CN108367498A - Adept三维打印 - Google Patents

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bed
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埃雷尔·米尔施泰因
塔索·拉帕斯
基蒙·西梅奥尼迪斯
吕本·孟德尔斯伯格
托马斯·布拉休斯·布雷佐斯基
谢尔曼·斯林格尔
叶夫根尼·莱文
谢尔盖·克列帕诺夫
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Verona 3d
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Abstract

本公开内容提供了三维(3D)打印方法、仪器、系统和非暂时性计算机可读介质。本公开内容描绘了三维打印的实时操纵以减少变形。本公开内容还提供了使用所述方法、仪器和系统形成的3D物体。

Description

ADEPT三维打印
交叉引用
本专利申请要求于2015年11月6日提交的美国临时专利申请序列号62/252,330、以及于2016年9月19日提交的美国临时专利申请序列号62/396,584的优先权；所述美国临时专利申请各自以引用的方式全文并入本文。
背景技术
三维(3D)打印(例如，增材制造)是根据设计而制备任何形状的三维(3D)物体的过程。所述设计可为数据源形式，例如电子数据源，或可为硬拷贝形式。硬拷贝可为3D物体的二维表示。数据源可为电子3D模型。3D打印可以使用增材过程，在所述增材过程中连续的材料层被放置在彼此之上。该过程可受控制(例如受自动和/或手动控制)。3D打印机可为工业机器人。
3D打印可快速且有效地产生定制零件。各种材料可用于3D打印过程中，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳和/或聚合物材料。在通常的增材3D打印过程中，形成第一材料层，并且其后逐个添加连续的材料层(或其部分)，其中每个新的材料层添加到预先形成的材料层上(例如并且与之连接)，直到整个设计的三维结构(3D物体)被物化。
可利用计算机辅助设计包和/或经由3D扫描仪来创建3D模型。准备用于3D计算机图形的几何数据的手动建模过程可与造型艺术(例如，雕塑或动画)类似。3D扫描是分析并收集关于实物形状和外观的数字数据的过程。基于此数据，可产生经扫描物体的3D模型。3D模型可包括计算机辅助设计(CAD)。
大量的增材过程为当前可用的。所述增材过程可在放置层以产生经物质化结构的方式方面有所不同。所述增材过程可在用于生成经设计的结构的一种或多种材料或材料方面有所变化。一些方法使材料熔融或软化以产生层。
发明内容
有时，所打印的三维(3D)物体可在3D打印过程期间和/或3D打印过程之后弯曲、翘曲、卷起、卷曲或以其它方式变形。一些变形可在3D打印过程期间累积。例如，一些变形可包括累积残余变形。当首个的一个或更多个层被3D打印时(例如直到约一(1)毫米至约二(2)毫米的总厚度)，一些变形特别普遍。在一些实施例中，下述公开内容提出了减少变形程度的方式。变形的减少程度可包括3D打印方法，所述3D打印方法包括使用：(i)实时控制(例如材料床中的温度、能量束功率和/或打印的3D部分的高度)、(ii)物体打印前校正、(iii)至少一个冷却机构、或(iv)它们的任何组合。在一些实施例中，使用快速、有效和/或平行处理来实现在3D打印期间的实时控制。
可插入辅助支承件以减少变形。这些辅助支承件可在3D打印之后从打印的3D物体中去除，以产生所需3D产品(例如3D物体)。在一些实施例中，本公开内容示出了具有减少的变形程度的3D物体的生成。在一些实施例中，这些3D物体用减少数目(例如不存在)的辅助支承来制造。
在一个方面，本公开内容描绘了用减少量的设计约束(例如没有设计约束)促进3D物体的物化的方法、系统、仪器和软件。
在一些情况下，希望的是控制(例如实时地)其中形成硬化材料层的至少一部分(例如作为3D物体的部分)的方式。例如，可能期望控制3D物体的至少层的一部分的变形方式、类型、方向和/或程度。例如，可能期望控制3D物体的至少表面的变形。
在一些情况下，为了得到所需的3D物体，可能期望在其形成期间(例如实时地)控制3D物体。例如，可能期望使用开环控制和/或闭环控制来控制3D物体的形成。例如，可能期望使用前馈控制和/或反馈控制来控制3D物体的形成。在各种实施例中，本公开内容描绘了使用本文公开的控制方法中的至少一种来检测和控制至少本文公开的变形。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)用能量束转化材料床的一部分，以形成3D物体的至少一部分；以及(b)利用包括与所请求的3D物体有关的控制模型的控制器，实时控制能量束的至少一个特征。控制器可包括电子电路。在一些例子中，有关包含所请求的三维物体的几何学(例如形状和/或层)或材料性质。
控制模型可包括与所请求的3D物体的片层有关的信息。控制模型可包括状态观察器模型。在3D物体形成的过程期间，可实时调整控制模型。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。实时可为能量束沿着形成熔池的剖面线的停留时间期间。根据基准，控制可使用包括至少3次Tera浮点运算/秒的处理器。该方法还可包括调整能量束的至少一个特征并且重复(a)至(b)。闭环控制可使用至少一个阈值。控制模型可包括模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括3D物体的材料性质。该模拟可包括3D物体的几何形状。控制模型可实时动态调整。控制模型可包括相对于所请求的3D物体模型的简化模型。3D物体可基本上类似于所请求的3D物体。基本上可相对于3D物体的预期目的。3D物体可偏离所请求的3D物体至多约100微米。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；以及(b)控制器，所述控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束转化所述材料床的至少一部分，以使用控制模型形成至少一个3D物体。
可在至少一个3D物体形成期间实时调整控制模型。实时为能量束沿着形成熔池的剖面线的停留时间期间。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。参数可包含温度、高度或功率密度。至少一个3D物体可为多个3D物体。多个3D物体可在相同材料床中形成。多个3D物体可平行形成。多个3D物体可序贯地形成。控制器可包括闭环控制或开环控制。控制器可包括反馈控制或前馈控制。控制器可包括模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。机械模拟可包括弹性或塑性模拟。控制器可包括图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的仪器包括：(a)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；以及(b)控制器，所述控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束转化材料床的至少一部分，以使用控制模型形成至少一个3D物体。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的仪器包括：(a)第一控制器，所述第一控制器引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体，所述第一控制器可操作地联接到能量束；以及(b)第二控制器，所述第二控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述第二控制器使用所述控制模型实时改变所述能量束的至少一个特征，其中所述第二控制器可操作地联接到能量束和第一控制器。
第一控制器和第二控制器可为相同控制器。第一控制器和第二控制器可为不同控制器。实时可在3D物体形成期间。例如，在3D物体的层形成期间。例如，能量束在沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线。控制模型可包括模拟。控制模型可涉及3D物体的简化模型。控制模型可包括3D物体的简化模型。经改变的模型可配置给控制器。经改变的模型可用线连接到控制器。
在另一个方面，用于至少一个3D物体的3D打印的计算机软件产品包括其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被计算机读取时促使计算机执行包括下述的操作：(a)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体；以及(c)引导包括与所请求的3D物体有关的控制模型的至少一个控制器，以使用经改变的模型实时控制能量束的至少一个特征。经改变的模型可配置给控制器。经改变的模型可用线连接到控制器。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)用能量束转化材料床的一部分，以形成3D物体的一部分；(b)测量在材料床的一个或多个位置处的参数；以及(c)通过使用所测量的参数用闭环控制来实时控制能量束的至少一个特征，其中实时是在能量束沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线。
实时可在能量束沿着形成熔池的剖面线的停留时间期间进行。根据基准，控制可利用包括至少3次Tera浮点运算/秒的处理器。参数可包含温度、高度或功率密度。至少一个特征可包括功率/单位面积、轨迹、停留时间、覆盖区、横截面或焦点。控制可包括改变。该方法还可包括改变能量束的至少一个特征并且重复操作(a)至(c)。闭环控制可使用包含温度、计量或功率/单位面积的一个或多个靶参数。闭环控制可利用至少一个阈值。闭环控制可利用包括模拟的控制模型。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括3D物体的材料性质。该模拟可包括3D物体的几何形状。控制模型可实时动态调整。控制模型可包括相对于所请求的3D物体模型的简化模型。3D物体可偏离所请求的3D物体至多约100微米。材料床的一个或多个位置可包括3D物体在其形成期间的一个或多个位置。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；(b)测量材料床中一个或多个位置的参数的一个或多个传感器；以及(c)包括闭环控制的至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器，并且被编程为：(i)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体；(ii)引导一个或多个传感器，以测量在至少一个3D物体的至少一部分上的一个或多个位置的一个或多个参数；以及(iii)使用所测量的一个或多个参数实时控制能量束的至少一个特征，其中实时是在能量束沿着下述的停留时间期间：(1)路径、或(2)形成熔池的剖面线。
操作(i)至(iii)中的至少两个由相同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器。操作(i)至(iii)中的至少两个分别由多重控制器控制，所述多重控制器可操作地联接。至少一个3D物体可为多个3D物体。多个3D物体可在相同材料床中形成。多个3D物体可平行形成。多个3D物体可序贯地形成。材料床的一个或多个位置可包括至少一个3D物体在其形成期间的一个或多个位置。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为：(a)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体；(b)引导一个或多个传感器，以测量材料床的一个或多个位置的一个或多个参数；以及(c)使用所测量的一个或多个参数实时控制能量束的至少一个特征，其中实时是在能量束沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线。
操作(a)至(c)中的至少两个可由相同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器。操作(a)至(c)中的至少两个可分别由两个不同控制器控制。一个或多个传感器可分别测量一个或多个参数。材料床的一个或多个位置可包括至少一个3D物体在其形成期间的一个或多个位置。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)能量束，所述能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体的至少一部分；(b)一个或多个传感器，所述一个或多个传感器测量材料床的一个或多个位置的一个或多个参数，所述一个或多个传感器与材料床相邻设置；(c)控制器，所述控制器基于所测量的一个或多个参数实时控制能量束的至少一个特征，其中实时是在能量束沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线，所述控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器。
在另一个方面，用于至少一个3D物体的3D打印的计算机软件产品包括其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被计算机读取时促使计算机执行包括下述的操作：(a)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体；(b)引导一个或多个传感器，以测量材料床的一个或多个位置的一个或多个参数；(c)使用所测量的一个或多个参数，引导至少一个控制器实时控制能量束的至少一个特征，其中实时是在能量束沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：：(a)改变所请求的3D物体的3D模型以形成经改变的模型，所述改变包括结构改变，其中在(i)经改变的模型和(ii)与所请求的3D物体有关的3D模型之间的差异的至少一阶导数是连续的；(b)根据所述经改变的模型用能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。
转化可包括实时动态调整经改变的模型以形成3D物体。该方法还可包括在操作(a)之后和在操作(b)之前：通过使用经改变的模型生成打印指令。在操作(b)中用能量束转化材料床的至少一部分可根据打印指令。打印指令的生成可包括在转化材料床的至少一部分期间，实时动态调整经改变的模型。动态调整可包括使用闭环控制。动态调整可包括使用一个或多个传感器的实时测量。打印指令的生成可包括使用包括3D物体(或其一部分)的热、机械、几何或材料性质的模拟。打印指令的生成可包括使用包括所请求的3D物体(或其一部分)的3D模型的热、机械、几何或材料性质的模拟。生成打印指令可包括使用来源于三维物体的先前形成的部分的几何信息。几何信息可包括给定层下方的局部厚度、局部构建角度、与给定层上的边缘的接近或与层边界的接近。可在三维物体的形成期间(例如在其层、能量束路径或形成至少一个熔池的剖面期间)实时动态调整模拟。基本上类似可相对于3D物体的预期目的。3D物体可偏离3D物体的模型至多约100微米。至少一阶导数可为多个导数。例如，多个导数可包括前三个导数。所请求的3D物体的3D模型可包括片层。改变可包括多个片层的结构调整。3D物体可包括层。片层可对应于3D物体中的层(例如分别地)。3D物体可通过增材制造形成。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；(b)第一处理器，所述第一处理器将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构改变，其中在(i)经改变的模型和(ii)所请求的3D物体的3D模型之间的差异的至少一阶导数是连续的；以及(c)至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束以及第二处理器，并且被编程为：引导能量束根据经改变的模型转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。
该系统还可包括使用经改变的模型生成打印指令的第二处理器。第二处理器可以可操作地联接到第一处理器。材料床的至少一部分的转化可根据打印指令。第一处理器和第二处理器可不同。第一处理器和第二处理器可为相同的处理器。材料床可包含粉末材料。粉末材料在至少一个3D物体的形成期间可为可流动的。粉末床中的粉末材料在至少一个3D物体的形成期间可为不固定的。在至少一个3D物体的形成期间，材料床可处于环境压力下。在至少一个3D物体的形成期间，材料床可处于环境温度下。材料床可包括粉末床，所述粉末床包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体中的至少一个成员形成的个别(例如固体)颗粒。转化可包括熔融或烧结。熔融可包括完全熔融。能量束可包括电磁波束或带电粒子束。能量束可包括激光器或电子枪。控制器可包括闭环控制或开环控制。控制器可包括反馈控制或前馈控制。控制器可包括平行处理。平行处理可包括图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器可使用阈值用于引导。控制器可使用传感器输入用于引导。
在另一个方面，用于生成3D物体的仪器包括控制器，该控制器被编程为引导能量束，以根据所请求的3D物体的经改变的模型来转化材料床的至少一部分，以生成3D物体，所述经改变的模型包括所请求的3D物体的3D模型的结构(例如几何)改变，其中在(i)经改变的模型和(ii)所请求的3D物体的3D模型之间的差异的至少一阶导数是连续的，并且其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。材料床的至少一部分的转化可根据打印指令，所述打印指令使用经改变的模型。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)第一处理器，所述第一处理器将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构(例如几何)改变，其中在(i)经改变的模型和(ii)所请求的3D物体的3D模型之间的差异的至少一阶导数是连续的；以及(b)能量束，所述能量束根据所述经改变的模型将材料床的至少一部分转化为作为3D物体的部分的经转化的材料，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。该仪器还可包括使用经改变的模型生成打印指令的第二处理器。能量束可以可操作地联接到第二处理器。第一处理器可以可操作地联接到第二处理器。第一处理器和第二处理器可不同。第一处理器和第二处理器可为相同的处理器。材料床的至少一部分的转化可根据与经改变的模型有关(例如包括其)的打印指令。在一些例子中，有关包含所请求的三维物体的几何学(例如形状和/或层)或材料性质。
在另一个方面，用于至少一个3D物体的3D打印的计算机软件产品包括其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被至少一个计算机读取时促使至少一个计算机执行包括下述的操作：(a)将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构(例如几何)改变，其中在(i)经改变的模型和(ii)所请求的3D物体的3D模型之间的差异的至少一阶导数是连续的；以及(b)根据经改变的模型引导能量束，以转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。该操作还可包括(c)使用经改变的模型生成打印指令。(c)的操作可在(a)之后和在(b)之前发生。材料床的至少一部分的转化可根据打印指令。打印指令可涉及经改变的模型。打印指令可包括经改变的模型。操作(a)至(c)中的至少两个可由相同计算机执行。至少一个计算机可为多重计算机。操作(a)至(c)中的至少两个可由多重计算机(例如分别)执行。多重计算机可以可操作地联接。
在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；(b)第一处理器，所述第一处理器将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构调整，其中所请求的3D物体的3D模型包括片层，所述经改变的模型包括多个片层的结构调整；(c)第二处理器，所述第二处理器使用所述经改变的模型生成打印指令，其中所述第二处理器可操作地联接到所述第一处理器；(d)至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束以及第二处理器，并且被编程为：引导能量束根据打印指令转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。
第一处理器和第二处理器可不同。第一处理器和第二处理器可为相同的处理器。材料床可包含粉末材料。粉末材料在至少一个3D物体的形成期间可为可流动的。材料床中的材料(例如粉末材料)在至少一个3D物体的形成期间可为不固定的。在至少一个3D物体的形成期间，材料床可处于环境压力下。在至少一个3D物体的形成期间，材料床可处于环境温度下。材料床可包括粉末床，所述粉末床包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体中的至少一个成员形成的个别颗粒。转化可包括熔融或烧结。熔融可包括完全熔融。能量束可包括电磁波束或带电粒子束。能量束可包括激光器或电子枪。控制器可包括闭环控制或开环控制。控制器可包括反馈控制或前馈控制。控制器可包括平行处理。平行处理可包括图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器可使用阈值用于引导。控制器可使用传感器输入用于引导。
在另一个方面，用于生成3D物体的仪器包括控制器，该控制器被编程为引导能量束，以根据打印指令来转化材料床的至少一部分，以生成3D物体，所述打印指令使用所请求的3D物体的经改变的模型，所述经改变的模型包括所请求的3D物体的3D模型的结构改变，其中所请求的3D物体的3D模型包括片层，所述经改变的模型包括多个片层的结构调整，并且其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)第一处理器，所述第一处理器将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构改变，其中所请求的3D物体的3D模型包括片层，所述经改变的模型包括多个片层的结构改变；(b)第二处理器，所述第二处理器使用所述经改变的模型生成打印指令，其中所述能量束可操作地联接到所述第二处理器，其中所述第一处理器可操作地联接到所述第二处理器；以及(c)能量束，所述能量束根据打印指令将材料床的至少一部分转化为作为3D物体的部分的经转化的材料，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。第一处理器和第二处理器可不同。第一处理器和第二处理器可为相同的处理器。
在另一个方面，用于至少一个3D物体的3D打印的计算机软件产品包括其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被至少一个计算机读取时促使至少一个计算机执行包括下述的操作：(a)将所请求的3D物体的3D模型改变为经改变的模型，所述经改变的模型包括结构改变，其中所请求的3D物体的3D模型包括片层，所述经改变的模型包括多个片层的结构调整；(b)使用经改变的模型生成打印指令；以及(c)引导能量束根据打印指令转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述3D物体基本上类似于所请求的3D物体。(a)至(c)中的至少两个可由相同计算机执行。至少一个计算机可为多重计算机。(a)至(c)中的至少两个可分别由多重计算机执行，其中多重计算机可操作地联接。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)用能量束转化材料床的至少一部分，其中所述材料床设置在外壳中；(b)在转化期间用第一冷却构件冷却材料床，所述第一冷却构件在三维物体形成期间可移动，其中所述第一冷却构件设置在外壳中，其中第一冷却构件通过包含气体的间隙与材料床的暴露表面分开，其中所述第一冷却构件包括导热材料；并且(c)用第二冷却构件冷却第一冷却构件，所述第二冷却构件设置(i)在外壳壁处或(ii)在外壳的外部，其中所述第二冷却构件是静止的，其中所述第二冷却构件包括开口。
在三维物体形成期间可包括在材料床的至少一部分的转化期间。冷却可包括物理接触。物理接触可为第一冷却构件和第二冷却构件之间的直接物理接触。物理接触可为第一冷却构件和第二冷却构件之间的间接物理接触。第二冷却构件可包括使用冷却剂的主动冷却。在(c)中的冷却期间，冷却剂可行进通过第二冷却构件。第二冷却构件可包括出口开口和入口开口。第二冷却构件可包括使用冷却剂的主动冷却，所述冷却剂通过入口开口进入并且通过出口开口离开。第一冷却构件可包括散热片。第二冷却构件可包括热交换器。如在环境温度下测量的，导热材料可为至少约20瓦/米*开氏温度(W/mK)。第一冷却构件和第二冷却构件可设置在不同大气中。第一冷却构件可设置在惰性大气下。第二冷却构件可设置在环境大气下。第一冷却构件可在三维物体形成期间(例如在转化期间)跟随能量束。第一冷却构件的移动可与在三维物体形成期间(例如在转化期间)能量束的移动同步。第一冷却构件可包括使能量束行进通过的开口。第一冷却构件可沿着能量束到材料床的轨迹设置。该方法还可包括在三维物体形成(例如转化)期间用第三冷却构件冷却材料床。第三冷却构件在三维物体形成(例如转化)期间可为可移动的。第三冷却构件可设置在外壳中。第三冷却构件可通过包含气体的间隙与材料床的暴露表面分开。第三冷却构件可包括导热材料。如在环境温度下测量的，导热材料可为至少约20瓦/米*开氏温度(W/mK)。第三冷却构件可为被动的。第三冷却构件可包括散热片。第三冷却构件可包括散热片。该方法还可包括用第二冷却构件冷却第三冷却构件。用第二冷却构件冷却第三冷却构件可包括物理接触。物理接触可为第三冷却构件和第二冷却构件之间的直接物理接触。物理接触可为第三冷却构件和第二冷却构件之间的间接物理接触。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)设置在外壳中的材料床；(b)生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分，其中所述能量源与外壳相邻设置；(c)包括导热材料的第一冷却构件，所述第一冷却构件通过包含气体的间隙与所述材料床分开，所述第一冷却构件是可移动的，其中所述第一冷却构件设置在外壳中；(d)包括开口的第二冷却构件，所述第二冷却构件是静止的，其中所述第二冷却构件设置在外壳的壁处或在外壳外部；以及(e)至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束、第一冷却构件和第二冷却构件，并且被编程为(i)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，(ii)在三维物体形成期间，引导第一冷却构件在移动的同时冷却材料床，并且(iii)在3D物体形成期间引导第一冷却构件与第二冷却构件换热。
在三维物体形成期间可包括在材料床的至少一部分转化以形成3D物体期间(例如在操作(i)期间)。当第一冷却构件达到温度阈值时，第一冷却构件可与第二冷却构件换热。该系统还可包括感测第一冷却构件的温度的温度传感器。在形成规定数目的硬化材料层作为3D物体的部分之后，第一冷却构件可与第二冷却构件换热。规定数目的层可为一层。该系统还可包括包含导热材料的第三冷却构件。第三冷却构件可通过包含气体的间隙与材料床分开。第三冷却构件在三维物体形成期间可为可移动的。第三冷却构件在操作(i)期间可为可移动的。第三冷却构件可设置在外壳中。控制器可以可操作地联接到第三冷却构件。控制器还可被编程为引导第三冷却构件与第二冷却构件换热(例如在3D物体形成期间)。
在另一个方面，用于生成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为(a)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述材料床放置在外壳中；(b)在3D物体生成期间(例如在操作(a)期间)，引导第一冷却构件在移动的同时冷却材料床，其中所述第一冷却构件包括导热材料，其中所述第一冷却构件通过间隙与材料床的暴露表面分开；以及(c)在3D物体形成期间引导第一冷却构件与第二冷却构件换热，其中所述第二冷却构件包括开口，其中所述第二冷却构件设置在外壳的外部或在外壳的壁处，其中所述控制器可操作地联接到能量束、第一冷却构件和第二冷却构件。操作(a)至(c)中的至少一个可由相同控制器控制。至少一个控制器可包括多重控制器。(a)至(c)中的至少一个可由不同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)设置在外壳中的材料床；(b)生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体，其中所述能量源与外壳相邻设置；(c)包括导热材料的第一冷却构件，所述第一冷却构件通过包含气体的间隙与所述材料床分开，所述第一冷却构件是可移动的，其中所述第一冷却构件设置在外壳中；(d)包括开口的第二冷却构件，所述第二冷却构件是静止的，其中所述第二冷却构件设置在外壳的壁处或在外壳的外部，并且与外壳相邻。
第二冷却构件可主动冷却第一冷却构件，所述第一冷却构件为被动的。第一冷却构件在3D物体形成期间可为可移动的。第二冷却构件可在3D物体形成期间冷却第一冷却构件。
在另一个方面，用于至少一个3D物体的3D打印的计算机软件产品包括其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被至少一个计算机读取时促使至少一个计算机执行包括下述的操作：(a)引导能量束将材料床的至少一部分转化为3D物体，其中所述材料床设置在外壳中；(b)在3D物体形成期间，引导第一冷却构件冷却材料床，其中所述第一冷却构件在形成期间是可移动的，其中所述第一冷却构件设置在外壳中，其中所述第一冷却构件通过包含气体的间隙与材料床的暴露表面分开，其中所述第一冷却构件包括导热材料；以及(c)引导第一冷却构件与第二冷却构件物理接触，以冷却第一冷却构件，其中所述第二冷却构件设置(i)在外壳壁处或(ii)在外壳的外部，其中所述第二冷却构件是静止的，其中所述第二冷却构件包括开口，其中第一冷却构件、第二冷却构件、能量束和至少一个计算机可操作地联接。
