CN107848032A - 利用预热的增材制造 - Google Patents

Abstract

一种增材制造的方法包括：在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使所述供给材料的温度升高至第一温度，所述第一温度高于室温且低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；在所述工作台上方以层形式分配处于所述第一温度下的所述供给材料；在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，所述第三温度大于所述第一温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，所述第五温度等于或大于所述第四温度。

Description

利用预热的增材制造

技术领域

本发明涉及增材制造，也被称为3D打印。

背景技术

增材制造(AM)，也被称为实体自由成形制造(solid freeform fabrication)或3D打印，是指从原料(通常为粉末、液体、悬浮液、或熔化固体)以一系列的二维层或横截面构建出三维物体的任何制造工艺。相比之下，传统机械加工技术涉及减材工艺并生产从诸如木头块、塑料块或金属块的原料切出的物体。

在增材制造中可以使用各种增材工艺。各种工艺在沉积层以形成完成物体的方式上和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔化或软化材料以生产层，例如，选择性激光熔化(Selective Laser Melting；SLM)或直接金属激光烧结(DirectMetal Laser Sintering；DMLS)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering；SLS)、熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling；FDM)，而另外一些方法则使用不同技术(例如，立体光刻(Stereolithography；SLA))固化(cure)液体材料。

烧结是熔融小粒(例如，粉末)来形成物体的工艺。烧结通常涉及加热粉末。当在烧结工艺中将粉末状的材料加热至足够温度时，粉末颗粒中的原子扩散跨过颗粒边界，从而将颗粒熔融在一起以形成固体件。相较熔化来说，烧结中使用的粉末无需达到液相。由于烧结温度不必达到材料熔点，常对诸如钨和钼的具有高熔点的材料使用烧结。

烧结和熔化均可在增材制造中使用。所使用的材料决定进行的是哪种工艺。非晶固体(诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(Acrylonitrile Butadiene Styrene；ABS))实际上是超冷粘性液体，并且实际上不熔化；由于熔化涉及从固态至液态的相变。因此，选择性激光烧结(Selective Laser Sintering；SLS)是用于ABS的相关工艺，而选择性激光熔化(SelectiveLaser Melting；SLM)则用于结晶和半结晶材料(诸如尼龙和金属)，所述材料具有离散的熔化/冻结温度并且在SLM工艺期间经历熔化。

使用激光束作为用于烧结或熔化粉末状的材料的能量源的常规系统通常在粉末状的材料的层中的选定点上引导激光束并且使所述激光束跨层选择性地光栅扫描到位。一旦已烧结或熔化第一层上的所有已选位置，新的粉末状的材料的层在已完成层的顶部上沉积，并且所述工艺逐层重复，直至生产出了期望物体。

电子束也可用作引起材料中烧结或熔化的能量源。同样，电子束跨层光栅扫描以完成特定层的处理。

发明内容

在一方面，一种增材制造系统包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用以在工作台上方输送多个连续的供给材料层；能量源，能量源被定位在工作台之上以引导射束来熔融供给材料的最外层的至少一些；和多个灯，多个灯被安置在工作台之上并且围绕能量源来辐射地加热供给材料的最外层。

实现方式可以包括以下特征的一个或多个。能量源可以包括激光器或离子源。多个灯可以固持在可旋转支撑件上。多个灯可以距穿过工作台的中心轴线等距定位。多个灯可以围绕中心轴线以相等角度间隔而定位。

加热器可以在沉积供给材料层之前将供给材料加热。供给材料可以是粉末，并且加热器可以经构造以将供给材料升高至第一温度，第一温度高于室温而低于使粉末变得发粘的温度。

致动系统可相对于工作台在两个垂直方向上移动射束。致动系统可以包括线性致动器经构造以在两个垂直方向中的至少一个上移动能量源的线性致动器。致动系统可以包括经构造以在两个垂直方向中的至少一个上移动工作台的线性致动器。致动系统可以经构造以在两个垂直方向中的至少一个上偏转射束。能量源可以包括激光器并且致动系统可以包括用于偏转来自激光器的激光束的镜式检流计(mirror galvanometer)。

