CN108436082A - 用于三维打印的设备、系统和方法 - Google Patents

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CN108436082A CN201810265567.XA CN201810265567A CN108436082A CN 108436082 A CN108436082 A CN 108436082A CN 201810265567 A CN201810265567 A CN 201810265567A CN 108436082 A CN108436082 A CN 108436082A
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CN
China
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powder
layer
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powder bed
bed
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CN201810265567.XA
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本雅明·布勒
埃雷尔·米尔施泰因
谢尔曼·斯林格尔
蔡泰正
基蒙·西梅奥尼迪斯
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Verona 3d
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Abstract

本发明提供三维(3D)物体、3D打印过程以及用于3D物体的制造的方法、设备和系统。本发明的方法、设备和系统可减少或消除对辅助支承件的需求。本发明提供利用本文中所描述的打印过程、方法、设备和系统打印的三维(3D)物体。

Description

用于三维打印的设备、系统和方法
本申请是申请日为2015年06月19日、申请号为201580032394.1、发明名称为“用于三维打印的设备、系统和方法”(国际申请号PCT/US2015/036802，国际申请日2015年06月19日)的专利申请的分案申请。
交叉引用
此申请案主张以下申请案的优先权：于2014年6月20日提交的美国临时专利申请系列No.62/015,230，于2014年7月24日提交的美国临时专利申请案第系列No.62/028,760，于2014年8月14日提交的美国临时专利申请系列No.62/063,867，于2015年3月20日提交的美国临时专利申请系列No.62/136,378，和于2015年5月29日提交的美国临时专利申请系列No.62/168,699，这些申请案中的每一者以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
三维(3D)打印(例如，增材制造加工工艺)为用于根据设计来制作任何形状的三维物体的过程。所述设计可为数据源形式，例如电数据源，或可为硬拷贝形式。硬拷贝可为三维物体的二维表示。数据源可为电子3D模型。3D打印可通过增材加工工艺实现，其中材料的连续层铺设于彼此的顶部。此过程可受控制(例如，计算机控制，手动控制，或两者)。3D打印机可为工业机器人。
3D打印可快速且有效地产生订制配件。各种材料可用于3D打印过程中，包含金属、金属合金、陶瓷或聚合材料。在增材3D打印过程中，形成第一材料层，且随后逐个增加连续材料层，其中每一新的材料层添加到预先形成的材料层上，直到整个经设计的三维结构(3D物体)被物质化为止。
3D模型可由计算机辅助设计包或经由3D扫描仪产生。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扫描为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三维模型。
当前，有大量可选用的增材加工工艺。这些工艺或许对应着产生物化结构的不同沉积成层方法、或许对应着用以将所设计结构物质化的不同的材料种类。某些加工工艺通过融化或软化材料的方式进行加工。举例说明，3D打印技术包含选择性激光融化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)或熔融性沉积成型(FDM)。某些加工工艺通过使用不同的技术(例如，立体光刻(SLA))来加工液体材料。在分层实体制造(LOM)的方法中，薄层(由纸、聚合物或金属以及其他材料组成)被切割为某种形状并接合在一起。
有时，所打印3D物体可在3D打印过程期间弯曲、翘曲、卷起、卷曲或以其它方式变形。可插入辅助支承件以包围此弯曲、翘曲、卷起、卷曲或其它变形。这些辅助支承件可从所打印3D物体移除以产生所要的3D产物(例如，3D物体)。
发明内容
在一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)(i)在第一时间(t1)将第一粉末材料层提供于外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供于外壳中，其中第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)转换第二层中的粉末材料的至少一部分以形成经转换材料，其中所述转换由具有每单位面积第一能量(S1)的能量束辅助；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔将能量从第二层移除，其中热能沿与第一粉末材料层下方不同的方向移除，其中在t2到t3的时间间隔期间，能量以至少约0.3倍S1的每单位面积第二能量(S2)移除，且其中在移除能量之后，经转换材料固化以形成三维物体的至少一部分。
所述方法可进一步包括重复操作(a)到(d)。能量束可为电磁波束、带电粒子束或不带电束。能量束可为电磁波束、电子束或等离子束。经移除的能量可为热能。S2可为至少约0.5倍S1。S2可为至少约0.8倍S1。在操作(b)中，第一层的剩余者可为粉末材料的未经转换以形成三维物体的至少一部分的部分。剩余者可经加热到低于材料的转换温度的最高温度。
第一层的剩余者可为粉末材料的未经转换以形成三维物体的至少一部分的部分。剩余者可以每单位面积第三能量S3提供有小于或等于约0.1倍S1的能量。所述方法可进一步包括以与冷却经转换材料的速率基本相同的速率来冷却剩余者。可基本上同时执行操作(b)和(c)。可使用电磁辐射束执行操作(b)。电磁辐射束可为激光。可使用电磁辐射束执行操作(c)。所述电磁辐射束可包括红外光。在操作(b)中，可在第一温度(T1)下转换材料层的部分而不转换剩余者。剩余者可经加热到小于约T1的第二温度(T2)。剩余者可缺乏延伸约1毫米或更多的连续层。剩余者可缺乏包围三维物体的至少部分的支架。剩余者可缺乏包围三维物体的支架。所述支架可包括经转换材料。
相邻可为在其上。材料可包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。材料可包括粉末材料。转换可包括熔融(例如，粉末材料的单个颗粒)。熔融可包括熔化、烧结或粘结(例如，粉末材料的单个颗粒)。粘结可包括化学键合。化学键合可包括共价键结。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中提供粉末材料包括(i)在第一时间(t1)将粉末材料提供到外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供到外壳中，其中所述第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，其中能量束具有每单位面积第一能量(S1)；及(c)引导冷却构件在t2到第三时间(t3)的时间间隔将热能从第二层移除，其中热能沿与第一粉末材料层下方不同的方向移除，其中在t2到t3的时间间隔期间，能量以至少约0.3倍S1的每单位面积第二能量(S2)移除，且其中在移除能量之后，经转换的材料固化以形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)(i)在第一时间(t1)将第一粉末材料层提供于外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供于外壳中，其中第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻，其中第一粉末材料层和第二粉末材料层形成粉末床，及；转换第二层中的材料的至少一部分从而形成经转换的材料；及(b)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔使用与第一层或第二层相邻的冷却构件从第二层移除热能，其中热能沿粉末床上方的方向移除，且其中在移除热能之后，经转换的材料固化以形成三维物体的至少一部分。
在从t2到t3的时间间隔期间，将第二层中的点处的平均温度可维持于小于或等于约250℃。在从t2到t3的时间间隔期间，平均温度可维持小于或等于约100℃。
转换可由具有每单位面积第一能量(S1)的能量束辅助。在操作(c)中，在从t2到t3的时间间隔期间，热能可以可为至少约0.3倍S1的每单位面积第二能量(S2)移除。每单位面积第二能量(S2)可为至少约0.5倍S1。热能可从第一粉末材料层或第二粉末材料层的侧面移除。热能可从粉末床的顶表面移除。转换操作可包括熔融(例如，粉末材料的单个颗粒)。熔融可包括熔化或烧结(例如，单个颗粒)。在时间t3，第三粉末材料层可经提供与第二粉末材料层相邻。转换可包括将能量束引向第二层的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括外壳，所述外壳在第一时间(t1)接受第一粉末材料层且在t1之后的第二时间(t2)接受第二粉末材料层从而形成粉末床，其中所述第二粉末材料层与第一粉末材料层相邻，且其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；与第一层或第二层相邻的冷却构件，其中冷却构件从第二层移除热能；及控制器，其以可操作方式耦接到冷却构件且经编程以(i)转换第二层中的粉末材料的至少一部分以形成经转换材料，及(ii)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔使用冷却构件从第二层移除热能，其中热能沿粉末床上方的方向移除，且其中在移除热能之后，经转换材料固化以形成三维物体的至少一部分。
冷却构件可安置于粉末材料的外面(例如，不在粉末材料内)。系统可进一步包括将能量束提供到第二层的至少一部分的能量源。控制器可以可操作方式耦接到能量源且可经编程以将能量束引向第二层的至少部分。控制器可经编程以(1)使用具有每单位面积第一能量(S1)的能量束转换第二层中的粉末材料的至少一部分以形成经转换材料，及(2)在从t2到t3的时间间隔期间使用冷却构件以可为至少约0.3倍S1的每单位面积第二能量S2移除热能。每单位面积第二能量(S2)可为至少约0.5倍S1。控制器可经编程以使用冷却构件从第一材料层或第二材料层的侧面移除热能，其中所述侧面可与第二层的暴露表面不同，或可与第二层的暴露表面相对。控制器可经编程以使用冷却构件从粉末床的顶表面移除热能。
控制器可经编程以控制第二粉末材料层的平均温度。在从t2到t3的时间间隔期间，控制器可经编程以将第二层中的一点处的平均温度维持于小于或等于约250℃。在从t2到t3的时间间隔期间，控制器可经编程以将平均温度维持于小于或等于约100℃。冷却构件可为可移动的。控制器可经编程以移动冷却构件。冷却构件可以一间隙与粉末床分离。间隙可处于小于或等于约50毫米的间距。间隙可处于冷却构件与粉末床之间的可调整间距。控制器可经编程以调控可调整间距。冷却构件可包括具有至少约每开氏度每米20瓦特(W/mK)的导热性的材料。冷却构件可进一步包括从冷却构件的表面移除粉末材料或残屑的清洁构件。系统可进一步包括收集来自冷却构件或粉末床的粉末材料的剩余者或残屑的收集构件。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中提供粉末材料包括(i)在第一时间(t1)将粉末材料提供到外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供到外壳中，其中所述第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔引导与第一层或第二层相邻的冷却构件从第二层移除热能，其中热能沿粉末床上方的方向移除，且其中在移除热能之后，经转换材料固化以形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)(i)在第一时间(t1)将第一粉末材料层提供于外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供于外壳中，其中第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)转换第二层中的材料的至少一部分以形成经转换材料；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔从第二层移除热能，其中在从t1到t2的时间间隔期间，第二层中的任何点处的平均温度维持在最多约250摄氏度内，且其中移除能量导致经转换材料硬化从而形成三维物体的至少一部分。
可在时间t3提供第三材料层。第二层中的任何点处的平均温度可维持于最多约100摄氏度内。第二层中的任何点处的平均温度可维持于最多约10摄氏度范围内。所述方法进一步包括在提供第二层之前熔融第一层的一部分。熔融可包括熔化或烧结。所述方法可进一步包括在操作(b)之前冷却所述部分。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中提供粉末材料包括(i)在第一时间(t1)将粉末材料提供到外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供到外壳中，其中所述第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔引导与第一层或第二层相邻的冷却构件从第二层移除热能，其中在从t1到t2的时间间隔期间，第二层中的任何点处的平均温度维持于最多约250摄氏度内，且其中移除能量导致经转换材料硬化从而形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括外壳，所述外壳在第一时间(t1)接受第一粉末材料层及在t1之后的第二时间(t2)接受第二粉末材料层从而形成粉末床，其中所述第二粉末材料层与第一粉末材料层相邻；与第一层或第二层相邻的冷却构件，其中冷却构件从第二层移除热能；及控制器，其以可操作方式耦接到冷却构件并经编程以(i)将第二层中的材料的至少一部分转换以形成经转换材料，及(ii)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔期间从第二层移除热能，其中在从t1到t2的时间间隔期间，第二层中的任何点处的平均温度维持于最多约250摄氏度内，且其中在移除热能之后，经转换材料固化以形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)(i)在第一时间(t1)将第一粉末材料层提供于外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供于外壳中，其中第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)转换第二层中的材料的至少一部分以形成经转换材料；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔从第二层移除热能，其中经转换材料的最大温度为至少约400℃或更高，且其中未转换以随后形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料的粉末材料的剩余者不超过约300℃的温度，且其中移除能量导致经转换材料硬化以形成三维物体的至少一部分。
经硬化材料可缺乏辅助支承件。剩余者可不超过约200℃的温度。剩余者可不超过约150℃的温度。方法可进一步包括重复操作(a)到(c)。可在可为约10-6托或更大的压力下执行操作(a)-(c)。方法可进一步包括从未熔融以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者移除硬化材料。方法可进一步包括冷却所述部分和未熔融以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者。所述部分和剩余者可以基本相同的速率冷却。第二温度可为最多约350℃或更低。方法可进一步包括将未熔融以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者与所述三维物体的至少一部分分离。
所述材料可包括粉末材料。所述材料可包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。转换可包括熔融。熔融可包括熔化或烧结。经硬化材料可包括固化材料。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中提供粉末材料包括(i)在第一时间(t1)将粉末材料提供到外壳中，及(ii)在t1之后的第二时间(t2)将第二粉末材料层提供到外壳中，其中所述第二材料层经提供与第一粉末材料层相邻；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；及(c)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔引导与第一层或第二层相邻的冷却构件从第二层移除热能，其中经转换材料的最大温度为至少约400℃或更高，且其中未转换以随后形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料的粉末材料的剩余者不超过约300℃的温度，且其中移除能量导致经转换材料硬化以形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括：外壳，其在第一时间(t1)接受第一粉末材料层及在t1之后的第二时间(t2)接受第二粉末材料层，其中所述第二粉末材料层与第一粉末材料层相邻；与第一层或第二层相邻的冷却构件，其中冷却构件从第二层移除热能；及控制器，其以可操作方式耦接到冷却构件且经编程以(i)转换第二层中的材料的至少一部分以形成经转换材料，及(ii)在从t2到第三时间(t3)的时间间隔处使用冷却构件从第二层移除热能，其中经转换材料的最大温度为至少约400℃或更高，且其中未转换以随后形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料的粉末材料的剩余者不超过约300℃的温度，且其中在移除热能之后，经转换材料固化以形成三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将具有平均温度(T0)的材料层提供于外壳中；(b)转换第二层中的材料的至少一部分以形成经转换材料，其中所述部分达到高于T0的最大温度(T2)；及(c)将热能从所述层移除以在最多约240秒的时间段内达到平均温度T1，从而由经转换材料形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料，其中T1大于或等于T0且低于T2，其中T1比T0高不超过约0.8倍(T2–T0)。
方法可进一步包括重复操作(a)到(c)，其中将随后的粉末材料层提供于先前提供的粉末材料层上。最先提供的粉末材料层可提供于底座上。时间段可为最多约120秒。时间段可为最多约60秒。时间段可为最多约30秒。T1可比T0高不超过约0.5倍(T2–T0)。T1可比T0高不超过约0.3倍(T2–T0)。T1可比T0高不超过约0.1倍(T2–T0)。
硬化可包括固化。转换可包括熔融。熔融可包括熔化或烧结。能量可包括能量束。能量束可包括电磁波束、电子束或等离子束。电磁波束可包括激光束或微波束。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将具有平均温度(T0)的粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，其中所述部分达到大于T0的最大温度(T2)；及(c)引导与所述层相邻的冷却构件从所述层移除热能以在最多约240秒的时间段内达到T1，从而由经转换材料形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料，其中T1大于或等于T0且低于T2，其中T1比T0高不超过约0.8倍(T2–T0)。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括：接受具有基本平均温度(T0)的材料层的外壳；与所述层相邻的冷却构件，其中冷却构件从所述层移除热能；及控制器，其以可操作方式耦接到冷却构件且经编程以(i)转换所述层中的材料的至少一部分以形成经转换材料，其中经转换材料达到最大温度(T2)，及(ii)使用冷却构件移除热能使得在240秒或更短时间之后，经转换材料形成为三维物体的至少一部分的经硬化材料，其中T1大于或等于T0且低于T2，其中T1比T0高不超过约0.8倍(T2–T0)。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；及(c)引导冷却构件从粉末床移除热能，其中冷却构件促进在粉末床的暴露表面上方的方向上的能量的至少30％的移除。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将材料层提供于外壳中；(b)沿一路径将能量束引向材料以转换所述材料的至少一部分，从而形成经转换材料，其中经转换材料硬化以形成作为三维物体的部分的经硬化材料；及(c)带入与材料床的暴露表面相邻的散热片以从材料床移除热能，其中在热能从材料床的移除期间，散热片以一间隙与暴露表面分离，且其中材料床的暴露表面为粉末床的顶表面。
间隙可处于散热片与顶表面之间的小于或等于约50毫米的间距。所述路径可根据三维物体的模型产生。转换可包括熔融粉末材料的单个颗粒。熔融可包括烧结、熔化或粘结单个颗粒。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将材料层从材料分配构件提供到以可操作方式耦接到材料分配构件的材料床；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；及(c)引导冷却构件从材料床移除能量，其中所述冷却构件经安置与材料床的暴露表面相邻，其中在将热能从材料床移除期间，散热片以一间隙与暴露表面分离，且其中材料床的暴露表面为粉末床的顶表面。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括：容纳材料床的外壳；将能量束提供到材料床中的材料的能量源；从粉末床移除热能的散热片，其中在将热能从材料床移除期间，散热片以一间隙与暴露表面分离，且其中粉末床的暴露部分为粉末床的顶表面；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源及散热片，且经编程以(i)沿一路径将能量束引向材料以转换所述材料的至少一部分，从而形成经转换材料，其中经转换材料硬化以形成作为三维物体的至少一部分的经硬化材料，及(ii)带入与粉末床的暴露表面相邻的散热片以从粉末床移除热能。
能量束可包括电磁波束、带电粒子束或不带电粒子束。能量束可包括激光束。
散热片可安置于从能量源延伸到粉末材料的能量束的路径内。散热片可包括至少一个开口，且在使用期间，能量束可通过至少一个开口从能量源引向粉末材料。散热片可为可移动的。控制器可经编程以移动散热片。外壳可为真空腔室。外壳具有至少约10-6托的压力。散热片可通过间隙热耦合到粉末材料。所述间隙可包括气体。间隙可处于散热片与暴露表面之间的小于或等于约50毫米的间距。间隙可处于散热片与暴露表面之间的可调整间距。控制器可经编程以调控所述间距。控制器可经编程以通过使用足以转换材料的至少一部分的每单位面积能量而调控间距。控制器可经编程以调控间距和能量源中的至少一者，以提供足以形成三维物体的每单位面积能量，所述三维物体与三维物体的模型的偏差小于或等于约25微米与三维物体的基本长度尺度的千分之一的总和。散热片可经由对流传热促进热能从粉末材料的传输。散热片可包括具有至少约每开氏度每米20瓦特(W/mK)的导热性的材料。散热片可进一步包括从散热片的表面移除粉末材料或残屑的清洁构件。清洁构件可包括旋转电刷。清洁机构可包括在散热片移动时旋转的旋转电刷。散热片可包括可涂布有降低或防止至少一个表面上的粉末材料或残屑的吸收的防粘层的至少一个表面。系统可进一步包括收集来自散热片或粉末床的粉末材料的剩余者或残屑的收集构件。用于收集剩余粉末及残屑中的至少一者的机构可包括文丘里(venturi)清除喷嘴。文丘里清除喷嘴可与能量源对准，使得来自能量源的能量束穿过文丘里清除喷嘴的开口。用于收集剩余粉末及残屑中的至少一者的机构可包括一个或多个真空抽吸端口。用于收集剩余粉末及残屑中的至少一者的机构可耦接到散热片。收集构件可包括一个或多个负压力源。收集构件可以可操作方式耦接到散热片。系统可进一步包括将材料提供到外壳的材料源。散热片可促进能量移除而基本上不改变三维物体的至少部分的位置。散热片可至少接近所述层。散热片可位于能量源与层之间。散热片可移动到可在能量源与底座之间的位置或从此位置移动。散热片可包括至少一个开口，可通过所述开口将来自能量源的能量引向层的部分。系统可进一步包括将能量提供到未转换以随后形成三维物体的至少一部分的层的剩余者的额外能量源。能量源可以每单位面积能量S1来提供能量，且额外能量源可以每单位面积第二能量S2来提供能量，其中S2可小于S1。S2可小于或等于约0.5倍S1。S2可小于或等于约0.2倍S1。S2可小于或等于约0.1倍S1。系统可进一步包括含有底座的腔室。腔室可为真空腔室。腔室可处于大于约10-6托的压力下。腔室可提供惰性气体环境。所述间隙可包括气体。间隙可处于层与散热片之间的可调整距离。散热片可与提供及/或移动邻近底座或先前所沉积的材料层的材料的平整机构集成。散热片可与移除及/或回收邻近底座或先前所沉积的粉末材料层的材料的移除机构集成。散热片可经由对流热传输促进能量从层的传输。
转换可包括熔融。熔融可包括熔化、烧结或粘结。粘结可包括化学结合。化学结合可包括共价结合。能量源通过电磁波束、激光束、电子束、等离子束或微波束提供能量。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床；(b)将能量束从能量源引导向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出悬于粉末床中的三维物体的经转换材料；及(c)引导平整构件平整材料床的暴露表面，使得悬于材料床中的三维物体移位约300微米或更少。
在另一方面中，一种用于产生悬于材料床中的三维物体的方法包括(a)将材料分配到外壳中以提供材料床；(b)由材料的一部分产生三维物体，其中在产生之后，三维物体悬于材料床中；及(c)使用平整构件平整材料床的暴露表面，使得悬于材料床中的三维物体移位约300微米或更少。
产生可包括附加地产生。材料床可缺乏基本包围三维物体的支承支架。在操作(c)中，三维物体可移位约20微米或更少。材料可包括粉末材料。材料可包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。粉末材料可缺乏以形成共晶合金的比率存在的至少两种金属。粉末材料可包括可基本具有单元素金属合成物的最多一种金属。粉末材料可包括可具有单金属合金合成物的金属合金。三维物体可为平面的。三维物体可为金属丝。三维物体可缺乏辅助支承特征件。三维物体可包括悬于粉末床中的辅助支承特征件。
在另一方面中，一种用于产生悬于材料床中的三维物体的系统包括：外壳，其容纳粉末床；能量源，其将能量束提供到材料床中的材料；平整构件，其平整材料床的暴露表面；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源和平整构件，且经编程以(i)接收产生三维物体的指令，(ii)根据所述指令由材料的一部分产生三维物体，其中在产生之后，三维物体悬于材料床中，及(iii)引导平整构件平整材料床的暴露表面，使得悬于材料床中的三维物体移位300微米或更少。
在产生三维物体之后，材料床可缺乏基本包围三维物体的支承支架。材料可包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。材料可包括粉末材料。系统可进一步包括将粉末材料提供到外壳中的粉末分配器。平整机构可耦接到粉末分配器。粉末分配器可经安置邻近粉末床。粉末分配器可包括可位于与面对粉末床的粉末分配器的底部不同的位置处的出口开口。出口开口可位于粉末分配器的侧面。所述侧面可为不面对粉末床或不面对与粉末床相对的方向的粉末分配器的部分。出口开口可包括网格。控制器可以可操作方式耦接到粉末分配器且经编程以控制可由粉末分配器分配到外壳中的材料的量。控制器可以可操作方式耦接到粉末分配器且经编程以控制粉末分配器的位置。粉末分配器可为可移动的。系统可进一步包括以可操作方式耦接到粉末分配器的一个或多个机械构件，其中所述一个或多个机械构件促使粉末分配器振动。控制器可以可操作方式耦接到一个或多个机械构件。控制器可经编程以控制一个或多个机械构件调控由粉末分配器分配到外壳中的粉末材料的量。控制器可经编程以控制平整构件的位置，其中平整构件可为可移动的。控制器可经编程以控制由平整构件对粉末材料施加的力或压力。系统可进一步包括从材料床移除过剩材料的移除单元。移除单元可包括真空源、磁力、电力或静电力。移除单元可包括用于容纳过剩粉末材料的储存器。移除单元可包括与粉末床连通(例如，流体连通)的一个或多个负压力源，所述一个或多个负压力源用于从粉末床移除过剩粉末材料。控制器可经编程以使用移除单元来引导过剩粉末材料的移除。平整构件可包括刀。系统可进一步包括冷却构件。冷却构件可接近层。冷却构件可位于能量源与层之间。三维物体可缺乏辅助支承件。冷却构件可移动到可在能量源与粉末材料之间的位置或从此位置移动。冷却构件可促进层的熔融部分的冷却及/或促进未转换以随后形成三维物体的至少一部分的层的剩余者的冷却。冷却构件可以基本上相同的速率促进所述部分和剩余者的冷却。冷却构件可以一间隙与层及/或与底座分离。所述间隙可包括气体。间隙具有可为最多约1毫米或更小的横截面。间隙可为可调整的。控制器可以可操作方式耦接到冷却构件且可能够调整与材料床的间隙距离。冷却构件可经调适以定位于底座与能量源之间。冷却构件可追踪可由能量源施加到层的部分的能量。控制器可以可操作方式耦接到冷却构件并调控对冷却构件的追踪。冷却构件可包括至少一个开口，可通过所述开口将来自能量源的能量引向层的部分。冷却构件可基本上为透明的。冷却部件可包括一个或多个散热片。能量源可通过辐射传热将能量引向层的部分。能量源可为激光。系统可进一步包括将能量提供到未熔融以随后形成三维物体的至少一部分的层的剩余者的额外能量源。额外能量源可为激光或红外(IR)辐射源。能量源可经由电磁波束、激光束、电子束、等离子束或微波束提供能量。系统可进一步包括腔室，所述腔室包括上面可安置材料床的底座。腔室可为真空腔室。腔室可提供惰性气体环境。系统可进一步包括将能量从能量源引向层的预定位置的光学系统。光学系统可包括镜子(例如，反射镜或检流计镜)、镜头、光纤、光导、旋转多边体或棱镜。控制器可控制能量束(例如，电磁波束)的反射及/或调制。控制器可控制(例如，通过控制光学系统)由能量束行进的光学路径(例如，向量)。控制器可经编程以在光学系统的辅助下控制能量源的轨迹。处理器可与将指令提供到控制器以产生三维物体的中央处理单元通信。所述通信可为网络通信。中央处理单元可为远程计算机。远程计算机系统可将与三维模型相关的指令提供到控制器，且其中控制器引导能量源基于与三维模型相关的指令来提供能量。可使用具有标准镶嵌语言文件格式的文件提供设计指令。控制器可经编程以至少优化由能量源提供的能量的量、密度或持续时间。控制器可经编程以优化从能量源提供到层的至少一部分的能量的轨迹或路径。控制器可经编程以优化能量从层的至少一部分的移除。控制器可经编程以控制可与层的温度曲线分开的底座的温度曲线。控制器可经编程以调控层的部分的转换而不转换层的剩余者。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括：容纳包括粉末材料的粉末床的外壳，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有约一平方厘米(cm2)或更大的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备，其包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有约一平方厘米(cm2)或更大的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备，其包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有约一平方厘米(cm2)或更大的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
在另一方面中，一种由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有约一平方厘米(cm2)或更大的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
表面积可为约两平方厘米(cm2)或更大。
辅助支承特征件可包括线性结构。辅助支承特征件可包括非线性结构。辅助支承特征件可包括凸缘、柱、鳍片、销、刀片或支架。辅助支承特征件可包括将烧结粉末支架。烧结粉末支架可由材料形成。辅助支承特征件标志可包括嵌于三维物体上的模具的标志。辅助支承特征件标志可包括连续固化熔化池中的一者或多者的几何变形，所述变形可与辅助支承特征件互补。分层结构的给定层可包括多个固化材料熔化池。
三维物体可缺乏指示在三维物体的形成期间或之后的修剪过程的使用的表面特征件。修剪过程可为在完成3D打印过程之后进行的操作。修剪过程可为与3D打印过程分开的过程。修剪可包括切割(例如，使用弓锯)。修剪可包括抛光或打磨。打磨可包括固体打磨、气体打磨或液体打磨。固体打磨可包括喷砂打磨。气体打磨可包括喷气打磨。液体打磨可包括喷水打磨。打磨可包括机械打磨。分层结构可为基本上重复的分层结构。分层结构的每一层具有大于或等于5微米(μm)的平均层厚度。分层结构的每一层具有小于或等于1000微米(μm)的平均层厚度。分层结构可包括连续固化熔化池的单层。连续固化熔化池的给定者可包括选自由以下各者组成的群的基本重复材料变化：晶粒取向的变化、材料密度的变化、晶粒边界的化合偏聚度的变化、晶粒边界的元素偏聚度的变化、材料相的变化、冶金相的变化、材料孔隙度的变化、结晶相的变化和晶体结构的变化。连续固化熔化池的给定者可包括晶体。晶体可包括单晶体。分层结构可包括指示在三维打印过程期间熔化池的固化的一个或多个特征件。分层结构可包括指示三维打印过程的使用的特征件。三维打印过程可包括选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)或熔融沉积成型(FDM)。三维打印过程可包括选择性激光熔化。三维物体的基本长度尺度可为至少约120微米。
元素碳的同素异形体可选自由非晶碳、石墨、石墨烯、富勒烯(fullerene)和金刚石组成的群。富勒烯可选自由球形、椭圆形、线形和管形组成的群。富勒烯可选自由巴基球(buckyball)和碳纳米管组成的群。材料可包括强化纤维。强化纤维可包括碳纤维、超高分子量聚乙烯或玻璃纤维。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备，其包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，(ii)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(iii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)表面积，且其中三维物体的分层结构的每一层最多包括基本上单元素金属合成物。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换成随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，(ii)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(iii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，且其中三维物体的分层结构的每一层最多包括基本上单元素金属复合物。
在另一方面中，一种由三维打印过程形成的三维物体包括：分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，(ii)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(iii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，且其中三维物体的分层结构的每一层包括最多基本上单元素金属合成物。
表面积可为至少约两平方厘米(cm2)。三维物体的每一层可包括与单金属合金合成物偏差约2％或更少的最多一种单金属合金合成物。三维物体的每一层可包括最多基本单金属合金合成物。基本上可包括与单金属合金合成物偏差约2％或更少的合成物。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)将能量束从能量源引导向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中分层结构的给定层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
在另一方面中，一种由三维打印过程形成的三维物体包括：分层结构，其包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构的给定层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
给定层可为最先产生的层。曲率半径可为如由光学显微镜所测量的至少约100厘米(cm)。分层结构的多个层具有如由光学显微镜所测量的至少约50厘米(cm)的曲率半径。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换成随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(ii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。
在另一方面中，一种由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志；其中所述分层结构具有分层平面，其中两个辅助支承特征件或支承件标志以至少约40.5毫米或更多间隔开，且其中连接两个辅助支承特征件或支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角为约45度到约90度。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换成随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层平面，其中两个辅助支承特征件或支承件标志以至少约40.5毫米或更多间隔开；且其中连接两个辅助支承特征件或支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角为约45度到约90度。
在另一方面中，一种由三维打印过程形成的三维物体包括：分层结构，其包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层平面，其中两个辅助支承特征件或支承件标志以至少约40.5毫米或更多间隔开，且其中连接两个辅助支承特征件或支承件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。任何两个辅助支承特征件或辅助支承件标志可以至少约45毫米或更多间隔开。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层表面，其中X为停留于三维物体的表面上的点且Y为最接近X的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开；其中半径XY的球体缺乏辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换成随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层表面，其中X为停留于三维物体的表面上的点且Y为最接近X的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开；其中半径XY的球体缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。
在另一方面中，由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层平面，其中X为停留于三维物体的表面上的点且Y为最接近X的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开；其中半径XY的球体缺乏辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度，且其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。X可与Y以至少约10毫米或更多间隔开。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，其中N为分层结构的分层平面，其中X与Y为停留于三维物体的表面上的点，其中X与Y以至少约10.5毫米或更多间隔开，其中以X为中心的半径XY的球体缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，其中N为分层结构的分层平面，其中X与Y为停留于三维物体的表面上的点，其中X与Y以至少约10.5毫米或更多间隔开，其中以X为中心的半径XY的球体缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。