物理接触可包括在第一冷却构件和第二冷却构件之间的直接物理接触。物理接触可包括通过一种或多种材料(例如介质)在第一冷却构件和第二冷却构件之间的间接物理接触。一种或多种材料可包含固体材料。至少一个计算机可为多重计算机。操作(a)至(c)中的至少两个可由不同计算机执行。多重计算机可以可操作地联接。操作(a)至(c)中的至少两个可由相同计算机执行。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)提供具有底表面的第一结构，所述底表面具有负的第一曲率，所述结构包含硬化材料并且设置在与平台相邻的材料床中；并且(b)将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到第一结构的顶部，以形成第二结构，所述经转化的材料硬化成硬化材料作为3D物体的部分，其中所述第二结构的底表面具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。
联接可为附接。第二结构的底表面的曲率可为至多约0.02毫米(-1)。材料床可为粉末床。在形成期间，3D物体可在材料床中无锚悬浮(例如漂浮)。3D可在没有一个或多个辅助支承特征的情况下形成。该方法还可包括在操作(a)之前，将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料作为所述负翘曲物体的部分硬化成硬化材料。第一结构可通过3D打印生成。3D打印可为增材制造。增材制造可包括选择性激光烧结或选择性激光熔融。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)与平台相邻设置的材料床，所述平台包括具有第一曲率为负的底表面的第一结构，所述结构包含硬化材料；(b)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；以及(c)控制器，所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为引导能量束，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到第一结构的顶部，以形成第二结构，所述经转化的材料硬化成硬化材料作为3D物体的部分，其中所述第二结构的底表面具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。第二结构的底表面的曲率可为至多约0.02(1/毫米)。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料与第一结构的顶表面联接，以形成第二结构，所述第一结构具有第一曲率为负的底表面并且设置在材料床中，所述经转化的材料硬化成硬化材料作为3D物体的部分，其中所述第二结构的底表面具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。
控制器可以可操作地联接到平整构件，并且被编程为引导平整构件平整材料床的暴露表面。控制器可以可操作地联接到材料去除构件，并且被编程为引导材料去除构件从材料床去除材料。从材料床去除材料可导致材料床的基本上平坦的暴露表面。去除可排除接触材料床的暴露表面。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)包含硬化材料的第一结构的材料床；(b)生成能量束的能量源，所述能量源与材料床相邻设置，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料与第一结构的顶表面联接，以形成第二结构，所述第一结构具有第一曲率为负的底表面并且设置在材料床中，所述经转化的材料硬化成硬化材料作为3D物体的部分，其中所述第二结构的底表面具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)在包含预转化的材料的材料床中形成第一硬化材料层，所述材料床与平台相邻设置；(b)在第一硬化材料层上方设置预转化的材料的上层；(c)从所述预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中所述间隙包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料，其中上方是相对于远离平台的方向。
该方法还可包括在操作(a)之后和在操作(b)之前，在第一硬化材料层上设置预转化的材料的平整层。预转化的材料可为粉末材料。间隙可包含粉末材料。粉末材料可至少部分烧结。该间隙可包括硬化材料的一部分以及包括粉末材料或烧结粉末材料的一部分。该部分可跨越间隙分布。该部分可集中在间隙内。该方法还可包括转化间隙内的材料，以形成经转化的材料，所述经转化的材料随后硬化成硬化材料作为3D物体的一部分。第一硬化材料层和第二硬化材料层的曲率可为至多约0.02毫米(-1)(即1毫米)。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)材料分配器，所述材料分配器分配预转化的材料以形成材料床，所述材料床包括第一硬化材料层和预转化的材料，所述材料床与平台相邻设置；(b)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；以及(c)控制器，所述控制器可操作地连接到材料分配器和能量束，并且被编程为：(i)引导材料分配器在第一硬化材料层上方设置预转化的材料的上层；(ii)引导能量束从预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中所述间隙包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料，其中上方是相对于远离平台的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为(i)引导材料分配器将预转化的材料的上层设置在材料床中的第一硬化材料层上方，所述材料床包含预转化的材料，所述材料床与平台相邻设置；以及(ii)引导能量束从预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中所述间隙包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料，并且其中所述控制器可操作地联接到材料分配器和能量束，其中上方是相对于远离平台的方向。
控制器可以可操作地联接到平整构件，并且被编程为引导平整构件平整材料床的暴露表面。控制器可以可操作地联接到材料去除构件，并且被编程为引导材料去除构件从材料床去除材料。从材料床去除材料可导致材料床的基本上平坦的暴露表面。去除可排除接触材料床的暴露表面。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)材料床，所述材料床包括在第一硬化材料层上方的预转化的材料的上层，所述第一硬化材料层嵌入材料床内的预转化的材料中，所述材料床与平台相邻设置；(b)能量源，所述能量源生成能量束，以从所述预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中所述间隙包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料，并且其中所述能量源与材料床相邻设置，其中上方是相对于远离平台的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)在包含预转化的材料的材料床中形成硬化材料，其中硬化材料和材料床的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)在硬化材料上设置预转化的材料层；(c)熔融该层的一部分以形成熔融部分；(d)在熔融部分的内部保持熔融的同时，使熔融部分的暴露表面硬化；并且(e)使熔融部分硬化，以形成3D物体的至少一部分。
硬化材料和材料床的材料可选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体。硬化材料和材料床的材料可选自元素金属和金属合金。预转化的材料可为粉末材料。该方法还可包括在操作(e)中，冷却熔融部分用于硬化。硬化材料可为凝固材料。硬化可为凝固。该方法可减少3D物体的至少一个表面的曲率。该方法可减少曲率，使得3D物体的至少一个表面包括正曲率、负曲率或基本上为零的曲率。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)材料分配器，所述材料分配器分配预转化的材料以形成材料床，所述材料床包含硬化材料和预转化的材料，其中预转化的材料和硬化材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；(c)冷却构件；以及(d)控制器，所述控制器可操作地连接联接到材料分配器、能量束和冷却构件，并且被编程为：(i)引导材料分配器，以在硬化材料上设置预转化的材料层；(ii)引导能量束熔融该层的一部分，以形成熔融部分；(iii)引导冷却构件使熔融部分的暴露表面硬化，同时保持熔融部分的内部熔融；以及(iv)引导冷却构件使熔融部分硬化，以形成3D物体的至少一部分。
该材料可包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为(a)引导材料分配器在设置在材料床中的硬化材料上设置预转化的材料层，其中预转化的材料和硬化材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的，所述控制器可操作地联接到材料分配器；(b)引导能量束熔融预转化的材料层的一部分，以形成熔融部分，该控制器可操作地联接到能量束；(c)引导冷却构件使熔融部分的暴露表面硬化，同时保持熔融部分的内部熔融，该冷却构件可操作地联接到控制器；以及(d)引导冷却构件使熔融部分硬化，以形成3D物体的至少一部分。该材料可包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)包含在硬化材料上的预转化的材料层的材料床，其中预转化的材料和硬化材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，以熔融预转化的材料层的一部分以形成熔融部分，所述能量源与材料床相邻设置；(c)冷却构件，所述冷却构件(i)使熔融部分的暴露表面硬化，同时保持熔融部分的内部熔融，以及(ii)使熔融部分硬化，以形成3D物体的至少一部分，所述冷却构件与材料床相邻设置。材料床可与平台相邻设置，并且其中冷却构件设置在材料床上方。上方可为远离平台的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)在包含预转化的材料的材料床中形成第一硬化材料，其中第一硬化材料和预转化的材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)在第一硬化材料上设置预转化的材料层；(c)熔融该层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成熔融部分和第一硬化材料的剩余部分；(d)使熔融部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、以及(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部，所述暴露表面在所述内部停止塑性变形之前停止塑性变形，其中所述硬化形成3D物体的至少一部分。
第一硬化材料和预转化的材料的材料可选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体。第一硬化材料和预转化的材料的材料可选自元素金属和金属合金。熔融可使层的一部分和第一硬化材料的一部分熔融在一起，以形成熔融部分，并且其中硬化是凝固。该方法可控制(例如调节)3D物体的至少一个表面的曲率。在形成期间，3D物体可在材料床中无锚悬浮(例如漂浮)。该方法可减少3D物体的至少一个表面的曲率。该方法可导致在3D物体的至少一个表面中形成正曲率，负曲率或基本上为零的曲率。该方法可在3D物体的至少一个表面中形成正曲率，负曲率或基本上为零的曲率。硬化操作可在变形操作之前发生。该方法还可包括在硬化操作之后并且在塑性变形操作完成之前，加热第二硬化材料。该方法还可包括在硬化操作之后并且在塑性变形操作完成之前，冷却第二硬化材料。该方法还可包括在硬化操作之后并且在塑性变形操作完成之前，加热第二硬化材料，随后冷却第二硬化材料。冷却操作可包括从暴露表面上方冷却，其中上方是与平台相反的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)材料分配器，所述材料分配器分配预转化的材料以形成材料床，所述材料床包含第一硬化材料和预转化的材料，其中第一硬化材料和预转化的材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，所述能量束熔融预转化的材料的至少一部分；(c)冷却构件；以及(d)控制器，所述控制器可操作地联接到材料分配器、能量束和冷却构件，并且被编程为：(i)引导材料分配器在第一硬化材料上设置预转化的材料层；(ii)引导能量束熔融预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成熔融部分和第一硬化材料的剩余部分；以及(iii)引导冷却构件使熔融部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(1)第二硬化材料的一部分、以及(2)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部，所述暴露表面在所述内部停止塑性变形之前停止塑性变形，其中所述硬化形成3D物体的至少一部分。冷却构件可为散热片。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括控制器，所述控制器被编程为：(a)引导材料分配器在设置在材料床中的第一硬化材料上设置预转化的材料层，其中第一硬化材料和预转化的材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的，其中所述控制器可操作地联接到材料分配器；(b)引导能量束熔融预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成熔融部分和第一硬化材料的剩余部分，其中所述控制器可操作地联接到能量束；以及(c)引导冷却构件使熔融部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、以及(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部，所述暴露表面在所述内部停止塑性变形之前停止塑性变形，其中所述硬化形成3D物体的至少一部分，其中所述控制器可操作地联接到冷却构件。
控制器可以可操作地联接到平整构件，并且可被编程为引导平整构件平整材料床的暴露表面。控制器可以可操作地联接到材料去除构件，并且被编程为引导材料去除构件从材料床去除材料。从材料床去除材料可导致材料床的基本上平坦的暴露表面。去除可排除接触材料床的暴露表面。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)包含在第一硬化材料上的预转化的材料层的材料床，其中第一硬化材料和预转化的材料的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，以熔融预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成熔融部分和第一硬化材料的剩余部分，其中所述能量束与材料床相邻设置；(c)冷却构件，所述冷却构件使熔融部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、以及(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部，所述暴露表面在所述内部停止塑性变形之前停止塑性变形，其中所述硬化形成3D物体的至少一部分，其中所述冷却构件与材料床相邻设置。材料床可与平台相邻设置。冷却构件可设置在材料床上方。上方可在与引力场相反的方向上处于远离平台的方向。
在另一个方面，由3D打印过程形成的3D物体包括：包含材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分，其中所述3D物体包括表面、内部和晶粒结构，其中在更接近表面或位于表面的位置处的晶粒结构指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率，其中所述材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
该材料可选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体。该材料可选自元素金属和金属合金。与内部的晶粒结构的尺寸相比，晶粒结构在更接近表面处可更小。凝固可包括结晶。该材料可包含元素金属或金属合金。晶粒结构可为金相结构。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)包含预转化的材料的材料床，其中材料床由基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物的材料形成，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分；以及(c)控制器，所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为：引导能量束转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和晶粒结构，其中在更接近表面或位于表面的位置处的晶粒结构指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为：引导能量束转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和晶粒结构，其中在更接近表面或位于表面的位置处的晶粒结构指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率，其中所述材料床由基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物的材料形成，所述聚合物和树脂是有机的。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)包含预转化的材料的材料床；以及(b)生成能量束的能量源，以转化材料床的至少一部分并且形成3D物体，所述3D物体包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分，其中所述3D物体包括表面、内部和晶粒结构，其中在更接近表面或位于表面的位置处的晶粒结构指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率，其中所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且其中所述能量束与材料床相邻设置，其中所述预转化的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
在另一个方面，由3D打印过程形成的3D物体包括：包含材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分，其中所述3D物体包括表面、内部和树突，其中在更接近表面或位于表面的位置处的树突指示比内部中的树突更大的凝固速率，其中材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
该材料可选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体。该材料可选自元素金属和金属合金。与内部中的树突的间隔相比，树突之间的间隔在更接近表面或位于表面的位置处可更小。与内部中的树突的总体尺寸相比，树突的总体尺寸在更接近表面或位于表面的位置处可更小。该材料可包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。该材料可包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。3D物体可缺乏辅助支承特征或者指示辅助支承特征的存在或去除的辅助支承特征标志。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)包含预转化的材料的材料床，其中所述材料床由基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物的材料形成，所述聚合物和树脂是有机的；(b)生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分；以及(c)控制器，所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为：引导能量束转化材料床的至少一部分，并且形成3D物体，所述3D物体包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分，其中所述3D物体包括表面、内部和树突，其中在更接近表面或位于表面的位置处的树突指示比内部中的树突更大的凝固速率。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为：引导能量束转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和树突，其中在更接近表面或位于表面的位置处的树突指示比内部中的树突更大的凝固速率，其中所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，其中所述材料床由基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物的材料形成，所述聚合物和树脂是有机的。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)材料床；以及(b)能量束，以转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和树突，其中在更接近表面或位于表面的位置处的树突指示比内部中的树突更大的凝固速率，其中所述控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且其中能量束与材料床相邻设置，其中所述预转化的材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)生成包含第一硬化材料的材料床，所述材料床与外壳中的平台相邻设置，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；(b)加热第一硬化材料的一部分，以形成加热部分；(c)熔融加热部分的顶部的一部分，以形成熔融部分；并且(d)使熔融部分硬化，以形成包括面向平台的底表面的第二硬化材料，其中所述第一硬化材料的底表面具有的第一曲率高于所述第二硬化材料的底表面的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述底表面具有负曲率，所述底表面设置在平台上方，其中所述第一硬化材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
熔融部分的暴露表面可包含在加热部分的内部和暴露表面内。熔融部分的暴露表面可小于加热部分的暴露表面。加热部分可不包括硬化材料层的边缘。该方法还可包括去除熔融部分的一部分。去除熔融部分的一部分可包括消融。该方法还可包括去除加热部分的一部分。消融操作可包括使用能量束。能量束可包括电磁辐射或带电粒子辐射。能量束可包括激光束。预转化的材料可为粉末材料。材料床可为粉末床。硬化材料层可不锚定至平台。硬化材料层可不锚定至外壳。硬化材料层可在材料床中无锚漂浮。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)与平台相邻设置的材料床，所述材料床包含第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；(b)生成第一热能的第一能量源，所述第一热能加热第一硬化材料的至少一部分；(c)生成第二能量束的第二能量源，所述第二能量束熔融加热部分的一部分，以形成熔融部分；(d)冷却构件；以及(e)控制器，所述控制器可操作地联接到材料床、第一加热能量、第二能量束和冷却构件，并且被编程为：(i)引导第一热能加热第一硬化材料的至少一部分，以形成加热部分；(ii)引导第二能量束熔融加热部分的至少一部分，以形成熔融部分；(iii)引导冷却构件冷却熔融部分，以形成第二硬化材料，所述第二硬化材料包括面向平台的底表面，其中所述第一硬化材料的底表面具有的第一曲率高于所述第二硬化材料的底表面的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述底表面具有负曲率，所述底表面设置在平台上方，其中所述第一硬化材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
第一能量源和第二能量源可为相同能量源。第一能量源和第二能量源可为不同能量源。第一热能可不转化硬化材料。第一热能可为第一能量束。第一能量束和第二能量束可为相同能量束。第一能量束和第二能量束可为不同能量束。第一热能可包括辐射热源。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为：(a)引导材料分配器分配预转化的材料，以形成与平台相邻设置的材料床，所述材料床包括第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；(b)引导第一热能加热第一硬化材料的至少一部分；(c)引导第二能量束熔融加热部分的一部分，以形成熔融部分；(d)引导冷却构件冷却熔融部分，以形成第二硬化材料，所述第二硬化材料包括面向平台的底表面，其中所述第一硬化材料的底表面具有的第一曲率高于所述第二硬化材料的底表面的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述底表面具有负曲率，所述底表面设置在平台上方，其中所述第一硬化材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的，其中所述控制器可操作地联接到材料分配器、第一热能、第二能量束和冷却构件。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)与平台相邻设置的材料床，所述材料床包含第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的第一底表面；(b)生成第一热能的第一能量源，所述第一热能加热第一硬化材料的至少一部分，所述第一能量源与材料床相邻设置；(c)生成第二能量束的第二能量源，所述第二能量束熔融加热部分的一部分，以形成熔融部分，所述第二能量源与材料床相邻设置；以及(d)冷却构件，所述冷却构件冷却熔融部分，以形成第二硬化材料，所述第二硬化材料包括面向平台的第二底表面，所述冷却构件与材料床相邻设置，其中所述第一底表面具有的第一曲率高于所述第二底表面的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一底表面或第二底表面具有负曲率，所述第一底表面或第二底表面设置在平台上方，其中所述第一硬化材料基本上排除包含重复分子单元的树脂和聚合物，所述聚合物和树脂是有机的。
冷却构件可设置在材料床的暴露表面上方。冷却构件可往返移动于熔融部分上方的位置。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)从设置在外壳内的平台上的材料床生成3D物体的至少一部分；(b)使用设置在外壳内以及在材料床的暴露表面上方的第一冷却构件来冷却材料床；(c)移动第一冷却构件；并且(d)使用设置在外壳外部的第二冷却构件来冷却第一冷却构件，其中上方指远离平台的方向。
第一冷却构件可沿着在生成中使用的能量束的路径设置。第一冷却构件可设置在隔离的大气中。第一冷却构件和材料床可设置在隔离的大气中。第二冷却构件可设置在环境大气中。操作(c)中的冷却包括使第一冷却构件与第二冷却构件接触。接触可通过外壳的表面间接接触。接触可为第一冷却构件和第二冷却构件之间的直接接触。第一冷却构件可为被动的。第二冷却构件可为主动冷却的。第二冷却构件可包括热交换器。材料床可为粉末床。粉末可包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。第一冷却构件可为平移的。第二冷却构件可为静止的。该方法还可包括将第一冷却构件平移到与第二冷却构件相邻的位置。
生成可包括转化材料床内的材料。转化可包括熔融或烧结。该方法还可包括将第一冷却构件吸引到第二冷却构件。吸引可包括生成将第一冷却构件吸引到第二冷却构件的力。力可包括磁力、液压力或电力。第一冷却构件可与材料床的暴露表面相邻设置。相邻可在上方。使用第一冷却构件冷却材料床可包括从材料床的暴露表面去除材料床中至少约30％的热。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述材料床包含预转化的材料，并且放置在外壳中；(b)第一冷却构件，所述第一冷却构件(i)冷却材料床，(ii)是可平移的，并且(iii)设置在外壳内；(c)冷却第一冷却构件的第二冷却构件，所述第二冷却构件未设置在外壳中；以及(d)控制器，所述控制器可操作地联接到能量源、第一冷却构件和第二冷却构件，并且被编程为：(i)引导能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；(ii)引导第一冷却构件冷却材料床；以及(iii)引导第二冷却构件冷却第一冷却构件。
第二冷却构件可设置在外壳的外部。第二冷却构件可为外壳涂层的部分。涂层可为壁或边缘。第一冷却构件可与材料床相邻设置，其中相邻是在上方，其中上方是与平台相反的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为：(a)引导能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；(b)引导可平移的第一冷却构件冷却材料床；以及(c)引导第二冷却构件冷却第一冷却构件，其中所述控制器可操作地联接到能量束、第一冷却构件和第二冷却构件。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)设置在外壳中的材料床；(b)生成能量束的能量源，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；(c)第一冷却构件，所述第一冷却构件(i)冷却材料床，(ii)是可移动的，并且(iii)设置在外壳中；以及(d)第二冷却构件，所述第二冷却构件冷却第一冷却构件并且不设置在外壳中。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：使用能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体的至少一部分；测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的一个或多个温度；并且基于所测量的温度用至少一个处理器来控制能量束，其中根据基准，所述至少一个处理器包括至少3次Tera浮点运算/秒。