致动系统可以经构造以调节射束的焦点深度。致动系统可以包括用以调节焦点深度的可移动的光学部件。致动系统可以包括用于在垂直于工作台表面的方向上移动能量源的线性致动器。

另一方面，一种增材制造系统包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用以在工作台上方输送多个连续的供给材料层；第一加热器，第一加热器经构造以在由分配器分配供给材料之前将供给材料加热至自由流动温度；以及能量源，用于在工作台上方熔融供给材料的最外层的至少一些。

实现方式可以包括以下特征的一个或多个。分配器可以包括贮槽，贮槽邻近工作台。第一加热器可以包括定位在贮槽之上的热灯。第一加热器可以包括嵌入贮槽的支撑板中的电阻式加热器。第一加热器可以经构造以加热分配器中的供给材料而不将热量施加至在工作台上方分配的供给材料层。分配器可以包括定位在工作台的相对侧面上的两个贮槽。

第二加热器可以经构造以将实质整个最外层加热至结块温度。第二加热器可以包括定位在能量源周围的多个热灯。多个热灯可以固持在可旋转支撑件上。能量源可以包括激光器或离子源。

另一方面，一种增材制造的方法包括：在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使供给材料的温度升高至第一温度，第一温度高于室温且低于使供给材料变得发粘的第二温度；在工作台上方以层形式分配处于第一温度下的供给材料；在工作台上方分配供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，第三温度大于第一温度而低于使供给材料熔融的第四温度；以及使供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，第五温度等于或大于第四温度。

实现方式可以包括以下特征的一个或多个。第三温度可以大于第二温度。可以利用激光器或离子源进行使供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度的步骤。可以利用定位在激光器或离子源周围的多个热灯进行将实质整个供给材料层的温度升高至第三温度的步骤。多个热灯可以围绕激光器或离子源旋转。

使供给材料的温度升高至第一温度可以包括当供给材料在贮槽中时使供给材料的温度升高。当供给材料在贮槽中时使供给材料的温度升高可以包括利用嵌入贮槽的支撑板中的电阻式加热器加热供给材料。当供给材料在贮槽中时升高供给材料的温度可以包括利用定位在贮槽上方的热灯加热供给材料。供给材料可以是粉末并且第四温度可以是烧结温度。

实现方式可以包括以下优点的一个或多个。围绕扫描束热源(诸如激光器)布置热灯允许加热整个供给材料层而不受到扫描束热源干扰。旋转热灯可以提高供给材料外层的温度均匀性。通过控制入射在所沉积的供给材料的顶表面上的激光束的焦点深度，烧结工艺的分辨率就会变化。另外，控制焦点深度就可控制斑点大小，并且因此控制每一单位区域所传送的能量，这可允许提高激光束的扫描速率并且因此提高产量。

本发明的一个或多个实施方式的细节将在随附的附图和以下的描述中予以阐述。本发明的其它方面、特征和优点将从说明书和附图、及从权利要求书显而易见。

附图说明

图1是增材制造系统的示意性侧视图。

图2是增材制造系统的示意性俯视图。

具体实施方式

增材制造工艺可以涉及在工作台或先前沉积的层上分配一层供给材料(例如，粉末)、接着熔融供给材料层的部分的方法。能量源加热供给材料并且致使供给材料固化，例如，从而致使粉末熔融。然而，由逐点烧结或熔化粉末状的材料引起的温度波动可能在所打印的物体内形成热应力。此外，跨供给材料层扫描射束需要时间。

