CN108472732B - 通过增材制造进行的单晶生长的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例包含：增材制造工具(16)，被配置成接收金属材料(20)并将多个液滴(18)在零件(12)的工作区域(24)处供应到零件(12)，其中多个液滴(18)中的每一液滴(18)包括金属材料(20)；以及加热系统(26)，包括被配置成产生主激光束(58)以加热零件(12)的衬底的熔化区(50)的主激光系统(54)以及被配置成产生次激光束(62)以加热零件(12)的衬底的过渡区(52)的次激光系统(56)，其中熔化区(50)和工作区域(24)处于同一位置，并且其中过渡区(52)围绕熔化区(50)设置。

Description

通过增材制造进行的单晶生长的系统和方法
背景技术
本公开总的来说涉及增材制造，并且更明确地说，涉及用于增材制造中的单晶生长的系统和方法。
各种制品可包含具有不同材料的部件。如应了解的是，制品的不同材料可通过紧固件、配合几何结构、焊接或其它工艺结合在一起。紧固件或互补几何结构可增加部件或将重量添加到接头。以金属进行的三维增材制造可用于以受控且精确的方式制造耐久的部件。不幸的是，这些工艺是复杂且昂贵的。
发明内容
在一个实施例中，一种增材制造系统包含：增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到零件，其中多个液滴中的每一液滴包括金属材料；加热系统，被配置成加热零件的衬底，其中加热系统被配置成产生熔化区以及围绕熔化区设置的过渡区；以及控制器，被配置成调节增材制造工具和加热系统的相应位置，以使得工作区域和熔化区处于同一位置并使得过渡区围绕熔化区设置。
在另一实施例中，一种方法包含：将衬底的熔化区域加热到等于或高于衬底的熔化温度的温度；将衬底的过渡区域加热到比熔化区域的温度低约5到20℃的温度，其中过渡区域包括围绕熔化区域设置的环；以及在熔化区域中在衬底上形成金属液滴。
在另一实施例中，一种增材制造系统包含：增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到零件，其中多个液滴中的每一液滴包括金属材料；以及加热系统，包括被配置成产生主激光束以加热零件的衬底的熔化区的主激光系统以及被配置成产生次激光束以加热零件的衬底的过渡区的次激光系统，其中熔化区和工作区域处于同一位置，并且其中过渡区围绕熔化区设置。
附图简单说明
当参照附图阅读具体实施方式时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中，相同附图标记表示相同部分，其中：
图1是根据本公开的方面的具有加热系统的增材制造系统和零件的实施例的图；
图2是根据本公开的方面的具有加热系统的增材制造系统和零件的实施例的图；以及
图3是根据本公开的方面的具有加热系统的增材制造系统和零件的实施例的图。
具体实施方式
下文将描述本公开的一个或更多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能不描述实际实施方式的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出众多专门针对实施方案的决策来实现开发者的特定目标，例如，符合系统相关和商业相关的约束条件，所述约束条件对于不同实施方案可能有所不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂和费时的，但是仍然将是可受益于本公开的一般技术人员进行设计、构造和制造的例行工作。
本公开的实施例涉及增材制造系统，其中所述增材制造系统具有加热系统以实现通过增材制造系统进行的单晶生长的改进来制造高强度和高质量的零件。例如，加热系统可包含：主加热系统，用于在通过增材制造系统形成的零件中产生单晶生长区；以及次加热系统，用于围绕或环绕单晶生长区产生过渡区。如下文详细地论述，随着材料被添加到零件，过渡区可实现零件内的单晶形成物的较一致且可靠的产生和生长。可调节并协调加热系统和增材制造系统的其它部件的操作，以使得单晶生长区和过渡区在期望位置中产生并维持(例如，基于增材制造工艺的改变的位置)。以此方式，可精确地控制增材制造工艺的位置(例如，单晶生长的位置)与远离增材制造工艺的零件区域之间的温度梯度，因此随着材料被添加到零件(例如，随着零件被建构)而改进单晶分子结构的形成并减少所述零件中的多晶分子结构的形成。如应了解的是，改进零件内的单晶分子结构的形成和产生可提高零件的强度和耐久性。
