CN108698126A - 精湛的三维打印 - Google Patents

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CN108698126A CN201680080921.0A CN201680080921A CN108698126A CN 108698126 A CN108698126 A CN 108698126A CN 201680080921 A CN201680080921 A CN 201680080921A CN 108698126 A CN108698126 A CN 108698126A
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inversion
temperature
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本雅明·布勒
埃雷尔·米尔施泰因
塔索·拉帕斯
托马斯·布拉休斯·布雷佐斯基
基蒙·西梅奥尼迪斯
谢尔曼·斯林格尔
吕本·孟德尔斯伯格
丹尼尔·克里斯蒂安森
扎迦利·赖安·默弗里
艾伦·里克·拉彭
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Verona 3d
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Verona 3d
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Abstract

本公开提供了用于3D打印的各种仪器和系统。本公开提供三维(3D)打印方法、仪器、软件和系统，以用于步进和重复能量照射过程；控制3D物体的材料特征和/或变形；减少打印的3D物体中的变形；并且使材料床平坦化。

Description

精湛的三维打印
交叉引用
本申请要求于2015年12月10日提交的美国临时专利申请序列号62/265,817、以及于2016年4月1日提交的美国临时专利申请序列号62/317,070的优先权，所述美国临时专利申请各自整体以引用的方式并入本文。
背景技术
三维(3D)打印(例如，增材制造)为用于根据设计来制备任何形状的三维物体(3D)的过程。该设计可为数据源，例如电子数据源、硬拷贝或物理结构(例如物理模型)的形式。硬拷贝可为3D物体的二维表示。数据源可为电子3D模型。3D打印可通过增材过程完成，其中连续的材料层被放置在彼此之上，以形成(例如硬化材料的)层状3D物体。该过程可受控制(例如受计算机控制和/或手动控制)。例如，3D打印机可为工业机器人。
3D打印可快速且有效地产生定制零件。各种材料可用于3D打印过程，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳或聚合物材料。在通常的增材3D打印过程中，形成第一材料层，并且其后逐个添加连续的材料层(或其部分)，其中每个新的材料层添加到预先形成的材料层上，直到整个设计的三维结构(3D物体)被物化。
可利用计算机辅助设计包或经由3D扫描仪来创建3D模型。准备用于3D计算机图形的几何数据的手动建模过程可与造型艺术(例如，雕塑或动画)类似。3D扫描是分析和收集关于真实物体的形状(例如，以及外观)的数字数据的过程。基于此数据，可产生经扫描物体的3D模型。3D模型可包括计算机辅助设计(CAD)。
许多增材过程是目前可用的。所述增材过程可在放置层以产生经物质化结构的方式方面不同。所述增材过程可在用于生成设计结构的一种或多种材料或材料方面不同。一些方法使材料熔融或软化以产生层。
发明内容
有时，所打印的三维(3D)物体可在3D打印过程期间和/或3D打印过程之后弯曲、翘曲、卷起、卷曲或以其它方式变形。可插入辅助支撑件以避免这种变形。这些辅助支撑件随后可从打印的3D物体去除，以产生所请求的3D产品(例如3D物体)。辅助支撑件的存在可增加制造3D物体所需的成本和/或时间。有时，辅助支撑件的存在的需求阻碍(例如阻止)所需3D物体的形成。例如，辅助支撑件的存在可阻碍作为所需3D物体的部分的某些悬挂结构(例如凸耳)和/或空腔的形成。辅助支撑件的存在的需求可对3D物体的设计和/或其分别的实体化施加约束。在一些实施例中，本公开内容中的发明促进生成具有减少的变形程度的3D物体。在一些实施例中，本公开内容中的发明促进生成以减小数目(例如缺少)辅助支撑件(例如不使用辅助支撑件)制造的3D物体。在一些实施例中，本公开内容中的发明促进生成具有减小量的设计和/或制造约束的3D物体(在本文中称为“无约束3D物体”)。在一些实施例中，使用大分块来制造形成3D物体的层。分块可通过用小直径能量束(例如扫描能量束)对分块内部画剖面线来形成。分块可通过照射(例如基本上)静止的大直径能量束(例如铺设能通量)来形成。分块可用低功率能量束来形成，在一些例子中，所述低功率能量束穿透先前形成的3D物体层(例如，其设置在加热部分下方)的一部分，并且允许这些层达到(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下(例如于液化温度)、或(ii)底部蒙皮层中的材料塑性屈服的温度。例如，先前形成的层可为整个3D物体、3D物体的悬挂结构或3D物体内的裂缝天花板的底部蒙皮层。形成分块的能量束可为散焦束。本公开内容描绘了使用光漫射器形成这样的束的方法。
在一个方面，本文描述的是用于生成具有减少的变形程度(例如基本上不变形)的3D物体的方法、系统、软件和/仪器。3D物体可缺乏一个或多个辅助支撑件。3D物体可缺乏指示一个或多个辅助支撑件的先前存在的标记。3D物体可为广泛的3D物体。3D物体可为大型3D物体。3D物体可包括大的悬挂结构(例如金属丝、凸耳或搁板)。大型可为具有至少约10厘米的基本长度尺度(FLS)的3D物体。
有时，需要控制3D物体的微结构以形成特定类型的微结构(例如在3D物体的至少一部分中)。偶尔，需要制造在3D物体的一个或多个(例如特定)部分中具有不同材料和/或材料微结构的3D物体。例如，可能需要包括致密中心和多孔叶片的电机。本公开内容描述了这种所需3D物体的形成。在一些情况下，需要控制其中形成硬化材料层的至少一部分(例如，其可影响该部分的材料性质)的方式。硬化材料层可包括至少一个熔池。在某些情况下，可能需要控制该熔池的一个或多个特征。
在一些情况下，3D物体在3D打印过程期间变形，并且从材料床突出。这种现象可使得难以形成满足客户要求的3D物体。这种现象还可负担预转化的(例如微粒)材料的平坦化层的设置和/或平整。本公开描绘了从材料床的暴露表面处理突出物体的方法和仪器。例如，通过使用无需接触其而使暴露表面材料床平坦化的材料去除构件，例如使用引导(例如吸引和/或操纵)预转化的材料和/或碎屑远离靶表面的力。
有时，需要在其中打印3D打印物体的相同大气下，从打印的3D物体中去除不形成3D物体的材料床的任何剩余部分。例如，当预转化的材料对周围环境中的氧和/或水敏感和/或在其它方面高度反应性时。本公开内容描绘了允许在其中形成3D物体的相同环境中，从3D物体中清洁材料的剩余部分的方法和仪器。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包含预转化的材料的材料床；(b)使用在暴露表面的第一位置处引导的能量束照射所述材料床的暴露表面，所述能量束在至少一毫秒的第一时间段期间是基本上静止的，以将在所述第一位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块；(c)将能量束平移到暴露表面的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，其中所述能量束被平移而不转化所述预转化的材料；并且(d)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在至少约一毫秒的第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第二位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第二分块。
能量束可具有至多约8000W/mm2的功率密度。第一个时间段可基本上等于第二时间段。第一时间段可为至少约一毫秒(msec)。能量束可在至少约1msec、10msec、50msec、250msec或500msec的第三时间段期间平移。能量束的横截面可为至少约0.1平方毫米(mm2)或0.2。能量束的直径可为至少约300微米。第一位置和第二位置之间的距离可为至少约100微米、200微米或250微米。第二分块的水平横截面可至少接触第一分块的水平横截面。接触可包括重叠。第二分块的水平横截面可与第一分块的水平横截面至少部分重叠。第二分块可与第一分块的至少约40％重叠。第二分块的水平横截面可与第一分块的水平横截面(例如完全)重叠至少约40％。该方法还可包括通过从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料(例如通过使用气流并且任选使预转化的材料与气流(例如旋流地)分离)，来分配预转化的材料层。第二分块可至少接触第一分块。第二分块可与第一分块至少部分重叠。重叠可为至少约40％。重叠可为本文提到的水平横截面重叠的任何值。
预转化的材料可为选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体的至少一个成员。转化可包含熔化。熔化可包含烧结或熔融。熔融可包含完全熔融。3D打印可处于环境压力下。3D打印可处于大气压力下。3D打印可处于环境温度下。3D打印可处于室温下。3D打印可包括增材制造。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包含预转化的材料的材料床；(b)使用在暴露表面的第一位置处引导的能量束照射所述材料床的暴露表面，所述能量束在第一时间段期间是基本上静止的，以将在所述第一位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块，所述能量束具有至多约8000瓦/平方毫米的功率密度；(c)将能量束平移到暴露表面的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述能量束被平移而不转化所述预转化的材料；并且(d)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第二位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第二分块。
功率密度可为至多5000W/mm2。能量束可在至少约1毫秒的时间段内平移。能量束可在至少约一毫秒(msec)、10msec、50msec、250msec或500msec的时间段内平移。平移可在至少约1msec、10msec、50msec、250msec或500msec的过程中。能量束的横截面可为至少约0.1平方毫米(mm2)或0.2。能量束的直径可为至少约300微米、500微米或600微米。第一位置和第二位置之间的距离可为至少约100微米、200微米或250微米。第二分块可至少接触(例如接触并重叠)第一分块。
基本上静止可包括小于能量束的FLS(例如直径)的空间振荡。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：提供包含预转化的材料的材料床；(c)使用在暴露表面的第一位置处引导的散焦能量束照射所述材料床的暴露表面，所述散焦能量束在第一时间段期间是基本上静止的，以将在所述第一位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块；(d)将散焦能量束平移到暴露表面的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述散焦能量束被平移而不转化所述预转化的材料；并且(e)用散焦能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第二位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第二分块。
散焦能量束的直径可为至少约300微米。第一时间段和第二时间段中的至少一个可为至少约1毫秒。第一时间段可(例如基本上)等于第二时间段。能量束可在至少约1毫秒的第三时间段内平移。第一位置和第二位置之间的距离可为至少100微米。第二分块可至少接触第一分块。第二分块可与第一分块至少部分重叠。重叠可为至少约40％。重叠可为本文提到的水平横截面重叠的任何值。第一时间段可为至少约一毫秒(msec)、10msec、50msec、250msec或500msec。平移可在至少约1msec、10msec、50msec、250msec或500msec的过程中。散焦能量束的横截面可为至少约0.1平方毫米(mm2)或0.2。散焦能量束的直径可为至少约300微米。第一位置和第二位置之间的距离可为至少约250微米。散焦能量束的功率密度可为至多约6000W/mm2。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：提供包含预转化的材料的材料床；将能量束引导至光漫射器以生成扩散能量束；(c)使用在暴露表面的第一位置处引导的扩散能量束照射所述材料床的暴露表面，所述散焦能量束在第一时间段期间是基本上静止的，以将在所述第一位置处的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块；(d)将扩散能量束平移到暴露表面的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述平移不转化所述预转化的材料；(e)用扩散能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第二位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第二分块。
光漫射器可扭曲能量束的波前。光漫射器可包括微透镜(例如阵列)或数字掩模。光漫射器可包含在漫射器轮中。扩散能量束的直径可为至少约300微米。第一时间段和第二时间段中的至少一个可为至少约1毫秒。第一时间段可(例如基本上)等于第二时间段。平移可在至少约1毫秒的过程中。第一位置和第二位置之间的距离可为至少100微米。第二分块可至少接触第一分块。第二分块可与第一分块至少部分重叠。重叠可为至少约40％。重叠可为本文提到的水平横截面重叠的任何值。第一时间段可为至少约一毫秒(msec)、10msec、50msec、250msec或500msec。平移可在至少约1msec、10msec、50msec、250msec或500msec的过程中。扩散能量束的横截面可为至少约0.1平方毫米(mm2)或0.2。能量束的直径可为至少约300微米。第一位置和第二位置之间的距离可为至少约100微米。扩散能量束的功率密度可至多约7000W/mm2。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装包括暴露表面和预转化的材料的材料床的容器；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及可操作地联接到材料床和能量源的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导所述能量束以：(i)在第一位置处照射所述材料床的暴露表面，所述第一位置在其为至少一毫秒的第一时间段期间是基本上静止的，并且将在第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块，(ii)将能量束平移到暴露表面中的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述平移不转化所述预转化的材料；并且(iii)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在其为至少约一毫秒的第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成与第一分块重叠的第二分块。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装包括暴露表面和预转化的材料的材料床的容器；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，所述能量束具有至多约8000瓦/平方毫米的功率密度；其中所述能量源与材料床相邻设置；以及可操作地联接到材料床和能量源的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导所述能量束以：(i)在第一位置处照射所述材料床的暴露表面，所述第一位置在第一时间段期间是基本上静止的，并且将在第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块，(ii)将能量束平移到暴露表面中的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述平移不转化所述预转化的材料；并且(iii)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成与第一分块重叠的第二分块。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装包括暴露表面和预转化的材料的材料床的容器；配置为生成能量束的散焦能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及可操作地联接到材料床、能量源和光漫射器的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导所述散焦能量束以：(i)在第一位置处照射所述材料床的暴露表面，所述第一位置在第一时间段期间是基本上静止的，以将在第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块，(ii)平移到暴露表面中的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述平移不转化所述预转化的材料；并且(iii)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第二分块。例如，第一分块至少接触第二分块。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装包括暴露表面和预转化的材料的材料床的容器；配置为扩散能量束的第一横截面的光漫射器，以形成相对于所述第一横截面扩散的第二横截面；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及可操作地联接到材料床、能量源和光漫射器的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器(例如共同地或个别地)引导(I)具有第一横截面的能量束，以穿过光漫射器以扩散第一横截面且形成第二横截面，(II)具有第二横截面的能量束，以(i)在第一位置处照射所述材料床的暴露表面，所述第一位置在第一时间段期间是基本上静止的，以将在第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成第一分块，(ii)平移到暴露表面中的第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，所述平移不转化所述预转化的材料；并且(iii)用能量束在第二位置处照射材料床的暴露表面，所述能量束在第二时间段期间在第二位置处是基本上静止的，以将在所述第一位置中的预转化的材料转化为经转化的材料，以形成与第一分块重叠的第二分块。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(A)将第一预转化的材料提供至设置在平台上方的硬化材料的底部蒙皮层，所述底部蒙皮层是三维物体的部分；并且(B)使用能量束以：(I)将预转化的材料转化为作为三维物体的部分的经转化的材料的第一部分，所述第一部分具有第一横向横截面，(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面至少部分重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
硬化材料的底部蒙皮层可沿着垂直于平台的方向设置在平台上方。上方可直接在上方(例如使得底部蒙皮层接触平台)。提供可包括流注。转化可在底部蒙皮层上方或底部蒙皮层处。转化可在底部蒙皮层与转化材料之间的接触形成之前。转化可在底部蒙皮层处。第一横截面的中心可在第二横截面上方(例如与之对准)。上方可沿着垂直于平台的方向。上方可在与平台相反的方向上。上方可在与重力中心相反的方向上。增加可包括使用闭环控制或开环控制。控制可包括温度控制。增加可包括使用反馈控制或前馈控制。控制可包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。增加可包括使用模拟(例如借助于模拟可增加第二部分的温度)。该模拟可包括3D物体的3D打印的温度和/或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括3D物体的材料性质(例如由用户要求的那种)。热机械模拟可包括弹性或塑性模拟。第二部分的温度借助于以下得到增加：图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(A)提供包含预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层的材料床，所述材料床设置在平台上方，其中所述底部蒙皮层是三维物体的部分，其中预转化的材料的至少一小部分设置在底部蒙皮层上方；并且(B)用能量束照射平面层的第一部分以：(I)将第一部分中的预转化的材料转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，所述第一部分具有第一横向横截面；(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
至少一小部分可包括材料床的平坦的暴露表面。上方可沿着与平台相反的方向。上方可直接在上方，使得底部蒙皮层接触平台。转化可在底部蒙皮层上方或底部蒙皮层处。转化可在底部蒙皮层处。第一横截面的中心可在第二横截面上方。上方可沿着垂直于平台的方向。上方可在与平台相反的方向上。上方可在与重力中心相反的方向上。增加可包括使用闭环温度控制或开环温度控制(例如可使用闭环控制或开环控制来增加第二部分的温度)。增加可包括使用反馈控制或前馈控制(例如可使用反馈控制或前馈控制来增加第二部分的温度)。增加可包括使用模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟(例如3D打印和/或3D物体在3D打印中在其制造期间)。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。机械模拟可包括弹性或塑性模拟。控制可包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(A SIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。设置可包括分配预转化的材料层(例如通过使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且任选使预转化的材料与气流旋流分离)。提供材料床可包括通过使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且使预转化的材料与气流旋流分离，来分配预转化的材料层。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)向设置在平台上方的硬化材料的底部蒙皮层提供预转化的材料，其中所述底部蒙皮层是三维物体的部分；(b)使用能量束将预转化的材料的一部分转化为设置在底部蒙皮层上方的经转化的材料的一部分；并且(c)设定能量束的至少一个特征，使得在经转化的材料的一部分下方的底部蒙皮层处的三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
经转化的材料可为熔池。该方法还可包括在操作(c)之后，重复至少操作(b)。该方法还可包括在操作(c)之后重复操作(b)。在部分下方可沿着垂直于平台的方向并且在朝向平台的方向上(例如底部蒙皮层可沿着垂直于平台的方向在经转化的部分下方)。至少一个特征包括能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。设置可包括通过使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且使预转化的材料与气流旋流分离，来分配预转化的材料层。上方可直接在上方，使得底部蒙皮层接触平台。提供可包括流注。转化可在底部蒙皮层上方或底部蒙皮层处。转化可在底部蒙皮层与转化材料之间的接触形成之前。转化可在底部蒙皮层处。第一横截面的中心可在第二横截面上方。上方可沿着垂直于平台的方向。上方可在与平台相反的方向上。上方可在与重力中心相反的方向上。增加可包括使用闭环或开环(例如温度)控制。控制可具有能量束的至少一个特征(例如，如本文公开的)。增加可包括使用反馈控制或前馈控制。增加可包括使用模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。热机械模拟可包括弹性或塑性模拟。控制可包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包含预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层的材料床，所述材料床设置在平台上方，其中所述底部蒙皮层是三维物体的部分，其中预转化的材料的至少一小部分设置在底部蒙皮层上方，其中上方是沿着与平台相反的方向；(b)使用能量束将预转化的材料的至少一小部分的一部分转化成作为三维物体的部分的经转化的材料；并且(c)设定能量束的至少一个特征，使得在所述一部分下方的底部蒙皮层处的三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是底部蒙皮层中的材料塑性屈服的温度。
该方法还可包括在操作(c)之后，重复至少操作(b)。在部分下方可沿着垂直于平台的方向并且在朝向平台的方向上。至少一小部分可包括材料床的平坦的暴露表面。底部蒙皮层可为以下的第一形成层：(i)三维物体、(ii)三维物体的悬挂结构、或(iii)三维物体的空腔天花板。底部蒙皮层可在底部蒙皮层的底表面上具有半径XY的球体，其中直线XY和与底部蒙皮层的平均分层平面正交的方向之间的锐角可在约45度至约90度的范围内。三维物体的第一形成层可在3D打印期间与平台断开。三维物体的第一形成层可包括辅助支撑件，所述辅助支撑件可在3D打印期间与平台断开(例如不锚定至平台)。在3D打印期间，三维物体的第一形成层可包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件特征。三维物体的悬挂结构可包括与三维物体或平台不连接(例如断开)的至少一个侧面。三维物体的悬挂结构可包括与三维物体或平台不连接(例如断开)的至少两个侧面。三维物体的悬挂结构可包括与三维物体或平台不连接(例如断开)的至少三个侧面。悬挂结构可包括不锚定到平台的辅助支撑件。悬挂结构可包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件特征。三维物体的空腔天花板可包括与三维物体或平台不连接的至少一个侧面。三维物体的空腔天花板可包括与三维物体或平台不连接的至少两个侧面。三维物体的空腔天花板可包括与三维物体或平台不连接的至少三个侧面。空腔天花板包括不锚定到平台的辅助支撑件。悬挂结构包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件特征。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：平台和硬化材料的底部蒙皮层，所述底部蒙皮层是三维物体的部分，其中所述底部蒙皮层设置在平台上方；材料分配器，所述材料分配器配置为通过开口朝向平台分配预转化的材料，其中所述材料分配器与平台相邻设置；配置为生成能量束的能量源，所述能量束转化在平台处或与平台相邻的预转化的材料的至少一部分，其中所述能量源与平台相邻设置；以及与材料床、材料分配器和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器个别地或共同地被编程为：(A)引导材料分配器以在底部蒙皮层处或底部蒙皮层上方分配预转化的材料，并且(B)引导能量束以(I)转化所述预转化的材料，并且在底部蒙皮层处或底部蒙皮层上方形成第一部分(例如所述上方在与平台相反的方向上)所述第一部分具有第一横向横截面；并且(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面至少部分重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
第一部分可沿着垂直于平台的方向在底部蒙皮层上方。上方可直接在上方，使得底部蒙皮层接触平台。上方可间接在上方，使得底部蒙皮层不连接和/或接触平台。底部蒙皮层可通过预转化的材料与平台分离。底部蒙皮层可通过预转化的材料层与平台分离。底部蒙皮层可在平台上方无锚浮动。底部蒙皮层可包括一个或多个辅助支撑件。一个或多个辅助支撑件可锚定到平台。一个或多个辅助支撑件可在平台上方无锚浮动。操作(b)中的分配可包括流注。控制可包括使用闭环控制或开环控制。增加可包括使用反馈控制或前馈控制。控制可包括使用模拟。一个或多个控制器可个别地或共同地被编程为引导能量束以使用模拟来增加第二部分的温度。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。热机械模拟可包括弹性或塑性模拟。一个或多个控制器可个别地或共同地被编程为引导能量束，以使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)来增加第二部分的温度。该方法还可包括旋风分离器，以分离未转化以形成三维物体的任何过量的预转化的材料。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面、预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层，其中所述预转化的材料的至少一小部分设置在底部蒙皮层上方，其中所述底部蒙皮层是三维物体的部分；用于生成能量束的能量源，所述能量束配置为将预转化的材料的至少一小部分的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、层分配机构和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器个别地或共同地被编程为引导所述能量束以：(I)将预转化的材料的至少一部分转化为经转化的材料的第一部分，所述第一部分具有第一横向横截面；并且(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
预转化的材料可包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳的同素异形体、聚合物和树脂的至少一个成员形成的微粒材料。预转化的材料可包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体的至少一个成员形成的微粒材料。(II)中的增加可包括使用反馈控制或前馈控制。一个或多个控制器可个别地或共同地被编程为引导能量束以使用反馈控制或前馈控制来增加第二部分的温度。(II)中的增加可包括使用闭环或开环(例如温度)控制。一个或多个控制器可个别地或共同地被编程为引导能量束，以使用闭环控制或开环控制来增加第二部分的温度。(II)中的增加可包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。一个或多个控制器可个别地或共同地被编程为引导能量束，以使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)来增加第二部分的温度。材料床可至少通过分配通过以下生成的预转化的材料(例如平面)层形成：使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且使预转化的材料与气流旋流分离。(例如第一部分或第二部分的)经转化的材料可包括熔池。该系统还可包括在(C)后重复至少(B)。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：平台和设置在所述平台上方的硬化材料的底部蒙皮层；材料分配器，所述材料分配器配置为通过材料分配器的开口朝向靶表面分配预转化的材料，其中所述材料分配器与靶表面相邻设置；配置为生成能量束的能量源，所述能量束转化在靶表面处或与靶表面相邻的预转化的材料的至少一部分，其中所述能量源与靶表面相邻设置；以及与材料床和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，其中所述一个或多个控制器个别地或共同地被编程为：(I)引导能量束，以将在靶表面处或与靶表面相邻的预转化的材料的至少一部分转化为设置在底部蒙皮层上方的经转化的材料，并且(II)控制能量束的至少一个特征，使得在该部分下方的底部蒙皮层处的三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是底部蒙皮层中的材料塑性屈服的温度。