用处理器控制能量束可基于(例如进一步基于)3D物体的至少一部分的几何形状。基准可为数学、图形或加密基准。处理器可包括平行处理。处理器可包括至少80亿个晶体管。至少一个处理器的面积可为至多约600mm2.处理器可包括至少1000个核。处理器可具有至少100Giga字节/秒的存储器带宽。处理器可具有至少5Giga比特/秒的存储器时钟速度。控制可基于(例如取决于)排除来自所生成3D物体的至少一部分的结构的反馈的控制机制。控制可基于包括考虑到类似于3D物体的一部分的一般几何截面的控制机制。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：(a)转化材料床的至少一部分的能量束；(b)测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的温度的一个或多个传感器；以及(c)包括至少一个处理器的控制器，所述控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器，并且被编程为：(i)引导能量束转化材料的至少一部分床，以形成3D物体；(ii)引导一个或多个传感器，以测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的一个或多个温度；以及(iii)基于所测量的一个或多个温度，用至少一个处理器来控制能量束，其中根据基准，所述至少一个处理器包括至少3次Tera浮点运算/秒。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：控制器，所述控制器被编程为(a)引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体；(b)引导一个或多个传感器，以测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的一个或多个温度；以及(c)基于所测量的一个或多个温度，用至少一个处理器来控制能量束，其中根据基准，所述至少一个处理器包括至少3次Tera浮点运算/秒。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：(a)能量束，所述能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体的至少一部分；(b)一个或多个传感器，所述一个或多个传感器测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的温度，所述一个或多个传感器与材料床相邻设置；以及(c)包括至少一个处理器的控制器，所述至少一个处理器基于所测量的一个或多个温度来控制能量束，其中根据基准，所述至少一个处理器包括至少3次Tera浮点运算/秒，所述控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器。能量束的控制(例如调节和/或引导)还可基于(例如取决于)3D物体的至少一部分的几何形状。能量束的控制可基于(例如进一步基于)3D物体的至少一部分的几何形状。被编程为引导能量束沿着路径的控制器可包括至少一个处理器。3D物体的形成可包括使经转化的材料硬化，以形成3D物体。
本公开内容的另一个方面提供了包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在由一个或多重计算机处理器执行时，实现上文或本文其它地方中的任何方法。
本公开内容的另一个方面提供了计算机系统，所述计算机系统包括一个或多重计算机处理器以及与其联接的非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多重计算机处理器执行时，实现上文或本文其它地方中的任何方法。
本发明的额外方面及优势将从以下详细描述对本领域的技术人员显而易见，其中仅展示并描述本发明的说明性实施例。将意识到，本发明能够具有其它及不同实施例，且其若干细节在各个其它方面能够加以修改，其皆不脱离本发明。因此，图式及描述本质上被视为说明性的，而非限制性的。
以引用方式并入
本说明书中所提到的所有公开案、专利及专利申请案在本文中以引用的方式以相同的程度并入，如每一个别公开案、专利、专利申请案明确地及个别地经指示以引用方式并入。
附图说明
本发明的创新特征在随附权利要求书中特别阐述。通过参考阐述其中利用本发明的原理的说明性实施例的下述详细描述，以及附图或图(在本文中也称为“FIG.”和“FIGs.”)，将获得本发明的特征和优点的更佳理解，其中：
图1A-1C示出了三维(3D)物体的示意性垂直横截面。
图2示出了3D物体的层的示意性垂直横截面；
图3A-3F示出了3D物体的示意性垂直横截面；
图4A-4F示出了3D物体的示意性垂直横截面；
图5A-5B示出了用于形成一个或多个3D物体的系统和仪器的示意性侧视图；
图6A-6B示出了用于形成一个或多个3D物体的系统和仪器的示意性侧视图；
图7示出了用于形成一个或多个3D物体的系统和仪器的示意性侧视图。
图8A-8C示出了各种3D物体及其方案；
图9示意性地示出了坐标系；
图10示出了3D物体的水平视图；
图11A-11F示出了3D物体的示意性垂直横截面；
图12示意性地示出了用于形成一个或多个3D物体的流程图；
图13示意性地示出了在形成一个或多个3D物体中使用的控制器(例如控制系统)；
图14示意性地示出了被编程为或以其它方式配置为促进一个或多个3D物体形成的计算机控制系统；
图15示出了3D物体的垂直横截面；和
图16示意性地示出了各种路径。
图和其中的部件可不按比例绘制。本文描述的图的各种部件可不按比例绘制。
具体实施方式
虽然本发明的各种实施例已在本文中展示并描述，但仅以实例提供的此类实施例对于本领域的技术人员来说将显而易见。许多改变、变化及替代可在不脱离本发明的情况下被本领域的技术人员想到。应理解，可采用本文中所描述的发明的实施例的各种替代方案。
术语例如“一个”、“一种”和“该/所述”不预期仅指单数实体，而是包括其中具体例子可用于示出的一般类别。本文的术语用于描述本发明的具体实施例，但它们的使用不限定本发明。当提到范围时，除非另有说明，否则范围意指包含在内。例如，值1和值2之间的范围意指包含在内，并且包括值1和值2。包含在内的范围将跨越从约值1到约值2的任何值。
如本文使用的，术语“相邻”或“与......相邻”包括‘紧靠’、‘邻接’、‘接触’和‘接近’。在一些情况下，相邻可为‘上方’或‘下方’。
除非另有说明，否则如本文使用的，术语“在......之间”意欲为包含在内。例如，在X与Y之间在本文中理解为从X到Y。
术语“可操作地联接”或“可操作地连接”指第一机构联接(或连接)到第二机构，以允许第二机构和/或第一机构的预期操作。
三维打印(也称为“3D打印”)一般指用于产生3D物体的过程。例如，3D打印可指以受控方式序贯添加材料层或材料层(或材料层的部分)的相连，以形成3D结构。受控方式可包括自动和/或手动控制。在3D打印过程中，设置的材料被转化(例如熔化、烧结、熔融、粘结或以其它方式连接)，以随后硬化且形成3D物体的至少部分。熔化(例如烧结或熔融)结合或以其它方式连接材料在本文中统称为转化材料(例如粉末材料)。熔化材料包括熔融或烧结材料。粘结包括化学键合。化学键合包括共价键合。3D打印的实例包含增材打印(例如，逐层打印或增材制造)。3D打印可包括分层制造。3D打印可包括快速原型制造。3D打印可包括固体自由成型。3D打印可包括直接材料沉积。3D打印可进一步包括消减打印。
3D打印方法包括挤出、金属丝、颗粒、层压、光聚合或粉末床和喷墨头3D打印。挤压3D打印包括机械臂浇铸、熔化沉积成型(FDM)或熔丝制造(FFF)。金属丝3D打印可包括电子束自由制造(EBF3)。颗粒3D打印包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔融(EBM)、选择性激光熔融(SLM)、选择性加热烧结(SHS)或选择性激光烧结(SLS)。粉末床和喷墨头3D打印包括基于石膏的3D打印(PP)。层压3D打印包括层压物体制造(LOM)。光聚合3D打印包括立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)或层压物体制造(LOM)。
3D打印方法可不同于半导体装置制造中传统使用的方法(例如气相沉积、蚀刻、退火、掩模或分子束外延)。在一些情况下，3D打印还包括半导体装置制造中传统使用的一种或多种打印方法。3D打印方法可与气相沉积方法(例如，化学气相沉积、物理气相沉积或电化学沉积)不同。在一些例子中，3D打印还可包括气相沉积方法。
本公开内容的方法、仪器、软件和系统可用于形成用于各种用途和应用的3D物体。这种用途和应用包括电子、电子部件(例如壳体)、机器、机器零件、工具、植入物、假体、时尚物品、服装、鞋或珠宝。在一些实施例中，植入物被引导(例如整合)至硬组织、软组织、或硬组织和软组织的组合。植入物可与硬组织和/或软组织形成粘附。机器可包括电机或电机零件。机器可包括交通工具。机器可包括航空航天相关的机器。机器可包括航空机。交通工具可包括飞机、无人机、汽车、火车、自行车、船或航天飞机(例如太空飞船)。机器可包含卫星或导弹。用途和应用可包括与本文列出的行业和/或产品有关的3D物体。
本公开内容提供了用于从预转化的材料(例如粉末材料)3D打印所需3D物体的系统、仪器、软件和/或方法。3D物体可预订购、预设计、预建模或实时设计(例如在3D打印的过程期间)。
如本文理解的，预转化的材料是在3D打印过程期间通过能量束转化之前的材料。预转化的材料可为在其用于3D打印过程之前转化或未经转化的材料。预转化的材料可为固体、半固体或液体(例如，如本文公开的)。预转化的材料可为微粒材料(例如粉末)。微粒材料可包含粉末或囊泡。
3D打印方法可为添加方法，其中打印第一层，其后将一定体积的预转化的材料作为分开的序贯层(或其部分)加入第一层。通过转化(例如熔化)预转化的材料的一小部分，以形成作为3D物体的部分的经转化的材料，可将每个另外的序贯层(或其部分)加入前一层。经转化的材料随后可硬化，以形成3D物体的至少一部分。硬化可被主动诱导(例如通过冷却)或可无需干预(例如天然地)而发生。
在一些实施例中，打印3D物体的基本长度尺度(在本文中缩写为“FLS”)为至少约50微米(μm)、80μm、100μm、120μm、150μm、170μm、200μm、230μm、250μm、270μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、1毫米(mm)、1.5mm、2mm、5mm、1厘米(cm)、1.5cm、2cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、10m、50m、80m或100m。在一些实施例中，打印的3D物体的FLS为至多约1000m、500m、100m、80m、50m、10m、5m、4m、3m、2m、1m、90cm、80cm、60cm、50cm、40cm、30cm、20cm、10cm或5cm。在一些情况下，打印3D物体的FLS在上述FLS中任意者之间(例如约50μm至约1000m、约120μm至约1000m、约120μm至约10m、约200μm至约1m、或约150μm至约10m)。基本长度尺度是直径、球形等效直径、边界圆的直径、和/或下述中的最大：高度、宽度和长度。
在一些实施例中，经转化的材料随后硬化，以形成硬化的3D物体(在本文中为“3D物体”)。硬化包括凝固。转化包括熔融、烧结、粘附、附接、结合、相连、附加、联接、联合、合并、固定、融合、统一、混合、结合、融合、连结、固定、熔融、统一、粘合或连接。转化包括转化预转化的材料的至少一部分的物理状态(例如从固体到液体)。本文描述的仪器、系统、软件和/或方法可用于形成缺乏一个或多个辅助特征的3D物体。本文描述的仪器、系统、软件和/或方法可用于形成例如在其形成期间在材料床中悬浮(例如无锚漂浮)的3D物体。本文描述的仪器、系统、软件和/或方法可用于形成在其整个生成过程期间在材料床中无锚悬浮的3D物体。本文描述的仪器、系统、软件和/或方法可减少3D物体内的一个或多个层或其部分的变形(例如在其形成时和/或在其形成后)。变形可包括弯曲、翘曲、拱起、挠曲、扭曲、成球、开裂、错位或其任何组合。
材料床的FLS(例如宽度、深度和/或高度)可为至少约50毫米(mm)、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、200mm、250mm、280mm、400mm、500mm、800mm、900mm、1米(m)、2m或5m。材料床的FLS(例如宽度、深度和/或高度)可为至多约50毫米(mm)、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、200mm、250mm、280mm、400mm、500mm、800mm、900mm、1meter(m)、2m或5m。材料床的FLS可在上述值中任意者之间(例如约50mm至约5m、约250mm至约500mm、约280mm至约1m)。
在本文描述的一个方面是用于生成具有减少的变形程度(例如基本上不变形)的3D物体的方法、系统和/或仪器。3D物体可缺乏一个或多个辅助支承件。3D物体可缺乏指示一个或多个辅助支承件的先前存在的标志。
有时，硬化材料层的连续添加连接到先前形成的一个或多个硬化材料层(例如通过转化)。有时，硬化材料层的连续添加包括将其连接到物体(例如3D物体)。该物体可使用3D打印方法形成或可不使用3D打印方法形成(例如，如本文公开的)。该物体可包括材料片层(例如金属片层)。与先前形成的硬化材料层(例如3D平面)的连接可促使所形成的相连结构变形。当所形成的结构在其形成期间缺少辅助支承结构时，变形可出现。当所形成的结构在其形成期间在材料床中无锚漂浮时，变形可出现。在一些情况下，在平面物体(例如底部蒙皮层)上设置第二硬化材料层减少正在形成的相连结构的曲率半径(例如促使相连结构翘曲)。首个形成的硬化材料层在本文中被称为“底部蒙皮”。图2显示了各种曲率半径的例子。不希望受理论束缚，图1A-1C显示了在3D平面上形成第二层的各个阶段的例子。3D平面(例如底部蒙皮层)的例子显示于图1A中，然后如图1B的例子中所示，将第二层设置在3D平面上。当第二层硬化(例如冷却)时，第二层可收缩，导致所形成的相连结构(例如双层)的变形，如图1C的例子中所示。第一层(例如图1A中所示)可为3D打印层、3D平面、由其它方法生成的层或其任何组合。第一层可为天然形成的层。
3D物体可包括悬挂结构。悬挂结构可为平面样结构(在本文中称为“三维平面”或“3D平面”)。与相对大的表面积相反，三维(3D)平面可具有相对小的宽度。例如，3D平面可相对于大水平面具有小高度。3D平面可为平面的、弯曲的、或采取无定形3D形状。3D平面可为条、叶片或凸耳。3D平面可包括曲率。3D平面可为弯曲的。3D平面可为平面的(例如平坦的)。3D平面可具有弯曲围巾的形状。3D物体可包括金属丝。
在一些实施例中，本文描述的方法、系统、软件和/或仪器减少变形程度(例如，如与常规使用的3D打印方法相比)。有时，通过使用包括负曲率半径(例如负翘曲)的第一层来减少变形程度。另外地或分开地，通过使用第一冷却构件(例如散热片或冷却板)可减少变形程度。在一些实施例中，冷却构件(例如散热片)与材料床的暴露层相邻(例如在其上方)。图5A显示了位于材料床504的暴露表面上方的冷却构件513的例子。可将冷却构件引入和/或拉离与材料床的暴露表面相邻(例如在其上方)的位置(例如在3D打印期间)。冷却构件的引入和/或取回可在相对于3D打印的时间尺度的相对短的时间量内完成。例如，相对于硬化层形成和/或转化前层设置的时间尺度。可在第一硬化材料层上形成第二层经转化的材料。第一硬化材料层可悬浮于材料床中(例如在3D打印期间)。第一硬化材料层可缺乏一个或多个辅助支承件。冷却构件可与材料床相邻(例如在第二层形成期间)被引入和取回。在一些实施例中，第二层暴露于冷却构件的时间量与(i)第二层的冷却顶表面和(ii)第二层的热内表面的形成相关联(例如等等)。
在一些实施例中，第一冷却构件是被动冷却构件(例如包含例如元素金属或金属合金的板坯)。在一些情况下，被动的第一冷却构件由第二冷却构件冷却。有时，第二冷却构件是主动冷却构件。主动冷却构件包括热传导(例如使用液体)。第一冷却构件可设置在外壳内。第二冷却构件可设置在外壳的外部。图5A和5B显示了第一冷却构件和第二冷却构件的例子。图5A显示了其中第一冷却构件513位于材料床504上方的系统和仪器(显示为侧视图500)的例子，其中3D物体506正在由能量束515形成。第一冷却构件513设置在外壳507内，并且第二冷却构件512未设置在外壳507内。第二冷却构件512是主动冷却构件，例如包括一个或多个通道517(显示为其垂直横截面)。通道517可填充有在第二冷却构件512内流动的至少一种冷却剂(例如并且在进入软管514和流出软管516)中)。图5B显示了其中第一冷却构件533接触第二冷却构件532的系统和仪器(显示为侧视图520)的例子。
在一些情况下，第一层(例如底部蒙皮)包括相对于平台(例如构建平台)和/或材料床的暴露表面的负翘曲。如本文理解的，负翘曲包括相对于材料床的暴露表面和/或平台的凸起结构。图2显示了描绘为垂直横截面的正翘曲(即，具有正曲率)、负翘曲(即，具有负曲率)或非翘曲(即，具有基本上为零的曲率)的层的例子。例如，物体212的层编号6相对于平台218是负翘曲的(即，具有负曲率)。在分层结构212中，当从其底部到平台218限定的体积(例如体积的垂直横截面中的区域)是凸面物体219时，层编号6具有负曲率。212的层编号5具有负曲率。212的层编号6具有比212的层编号5更负的曲率(例如具有更大负值的曲率)。212的层编号4具有其为(例如基本上为)零的曲率。例如，物体214的层编号6相对于平台218是正翘曲的(即，具有正曲率)。214的层编号6具有正曲率。212的层编号6具有比212的层编号5、212的层编号4和214的层编号6更负的曲率。
如本文理解的，曲线在一个点处的曲率半径“r”是在该点处最接近曲线的圆弧半径的量度(例如图2，216)。曲率半径是曲率的倒数。在3D曲线(在本文中也称为“空间曲线”)的情况下，曲率半径是曲率矢量的长度。曲率矢量可包括具有特定方向的曲率(例如曲率半径的倒数)。例如，特定方向可为朝向平台的方向(例如在本文中被指定为负曲率)、或远离平台的方向(例如在本文中被指定为正曲率)。例如，特定方向可为朝向重力场方向的方向(例如在本文中被指定为负曲率)、或与重力场方向相反的方向(例如在本文中被指定为正曲率)。曲线(在此也称为“弯曲的线”)可为类似于无需为直的线的物体。(直)线可为其中曲率基本上为零的曲线的特殊情况。曲线可在二维(例如平面的垂直横截面)或三维(例如平面的曲率)中。
当后续层设置在第一层的凸起表面上并且随后硬化时，凸起表面可变直。不希望受理论束缚，变直可由于第二层在硬化(例如凝固)时的收缩而发生。第二层可粘附到第一层。粘附的第二层在硬化(例如冷却和/或凝固)时可收缩。在一些例子中，包括负翘曲(即，负曲率)的第一层作为单一层生成。在一个例子中，第一层是负弯曲的3D平面。3D平面可通过3D打印形成。3D平面可使用其它方法形成。例如，3D平面可为材料片层。3D平面可天然发现。负翘曲的层和/或物体可通过各种方法形成。用于形成负翘曲的层和/或物体的方法、软件、系统和/或仪器的例子可在于2016年5月27日提交的、名称为“THREE-DIMENSIONALPRINTING AND THREE-DIMENSIONAL OBJECTS FORMED USING THE SAME”的专利申请号PCT/US16/34857中找到，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。不希望受理论束缚：图3A显示了第一负翘曲层311的例子。图3B显示了在完全冷却层322之前，在负翘曲层321上设置的经转化的材料层322的例子。图3C显示了在负翘曲层上设置的经转化的材料332的硬化(例如冷却)层的例子，所述负翘曲层在经转化的材料322硬化(例如冷却)成332期间已变直331。可从以特定几何形状的多个子层生成包括负翘曲(例如负曲率)的第一层，使得它们一起可形成包括硬化结构的平均负曲率半径的硬化结构。图3D显示了硬化结构341的例子，所述硬化结构341由多个子层构成并且共同包括平均负弯曲的层(例如具有平均负曲率的结构)。图3E显示了设置在由多个子层351形成的硬化结构上的经转化的材料层352的例子，所述多个子层351共同具有平均负曲率，其中层352未完全冷却。图3F显示了设置在负翘曲层上的经转化的材料362的硬化(例如冷却)层的例子，所述负翘曲层在经转化的材料硬化(例如冷却)期间已变直361，所述变直层包括它由其构成的多个层(未示出)。
另外地或分开地，通过使用半粘附层可减少变形的程度。在一些例子中，3D物体包括由间隙层分开的两层(即，第一层和第二层)硬化材料。第一层和第二层可为(例如基本上)平面的(例如平坦的)。有时，两层中的至少一层可具有大曲率半径(例如至少约20cm、30cm、40cm、50cm、80cm或100cm的曲率半径)。曲率半径可为本文公开的任何曲率半径。在3D打印期间，第一层和第二层可缺乏一个或多个辅助支承件(例如锚定件)。在一些实施例中，间隙层相对于第一层和/或第二层具有更小的高度。在一些实施例中，间隙层相对于第一层和/或第二层具有更大的高度。间隙层可比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不稠密(例如更稀疏)。间隙层可包含未经转化的材料。例如，间隙层可包含微粒材料(例如粉末)。图4A显示了在其上设置预转化的(例如粉末)材料层413的硬化材料层411的例子。图4B显示了第一层421、第二层422和包含预转化的材料的间隙层423的例子。在一些实施例中，间隙层包括多个间隙层。多个间隙层内的间隙层可为相同种类的间隙层或不同种类的间隙层(例如，如本文公开的)。间隙层可随后被转化。在一些实施例中，间隙层可为轻微烧结的。图4C显示了在433中(例如轻微地)烧结的间隙层的例子，其中层431和432代表硬化材料层。转化可包括转化(例如熔融)在一个或多个位置处的间隙层内的特定材料，以在两层硬化材料之间形成相应的一个或多个连接。一个或多个连接可包括柱状物或团块。一个或多个连接可在形成轻微烧结的结构之前、形成轻微烧结的结构期间或形成轻微烧结的结构之后生成。一个或多个连接可无需形成轻微烧结的结构而生成。一个或多个位置(例如在其中形成连接)可沿着间隙层分布，以截留微粒材料。一个或多个位置可序贯地定位且逐渐连接第一层和第二层，例如，类似于拉链的闭合。图4D显示了由间隙分开的两层硬化材料441和442的例子，所述间隙包含预转化和/或烧结的材料(例如多孔硬化材料)和分段经转化的材料(例如443)，其分布在间隙内并且将第一硬化层441连接到第二硬化层442。图4D显示了具有连接443的间隙层的例子。间隙层可为退火的(例如在3D打印期间和/或3D打印之后)。间隙层可形成连续的或不连续的经转化的材料层，以连接第一层和第二硬化材料层(例如441和442)。图4E显示了由间隙分开的两层硬化材料451和452的例子，所述间隙包含在间隙内被转化且任选硬化(例如454)的预转化的材料(例如粉末)453。454中的各种灰度梯度代表不同的温度，其中较暗的阴影代表较冷温度的材料，而较浅的阴影代表较热温度的材料。图4F显示了具有转化且任选硬化的材料层463的间隙层的例子。图4F显示了由间隙分开的两层硬化材料461和462的例子，所述间隙包含转化且任选硬化的材料(例如463)。
在一些情况下，预转化的材料(例如在材料床中)可经由热转化。热可通过至少一个能量束、能量束的重叠阵列(例如LED阵列或激光器阵列)、灯、辐射器、任何辐射热源或其任何组合来生成。图7显示了包括能量束701的系统和仪器700(显示为侧视图)的例子，所述能量束701将材料床704的一部分转化成3D物体706。在该例子中，3D物体在材料床704内无锚漂浮(即，悬浮)。图7显示了设置在材料床上方的散热片713的例子，所述材料床设置在构建平台上，所述构建平台包括连接到垂直致动器712(例如升降机)的基部702和基材709。图7显示了防止预转化的材料从材料床704溢出到外壳707的底部711的密封剂703的例子，其中外壳的内部715具有包含气体的大气。在一些实施例中，外壳包括可平移(例如在3D打印期间)的冷却构件(例如713)。密封剂(例如密封件)可包括在活塞上的O形环、橡胶密封件、金属密封件、装载锁或伸缩软管。
在一些实施例中，负翘曲通过3D物体的深区域加热(例如图11F)形成而无熔融。图11A-11E显示了使用深区域加热方法形成负翘曲物体(例如具有负曲率的物体)中的各个阶段的例子。在这种方法中，可加热硬化材料层的一部分(例如图11A，1111)，以形成加热部分(例如图11B，1112)和一个或多个未加热部分(例如图11B，1111a和1111b)。在图11A-F所示的例子中，较暗的阴影呈现较热的区域，而较亮的阴影代表较冷的区域。在一些例子中，加热部分不与硬化材料层的边缘接界。例如，加热部分可处于硬化材料的待弯曲层的中心。加热部分可膨胀(例如在加热过程中)。因而，膨胀的加热部分可压缩较冷部分(例如1111a和1111b)。不希望受理论束缚，加热部分可经受拉伸应力。加热部分的顶部(例如更接近暴露表面)可被转化(例如熔融)(例如图11C，1114)。熔融部分的高度可为硬化材料层的总高度的至少约1％、5％、10％、15％、20％、25％或30％。熔融部分的高度可为硬化材料层的总高度的至多约1％、5％、10％、15％、20％、25％或30％。熔融部分的高度可为相对于硬化材料层的总高度在上述值之间的任何值(例如约1％至约30％、约10％至约20％、或约5％至约25％)。转化(例如熔融)部分还可膨胀(例如多于加热部分的膨胀)。不希望受理论束缚，进一步的膨胀可对层的先前加热部分施加收缩应力。加热部分(例如图11C，1113)可包括经受收缩应力的子部分(例如图11D，1115)。该方法可形成3D物体的一部分，其中应力分布(例如梯度)在其顶部(朝向暴露表面)处包括比在其底部(远离暴露表面)处相对更多的收缩应力。因此该部分的底部可经受拉伸应力。因而，加热区域(例如图11D，1114-1116)可迫使加热区域(例如图11D，1111a和1111b)的两侧朝向平台弯曲，并且形成弯曲区域(例如图11E，1117a和1117b)。因此，硬化材料层可在冷却时形成负翘曲结构(例如，如图11E中所示)。图11E 1114-1116分别与图11D 1114-1116相关联。硬化材料层可形成易于产生所需负扭曲变形的3D物体(例如图11E)。在一些实施例中，可至少部分(例如完全)去除(例如消融)经转化的顶层1114。在一些例子中，当去除经转化的顶层时，拉伸-收缩应力梯度得到增强。图11F显示了其中去除经转化层的例子(例如1118)。图11F 1115-1116分别与图11D 1115-1116相关联。
硬化材料层的一部分的底部可被引导远离硬化材料的暴露表面，和/或朝向平台。硬化材料层的一部分的底部可为被引导远离硬化材料的暴露表面指向、和/或朝向平台的硬化材料的表面。硬化材料层的一部分的顶部可被引导朝向硬化材料的暴露表面，或者是硬化材料的暴露表面。
加热部分(例如1112)和/或转化(例如熔融)部分(例如1114)可由能量束形成。能量束可沿着路径行进。该路径可为预定路径。该路径可由控制器预定。在一些实施例中，控制器直接和/或通过一个或多个仪器来调节和/或引导能量束(例如能量束的路径)。例如，控制器可引导沿着至少一个路径引导能量束的扫描仪。
控制包括调节、操纵、限制、引导、监测、调整或管理。
能量束的路径可包括光栅、矢量或其任何组合。例如，能量束的路径(例如第一路径)可为矢量。能量束的路径可振荡。例如，能量束的路径可包括锯齿形、波形(例如弯曲的、三角形或正方形)或弯曲图案。弯曲波可为正弦波或余弦波。能量束的路径可包括子图案。子图案可具有本文公开的任何能量束图案。图16显示了包括锯齿形子图案(例如显示为路径1611的一部分的放大的1612)的能量束的路径1611的例子。图16显示了包括弯曲子图案1622的能量束的路径1621的例子。子路径可构成能量束的路径。子路径可为构成大路径的小路径。子路径的幅度可小于能量束路径的幅度和/或尺度。子路径可为能量束路径的部件。能量束跟随的路径可为预定路径。能量束跟随的路径可连接或断开。例如，图1611显示了连接路径。例如，图16，1621显示了断开路径。连接路径可用弯曲的连接器或非弯曲的连接器连接。在一些例子中，整个路径可基本上不弯曲。在一些情况下，整个路径可基本上弯曲。图16显示了具有弯曲连接器(例如1613)的连接路径1611的例子。矢量路径区段各自可由子路径(例如锯齿形或弯曲的)形成。非弯曲连接器可形成直角或其它角度。非弯曲连接路径可形成矩形连接路径。图16显示了具有非弯曲(例如直角)连接器(例如1633)的连接路径1631的例子。非连接路径可包括矢量路径区段。至少两个矢量路径区段可指向相同的方向。图16显示了包括编号为1至5的矢量路径区段的非连接路径1641的例子，所有所述矢量路径区段都指向相同方向。图16显示了包括编号为1至5的矢量路径区段的非连接路径1621的例子，其中至少矢量区段1和2指向不同方向。3D模型和/或算法可预定路径。3D模型可为预定的(例如通过处理器、个人、计算机、计算机程序、绘图、法规或其任何组合)。
路径可包括连续的线(例如矢量路径区段)。连续的线可彼此接触。连续的线可在至少一个点中彼此重叠。连续的路径线可彼此基本上重叠。连续的线可间隔开第一距离(例如剖面线间距)。图16显示了剖面线间隔1643的例子。第一距离可根据3D物体内生成的硬化材料的位置而变化。剖面线间距(即，路径的断开区段之间的距离)可为至少500微米(μm)、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm或1μm。剖面线间距可为至多500微米(μm)、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm或1μm。剖面线间距可为上述第一距离值之间的任何值(例如500μm至1μm、100μm至20μm、60μm至5μm)。在一些例子中，连续路径线之间的角度是变化的。