参照图1，示出增材地形成(例如，印刷、建构)零件12的增材制造系统10的实施例。增材地形成的零件12可作为衬底14(例如，单晶衬底)开始。衬底14可使用电子束区熔化方法(例如，针对耐火材料)、布里奇曼方法(例如，针对较低熔点的材料)或任何其它适当方法而形成。在某些实施例中，用于形成衬底14的材料可以是纯金属(例如，单质组成金属)。例如，用于形成衬底14的材料可以是钨、铌、钼、钽或其它耐火金属。在其它实施例中，衬底14可以是合金，例如，基于镍的合金、基于钛的合金或基于钴的合金。在增材制造工艺之开始前，衬底14可被切割和/或设计为期望形状(例如，片材、圆形形状等)。例如，衬底14可使用电子放电加工工艺或激光切割工艺而切割、设计或形成。
增材制造系统10包含增材制造工具16，其中增材制造工具16沉积材料或材料20的液滴18以形成(例如，印刷、建构)零件12。也就是说，增材制造工具16将液滴18沉积到衬底14上。增材制造工具16可利用一种或更多种类型的能量以形成和沉积液滴18以形成零件12。增材制造工具16所利用的一种或更多种类型的能量可包含(但不限于)电力输出、光子能量(例如，激光)或其任意组合。
增材制造工具16加热从送给机22供应的材料20(例如，电极)以形成液滴18。由送给机22供应的材料20可以是各种金属材料中的一种，包含(但不限于)铝合金、钢合金、铁、铜、锰、硅、铬、钛、钼和镍。在某些实施例中，材料20可包括粉末、实心丝、药芯丝、管状丝、涂层丝或其任何组合。如本文中所论述，液滴18是材料20转移的单位。每一液滴18可在凝固时变成“微沉积物”，并且零件12由多个微沉积物形成。换句话说，材料20(例如，电极)的液滴18沉积到工作区域24(例如，衬底14的工作区域)上以形成零件12。
如上所述，增材制造系统10包含被配置成将热28施加到零件12和/或衬底14的加热系统26。明确地说，加热系统26以如下方式将热28施加到零件12的工作区域24：在增材制造工艺期间改进零件12和液滴18(例如，材料20)内的单晶生长和形成。如下文详细地论述，加热系统26被配置成在液滴18沉积到零件12上的工作区域24中产生单晶生长区。此外，加热系统26被配置成产生围绕单晶生长区设置的过渡区。如下文所论述，过渡区是阻止工作区域24中的液滴18、衬底14和零件12过快冷却和/或凝固的“缓冲”区或温度梯度区。以此方式，可有助于和/或改进零件12的工作区域24中的单晶形成和/或生长。例如，加热系统26可在增材制造工艺期间减少多粒或多晶形成物的生长。如应了解的是，改进的单晶分子形成物可提高由增材制造工艺形成的零件12的强度和质量。下文参照图2和图3更详细地论述加热系统26的细节。
增材制造系统10还包含被配置成控制增材制造系统10的一个或更多个部件的运动的机器人系统30。例如，机器人系统30可被配置成控制加热系统26或增材制造工具16的一个或更多个部件的运动。机器人系统30可包含机械臂、机械钳、伺服电机、齿轮、机架、轨道等，它们可实现增材制造系统10的各种部件的运动和/或自动化。
增材制造系统10的机器人系统30和其它部件可受控制器32控制。例如，控制器32可控制液滴18的施加以形成零件12。在某些实施例中，控制器32可以是具有单个控制器的单一控制系统，或控制器32可包含多个控制系统或控制器。例如，控制器32的多个控制系统可被配置成调节增材制造系统10的不同部件或系统，和/或多个控制系统可对控制器32的单个中央控制器作出响应。在一些实施例中，控制器32耦接到多个增材制造工具16，每一增材制造工具16经由相应电极而供应独立锚固材料20。
控制器32还可控制电源34(例如，经电流调节的电源)以调整提供到增材制造工具16以使一种或更多种材料20熔化为液滴18的电力输出(例如，电流输出、电压输出、光子能量)。如可了解的是，电源34可包含(但不限于)发动机驱动的发电机、焊接电力供应器、逆变器、激光或其任意组合。类似于脉冲焊接工艺或短路焊接工艺(例如，经调节的金属沉积(RMDTM))，控制器32可控制电源34以按受控波形将DC或AC电力输出提供到材料20(例如，电极)。在一些实施例中，控制器32控制电源34和/或送给机22以经由增材制造工具16将电力输出提供到材料20以使经修正的短路焊接工艺(例如，受控短路)能够形成零件12。此外，控制器32可在受控短路焊接工艺期间通过控制增材制造工具16以使材料20(例如，电极)伸出和缩回而有助于零件12的形成。提供到增材制造工具16的电力输出使材料20(例如，电极)熔化为液滴18，其中液滴18经由电弧作为微沉积物而沉积到零件12。也就是说，在一些实施例中，材料20是焊丝，增材制造工具16是针对脉冲焊接工艺或短路焊接工艺而配置的焊炬，并且送给机22是送丝机。焊炬可经由电弧而芯层微沉积物层，因此经由脉冲焊接工艺和/或短路焊接工艺(例如，RMD)而由焊丝形成(例如，建构、印刷)零件12。如应了解的是，增材制造系统10的一些实施例可包含被配置成将一种或更多种保护气体提供到增材制造工具16的气体供应器(未示出)。一种或更多种保护气体可包含(但不限于)氩气、二氧化碳、氦气、氮气、氢气和其组合。系统10可被配置成包含助焊剂输送系统，其中所述助焊剂输送系统被配置成提供一种或更多种助焊剂。这些助焊剂具有不同组成以提供不同的最终结果，明确地说，冶金结果。