(I)中的上方可直接在上方，使得经转化的材料接触底部蒙皮层。控制器还可引导重复操作(I)。一个或多个控制器个别地或共同地被编程为在(II)之后重复(I)。上方可直接在上方，使得底部蒙皮层接触平台。上方可间接在上方，使得底部蒙皮层不连接和/或接触平台。底部蒙皮层可通过预转化的材料与平台分离。底部蒙皮层可通过预转化的材料层与平台分离。底部蒙皮层可在平台上方无锚浮动。底部蒙皮层可包括一个或多个辅助支撑件。一个或多个辅助支撑件可锚定到平台。一个或多个辅助支撑件可在平台上方无锚浮动。操作(b)中的分配可包括流注。控制可包括闭环控制或开环控制。增加可包括使用反馈控制或前馈控制。控制可包括使用模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。热机械模拟可包括弹性或塑性模拟。控制可包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。该方法还可包括旋风分离器，以分离未转化以形成三维物体的任何过量的预转化的材料。经转化的材料可包含熔池。该系统还可包括在操作(c)之后重复至少操作(b)。在部分下方可沿着垂直于平台的方向。底部蒙皮层可在沿着垂直于平台的方向的部分下方。至少一个特征可包括能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面、预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层，其中所述预转化的材料的至少一小部分设置在底部蒙皮层上方，其中所述底部蒙皮层是三维物体的部分；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将预转化的材料的至少一小部分的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器个别地或共同地被编程为：(I)将预转化的材料的至少一部分转化为经转化的材料的第一部分，并且(II)控制能量束的至少一个特征，使得在第一部分下方的底部蒙皮层处的三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是底部蒙皮层中的材料塑性屈服的温度。
在第一部分下方可沿着垂直于底部蒙皮层的平均平面的方向。在第一部分下方可朝向底部蒙皮层。控制可包括改变能量束的至少一个特征。能量束的至少一个特征可包括能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。在操作(a)中的设置可包括通过使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且使预转化的材料与气流旋流分离，来分配预转化的材料层。在3D打印期间，底部蒙皮层可为以下的第一形成层：(i)三维物体、(ii)三维物体的悬挂结构、或(iii)三维物体的空腔天花板。底部蒙皮层可在底部蒙皮层的底表面上具有半径XY的球体，其中直线XY和与底部蒙皮层的平均分层平面正交的方向之间的锐角在约45度至约90度的范围内。在3D打印期间，三维物体的第一形成层可包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件。三维物体的悬挂结构可具有与三维物体或平台不连接的至少一个侧面。悬挂结构可包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件。三维物体的空腔天花板可具有与三维物体或平台不连接的至少一个侧面。悬挂结构可包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件。
能量源可包括电磁波束或粒子束。电磁波束可包括激光器。粒子束可包括电子束。预转化的材料可包含固体、半固体或液体材料。预转化的材料可包含微粒材料。微粒材料可包含粉末或囊泡。粉末可包含固体材料。预转化的材料可包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳的同素异形体、聚合物和树脂的至少一个成员形成的微粒材料。预转化的材料可包含由选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体的至少一个成员形成的微粒材料。预转化的材料可包含聚合物或树脂。预转化的材料和底部蒙皮层可包含(例如基本上)相同的材料。预转化的材料和底部蒙皮层可包含不同的材料。三维物体可包括功能梯度材料。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包括暴露表面和预转化的材料的材料床；(b)通过以第一力将预转化的材料从暴露表面移位到材料去除器的内部区室内，使暴露表面平坦化；(c)用第二力从内部区室去除预转化的材料；并且(d)使用能量束照射暴露表面的至少一部分，以将在暴露表面的至少一部分处的预转化的材料转化成经转化的材料，其中所述经转化的材料是三维物体的至少一部分。
移位预转化的材料可包括吸引预转化的材料。去除预转化的材料可包括推动或吸引预转化的材料。第一力可在力类型、力方向和力量中的至少一种方面与第二力不同。去除可在操作(b)中的平坦化之后。去除可在操作(d)中的使用之后。操作(d)中的去除可与操作(d)中的使用同时。第一力的方向可基本上垂直于第二力的方向。可引导(例如可运行)第二力垂直于第一力。预转化的材料可在材料去除器的内部区室(例如材料去除机构)中累积。累积可在操作(c)中的去除过程中。在去除预转化的材料的同时，预转化的材料可在材料去除器的内部区室中累积。累积可包括使预转化的材料与气流分离，所述气流在移位(例如吸引)操作期间形成。分离可包括旋流分离。第一力的方向可基本上垂直于第二力的方向。第一力可由第一力源生成。第二力可由第二力源生成。第一力源可通过第一开口连接到内部区室。第二力源可通过第二开口连接到内部区室。第一开口可与第二开口不同。第一开口可与第二开口相同。第一开口和第二开口中的至少一个可包括阀。第一力和第二力中的至少一个可由阀调节。可处理在操作(c)中去除的预转化的材料。处理可包括分离和/或修复。(c)中去除的预转化的材料可再循环(例如用于形成材料床)。该方法还可包括，在操作(b)之后或与操作(b)同时，再循环用于材料床中的预转化的材料。处理和/或再循环可在3D打印期间(例如连续)。预转化的材料可在3D打印期间再循坏。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包括暴露表面和预转化的材料的材料床；(b)通过将预转化的材料从暴露表面移位到材料去除器的内部区室内，使暴露表面平坦化，所述预转化的材料在使暴露表面平坦化的同时在内部区室内累积；并且(c)使用能量束照射暴露表面的至少一部分，以将在暴露表面的至少一部分处的预转化的材料转化成经转化的材料，其中所述经转化的材料是三维物体的至少一部分。
预转化的材料的累积可包括使预转化的材料与气流分离，所述气流在移位的同时形成。预转化的材料可至少部分地通过使预转化的材料与气流分离而累积，所述气流在将预转化的材料从暴露表面移位的同时形成。预转化的材料可与气流旋流分离。移位预转化的材料可包括吸引预转化的材料(例如使用静电力、磁力或气流)。气流可为加压气体或真空。例如，气流可能是由于真空源。至少在使暴露表面平坦化的同时，材料去除器可与暴露表面断开(例如分离和/或不接触)。材料去除器可通过气隙(例如本文公开的任何间隙)与暴露表面分离。移位可包括气流。预转化的材料可与内部区室中的气流分离(例如当它在内部区室内累积时)。虽然使暴露表面平坦化可包括同时使材料层的暴露表面一次或多次平坦化(例如一次或多次平坦化运行)。例如，虽然使暴露表面平坦化可包括同时使材料床的一个暴露表面平坦化(例如材料去除器的单次平坦化运行)。预转化的材料与气流的分离可包括旋流分离。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；配置为生成第一力的第一力源，所述第一力使预转化的材料在远离重力中心的方向上移位，其中所述第一力源与材料床相邻设置；配置为生成操纵预转化的材料的第二力的第二力源，其中所述第二力源与材料床相邻设置；包括内部区室的材料去除器，所述材料去除器配置为通过使用第一力使暴露表面的一部分移位(例如促进移位)，以使材料床的暴露表面平坦化，其中所述材料去除器可操作地联接至第一力源和第二力源，其中所述材料去除器与材料床相邻设置；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、材料去除器、第一力源、第二力源和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导(i)材料去除器，以通过经由使用第一力将至少预转化的材料从暴露表面移位到内部区室，使暴露表面平坦化，并且引导(ii)材料去除器，以通过经由使用第二力操纵预转化的材料远离内部区室，并且引导(iii)能量源，以用能量束将预转化的材料的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。
操作中的平坦化(i)可包括通过使用第一力另外将碎屑从暴露表面移动到内部区室。碎屑可包括并非三维物体的部分的经转化的材料。远离内部区室可包括远离材料去除器。第一力可与第二力不同。第一力可在力类型或力量方面与第二力不同。例如，第一力可为真空，并且第二力可为压缩空气。第一力源可与第二力源不同。操纵可处于(例如基本上)垂直于吸引的方向上。第一力源可包括电子力、磁力、加压气体或真空。第二力源可包括电子力、磁力、加压气体或真空。移位可包括吸引。操纵可包括排斥或推动。操作(ii)可在操作(i)中使材料床平坦化之后发生，以形成材料床的平坦的暴露表面。
在一些实施例中，一个或多个控制器是多个控制器，并且其中(例如控制器、仪器、方法或系统的)至少两个操作由同一控制器控制。例如，一个或多个控制器可为多个控制器，并且其中操作(i)、(ii)和(iii)中的至少两个由同一控制器控制。在一些实施例中，一个或多个控制器是多个控制器，其中(例如控制器、仪器、方法或系统的)至少两个操作由不同控制器(例如，其是可操作地联接的)控制。例如，一个或多个控制器可为多个控制器，并且其中操作(i)、(ii)和(iii)中的至少两个由不同控制器(例如，其是可操作地联接的)控制。在一些实施例中，一个或多个控制器在3D打印期间实时引导(例如控制器、仪器、方法或系统的)多个操作中的至少一个。在一些实施例中，一个或多个控制器在3D打印期间实时引导(例如控制器、仪器、方法或系统的)多个操作中的至少一个。例如，一个或多个控制器在3D打印期间实时引导操作(i)、(ii)和(iii)中的至少一个。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；包括内部区室的材料去除器，所述材料去除器配置为从暴露表面移位预转化的材料的一部分，以使材料床的暴露表面平坦化，其中所述材料去除器可操作地联接至第一力源和第二力源，其中所述材料去除器与材料床相邻设置；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、材料去除器和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导(i)材料去除器，以通过将至少预转化的材料从暴露表面移位，以在内部区室中累积，使暴露表面平坦化，并且引导(ii)能量源，以用能量束将预转化的材料的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。
累积可在平坦化期间，以形成材料床的平坦的暴露表面。
(i)中的平坦化可包括通过使用第一力另外将碎屑从暴露表面移动到内部区室。碎屑可包括并非三维物体的部分的经转化的材料。
在另一个方面，用于3D打印的方法包括：(a)在外壳内提供材料床；并且(b)将铺设能通量照射到在第一位置中的材料床的暴露表面上第一时间段，以形成第一加热分块，所述铺设能通量在第一加热分块的覆盖区内是基本上均匀的，其中所述铺设能通量在第一时间段内是基本上静止的，并且其中所述铺设能通量的至少一个特征使用在第一加热分块(例如，其)内的测量来确定。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包括暴露表面和预转化的材料的材料床；(b)通过经由材料去除器的喷嘴，将预转化的材料从暴露表面吸引到材料去除器的内部区室内，使暴露表面平坦化；所述喷嘴包括可调节体积；并且(c)使用能量束将暴露表面的至少一部分转化为经转化的材料，其中所述经转化的材料作为三维物体的至少一部分。
平坦化可在材料去除器与材料床的暴露表面之间不存在接触的情况下进行。预转化的材料可在内部区室中累积。累积可包括使预转化的材料与气流分离，所述气流在吸引期间形成。分离可为旋流分离。吸引可包括使用静电力、磁力或气流。预转化的材料可使用静电力、磁力或气流吸引。气流可包括真空或压缩气体。可调节体积可为喷嘴的内部体积。喷嘴可包括至少一个可调节零件。零件可为机械零件。喷嘴可包括至少两个、三个或四个可调节零件。喷嘴可包括文丘里喷嘴。喷嘴的可调节体积可为不对称的。该方法还可包括调整喷嘴，以调节预转化的材料从材料床吸引到喷嘴内的体积(例如面积和/或深度)。该方法还可包括调整喷嘴，以调节在其下预转化的材料从材料床吸引到喷嘴内的速率。该方法还可包括调整喷嘴，以调节在其下暴露表面被平坦化的保真度。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包括暴露表面和预转化的材料的材料床；(b)通过经由材料去除器的喷嘴，从暴露表面吸引预转化的材料，使暴露表面平坦化，所述吸引包括使用沿着喷嘴的水平横截面基本上相等的吸引力，所述喷嘴跨越材料床的宽度的至少一部分，其垂直于材料去除器的移动方向；并且(c)使用能量束将材料床的宽度的至少一部分转化成经转化的材料，其中所述经转化的材料是三维物体的至少一部分。
材料床的宽度的至少一部分可大于材料床的宽度的50％、80％、90％或100％。例如，材料床的宽度的至少一部分可大于材料床的宽度的50％。通过喷嘴吸引的预转化的材料可在材料去除器的内部区室中累积。累积可包括使预转化的材料与气流分离，所述气流可在吸引期间形成。预转化的材料可至少部分通过使预转化的材料与气流分离而在内部区室中累积，所述气流在通过材料去除器的喷嘴从暴露表面吸引预转化的材料时形成。分离可为旋流分离。在一些实施例中，内部区室的垂直横截面积是喷嘴开口的水平横截面积的至少约三倍、十倍、三十倍或五十倍。例如，内部区室的垂直横截面积是喷嘴开口的水平横截面积的至少三倍。该方法还可包括控制吸引力，以调节预转化的材料从材料床吸引到喷嘴内的体积。该方法还可包括控制吸引力，以调节在其下预转化的材料从材料床吸引到喷嘴内的速率。该方法还可包括控制吸引力，以调节在其下材料去除器使暴露表面平坦化的保真度。该方法还可包括控制材料去除器穿过材料床的平移速度，以调节在其下材料去除器使暴露表面平坦化的保真度。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：(a)提供包括暴露表面和预转化的材料的材料床；(b)通过将预转化的材料从暴露表面移位(例如吸引)到材料去除器的内部区室内，使暴露表面平坦化，所述内部区室具有变窄的水平横截面；并且(c)使用能量束照射暴露表面的至少一部分，以将在暴露表面的至少一部分处的预转化的材料转化成经转化的材料，其中所述经转化的材料是三维物体的至少一部分。
变窄的水平横截面可具有(例如基本上)垂直于材料去除器的移动方向(例如沿着暴露表面)的长轴。预转化的材料可在材料去除器的内部区室中累积。材料去除器可包括指向材料床的暴露表面(例如，并且朝向在其上设置材料床的平台)的开口。开口可为预转化的材料通过其进入材料去除(例如，并且进入其内部区室内)的开口。累积可包括使预转化的材料与气流分离，所述气流可在吸引期间形成。分离可包括旋流分离。材料床可设置在平台上方。变窄的水平横截面可与平台(例如基本上)平行。内部区室可包括变窄(例如圆锥形)的形状(例如，其长轴与平台平行)。吸引可来自圆锥体的较大横截面垂直面中的位置(例如圆锥体的基底)。例如，吸引可来自圆锥体的较大圆形横截面中的位置(例如圆锥体的基底)。变窄的水平横截面可具有(例如基本上)垂直于移动方向的轴线。使用沿着水平横截面(例如基本上)均匀分布的力(例如，其中基本上相对于材料去除器的操作，例如相对于所得到的暴露表面的平面性)，来移位预转化的材料。平坦化可在至多约500微米、300微米、200微米、150微米、100微米、50微米、30微米或20微米的高度误差范围内形成材料层的(例如基本上)平坦的暴露表面。例如，平坦化可在至多约200微米的高度误差范围内形成材料床的(例如基本上)平坦的暴露表面。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；包括喷嘴的材料去除器，预转化的材料通过所述喷嘴被移位(例如被吸引)远离暴露表面，所述喷嘴包括可调节体积，其中所述材料去除器与材料床相邻设置；配置为投射能量束的能量源，所述能量束将预转化的材料的一部分转化成作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、材料去除器和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导(i)材料去除器，以调节喷嘴的体积，引导(ii)材料去除器，以使暴露表面平坦化，并且引导(iii)能量源，以用能量束将预转化的材料的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。
一个或多个控制器可为多个控制器。操作(i)、(ii)和(iii)中的至少两个可由同一个控制器控制。操作(i)、(ii)和(iii)中的至少两个可由不同控制器(例如，其是可操作地联接的)控制。一个或多个控制器可在3D打印期间实时引导操作(i)、(ii)和(iii)中的至少一个。调整可在3D打印过程中。调整可在3D打印之前。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为支撑材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；配置为生成吸引预转化的材料的吸引力的力源，其中所述力源与材料床相邻设置；包括喷嘴的材料去除器，所述喷嘴跨越材料床的宽度的至少一部分，其垂直于材料去除器的移动方向，所述材料去除器通过吸引预转化的材料的一部分，使暴露表面平坦化；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、材料去除器、力源和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导(i)材料去除器，以通过经由喷嘴吸引来自暴露表面的预转化的材料，使暴露表面平坦化，所述吸引包括使用沿着喷嘴入口开口的水平横截面是基本上相等的吸引力，预转化的材料通过所述喷嘴入口开口进入材料去除机构，并且引导(ii)能量源，以用能量束将预转化的材料的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。
一个或多个控制器可为一个控制器。一个或多个控制器可为多个控制器。操作(i)和(ii)中的每一个可由不同控制器(例如，其是可操作地联接的)控制。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；包括具有变窄的水平横截面的内部区室的材料去除器，所述材料去除器配置为吸引来自暴露表面的预转化的材料的一部分，以使材料床的暴露表面平坦化，其中所述材料去除器与材料床相邻设置；配置为生成能量束的能量源，所述能量束将暴露表面的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述能量源与材料床相邻设置；以及与材料床、材料去除器和能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器引导(i)材料去除器，以通过经由喷嘴吸引来自暴露表面的预转化的材料，使暴露表面平坦化，所述吸引包括使用沿着喷嘴的水平横截面是基本上相等的吸引力，并且引导(ii)能量源，以用能量束将预转化的材料的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。
一个或多个控制器可为一个控制器。一个或多个控制器可为多个控制器。操作(i)和(ii)中的每一个可由不同控制器(例如，其是可操作地联接的)控制。
在另一个方面，用于打印三维物体的方法包括：提供包括在平台上方的预转化的材料的材料床；生成作为三维物体的部分的经转化的材料层，所述生成包括用第一能量束照射材料床的第一部分，以将第一部分中的预转化的材料转化成作为三维物体的部分的第一经转化的材料，所述第一能量束沿着第一轨迹行进；并且控制(i)第一经转化的材料的温度和(ii)形状中的至少一种，其中所述控制是实时的(例如在第一经转化的材料形成期间)。
第一经转化的材料可包含熔池。该方法还可包括用第二能量束照射材料床的第二部分，以将预转化的材料转化为作为三维物体的部分的第二经转化的材料。第二能量束可沿着第二轨迹行进，所述第二轨迹可不同于第一轨迹。第二能量束可通过至少一个特征与第一能量束不同。至少一个特征可包括能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。控制还可包括控制(i)第一经转化的材料的温度和(ii)形状中的至少一种。控制可为实时的(例如在第二经转化的材料形成期间)。第二经转化的材料可为熔池。提供可包括通过使用气流从材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料(例如，并且使预转化的材料与气流旋转分离)，来分配预转化的材料层。
在另一个方面，用于打印三维物体的系统包括：配置为封装材料床的容器，所述材料床包括暴露表面和预转化的材料；配置为生成第一能量束的第一能量源，所述第一能量束将材料床的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料，其中所述第一能量源与材料床相邻设置；以及与材料床和第一能量源可操作地联接的一个或多个控制器，所述一个或多个控制器(例如个别地或共同地)(I)引导第一能量束，以从材料床的第一部分生成第一经转化的材料，所述第一能量束沿着第一轨迹行进，并且(II)控制第一经转化的材料的(i)温度和(ii)形状中的至少一种，所述控制是实时的(例如在形成第一经转化的材料以形成三维物体期间)。
第一经转化的材料可包含第一熔池。该系统还可包括生成第二能量束的第二能量源，所述第二能量束将材料床的至少一部分转化为作为三维物体的部分的经转化的材料。第二能量源可与材料床相邻设置。一个或多个控制器还可与第二能量源可操作地联接。一个或多个控制器可引导第二能量束，以从材料床的第二部分生成第二经转化的材料。材料床的第二部分可不同于材料床的第一部分。第二能量束可沿着第二轨迹行进。第二轨迹可不同于第一轨迹。一个或多个控制器可控制(i)第二经转化的材料的温度和(ii)形状中的至少一种。控制可为实时的(例如在形成第二经转化的材料以形成3D物体期间)。第二能量束可通过至少一个特征与第一能量束不同。至少一个特征可包括能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。第二经转化的材料可包含第二熔池(例如，其不同于第一熔池)。
在另一个方面，用于3D打印的方法包括：(a)在外壳内提供材料床；并且(b)将铺设能通量照射到在第一位置中的材料床的暴露表面上第一时间段，以形成第一加热分块，所述铺设能通量在第一加热分块的覆盖区内是基本上均匀的，其中所述铺设能通量在第一时间段内是基本上静止的，并且其中所述铺设能通量的至少一个特征使用在第一加热分块(例如，其)内的测量来确定。
至少一个特征可包括波长、功率、振幅、轨迹、覆盖区、强度、能量、注量、安德鲁数(Andrew Number)、剖面线间距、扫描速度或电荷。测量可为温度测量。该方法还可包括：(c)将铺设能通量平移到材料床的暴露表面上的第二位置；并且(d)照射铺设能通量第二时间段，以形成第二加热分块，其中所述铺设能通量在第二时间段内是基本上静止的。铺设能通量在第二加热分块内(例如在其区域内)可为基本上均匀的。材料床可包括一个或多个材料层。材料床可为粉末床。材料床可包含选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体的微粒材料。第一加热分块的形状可与第二加热分块的形状(例如基本上)相同。第一加热分块的形状可与第二加热分块的形状不同。第一加热分块可与第二加热分块接界。第二加热分块可与第一加热分块至少部分重叠。第二加热分块可通过间隙与第一加热分块分开。照射可包括加热。加热可基本上排除转化。加热可包括转化。该方法还可包括转化第一加热分块内的材料的至少一小部分。该方法还可包括转化第二加热分块内的材料的至少一小部分。转化可包括熔化。熔化可包括熔融或烧结。材料床的暴露表面可包括3D物体的暴露表面，其包括第一位置和第二位置。该方法还可包括使用设置在材料床的暴露表面上方的散热器来冷却材料床。冷却可在步骤(b)之前、步骤(b)期间和/或步骤(b)之后。冷却可在步骤(c)之前、步骤(c)期间和/或步骤(c)之后。能通量可在第一位置和第二位置之间基本上关闭(例如切断)。至少当在第一位置和第二位置之间平移时，能通量可基本上关闭。该方法还可包括使用扫描能量束照射材料床的暴露表面的至少一部分，所述扫描能量束不同于铺设能通量。暴露表面的至少一部分可设置在3D物体的暴露表面内(例如嵌入材料床内)。扫描能量束的速率(例如速度)可为至少50mm/sec。铺设能量束的暴露时间(例如停留时间)可为至少一毫秒。铺设能量束的功率/单位面积(例如功率密度)可为至多1000瓦/平方毫米。铺设能量束的功率/单位面积可为至多10000瓦/平方毫米。铺设能量束的横截面的基本长度尺度(在本文中缩写为“FLS”)可为至少0.3毫米。扫描能量束的横截面的FLS(例如直径)为至多250微米。FLS可为直径、球形等效直径、边界圆的直径、或以下中的最大者：高度、宽度和长度。该方法还可包括控制第一加热分块在其下冷却的速率。控制可包括使第一加热分块成像。成像可包括分析光谱。成像可包括图像处理。控制可包括感测第一加热分块的温度。感测可包括成像。感测可包括分析光谱。控制可包括使用反馈控制。控制可包括使用开环控制。
在另一个方面，用于3D打印的仪器包括：(a)包含材料床的外壳；和(b)生成铺设能通量的铺设能量源，所述铺设能通量照射材料床的暴露表面以形成加热分块，所述铺设能通量在第一加热分块内是基本上均匀的；和(c)控制器，其可操作地联接至外壳和铺设能量源，并且引导铺设能量束照射暴露表面的第一位置第一时间段，以形成第一加热分块，其中所述铺设能通量在第一时间段内是基本上静止的，其中使用第一加热分块的测量来确定铺设能通量的至少一个特征。
在另一个方面，用于3D打印的方法包括：(a)提供在外壳内的材料床；(b)将铺设能通量照射到在第一位置中的材料床的暴露表面上第一时间段，以形成第一加热分块，其中所述照射包括在第一时间段期间改变铺设能通量的功率密度，并且其中功率密度的空间分布在分块的覆盖区内(例如在暴露表面上)是基本上均匀的。
照射可与第一加热分块(例如，其)内的温度测量有关。该方法还可包括将铺设能通量平移到材料床的暴露表面上的第二位置；并且用铺设能通量照射铺设能通量第二时间段，以形成第二加热分块，所述铺设能通量在第二时间段期间具有的功率密度在第二加热分块的区域内是基本上均匀的。改变可包括增加功率密度，随后为降低功率密度。在一些实施例中，增加和减少中的至少一种受控制。铺设能通量在第一时间段内可为基本上静止的。可使用第一加热分块的测量来确定铺设能通量的至少一个特征。
在另一个方面，用于3D打印的仪器包括：(a)包含材料床的外壳；和(b)生成铺设能通量的铺设能量源，所述铺设能通量照射材料床的暴露表面第一时间段，以形成加热分块；(c)控制器，其可操作地联接至外壳和铺设能量源，并且引导铺设能量束照射暴露表面的第一位置第一时间段，以形成第一加热分块，其中所述照射包括改变在第一时间段期间铺设能通量的功率密度，并且其中功率密度的空间分布在分块的覆盖区内(例如在暴露表面上)是基本上均匀的。
在另一个方面，用于3D打印的方法包括：(a)提供在外壳内的材料床；(b)将铺设能通量照射到在第一位置中的材料床的暴露表面第一时间段，以形成第一加热分块，其中在第一时间段期间铺设能通量的功率密度在材料床的暴露表面上的第一加热分块的区域内是基本上均匀的，所述形成包括：(i)跨越第一加热分块的区域单调地增加铺设能通量的功率密度直至功率密度峰值；以及(ii)跨越第一加热分块的区域单调地降低铺设能通量的功率密度，其中在其下功率密度峰值对于第一加热分块的区域内的两个点达到的时间是基本上同时的。
该区域可为材料床的暴露表面中分块的横截面。增加和降低中的至少一种可与第一加热分块内的温度测量有关。在第一加热分块内可包括在第一加热分块内的一个或多个位置。在第一分块内可为第一加热分块。该方法还可包括将铺设能通量平移到材料床的暴露表面上的第二位置；并且用铺设能通量照射铺设能通量第二时间段，以形成第二加热分块，所述铺设能通量在第二时间段期间具有的功率密度在第二加热分块的区域内是基本上均匀的。
在另一个方面，用于3D打印的仪器包括：(a)包含材料床的外壳；(b)生成铺设能通量的铺设能量源，所述铺设能通量照射材料床的暴露表面第一时间段，以形成加热分块，其中在第一时间段期间铺设能通量的功率密度在材料床的暴露表面上的第一加热分块的区域内是基本上均匀的；(c)控制器，其可操作地联接至外壳和铺设能量源，并且引导铺设能量束照射材料床的暴露表面中的第一位置第一时间段，以形成加热分块，所述形成包括：(i)跨越第一加热分块的区域单调地增加铺设能通量的功率密度直至功率密度峰值；以及(ii)跨越第一加热分块的区域单调地降低铺设能通量的功率密度，其中在其下功率密度峰值对于第一加热分块的区域内的两个点达到的时间是基本上同时的。
在另一个方面，用于3D打印的方法包括：(a)提供在外壳内的材料床；(b)通过形成一个或多个相继熔池，转化材料床的至少一部分，以形成经转化的材料，所述经转化的材料随后硬化，以形成作为3D物体的至少一部分的硬化材料；并且(c)实时控制一个或多个熔池。
转化可与第一加热分块内的温度测量(例如在第一加热分块内或第一加热分块的各个位置处)有关。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的体积。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的平均基本长度尺度。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的微结构。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的冷却速率。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的加热速率。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池内的温度变化。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的总体形状。控制一个或多个相继熔池可包括控制一个或多个相继熔池的横截面的总体形状。横截面可包括垂直横截面。横截面可包括水平横截面。控制可包括感测一个或多个相继熔池的温度。感测可包括成像(例如使用照相机)。控制可包括基于感测评估熔池的体积。控制可包括通过控制器的调节。
在另一个方面，通过铺设用于生成三维物体的方法包括：a)设置预转化的材料层以形成材料床；b)在第一位置处向预转化的材料层的第一部分提供第一能量束，以转化在第一部分处的预转化的材料，以形成经转化的材料的第一分块；c)将第一能量束移动到在预转化的材料层处的第二位置，其中所述移动以至多约500毫米/秒的速度；并且d)将第一能量束提供给在第二位置处的预转化的材料层的第二部分，以转化在第二部分处的预转化的材料，以形成经转化的材料的第二分块；其中经转化的材料的第一分块和经转化的材料的第二分块硬化，以形成三维物体的至少一部分。
移动可以至多约200毫米/秒的速度。移动可以至多约100毫米/秒的速度。移动可以至多约50毫米/秒的速度。移动可以至多约30毫米/秒的速度。第一能量束可具有至多约5000瓦/平方毫米的功率密度。第一能量束可具有至多约3000瓦/平方毫米的功率密度。第一能量束可具有至多约1500瓦/平方毫米的功率密度。第一能量束可具有至少约200微米的直径。第一能量束可具有至少约300微米的直径。第一能量束可具有至少约400微米的直径。
本公开内容的另一个方面提供了用于实现本文公开的方法的系统。
本公开内容的另一个方面提供了用于实现本文公开的方法的仪器。该仪器可为省略一个或多个控制器的上述系统中的任一个。该仪器可为包括(例如仅包括)一个或多个控制器的上述系统中的任一个。
本公开内容的另一个方面提供了包括控制器的仪器，所述控制器引导实现本文公开的方法中的一个或多个步骤，其中所述控制器可操作地联接至其控制的仪器、系统和/或机构，以实现该方法。
本公开内容的另一个方面提供了计算机系统，所述计算机系统包括一个或多个计算机处理器以及与其联接的非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时，实现上文或本文其它地方中的任何方法。
本公开内容的另一个方面提供了用于打印一个或多个3D物体的仪器包括控制器，所述控制器被编程为引导在3D打印方法中使用的机构，以实施(例如实现)本文公开的方法中的任一种，其中所述控制器可操作地联接到机构。
本公开内容的另一个方面提供了计算机软件产品，其包括在其中存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被计算机读取时，促使计算机引导3D打印过程中使用的机构，以实施(例如实现)本文公开的方法中的任一种，其中所述非暂时性计算机可读介质可操作地联接至机构。
本公开内容的另一个方面提供了包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施本文公开的方法中的任一种。
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显示了3D打印系统和仪器的示意性侧视图。
图2示出了各种孔的俯视图；
图3示出了3D物体的示意性俯视图；
图4A-4E示出了各种3D物体的示意性俯视图；
图5A-5I示出了各种3D物体的示意性俯视图；
图6A-6G示出了各种3D物体的示意性俯视图；