在另一方面中，由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体缺乏指示三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，其中N为分层结构的分层平面，其中X与Y为停留于三维物体的表面上的点，其中X与Y以至少约10.5毫米或更多间隔开，其中以X为中心的半径XY的球体缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度。在一些情况下，B与C以至少约10毫米或更多间隔开。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中停留于层内的任何两种金属能够形成共晶合金。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中停留于层内的任何两种金属能够形成共晶合金。
在另一方面中，由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中停留于层内的任何两种金属能够形成共晶合金。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中三维物体的每一层包括最多基本上单元素金属。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括：容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中三维物体的每一层最多包括基本上单元素金属。
在另一方面中，由三维打印过程形成的三维物体包括分层结构，所述分层结构包括材料的连续固化熔化池，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中三维物体的每一层最多包括基本上单元素金属。
分层结构可包括基本重复层。层可具有最多约500μm或更小的平均层大小。分层结构可指示分层沉积。分层结构可指示三维打印过程期间形成的熔化池的固化。指示三维打印过程的结构可包括基本重复的变化，所述变化包括：晶粒取向的变化、材料密度的变化、晶粒边界的化合偏聚度的变化、晶粒边界的元素偏聚度的变化、材料相的变化、冶金相的变化、材料孔隙度的变化、结晶相的变化和晶体结构的变化。分层结构可包括基本重复的层，其中层具有至少约5μm或更大的平均层大小。熔化池指示增材制造加工工艺，所述增材制造加工工艺包括选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)或熔融沉积成型(FDM)。熔化池可指示包括选择性激光熔化的增材制造加工工艺。熔化池可包括晶体。熔化池可包括单晶体。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；将能量束从能量源引向粉末床以将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化成经硬化材料的经转换材料从而产出悬于粉末床中的三维物体，其中经硬化材料的至少一个层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中粉末床缺乏基本包围三维物体的支承支架。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；将能量束从能量源引向粉末床以形成为三维物体的至少一部分的硬化材料，其中形成之后，三维物体悬于粉末床中，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中粉末床缺乏基本包围三维物体的支承支架。
在另一方面中，一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的方法包括：(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中三维物体悬于粉末床中，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中粉末床缺乏基本包围三维物体的支承支架。
支承支架可为烧结结构。至少一个硬化材料层可具有一米或更大的曲率半径。硬化材料层可缺乏形成共晶合金的至少两种金属。硬化材料层可包括可具有单元素金属合成物的最多一种金属。硬化材料层可包括可具有单金属合金复合物的金属合金。硬化材料层可具有单材料合成物。三维物体的基本长度尺度可为约120微米或更大。三维物体可不由粉末床中的一个或多个辅助支承特征件支承。三维物体可缺乏辅助支承特征件。三维物体可包括悬于粉末床中的一个或多个辅助支承特征件。可根据三维物体的模型执行转换操作，且其中三维物体与模型偏差最多约50微米。转换操作可包括熔融粉末材料的单个颗粒。熔融可包括烧结或熔化单个颗粒。硬化可包括固化经转换材料。
粉末材料可包括元素金属或金属合金。粉末材料可经提供与可定位于外壳内的底座相邻。在一些实施例中，在形成至少一个硬化材料层之后，三维物体不与底座接触。
在另一方面中，一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的系统包括：容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源并经编程以(i)接收产生三维物体的至少一个部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的至少一部分转换成经硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中三维物体悬于粉末床中，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中在形成至少一个硬化材料层之后，粉末床缺乏基本包围三维物体的支承支架。
粉末材料可经安置与可定位于外壳中的底座相邻。在一些例子中，在将经转换材料硬化为三维物体之后，三维物体不与底座接触。三维物体可缺乏辅助支承特征件。支承支架可延伸至少约一毫米。粉末床可缺乏基本包围三维物体的支承支架，至少一个硬化材料层可缺乏形成共晶合金的至少两种金属。能量束可包括电磁能量束、带电粒子束或不带电粒子束。能量束可包括电磁能量束。系统可进一步包括用于从粉末床移除热量的散热片，且其中散热片可安置于外壳内。在一些例子中，在形成至少一个硬化材料层之后，至少约30％的热量移除使用散热片从粉末床的顶表面发生。在一些例子中，在形成一或多个经硬化材料层之后，至少约20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的热量移除使用散热片从粉末床的顶表面发生。粉末材料可经安置与底座相邻，且其中散热片不与可定位于外壳内的底座接触。散热片可经安置与粉末床的暴露表面相邻。散热片可沿能量束从能量源延伸到粉末床的路径安置。散热片可以一间隙与粉末床分离。三维物体的至少一部分与模型偏差最多25微米与三维物体的基本长度尺度的1/1000的总和。硬化可包括允许经转换材料固化。转换操作可包括通过将激光束向粉末材料的部分引导而选择性地转换粉末材料的部分。系统可进一步包括通过将能量引导向剩余者的部分而加热未熔融以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者的一部分。可使用激光束引导能量。粉末材料可包括粒度小于或等于约500纳米(nm)的单个颗粒。可根据对应于三维物体的模型的预定模式来进行转换。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体缺乏辅助支承特征件，其中三维物体具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中再形成之后，三维物体缺乏辅助支承特征件，其中三维物体具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的方法包括：(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成缺乏辅助支承特征件的三维物体，其中三维物体具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
辅助支承件可包括基本包围三维物体的支承支架。支承支架可包括烧结结构。三维物体具有约一米或更大的曲率半径。三维物体可缺乏形成共晶合金的至少两种金属。三维物体可包括可最多具有单元素金属合成物的金属。三维物体可包括可具有单金属合金合成物的金属合金。三维物体可具有单材料合成物。三维物体的基本长度尺度可为至少约120微米。转换可包括熔融粉末材料的单个颗粒。熔融可包括烧结或熔化单个颗粒。硬化可包括固化经转换材料。转换可包括沿可根据三维物体的模型产生的路径将能量束引向粉末材料的部分。粉末材料可经提供与外壳内的底座相邻，且其中在经转换材料硬化成三维物体之后，三维物体可不与底座接触。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的系统包括：容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的指令，及(ii)根据指令沿一路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成缺乏辅助支承特征件的三维物体的经转换材料，且其中三维物体具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
粉末材料可经安置与外壳内的底座相邻，且其中三维物体不与底座接触。辅助支承件可包括基本包围三维物体的支承支架。支承支架可为烧结结构。三维物体具有约一米或更大的曲率半径。三维物体可缺乏形成共晶合金的至少两种金属。路径可根据三维物体的模型产生。系统可进一步包括用于从粉末床移除热量的散热片，且其中散热片可安置于外壳内。在一些实施例中，当经转换材料硬化成三维物体之后，至少约30％的热量移除使用散热片从粉末床的顶表面发生。粉末材料可经安置与底座相邻，且其中散热片不与底座接触。散热片可经安置与粉末床的暴露表面相邻。散热片可沿能量束从能量源延伸到粉末床的路径安置。散热片可以一间隙与粉末床分离。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括：(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中，由于X和Y为三维物体的表面上的点，(i)沿着半径XY的球体的三维物体的表面缺乏辅助支承特征件，且(ii)当X与Y以至少约2毫米间隔开时，直线XY与垂直于至少一个硬化材料层的平均分层平面(N)的方向之间的锐角为从约45度到90度。
当X和Y以至少约10.5毫米间隔开时，直线XY与垂直于至少一个硬化材料层的N的方向之间的锐角可为从约45度到90度。当X和Y以至少约40.5毫米间隔开时，直线XY与垂直于至少一个硬化材料层的N的方向之间的锐角可为从约45度到90度。粉末床可缺乏基本包围三维物体的支承支架。支承支架可包括烧结结构。至少一个硬化材料层可具有至少约一米的曲率半径。至少一个硬化材料层可缺乏形成共晶合金的至少两种金属。至少一个硬化材料层可包括可具有单元素金属合成物的最多一种金属。至少一个硬化材料层可包括可具有单金属合金合成物的金属合金。至少一个硬化材料层可具有单材料合成物。方法可进一步包括重复(a)到(c)。三维物体的基本长度尺度可为约120微米或更大。三维物体可缺乏辅助支承特征件。三维物体可包括悬于粉末床中的辅助支承特征件。直线XY与垂直于至少一个硬化材料层的N的方向之间的锐角可为从约60度到约90度(例如，当X和Y以至少约2毫米间隔开时)。转换可包括熔融粉末材料的单个颗粒。熔融可包括烧结或熔化单个颗粒。硬化可包括固化经转换材料。转换粉末材料可包括沿可根据三维物体的模型产生的路径将能量束引向粉末材料的部分。可根据三维物体的模型进行转换，且其中三维物体与模型偏差约50微米或更少。粉末材料可经安置与可定位于外壳内的底座相邻，且其中在形成至少一个硬化材料层之后，三维物体可不与底座接触。方法可进一步包括重复操作(a)到(c)，其中后续粉末材料层可提供于先前提供的粉末材料层上。未转换以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏延伸约0.5毫米或更多的连续结构。方法可进一步包括将三维物体的至少一部分与未转换以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者分开。三维物体和剩余者可从底座移除，在所述底座上粉末材料可安置于外壳内。可在至少10-6托的压力下执行操作(a)-(c)。可在最多10-1托或更大的压力下执行操作(a)-(c)。粉末材料可缺乏在可形成共晶合金的比率下的两种或多于两种金属。不形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏延伸约1毫米或更多的连续结构。不形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏包围三维物体的支架。材料的固相线温度可低于或等于约400℃。材料的固相线温度可高于或等于约300℃。在一些实例中，在操作(b)中，粉末材料可转换而不是烧结。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿一路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，且其中，X和Y为三维物体的表面上的点，(i)沿着半径XY的球体的三维物体的表面缺乏辅助支承特征件，且(ii)当X与Y以约2毫米或更多间隔开时，直线XY与垂直于至少一个硬化材料层的平均分层平面(N)的方向之间的锐角为从约45度到90度。
在一些实施例中，在形成至少一个硬化材料层之后，三维物体可悬于粉末床中。在一些实施例中，粉末材料可经安置与可定位于外壳内的底座相邻。在一些实施例中，在形成至少一个硬化材料层之后，三维物体可不与底座接触。在一些实施例中，在形成至少一个硬化材料层之后，粉末床可缺乏基本包围三维物体的支承支架。支承支架可包括烧结结构。至少一个硬化材料层具有约一米或更大的曲率半径。能量束可包括电磁能量束、带电电子束或不带电电子束。系统可进一步包括用于从粉末床移除热量的散热片。路径可根据三维物体的模型产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括：(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中分层结构具有分层平面，其中两个辅助支承件或辅助支承件标志以至少约40.5毫米或更多间隔开；且其中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为从约45度到约90度。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，其中所述分层结构具有分层平面，其中两个辅助支承特征件或两个辅助支承件标志以至少约40.5毫米或更多间隔开，且其中连接两个辅助支承特征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为从约45度到约90度。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，且(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承件标志，其中分层结构具有分层平面，其中X为停留于三维物体的表面上的点且Y为最接近X的辅助支承件，其中Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开；其中半径XY的球体缺乏辅助支承特征件或辅助支承件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度，且其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，及(ii)包括指示辅助支承特征件的存在或移除的辅助支承特征件或辅助支承件标志，其中分层结构具有分层平面，其中X为停留于三维物体的表面上的点且Y为最接近X的辅助支承件，其中Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开；其中半径XY的球体缺乏辅助支承特征件或辅助支承件标志，且其中直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角为从约45度到约90度，且其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中停留于层内的任何两种金属能够形成共晶合金。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中停留于层内的任何两种金属能够形成共晶合金。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层，其中至少一个硬化材料层具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中三维物体的每一层包括最多基本上单元素金属。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少一部分的指令及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中三维物体(i)缺乏指示在三维打印过程期间或之后的层移除的表面特征件，(ii)具有暴露层表面，所述暴露层表面具有至少约一平方厘米(cm2)的表面积，及(iii)缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志，且其中三维物体的每一层包括最多基本上单元素金属。
至少一个硬化材料层可具如有由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。至少一个硬化材料层可具有如由光学显微镜测量的至少约50厘米的曲率半径。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；及(c)硬化经转换材料以形成缺乏辅助支承特征件的三维物体，其中三维物体缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
固化材料可在与经设计三维结构最多约25微米与三维物体的基本长度尺度的千分之一的总和的偏差内形成。固化材料可在与经设计三维结构最多约25微米与三维物体的基本长度尺度的1/2500的总和的偏差内形成。可在大于约10-6托的压力下执行操作(a)-(c)。可在大于或等于10-1托的压力下执行操作(a)-(c)。本文中所公开的方法可进一步包括从未熔融以形成三维物体的至少一部分的固化粉末材料移除固化材料。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的指令及(ii)根据指令沿一路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成缺乏辅助支承特征件的三维物体的经转换材料，且其中三维物体缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
辅助支承件可包括包围三维物体的支架。三维物体可包括单元素金属合成物。三维物体可缺乏元素金属。粉末材料可缺乏超过一种金属。三维物体可缺乏超过一种金属。粉末材料可缺乏在形成共晶合金的比率下的两种或多于两种金属。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的方法包括(a)将粉末床提供于外壳中，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；(b)将粉末材料层的一部分加热到至少粉末材料的熔化温度以形成熔化材料，其中在加热期间，未加热到至少熔化温度的粉末材料的剩余者的部分处于低于粉末材料的烧结温度的温度；及(c)固化熔化材料以形成缺乏辅助支承特征件的三维物体的至少部分，其中三维物体缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
粉末材料可缺乏形成共晶合金的两种或多于两种金属。在一些例子中，未熔融及固化以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏延伸约1毫米或更多的连续结构。在一些例子中，未熔融及固化以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏包围三维结构的支架。方法可进一步包括在(c)之后提供与所述层相邻的额外粉末材料层。方法可进一步包括重复操作(a)到(c)。方法可进一步包括冷却所述部分和未熔融及固化以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者。所述部分和剩余者可以基本相同的速率冷却。
熔化温度可为至少约400℃或更高，且烧结温度可为最多约400℃或更低。熔化温度可为至少约400℃或更高，且烧结温度可为最多约300℃或更低。方法可进一步包括将未熔融及固化以形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者与所述部分分离。方法可进一步包括将三维物体递送给客户。方法可进一步包括包装三维物体。
在另一方面中，一种用于产生缺乏辅助支承特征件的三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的指令及(ii)根据指令沿一路径引导能量束以将粉末材料的一部分加热并熔化成固化为缺乏辅助支承特征件的三维物体的熔化材料，其中未加热到至少熔化温度的粉末材料的剩余者的部分处于低于粉末材料的烧结温度的温度，且其中三维物体缺乏形成共晶合金的至少两种金属。
在另一方面中，一种用于选择性地熔融粉末材料的设备包括控制器，所述控制器经配置以：(a)控制粉末材料层到来自粉末材料沉积装置的部分床的提供，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳；(b)控制辐射的提供以熔融所述层的粉末材料的至少一部分；(c)控制覆盖先前颗粒材料层的额外粉末材料层的提供，所述先前颗粒材料层包含来自颗粒材料沉积装置的材料的先前经熔融部分；(d)控制辐射的提供以熔融上覆另一层内的材料的另一部分并熔融具有先前层中的材料的先前经熔融部分的所述另一部分；及(e)控制操作(c)和(d)的连续重复以形成三维物体，其中形成没有辅助支承件的三维物体。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)从客户接收用于产生所要求三维物体的要求，其中所要求三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)根据三维物体的模型附加地产生所产生的三维物体；及(d)将所产生的三维物体递送给客户，其中操作(b)-(c)在不移除辅助特征件的情况下执行，其中所产生的三维物体与所要求的三维物体基本上相同。
所产生的三维物体可与所要求的三维物体偏差最多约25微米与所要求三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和。所产生的三维物体可与所要求的三维物体偏差最多约25微米与所要求三维物体的基本长度尺度的1/2500倍的总和。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出在不移除辅助特征件的情况下递送给客户的三维物体，其中所产生的三维物体与客户所要求的三维物体基本上相同。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，在不移除辅助特征件的情况下将三维物体递送给客户，其中所产生的三维物体与客户要求的三维物体基本上相同。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生所要三维物体的指令，及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为所产生三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中在不移除辅助特征件的情况下将所产生三维物体递送给客户，其中所产生的三维物体与所要求的三维物体基本上相同。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)从客户接收用于产生所要求三维物体的要求，其中所要求三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)根据所要求三维物体的模型附加地产生所产生的三维物体；及(c)将所产生的三维物体递送给客户，其中在不使用辅助特征件的情况下执行操作(b)；其中不形成三维物体的粉末材料的剩余者缺乏包围所产生三维物体的支架结构，且其中所产生的三维物体与所要求的三维物体基本上相同。
粉末材料可缺乏在可形成至少一种共晶合金的比率下的两种或多于两种金属。要求可包括三维物体的模型。方法可进一步包括产生三维物体的模型。模型可从三维物体的代表实体模型产生。方法可进一步包括从客户接收值钱的物品作为三维物体的交换。三维物体可以与三维物体的模型具有最多约50微米的偏差而附加地产生。所产生的三维物体可与所要求的三维物体偏差最多约25微米与所要求三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和。所产生的三维物体可与所要求的三维物体偏差最多约25微米与所要求三维物体的基本长度尺度的1/2500倍的总和。可在可为最多约2天或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约1天或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约六小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。附加地产生可包括连续沉积及熔融粉末材料。设计可缺乏辅助特征件。方法可进一步包括将设计转换成处理器可使用以产生三维物体的指令。可在无迭代及/或校正打印的情况下执行操作(b)。可从客户接收要求。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生所要三维物体的指令，及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为所产生三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料的控制器缺乏辅助特征件；其中不形成三维物体的粉末材料的剩余者缺乏包围所产生三维物体的支架结构，且其中所产生的三维物体与所要求的三维物体基本上相同。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)从客户接收用于产生三维物体的要求，其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)根据三维物体的模型附加地产生三维物体；及(c)将三维物体递送给客户，其中在约72小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)，及其中三维物体以与模型最多约50微米加上三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和的偏差而附加地产生。
要求可附有三维物体的模型。方法可进一步包括产生三维物体的模型。三维物体可以与模型最多约25微米加上三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和的偏差而附加地产生。三维物体可以与模型最多约25微米加上三维物体的基本长度尺度的1/2500倍的总和的偏差而附加地产生。三维物体可以与模型最多约50微米的总和的偏差而附加地产生。三维物体可以与模型最多约25微米的总和的偏差而附加地产生。可在可为最多约48小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约24小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约12小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约6小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。可在可为最多约1小时或更短的时间段内执行操作(a)-(c)。附加地产生可包括连续沉积及熔融粉末。方法可进一步包括将设计转换成处理器可使用以附加地产生三维物体的指令。方法可进一步包括从客户接收值钱的物品作为三维物体的交换。可在无迭代及/或校正打印的情况下执行操作(b)。可从客户接收要求。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中粉末床安置于外壳中，其中外壳中的压力大于约10-6托；及(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体在约72小时或更短的时间段内产生，其中三维物体以与模型最多约50微米加上三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和的偏差而附加地产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括(a)容纳包括粉末材料的粉末床的外壳，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中外壳中的压力大于约10-6托；及(b)能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维材料的至少一部分，其中在形成之后，三维物体在约72小时或更短的时间段内产生，其中三维物体以与模型最多约50微米加上三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和的偏差而附加地产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料，其中外壳中的压力大于约10-6托；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生三维物体的指令，及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中三维物体在约72小时或更短的时间段内产生，其中三维物体以与模型最多约50微米加上三维物体的基本长度尺度的1/1000倍的总和的偏差而附加地产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)从客户接收用于产生三维物体的要求，其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)根据三维物体的模型附加地产生三维物体；及(c)将三维物体递送给客户，其中操作(b)在距操作(a)中的接收约12小时或更短的时间段内执行，且其中操作(b)在比约10-6托大的压力下执行。
要求可附有三维物体的模型设计。方法可进一步包括产生三维物体的模型设计。三维物体可以与模型最多约50微米或更小的偏差而附加地产生。方法可进一步包括将设计转换成处理器可使用以附加地产生三维物体的指令。方法可进一步包括从客户接收值钱的物品作为三维物体的交换。可在可小于或等于约6小时的时间段内执行操作(b)。可在可小于或等于约1小时的时间段内执行操作(b)。压力可为至少约10-3托或更大。压力可为至少约1托或更大。压力可为至少约750托或更大。可在无迭代及/或校正打印的情况下执行操作(b)。可从客户接收要求。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生三维物体的指令，及(ii)在最多约12小时内，根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料。
在另一方面中，一种用于打印三维物体的方法包括(a)从客户接收用于产生三维物体的要求，其中三维物体包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)根据所要求三维物体的模型附加地产生三维物体；及(c)将三维物体递送给客户，其中在无迭代打印和校正打印中的至少一者的情况下产生三维物体。
可在无迭代及无校正打印的情况下执行操作(b)。可在至少约10-6托或更大的压力下执行操作(b)。三维物体可以与模型最多约50微米或更小的偏差而附加地产生。方法可进一步包括将设计转换成处理器可使用以附加地产生三维物体的指令。方法可进一步包括从客户接收值钱的物品作为三维物体的交换。在一些例子中，在操作(b)中，在无迭代及校正打印的情况下完成三维物体的形成。可从客户接收要求。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以：(a)将粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料，所述三维物体在无迭代打印及校正打印中的至少一者的情况下产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括(a)容纳包括粉末材料的粉末床的外壳，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；及(b)能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维材料的至少一部分，其中在形成之后，三维物体在无迭代打印及校正打印中的至少一者的情况下产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生三维物体的指令，及(ii)根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，其中三维物体在无迭代打印及校正打印中的至少一者的情况下产生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)提供包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料层；(b)转换层中的粉末材料的至少一部分以形成经转换材料；(c)硬化经转换材料以形成为三维物体的至少一部分的硬化材料；(d)可选地重复操作(a)-(c)；及(e)在最末硬化操作之后的30分钟或更短的时间段内，将所产生三维物体从未形成三维物体的粉末材料的剩余者移除。
在一些例子中，在所述方法期间，三维物体可缺乏一个或多个辅助特征件。所述一个或多个辅助支承特征件可包括包围三维物体的支架。粉末材料可缺乏形成共晶合金的两种或多于两种金属。不形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者可缺乏延伸约1毫米或更多的连续结构。三维物体的处理温度可为最多约100℃或更低。处理温度可为最多约80℃或更低。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；将三维物体从未形成三维物体的粉末材料的剩余者移除的物体移除机构；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收根据客户要求产生三维物体的指令，(ii)，根据指令沿预定路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，及(iii)，引导物体移除机构在产生三维物体最多约30分钟内将三维物体从剩余者移除。
物体移除系统可包括可阻塞网格。物体移除系统可包括机械臂。物体移除系统可包括传送机。物体移除系统可包括旋转开口。
在另一方面中，一种用于平整粉末床的粉末材料的顶表面的设备包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料；能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成三维物体的至少一部分，其中在形成之后，三维物体的至少部分悬于粉末床中；及用于平整粉末床的顶表面的粉末平整构件，其中平整构件安置于粉末床上方，其中在使用期间，粉末平整构件将三维物体的至少一部分移位小于或等于300微米。
在另一方面中，一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的方法包括(a)将粉末材料分配于外壳中以提供粉末床，其中粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；(b)由粉末材料的一部分产生三维物体，其中在产生之后，三维物体悬于粉末床中；及(c)使用平整构件平整粉末床的暴露表面，使得悬于粉末床中的三维物体移位约300微米或更少。
产生可包括附加地产生。粉末床可缺乏基本包围三维物体的支承支架。在一些实施例中，在(c)中，三维物体可移位约20微米或更少。粉末材料可缺乏以形成共晶合金的比率存在的至少两种金属。粉末材料可包括可基本具有单元素金属合成物的最多一种金属。粉末材料可包括可具有单金属合金合成物的金属合金。三维物体可为平面的。三维物体可为金属丝。三维物体可缺乏辅助支承特征件。三维物体可包括悬于粉末床中的辅助支承特征件。可根据可为三维物体的代表的模型来进行转换。平整机构可包括辊。平整机构可包括耙子。平整机构可与粉末分配器同步。粉末分配器可包括空气刀。粉末分配器可包括具有开口的弯管，粉末可通过所述开口释放。粉末分配器可包括螺旋螺杆。耙子具有带可变高度的多个刀片。耙子具有带额外粉末材料层上的可变接触角度的多个刀片。在一些例子中，在(b)之前，粉末层中的粉末的至少一部分可从基板移除。有时候，粉末层中的粉末的至少一部分可由粉末再循环系统收集。由粉末再循环系统收集的粉末的一部分可再循环，且由粉末再循环系统收集的粉末的至少一部分可在操作(c)中经分配。平整机构可包括跨越平整机构的轴线分布的多个针。针可布置于平整机构上，使得多个针中的每一针与粉末的不同位置接触。多个针可平整从顶部分配粉末分配器分配的粉末。平整机构可进一步包括与多个针相邻的辊。针可跨越平整机构的轴线分布。平整机构可包括刀片。平整机构可包括配置成确定位于平整机构之前的粉末水平的粉末水平传感器。粉末水平传感器可为光学传感器。粉末水平传感器可与粉末分配系统通信，所述粉末分配系统配置成在粉末水平传感器检测到低于预定阈值的粉末水平时分配粉末。耙子可包括刀片组，所述刀片组中的每一者可关于粉末层或额外层的表面成对角线。从螺旋螺杆分配的粉末可由阀控制。耙子可包括光滑的刀片。辊可使从粉末分配器分配的粉末平坦。粉末分配器可包括顶部分配粉末分配器。辊的表面具有至少约0.5或更大的静摩擦系数。辊可包括配置成推动辊以顺时针方向旋转的主动旋转机构。辊可包括配置成推动辊以逆时针方向旋转的主动旋转机构。辊可包括偏心形状，使得在旋转期间其允许多高度平面化。刀片可平整从顶部分配粉末分配器分配的粉末。顶部分配机构可包括振动网格，粉末通过所述振动网格释放到粉末床。振动可由超声换能器驱动。振动可由压电装置驱动。振动可由具有偏心凸轮的旋转电机驱动。
在另一方面中，一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料；平整粉末床的暴露表面的平整构件；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源及平整构件，且经编程以(i)接收产生三维物体的指令，(ii)根据所述指令由粉末材料的一部分产生三维物体，其中在产生之后，三维物体悬于粉末床中，及(iii)引导平整构件平整粉末床的暴露表面，使得悬于粉末床中的三维物体移位约300微米或更少。
在一些实施例中，在产生三维物体之后，粉末床可缺乏基本上包围三维物体的支承支架。系统可进一步包括将粉末材料提供到外壳中的粉末分配器。平整机构可耦接到粉末分配器。粉末分配器可经安置与粉末床相邻，且其中粉末分配器具有可位于与面对粉末床的粉末分配器的底部不同的位置的出口开口。出口开口可位于粉末分配器的侧面。所述侧面可为不面对粉末床或不面对与粉末床相对的方向的粉末分配器的部分。出口开口可包括网格。控制器可以可操作方式耦接到粉末分配器且经编程以控制可由粉末分配器分配到外壳中的粉末材料的量。控制器可以可操作方式耦接到粉末分配器且经编程以控制粉末分配器的位置。粉末分配器可为可移动的。系统可进一步包括以可操作方式耦接到粉末分配器的一个或多个机械构件，其中所述一个或多个机械构件促使粉末分配器振动。控制器可以可操作方式耦接到一个或多个机械构件。控制器可经编程以控制一个或多个机械构件调控可由粉末分配器分配到外壳中的粉末材料的量。控制器可经编程以控制平整构件的位置，其中平整构件可为可移动的。控制器可经编程以控制由平整构件对粉末材料施加的力或压力。平整构件可包括从粉末床移除过剩粉末材料的移除单元。移除单元可包括真空源、磁力、电力或静电力。移除单元可包括用于容纳过剩粉末材料的储存器。移除单元可包括用于从粉末床移除过剩粉末材料的一个或多个负压力源。控制器可经编程以使用移除单元来引导过剩粉末材料的移除。平整构件可包括刀。
在另一方面中，一种用于移除产生三维物体的设备包括(a)容纳包括粉末材料的粉末床的外壳，所述粉末材料具有元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体，其中在使用期间，粉末材料的至少一部分转换成随后硬化以形成三维物体的经转换材料；及(b)位于外壳内的底座，其中在使用期间，粉末材料位于底座邻近，且其中底座包括在至少经阻塞及未阻塞位置中可操作的网格，使得(i)当阻塞时，网格不允许粉末材料或三维物体穿过网格，及(ii)当未阻塞时，网格允许粉末材料的至少部分穿过网格并阻止三维物体穿过网格。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括含有包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体的粉末材料的外壳；及安置于外壳内的底座；其中粉末材料经安置与底座相邻，其中底座包括可阻塞网格，当经阻塞时，网格具有既允许粉末材料的至少部分流动穿过且阻止三维物体流动穿过的类型。在一些实施例中，未阻塞可包括改变底座的位置(例如，垂直或水平位置)。在一些实施例中，未阻塞不包括改变底座的位置。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，其中粉末床包括粉末材料，所述粉末材料包括元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；经安置与粉末床相邻的底座，其中底座包括交替阻塞或未阻塞的可阻塞网格，其中(i)当可阻塞网格阻塞时，粉末材料不流动穿过网格，且(ii)当可阻塞网格未阻塞时，粉末材料的至少部分流动穿过网格同时阻止三维物体流动穿过网格；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源且经编程以(i)接收产生三维物体的至少部分的指令，(ii)根据指令沿一路径引导能量束以将粉末材料的一部分转换为硬化以形成作为三维物体的部分的至少一个硬化材料层的经转换材料，(iii)引导网格阻塞装置开启网格。可通过改变可阻塞网格或与可阻塞网格相邻的网格阻塞装置的位置而不阻塞可阻塞网格。网格阻塞装置可为在阻塞可阻塞网格的垂直或水平位置与不阻塞可阻塞网格的另一垂直或水平位置之间变化的可移动平面。底座可在阻塞可阻塞网格的垂直或水平位置及不阻塞可阻塞网格的另一垂直或水平位置之间变化。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)分配与底座相邻的粉末材料层，其中底座包括当网格未阻塞时允许粉末的至少一部分流动穿过的网格；(b)将粉末材料的一部分转换成经转换材料；(c)硬化经转换材料以提供为三维物体的至少一部分的硬化材料；及(d)未阻塞网格从未形成三维物体的至少一部分的粉末材料的剩余者取回硬化材料。