在一些情况下，能量束路径的方向(例如阴影线的方向)确定3D物体的曲率、3D物体的底表面和/或3D物体的顶表面。在一些情况下，能量束路径的方向确定3D物体的曲率。3D物体的曲率可包括3D物体的底表面和/或3D物体的顶表面。能量束路径的方向可为阴影线的方向。3D物体的曲率的程度和/或方向可受形成3D物体的材料的一个或多个特征影响。材料的一个或多个特征可包括转化(例如熔融)温度或弹性(例如杨氏)模量。3D物体的曲率的程度和/或方向可受通过能量束形成的熔池的尺寸影响。图8A显示了3D物体中的连续熔池的例子。3D物体的曲率(例如正、基本上为零或负)的程度和/或方向可受在3D物体内的(例如能量束的)热穿透深度(例如在图11C中的深度1114)影响。3D物体的曲率的程度和/或方向可受相对于较大路径的方向的路径部分方向影响。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：提供设置在材料床中的负翘曲的硬化材料层，并且将材料床的至少一部分转化成联接(例如附接)到负翘曲层的经转化的材料。经转化的材料可(例如随后)形成硬化材料作为3D物体的部分。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：提供具有第一曲率为负的底表面的第一结构，所述结构包含硬化(例如固体)材料并且设置在与平台相邻的材料床中；并且将材料床(例如粉末床)的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到第一结构的顶部，以形成第二结构(其包括经转化的材料和第一结构两者)，所述经转化的材料硬化(例如凝固)成作为3D物体的部分的硬化(例如固体)材料，其中所述第二结构的底表面具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。
在一些实施例中，3D物体内的所有层的曲率为至多约0.02毫米-1(即1/毫米)。在一些实施例中，3D物体内的层是(例如基本上)平面的(例如平坦的)。曲率可为至多约-0.05mm-1、-0.04mm-1、-0.02mm-1、-0.01mm-1、-0.005mm-1、-0.001mm-1、基本上零mm-1、0.001mm-1、0.005mm-1、0.01mm-1、0.02mm-1、0.04mm-1或0.05mm-1。曲率可为上述曲率值之间的任何值(例如约-0.05mm-1至约0.05mm-1、约-0.02mm-1至约0.005mm-1、约-0.05mm-1至基本上为零、或约基本上为零至约0.05mm-1)。曲率可指表面的(例如平均或均值)曲率。表面可为硬化材料层(例如第一层)。表面可为3D物体(或其任何层)。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：在包含预转化的材料的材料床中形成第一硬化材料层；在第一硬化材料层上设置预转化的材料的上层；并且从预转化的材料的上层的至少一部分生成第二硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中所述间隙包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料。在一些实施例中，更不致密的材料包含预转化的材料(例如粉末)。在一些例子中，更不致密的材料包含粉末或烧结粉末(例如轻微烧结粉末，例如参见图4A-4F)。
平台包括基部、基材或外壳的底部。平台是构建平台。在一些实施例中，平台与其中生成3D物体的位置相邻(例如在其上方)。上方可处于与重力场的方向相反的方向。上方可处于与构建平台相反的方向。在一些实施例中，该方法还可包括：在设置预转化的材料的上层的操作之后，并且在从上层的至少一部分生成第二硬化材料层的操作之前，在第一硬化材料层上设置平整的(例如平坦的)预转化的材料层。间隙可包括硬化材料的一部分和包括预转化的材料和/或烧结粉末材料的一部分。至少一些部分(例如所有部分)可跨越间隙(例如均匀地)分布。至少一些部分(例如所有部分)可在间隙内(例如均匀地)浓缩(例如到第一层和/或第二硬化材料层)。本文公开的方法还可包括转化间隙内的材料，以形成作为3D物体的部分的经转化的材料。经转化的材料随后可硬化成作为3D物体的部分的硬化材料。(例如参见图4F)。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：在包含预转化的材料的材料床中形成第一材料层，所述第一材料层包含硬化材料；在第一材料层上设置预转化的材料的上层；从预转化的材料的上层的至少一部分生成包含经转化的材料的第二材料层；并且冷却第二材料层，使得第二材料层的顶表面比其底表面冷。第二层的顶表面可为暴露的表面。第二层的底表面可接触第一材料层。在一些实施例中，经转化的材料随后硬化。在一些实施例中，经转化的材料包括硬化材料。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：在包含预转化的材料的材料床中形成硬化材料；在硬化材料上设置预转化的材料层；转化(例如熔融)该层的一部分，以形成转化(例如熔融)部分；使转化部分的暴露表面硬化，同时转化部分的内部保持转化(例如未硬化，例如熔融)；并且使转化部分硬化(例如凝固)，以形成3D物体的至少一部分。
在使转化部分硬化的操作中，该方法还可包括冷却熔融部分用于硬化。该方法可减少或保存3D物体的至少一个表面(例如所有表面)的曲率(例如曲率的值)。该方法可减少(或保存)3D物体的至少一个层(例如所有层)的曲率。该方法可减少3D物体的至少一个层的曲率，使得它可包括正曲率、负曲率或基本上为零的曲率。该方法可减少3D物体的至少一个表面的曲率，使得它可包括正曲率、负曲率或基本上为零的曲率。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：在包含预转化的材料的材料床中形成第一硬化材料(层)；在第一硬化材料上设置预转化的材料层；转化(例如熔融)预转化的材料的一部分和第一硬化材料(层)的一部分，以形成转化部分和(例如第一硬化材料的)剩余部分；并且使转化部分硬化，以形成第二硬化材料；并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、以及(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料(层)的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面以及内部，在内部停止塑性变形之前，所述暴露表面停止塑性变形，其中硬化形成3D物体的至少一部分。参见图11A-11F。
转化(例如熔融)可将预转化的材料层的一部分和第一硬化材料(层)的一部分一起转化，以形成转化(例如熔融)部分。硬化可为凝固。本文公开的方法可控制3D物体的至少一个表面的曲率。本文公开的方法可控制3D物体的层的至少一个表面的曲率。本文公开的方法可控制3D物体的至少一个层的曲率。在形成期间，3D物体可在材料床中(例如在其形成期间)无锚悬浮。3D物体可包括辅助支承件或缺乏辅助支承件(例如在其形成期间)。辅助支承件可在材料床中(例如在3D物体形成期间)悬浮(例如无锚)。本文公开的方法可减少(或保存)3D物体的至少一个层和/或表面的曲率。本文公开的方法可减少(或保存)3D物体的至少一个层表面的曲率。本文公开的方法可导致3D物体的至少一个表面具有正曲率、负曲率或基本上为零的曲率。在一些实施例中，硬化操作在变形操作之前发生。本文公开的方法还可包括在硬化操作之后并且在塑性变形完成之前，加热和/或冷却第二硬化材料。冷却可从暴露表面上方冷却(例如使用冷却构件)。
图11A显示了在包含预转化的材料的材料床1110(例如粉末床)中的3D硬化材料结构1111的例子。图11B显示了在3D硬化材料结构内的加热部分1112的例子，其包括未被加热的两个区段(例如1111a和1111b)。加热可通过本文公开的任何一种或多种能量源(例如传导热源和/或能量束)来执行。加热部分可相对于3D物体的横截面集中或不集中(例如水平、垂直或成角度)。加热部分可位于3D物体或其层的中间。加热部分可在3D物体的侧面上。在一些实施例中，加热部分不在3D物体的侧面处。有时，加热部分不与3D物体的侧面部分(例如相对于构建平台)接界。有时，加热部分位于3D物体的相对侧的一定距离处。有时，相对于至少一个横截面(例如水平、垂直或成角度)，加热部分(例如基本上)对称地位于3D物体的相对侧的一定距离处。基本上是相对于3D物体的预期目的。图11B显示了其中加热部分1112相对于3D物体(例如其层)的垂直横截面，(例如基本上)对称地位于3D物体的中心处的例子，在3D物体的相对侧(例如1119，1120)各自的一定距离处。有时，相对于至少一个横截面(例如水平、垂直或成角度)，加热部分不对称地位于3D物体的任一相对侧的不等距离处。图11C显示了加热部分内的转化(例如熔融)部分1114的例子，描绘了在1113中未转化的加热部分的剩余部分。图11D示意性地显示了转化部分1114和未转化的加热部分1113之间的较高温度区域1115，其中1115包含处于比1116中的温度高的温度下的未经转化的材料。图11E示意性地显示了当3D物体的塑性变形时，图11C和图1ID中所示的结果。转化(例如熔融的)部分(例如1114)的暴露表面可小于或(例如基本上)类似于加热部分(例如1112)的暴露表面。转化部分的暴露表面可包含在加热部分的暴露表面内。硬化材料的转化和/或加热可诱导3D物体的机械变形。硬化材料的转化和/或加热可诱导3D物体的弹性变形和/或塑性变形。硬化材料的转化和/或加热可诱导3D物体中的疲劳(例如材料疲劳，例如金属疲劳)。硬化材料的转化和/或加热可诱导3D物体中的压缩应力和/或拉伸应力。硬化材料的转化和/或加热可诱导3D物体的可逆变形和/或不可逆变形。
塑性变形的物体可任选地从顶部冷却。可使用本文公开的冷却构件冷却塑性变形的物体。冷却可为通过冷却构件的迅速冷却，或者可为连续冷却和/或延长冷却。迅速冷却可包括从邻近(例如在其上方)转化(例如熔融)区域(例如1114)的位置引入且迅速取出冷却构件。迅速可相对于转化区域内部的硬化来测量。迅速可允许转化区域的内部保持转化，而转化区域的暴露表面可硬化。迅速可允许熔融区域的内部保持熔融，而熔融区域的暴露表面可凝固。
在一些例子中，本文公开的方法包括传导热的材料(例如预转化的材料、材料床、硬化材料或其任何组合)的材料。这可使得硬化(例如固体)材料的热传导和/或吸收比预转化的材料(例如粉末材料)的热传导和/或吸收更有效。在一些例子中，转化部分(例如在其至少部分硬化之前或其至少部分硬化之后)被去除。在一些实施例中，去除可包括腐蚀、汽化碎裂或消融。去除可包括机械、光学或化学去除。消融可包括将能量束引导至转化部分(例如在其至少部分硬化之前或其至少部分硬化之后)。能量束可为本文公开的任何能量束。能量束可为形成熔融部分(例如1114)的相同或不同能量束。能量束可为形成加热部分(例如1112)的相同或不同能量束。加热部分可通过能量束或辐射能量源形成。形成加热部分的能量束可与形成熔融部分的能量束相同或不同。图11F显示了加热层(例如1112)的去除部分(1118)的例子，导致形成3D物体的一部分的加热部分1116和1115。
材料可使得热可通过硬化材料消散和/或传递的量大于通过该材料的预转化的形式(例如粉末)。与该材料的预转化的形式相比，材料可使得热可优先通过硬化材料热平衡。材料可具有这样的特征，其中热可通过硬化(例如固体)材料消散和/或传递的量大于通过该材料的粉末。与该材料的粉末相比，材料可使得热可优先通过硬化材料热平衡。更有效可指在时间中更有效(例如更迅速)。
在本文公开的一些方面是包括一个或多个层部分的3D物体(例如通过3D打印过程形成)，所述一个或多个层部分包括材料的连续凝固熔池，其中所述3D物体包括表面、以及内部和晶粒结构。在该3D物体中，更接近表面的晶粒结构可指示比内部中的晶粒结构更高的凝固速率。晶粒结构可包含熔池。例如，与内部中的晶粒结构的尺寸相比，晶粒结构在更接近表面或位于表面的位置处可更小(例如具有更小的体积或更小的FLS)。凝固可包括结晶。晶粒结构可为微观结构。晶粒结构可为金相结构(例如平面结构、胞状结构、圆柱状树枝结构或等轴树枝结构)。
在本文公开的一些方面中，3D物体(例如通过3D打印过程形成)包括包含材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分，其中所述3D物体包括表面、内部和金相微观结构(例如树突和/或晶胞)，其中在更接近表面或位于表面的位置处的金相微观结构指示比内部中的金相微观结构更高(例如更迅速)的凝固速率。与内部中的(例如分别的)金相微观结构的间距相比，金相微观结构之间的间距在更接近表面或位于表面的位置处可更小。与内部中的(例如分别的)金相微观结构的总体尺寸相比，金相微观结构的总体尺寸在更接近表面或位于表面的位置处可更小(例如指示迅速凝固)。本文公开的3D物体可缺乏辅助支承特征或者指示辅助支承特征的存在或去除的辅助支承特征标志。
3D物体可为广泛的3D物体。3D物体可为大型3D物体。3D物体可包括大的悬挂结构(例如金属丝、凸耳或搁板)。大型可为FLS为至少约1厘米(cm)、1.5cm、2cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、10m、50m、80m或100m的3D物体。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：在与外壳中的平台相邻设置的预转化的材料床中生成第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；加热第一硬化材料的一部分，以形成加热部分；转化(例如熔融)加热部分的顶部的一部分，以形成转化部分；并且使转化部分硬化，以形成包括面向平台的底表面的第二硬化材料。在一些例子中，第一硬化材料的底表面具有的第一曲率的值高于第二硬化材料的底表面的第二曲率。当从底表面到平台限定的体积为凸面物体时，底表面具有负曲率，所述底表面设置在平台上方。转化部分的一部分的暴露表面包含在加热部分的暴露表面内。在一些例子中，转化部分的暴露表面小于加热部分的暴露表面。在一些实施例中，加热部分不包括硬化材料层的边缘。该方法还可包括去除熔融部分的一部分。去除部分可包括熔融部分的暴露表面。该方法还可包括去除加热部分的一部分。去除可包括使用能量束。在其形成期间，硬化材料层可锚定至或可不锚定至在其中形成3D物体的外壳(例如平台)。在3D物体的形成期间，硬化材料层可包括或可不包括辅助支承件。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：从材料床生成3D物体的至少一部分；使用设置在外壳内的第一冷却构件冷却材料床；移动第一冷却构件；并且使用设置在外壳外部的第二冷却构件冷却第一冷却构件。材料床可设置在外壳内的平台上。上方可指远离平台和/或与重力的方向相反的方向。冷却构件可与材料床相邻设置。在一些例子中，冷却构件可设置在材料床上方、侧面或下方。例如，冷却构件可设置在材料床的暴露表面上方。(参见图5A)。
第一冷却构件可沿着在生成3D物体中使用的能量束的路径设置。第一冷却构件可设置在隔离的大气中。材料床可包含易受氧和/或湿度影响的材料。材料床可包含爆炸材料。隔离的大气可包含气体(例如，如本文公开的)。例如，隔离的大气可包含惰性气体。第一冷却构件和材料床可设置在隔离的大气中。第一冷却构件可设置在第一大气中，并且第二冷却构件可设置在第二大气中。在一些例子中，第一大气(例如基本上)类似于第二大气。在一些例子中，第一大气不同于第二大气。在一些实施例中，第二冷却构件设置在环境大气中。在一些例子中，第一冷却构件的冷却包括使第一冷却构件与第二冷却构件接触(例如图5B)。第一冷却构件和第二冷却构件之间的接触可为间接的(例如通过表面例如外壳的表面)。间接接触可包括在第一冷却构件的至少一个表面和第二冷却构件的至少一个表面之间的一个或多个介入表面。一个或多个介入表面可包括外壳的涂层和/或外壳的壁。第一冷却构件和第二冷却构件之间的接触可为直接的。直接接触可包括使第一冷却构件的至少一个表面与第二冷却构件的至少一个表面接触。在一些例子中，第一冷却构件是被动的。被动冷却构件可为材料的部分(例如板坯)。被动冷却构件可排除热的主动去除(例如使用电机)。在一些例子中，第二冷却构件被主动冷却。第二冷却构件可包括热交换器。第二冷却构件可包括热交换器。冷却构件(例如第一或第二)可包括恒温器。冷却构件(例如第一和/或第二)可包括热控制。冷却构件各自可具有其自身的热控制和/或传感器(例如温度传感器)。有时，两个冷却构件可具有联合控制器和/或传感器(例如温度传感器)。在一些实施例中，第一冷却构件和第二冷却构件两者均被主动冷却。在一些实施例中，第一冷却构件和第二冷却构件两者均为被动的。(参见图5A-5B和18A-18B)。
在一些实施例中，第一冷却构件是可平移的。在一些实施例中，第二冷却构件是可平移的。有时，第二冷却构件是静止的。静止的冷却构件可具有可平移和/或可更换的一个或多个零件。第一冷却构件或其任何部分可为可更换的。在一些实施例中，第二冷却构件包含可平移的冷却剂。在一些例子中，第二冷却构件包含一种或多种冷却剂，所述一种或多种冷却剂从与第一冷却构件相邻的位置行进并且远离与第一冷却构件相邻的位置。在一些实施例中，当冷却剂移动远离与第一冷却构件相邻的位置时，冷却剂从第一冷却构件去除第一冷却构件的能量的至少一部分。在一些实施例中，本文公开的方法还包括将第一冷却构件平移到与第二冷却构件相邻的位置。在一些实施例中，该方法还包括将第一冷却构件吸引到第二冷却构件。吸引可包括将第一冷却构件机械地带到与第二冷却构件相邻的位置。吸引可包括生成将第一冷却构件吸引到第二冷却构件的力。力可包括磁力、液压力或电力。在一些实施例中，使用第一冷却构件冷却材料床包括从材料床的暴露表面去除一定百分比的热。百分比可为至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。百分比可为上述百分比之间的任何百分比(例如约10％至约90％、约30％至约90％、约30％至约50％、或约50％至约90％)。
在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：使用能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体的至少一部分；在3D打印期间，实时测量在与3D物体的至少一部分相邻(或在其上)的一个或多个点处的一个或多个温度；并且基于所测量的温度用至少一个处理单元来控制能量束。在一些例子中，根据基准，处理单元包括至少3次Tera浮点运算/秒。在一些实施例中，用处理单元控制能量束(例如进一步)基于3D物体的至少一部分的几何形状。在一些实施例中，基准包括数学、图形或加密基准。在一些实施例中，处理单元包括平行处理。在一些实施例中，处理单元包括至少80亿个晶体管。在一些实施例中，处理单元的面积为至多约600mm2。在一些实施例中，处理单元包括至少1000个核。在一些实施例中，处理单元包括至少100Giga字节/秒的存储器带宽。在一些实施例中，处理单元包括至少5Giga比特/秒的存储器时钟速度。在一些实施例中，控制可基于至少一个控制机制。有时，控制机制可排除来自所生成的3D物体的至少一部分的结构的反馈。有时，控制机构可包括来自所生成的3D物体的至少一部分的结构的反馈。控制可基于包括考虑到类似于3D物体的一部分的一般几何截面(例如基元)的控制机构。控制器可包括处理单元。控制器可包括计算机系统。图14示意性地显示了计算机系统1400的例子，所述计算机系统1400根据本文提供的方法被编程为或以其它方式配置为促进3D物体形成。
在一些实施例中，材料(例如预转化的、经转化的和/或硬化的)包含元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。元素碳的同素异形体可包括非晶碳、石墨、石墨烯、金刚石或富勒烯。富勒烯可选自球形、椭圆形、线形和管状富勒烯。富勒烯可包括巴基球或碳纳米管。陶瓷材料可包含水泥。陶瓷材料可包含氧化铝。材料可包含沙子、玻璃或石头。在一些实施例中，材料可包括有机材料，例如，聚合物或树脂。有机材料可包含烃。聚合物可包含苯乙烯。有机材料可包含碳原子和氢原子。有机材料可包含碳原子和氧原子。有机材料可包含碳原子和氮原子。有机材料可包含碳原子和硫原子。在一些实施例中，材料可排除有机材料。材料可包括固体或液体。在一些实施例中，材料可包含硅基材料，例如硅基聚合物或树脂。材料可包含有机硅基材料。材料可包含硅原子和氢原子。材料可包含硅原子和碳原子。在一些实施例中，材料可排除硅基材料。固体材料可包括粉末材料。粉末材料可由涂层(例如，有机涂层，例如有机材料(例如，塑料涂层)涂布。材料可缺乏有机材料。液体材料可被划分到反应器、囊泡或液滴内。可在成一个或多个层中划分经划分材料。材料可为包含次级材料的复合材料。第二材料可为增强材料(例如，形成纤维的材料)。增强材料可包括碳纤维、超高分子量聚乙烯，或玻璃纤维。材料可包括粉末(例如，颗粒材料)或金属丝。材料可排除聚合物和/或树脂。聚合物可为具有重复分子单元的分子。聚合物和/或树脂可为有机的(例如包含氢和碳)。聚合物和/或树脂可为本文公开的任何聚合物和/或树脂。材料可包括聚合物。
在一些实施例中，材料包含微粒材料。微粒材料可包含固体或半固体(例如凝胶)颗粒。固体微粒材料包含粉末。在一些实施例中，材料包含粉末材料。材料可包含固体材料。材料可包含一个或多个颗粒或簇。如本文使用的，术语“粉末”一般指具有精细颗粒的固体。粉末可为颗粒状材料。粉末颗粒可包含微粒。粉末颗粒可包含纳米颗粒。在一些例子中，粉末包含具有至多约100μm、80μm、75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm或5nm的平均FLS的颗粒。在一些情况下，粉末颗粒可具有在值中任意者之间(例如约5nm至约100μm、约1μm至约100μm、约15μm至约45μm、约5μm至约80μm、约20μm至约80μm或约500nm至约50μm)的平均FLS。
粉末可由单个颗粒组成。单个颗粒可为球形、椭圆形、棱柱形、立方形或不规则形状。颗粒可具有FLS。粉末可由均匀形状的颗粒混合物组成，使得所有颗粒都具有基本上相同的形状，以及在至多1％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、60％或70％的FLS分布内的FLS量级。在一些情况下，粉末可为非均质混合物，使得颗粒具有可变的形状和/或FLS量级。
在一些实施例中，预转化的材料层的至少部分可转化成作为3D物体的至少一部分的经转化的材料。经转化的材料随后可形成硬化(例如凝固)的3D物体的至少一小部分(在本文中也使用“一部分”或“部分”)。在一些实施例中，转化和/或硬化材料层包括3D物体的横截面(例如水平横截面)。有时，转化和/或硬化材料层包括与所需3D物体(例如作为打印的3D物体产生的最初预期的设计)的3D模型的横截面的偏差。偏差可包括相对于预期3D物体的3D模型的垂直偏差或水平偏差。
在一些实施例中，预转化的材料层(或其一部分)具有至多约1000μm、900μm、800μm、700μm、60μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、75μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的厚度。预转化的材料层(或其一部分)可具有在上述值之间的任何值(例如约1000μm至约10μm、800μm至约10μm、600μm至约20μm、300μm至约30μm、或1000μm至约100μm)。
材料床内的至少一个层的材料组成可不同于材料床中的至少一个其它层内的材料组成。差异(例如变化)可包括晶体和/或晶粒结构中的差异。变化可包括晶粒取向中的变化、材料密度中的变化、化合物偏聚至晶界的程度中的变化、元素偏聚至晶界的程度中的变化、材料相中的变化、金相中的变化、材料孔隙度中的变化、晶相中的变化以及晶体结构中的变化。打印物体的微观结构可包括平面结构、胞状结构、圆柱状树枝结构或等轴树枝结构。
在一些实施例中，材料床中至少一层的预转化的材料在其颗粒(例如粉末颗粒)的FLS中不同于材料床中至少一个其它层内的预转化的材料的FLS。层可包括处于任何组合的两种或更多种材料类型。例如，两种或更多种元素金属、两种或更多种金属合金、两种或更多种陶瓷、两种或更多种元素碳的同素异形体。例如，元素金属和金属合金、元素金属和陶瓷、元素金属和元素碳的同素异形体、金属合金和陶瓷、金属合金和元素碳的同素异形体、陶瓷和元素碳的同素异形体。在3D打印过程期间设置的所有预转化的材料层都可具有相同的材料组成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程期间原位形成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程期间并非原位形成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程之前形成。在多重预转化的材料(例如混合物)中，一种预转化的材料可用作支承件(即，支承性粉末)、绝缘体、冷却构件(例如散热片)、或其任何组合。
在一些情况下，材料床中的相邻部件(例如硬化材料层)通过预转化的材料的一个或多个介入层彼此分开。在一个例子中，当第一层与第二层直接接触时，第一层与第二层相邻。在另一个例子中，当第一层以至少一个层(例如，第三层)与第二层分开时，第一层与第二层相邻。介入层可具有本文中所公开的任何层大小。
在一些例子中，选择预转化的材料(例如粉末材料)，使得材料类型是用于3D物体的所需和/或在其它方面预定的材料类型。在一些情况下，3D物体的层包括单个类型的材料。在一些例子中，3D物体的层包含单个元素金属类型或单个金属合金类型。在一些实例中，3D物体内的层可包括若干类型的材料(例如，元素金属和合金、合金和陶瓷、合金和元素碳的同素异形体)。在某些实施例中，每一类型的材料仅包括那种类型的单个成员。例如：元素金属的单个成员(例如，铁)、金属合金的单个成员(例如，不锈钢)、陶瓷材料的单个成员(例如，碳化硅或碳化钨)或元素碳(例如，石墨)的单个成员(例如，同素异形体)。在一些情况下，3D物体的层包括超过一种类型的材料。在一些情况下，3D物体的层包括材料类型的超过一种成员。
层结构可包括本文描述的用于3D打印的任何材料。有时，层的一部分可包括一种材料，且另一部分可包括与第一材料不同的第二材料。3D物体的层可由复合材料组成。3D物体可由复合材料组成。3D物体可包括功能梯度材料。
元素金属可为碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土元素金属或另一金属。过渡金属可为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铂、金、鈩、钅杜、钅喜、铍、钅黑、鎶、铌、铱、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼或锇。稀土金属可为镧系元素或锕系元素。镧系金属可为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。其它金属可为铝、镓、铟、锡、铊、铅或铋。
金属合金可为铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金、钴铬基合金、钛基合金、镁基合金、铜基合金、钪合金或其任何组合。合金可包括耐氧化或耐蚀合金。合金可包括超合金(例如，铬镍铁合金)。超合金可包括铬镍铁合金600、617、625、690、718或X-750。金属(例如合金或元素)可包含用于行业中的应用的合金，所述行业包括航空航天(例如航空航天超合金)、喷气发动机、导弹、汽车、船舶、机车、卫星、国防、石油和天然气、能量源生产、半导体、时尚、建筑、农业、印刷或医疗。金属(例如合金或元素)可包含用于产品的合金，所述产品包括装置、医疗装置(人和兽医)、机器、手机、半导体设备、发电机、发动机、活塞、电子学(例如电路)、电子设备、农业设备、电机、齿轮、传动装置、通信设备、计算设备(例如笔记本电脑、手机、平板电脑、i-pad)、空调、发电机、家具、音乐设备、艺术品、珠宝、烹饪设备或运动齿轮。金属(例如，合金或元素)可包括用于包括移植或修复的人类或兽医学应用的产品的合金。金属合金可包括用于包括人类或兽医学手术、移植(例如，牙科)或修复的领域中的应用的合金。
合金可包括超合金。合金可包括高性能合金。合金可包括显示出优异的机械强度、耐热蠕变变形性、良好的表面稳定性、耐腐蚀性和耐氧化性中的至少一种的合金。合金可包括面心立方奥氏体晶体结构。合金可包括哈氏合金、铬镍铁合金、沃斯帕洛伊合金、Rene合金(例如Rene-80、Rene-77、Rene-220或Rene-41)、海钠合金、Incoloy、MP98T、TMS合金、MTEK(例如MTEK级MAR-M-247、MAR-M-509、MAR-M-R41或MAR-MX-45)、或CMSX(例如CMSX-3或CMSX-4)。合金可为单晶合金。
在一些例子中，铁合金包括铁镍铬合金、铁镍钴合金、铁合金、因钢、铁氢化物、科瓦铁镍钴合金、镜铁、穿刺合金(不锈钢)或钢。在一些情况下，金属合金是钢。铁合金可包括硼铁、铈铁、铬铁、亚铁镁、锰铁、钼铁、镍铁、磷铁、硅铁、钛铁、铀铁或钒铁。铁合金可包含铸铁或生铁。钢可包含布拉特钢(Bulat steel)、铬钼钢、坩埚钢、大马士革钢(Damascussteel)、哈德菲钢(Hadfield steel)、高速钢、高强度低合金钢(HSLA steel)、马氏体时效钢(Maraging steel)(M300)、雷诺兹(Reynolds)531、硅钢、弹簧钢、不锈钢、工具钢、耐候钢或乌兹钢(Wootz steel)。高速钢可包含马歇特钨钢(Mushet steel)。不锈钢可包含AL-6XN、合金20、斯莱丝特母(celestrium)、海洋级不锈钢、马氏体不锈钢、手术不锈钢或泽龙(Zeron)100。工具钢可包含银器钢。钢可包括不锈钢、镍钢、镍铬钢、钼钢、铬钢、铬钒钢、钨钢、镍铬钼钢或硅锰钢。钢可由任何美国汽车工程师协会(Society of AutomotiveEngineers)(SAE)等级组成，例如440F、410、312、430、440A、440B、440C、304、305、304L、304L、301、304LN、301LN、2304、316、316L、316LN、317L、2205、409、904L、321、254SMO、316Ti、321H、17-4、15-5、420或304H。钢可包括选自由奥氏体(austenitic)、超级奥氏体、铁素体、马氏体(martensitic)、双相及沉淀硬化马氏体组成群的至少一个晶体结构的不锈钢。双相不锈钢可为节约型双相、标准双相、超双相或超超双相。不锈钢可包括手术级不锈钢(例如，奥氏体316、马氏体420或马氏体440)。奥氏体316不锈钢可包含316L或316LVM。钢可包含17-4沉淀硬化钢(也称作630类，铬铜沉淀硬化不锈钢、17-4PH钢)。
钛基合金可包含α合金、近α合金、α和β合金或β合金。钛合金可包括1、2、2H、3、4、5、6、7、7H、8、9、10、11、12、13、14、15、16、16H、17、18、19、20、21、2、23、24、25、26、26H、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38或更高等级。在一些例子中，钛基合金包含Ti-6Al-4V或Ti-6Al-7Nb。