在增材制造工艺中，可以在供给材料被沉积在工作台上方之前加热供给材料。此举可以减少扫描束所需的功率量以使特定体素固化。此举使射束更快速地跨层移动，并且因此可以增加产量。另外，此举可以减小温度波动大小，并且因此减少热应力而改进材料性质。因此，如果供给材料在初始温度(例如，室温)下开始，那么可以将供给材料在分配之前升高至第一温度。

然而，在高于一些温度时，粉末可能变得发粘并因此有粘性。此举可以干扰层或后续层的适当沉积。因此，对于一些增材制造工艺，期望升高粉末温度，但不使其高于使粉末变得发粘或有粘性的第二阈值温度。在金属粉末的上下文中，“发粘”可指少量的颈缩或烧结，例如，某百分比颗粒在接触点处烧结，但颗粒不具有明显形态改变。

一旦供给材料沉积在工作台上，例如通过从热灯传送辐射能量，可以将供给材料顶层温度进一步升高至第三温度，第三温度接近但仍低于供给材料将熔融(例如，烧结或熔化)的第四温度。在一些实现方式中，此较高的第三温度仍然低于使粉末变得发粘或有粘性的阈值温度，即，第二温度。在一些实现方式中，此较高的第三温度高于使粉末变得发粘或有粘性的阈值第二温度而低于“结块温度”，在结块温度下，粉末在接触点处经历烧结但保持实质上多孔的，并且不会经历明显的致密化，例如，达到饼样密实度。在一些实现方式中，此较高的第三温度高于结块温度但仍低于使供给材料熔融(例如，烧结或熔化以形成具有较低的多孔性或颗粒间减小的间隙的固体物质)的熔融温度。

最后，可以通过在所沉积的供给材料表面上方扫描的射束将供给材料顶层的期望部分的温度升高至结块温度或升高至熔融温度。

在由射束扫描之前使所沉积的供给材料的顶表面的温度均匀是有利的，因为此举提高与期望图案对应的熔融体素图案的可靠性。对供给材料的预热减少热灯所需要的能量并且可以提高层的空间温度的均匀性。通过热灯预热供给材料减少射束熔融特定斑点所需要的能量，并且由此可以提高产量并且减小温度波动。

图1和图2分别是增材制造系统100的实施方式的侧视图和俯视图。增材制造系统100包括：支撑件102，用于固持在制造的物体；供给材料输送系统，用于在支撑件102上方输送供给材料层；第一热源155(诸如热灯阵列)，经构造以加热供给材料的整个层；以及第二热源160，经构造以产生射束175来跨供给材料层扫描并且选择性地充分加热供给材料层的部分以固化供给材料。

任选地，增材制造系统100的一些零件，例如，支撑件、分配器、第一热源155和第二热源160的一个或多个的部件，可由外壳110封闭。外壳110，例如，可以使在外壳内的腔室112中维持真空环境，例如，约1Torr或更低的压力。或者，腔室112内部可以是实质上纯的气体，例如，已被过滤而移除微粒的气体，或者腔室可向大气排出气体。纯的气体可以包括诸如氩气、氮气、氙气的惰性气体和混合的惰性气体。

支撑件102可以包括工作台105，例如，可通过由活塞杆107a连接至工作台105的线性致动器来竖直移动工作台。在处理每层(即，层的期望部分固化)之后，支撑件102可降低了等于刚添加至在制造的物体的材料层的厚度的距离。

另外，支撑件可以包括用于加热工作台和已沉积在工作台105上的供给材料130的加热器，诸如嵌入工作台105中的电阻式加热器或在工作台下方的下部的灯阵列109a。

增材制造系统100包括用于在工作台105上方(例如，在工作台上或往工作台上的下层上)输送一层供给材料(例如，粉末)的供给材料输送系统。

供给材料可以是金属、陶瓷、或塑料颗粒的干燥粉末，呈液体悬浮液的金属、陶瓷、或塑料粉末，或材料的浆料悬浮液。例如，对于使用压电打印头的分配器，供给材料将通常是呈液体悬浮液的颗粒。在悬浮液的情况下，液体组分可能在熔融之前蒸发。