在取回硬化材料之后，硬化材料可停留于安置于底座下方的基板上。在取回硬化材料之后，可从经硬化材料移除剩余者。未阻塞可包括相对于粉末材料移动网格。未阻塞可包括相对于底座移动网格。可通过推动连接到表面的一个或多个立柱相对于粉末材料移动网格的表面。一或多个立柱可通过螺纹连接从底座的边缘移动。在一些实施例中，硬化包括将冷却气体引向经转换材料以冷却经转换材料并产出硬化材料。
在另一方面中，一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的方法包括(a)将粉末材料分配于外壳中以提供粉末床，其中粉末床包括顶表面；(b)通过将粉末材料转换成随后形成硬化材料的经转换材料而从粉末材料的一部分产生三维物体，其中硬化材料从粉末床的顶表面突出，其中硬化材料在粉末床内为可移动的；及(c)在粉末床的顶表面上添加粉末材料层，其中所述添加将硬化材料移位为300微米或更少，其中粉末材料层的顶表面为基本上平面的。
在另一方面中，一种用于由粉末材料产生三维物体的方法包括(a)将粉末材料分配于外壳中以提供粉末床，其中粉末床包括顶表面；(b)使用来自能量源的能量束将粉末材料转换成随后形成硬化材料的经转换材料，其中硬化材料从粉末床的顶表面突出，其中硬化材料在粉末床内为可移动的；及(c)将粉末材料层分配于粉末床的顶表面上，使得硬化材料移位约300微米或更少，其中在分配粉末材料层之后，粉末床的顶表面为基本上平面的。
硬化材料可为三维物体的至少一部分。三维物体的至少一部分可包括翘曲、屈曲、折皱、卷曲、弯曲、卷起或成球。(c)中的分配可进一步包括使用粉末分配构件将粉末材料层沉积于粉末床的顶表面上。(c)中的分配可进一步包括通过剪切过剩粉末材料使用粉末平整构件平整粉末床的顶表面。(c)中的分配可进一步包括使用粉末移除构件移除过剩粉末材料而不接触粉末材料层。三维物体可悬于粉末床中。三维物体可缺乏辅助支承特征件。辅助支承特征件包括基本上包围三维物体的支架。三维物体可包括悬于粉末床中的辅助支承特征件。粉末材料可缺乏以形成共晶合金的比率存在的至少两种金属。可在粉末分配机构完成将一排粉末材料分配于外壳中之后进行平整。可在粉末分配机构完成将粉末材料层的一部分分配于外壳中之后进行平整。可在粉末分配机构完成将粉末材料层分配于外壳中之后进行平整。粉末分配机构可跨越外壳长度的至少部分。粉末分配机构可跨越外壳的整个长度。粉末分配机构可跨越外壳宽度的至少部分。粉末分配机构可跨越外壳的整个宽度。粉末分配机构可包括网格，通过所述网格粉末材料可能够从分配机构分配。粉末分配机构可包括防止保持于粉末分配机构内的粉末材料通过网格从粉末分配机构分配的网格的位置。粉末分配机构可包括允许保持于粉末分配机构内的粉末材料通过网格从粉末分配机构分配的网格的位置。网格的位置可确定通过网格从粉末分配机构分配的粉末材料的量。粉末分配机构可包括防止保持于粉末分配机构内的粉末材料通过网格从粉末分配机构分配的网格的第一位置，及允许保持于粉末分配机构内的粉末材料通过网格从粉末分配机构分配的网格的第二位置。粉末分配机构在第一与第二位置之间变化的速率可改变粉末材料的至少一个分配参数。分配参数可包括外壳中粉末分布的均匀性。分配参数可包括从网格分配的粉末的量。网格可处于第一或第二位置中的时间的量的速率可确定从粉末分配机构分配的粉末材料的量。网格在第一与第二位置之间变化的速率可确定由从外壳中的粉末分配机构分配的粉末材料所覆盖的面积。粉末分配机构可进一步包括耦接到粉末分配机构的控制机构。控制机构可调控所分配的粉末的量。控制机构可控制粉末分配机构的位置。控制可为自动的或手动的。控制机构可控制网格的位置。控制机构可包括感测由分配机构所分配的粉末材料的量的传感器。控制机构可包括感测在外壳中累积的粉末材料的量的传感器。控制机构可包括感测在外壳中的位置中所累积的粉末材料的量的传感器。。平整可由平整机构进行。平整机构可包括平整辅助工具，所述平整辅助工具包括滚动圆筒、耙子、刷子、刀或抹刀。平整辅助工具的移动可包括前向移动、后向移动、侧向移动或以一角度移动。平整辅助工具的移动可包括横向移动。平整机构可跨越外壳长度的至少部分。平整机构可跨越外壳的整个长度。平整机构可跨越外壳宽度的至少一部分。平整机构可跨越外壳的整个宽度。平整机构可进一步包括耦接到平整辅助工具的控制机构。控制机构可包括感测外壳中粉末材料的水平的传感器。平整辅助工具可包括滚动圆筒。滚动圆筒可在垂直于圆筒的长轴的位置上顺时针或逆时针旋转。滚动圆筒可以平整辅助工具的横向移动或与平整辅助工具的横向移动相对的方向旋转。分配可包括振动粉末分配机构中的粉末材料的至少部分。分配可包括振动开口的至少部分，粉末材料通过所述开口离开粉末分配机构。平整可将经沉积粉末材料层内或之下的物体移位最多20微米。移位可为水平移位。平整可包括利用刀片。当在第一方向上移动时平整机构可平整粉末材料层。平整可包括在第一方向上移动刀片。平整可包括在与第一方向相对的方向上移动刀片。
在另一方面中，用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料，其中粉末床包括顶表面；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；将粉末材料提供于外壳中或粉末床的顶表面上的层分配机构；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源及层分配机构且经编程以(i)接收产生三维物体的指令，(ii)根据所述指令使用能量束将粉末材料转换成随后形成硬化材料的经转换材料，其中硬化材料从粉末床的顶表面突出，且其中硬化材料在粉末床内为可移动的，及(iii)引导层分配机构将粉末材料层分配于粉末床的顶表面上，使得经硬化材料移位约300微米或更少，其中经分配粉末材料层的顶表面为基本平面的。
硬化材料可为三维物体的至少一部分。层分配机构可包括提供粉末材料的粉末分配机构。控制器可以可操作方式耦接到粉末分配构件且经编程以引导粉末分配构件将粉末材料层分配于外壳中粉末床的顶表面上。层分配机构可包括平整粉末床的顶表面而不接触粉末床的顶表面的平整构件。控制器可以可操作方式耦接到粉末平整构件且经编程以引导粉末平整构件平整粉末床的顶表面。粉末平整构件可从粉末床的顶表面剪切过剩的粉末材料。粉末平整构件可平整粉末床的顶表面而不将过剩粉末材料移位到粉末床中的另一位置。粉末平整构件可包括剪切过剩的粉末材料的刀。层分配机构可包括将过剩的粉末材料从粉末床的顶表面移除而不接触粉末床的顶表面的粉末移除构件。控制器可以可操作方式耦接到粉末移除构件且经编程以引导粉末移除构件从顶表面移除过剩粉末材料。粉末移除构件可包括真空源、磁力产生器、静电力产生器、电力产生器或物理力产生器。粉末平整构件可耦接到粉末移除构件。粉末移除构件可耦接到粉末分配构件。过剩的粉末材料可由粉末分配构件再使用。粉末分配构件可经安置与粉末床相邻。粉末分配构件可包括可位于可与面对粉末床的顶表面的粉末分配构件的底部不同的位置处的出口开口。出口开口可位于粉末分配机构的侧部分。侧面可为粉末分配机构的一部分，可为不面对粉末床的顶表面，或不面对与粉末床的顶表面相对的方向的一侧。控制器可调控可由粉末分配构件分配的粉末材料的量。系统可进一步包括以可操作方式耦接到粉末分配构件的一个或多个机械构件。一个或多个机械构件可使得粉末分配构件振动。控制器可以可操作方式耦接到一个或多个机械构件。控制器可经编程以控制一个或多个机械构件调控可由粉末分配构件分配到外壳中的粉末材料的量。粉末分配构件可经定位与粉末床的顶表面相邻且可以一间隙与粉末床的顶表面分离。粉末分配构件可包括气体流。粉末分配构件可包括空气流。粉末分配构件可包括振动器。控制器可以可操作方式耦接到振动器并调控所述振动器。控制器可调控振动器的振动振幅。控制器可调控振动器的振动频率。控制器可调控由粉末分配构件释放的材料的量。控制器可调控由粉末分配构件分配的粉末的速率。控制器可调控由粉末分配构件分配的粉末的速度。控制器可调控粉末分配构件的位置。位置可为垂直位置。位置可为水平位置。控制器可调控层分配机构的位置。位置可为垂直位置。位置可为水平位置。控制器可调控由层分配机构形成的粉末层的高度。平整构件可进一步包括刀片。控制器可以可操作方式耦接到刀片且可调控刀片移动的速率。控制器可以可操作方式耦接到刀片且可调控刀片的位置。位置可为垂直位置。位置可为水平位置。
在另一方面中，一种用于平整粉末床的粉末材料的顶表面的设备包括容纳包括粉末材料的粉末床的外壳；能量源，其将能量束提供到粉末床中的粉末材料以形成在粉末床中可移动的三维材料的至少一部分；及用于分配基本平面的粉末材料层的层分配机构，其中在使用期间，层分配机构将三维物体的至少一部分移位小于或等于300微米。
在另一方面中，一种用于平整用于形成三维物体的粉末材料的设备包括(a)剪切粉末床中的过剩粉末材料的粉末平整构件，三维物体在所述粉末床中产生；及(b)移除过剩粉末材料的粉末移除构件，其中粉末移除构件耦接到粉末平整构件；其中平整机构能够将三维物体移位最多300微米。
三维物体可悬于粉末材料中。粉末材料可缺乏延伸约1毫米或更多的连续结构。粉末材料可缺乏包围三维物体的支架。粉末材料可缺乏在可形成至少一种共晶合金的比率下的两种或多于两种金属。平整机构可能够将可悬于粉末材料中的物体移位最多20微米。设备可进一步包括耦接到粉末平整构件和粉末移除构件中的至少一者的移动构件(例如，移位构件)。平移构件可沿可包括粉末床的水平横截面的至少一部分的水平路径平移粉末分配器。平整机构可连接到将粉末材料分配到外壳中的粉末分配构件。三维物体可缺乏辅助支承件。物体可包括辅助支承件。
在另一方面中，一种用于分配用于形成三维物体的粉末材料的设备包括(a)容纳粉末材料的粉末储存器；(b)出口开口，粉末材料可通过所述出口开口离开设备进入粉末床，其中所述设备使用重力促进粉末材料的自由下落，其中设备悬于粉末床上方且以一间隙与粉末床的暴露表面分离，其中出口开口位于与设备的底部不同的设备的一面上；(c)耦接到储存器的平移构件，其中平移构件沿水平及/或垂直路径平移粉末分配器，其中水平路径包括粉末床的水平横截面内的路径，其中垂直路径包括间隙内的路径；及(d)位于出口开口内的障碍，其中所述障碍调控通过出口开口所分配的粉末的量。
出口开口可位于设备的侧面。设备可具有除球体以外的形状。设备的形状可为椭圆形以外的形状。设备的底部可包括设备面对基板的第一倾斜底平面。在第一方向上，第一倾斜底平面与平行于基板的平均表面的平面形成第一锐角。在一些实施例中，在第一方向上，设备的任何额外倾斜底平面可与平行于基板的平均表面的平面形成第二锐角。在第一方向上，第一倾斜底平面可与平行于基板的平均表面的平面形成锐角。在一些实施例中，在与第一方向相对的方向上，设备的任何可选额外倾斜底平面与平行于基板的平均表面的平面形成第二锐角。额外倾斜底平面可以一间隙与出口开口分离。间隙可为垂直间隙。间隙可为水平间隙。间隙可为垂直及水平间隙两者。障碍可包括网格。网格可包括允许设备内的粉末材料离开设备的孔。网格中的孔可具有从至少约五十(50)微米到最多约一(1)毫米的基本长度尺度。粉末材料可包括平均基本长度尺度从至少约25微米到最多约45微米的颗粒。障碍可包括刀片。障碍可包括刀片和网格两者。刀片可为刮刀。设备可包括振动器。设备可包括振动器阵列。振动器阵列可以线性图案排列。振动器阵列可沿直线排列。振动器阵列可沿开口排列。振动器可包括电机。粉末材料可因振动器的操作而离开设备。振动器可产生具有至少约200赫兹的频率的振动。振动器可产生具有为重力(G)的至少约7倍的振幅的振动。设备可能够在水平方向上从粉末床的一侧行进到粉末床的另一侧。设备可进一步包括平整构件。设备可连接到平整构件。平整构件可包括刀片。刀片可包括凹面。刀片可包括锥形底平面。锥形底平面与粉末材料的平均顶表面形成锐角。刀片可包括顺应性装配。顺应性装配允许刀片垂直移动。当对抗物体时顺应性装配可允许刀片垂直移动。当对抗三维物体的至少一部分时，顺应性装配允许刀片垂直移动。凹面可用于平整经沉积与基板相邻的粉末材料层。凹面可面对基板。凹面可经预定。设备的垂直位置可为可调整的。刀片的垂直位置可为可调整的。设备可进一步包括能够容纳粉末材料的大容量储存器。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)使用粉末分配机构分配粉末材料层以提供粉末床，所述粉末分配机构包括：(i)容纳粉末材料的粉末储存器；(ii)出口开口，粉末材料可通过所述出口开口离开设备进入粉末床，其中所述设备使用重力促进粉末材料的自由下落，其中设备悬于粉末床上方且以一间隙与粉末床的暴露表面分离，其中出口开口位于与设备的底部不同的设备的一面上；(iii)耦接到储存器的平移构件，其中平移构件沿水平及/或垂直路径平移粉末分配器，其中水平路径包括粉末床的水平横截面内的路径，其中垂直路径包括间隙内的路径；及(iv)位于出口开口内的障碍，其中所述障碍调控通过出口开口所分配的粉末的量；(b)平整粉末床的暴露表面；及(c)从粉末材料的至少一部分产生三维物体的至少一部分。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳；(a)能量源，其将能量束提供到粉末材料，且因此将粉末材料转换成随后硬化以形成硬化材料的经转换材料，其中所述硬化材料可形成三维物体的至少一部分；将粉末材料分配到粉末床中的粉末分配构件，所述粉末分配构件包括：(i)容纳粉末材料的粉末储存器；(ii)出口开口，粉末材料可通过所述出口开口离开设备进入粉末床，其中所述设备使用重力促进粉末材料的自由下落，其中设备悬于粉末床上方且以一间隙与粉末床的暴露表面分离，其中出口开口位于与设备的底部不同的设备的一面上；(iii)耦接到储存器的平移构件，其中平移构件沿水平及/或垂直路径平移粉末分配器，其中水平路径包括粉末床的水平横截面内的路径，其中垂直路径包括间隙内的路径；及(iv)位于出口开口内的障碍，其中所述障碍调控通过出口开口所分配的粉末的量；(b)平整粉末床的暴露表面的粉末平整构件；及(c)控制器，其以可操作方式耦接到能量源、粉末分配构件、粉末平整构件和粉末移除构件，且经编程以：(i)引导粉末分配器将具有第一顶表面的第一粉末材料层分配到粉末床中，(ii)接收产生三维物体的至少一部分的指令，(iii)根据所述指令从粉末材料的一部分产生三维物体的至少部分，(iv)引导粉末分配器邻近第一顶表面分配具有第二顶表面的第二粉末材料层，及(v)引导粉末平整构件将第二顶表面平整到第二顶表面的最低点处或下方的第一平面表面。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将第一粉末材料层分配于外壳中以提供具有第一顶表面的粉末床；(b)将能量束引向第一粉末材料层以从第一层的至少一部分产生三维物体的至少一部分；(c)在产生三维物体的至少一部分之后，将第二粉末材料层分配到外壳中，其中所述第二粉末材料层包括第二顶表面；(d)剪切第二粉末材料层以形成第一平面表面，其中所述第一平面表面在第二顶表面的最低点处或下方；及(e)从第二粉末材料层移除第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中第二平面表面位于第一平面表面下方，且其中移除在不存在接触粉末床的情况下发生。
产生可包括转换粉末材料以产生随后硬化以形成硬化材料的经转换材料，其中硬化材料的至少一部分从第一顶表面突出，因此形成突出部。突出部可为三维物体的至少一部分。突出部可包括硬化材料的翘曲、弯曲、折皱、卷起、卷曲或成球。突出部可包括可不为三维物体的一部分的硬化材料。突出部可关于第一顶表面具有约10微米到约500微米的高度。在一些实施例中，从第一顶表面到第二平面表面的平均垂直距离可从约5微米到约1000微米。从第一顶表面到第一平面表面的平均垂直距离可为从约10微米到约500微米。移除可包括使用真空抽吸、磁力、静电力、电力或物理力。在一些实例中，移除可包括真空抽吸。方法可进一步包括再使用来自第一层及/或第二层的过剩粉末材料。第二平面表面可位于第一顶表面上方。可使用重力分配第一粉末材料层。可使用移位粉末材料的气体流来分配第一粉末材料层。气流以具有从约0.001到约1的马赫数的速度行进。在一些实施例中，在剪切第二粉末材料层以形成第一平面表面之后，三维物体的至少一部分可移位约300微米或更少。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳，所述粉末床包括粉末材料；将能量束提供到粉末床中的粉末材料的能量源；将粉末材料分配到外壳中以提供粉末床的粉末分配构件；平整粉末床的顶表面的粉末平整构件；从粉末床的顶表面移除粉末材料而不接触顶表面的粉末移除构件；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源、粉末分配构件、粉末平整构件及粉末移除构件，其中控制器经编程以：(i)引导粉末分配构件将第一粉末材料层分配到外壳中以提供具有第一顶表面的粉末床，(ii)将能量束从能量源引向第一粉末材料层以从第一层的一部分产生三维物体的至少一部分，(iii)引导粉末分配构件将第二粉末材料层分配于外壳中，其中第二粉末材料层包括第二顶表面，(iv)引导粉末平整构件剪切第二粉末材料层以形成第一平面表面，其中所述第一平面表面在第二顶表面的最低点处或下方，及(v)引导粉末移除构件从第二粉末层移除第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中第二平面表面位于第一平面表面下方。
能量源可将能量束提供到粉末材料，且因此将粉末材料转换成随后硬化以形成硬化材料的经转换材料，其中硬化材料可形成三维物体的至少一部分。第二平面表面可安置于第一顶表面上方。在一些实施例中，在粉末平整构件剪切第二粉末材料层以形成第一平面表面之后，三维物体的至少一部分移位约300微米或更少。粉末分配构件可以一间隙与粉末床的暴露表面分离。间隙可具有可为从约10微米到约50毫米的间隔距离(例如，垂直间隔距离)。在一些实施例中，随着粉末材料离开粉末分配构件进入外壳的环境并在粉末床的方向上行进，其遇到至少一个障碍。在一些实例中，在操作期间，粉末分配构件可沿包含至少一个障碍的路径与粉末床(例如，流体)连通。障碍可包括粗糙表面。障碍可包括与粉末床的顶表面形成角度的倾斜表面。粉末移除构件可与粉末分配构件集成为粉末分配-移除构件。粉末分配-移除构件可包括一个或多个粉末出口端口及一个或多个真空入口端口。粉末分配-移除构件可包括一个或多个粉末出口及一个或多个真空入口。粉末分配-移除构件可包括一个或多个粉末出口端口且一个或多个真空入口端口交替排列。粉末分配-移除构件可包括一个或多个粉末出口端口且一个或多个真空进入端口顺序地操作。粉末分配-移除构件可包括一个或多个粉末出口及顺序操作的一个或多个真空入口。粉末移除构件可包括真空喷嘴。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以将第一粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中第一层包括第一顶表面；(b)将能量束引向粉末床从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的至少一部分的经转换材料；(c)在产出三维物体的至少一部分之后，将第二粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床，其中第二粉末材料层包括第二顶表面；(d)引导以可操作方式耦接到粉末平整构件的粉末移除构件从第二粉末材料层移除第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中第二平面表面位于第一平面表面下方，且其中移除在不存在接触粉末床的情况下发生。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的设备包括(a)粉末床，所述粉末床包括粉末材料；(b)粉末分配器，其将预定量的粉末材料分配到粉末床中的位置处，其中粉末分配器安置于粉末床上方且以一间隙与粉末床分离；及(c)平整机构，其配置成平整粉末床中的粉末材料而不将过量的粉末材料重新安置于粉末床中的不同位置上，其中平整机构位于粉末床上方且与粉末分配器横向相邻。
平整机构可包括刀。平整机构可包括执行剪切的刀。平整机构可包括抽吸过剩粉末材料的抽吸装置。平整机构可包括用于收集过剩粉末材料的装置。平整机构可包括用于从粉末床移除过剩粉末材料的装置。
在另一方面中，一种用于形成三维物体的设备包括控制器，所述控制器经编程以(a)将第一粉末材料层从粉末分配构件提供到以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末床；(b)将能量束从能量源引向粉末床，从而将粉末材料的至少一部分转换为随后硬化以产出三维物体的经转换材料；(c)将第二粉末材料层从粉末分配构件提供到粉末床，其中第二层经安置与第一层相邻；及(d)引导以可操作方式耦接到粉末分配构件的粉末平整机构平整粉末床的暴露表面，其中平整包括移除过剩粉末材料而不将过量的粉末材料重新安置于粉末床中的不同位置上。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的方法包括(a)将第一粉末材料层提供于外壳中以提供粉末床；(b)从粉末材料的至少一部分产生三维物体的至少一部分；(c)将第二粉末材料层分配于粉末床上，其中第二粉末材料层包括暴露表面；及(b)平整暴露表面，其中平整包括移除过剩粉末材料而不将过量的粉末材料重新安置于粉末床中的不同位置上。
在另一方面中，一种用于产生三维物体的系统包括容纳粉末床的外壳；能量源，其将能量束提供到粉末材料，且因此将粉末材料转换成随后硬化以形成硬化材料的经转换材料，其中所述硬化材料可形成三维物体的至少一部分；将粉末材料分配到粉末床中的粉末分配构件；粉末平整构件，其平整粉末床的暴露表面而不将过量的粉末材料重新安置于粉末床中的不同位置上；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源、粉末分配构件、粉末平整构件及粉末移除构件，且经编程以：(i)引导粉末分配器将第一粉末材料层分配到粉末床中，(ii)接收产生三维物体的至少一部分的指令，(iii)根据所述指令从粉末材料的一部分产生三维物体的至少部分，(iv)引导粉末分配器分配具有暴露表面的第二粉末材料层，及(v)引导粉末平整构件平整暴露表面。
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。将参考阐述说明性实施例的以下详细描述而获得对本发明的特征及优势的更好理解，其中发明的原则经利用，及在随附图式或图(本文中也称“图”(FIG.及FIGs.)中：
图1说明三维(3D)打印系统及其组件的示意图；
图2说明提供于3D打印系统中的冷却构件的示意图；
图3说明3D打印过程中形成单一固化层的详细图；
图4展示粉末层或粉末层组的温度时间历史的曲线图；
图5示意性地说明由初始及补充能量源加热的粉末床的体积；
图6说明针对单层的3D打印过程的时间线；
图7说明描述3D打印过程的流程图；
图8示意性地说明经编程或以其它方式配置成有助于3D物体的形成的计算机控制系统；
图9描绘可用于维持粉末层的平面均匀性的三维(3D)打印系统的所选组件的示意图；
图10A示意性地描绘用于将粉末沉积到基板上的空气刀；图10B示意性地描绘用于将粉末沉积到基板上的弯管；
图11描绘用于沿基板推动、扩散及/或平整粉末而不干扰粉末中的3D物体的耙子；
图12A至12F示意性地描绘用于扩散及/或平整粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图13A至13D示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图14A至14D示意性地描绘用于扩散及平整粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图15示意性地描绘平整机构和粉末分配器的垂直侧截面；
图16A至16D示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图17示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图18A至18D示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图19A至19D示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面；
图20示意性地描绘具有锥形底部的刀的垂直侧截面；
图21A描绘在平整粉末材料层之前的粉末材料层内的暴露金属平面；图21B描绘在使用本文中所描述的平整机构平整沉积于图21A中的平面上的粉末材料层之后的粉末材料层内的暴露金属平面；
图22示意性地描绘本文中所描述的辊的垂直侧截面；
图23示意性地描绘本文中所描述的粉末移除系统(例如，抽吸装置)的垂直侧截面；
图24示意性地描绘用于扩散及平整及移除粉末材料的机构的垂直侧截面；
图25A至25C示意性地描绘用于移除粉末材料的各种机构的仰视图；
图26A至26D示意性地描绘用于分配及平整粉末材料层的方法中的连续阶段；
图27A至27D示意性地描绘本文中所描述的各种粉末分配构件的垂直侧截面；及
图28示意性地描绘本文中所描述的粉末分配构件的垂直侧截面。
其中的图式及组件可未按比例绘制。本文中所描述的图式的各种组件可未按比例绘制。
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。
三维打印(也称为“3D打印”)通常指代用于产生3D物体的过程。举例来说，3D打印可指代以控制方式(例如，在自动控制下)顺序地添加材料层或结合材料层或材料层的部分以形成3D结构。在3D打印过程中，经沉积材料可经熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接以形成3D物体的至少一部分。熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接材料在本文中统称为转换材料(例如，粉末材料)。熔融材料可包含熔化或烧结材料。粘结可包括化学键合。化学键合可包括共价键结。3D打印的实例包含增材打印(例如，逐层打印或增材制造加工工艺)。3D打印可进一步包括消减打印。
材料可包括元素金属、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。富勒烯可选自由球形、椭圆形、线形和管形富勒烯组成的群。富勒烯可包括巴基球或碳纳米管。在一些实施例中，材料可包括有机材料，例如，聚合物或树脂。材料可包括固体或液体。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。粉末材料可包括沙。液体材料可划分为反应剂、囊泡或液滴。可在成一个或多个层中划分经划分材料。材料可包括至少两种材料。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。
3D打印方法论可包括挤压、金属线、颗粒、层压、轻聚合或粉末床及喷墨头3D打印。挤压3D打印可包括机器浇铸、熔融沉积成型(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打印可包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、选择性激光熔化(SLM)、选择性热烧结(SHS)或选择性激光烧结(SLS)。粉末床及喷墨头3D打印可包括基于石膏的3D打印(PP)。层压3D打印可包括层压物体制造(LOM)。轻聚合3D打印可包括立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)或层压物体制造(LOM)。
三维打印方法论可与传统用于半导体装置制造的方法(例如，气相沉积、刻蚀、退火、掩模或分子束外延)不同。在一些例子中，3D打印可进一步包括传统用于半导体装置制造的一个或多个打印方法论。3D打印方法论可与气相沉积方法(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打印可进一步包含气相沉积方法。
所打印3D物体的基本长度尺度(例如，直径、球当量直径、边界圆直径或最大高度、宽度及长度)可为至少约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。所打印3D物体的基本长度尺度可为最多约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，所打印3D物体的基本长度尺度可在上述基本长度尺度中的任一者之间。举例来说，所打印3D物体的基本长度尺度可为从约50μm到约1000m、从约120μm到约1000m、从约120μm到约10m、从约200μm到约1m、从约150μm到约10m。
如本文中所使用的术语“粉末”通常指代具有细微颗粒的固体。粉末还可指代“颗粒材料”。粉末可为颗粒状材料。在一些实例中，粉末为具有至少约5纳米(nm)、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、5、10μm、15μm、20μm、35μm、30μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm,或100μm的平均基本长度尺度(例如，直径、球当量直径、边界圆的直径或最大高度、宽度及长度)的颗粒。包括粉末的颗粒可具有最多约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的平均基本长度尺度。在一些例子中，粉末可具有在上文所列的平均颗粒基本长度尺度值中的任一者之间的平均基本长度尺度。举例来说，颗粒的平均基本长度尺度可从约5nm到约100μm、从约1μm到约100μm、从约15μm到约45μm、从约5μm到约80μm、从约20μm到约80μm，或从约500nm到约50μm。
粉末可由单个颗粒组成。颗粒可为球形、椭圆形、棱柱形、立方形或不规则形状。颗粒可具有基本长度尺度。粉末可由均匀形状的颗粒混合物组成，使得所有颗粒具有基本上相同的形状及分布在最多1％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、60％或70％的基本长度尺度内的基本长度尺度量值。在一些情况下，粉末可为不均匀的混合物，使得颗粒具有可变的形状及/或基本长度尺度量值。
如本文中所使用的术语“底座”通常指代任何工件，用于形成3D物体的材料放置于所述工件上。3D物体可直接形成于底座上、直接与底座分开或与底座相邻。3D物体可形成于底座上方。在一些例子中，3D物体不与底座接触。3D物体可悬于底座邻近(例如，上方)。有时，底座可安置于基板上或外壳的底部上。基板可安置于外壳(例如，腔室)中。外壳可具有由各种类型的材料(例如，元素金属，金属合金(例如不锈钢)、陶瓷或元素碳的同素异形体)形成的一个或多个壁。外壳可具有各种截面形状，例如，圆形、三角形、正方形、矩形、或局部形状，或其组合。外壳可为绝热的。外壳可包括热绝缘。外壳可包括密封唇口(例如，柔性密封唇口)。密封唇口可提供热绝缘。密封唇口可提供环境(例如，气体)绝缘。外壳可包括打开的顶部。外壳可包括打开的侧面或打开的底部。底座可包括元素金属、金属合金、陶瓷、碳的同素异形体，或聚合物。底座可包括石头、沸石、粘土或玻璃。元素金属可包含铁、钼、钨、铜、铝、金、银或钛。金属合金可包含钢(例如，不锈钢)。陶瓷材料可包含氧化铝。底座可包含硅、锗、二氧化硅、蓝宝石、氧化锌、碳(例如，石墨、石墨烯、金刚石、非晶碳、碳纤维、碳纳米管或富勒烯)、SiC、AlN、GaN、尖晶石、涂层硅、氧化物上硅、氧化物上碳化硅、氮化镓、氮化铟、二氧化钛、氮化铝。在一些情况下，底座包括基座(即，可吸收电磁能量并将其转化成热量的材料)。底座、基板及/或外壳可为固定的或可平移的。
在一些实例中，粉末材料、底座，或粉末及底座两者包括材料，其中其成分(例如，原子)易于失去其外层电子，从而引起在其另外的固体布置内的自由流动的电子云。在一些实例中，粉末、底座，或粉末及底座两者包括表征为具有高导电率、低电阻率、高热导率或高密度的材料。高导电率可为至少约1*105姆欧(Siemens)每米(S/m)、5*105S/m、1*106S/m、5*106S/m、1*107S/m、5*107S/m或1*108S/m。符号“*”指定数学运算“乘以”。高导电率可为从约1*105S/m到约1*108S/m。低电阻率可为最多约1*10-5ohm乘以米 低电阻率可为从约到约高热导率可为至少约20瓦特每米乘以凯氏度数(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。高热导率可为从约20W/mK到约1000W/mK。高密度可为至少约1.5克每立方厘米(g/cm3)、2g/cm3、3g/cm3、4g/cm3、5g/cm3、6g/cm3、7g/cm3、8g/cm3、9g/cm3、10g/cm3、11g/cm3、12g/cm3、13g/cm3、14g/cm3、15g/cm3、16g/cm3、17g/cm3、18g/cm3、19g/cm3、20g/cm3或25g/cm3。高密度可为从约1.g/cm3到约100025g/cm3。
可附加地或顺序地提供粉末材料层。层的至少部分可经转换以形成经硬化(固化)3D物体的至少一部分(fraction(本文中还使用“部分(portion或part)”)。有时，经转换粉末层可包括3D物体的横截面(例如，水平横截面)。层可具有至少约0.1微米(μm)、0.5μm、1.0μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm的厚度。层可具有最多约1000μm、900μm、800μm、700μm、60μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、75μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm或更小的厚度。层可具有上述层厚度之间的任何值。举例来说，层可为从约1000μm到约0.1μm、800μm到约1μm、600μm到约20μm、300μm到约30μm或1000μm到约10μm。至少一个层的材料成分可与粉末床中的至少另一层内的材料成分不同。至少一个层的材料可在其晶体结构方面与粉末床中的至少另一层内的材料的晶体结构不同。至少一个层的材料可在其颗粒结构方面与粉末床中的至少另一层内的材料的颗粒结构不同。至少一个层的材料可在其粉末材料的基本长度尺度方面与粉末床中的至少另一层内的材料的基本长度尺度不同。层可包括处于任何组合的两种或多于两种材料类型。举例来说，两种或多于两种元素金属、两种或多于两种金属合金、两种或多于两种陶瓷、两种或多于两种元素碳的同素异形体。举例来说，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打印过程期间沉积的所有层可具有相同的材料成分。在一些例子中，金属合金在转换粉末材料的过程期间原位形成。在一些情况下，不同成分的层可以预定模式沉积。举例来说，每一层可具有某一元素或某一材料类型增加或减少的成分。在一些实例中，每一偶数层可具有一种成分，且每一奇数层可具有另一成分。层的可变成分可遵循数学串行算法。在一些情况下，层内的至少一个区域具有与层内另一区域不同的材料成分。
金属材料(例如，元素金属或金属合金)可包括少量的非金属材料，例如，氧气、硫磺或氮气。在一些情况下，金属材料可包括微量的非金属材料。微量可为最多约每百万分(ppm)之100000、10000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm(以重量为基础，w/w)的非金属材料。微量可包括至少约10ppt、100ppt、1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、200ppb、400ppb、500ppb、1000ppb、1ppm、10ppm、100ppm、500ppm、1000ppm或10000ppm(以重量为基础，w/w)的非金属元素。微量可为上述微量之间的任何值。举例来说，微量可从约万亿分之(ppt)10到约100000ppm、从约1ppb到约100000ppm、从约1ppm到约10000ppm或从约1ppb到约1000ppm。
在一些例子中，相邻组件由一个或多个介入层彼此分隔开。在实例中，当第一层与第二层直接接触时第一层与第二层相邻。在另一实例中，当第一层以至少一个层(例如，第三层)与第二层分离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。
如本文中所使用的“辅助特征件”通常指代为所打印3D物体的部分但并非所要、预期、设计、命令或最终3D物体的部分的特征件。辅助特征件(例如，辅助支承件)可在3D物体形成期间和/或之后提供结构支承。辅助特征件可能够从正在形成的3D物体移除能量。辅助特征件的实例包括热鳍片、锚、柄、支承件、支柱、柱、框架、基脚、支架、法兰、凸出部、突出部、模具(又名，模子)或其它稳定特征件。在一些例子中，辅助支承件为包围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。
本发明提供用于从材料(例如，粉末材料)3D打印物体的系统、设备和方法。物体可为预设计的或实时设计的(即，在3D打印的过程期间)。3D打印方法可为叠加法，其中第一层经打印，且时将大量材料添加到第一层以分离连续层。可通过转换(例如，熔融，例如熔化)粉末材料的一部分将每一额外的连续层添加到前一层。
现将参考图式，其中相同数字始终指代相同部件。将理解，本文中的图式和特征未必按比例绘制。
在图1中展示可用于通过3D打印过程产生物体的系统的实例。系统可包括底座102上的粉末床101.在一些例子中，可在形成过程期间使用底座102。在一些情况下，初期物体或在3D打印过程期间形成的物体漂浮于粉末床101中而不接触底座102。底座102可支承至少一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个或十五个粉末层。底座可经加热或冷却到预定温度或根据温度梯度。可针对预定时间量定义温度梯度。预定温度可为至少约10摄氏度(℃)、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或1000℃。预定温度可为最多约1000℃、900℃、800℃、700℃、600℃、650℃、600℃、550℃、500℃、450℃、400℃、350℃、300℃、250℃、200℃、150℃、100℃、50℃或10℃。预定温度可在上文所列温度值中的任一者之间。举例来说，从约10℃到约1000℃、从约100℃到约600℃、从约200℃到约500℃，或从约300℃到约450℃。底座可为耐热的。底座102可具有壁。具有壁的底座可被称为容纳粉末床的容器。底座(例如，底座的壁)可包括温度传感器(例如，一个或多个热电偶)。温度传感器可以可操作方式耦接到控制器。控制器可包括处理器(例如，计算机)。在一些例子中，粉末床101及/或底座102的温度测量可以光学方式进行，例如通过使用红外(IR)温度传感器。温度传感器可监测粉末床的边缘处、粉末床中一个或多个随机地点处、粉末床的中心处、底座处，或其任何组合的温度。温度传感器可在预定时间、随机时间或在一时兴起时监测温度。在一些情况下，底座的壁可为绝缘的。底座(例如，底座的壁)可连续地或偶发地经加热或冷却以维持粉末床的所要温度。粉末床可具有暴露顶表面、覆盖顶表面或部分暴露且部分覆盖的顶表面。粉末床可为至少约1mm、10mm、25mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm宽。粉末床可为至少约1mm、10mm、25mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm深。粉末床可为至少约1mm、10mm、25mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm长。底座102上的粉末床101可与粉末储存器(例如，103)相邻。粉末储存器可安置于容器(例如，104)中。容器可为静止的或可平移的。粉末床101可在整个打印过程期间维持或接近热平衡。在打印过程期间粉末床的平均温度可热波动至少0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4℃、0.5℃、0.6℃、0.7℃、0.8℃、0.9℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、15℃、20℃、30℃、40℃或50℃或更少。在打印过程期间粉末床的平均温度可热波动最多约50℃、40℃、30℃、20℃、10℃或5℃。粉末床的平均温度可在上述温度波动值中任一者之间热波动。举例来说，粉末床的平均温度可波动从50℃到5℃或从30℃到5℃的温度范围。
在打印过程期间，来自粉末储存器(例如，103)的粉末从储存器移动到底座(例如，102)，从而将新的粉末、循环的粉末、冷的粉末，或其任何组合提供到底座上的粉末床(例如，101)。粉末可通过层分配机构(本文也为“平移机构”，例如105，本文也为“层添加机构”)从粉末储存器移动到粉末床。层分配机构可为平移机构(例如，平移装置)，所述平移机构可包含一个或多个移动部件。层分配机构可为能够移动粉末、沉积粉末、平整粉末、移除粉末，或其任何组合的装置。