如上文所论述，控制器32可对利用电弧和/或光子能量来加热材料20的工艺的电力输出进行控制。控制器32可通过控制电源34来控制液滴18施加到零件12的速率。在一些实施例中，控制器32控制增材制造工具16的加热装置36(例如，感应线圈、电阻加热器)以预加热材料20(例如，电极)。以此方式，控制器32可控制施加到材料20以形成液滴18的热量。
如上所述，控制器32可控制机器人系统30。更明确地说，控制器32可调节机器人系统30的操作以协调加热系统26和增材制造工具16的部件的运动。例如，控制器32可调节机器人系统30的操作(并且因此调节加热系统26和增材制造工具16的运动)，以使得工作区域24的单晶生长区和过渡区与增材制造工具16协调地移动。明确地说，控制器32可调节机器人系统30的操作，以使得单晶生长区以及液滴18添加到工作区域24的位置处于同一位置(例如，液滴18在单晶生长区内添加到衬底14)。以此方式，可精确地控制工作区域与并未同时经受增材制造工艺的零件12的区域(例如，区域38)之间的温度梯度以在增材制造工艺期间促进零件12内的单晶生长。换句话说，控制器32可调节加热系统26与增材制造工具16的操作以随着材料20被添加到零件12而促进液滴18和工作区域24内的单晶生长。
在某些实施例中，控制器32可根据由处理器40执行的一组指令(例如，代码)而操作。处理器40可至少部分基于零件12和材料20而从存储器42加载所述一组指令。在一些实施例中，操作员(例如，主计算机)可经由操作员接口44而将所述一组指令直接提供到控制器32。例如，操作员可加载一组指令以根据由三维3-D计算机辅助设计(CAD)工具所产生的零件12的三维模型(例如，CAD模型)而形成零件12。在一些实施例中，控制器32可接收和/或产生一组指令以用期望材料20制造零件12。例如，控制器32可利用零件12的3-D CAD模型以控制机器人系统30由材料20制造零件12。作为附加或选择，操作员可将关于零件12和材料20的信息输入到操作员接口44中，并且控制器32可确定和/或修改所述一组指令以形成具有期望特性的零件12。所述一组指令指示控制器32控制每一液滴18的形成并控制将每一液滴18作为微沉积物施加以形成具有期望特性的零件12。
控制器32也可使用来自一个或更多个传感器46的输入(例如，反馈)以控制增材制造系统10的操作。例如，传感器46可包含位置传感器、温度传感器、光传感器、加速度计、磁性传感器或任何其它适当传感器。控制器32可至少部分基于来自传感器46的输入而调整所述一组指令以补偿材料20、衬底14或零件12的改变。在某些实施例中，如果来自传感器46的输入指示衬底14、零件12和/或工作区域24的一部分(例如，单晶生长区和/或过渡区)的温度的改变，那么控制器32可在零件12的形成期间调整液滴18的施加位置和/或加热，和/或工作区域24的加热。作为附加或替代，如果来自传感器46的输入指示零件12和/或衬底14的挠曲或烧穿，那么控制器32可调整液滴18的施加和/或加热，和/或调整工作区域24的加热。
控制器42还可经由来自传感器46的反馈而调整增材制造工具16和/或加热系统26的一个或更多个部件相对于零件12和/或衬底14的位置。在某些实施例中，控制器32可根据所述一组指令和/或根据工作区域24的所检测的操作参数(例如，温度)而在液滴18的形成之前确定材料20的施加位置。例如，控制器32可基于工作区域24的所检测的温度来控制材料20的施加位置，以使得在工作区域24处于促进或有助于零件12、衬底14和/或所施加的液滴18内的单晶生长的温度下时液滴18被涂覆。
图2是增材制造系统的图，图示了加热系统26的实施例。如上文所论述，加热系统26被配置成在液滴18(例如，材料20)经由增材制造工具16而被添加到衬底14以形成零件12的情况下加热衬底14的工作区域24。具体来说，加热系统26被配置成加热工作区域24的单晶生长区50以及围绕单晶生长区50设置的过渡区52。因此，加热系统26包含主激光系统54以及次激光系统56。