图7示出了路径；
图8示出了各种路径；
图9示意性地示出了光学系统；
图10A-10B显示了材料去除机构的各种视图；
图11A-11F显示了材料去除机构零件的各种视图；
图12A-12C示意性地示出了3D物体的各部分的各种俯视图；
图13示意性地示出了层分配机构及其各种部件的侧视图；
图14示意性地示出了材料去除机构的垂直横截面视图；
图15示意性地示出了各种喷嘴的垂直横截面视图；
图16示意性地示出了材料去除机构的侧视图；
图17示出了不同3D物体的各种垂直横截面视图；
图18显示了3D物体的水平视图；
图19示意性地示出了坐标系；
图20A-20C显示了各种3D物体；
图21A-21D显示了3D物体的示意性俯视图
图22示意性地示出了被编程为或以其它方式配置为促进一个或多个3D物体形成的计算机控制系统；
图23示意性地示出了控制系统的流程图；
图24示意性地示出了各种能量束和/或通量的空间强度分布；
图25显示了3D打印系统和仪器的示意性侧视图；
图26显示了3D物体的示意性俯视图；
图27显示了3D平面的示意性例子；
图28A-28C显示了粉末去除机构的各种示意性仰视图；
图29A-29E显示了粉末去除机构的各种示意性仰视图；
图30显示了3D物体的俯视图；
图31示出了铺设图案；
图32显示了温度依赖性时间线；
图33示意性地示出了材料去除机构的侧视图；
图34A-34D示意性地示出了层分配机构及其各种部件的侧视图；
图35A-35B示意性地示出了在形成3D物体中的步骤；
图36显示了3D物体的例子；
图37示意性地示出了从顶部观察在形成3D物体中的步骤；
图38示意性地示出了材料床中的3D物体的侧视图；
图39A-39B示出了3D物体的例子；
图40示意性地示出了光学系统；和
图41示意性地示出了3D物体的一部分中的横截面。
图和其中的部件可不按比例绘制。本文描述的图的各种部件可不按比例绘制。
具体实施方式
虽然本发明的各种实施例已在本文中展示并描述，但仅以实例提供的此类实施例对于本领域的技术人员来说将显而易见。许多改变、变化及替代可在不脱离本发明的情况下被本领域的技术人员想到。应该理解，可采用本文描述的本发明实施例的各种替代方案。
术语例如“一个”、“一种”和“该/所述”不预期仅指单数实体，而是包括其中具体例子可用于示出的一般类别。本文的术语用于描述本发明的具体实施例，但它们的使用不限定本发明。当提到范围时，除非另有说明，否则范围意指包含在内。例如，值1和值2之间的范围意指包含在内，并且包括值1和值2。包含在内的范围将跨越从约值1到约值2的任何值。
如本文使用的，术语“相邻”或“与......相邻”包括‘紧靠’、‘邻接’、‘接触’和‘接近’。在一些情况下，相邻可为‘上方’或‘下方’。
除非另有说明，否则如本文使用的，术语“在......之间”意欲为包含在内。例如，在X与Y之间在本文中理解为从X到Y。
术语“可操作地联接”或“可操作地连接”指第一机构联接(或连接)到第二机构，以允许第二机构和/或第一机构的预期操作。
三维打印(也称为“3D打印”)通常指代用于产生3D物体的过程。例如，3D打印可指以受控方式序贯添加材料层或材料层(或材料层的部分)的相连，以形成3D结构。受控方式可包括自动和/或手动控制。在3D打印过程中，设置的材料可被转化(例如熔化、烧结、熔融、粘结或以其它方式连接)，以随后硬化且形成3D物体的至少部分。熔化(例如烧结或熔融)结合或以其它方式连接材料在本文中统称为转化材料(例如转化粉末材料)。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打印的例子包含增材打印(例如，逐层打印或增材制造)。3D打印可包括分层制造。3D打印可包括快速原型制造。3D打印可包括固体自由成型。3D打印可进一步包括消减打印。
存在许多不同的3D打印方法。例如，3D打印方法可包括挤出、金属丝、颗粒、层压、光聚合或粉末床和喷墨头3D打印。挤压3D打印可包括机械臂浇铸、熔化沉积成型(FDM)或熔丝制造(FFF)。金属丝3D打印可包括电子束自由制造(EBF3)。颗粒3D打印可包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔融(EBM)、选择性激光熔融(SLM)、选择性加热烧结(SHS)或选择性激光烧结(SLS)。粉末床和喷墨头3D打印可包括基于石膏的3D打印(PP)。层压3D打印可包括层压物体制造(LOM)。光聚合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)。3D打印方法可包括直接材料沉积(DMD)。直接材料沉积可包括激光金属沉积(LMD，也称为激光沉积焊接)。3D打印方法可包括粉末进料或线沉积。
在一些实施例中，3D打印方法是增材方法，其中打印第一层，并且其后将一定体积的材料作为分开的序贯层(或其部分)加入第一层。在一些例子中，通过转化(例如熔化(例如熔融))预转化的(例如粉末)材料的一小部分，并且随后使经转化的材料硬化，将每个另外的序贯层(或其部分)加入前一层，以形成3D物体的至少一部分。硬化可被主动诱导(例如通过冷却)，或可无需干预而发生(例如通过与周围的温度平衡天然地发生)。
在一些实施例中，3D打印方法不同于半导体装置制造中传统使用的方法(例如气相沉积、蚀刻、退火、掩模或分子束外延)。例如，3D打印方法可不同于气相沉积方法，例如化学气相沉积、物理气相沉积或电化学沉积。在一些情况下，3D打印还包括半导体装置制造中传统使用的一种或多种打印方法。例如，3D打印还可包括气相沉积方法。
本公开内容的方法、仪器和系统可用于形成用于各种用途和应用的3D物体。这种用途和应用包括但不限于电子、电子部件(例如壳体)、机器、机器零件、工具、植入物、假体、时尚物品、服装、鞋或珠宝。植入物可引导(例如整合)至硬组织、软组织、或硬组织和软组织的组合。植入物可与硬组织和/或软组织形成粘附。机器可包括电机或电机零件。机器可包括交通工具。机器可包括航空航天相关的机器。机器可包括航空机器。交通工具可包括飞机、无人机、汽车、火车、自行车、船或航天飞机(例如太空飞船)。机器可包含卫星或导弹。用途和应用可包括与本文列出的行业和/或产品有关的3D物体。
本公开内容提供了用于从预转化的材料(例如粉末材料)3D打印所请求的(例如所需)3D物体的系统、仪器、软件和/或方法。3D物体(或其一部分)可预订购、预设计、预建模或实时设计(例如在3D打印的过程期间)。例如，物体可设计为3D打印的打印准备过程的部分。例如，物体的各个部分可在该物体的其它部分被打印时进行设计。实时是在以下的至少一种形成期间：3D物体、3D物体的层、能量束沿着路径的停留时间、能量束沿着剖面线的停留时间、形成分块的能量束的停留时间和形成熔池的能量束的停留时间。
如本文理解的，预转化的材料是在3D打印过程期间通过能量束和/或通量首次转化(即，转化一次)之前的材料。预转化的材料可为在其用于3D打印过程之前转化或未经转化的材料。预转化的材料可为液体、固体或半固体(例如凝胶)。预转化的材料可为微粒材料。微粒材料可为粉末材料。粉末材料可包含材料的固体颗粒。微粒材料可包含囊泡(例如含有液体或半固体材料)。微粒材料可包含固体或半固体材料颗粒。
打印的3D物体的基本长度尺度(例如直径，球形等效直径，边界圆的直径，或者高度、宽度和长度中的最大者；在本文中缩写为“FLS”)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。打印的3D物体的FLS可为至多约1000m、500m、100m、80m、50m、10m、5m、4m、3m、2m、1m、90cm、80cm、60cm、50cm、40cm、30cm、20cm、10cm或5cm。在一些情况下，打印的3D物体的FLS可在上述FLS中任意者之间(例如约50μm至约1000m、约120μm至约1000m、约120μm至约10m、约200μm至约1m、或约150μm至约10m)。
在一些例子中，3D物体是大型3D物体。在一些实施例中，3D物体包括大型悬挂结构(例如线、凸耳或搁板)。大型可为具有至少约1厘米(cm)、1.5cm、2cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m、2m、3m、4m、5m、10m、50m、80m或100m的基本长度尺度的3D物体。悬挂结构可为薄结构。悬挂结构可为平面样结构(在本文中称为“三维平面”或“3D平面”)。与相对大的表面积相反，3D平面可具有相对小的宽度。例如，3D平面可相对于大水平面具有小高度。图27显示了其为平面的3D平面的例子。3D平面可为平面的、弯曲的、或采取无定形3D形状。3D平面可为条、叶片或凸耳。3D平面可包括曲率。3D平面可为弯曲的。3D平面可为平面的(例如平坦的)。3D平面可具有弯曲围巾的形状。
在一些实施例中，3D物体包括第一部分和第二部分。第一部分可在一个、两个或三个侧面处连接到3D物体的剩余部分(例如，如从顶部观察的)。第二部分可在一个、两个或三个侧面处连接到3D物体的剩余部分(例如，如从顶部观察的)。例如，第一部分和第二部分可连接到3D物体的(例如中心)柱、杆或壁。例如，第一部分和第二部分可连接到其为3D物体的部分的外盖。第一部分和/或第二部分可为线或3D平面。第一部分和/或第二部分可不同于线或3D平面。第一部分和/或第二部分可为叶片(例如涡轮或叶轮叶片)。第一部分可包括顶表面。顶部可处于远离平台和/或与引力场相反的方向。第二部分可包括底表面(例如底部蒙皮表面)。底部可处于朝向平台的方向和/或重力场的方向。图41显示了第一(例如顶)表面4110和第二(例如底)表面4120的例子。第一表面和第二表面的至少一部分由间隙分开。第一表面的至少一部分被第二表面的至少一部分分开(例如，以构成间隙)。在3D物体形成期间，间隙可用预转化或经转化(例如，并且随后硬化)的材料填充。第二表面可为底部蒙皮层。图41显示了使第一表面4110与第二表面4120分离的垂直间隙距离4140的例子。垂直间隙距离可等于本文公开的两个相邻3D平面之间的距离。如本文公开的，垂直间隙距离可等于间隙的垂直距离。
点A可位于第一部分的顶表面上。点B可位于第二部分的底表面上。第二部分可为作为3D物体的部分的空腔天花板或悬挂结构。点B可位于点A上方。该间隙可为点A和点B之间的(例如最短)距离(例如垂直距离)。图41显示了构成点A和B之间的最短距离dAB的间隙4140的例子。在点B处可存在第二部分的底表面的第一法线。图41显示了在点B处表面4120的第一法线4112的例子。第一法线4112与重力加速度矢量4100的方向(例如重力场的方向)之间的角度可为任何角度γ。点C可位于第二部分的底表面上。在点C处可存在第二部分的底表面的第二法线。图41显示了在点C处表面4120的第二法线4122的例子。第二法线4122与重力加速度矢量4100的方向之间的角度可为任何角度δ。矢量4111和4121平行于重力加速度矢量4100。角度γ和δ可相同或不同。第一法线4112和/或第二法线4122与重力加速度矢量4100的方向之间的角度可为任何角度α。第一法线4112和/或第二法线4122相对于基材的法线之间的角度可为任何角度α。角度γ和δ可为任何角度α。例如，α可为至多约45°、40°、30°、20°、10°、5°、3°、2°、1°或0.5°。点B和C之间的最短距离可为本文提到的辅助支撑件特征间隔距离的任何值。例如，最短距离BC(例如dBC)可为至少约0.1毫米(mm)、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm 35mm、40mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm。作为另一个例子，最短距离BC可为至多约500mm、400mm、300mm、200mm、100mm、50mm、40mm、35mm、30mm、25mm、20mm、15mm、10mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1.5mm、1mm、0.5mm或0.1mm。图41显示了最短距离BC(例如4130，dBC)的例子。
在一些情况下，需要控制形成硬化材料层的至少一部分的方式。硬化材料层可包含多个熔池。熔池的FLS(例如深度或直径)可为至少约0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm。熔池的FLS可为至多约0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm。熔池的FLS可为上述值之间的任何值(例如约0.5μm至约50μm、约0.5μm至约10μm、约10μm至约30μm、或约30μm至约50μm。
在一些情况下，需要控制制造的3D物体(例如，或其一部分)的一个或多个特征。例如，可能需要控制作为3D物体的部分的悬挂结构(例如空腔或凸耳的天花板)。本文描述的3D打印方法可利用铺设能通量和扫描能量束(在本文中统称为“照射能量”)中的至少一种。铺设能通量和扫描能量束可相差至少一个照射能量特征。例如，铺设能通量和扫描能量束在其横截面方面不同(例如，其中铺设能通量具有比扫描能量束更大的横截面)。例如，铺设能通量和扫描能量束在其功率密度方面不同(例如，其中铺设能通量具有比扫描能量束更低的功率密度)。例如，铺设能通量和扫描能量束在其焦点方面不同(例如，其中扫描能量源比铺设能通量更集中)。例如，铺设能通量和扫描能量束在其(例如直接或间接地)生成硬化材料层的路径轨迹方面不同(例如，其中铺设能通量沿着铺设轨迹路径行进，而扫描能量束沿着另一轨迹划线)。例如，铺设能通量和扫描能量束在其在形成作为3D物体的部分的经转化的和/或硬化材料层时生成的经转化的和/或硬化材料的一部分方面不同(例如，其中铺设能通量形成经转化的材料的第一部分，而扫描能量束形成可连接或重叠或者可不连接或重叠的经转化的材料的第二部分)。铺设能通量和扫描能量两者均为准直的。铺设能通量和扫描能量源两者均可由相同(例如类型)的能量源生成。铺设能通量和扫描能量源两者均可由相同(例如类型)的扫描仪来引导。铺设能通量和扫描能量源两者均可行进通过相同(例如类型)的光学窗口。
在一些情况下，需要控制形成硬化材料层的熔池的一个或多个特征。特征可包括熔池的深度、微结构或熔池微结构的储库。熔池的微结构可包括包含在熔池中的晶体结构或晶体结构储库。在一些情况下，对熔池的一个或多个特征的更大控制利用(i)在本文中称为“闪速加热”的技术、(ii)在本文中称为“深铺设”的技术、(iii)在本文中称为“浅铺设”的技术。闪速加热和/或深铺设方法允许例如控制由局部加热和/或经转化的材料冷却形成的微结构。闪速加热集中于材料床(例如，以及在3D物体内)中照射能量的横向(例如水平)传播。深铺设集中于照射能量穿透材料床(例如，以及在3D物体内)的深度。照射方法可包括闪速加热或深铺设。在一个实施例中，照射方法包括深铺设和闪速加热两者(例如照射能量深入穿透3D物体内，并且在熔池周围横向传播)。在一些例子中，相当地是远离由照射能量形成的熔池中心至少约2、3、4、5、6、7或10个熔池基本长度尺度(例如直径)。
在一些实施例中，铺设方法(例如深铺设和/或浅铺设)包括使用至少一个能量源加热材料床的至少一部分和/或先前形成的硬化材料区域，所述至少一个能量源在本文中称为“铺设能量源”。图14B显示了照射先前形成的硬化材料层(例如1425表示硬化材料层)的能量束1411的例子，所述硬化材料层一起构成设置在平台1414上的3D物体。加热区域在1420的例子中示意性地显示。在一些实施例中，加热区域可包括经转化的材料的区域。加热区域可涵盖底部蒙皮层。加热区域可包括热影响区带。加热区域可允许在底部蒙皮层处的平行位置达到在底部蒙皮层处的材料的固相线温度以上(例如，并且处于液相线温度或在液相线温度以下)的高温，转化(例如烧结或熔融)，变成液相和/或塑性屈服。例如，加热区域可允许包括底部蒙皮层的层达到材料的固相线温度以上(例如，并且处于或低于在先前形成的层例如底部蒙皮层处的材料的液相线温度)的高温，转化，变成液相和/或塑性屈服(例如在深铺设过程中)。闪速加热可用铺设能量束完成。
如本文理解的，分块是由铺设能通量或扫描能量束生成或加热的材料的一部分(例如经转化的和/或硬化的)。在一些例子中，铺设能量源生成铺设能通量。铺设能量源可生成能量束。铺设能量源可为辐射能量源。铺设能量源可为分散能量源。铺设能量源可生成基本上均匀的(例如同质的)能量流。铺设能量源可至少跨越形成分块的束区域生成基本上均匀的(例如同质的)能量流。铺设能量源可包括具有基本上同质的注量的横截面(例如，和/或在靶表面上的覆盖区)的至少一部分。由铺设能量源生成的能量在本文中称为“铺设能通量”。铺设能通量可加热3D物体的一部分(例如3D物体的暴露表面)。铺设能通量可加热材料床的一部分。材料床的一部分可包括材料床的暴露表面部分和/或材料床的未暴露的更深部分)。通过铺设能通量的加热至少在形成分块的束区域中可为基本上均匀的。在一个例子中，材料床是粉末床。
在一个实施例中，铺设能通量照射(例如闪光、闪耀、发光或流注)在靶表面上的位置一段时间(例如预定时间段)。其中铺设能通量(例如束)照射的时间在本文中称为铺设能通量的“停留时间”。热照射还可从加热的分块传输到例如材料床的相邻部分。在(例如照射分块的)此时间段期间，铺设能通量可为(例如基本上)静止的。在该时间段期间，铺设能量可(例如基本上)不平移(例如既不以光栅形式也不以矢量形式)。在此时间段期间，铺设能通量的能量密度可为(例如基本上)恒定的。在一些实施例中，在此时间段期间，铺设能通量的能量密度可变化。该变化可为预定的。变化可受控制(例如通过控制器和/或手动)。控制器可基于由一个或多个传感器接收的信号来确定变化。控制器可基于算法来确定变化。受控变化可包括闭环控制或开环控制。例如，该变化可基于在其它感测信号中的温度和/或成像测量来确定。该变化可通过熔池FLS(例如尺寸)评估来确定。该变化可基于形成3D物体的高度测量来确定。
在一些实施例中，基本上静止的包括小于能量束的FLS(例如直径)的空间振荡。空间振荡可在小于以下的范围内：(i)能量束的横截面的直径，和/或(ii)靶表面上的能量束的覆盖区的等效直径。例如，能量束的空间振荡范围可为以下的直径的至多90％、80％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、5％、1％或0.5％：(i)能量束的横截面，和/或(ii)靶表面上的能量束的覆盖区的等效直径。能量束可为铺设能量束和/或扫描能量束。空间振荡是空间(例如相对于靶表面)中的振荡。空间振荡可为能量束位置(例如相对于靶表面)中的振荡。空间振荡可在照射束的位置中。空间振荡可沿着照射能量的总体移动方向(例如沿着剖面线，例如沿着分块的路径)；例如，空间振荡可包括照射能量的前后移动；例如，空间振荡可在与照射能量的总体移动方向平行的轴线上。空间振荡可沿着与照射能量的总体移动方向垂直的方向；例如相对于照射能量的总体移动方向(例如701)的左右移动(例如图7，702)；例如，空间振荡可在与照射能量的总体移动方向垂直的轴线上。空间振荡可沿着与照射能量的总体移动方向形成任何角度(例如，其不垂直或平行)的轴线，例如相对于照射能量的总体移动方向的左右移动。
在一个例子中，铺设能通量照射在靶表面上的位置一段时间(例如预定的)，以形成含有(例如具有)恒定或可变功率密度(即，功率/单位面积)的铺设能通量的加热分块。靶表面可为材料床的暴露表面、平台、3D物体(例如形成3D物体)、或其任何组合。在一些实施例中，功率密度中的变化包括铺设能通量的功率密度中的初始增加，随后为功率密度中的降低。例如，该变化可包括铺设能通量的功率密度中的初始增加，随后为平台期，以及功率密度中的后续降低。铺设能通量的功率密度中的增加和/或降低可为线性的、对数的、指数的、多项式或其任何组合或排列。平台期可包括(例如基本上)恒定的能量密度。铺设能通量的功率密度中的变化方式(例如使用的函数)可受以下影响：(i)测量(例如一个或多个传感器的信号)，(ii)理论(例如通过模拟)，(iii)或其任何组合。铺设能通量的功率密度平台期的持续时间和/或峰值可受以下影响：(i)测量(例如一个或多个传感器的信号)，(ii)理论(例如通过模拟)，(iii)或其任何组合。
在一些实施例中，铺设能通量具有扩展的横截面。例如，铺设能通量具有大于扫描能量束的FLS(例如横截面)。铺设能通量的横截面的FLS可为至少约0.2毫米(mm)、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。铺设能通量的横截面的FLS可在上述值中任意者之间(例如约0.2mm至约5mm、约0.3mm至约2.5mm、或约2.5mm至约5mm)。能量束的横截面可为至少约0.1平方毫米(mm2)或0.2。能量束的直径可为至少约300微米、500微米或600微米。第一位置和第二位置之间的距离可为至少约100微米、200微米或250微米。FLS可在能量束的全宽半最大强度下测量。在一些实施例中，铺设能通量是聚焦能量束。在一些实施例中，铺设能通量是散焦能量束。铺设能通量的能量分布可为(例如基本上)均匀的(例如在形成分块的束横截面积中)。铺设能通量的能量分布在暴露时间期间(例如在本文中也称为铺设时间或停留时间)可为(例如基本上)均匀的。铺设能通量的暴露时间(例如在靶表面处)可为至少约0.1毫秒(msec)、0.5msec、1msec、10msec、20msec、30msec、40msec、50msec、60msec、70msec、80msec、90msec、100msec、200msec、400msec、500msec、1000msec、2500msec或5000msec。铺设能通量的暴露时间(例如在靶表面处)可为至多约10msec、20msec、30msec、40msec、50msec、60msec、70msec、80msec、90msec、100msec、200msec、400msec、500msec、1000msec、2500msec或5000msec。暴露时间可在上述暴露时间中任意者之间(例如约0.1msec至约5000msec、约0.1至约1msec、约1msec至约50msec、约50msec至约100msec、约100msec至约1000msec、约20msec至约200msec、或约1000msec至约5000msec)。暴露时间可为停留时间。铺设能通量的功率/单位面积可为至少约100瓦/平方毫米(W/mm2)、200W/mm2、300W/mm2、400W/mm2、500W/mm2、600W/mm2、700W/mm2、800W/mm2、900W/mm2、1000W/mm2、2000W/mm2、3000W/mm2、5000W/mm2或7000W/mm2。铺设能通量的功率/单位面积可为至多约100W/mm2、200W/mm2、300W/mm2、400W/mm2、500W/mm2、600W/mm2、700W/mm2、800W/mm2、900W/mm2、1000W/mm2、2000W/mm2、3000W/mm2、5000W/mm2、7000W/mm2、8000W/mm2、9000W/mm2或10000W/mm2。铺设能通量的功率/单位面积可为上述值之间的任何值(例如约100W/mm2至约3000W/mm2、约100W/mm2至约5000W/mm2、约100W/mm2至约9000W/mm2、约100W/mm2至约500W/mm2、约500W/mm2至约3000W/mm2、约1000W/mm2至约7000W/mm2、或约500W/mm2至约8000W/mm2)。铺设能通量可以步进和重复顺序朝向靶表面发射能量流。
在一些实施例中，铺设能通量以步进和重复类型的顺序朝向靶表面发射能量流，以实现分块形成过程。铺设能通量可包括辐射热、电磁辐射、带电粒子辐射(例如电子束)或等离子体束。铺设能量源可包括加热器(例如散热器或灯)、电磁辐射发生器(例如激光器)、带电粒子辐射发生器(例如电子枪)或等离子体发生器。铺设能量源可包括二极管激光器。铺设能量源可包括发光二极管阵列(或LED阵列)。铺设能量源可为本文公开的任何辐射源。铺设能量束可为本文公开的任何能量束。
在一些实施例中，铺设能通量照射预转化的材料、经转化的材料和/或硬化的材料。预转化的材料可设置在材料床(例如粉末床)中。预转化的材料可被喷射到靶表面上。在一些例子中，铺设能通量照射靶表面。当铺设能通量朝向靶表面行进时(例如使用直接材料沉积型3D打印)，该铺设能通量可另外照射预转化的材料。靶表面可包括预转化的材料、经转化的材料或硬化的材料。铺设能量源可直接(例如使用光学系统)在靶表面上生成铺设能通量。铺设能通量可加热靶表面的一部分。铺设能通量可转化靶表面的一部分(例如一小部分)。铺设能通量可预热靶表面(例如随后为任选地转化预热表面的至少一部分的扫描能量束)。铺设能通量可后加热靶表面(例如在靶表面的转化之后)。铺设能通量可后加热靶表面(例如，以降低靶表面的冷却速率)。加热可在特定位置处(例如，其中分块由预转化的材料形成)。
在一些例子中，分块形成程序包括铺设能通量的宽暴露空间(例如靶表面上的宽覆盖区)。在一些例子中，分块形成程序包括铺设能通量的长停留时间(例如暴露时间)，所述停留时间可为至少约0.5毫秒、1毫秒、0.5秒、1秒、0.5分钟或1分钟。铺设能通量可照射靶表面甚至更长的时间段(例如1小时或1天)。原则上，铺设能通量可具有无限的停留时间。铺设能通量(例如图36，3601)可发射低能通量长时间段，以转化硬化材料的预形成层的一部分(例如3602)。这些预形成的硬化材料层可为3D物体内的深层(例如图36，层3603)。铺设能通量可发射低能通量，以控制经转化的材料层内的位置的冷却速率。低冷却速率可控制经转化的(例如熔融)材料的固化(例如速率和/或微结构)。例如，低冷却速率可允许在3D物体中包括的层内的指定位置处的晶体(例如单晶)形成。
在一些例子中，铺设能通量在时间段转化(例如熔融)3D物体的一部分(例如，包括3D物体的暴露表面)。在一些实施例中，转化可为基本上均匀的(例如在速率和/或微结构方面)。在一些实施例中，转化可变化(例如在速率和/或微结构方面)。基本上均匀的加热可类似于通过铺设能通量对靶表面(例如硬化材料层和/或预转化的材料层)的热冲压。热冲压(在本文中也称为“热分块”)的横截面可(例如基本上)类似于在靶表面上的铺设能通量的覆盖区。通过铺设能通量的(例如基本上均匀的)照射可在靶表面上形成热分块。
图1显示了3D打印系统和仪器的例子，其包括发射铺设能通量119的铺设能量源122。铺设能通量可行进通过光学系统(例如114，例如，包括孔、透镜、反射镜或偏转器)和/或光学窗口(例如123)，以照射靶表面。光学系统可包括扫描仪。靶表面可为硬化材料106的一部分，所述硬化材料106通过经由扫描能量束101转化预转化的材料(例如设置在材料床104中，或者流向平台)的至少一部分而形成。描能量束101由能量源121生成。生成的能量束可行进通过光学机构120(例如扫描仪)和/或光学窗口115。
在一些例子中，铺设能通量和扫描能量束行进通过相同的光学窗口和/或通过相同的光学系统。图25显示了其中铺设能通量2519由能量源2522生成，并且行进通过光学系统2514的例子；扫描能量源2521生成扫描能量束2508，所述扫描能量束2508行进通过光学系统2524，并且两者均行进通过相同的光学窗口2523进入处理腔室2516内，以从材料床2504形成3D物体2506，同时照射该材料床的暴露表面2519，所述材料床放置在包括基材2509和基部2502的平台上，所述基材可通过致动器2505垂直平移2512。图25的例子中的铺设能通量2519具有比扫描能量束2508更大的横截面。在一些实施例中，铺设能通量和扫描能量束两者均行进通过相同的光学系统，尽管通过光学系统内的不同部件和/或在不同情况下。在一些实施例中，铺设能通量和扫描能量束行进通过不同的光学系统(例如，并且通过相同的光学窗口)。铺设能通量和扫描能量束可行进通过相同或不同的光学窗口。
在一些实施例中，所发射的辐射能量(例如图1，119)行进通过光学系统(例如示意性地表示为图1，114)的孔、偏转器和/或其它零件。有时，孔限制了由到达靶表面的铺设能量源所生成的能量的量。孔限制可修正(redact)(例如切断、阻断、阻挡或中断)能量束，以形成覆盖区(例如，其可形成分块)的所需形状。能量束的修正可包括能量束的横截面或覆盖区的修正。该限制可修正能量束，以形成经修正的分块横截面。图2，200、210和220中显示了孔的例子。孔可仅允许来自铺设能量源(例如202、212或222)的发射铺设能通量的一部分到达靶表面。孔洞的例子在203、213和223中示出。孔可包括一个开口或几个开口(例如220中的几何形状)。在图2，201和202中可看到铺设能通量的横截面，其中202是被孔阻断的覆盖区的一部分，并且区段202是自由行进经过孔的能通量的部分。
图9显示了3D打印系统内的光学机构的例子：能量源906照射在镜子905之间行进的能量(例如发射能量束)，所述镜子905将能量引导通过光学窗口904至靶表面902上的位置(例如材料床的暴露表面)。照射能量也可直接投射到靶表面上，例如照射能量(例如，以及能量束)901可通过能量源900(例如，其可包括内部光学机构，例如在激光器内)生成，并且直接投射到靶表面上。
硬化材料可包括设置在平台上方的硬化材料和/或设置在材料床中的预转化的材料(例如粉末)的一个或多个(例如少数)层的至少一部分。一个或多个硬化材料层在形成期间可易于变形，或者在形成期间不易于变形。变形可包括弯曲、翘曲、拱起、挠曲、扭曲、成球、开裂或错位。在一些例子中，一个或多个硬化材料层的至少一部分可包括空腔的凸耳或天花板。例如，当所形成的3D物体(或其一部分)在经转化的材料的冷却过程期间缺少辅助支撑件结构时，可出现变形。例如，当锁形成的结构(例如3D物体或其一部分)在经转化的材料的冷却过程期间在材料床中无锚浮动时)，可出现变形。
铺设能通量可包括(i)扩展的暴露区域，(ii)延长的暴露时间，(iii)低功率密度(例如功率/单位面积)，或(iv)可以平坦(例如顶部头部)能量分布填充区域的强度分布。扩展可与扫描能量束相比较。延长的暴露时间可为至少约1毫秒并且至多100毫秒。在一些实施例中，铺设能量源的能量分布可排除高斯光束或圆顶光束。在一些实施例中，铺设能量源的能量分布可包括高斯光束或圆顶光束。在一些实施例中，3D打印机包括第一扫描能量束和/或第二扫描能量束。在一些实施例中，第一扫描能量和/或第二扫描能量的能量分布可包括高斯能量束。在一些实施例中，第一扫描能量和/或第二扫描能量的能量分布可排除高斯能量束。第一扫描能量和/或第二扫描能量可具有包括椭圆形(例如圆形)或多边形(例如，如本文公开的)的任何横截面形状。扫描能量束可具有直径至少约50微米(μm)、100μm、150μm、200μm或250μm的横截面。扫描能量可具有直径至多约60微米(μm)、100μm、150μm、200μm或250μm的横截面。扫描能量可具有直径在上述值之间的任何值的横截面(例如约50μm至约250μm、约50μm至约150μm、或约150μm至约250μm)。扫描能量束的功率密度(例如功率/单位面积)可为至少约5000W/mm2、10000W/mm2、20000W/mm2、30000W/mm2、50000W/mm2、60000W/mm2、70000W/mm2、80000W/mm2、90000W/mm2或100000W/mm2。扫描能量束的功率密度可为至多约5000W/mm2、10000W/mm2、20000W/mm2、30000W/mm2、50000W/mm2、60000W/mm2、70000W/mm2、80000W/mm2、90000W/mm2或100000W/mm2。扫描能量束的功率密度可为上述值之间的任何值(例如约5000W/mm2至约100000W/mm2、约10000W/mm2至约50000W/mm2、或约50000W/mm2至约100000W/mm2)。扫描能量束的扫描速度可为至少约50毫米/秒(mm/sec)、100mm/sec、500mm/sec、1000mm/sec、2000mm/sec、3000mm/sec、4000mm/sec或50000mm/sec。扫描能量束的扫描速度可为至多约50mm/sec、100mm/sec、500mm/sec、1000mm/sec、2000mm/sec、3000mm/sec、4000mm/sec或50000mm/sec。扫描能量束的扫描速度可为上述值之间的任何值(例如约50mm/sec至约50000mm/sec、约50mm/sec至约3000mm/sec、或约2000mm/sec至约50000mm/sec)。扫描能量束可为连续的或不连续的(例如脉冲的)。在一些实施例中，扫描能量束在热铺设过程(例如通过利用铺设能通量形成分块)之后补偿在靶表面的边缘处的热损失。
在一些实施例中，铺设能量源与扫描能量源相同。在一些实施例中，铺设能量源与扫描能量源不同。图1显示了其中铺设能量源122与扫描能量源121不同的例子。铺设能量源可行进通过与扫描能量源相同或不同的光学窗口。图1显示了其中铺设能通量行进通过一个光学窗口123，并且扫描能量101行进通过不同的第二能量窗口115的例子。铺设能量源和/或扫描能量源可设置在外壳内、外壳外部(例如，如图1中)或外壳的至少一个壁内。铺设能通量和/或扫描能量束行进通过其的光学机构可设置在外壳内、外壳外部或外壳的至少一个壁内(例如，如图1，123和115中)
能通量(例如束)的能量分布可表示在横向于束传播路径的特定平面处的能通量(例如束)的空间强度分布。图24显示了能通量分布的例子(例如根据与能通量(例如束)的中心的距离的能量)。能通量分布(例如能量束分布)可表示为根据在其横截面内的距离(例如，其垂直于其传播路径)绘制的能通量的功率或能量。铺设能通量的能通量分布可为基本上均匀的(例如同质的)。能通量分布可对应于铺设能通量。能量束分布可对应于第一扫描能量束和/或第二扫描能量束的能量分布。
系统和/或仪器可包括使能通量分布中的任何不规则性平坦(例如平滑、平坦化或变平)的能量分布改变装置。系统和/或仪器可包括能量分布改变装置，其在能量分布横截面的至少一部分(例如相对于束的中心)中产生更均匀的能通量分布。能量分布改变装置可包括能通量(例如束)均化器。均化器可包括镜子。镜子可为多面性的。镜子可包括正方形面。镜子可以各种(例如不同)角度反射能通量，以产生与原始(例如进入)能通量相比较，在束分布的至少一部分(例如整体)上具有更均匀功率的束(例如导致“顶帽”分布)。能量分布改变装置可输出跨越能量束横截面的能通量的基本上平均分布的功率/能量(例如形成能通量分布)，而不是其原始的非平均分布的能通量分布形状(例如高斯形状)。能量分布改变装置可包括能通量分布成形器(例如束成形器)。能量分布改变装置可对能通量分布产生一定的(例如预定的)形状。能量分布改变装置可沿着能通量横截面(例如能通量的FLS或分块(也称为“压印”)的FLS)，传播能通量分布内的中央集中能量。能量分布改变装置可输出粒状能通量分布。能量分布改变装置可包括色散或部分透明的玻璃。玻璃可为磨砂、乳白或混浊玻璃。能量分布改变装置可生成模糊的能通量。能量分布改变装置可生成散焦能通量，这之后，进入能量分布改变装置的能通量将作为具有更同质的能通量分布的能通量出现。