层分配机构可基本上水平地、垂直地或以一角度平移。层分配机构可横向平移。在一些实例中，底座、基板、外壳或粉末床可为可平移的。层分配机构可包括弹簧。底座、基板、外壳或粉末床可基本上水平地(例如，从右到左及从左到右)、基本上垂直地(例如，从上到下及从下到上)或以一角度平移。外壳、基板及底座中的至少一者可包括可降低平台(例如，升降机)。升降机可将粉末床(或其容器)平移到第一位置。粉末可沉积于第一位置中的粉末床中(或其容器中)。粉末床可随后平移到第二位置。在一些实例中，第二位置可低于第一位置。在第二位置中，与第一位置相比较，粉末床可垂直地离层分配机构更远。在一些实例中，粉末床或其容器可为静止的。在一些实例中，第二位置高于第一位置(例如，通过升降机)。在一些实例中，层分配机构可能够移动到第二位置。最靠近粉末床的暴露表面的层分配机构的侧面在本文中指定为层分配机构的底部。当粉末床(或其容器)在第二位置时，经沉积粉末的至少部分可垂直定位于层分配机构的底部上方。有时，容纳粉末床的容器可缺乏粉末材料。有时，容纳粉末床的容器包括粉末材料。层分配机构可沿粉末床横向移动，使得粉末材料的至少部分阻碍第二位置中的层分配机构的移动。随着其横向移动，层分配机构可推动、压缩或收集阻碍粉末材料。层分配机构可针对沿粉末床(例如，沿粉末床的宽度或长度)的其横向移动平整粉末材料。平整粉末可导致产生具有粉末床的顶部(即，暴露表面)处的至少一个平面(例如，水平平面)中的基本上平面均匀性的平面。平整粉末可导致产生具有粉末材料层的顶部处的至少一个平面(例如，水平平面)中的平均平面均匀性的平面。平均平面可为由粉末材料层的表面的最顶部部分的最小平方平面拟合定义的平面。平均平面可为通过求粉末床的顶部表面上的每一点的粉末高度的平均数而计算的平面。层分配机构(例如，105)可包括辊、刷子、耙子(例如，锯齿状耙或钉齿状耙)、犁、抹刀或刀片。层分配机构可包括圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形、任何其它多边形的垂直截面(例如，侧截面)。在一些情况下，层分配机构可包括辊。辊可为光滑辊。辊可为粗糙辊。辊可具有突出部或凹陷部。突出部可为可弯曲的突出部(例如，刷子)；突出部可为硬的突出部(例如，耙子)。突出部可包括尖端、圆端或钝端。突出部或凹陷部可在辊上形成图案或随机定位于辊上。替代地或另外，层分配构件可包括犁或耙子。层分配机构可包括刀片。刀片可包括平面凹形、平面凸形、凿形或楔形刀片。刀片可具有凿形或楔形，以及可允许粉末累积于其顶部(例如，1214)上的凹形顶表面(图12C，在1212处)。刀片可具有凿形或楔形(例如，图12B，在1207处)且允许粉末在其顶部滑动。(例如，1209)。刀片可包括锋利边缘或弯曲表面。弯曲表面可包括至少约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或11mm的曲率半径。曲率半径可具有最多约12mm、11mm、10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。弯曲表面的曲率半径可为上述值(例如，从约0.5mm到约12mm、从约0.5mm到约5mm或从约5mm到约12mm)之间的任何值。层分配机构可由陶瓷、金属、金属合金(例如，钢)或聚合材料(例如，橡胶)组成。举例来说，层分配机构(例如，105)可包括耙子，所述耙子具有用于移动粉末的垂直特征件及在特征件之间的垂直开口。在一些情况下，层分配机构可具有与粉末床接触的基本上凸形、凹形、倾斜或直的边缘。层分配机构的边缘可关于粉末床的表面为垂直的、平行的或成零到90度的锐角。层分配机构可配置成跨越粉末床的顶表面提供循环粉末、新的粉末、冷的粉末、热的粉末、室温下的粉末，或其任何组合的平滑的、平坦的及/或经平整的层。可选择粉末材料使得粉末材料为物体的所要或以其它方式预定的材料。在一些情况下，3D物体的层包括单个类型的材料。在一些实例中，3D物体的层可包括单元素金属类型或单合金类型。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。举例来说：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。
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。碱金属可为锂、钠、钾、铷、铯或钫。碱土金属可为铍、镁、钙、锶、钡或镭。过渡金属可为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铂、金、钅卢、钅杜、钅喜、铍、钅黑、钅麦、鎶、铌、铱、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼或锇。过渡金属可为汞。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。锕系金属可为锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘或铹。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，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)可包括用于各行业中的应用的合金，所述行业包括：航天、汽车、航海、机车、卫星、国防、石油天然气、能源产生、半导体、时尚、建筑、农业、印刷或医疗。金属(例如，合金或元素)可包括用于包括以下各者的产品的合金：装置、医疗装置(人类和兽医学)、机械、手机、半导体设备、发电机、引擎、活塞、电子工业(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)、空调、发电机、家具、音乐设备、艺术、珠宝、烹饪设备或运动装备。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。
本发明的方法、设备及系统可用于形成用于各种用途和应用的3D物体。这类用途和应用包含但不限于电子工业、电子工业的组件(例如，套管)、机器、机器的部分、工具、移植、修复、时尚物品、服装、鞋或珠宝。移植可指向(例如，集成)硬组织、软组织，或硬组织和软组织的组合。移植可形成具有硬组织或软组织的黏连物。机器可包含电机或电机部件。机器可包含车辆。机器可包括航空航天相关的机器。机器可包括航空机。车辆可包含飞机、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。用途和应用可包含与上文所列的行业及/或产品相关的3D物体。
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。在一些例子中，金属合金为钢。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)、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。钢可由例如440F、410、312、430、440A、440B、440C、304、305、304L、304L、301、304LN、301LN、2304、316、316L、316LN、316、316LN、316L、316L、316、317L、2205、409、904L、321、254SMO、316Ti、321H或304H的任何汽车工程师学会(SAE)级钢组成。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á合金、近á合金、á和ǎ合金或ǎ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。
镍合金可包含铝镍钴合金、铝镍合金、镍铬合金、铜镍合金、镍铁合金、德银、哈氏合金(Hastelloy)、铬镍铁合金、蒙氏合金(Monel metal)、镍铬合金、镍碳、镍铬硅、镍硅合金、镍钛合金或磁性“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(Heusler alloy)、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。
粉末可配置成在3D物体通过3D打印过程在粉末床中形成时提供对所述3D物体的支承。在一些例子中，低流动性粉末可能够比高流动性粉末更好的支承3D物体。低流动性粉末可尤其通过由相对小颗粒组成、具有不均匀大小颗粒或具有彼此吸引的颗粒的粉末来实现。粉末可具有低、中或高流动性。粉末材料可响应于15千克帕斯卡(kPa)的作用力具有至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的压缩系数。粉末可响应于15千克帕斯卡(kPa)的作用力具有最多约9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4.0％、3.5％、3.0％、2.5％、2.0％、1.5％、1.0％或0.5％的压缩系数。粉末可具有至少约100毫焦耳(mJ)、200mJ、300mJ、400mJ、450mJ、500mJ、550mJ、600mJ、650mJ、700mJ、750mJ、800mJ或900mJ的基本流动能。粉末可具有最多约200mJ、300mJ、400mJ、450mJ、500mJ、550mJ、600mJ、650mJ、700mJ、750mJ、800mJ、900mJ或1000mJ的基本流动能。粉末可具有在上文所列的基本流动能的值之间的基本流动能。举例来说，粉末可具有从约100mJ到约1000mJ、从约100mJ到约600mJ或从约500mJ到约1000mJ的基本流动能。粉末可具有至少约1.0毫焦耳每克(mJ/g)、1.5mJ/g、2.0mJ/g、2.5mJ/g、3.0mJ/g、3.5mJ/g、4.0mJ/g、4.5mJ/g或5.0mJ/g的比能。粉末可具有最多5.0mJ/g、4.5mJ/g、4.0mJ/g、3.5mJ/g、3.0mJ/g、2.5mJ/g、2.0mJ/g、1.5mJ/g或1.0mJ/g的比能。粉末可具有在上述比能值中的任一者之间的比能。举例来说，粉末可具有从约1.0mJ/g到约5.0mJ/g、从约3.0mJ/g到约5mJ/g或从约1.0mJ/g到约3.5mJ/g的比能。
3D物体可具有可由粉末床支承的辅助特征件。3D物体可具有可由粉末床支承的辅助特征件且不与底座、基板、容纳粉末床的容器或外壳的底部接触。完全或部分形成状态下的三维部件(3D物体)可完全由粉末床支承(例如，不与基板、底座、容纳粉末床的容器或外壳接触)。完全或部分形成状态下的三维部件(3D物体)可完全由粉末床支承(例如，不接触除粉末床以外的任何东西)。完全或部分形成状态下的3D物体可悬于粉末床中而不停留于任何额外支承结构上。在一些情况下，完全或部分形成(即，初期)状态下的3D物体可漂浮于粉末床中。
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”)。Ra可使用绝对值。3D物体可具有至少约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。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值中的任何值之间的Ra值。举例来说，Ra值可为从约30nm到约50μm、从约5μm到约40μm、从约3μm到约30μm、从约10nm到约50μm或从约15nm到约80μm。Ra值可由电子显微镜(例如，扫描电子显微镜)、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、光学显微镜(例如，共焦的、激光的)或超声波测量。Ra值可由接触或非接触方法测量。
3D物体可由源自经转换材料(例如，熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接的粉末材料)的固体材料的连续层(例如，连续横截面)组成。经转换粉末材料可连接到硬化(例如，固化)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。在一些实例中，硬化材料包括三维物体的未连接部分，所述部分随后由新近转换的材料连接(例如，通过熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接粉末材料)。
所产生(即，形成)3D物体的横截面(例如，垂直截面)可展示指示分层沉积的微观结构或颗粒结构。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。举例来说，横截面可展示指示可在3D打印过程期间形成的固化熔化池的微观结构类似波纹或波。固化熔化池的重复分层结构可展示打印部件的取向。横截面可展示基本上重复的微观结构或颗粒结构。微观结构或颗粒结构可包括材料成分、晶粒取向、材料密度、晶粒边界的化合偏聚度或元素偏聚度、材料相、冶金相、结晶相、晶体结构、材料孔隙度或其任何组合的基本上重复的变化。微观结构或颗粒结构可包括分层熔化池的基本上重复固化。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的平均层大小。基本上重复的微观结构可具有最多约500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的平均层大小。基本上重复的微观结构可具有上述层大小值之间的任何值的平均层大小。举例来说，基本上重复的微观结构可具有从约0.5μm到约500μm、从约15μm到约50μm、从约5μm到约150μm、从约20μm到约100μm或从约10μm到约80μm的平均层大小。
所打印3D物体可在不使用辅助特征件的情况下打印，可使用减少数量的辅助支承件打印或使用间隔开的辅助特征件打印。在一些实施例中，所打印3D物体可缺乏指示辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件或辅助支承特征件或辅助支承特征件标志。3D物体可缺乏一个或多个辅助支承特征件及缺乏经移除(例如，在产生3D物体之后)的辅助特征件(包含底座结构)的一个或多个标志。所打印3D物体可包括单个辅助支承标志。单个辅助支承件(例如，辅助支承件或辅助结构)可为底座、基板或模具。辅助支承件可粘附到底座、基板或模具。3D物体可包括属于一个或多个辅助结构的标志。3D物体可包括属于辅助特征件的两个或多于两个标志。3D物体可缺乏关于辅助支承件的标志。3D物体可缺乏辅助支承件。3D物体可缺乏一个或多个辅助支承特征件及关于辅助支承件的一个或多个标志。标志可包括晶粒取向的变化、分层取向的变化、分层厚度的变化、材料密度的变化、晶粒边界的化合偏聚度的变化、材料孔隙度的变化、晶粒边界的元素偏聚度的变化、材料相的变化、冶金相的变化、结晶相的变化或晶体结构的变化，其中所述变化可尚未由3D物体的几何结构单独产生，且可因此指示经移除的先前存在的辅助支承件。变化可由支承件的几个结构强加给所产生的3D物体。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。举例来说，标志可为不由3D物体的几何结构说明的不连续性的点，所述点不包含任何辅助支承件。标志可为可不能由3D物体的几何结构说明的表面特征件，所述表面特征件不包含任何辅助支承件(例如，模具)。两个或多于两个辅助特征件或辅助支承特征件标志可以至少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的间隔距离间隔开。两个或多于两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志可以最多1.5mm、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的间隔距离间隔开。两个或多于两个辅助支承特征件或辅助支承特征件标志可以在上述辅助支承件间隔值之间的任何值的间隔距离间隔开。举例来说，辅助特征件可以从1.5mm到500mm、从2mm到100mm、从15mm到50mm或从45mm到200mm的距离间隔开。(本文中统称为“辅助特征件间隔距离”)。
3D物体可包括指示3D打印过程的分层结构，所述分层结构缺乏一个或多个辅助支承特征件或指示一个或多个辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承特征件标志。3D物体可包括指示3D打印过程的分层结构，所述结构包含一个、两个或多于两个辅助支承件标志。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。在一个实例中，存在于3D物体中的两个辅助支承特征件或辅助支承特征件或辅助支承特征件标志可以辅助特征件间隔距离间隔开。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)á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á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á可为范围在上述角度之间的任何角度。举例来说，从约45度(°)到约90°、从约60°到约90°、从约75°到约90°、从约80°到约90°、从约85°到约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á可从约87°到约90°。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示以至少约10.5毫米或更多间隔开。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至少约40.5毫米或更多间隔开。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件间隔距离间隔开。
3D物体内的一个或多个层可为基本平坦的。基本平坦的一个或多个层可具有大的曲率半径。一个或多个层可具有等于表面曲率半径的曲率半径。表面曲率半径可具有至少约0.1厘米(cm)、0.2cm、0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm、5cm、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。表面曲率半径可具有最多约0.1厘米(cm)、0.2cm、0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm、5cm、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。表面曲率半径可具有在上述曲率半径值的任何者之间的任何值。举例来说，从约10cm到约90m、从约50cm到约10m、从约5cm到约1m、从约50cm到约5m或从约40cm到约50m。在一些实例中，一个或多个层可包含于3D物体的平面部分中，或可为平面3D物体。曲率半径可由光学显微镜、电子显微镜、共聚焦显微镜、原子力显微镜、球径计、口径(例如，游标卡尺)、正透镜、干涉计或激光(例如，追踪器)测量。
三维结构的每一层可由本文所公开的单一材料或多种材料制成。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物体可包括停留于3D物体的表面上的点X和为距离X最近的辅助支承件或辅助支承件标志的Y。在一些实施例中，X与Y以辅助特征件间隔距离间隔开。最短直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角可具有锐角á的值。当最短直线XY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，X与Y以至少约10.5毫米或更多间隔开。在一些实施例中，X与Y以至少约40.5毫米或更多间隔开。
3D物体可包括分层结构的分层平面N。3D物体可包括停留于3D物体的表面上的点X和Y，其中X与Y以至少约10.5毫米或更多间隔开。在一些实施例中，B与C以辅助特征件间隔距离间隔开。以X为中心的半径XY的球体缺乏指示一个或多个辅助支承特征件的存在或移除的一个或多个辅助支承件或一个或多个辅助支承件标志。在一些实施例中，Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开。直线XY与垂直于N的方向之间的锐角可为从约45度到约90度。直线XY与垂直于分层平面的方向之间的锐角可具有锐角á的值。当最短直线XY与垂直于N的方向之间的角度大于90度时，人员可考虑互补的锐角。层结构可包括用于本文中所描述的3D打印的任何材料。三维结构的每一层可由单个材料或多种材料制成。有时候，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。
直线XY或具有基本长度尺度(例如，半径)XY的表面可基本平坦。举例来说，基本平坦表面可具有大的曲率半径。直线XY或具有半径(或基本长度尺度)XY的表面可具有等于表面曲率半径的值的曲率半径。直线XY的曲率半径可与直线XY的长度正交。直线XY的曲率可为沿直线XY的长度的曲率。
一个或多个传感器(至少一个传感器)可监测粉末床中的粉末的量。至少一个传感器可以可操作方式耦接到控制系统(例如，计算机控制系统)。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、密度传感器或近距离传感器。传感器可包含温度传感器、重量传感器、粉末水平传感器、气体传感器或湿度传感器。气体传感器可感测本文所描绘的气体中的任何者。温度传感器可包括辐射热计、双金属片、热量计、排气温度计、火焰检测、戈登计(Gardon gauge)、戈莱盒(Golay cell)、热流传感器、红外温度计、微侧热辐射计、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、特殊传感器微波/成像器、温度计、热敏电阻、热电偶、体温计或高温计。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。粉末床的重量可由粉末中或与粉末相邻的一个或多个重量传感器监测。举例来说，粉末床中的重量传感器可在粉末床的底部。重量传感器可在外壳的底部与基板之间。重量传感器可在外壳的底部与底座之间。重量传感器可在外壳的底部与粉末床之间。重量传感器可包括压力传感器。重量传感器可包括弹簧秤、液压秤、气动秤或天平。压力传感器的至少一部分可暴露于粉末床的底表面。在一些情况下，重量传感器可包括按钮测力传感器。按钮测力传感器可感测来自与测力传感器相邻的粉末的压力。在另一实例中，一个或多个传感器(例如，光学传感器或光学水平传感器)可经提供与粉末床相邻，例如，在粉末床上方、下方或侧面。在一些实例中，一个或多个传感器可感测粉末水平。在一些情况下，粉末水平传感器可监测平整机构(例如，平整装置)之前的粉末水平。当粉末水平传感器检测到粉末水平低于预定阈值时，粉末水平传感器可与配置成分配粉末的粉末分配系统(本文中也称作粉末分配构件、粉末分配机构或层分配机构)连通。替代地或另外，传感器可配置成通过监测含有粉末床的结构的重量来监测粉末床的重量。一个或多个位置传感器(例如，高度传感器)可相对于基板测量粉末床的高度。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源(例如，激光或电子束)与粉末表面之间的距离。一个或多个传感器可连接到控制系统(例如，处理器、计算机)。
系统可包括第一(例如，图1，106)和第二(例如，图1，107)能量源。在一些情况下，系统可包括三个、四个、五个、或更多个能量源。系统可包括能量源阵列。在一些情况下，系统可包括第三能量源。第三能量源可在3D物体的形成期间加热任何点处的3D物体的至少一部分。替代地或另外，粉末床可由包括灯、加热条或散热器(例如，板式散热器)的加热构件加热。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输将能量递送到受限区域。能量束可包含辐射，所述辐射包括电磁、带电粒子或不带电粒子束。能量束可包括辐射，所述辐射包括电磁、电子、正电子、质子、等离子或离子辐射。电磁波束可包括微波、红外、紫外或可见辐射。举例来说，能量束可包含(例如)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。电磁波束可包括激光束。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。在实例中，激光可提供峰值波长为至少约100纳米(nm)、500nm、1000nm、1010nm、1020nm、1030nm、1040nm、1050nm、1060nm、1070nm、1080nm、1090nm、1100nm、1200nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm或2000nm的光能。在实例中，激光可提供峰值波长为最多约2000nm、1900nm、1800nm、1700nm、1600nm、1500nm、1200nm、1100nm、1090nm、1080nm、1070nm、1060nm、1050nm、1040nm、1030nm、1020nm、1010nm、1000nm、500nm或100nm的光能。激光可提供峰值波长在上述峰值波长值中的任何者之间的光能。举例来说，激光可提供峰值波长从约100nm到约2000nm、从约500nm到约1500nm或从约1000nm到约1100nm的光能。来自第一及/或第二能量源的能量束可入射于或指向粉末床(例如，101)的顶表面。能量束可在特定时间段内入射于粉末床的特定区域上。粉末床中的粉末材料可吸收来自能量束的能量，且结果是，粉末材料的局部区域的温度可升高。能量束可为可移除的，使得其可相对于粉末床的顶(即，暴露)表面平移。在一些例子中，能量源可为可移动的，使得其可相对于粉末床的顶表面平移。第一及可选第二能量束及/或来源可经由检流计扫描仪、多边形机械台或其任何组合而移动。第一能量源及/或束可随第一扫描仪(例如，图1，108)移动。可选第二能量源及/或束可随第二扫描仪(例如，图1，109)移动。第一能量源及可选第二能量源及/或束可与彼此独立地平移。在一些情况下，第一及可选第二能量源及/或束可以不同的速率平移，使得第一或第二能量源及/或束的移动比可选第二或第一能量源的移动更快。
能量(例如，热量)可从粉末传输到冷却构件(例如，散热片图1，110)。冷却构件可促进能量传输离开粉末层的至少一部分。在一些情况下，冷却构件可为导热的板。冷却构件可包括清洁机构(例如，清洁装置)，所述清洁机构移除粉末及/或处理来自冷却构件的表面的残屑以保持有效冷却。残屑可包括泥土、灰尘、粉末(例如，从加热、熔化、蒸发及/或其它处理转换产生的)或未形成3D物体的一部分的硬化材料。在一些情况下，清洁机构可包括在散热片在与底座相邻的方向上移动时旋转的固定旋转条、辊、刷子、耙子、抹刀或刀片。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，清洁机构在冷却机构在并非横向的方向上移动时旋转。在一些情况下，清洁机构在冷却构件不移动的情况下旋转。在一些情况下，冷却构件包括涂布有防止粉末及/或残屑粘附于至少一个表面的层(防粘层)的至少一个表面。
一个或多个温度传感器可感测冷却构件的温度。温度传感器可包括热电偶、热敏电阻、高温计、温度计(例如，电阻温度计)或硅带隙温度传感器。冷却构件可包括两个或多于两个导热的板。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)可包括有效地导热的材料。有效热导率可为至少约20瓦特每米乘以凯氏度数(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。有效热导率可为上述值之间的任何值。举例来说，有效热导率可为从约400W/mK到约1000W/mK或从约20W/mK到约500W/mK。散热片可包括元素金属或金属合金。散热片可包括元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳的同素异形体或聚合物。散热片可包括石头、沸石、粘土或玻璃。散热片(例如，110))可放置于粉末床(例如，101)的顶表面上方。散热片可放置于粉末床下方或粉末床的表面的侧面。在一些情况下，散热片可接触粉末床的表面。散热片可刚好接触粉末床的表面。散热片可将压缩力施加到粉末床的暴露表面。在一些情况下，散热片可延伸穿过粉末床的顶表面的边缘。在一些情况下，散热片可延伸出粉末床的顶表面的边缘。在一些情况下，散热片可延伸到粉末床的顶表面的边缘。散热片可促进来自粉末层的至少一部分的能量的传输而基本上不改变粉末层中粉末材料的最初配置。在一些情况下，粉末层可包括完全或部分形成的3D物体。散热片可促进来自粉末层的至少一部分的能量的传输而基本上不通过本文所公开的位置变更值中的任何者来改变所打印3D物体(或其部分)的位置。
冷却构件可为能够加热、冷却或维持粉末床或在粉末床中形成的3D物体的温度的热传输构件。在一些实例中，热传输构件为能够将能量传输出粉末床的冷却构件。热传输构件可能够将能量传输到粉末床。
热量可通过热传输机构(例如，传导、自然对流、强制对流及辐射)中的任一者或组合从粉末床传输到散热片。散热片可为固体、液体或半固体。在一些实例中，散热片为固体。散热片可包括气体。另外，散热片可包括一个或多个开口(例如，图2，205)。开口可以一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，粉末移除开口(例如，吸嘴)可与开口相邻。在实例中，散热片可为板。散热片的实例展示于图2中。在图2中所展示的实例中，散热片201距离粉末床202的表面有构成间隙的距离d。间隙可为可调整的或固定的。散热片可由控制系统(例如，处理器)控制。间隙可基于适合于转换粉末床或其部分的每单位面积熔化能量由控制系统调整。间隙层(例如，203)可提供于散热片与粉末床的表面之间。散热片可通过气体层热耦合到粉末床。气体层可包括周围气体(例如，空气)、氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳、二氧化碳或氧气。在一些情况下，可选择气体层以实现在粉末床的顶表面与散热片之间的所要热传输性质。距离传感器可测量气隙的距离。距离传感器可包括光学传感器、电容传感器或光学传感器和电容传感器两者。在实例中，可选择具有高导热率的气体。气隙可为散热片与粉末床的暴露表面之间的环境。间隙的大小可为可控制的。在一些情况下，旋转气流可在间隙中产生。气流可增加或引起粉末床与散热片之间的对流热传输。在一些情况下，气流可由具有沿散热片存在的周期性楔形的散热片的移动驱动以将气流引向粉末床。楔形可沿散热片的表面以从约1μm到约100mm或从约10μm到约10mm的间隔距离周期性地间隔开。替代地或另外，对流气流可通过将气流压入间隙在气隙中产生。气流可由嵌入散热片中(例如，散热片的表面中)的第一喷嘴阵列或矩阵压入。喷嘴可指向粉末床的表面且可允许气体流入间隙中(例如，经由压缩气体的释放)。第二喷嘴阵列或矩阵可移除由第一喷嘴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，散热片可包括热交换器(例如，204)。热交换器(例如，恒温器)可配置成将散热片的温度维持于恒定目标温度。在一些情况下，目标温度可高于、低于或基本上等于环境温度。热交换器可通过嵌于散热片中的管道系统(例如，管道或线圈)使冷却流体循环。冷却流体可配置成通过热传输机构(例如，传导、自然对流、强制对流及辐射)中的任一者或组合吸收来自散热片的热量。冷却流体可为水、油或制冷剂(例如，R34a)。在一些实例中，冷却构件不嵌于粉末床内(例如，以管道形式)。
冷却构件可通过机械接触冷却粉末的表面。冷却构件可接触粉末床的表面达最多约1秒(s)、5s、10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s、240s、250s、260s、270s、280s、290s、300s、10分钟、15分钟、30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时、1天或更短。冷却系统可接触粉末床的表面达至少约1秒(s)、5s、10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s、240s、250s、260s、270s、280s、290s、300s、10分钟、15分钟、30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时、1天或更长。冷却构件可接触粉末床的表面达上述时间段中的任何者之间的时间。举例来说，冷却构件可接触粉末床的表面达从约1s到约15min、从约1s到约10min、从约1s到约5min、从约1s到约1min或从约1s到约30s的时间段。冷却构件可为沿平面维度接触粉末床的表面的板。在一些情况下，冷却构件可为沿粉末的表面卷动的一个或多个圆筒。替代地，冷却构件可为沿粉末的表面运行的皮带。冷却构件可包括钉、脊或配置成以穿入粉末中以增强冷却表面积及深度的其它突起特征件。突起特征件可为可弯曲的(例如，软的)或不可弯曲的(例如，坚硬的)。
在一些例子中，冷却构件不停留于粉末材料内。在其它实例中，冷却构件可停留于粉末材料内。冷却构件可为导管或管道。
在一些例子中，冷却构件不是板。冷却构件可为经冷却的粉末层。经冷却粉末层可充当散热片。经冷却粉末层可与提供及/或移动与底座及/或另一粉末层相邻的粉末材料的耙构件集成。耙构件可提供与第一粉末层相邻的具有至少约0.5mm、1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm的厚度的经冷却粉末层。耙构件可提供与第一粉末层相邻的具有最多约0.5mm、1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm的厚度的经冷却粉末层。来自第一粉末层的热量(例如，热能)可由从第一粉末层到经冷却粉末层的传输而移除。经冷却粉末层可在最多约-40℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃或500℃的温度下提供。经冷却粉末层可在至少约-40℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃或500℃的温度下提供。经冷却粉末层可在上文所列温度值之间的温度下提供。在热传输发生之后，经冷却粉末层中的大部分可经移除，使得剩余层具有最多约500μm、250μm、100μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、5μm、1μm或0.5μm的厚度。剩余冷却粉末可暴露于第一及可选第二(或额外)能量源中的一者或两者以形成3D物体的至少一部分。
图9描绘可用于使用3D打印过程产生3D物体的系统的另一实例。图9中所展示的系统900可与图1中所展示的系统类似。图9中所展示的系统900可包括包含于图1中所展示的系统中的组件中的至少一些。图9中所展示的系统900可包括未包含于图1中的额外组件。
系统900可包含外壳(例如，腔室901)。系统900中的组件的至少一部分可包围于腔室901中。腔室901的至少一部分可填充有气体以产生气态环境。气体可为惰性气体(例如，氩气、氖气或氦气)。腔室可填充有另一气体或气体混合物。气体可为非反应性气体(例如，惰性气体)。气态环境可包括氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳或二氧化碳。腔室中的压力可为至少约10-7托、10-6托、10-5托、10-4托、10-3托、10-2托、10-1托、1托、10托、100托、1巴、2巴、3巴、4巴、5巴、10巴、20巴、30巴、40巴、50巴、100巴、200巴、300巴、400巴、500巴、1000巴或更大。腔室中的压力可为至少100托、200托、300托、400托、500托、600托、700托、720托、740托、750托、760托、900托、1000托、1100托、1200托。腔室中的压力可为最多10-7托、10-6托、10-5托或10-4托、10-3托、10-2托、10-1托、1托、10托、100托、200托、300托、400托、500托、600托、700托、720托、740托、750托、760托、900托、1000托、1100托或1200托。腔室中的压力可在上述压力值中的任何者之间的范围中。举例来说，压力可为从约10-7托到约1200托、从约10-7托到约1托、从约1托到约1200托或从约10-2托到约10托。在一些情况下，腔室中的压力可为标准大气压力。在一些实例中，腔室901可处于真空压力下。
腔室可包括两个或多于两个气态层。气态层可由分子量或密度隔开，使得具有第一分子量或密度的第一气体位于腔室的第一区域(例如，903)，且具有比第一分子量或密度小的第二分子量或密度位于腔室的第二区域(例如，902)中。气态层可由温度隔开。第一气体可相对于第二气体在腔室在更低区域中。第二气体及第一气体可在相邻位置中。第二气体可在第一气体的顶部、之上及/或上方。在一些情况下，第一气体可为氩气且第二气体可为氦气。第一气体的分子量或密度可比第二气体的分子量或密度大至少约1.5*、2*、3*、4*、5*、10*、15*、20*、25*、30*、35*、40*、50*、55*、60*、70*、75*、80*、90*、100*、200*、300*、400*或500*。此处“*”指定数学运算“乘以”。第一气体的分子量比空气的分子量更高。第一气体的分子量或密度可比氧气(例如，O2)的分子量或密度更高。第一气体的分子量或密度可比氮气(例如，N2)的分子量或密度更高。有时，第一气体的分子量或密度可比氧气或氮气的分子量或密度更低。
具有相对较高分子量或密度的第一气体可充满存储有粉末的至少一部分系统的区域(例如，903)。具有相对较低分子量或密度的第二气体可充满在其中形成3D物体的系统的区域(例如，902)。在其中形成3D物体的区域可包括以预定模式接收能量以形成3D物体的至少一部分的粉末层；粉末层可支承于基板(例如，904)上。基板可具有圆形、矩形、正方形或不规则形状的横截面。基板可包括安置于基板上方的底座。基板可包括安置于基板与粉末层(或由粉末层占据的空间)之间的底座。在其中形成3D物体的区域可进一步包括配置成沿粉末层移动及/或平整粉末材料的平整机构(例如，辊、刷子、耙子、抹刀或刀片)。平整机构可包括圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形或任何其它多边形或不规则形状或其形状的组合的垂直截面(例如，侧截面)。平整机构可包括无定形形状的的垂直截面(例如，侧截面)。平整机构可包括一个或多个刀片。在一些实例中，平整机构包括具有两个镜面的刀片或经附接以形成两个镜刀片的两个刀片。当平整机构在一侧及相对侧中行进时，此类镜面布置可确保类似的动作。热控制单元(例如，如散热片或冷却板等的冷却构件、加热板或恒温器)可提供于在其中形成3D物体的区域内或与在其中形成3D物体的区域相邻。热控制单元可提供于在其中形成3D物体的区域外(例如，以预定距离)。在一些情况下，热控制单元可形成在其中形成3D物体的边界区域的至少一个部分(例如，容纳粉末床的容器)。
可最小化腔室中的氧气的浓度。腔室中的氧气或湿度的浓度可维持于预定阈值以下。举例来说，腔室的气体成分可含有最多约十亿分之(ppb)100、10ppb、1ppb、0.1ppb、0.01ppb、0.001ppb、百万分之(ppm)100、10ppm、1ppm、0.1ppm、0.01ppm或0.001ppm的氧气或湿度水平。腔室的气体成分可含有在上述值中的任何者之间的氧气或湿度水平。举例来说，腔室的气体成分可含有从约100ppb到约0.001ppm、从约1ppb到约0.01ppm或从约1ppm到约0.1ppm的氧气或湿度水平。在一些情况下，腔室可在3D物体的形成完成之后打开。当腔室打开时，含有氧气及/或湿度的环境空气可进入腔室。可通过(例如)在腔室打开时流动惰性气体(例如，防止环境空气进入)或通过流动停留于粉末床的表面上的重气体(例如，氩气)而减少腔室内的一个或多个组件在空气中的暴露。在一些情况下，当腔室打开时，吸收其表面上的氧气及/或水分的组件可经密封。
腔室可经配置使得腔室内的气体具有从腔室到腔室外的环境的相对低的泄漏速率。在一些情况下，泄漏速率可为最多约100毫托/分钟(mTorr/min)、50mTorr/min、25mTorr/min、15mTorr/min、10mTorr/min、5mTorr/min、1mTorr/min、0.5mTorr/min、0.1mTorr/min、0.05mTorr/min、0.01mTorr/min、0.005mTorr/min、0.001mTorr/min、0.0005mTorr/min或0.0001mTorr/min。泄漏速率可在上述泄漏速率(例如，从约0.0001mTorr/min到约100mTorr/min、从约1mTorr/min到约100mTorr/min或从约1mTorr/min到约100mTorr/min)中的任何者之间。可密封腔室(例如，901)，使得气体从腔室内到腔室外的环境的泄漏速率低。密封件可包括O型环、橡胶密封件、金属密封件、真空装夹或活塞上波纹管。在一些情况下，腔室可具有配置成检测(力图，使用传感器)超过特定泄漏速率的泄漏的控制器。传感器可耦接到控制器。在一些例子中，控制器能够通过在给定时间间隔内检测腔室内侧的压力的减小而识别泄漏。
粉末可分配到基板(例如，904)上从而从粉末材料形成3D物体。粉末可从粉末分配机构(例如，905，例如粉末分配器)分配。粉末分配机构可与粉末床相邻。粉末分配机构可跨越粉末床的整个宽度、粉末床的整个长度或粉末床的部分。粉末分配机构可包括粉末递送组件的阵列(例如，粉末分配器的阵列)。粉末递送组件的阵列可均匀地或不均匀地间隔开。粉末分配组件的阵列可间隔开最多0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。粉末递送组件的阵列可间隔开至少0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。粉末递送组件(例如，构件)可以平整构件的上述距离中的任何者之间(例如，从约0.1mm到约5mm、从约0.1mm到约2mm、从约1.5mm到约5mm)间隔开。平整机构可经耦接到粉末分配机构或可为粉末分配机构的一部分。平整机构可压紧粉末材料层内的粉末。在一些例子中，平整机构基本上不压紧粉末材料层中的粉末。
图13A至D示意性地描绘用于分配粉末材料的各种机构的垂直侧截面。图13A描绘位于表面1310上方在方向1306上移动的粉末分配器1303.图13B描绘定位于表面1317上方在方向1314上移动的粉末分配器1311。图13C描绘定位于表面1325上方在方向1321上移动的粉末分配器1318。图13D描绘定位于表面1333上方在方向1329上移动的粉末分配器1326。
粉末分配机构可耦接到粉末移除机构(例如，粉末移除构件)或为粉末移除机构的一部分。粉末移除构件在本文中可指代粉末移除系统。举例来说，图25C展示与粉末移除系统(例如，2531)集成的粉末分配机构。在那个系统(即，机构)中，粉末递送组件(例如，2533)间隔开，且与粉末移除机构组件(例如，2532)集成。组件的集成可形成图案，或可分成两个组，每一组含有一种类型的组件或可随机定位。一个或多个粉末出口端口及一个或多个真空进口端口可以一模式(例如，顺序地)、聚集在一起或随机布置。一个或多个粉末出口端口及一个或多个真空进口端口顺序地、同时地、一起或与彼此分开操作。
粉末分配机构可与粉末移除系统及粉末平整系统两者集成。图24展示三个系统的集成的实例。当系统沿粉末床2409上方的方向2401移动时，粉末分配机构2406沉积粉末材料2407。那个递送系统耦接到(例如，通过2403)包含平整组件2408(例如，刀)且平整经沉积粉末材料2411的粉末平整系统2405。粉末平整系统耦接到(例如，通过2402)在不接触经平整粉末层2411的情况下移除经沉积及经平整粉末材料的粉末移除系统2404。如图24，2421中所例示，移除可利用负压力(例如，真空)。
图25A至25C示意性地描绘用于移除粉末材料的各种机构的仰视图。图25A示意性地描绘具有粉末入口开口端口2512的粉末移除构件2511。图25B示意性地描绘具有多个粉末入口开口端口(例如，2522)的集合管(例如，2523)的粉末移除构件2521。图25C示意性地描绘具有粉末入口开口端口(例如，2532)及粉末出口开口端口(例如，2533)的集成粉末分配-移除构件2531。