金属颗粒示例包括钛、不锈钢、镍、钴、铬、钒、和这些金属的各种合金。陶瓷材料示例包括金属氧化物，诸如二氧化铈、氧化铝、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅、或这些材料的组合。塑料示例可以包括ABS、尼龙、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、或聚酯。

供给材料输送系统将供给材料从贮槽输送至工作台，在此，供给材料可以固化。例如，在粉末的情况下，供给材料输送系统可以跨支撑件(在此，粉末将会熔融)来分配一层粉末。

在图1和图2所示的实施方式中，供给材料130保存在邻近于支撑件102的贮槽120。在图1和图2所示出的实现方式中，系统100包括定位在工作台105的相对侧面上的两个贮槽120a、120b，但是系统可包括仅一个贮槽。

每个贮槽120可由被侧壁124包围的可竖直地移动的支撑板122限定。用于移动支撑板122的机构可以是由活塞杆107b连接至支撑板122的线性致动器。可以从贮槽120跨工作台105推动供给材料130。

此举可以通过使贮槽120向上移动(+z方向)实现，例如移动足以在壁124之上提供一定量的粉末的一距离，此粉末量足以涂覆工作台105或下方的层。随后，装置140(诸如辊或叶片)将供给材料推离支撑板122而跨过工作台105。

在系统100包括定位在工作台的相对侧面上的两个贮槽120a、120b的情况下，材料可从用于交替层的交替贮槽分配。例如，辊或叶片140可以从工作台105的左端处的贮槽120a移动至工作台105的右端处的贮槽120b，并且在工艺中，在工作台105上方散布来自贮槽120a的供给材料130的层。在彼层经处理之后，可以通过移动辊或叶片140分配另一层粉末，辊或叶片可以从工作台105的右端处的贮槽120b移动至工作台105的左端处的贮槽120a，并且在工艺中，在工作台105上方散布来自贮槽120b的供给材料的层。

任选地，贮槽可以包括用于加热支撑板和在支撑板122之上的贮槽120中的供给材料130的加热器，诸如嵌入支撑板122中的电阻式加热器或在支撑板122下方的下部的灯阵列126。可数字寻址下部的灯阵列以允许加热可选区域或独立控制对不同区域的加热，从而允许在制造和冷却工艺期间更均匀地加热。

可替代在支撑板122中或支撑板下方的任何加热器或除此之外，在一些实现方式中，系统100可包括用于加热侧壁124的热源，例如，嵌入侧壁中的电阻式加热器，以加热贮槽中的粉末。

可替代在支撑板122中或支撑板下方的任何加热器或除此之外，在一些实现方式中，系统100可以包括被定位以将热量辐射地施加至贮槽120中的供给材料130的热源135。热源135可以被定位成使得热源不会将热量供应至在工作台105上方的供给材料层。热源135可以是热灯，例如，IR灯135。在具有两个或多个贮槽120a、120b的实现方式中，IR灯135可放置在每个贮槽之上。

在操作中，来自在支撑板122中或支撑板122下方的热源135和/或加热器的总体热量足以将供给材料130的温度升高至第一温度，第一温度高于室温(即，高于30℃)而低于阈值温度(也被称为“自由流动温度”，高于此温度时，粉末变得发粘或有粘性)。此举允许在升高温度下在工作台上方分配供给材料，从而减少烧结所需要的温度变化、及其它加热部件所需要的粉末，但不干扰分配工艺。例如，可以将供给材料(例如，粉末状钛)升高至50℃至500℃的温度。