镍合金可包括铝镍钴合金、铝合金、铬镍合金、白铜、镍铁、德银、哈氏合金、铬镍铁合金、蒙乃尔合金、镍铬、镍碳、镍铬硅、镍硅、镍钛诺、哈氏合金X、钴铬或磁性“软”合金。磁性“软”合金可包括高导磁合金、透磁合金、超透磁合金或黄铜。黄铜可包含镍氢、不锈钢或铸银。钴合金可包含镁镓、硬合金(例如，钨铬钴合金)、幼体美特(Ultimet)或活合金。铬合金可包含氢氧化铬或镍铬合金。
铝合金可包含AA-8000、Al-Li(铝-锂)、磁钢、硬铝合金、镍铜铝合金、克莱龙(Kryron)镁铝合金、南贝(Nambe)、钪-铝或Y合金。镁合金可为镁铝合金、镁诺克斯合金或T-Mg-Al-Zn(博格曼相(Bergman phase))合金。
铜合金可包括砷铜、铍铜、比朗金合金、黄铜、青铜、康铜、铜氢化物、铜钨、科林斯青铜、铜镍铁合金、白铜、铙钹合金、德瓦达铜铝锌合金(Devarda′s alloy)、银金矿、合盘提泽(Hepatizon)、赫斯勒合金(Heusleralloy)、锰铜、铜铅合金(Molybdochalkos)、镍银、北欧金、赤土或铜金合金。黄铜可包含卡拉敏黄铜(Calamine brass)、中国银、荷兰黄铜、装饰金属、蒙次黄铜(Muntz metal)、金色黄铜、亲王合金或顿巴黄铜(Tombac)。青铜可包含铝青铜、砷青铜、钟铜、佛罗伦萨青铜(Florentine bronze)、瓜宁青铜(Guanín)、炮铜、铍青铜、磷青铜、铜锌锡合金或镜青铜。
在一些实施例中，在3D物体内的一个或多个层是(例如基本上)平面的(例如平坦的)。在一些实施例中，层的平面性可为(例如基本上)均匀的。在特定位置处的层的高度可与平均平面相比较。在一些实施例中，平均平面通过硬化材料层的表面的最高部分的最小二乘平面拟合限定。在一些实施例中，平均平面是通过将在硬化材料层的顶表面上的每个点处的材料高度求平均值计算的平面。与在硬化材料的平面层的表面处的任何点的偏差可为硬化材料层的高度(例如厚度)的至多20％、15％、10％、5％、3％、1％或0.5％。在一些实施例中，基本上平坦的一个或多个层具有大的曲率半径。图2显示了3D物体212的垂直横截面的例子，所述3D物体包括具有曲率半径的平面层(层编号1-4)和非平面层(层编号5-6)。图2，216和217是具有曲率半径“r”的圆圈215上的弯曲层的叠加。一个或多个层可具有的曲率半径等于层表面的曲率半径。至少一个层(例如3D物体的所有层)的曲率半径可具有至少约5厘米(cm)、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1米(m)、1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、50m或100m的值。至少一个层(例如3D物体的所有层)的曲率半径可具有在上述曲率半径值中任意者之间的任何值(例如约10cm至约90m、约50cm至约10m、约5cm至约1m、约50cm至约5m、约5cm至无限、或约40cm至约50m)。具有无限曲率半径的层是其为平面的层。在一些例子中，一个或多个层可包括在3D物体的平面截面中，或可为平面3D物体(例如平坦平面)。在一些情况下，在3D物体内的至少一个层的部分具有本文提到的曲率半径。
3D物体可包括分层结构的分层平面N(例如图8C，805)。3D物体可包括位于3D物体的表面上的点X和Y，其中X与Y间隔开辅助特征间隔距离(例如，如本文公开的)。图10显示了在3D物体的表面上的点X和Y的例子。在一个例子中，在X处集中的半径XY的球体缺少一个或多个辅助支承件或者指示一个或多个辅助支承特征的存在或去除的一个或多个辅助支承件标志。在一些例子中，在直线XY和垂直于N的方向之间形成锐角。在一些例子中，在直线XY和垂直于分层平面的方向之间的锐角具有锐角α的值(例如，如本文公开的)。当直线XY与垂直于N的方向之间的角度大于90度时，可考虑互补的锐角。
在一些实施例中，与靶3D物体(例如所需3D物体)的3D模型相比，所生成的3D物体可以至少约5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm或1500μm的精度生成。与3D物体的3D模型相比，所生成的3D物体可以在上述值之间的任何精度值(例如约5μm至约100μm、约15μm至约35μm、约100μm至约1500μm、约5μm至约1500μm、或约400μ μm至约600μm)的精度生成。
在一些实施例中，经转化的材料的硬化层变形。该变形可引起与均匀平坦的硬化材料层的高度偏差。硬化材料层的平坦表面的高度均匀性可为至多约100μm、90μm、80、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。硬化材料层的平坦表面的高度均匀性可为上述高度偏差值之间的任何值(例如约100μm至约5μm、约50μm至约5μm、约30μm至约5μm、或约20μm至约5μm)。高度均匀性可包括高精确度均匀性。高度均匀性可为与规定的层高度、均值层高度或平均层高度的偏差。3D物体的分辨率可具有本文提到的高度均匀性值的任何值。3D物体的分辨率可为至少约100点/英寸(dpi)、300dpi、600dpi、1200dpi、2400dpi、3600dpi或4800dpi。3D物体的分辨率可为至多约100dpi、300dpi、600dpi、1200dpi、2400dpi、3600dpi或4800dpi。3D物体的分辨率可为在上述值之间的任何值(例如100dpi至4800dpi、300dpi至2400dpi、或600dpi至4800dpi)。硬化材料层的高度均匀性可跨越层表面的一部分持续，所述层表面的一部分具有至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的宽度或长度，具有至少约10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的高度偏差。硬化材料层的高度均匀性可跨越靶表面的一部分持续，所述靶表面的一部分具有在上述宽度或长度值之间的任何值的宽度或长度(例如约10mm至约10μm、约10mm至约100μm、或约5mm至约500μm)。
在一些实施例中，与在材料床的暴露表面(例如粉末床的顶部)处的平均或均值平面(例如水平面)相比，打印的3D物体的至少一个层可在至少一个平面(例如水平面)中偏离预转化的材料(例如粉末)层的平面均匀性至多约20％、10％、5％、2％、1％或0.5％。高度偏差可通过使用一个或多个传感器(例如光学传感器)来测量。
3D物体可具有各种表面粗糙度轮廓，所述轮廓可适用于各种应用。表面粗糙度可为与其理想形式在实际表面的法向量的方向上的偏差。表面粗糙度可经测量为粗糙度轮廓的算术平均数(下文“Ra”)。所形成的物体可具有最多约200μm、100μm、75μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、7μm、5μm、3μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、50nm、40nm或30nm的Ra值。3D物体可具有在上述Ra值中任意者之间的Ra值(例如约50μm至约1μm、约100μm至约4μm、约30μm至约3μm、约60nm至约1μm、或约80nm至约0.5μm)。Ra值可由接触或非接触方法测量。Ra值可通过粗糙度测试仪和/或通过显微镜检查方法(例如本文描述的任何显微镜检查方法)来测量。测量可在环境温度(例如R.T.)下进行。粗糙度(例如作为Ra值)可通过接触或通过非接触方法来测量。粗糙度测量可包括一个或多个传感器(例如光学传感器)。粗糙度测量可包括计量测量装置(例如使用计量传感器)。粗糙度可使用电磁波束(例如可见光或IR)来测量。
在一些例子中，3D物体由固体材料的连续层(例如连续横截面)组成，所述固体材料源自经转化的材料(例如熔化、烧结、熔融、结合或以其它方式连接的粉末材料)，并且任选随后硬化(例如图8A-8C)。经转化的材料可连接到硬化(例如凝固)材料。硬化材料可停留于同一层内，或在另一层(例如，前一层)中。在一些例子中，硬化材料包括3D物体的断开部分，所述断开部分随后通过新近转化的材料连接(例如通过熔化、烧结、熔融、结合或以其它方式连接粉末材料)。
所生成的(即，所形成的)3D物体的横截面(例如垂直横截面)可揭示指示分层设置的微观结构或晶粒结构(例如图8A-8B)。不希望受理论限制，归因于对于3D打印方法为典型的及/或指示3D打印方法的经转换粉末材料的固化，微观结构或颗粒结构可出现。例如，横截面可揭示类似波纹或波浪的微观结构，所述波纹或波浪指示在3D打印过程期间可形成的凝固熔池(例如图8A-8B)。凝固熔池的重复分层结构可揭示在其下打印零件的取向(例如图8B-8C)。横截面可展示基本上重复的微观结构或颗粒结构。微观结构或晶粒结构可包含材料组成、晶粒取向、材料密度、化合物偏聚或元素偏聚至晶界的程度、材料相、金相、晶相、晶体结构、材料孔隙度或其任何组合中(例如基本上重复)的变化。微观结构或颗粒结构可包括分层熔化池的基本上重复凝固。(例如基本上重复的)微观结构可具有至少约0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm的平均层宽度。(例如基本上重复的)微观结构可具有至多约500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的平均层宽度。(例如基本上重复的)微观结构可具有在上述层宽度值之间的任何值的平均层尺寸(例如约0.5μm至约500μm、约15μm至约50μm、约5μm至约150μm、约20μm至约100μm、或约10μm至约80μm)。
在一些例子中，在材料床(例如粉末床)内的预转化的材料可对3D物体提供支承(例如在其形成期间)。例如，支承性预转化的材料可具有3D物体由其生成的相同类型的预转化的材料、不同类型的预转化的材料或其任何组合。在一些情况下，低流动性预转化的材料(例如粉末)能够比高流动性预转化的材料更好地支承3D物体。低流动性预转化的材料尤其可用下述实现：由相对小颗粒组成的微粒材料、具有不均匀尺寸的颗粒和/或彼此吸引的颗粒。预转化的材料可具有低、中或高流动性。在一些例子中，在材料床中的预转化的材料在3D打印期间可流动。
在一些实施例中，3D物体至少在3D打印期间具有一个或多个辅助特征。辅助特征至少在3D打印期间可由材料(例如粉末)床支承。如本文使用的，术语“辅助特征”一般指其为打印的3D物体的部分的特征，但不是所需、预期、设计、有序、建模或最终的3D物体的部分。辅助特征(例如辅助支承件)可在3D物体形成期间和/或3D物体形成之后提供结构支承。辅助特征可使得能够从正在形成的3D物体去除能量。辅助特征可使得能够减少所生成的3D物体的至少一部分的变形，所述变形否则在打印的3D物体中体现其自身。辅助特征的例子包括热翅片、金属丝、锚定件、柄状物、支承件、柱状物、柱、框架、基脚、支架、凸缘、突出、突起、模具(也称为模子)、构建平台或其它稳定特征。在一些情况下，辅助支承件是包围3D物体或其部分的支架。支架可包括轻微烧结或轻微熔融的粉末材料。在一些例子中，3D物体具有辅助特征，所述辅助特征由材料床(例如粉末床)支承，并且不接触构建平台(例如基部、基材、容纳材料床的容器或外壳的底部)。处于完全或部分形成状态的3D零件(3D物体)可完全由材料床支承(例如无需接触平台、容纳材料床的容器和外壳中的至少一个)。处于完全或部分形成状态的3D物体可完全由材料床支承(例如无需接除了材料床之外的任何事物)。在3D打印过程期间，材料床可包含可流动(例如不固定)的材料。处于完全或部分形成状态的3D物体可悬浮在材料床中，而无需放在任何另外的支承结构上。在一些情况下，处于完全或部分形成状态的3D物体可在材料床中自由漂浮(例如无锚)。
在一些实施例中，打印的3D物体无需使用辅助特征进行3D打印，可使用减少数目的辅助特征进行打印，或使用间隔开的辅助特征进行打印。在一些实施例中，打印的3D物体可缺乏一个或多个辅助支承特征(例如在3D打印期间)或者指示辅助支承特征的存在或去除的辅助支承特征标志。3D物体可缺乏一个或多个辅助支承特征(例如在3D打印期间)、以及被去除(例如在3D物体的生成之后或与3D物体的生成同时)的辅助特征(包括基础结构)的一个或多个标志。在一些实施例中，打印的3D物体包括单个辅助支承件标志。单个辅助特征(例如辅助支承件或辅助结构)可为平台或模具。辅助支承件可粘附到平台和/或模具。3D物体可包括属于一个或多个辅助结构的标志。图15显示了包括辅助支承特征1501的3D物体的段1500的例子，所述辅助支承特征1501具有不连续点(例如修整)1502，所述辅助支承特征1501赋予3D物体(例如1503)中的几何变形。在一些实施例中，3D物体包括属于辅助特征的两个或更多个标志。在一些实施例中，3D物体缺乏属于辅助支承件的标志。该标志可包括晶粒取向中的变化、分层取向中的变化、分层厚度、材料密度、化合物偏聚至晶界的程度、材料孔隙度、元素偏聚至晶界的程度、材料相、金相、晶相、或晶体结构；其中所述变化可能仍未通过所述3D物体的几何形状单独产生，并且因此可指示被去除的先前存在的辅助支承件。变化可通过支承件的几何形状对所生成的3D物体压迫(例如图15，1503)。在一些例子中，所打印物体的3D结构可由辅助支承件(例如，由模具)压迫。例如，标志可为未由3D物体的几何形状解释的不连续点(例如修剪或切口，例如图15，1502)，所述3D物体无需任何辅助支承件而形成。标志可为无法由3D物体的几何形状解释的表面特征，所述3D物体无需任何辅助支承件(例如模具)而形成。两个或更多个辅助特征(或辅助支承特征标志)可间隔开至少约1.5毫米(mm)、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm、15mm、15.5mm、16mm、20mm、20.5mm、21mm、25mm、30mm、30.5mm、31mm、35mm、40mm、40.5mm、41mm、45mm、50mm、80mm、100mm、200mm 300mm或500mm的间隔距离。两个或更多个辅助支承特征或辅助支承特征标志可间隔开在上述辅助支承件间隔值之间的任何值的间隔距离(例如1.5mm至500mm、2mm至100mm、15mm至50mm、或45mm至200mm)。本文统称为“辅助特征间隔距离”。
在一些实施例中，3D物体包括指示3D打印过程的分层结构，所述分层结构包括一个、两个或更多个辅助支承件标志。支承件或支承件标志可在3D物体的表面上。辅助支承件或支承件标志可在外表面、内表面(例如，3D物体内的空腔)或两者上。分层结构可具有分层平面(例如图8C，805)。在一个例子中，存在于3D物体中的两个辅助支承特征或辅助支承特征标志可间隔开辅助特征间隔距离。连接两个辅助支承件或辅助支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角(即，尖角)α可为至少约45度(°)、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°。连接两个辅助支承件或辅助支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角α可为最多约90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°或45°。连接两个辅助支承件或辅助支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角α可为在上述角度之间的任何角度范围(例如约45度(°)至约90°、约60°至约90°、约75°至约90°、约80°至约90°、约85°至约90°)。连接两个辅助支承件或辅助支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角α可为约87°至约90°。分层平面的例子在图2中可见，所述图2显示了包括层编号1至6的3D物体211的垂直横截面，所述层编号各自为(例如基本上)平面的。在图2的示意性例子中，层的分层平面可为硬化材料层。例如，层1可对应于硬化材料层和层1的分层平面两者。当层不是平面时(例如图2，3D物体212的层5)，分层平面可为硬化材料层的平均(或均值)平面。两个辅助支承件或辅助支承件标志可在同一表面上。同一表面可为3D物体的外表面或内表面(例如，3D物体内的空腔的表面)。当连接两个辅助支承件或支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的角度大于90度时，人员可考虑互补的锐角。在一些实施例中，任何两个辅助支承件或辅助支承件标志以辅助特征间隔距离间隔开。图8C显示了包括暴露表面801的3D物体的例子，所述暴露表面801包括与平台803(例如基本上)平行的硬化材料层(例如具有分层平面805)。图8C显示了包括暴露表面802的3D物体，所述暴露表面802包括基本平行于平台803的硬化材料层(例如具有分层平面806)，导致倾斜的3D物体(例如盒子)。在打印后，作为倾斜的3D物体(包括802和806)形成的3D物体显示为在具有暴露表面804和硬化材料层(例如具有分层平面807)的表面809上平放，所述硬化材料层具有分层平面(例如807)的法线808，所述法线808与3D物体的暴露表面804(或与平台809)形成锐角α。图8A和8B显示了包括凝固熔池层的3D物体，所述凝固熔池层布置在具有分层平面(例如820)的层中。图9显示了坐标系中的垂直横截面。线904表示材料床和/或平台的顶表面的垂直横截面。线903表示平均分层平面的法线。线902表示材料床和/或平台的顶表面的法线。线901表示重力场的方向。
消除对于辅助特征的需要可降低与生成3D部分相关的时间和/或成本。在一些例子中，3D物体用辅助支承特征形成。在一些例子中，3D物体形成为与容纳材料床的容器(例如容器的侧面和/或底部)接触。在一些例子中，辅助支承件的数目缩减或者缺少一个或多个辅助支承件提供了与商购可得的3D打印过程相比，需要更少量的材料、产生更少量的材料浪费和/或需要更少的能量的3D打印过程。更少的量可减少至少约1.1、1.3、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10。更少的量可减少在上述值之间的任何值(例如，约1.1至约10、或约1.5至约5)。
系统中的部件的至少一小部分可封闭在腔室中腔室的至少一小部分可包含气体以产生气体环境(即，大气)。气体可包含惰性气体。气体可为非反应性气体(例如，惰性气体)。气体环境可包含氩、氮、氦、氖、氪、氙、氢、一氧化碳或二氧化碳。在一些情况下，腔室内的压力是标准大气压力。在一些情况下，腔室内的压力可为环境压力(例如中性压力)。在一些实例中，腔室可处于真空压力下。在一些例子中，腔室可处于正压下。
在一些实施例中，在其中形成3D物体的区域内部或与(例如在其上方)其中形成3D物体的区域相邻，提供热控制单元(例如冷却构件，例如散热片(或冷却板)、加热板或恒温器)。在一些例子中，另外地或可替代地，热控制在其中形成3D物体的区域外部(例如在预定距离处)提供。在一些情况下，热控制单元可形成边界区域的至少一个区段，在其中形成3D物体(例如容纳粉末床的容器)。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：与平台相邻设置的材料床，所述平台包括具有第一曲率为负的底表面的第一结构，所述结构包含硬化材料；生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；以及至少一个控制系统，所述至少一个控制系统可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到第一结构的顶部，以形成第二结构，其中所述第二结构的底部具有大于第一曲率的第二曲率，其中当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率为负的，所述底表面设置在平台上方，其中底部面向平台，其中顶部背对平台。经转化的材料可为3D物体的部分。经转化的材料可为硬质材料(例如在光聚合的情况下)。转化的材料可随后硬化成作为3D物体的部分的硬化材料(例如在金属粉末被熔融且随后凝固的情况下)。控制系统可包括多个控制器。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：材料分配机构(例如材料分配器)，所述材料分配机构分配预转化的材料，以形成包括第一硬化材料层的材料床(例如所述材料床与平台相邻(例如在其上方)设置)；生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到材料分配机构和能量束，并且被编程为：(i)引导材料分配器在第一硬化材料层上方分配预转化的材料层；(ii)引导能量束(例如沿着路径)，以从预转化的材料层的至少一部分生成第二硬化材料层，其中所述第一硬化材料层通过间隙与所述第二硬化材料层分开，其中第一硬化材料层和第二硬化材料层形成3D物体的至少一部分。间隙可包含比第一硬化材料层和第二硬化材料层更不致密的材料。上方可与远离平台的方向和/或与重力相反的方向有关。所设置的预转化的材料层的暴露表面(例如顶表面)可为基本上平整的。至少一个控制器可为可操作地联接至材料分配机构的第一控制器，以及可操作地联接至能量束的第二控制器。第一控制器和第二控制器可为不同控制器。第三控制器可以可操作地联接到能量源。第三控制器可与至少第一控制器或第二控制器不同。第三控制器可为与至少第一控制器或第二控制器相同的控制器。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：材料分配机构，所述材料分配机构分配预转化的材料，以形成包含硬化材料的材料床；生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；冷却构件；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地连接到材料分配器、能量束和冷却构件，并且被编程为：(i)引导材料分配器分配与硬化材料相邻(例如在其上方)的预转化的材料层；(ii)引导能量束(例如沿着路径)转化(例如熔融)预转化的材料层的一部分，以形成转化(例如熔融)部分；(iii)引导冷却构件使转化部分的暴露表面硬化(例如凝固)，同时保持转化部分的内部处于转化状态；以及(iv)引导冷却构件使转化部分硬化，以形成3D物体的至少一部分。至少一个控制器可包括多重控制器，其中操作(i)至(iv)中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中操作(i)至(iv)中的至少两个由相同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：材料分配机构，所述材料分配机构分配预转化的材料以形成材料床，所述材料床包含第一硬化材料；生成能量束的能量源，所述能量束转化预转化的材料的至少一部分；冷却构件；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到材料分配器、能量束和冷却构件，并且被编程为：(i)引导材料分配器设置与第一硬化材料相邻(例如在其上方)的预转化的材料层；(ii)引导能量束(例如沿着路径)转化预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成转化(例如熔融)部分和第一硬化材料的剩余部分；以及(iii)任选引导冷却构件使转化部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(1)第二硬化材料的一部分，以及(2)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部。在一些例子中，暴露表面在内部停止塑性变形之前停止塑性变形。在一些例子中，当内部停止塑性变形时，暴露表面停止塑性变形。在一些例子中，暴露表面在内部停止塑性变形之后停止塑性变形。冷却构件可为散热片。冷却构件可为被动或主动的(例如包含移动的冷却剂)。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：包含预转化的材料的材料床；生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以转化材料床的至少一部分，并且(直接或随后)形成包括具有硬化(例如凝固)材料的连续熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、以及内部和晶粒结构。更接近表面的晶粒结构可指示比内部中的晶粒结构更大(例如更快)的凝固速率。更接近表面的晶粒结构可指示比内部中的晶粒结构更大(例如更快)的凝固速率。晶粒结构可为微观结构。晶粒结构可包括金相和/或晶体结构。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：包含预转化的材料的材料床；生成能量束的能量源，所述能量束转化材料床的至少一部分；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到材料床和能量束，并且被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料类型的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和材料微观结构(例如晶体，例如树突或晶胞)。更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的材料微观结构更大、更低或基本上相等的凝固速率。例如，更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的(例如分别的)材料微观结构更大的凝固速率。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：与平台相邻(例如在其上方)设置的材料床，所述材料床包含第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；生成第一(例如辐射)热能的第一能量源，所述第一(例如辐射)热能加热(例如但不转化，例如熔融)第一硬化材料的至少一部分；生成第二能量束的第二能量源，所述第二能量束熔融加热部分的一部分，以形成熔融部分；任选的冷却构件；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接至材料床、第一热能、第二能量束和任选的冷却构件，并且被编程为：(i)引导第一热能加热第一热硬化材料的至少一部分，以形成加热(例如但不是转化)部分；(ii)引导第二能量束转化(例如熔融)加热部分的至少一部分，以形成转化(例如熔融)部分；以及(iii)引导冷却构件冷却转化部分，以形成包括面向平台的底表面的第二硬化材料。在一些例子中，第一硬化材料的底表面具有的第一曲率的值高于第二硬化材料的底表面的第二曲率。当从底表面到平台限定的体积为凸面物体时，底表面具有负曲率，所述底表面设置在平台上方。形成3D物体的材料(例如第一硬化材料)可基本上排除树脂和/或聚合物。聚合物可包含重复分子单元。聚合物和/或树脂可为有机的(例如包含氢原子和碳原子)。第一能量源和第二能量源可为相同能量源。第一能量源和第二能量源可为不同能量源。第一热能可不转化硬化材料(例如仅加热，但不转化)。第一热能可包括第一能量束。第一能量束和第二能量束可为相同能量束。第一能量束和第二能量束可为不同能量束。第一热能可为辐射热源。至少一个控制器可包括多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由相同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述材料床包含预转化的材料，并且设置在外壳中；(i)第一冷却构件，所述第一冷却构件冷却(i)材料床，(ii)是可平移的，并且(iii)设置在外壳内；冷却第一冷却构件的第二冷却构件，所述第二冷却构件未设置在外壳中；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量源、第一冷却构件和第二冷却构件，并且被编程为：(i)引导能量束(例如沿着路径)，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；(ii)引导第一冷却构件冷却材料床；以及(iii)引导第二冷却构件冷却第一冷却构件。第二冷却构件可设置在外壳的外部。第二冷却构件可为外壳涂层的部分。涂层可为壁或边缘。第一冷却构件可与材料床相邻(例如在其上方)设置。相邻可在上方、下方或侧面。在一些实施例中，相邻可在上方。上方可处于与构建平台相反的方向。至少一个控制器可包括多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由相同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的系统包括：转化材料床的至少一部分的能量束；测量材料床(例如3D物体的至少一部分)的一个或多个点的温度的一个或多个传感器；包括至少一个处理器(例如分别地)的至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器，并且被编程为：(i)引导能量束转化材料的至少一部分床，以形成3D物体；(ii)引导一个或多个传感器，以测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的一个或多个温度；以及(iii)基于所测量的一个或多个温度，用至少一个处理器来控制能量束，其中根据基准，所述至少一个处理器包括至少3次Tera浮点运算/秒。由至少一个处理器实现的能量束控制可另外地或可替代地基于3D物体的至少一部分的几何形状。至少一个控制器可包括多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中操作(i)至(iii)中的至少两个由相同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以将至少一部分的材料床转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到(例如附接、融合和/或接触)第一结构的顶部，以形成第二结构。第一结构可具有第一曲率为负的底表面，并且设置在材料床中。在一些实施例中，第二结构的底部具有大于第一曲率的第二曲率。在一些实施例中，第二结构的底部具有小于、基本上等于或大于第一曲率的第二曲率。当从底表面到平台限制的体积为凸面物体时，所述第一曲率可为负的。底表面可设置在平台上方。底部可面向平台。顶部可背对平台。经转化的材料可硬化成作为3D物体的部分的硬化材料。经转化的材料可形成3D物体的至少一部分。