粉末移除系统可定向于基板(例如，基板、底座或粉末床)的侧面的上方、下方及/或朝向其侧面定向。粉末移除系统可以轴线旋转。旋转轴可垂直于粉末进入粉末移除系统的方向。在一些实例中，粉末移除系统可并非可旋转的。粉末移除系统可水平地、垂直地或以一角度平移。粉末移除系统可包括粉末入口开口及粉末出口开口端口。粉末入口及粉末出口可为同一开口。粉末入口及粉末出口可为不同的开口。粉末入口及粉末出口可以在空间上分离。空间分离可在粉末移除系统的外表面上。粉末入口及粉末出口可以相连。粉末入口及粉末出口可在粉末移除系统内相连。连接可为粉末移除系统内的内部空腔。举例来说，图24示意性地展示具有粉末借以进入的喷嘴2413开口的粉末移除系统2404。喷嘴可包括单个开口或许多开口。许多开口可聚集(例如，在喷嘴中)。图24示意性地描绘具有三个开口2415、2417及2419的喷嘴。许多开口可经垂直平整(例如，对准)。在一些例子中，多个开口内的至少一个开口可垂直地错位。在一些实例中，没有开口停留于同一垂直水平。图24例示各自停留于不同垂直水平(例如，2416、2418及2420)的三个开口。
粉末材料可通过内部空腔从粉末入口行进到粉末出口。举例来说，图24展示进入开口2415、2417及2419并通过内部空腔2424行进到出口2423的粉末材料。在一些情况下，粉末材料可从位于粉末床上方的顶部粉末移除系统分配。顶部移除系统可在预定时间、速率、位置、移除方案或其任何组合下将来自粉末床的粉末从粉末床上方的位置移除。在一些实例中，粉末移除系统接触粉末床(例如，粉末床的暴露表面)。在一些实例中，粉末移除系统不接触粉末床(例如，粉末床的暴露表面)。粉末移除系统可以一间隙与粉末床的顶表面(例如，粉末床的暴露表面)分离。间隙可为可调整的。与粉末床的暴露表面的间隙的垂直距离可为至少约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。与粉末床的暴露表面的间隙的垂直距离可为最多约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。与粉末床的暴露表面的间隙的垂直距离可为上述值之间(例如，从约0.5mm到约100mm、从约0.5mm到约60mm或从约40mm到约100mm)的任何值。顶部粉末移除系统可具有至少一个开口。开口的大小、开口的形状、开口的定时及持续时间可由控制器控制。顶部分配粉末分配器可从比粉末床的顶表面的表面更高的高度移除粉末。粉末分配机构可从粉末床的至少一部分移除粉末。粉末移除系统可包括使得粉末材料从粉末床朝向粉末移除系统的内部行进的力。粉末移除系统可包括负压力(例如，真空)、静电力、电力、磁力或物理力。粉末移除系统可包括使得粉末离开粉末床并行进到粉末移除压力的开口中的负压力(例如，气体)。气体可包括本文中公开的任何气体。气体可帮助粉末床中剩余的粉末材料流体化。经移除粉末材料可通过粉末分配系统再循环并再应用到粉末床中。粉末可通过粉末移除系统的操作而连续地循环。在每一材料层已沉积(例如，及平整)之后，可再循环粉末。在若干材料层已沉积(例如，及平整)之后，可再循环粉末。在每一3D物体已经打印之后可再循环粉末。
本文中所描述的粉末移除系统中的任一者可包括粉末储存器及/或经配置以将粉末从储存器递送到粉末分配系统的机构。储存器中的粉末可经处理。处理可包含加热、冷却、保持预定温度、过筛、过滤或流体化(例如，使用气体)。平整机构(例如，图11，1103；图12A至F，1202、1207、1212、1217、1222或1227；或图15，1503；例如耙子、辊、刷子、抹刀或刀片)可与粉末分配器同步。
粉末移除机构可具有开口，粉末通过所述开口从粉末床(例如，图23，2312)的顶表面进入抽吸装置。粉末借以进入抽吸装置(例如，图23，2305)的入口腔室可具有任何形状。入口腔室可为管道(例如，柔性或刚性的)。入口腔室可为漏斗。入口腔室可具有矩形横截面或圆锥形横截面。入口腔室可具有无定形形状。粉末移除机构(例如，抽吸装置)可包含一个或多个抽吸喷嘴。抽吸喷嘴可包括本文中所描述的喷嘴中的任何者。喷嘴可包括如本文中所描述的单个开口或许多开口。开口可经垂直平整或不平整。开口可经垂直对准或错位。在一些实例中，许多开口中的至少两个可错位。许多抽吸喷嘴可在相对于基板(例如，图23，2311)的相同高度下或不同的高度(例如，垂直高度)下对准。不同高度的喷嘴可形成图案或可随机定位于抽吸装置中。喷嘴可具有一种类型或具有不同的类型。粉末移除机构(例如，抽吸装置)可包括弯曲表面，例如，与喷嘴侧面相邻。通过喷嘴的粉末材料可在弯曲表面处收集。喷嘴可包括圆锥体。圆锥体可为收敛锥或扩张锥。粉末移除机构(例如，抽吸装置)可包括粉末储存器。进入粉末移除机构的粉末有时可进入粉末移除机构储存器。可在已平整每一粉末层之后、在其装满时、在生成周期结束时或一时兴起时排空储存器。储存器可在粉末移除机构的操作期间连续地排空。图23，2307展示抽吸装置内的粉末储存器的实例。有时，粉末移除机构不具有储存器。有时，粉末移除机构构成通向外部储存器的粉末移除(例如，抽吸)通道。粉末移除机构可包括内部储存器。
粉末移除机构可相对于移动方向在平整构件(例如，辊)前面横向行进。粉末移除机构可相对于移动方向在平整构件后面横向行进。粉末移除机构可以是平整构件的一部分。粉末移除机构可以是平整构件。粉末移除机构可以连接到平整构件(例如，辊)。粉末移除机构可与平整构件分离。粉末移除机构可包括粉末入口(例如，抽吸装置或喷嘴)阵列。粉末入口阵列(例如，喷嘴、粉末开口或开口集合)可均匀地或不均匀地间隔开。粉末入口阵列可间隔开最多约0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。粉末入口阵列可间隔开至少约0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。粉末入口阵列可间隔开平整构件的上述间距中的任何者之间(例如，从约0.1mm到约5mm、从约0.1mm到约2mm、从约1.5mm到约5mm)。
控制器可以控制粉末移除系统。控制器可以控制粉末移除系统的横向移动的速度(速率)。控制器可以控制粉末移除系统中的压力水平(例如，真空或正压)。压力水平(例如，真空或正压)可以是恒定的或变化的。可以手动地或通过控制器开启或关闭压力水平。压力水平可小于约1大气压(760托)。压力水平可为本文中公开的任何压力水平。控制器可以控制粉末移除系统施加或其内驻留的力的量。举例来说，控制器可以控制由粉末移除系统施加的磁力、电力、静电力或物理力的量。控制器可以控制是否施加及何时施加上述力。
粉末分配机构可定向为粉末床(或其容器)的上方、下方，及/或面向粉末床。粉末分配机构可以轴线旋转。旋转轴可垂直于粉末离开粉末分配机构的方向。在一些实例中，粉末分配机构可不为可旋转的。粉末分配机构可水平地、垂直地或以一角度平移。粉末分配机构的旋转轴可以垂直或平行于平移方向。粉末分配机构可包括粉末入口开口和粉末出口开口端口。粉末入口和粉末出口可以是同一开口。粉末入口和粉末出口可以是不同开口。粉末入口和粉末出口可以在空间上分离。空间分离可以在粉末分配机构的外表面上。粉末入口和粉末出口可以相连。粉末入口和粉末出口可以在粉末分配机构内相连。连接可为粉末分配机构内的内部空腔。粉末材料可穿过内部空腔从粉末入口行进到粉末出口。在一些情况下，粉末材料可以从位于基板上方的顶部分配粉末分配器分配。顶部分配粉末分配器可以在预定时间、速率、位置、分配方案或其任何组合下从基板上方的位置将粉末释放到基板上。顶部分配粉末分配器可具有至少一个开口。开口的大小、开口的形状、开口的定时及持续时间可由控制器控制。顶部分配粉末分配器可以从比基板的表面更高的高度将粉末释放到基板上。粉末分配机构可以将粉末分配到基板904的至少一部分上。粉末分配机构可包括气体可穿过的开口。气体可包括本文中公开的任何气体。气体可以辅助停留于粉末分配器储存器中或从粉末分配机构分配的粉末材料流体化。
粉末分配机构可包括气体流动穿过的腔室。粉末分配机构腔室可包括单个隔室或多个隔室。多个隔室可具有相同或不同的垂直截面、水平截面、表面积或体积。隔室的壁可包括相同或不同的材料。多个隔室可以相连，使得气体可以从一个隔室行进(流动)到另一隔室(本文中称为“流动地连接”)。多个隔室可以相连，使得由气体带走的粉末材料(例如，机载粉末材料)可以从一个隔室行进(流动)到另一隔室。图27C展示具有各种垂直截面(2738、2739、和2740)的三个隔室的粉末分配机构的实例，所述三个隔室如粉末分配机构的内部空腔内的气流2733所说明流动地连接。粉末分配机构腔室可包括气体入口、气体出口、粉末入口和粉末出口。在一些实例中，粉末分配机构腔室可包括两个粉末出口。气体入口和粉末材料入口可以是相同或不同的入口。气体出口和粉末材料出口可以是相同或不同的入口。在此将面对基板、底座、或粉末床的暴露表面的部分指定为底部。在此将背对基板、底座、或粉末床的暴露表面的部分指定为顶部。在此将与顶部或底部不同的部分指定为侧部。在一些实例中，粉末出口面对基板、底座、或粉末床的暴露表面。在一些实例中，粉末出口位于粉末分配系统的底部。底部出口可包括网格、狭缝、孔、倾斜挡板、木瓦、斜坡、倾斜平面或其任何组合。举例来说，图27A展示在粉末分配机构的底部的网格2715的实例；图27B展示网格2725与倾斜挡板(例如，2726)的组合的实例；及图27C展示在粉末分配机构的底部的倾斜挡板(例如，2736)的实例。网格可以具有本文中公开的任何网格值。在一些实例中，网格可包括至少约5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm的孔大小。网格可包括最多约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm的孔大小。网格可包括在本文中公开的孔大小中的任何者之间的孔大小。举例来说，网格可包括从约5μm到约1000μm、从约5μm到约500μm、从约400μm到约1000μm，或从约200μm到约800μm的孔大小。
其中置有底部开口的腔室可关于进入的气体对称(例如，图27A)，或不对称(例如，图27D)。气体流动的方向可与粉末分配系统的横向移动的方向一致、不一致或与其相反地流动。举例来说，图27A示意性地展示气流的方向2713与粉末分配系统的横向移动的方向2712一致的粉末分配机构。粉末可经布置远离底部开口。粉末可由储存器供应。可从粉末分配腔室的顶部、底部或侧面供应粉末。举例来说，图27A展示从粉末分配器腔室的底部递送粉末的粉末储存器2719。粉末可由升降机构升高。升降机构可包括传送机或升降机。升降机构可包括机械起重机。升降机构可包括自动扶梯、升降机、传送机、起重机、连杆、活塞、螺旋螺杆或阿基米德螺杆。升降机构可包括由气体(例如压缩气体)、引力、电力、热力(例如，蒸汽)或重力(例如，重量)辅助的运输系统。传送机可为粗糙的；传送机可包括凸缘、突出或凹陷。突出或凹陷可截留待传送到腔室内部的粉末材料，在所述腔室内部中气体从一侧流动到另一侧。图27B展示从粉末分配器腔室的顶部递送粉末的粉末储存器2729。粉末递送可包含本文中描述的任何其它顶部粉末递送方法。
气体可以一速度在粉末分配机构腔室内行进。速度可以变化。速度可为可变的或恒定的。速度可为至少约0.001马赫、0.03马赫、0.005马赫、0.07马赫、0.01马赫、0.03马赫、0.05马赫、0.07马赫、0.1马赫、0.3马赫、0.5马赫、0.7马赫或1马赫。速度可以变化。速度可为可变的或恒定的。速度可为最多约0.001马赫、0.03马赫、0.005马赫、0.07马赫、0.01马赫、0.03马赫、0.05马赫、0.07马赫、0.1马赫、0.3马赫、0.5马赫、0.7马赫或1马赫。速度可在上述速度值中的任何者之间。举例来说，速度可从约0.01马赫到约0.7马赫、从约0.005马赫到约0.01马赫、从约0.05马赫到约0.9马赫、从约0.007马赫到约0.5马赫或从约0.001马赫到约1马赫。本文中所使用的马赫是指表示经过边界的流动速度与局部音速的比率的马赫数。
本文中描述的粉末分配机构中的任一者(例如，图9，905；图13C，1319；或图15，1508)可包括粉末储存器和经配置以将粉末从储存器递送到粉末床的机构。储存器中的粉末可经预热，冷却，处于环境温度或维持预定温度。平整机构(例如，图11，1103；图12A至12F，1202、1207、1212、1217、1222或1227；或图15，1503；如耙子、辊、刷子、抹刀或刀片)可与粉末分配器同步。
控制器可以控制粉末分配机构。控制器可以控制粉末分配机构的横向移动的速度(速率)。当适用时，控制器可以控制粉末分配系统中的气流速度。控制器可以控制在粉末分配系统内行进的气体的类型。控制器可以控制由粉末分配系统释放的粉末材料的量。控制器可以控制粉末沉积于粉末床中的位置。控制器可以控制粉末床中的粉末沉积的半径。控制器可以控制粉末床中的粉末沉积的速率。控制器可以控制粉末分配系统的垂直高度。控制器可以控制粉末分配系统的底部与粉末床的顶表面之间的间隙。控制器可以控制粉末分配系统的开口与包含于粉末分配系统中的倾斜平面之间的间隙。控制器可以控制倾斜平面的角度(è)。控制器可以控制为粉末分配系统的部分的振动器(例如，图28，2836)的振动速率。举例来说，控制器可以控制粉末分配系统内的粉末储存器中的粉末的振动速率。
层分配机构可分配粉末材料，平整、分布、扩散和/或移除粉末床中的粉末。平整机构可以平整、分布和/或扩散粉末床中的粉末。平整机构可以降低粉末层沉积的高度(例如，在粉末床的顶部上或在容纳粉末床的容器内)。平整机构可以重新定位、切割、剪切或刮除粉末层的顶部。在一些实例中，平整机构可以移除(例如，排出)粉末材料。在一些实例中，可通过连接到粉末平整机构的分离机构(例如，粉末移除机构)来执行粉末材料的移除。举例来说，图15展示将高度水平从高度1517降低到更小高度1516的平整机构1503。平整可以在粉末分配器分配粉末时，或在粉末分配器分配粉末之后进行。平整可以与粉末分配机构同步。平整操作可与粉末分配操作分开。平整操作可与粉末分配操作集成。平整机构可经加热或冷却。平整机构的组件中的至少一些可经加热或冷却。平整机构可包括气体可穿过的开口。气体可为本文中公开的任何气体。气体可辅助粉末材料流体化。在一些实施例中，平整构件(例如，平整机构)使得粉末能够基本上均匀地分布在粉末床上。平整构件可为可交换的、可移除的、不可移除的或不可交换的。平整构件可包括可交换部件。平整构件可将粉末分布在粉末床上。平整构件可为粉末分配机构(例如，粉末分配器)的一部分。耙子(例如，图11，1103)是平整构件的实例。平整构件可在床上提供粉末均匀性，使得彼此分离至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的床的各部分具有最多约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；最多约10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的高度偏差；或上述高度偏差值之间的任何值。举例来说，平整构件可在床上提供粉末均匀性，使得彼此分离约1mm到约10mm的距离的床的各部分具有约10mm到约10μm的高度偏差。与由粉末床的顶部产生的平均面(例如，水平面)相比，平整构件可实现至少一个平面(例如，水平面)中的平面均匀性上最多约20％、10％、5％、2％、1％或0.5％的偏差。
图12A至12F示意性地描绘用于扩散和/或平整粉末材料的各种机构的垂直侧截面。图12A示意性地描绘在方向1205上移动的位于基本上垂直于表面1203的刀1207。图12B示意性地描绘在方向1210上移动的位于基本上平行于表面1208的刀1207。图12C示意性地描绘在方向1215上移动的位于基本上平行于表面1213的刀1212。图12D示意性地描绘位于在方向1220上移动的喷洒器1217。图12E示意性地描绘在方向1225上移动的位于基本上平行于表面1223的辊1222。图12F示意性地描绘在方向1230上移动的位于基本上平行于表面1228的辊1227。
图14A至14D示意性地描绘用于扩散和平整粉末材料的各种机构的垂直侧截面；平行四边形1413、1423、1426、1446、1447、1453和1456示意性地描绘本文中描述的任何刀片的示意性表示；矩形1415、1424、1444和1454示意性地描绘本文中描述的任何粉末分配器的示意性表示。
图24示意性地描绘用于扩散和平整和移除粉末材料的机构的垂直侧截面。在此图中，平行四边形2408描绘本文中描述的任何刀片的示意性表示，矩形2406描绘本文中描述的任何粉末分配器的示意性表示，且矩形2404描绘本文中描述的任何粉末移除构件的示意性表示。
在一些实例中，平整构件包括辊(例如，柱体)。辊可包括粉末材料可借以离开辊的一个或多个开口端口(即，粉末出口端口)。出口可沿辊(例如，圆柱形辊)的矩形横截面定位。辊的矩形横截面可包括辊的高度。粉末出口端口可随机地或沿辊的矩形横截面以一模式定位。粉末出口端口可沿辊的矩形横截面内的线定位。辊可包括粉末从其进入辊的至少一个开口端口(即，粉末入口端口)。粉末入口可位于辊的圆形表面区域(例如，辊的侧面)、其矩形表面区域，或圆形及矩形表面两者。开口(例如，端口)可以是包括椭圆形(例如，圆形)、平行四边形(例如，矩形或正方形)、三角形、任何其它几何形状、不规则形状、或任何部分形状，或其形状的组合的形式。辊可包括使至少一个入口端口的粉末与一个或多个粉末出口端口连接的内部空腔。内部空腔可允许粉末从入口端口流动到出口端口，因此在一个或多个入口与出口端口之间形成流体连接。粉末材料可穿过内部空腔从粉末入口行进(例如，流动)到粉末出口。粉末开口端口的形状和/或大小可以确定从辊分布的粉末的量。辊可以是可旋转的。辊可沿其高度(例如，沿其长轴)旋转。辊的长轴可跨越整个粉末床，或粉末床的部分。辊的旋转速率(辊的转数)可以确定由辊分布的粉末的量。旋转速率可以确定由辊分布的粉末的面积。辊可以耦接到控制系统。控制系统可以控制圆柱体旋转的速率和/或其横向(例如，沿粉末床)、水平或角度移动的速率。
辊可包括平滑表面、粗糙表面、压痕、凹陷或空腔。辊可为本文中公开的辊中的任一者。图22，2203、2204和2205展示本文中描述的各种替代性辊的实例。平整机构的辊可时常在平整机构的横向移动的方向上，或在与平整机构的横向移动方向相反的方向上旋转。图22，2201展示辊2203的横向移动方向的实例。在此实例中，辊2203沿既为辊的长轴又垂直于辊的移动的横向方向(2201)的轴线在与平整机构的移动方向相反的方向上旋转。当辊自转(旋转)时，其可引起辊周围的大气的运动。图22，2207展示辊周围的大气运动的实例。辊可位于距粉末材料层的表面上方第一距离处。辊的直径可为第一距离的至少1*、5*、10*、50*、100*、500*或更多倍(即，“*”)。第一距离可为至少约10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm或600μm。第一距离可为最多约10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm或600μm。第一距离可为上述第一距离值之间的任何值。举例来说，第一距离可从约10μm到约400μm、从约300μm到约600μm或从约250μm到约450μm。在一些例子中，辊周围的大气运动可引起粉末在所述运动方向上的移动。在一些例子中，粉末可悬浮在大气的运动部分内。大气的运动速度在辊与粉末材料的表面之间的最窄距离内可为最高。围绕辊的大气可包括大气部分的圆周运动。围绕辊的大气可包括大气部分的层流运动。在一些例子中，当辊在其横向移动的方向(例如，顺时针方向)上转动时，可将粉末向下推动到粉末床(例如，图22，描绘粉末床的2210)中。在一些例子中，当辊在与其横向移动的方向相反的方向(例如，逆时针方向)上转动时，粉末被向上引导(例如，图22，描绘指定粉末移动方向的实线箭头2206)。旋转辊可在粉末床上产生与辊的横向平移移动相反(例如，逆时针方向)的运动。相反运动可包括向前(相对于辊的横向运动)移动粉末。相反运动可包括向上(例如，在粉末层的顶表面上方)移动粉末。相反运动可包括向前(相对于辊的横向运动)及向上(例如，在粉末层的表面上方)移动粉末两者。向上及向前移动粉末可在粉末床的顶部经平整表面上方形成边界层。可继续辊的旋转以形成边界层直到达到粉末的预定高度为止。辊可包括截留向辊后的方向(相对于其横向运动)行进的任何粉末材料的粉末截留隔室。粉末截留隔室可呈弯曲表面(例如，杯形或勺形)的形式。在一些实例中，当向下投掷粉末时，粉末移除机构(例如，粉末抽吸装置)可从表面收集过剩粉末。图23，2301展示粉末移除机构的实例。平整机构可跨越粉末床的整个宽度、粉末床的整个长度或粉末床的一部分。平整机构可包括平整构件的阵列。平整构件的阵列可均匀或不均匀地间隔开。平整构件的阵列可以间隔开最多约0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。平整构件的阵列可以间隔开至少约0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。平整构件的阵列可间隔开平整构件的上述间距中的任何者之间。举例来说，平整构件的阵列可以间隔开从约0.1mm到约5mm、从约1.5mm到约5mm或从约0.1mm到约2mm。
控制器可以可操作方式耦接到平整构件并控制(例如，引导和/或调控)平整构件。控制器可以控制辊的横向移动的速率。控制器可以控制辊的转速。控制器可以控制辊的旋转方向。控制器可以控制辊的表面上的凹入或凹陷的量。控制器可以控制辊的表面上的凹入或凹陷的程度。控制器可以控制辊的温度。控制器可以控制辊的表面的粗糙度。控制器可以控制由辊产生的粉末表面的粗糙度。
在一些实例中，平整机构(例如，平整构件)防止粉末在平整构件的移动(例如，横向移动)方向上积累。在一些例子中，平整机构包括刀片。刀片可具有本文中公开的任何刀片形状。刀片可以包括凹面或凸面。刀片可能够平整粉末材料并且切割、移除、剪切或挖取不需要的粉末材料。刀片可具有勺形或铲形。刀片可具有字母“L”形(例如，图15，描绘替代性刀片的1515)。刀片可具有凹入、凹陷或空腔。凹入可具有任何形状。举例来说，凹入可包括具有椭圆形(例如，圆形)的、矩形(例如，正方形)的、三角形的、五边形的、六边形的、八边形的、任何其它几何形状、或随机形状的形状。刀片可具有在移动(例如，横向地)时能够切割、推动、升起和/或挖取粉末材料的凹入。图15展示具有凹入1514的刀片1503的实例，当刀片在方向1504上横向移动时粉末被所述凹入挖取。在一些例子中，刀片可挖取至少约0.1cm3、0.15cm3、0.2cm3、0.25cm3、0.3cm3、0.35cm3、0.4cm3、0.45cm3、0.5cm3或0.55cm3的粉末材料。刀片可挖取最多约0.1cm3、0.15cm3、0.2cm3、0.25cm3、0.3cm3、0.35cm3、0.4cm3、0.45cm3、0.5cm3、0.55cm3、0.6cm3、0.65cm3、0.7cm3、0.8cm3或0.9cm3的粉末材料。刀片可挖取粉末材料的上述量中的任何者之间的粉末材料。举例来说，刀片可挖取体积为从约0.1cm3到约0.55cm3、从约0.1cm3到约0.3cm3或从约0.25cm3到约0.55cm3的粉末材料。
刀片可包括至少一个倾斜平面。举例来说，更靠近刀片尖端的部分可包括至少一个倾斜平面(例如，在图20中，更靠近刀片1503的尖端的刀片部分为2005)。刀片可包括第一倾斜平面，所述第一倾斜平面可与由粉末材料层的顶表面、基板或底座形成的平均面(例如，图20，2001)一起形成角刀片可包括第二倾斜平面，所述第二倾斜平面可与由粉末材料层的顶表面形成的平均面、与基板或与底座(例如，2003)一起形成角第一和第二倾斜平面可为弯曲的或平面的。第一和第二平面可形成具有两个平面之间的中心中的对称轴的对称刀片。第一和第二平面可关于在两个平面之间的中心中的对称轴形成对称刀片。刀片可包括垂直于由粉末材料层的顶表面形成的平均面的至少一个平面。在移动方向上，角可为正锐角或正钝角(即，在逆时针方向上)。角和可相等。角和可不同。可大于 可大于从相同方向看，角或两者可为钝角。从相同方向看，角或两者可为锐角。从相同方向看，角或两者可为直角。第一平面和第二平面可彼此平行。第一平面和第二平面可彼此不平行。和/或可为至少约1°、5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、165°、170°、175°(度)或更大。和/或可为最多约5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、165°、170°、175°或更小。和/或可具有和/或的上述度数值之间的任何值。举例来说，和/或可具有从约1°到约175°、从约1°到约90°、从约90°到约175°或从约15°到约135°的值。
刀片可包括锥形底面(例如，倒角)。锥形底面可为平面的或弯曲的。刀片可包括平面或曲面。曲率半径可高于锥形底面(例如，远离基板的方向)，或低于锥形底面(例如，朝着基板的方向)。举例来说，图20展示在移动方向2002上渐成锥形且为平面的刀片的底部2001。锥形底面(例如，平面)可与粉末材料的平均顶表面、与基板或与底座、或与其平行的平面一起形成角(ε)。所述角可为正锐角或正钝角。当从同一查看位置看时，刀片角可形成正钝角，且锥形底角可形成正锐角。刀片角可形成正钝角，且锥形底角可形成正锐角。刀片角可形成正锐角，且锥形底角可形成正钝角。刀片可基本上垂直于粉末材料层的平均表面、基板或底座。举例来说，图20展示形成正钝角(δ)的刀片，其具有锥形底部，所述锥形底部形成正锐角(ε)。在一些例子中，刀片角和锥形底角两者可形成正钝角。在一些例子中，刀片角和锥形底角两者可形成正锐角。和可具有不同值。正角可为逆时针角。正可被指定为第一方向。当从相同查看位置看时，两个正角可为正的。可为至少约0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、30°、40°或50°。可为最多约0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、30°、40°或50°。可具有的上述度数值之间的任何值。举例来说，可具有从约0.1°到约50°、从约0.1°到约20°、从约20°到约50°或从约10°到约30°的值。
在一些例子中，与整个刀片的高度相比，锥形底部具有更小高度。相对高度的实例展示于图20中，将“h”描绘为锥形端部的高度。在一些例子中，“h”为至少约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm。在一些例子中，“h”为最多约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm。在一些例子中，“h”为上述高度“h”之间的任何值。举例来说，“h”可为从约0.1mm到约2.0mm、从约0.1mm到约1.0mm、从约0.9mm到约2.0mm或从约0.7mm到约1.5mm。
刀片的至少部分可包括元素金属、金属合金、元素碳的同素异形体、陶瓷、塑料、橡胶、树脂、聚合物、玻璃、石头或沸石。刀片的至少部分可包括硬质材料。刀片的至少部分可包括软质材料。刀片的至少部分可包括刀片的尖端、面对容器底部的刀片底部、基板或底座，或整个刀片。刀片的至少部分可包括在粉末材料的平整期间不可弯曲的材料。刀片的至少部分可包括当在平整处理期间推挤粉末材料时基本上不可弯曲的材料。刀片的至少部分可包括在推挤包括允许硬化的经转换粉末材料的物体时可弯曲的材料。刀片的至少部分可包括在粉末材料的平整期间、或在移除包括允许硬化的经转换粉末材料的物体期间基本上不可弯曲的材料。刀片的至少部分可包括有机材料。刀片的至少部分可包括塑料、橡胶或刀片可包括粉末材料不附着的材料。刀片的至少部分可包括粉末材料不附着的涂层。刀片的至少部分可带电以防止粉末材料附着。
刀片可包括顺应性装配。刀片可能够相对于顺应性装配轴转或回转。刀片可悬于弹簧上。弹簧可附接于顺应性装配。刀片可经永久地固定(例如，于顺应性装配)。在一些实施例中，可防止刀片轴转。在一些实施例中，可防止刀片回转。刀片可为可交换的、可移除的、不可移除的或不可交换的。图14A示意性地展示在装配1412(例如，顺应性装配)上的能够水平地平移1411的刀片1413(其表示本文中描述的任何刀片)。装配可允许刀片垂直地、水平地，或以一角度移动。图14B使用其中表示垂直移动的箭头示意性地展示分别在装配1422和1425上的两个刀片1423和1426。装配可包括一个或多个弹簧。当对抗障碍时装配可允许刀片垂直地移动。障碍可为如本文中所描述的硬化材料。障碍可为3D物体的所产生部分、或所产生3D物体、或并未形成3D物体的部分的硬化材料。当对抗物体时刀片可变形。当对抗物体时刀片可基本上不变形。凹面可用于平整沉积于外壳中(例如，在基板上方或在底座上方)的粉末材料层。粉末材料可由刀片(例如，由凹面)推动。粉末材料可由刀片在其移动方向上推动。粉末材料可由刀片在与其移动相反的方向上推动(例如，重新定位、剪切或移除)。粉末材料可由刀片在不同于其移动方向的方向上推动。粉末材料可由刀片在与其移动方向不同或与其移动相反的方向上推动。在一些实例中，凹面可不面对外壳、基板或底座的底部。
刀片可为可移动的。举例来说，刀片可水平地、垂直地或以一角度移动。刀片可手动地或自动地(例如，通过由控制器控制的机构)移动。刀片的移动可为可编程的。刀片的移动可经预定。刀片的移动可根据算法。
层分配机构可包括平整机构。层分配机构可包括粉末分配机构和平整机构。层分配机构可为可移动的。层分配机构可水平地、垂直地或以一角度移动。层分配机构可手动地或自动地(例如，由控制器控制)移动。层分配机构的移动可为可编程的。层分配机构的移动可经预定。层分配机构的移动可根据算法。
粉末分配机构(例如，粉末分配器)可为可移动的。粉末分配机构可水平地、垂直地或以一角度移动。粉末分配机构可手动地或自动地(例如，由控制器控制)移动。
粉末移除机构可为可移动的。移除机构可水平地、垂直地或以一角度移动。移除机构可手动地或自动地(例如，由控制器控制)移动。粉末移除机构的移动可为可编程的。粉末移除机构的移动可经预定。粉末移除机构的移动可根据算法。
粉末平整机构可为可移动的。平整机构可水平地、垂直地或以一角度移动。平整机构可手动地或自动地(例如，由控制器控制)移动。平整机构的移动可为可编程的。平整机构的移动可经预定。平整机构的移动可根据算法。
层分配机构可能够在水平方向上从外壳的一侧行进到其另一侧。粉末分配机构、粉末移除机构、平整机构和/或刀片可能够在水平方向上从外壳的一侧行进到其另一侧。粉末分配机构、粉末移除机构、平整机构和/或刀片的垂直位置可为可调整的。粉末分配机构、粉末移除机构、平整机构和/或刀片的水平位置可为可调整的。粉末分配机构、粉末平整机构、平整机构和/或刀片的角位置可为可调整的。
在一些实例中，层分配机构包括至少一个粉末分配机构和至少一个平整构件。至少一个粉末分配机构和至少一个平整构件可连接或分离。图14A示意性地展示经由连接器1437连接到粉末分配机构1415(其表示本文中描述的任何粉末分配机构)的刀片1413(其表示本文中描述的任何刀片)。至少一个粉末分配机构和至少一个平整构件可以不同的速度或相同的速度行进。至少一个粉末分配机构和至少一个平整构件可由控制器同时控制，或由控制器非同时控制(例如，顺序地控制)。至少一个粉末分配机构和至少一个平整构件的速度和/或位置可由控制器同时控制，或由控制器非同时控制(例如，顺序地控制)。至少一个粉末分配器和至少一个平整构件的速度和/或位置可彼此相关或无关。相对于行进方向，平整构件可跟随粉末分配机构。相对于行进方向，平整构件可领先于粉末分配机构。在一些实施例中，可将至少一个粉末分配器置于两个平整构件之间。图14B示意性地展示具有刀片1423的第一平整构件、具有刀片1426的第二平整构件及粉末分配器1424的实例。两个平整构件可垂直地平移(例如，图14B)或不可垂直平移(例如，图14D)。在一些实例中，两个平整构件的底面(面对粉末床的暴露面)相对于外壳、基板或底座的底部定位于相同垂直高度(例如，图14D)。在一些实例中，两个平整构件的底面(面对粉末床)相对于外壳、基板或底座的底部定位于不同的垂直高度(例如，图14B)。举例来说，当在第一方向(例如，1430)上移动时，相对于移动方向，前端平整构件(例如，图14B，1426)的底面可高于远端平整构件(例如，1423)的底面。当层分配机构到达粉末床的末端，或领先于粉末床的末端时，移动方向可切换，且因此平整构件的底面的水平可相应地切换。
在一些实例中，至少一个粉末分配构件(例如，粉末分配器，图14A，1415)可相对于移动方向(例如，1411)在至少一个平整构件(例如，共同地1412和1413)之前。在此实例中，从粉末分配器分配的粉末可随着平整系统跟随粉末分配器而得以平整。当层分配机构到达粉末床的末端，或领先于粉末床的末端时，移动方向可切换，且因此平整构件可移动到允许粉末分配构件领先于平整机构的位置。图14C展示切换平整构件相对于粉末分配器1444的位置(分别从1443和1446切换到1445和1447)；同时将移动方向从1451切换到1452的实例。举例来说，这类移动可为围绕基本上垂直于粉末床的层的平均顶表面、基板或底座的轴的180度旋转。旋转轴可通过粉末分配机构(例如，1441)。旋转轴可通过来自粉末分配机构的粉末材料的斜槽(例如，级联或下降)。在一些实例中，粉末在层分配机构(例如，包括平整构件和粉末分配器)在第一方向上移动时被分配，且沉积的粉末材料层在层分配机构在相反方向上移动时被平整。粉末材料可在层分配机构(例如，粉末分配器)在第一方向上行进时由层分配机构分配。粉末材料可在层分配机构在第二方向上行进时由平整机构平整。第一和第二方向可为相同方向。第一和第二方向可为相反方向。
在一些情况下，经配置以将粉末材料递送到粉末床的机构(例如，粉末分配器)可为超声波粉末分配机构。经配置以将粉末递送到粉末床的机构可为振动粉末分配机构。粉末分配器可包括振动器或振荡器。经配置以将粉末递送到基板的机构可包括振动网格。振动可由超声波换能器、压电装置、旋转电动机(例如，具有偏心凸轮)，或其任何组合形成。超声波和/或振动粉末分配机构可以一维、二维或三维分配粉末。可选择分配器的超声波和/或振动干扰的频率使得以预定速率将粉末递送到粉末床。超声波和/或振动分配器可将粉末从粉末床上方的位置分配到粉末床上。超声波和/或振动分配器可将粉末从相对于粉末床相对较高的位置(例如，外壳的顶部)分配到粉末床上。超声波和/或振动分配器可在向下或侧向方向上将粉末分配到粉末床上。超声波和/或振动分配器可在向下方向上将粉末分配到粉末床上。可使用重力来分配粉末。超声波和/或振动分配器可为从基板、底座或粉末床(或用于容纳粉末床的容器)上方的位置分配粉末的顶部分配器。振动器可包括弹簧。振动器可为电动或液压振动器。
粉末分配器可包括振动器。图15，1507展示具有振动器1507的粉末分配器1509的实例。粉末分配器可包括两个或多于两个振动器(例如，振动器阵列)。振动器阵列可线性地、非线性地、或随机地布置。振动器阵列可沿粉末分配器的开口或邻近其布置。粉末分配器可包括多个开口端口。振动器阵列可沿开口端口的阵列(例如，多个开口)定位。振动器可沿线布置。振动器可沿线性图案布置。振动器可沿非线性图案布置。振动器的布置可确定粉末离开粉末分配器的速率。振动器可位于粉末分配器的面上。图16A展示包括网格1607和振动器1603的粉末分配器1605。振动器可位于出口开口(例如，端口)近旁。粉末分配器可包括连接到振动器的网格。粉末分配器包括能够振动的网格。振动器可使粉末分配器(例如，图16A，1604)内的粉末材料的至少部分振动。振动器可使粉末分配器主体的至少部分振动。粉末分配器的主体(例如，粉末储存器)可包括如轻元素金属或金属合金(例如，铝)的轻质材料。可手动地或自动地(例如，通过控制器)控制振动器。振动器频率可为至少约20赫兹(Hz)、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz、210Hz、220Hz、230Hz、240Hz、250Hz、260Hz、270Hz、280Hz、290Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz、500Hz、550Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz。振动器频率可为最多约20赫兹(Hz)、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz、210Hz、220Hz、230Hz、240Hz、250Hz、260Hz、270Hz、280Hz、290Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz、500Hz、550Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz。振动器频率可为上述振动器频率之间的任何数字。举例来说，振动器频率可从约20Hz到约1000Hz、从约20Hz到约400Hz、从约300Hz到约700Hz或从约600Hz到约1000Hz。振动器阵列中的振动器可以相同或不同的频率振动。振动器可具有至少约1倍重力(G)、2倍G、3倍G、4倍G、5倍G、6倍G、7倍G、8倍G、9倍G、10倍G、11倍G、15倍G、17倍G、19倍G、20倍G、30倍G、40倍G或50倍G的振幅。振动器可具有最多约1倍重力(G)、2倍G、3倍G、4倍G、5倍G、6倍G、7倍G、8倍G、9倍G、10倍G、11倍G、15倍G、17倍G、19倍G、20倍G、30倍G、40倍G或50倍G的振幅。振动器可以具有上述振幅值之间的任何值的振幅振动。举例来说，振动器可以从约1倍G到约50倍G、从约1倍G到约30倍G、从约19倍G到约50倍G或从约7倍G到约11倍G的振幅振动。
在一些情况下，经配置以将粉末从储存器递送到基板的机构(即，粉末分配器)可为螺杆、升降机或传送机。在一些情况下，经配置以将粉末从储存器递送到基板的机构(即，粉末分配器)可为螺杆。螺杆可为器皿中的旋转螺杆。当螺杆旋转时，粉末可穿过出口开口(例如，端口)从螺杆分配。螺杆可在相对于基板向上、横向或向下方向上分配粉末。可选择螺旋螺纹的间距和大小使得利用螺杆中的每一转向或部分转向将预定量的粉末分配到基板上。可选择螺旋钻中的螺杆的转向速率使得粉末以预定速率分配到基板上。在一些情况下，由螺杆分配的粉末可通过旋转螺杆、扩散工具的线性运动、和/或一个或多个挡板扩散于基板904的至少一部分上。螺杆可为阿基米德螺杆。螺杆可为螺旋螺杆。
粉末分配器的形状可为倒锥形、漏斗形、倒金字塔、圆柱形、任何不规则形状或其任何组合。漏斗形分配器的实例描绘于展示粉末分配器的侧截面的图13A至13D中。粉末分配器的底部开口(例如，图13A，1334)可由上方安置有粉末(例如，1304)的垂直可移动平面(1305)完全阻塞。平面可直接位于开口处，或位于距开口垂直距离“d”处。可控制垂直可移动平面的移动(例如，1302)。当平面垂直向上(例如，远离底座(例如，1310))移动时，在平面与粉末分配器边缘之间形成侧开口，离开所述侧开口的粉末可滑动穿过漏斗形开口(例如，1307)。粉末分配器可包括允许粉末均质(例如，均匀)分布到粉末床(或容纳粉末床的容器)上的至少一个网格。网格可位于粉末分配器的底部开口(例如，1334)处，或位于底部开口与平面完全阻塞粉末分配器的位置(例如，图13A中的距离“d”内的任何位置)之间的任何位置处。
粉末分配器可为双网格分配器(例如，图13C)。双网格分配器的形状可为倒锥形、漏斗形、倒金字塔、圆柱形、任何不规则形状或其任何组合。漏斗形分配器的实例描绘于展示粉末分配器的横截面的图13A至13D中。双网格分配器的底部可包括开口(例如，1335)。开口可包括两个网格(例如，1323)，其中的至少一个为可移动的(例如，水平地)。对准两个网格，使得一个网格的开口可由第二网格完全阻塞。至少一个可移动网格的水平移动(例如，1320)可使两个网格错位并形成允许粉末从两个网格上方的储存器(例如，1319)朝向粉末床(例如，1324)的方向向下流动的开口。网格的错位可改变粉末材料借以离开粉末分配器的开口的大小和/或形状。开口可具有至少约0.001mm、0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的基本上长度尺度。开口可具有最多约0.001mm、0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的基本上长度尺度。开口可具有上述值中的任一者之间的基本上长度尺度。举例来说，开口可具有从约0.001mm到约10mm或从约0.1mm到约5mm的基本上长度尺度。
粉末分配器可包括位于粉末分配器的面内的出口开口端口。面可为粉末分配器的底部，所述底部面对基板、底座或外壳(例如，腔室)的底部。图13C展示具有面对出口开口端口1335的底部的粉末分配器1318的实例。存在出口开口端口的面可与粉末分配器的底面不同。举例来说，面可为粉末分配器的侧面。面可为不平行于粉末材料层的面。面可基本上垂直于由粉末床的顶表面形成的平均面。图15展示具有基本上垂直于粉末床1506的顶表面的侧出口开口端口1511的粉末分配器1509的实例。面可基本上垂直于基板或底座的平均面。面可位于粉末分配器的顶面处。分配器的顶面可为背对基板、底座或外壳的底部的面。分配器的顶面可为背对粉末床的暴露面的面。面可为侧面。侧面可为并非底部或顶面的面。面中的平面(例如，整个面)可倾向粉末床、基板、容器的底部或底座。倾斜可包括朝向基板、底座、及外壳的底部，或朝向粉末床弯曲的平面。弯曲平面可具有以粉末分配器的底部下方的点为中心的曲率半径。弯曲平面可具有以粉末分配器的底部上方的点为中心的曲率半径。倾斜可包括与基板、底座的平均表面或粉末材料层的顶表面、或与所述顶表面平行的平面一起形成锐角的平面。举例来说，在粉末分配器的底面处的平面可与由粉末材料的顶表面、由基板或由底座形成的平均面形成锐角或钝角图18B和18D各自展示粉末分配器(分别为1813和1833)的实例，其具有分别与粉末材料的顶表面(1810和1830)(或与所述顶表面平行的线)形成角 的侧出口开口端口(分别为1812和1831)。图18B展示锐角的实例，且图18B展示钝角的实例。角可为至少约5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°或170°。可为最多约5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°或170°。角可具有的上述度数值之间的任何值。举例来说，角可从约5°到约170°、从约5°到约90°或从约90°到约170°。