在一些例子中，本文公开的仪器和/或系统包括光漫射器。光学漫射可产生照射光束的波前畸变。光漫射器可包括数字相位掩模。光漫射器可基本上同质地漫射光。光漫射器可去除高强度能量(例如光)分布，并且跨越能量束和/或通量的覆盖区形成更平均的光分布。光漫射器可降低能量束和/或通量的强度(例如充当屏蔽)。例如，光漫射器可将具有高斯分布的能量束改变为具有顶帽分布的能量束。光漫射器可包括漫射器轮组件。能量分布改变装置可包括漫射器轮(也称为漫射轮)。漫射器轮可包括滤波器轮。漫射器轮可包括滤波器或漫射器。漫射器轮可包括多个滤光器或多个光漫射器。漫射器轮中的滤波器和/或漫射器可以线性、非线性或其任何组合布置。能量分布改变装置和/或其任何部件可由控制器控制(例如监控和/或调节)，并且与其可操作地联接。漫射器轮可包括能量射线(例如束和/或通量)可行进自/至其传播的一个或多个端口(例如开口和/或出口端口)。漫射器轮可包括面板。面板可阻断(例如完全或部分)能量射线。能量分布改变装置可包括快门轮。在一些例子中，漫射器轮旋转。在一些例子中，漫射器轮在几个位置之间切换(例如交替)。漫射器轮的位置可对应于滤光器。滤波器可在硬化材料层形成期间维持。滤波器可在硬化材料层形成期间变化。漫射器轮可在硬化材料层形成期间在位置之间变化(例如在至少2、3、4、5、6、7个位置之间变化)。漫射器轮可在硬化材料层形成期间维持位置。有时，在3D物体形成期间，漫射器轮的某些位置可不使用。有时，在3D物体形成期间，漫射器轮的所有位置都可使用。在3D物体形成期间包括在硬化材料层形成期间。
在一些实施例中，能量分布改变仪器包括显微透镜阵列。显微透镜(在本文中也称为“微透镜”)可具有至多约5μm、10μm、50μm、100μm、250μm、500μm、750μm、1mm，5mm或10mm的FLS(例如直径)。显微透镜(在本文中也称为“微透镜”)可具有至少约5μm、10μm、50μm、100μm、250μm、500μm、750μm、1mm或5mm的FLS。显微透镜(在本文中也称为“微透镜”)可具有在上述值之间的任何值的FLS(例如约5μm至约5mm、约5μm至约750μm、约750μm至约1mm、或约1mm至约5mm)。微透镜可包括包含平面和/或球形凸面(例如，其折射光)的元件。微透镜可包括非球面。微透镜可包括一个或多个光学材料层(例如，以实现设计性能)。微透镜可包括一个、两个或更多个平坦且平行的表面。在一些情况下，能量分布改变装置的聚焦作用通过跨越显微透镜(例如梯度折射率(GRIN)透镜)的折射率变化而获得。微透镜可包括允许能通量聚焦的折射率和/或表面形状中的变化。微透镜可通过在一组同心弯曲表面(例如微菲涅耳透镜)中的折射聚焦能通量。微透镜可通过衍射聚焦能通量(例如二元光学微透镜)。微透镜可包括一个或多个凹槽。一个或多个凹槽可包括阶梯状边缘或多级。阶梯状边缘或多级可提供所需能通量分布形状的近似。微透镜阵列可包含以一维、二维或三维阵列(例如在支撑基材上)形成的多个透镜。当各个显微透镜具有圆形孔并且不允许重叠时，可将它们放置成六角形阵列以获得基材的最大覆盖。能量分布改变装置可包括非圆形孔(例如，以减少由透镜之间的任何间隙形成的效应)。微透镜(例如微透镜阵列)可将能通量聚焦和/或集中到靶表面上。
图40显示了包括照射能量束4001的光程的例子，所述照射能量束4001行进穿过发散透镜4020，因而由聚焦透镜4040聚焦，并且由镜子4060反射，以投射到靶表面4000上。沿着从其投射直到镜子4060的束路径的是一个或多个光漫射器(例如4010、4030或4050)。图40，4012显示了包括以各种(例如不同)角度4013设置的平面的光漫射器的垂直横截面，所述角度促使束漫射。图40，4011显示了包括微透镜4014的光漫射器的垂直横截面。图40，4070显示了光漫射器的横截面，所述光漫射器包括各种光漫射器(例如4071和4072)、允许照射能量通过而不被扩散的开口槽4073、以及不允许照射能量通过的闭口槽4074。漫射器轮可包括一个或多个滤波器。光漫射器可产生照射能量的波前畸变。
能通量具有能量分布。能通量(例如铺设能通量和/或扫描能量束)可具有图24中的任何能通量分布，其中“中心”指示分块的中心。能通量分布可为基本上均匀的。能通量分布可包括基本上均匀的区段。能通量分布可偏离均匀性。能通量分布可为不均匀的。能通量分布可具有促进分块(例如分块内的基本上所有点(例如，包括其边缘))的基本上均匀加热的形状。能通量分布可具有促进分块(例如在分块内的基本上所有点处(例如，包括其边缘))的基本上均匀的温度变化的形状。能通量分布可具有促进分块(例如分块内的基本上所有点(例如，包括其边缘)的基本上均匀的相的形状。例如，该相可为液体或固体。基本上均匀可为基本上相似、平均、同质、不变、一致和/或相等的。
在一个例子中，铺设能通量的能通量分布包括正方形形状的束。在一些情况下，铺设能通量可偏离正方形形状的束。在一些例子中，铺设能通量排除高斯形状的束(例如2401)。能通量(例如束)的形状可为能通量相对于与其中心的距离的能量分布。该中心可为能量覆盖区、横截面和/或分块的中心。覆盖区可在靶表面上。能通量分布可包括一个或多个平面区段。图24，2422是能量分布2421的两个平面区段的例子。图24，2432是能量分布2431的平面区段的例子。图24，2442是能量分布2441的两个平面区段的例子。能通量分布可包括逐渐增加和/或减少的区段。图24，2410显示了包括逐渐增加区段2412和逐渐减少区段2413的能量分布2411的例子。能通量分布可包括突然增加和/或减少区段。图24，2420显示了突然增加区段2423和突然减少区段4224的能量分布2421的例子。能通量分布可包括其中能通量分布偏离平面性的区段。图24，2440显示了包括能通量分布的能量分布2441的例子，所述能通量分布包括偏离平面性(例如平均通量分布2440的距离“h”)的区段2443。能通量的能量分布可包括波动能量(例如功率)分布的区段。该波动可偏离能通量分布的平均平面能量(例如功率)分布。图24，2450显示了包括波动功率区段2452的能通量分布2451的例子。波动区段2452偏离平均平坦功率分布。可通过能通量分布2450的“h”的+/-距离，使用来自平均基线(例如图24，能通量分布2450的“H”)的该表面的平均功率提及平均平面功率分布。与能通量分布的平面性的偏差(例如类型和/或量)可与靶表面(例如，和/或材料床)的温度有关。偏差(例如偏差的百分比)可相对于能量束分布的平均顶表面计算。可根据数学式100*(H-h)/H)计算百分比偏差，其中符号“*”指示数学运算“乘以”。在一些例子中，当材料床处于低于500℃的温度时，偏差可为至多1％、5％、10％、15％或20％。在一些例子中，第一扫描能量束和/或第二扫描能量束可具有铺设能通量的能通量分布特征(例如，如本文描绘的)。
在一些例子中，当材料床处于低于500℃的温度时，偏差可为上述值之间的任何值(例如约1％至约20％、约10％至约20％、或约5％至约15％)。当材料床为约500℃至低于约1000℃时，偏差可为至多10％、15％、20％、25％或30％)。当材料床为约500℃至低于约1000℃时，偏差可为上述值之间的任何值(例如约10％至约30％、约20％至约30％、或约15％至约25％)。当材料床在约1000℃以上时，偏差可为至多20％、25％、30％、35％或40％)。当材料床的温度在约1000℃以上时，偏差可为上述值之间的任何值(例如约20％至约40％、约30％至约40％、或约25％至约35％)。低于500℃包括环境温度或室温(R.T.)。环境指人们一般习惯的条件。例如，环境压力可为1个大气压。环境温度可为人一般习惯的典型温度。例如，约0℃至约50℃、约15℃至约30℃、16℃至约26℃、约20℃至约25°C。“室温”可在有限的空间或非有限的空间内测量。例如，“室温”可在房间、办公室、工厂、交通工具、集装箱或户外测量。交通工具可为汽车、卡车、公共汽车、飞机、航天飞机、太空船、船舶、小船或任何其它交通工具。室温可代表在其下大气感觉既不热也不冷的小温度范围，大约24℃。它可指示20℃、25℃或约20℃至约25℃的任何值。
在一些例子中，铺设能通量的横截面包括矢量成形扫描束(VSB)。能通量可包括可变的能通量分布形状。能通量可包括可变的横截面形状。能通量可包括基本上不变的能通量分布形状。能通量可包括基本上不变的横截面形状。能通量(例如VSB)可跨越靶表面(例如直接)平移至由矢量坐标指定的一个或多个位置。能通量(例如VSB)可在这一个或多个位置上照射一次。能通量(例如VSB)可基本上不在这些位置之间照射一次(或以相当低的程度照射)。
在一些例子中，铺设能通量的横截面形状是(例如基本上)分块的形状。铺设能通量横截面的形状可基本上排除曲率。例如，铺设能通量横截面的圆周，也被称为其横截面的边缘或束边缘)可基本上排除曲率。铺设能通量的边缘的形状可(例如基本上)包括非弯曲的圆周。铺设能通量边缘的形状可在其圆周上包括非弯曲侧。铺设能通量边缘可包括平顶束(例如顶帽束)。铺设能通量可具有在其横截面内基本上均匀的能量密度。束可具有在其横截面内基本上均匀的注量。基本上均匀的可为几乎均匀的。束可由至少一个(例如多个)衍射光学元件、透镜、偏转器、孔或其任何组合形成。到达靶表面的铺设能通量可源于高斯光束。靶表面可为材料床的暴露表面和/或3D物体(或其一部分)的暴露表面。靶表面可为硬化材料层的暴露表面或平台。铺设能通量可包括用于激光钻孔(例如印刷电路板中的洞)中的束。铺设能通量可类似于(例如，其)用于高功率激光器系统(例如，其使用光放大器链来产生强流束)中的能量束类型。铺设能通量可包括成形能量束，例如矢量成形束(VSB)。铺设能通量可类似于(例如，其)用于生成电子芯片的过程中的类型(例如用于掩蔽对应于芯片的掩模)。
在一些实施例中，铺设能量源发射可缓慢加热3D物体的暴露表面(例如图1，106)内的分块的铺设能通量。缓慢可与扫描能量束相比较。分块可对应于铺设能通量的横截面(例如，或覆盖区)。覆盖区可在靶表面上。辐射能量源可发射(例如基本上)均匀地加热靶表面(例如3D物体的，图1，106)中的分块的辐射能量。图3分别显示了两个靶表面310和320的俯视图的例子。靶表面310填充有已通过铺设能通量(例如301)照射(例如加热)形成的分块。靶表面320填充有已通过铺设能通量(例如304)照射(例如加热)形成的分块。
分块的尺寸(例如FLS)和/或形状可在靶表面(例如粉末材料层)内和/或靶表面(例如通过铺设能量束照射的粉末材料层)之间变化。分块的尺寸和/或形状中的变化可取决于所需3D物体的几何形状、正在形成的硬化材料层的至少一部分的变形、先前形成的硬化材料层的变形、或其任何组合。分块的尺寸和/或形状中的变化可取决于硬化材料形成层内的所需变形程度。所需变形程度可考虑硬化材料层(例如，其正在形成)抵抗未来变形(例如通过后续层的形成)的能力。
在一些例子中，通过(例如低功率密度)铺设能通量的逐渐照射引起照射区域(例如301)内的硬化材料的至少一部分转化(例如熔融)。在一些情况下，可生成均匀加热的区域(例如301)。在一些情况下，可在加热区域内生成均匀转化的(例如熔融的)区域。靶表面中的分块可序贯地、非序贯地、随机地或串联地加热。可针对单个靶表面或多个靶表面(例如形成层或形成层部分)确定加热顺序。图4E显示了包括加热分块的两个表面的例子。在一些例子中，加热(例如生成)分块的顺序可对应于分块的编号顺序。加热顺序可考虑两个靶表面。例如，在表面455上形成分块444(在图4中)之后，在表面456上形成分块445；然后在表面456上形成分块447，随后在表面455上形成分块448。
有时，当转化分块(例如，包括其边缘)内的暴露表面的至少一小部分时，铺设能通量可加热(例如转化)在靶表面处和/或在靶表面之下的区域中的材料的对应部分。加热可允许硬化材料的加热层和/或在加热层之下的一个或多个层(例如底部蒙皮层)达到材料的固相线温度以上(例如，并且处于或低于其液相线温度)的高温，转化(例如熔融)，液化，变成液相和/或塑性屈服。例如，加热可穿透一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个硬化材料层(例如不仅是暴露的层，而且在3D物体内更深的层)、或到达底部蒙皮层的整个3D物体(例如，或其无支撑部分)。例如，加热可穿透一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个预转化的材料层(例如不仅是在材料层中暴露的层，而且在材料床内更深的层)、或材料床的整个深度(例如熔化材料床的整个深度)。3D物体中的最初形成的硬化材料层在本文中称为“底部蒙皮”。在一些实施例中，底部蒙皮层是3D物体的无支撑部分中的第一层。无支撑部分可不被辅助支撑件支撑。无支撑部分可连接到3D物体的中心(例如核心)，并且可在其他方面不被平台支撑或锚定到平台。例如，无支撑部分可为悬挂结构(例如凸耳)或空腔天花板。
在一些实施例中，当分块被铺设能通量加热时，分块区域内的材料的至少一小部分正在转化。经转化的材料部分可收缩成与分块的形状不同的形状。图12A显示了加热到在其下分块内的区域转化的点的加热分块1210的例子。经转化的材料收缩(如由指向1211的四个小箭头所示)，所述收缩部分偏离分块结构1210。所得到的转化将是硬化材料1212。分块可为矩形、三角形、六角形或其任何组合。矩形分块可包括平行四边形、四边形、棱正交的多胞形(orthotope)或正方形(例如几何形状)。
在一些实施例中，分块以空间填充图案布置。空间填充图案可包括人字形、层叠粘合、连续粘合或篮式编织图案。分块可为多边形(polyform)。例如，分块可为多联骨牌(即，通过将一个或多个相等的正方形边缘与边缘连接而形成的平面几何形状)。分块可为polyabolo(即，由沿着相同长度的边缘连接的等腰直角三角形组成的平面几何形状，也称为波利坦(polytan))。分块可具有空间填充多边形的形状。分块可包括矩形。
在一些例子中，经照射的分块偏离硬化材料分块的预期形状。例如，分块可在多边形的每个边缘处包括另外的扩展。扩展可具有任何形状(例如几何形状或随机形状)。与不具有边缘扩展的分块相比，扩展可在多边形的边缘处经历更大的热集中。图12B显示了在其边缘(例如1223)处具有扩展的分块1220的例子。图12B中的分块由主空间填充多边形分块(例如类似于矩形分块1210)组成，所述主空间填充多边形分块在其每个边缘(例如正方形1223)处具有较小的形状。在扩展边缘处的热可改变经转化的材料(例如1221)的形状，并促进形成具有所需多边形形状(例如空间填充多边形，1222)的经转化的和/或硬化材料的多边形分块(或更接近该形状)。分块可具有多边形形状(例如空间填充多边形)。暴露表面内的所有分块可包括(例如基本上)相同的形状(例如图3)。暴露表面内的至少两个分块可包括变化的(例如不同的)形状(例如图26，分块2601和2602)。
在一些例子中，在使用铺设能通量生成分块(例如加热到预定温度和/或特定(例如预定)时间)的时间之后、随后或同时，扫描能量束照射与分块边缘相邻的区域，以增加在边缘处的热集中。图12C显示了由铺设能通量加热的分块1230的例子，其边缘由扫描能量束(例如在螺旋形路径1233中)另外加热，以允许更大的热密度在多边形分块的边缘处累积(例如存在)。在边缘处更多的热可至少部分减少经转化的材料(例如1231)的收缩，并且允许形成经转化的和/或硬化材料(例如1232)的多边形分块(或更接近该形状)，所述多边形分块具有所需横截面形状。分块可包括曲率。分块可包括椭圆形(例如圆形)形状。
在一些情况下，分块在靶表面中至少部分彼此重叠。有时，分块可基本上重叠。重叠区域可为平均或均值分块面积的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。重叠区域可为平均或均值分块面积的至多约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。重叠区域可在平均或均值分块面积的上述值中任意者之间(例如约10％至约90％、约10％至约50％、或约40％至约90％)。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径可基本上相同。重叠区域的百分比在生成的硬化材料层中可基本上相同。图30显示了铺设能通量可沿着其行进的路径(在本文中也称为“铺设路径”，例如，3040)的例子，形成彼此部分重叠的分块(例如3030)。箭头3010指定沿着分块路径的方向。箭头3020指定垂直于分块路径的方向。方框3050中的3D物体显示了包括底部蒙皮层3060的3D物体的俯视图，在所述底部蒙皮层3060上，用沿着分块路径行进的铺设能通量生成第二层(例如具有分块3070)，所述分块路径方向通过在第二层(例如具有分块3070)中形成的线可见。方框3050中的3D物体由铬镍铁合金718制成，并且通过使其一部分熔融由铬镍铁合金粉末床形成。重叠区域的百分比沿着分块路径并且在这些路径之间(例如在方向3020上)可基本上相同。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径(例如分块路径)并且垂直于该路径可基本上相同。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径可变化。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径并且在路径之间可变化。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径并且垂直于该路径可变化。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径可不同。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径并且在路径之间可不同。重叠区域的百分比沿着铺设能通量的路径并且垂直于该路径可不同。例如，沿着路径，分块可重叠至少约60％，并且在路径之间或垂直于该路径，分块可重叠至少约30％。有时，分块可沿着路径比在路径之间更重叠。有时，分块可沿着路径比垂直于该路径更重叠。有时，分块可沿着路径比在路径之间更少重叠。有时，分块可沿着路径比垂直于该路径更少重叠。图30显示了其中沿着路径所形成的分块的重叠基本上相同，在垂直于路径的方向上所形成的分块的重叠基本上相同，并且沿着路径所形成的分块的重叠不同于垂直于路径所形成的分块的重叠的例子。图30显示了其中沿着路径所形成的分块的重叠大于垂直于该路径所形成的分块的重叠的例子。分块路径可为本文对于能量束描述的任何路径(例如图8)。
可使用铺设能通量来形成相邻和/或重叠的分块。铺设能通量在沿着分块路径前进时通过其向靶表面发射能量的顺序可包括停留时间和间歇时间。间歇可为相对间歇。例如，间歇可包括其中沿着分块路径在靶表面上通过铺设能通量发射减少量的辐射(例如无辐射)的时期。图32显示了随着时间过去靶表面的温度分布的两个例子。在温度分布3210中，靶表面的位置3220处于转化温度Tt以上的温度的时间大于间歇时间3250，其中靶表面上的位置的温度在Tt以下。在温度分布3230中，靶表面的位置3260处于转化温度Tt以上的温度的时间小于间歇时间3240，其中靶表面上的位置的温度在Tt以下。温度分布描绘了在其中铺设能通量沿着分块路径行进的时间内靶表面的温度。在分块形成时，在铺设能通量的暴露时间(例如停留时间)期间，在特定位置处的材料的温度可处于或高于材料的转化温度。在特定位置处的材料的温度可低于在铺设能通量的间歇(例如“关闭时间”)期间材料的转化温度，在其下不形成分块。
靶表面的至少一部分可被(例如扫描能量束和/或铺设能通量的)能量源加热。材料床的部分可被加热到大于或等于其中靶表面的至少一部分(例如包含预转化的材料)被转化的温度。例如，粉末床的部分可被加热到大于或等于这样的温度，其中粉末材料的至少一部分在给定压力(例如环境压力)下转化成液态(在本文中称为液化温度)。液化温度可等于其中整个材料在给定压力(例如环境)下处于液态的液相线温度。粉末材料的液化温度可为这样的温度，在该温度或在该温度以上，粉末材料的至少部分在给定压力(例如环境)下从固相转变为液相。粉末材料包含固体微粒材料。
分块路径随着时间过去的温度和/或能量分布可包括间歇，其中路径用铺设能通量照射，其能量不足以转化靶表面的相应部分。例如，路径可包括其中路径不用铺设能通量照射的间歇。在间歇时间期间，铺设能通量可在材料床中的其它地方行进，并且照射靶表面的不同部分，而不是沿着主题分块路径。不同的位置可为不同的分块或不同的分块路径。不同部分可与分块路径远离或相邻。
在一些实施例中，铺设能通量可在停留时间期间(在分块路径内)照射(例如基本上)一个位置，以形成分块。在一些例子中，铺设能通量在间歇期间保持沿着分块路径。在一些例子中，铺设能通量在间歇期间(例如关闭时间)平移，直到它到达第二停留(例如照射)位置。例如，在间歇时间期间，铺设能通量可在材料床的其它地方行进，并且照射材料床的不同部分而不是最近铺设的位置。不同部分可与最近铺设位置(例如刚形成的分块)远离或相邻。铺设能通量可在形成分块内的停留时间期间停留在基本上一个位置，并且在间歇期间(例如关闭时间)平移直到它到达第二停留(例如照射)位置。熔融可包括完全熔融成液态。
在沿着分块的路径形成第二分块之前，间歇时间可允许第一形成的分块硬化(例如完全硬化)。在沿着分块的路径形成第二分块之前，间歇可允许至少第一分块的暴露表面硬化(例如在其内部仍处于液态的同时)。在沿着分块的路径形成第二分块之前，间歇可允许至少第一分块的外部边缘硬化。在沿着分块的路径形成第二分块之前，间歇可允许至少第一分块的重叠部分的暴露表面硬化。在一些例子中，停留时间之间基本上不存在间歇。在一些例子中，铺设能通量的停留时间是连续的。间歇可包括铺设能通量的减少量的辐射。减少量的辐射可能不足以转化在间歇期间由铺设能通量照射的材料床的一部分。间歇可持续至少约1msec、10msec、50msec、250msec或500msec。间歇可持续上述时间段之间的任何时间段(例如约1msec至约500msec)。
在一些例子中，由铺设能通量生成的熔池比由扫描能量束生成的熔池更大(例如具有更大的FLS)。更大的可在水平和/或垂直方向上。由铺设能通量生成的熔池可具有的FLS比由能量束生成的熔池的FLS大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、70％、80％、90％或95％。由铺设能通量生成的熔池可具有的FLS比由能量束生成的熔池的FLS大上述值之间的任何值(例如约10％至约95％、约10％至约60％、约50％至约95％)。铺设能通量可转化先前形成的层的一部分。铺设能量束可形成跨越先前形成的层(例如底部蒙皮)的熔池。图36显示了由铬镍铁合金718制成的3D物体的垂直横截面的例子，所述3D物体包括通过本文公开的方法形成的多重硬化材料层，其中最后形成的熔池(例如3605)穿透至先前形成的层；例如，至底部蒙皮层(例如3606)。图39A-39B显示了由铬镍铁合金718形成的各种3D物体的垂直横截面的例子，所述3D物体包括通过本文公开的方法形成的多重硬化材料层。图39A显示了包括底部蒙皮层3910和第二层3911的两层物体的例子。图39A的3D物体中的熔池几乎不可见，因为整个3D物体由非常大的熔池形成并且到达底部蒙皮层。图39B显示了包括底部蒙皮层3920和两个另外层3921的三层物体的例子。图39B的3D物体中的熔池非常宽并且到达底部蒙皮层。
在一些例子中，铺设能通量将能量注入一个或多个预形成的硬化材料层(例如较深层)内，所述硬化材料层设置在被铺设能通量照射的靶层(例如预转化的材料层)下方。能量注入一个或多个较深层内可将这些较深层加热。较深层的加热可允许这些较深层释放应力(例如弹性地和/或塑性地)。例如，较深层的加热允许这些层超出应力点变形。例如，较深层的加热可允许与被照射位置平行的较深层的位置达到固相线温度以上(例如，并且处于或低于液相线温度)的高温，液化(例如，部分变成液体)，转化(例如熔融)，变成液相(例如完全液体)和/或塑性屈服(例如应力屈服)。
在一些实施例中，铺设能通量至少部分用于形成硬化材料层，所述硬化材料层形成3D物体(例如所有层)。在一些实施例中，铺设能通量至少部分用于形成硬化材料层的至少一部分，所述硬化材料层形成3D物体(例如所有层)。该部分可为初始部分(例如3D物体的前1或2毫米中的层)。该部分可直到3D物体的某个累积厚度，在本文中称为“临界层厚度”。某些临界层厚度可为至少约500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1200μm、1500μm、1800μm或2000μm。临界层厚度可为上述值之间的任何值(例如约500μm至约2000μm、500μm至1000μm、或800μm至2000μm)。临界层厚度可为在其上至少另外累积的硬化材料层不促成3D物体(或其一部分)的基本变形的临界厚度。基本变形与3D物体的预期目的有关。至少一部分可缺乏辅助支撑件。至少一部分可在其形成期间在材料床中无锚浮动。
在一些实施例中，扫描能量束至少部分用于形成硬化材料层，所述硬化材料层形成3D物体(例如所有层)。该部分可为后面的部分(例如超出临界厚度)。在一些实施例中，能量束(例如至少部分)用于形成底部蒙皮层。在一些实施例中，能量束用于形成底部蒙皮层而不使用铺设能通量。该部分可从3D物体的某个累积厚度向前形成。能量束可与铺设能通量组合、单独或无需使用铺设能通量而用于形成硬化材料层。
在一些例子中，扫描能量束形成待填充有分块路径(例如图21C，2132)的至少一部分区域周围的硬化材料的轮廓(例如图21C，2131；或图21A，2111)，所述分块路径通过铺设能通量和/或由扫描能量束(例如图21A，2112)制备的剖面线生成。在一些例子中，扫描能量束沿着靶表面以剖面线传播。轮廓可为闭合线或开放线(例如，包括间歇)。轮廓可为连续线或不连续线。轮廓可在内部分块形成之前、内部分块形成之后或内部分块形成同时形成。图21A-21D显示了硬化材料层的俯视图的例子，示出了硬化材料层形成中的各种可能的阶段。图21A显示了其中在形成分块路径之前，制备轮廓2111和由扫描能量束制备的剖面线(例如2112)的例子。图21B显示了完成的硬化材料层2120的例子，所述硬化材料层2120包括轮廓2121、由扫描能量束制备的剖面线(例如2122)、以及可为铺设能通量的分块(例如2123)。图21C显示了其中在形成剖面线之前，制备轮廓2131和由铺设能通量制备的分块(例如2132)的例子。图21D显示了完成的硬化材料层2140的例子，所述硬化材料层2140包括轮廓2141、由扫描能量束制备的剖面线(例如2142)、以及可为铺设能通量的分块，所述分块可包括完全分块(例如2143)和修正的分块(例如2144)。分块的路径可序贯地填充硬化材料的整个靶层(例如对应于3D物体模型的靶片层)。在一些例子中，要用分块填充的区域可被分离成补片。分块的路径可以补片填充整个靶层。补片可分开填充靶空间的顺序(例如对应于3D物体模型的靶片层)。图21D可用于示出补片填充的例子。例如，可首先形成补片B中的分块，随后形成补片A中的分块，随后形成补片C中的分块，并且最后随后为修正的补片(例如2144)。在图21D的例子中，较亮的分块属于补片A，最暗的分块属于补片C，并且中间的灰色分块属于补片B。形成分块可遵循补片的任何排序组合。形成硬化材料层可包括形成轮廓、由扫描能量束制备的剖面线、分块路径的一个或多个补片、修正的补片(例如部分补片，参见图2)、各个分块、或者其任何排列或组合。在一些例子中，硬化材料层的大部分区域由分块(例如图21B，2123)形成。分块可由铺设能通量形成。在一些实施例中，层的大部分区域(例如，其水平横截面)可为该层面积的至少约51％、60％、70％、80％、90％或95％。在一些例子中，硬化材料层的小部分由剖面线(例如2122)形成。剖面线可由扫描能量束形成。该层的小部分(例如，其水平横截面)可为该层面积的至多约49％、40％、30％、20％、10％、5％或1％。
在一些例子中，分块具有几何形状的横截面。分块可包括其为圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、其部分形状和/或其组合的横截面(例如水平横截面)。分块可包括多边形横截面。分块横截面可为平行四边形。靶表面上的分块可包括分块形状的任何组合(例如，其紧密地填充空间)。例如，三角形和六角形形状的分块的组合。第一靶表面和与第一靶表面相邻(例如上方或下方)的第二靶表面中的分块可基本上对准。第一靶表面和与第一靶表面相邻(例如上方或下方)的第二靶表面中的分块可基本上错位(例如可以面心立方(FCC)或六方密堆(HCP)排列布置)。
在一些实施例中，铺设方法包括步进和重复过程。在一些实施例中，铺设方法包括加热靶表面中的第一区域，移动到靶表面中的第二区域，并且加热第二区域。区域加热可利用在(例如基本上)不移动的同时照射该区域的铺设能通量、或者在对该区域划线的同时照射该区域的扫描能量束。靶表面使用铺设方法的序贯加热可遵循路径。路径可包括层中的分块的路径(本文也称为“分块路径”)，其对应于其中部分(例如分块)被加热的顺序。分块可遵循矢量路径(例如预先设计的路径)。分块可遵循光栅化路径。加热可达到低于、处于或高于转化温度的温度。
分块路径可为线性的、直线的、弯曲的、交错的、随机的或其任何组合。顺序可根据算法指定。算法可排除随机数发生器。算法可包括如本文所述的排除区域。图4B显示了编号为421-424的几个分块路径的顺序的例子。421-424各自中的箭头方向指示其中各个分块(例如402-408)的单行在层401中被加热(例如生成)的顺序。例如，分块路径421示出了分块402首先被加热，分块403、404、405、406和407按顺序一个接一个形成，并且408最后被加热(例如分块在单行中被生成)。图4C显示了路径431的例子，所述路径431指定了其中各个分块(例如402-408)在层401中序贯形成的顺序。图4D显示了各个分块(例如402-408)在层401中以排除分块加热的顺序中的区域的方式生成的例子。分块形成的顺序可为分块路径。排除区域可被指定为“排除区域”。分块路径可为本文针对能量束描述的任何路径。
在一些例子中，分块的横截面被序贯加热。序贯加热的分块(例如所有序贯分块)中的至少两个可彼此触及、彼此接界、彼此重叠或其任何组合。序贯生成的分块可至少在其边缘之一处彼此触及或重叠。序贯加热的分块(例如材料的所有序贯分块)中的至少两个可重叠。序贯生成的分块(例如所有序贯分块)中的至少两个可由间隙分开。生成的分块可以随机或非随机的顺序形成。生成的分块可以避免排除区域的方式形成。排除区域可包括序贯加热并且布置在直线上的三个或更多个分块区域。排除区域的确定可包括至少两个分块之间的间隙(或其缺少)的特征。间隙特征可包括间隙的高度、长度、宽度或体积。排除区域的确定可包括硬化材料的第一层和任何先前形成的硬化材料层的特征，所述特征可包括这些层的高度、长度、宽度、体积、形状或材料。排除区域的确定可包括第一层和任何先前形成的层的能量特征，例如能量消耗特征。图4A显示了第一层401的例子，在所述第一层401上加热(例如生成)编号为402-408的序贯分块，使得其边缘中的至少一个(例如两个边缘)彼此触及，形成包含单行分块的行。数字顺序表示其中分块被加热的顺序，其中402是在层401中被加热的第一个分块，并且408分别是最后一个分块(例如402，随后为403，随后为404，......随后为408)。图4D显示了第一层401的例子，其中分块442-450以避免排除区域的方式被加热，其中数字顺序指定其中设置分块的顺序，其中442是在层401上形成的第一个分块，并且450是最后一个。
包括加热(例如形成的)分块的硬化材料层可利用对称或不对称路径(例如铺设路径)用于其加热。铺设能通量可从预转化的材料层以对称或不对称的方式形成分块。在硬化材料层生成期间，铺设能通量可以对称或不对称的方式加热(例如形成)分块。例如，对称方式包括使用基本上设置在待转化的材料床的区域中心的点、轴线或对称平面。图31显示了分块形成顺序的例子。按照点对称顺序，铺设可以下述次序形成：3110、3140、3120、3150、3130以及最后3160。按照镜像对称顺序，铺设可以下述次序形成：3110、3150、3120、3140、3160以及最后3130。按照旋转对称，铺设可以下述次序形成：3110、3150、3120、3140、3160以及最后3130。当所有的矢量路径都朝向单个方向(例如图8，814)时，可形成不对称顺序。按照定向不对称铺设顺序，铺设可以下述次序形成：3110、3120、3160、3170、3130、3150以及最后3140。在一些例子中，不对称顺序导致弯曲的(例如翘曲的)硬化材料(例如3D平面)层。在一些例子中，对称铺设顺序导致基本上平坦的硬化材料(例如3D平面)层。对称铺设顺序的使用可减少形成的硬化材料层中的曲率(例如翘曲)量。对称路径的例子可为包括相对矢量路径(例如图8，815)或蛇形路径(例如图8，810)的分块路径。在一些例子中，分块路径从待铺设区域的边缘朝向待铺设区域的中心(例如形成的硬化材料层的边缘朝向其中心)加热(例如形成)。向内的边界分块顺序可减少所得到的硬化材料层的曲率。向内的分块路径可包括对称或不对称铺设顺序。在图31的例子中的分块编号3170可遵循向内的分块路径最后形成，而分块3110-3160可在分块3170的形成之前形成。
分块的加热(例如产生)可利用在(例如基本上)一个位置处的(例如低功率密度)宽横截面铺设能通量的照射。可替代地或另外地，分块的生成可利用(例如高功率密度)窄横截面能量束(例如扫描能量束)，其沿着剖面线行进以生成分块的形状。在一些实施例中，由铺设能通量或第一扫描能量束行进的路径可通过第二扫描能量束加热(至低于材料转化温度的温度)。第二扫描能量束可为用于生成经转化的材料的分块的相同扫描能量束。第二扫描能量束可为与用于形成经转化的材料的分块的扫描能量束(例如第一扫描能量束或铺设能量束)不同的扫描能量束。第二扫描能量束可由第二扫描能量源生成。第二扫描能量源可为用于生成第一扫描能量束的相同扫描能量源，或者可为不同的能量源。第二扫描能量源可为用于生成铺设能通量的相同扫描能量源，或者是不同的能量源。在一些实施例中，铺设能通量可加热(但不转化)靶表面的部分，并且第二能量束可转化在加热的分块内的材料。转化前或转化后加热可降低靶表面中的温度梯度，减少变形，和/或生成特定的微结构。第二扫描能量束可为基本上准直的束(例如电子束或激光)。第二扫描能量束可不是分散束。第二扫描能量束可遵循路径。在经转化的材料层形成期间(例如，以与第一能量束类似的方式)，路径可在靶表面部分内形成内部路径(例如矢量路径)。路径可沿着靶表面形成材料填充部分。