粘性应伴随着形态改变(例如，颗粒间的颈缩)，并且可采用高分辨率成像设备来检测此类形貌图像。对图像的分形分析(fractal analysis)也可用于检测粘性。

在一些实施方式中，分配器可定位在工作台105之上并且包括多个开口，可通过开口将一种或多种供给材料沉积在工作台上，而不是辊或叶片从贮槽推动供给材料。分配器可通过开口来喷出供给材料。例如，分配器可在载体流体(例如，高蒸气压载体)中输送粉末颗粒以形成粉末材料层。载体流体可以在用于层的熔融步骤之前蒸发。

可在分配器中嵌入加热器以将粉末加热至第一温度，或可加热载体流体以将粉末加热至第一温度。

如上文所提及，供给材料130可通过升高至足够温度来固化(并且如果必须的话，随后被冷却，例如，从而固化液化供给材料)。例如，在粉末的情况下，当被加热至烧结温度时，粉末就会烧结。可通过由一个或多个能量源加热供给材料130来将供给材料130的温度升高至熔融温度。供给材料温度可由依次加热供给材料的一个或多个能量源从室温改变为烧结温度。

例如，可以将供给材料在沉积至工作台上之前，加热至低于“自由流动温度”的第一温度。然而，任选地，在将供给材料沉积于工作台上之前，并不加热供给材料。

一旦在工作台上沉积，可以加热或进一步加热沉积的供给材料的整层。所沉积的供给材料可以被加热至处于“自由流动温度”或高于“自由流动温度”的第三温度。在被升高至第三温度之前，供给材料层可以均匀散布，例如通过辊或叶片。或者，对于一些工艺，虽然供给材料可以在某种程度上发粘，但是仍可散布供给材料。在这种情况下，在升高至低于结块温度的第三温度之后，供给材料层可以均匀散布，例如通过辊或叶片。

在工作台或下层上方均匀散布之后，可以将整个供给材料层升高至“结块温度”。对于一些工艺，虽然供给材料可以具有饼样组成，但是仍可压缩供给材料。在这种情况下，在被升高至使供给材料熔融的温度的第三温度之后，可以压缩供给材料层，例如由辊压缩。

最后，可以将所沉积的供给材料选择性地加热至熔融温度，例如，烧结温度。

在工作台105上沉积的供给材料的顶层的温度可通过一个或多个能量源将热量供应至供给材料，从第一温度升高至处于或高于“自由流动温度”、“结块温度”或“熔融温度”(例如，熔化温度或烧结温度)。

如上文所提及，支撑件可以可选地包括用于加热工作台和已沉积在工作台105上的供给材料130的加热器，诸如嵌入工作台105中的电阻式加热器或在工作台下方或沿壁两侧的下部的灯阵列109a。

可替代在工作台105中或工作台下方的任何加热器或除此之外，在一些实现方式中，系统100可以包括第一热源155，第一热源155被定位成将热量辐射地施加至工作台105上的供给材料130。例如，第一热源155可以包括在工作台105之上且定位在第二热源160周围的多个热灯155a-155e。此举允许加热整个供给材料层而不受到扫描束热源干扰。

热灯155a-e可以位于呈圆形构造的工作台105之上，例如，距第二热源160的相等径向距离处。另外，热灯155a-155e可围绕第二热源160以相等角度间隔定位。可以相对于垂直于工作台105的顶表面的角度定向热灯。此举允许来自灯155a-155e的热量到达供给材料层在第二热源160下方的部分。在图2所示出的实施方式中，第二热源155包括五个热灯，但是也可使用不同数量的灯。

不同热灯可能不均匀地辐射热量。这样可以引起在供给材料的顶层处的不均匀的温度分布。然而，如果移动热灯155a-155e，使所沉积的供给材料的顶层的各个部分依次接收来自每个热灯的辐射，那么可以获得在所沉积的供给材料的顶层处的更均匀的温度分布。例如，可以在围绕第二热源160的圆形路径中移动热灯1551a-155e。