至少一个控制器可以可操作地联接到平整构件，并且被编程为引导平整构件平整材料床的暴露表面。至少一个控制器可以可操作地联接到材料去除构件，并且被编程为引导材料去除构件从材料床去除材料。从材料床去除材料(例如预转化的材料)可导致材料床的基本上平面的(例如平坦的)暴露表面。去除可排除接触材料床的暴露表面。至少一个控制器可为多重控制器，其中平整构件、材料去除构件和能量束中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中平整构件、材料去除构件和能量束中的至少两个由相同控制器控制。在一些例子中，材料去除构件包括材料入口开口和/或在其中收集去除材料的材料储库。在一些例子中，平整构件包括在其中收集去除材料的叶片、辊或储库。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导材料分配机构，以在材料床中设置的第一硬化材料层上方设置预转化的材料的上层，所述材料床包含预转化的材料，所述材料床与平台相邻设置；并且引导能量束(例如沿着路径)，以从预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层，其中第一硬化材料层通过间隙与第二硬化材料层分开。间隙可包含比第一硬化材料层和/或第二硬化材料层更不致密的材料。例如，间隙可包含预转化的材料或烧结材料(例如其为多孔的)。至少一个控制器可以可操作地联接到材料分配器和/或能量束。上方可相对于远离平台的方向和/或与重力场相反的方向。至少一个控制器可为可操作地联接至材料分配机构的第一控制器，以及可操作地联接至能量束的第二控制器。第一控制器和第二控制器可为不同控制器。第三控制器可以可操作地联接到能量源。第三控制器可与至少第一控制器或第二控制器不同。第三控制器可为与至少第一控制器或第二控制器相同的控制器。
在一些例子中，材料分配机构集成在层分配机构中。层分配机构可包括材料分配机构、平整机构或材料去除机构。至少一个控制器可以可操作地联接到平整构件，并且可被编程为引导平整构件平整材料床的暴露表面。至少一个控制器可以可操作地联接到材料去除构件，并且可被编程为引导材料去除构件从材料床去除材料。从材料床去除材料可导致材料床的基本上平面的(例如平坦的)暴露表面。去除可排除接触材料床的暴露表面(例如通过使用静电力、磁力和/或气流，气流可包括负压)。至少一个控制器可为多重控制器，其中机构和能量束中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中机构和能量束中的至少两个由相同控制器控制。在一些实施例中，材料分配机构包括倾斜的外部3D表面(例如平面表面)、预转化的材料通过其离开材料分配机构的内部储库的出口开口、预转化的材料通过其进入材料分配机构的内部储库的入口开口、或其中预转化的材料留在材料分配机构内的内部储库。在一些实施例中，材料去除机构包括去除的材料通过其离开材料分配机构的内部储库的出口开口、去除的材料通过其进入材料分配机构的内部储库的入口开口、或其中去除的材料留在材料分配机构内的内部储库。在一个例子中，去除的材料可包含预转化的材料。去除的材料从材料床去除(例如在3D打印过程期间)。在一些实施例中，平整机构包括叶片或辊。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导材料分配机构，以在材料床中设置的硬化材料上设置预转化的材料层，所述至少一个控制器可操作地联接到材料分配机构；引导能量束(例如沿着路径)熔融预转化的材料层的一部分，以形成转化(例如熔融)部分，所述至少一个控制器可操作地联接到能量束；任选引导冷却构件使转化部分的暴露表面硬化，同时保持转化部分的内部处于转化状态(例如熔融)，所述冷却构件可操作地联接到至少一个控制器；并且引导冷却构件使转化部分硬化，以形成3D物体的至少一部分)。至少一个控制器可为多重控制器，其中材料分配机构、任选的冷却构件和能量束中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中材料分配机构、任选的冷却构件和能量束中的至少两个由相同控制器控制。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为：引导层分配机构将预转化的材料层分配到设置在材料床中的硬化材料上，其中所述控制器可操作地联接至层分配机构；引导能量束(例如沿着路径)，以转化(例如熔融)预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成转化(例如熔融)部分和第一硬化材料的剩余部分，其中所述至少一个控制器可操作地联接到能量束；并且引导任选的冷却构件使转化部分硬化(例如凝固)，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、和/或(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分。区域可包括暴露表面和内部。暴露表面可在内部停止塑性变形之前停止塑性变形。硬化可形成3D物体的至少一部分。控制器可以可操作地联接到冷却构件。至少一个控制器可为多重控制器，其中层分配机构、任选的冷却构件和能量束中的至少两个由不同控制器控制。至少一个控制器可为多重控制器，其中层分配机构、任选的冷却构件和能量束中的至少两个由相同控制器控制。
控制器可以可操作地联接和/或引导层分配机构的任何部件的功能。控制器可以可操作地联接到平整构件(例如机构)，并且被编程为引导平整构件，以使材料床的暴露表面平整(例如以形成材料床的平面暴露表面)。控制器可以可操作地联接到材料去除构件。控制器可以可操作地联接到材料分配机构。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分(例如图11E，1117a和1117b)的3D物体，其中所述3D物体包括表面、以及内部和晶粒结构，其中更接近表面的晶粒结构指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率，其中所述控制器可操作地联接到材料床和能量束。一个或多个层部分可为一个、两个或更多个层部分。在图8A和8B的例子中可见材料熔池的例子。一部分可为部分、段、一小部分、小片和/或区段。
内部可为对称的内部(例如在3D物体或其横截面的中心)或不对称的内部。不对称的内部不在3D物体或其一部分的中心。不对称的内部位于3D物体或其区段的一侧处。在一些例子中，内部可接近3D物体的边缘和/或表面。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导能量束(例如沿着路径)转化材料床的至少一部分，并且形成3D物体(例如包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分)。3D物体可包括表面、内部和材料微观结构(例如树突)。更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的(例如分别的)材料微观结构更大、更小或基本上相似的凝固速率。更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的材料微观结构更大(例如更快、更迅速和/或更快速)的凝固速率。至少一个控制器可以可操作地联接到材料床和能量束。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导材料分配机构分配预转化的材料，以形成材料床(例如与平台相邻设置)，所述材料床包含第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的底表面；引导第一热(例如辐射)能加热第一硬化材料的至少一部分(例如整个部分)；引导第二能量束转化(例如熔融)加热部分的一部分，以形成转化(例如熔融)部分；引导任选的冷却构件冷却转化部分，以形成包括面向平台的底表面的第二硬化材料。第一硬化材料的底表面可具有比第二硬化材料的底表面的第二曲率更高(例如更高的值)的第一曲率。当从底表面到平台限定的体积为凸面物体时，底表面可具有负曲率。底表面可与平台相邻(例如在其上方)设置。第一硬化材料可基本上排除树脂和/或聚合物。聚合物可包含重复分子单元。聚合物和/或树脂可为有机的。至少一个控制器可以可操作地联接到材料分配器、第一热能、第二能量束和/或冷却构件。至少一个控制器可为多个控制器。在一些实施例中，材料分配器、第一热能、第二能量束和冷却构件中的至少两个由相同控制器引导。在一些实施例中，材料分配器、第一热能、第二能量束和冷却构件中的至少两个由不同控制器引导。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导能量束(例如沿着路径)，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；引导第一冷却构件冷却材料床；并且引导第二冷却构件冷却第一冷却构件，其中所述至少一个控制器可操作地联接到能量束、第一冷却构件和第二冷却构件。冷却构件可为可平移的(例如可移动的)。平移可为自动和/或手动的。平移可由控制器控制(例如调节和/或引导)。平移可在预定时间(例如被编程)或可在一时兴起时(例如自发的)。至少一个控制器可为多个控制器。在一些实施例中，能量束、第一冷却构件和第二冷却构件中的至少两个由相同控制器引导。在一些实施例中，能量束、第一冷却构件和第二冷却构件中的至少两个由不同控制器引导。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体；引导一个或多个传感器，以测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个点的一个或多个温度、能量束功率或计量值(例如高度)；并且基于所测量的一个或多个温度、能量束功率或计量值，用至少一个处理器来控制能量束。根据基准，至少一个处理器可包括至少3次Tera浮点运算/秒。控制能量束的至少一个处理器可另外地或可替代地基于3D物体的至少一部分的几何形状。至少一个控制器可为多个控制器。在一些实施例中，能量束和传感器由不同控制器引导。在一些实施例中，能量束和传感器由相同控制器引导。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：包含硬化材料的第一结构的材料床；以及生成能量束的能量源，所述能量源与材料床相邻设置，所述能量束将材料床的至少一部分转化成经转化的材料，所述经转化的材料联接到(例如附接和/或接界)第一结构的顶表面，以形成第二结构，所述第一结构具有第一曲率为负的底表面。第二结构的底表面可具有大于第一曲率的第二曲率。当从底表面到平台限定的体积为凸面物体时，第一曲率可为负的，所述底表面设置在平台上方。底部可面向平台。底部可面向平台。顶表面可背对平台。能量束可沿着路径行进，同时它将材料床的至少一部分转化成经转化的材料。第一结构可设置在材料床中。经转化的材料可硬化成作为3D物体的部分的硬化材料。经转化的材料可为作为3D物体的部分的硬化材料。在一些实施例中，第二结构的底部(例如表面和/或层)可具有大于、小于或基本上等于第一曲率的第二曲率。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括材料床，所述材料床包括在第一硬化材料层上方的预转化的材料的上层，所述第一硬化材料层嵌入材料床内的预转化的材料中，所述材料床与平台相邻设置；并且生成能量束的能量源从预转化的材料的上层的至少一部分生成硬化材料层(例如在沿着路径行进的同时)，其中第一硬化材料层通过间隙与第二硬化材料层分开。间隙可包含比第一硬化材料层和/或第二硬化材料层更不致密的材料。能量源可与材料床相邻设置。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括材料床，所述材料床包含在硬化材料上的预转化的材料层；生成能量束的能量源，所述能量束转化(例如熔融)预转化的材料层的一部分，以形成转化(例如熔融)部分，所述能量源与材料床相邻设置；冷却构件，所述冷却构件(i)使转化部分的暴露表面硬化，同时保持转化部分的内部处于变形(例如熔融)状态，和/或(ii)使转化部分硬化，以形成3D物体的至少一部分。冷却构件可与材料床相邻(例如在其上方)设置。能量束可沿着路径行进。材料床可与平台相邻设置。冷却构件可设置在材料床上方。
上方可相对于远离平台的方向和/或与重力场的方向相反的方向。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括材料床，所述材料床包括在硬化材料上的预转化的材料层；生成能量束的能量源，所述能量束转化(例如熔融)预转化的材料层的一部分和第一硬化材料的一部分，以形成转化(例如熔融)部分和第一硬化材料的剩余部分；以及冷却构件，所述冷却构件使转化部分硬化，以形成第二硬化材料并且使包括下述的区域塑性变形：(i)第二硬化材料的一部分、和/或(ii)与第二硬化材料接界的第一硬化材料的剩余部分的一部分，其中所述区域包括暴露表面和内部。暴露表面可在内部停止塑性变形之前停止塑性变形。当内部停止塑性变形之前、内部停止塑性变形之后或内部停止塑性变形基本上同时，暴露表面可停止塑性变形。硬化可形成3D物体的至少一部分。冷却构件可与材料床相邻设置。第一硬化材料的剩余部分的一部分可在一个或多个位置处接触第二硬化材料。能量束可与材料床相邻设置。材料床可与平台相邻设置。冷却构件可设置在材料床上方。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：包含预转化的材料的材料床；以及生成束的能量源，所述束转化材料床的至少一部分，并且形成包括具有材料的连续凝固熔池的一个或多个层部分的3D物体，其中所述3D物体包括表面、以及内部和晶粒结构。更接近表面的晶粒结构可指示比内部中的晶粒结构更大的凝固速率(例如更快速、更迅速、更快)。控制器可以可操作地联接到材料床和/或能量束。能量束可与材料床相邻设置。能量束可沿着路径行进。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括材料床；以及能量束，所述能量束转化材料床的至少一部分，并且形成包括一个或多个层部分(例如具有材料的连续凝固熔池)的3D物体，其中所述3D物体包括表面、内部和材料微观结构。更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的(例如分别的)材料微观结构更大、更小或基本上相似的硬化速率。更接近表面的材料微观结构可指示比内部中的树突更大的硬化速率。在一些例子中，控制器可操作地联接到材料床和能量束，所述能量束与材料床相邻设置。硬化速率可为凝固速率(例如经转化的材料的凝固速率)。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括与平台相邻设置的材料床，所述材料床包含第一硬化材料，所述第一硬化材料包括面向平台的第一底表面；生成第一热能的第一能量源，所述第一热能加热(例如但不转化)第一硬化材料的至少一部分，所述第一能量源与材料床相邻设置；生成第二能量束的第二能量源，所述第二能量束转化(例如熔融)加热部分的一部分，以形成转化(例如熔融)部分，所述第二能量源与材料床相邻设置；以及任选的冷却构件，所述冷却构件冷却转化部分，以形成包括面向平台的第二底表面的第二硬化材料。
在一些实施例中，冷却构件与材料床相邻设置。第一底表面可具有的第一曲率的值高于第二底表面的第二曲率。从底表面到平台限定的体积为凸面物体时，第一底表面或第二底表面可具有负曲率。第一底表面和/或第二底表面可设置在平台上方。第一硬化材料可基本上排除树脂和/或聚合物。第一底表面可具有与第二底表面的第二曲率相比更高、更低或者基本上相似的值的第一曲率。在一些例子中，冷却构件设置在材料床的暴露表面上方。在一些实施例中，冷却构件是可移动的。例如，冷却构件可对转化(例如熔融)部分上方的位置来回平移。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括设置在外壳中的材料床；生成能量束的能量源，所述能量束沿着路径行进，以将材料床的至少一部分转化成经转化的材料；第一冷却构件，所述第一冷却构件(i)冷却材料床，(ii)是可移动的，和/或(iii)设置在外壳中。该仪器还可包括第二冷却构件，所述第二冷却构件冷却第一冷却构件，并且不设置在外壳中。
在另一个方面，用于形成3D物体的仪器包括：能量束，所述能量束转化材料床的至少一部分，以形成3D物体的至少一部分；一个或多个传感器，所述一个或多个传感器测量在3D物体的至少一部分上的一个或多个位置的温度、能量束功率值和/或计量值(例如高度)，所述一个或多个传感器与材料床相邻设置；以及包括至少一个处理器(例如分别地)的至少一个控制器，所述至少一个处理器基于所测量的一个或多个温度、能量束功率值和/或计量值来控制能量束。根据基准，至少一个处理器可包括至少3次Tera浮点运算/秒。至少一个控制器可以可操作地联接到能量束和/或一个或多个传感器。例如，第一控制器可操作地联接到能量束，并且第二控制器联接到一个或多个传感器。例如，相同控制器可操作地联接到能量束以及一个或多个传感器。至少一个处理器可另外地或可替代地基于3D物体的至少一部分(例如易受变形的位置)的几何形状来控制能量束。至少一个处理器可包括在至少一个控制器中，所述至少一个控制器被编程为引导能量束(例如沿着路径)。3D物体可通过使经转化的材料硬化而形成。经转化的材料可为包括3D物体的硬化材料。
本文描述的系统和/或仪器可包括至少一个能量源。第一能量源可投射第一能量(例如第一能量束)。第一能量束可沿着路径行进。路径可为受控和/或预定的(例如通过控制器)。该系统和/或仪器可包括至少第二能量束。例如，第一能量源可生成多个能量束(例如第一能量束和第二能量束)。例如，该系统和/或可包括至少第二能量源。第二能量源可生成第二能量(例如第二能量束)。第一能量和/或第二能量可将材料床中预转化的材料的至少一部分转化为经转化的材料。在一些实施例中，第一能量源和/或第二能量源加热(例如但不转化)材料床中预转化的材料的至少一部分。在一些情况下，该系统可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、30、100、300、1000个或更多个能量束和/或源。该系统可包括能量源阵列(例如激光器和/或二极管阵列)。在一些实施例中，材料上的第一能量束和第二能量束的覆盖区至少部分重叠。在一些情况下，材料上的第一能量束和第二能量束的覆盖区可不重叠。在一些例子中，第一能量束和第二能量束具有(例如基本上相同的)相似横截面。在一些例子中，第一能量束和第二能量束具有不同的横截面。可替代地，或另外地，靶表面(例如材料床的暴露表面)、材料床、3D物体(或其部分)或其任何组合可通过加热机构进行加热。加热机构可包括分散的能量束。在一些情况下，至少一个能量源是单个(例如第一)能量源。
能量源(例如图7，716)可为配置为将能量传递到区域(例如受限区域)的源。能量源可通过辐射热传递将能量递送到受限区域。能量源可投射能量(例如热能和/或能量束)。能量(例如束)可与材料床中(例如预转化和/或转化)材料的至少一部分相互作用。能量可在材料转化之前、材料转化期间和/或材料转化之后加热材料床中的材料。能量可在3D物体形成期间的任何点时加热3D物体的至少一小部分。可替代地，或另外地，材料床可通过投射能量(例如辐射热和/或能量束)的加热机构进行加热。能量可包括能量束和/或分散的能量(例如辐射器或灯)。能量可包括辐射热。辐射热可通过加热机构投射，所述加热机构包括灯、带状加热器(例如云母带状加热器或其任何组合)、加热棒(例如石英棒)、或辐射器(例如面板辐射器)。加热机构可包括感应加热器。加热机构可包括电阻器(例如可变电阻器)。电阻器可包括变阻器或可变电阻。多重电阻器可以串联、并联或其任何组合配置。在一些情况下，系统可具有单个(例如，第一)能量源。能量源可为配置成将能量递送到区域(例如，受限区域)的来源。能量源可通过辐射热传递将能量传递到受限区域(例如，如本文描述的)。
能量束可包括包含电磁波束或带电粒子束的辐射。能量束可包括辐射，所述辐射包含电磁、电子、正电子、质子、等离子体或离子辐射。电磁波束可包括微波、红外、紫外或可见辐射。能量束可包括电磁能量束、电子束、粒子束或离子束。离子束可包含阳离子或阴离子。粒子束可包含自由基。电磁束可包括激光束。能量束可包含等离子体。能量源可包含激光源。能量源可包含电子枪。能量源可包含能够将能量递送到点或区域的能量源。在一些实施例中，能量源可为激光源。激光源可包括二氧化碳(CO2)、钕掺杂的钇铝石榴石(Nd：YAG)、钕(例如钕玻璃)或镱激光。能量源可包含能够将能量递送到点或区域的能量源。能量源可提供具有至少约50焦耳/cm2(J/cm2)、100J/cm2、200J/cm2、300J/cm2、400J/cm2、500J/cm2、600J/cm2、700J/cm2、800J/cm2、1000J/cm2、1500J/cm2、2000J/cm2、2500J/cm2、3000J/cm2、3500J/cm2、4000J/cm2、4500J/cm2或5000J/cm2的能量密度的能量束。能量源可提供具有至多约50J/cm2、100J/cm2、200J/cm2、300J/cm2、400J/cm2、500J/cm2、600J/cm2、700J/cm2、800J/cm2、1000J/cm2、500J/cm2、1000J/cm2、1500J/cm2、2000J/cm2、2500J/cm2、3000J/cm2、3500J/cm2、4000J/cm2、4500J/cm2或5000J/cm2的能量密度的能量束。能量源可提供具有在上述值之间的值(例如约50J/cm2至约5000J/cm2、约200J/cm2至约1500J/cm2、约1500J/cm2至约2500J/cm2、约100J/cm2至约3000J/cm2、或约2500J/cm2至约5000J/cm2)的能量密度的能量束。在一个例子中，激光可提供在至少约100纳米(nm)、500nm、750nm、1000nm、1010nm、1020nm、1030nm、1040nm、1050nm、1060nm、1070nm、1080nm、1090nm、1100nm、1200nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm或2000nm的峰值波长处的光能。在一个例子中，激光可提供在至多约2000nm、1900nm、1800nm、1700nm、1600nm、1500nm、1200nm、1100nm、1090nm、1080nm、1070nm、1060nm、1050nm、1040nm、1030nm、1020nm、1010nm、1000nm、750nm、500nm或100nm的峰值波长处的光能。激光可提供在上述峰值波长值中任意者之间的峰值波长处的光能(例如约100nm至约2000nm、约500nm至约1500nm、或约1000nm至约1100nm)。能量束(例如激光)可具有至少约0.5瓦特(W)、1W、2W、3W、4W、5W、10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、120W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、500W、750W、800W、900W、1000W、1500W、2000W、3000W或4000W的功率。能量束可具有至多约0.5W、1W、2W、3W、4W、5W、10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、120W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、500W、750W、800W、900W、1000W、1500、2000W、3000W或4000W的功率。能量束可具有在上述激光功率值中任意者之间的功率(例如约0.5W至约100W、约1W至约10W、约100W至约1000W、或约1000W至约4000W)。
能量束的粉末密度(例如功率/单位面积)可为至少约10000W/mm2、20000W/mm2、30000W/mm2、50000W/mm2、60000W/mm2、70000W/mm2、80000W/mm2、90000W/mm2或100000W/mm2。能量束的粉末密度可为至多约10000W/mm2、20000W/mm2、30000W/mm2、50000W/mm2、60000W/mm2、70000W/mm2、80000W/mm2、90000W/mm2或100000W/mm2。能量束的粉末密度可为在上述值之间的任何值(例如约10000W/mm2至约100000W/mm2、约10000W/mm2至约50000W/mm2、或约50000W/mm2至约100000W/mm2)。能量束的扫描速度可为至少约50毫米/秒(mm/秒)、100mm/秒、500mm/秒、1000mm/秒、2000mm/秒、3000mm/秒、4000mm/秒或50000mm/秒。能量束的扫描速度可为至多约50mm/秒、100mm/秒、500mm/秒、1000mm/秒、2000mm/秒、3000mm/秒、4000mm/秒或50000mm/秒。能量束的扫描速度可为在上述值之间的任何值(例如约50mm/秒至约50000mm/秒、约50mm/秒至约3000mm/秒、或约2000mm/秒至约50000mm/秒)。能量束可为连续的或不连续的(例如脉冲的)。能量束可在作为3D物体的部分的经转化的材料形成之前和/或形成期间进行调制。能量束可在3D打印过程之前和/或3D打印过程期间(例如实时)进行调制。能量束可由至少一个控制器控制。
能量束可在靶表面(例如材料床的暴露表面)上入射或垂直于靶表面引导。能量束可以锐角引导，所述锐角在从相对于靶表面平行到垂直的值内。能量束可被引导到源表面和/或靶表面的至少一部分的指定区域上指定时间段(例如停留时间)。在一些实施例中，靶表面中的材料吸收来自能量束的能量，并且因此，材料床的局部区域可增加温度。能量束可为可移动的，使得它可相对于靶表面平移。在一些实施例中，材料床(例如包括靶表面)相对于能量束平移。在一些例子中，材料床和能量束两者均平移。在一些实施例中，能量源是可移动的，使得它可相对于靶表面平移。能量束可经由扫描仪移动(例如，如本文公开的)。能量源中的至少两个(例如全部)可用相同扫描仪移动。能量束中的至少两个(例如全部)可用不同扫描仪移动。能量束中的至少两个可彼此独立地平移。在一些情况下，能量束中的至少两个可以不同速率(例如速度)平移。在一些情况下，能量源和/或束中的至少两个可包括至少一个不同特征。特征可包括停留时间、波长、功率、功率/单位面积、幅度、轨迹、覆盖区(例如在靶表面处)、横截面、强度、聚焦或电荷。电荷可为电荷和/或磁荷。
能量源可为能量源的阵列或矩阵(例如激光器阵列)。阵列或矩阵中的能量源各自可独立地控制(例如通过至少一个控制机构)，使得能量束可独立地关闭和打开。阵列或矩阵中的能量源的至少部分可共同控制，使得能量源中的至少两个(例如全部)可同时关闭和打开。矩阵或阵列中的至少两个能量源的能量/单位面积或强度可独立地调整(例如通过至少一个控制机构)。有时，矩阵或阵列中的能量源中的至少两个(例如全部)的能量/单位面积(或强度)可共同调整(例如通过控制机构)。能量束可通过能量源、一个或多个可调整反射镜、或者一个或多个(例如多边形光)扫描仪的机械运动沿着靶表面扫描。能量源可使用DLP调制器、一维扫描仪、二维扫描仪或其任何组合来投射能量。靶表面可垂直、水平或以一定角度(例如平面或复合)平移。在一些实施例中，能量源是静止的(例如不平移)。
在一些实施例中，能量束被调制。例如，由能量源发射的能量束可被调制。调制器可包括调幅器、调相器或偏振调制器。调制可改变能量束的强度。调制可改变供应给能量源的电流(例如直接调制)。调制可影响能量束(例如外部调制，例如外部光调制器)。调制可包括直接调制(例如通过调制器)。调制可包括外部调制器。调制器可包括声光调制器或电光调制器。调制器可包括吸收调制器或折射调制器。调制可改变用于调制能量束的材料的吸收系数。调制器可改变用于调制能量束的材料的折射率。
在一些实施例中，使用扫描仪来平移能量束。扫描仪可位于机箱内或机箱外。图7显示了其中扫描仪717位于外壳的外部，并且能量束701通过光学窗口718行进到外壳内的例子。扫描仪可包括检流计扫描仪、多边形、机械台(例如XY台)、压电装置、万向节或其任何组合。检流计可包括镜子。扫描仪可包括调制器。扫描仪可包括多面镜。扫描仪可为用于两个或更多个能量源和/或束的相同扫描仪。至少两个(例如每个)能量束可各自具有分开的扫描仪。能量束可彼此独立地平移。在一些情况下，至少两个能量束可以不同速率和/或沿着不同路径平移。例如，与第二能量源的移动相比，第一能量源的移动可更快速(例如更大的速率)。
在一些实施例中，本文公开的系统和/或仪器包括一个或多个快门(例如安全快门)。在一些例子中，能量束、能量源和/或平台可由扫描仪移动。检流计扫描仪可包括双轴检流计扫描仪。扫描仪可包括调制器(例如，如本文描述的)。能量源可使用DLP调制器、一维扫描仪、二维扫描仪或其任何组合来投射能量。扫描仪可包括在光学系统中，所述光学系统配置为将来自能量源的能量引导到靶表面(例如材料床的暴露表面)上的预定位置。控制器可被编程为借助于光学系统来控制能量源的轨迹。控制器可控制(例如调节)从能量源到材料(例如在靶表面处)的能量供应，以形成经转化的材料。
在一些实施例中，由能量源发射的能量束被调制。调制器可包括调幅器、调相器或偏振调制器。调制可改变能量束的强度。调制可改变供应给能量源的电流(例如直接调制)。调制可影响能量束(例如外部调制，例如外部光调制器)。调制可包括直接调制(例如通过调制器)。调制可包括外部调制器。调制器可包括声光调制器或电光调制器。调制器可包括吸收调制器或折射调制器。调制可改变用于调制能量束的材料的吸收系数。调制器可改变用于调制能量束的材料的折射率。
能量(例如热)可从材料床传递到冷却构件(例如散热片图7，713)。冷却构件可促进能量从预转化的材料层的至少一部分转移。在一些情况下，冷却构件可为导热板。冷却构件可为被动的。冷却构件可包括清洁机构(例如清洁装置)，所述清洁机构从冷却构件的表面去除预转化的材料和/或过程碎屑(例如以维持有效的冷却)。碎屑可包括污垢、灰尘、冷凝的材料(例如来源于加热、熔融、蒸发和/或其它工艺转变)、预转化的材料或不构成3D物体的部分的硬化材料。在一些情况下，清洁机构可包括当散热片在与平台相邻的方向(例如横向)上移动时旋转的静止旋转杆、辊、刷子、耙子、刮刀或叶片。清洁机构可包括圆形、三角形、正方形、五角形、六边形、八边形或任何其它多边形的垂直截面(例如，侧截面)。垂直截面可具有无定形形状。在一些情况下，清洁机构在冷却构件移动时(例如在非横向的方向上)旋转。在一些情况下，清洁机构无需或不考虑冷却构件的移动而旋转。在一些情况下，冷却构件包括涂布有层(例如防粘层)的至少一个表面，所述层防止碎屑与至少一个表面联接(例如附接)。
在一些实施例中，一个或多个温度传感器(例如，如本文描述的)感测冷却构件的温度。在一些例子中，冷却构件包括两个或更多个导热板。冷却构件可由导热的材料制成，例如，金属或金属合金。冷却构件可包括铜或铝。冷却构件(例如散热片)可包括有效传导热的材料。有效导热率可为至少约20瓦/米*开尔文(W/mK)、50W/mK、100W/mK、150W/mK、200W/mK、205W/mK、300W/mK、350W/mK、400W/mK、450W/mK、500W/mK、550W/mK、600W/mK、700W/mK、800W/mK、900W/mK或1000W/mK。有效导热率可为在上述值之间的任何值(例如约400W/mK至约1000W/mK、或约20W/mK至约500W/mK)。有效导热率可在环境温度(例如R.T.或20℃)下测量。冷却构件(例如散热片)可包含元素金属或金属合金。冷却构件可公开如本文公开的材料。例如，冷却构件可包含元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳的同素异形体或聚合物。例如，冷却构件可包含石头、沸石、粘土或玻璃。冷却构件(例如713)可放置在材料床(例如704)的顶表面(例如708)上方。冷却构件可放置在材料床的暴露表面下方、侧面或上方。在一些情况下，冷却构件可接触材料床的表面(例如顶表面)。冷却构件可仅接触材料床的表面。冷却构件可对材料床的暴露表面施加压缩力。在一些情况下，冷却构件延伸直到或超过材料床顶表面的边缘。冷却构件可促进来自材料(例如粉末)层的至少一部分的能量传递，而基本上不改变材料床中的预转化的材料的初始配置。在一些情况下，材料(例如粉末)层包括完全或部分形成的3D物体。冷却构件可促进来自材料(例如粉末)层的至少一部分的能量传递，而基本上不通过本文公开的任何位置变化值来改变打印3D物体(或其部分)的位置。