在一些实施例中，铺设能通量用于将靶表面(即分块)的部分加热到低于转化温度的温度，而(例如第二)能量束用于转化这些靶表面部分(例如分块)中的材料。在一些实施例中，扫描能量束用于将靶表面的部分(即，分块)加热到低于转化温度的温度，同时铺设能通量用于转化这些靶表面部分(例如分块)中的材料。加热到低于转化温度的温度可在通过一次能量辐射之前、之后和/或与通过其它能量辐射转化同时。
在分块横截面内的扫描能量束路径在本文中被指定为分块内的“内部路径”。在分块横截面内的内部路径可具有与分块路径的形状基本上相同的总体形状(例如均为正弦波)。在分块内的内部路径可具有与分块路径的形状不同的总体形状(例如矢量线相对于正弦波)。图6E显示了分块641内的内部路径的例子，所述内部路径遵循弯曲形状，并且设置在暴露表面601中的加热分块640内。图6D显示了暴露表面601中的加热分块602内的内部路径的例子，所述内部路径遵循非弯曲(例如矢量)形状。路径可遵循螺旋形状或随机形状(例如图8，811)。图6G显示了暴露表面601中的加热分块602内的内部路径的例子，所述内部路径具有螺旋形状(例如从位置680开始到位置681结束)。路径可为重叠(例如图8，816)或非重叠的。路径可包括至少一个重叠。路径可基本上缺乏重叠(例如图8，810)。
扫描能量束的路径可包括更精细的路径(例如子路径)。更精细的路径可为振荡路径。图7显示了扫描能量束701的路径的例子。路径701由振荡子路径702组成。振荡子路径可为锯齿形或正弦形路径。更精细的路径可包括或基本上排除曲率。
扫描能量束可在包括或排除曲率的路径中行进。图8显示了路径的各种例子。扫描能量束可在这类路径各自中行进。路径可基本上排除曲率(例如812-815)。路径可包括曲率(例如810-811)。路径可包括剖面线(例如812-815)。剖面线可指向相同的方向(例如812或814)。每一个相邻剖面线可指向相反的方向(例如813或815)。剖面线可具有相同的长度(例如814或815)。剖面线可具有变化的长度(例如812或813)。两个相邻路径区段之间的间距可基本上相同(例如810)或不相同(例如811)。路径可包括重复特征(例如810)，或者可基本上不重复(例如811)。路径可包括非重叠区段(例如810)或重叠区段(例如816)。分块可包括螺旋递进(例如816)。靶表面的非铺设区段(例如图21A，2112)可以本文描述的任何路径类型(例如剖面线类型)中的扫描能量束照射。
在一些情况下，不希望允许加热的分块超过暴露表面的边缘。有时，当加热的分块超过靶表面(例如3D物体的表面)的边缘时，照射的能通量可加热与靶表面相邻的材料床内的预转化的材料(例如粉末)。该照射的预转化的材料可转化和/或粘附到3D物体。照射的预转化的材料可形成与3D物体相邻(例如连接或断开)的烧结结构(例如，其是不需要的)。加热在材料床内的预转化的材料可促使预转化的材料至少部分转化(例如熔融、烧结或结块)。
铺设过程(例如深铺设、浅铺设或闪速加热)可用于加热和/或转化3D物体的暴露层的至少一部分(例如，包括悬挂平面和/或线)。图3显示了平面310和线320的俯视图的例子。
部分中的一些(例如加热部分或硬化材料的分块)可通过间隙分开、加热的分块彼此触及，彼此重叠或其任何组合。至少两个分块可彼此融合。一个分块可通过间隙与第二分块分开，同时与第三分块重叠。例如，所有的分块都可通过间隙彼此分开。至少两个间隙可基本上相同或不同(例如在其FLS中)。相同或不同可在长度、宽度、高度、体积或其任何组合方面。间隙尺寸(例如高度、长度和/或宽度)可为至多约30μm、35μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm或200μm。间隙尺寸可为上述值之间的任何值(例如约30μm至约200μm、约100μm至约200μm、约30μm至约100mm、约80mm至约150mm)。
在一些情况下，加热靶表面的部分的过程继续直到(例如基本上)所有的间隙已被分块填充(例如除了边缘区域之外，例如图3，302)。这种过程在本文中可称为“点描法”。任何间隙和/或边缘可被能量束(例如遵循路径)填充。点描法可包括排除区域(例如排除加热相邻定位并形成线的三个分块)。
加热可通过一个或多个能量源来完成。至少两个能量源可同时、序贯或其组合地加热靶表面部分(即分块)。至少两个靶表面部分可被序贯地加热。至少两个靶表面部分可被(例如基本上)同时加热。加热至少两个靶表面部分的时间和/或特定顺序可重叠。
在一些实施例中，第二加热分块区域可远离第一加热分块区域。该区域可为横截面。来自第一分块的热可非故意(negligently)增加第二分块(例如在其被加热之前)的温度。加热第一靶表面部分可将第二分块(例如在其被加热之前)的温度升高至多约0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％或20％。加热第一分块可将第二分块的温度(例如在其被加热之前)升高上述百分比之间的任何百分比(例如约0.1％至约20％、或约0.1％至约10％)。来自第一分块的热可非故意改变第二分块的尺寸(例如在长度、宽度、高度和/或体积中的扩大)。加热第一分块可将由第二分块(例如在其被加热之前)占据的靶表面的形式(例如尺寸)改变至多约0.1％、0.5％、1％、5％、10％、15％或20％。加热第一分块可将由第二分块(例如在其被加热之前)占据的靶表面的形式改变上述百分比之间的任何百分比(例如约0.1％至约20％、或约0.1％至约10％)。分块可为预转化的材料的一部分、或经转化的材料分块。
在一些实施例中，三个分块的顺序不以直线(例如单行)形成。三个分块可被序贯地加热(例如转化)，使得第一分块的加热紧接着随后为第二分块的加热，其依次又紧接着随后为第三分块的加热。在一些实施例中，三个分块中的至少两个被平行加热。在一些实施例中，三个分块中的至少两个以重叠顺序被加热。用于设置经转化的材料的重叠顺序的例子可为在暴露表面(例如层)上正在形成的第一分块，并且在它形成时，第二分块开始形成。第一分块可在第二分块形成之前、第二分块形成期间或第二分块形成之后结束其形成。在一些实施例中，彼此靠近定位(例如彼此触及或者彼此形成间隙(例如，如本文所述))的三个或更多个分块的顺序不以直线被加热(和/或生成)。三个或更多个分块可包括至少4、5、6、7、8、9、10、50或100个分块。三个或更多分块可为上述值之间的任何值(例如4个分块至100个分块、5个分块至10个分块、10个分块至100个分块、或7个分块至50个分块)。如本文理解的，“之间”意指包括在内。三个或更多分块可排除达到温度平衡(例如与环境)的分块。三个或更多个分块可包括热分块(例如，包含经转化的材料)。三个或更多个分块可包含包括经转化的材料并且不完全硬化(例如固化)的分块。三个或更多个分块可排除包含经转化的材料的分块，所述经转化的材料硬化成硬化(例如固体)材料(例如在其加热之后)。三个或更多个分块可包括设置在靶表面的热部分上的分块。三个或更多个分块可包括设置在未达到温度平衡的暴露靶表面的一部分上的分块。三个或更多个分块可排除设置在不再易于变形(例如因为其足够冷)的硬化材料的一部分上的分块。在一些实施例中，排除区域可包括在两个或更多个序贯设置的分块之间的直分块(例如当两个序贯设置的分块彼此紧密接近、由间隙分开、彼此接界或彼此重叠时)。本文描述的方法、系统和/或仪器可旨在至少在排除区域外部的区域中相继(例如一个接一个)形成加热分块。在一些实施例中，排除区域可包括彼此相邻设置的两个分块。彼此相邻可为直接或间接的。例如，彼此相邻包括直接彼此相邻。彼此相邻包括与分块的分块面、顶点或边缘相邻。彼此相邻可包括触及分块面、顶点或边缘。彼此相邻可包括彼此间接相邻，在两个分块之间具有间隙(例如本文公开的任何间隙值)。
在一些例子中，排除区域取决于在靶表面的各个部分处的温度、从加热第一层的两个或更多个先前加热的分块中的至少一个所经过的时间、在待加热的潜在区域处的温度、从两个或更多个先前分块中的至少一个到待加热的潜在区域的温度梯度、在先前加热的两个或更多个部分处的温度、待由第三分块加热的暴露区域的热变形敏感性或其任何组合。在一些例子中，排除区域取决于加热的两个或更多个分块内物质的物理状态(例如液体、部分液体或固体)。两个或更多个分块和待加热(和/或形成)的第三分块可位于直线上。
在一些实施例中，相继加热设置成直线的第一层的三个或更多个分块引起该层(例如，包括暴露表面)变形(例如弯曲)。变形可为破坏性的(例如为了3D物体的预期目的)。这样的直线可在第一层(例如其为3D物体的至少一部分的硬化材料层)中形成(例如生成、产生)脆弱线。在一些实施例中，与直线加热和/或生成模式(例如图4A)相比，以与直线不同的模式(例如图4D)相继加热第一层的至少三个部分基本上减小硬化材料层的变形程度。在一些实施例中，以不同于直线的模式相继加热和/或生成第一层的至少三个分块将基本上不会导致第一层变形(例如弯曲)。在一些实施例中，以与直线不同的模式相继加热第一层的至少三个部分延缓(或阻止)脆弱线的形成。在一些实施例中，以与直线(例如单行)不同的模式相继加热硬化材料层中的至少三个材料分块基本上不引起第一层变形(例如弯曲)。在一些实施例中，以与直线不同的模式相继加热第一层上的至少三个材料分块延缓(或阻止)脆弱线的形成。
图5A-5F示意性地显示了点描法过程的一个版本的部分俯视图的例子。在该版本中，经转化的材料的分块在加热材料的分块内形成至低于转化温度的温度。图5A显示了靶表面(例如材料床的暴露层)501的例子。图5B显示了被加热(即，502)低于材料的转化温度的靶表面501的分块的例子。图5C显示了在加热的分块502内转化的材料的一小部分503的例子。图5D显示了第二加热的分块504以及经转化的材料的先前形成的分块503的例子。图5E显示了在加热的分块504内经转化的材料的第二部分505、第三加热的分块506以及经转化的材料的先前形成的分块503的例子。图5F显示了在加热的分块506内经转化的材料的第三部分507、以及经转化的材料的先前形成的分块(503和505)的例子。图5G显示了设置在靶表面501上的先前形成的分块503、505和507的例子，所述分块未布置在直线上。作为比较例子，图5H和5I显示了图5A-5C中所示过程的替代连续步骤的例子，其中加热的分块(例如补片)和/或经转化的材料的一小部分以直线配置设置。图5I显示了以直线配置设置的三个经转化的材料分块503、509和511的例子。这种直线配置可形成脆弱线，所述脆弱线例如通过部分503、509和511传播，或者与部分503、509和511相邻传播。在点画法过程的另一个版本中，分块或经转化的材料无需预热分块区域而形成。
在一些情况下，方法、系统和/或仪器可包括感测(例如测量)在加热分块内经转化的(例如熔融的)部分的温度和/或形状。温度测量可包括实时温度测量(例如在3D物体形成期间、在3D物体的层形成期间或在分块形成期间)。可估计(例如基于温度测量值)经转化的部分的FLS(例如深度)。经转化的部分的FLS(例如深度)的温度测量和/或估计可用于控制(例如调节和/或引导)在特定部分处照射的能量的至少一个特征。至少一个特征可包括在靶表面上照射的能量的功率、停留时间、横截面或覆盖区。控制可包括在达到靶深度时减少(例如停止)所照射的能通量。停留时间(例如暴露时间)可为至少几十分之一毫秒(例如从约0.1开始)、或至少几毫秒(例如从约1msec开始)。暴露时间(例如停留时间)可为本文公开的任何停留时间。控制可包括减少(例如停止)照射的能量，同时考虑在其下加热部分冷却的速率。速率可取决于周围介质温度(例如环境温度)。使部分加热和/或冷却的速率可促进所需微结构(例如，特别是区域)形成。所需微结构可在硬化材料层内的区域中形成，或者在(例如基本上)整个硬化材料层中形成。可测量在加热(例如热铺设)区域处的温度。温度测量可包括光谱学、视觉上或使用已知材料(例如热电偶或温度计)的膨胀性质。视觉测量可包括使用照相机(例如CCD照相机或摄像机)或光谱仪。视觉测量可包括使用图像处理。可(例如视觉上和/或电子地)监测加热分块的转化。可(例如视觉上和/或实时地)监测分块的转化部分的整体形状。经转化的部分的FLS可用于指示经转化的材料(例如熔池)的深度和/或体积。(例如分块内经转化的部分的热和/或FLS的)监测可用于控制铺设能量源、铺设能通量、扫描能量源和/或扫描能量束的一个或多个参数(例如特征)。参数可包括(i)功率密度，(ii)停留时间，(iii)行进速度或(iv)横截面。参数可在加热到低于转化温度的温度期间，或者在材料转化以形成经转化的材料的分块期间。
在一些实施例中，铺设能通量至少部分用于形成至少底部蒙皮层。例如，铺设能通量用于形成硬化材料的至少前20、25、30、35或40层、或3D物体中的所有硬化材料层。后续硬化材料层(例如第二层)是在作为3D物体的部分的先前形成的硬化材料层上(例如直接在其上)形成的层。铺设能通量可至少部分用于形成3D物体的硬化材料的第二层和/或3D物体的硬化材料的任何后续层。在一些情况下，将预转化的(例如粉末)材料层分配到硬化材料层(其为3D物体的部分)上方(例如在其上)。
在一些实施例中，铺设能通量通过转化(例如熔融)新近分配的预转化的材料层的至少一部分来形成硬化材料的第二层。铺设能通量可加热(例如，并且转化)新近设置的预转化的材料层的一部分和至少一个先前形成的硬化材料层(或多个层)的一部分，所述先前形成的硬化材料层设置在新近分配的预转化的材料层之下。铺设能通量可转化至少一个新近设置的预转化的材料层的一部分和至少一个先前形成的硬化材料层的一部分，所述先前形成的硬化材料层设置在新近分配的预转化的材料层之下。先前形成的层可包括或可不包括底部蒙皮层。通过在至少一个先前形成的硬化材料层内转化(例如熔融)硬化材料的一部分，铺设能通量可通过转化材料床中预转化的材料的一部分来加热(例如转化)分块。例如，通过在多重先前形成的硬化材料层内转化(例如熔融)硬化材料的一部分。例如，铺设能通量可转化硬化材料的一部分，所述硬化材料设置在3D物体的硬化材料的底部蒙皮层中。熔融可为材料的完全熔融(例如至液态)。
硬化材料的第一层可包括完全致密的硬化材料。硬化材料的第一层可包括不完全致密的(例如，其为多孔的)硬化材料。例如，硬化材料的第一层可包括洞(例如孔)。铺设能通量可用于减少洞的FLS。铺设能通量可用于基本上减少洞的数目、FLS和/或体积(例如消除洞)。铺设能通量可用于固化硬化材料层，以提供(例如基本上)高密度硬化材料层。例如，硬化材料的完全致密层。硬化材料层的外表面(例如3D物体的外表面)可包括分块的图案。例如，该图案可类似棋盘图案。铺设能通量可改变分块内的微结构(例如通过加热和/或转化3D物体的至少一部分)。
在一些情况下，期望具有含有一定量的孔隙率的3D物体(或其一部分)。硬化材料可具有至多约0.05百分比(％)、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％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％的孔隙率。硬化材料可具有至少约0.05百分比(％)、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％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％的孔隙率。硬化材料可具有在上述孔隙率百分比中任意者之间的孔隙率(例如约0.05％至约0.2％、约0.05％至约0.5％、约0.05％至约20％、约0.05％至约50％、或约30％至约80％)。在一些情况下，孔可横切形成的3D物体。例如，孔可在3D物体的一个面开始并且在3D物体的相对面(例如底部表皮)结束。孔可包括从3D物体的一个面延伸并且在该3D物体的相对面(例如3D平面)上终止的通道。在一些情况下，孔可不横切形成的3D物体。孔可在形成的3D物体中形成空腔。孔可在形成的3D物体的一个面(例如3D平面的面)上形成空腔。例如，孔可在3D平面的一个面上开始，并且不延伸到该3D平面的相对面。
硬化材料的第一层最初可由具有第一平均FLS的相继设置的熔池形成。随后加热和/或转化硬化材料的第一层的至少一部分的铺设能通量，可引起硬化材料的第一层的微结构的改变(例如熔池FLS、熔池取向、跨越熔池的材料密度分布、化合物偏聚至晶(例如熔池)界的程度、元素偏聚至晶界的程度、材料相、金相、材料孔隙率、晶相、晶体结构或其任何组合中的改变)。例如，当硬化材料的第一层最初由相继设置的具有第一平均FLS的熔池形成时，铺设能通量(其随后加热和/或转化硬化材料的第一层的至少一部分)可引起该第一层的微结构的改变，使得该第一层中新近形成的熔池大于第一平均FLS(例如原始熔池FLS)。与熔池的第一平均FLS相比，较大可为大至少1.5*、2*、3*、5*、10*、20*或50*。在一些情况下，在通过铺设能通量随后加热之后，第一层基本上包括单个熔池。3D物体可为3D平面或线。
硬化材料的后续层可通过使用铺设能通量、能量束或其任何组合来形成。在一些例子中，使用铺设能通量(例如较大横截面能通量)形成本体区域，所述本体区域形成硬化材料的层，并且使用能量束(例如较小横截面能量束)形成精细特征。能量束和/或通量可为聚焦或散焦的。
硬化材料可为基本上平面的(例如平坦的)，或者可在其形成和/或通过铺设能通量加热之后弯曲。曲率可为正的或负的。曲率可为本文公开的曲率和/或曲率半径的任何值。曲率可为硬化材料层或其一部分(例如单个分块)的曲率。用铺设能通量加热硬化材料层可对该层(或其一部分)引入曲率。用照射能量加热硬化材料层(或其一部分)的方式可影响曲率的程度和/或方向。用照射能量加热硬化材料层(或其一部分)的方式可影响在硬化材料层(或其一部分)的顶表面处的应力。加热硬化材料层(或其一部分)的方式可包括控制和/或改变粉末层的高度、粉末层的密度、照射能量的停留时间、照射能量的功率密度、材料床(例如，或其暴露表面)的温度、硬化材料层的温度、底部蒙皮层的温度、或其任何组合。控制可取决于在加热(例如铺设)区域、或在加热区域附近的区域、或在底部蒙皮层处的温度。在一些例子中，附近为远离熔池中心至多约2、3、4、5、6、7或10个熔池FLS(例如直径)。控制可取决于熔池的FLS。照射能量可包括铺设能通量或扫描能量束。
在一些情况下，预转化的材料层可具有基本上固定的高度。有时，铺设能通量和/或能量束可一次转化几个基本上固定高度的预转化的材料层。有时，几个基本上固定高度的预转化的材料层可序贯设置在材料床中，随后为能量照射，所述能量照射在照射能量的一次扫描中转化多重粉末材料层的一部分。以这种方式，可将几个预转化的材料层一起转化(在本文中称为“深转化”)。深转化可包括深熔融(例如深焊接)。深转化可包括深铺设。多重预转化的材料层可具有单一类型的材料或不同类型的材料。
图35A显示了深转化的例子。照射能量3501可转化材料床的一部分(例如由预转化的材料层3503形成)，以形成熔池3502，所述熔池跨越几个预转化的材料层。在图35B所示的例子中，预转化的材料层设置在平台3504上方。在图35A中所示的例子中，预转化的材料层设置在平台3514上方。
图35B显示了浅转化的例子。在一些实施例中，序贯设置多重预转化的材料层，并且转化顶层(或任选地至少2或3个顶层)，其中底层保持松散(即不紧密)和可流动(例如可流动粉末材料)。这个过程在本文中称为“浅转化”。浅转化可包括浅熔融。图35B显示了浅转化的例子。照射能量3511可转化材料床的一部分(例如由预转化的材料层(例如3513)形成)，以形成熔池3512，所述熔池局限在预转化的材料的最上层(例如3513)中。浅铺设排除使底部蒙皮层塑性变形，而深铺设包括使底部蒙皮层至少达到高于固相线温度的高温，转化(例如熔融)，变成液相和/或塑性屈服(例如变形)。在一些实施例中，深铺设还包括转化底部蒙皮层。
浅转化可通过照射能量的更短的停留时间和/或更低的功率密度(例如更短的暴露时间)来实现。在浅转化期间的暴露时间可为至少约0.1毫秒(msec)、0.5msec、1msec、3msec、5msec、10msec、20msec、30mse c、40msec或50msec。在浅转化期间的暴露时间可为至多约3msec、5msec、10msec、20msec、30msec、40msec或50msec。暴露时间可在上述暴露时间中任意者之间(例如约0.1msec至约50msec、约0.1至约1msec、约1msec至约10msec、约10msec至约10msec、约1msec至约1msec、或约1msec至约20msec)。
深转化可通过铺设能通量和/或扫描能量束的更长的停留时间和/或更高的功率密度(例如更短的暴露时间)来实现。在深转化期间的暴露时间可为至少约50msec、60msec、70msec、80msec、90msec、100msec、200msec、400msec、500msec、1000msec、2500msec或5000msec。在深转化期间的暴露时间可为至多约60msec、70msec、80msec、90msec、100msec、200msec、400msec、500msec、1000msec、2500msec或5000msec。暴露时间可在上述暴露时间中任意者之间(例如约50msec至约5000msec、约100msec至约200msec、约50msec至约400msec、约100msec至约1000msec、或约1000msec至约5000msec)。
加热一个或多个预转化的材料层(或其一部分)的方式可包括控制和/或改变预转化的材料层的高度、预转化的材料层的密度、照射能量的停留时间、照射能量的功率密度、材料床的温度或其任何组合。材料床的温度可包括材料床的暴露表面的温度、材料床的底部(例如在平台处)、平均材料床温度、中间材料床温度或其任何组合。控制可取决于在加热(例如铺设)的材料床的区域处、或在加热区域附近的区域处的温度。附近可为分块的FLS的至多约2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。
照射能量(例如束和/或通量)的控制可包括当在底部表皮处的温度达到靶温度时基本上中止(例如停止)以照射靶区域。靶温度可包括这样的温度，处于该温度材料(例如预转化的或硬化的)达到高于固相线温度的高温，转化(例如再次转化，例如再次熔融)，变成液相和/或塑性屈服。照射能量的控制可包括当在底部蒙皮处的温度达到靶温度时基本上减少供应至(例如注入)靶区域的能量。照射能量的控制可包括分别改变能量束和/或通量的能量分布。与更远离底部蒙皮层的层(例如超出如本文公开的临界层厚度)相比，对于更接近底部蒙皮层的层的控制可不同(例如可变化)。控制可包括打开和关闭照射能量。控制可包括减少照射能量的功率/单位面积、横截面、聚焦、功率。控制可包括改变照射能量的至少一个性质，所述性质可包括照射能量的功率、功率/单位面积、横截面、能量分布、聚焦、扫描速度、脉冲频率(当适用时)或停留时间。在“关闭”时间(例如间歇)期间，与其在“开启”时间(例如停留时间)的值相比，能量束和/或通量的功率和/或功率/单位面积可基本上减少。基本上可与在靶表面处材料的转化有关。在间歇期间，照射能量可从铺设的区域重新定位到材料床中与铺设的区域相距基本上远离的不同区域(参见实例1)。在停留时间期间，照射能量可重新定位到与刚铺设的区域相邻的位置(例如作为分块路径的部分)。
如本文理解的：材料的固相线温度是其中材料在给定压力下处于固态的温度。材料的液化温度是这样的温度，处于该温度预转化的材料的至少部分在给定压力下从固相转变为液相。液化温度等于其中整个材料在给定压力下处于液态的液相线温度。
图37显示了靶表面的俯视图的例子。图37的例子中的分块的路径包括分块3702、3704和3706-3711。在第一停留时间期间，由照射能量形成的第一分块为3702，在第一间歇期间，照射能量重新定位到位置3703；在第二停留时间期间，照射能量重新定位回分块路径并形成分块3704；在第二间歇期间，照射能量重新定位到位置3705；在第三停留时间期间，照射能量重新定位回分块路径并形成分块3706。在间歇期间，照射能量可加热和/或转化在重新定位的位置(例如3703)处的材料床层，所述重新定位的位置远离分块路径。照射能量可通过在第一分块路径形成期间使用间歇时间来形成两个远侧的分块路径，以形成第二分块路径。第一分块的路径的间歇可为第二分块的路径中的照射能量的停留时间。
有时，硬化材料可从粉末床的暴露表面突出。图38显示了位于平台3811上方的材料床3810内的硬化材料3800的例子。材料床3810包括暴露表面3812。硬化材料3800在位置3814处从暴露表面3812突出。突出区域(例如，其水平横截面)可被照射能量掩蔽。在一些情况下，照射能量可不照射包括突出硬化材料的区域(例如，其水平横截面)。在一些情况下，照射能量可照射不含突出物体(例如不包括突出物体)的材料床的暴露表面。在一些情况下，照射能量可不照射包括突出物体的区域，并且照射不含突出物体的材料床的暴露表面。其中照射能量行进的路径可排除突出硬化材料的区域。可在照射能量转化预转化的材料层中的部分之前完成突出区域的排除。可实时地完成突出区域的排除(例如，当照射能量转化预转化的材料层中的部分时(在本文中称为“动态路径调整”))。能量束和/或通量的路径可随着照射能量沿着材料床的暴露表面行进而动态调整。路径的调整可考虑突出物体的(例如光学)检测。例如，如于2016年2月18日提交的美国临时专利申请序列号62/297,067、以及于2016年9月29日提交的美国临时专利申请序列号62/401,534中公开的实时(例如，以及原位)光学检测，所述两个美国临时专利申请均以引用的方式全文并入本文。
靶表面的铺设可遵循步进和重复顺序。靶表面的铺设可遵循步进和分块加热过程到低于在靶表面处的材料的转化温度的温度。靶表面的铺设可遵循步进和分块转化(例如“填充”)过程。“步进”可指定从第一分块到第二分块的距离(例如图3中的靶表面310的例子中所示的距离“d”)。该距离在硬化材料层内可为恒定的。有时，该距离在一个层内可变化。“重复”可指定通过铺设区域(例如图3中的靶表面310的例子中所示的分块301)对靶表面的重复加热(例如转化)。
闪速加热和/或深铺设过程可调节至少一个硬化材料层的变形。闪速加热和/或深铺设过程可减少至少一个硬化材料层的变形量级。在特定条件下，闪速加热和/或深铺设过程可增加至少一个硬化材料层(例如在所需方向上)的变形。例如，闪速加热和/或深铺设过程可形成负翘曲(例如，包括负曲率，图17，1712，层编号6)的至少一个硬化材料层。形成负翘曲物体的方法的例子可在以下中找到：于2015年11月6日提交的美国临时专利申请序列号62/252,330；于2016年9月19日提交的美国临时专利申请序列号62/396,584；以及于2016年10月31日提交的PCT专利申请序列号PCT/US16/59781；所有这三个专利都以引用的方式全部并入本文。特定条件可包括3D物体的几何形状、至少一个硬化材料层的几何形状、照射能量的功率、照射能量的停留时间(例如制备分块的时间)、或照射能量的速度(例如沿着路径)。
硬化材料层可具有曲率。相对于平台和/或材料床的暴露表面，曲率可为正的或负的。图17显示了各种分层结构中的垂直横截面的例子。例如，当从其底部到平台1718限定的体积(例如体积的垂直横截面中的区域)是凸面物体1719时，分层结构1712包括具有负曲率的层编号6。1712的层编号5具有负曲率。1712的层编号6具有比1712的层编号5更负的曲率(例如具有更大负值的曲率)。1712的层编号4具有其为(例如基本上为)零的曲率。1714的层编号6具有正曲率。1712的层编号6具有比1712的层编号5、1712的层编号4和1714的层编号6更负的曲率。
在一些实施例中，3D物体内的所有层的曲率为至多约0.02毫米-1(即1/毫米)。在一些实施例中，3D物体内的层是基本上平面的(例如平坦的)。在一些实施例中，所有硬化材料层都可具有至少约零(即基本上平面的层)到至多约0.02毫米-1的曲率。曲率可为至多约-0.05-1、-0.04mm-1、-0.02mm-1、-0.01mm-1、-0.005mm-1、-0.001mm-1、基本上零mm-1、0.001mm-1、0.005mm-1、0.01mm-1、0.02mm-1、0.04mm-1或0.05mm-1。曲率可为上述曲率值之间的任何值(例如约-0.05mm-1至约0.05mm-1、约-0.02mm-1至约0.005mm-1、约-0.05mm-1至基本上为零、或约基本上为零至约0.05mm-1)。曲率可指表面的曲率。表面可为硬化材料层(例如第一层)。表面可为3D物体(或其任何层)。
曲线在一个点处的曲率半径“r”是在该点处最接近曲线的圆弧半径的量度(例如图17，1716)。曲率半径是曲率的倒数。在3D曲线(在本文中也称为“空间曲线”)的情况下，曲率半径是曲率矢量的长度。曲率矢量可包括具有特定方向的曲率(例如曲率半径的倒数)。例如，特定方向可为到平台的方向(例如在本文中被指定为负曲率)、或远离平台的方向(例如在本文中被指定为正曲率)。例如，特定方向可为朝向重力场方向的方向(例如在本文中被指定为负曲率)、或与重力场方向相反的方向(例如在本文中被指定为正曲率)。曲线(在此也称为“弯曲的线”)可为类似于无需为直的线的物体。线可为其中曲率基本上为零的曲线的特殊情况。基本上零曲率的线具有基本上无穷大的曲率半径。曲线可表示弯曲平面的横截面。线可表示平坦(例如平面)平面的横截面。曲线可在二维(例如平面的垂直横截面)或三维(例如平面的曲率)中。
在一些实施例中，冷却分块包括将冷却构件(例如散热器)引入加热区域。图1显示了设置在材料床104的暴露(例如顶)表面119上方的冷却构件113的例子。冷却构件可垂直、水平或以一定角度(例如平面或复合)平移。平移可手动控制和/或由控制器控制。平移可在3D打印期间。冷却构件可与控制器可操作地联接。铺设能量源(例如图1，114)、第一扫描能量源、第二扫描能量源和/或冷却构件可垂直、水平或以一定角度(例如平面或复合)平移。平移可手动控制和/或由控制器控制。平移可在3D打印的至少一部分期间。在一些实施例中，能量源是静止的。铺设能量源、第一扫描能量源和/或第二扫描能量源可与控制器可操作地联接。铺设能量源、第一扫描能量源、第二扫描能量源和/或冷却构件可由扫描仪平移。冷却构件可控制(例如阻止)在暴露的3D物体的某些部分(例如暴露的硬化材料层)中的热累积。加热在特定区域中的靶表面上的分块可控制(例如调节)暴露的3D物体的某些部分(例如硬化材料的暴露层)中的热累积。
闪速加热、深铺设和/或浅铺设方法还可包括预热材料床。预热材料床可随后需要较少的功率，以借助于铺设能通量和/或扫描能量束(例如第一和/或第二)来转化靶表面的暴露表面的至少一部分。预热和/或冷却材料床可从材料床的上方、下方和/或侧面开始。冷却构件可帮助维持材料床的温度和/或阻止转化(例如熔化或结块)材料床内和/或(例如在3D物体的任何空腔内)的预转化的材料。
控制可包括闭环控制或开环控制(例如基于包括算法的能量计算)。闭环控制可包括反馈控制或前馈控制。该算法可考虑一个或多个温度测量(例如，如本文公开的)、计量测量、3D物体的至少一部分的几何形状、3D物体的至少一部分的热耗尽/导电率概况、或其任何组合。控制器可调制照射能量和/或能量束。该算法可考虑物体的预校正(即，物体预打印校正，OPC)，以补偿最终3D物体的任何失真。该算法可包括形成校正变形物体的指令。该算法可包括应用于所需3D物体的模型的修改。修改(例如校正变形，例如物体预打印校正)的例子可在以下中找到：于2015年10月9日提交的美国临时专利申请序列号62/239,805、以及于2016年5月27日提交的PCT专利申请序列号PCT/US16/34857，所述两个专利申请均以引用的方式整体并入本文。控制可为在美国临时专利申请序列号62/297,067和62/401,534中公开的任何控制，所述两个美国临时专利申请均以引用的方式全文并入本文。
本文描述的用于生成一个或多个3D物体的方法可包括：在外壳中设置预转化的材料(例如粉末)层；向材料层的一部分提供(例如照射)能量(例如根据路径)；通过利用所述能量来转化预转化的材料层的一部分的至少区段，以形成经转化的材料；任选地允许经转化的材料硬化成硬化材料；并且任选地重复步骤a)至d)，以生成一个或多个3D物体。外壳可包括平台(例如基材和/或基部)。外壳可包括容器。3D物体可与平台相邻(例如在其上方)打印。预转化的材料可通过材料分配系统设置在外壳中，以在外壳内形成预转化的材料层。设置材料可通过平整机构平整。预转化的材料在外壳中的设置可形成材料床。平整机构可包括平整步骤，其中所述平整机构不接触材料床的暴露表面。材料分配系统可包括一个或多个分配器(例如图1，116)。材料分配系统可包括至少一种材料(例如本体)储库。材料可通过层分配机构(例如重涂器)设置。层分配机构可无需接触粉末床(例如粉末床的顶表面)使分配的材料平整。层分配机构可包括任何层分配机构(例如图1，116)、材料去除机构(例如118)和/或平整机构(例如117)，其公开于名称为“APPARATUSES，SYSTEMS AND METHODS FOR3D PRINTING”的专利申请序列号PCT/US15/36802中，所述专利申请于2015年6月19日提交，并且以引用的方式全文并入本文。层分配机构可包括材料分配机构、材料平整机构、材料去除机构或其任何组合。在一些实施例中，预转化的材料可在相同运行期间(例如当其平整材料床中的材料层时)由层分配机构序贯地添加且平整。例如，在层分配机构沿着材料床的一个前进过程中，层分配器可将材料分配到(或形成)材料床内，随后将所述分配的材料平整(例如无需接触材料床的顶表面)，分配更多的材料(例如当层分配机构沿着材料层平移时)，并且随后将更多的材料平整等。层分配机构可在它完成材料床的一次横向扫掠时执行一个、两个或更多个材料分配步骤。层分配机构可在它完成材料床的一次横向扫掠时执行一个、两个或更多个材料平整步骤。层分配机构可在它完成材料床的一次横向扫掠时执行一个、两个或更多个材料去除步骤。层分配机构可在它完成材料床的一次横向扫掠时执行一个、两个或更多个材料分配步骤。材料床的横向扫掠可为从材料床的一个边缘到材料床的相对(例如横向相对)边缘的材料床扫掠。