主激光系统54被配置成加热单晶生长区50(例如，通过主激光束58)。主激光系统54将单晶生长区50加热到有助于并促进衬底14、被施加到衬底的液滴18和零件12中的单晶分子生长的熔化温度(例如，衬底14的熔化温度)。因此，主激光系统54被配置成将单晶生长区50加热到等于或高于衬底14的熔化温度的温度。在所图示的实施例中，单晶生长区50具有直径60。在某些实施例中，单晶生长区50的直径60可以是约两到三倍于施加到衬底14的材料20(例如，电极)的直径61的大小。
次激光系统56朝向衬底14发射次激光束62以加热过渡区52，其中过渡区52围绕单晶生长区50设置。换句话说，过渡区52是围绕单晶生长区50设置的大体上环形或环状的区。在某些实施例中，次激光系统56被配置成将过渡区52加热到比单晶生长区50低约5到20℃(例如，偏差值在5％、10％、20％、30％或40％内)的温度。在所图示的实施例中，过渡区52具有厚度64。在某些实施例中，厚度64可以是单晶生长区50的约1/3或1/2的直径60(例如，在偏差值在5％、10％、20％、30％或40％内)。
此外，在某些实施例中，加热系统26可包含气体系统(未示出)以围绕主激光束58和/或次激光束62产生气性工作区。例如，气体系统可在主激光束58和/或次激光束62周围产生氦气、氩气或其它惰性气体的气性工作区。在其它实施例中，加热系统26可包含真空系统(未示出)，其中所述真空系统在主激光束58和/或次激光束62周围产生真空。
在一些实施例中，传感器46中的一个或更多个可用于核实加热系统26将单晶生长区50充分加热到衬底14的熔化温度以及加热系统26将过渡区52加热到比单晶生长区50低约10到20℃(例如，偏差值在5％、10％、20％、30％或40％内)的温度。也就是说，控制器42可基于来自传感器46的反馈而调节加热系统26的操作以实现跨越单晶生长区50和过渡区52的期望温度梯度。
如上所述，加热系统26被配置成控制单晶生长区50与过渡区52之间的温度梯度，以随着材料20在增材制造工艺期间添加到衬底14而促进零件12内的单晶分子生长。更明确地说，加热系统26确保添加到衬底14的材料20(例如，液滴18)不会过快冷却，并因此形成多晶分子结构。因此，控制器32可被配置成随着增材制造工具16在增材制造工艺期间改变位置而调整主激光系统54和次激光系统56的位置(例如，经由机器人系统30)。因此，随着增材制造工具16跨越衬底14移动(例如，经由控制器32的控制)并不断将材料20添加到衬底14以建构零件12，控制器32和机器人系统30也可调整主激光系统54和次激光系统56的位置(例如，经由机器人系统30)。因此，单晶生长区50和过渡区52(例如，工作区域26)可随着材料20被添加到衬底14而与增材制造工具16和材料20一起移动。也就是说，控制器32可调节机器人系统30的操作，以使得单晶生长区50以及液滴18添加到工作区域24的位置处于同一位置(例如，液滴18在单晶生长区50内添加到衬底14，因此促进衬底14以及被添加到衬底的液滴18内的单晶生长)。以此方式，材料20和液滴18可在单晶生长区50内不断添加(并由过渡区52围绕)，并且液滴18、零件12和衬底14的单晶分子生长可较可靠且一致地得到促进。
图3是增材制造系统10的图，图示了加热系统26的另一实施例。在所图示的实施例中，加热系统26包含邻近于衬底14的边缘102而定位的加热板100。在某些实施例中，加热板100可以是陶瓷加热板。加热板100抵靠衬底104的边缘102而定位，以随着增材制造工艺朝向一个或更多个边缘102移动而形成单晶生长区50和过渡区52。换句话说，加热板100抵靠边缘102而定位，以在衬底14由加热系统26加热到熔化温度、接近熔化温度或高于熔化温度时(例如，在增材制造工艺发生在边缘102附近时)，帮助维持衬底14在边缘102处的结构外形。在某些实施例中，加热板100被配置成将衬底14的边缘102加热到比单晶生长区50(例如，衬底14的熔化温度)低约10到20℃(例如，偏差值在5％、10％、20％、30％或40％内)的温度。因此，加热板100也可阻止衬底14和液滴18的迅速冷却，因此阻止零件12内的多晶分子形成。如应了解的是，图3所示的加热板100可与图2所示的加热系统26的部件(例如，主激光系统54和次激光系统56)一起使用。
在某些实施例中，加热板100可包含一体式加热元件104，例如，感应线圈、电阻元件或其它加热元件。在其它实施例中，加热板100可包含外部加热元件106，例如，焰炬或其它加热元件。在任一实施例中，加热板(例如，一体式加热元件104和/或外部加热元件106)可由电源34供电。