冷却构件可包括热传递构件，所述热传递构件能够加热、冷却或维持材料床和/或材料床中形成的3D物体的温度。在一些例子中，热传递构件是使得能够将能量传递出材料床的冷却构件。热传递构件能够将能量传递到材料床(例如在特定时间)。
通过热传递机制(例如传导、自然对流、辅助对流和辐射)中的任何一个或组合，热可从材料床(例如直接或间接地)传递到冷却构件。冷却构件可为固体、液体或半固体。在一些例子中，散热片为固体。冷却构件可包括气体、液体或固体。可替代地，冷却构件可包括一个或多个开口。开口可以图案布置或随机布置。开口可以条纹图案或棋盘图案布置。在一些情况下，材料(例如粉末)去除开口(例如吸嘴)可与冷却构件的开口相邻。在一个例子中，冷却构件可为板。在一些情况下，冷却构件的至少约5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％的表面积可为开口或孔。孔(或开口)可配置为允许至少第一能量源和任选的第二能量源接近粉末层。
在图5A所示的例子中，第一冷却构件(例如散热片)513设置在距材料床504的暴露表面的一定距离处，所述距离构成间隙。冷却构件可通过间隙与材料床分开。间隙可具有可变或可调整间距。冷却构件可由控制器(例如包括处理器)控制(例如调节和/或引导)。间隙可通过控制器和/或手动进行调整。例如，可基于适合于转化材料床的至少一部分的能量/单位面积来调整间隙。可替代地或另外地，冷却构件可接触材料床。在一些情况下，冷却构件可交替地和/或序贯地与材料床接触。
冷却构件与材料床(例如其暴露表面)之间的距离可影响冷却构件与材料床之间的热传递。距离材料床的暴露表面的间隙的垂直距离可为至少约50μm、100μm、250μm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。距离粉末床的暴露表面的间隙的垂直距离可为至多约50μm、100μm、250μm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。距离粉末床的暴露表面的间隙的垂直距离可为在上述值之间的任何值(例如约50μm至约100mm、约50μm至约60mm、或约40mm至约100mm)。在一些例子中，不存在间隙(即，间隙为零)。在一些情况下，间隙是可调整的。间隙的横截面可手动和/或由控制器控制。间隙可具有跨越整个冷却构件和/或跨越材料床基本上均匀的尺寸。在一些情况下，间隙距离跨越材料床不同。可调整间隙，使得冷却构件与材料床(例如材料床的暴露表面)接触。平移机构可用于(例如动态或灵活地)移动冷却构件，例如与材料床接触和不接触。例如，平移机构可用于将冷却构件移入和移出在材料床上方的位置。平移机构可被手动和/或电子控制(例如通过控制器)。在一个例子中，平移机构可为弯曲板簧、柔性针弹簧或一组滚动圆筒的阵列。在一些例子中，冷却构件(例如板)和材料床之间的接触压力是电子和/或手动调整的。
在一些实施例中，间隙填充有至少一种气体。可选择气体以便实现材料床与冷却构件之间的特定热传递性质。例如，可选择具有高导热率的气体以增加从材料床到冷却构件的传导性热传递的速率。气体可为空气。气体可为非反应性的(例如惰性的)。气体可构成大气。气体可为本文中提及的任何气体。例如，气体可包括氩、氮、氦、氖、氪、氙、氢、一氧化碳、二氧化碳或氧。在一些情况下，该系统和/或仪器可在真空腔室中贮存和操作，在这种情况下，在冷却构件和材料床之间至多存在薄层(例如与周围大气相比)。冷却构件可通过气体层热联接到材料床。计量传感器(例如距离传感器或高度传感器)可测量空气间隙的距离。例如，可选择具有高导热率的气体。空气间隙可为冷却构件和材料床的暴露表面之间的环境。间隙的大小可受控制(例如手动或电子地)。控制可在3D打印期间和/或3D打印之前。在一些情况下，可在间隙中生成湍流、旋转和/或层流气流。层流气流可平行于材料床的平均表面。气流可增加或辅助材料床和冷却构件之间的对流传热。在一些情况下，气流可通过用沿着冷却构件存在的结构(例如周期性楔形物)移动冷却构件来驱动，以引导气流(例如朝向材料床或平行于材料床的方向)。楔形物可沿着冷却构件的表面周期性地间隔开约1μm至约100mm、或约10μm至约10mm的间隔距离。可替代地或另外地，通过迫使间隙中的气体流动可在空气间隙中生成对流气流。可通过嵌入冷却构件(例如在冷却构件的表面中)中的开口端口(例如喷嘴)的第一阵列或矩阵来压迫气流。开口端口可朝向材料床的暴露表面定向，并且可允许气体流入间隙(例如经由加压气体的释放)。开口端口的第二阵列或矩阵可去除由开口端口的第一阵列或矩阵引入的气体，以产生气流(例如经由真空机构)。
在一些情况下，至少一个气体轴承用于增加材料床的冷却速率。在该实施例中，可使用冷却板中的一组开口(例如所述开口面向材料床)来产生平面(例如层状)气体轴承。加压气体可从一组开口注入间隙。加压气体可通过第二组开口离开间隙。气体轴承可诱导强制对流。气体轴承可增加来自材料床的热传递速率。在另一个例子中，热声排热可用于增加粉末床的冷却速率。
在一些情况下，冷却构件可包括热交换器。热交换器(例如包括恒温器)可配置为将冷却构件的温度维持在恒定的靶温度下。在一些情况下，靶温度(例如在3D打印期间的散热片、热交换器和/或材料床的靶温度)可高于、低于或基本上等于环境温度。热交换器可使冷却流体循环通过管道系统。管道系统可嵌入冷却构件中。管道系统可嵌入与冷却构件不同的位置中。管道系统可包括一个或多个通道(例如管或线圈)。冷却流体(例如冷却剂)可配置为通过热传递机制(例如传导、自然对流、强制对流和辐射)中的任何一个或组合吸收来自冷却构件的热。在一些例子中，冷却构件未嵌入材料床内(例如以管的形式)。在一些例子中，冷却构件(例如图5A，512)远离材料床(例如图5A，504)。
在一些例子中，热交换器是冷却构件的集成零件。在一些实施例中，热交换器是与冷却构件分开的零件。例如，热交换器可设置在与冷却构件的位置不同的位置处。例如，冷却构件可设置在外壳内，并且热交换器可设置在外壳的外部。热交换器可包括在第二冷却构件中。图5A显示了包括热交换器512的第二冷却构件的例子，所述热交换器512具有促进热快速流出外壳507的通道(例如管道)516和514。第二冷却构件(例如包括512)未设置在外壳507内。第一冷却构件513设置在外壳507内。第一冷却构件可为可移动的。可移动可包括可横向地、水平地、以一定角度(平面或复合)、或其任何组合移动。图5A显示了第一冷却构件(例如513)的一个位置的例子，并且图5B显示了第一冷却构件(例如533)的第二位置的例子，在所述第二位置中，它接触第二冷却构件532(例如直接或通过外壳的壁)。第一冷却构件可指定为内部冷却构件，因为它位于外壳内。当第二冷却构件位于外壳的外部时，或者当第二冷却构件(或其任何部分)构成外壳的主体的部分(例如外壳的壁、边缘和/或涂层)时，它可指定为外部冷却构件。第二冷却构件可为外壳壁、涂层和/或边缘的部分。第二冷却构件(或其部分)可为可移动的或静止的。第一冷却构件和/或第二冷却构件可由控制器和/或手动控制。第一冷却构件和/或第二冷却构件(或其部分)可为可替换的。
在一些实施例中，外部冷却构件包括一个或多个通道。通道可包括在静止结构(例如材料块)内的通道或对于静止结构为外部的通道。通道可包括管。通道的至少一部分可打开或关闭。图5A显示了静止结构512的垂直横截面(例如517)的例子，所述静止结构512作为冷却构件的部分，所述冷却构件未设置在外壳507内；以及对于静止结构512为外部的通道(例如514和516)的例子。通道的内部可包括冷却气体、液体、半固体(例如凝胶)或固体(例如粉末)。通道的内部可为可移动的、可转移的和/或流动的。通道的内部可包括能够输出和/或排出热的物质。例如，通道内的物质可具有高比热容。例如，通道内的物质可为可输出的(例如液体或气体)。通道内物质的比热可为至少1千焦耳/千克*开氏温度(kJ/kg K)、1.5kJ/kg K、2kJ/kg K、2.5kJ/kg K、3kJ/kg K、3.5kJ/kg K、4kJ/kg K或4.5kJ/kg K。通道内物质的比热可为在上述值之间的任何值(例如约1kJ/kg K至约4.5kJ/kg K、约2kJ/kg K至约4.5kJ/kg K、或约3kJ/kg K至约4.5kJ/kg K)。通道内的物质可为冷却剂。冷却剂可包括水、乙二醇、二甘醇、丙二醇、甜菜碱、硅油、矿物油(例如蓖麻油)、转移油、氟碳油、氟里昂、燃料(例如喷气燃料、煤油)、制冷剂(R-12、R-22和/或R-134a)、氨、二氧化硫、二氧化碳或丙烷。通道内的物质可包括液体易熔合金(例如NaK、铅铋合金或熔盐(例如NaF-NaBF4、FLiBe或FLiNaK)。冷却剂可包括液态气体。冷却剂可包括纳米流体(例如包含纳米颗粒)。
在一些实施例中，第一冷却构件接触第二冷却构件。接触可为直接接触。接触可为间接接触。间接接触可通过一种或多种材料。一种或多种材料可构成外壳的壳体(例如507)。接触可使用物理力、磁力、电力或液压力来实现。例如，内部冷却构件可包括磁性地和/或电力地吸引到与位置相邻施加的力的材料，在所述位置中设置外部冷却构件。力可由外部冷却构件施加。另外地或可替代地，力可由定位与外部冷却构件相邻的力发生器施加。例如，力发生器可包括静电力发生器、电场发生器或电导体(例如电极)。电场发生器可包括磁体。电场发生器可包括随时间变化的磁场。力发生器可包括磁体或磁力发生器。力发生器可为真空出口端口(例如喷嘴)。力发生器可位于外壳的涂层和/或边缘内或与外壳的涂层和/或边缘相邻。涂层可包括外壳的表面。生成的力可定位成使得内部冷却构件可将其自身联接(例如附接)到与外部冷却构件相邻的指定位置。由于其响应生成的力被吸引，外部冷却构件可联接(例如附接)自身。例如，外部冷却构件可包含被吸引到磁场的金属，所述磁场由位于第二冷却构件上的磁体施加。力可为化学力(例如化学吸引)。化学吸引可以基于极性的吸引和/或络合为基础。
在一些例子中，外壳包括在外壳内的两个或更多个冷却构件(例如内部冷却构件)。在一些例子中，超过一个(例如两个或更多个)冷却构件未设置在外壳内(例如外部冷却构件)。图6A显示了系统和仪器的例子，显示了外部冷却构件612和两个内部冷却构件(例如613和618)。在一些例子中，第一内部冷却构件(例如613)借助于外部冷却构件(例如612)被冷却，而第二内部冷却构件(例如618)吸收来自材料床(例如604)的热。在一些例子中，第一冷却构件借助于外部冷却构件被冷却，而第二内部冷却构件吸收热(例如在3D打印过程期间消散的热)。借助于外部冷却构件正在冷却的冷却构件可用作热消耗冷却构件。吸收来自材料床的热的内部冷却构件可为热吸收冷却构件(例如工作冷却构件)。当第一内部冷却构件被充分冷却时和/或当第二内部冷却构件达到最大加热容量时，第二内部冷却构件可在它借助于外部冷却构件被冷却时变成热消耗冷却构件，而第一内部冷却构件可在它吸收来自材料床的热时变成热吸收冷却构件。当热吸收冷却构件达到最大温度时和/或当热耗尽冷却达到最低温度时，内部冷却构件的功能(例如以及位置)可互换。图6B显示了系统和/或仪器的例子，显示了外部冷却构件632和两个内部冷却构件(例如633和638)。图6B表示图6A中所示的冷却构件的第二位置。在图6B中，图6A的热吸收冷却构件618变成热消耗冷却构件633；并且图6A的热消耗冷却构件613变成图6B的热吸收冷却构件638。
在一些实施例中，冷却构件的各种参数受控制。可控制(例如调节)热吸收冷却构件的最高温度和/或热消耗冷却构件的最低温度。控制可为手动和/或自动的。例如，控制可通过控制器(例如使用至少一个温度传感器)。第一内部冷却构件和/或第二内部冷却构件的位置可由控制器和/或手动控制(例如调节和/或引导)。第一外部冷却构件和/或第二外部冷却构件的位置可手动和/或由控制器控制(例如调节和/或引导)。在外部冷却构件中移动冷却剂的速率可手动和/或由控制器控制。热吸收冷却构件的最高温度可低于热吸收冷却构件内的至少一种材料的转化温度(例如熔点)。热消耗冷却构件的最低温度可高于引起热消耗冷却构件中的大量缺陷(例如裂纹)的温度。大量缺陷可与预期目的有关。
在一些实施例中，与外部冷却构件相邻(例如紧靠)的内部冷却构件的位置是可逆的。内部冷却构件可从外部冷却构件脱离。脱离可由于力(例如，如本文公开的)。脱离可由于排斥力。例如，电力发生器可使其电荷逆转，并且引起内部冷却构件从与外部冷却构件相邻的位置排斥。力发生器可手动和/或由控制器控制。例如，控制器可控制(例如引导和/或调节)由力发生器生成的力的量级和极性。另外地或可替代地，内部冷却构件可机械地被带到和/或带离与外部冷却构件相邻的位置。内部冷却构件的机械位置操纵(例如平移)可由控制器控制。内部冷却构件的平移可通过扫描仪、电机、力发生器或其任何组合来实现。内部冷却构件的定位(例如平移)可由内部冷却构件和/或外部冷却构件的温度、能量束的位置或层分配机构(或其部件中任一个)的位置触发。内部冷却构件的平移可被编程。内部冷却构件的平移可根据算法。该算法可掺入3D物体的3D模型。
在一些例子中，与外部冷却构件相邻的内部冷却构件的指定位置实现了内部冷却构件与外部冷却构件之间的有效(例如最佳)热传递。有效的热传递能够在至多2秒(sec)、10秒、30秒、1分钟(min)、5分钟、10分钟或30分钟内，将内部冷却构件冷却约100℃。有效的热传递可在上述时间之间的任何值(例如约2秒至约30分钟、约2秒至约5分钟、约2秒至约30秒)内，将内部冷却构件冷却约100℃。
冷却板具有形状。冷却构件可为板。该板可沿着平面尺寸与材料床的表面接触。该板可接触外壳的表面(例如外壳的涂层)。在一些情况下，冷却构件可为沿着表面(例如材料床或外壳的表面)滚动的一个或多个圆筒。可替代地或另外地，冷却构件可为沿着表面运行的带。冷却构件可包括配置成穿透到表面内的尖刺、脊或其它突起特征。例如，突起特征可配置为穿透材料床，以增强冷却表面积和深度。突起特征可为可弯曲的(例如，软的)或不可弯曲的(例如，坚硬的)。突起特征可配置为配合到外壳的涂层内的凹槽中。凹槽可促进热从内部冷却构件到外部冷却构件的有效传递。
在一些情况下，冷却构件不停留在材料床内。在其它例子中，冷却构件可至少部分地停留在材料床内。冷却构件可为导管或管道。在一些情况下，冷却构件不是板或板坯。冷却构件可为未经转化的材料的冷却层。冷却的未经转化的(例如粉末)层可充当冷却构件。
在一些实施例中，在其中形成3D物体的区域内部或与其中形成3D物体的区域相邻，提供热控制单元(例如冷却构件，例如散热片(或冷却板)、加热板或恒温器)。在一些实施例中，热控制单元在其中形成3D物体的区域外部(例如在预定距离处)提供。在一些例子中，热控制单元在外壳内(例如外壳的外部)提供。在一些例子中，热控制单元与外壳的至少一部分物理接触。在一些情况下，热控制单元形成边界区域的至少一个区段，在其中生成3D物体(例如容纳材料床的容器)。
材料床内的层的冷却可通过从层到冷却构件的能量转移而发生。能量可沿着取向远离材料床的方向从层转移。在一些情况下，能量可在朝向冷却构件的表面(例如内部冷却构件的表面)的方向上传递。能量可在材料床的暴露表面的方向上传递。能量可向上传递(例如在与构建平台相反的方向上)。能量可传递到位于材料床上方或材料床的侧面的冷却构件(例如内部)。有时，至少约20％、30％、40％、50％、60％、70％、70％、80％、90％或95％的能量(例如热)朝向冷却构件传递。有时，至多约99％、95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、30％或20％的能量朝向冷却构件传递。有时，朝向冷却构件传递的能量可具有在上述百分比值之间的任意值(例如约20％至约99％、约20％至约60％、约50％至约99％)。
冷却构件可冷却和/或稳定材料床的一部分和/或材料床的未转化以形成3D物体的剩余部分(在本文中被称为“剩余部分”)的至少一部分的温度。冷却构件可配置成以大于或等于约P1的速率去除能量。冷却构件可维持在低于材料床的温度的温度下。
在一些实施例中，冷却构件在3D打印期间冷却材料床。冷却构件可适于选择性地定位在材料床(或容纳材料床的容器)和能量源之间。冷却构件可适于选择性地定位在平台和能量源之间。冷却构件可适于沿着能量束的矢量选择性定位(例如图7，701)。在一些情况下，致动器(例如电机)平移冷却构件，使得孔保持在允许能量束在其跨越材料床扫描时接近材料床的位置。在一些例子中，控制冷却构件的移动的致动器与至少一个扫描仪同步以允许能量源的接合。冷却构件可以可控地跟踪从能量源施加到材料的一部分的能量。冷却构件的移动可手动和/或由控制器控制。控制器(例如计算机)可被编程为控制冷却构件的移动。在一些情况下，控制器被编程为优化从材料床去除能量。优化从材料层去除能量(例如在3D打印之前和/或3D打印期间)可包括改变间隙长度或宽度、移动冷却构件、启动强制对流系统(例如风扇)、调整气体组成、其任何组合或者可影响产生3D物体的时间或效率变量的任何其它过程。控制器还可被编程为控制(例如在3D打印之前和/或3D打印期间)与材料床的温度分布分开的平台的温度分布。在一些情况下，控制器被编程为确保离开材料床的均匀热传递。控制器可被编程为确保材料床表面的区域被冷却构件的固体部分和开口(孔)部分覆盖相等的持续时间，以维持离开材料床的均匀热传递。在一些情况下，冷却构件可为基本上透明的。在3D打印之前和/或3D打印期间包括在经转化的材料层形成之前和/或经转化的材料层形成期间。
在一些例子中，一个或多个传感器(例如计量传感器)检测材料床的暴露表面和/或3D物体的暴露表面或其任何部分的拓扑结构。传感器可检测材料床中设置的材料量。传感器可为接近传感器。例如，传感器可检测设置在材料床的暴露表面上的预转化的材料的量。传感器可检测由材料分配机构分配的材料量。传感器可检测由平整机构重新定位的材料量。传感器可检测材料的温度。例如，传感器可检测材料(例如粉末)分配机构和/或材料床中的材料的温度。传感器可在材料转化期间和/或材料转化之后检测其温度。传感器可检测在外壳(例如腔室)内的大气的温度和/或压力。传感器可检测在一个或多个位置处的材料床的温度。
在一些实施例中，至少一个传感器可操作地联接到至少一个控制器。传感器可包括光传感器、声传感器、振动传感器、化学传感器、电传感器、磁传感器、流动性传感器、运动传感器、速度传感器、位置传感器、压力传感器、力传感器、密度传感器、距离传感器或接近传感器。传感器可包括温度传感器、重量传感器、材料(例如粉末)水平传感器、计量传感器、气体传感器或湿度传感器。计量传感器可包括测量传感器(例如高度、长度、宽度、角度和/或体积)。计量传感器可包括磁性、加速度、取向或光学传感器。传感器可传送和/或接收声音(例如回声)、磁性、电子或电磁信号。电磁信号可包括可见光、红外线、紫外线、超声波、无线电波或微波信号。计量传感器可测量倾斜。计量传感器可测量间隙。计量传感器可测量材料层的至少一部分。材料层可为预转化的材料(例如粉末)、经转化的材料或硬化材料。计量传感器可测量3D物体的至少一部分。气体传感器可感测本文所描绘的气体中的任何者。距离传感器可为一类计量传感器。距离传感器可包括光学传感器或电容传感器。温度传感器可包括测辐射热计、双金属条、量热计、废气温度计、火焰检测仪、戈登计(Gardon gauge)、戈利辐射计、热流传感器、红外测温仪、微测辐射热计、微波辐射计、净辐射计、石英温度计、电阻式温度检测器、电阻温度计、硅带隙温度传感器、专用传感器微波/成像仪、温度仪、热敏电阻、热电偶、温度计(例如电阻温度计)或高温计。温度传感器可包括光学传感器。温度传感器可包括图像处理。温度传感器可包括照相机(例如IR照相机、CCD照相机)。压力传感器可包括气压仪、气压计、增压计、波尔登管式压力计(Bourdon gauge)、热灯丝电离真空计、电离真空计、麦克劳德压力计(McLeod gauge)、U形振荡管、永久井下压力计、压强计、皮拉尼压力计(Pirani gauge)、压力传感器、压力计、触感传感器或时间压力计。位置传感器可包括生长计、电容式位移传感器、电容感应、自由下落传感器、重力计、陀螺传感器、碰撞传感器、倾角计、集成电路压电传感器、激光测距仪、激光表面速度计、LIDAR、线性编码器、线性可调差动变压器(LVDT)、液体电容倾角计、里程计、光电传感器、压电加速度计、速率传感器、旋转编码器、旋转可调差动变压器、自动同步机、冲击检测器、冲击数据记录器、倾斜传感器、转速计、超声波测厚仪、可变磁阻传感器或速度接收器。光学传感器可包括电荷耦合装置、色度计、接触图像传感器、电光传感器、红外传感器、动态电感器、发光二极管(例如，光传感器)、用光电位传感器、尼科尔斯辐射计(Nichols radiometer)、光纤传感器、光学位置传感器、光检器、光电二极管、光电倍增管、光电晶体管、光电传感器、光化电离检测器、光电倍加管、光敏电阻器、光敏开关、光电管、闪烁计数器、夏克哈特曼波前传感器(Shack-Hartmann)、单光子雪崩二极管、超导纳米线单光子检测器、过渡边缘传感器、可见光光子计数器或波前传感器。材料床的重量可通过材料中或与材料相邻的一个或多个重量传感器来监测。例如，材料床中的重量传感器可处于材料床的底部。重量传感器可位于外壳的底部(例如图7，711)和基材(例如图7，709)之间，基部(例如图7，702)或材料床(例如图7，704)可设置在所述基材上。在一些例子中，一个或多个传感器可感测材料床的暴露表面的水平。材料(例如粉末)水平传感器可与材料分配机构(例如粉末分配器)、能量源、扫描仪和/或能量束通信。一个或多个位置传感器(例如高度传感器)可测量材料床的高度(例如相对于平台)。位置传感器可为光学传感器。位置传感器可确定一个或多个能量束(例如激光或电子束)与材料床和/或3D物体或其一部分的表面之间的距离。一个或多个传感器可连接到至少一个控制器(例如处理器)。
在一些例子中，所生成的3D物体在其取回之后需要非常少的进一步加工或不需要进一步加工。在一些例子中，减少的进一步加工或其缺乏提供了与商购可得的3D打印过程相比，需要更少量的能量和/或更少浪费的3D打印过程。更少的量可减少至少约1.1、1.3、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10。更少的量可减少在上述值之间的任何值(例如，约1.1至约10、或约1.5至约5)。进一步加工可包括修剪，如本文中所公开的。进一步加工可包括抛光(例如，砂磨)或修剪。例如，在一些情况下，可取回且完成所生成的3D物体，而无需除经转化的材料和/或辅助特征。修剪可包括烧蚀。进一步加工可包括固化、烘烤或退火。
本文提供的方法、仪器和系统可导致3D物体的快速有效形成。在一些情况下，3D物体可在物体的最后一层硬化后至少约120分钟、100分钟、80分钟、60分钟、40分钟、30分钟、20分钟、10分钟或5分钟内运输。在一些情况下，3D物体可在上述值之间的任何时间内(例如约5分钟至约120分钟、约5分钟至约60分钟、或约60分钟至约120分钟)运输。一旦3D物体冷却到至多约100℃、90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃或5℃的温度，它就可被运输。一旦3D物体冷却到在上述温度值之间的温度值(例如约5℃至约100℃、约5℃至约40℃、或约15℃到约40℃)，它就可被运输。运输3D物体可包括将3D物体打包和/或贴标签。在一些情况下，3D物体可直接运输给客户。
本文呈现的系统、仪器和/或方法可促进客户的定制或库存3D物体的形成。客户可为个人、企业、组织、政府、非营利组织、公司、医院、医学从业者、工程师、零售商、任何其它实体或个人。客户可为对接收3D物体和/或订购3D物体感兴趣的客户。客户可提交对3D物体的形成的要求。客户可提供值钱的物品作为3D物体的交换。客户可提供关于3D物体的设计或3D模型。客户可提供呈立体光刻(STL)文件的形式的设计。客户可提供设计，其中设计可为以任何其它数字或物理形式的3D物体形状和尺寸的限定。在一些情况下，客户可提供3D模型、草图或图像作为要生成的物体的设计。设计可转换成可由打印系统使用以附加地产生3D物体的指令。客户可提供从特定材料或材料组(例如，如本文描述的材料)形成3D物体的请求。在一些情况下，设计可不包含辅助特征或辅助支承特征的任何过去存在的标志。
对于客户生成的3D物体(例如凝固材料)可具有与预期尺寸至多约0.5微米(μm)、1μm、3μm、10μm、30μm、100μm或300μm的平均偏差值。该偏差可为在上述值之间的任何值(例如约0.5μm至约300μm、约10μm至约50μm、约15μm至约85μm、约5μm至约45μm、或约15μm至约35μm)。根据式Dv+L/Kdv，3D物体在特定方向上可与预期尺寸具有偏差，其中Dv为偏差值，L为3D物体在特定方向上的长度，且Kdv为常数。Dv可具有最多约300μm、200μm、100μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm的值。Dv可具有至少约0.5μm、1μm、3μm、5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、100μm、300μm的值。Dv可具有在上述值之间的任何值(例如约0.5μm至约300μm、约10μm至约50μm、约15μm至约85μm、约5μm至约45μm、或约15μm至约35μm)。Kav可具有最多约3000、2500、2000、1500、1000或500的值。Kdv可具有至少约500、1000、1500、2000、2500或3000的值。Kdv可具有在上述值之间的任何值(例如约3000至约500、约1000至约2500、约500至约2000、约1000至约3000、或约1000至约2500)。预期尺寸可从模型设计推导。3D部分可在其形成后立即具有所述精度值，而无需另外加工(例如进一步加工)或操纵。接收物体的订单、物体的形成以及将物体交付给客户可花费至多约7天、6天、5天、3天、2天、1天、12小时、6小时、5小时、4小时、3小时、2小时、1小时、30分钟、20分钟、10分钟、5分钟、1分钟、30秒或10秒。在一些情况下，3D物体可在上述时间段中的任何者之间(例如，从约10秒到约7天、从约10秒到约12小时、从约12小时到约7天或从约12小时到约10分钟)的时期内附加地产生。时间可根据物体的物理特性(包含物体的大小和/或复杂度)而改变。
在一些实施例中，系统和/或仪器包括至少控制器。在一些例子中，控制器控制本文描述的一个或多个部件。在一些情况下，至少两个仪器由一个控制器控制。在一些情况下，至少两个仪器各自具有不同控制器。控制器可包括联接到系统、仪器和/或其分别部件(例如能量源)中的任一个的计算机处理单元(例如至少一个计算机)。计算机可通过有线和/或无线连接可操作地联接。在一些情况下，计算机可在用户装置上。用户装置可为膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机或另一计算装置。控制器可与云计算机系统和/或服务器通信。控制器可被编程为选择性地引导能量源以功率/单位面积对靶表面的至少一部分施加能量。控制器可与扫描仪通信，所述扫描仪配置为接合能量源，以功率/单位面积对靶表面的至少一部分施加能量。
控制器可控制层分配机构和/或其任何部件。控制可包括控制(例如引导和/或调节)仪器或其任何部件的移动速度(speed)(速度(velocity))。移动可为水平的、垂直的和/或成一定角度。控制器可控制冷却构件(例如外部和/或内部)。控制可为手动和/或自动的。控制可被编程和/或一时兴起时实现。控制可根据算法。该算法可包括打印算法或运动控制算法。该算法可考虑到3D物体的3D模型。
图13显示了(例如自动)控制器(例如控制系统)1300的示意性例子，所述控制器1300被编程为或以其它方式配置为促进一个或多个3D物体形成。在该例子中，控制器1300包括从属控制器1340、至少一个成形3D物体1350、一个或多个传感器(例如温度传感器)1360、用于3D打印1370的物理过程的一个或多个控制模型1370、以及任选的至少一个反馈控制环路(例如1330和1333)。从属控制器是内部控制器。从属控制器是作为第一控制器的部分的第二控制器。在一些例子中，从属控制器(例如1340)是线性控制器。在一些例子中，控制器1300配置为(例如在3D打印的至少一部分期间实时)控制包括以下的可控性质：(i)能量束功率(例如递送到材料床)，(ii)在材料床中的位置处(例如，在成形3D物体上)的温度，(iii)能量束速度，(iv)能量束功率密度，(v)能量束停留时间，(vi)能量束覆盖区(例如在材料床的暴露表面上)，(vii)能量束聚焦，或(viii)能量束横截面。可控性质可为控制变量。控制可为维持一个或多个成形3D物体的靶参数(例如温度)。在一些实施例中，靶参数随时间(例如实时)和/或位置变化。在一些例子中，该位置包括在材料床的暴露表面处的位置。在一些例子中，位置包括在(例如成形)3D物体的顶表面处的位置。在一些例子中，靶参数与可控性质相关联。(例如输入)靶参数可在材料床中随时间和/或位置变化。在一些例子中，材料床包括成形3D物体。在一些实施例中，从属控制器接收预定功率/(能量束的)单位面积、温度和/或计量(例如高度)靶值。例如，从属控制器可接收靶参数1305(例如温度)，以维持成形3D物体的至少一个特征(例如在方向上的尺寸和/或温度)。在图13所示的例子中，控制器接收三种类型的靶输入：(i)能量束功率1310(其可为用户限定的)，(ii)温度(例如1305)和(iii)几何形状(例如1335)。在一些情况下，几何形状包含几何物体预打印校正。在一些情况下，几何信息从3D物体(或其校正偏离的(例如改变的)模型)推导。在一些情况下，几何形状包括3D物体的先前打印部分的几何信息(例如包括在给定层下方的局部厚度、局部构建角度、与给定层上的边缘的接近、或与层边界的接近)。几何形状可为对控制器的输入(例如经由开环控制方案)。有时，靶值中的至少一些可用于形成用于生成3D物体(例如1350)的3D打印指令。在一些实施例中，打印指令进行实时动态调整。在一些例子中，控制器可监测(例如连续地)来自一个或多个传感器(例如1360)的一个或多个信号。例如，控制器可监测能量束功率、材料床中的位置的温度、和/或材料床中的位置的计量(例如高度)。有时，材料床中的位置是成形3D物体的位置。监视器可为连续或不连续的。在一些例子中，监视器在3D打印期间是实时的。在一些实施例中，打印指令进行实时动态调整(例如使用来自一个或多个传感器的信号)。有时，靶参数与感测参数之间的变化用于估计该参数的值中的误差(例如1320)。例如，变化(例如误差)可由从属控制器(例如1340)用于调整打印指令。在一些实施例中，控制器(例如实时)控制(例如连续地)一个或多个参数。有时，控制器可使用历史数据(例如用于参数)。历史数据可为先前打印的3D物体、或先前打印的3D物体的层的历史数据。在一些例子中，控制模型包括通过使用表征过程来估计的自由参数。表征过程可在3D打印之前、3D打印期间(例如实时)或3D打印之后。控制模型可用线连接到控制器。控制模型可配置到控制器内(例如在3D打印之前和/或3D打印期间)。配置可包括构建、构造、设计、图案化或布置。控制器的硬件可包括控制模型。控制模型可为线性或非线性的。例如，控制模型可为非线性的。控制模型可包括线性或非线性模式。