图1显示了包括材料分配机构116、平整机构117和材料去除机构118的层分配机构的例子(116和118中的白色箭头指定其中预转化的材料流入/流出材料床104的方向)。图13显示了包括材料分配机构1305、平整机构(包括1306和1304)和材料去除机构1303的层分配机构的另一个例子，其中三个机构1305、1306&1304和1303是连接的(例如1301和1302)。层去除机构和/或层分配机构可包括一个或多个喷嘴。在图13的例子中，1312描绘了包括三个开口1314、1315和1316的喷嘴的例子，材料(例如预转化的材料)可通过所述开口被吸引(例如拉动或流动)到喷嘴内(例如沿着箭头1317、1318和1319)。材料进入层去除机构内的流动可包括层流。材料从材料床到层去除机构内的流动可处于向上的方向(例如针对重力中心和/或远离平台)。
层分配机构可包括材料(例如粉末)去除机构(例如1303)，其包括一个或多个开口。该一个或多个开口可包括在喷嘴中。喷嘴可包括可调节开口(例如由控制器调节)。喷嘴开口相对于材料床的暴露表面的高度可为可调节的(例如由控制器调节)。材料去除机构可包括材料可至少暂时累积在其中的储库。排空的材料可包含通过材料去除机构排空的预转化的材料。排空的材料可包括不形成3D物体的经转化的材料。图14显示了包括喷嘴1404的材料去除机构的例子，材料通过所述喷嘴1404从材料床1407流入储库1403内。在图14的例子中，储库通过通道(例如管)1402连接到吸引力源1401(例如真空泵)。喷嘴本体的至少一个部分可为可调节的。在一些实施例中，喷嘴本体的至少一个部分在垂直、水平或角度方向上(例如相对于材料床的暴露表面和/或构建平台)是可调节的。喷嘴可由一个或两个厚部分(例如，其中至少一个是可移动的)形成。厚区段可允许喷嘴的内部容积被两个相对的侧壁密封(例如，而不形成间隙)，所述两个相对的侧壁与材料去除机构的移动轴线平行设置，并且跨越至少一个厚区段的最大允许移动(例如沿着1405和/或1406)。材料去除机构(例如，包括喷嘴和内部储库)可垂直、水平和/或以一定角度(例如沿着1409)平移。平移可在3D打印的至少一部分(例如使材料床的暴露表面平坦化)之前、之后和/或期间。在图14的例子中，喷嘴本体的一个或两个部分在如由箭头1405和1406指示的垂直、水平或角度方向上(例如相对于材料床的暴露表面和/或构建平台)是可调节的。喷嘴可包括可调节的开口(例如由控制器控制)。喷嘴开口相对于材料床的暴露表面的高度可为可调节的(例如由控制器控制)。材料去除机构可包括材料(其通过材料去除机构排空)可至少暂时累积在其中的储库。控制可包括调节和/或引导。
材料去除机构的开口(例如，其横截面)的FLS(例如喷嘴直径)可为至少约0.1mm、0.4mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、5mm、7mm或10mm。材料去除机构的开口的FLS(例如喷嘴直径)可为至多约0.1mm、0.4mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、5mm、7mm或10mm。材料去除机构的开口的FLS(例如喷嘴直径)可具有在上述值之间的任何值(例如约0.1mm至约7mm、约0.1mm至约0.6mm、约0.6mm至约0.9mm、约0.9mm至约3mm、或约3mm至约10mm)。
喷嘴可包括材料入口开口，材料通过所述材料入口开口从材料床(例如1408)进入喷嘴内(例如沿着箭头1404)。喷嘴可为文丘里喷嘴。开口可包括狭窄部分(例如“瓶颈”)。有时，狭窄部分在喷嘴的入口处(例如图15，1520)。有时，狭窄部分远离开口(例如图14，1408，狭窄开口由“d1”指定)。有时，开口的FLS(例如直径)大于喷嘴内狭窄部分的FLS。有时，开口的FLS是喷嘴的狭窄部分。狭窄部分的FLS可为恒定或可变的。狭窄部分的FLS可机械地、电子地、热地、液压地、磁性地或其任何组合地变化。
喷嘴可为对称或不对称的。喷嘴的垂直和/或水平横截面可为不对称的。例如，喷嘴内部的垂直横截面可揭示其不对称性。不对称性可在喷嘴由其组成的材料中。不对称性可通过至少一个对称轴的缺乏来体现。例如，n倍旋转轴的缺乏(例如Cn对称轴的缺乏，其中n等于至少2、3或4)。例如，至少一个对称平面的缺乏。例如，反对称的缺乏。在一些实施例中，喷嘴包括对称平面，但缺乏旋转对称。在一些实施例中，喷嘴缺乏旋转对称轴和对称平面两者。对称轴可基本上垂直于材料床的暴露表面的平均表面、构建平台或与引力方向正交的平面。对称轴可在相对于材料床的暴露表面的平均表面、构建平台、与引力方向正交的平面、其任何组合的0度至90度之间的角度。喷嘴可具有弯曲的形状。喷嘴可具有扭曲的形状。弯曲的形状可遵循函数。函数可为指数或对数的。函数可为圆或抛物线的一部分。弯曲的形状可大致类似字母“L”或“J”。弯曲的形状可为平滑弯曲的形状。弯曲的形状可为曲线形状。图15显示了各种喷嘴1501、1503、1505、1511、1513和1415的垂直横截面的例子。在一些例子中，材料流入或流出喷嘴。箭头1502、1504、1506、1512、1514和1516显示了其中材料从材料床(例如分别为1507或1517)流入适当喷嘴内的方向的例子。喷嘴1505和1515分别显示了喷嘴的对称横截面的例子，分别具有沿着箭头1506和1516的镜像对称轴。喷嘴1503、1501显示了喷嘴的非对称横截面的例子，因为该横截面缺乏对称轴。喷嘴可为在水平和/或垂直方向上的长喷嘴(例如真空喷嘴)。喷嘴可为对称或不对称的。对称轴可在喷嘴的水平和/或垂直横截面中。图15显示了描绘为垂直横截面的喷嘴的例子。喷嘴1503显示了在垂直方向上较长的喷嘴的例子。喷嘴1515的对称轴可沿着箭头1516。喷嘴可为真空喷嘴。喷嘴在其操作(例如抽吸)期间可包括层流或湍流。喷嘴的两个侧面(例如喷嘴的两个垂直侧)之间的层流量级可相同或不同。不对称喷嘴的两个侧面(例如喷嘴的两个不对称垂直侧)之间的层流量级可相同或不同。喷嘴内的气流(例如在其操作期间)可包括层流。喷嘴内的气流(例如在其操作期间)可包括湍流。暴露表面和喷嘴入口之间的气流(例如在其操作期间)可包括层流。暴露表面和喷嘴入口之间的气流(例如在其操作期间)可包括湍流。湍流可为所需湍流。喷嘴内气体的流率(例如抽吸功率)可取决于微粒材料(例如形成粉末床的颗粒)的尺寸和/或质量。
在一些实施例中，利用力源将预转化的材料(例如粉末)吸引到材料去除机构的开口端口，并且以基本上水平的流动在材料床上方流动。图33显示了材料去除机构的例子，并且示出了预转化的材料朝向开口端口3300的水平流动S1。材料床上方的预转化的材料的基本上水平的流动可相对于材料床的位置(例如相对速度)。朝向材料去除构件的开口端口的基本上水平的流动的相对速度(例如速率)可为至少0.5米每秒(m/sec)、1m/sec、2m/sec、3m/sec、4m/sec、5m/sec、6m/sec、7m/sec、8m/sec、9m/sec、10m/sec、20m/sec、30m/sec、40m/sec或50m/sec。朝向材料去除构件的开口端口的基本上水平的流动的相对速度可为上述速度值之间的任何速度(例如约0.5m/sec至约50m/sec、约1.5m/sec至约3m/sec、约3m/sec至约6m/sec、约6m/sec至约10m/sec、或约10m/sec至约50m/sec)。
在一些实施例中，微粒材料(例如粉末)被吸引到材料去除机构的开口端口，并且以基本上垂直的流动朝向材料床上方的位置流动。图33显示了材料去除机构的例子，并且示出了预转化的材料朝向开口端口3300的垂直流动S2。朝向材料去除构件的开口端口的基本上垂直流动的速度可为至少30米/秒(m/sec)、40m/sec、50m/sec、60m/sec、70m/sec、80m/sec、90m/sec、100m/sec、200m/sec、300m/sec、400m/sec、500m/sec、600m/sec或700m/sec。朝向材料去除构件的开口端口的基本上垂直的流动的速度可为在上述速度值之间的任何速度(例如约30m/sec至约700m/sec、约30m/sec至约60m/sec、约60m/sec至约500m/sec、约60m/sec至约100m/sec、或约100m/sec至约700m/sec)。
在一些实施例中，垂直流动的速度大于水平流动的速度。垂直流动的速度可为水平流动速度的至少约1.5*、2*、2.5*、3*、4*、5*、6*或10*(即，倍)。垂直流动的速度可为在上述值之间的任何值(例如约1.5*至约10*、约1.5*至约2.5*、约2.5*至约5*、或约5*至约10*(即，倍)水平流动的速度)。
预转化的(例如粉末)材料进入(例如真空)喷嘴内的(例如层)流可产生低压区域，其依次又可生成垂直力，所述垂直力将导致作用于预转化的(例如微粒)材料(例如在材料床的暴露表面处)的水平力。由于喷嘴的操作，材料床(例如，其暴露表面)中的预转化的材料可遵从伯努利原理。
在一些实施例中，喷嘴通过间隙(例如垂直距离，图33，3312)与材料床的暴露表面分开。间隙可包含气体。气体可为大气间隙。喷嘴的开口端口的间隙和/或FLS(例如直径)的程度可为可改变的(例如在3D打印之前、3D打印之后和/或3D打印期间)。例如，在材料去除机构的操作期间可发生喷嘴开口中的变化。例如，该变化可在3D打印开始之前发生。例如，该变化可在3D物体形成期间发生。例如，该变化可在硬化材料层形成期间发生。例如，该变化可在转化预转化的(例如粉末)材料层的一部分之后发生。例如，该变化可在设置预转化的材料的后续层之前发生。例如，该变化可在层分配机构(例如材料去除机构是其部分)沿着材料床的暴露表面的前进期间发生。前进可平行于材料床的暴露表面。前进可为横向前进(例如从材料床的一侧到材料床的相对侧)。在一些实施例中，喷嘴的开口端口的间隙和/或FLS(例如直径)的程度在以下形成之前、以下形成之后和/或以下形成期间可不变：3D物体、硬化材料层，经转化的材料或其任何组合。喷嘴的开口端口的间隙和/或FLS(例如直径)的程度在以下形成期间可不变：3D物体、硬化材料层，经转化的材料或其任何组合。从靶表面的暴露表面到喷嘴的入口开口(例如3312)的间隙的垂直距离可为至少约0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。间隙与粉末床的暴露表面的垂直距离可为至多约0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或20mm。间隙与粉末床的暴露表面之间的垂直距离可为在上述值之间的任何值(例如约0.05mm至约20mm、约0.05mm至约0.5mm、约0.2mm至约3mm、约0.1mm至约10mm、或约3mm至约20mm)。
材料去除机构的速率(例如速度)可改变。预转化的(例如粉末)材料通过其经由材料去除系统从材料床去除的速率可改变。通过材料去除机构(例如通过喷嘴)对设置在材料床中的预转化的材料(例如粉末)施加的力可改变。该改变可在以下形成之前、以下形成之后和/或以下形成期间：3D物体、硬化材料层，经转化的材料或其任何组合。该改变可在3D物体、硬化材料层、经转化的材料或其任何组合形成期间。
图28A-C和29A-E示意性地描绘了作为材料去除机构的部分、用于去除预转化的材料的各种机构的仰视图。图28A示意性地描绘了具有细长材料入口开口端口2812的材料去除机构2811的仰视图，所述材料去除机构将2815连接到通道2814，预转化的材料通过所述通道2814离开材料去除机构。图28B示意性地描绘了具有多个预转化的材料(例如粉末)入口开口端口(例如2822)的歧管(例如2823)的材料去除构件的仰视图。图28C示意性地描绘了集成材料分配-去除构件，其具有材料入口开口端口(例如2832)和材料出口开口端口(例如2833)。材料去除机构的其它例子可在专利申请序列号PCT/US15/36802中找到，所述专利申请全部以引用的方式全文并入本文。
图29A示意性地描绘了材料去除机构的仰视图，所述材料去除机构具有细长材料入口开口端口2912和具有三角形水平横截面的内部区室2911。图29B示意性地描绘了材料去除构件的仰视图，所述材料去除构件具有多重预转化的材料入口开口端口(例如2922)和具有蛋形横截面的内部区室2921。图29C示意性地描绘了材料去除构件的仰视图，所述材料去除构件具有多个预转化的材料(例如粉末)入口开口端口(例如2932)和具有梯形水平横截面的内部区室2931。图29D示意性地描绘了材料去除构件的仰视图，所述材料去除构件具有预转化的材料入口开口端口(2942)和具有变窄螺旋(narrowing helix)(例如变窄螺旋(narrowing screw))的横截面的内部区室2941。在一些实施例中，横截面是水平横截面。在一些例子中，水平横截面跨越靶表面的(例如大致)宽度或长度(例如图27)。在一些例子中，水平横截面小于靶表面的(例如大致)宽度或长度。在一些例子中，水平横截面超过靶表面的(例如大致)宽度或长度。图29E示意性地描绘了材料去除构件的仰视图，所述材料去除构件具有预转化的材料入口开口端口(2952)和具有管状螺旋(例如阿基米德螺旋)的水平横截面的内部区室2941。
喷嘴可为在水平方向上的长喷嘴(例如真空喷嘴)。长喷嘴在本文中可称为细长喷嘴。图28A显示了在水平方向上的细长喷嘴的例子，所述细长喷嘴具有水平伸长的材料入口端口2812。在一些例子中，喷嘴跨越材料床的宽度或长度的至少一部分。在一些例子中，喷嘴跨越小于材料床的宽度或长度。图27显示了宽度和长度的例子。喷嘴可大致跨越材料床的宽度或长度。喷嘴可为对称或不对称的。对称轴可为水平和/或垂直的(例如基本平行于平台)。
材料去除构件开口端口(例如喷嘴入口)的横截面可为矩形(例如2912、2932)或椭圆形(例如2922)。矩形开口可为正方形。椭圆形开口可为圆形(例如2832)。材料去除构件开口端口(例如喷嘴入口)的截面可包括曲率(例如弯曲的边缘)或直线(例如直的边缘)。开口端口横截面的FLS(例如宽度与长度)可具有至少1∶2、1∶10、1∶100、1∶1000、1∶1000或1∶10000的纵横比。
材料去除构件可包括连接器。连接器可连接到电源(在本文中称为“电源连接器”)。连接器可连接到储库。连接器可连接到储库和电源连接两者。图28B显示了连接器2825的例子。电源可为气流(例如压缩气体或真空)、静电力和/或磁力源。连接器可允许流体连接(例如使得预转化的材料可流过)。图28C显示了流体连接2834(例如与电源)的例子。连接器可允许预转化和/或经转化的材料的小部分(small bits)流过(例如图28B，2824)。连接器可允许气体流过。连接器可包括与通道的连接(例如图28A，2814)。通道(例如管)可为柔性或非柔性的。连接器的例子在2815、2825、2835、2915、2925、2935、2945和2955中显示。通道的例子在2814、2824、2834、2914、2924、2934、2944和2954中显示。
在一些例子中，材料去除构件包括内部区室。内部区室可为预转化的材料收集区室。例如，内部区室可为粉末收集区室或液体收集区室。内部区室可连接(例如流体连接)到电源(例如通过连接器和通道)。内部区室可包括连接器。图28A显示了连接器2815的例子。内部区室可(例如流体地)连接到一个或多个喷嘴。内部区室可(例如流体地)连接到一个或多个喷嘴和电源和/或储库。内部区室可为对称或不对称的。对称性或不对称性可在水平和/或垂直方向上。内部区室可包括圆柱形、圆锥形、箱形、椭圆形、蛋形或螺旋形。横截面(例如水平和/或垂直)可包括三角形(例如2911)、椭圆形、矩形(例如2811)、平行四边形、梯形(例如2931)、蛋形横截面(例如2921))、螺旋横截面(例如2941或2951)、星形、镰刀形或新月形。横截面(例如水平和/或垂直)可包括凹形或凸形。图28B显示了具有矩形横截面2821的内部区室的例子。内部区室的长轴可基本上平行于平台。内部区室的短轴可基本上垂直于平台。内部区室可包括曲率。内部区室可包括弯曲的平面。内部区室可包括平面(例如非弯曲或平坦的)平面。内部区室的水平横截面可为对称的(例如矩形)或不对称的(例如三角形)。内部区室可朝向连接器(例如2915)变宽(例如2916)。内部区室可远离连接器变窄(例如2913)。内部区室的形状可允许通过材料去除构件的喷嘴沿着其水平跨度基本上均匀的去除(例如抽吸)预转化的材料。内部区室的内部形状可朝向与连接器的远侧位置变窄。变窄可为逐渐或非逐渐的。变窄可为线性、对数或指数的。材料去除构件的内部区室可具有允许预转化的材料在区室内移动的形状。预转化的材料在区室内的移动可包括层状或弯曲移动。弯曲移动可包括螺旋状移动。弯曲移动可包括螺旋移动。内部区室可具有螺旋、螺旋状或螺杆的内部形状。螺杆可为变窄螺杆、圆柱形螺杆或其任何组合(例如家用型螺杆或阿基米德螺杆)。从下方观察，喷嘴的开口端口可与内部区室水平重叠(例如，如例如图28A中所示的中心下方)，或者不重叠。在一些实施例中，喷嘴的开口端口通过间隙(例如图33，3313)与内部区室水平分开。电源、储库和/或内部区室相对于材料床可为静止或平移的。材料去除机构(或其任何部件)可相对于材料床平移。例如，材料去除机构可为静止的，并且材料床可为平移的。例如，材料去除机构可平移，并且材料床可为静止的。例如，材料去除机构和材料床两者均可为平移的(例如，在相同方向上、在相反方向上和/或以不同的速度)。
在一些实施例中，内部区室、开口端口和/或喷嘴的形状减少了预转化的材料在朝向电源行进时的湍流。内部区室、开口端口和/或喷嘴的形状可基本上阻止预转化的材料在朝向电源行进时的湍流。内部区室、开口端口和/或喷嘴的形状可促进预转化的材料在朝向电源行进时的螺旋状和/或螺旋流动。内部区室、开口端口和/或喷嘴的形状可促进预转化的材料在朝向电源行进时的层流。
在一些实施例中，来自材料床的预转化的材料通过材料入口端口重新定位到材料去除机构内。重新定位可由吸引力(例如真空、静电力和/或磁力)诱导。重新定位可被主动诱导。主动诱导可通过气流(例如正或负)、磁力和/或静电力。通过入口端口(例如喷嘴开口)进入的重新定位的预转化的材料可行进到内部区室内。重新定位的预转化的材料可朝向电源行进通过内部区室。重新定位的预转化的材料可朝向电源行进通过开口(例如入口)端口。重新定位的预转化的材料可朝向电源行进通过开口(例如入口)端口进入储库内。重新定位的预转化的材料可在储库中累积。储库中的重新定位的预转化的材料可被再循环且再使用(例如通过材料分配机构)，以提供材料床的至少一部分。再循环可在以下形成之前、以下形成之后和/或以下形成期间：3D物体、硬化材料层，经转化的材料或其任何组合。储库可水平地设置在材料去除构件的入口开口端口(例如喷嘴入口开口)的上方、同一平面或下方。
材料去除机构的多重开口端口(例如材料入口端口或喷嘴开口端口)可以组(例如2823)、阵列、单行(例如2932)、交错行(例如2923和2924)、随机或其任何组合布置。材料去除机构的开口端口可为单个开口端口或多重开口端口。
在一些实施例中，预转化的材料在材料去除机构的内部区室中累积。材料通过其进入材料去除机构的开口端口可远离其中预转化的材料在内部区室中累积的位置。远离可为垂直和/或水平远离。远离可为远侧。远离可在基本上阻止预转化的材料流回它通过其进入的开口端口(例如，并且回到材料床中)的位置中。远离可在允许预转化的材料截留在内部区室中并且不落回到材料床(例如通过开口端口)的位置中。远离可在允许预转化的材料流入储库内的位置。图33显示了具有喷嘴3302的材料去除机构的侧视图的例子，预转化的材料通过所述喷嘴3302朝向材料去除机构的内部区室3303向内3301流动。喷嘴3302仅是代表任何喷嘴的一个例子(例如图15)。在图33中所示的例子中，预转化的材料朝向连接件3305流动(例如，在螺旋运动3304中)。连接件可将内部区室连接到储库3307(例如通过通道(例如软管)3306)。连接件可将内部区室连接到力源3309(例如通过通道(例如软管)3310)。内部区室3310仅是代表任何内部区室的一个例子(例如图28A-C或图29A-E)。力源可连接到内部区室、储库或两者。水库可直接或间接连接到内部区室。内部区室可直接或间接连接到喷嘴。在一些例子中，喷嘴具有入口端口3300，预转化的材料通过所述入口端口3300进入材料去除机构。材料去除机构可通过间隙(例如3312)与材料床的暴露表面(例如3315)分开。在一些例子中，材料去除机构接触材料床。例如，开口可接触材料床的暴露表面。材料去除机构可沿着材料床横向(例如3314)平移。例如，在一些实施例中，在材料分配机构在由靶表面(例如材料床)占据的区域外部的同时，材料去除机构的内部区室中的预转化的材料(例如，和/或碎屑)被排空(例如使用第二力源)。可选择第一力源，使得它不能(例如基本上)排空内部区室中的预转化的材料(例如，和/或碎屑)。在一些实施例中，选择内部区室的尺寸和/或形状，使得在使靶表面平坦化的同时，从靶表面排空的预转化的材料(例如，和/或碎屑)不使通过第一力源的排空操作负担过重。在一些实施例中，选择第二力(例如，和/或第二力源)，使得在使靶表面平坦化的同时，从靶表面排空的预转化的材料(例如，和/或碎屑)不使通过第一力源的排空操作负担过重。在一些实施例中，选择第一力(例如，和/或第一力源)，使得在使靶表面平坦化的同时，从靶表面排空的预转化的材料(例如，和/或碎屑)不使通过第一力源的排空操作负担过重。第二力可包括压缩和减压。例如，当力源是泵(例如蠕动泵)时，泵使在其一端上的气体加压，以及在其另一端处的减压。一个泵端(例如形成加压气体)可与内部区室的一侧(例如1028)可操作地联接，而另一泵端可与内部区室的另一侧(例如1029)可操作地联接。联接可为直接或间接的。
图10A显示了材料去除机构1001的侧视图的例子，所述材料去除机构1001可垂直、水平和/或以一定角度(例如1002)平移。如由虚线箭头所示，来自靶表面1003的预转化的材料和/或碎屑通过喷嘴1006被力源1004(例如真空泵)吸引到内部区室1005内。在材料去除构件的平坦化操作期间，被吸引的预转化的材料和/或碎屑在内部区室1007的一部分中累积。在通过材料去除机构的至少一次平坦化操作之后，可去除累积的预转化的材料和/或碎屑。它们的去除可利用第二力源(例如1010)，例如加压气体，其通过入口开口(例如1008)注入，并且通过出口开口(例如，其与该入口开口相对)排出，并且允许累积的预转化的材料通过通道(例如1009)流出。
图10B显示了材料去除机构1020的前视图的例子，所述材料去除机构1020可相应地垂直、水平和/或以一定角度1002平移。如虚线向上指向箭头所示，来自靶表面1023的预转化的材料和/或碎屑通过喷嘴1026被力源1024吸引到内部区室1025内。在通过材料去除机构的至少一次平坦化操作之后，可去除累积的预转化的材料和/或碎屑。它们的去除可利用第二力源(例如1030)，例如加压气体，其通过入口开口(例如1028)注入，并且通过出口开口(例如1029，其与该入口开口相对)排出，并且允许累积的预转化的材料通过通道(例如1031)流出。它们的去除可任选地或另外地利用与第二力源相反的第三力源(例如在类型和/或量方面)，所述第三力源从内部区室中去除(例如，或帮助去除)累积的预转化的材料。例如，第三力源可(例如直接或间接地)联接到开口1029。放出的预转化的材料和/或碎屑可在处理站1032中处理。处理站可包括分离、分选或修复。例如，它可被分离(例如使用材料分离器)。材料分离器可包括过滤器(例如筛和/或膜)、分离柱和/或旋风分离器。例如，它可关于材料类型和/或尺寸进行分选。例如，它可使用分类气载材料(例如液体或微粒)材料的气体分类器来分选。例如，使用空气分类器。例如，使用粉末气体分类器。修复可包括去除在任何微粒材料上形成的氧化物层。修复可包括物理和/或化学修复。物理修复可包括消融、溅射、打磨或机械加工。化学修复可包括还原。放出的(和/或经处理的)预转化的材料可在储库1033中累积。储库1033中累积的材料可在3D打印中(例如通过材料分配机构)再循环和/或再使用。
材料去除机构可任选包括平衡腔室(例如，显示为侧视图1011和前视图1031)。平衡腔室可使平衡腔室内的气体压力平衡，以从其一侧(例如3355)到其相对侧(例如1034)(例如基本上)相等，使得当材料去除构件从靶表面吸引预转化的材料时，对该预转化的材料施加的力沿着(i)材料分配机构喷嘴(例如1036)开口的宽度(例如1036)和/或(ii)靶表面(例如1023)的宽度(例如基本上)相等。
力源可通过一个或多开口连接到内部区室(例如任选地通过平衡腔室)。连接可通过刚性和/或柔性通道。通道可具有变窄或恒定的横截面。连接可通过一个或多个狭缝。开口可为(例如基本上)恒定和/或变化的。例如，更接近力源的位置可具有比更远离力源的位置更窄的开口。
图11A显示了力源1101的前视图的例子，所述力源1101通过通道1103连接到材料去除机构的腔室1102(例如平衡腔室或内部区室)。被吸引的材料和/或气体的流动由图11A中的虚线箭头示意性地显示。腔室可包括空气动力学形状(例如1102)。向上流动的气体和/或材料可在与靶表面和/或重力中心相反的方向上，向上流动通过一个(例如图11B，1121中所示)或多个(例如图11D，1141)材料和/或气体开口。材料和/或气体开口可为狭缝。一个或多个材料和/或气体开口可为：(i)喷嘴的开口(例如图10，1012)、(ii)内部区室(例如1005)和压力平衡腔室(例如1011)之间的开口(例如1013)、(iii)气体平衡腔室(例如1011)和力源(例如1004)之间的开口(例如1014)、(iv)内部区室(例如图14，1403)和力源(例如1401)之间的开口(例如在不存在压力平衡腔室的情况下)。
图11C显示了力源1131的前视图的例子，所述力源1131通过多个通道(例如1133)连接到材料去除机构的腔室1132(例如平衡腔室或内部区室)。被吸引的材料和/或气体的流动由图11C中的虚线箭头示意性地显示。通道的横截面可为矩形(例如1121，例如正方形)或椭圆形(例如圆形，例如1141)。通道的横截面可为卵形。图11D显示了在横截面中相等的材料和/或气体开口的仰视图的例子。图11F显示了在横截面中不相等的材料和/或气体开口的仰视图的例子。力源可包括一个(例如1104)或多个(例如1134)开口。力源可连接到通道束。图11E显示了通道束横截面1142的例子。束中的通道可进一步远离力源分离，并且(例如分别地)连接到材料去除机构的内部区室和/或压力平衡腔室。图11E显示了具有通道束与之连接的出口开口1163的力源1161的例子，所述通道是分开的(例如1164)并且分别在材料和/或气体开口1165中连接到内部区室或压力平衡腔室1162。在图11E中，材料和/或气体开口在横截面中是变化的。图11F显示了在横截面中是变化的材料和/或气体开口的仰视图。气体平衡腔室和/或材料和/或气体开口的变化位置和/或形状(例如FLS)可促进沿着喷嘴开口的同质压力分布。喷嘴入口开口(例如图29A，2912)的水平横截面的面积是材料去除机构的内部区室(例如图33，3303)的垂直横截面的至少约2倍(“*”)、3*、5*、10*、15*、30*或50*。例如，喷嘴入口开口例如显示于图33，3300中。
在一些实施例中，内部区室可连接到一个或多个力源。例如，内部区室可连接到两个力源。例如，内部区室可连接到真空源和加压空气源。被吸入内部区室内的经转化的材料可停留在那里(例如在那里截留)。例如，弯曲表面3320可促进将预转化的材料集中在内部区室内。该集中材料可以最低限度(例如不)阻碍吸引后续预转化的材料进入内部区室的方式进行设置。在一些实施例中，进入内部区室的预转化的材料(和/或碎屑)占据至多约50％、40％、20％、10％或10％的内部区室体积。在一些实施例中，使用第一力源将预转化的材料吸入内部区室内，并且使用第二力源从内部区室中排出，所述第二力源在其强度和/或类型方面不同于第一力源。从内部区室排出预转化的材料(和/或碎屑)可在靶表面通过材料去除机构的平坦化操作期间、之前和/或之后。例如，材料去除机构可在使用真空抽吸粉末材料的同时使粉末床层平坦化，所述抽吸的粉末材料在内部腔室中累积；并且在平坦化操作之后，加压空气流入内部区室(例如伴随或不伴随阻断喷嘴开口)内，并且排空累积的粉末材料(例如通过开口3305)。加压空气可被导向出口开口(例如3305)。在一些实施例中，在累积的粉末材料已从内部区室去除之后，材料去除机构准备好抽吸新的粉末材料层并使其平坦化。
在一些实施例中，材料去除机构的操作包括使预转化的材料(例如微粒材料)与气体(例如，其中携带预转化的材料的气体)分离，而无需使用一种或多种过滤器。例如，材料去除机构的操作可包括涡流分离(例如使用旋风分离器)。例如，材料去除机构的操作可包括离心分离(例如使用旋风分离器)。图16显示了材料去除机构的内部区室1625的例子。在一些实施例中，材料去除构件的内部区室包括旋风分离器。在一些实施例中，材料去除机构包括旋风分离器。在一些实施例中，材料去除机构包括旋流分离。材料去除机构的操作可包括重力分离。材料去除机构的操作可包括预转化的材料和/或碎屑(例如在材料去除机构的内部区室中)的旋转。
在一些实施例中，被吸引到力源的预转化的材料停留在材料去除机构的内部区室的底部。底部可朝向重力中心、和/或朝向靶表面。力源可为可连接到内部区室(例如在顶部位置，例如1624处)的真空源。预转化的材料可从靶表面(例如1120)通过喷嘴(例如1601)被抽吸到内部区室(例如1625)内。与预转化的材料一起抽吸到内部区室(例如1615)内的气体可以旋转速度旋转，以形成旋流。内部区室可包括其长轴垂直于靶表面和/或其窄端指向靶表面(例如1620)的圆锥体。可替代地，内部区室可包括其长轴平行于靶表面和/或其窄端指向外壳的侧壁的圆锥体。气体可沿着旋风分离器的长轴以螺旋模式流入内部区室中。在此过程中，抽吸到旋风分离器内的预转化的材料(和/或碎屑)可集中在旋风分离器的壁(例如1614)上，并且受重力作用至其底部(例如1620)且在其底部累积。累积的预转化的材料(例如，和/或碎屑)可从旋风分离器的底部去除。例如，在使材料床中的预转化的材料层平坦化的一个或多个操作之后，可打开旋风分离器的底部，并且可排出内部累积的预转化的材料(例如，和/或碎屑)。在一些例子中，进入材料去除构件的内部区室的预转化的材料具有第一速率，并且朝向力源(例如1610)被吸引，所述力源通过连接器1624连接到内部区室。在其前往连接器的途中，预转化的材料可在内部区室中丧失其速度，并且沉淀在旋风分离器的底部。在一些例子中，从喷嘴进入材料去除构件的内部区室的气体材料具有第一速度，并且朝向力源(例如1610)被吸引，所述力源通过连接器1624与内部区室连接。在其前往连接器的途中，例如由于内部区室的横截面的扩大(例如直径1122小于直径1621)，气体材料可在内部区室中丧失其速度。可放置任选的障碍物(例如1616)，以加剧更接近出口开口(例如1624)的旋风分离器部分相对于更远离出口开口的那些部分之间的体积差异。
在一些例子中，次级气流可从任选的气体开口端口(例如1617)流入旋风分离器(例如1623)内。气体开口端口可与喷嘴相邻设置(例如在喷嘴相对于行进方向的相同侧(例如1603)上。气体开口端口可设置在相对于行进方向的方向上，所述行进方向与其中设置喷嘴的方向不同。次级气流可减少内部区室壁(例如1614)的内表面的磨损。次级气流可将预转化的材料从内部区室的壁朝向旋风分离器的窄端(例如，它在其中收集)推动。次级
层分配机构可包括平坦化(例如扁平化)机构。平坦化机构可包括平整机构(例如图13，1306和1304)或材料去除机构(例如1303)。层分配机构可包括材料分配机构(例如图13，1305)和平坦化机构。层分配机构可为可移动的(例如在方向1300上)。层分配机构可水平地、垂直地或以一角度移动。层分配机构可手动和/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被编程的。层分配机构的移动可为预定的。层分配机构的移动可根据算法。层分配机构可从材料床的一端(例如基本上)横向行进到相对端，以实现在材料床的暴露表面或平台上的预转化的材料的平坦化层的处置。
在一些例子中，层分配机构包括至少一个材料分配机构和至少一个平坦化机构。至少一个材料分配机构和至少一个平坦化机构可连接或断开。平整机构的叶片可为逐渐变细的。逐渐变细的叶片的例子公开于PCT/US15/36802中，所述专利以引用的方式全文并入本文。
材料分配机构可与平坦化机构(例如剪切叶片和/或真空抽吸)协同操作和/或与平坦化机构独立地操作。有时，当它们沿着材料床(例如横向地)前进时，材料分配机构(例如粉末分配器)在平整机构之前前进，所述平整机构在材料去除机构之前前进。有时，当它们沿着材料床前进时，材料分配机构可在材料去除机构之前前进。有时，当它们沿着材料床前进时，材料分配机构可在平整机构之前前进。平坦化机构可包括材料去除机构和/或平整机构。材料分配机构或其任何部分(例如，其内部储库)可自由振动。振动可由一个或多个振动器诱导。材料分配机构或其任何部分可振动，而基本上不振动平坦化机构。材料分配机构或其任何部分可振动，而基本上不振动材料去除机构和/或平整机构。材料分配机构可通过顺应式安装连接到平坦化机构。顺应式安装可允许平坦化机构与材料分配机构附接和/或从材料分配机构脱离。图34A-D显示了层分配机构的侧视图例子，所述层分配机构包括附接到平坦化机构(例如材料去除机构3413或平整机构3423)的材料分配机构(例如3411)；通过顺应式安装(例如图34A，3412和3414；以及图34B，3422和3424)附接。在一些例子中，顺应式安装包括彼此缠绕的两个分开的部分。图34D显示了顺应式安装的两种配置的例子：第一种包括3442和3444，并且第二种包括3446和3448。在其中平坦化机构包括两个部件(例如平整机构和材料去除机构)的实施例中，部件中的至少一个可通过顺应式安装连接。例如，部件中的每一个可通过顺应式安装(例如图34D)连接，或者该部件中的一个可通过顺应式安装(例如图34C)连接。
图34A显示了包括以下的层分配机构的例子：材料分配机构3411，其通过顺应式安装件3412和3414连接到材料去除机构3413；所述层分配机构设置在材料床3415上方。图34B显示了包括以下的层分配机构的例子：材料分配机构3421，其通过顺应式安装件3422和3424连接到平整机构3423；所述层分配机构设置在材料床3425上方。图34C显示了包括以下的层分配机构的例子：材料分配机构3431，其通过顺应式安装件3432和3434连接到平整机构3433，所述平整机构3433依次又(例如直接)连接(例如3436)到材料去除构件3437；所述层分配机构设置在材料床3435上方。图34D显示了包括以下的层分配机构的例子：材料分配机构3441，其通过顺应式安装件3442和3444连接到平整机构3443，所述平整机构3443依次又通过顺应式安装件3446和3448连接到材料去除机构3447；所述层分配机构设置在材料床3445上方。