粉末分配器可包括具有第一倾斜底平面的底部。在一些例子中，粉末分配器的底部处的平面的一个边缘(侧边)垂直地位于那个平面的另一边缘的上方。平面可为凸的或凹的。第一倾斜底平面的角度可为可调整的或不可调整的。第一倾斜底平面可面对外壳的底部、基板或底座。粉末分配器的底部可为倾斜平面。图17展示具有倾斜底平面1711的粉末分配器1702的实例。第一倾斜底平面可在第一方向(例如，正方向)上与平行于粉末材料的顶表面、基板或底座的平面形成第一锐角粉末分配器的底部可包括一个或多个额外平面。一个或多个额外平面可与粉末分配器的底部相邻。一个或多个额外平面可连接到粉末分配器的底部。一个或多个额外平面可与粉末分配器的底部分离。一个或多个额外平面可为粉末分配器的底面的延伸。一个或多个额外平面可为倾斜的。一个或多个额外平面的角度可为可调整的或不可调整的。倾斜的一个或多个额外平面可在第二方向上与平行于粉末材料的平均顶表面的平面形成锐角(è“θ”)。方向(第一和/或第二)可为顺时针或逆时针方向。方向可为正方向或反方向。第一方向可与第二方向相同。第一方向可与第二方向相反。举例来说，第一和第二方向可为顺时针方向。第一和第二方向可为逆时针方向。第一方向可为顺时针方向且第二方向可为逆时针方向。第一方向可为逆时针方向且第二方向可为顺时针方向。可从相同位置查看第一和第二方向。一个或多个额外平面的至少部分可位于与第一倾斜底平面的底部不同的垂直位置。一个或多个额外平面的至少部分可位于比第一倾斜底平面的底部更高的垂直位置。一个或多个额外平面的至少部分可位于比第一倾斜底部平面的底部更低的垂直位置。一个或多个额外平面的最低位置可位于比第一倾斜底部平面的最低位置更高或更低的垂直位置。一个或多个额外平面的最高位置可位于比第一倾斜底部平面的最高位置更高或更低的垂直位置。一个或多个额外平面可包括传送机。传送机可在粉末分配器的移动方向上、或在与粉末分配器的移动相反的方向上移动。图16D展示具有倾斜底平面1639和平行于底座的额外平面的粉末分配器1634的实例，所述额外平面包括传送机1640，其中所述传送机在与移动方向1638相反的方向上移动。è和/或可为至少约5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°或80°。è和/或可为最多约5°、10°、15°、20°、30°、40°、50°、60°、70°或80°。和/或可具有和/或的上述度数值之间的任何值。举例来说，和/或可从约5°到约80°、从约5°到约40°或从约40°到约80°。
一个或多个额外平面可包括与粉末出口开口(例如，端口)水平地分开一间隙的平面。图28展示具有额外倾斜平面2733的粉末分配器2839的实例，所述额外倾斜平面与开口2835分开一间隙。间隙可以是可调整的。倾斜平面的角度可为可调整的。角度可为上述è(θ))值中的任何者。倾斜平面的顶表面可为平坦的或粗糙的。倾斜平面的顶表面可包括凸起或凹陷。凹陷或凸起可为随机的或遵循一模式。倾斜表面的顶表面可经打磨(例如，通过本文中公开的任何打磨方法)。倾斜表面的顶表面可通过用砂纸砂磨而形成。砂纸可具有最多约24粒度、30粒度、36粒度、40粒度、50粒度、60粒度、70粒度、80粒度、90粒度、100粒度、120粒度、140粒度、150粒度、160粒度、180粒度、200粒度、220粒度、240粒度、300粒度、360粒度、400粒度、600粒度、800粒度或1000粒度。砂纸可具有至少24粒度、30粒度、36粒度、40粒度、50粒度、60粒度、70粒度、80粒度、90粒度、100粒度、120粒度、140粒度、150粒度、160粒度、180粒度、200粒度、220粒度、240粒度、300粒度、360粒度、400粒度、600粒度、800粒度或1000粒度。砂纸可为在上述粒度值中的任何者之间的砂纸。举例来说，砂纸可为从约60粒度到约400粒度、从约20粒度到约300粒度、从约100粒度到约600粒度或从约20粒度到约1000粒度。倾斜平面的顶表面的粗糙度可等于本文中提到的砂纸的粗糙度。倾斜平面的顶表面的粗糙度可等于用本文中提到的砂纸处理的粗糙度。倾斜平面(例如，2833)和粉末分配器的主体(例如，储存器2839)可具有相同类型的材料或不同类型的材料。倾斜平面可包括比基本上构成粉末分配器的主体的材料更粗糙的材料。倾斜平面可包括比基本上构成粉末分配器的主体的材料更重的材料。倾斜平面可包括比基本上构成粉末分配器的主体的材料更硬(例如，不易弯曲)的材料。举例来说，粉末分配器的主体可由轻金属(例如，铝)制成，而倾斜平面可由钢或钢合金制成。倾斜平面可经安装，而粉末分配器的主体可振动或弯曲。从粉末分配器储存器(例如，图28，2839)的出口开口(例如，端口)分配的粉末可使用重力(例如，2834)向下行进，在其下落期间接触倾斜平面(例如，2733)，弹离倾斜平面，并且继续其下落(例如，2832)到粉末床(例如，2831)，或到基板或底座(例如，2830)。在一些实施例中，当粉末材料离开粉末分配机构(例如，构件)到外壳(例如，腔室)环境并且在粉末床的垂直方向上行进(例如，朝向粉末床下行)时，其遭遇至少一个障碍。障碍可为一表面。表面可为静止的或移动的(例如，传送机)。表面可为粗糙的或平滑的。障碍包括粗糙表面。障碍可为与粉末床的暴露表面形成角度的倾斜表面。角度可为本文中描述的è角中的任何者。粉末移除机构(例如，构件)可与粉末分配构件集成以形成本文中描述的粉末分配-移除构件。
图18C展示粉末分配器1824的实例，其具有与平行于底座1820的平面形成逆时针角的倾斜底平面1821；具有连接到粉末分配器1824的额外平面1823的粉末分配器为倾斜的且与平行于底座的平面形成逆时针角è，其中è不同于(大于)且平面1821开始于相对于底座比平面1823高的垂直位置(d2)，且结束于比平面1823的结束位置(d3)高的垂直位置(d2)。
粉末分配器可包括具有形成第一弯曲底平面的垂直截面的底部。第一弯曲底平面可具有位于粉末分配器的底部下方(例如，朝基板的方向)的曲率半径。第一弯曲底平面可具有位于粉末分配器的底部上方(例如，在远离基板的方向上)的曲率半径。第一弯曲底平面的曲率半径可为可调整的或不可调整的。图19A和图19C分别展示分别具有弯曲底平面1902和1922的粉末分配器1901和1921的垂直截面的实例。粉末分配器的底部可包括一个或多个额外平面。一个或多个额外平面可与粉末分配器的底部相邻。一个或多个额外平面可连接到粉末分配器的底部。一个或多个额外平面可与粉末分配器的底部分离。一个或多个额外平面可为粉末分配器的底面的延伸。一个或多个额外平面可为弯曲的。一个或多个额外平面的曲率半径可为可调整的或不可调整的。一个或多个额外弯曲平面的垂直截面可具有位于一个或多个额外弯曲平面下方(例如，朝向基板的方向)的曲率半径。一个或多个额外弯曲平面的垂直截面可具有位于一个或多个额外弯曲平面上方(例如，朝向远离基板的方向)的曲率半径。一个或多个额外弯曲平面的曲率半径可与第一弯曲底平面的曲率半径相同或不同。一个或多个额外弯曲平面的曲率半径可小于或大于第一弯曲底平面的曲率半径。图19A展示具有弯曲底部平面1902和连接到所述弯曲底部平面1902的额外弯曲平面1905的粉末分配器1901的实例，所述弯曲底部平面具有曲率半径r1，且所述额外弯曲平面具有曲率半径r2，其中r2小于r1，且两个半径都位于粉末分配器和额外平面的底部下方，朝向基板1906的方向。一个或多个额外弯曲平面和第一弯曲底部平面可位于同一曲线上。图19D展示具有弯曲底平面1932且具有曲率半径r12的粉末分配器1931的垂直截面的实例，所述弯曲底平面延伸到粉末分配器出口开口端口1933的位置之外，且因此形成“额外弯曲平面”1935。在此实例中，“额外弯曲平面”的垂直截面和粉末分配器的底部位于同一曲线，所述曲线的曲率半径位于粉末分配器的底部下方，在基板(1936)的方向上。粉末分配器可具有可或可不倾斜的平面底部。粉末分配器可具有平行于基板(或由基板形成的平均平面)的平面底部。粉末分配器可具有弯曲的一个或多个额外平面。弯曲平面的曲率半径(或其垂直截面)可位于弯曲平面下方(例如，在基板的方向上)。图19B展示具有倾斜底部平面1912和弯曲额外平面1915的粉末分配器1911的垂直截面的实例。粉末分配器可具有弯曲底部。粉末分配器可具有倾斜或不倾斜的一个或多个额外平面。粉末分配器可具有平行或垂直于基板的一个或多个额外平面。弯曲平面的曲率半径(或其垂直截面)可位于弯曲平面下方(例如，朝向基板的方向)。图19C展示具有弯曲底部平面1922和倾斜额外(延伸)平面1925的粉末分配器1921的垂直截面的实例。曲率半径r1、r2和/或r12可为至少约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。曲率半径r1、r2和/或r12可为最多约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。曲率半径r1、r2和/或r12可具有上述值之间的任何值(例如，从0.5mm到约100mm、从约0.5mm到约50mm、从约50mm到约100mm)。
在一些实例中，粉末分配器包括如上文所描绘的出口开口端口和至少第一倾斜表面两者。举例来说，粉末分配器可包括如上文所描绘的侧出口开口端口和至少第一倾斜表面两者。粉末分配器可包括如上文所描绘的侧出口开口和至少第一倾斜平面及第二倾斜平面两者。一个或多个倾斜平面可位于粉末分配器的底部。第二平面可为粉末分配器的底部的延伸。第二平面可与粉末分配器的底部分离。
粉末分配器的开口可包括网格或具有孔的平面(本文中统称为“网格”，例如，图16A，1607)。网格包括孔(或孔阵列)。一个或多个孔可允许粉末材料离开粉末分配器。网格中的孔具有至少约10m、20m、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm或1000μmμ的μ基本长度尺度。网格中的孔具有最多约10m、20m、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm或1000μmμ的μ基本长度尺度。网格中的孔可具有为在上述基本长度尺度之间的任何值的基本长度尺度。举例来说，网格中的孔可具有从约10μm到约1000μm、从约10μm到约600μm、从约500μm到约1000μm或从约50μm到约300μm的基本上长度尺度。孔的基本长度尺度可为可调整的或固定的。在一些实施例中，开口包括两个或多于两个网格。两个或多于两个网格中的至少一者可为可移动的。两个或多于两个网格的移动可手动地或自动地(例如，由控制器)控制。两个或多于两个网格关于彼此的相对位置可确定粉末通过一个或多个孔的速率。孔的基本长度尺度可为电控的。孔的基本长度尺度可为热控制的。网格可经加热或冷却。网格的温度可手动地或由控制器控制。网格的孔可随着网格的温度或电荷的变化而收缩或扩张。网格可导电。网格可包括标准网眼数目50、70、90、100、120、140、170、200、230、270、325、550或625的网格。网格可包括上述网眼数目的任何者之间标准网眼数目的网格。举例来说，网格可包括从50到625、从50到230、从230到625或从100到325的标准网眼数目的网格。标准网眼数目可为美国或泰勒(Tyler)标准。
两个网格可具有粉末不可通过出口开口的至少一个位置。两个网格可具有最大量粉末可通过出口开口的至少一个位置。两个网格可为相同的或不同的。两个网格中的孔的大小可为相同的或不同的。两个网格中的孔的形状可为相同的或不同的。孔的形状可为如本文中所描述的任何孔形状。图16C展示具有开口1627的粉末分配器1624的实例，所述开口具有两个网格或带有孔的两个平面。图16C展示两个网格1622和1626的延伸部可垂直平移的实例。
粉末分配器的开口(例如，端口)可包括刀片。刀片可为“刮刀刀片(doctor’sblade)”。图16B展示具有包括“刮刀刀片”1617的开口的粉末分配器1614的实例。刀片可为上述刀片中的任一者。开口可包括刀片及网格或带有孔的平面两者。网格(或带有孔的平面)可比刀片更接近出口开口。刀片可比网格(或带有孔的平面)更接近出口开口。出口开口可包括数个网格或刀片。出口开口可包括第一刀片，接着为网格，接着为最接近出口开口的表面的第二刀片。出口开口可包括第一网格，接着为刀片，所述刀片后为最接近出口开口的表面的第二网格。第一和第二刀片可为相同的或不同的。第一和第二网格可为相同的或不同的。粉末分配器可包括在出口开口处的弹簧。图18A至18D展示具有包括弹簧(例如，1807)的开口的粉末分配器的实例。
本文中描述的层分配机构中的任一者可包括粉末的大体积储存器(例如，槽、池、桶或盆)和经配置以将粉末从大体积储存器递送到层分配机构的机构。粉末储存器可与层分配机构(例如，与粉末分配器)连接或分离。图15展示连接到粉末分配器1509的大体积储存器的实例1513。图17展示与粉末分配器1702分离的大体积储存器的实例1701。分离的粉末分配器为位于粉末床上方、下方或侧面。分离的粉末分配器可位于粉末床上方，例如粉末分配器的粉末入口开口上方。连接的粉末分配器为位于粉末出口开口端口上方、下方或侧面。连接的粉末分配器可位于粉末出口开口上方。粉末材料可存储于大体积储存器内。大体积储存器可容纳至少足够用于一个层或足够建立整个3D物体的粉末材料量。大体积储存器可容纳至少约200克(gr)、400gr、500gr、600gr、800gr、1千克(Kg)或1.5Kg的粉末材料。大体积储存器可容纳最多约200gr、400gr、500gr、600gr、800gr、1Kg或1.5Kg的粉末材料。大体积储存器可容纳在上述大体积储存器材料的量中的任何者之间(例如，从约200gr到约1.5Kg、从约200gr到约800gr、或从约700gr到约1.5Kg)的材料量。粉末分配器储存器可容纳至少足够用于至少一个、两个、三个、四个或五个层的粉末材料量。粉末分配器储存器可容纳至少足够用于最多一个、两个、三个、四个或五个层的粉末材料量。粉末分配器储存器可容纳在上述材料量中的任何者之间(例如，足够用于从约一个层到约五个层的层数)的材料量。粉末分配器储存器可容纳至少约20克(gr)、40gr、50gr、60gr、80gr、100gr、200gr、400gr、500gr或600gr的粉末材料。粉末分配器储存器可容纳最多约20gr、40gr、50gr、60gr、80gr、100gr、200gr、400gr、500gr或600gr的粉末材料。粉末分配器储存器可容纳在上述粉末分配器储存器材料的量中的任何者之间(例如，从约20gr到约600gr、从约20gr到约300gr、或从约200gr到约600gr)的材料量。粉末可通过本文中描述的任何类似方法从大体积储存器传输到粉末分配器以供粉末材料从粉末分配器离开。有时，大体积储存器出口开口中的出口开口端口(例如，孔)可相对于粉末分配器出口开口端口具有较大基本长度尺度。举例来说，大体积储存器可包括出口或表面，所述出口包括网格，所述表面包括至少一个孔。网格(或包括至少一个孔的表面)可包括具有至少约0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或1厘米的基本长度尺度的孔。网格(或包括至少一个孔的表面)可包括具有最多约0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或1厘米的基本长度尺度的孔。网格(或包括至少一个孔的表面)可包括具有为在上述值之间(例如，从约0.25mm到约1cm、从约0.25mm到约5mm或从约5mm到约1cm)的任何值的基本上长度尺度的孔。大体积储存器可包括可具有可平移进入或离开大体积储存器的至少一个边缘的平面。大体积储存器可包括可轴转进入或离开大体积储存器的平面(例如，活板门)。此类平移可产生开口，所述开口可允许储存器中的粉末流出储存器(例如，使用重力)。控制器可以可操作方式耦接到粉末储存器。控制器可以通过控制(例如)允许粉末离开大体积储存器的条件生效的时间量来控制从大体积储存器释放的粉末量。控制器可以通过控制(例如)允许粉末离开粉末分配器的条件生效的时间量来控制从粉末分配器释放的粉末量。在一些实例中，在粉末从大体积储存器载入粉末分配器储存器之前，粉末分配器分配保留在粉末分配器储存器内的任何过量的粉末。在一些实例中，在粉末从大体积储存器载入粉末分配器储存器之前，粉末分配器不分配保留在粉末分配器储存器内的任何过量的粉末。可使用从大体积储存器挖取粉末并将其传输到粉末分配器的挖取机构而将粉末从大体积储存器传输到粉末分配器。挖取机构可挖取固定或预定量的材料。所挖取量可为可调整的。挖取机构可在垂直于挖取方向的方向上轴转(例如，旋转)。大体积储存器可为可交换的、可移除的、不可移除的或不可交换的。大体积储存器可包括可交换部件。粉末分配器可为可交换的、可移除的、不可移除的或不可交换的。粉末分配机构可包括可交换部件。
大体积储存器中或粉末分配机构中的粉末可经预热，冷却，处于环境温度或维持预定温度。平整机构(例如，图11，1103，耙子、辊、刷子、抹刀或刀片)可与粉末分配机构同步以将粉末递送到粉末床。平整机构可随着机构分配粉末而平整、分散和/或扩散基板上(或当基板包括底座时所述底座上)的粉末。
在一个实例中，本文中描述的平整机构(例如，粉末平整机构)、和/或粉末移除机构能够以本文中描述的任何方法平整粉末材料的顶表面，而基本上不改变置于粉末材料内及悬于粉末材料中的硬化材料的位置。硬化材料可为3D物体的残屑或至少一部分(或部分)。悬浮(例如，漂浮)于粉末材料中的硬化材料可不连接到外壳、基板或底座。硬化材料可未封闭在悬于粉末材料中的支架中。支架可为掐丝(例如，花边)。物体可包括辅助支承件。悬浮(例如，漂浮)于粉末材料中的物体可不接触外壳、基板或底座。物体可包括辅助支承件。辅助支承件可悬于粉末材料中。悬浮(例如，漂浮)辅助支承件可不连接到外壳、基板或底座。悬浮(例如，漂浮)辅助支承件可不接触外壳、基板或底座。平整构件可能够在以将物体(例如，3D物体或残屑)的位置改变位置改变值时平整粉末床的顶表面。位置改变值可为最多约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm或300μm。位置改变值可为上述值之间的任何值。举例来说，位置改变值可从约1μm到约300μm、从约1μm到约50μm、从约1μm到约20μm、从约1μm到约10μm、从约1μm到约50μm或从约1μm到约100μm。改变位置可为将所述位置移位。平整构件可能够在将硬化材料(例如，3D物体或碎片)的位置改变最多20微米(μm)时平整粉末材料的顶表面。平整构件可能够在将硬化材料的位置改变最多10微米(μm)时平整粉末材料的顶表面。平整构件可能够在将硬化材料的位置改变最多5微米(μm)时平整粉末材料的顶表面。位置的改变可为水平改变。位置的改变可为垂直改变。位置的改变可为水平或垂直改变。位置的改变可为垂直的及水平的两者。物体可为3D物体。3D物体可为基本上平面物体或金属丝。硬化材料可包括经转换材料(例如，允许硬化的材料)。3D物体可缺乏辅助支承件。3D物体可包括如本文中所描述的间隔开的辅助支承件。平整机构可以平整粉末材料层而基本上不改变硬化材料(例如，悬浮的3D物体)的位置。无实质改变可相对于成像、或图像处理。成像或图像处理的分辨率可为最多约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm或60μm。成像或图像处理的分辨率可为至少约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm或60μm。成像或图像处理的分辨率可具有在上述分辨率值之间(例如，从约1μm到约60μm、从约1μm到约10μm或从约10μm到约60μm)的任何值。图21A展示在由本文中描述的平整机构平整之前的粉末材料层内的两个悬浮平面2101和2102，以及连接到底座充当参考点的两个平面2103和2104的实例。图21B展示在由本文中描述的平整机构平整之后且由来自平面中的每一者上方的位置的空气轻吹暴露的两个悬浮平面(在图21B中重新编号为2111和2112)的实例。平面2111和2112分别对应于平面2101和2102。分别对应于2103和2104的平面2113和2114附接于底座以充当参考点。
平整构件和/或粉末分配器可以至少约10毫米每秒(mm/s)、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s、35mm/s、40mm/s、45mm/s、50mm/s、70mm/s、90mm/s、100mm/s、120mm/s、140mm/s、150mm/s、160mm/s、180mm/s、200mm/s、220mm/s、240mm/s、260mm/s、280mm/s、300mm/s、350mm/s、400mm/s、450mm/s或500mm/s的速度行进。平整构件和/或粉末分配器可以最多约10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s、35mm/s、40mm/s、45mm/s,、50mm/s、70mm/s、90mm/s、100mm/s、120mm/s、140mm/s、150mm/s、160mm/s、180mm/s、200mm/s、220mm/s、240mm/s、260mm/s、280mm/s、300mm/s、350mm/s、400mm/s、450mm/s或500mm/s的速度行进。平整构件和/或粉末分配器可以上述速度之间(例如，从约10mm/s到约500mm/s、从约10mm/s到约300mm/s，或从约200mm/s到约500mm/s)的任何速度行进。平整构件和粉末分配器可以相同或不同的速度行进。平整构件和/或粉末分配器的行进速度可手动地或自动地(例如，由控制器)控制。行进速度可指跨越粉末床行进(例如，横向地)的速度。
粉末分配器可以至少约1000立方毫米每秒(mm3/s)、1500mm3/s、2000mm3/s、2500mm3/s、3000mm3/s、3500mm3/s、4000mm3/s、4500mm3/s、5000mm3/s、5500mm3/s或6000mm3/s的平均速率分配粉末。粉末分配器可以最多约1000mm3/s、1500mm3/s、2000mm3/s、2500mm3/s、3000mm3/s、3500mm3/s、4000mm3/s、4500mm3/s、5000mm3/s、5500mm3/s或6000mm3/s的平均速率分配粉末。粉末分配器可以上述平均速率中的任何者之间(例如，从约1000mm3/s到约6000mm3/s、从约1000mm3/s到约3500mm3/s或从约3000mm3/s到约6000mm3/s)的平均速率分配粉末。
粉末分配器可包括旋转辊。辊的表面可为平滑表面或粗糙表面。辊表面的实例展示于图17中，且包含粗糙表面辊1709、具有突出的辊1707、具有凹陷的辊1719。辊的表面可包含凹陷、突出或突出及凹陷两者(例如，图13B，1313或图17)。辊可位于某一位置，使得被置于辊上方的粉末(例如，1312或1703)在辊关闭粉末分配的开口时不能向下流动。当辊旋转(顺时针或逆时针)时，粉末的一部分可截留于凹陷或突出内(或两者)，且可从粉末分配器的粉末占据侧传输到粉末分配器的无粉末侧。此类传输可允许粉末从粉末分配器的底部(例如，1336)朝向粉末床(例如，1316)排出。类似机构描绘于展示其内包括内壁(例如，1327)的粉末分配器的实例的图13D中。由辊1331传输的粉末可经投掷于壁1337上，且可随后通过出口开口端口离开漏斗(例如，1330)。
经配置以将粉末材料递送到基板的机构可包括与粉末颗粒混合的气流。图10A和10B展示经配置以将粉末递送到基板(例如，从储存器)的机构的两个实例配置。经配置以将粉末递送到基板的机构可为空气刀。空气刀可由扫描仪铰接以将粉末递送到基板(例如，904)的至少一部分。空气刀可由扫描仪铰接，所述扫描仪还可用于铰接包含于系统中的一个或多个能量源。图10A描绘可经配置以将粉末1001递送到基板(例如，从储存器)的空气刀1000的示意图。空气刀1000可将气体和粉末颗粒流递送到基板。粉末颗粒可悬于气体中。至少一个风扇1002可包含于空气刀中以驱动气体和颗粒流。可选择气体中的颗粒的数密度和气体的流动速率，使得在预定时期内将预定量的粉末分配到基板上。可选择气流速率，使得吹到基板上的气体不干扰基板和/或三维物体上的粉末层。可选择气流速率，使得吹到基板上的气体不干扰至少三维物体的位置。
图10B描绘可为经配置以将粉末从储存器递送到基板的另一机构的弯管1003。弯管可包括开口1004。开口可位于弯管形状的拐点。开口可位于弯管形状的外侧。开口可在与基板904相邻的管的侧面上。开口1004可为针孔。针孔可具有至少约0.001mm、0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的直径或其它最大长度尺度。气体和粉末颗粒1001的混合物可通过弯管1003传动。粉末颗粒(即，粉末材料颗粒)可悬于气体中。粉末颗粒的至少部分可通过开口1004离开弯管并分配到基板904上。可选择气体中的颗粒的数密度和气体的流动速率，使得在预定时期内将预定量的粉末分配到基板上。可选择气流速率，使得吹到基板上的气体不干扰基板和/或三维物体上的粉末层。可调整开口和基板之间的距离1005，使得在预定时期内将预定量的粉末分配到基板上。在一些情况下，可选择开口的大小，使得预定大小范围内的颗粒通过开口1004离开弯管并分配到基板904上。
通过平整机构分配到基板上的粉末可经扩散和/或平整(例如，辊，参见图12E，1222处)。平整构件可经配置以将基板(例如，1223)上的粉末层平整为基本上平面的(例如，水平地)(例如，1221)。平整构件可包括一组凸起(例如，硬或软凸起)(例如，图12F，1227处)。凸起可具有尖的、圆的或钝端。凸起可为刀片。平整构件可移动粉末的至少一部分而基本上不移动3D物体。在一些实例中，基本上移动3D物体的至少部分包括将三维物体的至少部分的位置改变本文中描绘的位置改变值。基本上移动3D物体的至少部分包括将三维物体的至少部分的位置改变位置改变值。平整构件可移动粉末的至少一部分而基本上不改变3D物体在粉末床中的位置。
平整构件可包括具有滚动表面的辊的组合，所述滚动表面包括突出、凹陷或突出及凹陷两者。在一些实例中，辊具有平滑且不具有任何突出或凹陷的滚动表面(例如，图12E，1222处)。在一些实例中，辊具有粗糙的滚动表面。在一些实例中，辊包括凹陷。在一些实例中，辊包括突出(例如，12F，1227处)。辊可在梳理机构(例如，包括耙子、刷子、抹刀或刀)前面或后面。梳理机构可包括圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形、任何其它多边形或不规格形状的垂直截面(例如，侧截面)。辊可在梳理机构平整粉末层之前至少部分地平整粉末层。辊的旋转可在平整构件移动(例如，横向地)的方向上、在与平整构件的移动相反的方向上，或在两个方向的任何组合上。辊可与主动旋转机构(例如，电动机轴)连通以实现辊的旋转。辊可以顺时针和/或逆时针方向旋转。辊可具有静摩擦系数为至少约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1.0的滚动表面。辊可具有动摩擦系数为至少约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1.0的滚动表面。辊可为单辊。辊可包括两个或多于两个辊。两个或多于两个辊可在相同或不同的方向上、以相同或不同的速率旋转。两个或多于两个辊的旋转可同步或不同步。辊可被动地、主动地(例如，通过控制器或电源)、或其任何组合旋转。辊可手动地或自动地(例如，由控制器控制)旋转。辊可具有偏心旋转。具有偏心旋转的辊可允许多高度平面化。辊可振动。当辊包括超过一个辊时，辊的至少一部分可经配置以压缩粉末且辊的一部分可经配置以平整(例如，平面化)粉末材料层。由辊平整的粉末床的表面(例如，滚动表面)可为平滑的、平整的或两者。辊的表面可为粗糙的。辊的表面可包括凹入(凹陷)、突出(例如，刀片)或两者。刀片可包括一个或多个基本平滑的刀片、锐刀片或其任何组合。基本平滑的刀片可具有带有从表面突出、或侵入表面(例如，凸块或凹槽)的最少量特征的至少一个切割(例如，剪切)表面。基本平滑的刀片可具有带有从表面突出、或侵入表面的特征的至少一个切割表面，其中特征的平均分布跨越最多约5μm、3μm、1μm、300nm、100nm、30nm或10nm。辊可由刚性的材料制成，使得辊在沿粉末材料的表面平移时不变形。在一些情况下，刚性的材料可为金属(例如，元素或合金)、硬塑料、陶瓷、复合材料或其任何组合。在一些情况下，辊可由柔性的材料制成，使得辊在沿粉末的表面平移时至少部分地变形。柔性材料可为金属箔、橡胶、软塑料或其任何组合。
平整机构可包括跨越平滑机构的轴线分布的多个针。多个针可以矩阵或行和列、以阵列、以图案、或随机地布置。针可为刚性的、柔性地或其任何组合。针可布置于平整机构上，使得多个针中的每一针与粉末材料床的不同位置接触。多个针可平整和/或平滑从顶部分配粉末分配器分配的粉末。通过针平整粉末可布置粉末，使得粉末在至少一个平面中具有平面均匀性。通过粉末平整机构和/或粉末移除机构平整粉末材料可在至少一个平面中产生具有平面均匀性的平面。平面均匀性可在至少一个平面(例如，水平面)中。平面均匀性可处于经暴露的粉末材料层的顶部。举例来说，平面均匀性可处于暴露于外壳中的环境(例如，腔室内的气体)中的粉末材料层的顶部。平均平面可为由粉末材料层的表面的最顶部部分的最小平方平面拟合定义的平面。平均平面可为通过求粉末床的顶表面上的每一点的粉末高度的平均数而计算的平面。在一些情况下，可提供耙子和辊中的任一者或两者与多个突出(例如，凸起)相邻。
在一些情况下，空气刀可在耙子之前分配粉末。梳理机构(例如，耙子)及空气刀的移动可为同步的或非同步的。空气刀和耙子的移动可由相同扫描仪或由不同扫描仪控制。
在一些例子中，平整机构包括剪切或切割粉末材料层的气刀(例如，空气刀)。平整气刀可包括气体(例如，空气、H2、He或Ar)的经浓缩或加压流。平整机构的刀片可包括气刀。
梳理机构(例如，耙子)可包括一个或多个刀片。图11描绘可将粉末沿基板移动的耙子1103的实例。梳理机构可具有接触粉末材料床的一个或多个刀片1101。刀片可具有不同的大小或单一的基本上均匀的大小。刀片可远离耙子的顶部1102延伸不同距离。刀片可以不同的角度(例如，不同攻角)定向。攻角可为刀片的表面相对于粉末的表面的角。在一些情况下，浅攻角可相对于陡的攻角对部件施加相对较小压力。浅冲角可为刀片表面与粉末层的平均顶表面之间的最多约45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°或5°的角。浅攻角可在刀片的表面与粉末层的平均顶表面之间为约0°。刀片可连续提供于梳理机构上，一系列刀片可相对于彼此具有递增或递减的接触角。刀片的角度可以图案(例如，以线)或随机地布置。在一些情况下，梳理机构(例如，耙子)可包括犁。可主动地或被动地在耙子之前控制粉末水平(例如，层厚度)。
刀片可由刚性的材料制成，使得梳理机构内的刀片在沿粉末的表面平移时不移动。在一些情况下，刚性的材料可为金属(例如，元素或合金)、硬塑料、陶瓷或其任何组合。在一些情况下，刀片的至少一部分可由柔性的材料制成，使得刀片在沿粉末的表面拖动时至少部分地变形。柔性材料可为金属箔、橡胶、软塑料或其任何组合。
本文中描述的系统中的任一者(统一地“所述系统”)可包括粉末分配机构、粉末平整机构、粉末移除机构、控制器或其任何组合。
控制器可以控制振动器。控制器可以控制振动器的操作。控制器可以控制振动器的振动的振幅。控制器可以控制振动器的振动的频率。当系统包括超过一个振动器时，控制器可以单独地或以整体(例如，共同地)控制其中的每一者。控制器可以顺序地控制振动器中的每一者。控制器可以控制由粉末分配器释放的粉末材料的量。控制器可以控制由粉末分配器释放的粉末材料的速度。控制器可以控制沉积于粉末材料层中(例如，置于粉末床中)的粉末材料的高度。控制器可以控制粉末从粉末分配器释放的高度。
控制器可以控制平整构件的高度。控制器可以控制平整构件刀片的高度。控制器可以控制平整构件(例如，刀片)的移动速率。控制器可以控制粉末分配器的位置。控制器可以控制平整构件的位置。位置可包括垂直位置、水平位置或角度位置。位置可包括坐标。
控制器可以控制粉末移除构件的高度。控制器可以控制粉末移除构件的移动速率。控制器可以控制粉末移除构件的位置。位置可包括垂直位置、水平位置或角度位置。位置可包括坐标。控制器可以控制由粉末移除构件移除的材料的量。控制器可以控制由粉末移除构件移除的材料的速率。
控制器可以控制粉末分配机构、粉末移除机构和/或平整机构行进的路径。控制器可以控制沉积于外壳中的粉末材料层的顶表面的平整。举例来说，控制器可以控制新沉积的粉末材料的最终高度。控制可以控制粉末材料(例如，最后形成的粉末材料层)的最终高度。在一些实施例中，粉末分配器可沉积具有第一垂直高度的粉末材料层的至少部分。平整机构和/或粉末移除机构可平整经沉积粉末材料，使得粉末材料层的经平整截面的垂直高度可为第一垂直高度的至少约0.02*、0.04*、0.05*、0.06*、0.08*、0.1*、0.2*、0.3*、0.4*、0.5*、0.6*、0.7*、0.8*或0.9倍(*)。平整构件可平整经沉积粉末材料，使得粉末材料层的经平整截面的垂直高度可为第一垂直高度的最多约0.02*、0.04*、0.05*、0.06*、0.08*、0.1*、0.2*、0.3*、0.4*、0.5*、0.6*、0.7*、0.8*或0.9倍(*)。平整构件可平整经沉积粉末材料，使得粉末材料层的经平整截面的垂直高度可为上述乘数值之间的任何值(例如，从约0.02*到约0.9*、从约0.02*到约0.5*、从约0.4*到约0.9*或从约0.05*到约0.4*)的乘积。
本文中描述用于从粉末材料产生3D物体的方法，所述方法包括利用本文中描述的设备中的任一者平整粉末材料。粉末材料可为经安置与外壳的底部、基板或底座相邻(例如，上方)的粉末材料。粉末材料可已由层分配机构(例如，粉末分配器)沉积。本文中描述用于从粉末材料产生3D物体的方法，所述方法包括利用本文中描述的任何设备朝向外壳的底部(例如，朝向基板或底座)分配粉末材料。本文中描述用于从粉末材料产生3D物体的方法，所述方法包括利用本文中描述的层分配机构中的任一者(例如，粉末分配器)朝向外壳的底部(例如，朝向基板或底座)分配粉末材料。方法可包括分配粉末材料层。方法包括平移设备、层分配机构、粉末分配机构、平整机构、粉末移除机构、基板、底座、外壳或其任何组合。控制器可以控制平移。粉末材料可在层分配机构(例如，粉末分配器)在第一方向上行进时由层分配机构分配。粉末材料可在平整机构和/或粉末移除机构在第二方向上行进时由平整机构平整。第一和第二方向可为相同方向。第一和第二方向可为相反方向。
方法可包括振动粉末材料的至少部分、粉末分配机构的至少部分或层分配机构的至少部分。粉末分配机构的至少部分可包括振动粉末分配机构的出口开口的至少部分。方法可包括振动粉末床中的粉末以平整粉末材料。方法可包括振动外壳、基板、底座、容纳粉末床的容器或其任何组合，从而平整粉末材料。振动可为超声波振动。
方法可包括使用平整机构平整粉末材料层的至少部分。所述平整可能够平整与由顶表面产生的平均平面有偏差的粉末材料的顶表面。与平均平面的偏差可具有与本文中公开的平均平面值的任何偏差。所述平整可以本文中公开的位置改变值移位物体。
在一些情况下，粉末层的表面可通过使粉末床中的粉末流体化而维持基本上平均的平面均匀性。流化粉末床可具有一个或多个液体性质(例如，具有与粉末床的体积相似的体积)。流化粉末床可表现出流体静力学性能，使得平面均匀的粉末表面在没有梳理机构的情况下维持(例如，平整或平滑)。流化床可通过迫使经加压气体穿过粉末床而产生于粉末床中。气体可从粉末床的底部、顶部或侧面流动。气体可为惰性气体。气体可为稀有气体。气体可包括氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳、二氧化碳或空气。流化床中的气体可为使用于腔室中的相同气体，或与使用于腔室中的气体不同的气体。
3D物体的至少一部分可在流化床中下沉。3D物体的至少一部分可由流化床包围(例如，淹没)。3D物体的至少一部分可存在于粉末材料中而无实质下沉(例如，垂直移动)。无实质下沉可相当于最多约40％、20％、10％、5％或1％的层厚度的下沉(例如，垂直移动)。无实质下沉可相当于最多约100μm、30μm、10μm、3μm或1μm。3D物体的至少一部分存在于粉末材料中而无实质移动(例如，水平移动、以一角度移动)。无实质移动可相当于最多100μm、30μm、10μm、3μm或1μm或更少。当3D物体下沉或淹没于流化粉末床中时，3D物体可存在于基板上。
所描述的方法可包括粉末平整方法，其中粉末包括从粉末床的暴露表面(即，粉末床的顶表面)突出的结构。结构可为经转换且随后经硬化的粉末材料。结构可为3D物体、3D物体的部分、或经转换且随后经硬化但未形成3D物体的部分的粉末材料(即，残屑)。突出结构距粉末床的暴露(即，顶部)表面的高度(即，垂直距离)可为至少约10μm、30μm、50μm、70μm、100μm、130μm、150μm、170μm、200μm、230μm、250μm、270μm或300μm。突出结构(在下文中“突出”)距粉末床的顶表面的高度可为最多约30μm、50μm、70μm、100μm、130μm、150μm、170μm、200μm、230μm、250μm、270μm、300μm或1000μm。突出距粉末床的顶表面的高度可在上述值中的任何者之间。举例来说，从约10μm到约1000μm、从约50μm到约100μm、从约30μm到约300μm、从约20μm到约400μm或从约100μm到约900μm。除非另外指定，否则本文中使用的术语“在...之间”意谓包含性的。举例来说，在X与Y之间在本文中理解为从X到Y。
在一些实例中，方法包括将粉末材料层沉积到粉末床上，包括将粉末材料分配到外壳中以提供粉末床；通过将粉末材料转换为随后形成硬化材料的经转换材料而从粉末材料的一部分产生3D物体，其中硬化材料从粉末床的顶表面突出，其中硬化材料在粉末床内为可移动的；及将粉末材料层添加到粉末床的顶表面上。可移动的硬化材料可包括辅助支承件。可移动的硬化材料可缺乏辅助支承件。在一些实例中，硬化材料悬于粉末床中。在一些实例中，包括辅助支承件的硬化材料悬于粉末床中。在一些实例中，硬化材料锚定(例如，通过辅助支承件)到外壳。锚可连接到外壳的底部或侧面。锚可连接到基板或底座。锚可为基板、底座、外壳的底部、支架结构、烧结结构(例如，轻微烧结的结构)或模子(又名，模具)。
在一些实例中，在粉末床的顶表面上添加粉末材料层以将硬化材料移位位置改变值。在一些实例中，在粉末床的顶表面上添加粉末材料层以将硬化材料移位约20微米或更少。在一些实例中，硬化材料包括翘曲、屈曲、弯曲、卷起、卷曲、凸出或成球。举例来说，硬化材料可包含变形的3D物体的至少一部分。变形可为本文中公开的任何变形，例如翘曲、屈曲、凸出、弯曲、卷起、卷曲或成球。
在一些实例中，添加进一步包括：使用粉末分配器将粉末材料层沉积到粉末床中(例如，通过本文中描述的任何沉积方法或机构)。在一些实例中，所添加的粉末材料层的顶表面为基本上平面的。在一些实例中，所添加的粉末材料层的顶表面经平整成为基本上平面的。平整可包括如本文中所描述的平整机构和/或粉末移除机构。举例来说，粉末材料层的顶表面的平整可包括剪切过量的粉末材料。剪切可包含用刀(例如，如本文中所描述的硬的、柔性的或空气刀)剪切。在一些例子中，将经剪切粉末材料(即，过剩粉末材料)移位到粉末床中的另一位置。在一些例子中，不将经剪切粉末材料(即，过剩粉末材料)移位到粉末床中的另一位置。举例来说，过剩粉末材料可由本文中描述的粉末移除机构移除。粉末材料的移除可包括接触粉末床(例如，粉末床的顶表面)。粉末材料的移除可不包含接触粉末床(例如，粉末床的顶表面)。举例来说，添加可包括使用粉末移除构件移除过量粉末材料而不接触粉末材料层。
在一些实例中，粉末材料、硬化材料或两者可缺乏以形成共晶合金的比率存在的至少两种金属。在一些实例中，粉末材料、硬化材料或两者由单一元素金属制成。在一些实例中，粉末材料、硬化材料或两者最多包含基本上单一元素金属合成物。在一些实例中，粉末材料、硬化材料或两者由单一金属合金制成。在一些实例中，粉末材料、硬化材料或两者最多包含基本上单一金属合金合成物。
本文中描述的另一方面为用于产生三维物体的系统，所述系统包括：外壳，其容纳包括粉末材料的粉末床；能量源，其将能量束提供给粉末材料，且因此将粉末材料转换为随后经硬化以形成硬化材料的经转换材料。硬化材料可从形成本文中描述的突出的粉末床的顶表面突出。本文中公开的系统可进一步包括经配置以将平面粉末层添加到粉末床中的层分配机构。层分配机构可包含粉末沉积机构。层分配机构可进一步包含粉末平整机构和/或粉末移除机构。平整来自粉末床的过剩粉末材料的粉末平整机构(例如，构件)可在接触或不接触粉末床的情况下进行此动作。本文中公开的粉末平整机构可经配置以从粉末床的顶部(即，暴露)部分至少剪切、剃刮、夹牢、修剪、裁切、切割、刮去、削去或切掉过剩粉末材料。粉末平整构件可将过量粉末材料移位到粉末床中的另一位置。在一些例子中，粉末平整构件可不将过量粉末材料移位到粉末床中的另一位置。
粉末平整机构可为本文中公开的任何粉末平整机构。层分配机构可包括在接触或不接触粉末床的顶部部分的情况下从粉末床的顶部部分移除过剩粉末材料的粉末移除机构(例如，构件)。层分配机构可包括从粉末床的顶部部分移除过剩粉末材料同时接触粉末床的顶部部分的粉末移除机构(例如，构件)。层分配机构可包括从粉末床的顶部部分移除过剩粉末材料而不接触粉末床的顶部部分的粉末移除机构。层分配机构可与粉末床的顶部部分分开一间隙。间隙可为本文中公开的任何间隙。粉末移除机构可为本文中描述的任何粉末移除机构。粉末移除机构可耦接或不耦接到粉末平整机构。粉末移除机构可耦接或不耦接到粉末分配机构。粉末平整机构可耦接或不耦接到粉末分配机构。
由粉末移除机构移除的过剩粉末材料可由粉末分配构件重新使用。重新使用可包含在层分配机构的操作期间连续地重新使用、在将粉末材料层添加到粉末床中之后重新使用、在一时兴起时重新使用、手动地重新使用、自动地重新使用、在产生3D物体之后重新使用。
本文中描述的系统可进一步包括以可操作方式耦接到能量源且耦接到层分配机构或耦接到其组件中的至少一者的控制器。控制器可经编程以：(i)接收产生三维物体的指令；(ii)从粉末材料的一部分产生硬化材料；及(iii)引导层分配机构将粉末材料层添加到粉末床。所添加的粉末材料层可具有基本上平面的顶表面。所添加的粉末材料层可具有基本上非平面的顶表面。在一些例子中，层分配机构可移位硬化材料。在一些例子中，层分配机构可基本上不移位硬化材料。在一些例子中，层分配机构可将硬化材料移位本文中公开的位置改变值。在一些例子中，层分配机构可将硬化材料移位最多20μm。位移可为垂直的、水平的或角位移。角位移可为平面角度或复合角度。
控制器可以可操作方式耦接到粉末分配机构(例如，粉末分配构件或粉末分配器)，且可经编程以引导粉末分配机构将粉末材料层添加到粉末床中。控制器可以可操作方式耦接到粉末平整机构且可经编程以平整粉末床的顶表面。控制器可以可操作方式耦接到粉末移除构件且经编程以调控过剩粉末材料的移除。控制器可以控制由粉末移除机构移除的粉末材料的再循环。控制器可调控可由粉末分配构件分配的粉末材料的量。
系统可进一步包括以可操作方式耦接到粉末分配构件的一个或多个机械构件，其中所述一个或多个机械构件促使粉末分配构件振动。机械构件可为电动机(例如，旋转电动机)或超声波仪。机械构件可引起振动。控制器可以可操作方式耦接到一个或多个机械构件。控制器可以可操作方式耦接到一个或多个振动器。控制器可经编程以控制一个或多个机械构件调控由粉末分配构件分配到外壳中的粉末材料的量。
在另一方面中，本文中描述的方法可包括将粉末材料层沉积于外壳中以形成粉末床，使层的至少部分硬化以形成硬化材料(其可或可不包括3D物体的至少一部分)的方法，所述硬化材料可或可不从粉末床的暴露比表面突出。过度地沉积第二粉末材料层。此第二层的暴露表面可或可未经平整。第二层的平整可发生在两个不同操作中。第一操作涉及粉末平整机构的使用，且第二操作涉及粉末移除机构的使用。在一些实施例中，第二层的平整可涉及在单个操作中的粉末平整机构和粉末移除机构两者的使用。在一些实施例中，第二层的平整可涉及由粉末移除机构紧随的粉末平整机构的使用。在一些实施例中，通过粉末沉积机构沉积第二粉末材料层、通过平整机构平整(例如，剪切)第二层粉末材料及通过粉末移除机构移除粉末在一个横向作业中先后进行。举例来说，三个机构可彼此紧随。举例来说，三个机构中的至少两者可彼此紧随。举例来说，三个机构可集成在一个机构中。举例来说，三个机构中的至少两者可集成在一个机构中。机构可扩散和/或平整整个粉末床或仅粉末床的一部分中的粉末。方法可包含在机构在一个方向上横向行进时扩散并平整粉末床。方法可包含在机构在第一方向上横向行进时扩散粉末，在机构在相反方向上行进时平整粉末，且在机构再次在第一方向上行进时最终移除粉末。方法可包含当一个或两个机构在第一方向上横向行进时的机构的操作，及当一个或两个机构在相反方向上横向行进时的机构的操作。机构可包含粉末分配机构、粉末平整机构及粉末移除机构。方法可扩散并平整粉末材料而基本上不改变硬化材料的位置，无论其是否锚定(例如，通过辅助支承件)。