在一些实施例中，控制模型(例如实时)预测和/或估计成形3D物体的一个或多个物理参数(例如1371)。在一些实施例中，控制模型是所需3D物体的3D模型的简化形式。在一些实施例中，与所需3D物体的完整3D模型相比，控制模型是简化的3D模型。物理参数可包含形状。例如，控制模型可包括3D物体的形状(例如几何形状)。在一些例子中，控制模型用于调整3D打印。在一些实施例中，控制模型包括模拟。模拟包括随着时间过去模仿真实世界的过程(例如3D打印)。模拟可包括有限元分析。例如，控制模型可包括热和/或机械(例如弹性和/或塑性)模拟。例如，控制模型可包括热机械(例如热弹性和/或热塑性)模拟。在一些例子中，模拟包括成形3D物体的材料(例如材料床中的材料)。例如，模拟可包括所需3D物体的材料性质。在一些例子中，使用一个或多个测量参数来调整(例如使用控制环路)模拟和/或控制模型。在一个例子中，模拟和/或控制模型进行实时调整。在一些实施例中，控制模型输出参数的估计。有时，模拟和/或控制模型使用来自一个或多个传感器(例如功率、温度和/或计量传感器)的输入。在一些实施例中，控制模型包括一个或多个自由参数。在一些例子中，一个或多个自由参数进行实时优化(例如使用一个或多个传感器信号)。在一些实施例中，控制器包括提供3D打印机和/或3D打印的内部状态的估计的内部状态系统。内部状态可从控制变量和/或输入参数的一个或多个测量推导。内部状态系统可使用计算机来实现。内部状态系统可包括状态观察器。在一些例子中，控制器包括状态观察器。在一些实施例中，控制模型是状态观察器模型。在一些例子中，控制器包括可重构固件(例如闪速存储器)。在一些例子中，控制器包括微处理器。在一些例子中，控制器可包括(例如可编程和/或可重构)电路。在一些实施例中，估计参数与测量参数(例如1373)进行比较(例如1325)。在一些实施例中，比较(例如1372)用于改变控制模型。有时，控制模型进行实时动态调整。有时，模拟进行实时动态调整。有时，参数的预测离线(例如预定)和/或实时(例如在3D打印期间)完成。在一些实施例中，控制模型接收感测到的参数值。有时，控制模型使用感测到的参数值用于预测和/或调整至少一个靶参数。例如，控制模型可使用与所请求的和/或形成的3D物体相关的几何信息(例如1335)。有时，控制模型建立反馈控制环路(例如1330))，以调整一个或多个靶参数，以便实现会聚(例如利用所需3D物体)。在一些例子中，反馈环路控制包括与输入参数(例如1320)和/或阈值(例如1380)的一个或多个比较。实时是在以下中的至少一个形成期间：3D物体、3D物体的层、能量束沿着路径的停留时间、以及能量束沿着形成熔池的能量束的剖面线停留时间的停留时间。可(例如基本上)同时或序贯地生成一个或多个成形3D物体。有时，一个或多个3D物体在(例如单个)材料床中形成。
在一些实施例中，从属控制器1340输出一个或多个参数作为3D打印指令的部分。有时，从属控制器的输出基于一个或多个参数输入(例如不同类型的输入)。例如，从属控制器可接收温度输入并且输出功率参数。在一些情况下，将输出参数与输入的相同类型的参数进行比较。例如，将输出功率参数与功率输入进行比较(例如1315)，以生成用于3D物体的一部分的打印指令。有时，比较是实时动态比较。有时，比较在3D打印之前或3D打印之后进行。
在一些实施例中，控制器在处理器硬件(例如GPU、CPU或FPGA)中实现。在一些例子中，控制器具有至少约1千赫(KHz)、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz、30KHz、40KHz、50KHz、60KHz、70KHz或80KHz的带宽。控制器可具有在上述值中任意者之间(例如约1KHz至约80KHz、约1KHz至约50KHz、约10KHz至约50KHz、约30KHz至约60KHz、或约50KHz至约80KHz)的带宽。
在一些实施例中，本文公开的系统、方法和/或仪器包括接收关于3D物体(例如来自客户)的请求。例如，该请求可包括所需3D物体的3D模型(例如CAD)。可替代地或另外地，生成所需3D物体的模型。在一些情况下，该模型用于生成3D打印指令。3D打印指令可排除3D模型。在一些实施例中，3D打印指令基于3D模型。有时，3D打印指令考虑3D模型。在一些实施例中，3D打印指令基于模拟(例如，如本文公开的)。在一些实施例中，3D打印指令使用超过一个3D模型。有时，3D打印指令包括考虑到3D模型的算法(例如嵌入在软件中)。有时，该算法包括模拟。在一些情况下，该算法考虑到在形状(例如几何形状)中与结构3D模型的偏差。偏差可为结构(例如几何学)偏差。在一些实施例中，3D模型可包括基于算法(例如包含在脚本中)的反馈控制或前馈控制。该算法可嵌入脚本中。在一些例子中，脚本是算法的语言特异性计算机可读介质(例如软件)实现。例如，模型可基于算法组合反馈控制和前馈控制(例如图13)。偏差可为校正偏差。校正(结构)偏差可使得根据与所需3D物体的3D模型的偏差来打印3D物体的至少一部分；并且在硬化之后，3D物体的至少一部分(和/或整个3D物体)不(例如基本上)偏离所需3D物体的3D模型。该偏差可跨越3D物体的一个或多个层。例如，在形状(例如几何形状)中的偏离可跨越多个层。有时，该层的至少一部分(例如其片层)偏离3D模型。片层是3D模型中3D物体层的虚拟现实表示。3D模型是所需3D物体的虚拟现实表示。在一些实施例中，虚拟现实包括计算机化的或计算机生成的。在一些实施例中，偏离模型与所请求的3D物体模型之间的差异的至少一阶导数是连续的(例如平滑的)。有时，至少一阶导数是平滑的(例如连续的)。至少一阶导数可为多个导数。多个导数可至少包括2、3、4、5、6、7、8、9或10阶导数。有时，几何偏差域的至少第一度梯度是平滑的(例如连续的)。几何偏差域包括偏差模型与所请求的3D物体模型之间的差异。有时，至少一阶导数是无限平滑的。有时，所有导数都是连续的。有时，至少第一度包括多个度。偏差可排除在3D物体中插入一个或多个扭结。平滑的一个或多个导数是与3D物体的偏差(例如以区别于3D物体的结构衍生物)。导数和/或梯度对所需3D物体和变形的3D物体之间的几何形状中的变化敏感。偏差可为校正偏差，其至少部分补偿在3D打印期间的变形。变形可为累积变形。累积变形可为在3D打印期间的残余累积变形。这种校正偏差在本文中被称为“物体预打印校正”。偏差可为调整或改变。
在一些实施例中，由于在3D打印期间3D物体(或其一部分)的变形，打印的偏差被抵消。在一些实施例中，用于形成3D打印指令的算法排除反馈控制环路(例如闭环)。在一些实施例中，3D打印指令排除考虑所生成的3D物体或其部分的计量和/或温度测量(例如3D物体的测量)。在一些实施例中，3D打印指令包括考虑所生成的3D物体或其部分的计量和/或温度测量(例如3D物体的测量)。在一些实施例中，3D打印指令包括开环控制。有时，该算法可使用历史(例如经验)数据。在一些情况下，经验数据具有至少一个特征结构(例如包括在所需3D物体中)。在一个例子中，特征结构(例如基本上)类似于3D物体的至少一部分。经验数据可先前获得。在一些实施例中，该算法包括前馈控制环路。有时，前馈控制环路覆盖一个或多个控制模型参数(例如测量和/或校正)。在一些实施例中，该算法包括前馈控制环路(例如其元件)、反馈控制环路(例如其元件)、或前馈和反馈控制环路(例如其元件)的组合。在一些实施例中，该算法使用理论计算。该算法可使用能流(例如热流)的计算。有时，该算法包括热学或机械算法。机械算法可包括弹性或塑性算法。在一些例子中，使用(例如结构上)改变的3D模型生成3D物体可排除迭代过程。在一些例子中，使用经改变的模型生成3D物体可包括迭代过程。在一些实施例中，3D物体的生成不涉及3D模型(例如CAD)的改变，而是生成新的一组3D打印指令。在一些实施例中，该算法用于改变由3D打印过程中涉及的至少一个部件(例如能量束)接收的3D打印指令。在一些实施例中，该算法不(例如在结构上)改变3D模型。在一些实施例中，该算法包括打印所需3D物体(或其一部分)的通用方法。在一些实施例中，该算法不基于以下中的至少一个：(i)改变基于打印所需3D物体的3D打印指令，(ii)测量打印的3D物体中的误差，以及(iii)修正打印指令。在一些实施例中，该算法不基于考虑所需的和打印的3D物体(例如实时)的迭代过程。在一些例子中，该算法基于在所需3D物体的打印期间一个或多个误差(例如变形误差)的估计。在一些例子中，该算法包括通过考虑预料误差生成分别的3D打印指令来校正估计的误差。在一些例子中，该算法包括通过生成分别的3D打印指令来规避估计的误差。误差的校正可在3D打印之前和/或3D打印期间(例如实时)。以这种方式，该算法可规避误差的生成(例如结构误差例如变形)。在一些例子中，该算法基于一个或多个误差的估计(例如在所需3D物体的打印之前或所需3D物体的打印期间)，并且通过考虑到预料误差生成分别的3D打印指令来校正它们，并且因此规避误差的生成。该误差可包括与所需3D物体的3D模型的偏差。估计可基于模拟、建模和/或历史数据(例如代表性3D结构或3D结构段的数据)。在一些实施例中，可不预料(例如实时)误差。在一些实施例中，可操作地联接到至少一个的一个或多个传感器可控地监测成形3D物体(例如并且检测误差)。3D打印指令可实时改变，以校正检测到的误差。图12显示了表示3D打印过程操作的至少一部分的流程图的例子，所述3D打印过程操作由本文描述的3D打印系统和/或仪器执行。在操作1201中请求所需3D物体。在操作1202中提供或生成3D模型。操作1204示出了3D物体的打印指令的生成，其中利用了3D模型和算法两者。在该例子中，在操作1205中使用打印指令随后生成3D物体。在该例子中，在操作1206中递交所需3D物体。箭头1207指定从操作1201到操作1206的操作执行方向。回馈箭头的不存在代表反馈环路控制的缺乏。
在一些实施例中，控制器包括处理单元。处理单元可为中央的。处理单元可包括中央处理单元(在本文中“CPU’)。控制器(例如包括计算机系统)可被编程为实现本公开内容的方法。控制器可控制本文公开的系统和/或仪器的至少一个部件。图14是计算机系统1400的示意性例子，所述计算机系统1400被编程为或以其它方式配置为促进根据本文提供的方法形成3D物体。计算机系统1400可控制(例如引导和/或调节)本公开内容的打印方法、仪器和系统的各种特征，例如调节力、平移、加热、冷却和/或维持材料床的温度、工艺参数(例如腔室压力)、能量束特征、能量源的扫描路线、冷却构件的位置和/或温度、发射到所选位置的能量的量的应用、或其任何组合。计算机系统可为打印系统或仪器例如本公开内容的3D打印系统或仪器的部分或者与之通信。计算机可联接到本文公开的一个或多个机构、和/或其任何部分。例如，计算机可联接到一个或多个传感器、阀门、开关、电机、泵或其任何组合。
在一些实施例中，计算机系统1400包括处理单元1406(本文也使用“处理器”、“计算机”和“计算机处理器”)、存储器或存储器位置1402(例如随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元1404(例如硬盘)、用于与一个或多个其它系统通信的通信接口1403(例如网络适配器)、外围设备1405或其任何组合。外围设备可包括高速缓冲存储器、其它存储器、数据存储单元或电子显示适配器。在一些实施例中，存储器1402、存储单元1404、接口1403和外围设备1405通过通信总线(实线)例如母板与处理单元1406通信。存储单元可为用于存储数据的数据存储单元(或数据储库)。计算机系统可借助于通信接口可操作地联接到计算机网络(“网络”)1401。网络可为因特网、因特网和/或外联网、或与因特网通信的内联网和/或外联网。网络在一些情况下是远程通信和/或数据网络。网络可包括一个或多个计算机服务器，其可使得能够分布式计算，例如云计算。网络在一些情况下借助于计算机系统可实现对等网络，所述对等网络可使得联接到计算机系统的装置能够充当客户端或服务器。
在一些实施例中，处理单元执行一系列机器可读指令，其可在程序或软件中体现。指令可存储在存储器位置例如存储器1402中。指令可引导至处理单元，该处理单元随后可被编程为或以其它方式配置处理单元，以实现本公开内容的方法。由处理单元执行的操作的例子包括读取、解码、执行或写回。处理单元可解释和/或执行指令。在一些实施例中，处理器包括微处理器、数据处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、协处理器、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、控制器、可编程逻辑装置(PLD)、芯片集或现场可编程门阵列(FPGA)。在一些例子中，处理单元可为电路例如集成电路的部分。系统1400的一个或多个其它部件可包括在电路中。
存储单元1404可存储文件，例如驱动程序、文库和保存的程序。存储单元可存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统包括一个或多个另外数据存储单元，其对于计算机系统是外部的，例如位于通过内联网或因特网与计算机系统通信的远程服务器上。
在一些实施例中，计算机系统通过网络与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统可与用户(例如操作员)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的例子包含个人计算机(例如，便携式PC)、板或平板P C(例如，iPad、Galaxy Tab)、手机、智能手机(例如，iPhone、Android-enabled装置、)或个人数字助理。用户可经由网络访问计算机系统。
如本文描述的方法可通过机器(例如计算机处理器)可执行代码来实现，所述可执行代码存储在计算机系统的电子存储位置上，例如存储器1402或电子存储单元1404上。机器可执行或机器可读代码可以软件的形式提供。在使用期间，处理器1406可执行该代码。在一些情况下，代码可从存储单元检索且存储在存储器上用于由处理器随时访问。在一些情况下，可排除电子存储单元，并且将机器可执行指令存储在存储器中。
代码可经预编译且配置以用于具有适合于执行代码的处理器的机器，或可在运行时间期间编译。代码可以编程语言提供，可选择所述编程语言以使得代码能够以预编译或已编译方式执行。
在一些实施例中，处理单元包括一个或多个核。计算机系统可包括单核处理器、多核处理器或用于平行处理的多个处理器。处理单元可包括一个或多个中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)。多重核可设置在物理单元(例如中央处理单元或图形处理单元)中。处理单元可包括一个或多个处理单元。物理单元可为单个物理单元。物理单元可为内核(die)。物理单元可包括高速缓冲存储器一致性电路。多重核可紧密接近设置。物理单元可包括集成电路芯片。集成电路芯片可包括一个或多个晶体管。集成电路芯片可包括至少2亿个晶体管(BT)、0.5BT、1BT、2BT、3BT、5BT、6BT、7BT、8BT、9BT、10BT、15BT、20BT、25BT、30BT、40BT或50BT。集成电路芯片可包括在上述数目之间的任何数目的晶体管(例如约0.2BT至约100BT、约1BT至约8BT、约8BT至约40BT、或约40BT至约100BT)。集成电路芯片可具有至多50mm2、60mm2、70mm2、80mm2、90mm2、100mm2、200mm2、300mm2、400mm2、500mm2、600mm2、700mm2或800mm2的面积。集成电路芯片可具有在上述值之间的任何值的面积(例如约50mm2至约800mm2、约50mm2至约500mm2、或约500mm2至约800mm2)。紧密接近可允许基本上保存在核之间行进的通信信号。紧密接近可减少通信信号退化。如本文理解的，核是具有独立中央处理能力的计算部件。计算系统可包括设置在单个计算部件上的多重核。多重核可包括两个或更多个独立的中央处理单元。独立的中央处理单元可构成读取并执行程序指令的单元。多重核可为平行核。多重核可平行运行。多重核可包括至少2、10、40、100、400、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000个核。多重核可包括在上述数目之间的任何数目的核(例如2至40000、2至400、400至4000、2000至4000、或4000至10000个核)。核可经由芯片上通信网络；和/或控制、数据和通信渠道彼此通信。处理器可包括数据传送中的低延时(例如从一个核到另一个核)。延时可指处理器中的物理变化(例如信号)的原因和效果之间的时间延迟。延时可指从发送数据包的源(例如第一核)到接收数据包的目的地(例如第二核)所经过的时间(也称为两点延时)。一点延时可指从发送数据包(例如信号)的源(例如第一核)到接收数据包的目的地(例如第二核)所经过的时间，以及指定将数据包发送回源(例如，数据包往返)。延时可足够低以允许大量的浮点运算/秒(FLOPS)。FLOPS的数目可为至少约1Tera Flops(T-FLOPS)、2T-FLOPS、3T-FLOPS、5T-FLOPS、6T-FLOPS、7T-FLOPS、8T-FLOPS、9T-FLOPS或10T-FLOPS。flops的数目可为至多约5T-FLOPS、6T-FLOPS、7T-FLOPS、8T-FLOPS、9T-FLOPS、10T-FLOPS、20T-FLOPS或30T-FLOPS。FLOPS的数目可为在上述值之间的任何值之间的任何值(例如约1T-FLOPS至约30T-FLOPS、约4T-FLOPS至约10T-FLOPS、约1T-FLOPS至约10T-FLOPS、或约10T-FLOPS至约30T-FLOPS。FLOPS可根据基准进行测量。基准可为HPC挑战基准。基准可包括数学运算(例如等式计算例如线性方程)、图形操作(例如渲染)或加密/解密基准。基准可包括高性能LINPACK、矩阵乘法(例如DGEMM)、往/来存储器的持续存储器带宽(例如STREAM)、阵列转置速率测量(例如PTRANS)、随机存取、快速傅里叶变换速率(例如在使用广义Cooley-Tukey算法的大型一维向量上)、或通信带宽和延时(例如基于有效带宽/延时基准的MPI中心性能测量)。LINPACK指用于在数字计算机上执行数字线性代数的软件库。DGEMM指双精度通用矩阵乘法。STREAM约定可总结应用程序代码显式读取的数据量和应用程序代码显式写入的数据量。PTRANS可测量在其下系统可转置大阵列(例如矩阵)的速率。MPI指消息传递接口。
在一些实施例中，计算机系统包括超线程技术。计算机系统可包括具有集成转化、照明、三角形设置、三角形裁剪、渲染引擎或其任何组合的芯片处理器。渲染引擎能够处理至少约1000万个多边形/秒。渲染引擎能够处理至少约1000万次计算/秒。例如，GPU可包括通过Nvidia、ATI Te chnologies、S3Graphics、Advanced Micro Devices(AMD)或Matrox的G PU。处理单元能够处理包括矩阵或向量的算法。核可包括复杂指令集计算核(CISC)或精简指令集计算(RISC)。
在一些实施例中，计算机系统包括可重编程的一个或多个电子芯片(例如现场可编程门阵列(FPGA))。例如，FPGA可包含Tabula、Lattice、Altera或Xilinx FPGA。电子芯片可包括一个或多个可编程逻辑块(例如阵列)。逻辑块可计算组合函数、逻辑门或其任何组合。计算机系统可包括定制硬件。定制硬件可包括算法。计算机系统可包括定制软件，所述定制软件可包含算法。
在一些实施例中，计算机系统包括可配置计算、部分可重构计算、可重构计算或其任何组合。计算机系统可包括FPGA。计算机系统可包括执行算法的集成电路。例如，可重构计算系统可包括FPGA、CPU、GPU或多核微处理器。可重构计算系统可包括高性能可重构计算架构(HPRC)。部分可重构计算可包括基于模块的部分重构或基于差异的部分重构。
在一些实施例中，计算系统包括执行算法(例如控制算法)的集成电路。计算系统可包括执行算法的应用专用软件。物理单元(例如在其内的高速缓冲存储器一致性电路)可具有至少约0.1吉比特/秒(Gbit/s)、0.5Gbit/s、1Gbit/s、2Gbit/s、5Gbit/s、6Gbit/s、7Gbit/s、8Gbit/s、9Gbit/s、10Gbit/s或50Gbit/s的时钟时间。物理单元可具有在上述值之间的任何值的时钟时间(约0.1Gbit/s至约50Gbit/s、或约5Gbit/s至约10Gbit/s)。物理单元可在至多0.1微秒(μs)、1μs、10μs、100μs或1毫秒(ms)内产生算法输出。物理单元可在上述时间之间的任何时间内产生算法输出(例如约0.1μs至约1ms、约0.1μs至约100μs、或约0.1μs至约10μs)。在一些情况下，控制器可使用计算、实时测量或其任何组合来控制能量束。在一些情况下，实时测量(例如温度测量)可以至少约0.1KHz、1KHz、10KHz、100KHz、1000KHz或10000KHz)的速率提供输入。在一些情况下，实时测量结果可以在上述速率的任意者之间的速率提供输入(例如约0.1KHz至约10000KHz、约0.1KHz至约1000KHz、或约1000KHz至约10000KHz)。处理单元的存储器带宽可为至少约1吉位/秒(Gbytes/s)、10Gbytes/s、100Gbytes/s、200Gbytes/s、300Gbytes/s、400Gbytes/s、500Gbytes/s、600Gbytes/s、700Gbytes/s、800Gbytes/s、900Gbytes/s或1000Gbytes/s。处理单元的存储器带宽可为在上述值之间的任何值(例如约1Gbytes/s至约1000Gbytes/s、约100Gbytes/s至约500Gbytes/s、约500Gbytes/s至约1000Gbytes/s、或约200Gbytes/s至约400Gbytes/s)。
本文提供的系统、仪器和/或方法例如计算机系统的各方面可在编程中体现。技术的各方面可视为通常以机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式的“产品”、“物体”或“制造物品”，所述可执行代码和/或相关数据在一类机器可读介质上携带或以一类机器可读介质体现。机器可执行代码可存储于电子存储单元、此类存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、快闪存储器)或硬盘上。存储单元可包括非易失性存储介质。“存储”型介质可包括计算机、处理器等等的任何或所有有形存储器，或其相关模块例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、外部驱动器等等，其可在任何时候提供非暂时性存储用于软件编程。
在一些例子中，存储器包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪速存储器。闪速存储器可包括与非(NAND)或者或非(NOR)逻辑门。存储器可包括硬盘(例如磁盘、光盘、磁光盘、固态盘等)、光碟(CD)、数字多功能盘(DVD)、软盘、盒式磁带、磁带和/或另一类计算机可读介质连同相应的驱动器。
软件的全部或一部分有时可通过因特网或各种其它远程通信网络来通信。例如，这样的通信可使得软件能够从一个计算机或处理器装载到另一个，例如从管理服务器或主机装载到应用服务器的计算机平台中。因此，可承载软件元件的另一类介质包括光波、电波和电磁波，例如跨本地装置之间的物理接口使用，通过有线和光学陆上网络以及经过各种空中链路使用。携载这些波的物理元件(例如，有线或无线链路、光学链路等等)还可被视为承载软件的介质。如本文中所使用，除非限制为非暂时性、有形“存储”介质，例如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以用于执行的任何介质。
因此，机器可读介质(例如计算机可执行代码)可采取许多形式，包含但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，例如任何计算机等等中的任何存储装置，例如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、导线(例如铜线)和/或光纤，包括包含计算机系统内的总线的导线。载波传输介质可采取电信号或电磁信号、或声波或光波的形式，例如在射频(RF)及红外(IR)数据通信期间产生的那些信号和波。因此计算机可读介质的普通形式包含例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它光学介质、穿孔卡片纸带、具有孔的图案的任何其它物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储芯片或盒式磁带、载波输送数据或指令、输送这类载波的电缆或链路，或计算机可从其读取编程代码和/或数据的任何其它介质。存储器和/或存储单元可包括对于装置外部和/或可从装置移除的存储装置，例如通用串行总线(USB)记忆棒或硬盘。计算机可读介质的这些形式中的许多可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携载到处理器以用于执行。
计算机系统可包括电子显示器或与电子显示器通信，所述电子显示器包括用于提供例如待打印的3D物体的模型设计或图形表示的用户界面(UI)。UI的例子包含(但不限于)图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。计算机系统可监测和/或控制3D打印系统的各个方面。控制可为手动和/或被编程的。控制可依赖于已经预编程的反馈机构。反馈机构可依赖来自传感器(本文描述的)的输入，所述传感器连接到控制单元(例如控制系统，例如计算机)。计算机系统可存储有关3D打印系统的操作的各个方面的历史数据。历史数据可在预定时间或一时兴起时检索。历史数据可由操作员和/或用户访问。历史数据和/或操作数据可在输出单元例如显示单元中提供。输出单元(例如监视器)可实时或以延迟的时间输出3D打印系统的各种参数(如本文描述的)。输出单元可输出当前3D打印物体、预订3D打印物体或两者。输出单元可输出3D打印物体的打印进度。输出单元可输出关于打印3D物体的总时间、剩余时间和扩展时间中的至少一个。输出单元可输出(例如显示、说出和/或打印)传感器的状态、其读数和/或关于其校准或维护的时间。输出单元可输出所使用的材料的类型和材料的各种特征，例如预转化的材料的温度和流动性。输出单元可输出打印腔室(即，正在打印3D物体的腔室)中的氧、水和压力的量。计算机可在预定时间、根据(例如来自操作者的)请求和/或一时兴起时生成包括3D打印系统、方法和或物体的各种参数的报告。输出单元可包括屏幕、打印机或扬声器。控制器可提供报告。该报告可包括描述为由输出单元任选输出的任何项目。
本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括输出和/或输入装置。输入装置可包括键盘、触摸板或麦克风。输出装置可为感官输出装置。输出装置可包括视觉、触觉或音频装置。音频装置可包括扬声器。视觉输出装置可包括屏幕和/或打印硬拷贝(例如纸)。输出装置可包括打印机。输入装置可包括照相机、麦克风、键盘或触摸屏。本文描述的系统和/或仪器和/或其任何部件可包括蓝牙技术。在一些例子中，本文描述的系统和/或仪器和/或其任何部件包括电子电路。
尽管本发明的优选实施例已在本文中展示并描述，但对于本领域的技术人员将显而易见的是仅以实例提供此类实施例。并不旨在使本发明受限于说明书内提供的特定实例。虽然已参考上述说明书描述本发明，但对本文中的实施例的描述及说明并不意味着限制意义。许多改变、变化及替代现将在不脱离本发明的情况下被本领域的技术人员想到。此外，应该理解，本发明的所有方面并不限于本文中阐述的取决于各种条件和变量的特定描写、配置或相对比例。应理解，可在本发明的实践中采用本文中所描述的本发明的实施例的各种替代方案。因此，预期本发明还应涵盖任何此类替代方案、修改、变化或等效物。所打算的是，以下权利要求定义本发明的范围，且从而涵盖这些权利要求及其等效物内的方法和结构。

Claims (15)

1.一种用于形成至少一个三维物体的系统，所述系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；和(b)控制器，所述控制器包括与所请求的三维物体相关的控制模型，所述控制模型配置在所述控制器中，所述控制器可操作地联接到所述能量束，并且被编程为引导所述能量束转化所述材料床的至少一部分，从而使用所述控制模型形成所述至少一个三维物体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述至少一个三维物体形成期间实时调整所述控制模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其中实时是在沿着形成熔池的剖面线的所述能量束的停留时间期间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括温度、高度或功率密度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个三维物体是多个三维物体。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个三维物体平行地形成。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括闭环控制或开环控制。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括反馈控制或前馈控制。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模型包括在所述至少一个三维物体形成期间实时优化的一个或多个自由参数。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括内部状态系统，所述内部状态系统提供对于所述至少一个三维物体形成的内部状态的估计。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述内部状态能够从一个或多个测量推导得到，所述一个或多个测量包括所述控制变量的测量或所述输入参数的测量。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述内部状态系统包括状态观察器。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制模型包括状态观察器模型。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述三维物体基本上类似于所请求的三维物体，其中基本上是相对于所述三维物体的预期目的。
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