层分配机构的各种部件的功能性之间的距离在本文中称为“功能间距离”。功能间距离可为至少约100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。功能间距离可为至多约1000μm、900μm、800μm、700μm、60μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm或150μm。功能间距离可为在上述值之间的任何值(例如约100μm至约1000μm、100μm至约500μm、300μm至约600μm、500μm至约1000μm)。在一些例子中，平整机构的叶片(例如，其尖端)与材料去除机构的开口端口之间的距离等于功能间距离。在一些例子中，平整机构的叶片(例如，其尖端)与材料分配机构(或材料掉落)的开口端口之间的距离等于功能距离。在一些例子中，材料分配机构(或材料掉落)的开口端口与材料去除机构的开口端口之间的距离等于功能距离。当材料从材料分配机构通过开口端口(例如出口开口端口)朝向平台(例如朝向材料床)分配时，形成材料掉落(例如图13，1307)。层分配机构的部件(例如材料分配机构、材料去除机构和/或平整机构)可均匀或不均匀地间隔开。例如，叶片(例如，其尖端)、材料去除机构的入口开口端口和材料分配机构的出口开口端口可均匀或不均匀地间隔开。
通过材料去除机构由力源施加的力可促使预转化的材料(例如粉末颗粒)的至少一部分从材料床上升(例如变成气载)，并且朝向材料去除机构的入口端口(例如喷嘴入口)行进(例如，流入)。上升的预转化的材料(或有时，不需要的经转化的材料)还可在材料去除机构内(例如在内部区室和/或喷嘴内)行进(例如流动)。流入可包括上升的预转化的材料的层状、湍流或弯曲运动。流入可朝向储库。流入可朝向力源。材料层的暴露表面与材料去除机构的入口端口(例如喷嘴入口)之间的间隙可取决于预转化的材料区段(例如微粒材料)的平均FLS和/或质量。材料床的暴露表面与材料去除机构的入口端口(例如喷嘴入口)之间的间隙可取决于微粒材料的平均FLS和/或质量。内部区室和/或喷嘴的结构使得能够从材料床中均匀去除预转化的材料。在一些例子中，由力源生成的力的量和/或其通过材料去除机构的内部区室和/或喷嘴的分布使得能够从材料床均匀去除预转化的材料。例如，内部区室和/或喷嘴的结构使得能够从材料床均匀抽吸预转化的材料。内部区室和/或喷嘴的结构可影响预转化的材料流入材料去除机构内的速度。由力源产生的力的量和/或其通过材料去除机构的内部区室和/或喷嘴的分布可影响沿着入口端口和/或沿着材料床的流入速度的同质性。
材料床的基本上平坦的暴露表面可包括暴露表面的基本上均匀的预转化的材料(例如粉末)高度。层分配机构(例如平整构件)可提供跨越材料床的暴露层的材料均匀性高度(例如粉末均匀性高度)，使得床的各部分彼此分开至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm，或具有至多约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。层分配机构可跨越材料床的暴露层提供材料均匀性，使得彼此分开在上述高度偏差值之间的任何值(例如约1mm至约10mm)的床的各部分具有约10mm至约10μm的高度偏差。如与理想的平面性相比，层分配机构可实现至多约20％、10％、5％、2％、1％或0.5％与材料床的暴露层(例如水平面)的平面均匀性的偏差。层分配机构可实现至多约150μm、130μm、100μm、70μm、50μm、40μm、30μm、2μm、10μm或5μm与材料床的暴露层(例如水平面)的平面均匀性的偏差。层分配机构可实现在上述值中任意者之间(例如约5μm至约150μm、约5μm至约50μm、约30μm至约100μm、或约100μm至约150μm)与材料床的暴露层的平面均匀性的偏差。
材料去除机构可去除材料床的至少暴露表面的至少一部分(例如整体)。至少一部分可在指定位置处(例如手动控制或由控制器控制)。例如，材料去除机构可在包括第一预转化的材料的材料床中形成凹陷(例如空隙)，所述凹陷随后可与第二预转化的材料的层或子层一起提交。第二预转化的材料可与第一预转化的材料基本上相同或不同。子层相对于其高度和/或水平横截面可较小。
层分配机构(例如材料去除机构)可促进形成具有局部不同的微结构的3D物体。局部不同的微结构可在不同的层之间或在给定的层内。例如，就其微结构而言，3D物体内的层的至少一部分可与该同一层内的另一个部分不同。微结构差异可为上述任何差异。
在一些实施例中，3D物体没有指示使用打印后处理的表面特征。在一些实施例中，3D物体包括指示使用打印后处理的表面特征。打印后处理可包括修剪过程(例如，以修剪辅助支撑件)。修剪过程可包括通过能量束(例如激光)的烧蚀、机械或化学修剪。修剪过程可为在3D打印过程(例如使用预转化的材料)完成之后进行的操作。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。
在一些实施例中，3D物体的冷却包括使用冷却剂或冷却机构(例如图1，113)。冷却机构可为主动或被动的。冷却可包括如PCT/US16/59781和U.S.62/252,330中公开的任何冷却机构或试剂，所述两个专利均以引用的方式全文并入本文。
在一些情况下，可在材料床(例如单个材料床；相同材料床)中生成一个、两个或更多个3D物体。多重3D物体可同时或序贯地在材料床中生成。例如，至少两个3D物体可并排生成。例如，至少两个3D物体可一个在另一个之上生成。例如，在材料床中生成的至少两个3D物体可在它们之间具有间隙(例如用预转化的材料填充的间隙)。例如，在材料床中生成的至少两个3D物体可彼此接触(例如，并且不连接)。在一些实施例中，3D物体一个在另一个上方独立地构建。在材料床中生成多重3D物体可允许3D物体的连续生成。
洞的FLS可为可调节或固定的。在一些实施例中，载物台包括网格。网格可为可移动的。网格的移动可手动或自动(例如通过控制器)控制。两个或更多个网格关于彼此的相对位置可确定至少预转化的材料经过洞(或多个洞)的速率。洞的FLS可为电控制的。洞的基本长度尺度可为热控制的。网格可经加热或冷却。载物台可振动(例如可控地振动)。载物台的温度和/或振动可手动或由控制器控制。载物台的洞可根据载物台的温度和/或电荷而收缩或扩张。载物台可为传导性的。网格可包括标准网眼数目为50、70、90、100、120、140、170、200、230、270、325、550或625的网格。网格可包括在上述网眼数目中任意者之间(例如50至625、50至230、230至625、或100至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。两个网格可具有其中没有预转化的材料可穿过洞的至少一个位置。两个网格可具有其中最大量的材料可穿过洞的至少一个位置。两个网格可为相同的或不同的。两个网格中的洞的大小可为相同的或不同的。两个网格中的洞的形状可为相同的或不同的。洞的形状可为本文所述的任何洞形状。
在一些实施例中，3D物体包括硬化材料层。3D物体的分层结构可为基本上重复的分层结构。在一些例子中，分层结构的每一层具有大于或等于约5微米(μm)的平均层厚度。在一些例子中，分层结构的每一层具有小于或等于约1000微米(μm)的平均层厚度。分层结构可包括相继固化熔池的各个层。层可通过设置经转化的材料的液滴或连续流而形成。相继固化熔池中的至少两个可包括选自以下的基本上重复的材料变化：晶粒取向中的变化、材料密度中的变化、化合物偏聚至晶界的程度中的变化、元素偏聚至晶界的程度中的变化、材料相中的变化、金相中的变化、材料孔隙度中的变化、晶相中的变化以及晶体结构中的变化。相继固化熔池中的至少一个可包含晶体。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池固化的一个或多个特征。分层结构可包括指示三维打印过程的使用的特征(例如，如本文公开的)。三维打印过程可包括选择性激光熔融。在一些实施例中，三维物体的基本长度尺度可为至少约120微米。
在一些实施例中，硬化材料层(或其一部分)的层具有至少约50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm的厚度(例如层高度)。在一些例子中，硬化材料层(或其一部分)具有至多约1000μm、900μm、800μm、700μm、60μm、500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、75μm或50μm的厚度。硬化材料层(或其一部分)可具有在上述层厚度值之间的任何值(例如约50μm至约1000μm、约500μm至约800μm、约300μm至约600μm、约300μm至约900μm、或约50μm至约200μm)。在一些情况下，底部蒙皮层可比后续层更薄。在一些情况下，底部蒙皮层可比后续层更厚。底部蒙皮层可具有本文对于硬化材料层公开的任何值。在一些情况下，包括分块路径的层比不使用分块路径形成(例如由能量束形成)的层更薄。在一些情况下，包括分块路径的层比不使用分块路径形成(例如由能量束形成)的层更厚。
元素碳的同素异形体可包含无定形碳、石墨、石墨烯、金刚石或富勒烯。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。陶瓷材料可包含水泥。陶瓷材料可包含氧化铝。材料可包含沙子、玻璃或石头。在一些实施例中，材料可包括有机材料，例如，聚合物或树脂。有机材料可包含烃。聚合物可包含苯乙烯。有机材料可包含碳原子和氢原子。有机材料可包含碳原子和氧原子。有机材料可包含碳原子和氮原子。有机材料可包含碳原子和硫原子。在一些实施例中，材料可排除有机材料。材料可包括固体或液体。在一些实施例中，材料可包含硅基材料，例如硅基聚合物或树脂。材料可包含有机硅基材料。材料可包含硅原子和氢原子。材料可包含硅原子和碳原子。在一些实施例中，材料可排除硅基材料。固体材料可包括粉末材料。粉末材料可由涂层(例如，有机涂层，例如有机材料(例如，塑料涂层)涂布。材料可缺乏有机材料。液体材料可被划分到反应器、囊泡或液滴内。可在成一个或多个层中划分经划分材料。材料可为包含次级材料的复合材料。次级材料可为增强材料(例如形成纤维的材料)。增强材料可包括碳纤维、 超高分子量聚乙烯或玻璃纤维。材料可包括粉末(例如，颗粒材料)或金属丝。
材料可包含粉末材料。材料可包含固体材料。材料可包含一个或多个颗粒或簇。如本文使用的，术语“粉末”一般指具有精细颗粒的固体。粉末还可指代“颗粒材料”。粉末可为颗粒状材料。粉末颗粒可包含微粒。粉末颗粒可包含纳米颗粒。在一些例子中，粉末包含具有至少约5纳米(nm)、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm或100μm的平均基本长度尺度的颗粒。包括粉末的颗粒可具有至多约100μm、80μm、75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、5μm、1μm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm或5nm的平均基本长度尺度。在一些情况下，粉末可具有在上文列出的平均颗粒基本长度尺度值中任意者之间(例如约5nm至约100μm、约1μm至约100μm、约15μm至约45μm、约5μm至约80μm、约20μm至约80μm或约500nm至约50μm)的平均基本长度尺度。
粉末可由单个颗粒组成。单个颗粒可为球形、椭圆形、棱柱形、立方形或不规则形状。颗粒可具有基本长度尺度。粉末可由均匀形状的颗粒混合物组成，使得所有颗粒都具有基本上相同的形状，以及在至多1％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、60％或70％的基本长度尺度分布内的基本长度尺度量级。在一些情况下，粉末可为非均质混合物，使得颗粒具有可变的形状和/或基本长度尺度量级。
层的至少部分可转化为经转化的材料，所述经转化的材料随后可形成硬化(例如固化)的3D物体的至少一小部分(在本文中也使用“一部分”或“部分”)。有时，转化或硬化材料层可包括3D物体的横截面(例如水平横截面)。有时，转化或硬化材料层可包含与3D物体的横截面的偏差。偏差可包括垂直或水平偏差。预转化的材料可为粉末材料。预转化的材料层(或其一部分)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(例如层高度)。预转化的材料层(或其一部分)可具有至多约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的厚度。预转化的材料层(或其一部分)可具有在上述层厚度值之间的任何值(例如约0.1μm至约1000μm、约1μm至约800μm、约20μm至约600μm、约30μm至约300μm、或约10μm至约1000μm)。
在一些实施例中，材料床内的至少一个层的材料组成不同于材料床中的至少一个其它层内的材料组成。差异(例如变化)可包括晶体或晶粒结构中的差异。变化可包括晶粒取向中的变化、材料密度中的变化、化合物偏聚至晶界的程度中的变化、元素偏聚至晶界的程度中的变化、材料相中的变化、金相中的变化、材料孔隙度中的变化、晶相中的变化或晶体结构中的变化。打印物体的微观结构可包括平面结构、胞状结构、圆柱状树枝结构或等轴树枝结构。
在一些例子中，材料床中至少一层的预转化的材料在其颗粒(例如粉末颗粒)的FLS中不同于材料床中至少一个其它层内的预转化的材料的FLS。层可包括处于任何组合的两种或多于两种材料类型。例如，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。例如，元素金属和金属合金、元素金属和陶瓷、元素金属和元素碳的同素异形体、金属合金和陶瓷、金属合金和元素碳的同素异形体、陶瓷和元素碳的同素异形体。在一些实施例中，在3D打印过程期间设置的所有预转化的材料层都具有相同的材料组成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程期间原位形成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程期间并非原位形成。在一些情况下，金属合金在转化材料床的至少一部分的过程之前形成。在多重预转化的(例如粉末)材料(例如混合物)中，一种预转化的材料可用作支撑件(即，支撑性粉末)、绝缘体、冷却构件(例如散热片)、或其任何组合。冷却构件可为62/252,330、U.S.62/317,070、62/396,584、PCT/US15/36802或PCT/US16/59781中公开的任何冷却构件，所述专利全部以引用的方式整体并入本文。
在一些情况下，材料床中的相邻部件通过一个或多个介入层彼此分开。在一个例子中，当第一层与第二层直接接触时第一层与第二层相邻。在另一个例子中，当第一层以至少一个层(例如，第三层)与第二层分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。
有时，选择预转化的材料，使得材料是用于3D物体的所需和/或在其它方面预定的材料。在一些情况下，3D物体的层包含单个类型的材料。例如，3D物体的层可包含单个元素金属类型或单个金属合金类型。在一些例子中，在3D物体内的层可包含几个类型的材料(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，每个类型的材料仅包含该类型的单个成员。例如：元素金属的单个成员(例如，铁)、金属合金的单个成员(例如，不锈钢)、陶瓷材料的单个成员(例如，碳化硅或碳化钨)或元素碳(例如，石墨)的单个成员(例如，同素异形体)。在一些情况下，3D物体的层包括超过一种类型的材料。在一些情况下，3D物体的层包括材料类型的超过一种成员。
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种金属。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。镧系元素金属可为镧、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)可包含用于行业中的应用的合金，所述行业包括航空航天(例如航空航天超合金)、喷气发动机、导弹、汽车、船舶、机车、卫星、国防、石油和天然气、能源生产、半导体、时尚、建筑、农业、印刷或医疗。金属(例如，合金或元素)可包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。
合金可包括超合金。合金可包括高性能合金。合金可包括显示出优异的机械强度、耐热蠕变变形性、良好的表面稳定性、耐腐蚀性和耐氧化性中的至少一种的合金。合金可包括面心立方奥氏体晶体结构。合金可包括哈氏合金、铬镍铁合金、沃斯帕洛伊合金、Rene合金(例如Rene-80、Rene-77、Rene-220或Rene-41)、海钠合金(例如海钠282)、Incoloy、MP98T、TMS合金、MTEK(例如MTEK级MAR-M-247、MAR-M-509、MAR-M-R41或MAR-MX-45)、或CMSX(例如CMSX-3或CMSX-4)。合金可为单晶合金。
在一些例子中，铁合金包括铁镍铬合金、铁镍钴合金、铁合金、因钢、铁氢化物、科瓦铁镍钴合金、镜铁、穿刺合金(不锈钢)或钢。在一些情况下，金属合金是钢。铁合金可包括硼铁、铈铁、铬铁、亚铁镁、锰铁、钼铁、镍铁、磷铁、硅铁、钛铁、铀铁或钒铁。铁合金可包含铸铁或生铁。钢可包含布拉特钢(Bulat steel)、铬钼钢、坩埚钢、大马士革钢(Damascussteel)、哈德菲钢(Hadfield steel)、高速钢、HSLA钢、马氏体时效钢(Maraging steel)(例如M300)、雷诺兹(Reynolds)531、硅钢、弹簧钢、不锈钢、工具钢、耐候钢或乌兹钢(Wootzsteel)。高速钢可包含马歇特钨钢(Mushet steel)。不锈钢可包含AL-6XN、合金20、斯莱丝特母(celestrium)、海洋级不锈钢、马氏体不锈钢、手术不锈钢或泽龙(Zeron)100。工具钢可包含银器钢。钢可包括不锈钢、镍钢、镍铬钢、钼钢、铬钢、铬钒钢、钨钢、镍铬钼钢或硅锰钢。钢可由任何美国汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers)(SAE)等级组成，例如440F、410、312、430、440A、440B、440C、304、305、304L、304L、301、304LN、301LN、2304、316、316L、316LN、317L、2205、409、904L、321、254SMO、316Ti、321H、17-4、15-5、420或304H。钢可包括选自由奥氏体(austenitic)、超级奥氏体、铁素体、马氏体(martensitic)、双相及沉淀硬化马氏体组成群的至少一个晶体结构的不锈钢。双相不锈钢可为节约型双相、标准双相、超双相或超超双相。不锈钢可包括手术级不锈钢(例如，奥氏体316、马氏体420或马氏体440)。奥氏体316不锈钢可包括316LVM。钢可包含17-4沉淀硬化钢(也称作630类，铬铜沉淀硬化不锈钢、17-4PH钢)。
钛基合金可包含α合金、近α合金、α和β合金或β合金。钛合金可包括1、2、2H、3、4、5、6、7、7H、8、9、10、11、12、13、14、15、16、16H、17、18、19、20、21、2、23、24、25、26、26H、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38或更高等级。在一些情况下，钛基合金包括Ti-6Al-4V或Ti-6Al-7Nb。
镍合金可包括铝镍钴合金、铝合金、铬镍合金、白铜、镍铁、德银、哈氏合金、铬镍铁合金、蒙乃尔合金、镍铬、镍碳、镍铬硅、镍硅、镍钛诺、哈氏合金X、钴铬或磁性“软”合金。磁性“软”合金可包括高导磁合金、透磁合金、超透磁合金或黄铜。黄铜可包含镍氢、不锈钢或铸银。钴合金可包含镁镓、硬合金(例如，钨铬钴合金)、幼体美特(Ultimet)或活合金。铬合金可包含氢氧化铬或镍铬合金。
铝合金可包含AA-8000、Al-Li(铝-锂)、磁钢、硬铝合金、镍铜铝合金、克莱龙(Kryron)镁铝合金、南贝(Nambe)、钪-铝或Y合金。镁合金可为镁铝合金、镁诺克斯合金或T-Mg-Al-Zn(博格曼相(Bergman phase))合金。
铜合金可包括砷铜、铍铜、比朗金合金、黄铜、青铜、康铜、铜氢化物、铜钨、科林斯青铜、铜镍铁合金、白铜、铙钹合金、德瓦达铜铝锌合金(Devarda′s alloy)、银金矿、合盘提泽(Hepatizon)、赫斯勒合金(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。铜合金可为高温铜合金(例如GRCop-84)。
在一些例子中，材料(例如粉末材料)包含材料，其中其组成成分(例如原子或分子)容易失去其外壳电子，导致在其它方面固体布置内自由流动的电子云。在一些例子中，材料的特征在于具有高导电率、低电阻率、高导热率或高密度(例如，如在环境温度(例如R.T.或20℃)下测量的)。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”或“乘以”。高导电率可为在上述导电率值之间的任何值(例如约1*105S/m至约1*108S/m)。低电阻率可为至多约1*10-5欧姆乘以米(Ω*m)、5*10-6Ω*m、1*10-6Ω*m、5*10-7Ω*m、1*10-7Ω*m、5*10-8或1*10-8Ω*m。低电阻率可为在上述电阻率值之间的任何值(例如约1X10-5Ω*m至约1X10-8Ω*m)。高导热率可为至少约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。高导热率可为在上述导热率值之间的任何值(例如约20W/mK至约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。高密度可为在上述密度值之间的任何值(例如约1g/cm3至约25g/cm3)。
在一些例子中，金属材料(例如元素金属或金属合金)包含少量的非金属材料，例如氧、硫或氮。在一些情况下，金属材料包含以痕量的非金属材料。痕量可为至多约100000份/百万(ppm)、10000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm(基于重量，w/w)的非金属材料。痕量可包含至少约10ppt、100ppt、1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、200ppb、400ppb、500ppb、1000ppb、1ppm、10ppm、100ppm、500ppm、1000ppm或10000ppm(基于重量，w/w)的非金属材料。痕量可为在上述痕量之间的任何值(例如约10份/万亿(ppt)至约100000ppm、约1ppb至约100000ppm、约1ppm至约10000ppm、或约1ppb至约1000ppm)。
3D物体内的一个或多个层可为基本上平面的(例如平坦的)。层的平面性可为基本上均匀的。在特定位置处的层的高度可与平均平面相比较。平均平面可通过硬化材料层的表面的最高部分的最小二乘平面拟合限定。平均平面可为通过将在硬化材料层的顶表面上的每个点处的材料高度求平均值计算的平面。与在硬化材料的平面层的表面处的任何点的偏差可为硬化材料层的高度(例如厚度)的至多20％、15％、10％、5％、3％、1％或0.5％。基本上平坦的一个或多个层可具有大的曲率半径。图17显示了3D物体1712的垂直横截面的例子，所述3D物体包括具有曲率半径的平面层(层编号1-4)和非平面层(例如层编号5-6)。图17，1716和1717是具有曲率半径“r”的圆圈1715上的弯曲层的叠加。一个或多个层可具有的曲率半径等于层表面的曲率半径。曲率半径可等于无限(例如当层是平面时)。层表面(例如3D物体的所有层)的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。层表面(例如3D物体的所有层)的曲率半径可具有在上述曲率半径值中任意者之间的任何值(例如约10cm至约90m、约50cm至约10m、约5cm至约1m、约50cm至约5m、约5cm至无限、或约40cm至约50m)。在一些实施例中，具有无限曲率半径的层是其为平面的层。在一些例子中，一个或多个层可包括在3D物体的平面截面中，或可为平面3D物体(例如平坦平面)。在一些情况下，在3D物体内的至少一个层的部分具有本文提到的曲率半径。
在一些例子中，3D物体包括分层3D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。图18显示了在3D物体的表面上的点X和Y的例子。在一些实施例中，X通过本文公开的辅助支撑件特征间隔距离与Y间隔开。在一些例子中，以X为中心的半径XY的球体缺少一个或多个辅助支撑件或者指示一个或多个辅助支撑件特征的存在或去除的一个或多个辅助支撑件标志。在一些实施例中，Y与X以至少约10.5毫米或更多间隔开。在一些例子中，直线XY和与N正交的方向之间的锐角可为约45度至约90度。在直线XY和与分层平面正交的方向之间的锐角可具有本文公开的锐角α的值。当在直线XY和与N正交的方向之间的角度大于90度时，考虑互补锐角。层结构可包括本文描述的用于3D打印的任何材料。3D结构的每一层可由单一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。3D物体的层可由复合材料组成。3D物体可由复合材料组成。3D物体可包括功能梯度材料。
在一些实施例中，与3D物体(例如所请求的3D物体)的模型相比，所生成的3D物体以至少约5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm或1500μm的精度生成。在一些实施例中，与3D物体的模型相比，所生成的3D物体以至多约5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm或1500μm的精度生成。与3D物体的模型相比，所生成的3D物体可以在上述值之间的任何精度值(例如约5μm至约100μm、约15μm至约35μm、约100μm至约1500μm、约5μm至约1500μm、或约400μm至约600μm)的精度生成。
在一些情况下，经转化的材料的硬化层变形(例如在3D打印期间和/或3D打印之后)。例如，该变形引起与均匀平坦的硬化材料层的高度偏差。硬化材料层的平坦表面的高度均匀性(例如与平均表面高度的偏差)可为至少约100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。硬化材料层的平坦表面的高度均匀性可为至多约100μm、90μm、80、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或5μm。硬化材料层的平坦表面的高度均匀性可为上述高度偏差值之间的任何值(例如约100μm至约5μm、约50μm至约5μm、约30μm至约5μm、或约20μm至约5μm)。例如，高度均匀性被包括在3D打印的高精度均匀性中。在一些实施例中，3D物体的分辨率为至少约100点/英寸(dpi)、300dpi、600dpi、1200dpi、2400dpi、3600dpi或4800dpi。在一些实施例中，3D物体的分辨率为至多约100dpi、300dpi、600dpi、1200dpi、2400dpi、3600dpi或4800dip。3D物体的分辨率可为在上述值之间的任何值(例如100dpi至4800dpi、300dpi至2400dpi、或600dpi至4800dpi)。
在一些实施例中，硬化材料层的高度均匀性跨越层表面的一部分持续，所述层表面的一部分具有至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的宽度或长度，具有至少约10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的高度偏差。在一些实施例中，硬化材料层的高度均匀性跨越靶表面的一部分持续，所述靶表面的一部分具有至多约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的宽度或长度。硬化材料层的高度均匀性可跨越靶表面的一部分持续，所述靶表面的一部分具有在上述宽度或长度值之间的任何值的宽度或长度(例如约10mm至约10μm、约10mm至约100μm、或约5mm至约500μm)。
硬化材料和/或其任何部件(例如硬化材料层)的特征可通过下述测量方法中的任一种来测量。例如，3D物体层及其部件中的任一种(例如硬化材料层)的FLS值(例如宽度)、高度均匀性、辅助支撑件空间和/或曲率半径可通过下述测量方法中的任一种来测量。开放端口的FLS可通过下述测量方法中的一种或多种来测量。测量方法可包括显微镜方法(例如本文所述的任何显微镜方法)。测量方法可包括坐标测量机(CMM)、测量投影仪、视觉测量系统和/或量规。量规可为测距计(例如卡钳)。量规可为止规(go-no-go gauge)。测量方法可包括卡钳(例如游标卡尺)、正透镜、干涉仪或激光(例如跟踪器)。测量方法可包括接触或通过非接触方法。测量方法可包括一个或多个传感器(例如光学传感器和/或计量传感器)。测量方法可包括计量测量仪器(例如使用计量传感器)。测量可包括电机编码器(例如旋转和/或线性)。测量方法可包括使用电磁波束(例如可见光或IR)。显微镜方法可包括超声或核磁共振。显微镜方法可包括光学显微镜。显微镜方法可包括电磁、电子或近端探针显微镜。电子显微镜可包括扫描、隧道、X射线拍照或俄歇电子显微镜。电磁显微镜可包括共焦、立体镜或复合显微镜。显微镜方法可包括倒置和/或非倒置显微镜。近端探针显微镜可包括原子力或扫描隧道显微镜、或本文所述的任何其它显微镜。显微镜测量可包括使用图像分析系统。测量可在环境温度(例如R.T.)下进行。
3D物体(例如熔池)的微结构可通过显微镜方法(例如本文所述的任何显微镜方法)来测量。微结构可通过接触或通过非接触方法来测量。微结构可通过使用电磁波束(例如可见光或IR)来测量。微结构测量可包括评估枝晶臂间距和/或二次枝晶臂间距(例如使用显微镜)。显微镜测量可包括使用图像分析系统。测量可在环境温度(例如R.T.)下进行。
与腔室有关的各种距离可使用下述测量技术中的任一种来测量。在腔室内的各种距离可使用下述测量技术中的任一种来测量。例如，间隙距离(例如从冷却构件到材料床的暴露表面)可使用下述测量技术中的任一种来测量。测量技术可包括干涉测量和/或共焦色度测量。测量技术可包括至少一个电机编码器(旋转、线性)。测量技术可包括一个或多个传感器(例如光学传感器和/或计量传感器)。测量技术可包括至少一个电感式传感器。测量技术可包括电磁波束(例如可见光或IR)。测量可在环境温度(例如R.T.)下进行。
本文描述的方法可提供跨越材料床的暴露表面(例如粉末床的顶部)的表面均匀性，使得彼此通过约1mm至约10mm的距离分开、包含分配材料的暴露表面的各部分，具有约100μm至约5μm的高度偏差。与在材料床的暴露表面(例如粉末床的顶部)处产生的平均平面(例如水平面)相比，本文所述的方法可实现在至少一个平面(例如水平面)中与预转化的材料(例如粉末)层的平面均匀性至多约20％、10％、5％、2％、1％或0.5％的偏差。高度偏差可通过使用一个或多个传感器(例如光学传感器)来测量。
3D物体可具有各种表面粗糙度轮廓，所述轮廓可适用于各种应用。表面粗糙度可为与其理想形式在实际表面的法向量的方向上的偏差。表面粗糙度可经测量为粗糙度轮廓的算术平均数(下文“Ra”)。在一些例子中，所形成的3D物体可具有至多约300μm、200μm、100μm、75μm、50μm、45μm、40μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、7μm或5μm的Ra值。3D物体可具有在上述Ra值中任意者之间的Ra值(例如约300μm至约5μm、约300μm至约40μm、约100μm至约5μm、或约100μm至约20μm)。Ra值可由接触或非接触方法测量。Ra值可通过粗糙度测试仪和/或通过显微镜检查方法(例如本文描述的任何显微镜检查方法)来测量。测量可在环境温度(例如R.T.)下进行。粗糙度可通过接触或通过非接触方法来测量。粗糙度测量可包括一个或多个传感器(例如光学传感器)。粗糙度测量可包括计量测量装置(例如使用计量传感器)。粗糙度可使用电磁波束(例如可见光或IR)来测量。
3D物体可由固体材料的连续层(例如连续横截面)组成，所述固体材料源自经转化的材料(例如熔化、烧结、熔融、结合或以其它方式连接的粉末材料)，并且随后硬化。经转化的预转化的材料可作为其转化的部分连接到硬化(例如固化)材料。硬化材料可位于相同层或另一层(例如先前形成的硬化材料层)内。在一些例子中，硬化材料包括3D物体的断开部分，所述断开部分随后通过新近转化的材料连接(例如通过熔化、烧结、熔融、结合或以其它方式连接预转化的材料)。
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。例如，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。硬化材料层可具有至少约0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm的平均层高度。硬化材料层可具有至多约500μm、450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm或10μm的平均层高度。硬化材料层可具有在上述层高度值之间的任何值的平均层高度(例如约0.5μm至约500μm、约15μm至约50μm、约5μm至约150μm、约20μm至约100μm、或约10μm至约80μm)。