本文中描述的另一方面为用于关于粉末材料层的沉积和平整产生三维物体的方法，其中最终平整操作在不接触粉末床的顶部的情况下发生。方法包括将第一粉末材料层提供到外壳中以提供具有第一顶表面(所述第一顶表面现阶段为暴露表面)的粉末床；从粉末材料的至少一部分产生三维物体的至少一部分；将第二粉末材料层分配到粉末床上，其中第二粉末材料层包括第二顶表面(所述第二顶表面现阶段为暴露表面)；移除(例如，剪切)第二粉末材料层以形成第一平面表面；及从第二粉末材料层移除预定第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中移除在不接触粉末床的情况下发生。第一平面表面可处于第二平面表面的最低点或在其下方。第二平面表面可位于第一平面表面下方。移除操作可包括本文中描述的粉末移除系统所利用的任何粉末移除方法。
产生操作可包括转换粉末材料以产生随后硬化以形成经硬化材料的经转换材料，其中经硬化材料的至少一部分从第一顶表面突出，因此形成突出。在一些例子中，将第一粉末材料层提供于粉末床上。在一些例子中，第一粉末材料层包括突出。突出可为本文中描述的任何突出(例如，3D物体的至少一部分，或残屑)。突出可包括硬化材料的翘曲、弯曲、凸出、卷曲、卷起或成球。突出结构距粉末床的暴露(即，顶部)表面的高度(即，垂直距离)可为本文中公开的突出值中的任何者。在一些实例中，第二平面表面可位于第一顶表面上方。
图26A至26D展示本文中描述的分层方法的不同阶段的实例。图26A展示粉末床2601，(弯曲的)3D物体2603悬于所述粉末床内，且从粉末床的暴露(顶部)表面突出一距离2605。粉末床的暴露表面可经平整(例如，如图26A中所示，具有经平整平面2604)，或不平整。图26B展示将层沉积于粉末床中(例如，在平面2604上方)的后续操作。新沉积的层可不具有经平整顶表面(例如，2608)。未平整顶表面2608包含最低垂直点2609。平面2606为位于未平整表面的最低垂直点处或下方、及突出高度2605处或上方的平面。平面2606经定位比顶表面2604高一高度2610。图26C展示通过平整机构将层平整至平面2606的垂直位置的后续操作。那样的平整可剪切粉末材料。那样得平整可不将过剩的粉末材料移位到粉末床中的不同位置。图26D展示平整层经平整到在高于2604且低于2606的较低垂直平面水平，且被指定为2611的后续操作。此第二平整操作可通过粉末移除机构进行，所述操作可或可不接触粉末床的暴露层。此第二平整操作可或可不暴露突出物体。此第二平整操作可为较高保真度平整操作。从第一顶表面到第二平面表面的平均垂直距离可为至少约5μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm。从第一顶表面到第二平面表面的平均垂直距离可为最多约700μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm、10μm或5μm。从第一顶表面到第二平面表面的平均垂直距离可在上述平均垂直距离值中的任何者之间。从第一顶表面到第二平面表面的平均垂直距离可从约5μm到约500μm、从约10μm到约100μm、从约20μm到约300μm或从约25μm到约250μm。
从第一顶表面到第二顶表面的平均垂直距离可为至少约5μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、1000μm或1500μm。从第一顶表面到第二顶表面的平均垂直距离可为最多约2000μm、1500μm、1000μm、700μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm、10μm或5μm。从第一顶表面到第二顶表面的平均垂直距离可在上述平均垂直距离值中的任何者之间。举例来说，从第一顶表面到第二顶表面的平均垂直距离可为从约5μm到约2000μm、从约50μm到约1500μm、从约100μm到约1000μm或从约200μm到约500μm。
从第一顶表面到第一平面表面的平均垂直距离可为至少约5μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或1000μm。从第一顶表面到第一平面表面的平均垂直距离可为最多约1000μm、700μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm、10μm或5μm。从第一顶表面到第一平面表面的平均垂直距离可在上述平均垂直距离值中的任何者之间。从第一顶表面到第一平面表面的平均垂直距离可为从约5μm到约1000μm、从约50μm到约500μm、从约10μm到约100μm、从约20μm到约300μm或从约25μm到约250μm。
移除包括在本文中由粉末移除机构使用的任何方法。举例来说，移除操作可包括使用真空。经移除粉末材料可如本文中所描述的再循环或再使用。举例来说，经移除(即，过剩)粉末材料可在本文中描述的方法中的任何者中连续地再使用。
分配方法可利用本文中描述的粉末分配机构中的任何者。举例来说，利用重力的分配方法，和/或使用移位粉末材料的气流(例如，空气流)的一个分配方法。
本文中描述的另一方面为用于产生三维物体的系统，所述系统包括：外壳，其容纳粉末床；能量源，其将能量束提供到粉末材料，且因此将粉末材料转换为随后硬化以形成经硬化材料的经转换材料；粉末分配构件，其将粉末材料分配到粉末床中；粉末平整构件，其平整粉末床的暴露表面；粉末移除构件，其将粉末材料从粉末床的暴露表面移除而不接触粉末床的顶表面；及控制器，其以可操作方式耦接到能量源、粉末分配构件、粉末平整构件及粉末移除构件，且经编程以：引导粉末分配器将具有第一顶表面的第一粉末材料层分配到粉末床中；接收产生三维物体的至少部分的指令；从粉末材料的一部分产生三维物体的至少部分；引导粉末分配器分配具有与第一顶表面相邻的第二顶表面的第二粉末材料层；引导粉末平整机构(例如，构件)将第二顶表面平整到在第二顶表面的最低点处或下方的第一平面表面；及引导粉末移除机构(例如，构件)将过剩粉末材料从第二层移除到预定第二平面表面，其中所述第二平面表面在第一平面表面下方。硬化材料可形成3D物体的至少一部分，或为残屑。第二平面表面可位于第一顶表面上方。粉末分配构件可与粉末床的暴露表面分开一间隙。间隙可为本文中公开的任何间隙。间隙的高度(垂直距离)可为本文中公开的任何间隙高度。举例来说，间隙距离为从约10μm到约50mm。粉末平整机构和/或粉末排气机构可将硬化材料(例如，3D物体)移位约300微米或更少。粉末平整机构和/或粉末排气机构可能够平整粉末床的顶表面同时将经硬化材料的部分改变最多约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm或300μm。粉末平整机构和/或粉末排气机构可能够平整粉末床的顶表面同时将经硬化材料的位置改变上述值之间的任何值。举例来说，粉末平整机构和/或粉末排气机构可能够平整粉末材料的顶表面同时将经硬化材料的位置改变从约1μm到约300μm、从约1μm到约50μm、从约1μm到约20μm、从约1μm到约10μm、从约1μm到约50μm或从约1μm到约100μm的距离。
本文中描述的系统(例如，900)可包括再循环系统(例如，907)。再循环系统可收集未使用的粉末材料并将未使用的粉末材料返回到粉末分配机构的储存器，或到大体积储存器。由平移机构(例如，梳理机构和/或辊)推开的粉末材料的至少一部分可由再循环系统回收。真空(例如，908，其可位于粉末床的边缘)可收集未使用的粉末。未使用的粉末可从无真空的粉末床移除。可通过主动地从粉末床推动粉末(例如，机械地或使用正加压气体)而移除未使用的粉末。气流(例如，909)可将未使用粉末引导到真空。粉末收集机构(例如，铲子)可引导未使用的粉末离开粉末床(且视情况进入再循环系统)。再循环系统可包括控制返回到储存器的颗粒的大小范围的一个或多个过滤器。
在一些情况下，可通过文丘里(Venturi)清除喷嘴收集未使用的粉末。喷嘴可具有高纵横比(例如，至少约2:1、5:1、10:1、20:1、30:1、40:1或100:1)，使得喷嘴不被粉末颗粒堵住。喷嘴可与(例如，从原始和/或补充能量源)发射的一个或多个能量束对准。举例来说，喷嘴和一个或多个能量束可对准，使得能量源可在加热粉末层时穿过喷嘴开口。喷嘴可在能量束穿过喷嘴以加热粉末层时收集未使用的粉末。
在一些情况下，粉末可由提供于热传输构件(例如，冷却构件(例如，冷却板)、加热构件或热稳定构件(例如，恒温器))之上或与其相邻一个或多个喷嘴和/或真空抽吸端口收集。喷嘴和/或真空抽吸端口可机械地耦接到热传输构件。
在一些实施例中，粉末可由穿过将粉末从粉末床排到一个或多个排放储存器中的一个或多个排放端口的排放系统收集。可再使用(例如，在过滤和/或进一步处理之后)一个或多个排放储存器中的粉末。
本文中描述的系统组件可经采用且经配置以产生3D物体。可通过3D打印方法产生3D物体。可提供第一粉末层与底座、基板或外壳的底部相邻。底座可为3D物体的先前形成层或在其上扩散、保持、放置或支撑层或粉末床的任何其它表面。在形成3D物体的第一层的情况下，第一粉末层可形成于无底座、无一个或多个辅助支承特征件(例如，条)、或无除粉末外的任何其它支承结构的粉末床中。可形成后续层，使得后续层的至少一部分熔化、烧结、熔融、粘结和/或以其它方式连接到先前形成层的至少一部分。在一些例子中，经转换且随后硬化为硬化材料的先前形成层的至少一部分充当用于形成3D物体的底座。在一些情况下，第一层包括底座的至少一部分。粉末的材料可为本文中描述的用于3D打印的任何材料。粉末层可包括均匀或不均匀大小和/或形状的颗粒。
图3描绘具有部分形成的3D物体302的床301的实例。部分形成的3D物体302可包括先前经转换且硬化为3D物体302的至少一个层。可提供第一粉末层303与部分形成的3D物体302相邻。第一粉末层303可在第一温度(T1)下提供。第一温度可基本上接近环境温度。在一些情况下，第一层可具有高于或低于室温的第一温度(T1)。举例来说，第一温度(T1)可为至少约0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃或500℃。第一温度(T1)可为最多约0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃或500℃。第一温度可为上述温度值之间(例如，从约0℃到约500℃、从约0℃到约300℃、从约200℃到约500℃或从约100℃到约400℃)的任何值。在一些情况下，第一温度(T1)可低于0℃。
可将来自第一(或初始)能量源304的能量提供到第一粉末层303的至少一部分。可将来自第一能量源304的能量提供到第一粉末层的部分(例如，使用向量扫描技术)。在一些情况下，初始能量源可为激光。在一些情况下，初始能量源可投射辐射，包括电磁、电子、正电子、质子、等离子或离子辐射。电磁束可包括微波、红外(IR)、紫外(UV)或可见辐射。离子束可包含阳离子或阴离子。电磁束可包括激光束。初始能量源可包含激光束。初始能量源可包含电子枪或经配置以将目标能量提供到表面或底座的任何其它能量源。初始能量源可包括光纤耦合到激光的直接激光二极管。提供到第一粉末层的部分的能量可由粉末吸收，且作为能量吸收的结果粉末可经历温度的升高。由初始能量源提供的能量可熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接到先前固化层的一个或多个部分。先前固化层和粉末材料的熔化可将两者合并(例如，熔融、烧结、熔化、粘结或以其它方式连接)在一起以形成3D物体。在一些情况下，初始能量源可熔化先前固化层的至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100层。层可具有至少约1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或750μm的厚度。在一些情况下，第一能量源可为激光光束。激光可具有低于或等于第二能量源的单位面积功率的单位面积功率。激光可具有比第二能量源的单位面积功率高的单位面积功率。温度的升高可足以转换第一粉末层的至少一部分。温度的升高可足以熔化第一粉末层的至少一部分且允许熔化的粉末保持熔化达至少约1飞秒(fs)、50fs、100fs、500fs、1皮秒(ps)、50ps、100ps、500ps、1纳秒(ns)、50ns、100ns、500ns、1微秒(μs)、50μs、100μs、500μs、1毫秒(ms)、50ms、100ms或500ms。温度的升高可足以熔化整个第一粉末层。温度的升高可足以烧结第一层粉末的至少一部分达至少约1飞秒(fs)、50fs、100fs、500fs、1皮秒(ps)、50ps、100ps、500ps、1纳秒(ns)、50ns、100ns、500ns、1微秒(μs)、50μs、100μs、500μs、1毫秒(ms)、50ms、100ms或500ms。温度的升高可足以烧结第一层粉末的至少一部分达上述时间段之间的一时段(例如，从约1fs到约500ms、从约1ns到约500ms、从约1fs到约50ms或从约1ps到约1ms)。温度的升高可足以烧结整个第一粉末层。第一粉末层可沿预定图案或随机地熔化。在熔化之后，第一粉末层可处于第二温度(T2)。第二温度(T2)可高于第一温度(T1)。第二温度(T2)可低于第一温度(T1)。第二温度(T2)可基本上等于第一温度(T1)。举例来说，第二温度(T2)可为至少约500℃、750℃、1000℃、1250℃、1500℃、1750℃、2000℃、2250℃、2500℃、2750℃、3000℃、3500℃、4000℃或5000℃。第二温度可为上述温度值之间(例如，从约500℃到约2500℃、从约2250℃到约5000℃或从约1500℃到约3500℃)的任何值。
初始能量源可在固定时间段期间将能量传递到第一层粉末中的至少一个点。可选择固定时间段，使得指定体积的粉末可达到目标温度。可基于粉末材料的热性质及由初始能量源提供的能量的量来选择时间段。固定时间段可为至少约1飞秒(fs)、50fs、100fs、500fs、1皮秒、50ps、100ps、500ps、1纳秒(ns)、50ns、0.1微秒(μs)、0.5μs、1.0μs、2.0μs、3.0μs、4.5μs、5.0μs、10μs、20μs、50μs、100μs、300μs、500μs或1ms。固定时间段可为最多约0.1微秒(μs)、0.5μs、1.0μs、2.0μs、3.0μs、4.5μs、5.0μs、10μs、20μs、50μs、100μs、300μs、500μs或1ms。固定时间段可为上述值之间(例如，从约1fs到约1ms、从约1μs到约500μs、从约1fs到约50μs或从约1ps到约1ms)的任何值。固定时间段可包括初始能量源将能量传递到粉末床中的一点的时间段。点可为粉末床中具有与初始能量源的光束基本上长度尺度相等的面积的光点。将能量施加到第一粉末层中的区域的整体时间可为至少约1μs、50μs、100μs、500μs、1ms、50ms、0.1秒(s)、0.5s或1s。在初始能量源将能量传递到第一粉末层的时间期间，初始能量源可将能量传递到粉末层中的每一点一次、多于一次或一次都没有。
粉末的至少一部分可由能量源选择性地加热以形成所预期的(例如，预定和/或要求的)3D物体。未形成所预期3D物体的至少一部分的粉末的部分可被称为剩余者。在一些情况下，剩余者不形成延伸1mm、0.5mm、0.1mm或更多的连续结构。连续结构可为连续固体结构或连续固化结构。连续结构可通过转换或部分地转换粉末的部分而形成。本文中描述的系统和方法可能不在剩余者中产生连续固体结构。举例来说，他们可能不在剩余者中产生粉末的经转换部分。在一些情况下，连续结构不封闭3D物体或其部分。在一些情况下，剩余者不形成封闭3D物体的部分或整个3D物体的支架。在一些情况下，剩余者不形成封闭3D物体的部分或整个3D物体的轻微烧结结构。
可视情况将来自第二(或补充)能量源305的能量提供到第一粉末层的剩余者的至少一部分。补充能量源305可与初始能量源304分离。在一些情况下，第二能量源与初始能量源304集成。可在用初始能量源将能量提供到第一粉末层的部分之前、之后或同时将来自补充能量源的能量提供到第一粉末层的剩余者。在一些情况下，初始能量源可转换第一粉末层的部分。补充能量源可升高第一粉末层的剩余者的至少一部分的温度。在一些情况下，由补充能量源提供的能量可能不足以转换第一粉末层的剩余者。初始能量源可为本文中公开的任何能量源。初始能量源可为产生本文中公开的能量束的任何能量源。补充能量源可为本文中公开的任何能量源。补充能量源可为产生本文中公开的能量束的任何能量源。补充能量源可为激光。补充能量源可包含辐射，包括电磁、电子、正电子、质子、等离子或离子辐射。电磁束可包括微波、红外、紫外或可见辐射。离子束可包含阳离子或阴离子。电磁束可包括激光束。补充能量源可包含激光源。补充能量源可包含电子枪或经配置以将目标能量提供到表面或底座的任何其它能量源。补充能量源可具有比初始能量源的单位面积功率小的单位面积功率。举例来说，补充能量源可产生具有比第一(初始)能量源的束面积大从约100到约1,000,000的面积的能量束。补充能量源可在固定时间段内将能量传递到第一粉末层的剩余者的至少一部分。可选择固定时间段，使得指定体积的粉末达到目标温度，可基于粉末的热性质和由补充能量源提供的能量的量而选择时间段。固定时间段可为至少约1μs、50μs、100μs、500μs、1ms、5ms、10ms、15ms、20ms、50ms、100ms、200ms、500ms、1s、5s、10s或1分钟。固定时间段可为最多约1μs、50μs、100μs、500μs、1ms、5ms、10ms、15ms、20ms、50ms、100ms、200ms、500ms、1s、5s、10s或1分钟。固定时间段可为上述值之间(例如，从约1μs到约1分钟、从约1μs到约100ms、从约50ms到约1分钟或从约100ms到约10s)的任何值。目标温度可为低于粉末材料的转换温度的温度。在一些情况下，可将补充能量传递到单个点、传递到超过单个点、根本不传递、传递到粉末层中的相同位置或不同位置至少一次、两次、5次、10次、30次、100次或1000次。补充能量的此类传递可在粉末层从初始能量源接收能量的同时、之前或之后发生。
在一些情况下，补充能量源可将能量提供到与3D物体的至少一部分相邻的粉末的一部分。在一些情况下，补充能量源可在通过初始能量源加热3D物体的至少一部分之前预热3D物体的至少一部分。另外或替代地，补充能量源可在通过初始能量源加热3D物体之后后热3D物体的至少一部分。补充能量源可将氧化材料层从3D物体的至少一部分的表面的至少一部分移除。
补充能量源可为激光二极管的阵列或矩阵。可(例如，通过控制机构)独立地控制阵列或矩阵中的激光二极管中的每一者，使得二极管可以独立地关闭和打开。可共同地控制阵列或矩阵中的激光二极管的至少一部分，使得激光二极管的至少一部分可以同时关闭和打开。在一些例子中，共同地控制阵列或矩阵中的所有激光二极管，使得所有激光二极管可以同时关闭和打开。
可(例如，通过控制机构或系统)独立地调制每单位面积能量或矩阵或阵列中的每一激光二极管的强度。有时，可(例如，通过控制机构)共同地调制每单位面积能量或矩阵或阵列中的激光二极管的至少一部分。有时，每单位面积能量或矩阵或阵列中的所有激光二极管可(例如，通过控制机构)共同地调制。补充能量源可通过能量源的机械移动沿粉末的表面扫描可调节反射镜或多边形光扫描仪。补充能源可使用DLP调制器、一维扫描仪或二维扫描仪投射能量。
在将能量通过初始能量源提供到第一粉末层的部分及通过补充能量源提供到剩余者的部分之后，可通过冷却过程将能量从粉末床移除，其中冷却过程可包括从粉末床306传输热量。在一些情况下，热量可从粉末床传输到散热片。能量(例如，热量)可从粉末床均匀地移除，使得从由初始能量源加热的第一粉末层的部分及由补充能量源加热的剩余者的部分将热量传输到散热片的能量传输速率处于基本上相同速率、不同速率、模式化速率、随机速率或其任何组合。
可采用一个或多个初始能量源和一个或多个补充能量源。举例来说，可采用至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、30个、100个、300个或1,000个1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个初始能量源及至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、30个、100个、300个或1,000个补充能量源。初始及补充能量源可由控制机构(例如，计算机)独立地或共同地控制，如本文中所描述。有时，初始及补充能量源的至少部分可由控制机构(例如，计算机)独立地或共同地控制。
冷却过程可经优化以减少冷却粉末床所需的时间。当冷却过程完结时，粉末床可具有基本上均匀温度。基本上均匀温度可为粉末床中的温度，其中第一点与第二点之间的平均温度之间的差最多改变约20％、15％、10％、8％、6％、4％、2％、1％、0.5％或0.1％。第一点与第二点之间的平均温度之间的差改变上述百分率值之间的任何百分率值(例如，从约0.1％到约20％、从约0.1％到约5％或从约5％到约20％)。可在固定时间段内将第一层冷却到预定温度。举例来说，固定冷却时间段可为最多约1μs、50μs、100μs、500μs、1ms、5ms、10ms、15ms、20ms、50ms、100ms、200ms、500ms、1s、5s、10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s、240s、250s、260s、270s、280s、290s、300s、10分钟、15分钟、30分钟、1小时、3小时、6小时、12小时或1天。固定时间段可在上述时间值中的任何者之间(例如，从约1ms到约1天、从约1μs到约300s、从约1μs到约90s或从约1μs到约10s)。
在第一粉末层已达到最多约15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃或500℃的足够低温度之后，可通过提供第二粉末层307与第一层相邻来重复过程。在一些情况下，第二粉末层307可经冷却到低于粉末床的温度的温度。第二粉末层307可从粉末床吸收热量以辅助冷却粉末床。在一些情况下，可在提供第二粉末层与第一层相邻之前移除第一粉末层的至少一部分(例如，使用粉末移除机构和/或粉末平整机构)。初始能量源可选择性地将能量提供到第二粉末层的至少一部分。初始能量源可经配置以将充足能量提供到第二粉末层的一部分，使得第二粉末层的至少一部分转换。补充能量源可选择性地将能量提供到第二粉末层的剩余者的至少一部分。补充能量源可经配置以将能量提供到第二粉末层的剩余者，使得第二粉末层的至少一部分经历温度升高。温度升高可不足以转换第二粉末层的至少一部分。
在一些例子中，可仅使用初始能量源形成3D物体。举例来说，第一粉末层可在第一温度(T0)下提供。T0可为第一粉末层中的平均温度。初始能量源可转换第一粉末层的至少一部分以形成经转换(例如，熔融、烧结或熔化)材料。第一粉末层中与经转换材料相邻的粉末材料可达到低于粉末的转换温度的温度。第一粉末层中与经转换材料相邻的粉末材料可达到低于粉末的任一转换(例如，熔融、烧结或熔化)温度的温度。经转换材料可经历温度升高，使得经转换材料内的温度可达到最高温度(T2)。整个第一粉末层可冷却到平均温度(T1)。T1可为预定温度。粉末层可从粉末层的表面开始冷却。在一些例子中，T1可比T0大不超过因数KT20倍(T2-T0)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多0.1倍(T2-T0)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多0.2倍(T2-T0)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多0.8倍(T2-T0)。第一层的冷却可花费如针对本文中描述的冷却时间段所描绘的时间。在一些情况下，第一层可冷却到一温度，使得平均个体可接触所述第一层而不燃烧或损害所述平均个体。在一些情况下，第一层可冷却到本文中描述的足够低的温度。经转换(例如，熔化)材料可在第一层的冷却期间硬化(例如，固化)。可第二粉末层可提供与第一粉末层相邻(例如，上方)，且可重复转换粉末层的至少一部分的过程，及冷却粉末床的至少一部分(例如，冷却整个粉末层，或整个粉末床)的过程。重复包括提供后续粉末层，熔化粉末层的至少一部分，且冷却粉末层的至少一部分可发生，直至获得3D物体的最终或部分形式为止。层的冷却可通过从层到冷却构件(例如，散热片)的能量传输而发生。能量可沿远离安置于粉末床中的粉末层定向的方向从层传输。在一些情况下，能量可在朝向散热片的表面的方向上传输。能量可在粉末床的暴露表面的方向上传输。能量可向上传输。能量可传输到位于粉末床上方的冷却构件，或到粉末床的侧面。有时，朝向冷却构件传输至少约20％、30％、40％、50％、60％、70％、70％、80％、90％或95％的能量(例如，热量)。有时，朝向冷却构件传输最多约95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、30％或20％的能量。有时，朝向冷却构件传输的能量可具有在上述百分率值中的任一者之间(例如，从约20％到约95％、从约20％到约60％、从约50％到约95％)的百分率值。
可在最终粉末层的冷却之后不久获取3D物体的最终形式。冷却之后不久可为最多约1天、12小时、6小时、3小时、2小时、1小时、30分钟、15分钟、5分钟、240s、220s、200s、180s、160s、140s、120s、100s、80s、60s、40s、20s、10s、9s、8s、7s、6s、5s、4s、3s、2s或1s。冷却之后不久可为在上述时间值中的任一者之间(例如，从约1s到约1天、从约1s到约1小时、从约30分钟到约1天或从约20s到约240s)。在一些情况下，冷却可通过包括使用冷却气体或气体混合物的对流而主动冷却的方法进行，所述冷却气体或气体混合物包括氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳、二氧化碳或氧气。
在一些情况下，未使用的粉末可围绕粉末床中的三维(3D)物体。未使用的粉末可从3D物体基本上移除。基本移除可指在移除之后粉末覆盖3D物体的表面的最多约20％、15％、10％、8％、6％、4％、2％、1％、0.5％或0.1％。基本移除可指移除安置于粉末床中且在3D打印过程结束时仍为粉末(即，剩余者)的所有粉末，除剩余者的重量的最多约10％、3％、1％、0.3％或0.1％外。基本移除可指移除除了所打印3D物体的重量的最多约50％、10％、3％、1％、0.3％或0.1％之外的所有剩余者。未使用粉末可经移除以允许获取3D物体而无需挖穿粉末。举例来说，可通过经建造与粉末床相邻的一个或多个真空端口将未使用的粉末抽吸出粉末床。在排气未使用的粉末之后，可移除3D物体，且未使用的粉末可再循环到粉末储存器以便用于未来建造。
3D物体可产生于网格基板上。稳固平台(例如，底座或基板)可安置于网格下方，使得粉末被限制于粉末床中，且网格孔被阻塞。网格孔的阻塞可不允许大量粉末材料流动穿过。网格可相对于稳固平台通过拉动连接到网格或稳固平台(例如，在网格或底座的一个或多个边缘处)的一个或多个立柱而移动(例如，垂直地或以一角度)，使得网格变成不阻塞。一或多个立柱可通过螺纹连接从一个或多个边缘移动。可将网格基板提升出具有3D物体的粉末床以获取3D物体，使得网格变成不阻塞。替代地，可将稳固平台倾斜、水平移动，使得网格变成不阻塞。当网格未阻塞时，粉末的至少部分从网格流动同时3D物体保持在网格上。
3D物体可建造于包括第一及第二网格的构建体上，使得在第一位置处第一网格的孔完全由第二网格的固体部分堵塞，以使得当两个网格被阻塞时，粉末材料在第一位置处不能流动穿过两个网格。第一网格、第二网格或两者可以可控制地移动(例如，水平地或以一角度)到第二位置。在第二位置处，第一网格的孔和第二网格的孔至少部分地对准，使得安置于粉末床中的粉末材料能够流动穿过两个网格下方的位置，离开暴露的3D物体。
在一些情况下，冷却气体可指向硬化材料(例如，3D物体)以用于在硬化材料的获取期间冷却硬化材料。网格可经设定大小，使得未使用粉末在3D物体从粉末床暴露时将通过网格。在一些情况下，网格可附接于滑轮或其它机械装置，使得网格可从具有3D部分的粉末床移(例如，提升)出。
在一些情况下，在冷却最末粉末层之后，可在最多约12小时(h)、6h、5h、4h、3h、2h、1h、30分钟(min)、20min、10min、5min、1min、40s、20s、10s、9s、8s、7s、6s、5s、4s、3s、2s或1s内获取3D物体(即，3D部分)。可在上述时间段中的任一者之间的时间段期间(例如，从约12h到约1s、从约12h到约30min、从约1h到约1s或从约30min到约40s)获取3D物体。在获取3D物体之后，所产生的3D物体可要求极少或没有进一步的加工。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)。举例来说，在一些情况下，所产生的3D物体可经获取及完成而无需移除经转换粉末和/或辅助特征件。当由硬化(例如，固化)材料组成的三维部分处于适合于允许从粉末床移除3D物体而无实质变形的处理温度时，可获取3D物体。处理温度可为适合于3D物体的包装的温度。处理温度可为最多约120℃、100℃、80℃、60℃、40℃、30℃、25℃、20℃、10℃或5℃。处理温度可为上述温度值之间(例如，从约120℃到约20℃、从约40℃到约5℃或从约40℃到约10℃)的任何值。
本文中公开的系统和方法可提供用于产生3D物体的工艺，其中工艺将包括粉末材料层的粉末床维持在基本上均匀的平均温度。粉末床可包含完全或部分形成的3D物体，其中3D物体可通过粉末的至少一部分的重复转换及后续冷却操作而形成。完全或部分形成的3D物体可完全由粉末床支撑，使得完全或部分形成的物体漂浮或悬于粉末床中。基本上均匀温度可比粉末材料的熔化温度更低。举例来说，基本上均匀温度可为最多约15℃、25℃、30℃、50℃、75℃、100℃、150℃、200℃、300℃、400℃、600℃或1000℃。基本上均匀温度可在上述温度值中的任一者之间(例如，从约15℃到约1000℃、从约15℃到约300℃、从约200℃到约1000℃或从约100℃到约500℃)。
可在初始时间(t0)处提供第一粉末层。第一粉末层的至少一部分可经加热或转换。在一些情况下，第一粉末层的部分未经加热或转换；第一层的粉末状部分可直接(例如，通过能量源)或间接地(例如，通过来自粉末材料的经转换部分的热传输)经加热。粉末可具有低于粉末材料的转换温度的温度。在粉末经直接加热的情况下，粉末可暴露于能量源(例如，补充能量源)。加热粉末的能量源可将单位面积能量(S2)提供到粉末部分。单位面积能量S2可在单位面积第一能量(S1)的最多约60％、50％、40％、30％、20％、15％、10％或5％内。
可用能量束(例如，用来自初始能量源的能量束)转换第一粉末层的至少一部分。第一粉末层中的单位面积最大能量可为单位面积第一能量(S1)。在一些情况下，未转换第一粉末的剩余者。第一粉末层的剩余者可提供有小于或等于约因数Ks13倍S1的单位面积第三能量S3的能量。因数Ks可具有至少约0.8、0.9、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.07、0.05、0.03或0.01的值。因数Ks13可具有最多约0.01、0.03、0.05、0.07、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9的值。因数Ks13可具有上述Ks13值之间的任何值。举例来说，Ks13可具有从约0.01到约0.9、从约0.07到约0.5、从约0.3到约0.8或从约0.05到约0.2的值。第一粉末层的剩余者可提供有小于或等于约0.1倍S1的单位面积第三能量S3处的能量。用于转换第一粉末层的部分的能量的至少一部分可(例如)使用冷却构件从第一粉末层移除。时间t2可为出现在初始时间t1之后的更晚时间。可在时间t2时将第二层提供第一层与相邻。总的来说，在从约t1到t2的时间间隔内流经第一层下方的横截面的单位面积能量可小于约Ks13倍S1。第一层下方的横截面可为平行于第一层的区域。横截面可为平面(例如，水平)截面。在一些情况下，横截面可在第一层的下方至少约1μm、5μm、10μm、100μm、1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm。截面可在上述值中的任一者之间。举例来说，截面可从约1μm到约500mm、从约100μm到约50mm、从约5μm到约15mm、从约10mm到约100mm或从约50mm到约500mm。
可在从t1到t2的时间间隔内发生从第一粉末层到邻近(例如，第二)粉末层的能量传输。在一些情况下，能量传输可在远离第二粉末层定向的方向上(例如，在冷却构件的方向上和/或在粉末床的暴露表面上方的方向上)从第一粉末层发生。来自第一粉末层的能量传输可发生在单位面积能量S2。单位面积第二能量S2可等于因数Ks12乘以S1。因数Ks12可具有至少约0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85或0.9的值。因数Ks12可具有最多约0.9、0.85、0.8、0.75、0.7、0.65、0.6、0.55、0.5、0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2、0.15或0.1的值。Ks12可具有在上述Ks12值中的任一者之间的值。举例来说，Ks12可具有从约0.1到约0.9、从约0.25到约0.9、从约0.3到约0.8、从约0.2到约0.6或从约0.15到约0.7的值。在一些例子中，能量传输可经由冷却构件(例如，散热片)发生。冷却构件可位于粉末层的上方、下方或侧面。冷却构件可包括能量传导材料。冷却构件可包括主动能量传输或被动能量传输。冷却构件可包括冷却液(例如，含水的或油)、冷却气体或冷却固体。冷却构件可进一步连接到冷却器或恒温器。包括冷却构件的气体或液体可为固定的或循环的。
在用本文中提供的系统和方法形成3D物体期间，粉末层的至少一部分可由能量源加热到足以转换粉末层的至少一部分的温度。在一些情况下，粉末的一部分保持在转换温度下的时间间隔相对于形成3D物体所需的总时间可较小，使得粉末的时间平均温度低于粉末的转换温度。
图4为针对所描述的系统的图解的时间温度历史的实例。图4中的曲线图描绘随时间变化的温度曲线401。温度曲线可表示粉末床中(例如，堆叠于粉末床中)的单个粉末层的至少一部分、一组粉末层或所有粉末层的随时间变化的温度。可在初始时间(t0)处提供粉末材料层。粉末材料层可提供于腔室中或外壳中。可在初始温度T0下提供粉末。初始温度T0可为任何粉末层的最低温度。初始温度T0可为任何粉末层的平均、中值或均值温度。粉末层可暴露于能量源，所述能量源可将粉末的至少一部分提高到温度T2。在一些情况下，T2可为粉末材料的转换温度或高于所述转换温度的温度。温度T2可为粉末层中的最高温度。可(例如)通过冷却构件(例如，散热片)从粉末层移除能量，使得粉末层冷却至温度T3。提供粉末层、将粉末层加热到温度T2且将粉末层冷却到温度T3的过程可重复n次，其中n可为大于或等于1的整数。这些过程的重复可产生从一个层到第n层的相邻粉末层(例如，堆叠粉末层)的集合。重复这些过程n次可发生在从初始时间t0到更晚时间tn的时间间隔内。可提供额外粉末层、n+1粉末层与第n粉末层相邻(例如，上方)。可提供n+1粉末层于腔室中。可在初始温度T0下提供n+1粉末层。初始温度T0可为粉末层一(例如，第一粉末层)到n+1的集合中的任何粉末层的最低温度。n+1粉末层可暴露于能量源，所述能量源可将编号n+1的粉末层的至少一部分提高到温度T2。在一些情况下，T2可以是粉末材料的转换温度或高于所述转换温度的温度。温度T2可为从第一层到n+1层的粉末层集合中的粉末层中的最高温度。可(例如)通过散热片从n+1粉末层移除能量，使得n+1粉末层冷却至温度T3。从n+1粉末层的能量移除可结束于时间tn+1。对于从tn到tn+1的时间间隔，可考虑集合(例如，层一到n+1)中的单个粉末层的至少一部分、一组粉末层，或所有粉末层的时间平均温度。温度T2可为从tn到tn+1的时间间隔内的n+1层中的最高温度。温度T0可为从tn到tn+1的时间间隔内的层中任何者的最低温度。温度T0可为从tn到tn+1的时间间隔内的层中任何者的均值、平均或中值温度。温度T1可为从tn到tn+1的时间间隔内的至少层的子集中的任一点或一组点的时间平均温度。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过因数KT20倍(T2-T0)。因数KT20可具有至少约0.01、0.03、0.05、0.07、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9的值。因数KT20可具有最多约0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.07、0.05、0.03或0.01的值。因数KT20可具有在上述值中的任一者之间的值。举例来说，KT20可具有从约0.01到约0.9、从约0.1到约0.5、从约0.01到约0.2或从约0.1到约0.9的值。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过最多约0.2倍(T2-T0)。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过最多约0.1倍(T2-T0)。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过最多约0.05倍(T2-T0)。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过最多约0.01倍(T2-T0)。
在一个例子中，包括粉末材料的至少一个层可提供与底座、基板或外壳的底部相邻(例如，上方)。额外粉末层可在时间t1处经提供与至少一个层相邻(例如，上方)。可通过将能量提供到额外层的至少一部分而转换额外层的至少一部分。可从额外层移除所提供能量的至少一部分，使得能量移除在时间t2内完成。时间t2与t1相比可为更大(例如，更晚)时间。在从t1到t2的时间间隔内，额外层中的最高温度可为温度(T2)。层中的任何者中的最低温度可为温度(T0)。T2可大于T0。层中的任何点中的最高时间平均温度可为温度(T1)。在一些情况下，温度T1可比T0大不超过KT20倍(T2-T0)。
初始能量源和补充能量源可利用单位面积可变功率将能量提供到底座和/或粉末层。单位面积功率可指递送到区域的功率的量(例如，每单位面积单位时间的能量)。在一些情况下，初始能量源可提供具有单位面积第一功率(P1)的能量。补充能量源可提供具有单位面积第二功率(P2)的能量。单位面积第一功率(P1)可高于单位面积第二功率(P2)。举例来说，单位面积第二功率(P2)可具有至少0.01*P1、0.02*P1、0.03*P1、0.04*P1、0.05*P1、0.06*P1、0.07*P1、0.08*P1、0.09*P1、0.1*P1、0.2*P1、0.3*P1、0.4*P1、0.5*P1、0.6*P1、0.7*P1、0.8*P1或0.9*P1的值。单位面积第二功率(P2)可具有最多0.01*P1、0.02*P1、0.03*P1、0.04*P1、0.05*P1、0.06*P1、0.07*P1、0.08*P1、0.09*P1、0.1*P1、0.2*P1、0.3*P1、0.4*P1、0.5*P1、0.6*P1、0.7*P1、0.8*P1或0.9*P1的值。在一些情况下，单位面积第二功率(P2)可在所列出值中的任一者之间。举例来说，单位面积第二功率(P2)可从约0.01*P1到约0.9*P1、从约0.3*P1到约0.9*P1、从约0.01*P1到约0.4*P1或从约0.1*P1到约0.8*P1。可选择单位面积第一功率(P1)，使得由初始能量源提供能量的粉末层的部分小于或等于粉末层的总表面积的约1％、5％、10％、20％、30％、40％或50％。
可通过改变其上提供有能量的面积、所递送能量的强度及提供能量的时间的任何组合而控制单位面积功率。在长时间内提供能量将导致能量更深地渗透到粉末床中，其可造成较深粉末层(即，较早沉积的粉末层)的温度升高。初始能量源的单位面积功率(P1)及补充能量源的单位面积功率(P2)可改变，使得通过初始及补充能量源递送到粉末床的单位面积能量(例如，每单位面积能量的量)基本上相似。图5描绘可由初始及补充能量源提高温度的粉末床501的体积的实例。初始能量源可在约1μs或更短的一段时间内将高强度能量束提供到粉末床的相对较小面积。作为结果，粉末床的较小体积502(例如，面积及深度)可经历足以转换暴露于初始能量源的粉末床的部分的温度升高。与暴露于初始能量源的粉末床的部分相邻的粉末可不转换。相比之下，补充能量源可在相对较长时间段内将具有比初始能量束更低的强度的能量束递送到相对较大面积。作为结果，暴露于补充能量束的区域可比暴露于初始能量束的区域经历更低的温度升高。暴露于补充能量束的区域可经历温度升高到转换温度以下，使得暴露于补充能量束的区域不转换。此外，暴露于补充能量束的区域可经历温度上升到粉末床的更深处(例如，在较大体积内，503)。
在一些情况下，可分别跨越粉末层的部分及粉末层的剩余者而不均匀地调整单位面积初始能量源和补充能量源功率。可不均匀地调整单位面积功率以减小缺陷的影响。举例来说，具有增强热传输的区域(例如粉末床的边缘)可比朝向中心的粉末床的区域更快地散失热量。为了补偿这类缺陷，与粉末床的中心相比，初始和/或补充能量源可将每单位面积略高的功率提供到边缘。可使用至少一个温度传感器连续地监测粉末床的温度，且可实时调制初始和/或补充能量源的单位面积功率以校正温度梯度和/或不均匀性。
初始和补充能量源可在基本上同一时间加热粉末层。图6描绘可实施以形成3D物体的层的时间轴的实例。开始于初始时间t0，初始能量源和补充能量源可开始加热粉末床。初始能量源可在有限时段内(例如，几微秒601内)加热粉末表面。在初始能量源完成加热粉末床之后，所述能量源可关闭。同时，补充能量源可加热第一层的剩余者和/或底座的横向部分602。补充能量源可在第二时间段(例如，10毫秒至60毫秒的时间段)内加热第一层的剩余者和/或底座的横向部分。在初始和补充能量源两者完成加热粉末床之后，粉末床可冷却603。包含加热和冷却粉末层的一个层的形成可占约30秒。由初始能量源加热的粉末床的部分和由补充能量源加热的粉末床的部分可以大体相同的速率冷却。以相同速率冷却粉末床的两个部分可减少热应力，使得通过转换(例如，熔化)并冷却粉末床的部分形成的三维部分在冷却过程中不移动或变形(例如，翘曲)。以大体相同速率冷却粉末床的两个部分可减少或消除对用以在打印过程中将3D物体保持在适当位置的辅助支承特征件的需求。初始和/或补充束的能量束可具有可变强度和/或可变光点大小和光点几何形状。