例如，热灯155a-155e可悬挂于可旋转支撑件150。电机可以旋转支撑件150，使得灯155a-155e关于竖直中心轴线157旋转。中心轴线157可以穿过工作台105中心。相似地，中心轴线157可以穿过第二热源160。致使热灯155a-155e在圆形路径中移动可以提高所沉积的供给材料的最顶层的温度均匀性。加热速率可间接地通过转速和施加至每一个灯的功率的组合控制。

可替代在工作台105中或工作台下方的任何加热器或除此之外，在一些实现方式中，系统100可以包括用于加热环绕工作台105的侧壁124的热源，例如，嵌入侧壁124中的电阻式加热器，以加热工作台105上的供给材料。

如上文所提及，为了将所沉积的供给材料的期望部分固化，此部分的温度需要升高，例如至粉末的烧结温度。如果在工作台105上方的供给材料130的层的温度处于结块温度，那么使用额外的能量源(例如，第二热源160)将供给材料加热至烧结温度。

第二热源160可以是例如用于产生激光束175的激光器。或者，第二热源160可以是用于产生电子束175的电子源或等离子体点源，例如，等离子体弧。射束175可在供给材料层上方扫描，可调节射束的功率以选择性地熔融(例如，烧结)供给材料层的部分。

通过在沉积层之前和/或利用第一热源155预热供给材料层，可以减少扫描束175致使供给材料层的部分固化需要的功率量。此举允许射束175更快速地跨层移动，并且因此可以提高产量。另外，此举可以减少跨层空间温度波动，并且因此减少热应力而改善材料性质。

第二热源160包括射束源170和致动系统165。致动系统165可相对于工作台105在x-y工作面中平移射束176。因此，激光束175可以扫描供给材料的顶表面。例如，工作台105可以固持在固定位置中并且射束源170可以移动，例如通过一对线性致动器移动，线性致动器经构造以在两个垂直方向中移动射束源170。或者，射束源170可以固持在固定位置中并且工作台105可以移动，例如通过一对线性致动器移动，线性致动器经构造以在两个垂直方向中移动束源170。或者，工作台可以由第一线性致动器在一个方向中移动，并且工作台可以由第二线性致动器在垂直方向中移动。在以上实现方式的任一个中，射束175可以在射束跨供给材料层扫描时维持在垂直于工作台105的表面的方向上。作为又一个可能性，射束175可在两个方向上以可控制的角度偏转。作为再一个可能性，射束源170或工作台105可以沿着第一方向移动，并且可以可控地偏转射束175以沿着第二方向进行控制。

任选地，致动系统165可以经构造以同样在Z方向上平移射束源170，此举可以允许控制射束175在供给材料的顶层上的斑点大小的形状。

图1和图2分别示出了侧视图和俯视图，其中第二热源160是激光系统。致动系统165包括光学系统，光学系统有时称为镜式检流计，或简单地“检流计(galvo)”。由激光源170发射的激光束175可由检流计中的光学元件反射或折射。检流计中的光学元件，例如，镜和透镜，可附接至支座，支座可平移或旋转光学元件。支座和致动器165可由可位于增材制造系统100外部的计算机控制。通过改变光学元件在检流计中的的定向，可以改变入射到所沉积的供给材料上的激光束175的定向和性质。例如，光学元件定向可以确定激光束175将入射在供给材料的顶表面上的位置。

另外，射束源160可以包括用于控制激光束175在供给材料的顶表面上的聚焦深度和/或斑点大小的光学部件167。由此，致动器165和检流计可以控制激光束在供给材料的顶表面上的位置和斑点大小。

斑点大小在烧结工艺中起到重要作用。斑点大小越大，熔融工艺的分辨率越低。然而，斑点大小越大，跨供给材料层扫描所需要的时间越少。对于给定功率，斑点大小也可确定激光束在所沉积的供给材料的顶表面上的强度。例如，对于具有给定输出功率的激光源170，斑点大小与激光束强度成反比。如果激光束的强度减小，那么传送至由激光束照射的供给材料的单位区域的热能也会减小。相似地，增大入射到供给材料上的激光束的强度(通过减小斑点大小)将增大传送至由激光束照射的供给材料的单位区域的热能。