此外，如同上文所述的加热系统26的实施例，加热板100的定位可由机器人系统30和/或控制器32调节。例如，机器人系统30可包含被配置成调整加热板100中的一个的位置的机械臂108。在某些实施例中，在增材制造工具16(以及因此单晶生长区50和过渡区52)移动到衬底14的边缘102附近时，控制器32可调节机械臂108的操作以使得加热板100抵靠衬底14的边缘102而定位。类似地，在增材制造工具16远离边缘102移动时，控制器32可致动机械臂108以撤回加热板108。为了实现此控制方案，传感器46中的一个或更多个可以是被配置成检测增材制造工具16的位置的位置传感器、被配置成检测工作区域26或边缘102中的一个的温度的温度传感器或被配置成检测在其中一个边缘102附近存在增材制造工艺的任何其它适当传感器。
如上文所论述，本公开的实施例涉及增材制造系统10，其中所述增材制造系统10具有被配置成实现通过增材制造系统10进行的单晶生长的改进来制造高强度和高质量的零件12的加热系统26。例如，加热系统26可包含用于在通过增材制造系统10形成的零件12中产生单晶生长区50的主激光系统54。加热系统26可还包含用于围绕或环绕单晶生长区50产生过渡区52的次激光系统56。如上文所论述，过渡区52实现零件12的衬底14以及添加到零件12的材料20内的单晶分子形成物的较一致且可靠的产生和生长，这是因为过渡区52在材料20添加到工作区域24期间和之后逐渐减慢衬底14和材料20的冷却。如上文所论述，可调节并协调增材制造系统10的加热系统26和其它部件的操作，以使得单晶生长区50和过渡区52产生和维持在期望位置中(例如，该期望位置基于增材制造工具16的改变的位置)。以此方式，可精确地控制增材制造工艺的位置(例如，单晶生长区50的位置)与远离增材制造工具16的零件12的区域之间的温度梯度，因此改进随着零件12被建构而进行的单晶分子的形成。
虽然仅在本文中说明和描述本公开的某些特征，但对于本领域的技术人员来说，将清楚许多修改和改变。因此，应理解，随附权利要求书希望涵盖落入本公开的真实精神内的所有这些修改和改变。

Claims (35)

1.一种增材制造系统，包括：
增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到所述零件，其中所述多个液滴中的每一液滴包括所述金属材料；
加热系统，被配置成加热所述零件的衬底，其中所述加热系统被配置成产生熔化区以及围绕所述熔化区设置的过渡区，其中所述加热系统还包括：
主激光系统，被配置成产生主激光束以加热所述熔化区；和
次激光系统，被配置成产生次激光束以加热所述过渡区并控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，其中所述过渡区是围绕所述熔化区的环形的区；以及
控制器，被配置成调节所述增材制造工具和所述加热系统的相应位置，以使得所述工作区域和所述熔化区处于同一位置并使得所述过渡区围绕所述熔化区设置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成调节所述主激光系统的操作，以使得所述熔化区具有等于或高于所述衬底的熔化温度的温度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器被配置成调节所述次激光系统的操作，以使得所述过渡区具有比所述熔化区的所述温度低5到20℃之间的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述加热系统包括被配置成检测所述增材制造工具的位置的至少一个传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述金属材料包括实心金属丝。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述熔化区的直径至少两倍于所述实心金属丝的直径。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述零件的所述衬底包括基于钛的合金、基于镍的合金、基于钴的合金或其任意组合。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述加热系统包括被配置成抵靠所述衬底的边缘而定位的至少一个加热板。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个加热板包括具有一体式加热元件的陶瓷加热板。