可通过初始能量源加热粉末层(例如，第一粉末层)的至少一部分。可将粉末床的部分加热到高于或等于其中在给定压力下将粉末材料的至少部分转换为液态的温度(本文中被称为液化温度)。液化温度可等于液相线温度，其中在给定压力下整个材料处于液态。粉末材料的液化温度可处于或高于在给定压力下将粉末材料的至少部分从固相转换为液相的温度。可通过补充能量源加热粉末层的剩余者。粉末层的剩余者可处于比液化温度低的温度。粉末的经转换部分的最高温度及粉末的剩余者的温度可为不同的。粉末材料的固相线温度可为其中在给定压力下粉末材料处于固态的温度。在通过初始能量源将第一层的部分加热到高于或等于粉末材料的液化温度的温度之后，第一层的部分经冷却以允许经转换粉末部分硬化(例如，固化)。在第一层的部分硬化之后，可在第一粉末层附近(例如，上方)提供后续(例如，第二)粉末层。在粉末床中的经转换部分和第一层的剩余粉末两者的冷却期间，第一层的部分可硬化。在一些情况下，液化温度可为至少约100℃、200℃、300℃、400℃或500℃，且固相线温度可为最多约500℃、400℃、300℃、200℃或100℃。举例来说，液化温度为至少约300℃，且固相线温度为最多约300℃。作为另一实例，液化温度为至少约400℃，且固相线温度为最多约400℃。液化温度可与固相线温度不同。在一些例子中，粉末材料的温度维持在材料的固相线温度以上且其液化温度以下。在一些例子中，组成粉末材料的材料具有过冷温度(或过冷温度状况)。由于能量源加热粉末材料以使粉末材料的至少部分熔化，所以当粉末床保持于或高于材料的材料过冷温度，但低于其熔点时，熔化的粉末材料将保持熔化。当两种或超过两种材料以特定比率组成粉末床时，材料可针对转换(例如，熔融、烧结、熔化、粘结或连接)粉末材料而形成共晶材料。所形成共晶材料的液化温度可为在共晶点、接近共晶点或远离共晶点的温度。接近共晶点可指定与共晶温度(即，在共晶点处的温度)相差最多约0.1℃、0.5℃、1℃、2℃、4℃、5℃、6℃、8℃、10℃或15℃的温度。将比接近共晶点的温度离共晶点更远的温度在此指定为远离共晶点的温度。可重复转换(例如，液化)和硬化(例如，固化)第一层的一部分的过程直到形成3D物体的所有层为止。在形成过程完成后，可将所产生的3D物体从粉末床移除。在过程完成后剩余粉末可与所述部分分离。3D物体可经固化并从容纳粉末床的容器移除。
3D物体可由粉末床形成。粉末可包括为3D物体的所需合成材料的材料的颗粒。粉末床可包括材料的混合物，所述混合物在转换后将包括为3D物体的所需合成材料的材料。可提供粉末材料层与底座(或基板、外壳的底部、或容纳粉末床的容器的底部)或粉末材料的另一层相邻。粉末可限于容器(本文中被称为“粉末床”)中。在一些情况下，可使用温度调节单元(例如，加热器或冰箱)使粉末床绝热、主动冷却、主动加热或保持在恒温下。温度调节单元的至少部分可嵌入粉末床的壁中。3D物体可以预定图案连续添加材料层而形成。可通过转换第一粉末层的一部分而不转换第一粉末层的剩余者而形成第一层。有时，第一沉积粉末层保持不转换，且转换发生在后续沉积的粉末层中。初始能量源可以预定图案沿第一粉末层的至少一部分的表面传播(例如，扫描)。与初始能量源相互作用(例如，由其扫描)的第一粉末层的部分可经历温度升高。温度升高可转换材料以从粉末层(例如，第一粉末层)的至少一部分产生随后硬化(例如，固化)的经转换材料。初始能量源的扫描速率可为至少约0.01mm/s、0.1mm/s、1mm/s、5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s或50mm/s。初始能量源的扫描速率可为最多约0.01mm/s、0.1mm/s、1mm/s、5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s或50mm/s。初始能量源的扫描速率可为上述值之间(例如，从约0.01mm/s到约50mm/s、从约0.01mm/s到约20mm/s或从约15mm/s到约50mm/s)的任何值。
补充能量源可提供能量以加热第一粉末层的剩余者。剩余者可为与由初始能量源扫描的第一粉末层的部分相邻的第一粉末层的表面的区域。可将剩余者加热到低于转换温度的温度，使得剩余粉末不转换(例如，熔化)。剩余粉末在整个3D物体的形成期间可保持在固态。与所沉积粉末材料相比，剩余粉末的微观结构和/或颗粒结构在整个3D物体的形成期间可保持基本上不改变。基本上不改变是指无相变，且指最多约20％、10％、5％、1％或更少的颗粒大小或微观结构大小的改变。
在分别将初始能量源和补充能量源提供到第一粉末层的部分和第一粉末层的剩余者之后，第一粉末层可冷却。当第一粉末层冷却时第一粉末层的经转换部分可硬化(例如，固化)。所述部分和剩余粉末可以大体相同的速率冷却。在粉末层冷却之后，可提供后续(例如，第二)粉末层与第一粉末层相邻(例如，上方)且可重复所述过程，直到形成3D物体的所有层(例如，横截面)为止，使得产生完整的3D物体。图7概述如本文中所描述的打印过程。第一粉末层可由初始能量源辐照701。第一层可由补充能量源辐照702；补充能量源的辐照可在初始能量源的辐照之前、之后或同时。在一些情况下，补充能量源未用于辐照第一层或后续层。第一层随后可冷却703。第一层可均匀地冷却，使得温度梯度为和缓的或基本上不存在于粉末床中。在一些情况下，由初始能量源转换的粉末床的部分可在冷却操作期间固化703。在冷却之后，可提供后续(例如，第二)粉末层与第一层相邻704。过程可重复后续粉末层的辐照直到形成3D物体为止。
3D物体可在没有一个或多个辅助特征件的情况下和/或在不接触底座的情况下形成。一个或多个辅助特征件(其可包含底座支承件)可用于在形成期间保持或限制3D物体。在一些情况下，辅助特征件可用于锚定或保持粉末床中的3D物体或3D物体的一部分。一个或多个辅助特征件对于一部分可为特定的且可增加形成3D物体所需的时间。可在使用或分布3D物体之前移除一个或多个辅助特征件。辅助特征件的横截面的最长尺寸可为最多约50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm、1μm、3μm、10μm、20μm、30μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、700μm、1mm、3mm、5mm、10mm、20mm、30mm、50mm、100mm或300mm。辅助特征件的横截面的最长尺寸可为至少约50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm、1μm、3μm、10μm、20μm、30μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、700μm、1mm、3mm、5mm、10mm、20mm、30mm、50mm、100mm或300mm。辅助特征件的横截面的最长尺寸可为上述值之间(例如，从约50nm到约300mm、从约5μm到约10mm、从约50nm到约10mm或从约5mm到约300mm)的任何值。
不希望受限于理论，围绕固化部分的粉末床的冷却速率可影响那个固化部分内的热应力。在本文中提供的方法和系统中，粉末床以基本上相同速率冷却，使得粉末床中的温度梯度基本平坦。由本文中的系统和方法提供的平坦温度梯度可至少减少(例如，消除)固化部分上的热应力，且因此至少可减少所形成3D物体中的热应力。作为在形成期间减少3D物体上的热应力的结果，3D物体可在没有辅助特征件的情况下形成。消除对辅助特征件的需求可降低与产生三维部分相关联的时间和成本。在一些实例中，3D物体可由辅助特征件形成。在一些实例中，3D物体可与容纳粉末床的容器接触形成。
本文中提供的方法和系统可引起3D物体的快速和高效形成。在一些情况下，在物体的最后一层硬化(例如，固化)之后，可在最多约120min、100min、80min、60min、40min、30min、20min、10min或5min内运送3D物体。在一些情况下，在物体的最后一层硬化之后，可在至少约120min、100min、80min、60min、40min、30min、20min、10min或5min内运送3D物体。在一些情况下，可在上述值之间(例如，从约5min到约120min、从约5min到约60min或从约60min到约120min)的任何时间内运送3D物体。一旦3D物体冷却到最多约100℃、90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃或5℃的温度即可运送所述3D物体。一旦3D物体冷却到上述温度值之间(例如，从约5℃到约100℃、从约5℃到约40℃或从约15℃到约40℃)的温度值即可运送所述3D物体。运送3D物体可包括包装和/或标记3D物体。在一些情况下，3D物体可直接运送到消费者、政府、组织、公司、医院、医师、工程师、零售商或对接收所述物体感兴趣的任何其它实体或个人。
系统可包括控制机构(例如，控制器)，所述控制机构包括计算机处理单元(例如，计算机)，所述计算机处理单元耦接到初始(第一)能量源及视情况耦接到补充(例如，第二)能量源。计算机可通过有线或通过无线连接以可操作方式耦接到初始能量源及视情况耦接到补充能量源。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或服务器通信。控制器可经编程以选择性地引导第一能量源在单位面积功率(P1)下将能量施加到粉末层的部分。控制器可与扫描仪通信，所述扫描仪经配置以接合第一能量源以在单位面积功率(P1)下将能量施加到粉末层的部分。控制器可进一步经编程以选择性地引导(例如，接合到)第二能量源以在单位面积第二功率(P2)下将能量施加到层的剩余者的至少一部分和/或底座的横向部分。控制器可以可操作方式连接到扫描仪，所述扫描仪经配置以接合第一能量源以在单位面积功率(P2)下将能量施加到粉末层的部分。控制器(例如，计算机)可经编程以引导第一能量源和第二能量源基本上同时施加能量。
在一些情况下，系统可包括耦接到能量源的控制器(例如，计算机)。控制器可经编程以用能量源转换或加热粉末层的一部分，使得所述部分达到最高温度T2。温度T2可高于粉末层的初始温度T0。控制器可进一步经配置以促进粉末层在一时间段内冷却到平均温度T1以形成为3D物体的至少一部分的硬化材料，所述时间段为最多约1天、12小时、6小时、3小时、2小时、1小时、30分钟、15分钟、5分钟、240秒(s)、220s、200s、180s、160s、140s、120s、100s、80s、60s、40s、20s、10s、9s、8s、7s、6s、5s、4s、3s、2s或1s。在一些情况下，T1比T0大不超过约0.2倍(T2-T1)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多约0.1倍(T2-T0)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多约0.2倍(T2-T0)。在一些例子中，T1可比T0大不超过最多约KT20倍(T2-T0)。
扫描仪可包含于经配置以将能量从第一能量源引导至粉末层的预定位置的光学系统中。控制器可经编程以在光学系统的辅助下控制第一和/或第二能量源的轨迹。控制系统可调控和从能量源到粉末层的能量供应以形成3D物体或其部分。
控制器(例如，具有一个或多个计算机处理器的计算机)可与远程计算机系统进行网络通信，所述远程计算机系统将指令提供到计算机系统以产生3D物体。控制器可通过有线或无线连接与远程计算机进行网络通信。远程计算机可为膝上型计算机、台式计算机、智能手机、平板计算机或其它计算机装置。远程计算机可包括用户可借以输入3D物体的设计指令和参数的用户界面。指令可为描述3D物体的形状和尺寸的值或参数的集合。可通过具有标准镶嵌语言文件格式的文件提供指令。在一实例中，指令可来自3D建模程序(例如，AutoCAD、SolidWorks、Google SketchUp或SolidEdge)。在一些情况下，模型可从所提供的草图、图像或3D物体产生。远程计算机系统可将设计指令提供到计算机处理器。控制器可响应于从远程计算机接收的指令而引导第一及视情况第二能量源。控制器可进一步经编程以优化分别从第一和/或第二能量源施加到粉末层的部分或剩余者的能量的路径(例如，向量)轨迹。优化能量应用的轨迹可包括最小化加热粉末所需的时间、最小化冷却粉末所需的时间、最小化扫描需要接收能量的区域所需的时间或最小化由一个或多个能量源发射的能量。
在一些情况下，控制器可经编程以计算应提供到粉末层以便实现所要结果的必要的单位面积第一功率(P1)和单位面积第二功率(P2)。控制器可经编程以确定应将能量源入射到确定大小的区域上以便提供必要的第一或第二粉末密度的时间。在一些情况下，所要结果可为在粉末床内提供单位面积均匀能量。此外，所要结果可为在单位面积第一功率(P1)下用初始能量源转换粉末床的层的一部分且在单位面积第二功率(P2)下不用补充能量源转换剩余者。控制器可经编程以优化来自第一和/或第二能量源的能量的应用。优化能量应用可包括最小化加热粉末所需的时间、最小化冷却粉末所需的时间、最小化由一个或多个能量源发射的能量或其任何组合。
系统可进一步包括经配置以冷却、加热、稳定经转换粉末层的部分和/或粉末层的剩余者的至少一部分的温度的冷却构件(例如，散热片)。冷却构件可经配置以基本上相同的速率冷却、加热或稳定(例如，平衡)粉末层的部分和粉末层的剩余者的至少一部分的温度。冷却构件可通过开始从粉末到冷却构件的热传输来冷却、加热、稳定粉末层的部分和/或粉末层的剩余者的至少一部分的温度。举例来说，冷却构件可经配置以大于或等于约P1的速率移除能量。冷却构件可维持在基本上低于粉末床的温度的温度。热量可通过包含传导、自然对流、强制对流或辐射的热传输模式中的任一者或组合从粉末材料传输到冷却构件。冷却构件可包括有效地传导热量的材料。举例来说，冷却构件可包括液体(例如，水)。液体可在冷却构件中或上的通道内的冷却构件中循环。冷却构件的热量(热)导率可为至少约20瓦特每米乘以凯氏度数(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。冷却构件的热导率可为上述热导率值之间(例如，从约20W/mK到约1000W/mK、从约20W/mK到约500W/mK或从约500W/mK到约1000W/mK)的任何值。上述热导率可处于等于或高于约100℃、200℃、300℃、400℃、500℃或800℃的温度。冷却构件可与粉末床或粉末层分开一间隙。间隙可具有可变或可调整间距。替代地，冷却构件可接触粉末床或粉末层。在一些例子中，冷却构件可轮流地或顺序地与粉末层接触。间隙可充满气体。可选择气体以便实现粉末与冷却构件之间的特定热传输性能。举例来说，可选择具有高热导率的气体以提高从粉末到板的热传导速率。板与粉末层之间的气体可包括氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳、二氧化碳或氧气。气体可为空气。气体可为本文中提及的任何气体。在一些情况下，系统可经存储于真空腔室中并在真空腔室中操作，在此情况下板与粉末层之间将最多为薄层(例如，与环境大气相比)。冷却构件与粉末层之间的距离可影响冷却构件与粉末层之间的热传输。距离粉末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最多约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上述值之间(例如，从约50μm到约100mm、从约50μm到约60mm或从约40mm到约100mm)的任何值。在一些例子中，不存在间隙(即，间隙为零)。在一些情况下，间隙可为可调节的。间隙的横截面可由控制系统(例如，计算机)控制。间隙可具有根据整个冷却构件、或根据粉末床的基本上均匀尺寸。在一些情况下，间隙距离可根据粉末床而不同。在一些例子中，间隙可经调节，使得板与粉末床(例如，粉末床的暴露表面)接触。机构可用于灵活地移动冷却构件使其与粉末床接触或不接触。机构可电子地(例如，由控制器)或手动地控制。在一实例中，机构可为弯曲板簧、柔性针弹簧、一组滚动圆筒的阵列。冷却构件(例如，板)与粉末床之间的接触压力可电子地或手动地调节。
在一些情况下，可利用气体轴承辅助冷却过程提高粉末的冷却速率。在此实施例中，可使用冷却板中面对粉末床的一组开口产生平面空气轴承。压缩气体可从一组开口注入到间隙且可通过第二组开口离开间隙。气体轴承可引起强制对流，且因此提高来自粉末床的热量的热传输速率。在另一实例中，热声热去除可用于提高粉末床的冷却速率。
冷却构件可进一步包括一个或多个孔或开口。在一些情况下，冷却构件的表面积的至少约5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％可为开口或孔。孔或开口可经配置以允许第一和视情况第二能量源接近粉末层。在一些情况下，冷却构件可为基本上透明的。冷却构件可适合于选择性地定位于粉末床(或容纳粉末床的容器)与第一及视情况第二能量源之间。在一些情况下，扫描仪可平移冷却构件，使得孔保持在其位置，使得第一和视情况第二能量源在跨越粉末层被扫描时可接近粉末层。控制板的移动的扫描仪可与允许第一和第二能量源的接合的至少一个扫描仪同步。冷却构件可以可控制地追踪从第一能量源施加到粉末层的部分的能量。冷却构件的移动可由控制机构(例如，控制器)控制。控制器(例如，计算机)可经编程以控制冷却构件的移动。在一些情况下，控制器可经编程以优化来自粉末层的部分或剩余者的能量的移除。优化来自粉末层的部分或剩余者的能量的移除可包含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)，调节气体成分或可影响时间或效率变量的任何其它过程。控制器可进一步经编程以控制(例如，调控)与粉末层的温度曲线分离的底座的温度曲线。控制器(例如，计算机)可额外地经编程以确保粉末床表面的区域在维持均匀热传输的相等持续时间内由冷却构件的固体部分和打开(孔)部分覆盖。如果通过板的移动维持均匀热传输为不可能的，那么补充热源可将更多或更少能量分别提供到在冷却构件下方的将接收更多或更少时间的区域。
系统组件中的一者或多者可含于外壳(例如，腔室)中。外壳可包含适合于引入前体(例如，粉末材料)以形成3D物体的反应空间。外壳可含有底座。在一些情况下，外壳可为真空腔室、正压力腔室，或环境压力腔室。外壳可包括具有可控压力、温度和/或气体成分的气相环境。外壳所含有的环境中的气体成分可包括基本上无氧环境。举例来说，气体成分可含有最多约百万分之(ppm)100,000、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm、1ppm、十亿分之(ppb)100,000、10,000ppb、1000ppb、500ppb、400ppb、200ppb、100ppb、50ppb、10ppb、5ppb、1ppb、万亿分之(ppt)100,000、10,000ppt、1000ppt、500ppt、400ppt、200ppt、100ppt、50ppt、10ppt、5ppt或1ppt的氧气。含于外壳内的环境中的气体成分可包括基本上无水分(例如，水)环境。气相环境可包括最多约100,000ppm、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm、1ppm、100,000ppb、10,000ppb、1000ppb、500ppb、400ppb、200ppb、100ppb、50ppb、10ppb、5ppb、1ppb、100,000ppt、10,000ppt、1000ppt、500ppt、400ppt、200ppt、100ppt、50ppt、10ppt、5ppt或1ppt的水。气相环境可包括选自由以下各者组成的群的气体：氩气、氮气、氦气、氖气、氪气、氙气、氢气、一氧化碳、二氧化碳和氧气。气相环境可包括空气。腔室压力可为至少约10-7托(Torr)、10-6托、10-5托、10-4托、10-3托、10-2托、10-1托、1托、10托、100托、1巴(bar)、760托、1000托、1100托、2巴、3巴、4巴、5巴或10巴。腔室压力可为上述腔室压力值之间(例如，从约10-7托到约10巴、从约10-7托到约1巴或从约1巴到约10巴)的任何值。在一些情况下，外壳压力可为标准大气压力。
外壳可维持在真空下或在惰性的、干燥的、非反应性和/或氧气含量降低(或以其它方式可控的)大气(例如，氮气(N2)、氦气(He)或氩气(Ar)大气)下。在一些实例中，外壳在真空下，例如处于最多约1托、10-3托、10-6托或10-8托的压力下。可通过在腔室中提供或惰性的、干燥的、非反应性和/或氧气含量降低的气体(例如，Ar)和/或使气体流动穿过腔室来提供大气。
在一些实例中，压力系统与外壳流体连通。压力系统可经配置以调控外壳中的压力。在一些实例中，压力系统包含选自以下各者的一个或多个真空泵：机械泵、旋转叶片泵、涡轮分子泵、离子泵、低温泵和扩散泵。一个或多个真空泵可包括旋转叶片泵、隔膜泵、液环泵、活塞泵、涡旋泵、螺旋泵、汪克尔(Wankel)泵、外置叶片泵、罗茨(roots)鼓风机、多级罗茨泵、拓普勒(Toepler)泵或凸轮泵。一个或多个真空泵可包括动量传输泵、再生泵、储气式泵、文丘里(Venturi)真空泵或团队喷射器。压力系统可包含阀，例如节流阀。压力系统可包含用于测量腔室的压力且将压力中继到控制器的压力传感器，所述压力传感器可在压力系统的一个或多个真空泵的辅助下调控压力。压力传感器可耦接到控制系统。可电子地或手动地控制压力。
在一些实例中，压力系统包含一个或多个泵。一个或多个泵可包括正排量泵。正排量泵可包括旋转式正排量泵、往复式正排量泵或直线式正排量泵。正排量泵可包括旋转凸轮泵、螺杆泵、旋转齿轮泵、活塞泵、隔膜泵、螺旋泵、齿轮泵、液压泵、旋转叶片泵、再生(涡流)泵、蠕动泵、绳泵或柔性叶轮。旋转式正排量泵可包括齿轮泵、螺旋泵或旋转叶片泵。往复泵包括柱塞泵、隔膜泵、活塞泵、排量泵或径向活塞泵。泵可包括无阀泵、蒸汽泵、重力泵、喷射泵、混流泵、波纹管泵、轴流泵、径流泵、速度泵、水锤泵、冲击泵、绳泵、压缩空气动力双隔膜泵、三缸式柱塞泵、柱塞泵、蠕动泵、罗茨式泵、螺杆泵、螺旋泵或齿轮泵。
本文中提出的系统和方法可促进消费者的订制或普通3D物体的形成。消费者可为个人、公司、组织、政府组织、非盈利组织或另一组织或实体。消费者可提交对3D物体的形成的要求。消费者可提供值钱的物品作为3D物体的交换。消费者可提供对3D物体的设计。消费者可提供呈立体光刻(STL)文件的形式的设计。替代地，消费者可提供设计，其中设计可为呈任何其它数字或物理形式的3D物体的形状和尺寸的定义。在一些情况下，消费者可提供三维模型、草图或图像作为待产生的物体的设计。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。消费者可进一步提供从特定材料或材料组形成3D物体的要求。举例来说，消费者可指定3D物体应由用于本文中描述的3D打印的一种或超过一种材料制成。消费者可要求那组材料内的特定材料(例如，特定元素金属、特定合金、特定陶瓷或元素碳的特定同素异形体)。在一些情况下，设计不含辅助特征件。
响应于消费者要求3D物体可用如本文中所描述的打印系统形成或产生。在一些情况下，3D物体可由增材3D打印过程形成。附加地产生3D物体可包括相继地沉积并熔化包含如由消费者指定的一种或多种材料的粉末。3D物体随后可递送给消费者。3D物体可在不产生或移除辅助特征件的情况下形成。辅助特征件可为防止3D物体在形成期间移位、变形或移动的支承特征件。本文中提供的设备、系统和方法可消除对辅助特征件的需要。在一些情况下，3D物体可在最多约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、30min、20min、10min、5min、1min、30秒或10秒的时期内附加地产生。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。
为消费者产生的3D物体(例如，固化材料)可与预期尺寸具有最多约0.5微米(μm)、1μm、3μm、10μm、30μm、100μm、300μm或更小的平均偏差值。偏差可为上述值之间的任何值。举例来说，平均偏差可为从约0.5μm到约300μm、从约10μm到约50μm、从约15μm到约85μm、从约5μm到约45μm或从约15μm到约35μm。根据公式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或更小的值。Dv可具有在上述值之间的任何值。Dv可具有从约0.5μm到约300μm、从约10μm到约50μm、从约15μm到约85μm、从约5μm到约45μm，或从约15μm到约35μm的值。Kdv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。Kdv可具有从约3000到约500、从约1000到约2500、从约500到约2000、从约1000到约3000或从约1000到约2500的值。
预期尺寸可来自模型设计。紧接形成而无额外处理或操纵之后，3D部分可具有所指定的准确值。接收到物体的订单，形成所述物体，且将所述物体递送到消费者可花费最多约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、30min、20min、10min、5min、1min、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。3D物体的产生可在无迭代和/或无矫正打印的情况下进行。3D物体可缺乏辅助支承件或辅助支承件标记(例如，指示辅助支承特征件的存在或移除)。
本发明还提供经编程以实施本发明的方法的控制器或控制机构(例如，包括计算机系统)。图8示意性地描绘根据本文中提供的方法的经编程或以其它方式经配置以促进形成3D物体的计算机系统801。计算机系统801可调控本发明的打印方法和系统的各种特征，例如，调控加热、冷却和/或维持粉末床的温度、处理参数(例如，腔室压力)、能量源的扫描路径和/或通过能量源发射到粉末床的所选位置的能量的量的应用。计算机系统801可为打印系统或设备(例如，本发明的3D打印系统或设备)的部分或与所述打印系统或设备进行通信。计算机可耦接到连接到3D打印系统或设备的不同部分的一个或多个传感器。
计算机系统801可包含中央处理单元(CPU，本文中还使用“处理器”、“计算机”和“计算机处理器”)805，其可为单核或多核处理器，或用于并行处理的多个处理器。替代地或另外，计算机系统801可包含电路，例如专用集成电路(ASIC)。计算机系统801还包含存储器或存储位置810(例如，随机存取存储器、只读存储器、快闪存储器)、电子存储单元815(例如，硬盘)、用于与一个或多个其它系统通信的通信接口820(例如，网络适配器)，和外围装置825，例如高速缓冲存储器、数据存储器和/或电子显示适配器。存储器810、存储单元815、接口820和外围装置825通过通信总线(实线)与CPU805(例如，母板)进行通信。存储单元815可为用于存储数据的数据存储单元(或数据仓库)。计算机系统801可在通信接口820的辅助下以可操作的方式耦接到计算机网络(“网络”)830。网络830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830在一些情况下为电信和/或数据网络。网络830可包含一个或多个计算机服务器，其可能够进行分布式计算，例如云计算。在计算机系统801的辅助的一些情况下，网络830可实施对等网络，其可使得耦接到计算机系统801的装置能够充当客户端或服务器。
CPU 805可执行一系列机器可读指令，所述指令可在程序或软件中体现。指令可存储于存储位置，例如存储器810中。指令可针对CPU 805，所述指令可随后编程或以其它方式配置CPU 805以实施本发明的方法。由CPU 805执行的操作的实例可包含提取、解码、执行及回写。
CPU 805可为电路(例如集成电路)的部分。系统801的一个或多个其它组件可包含于电路中。在一些情况下，电路为专用集成电路(ASIC)。
存储单元815可存储文件，例如驱动器、库和所保存程序。存储单元815可存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。计算机系统801在一些情况下可包含在计算机系统801外部的一个或多个额外数据存储单元，例如位于通过内联网或因特网与计算机系统801通信的远程服务器上。
计算机系统801可通过网络830与一个或多个远程计算机系统通信。举例来说，计算机系统801可与用户(例如，操作者)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包含个人计算机(例如，便携式PC)、板或平板PC(例如，iPad，GalaxyTab)、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830访问计算机系统801。
如本文中所描述的方法可通过存储于计算机系统801的电子存储位置上(例如，存储器810或电子存储单元815上)的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实施。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805可执行所述代码。在一些情况下，代码可从存储单元815检索并存储于存储器810上以供处理器805迅速访问。在一些情况下，电子存储单元815可被排除，且机器可执行指令存储于存储器810上。
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。
本文中提供的系统和方法的方面(例如计算机系统801)可体现于编程中。技术的各个方面可被认为是通常呈机器(或处理器)可执行代码和/或相关的数据的形式的“产品”或“制品”，所述机器可执行代码和/或相关数据在一种机器可读媒体中进行或体现。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”类媒体可包含计算机、处理器或其类似者，或其相关的模块的有形存储器中的任一者或所有，例如各种半导体存储器、磁带驱动器和其类似者，其可在任何时候为软件编程提供非暂时性存储。软件的所有或部分有时可通过因特网或各种其它电信网络通信。举例来说，此类通信可能够将软件从一个计算机或处理器载入到另一计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主计算机载入到应用程序服务器的计算机平台中。因此，可承载软件元素的另一种类型的媒体包含(例如)通过有线及光学地上网络以及越过各种空中链路跨越本地装置之间的物理接口而使用的光波、电波和电磁波。携载这些波的物理元件(例如，有线或无线链路、光学链路或其类似者)还可被视为承载软件的媒体。如本文中所使用，除非限制为非暂时性、有形“存储”媒体，例如计算机或机器“可读媒体”的术语是指参与向处理器提供指令以用于执行的任何媒体。
因此，机器可读媒体(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媒体、载波媒体或物理传输媒体。图中展示包含(例如)光盘或磁盘，例如任何计算机或其类似者中的存储装置中的任一者，例如可用于实施数据库等的非易失性存储媒体。易失性媒体包含动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输媒体包含同轴电缆；导线(例如，铜线)和光纤，包含包括计算机系统内的总线的导线。载波传输媒体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。因此计算机可读媒体的普通形式包含例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性媒体、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片纸带、具有孔的图案的任何其它物理存储媒体、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/或数据的任何其它媒体。计算机可读媒体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801可包含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示的用户界面(UI)。UI的实例包含(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。控制可为手动的或经编程的。控制可依赖于已经预编程的反馈机构。反馈机构可依赖于来自连接到控制单元(即，控制系统或控制机构，例如计算机)的传感器(本文中描述的)的输入。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。历史数据可由操作者或由用户访问。历史和/或运算数据可显示于显示单元上。显示单元(例如，监测器)可在实时或延迟时间显示3D打印系统(如本文中所描述)的各种参数。显示单元可显示当前3D打印物体、预订3D打印物体或两者。显示单元可显示3D打印物体的打印进展。显示单元可显示总时间、剩余时间及打印3D物体的扩展时间中的至少一者。显示单元可显示传感器的状态、其读数和/或其校准或维护的时间。显示单元可显示所使用的粉末材料的类型和材料的各种特性，例如，粉末的温度和流动性。显示单元可显示氧气、水和打印腔室(例如，其中正打印3D物体的腔室)中的压力的量。计算机可在预定时间、在请求(例如，来自操作者)时，或在一时兴起时产生包括3D打印系统的各种参数的报告。
本发明的方法和系统可通过一种或多种算法实施。在由一个或多个计算机处理器执行时可通过软件实施算法。
实例
以下内容为本发明的方法的说明性及非限制性实例。
实例1
在25cm乘25cm乘30cm的容器中，在环境温度和压力下，将平均粒径35μm的1.56kg不锈钢316L粉末沉积在容纳粉末床的容器中。容器安置于外壳中。外壳用氩气吹扫5min。将平均高度2mm的层放置于容器中。使用所选激光熔化方法以200W纤维1060nm激光束制造两个基本平坦表面。所述两个基本平坦表面经由辅助支承件连接到底座以充当参考点(如图21A中所示，2103和2104)。两个额外平坦平面使用本文中描述的方法制造而无需辅助支承件(如图21A中所示，2101和2102)。四个表面经制造，使得其基本上位于同一平面上。随后，具有平均高度75μm的粉末材料层使用本文中描述的粉末分配器沉积于平面的顶部上。使用本文中描述的平整构件将粉末平整到50μm。随后使用柔和吹气从基本上垂直于粉末床的暴露表面的方向显露表面。图像由2百万像素的电荷耦合装置(CCD)相机收集且经由图像处理程序分析以确定平面移动的程度。图21A至21B展示实验结果的实例，其中图21A展示由平整构件平整之前的平面，且图21B展示由平整构件平整之后的平面(图21B展示两个锚定参考平面2113和2114，及两个悬浮平面2111和2112)。
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，应了解，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 (38)

1.一种用于形成三维物体的系统，其包括：
外壳，该外壳配置为容纳粉末床，该粉末床包括粉末材料；
层分配机构，该层分配机构配置为提供具有第一表面的粉末层；
粉末移除构件，该粉末移除构件配置为从所述粉末床移除粉末材料而不接触所述粉末床，从而形成平面表面；以及
控制器，该控制器以可操作方式耦接到所述层分配机构和所述粉末移除构件，其中所述控制器被编程为：
(i)引导所述层分配机构将第一粉末材料层分配到所述外壳中以提供具有暴露表面的所述粉末床，其中在所述粉末床中打印所述三维物体；以及
(ii)引导所述粉末移除构件从所述粉末床移除第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中所述第二平面表面位于所述暴露表面的下方。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述层分配机构包括粉末分配构件，该粉末分配构件配置为将所述粉末材料分配到所述外壳中以提供所述粉末床，其中所述控制器以可操作方式耦接到所述粉末分配构件，其中所述控制器进一步被编程为：引导所述粉末分配构件将所述第一粉末材料层分配到所述外壳中以提供具有所述暴露表面的所述粉末床。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述层分配机构包括粉末平整构件，该粉末平整构件配置为平整所述粉末床的所述暴露表面以提供第三平面表面。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器以可操作方式耦接到所述粉末平整构件，其中所述控制器进一步被编程为：引导所述粉末平整构件剪切所述暴露表面以形成所述第三平面表面，其中所述第二平面表面在所述第三平面表面的最低点处或下方。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末平整构件连接到所述粉末分配构件。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末移除构件连接到所述粉末平整构件。
7.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末分配构件、所述粉末平整构件和所述粉末移除构件中的至少一个位于所述粉末床的上方。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末平整构件包括刀片，该刀片配置为在形成所述平面表面期间允许粉末累积于其顶部。
9.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末平整构件包括刀片，该刀片配置为在形成所述平面表面期间允许粉末在其顶部滑动。
10.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末平整构件包括刀片，该刀片配置为在形成所述平面表面期间移除不需要的粉末。
11.根据权利要求3所述的系统，其中所述粉末平整构件包括刀片，该刀片配置为在形成所述平面表面期间剪切粉末。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被编程为引导所述粉末移除构件移除所述第二平面表面上方的基本上所有粉末材料而不接触所述第二平面表面。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括能量源，该能量源配置为将能量束提供到所述粉末床中的所述粉末材料，其中所述控制器以可操作方式耦接到所述能量源，其中所述控制器被编程为引导所述能量源将所述能量束引向所述第一粉末材料层，以从所述粉末床的一部分产生所述三维物体的至少一部分。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述粉末移除构件配置为提供使得所述粉末材料从所述粉末床朝向所述粉末移除构件的内部行进的力。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述力由负压力提供，并且所述力是静电力、电力或磁力。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器被编程为控制由所述粉末移除构件施加的力的量。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述粉末移除构件包括喷嘴。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述喷嘴是真空喷嘴。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述层分配机构配置为与所述粉末床的所述暴露表面分开一间隙。
20.根据权利要求1所述的系统，其中所述间隙是气体。
21.一种用于打印三维物体的设备，其包括控制器，该控制器以可操作方式耦接到一层分配机构和一粉末移除构件，其中所述控制器被编程为：
(i)引导所述层分配机构将第一粉末材料层分配到一外壳中以提供具有暴露表面的粉末床；以及
(ii)引导所述粉末移除构件从所述粉末床移除第二平面表面上方的基本上所有粉末材料，其中所述第二平面表面位于所述暴露表面下方。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述层分配机构包括粉末分配构件，该粉末分配构件配置为将所述粉末材料分配到所述外壳中以提供所述粉末床，其中所述控制器以可操作方式耦接到所述粉末分配构件，其中所述控制器进一步被编程为：引导所述粉末分配构件将所述第一粉末材料层分配到所述外壳中以提供具有所述暴露表面的所述粉末床。
23.根据权利要求22所述的设备，其中所述层分配机构包括粉末平整构件，该粉末平整构件平整所述粉末床的所述暴露表面以提供第三平面表面，其中所述控制器以可操作方式耦接到所述粉末平整构件，其中所述控制器进一步被编程为：引导所述粉末平整构件剪切所述暴露表面以形成所述第三平面表面，其中所述第二平面表面在所述第三平面表面的最低点处或下方。
24.根据权利要求21所述的设备，其中其中所述控制器被编程为引导所述粉末移除构件移除所述第二平面表面上方的基本上所有粉末材料而不接触所述第二平面表面。
25.根据权利要求21所述的设备，其中所述粉末移除构件配置为提供使得所述粉末材料从所述粉末床朝向所述粉末移除构件的内部行进的力。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述力由负压力提供，并且所述力是静电力、电力或磁力。
27.根据权利要求25所述的设备，其中所述控制器被编程为控制由所述粉末移除构件施加的力的量。
28.根据权利要求21所述的设备，其中所述层分配机构与所述粉末床的所述暴露表面分开一间隙。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述间隙是气体。
30.一种用于产生悬于粉末床中的三维物体的方法，该方法包括：
(a)在外壳中提供所述粉末床，其中所述粉末床包括由金属形成的粉末材料，所述金属选自元素金属、金属合金、陶瓷或元素碳的同素异形体
(b)将所述粉末材料的至少一部分转换成经转换材料；以及
(c)硬化所述经转换材料以形成作为所述三维物体的一部分的至少一个硬化材料层，其中所述三维物体非锚固地悬于所述粉末床中，其中所述至少一个硬化材料层具有至少约5厘米的曲率半径。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述粉末材料缺乏能够形成合金的两种或多于两种的金属。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述至少一个硬化材料层基本上由单材料合成物制成。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述至少一个硬化材料层基本上由单元素金属或单金属合金制成。
34.根据权利要求30所述的方法，其中所述三维物体的基本长度尺度为约50微米或更大。
35.根据权利要求30所述的方法，其中所述三维物体缺乏辅助支承特征件。
36.根据权利要求30所述的方法，其中所述三维物体包括悬浮于所述粉末床中的辅助支承特征件。
37.根据权利要求30所述的方法，其中所述粉末材料包括由单元素金属或金属合金制成的单个颗粒。
38.根据权利要求30所述的方法，其中当形成所述至少一个硬化材料层时，所述至少一个硬化材料层未被锚固。
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