本说明书中描述的本发明的实施方式和全部功能操作(包括本说明书中公开的结构构件和其结构上等效物、或它们的组合)可以在数字电子电路中实现，或在计算机软件、固件、或硬件中实现。本发明的实施方式可以作为一个或多个计算机程序产品(即，有形地包含在信息载体中的一个或多个计算机程序，例如，在非暂态机器可读存储介质中或在传播信号中)实现，以由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制这样的数据处理设备的操作。计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、或代码)可以任何形式编程语言(包括编译语言或解释语言)写入，并且计算机程序可以任何形式(包括作为独立程序或作为模块、部件、子程序或适用于计算环境的其它单元)部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可以存储在保存其它程序或数据的文件的一部分中、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序、或代码的部分的文件)中。计算机程序可部署为在一个计算机上执行，或部署为在处于一个地点的多个计算机上执行或跨多个地点分布且由通信网络互连的多个计算机上执行。本说明书中描述的过程和逻辑流可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过操作输入数据和生成输出来执行功能。过程和逻辑流也可由专用逻辑电路(例如，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array；FPGA)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC))执行，并且设备也可作为所述专用逻辑电路实现。

已描述了多个实现方式。然而，某些特征可以出于有利影响进行组合，而不包括其它特征。例如，以下组合是可能的：

·在分配供给材料之前，可以将供给材料的整层的温度升高至第一温度(低于自由流动温度)，并且随后就可使供给材料层的温度选择性地增加至熔融温度，而不将整个供给材料层升高至自由流动温度或结块温度。在这种情况下，第一热源可以是可选的。

·在分配供给材料之前，可以将工作台上的供给材料的整层的温度升高至处于或高于自由流动温度或结块温度，而不有意升高供给材料温度。在这种情况下，用于贮槽的加热器可以是可选的。

·在已经分配供给材料层之后，整个供给材料层的温度可升高至处于或高于自由流动温度，而不使整个供给材料层升高至结块温度。

·环绕第二热源的灯阵列可以用于升高供给材料温度而不高于结块温度。

·环绕第二热源的灯阵列可以保持固定而不旋转。

·灯阵列可以定位在工作台之上而处于低于能量源的高度的位置，同时仍被视为“围绕”能量源定位。

·如果(例如，通过具有可控制的开口阵列的分配器)选择性地沉积供给材料，那么可以(例如，通过灯阵列)同时将供给材料的整层升高至熔融温度。

另外，应当理解，可以做出各种修改。由此，其它实现方式是在随附的权利要求书的范围内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.由国际局于2016年12月23日收到的

一种增材制造系统，包括：

工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；

分配器，用于以第一温度在所述工作台上方输送多个连续的供给材料层，所述第一温度低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；

第一加热器，所述第一加热器经构造以将在所述工作台上方的所述供给材料层的至少一部分加热至第三温度，所述第三温度是等于或高于所述第二温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和

能量源，用于选择性地熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述分配器包括贮槽，所述贮槽邻近所述工作台。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器包括定位在所述贮槽之上的热灯或嵌入所述贮槽的支撑板或侧壁中的电阻式加热器。

4.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器经构造以加热所述分配器中的所述供给材料，而不将热量施加于在所述工作台上方分配的所述供给材料层。

5.如权利要求1所述的系统，包括第二加热器，所述第二加热器经构造以将实质整个最外层加热至结块温度。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述第二加热器包括定位在所述能量源周围的多个热灯或嵌入环绕所述工作台的侧壁中的电阻式加热器。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述第三温度高于所述供给材料的结块温度。

8.如权利要求1所述的系统，包括加热器，所述加热器经构造以在由所述分配器分配所述供给材料之前，将所述供给材料加热至所述第一温度。

9.一种增材制造的方法，包括：

在所述工作台上方以层形式分配处于所述第一温度下的供给材料，所述第一温度低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；