10.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束，以将所述过渡区加热到比所述熔化区的温度在40％的误差范围内低5到20℃的温度。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束，以将所述过渡区加热到比所述熔化区的温度在10％的误差范围内低5到20℃的温度。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束，以将所述过渡区加热到比所述熔化区的温度在5％的误差范围内低5到20℃的温度。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束以加热所述过渡区，使所述过渡区具有所述熔化区的直径的1/3或1/2的厚度，并且将所述过渡区加热到比所述熔化区的温度低5到20℃的温度。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束以加热所述过渡区，使所述过渡区在40％的误差范围内具有所述熔化区直径的1/3或1/2的厚度，并且将所述过渡区加热到比所述熔化区低5到20℃的温度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束以加热所述过渡区，使所述过渡区在10％的误差范围内具有所述熔化区直径1/3或1/2的厚度，并且将所述过渡区加热到比所述熔化区低5到20℃的温度。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制所述次激光系统以产生所述次激光束以加热所述过渡区，以将所述过渡区具有围绕所述熔化区的环形形状，并使所述过渡区在5％的误差范围内具有所述熔化区直径1/3或1/2的厚度，并且将所述过渡区加热到比所述熔化区低5到20℃的温度。
17.一种使用权利要求1-9中任意一项所述的增材制造系统的方法，包括：
将衬底的熔化区域加热到等于或高于所述衬底的熔化温度的温度；
将所述衬底的过渡区域加热到比所述熔化区域的所述温度低5到20℃的温度，其中所述过渡区域包括围绕所述熔化区域设置的环；以及
在所述衬底上在所述熔化区域中形成金属液滴。
18.根据权利要求17所述的方法，包括通过主激光系统而加热所述衬底的所述熔化区域以及通过次激光系统而加热所述衬底的所述过渡区域。
19.根据权利要求18所述的方法，包括调整形成所述金属液滴的增材制造工具的位置并同时调整所述主激光系统和所述次激光系统的相应位置以调整所述熔化区域和所述过渡区域的相应位置。
20.根据权利要求17所述的方法，包括当所述熔化区域邻近于所述衬底的边缘时，通过加热板来加热所述衬底的所述边缘。
21.根据权利要求20所述的方法，包括抵靠所述衬底的所述边缘而定位所述加热板。
22.根据权利要求17所述的方法，包括通过至少一个传感器而检测形成所述金属液滴的增材制造工具的位置并基于所述增材制造工具的所检测的位置而调整所述熔化区域和所述过渡区域的相应位置。
23.一种增材制造系统，包括：
增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到所述零件，其中所述多个液滴中的每一液滴包括所述金属材料；以及
加热系统，包括：
主激光系统，被配置成产生主激光束以加热所述零件的衬底的熔化区；以及
次激光系统，被配置成产生次激光束以加热所述衬底的过渡区并控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，其中所述过渡区是围绕所述熔化区的环形的区；
其中所述熔化区和所述工作区域处于同一位置，并且其中所述过渡区围绕所述熔化区设置。
24.根据权利要求23所述的增材制造系统，其中所述主激光系统被配置成将所述熔化区加热到等于或高于所述衬底的熔化温度的温度，并且所述次激光系统被配置成将所述过渡区加热到比所述熔化区的所述温度低5到20℃的温度。
25.根据权利要求23所述的系统，包括控制器，其中所述控制器被配置成基于所述增材制造工具的所检测的位置而调整所述增材制造工具、所述主激光系统和所述次激光系统的相应位置，以使得所述工作区域和所述熔化区保持处于同一位置。
26.根据权利要求23所述的系统，其中所述衬底包括钨、铌、钼、钽、基于钛的合金、基于镍的合金、基于钴的合金或其任意组合。
27.一种增材制造方法，包括：
加热衬底的熔化区；
加热所述衬底的过渡区，其中所述过渡区围绕所述熔化区设置；以及
在所述熔化区的所述衬底上形成金属液滴，
其特征在于
通过主激光系统加热所述衬底的所述熔化区，并且通过次激光系统加热所述衬底的所述过渡区，其中所述次激光系统控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，并且其中所述过渡区的成形为围绕所述熔化区设置的环形的区。
28.根据权利要求27所述的方法，包括调整形成所述金属液滴的增材制造工具的位置并同时调整所述主激光系统和所述次激光系统的相应位置以调整所述熔化区和所述过渡区的相应位置。
29.根据权利要求27或28所述的方法，包括当所述熔化区邻近于所述衬底的边缘时，通过加热板来加热所述衬底的所述边缘。
30.根据权利要求29所述的方法，包括将所述加热板抵靠所述衬底的所述边缘定位。
31.根据权利要求27所述的方法，包括通过至少一个传感器而检测形成所述金属液滴的增材制造工具的位置并基于所述增材制造工具的所检测的位置而调整所述熔化区和所述过渡区的相应位置。
32.一种增材制造系统，包括：
增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到所述零件，其中所述多个液滴中的每一液滴包括所述金属材料；
加热系统，被配置成加热所述零件的衬底，其中所述加热系统被配置成产生熔化区以及围绕所述熔化区设置的过渡区，其中所述加热系统还包括：
主激光系统，被配置成产生主激光束以加热所述熔化区；和
次激光系统，被配置成产生次激光束以至少在沿着所述多个液滴的路径的所述主激光束的后方加热所述过渡区并控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，其中所述过渡区是围绕所述熔化区的环形的区；以及
控制器，被配置成：
调节所述增材制造工具和所述加热系统的相应位置，以使得所述工作区域和所述熔化区处于同一位置；以及
调节所述主激光束和所述次激光束的产生，以使得所述环形的过渡区围绕所述熔化区设置。
33.一种增材制造系统，包括：
增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到所述零件，其中所述多个液滴中的每一液滴包括所述金属材料；
加热系统，包括：
主激光系统，被配置成产生主激光束以加热所述零件的衬底的熔化区；和
次激光系统，被配置成产生次激光束以至少在沿着所述多个液滴的路径的所述主激光束的后方加热所述衬底的过渡区并控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，
其中所述过渡区是围绕所述熔化区的环形的区；以及
控制器，被配置成：
调节所述增材制造工具、所述主激光系统和所述次激光系统的相应位置，以使得所述工作区域和所述熔化区处于同一位置；以及
调节所述主激光束和所述次激光束的产生，以使得所述环形的过渡区围绕所述熔化区设置。
34.一种增材制造系统，包括：
增材制造工具，被配置成接收金属材料并将多个液滴在零件的工作区域处供应到所述零件，其中所述多个液滴中的每一液滴包括所述金属材料；
加热系统，被配置成加热所述零件的衬底，其中所述加热系统被配置成产生熔化区以及围绕所述熔化区设置的过渡区，以及
控制器，被配置成调节所述增材制造工具和所述加热系统的相应位置，以使得所述工作区域和所述熔化区处于同一位置并使得所述过渡区围绕所述熔化区设置，
其中所述加热系统还包括：
主激光系统，被配置成产生主激光束；和
次激光系统，被配置成产生次激光束，
其中所述主激光束被配置成以加热所述熔化区，并且所述次激光束被配置成加热所述过渡区并控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，
其特征在于，
所述次激光系统被配置为将所述过渡区成形为围绕所述熔化区的环形的区并控制所述过渡区的温度，其中所述过渡区具有所述熔化区的直径的1/3或1/2的厚度，并且
其中，所述控制器被配置为调节所述次激光系统的操作以使得所述过渡区的温度比所述熔化区的温度低5到20℃。
35.一种增材制造方法，包括：
加热衬底的熔化区；
加热衬底的过渡区，其中所述过渡区围绕所述熔化区设置；以及
在所述熔化区的衬底上形成金属液滴，
其中通过主激光系统加热所述衬底的所述熔化区，并且通过次激光系统加热所述衬底的所述过渡区，并且其中所述次激光系统控制所述过渡区的温度以减慢所述衬底的冷却，
其特征在于，
所述过渡区成形为围绕所述熔化区设置的环形的区，
其中所述过渡区具有所述熔化区的直径的1/3或1/2的厚度，并且
其中调节所述次激光系统的操作以使得所述过渡区的温度比所述熔化区的温度低5到20℃。
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