在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使所述供给材料层的至少一部分的温度升高至第三温度，所述第三温度高于所述第二温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和

选择性地熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。

10.如权利要求9所述的方法，其中熔融包括使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至足以熔融所述供给材料的第五温度。

11.如权利要求10所述的方法，其中利用激光器或离子源进行使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至所述第五温度的步骤。

12.如权利要求11，其中使所述供给材料层的至少一部分的温度升高至第三温度包括使实质整个供给材料层的温度升高至所述第三温度。

13.如权利要求12所述的方法，其中利用多个热灯进行使实质整个供给材料层的温度升高至所述第三温度的步骤。

14.如权利要求9所述的方法，包括当所述供给材料在贮槽中时使所述供给材料的所述温度升高至所述第一温度。

15.如权利要求14所述的方法，其中当所述供给材料在贮槽中时使所述供给材料的所述温度升高包括利用嵌入所述贮槽的支撑板中的电阻式加热器加热所述供给材料或利用定位在所述贮槽上方的热灯加热所述供给材料。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述供给材料包括粉末并且所述第四温度包括烧结温度。

Claims (15)

1.一种增材制造系统，包括：

工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；

分配器，用于在所述工作台上方输送多个连续的供给材料层；

第一加热器，所述第一加热器经构造以在由所述分配器分配所述供给材料之前，将所述供给材料加热至低于使粉末变得发粘的温度的第一温度；和

能量源，用于熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述分配器包括贮槽，所述贮槽邻近所述工作台。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器包括定位在所述贮槽之上的热灯或嵌入所述贮槽的支撑板或侧壁中的电阻式加热器。

4.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器经构造以加热所述分配器中的所述供给材料，而不将热量施加于在所述工作台上方分配的所述供给材料层。

5.如权利要求1所述的系统，包括第二加热器，所述第二加热器经构造以将实质整个最外层加热至结块温度。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述第二加热器包括定位在所述能量源周围的多个热灯或嵌入环绕所述工作台的侧壁中的电阻式加热器。

7.一种增材制造的方法，包括：

在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使所述供给材料的温度升高至第一温度，所述第一温度高于室温且低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；

在所述工作台上方以层形式分配处于所述第一温度下的所述供给材料；

在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，所述第三温度低于使所述供给材料熔融的第四温度；和

使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，所述第五温度等于或大于使所述供给材料熔融的第四温度。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述第三温度大于所述第二温度。

9.如权利要求7所述的方法，其中利用激光器或离子源进行使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至所述第五温度的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其中利用多个热灯进行使实质整个供给材料层的温度升高至所述第三温度的步骤。

11.如权利要求7所述的方法，其中使所述供给材料的温度升高至所述第一温度包括当所述供给材料在贮槽中时使所述供给材料的所述温度升高。

12.如权利要求11所述的方法，其中当所述供给材料在贮槽中时使所述供给材料的所述温度升高包括利用嵌入所述贮槽的支撑板中的电阻式加热器加热所述供给材料或利用定位在所述贮槽上方的热灯加热所述供给材料。

13.如权利要求7所述的方法，其中所述供给材料包括粉末并且所述第四温度包括烧结温度。

14.一种增材制造系统，包括：

工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；

分配器，用于以第一温度在所述工作台上方输送多个连续的供给材料层，所述第一温度低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；

第一加热器，所述第一加热器经构造以将在所述工作台上方的所述供给材料层的至少一部分加热至第三温度，所述第三温度是等于或高于所述第二温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和

能量源，用以选择性地熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。

15.一种增材制造的方法，包括：

在所述工作台上方以层形式分配处于第一温度下的供给材料，所述第一温度低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；

在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使所述供给材料层的至少一部分的温度升高至第三温度，所述第三温度高于所述第二温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和

选择性地熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。