在材料床(例如粉末)内的预转化的材料可配置为对3D物体提供支撑。例如，支撑性预转化的材料可具有3D物体由其生成的相同类型的预转化的材料、不同类型的预转化的材料或其任何组合。在一些情况下，低流动性预转化的材料(例如粉末)比高流动性预转化的材料更好地支撑3D物体。低流动性预转化的材料尤其可用下述实现：由相对小颗粒组成的微粒材料、具有不均匀尺寸的颗粒或彼此吸引的颗粒。预转化的材料可具有低、中或高流动性。响应施加的15千帕(kPa)的力，预转化的材料可具有至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的可压缩性。响应施加的15千帕(kPa)的力，预转化的材料可具有至多约9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4.0％、3.5％、3.0％、2.5％、2.0％、1.5％、1.0％或0.5％的可压缩性。预转化的材料可具有至少约100毫焦耳(mJ)、200mJ、300mJ、400mJ、450mJ、500mJ、550mJ、600mJ、650mJ、700mJ、750mJ、800mJ或900mJ的基本流动能。预转化的材料可具有至多约200mJ、300mJ、400mJ、450mJ、500mJ、550mJ、600mJ、650mJ、700mJ、750mJ、800mJ、900mJ或1000mJ的基本流动能。预转化的材料可具有在上文列出的基本流动能值之间(例如约100mj至约1000mJ、约100mj至约600mJ、或约500mj至约1000mJ)的基本流动能。预转化的材料可具有至少约1.0毫焦耳/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。预转化的材料可具有至多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任意者之间(例如约1.0mJ/g至约5.0mJ/g、约3.0mJ/g至约5mJ/g、或约1.0mJ/g至约3.5mJ/g)的比能。
在一些实施例中，3D物体包括一个或多个辅助特征。辅助特征可由材料(例如粉末)床支撑。如本文使用的，术语“辅助特征”一般指其为打印的3D物体的部分的特征，但不是所需、预期、设计、有序、建模或最终的3D物体的部分。辅助特征(例如辅助支撑件)可在3D物体形成期间和/或3D物体形成之后提供结构支撑。辅助特征可使得能够从正在形成的3D物体去除能量。辅助特征的例子包括热翅片、金属丝、锚定件、柄状物、支撑件、柱状物、柱、框架、基脚、支架、凸缘、突出、突起、模具(又名模子)或其它稳定特征。在一些情况下，辅助支撑件是封闭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。3D物体可具有辅助特征，所述辅助特征可由材料床(例如粉末床)支撑，并且不触及基部、基材、容纳材料床的容器或外壳的底部。处于完全或部分形成状态的3D零件(3D物体)可完全由材料床支撑(例如无锚悬浮于材料床中，而不触及基材、基部、容纳材料床的容器或外壳)。处于完全或部分形成状态的3D物体可完全由材料床支撑(例如无需接除了材料床之外的任何事物)。处于完全或部分形成状态的3D物体可悬浮在材料床中，而无需放在任何另外的支撑结构上。在一些情况下，处于完全或部分形成(即，新生)状态的3D物体可在材料床中自由漂浮(例如无锚)。在一些例子中，3D物体可不锚定(例如连接)到平台和/或限定材料床的壁(例如在形成期间)。3D物体可不触及(例如接触)平台和/或限定材料床的壁(例如在形成期间)。3D物体在材料床中无锚悬浮(例如浮动)。支架可包括至多1毫米(mm)、2mm、5mm或10mm的连续烧结(例如轻度烧结)结构。支架可包括至少1毫米(mm)、2mm、5mm或10mm的连续烧结结构。支架可包括尺寸在上述尺寸中任意者之间(例如约1mm至约10mm、或约1mm至约5mm)的连续烧结结构。在一些例子中，3D物体可无需支撑支架被打印。支撑支架可包住3D物体。支撑支架可在材料床中无锚浮动。支架可包括轻度烧结结构。
在一些实施例中，打印的3D物体(i)无需使用辅助支撑件，(ii)使用减少量的辅助特征，或(iii)使用间隔开的辅助支撑件进行打印。在一些实施例中，打印的3D物体可缺乏一个或多个辅助支撑件、或者指示辅助支撑件特征的存在或去除的辅助支撑件标志。3D物体可缺乏一个或多个辅助支撑件、以及被去除(例如在3D物体的生成之后或与3D物体的生成同时)的辅助特征(包括基础结构)的一个或多个标志。在一些实施例中，打印的3D物体包括单个辅助支撑件标志。单个辅助特征(例如辅助支撑件或辅助结构)可为平台(例如构建平台，例如基部或基材)或模具。辅助支撑件可粘附(例如，并且锚定)到平台或模具。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的两个或多于两个标志。3D物体可缺乏关于辅助支撑件的标志。3D物体可缺乏辅助支撑件。该标志可包括晶粒取向中的变化、分层取向中的变化、分层厚度、材料密度、化合物偏聚至晶界的程度、材料孔隙度、元素偏聚至晶界的程度、材料相、金相、晶相、或晶体结构；其中所述变化可能仍未通过所述3D物体的几何形状单独产生，并且因此可指示被去除的先前存在的辅助支撑件。变化可通过支撑件的几何形状强加给所生成的3D物体。在一些情况下，打印物体的3D结构可通过辅助支撑件(例如通过模具)压迫。例如，标志可为未由3D物体的几何形状解释的不连续点(例如由于切口或修剪而形成)，所述3D物体不包括任何辅助支撑件。标志可为无法由3D物体的几何形状解释的表面特征，所述3D物体不包括任何辅助支撑件(例如模具)。两个或更多个辅助特征或辅助支撑件特征标志可间隔开至少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。两个或更多个辅助支撑件特征或辅助支撑件特征标记可间隔开至多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。两个或更多个辅助支撑件特征或辅助支撑件特征标志可间隔开在上述辅助支撑件间隔值之间的任何值的间隔距离(例如1.5mm至500mm、2mm至100mm、15mm至50mm、或45mm至200mm)。本文统称为“辅助特征间隔距离”。
3D物体可包括指示3D打印过程的分层结构，所述3D打印过程缺乏一个或多个辅助支撑件特征、或者指示一个或多个辅助支撑件特征的存在或去除的一个或多个辅助支撑件特征标记。3D物体可包括指示3D打印过程的分层结构，所述分层结构包括一个、两个或更多个辅助支撑件标志。支撑件或支撑件标志可在3D物体的表面上。辅助支撑件或支撑件标志可在外表面、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。在一个例子中，存在于3D物体中的两个辅助支撑件特征或辅助支撑件特征标志可间隔开辅助特征间隔距离。连接两个辅助支撑件或辅助支撑件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角(即，尖角)α可为至少约45度(°)、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°。连接两个辅助支撑件或辅助支撑件标志的直线与垂直于分层平面的方向之间的锐角α可为至多约90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°或45°。连接两个辅助支撑件或辅助支撑件标志的直线和与分层平面正交的方向之间的锐角α可为在上述角度之间的任何角度范围(例如约45度(°)至约90°、约60°至约90°、约75°至约90°、约80°至约90°、约85°至约90°)。连接两个辅助支撑件或辅助支撑件标志的直线和与分层平面正交的方向之间的锐角α可为约87°至约90°。分层平面的例子在图17中可见，所述图17显示了包括层1至6的3D物体1711的垂直横截面，所述层各自为平面的。在图17的示意性例子中，层的分层平面可为层。例如，层1可对应于层1的层和分层平面两者。当层不是平面时(例如图17，3D物体1712的层5)，分层平面为层的平均平面。两个辅助支撑件或辅助支撑件特征标志可在相同表面上。相同表面可为外表面或内表面(例如3D物体内的空腔的表面)。当连接两个辅助支撑件或辅助支撑件标志的最短直线和与分层平面正交的方向之间的角度大于90度时，可考虑互补的锐角。在一些实施例中，任何两个辅助支撑件或辅助支撑件标志间隔开辅助特征间隔距离。
图20C显示了包括暴露表面2001的3D物体的例子，所述暴露表面2001由基本上平面且基本上平行于平台2003的硬化材料层(例如具有分层平面2005)形成。图20C显示了包括暴露表面2002的3D物体，所述暴露表面2002由基本上平面且平行于平台2003的硬化材料层(例如具有分层平面2006)形成，导致铺设的3D物体(例如盒子)。在其形成期间作为倾斜的3D物体形成的3D物体在表面2009上平放作为3D物体显示，所述3D物体具有暴露表面2004和硬化材料层(例如具有分层平面2007)，所述硬化材料层具有分层平面的法线2008，所述法线2008与3D物体的暴露表面2004形成锐角α。图20A和20B显示了包括固化熔池层的3D物体，所述固化熔池层布置在具有分层平面(例如2020)的层中。图19显示了坐标系中的垂直横截面。线1904表示材料床和/或平台的顶表面的垂直横截面。线1903表示平均分层平面的法线。线1902表示平台的顶表面的法线。线1901表示重力场的方向。图19中的角度α在分层平面的法线与顶部平台表面之间形成。
在一些情况下，一个或多个辅助特征对于3D物体是特异性的，并且可增加生成所请求的3D物体所需的时间。一个或多个辅助特征可在所请求的3D物体使用或分配之前去除。消除对辅助特征的需求可降低与产生三维部分相关联的时间和成本。在一些例子中，辅助支撑件的数目缩减或者缺少一个或多个辅助支撑件提供了与商购可得的3D打印过程相比，需要更少量的材料、产生更少量的材料浪费和/或需要更少的能量的3D打印过程。更少的量可减少至少约1.1、1.3、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10。更少的量可减少在上述值之间的任何值(例如，约1.1至约10、或约1.5至约5)。
在一些例子中，3D物体用辅助特征形成。在一些例子中，可通过与容纳材料床的容器(例如容器的侧面和/或底部)接触(例如，但不锚定)来形成3D物体。辅助特征的横截面的最长尺寸可为至多约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。
3D物体的至少一部分可沉入材料床中。3D物体的至少一部分可被材料床内的预转化的材料包围(例如浸没)。3D物体的至少一部分可停留在预转化的材料中，而不显著下沉(例如垂直移动)。显著下沉的缺乏可共计至多约40％、20％、10％、5％或1％层厚度的下沉(例如垂直移动)。显著下沉的缺乏可共计至多约100μm、30μm、10μm、3μm或1μm。3D物体的至少一部分可停留在预转化的材料中，而无显著移动(例如水平移动、以一定角度移动)。显著下沉的缺乏可共计至多100μm、30μm、10μm、3μm或1μm。当3D物体沉入或浸没在材料床中时，3D物体可停留在基材上。
图1描绘了可使用本文公开的3D打印方法用于生成3D物体的系统的例子。该系统可包括外壳(例如107)。系统中的部件的至少一小部分可封闭在腔室中。腔室的至少一小部分可填充有至少一种气体，以产生气体环境(即，大气)。气体可为惰性气体(例如氩、氖、氦、氮)。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)。气态环境可包含氩、氮、氦、氖、氪、氙、氢、一氧化碳或二氧化碳。气体可为超高纯度气体。例如，超高纯度气体可为至少约99％、99.9％、99.99％或99.999％纯。气体可包含小于约2ppm的氧、小于约3ppm的水分、小于约1ppm的烃或小于约6ppm的氮。在一些例子中，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。在一些例子中，腔室中的压力为至少约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。在一些例子中，腔室中的压力可为至多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任意者之间的范围内(例如约10-7托至约1200托、约10-7托至约1托、约1托至约1200托、或约10-2托至约10托)。压力可通过压力计进行测量。压力可在环境温度(例如R.T.)下进行测量。在一些情况下，腔室中的压力可为标准大气压。在一些情况下，腔室中的压力可为环境压力(即周围压力)。在一些实例中，腔室可处于真空压力下。在一些例子中，腔室可处于正压下(即，高于环境压力)。至少在3D打印过程的一部分期间(例如在整个3D打印期间)，外壳中的压力可处于恒定值。在一些实施例中，3D打印以(例如基本上)恒压发生。恒压排除在3D打印期间在材料床中的压力梯度。
外壳(例如腔室)中的氧浓度和/或湿度可被最小化(例如低于预定的阈值)。例如，腔室的气体组成可包含至多约100份/十亿(ppb)、10ppb、1ppb、0.1ppb、0.01ppb、0.001ppb、100份/百万(ppm)、10ppm、1ppm、0.1ppm、0.01ppm或0.001ppm的氧和/或湿度水平。腔室的气体组成可包含在上述值中任意者之间(例如约100ppb至约0.001ppm、约1ppb至约0.01ppm、或约1ppm至约0.1ppm)的氧和/或湿度水平)。气体组成可由一个或多个传感器(例如氧和/或湿度传感器)测量。在某些情况下，腔室可在打印3D物体时或之后打开。当腔室打开时，含有氧和/或湿气的环境空气可进入腔室。可通过例如在腔室打开的同时流动惰性气体(例如，以阻止环境空气的进入)、或通过使停留在粉末床的表面上的重气体(例如氩)流动，来减少腔室内部的一个或多个部件对空气的暴露。在一些情况下，在腔室打开的同时，可密封在其表面上吸收氧和/或湿气的部件。在一些实施例中，腔室通过使用一个或多个加载锁定腔室而最低限度地暴露于外部环境。在加载锁定腔室中，与腔室气体体积(例如116)相比，气体的净化可在更小的气体体积中完成。
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，泄漏速率可为至多约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中任意者之间(例如约0.0001mTorr/min至约100mTorr/min、约1mTorr/min至约100mTorr/min、或约1mTorr/min至约100mTorr/min)。泄漏速率可通过一个或多个压力计和/或传感器(例如在环境温度下)来测量。外壳可被密封，使得从腔室内部到腔室外部的环境的气体泄漏速率很低(例如低于一定水平)。密封件可包括O型环、橡胶密封件、金属密封件、加载锁或活塞上波纹管。在一些情况下，腔室可具有控制器，所述控制器配置为检测高于指定泄漏速率的泄漏(例如通过使用至少一个传感器)。传感器可联接到控制器。在一些情况下，控制器鉴定和/或控制(例如引导和/或调节)。例如，控制器能够通过检测经过给定时间间隔腔室侧中的压力降低来鉴定泄漏。
在一些例子中，压力系统与外壳和/或材料去除机构流体连通。压力系统可配置为调节外壳和/或材料去除机构中的压力。在一些例子中，压力系统包括选自机械泵、旋片泵(rotary vain pump)、涡轮分子泵、离子泵、低温泵和扩散泵的一个或多个真空泵。真空泵可为本文公开的任何泵。压力系统可包括用于测量压力并将压力分程传递给控制器的压力传感器，其可借助于压力系统的一个或多个真空泵来调节压力。压力传感器可与控制系统可操作地联接。可电子或手动控制压力(在3D打印期间、3D打印之前或3D打印之后)。可在外壳中和/或在材料去除机构中测量压力。例如，可(i)正好在喷嘴外部、(ii)在内部储库中、和/或(iii)在材料去除机构的喷嘴中测量压力。可沿着将材料去除机构联接到力发生器(例如压力泵)的通道来测量压力。
在一些例子中，本文描述的系统和/或仪器部件被适配且配置为生成3D物体。可通过3D打印方法产生3D物体。可在平台附近提供第一层材料。基部可为3D物体的先前形成的层或任何其它表面，在其上铺展、保持、放置或支撑材料层或床。在形成3D物体的第一层的情况下，第一材料层可无需基部、无需一个或多个辅助支撑件特征(例如杆)、或无需除材料外(例如在材料床内)的其它支撑结构而形成。后续层可形成为使得后续层的至少一部分熔融、烧结、熔化、粘结和/或以其它方式连接到先前形成的层的至少一部分。在一些情况下，转化并随后硬化成硬化材料的先前形成的层的至少一部分，充当3D物体形成的基部。在一些情况下，第一层包含基部的至少一部分。材料的材料可为本文所述的任何材料。材料层可包含同质或异质尺寸和/或形状的颗粒。
本文描述的系统和/或仪器可包括至少一个能量源(例如生成第一扫描能量的扫描能量源、第二扫描能量，例如生成铺设能通量的铺设能量源)。在一些情况下，该系统可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、30、100、300、1000个或更多个能通量(例如束)和/或源。该系统可包括能量源阵列(例如激光二极管阵列)和/或通量。可替代地或另外地，靶表面、材料床、3D物体(或其部分)或其任何组合可通过加热机构进行加热。加热机构可包括分散的能量束。在一些情况下，至少一个能源是单个(例如第一)能源。
能量源可为配置为将能量递送到区域(例如受限区域)的源。能量源可通过辐射热传输将能量递送到受限区域。能源可投射能量(例如热能和/或能量束)。能量(例如束)可与材料床的至少一部分相互作用。能量可在材料转化之前、材料转化期间和/或材料转化之后加热材料床部分。能量可在3D物体形成期间的任何点时加热3D物体的至少一小部分。可替代地或另外地，材料床可通过投射能量(例如辐射热和/或能量束)的加热机构进行加热。能量可包括能量束和/或分散的能量(例如辐射器或灯)。辐射热可通过分散能量源(例如加热机构)投射，所述加热机构包括灯、带状加热器(例如云母带状加热器或其任何组合)、加热棒(例如石英棒)、或辐射器(例如面板辐射器)。加热机构可包括感应加热器。加热机构可包括电阻器(例如可变电阻器)。电阻器可包括变阻器或可变电阻。多重电阻器可以串联、并联或其任何组合配置。在一些情况下，系统可具有单个(例如，第一)能源。能量源可为配置为将能量递送到区域(例如受限区域)的源。能量源可通过辐射热传递将能量递送到受限区域(例如，如本文描述的)。
在一些例子中，能量束包括包含电磁波束或带电粒子束的辐射。能量束可包括辐射，所述辐射包含电磁、电子、正电子、质子、等离子体或离子辐射。电磁波束可包括微波、红外、紫外或可见辐射。能量束可包括电磁能量束、电子束、粒子束或离子束。离子束可包含阳离子或阴离子。粒子束可包含自由基。电磁束可包括激光束。能量束可包含等离子体。能量源可包含激光源。能量源可包含电子枪。能量源可包含能够将能量递送到点或区域的能量源。在一些实施例中，能量源为激光源。激光源可包括CO2、Nd：YAG、钕(例如钕玻璃)、镱或准分子激光。激光器可为纤维激光器。能量源可包含能够将能量递送到点或区域的能量源。能量源(例如第一扫描能量源)可提供具有至少约50焦耳/cm2(J/cm2)、100J/cm2、200J/cm2、300J/cm2、400J/cm2、500J/cm2、600J/cm2、700J/cm2、800J/cm2、1000J/cm2、1500J/cm2、2000J/cm2、2500J/cm2、3000J/cm2、3500J/cm2、4000J/cm2、4500J/cm2或5000J/cm2的能量密度的能量束。能量源(例如第一扫描能量源)可提供具有至多约50J/cm2、100J/cm2、200J/cm2、300J/cm2、400J/cm2、500J/cm2、600J/cm2、700J/cm2、800J/cm2、1000J/cm2、500J/cm2、1000J/cm2、1500J/cm2、2000J/cm2、2500J/cm2、3000J/cm2、3500J/cm2、4000J/cm2、4500J/cm2或5000J/cm2的能量密度的能量束。能量源(例如第一扫描能量源)可提供具有在上述值之间的值(例如约50J/cm2至约5000J/cm2、约200J/cm2至约1500J/cm2、约1500J/cm2至约2500J/cm2、约100J/cm2至约3000J/cm2、或约2500J/cm2至约5000J/cm2)的能量密度的能量束。在一个例子中，激光(例如第一扫描能量源)可提供在至少约100纳米(nm)、400nm、500nm、750nm、1000nm、1010nm、1020nm、1030nm、1040nm、1050nm、1060nm、1070nm、1080nm、1090nm、1100nm、1200nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm或2000nm的峰值波长处的光能。在一个例子中，激光可提供在至多约2000nm、1900nm、1800nm、1700nm、1600nm、1500nm、1200nm、1100nm、1090nm、1080nm、1070nm、1060nm、1050nm、1040nm、1030nm、1020nm、1010nm、1000nm、750nm、500nm、400nm或100nm的峰值波长处的光能。激光可提供在上述峰值波长值中任意者之间的峰值波长处的光能(例如约100nm至约2000nm、约500nm至约1500nm、或约1000nm至约1100nm)。能量源(例如激光)可具有至少约0.5瓦特(W)、1W、2W、3W、4W、5W、10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、120W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、500W、750W、800W、900W、1000W、1500W、2000W、3000W或4000W的功率。能量源可具有至多约0.5W、1W、2W、3W、4W、5W、10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、120W、150W、200W、250W、300W、350W、400W、500W、750W、800W、900W、1000W、1500、2000W、3000W或4000W的功率。能量源可具有在上述激光功率值中任意者之间的功率(例如约0.5W至约100W、约1W至约10W、约100W至约1000W、或约1000W至约4000W)。第一能量源(例如产生第一扫描能量束)可具有第二能量源(例如产生第二扫描能量束)的至少一个特征。铺设能通量可具有本文对于能量束公开的至少一个特征。与扫描能量束相比，铺设能通量可由相同能量源或不同能量源生成。与扫描能量束相比，铺设能通量可具有较低的功率密度。较小的功率可为约0.25、0.5、0.75或1(一)个数量级。扫描能量束可独立地或与铺设能通量同步地(例如在3D打印期间)操作。在一些例子中，扫描能量束和铺设能通量由分别在两个模块(例如不同模块)中操作的相同能量源生成。
来自能量源的能量束可在靶表面上入射或垂直于靶表面引导。来自能量源的能量束可以锐角引导，所述锐角在从相对于靶表面平行到垂直的值内。能量束可被引导到预转化的和/或经转化的材料指定时间段。预转化的和/或转化的材料可吸收来自能量束的能量，并且因此，材料床的局部区域可增加温度。能量束可为可移动的(例如使用扫描仪)，使得它可相对于靶表面平移。有时，照射能量的能量源是可移动的，使得它可相对于靶表面平移。有时，照射能量的能量源是静止的。能量源中的至少两个(例如全部)可用相同扫描仪移动。能量束中的至少两个(例如全部)可用相同扫描仪移动。能量源和/或束中的至少两个可彼此独立地平移。在一些情况下，能量源和/或束中的至少两个可以不同速率(例如速度)平移。在一些情况下，能量源和/或束中的至少两个可包括至少一个不同特征。照射能量的特征可包括波长、功率、振幅、轨迹、覆盖区、强度、能量、注量、安德鲁数、剖面线间距、扫描速度或电荷。电荷可为电荷和/或磁荷。安德鲁数与其速度(例如扫描速度)乘以其剖面线间距的乘积相乘的照射能量的功率成比例。安德鲁数有时被称为照射能量的区域填充功率。
能量源可为能量源的阵列或矩阵(例如激光器阵列)。阵列或矩阵中的能量源各自可独立地控制(例如通过控制机构)，使得能量束可独立地关闭和打开。阵列或矩阵中的能量源的至少部分可共同控制，使得能量源中的至少两个(例如全部)可同时关闭和打开。在一些实施例中，矩阵或阵列中的至少两个能量源的能量/单位面积(或强度)可独立地调整(例如通过控制机构或系统)。有时，矩阵或阵列中的能量源中的至少两个(例如全部)的能量/单位面积或强度同时调整(例如通过控制机构)。能量源可通过能量源、一个或多个可调整反射镜、和/或一个或多个多边形光扫描仪的机械运动沿着靶表面扫描。能量源可使用DLP调制器、一维扫描仪、二维扫描仪或其任何组合来投射能量。靶和/或源表面可垂直、水平或以一定角度(例如平面或复合)平移。
能量源可包括调制器。通过能量源的照射能量可被调制。调制器可包括调幅器、调相器或偏振调制器。调制可改变能量束的强度。调制可改变供应给能量源的电流(例如直接调制)。调制可影响照射能量(例如外部调制，例如外部光调制器)。调制可包括直接调制(例如通过调制器)。调制可包括外部调制器。调制器可包括声光调制器或电光调制器。调制器可包括吸收调制器或折射调制器。调制可改变用于调制能量束的材料的吸收系数。调制器可改变用于调制能量束的材料的折射率。
在一些例子中，照射能量相对于靶表面是可移动的，使得它可相对于靶表面平移。扫描仪可包括检流计扫描仪、多边形、机械台(例如XY台)、压电装置、万向节或其任何组合。检流计可包括镜子。扫描仪可包括调制器。扫描仪可包括多面镜。扫描仪可为用于两个或更多个能量源和/或束的相同扫描仪。至少两个(例如每个)能量源和/或束可具有分开的扫描仪。能量源可彼此独立地平移。在一些情况下，至少两个照射能量(例如扫描能量束和铺设能通量)可以不同的速率、沿着不同的轨迹、和/或沿着不同的路径(例如在硬化材料层形成期间)平移。例如，与铺设能通量的移动相比，扫描能量束的移动可更快速(例如更大的速率)。在一些实施例中，本文公开的系统和/或仪器包括一个或多个快门(例如安全快门)。检流计扫描仪可包括双轴检流计扫描仪。扫描仪可包括调制器(例如，如本文描述的)。能量源可使用DLP调制器、一维扫描仪、二维扫描仪或其任何组合投射能量，并且将其平移。能量源可为静止的或可平移的。照射能量可垂直、水平或以一定角度(例如平面或复合角度)平移。扫描仪可包括在光学系统中，所述光学系统配置为将来自能量源的能量引导到靶表面(例如材料床的暴露表面)上的预定位置。控制器可被编程为借助于光学系统来控制照射能量的轨迹。控制器可调节从能量源到材料(例如在靶表面处)的能量供应，以形成经转化的材料。
在一些实施例中，层分配机构分配材料、平整、分布、铺展和/或去除材料床中的材料。层分配机构可包括(i)材料分配机构、(ii)材料去除机构和(iii)材料平整机构中的至少一个、两个或三个。层分配机构可由控制器控制。层分配机构的至少部分(例如一部分和/或部件)可为温度调节的(例如加热、温度维持或冷却的)。层分配机构内的至少一个部件可被加热或冷却。层分配机构内的与材料(例如粉末和/或经转化的材料)接触的至少一个部件可被加热或冷却。层分配机构的移动可为可被编程的。层分配机构的移动可为预定的。层分配机构的移动可根据算法(例如考虑3D物体的模型)。
在一些实施例中，层分配机构或其任何部件是可更换、可移动、不可移动或不可更换的。层分配机构(例如，其任何部件)可包括可更换零件。层分配机构可跨越靶表面而分布材料。层分配机构或其任何部件(例如平坦化机构)可提供跨越靶表面(例如材料床的暴露表面)的预转化的材料(例如粉末)均匀性，使得彼此分开至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的靶表面的各部分(例如，其包括分配材料的材料)具有至多约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；或在上述高度偏差值之间的任何值(例如约10μm至约10mm、约10μm至约1mm、约50μm至约100μm、约40μm至约200μm、或约10μm至约200μm)。与在靶表面(例如粉末床的顶部)处产生的平均平面(例如水平面)相比，层分配机构可实现在至少一个平面(例如水平面)中与靶表面的平面均匀性至多约20％、10％、5％、2％、1％或0.5％的偏差。由层分配机构分配的层可为基本上平面的(例如平坦的)。被平坦化机构平整的暴露表面可为基本上平面的(例如平坦的)。被平整和/或材料去除机构平整的暴露表面可为基本上平面的(例如平坦的)。
在一些例子中，层分配机构(例如材料分配机构、平整构件和/或材料去除构件)的至少两个部件被个别或共同控制。共同控制可包括同时控制。个别控制可为非同时控制的。个别控制可为分开控制的。层分配机构的至少一个部件相对于行进方向跟随另一个部件。当层分配机构到达材料床的端部或者在粉末床的端部之前时，移动的方向可切换。有时，开关可涉及层分配机构的部件的相对位置的协调变化。有时，开关可不涉及层分配机构的部件的相对位置的协调变化。层分配机构及其部件可为在U.S.62/317,070或PCT/US15/36802中公开的那些中的任一种，所述两个专利均以引用的方式整体并入本文。
在一些例子中，本文公开的系统和/或仪器包括材料去除机构。材料去除机构可为PCT/US15/36802中公开的任何材料去除机构，所述专利以引用的方式全部并入本文。材料去除机构可联接到材料分配机构和/或材料平整机构。材料去除机构可与材料床相邻(例如在上方、下方或侧面)设置。材料去除机构可水平、垂直或以一定角度平移。粉末去除机构可为可移动的。去除机构可手动和/或自动移动(例如由控制器控制)。材料去除机构的移动可为可被编程的。材料去除机构的移动可为预定的。粉末去除机构的移动可根据算法。
在一些例子中，材料去除机构包括材料入口开口端口和材料出口开口端口。材料入口端口和材料出口端口可为相同的开口。材料入口端口和材料出口端口可为不同的开口。材料入口和材料出口端口可在空间上分开。空间分开可在材料去除机构的外表面上。空间分开可在材料去除机构的表面区域上。材料入口和材料出口端口可为连接的。材料入口和材料出口端口可在材料去除机构内连接。连接可为材料去除机构内的内部空腔。
在一些实施例中，材料去除机构包括促使材料从材料床(例如，其暴露表面)朝向材料去除机构(例如储库)的内部行进的力。该行进可以反重力方式和/或在向上方向上。材料去除机构可包括负压(例如真空)、静电力、电力、磁力或物理力。在一些例子中，材料去除机构在从其去除材料的同时不接触靶表面。例如，材料去除机构通过气隙与靶表面分开。材料分配机构可包括负压(例如真空)，其促使材料离开靶表面并且行进到材料去除机构的入口开口内。材料分配机构可包括正压(例如气流)，其促使材料离开靶表面并且行进到材料去除机构的入口开口内。气体可包括本文中公开的任何气体。气体可帮助使留在材料床中的预转化的材料(例如粉末)流化。去除的材料可再循环，并且通过材料分配机构重新施加到源表面内。预转化的材料可通过材料去除系统的操作而连续再循环。预转化的材料可在每层材料已被去除(例如从源表面)之后再循环。预转化的材料可在几层材料已被去除之后再循环。在每个3D物体已打印之后，预转化的材料可再循环。
本文描述的材料去除机构中的任一种可包括预转化的材料的储库和/或配置为将预转化的材料从储库递送到材料分配机构的机构。储库中的预转化的材料可被处理。处理可包括加热、冷却、维持预定温度、筛分、过滤、装料或流化(例如用气体)。在每个预转化的材料层已设置和/或平整之后，在构建周期结束时和/或在一时兴起时，可排空储库。在材料去除机构的操作过程中，可连续排空储库。有时，材料去除机构没有储库。有时，材料去除机构(例如流体地)连接到储库。有时，材料去除机构构成通向外部储库和/或材料分配机构的材料去除(例如抽吸)通道。材料去除和/或分配机构可包括内部储库和/或开口端口。材料分配机构和/或材料去除机构的储库可具有任何形状。例如，储库可为管(例如柔性或刚性的)。储库可为漏斗。储库可具有矩形横截面或圆锥形横截面。储库可具有无定形形状。
材料去除机构可包括一个或多个抽吸喷嘴。抽吸喷嘴可包括本文所述的任何喷嘴。如本文所述，喷嘴可包括单个开口或多重开口。开口可垂直平整或不平整。这些开口可垂直对准或错位(例如图13，1317、1318和1319)。在一些例子中，许多开口中的至少两个可错位。多重抽吸喷嘴可在相对于表面(例如源表面)的相同高度或不同高度(例如垂直高度)处对准。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。材料去除机构(例如抽吸装置)可包括弯曲表面，例如与喷嘴的一侧相邻(例如图33，3320)。通过喷嘴(例如沿着3301)进入的预转化的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。
在一个例子中，材料去除机构相对于移动方向在平整机构(例如辊)之前横向行进。在一个例子中，材料去除机构相对于移动方向在平整机构之后横向行进。材料去除机构可与平整机构集成(例如电子地和/或机械地)。材料去除机构可(例如可逆地)连接到平整机构(例如图34D，3443和3447)。材料去除机构可与平整机构断开。
在一些实施例中，材料去除机构和材料分配机构被集成到一个机构内(例如图28C)。例如，材料分配机构的出口开口端口和材料去除机构的材料入口端口可被集成到单个机械部件内。例如，两个端口类型可排列在单行中。例如，两个端口类型可互换地布置。材料去除机构可包括材料入口端口阵列(例如抽吸装置或喷嘴)。阵列内的端口(例如材料入口和/或出口)可均匀或不均匀地间隔开。阵列内的端口可间隔开至多约0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。阵列内的端口可间隔开至少约0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm或5mm。阵列内的端口可在上述空间中任意者之间(例如约0.1mm至约5mm、约0.1mm至约2mm、约1.5mm至约5mm)间隔开。
在一些实施例中，一个或多个传感器(至少一个传感器)检测材料床的暴露表面和/或3D物体的暴露表面或其任何部分的拓扑结构。传感器可检测靶表面上设置的材料量。传感器可为接近传感器。例如，传感器可检测设置在材料床的暴露表面上的预转化的材料的量。传感器可检测设置在靶表面上的材料的物理状态(例如液体或固体(例如粉末或本体))。传感器可检测设置在靶表面上的预转化的材料的结晶度。传感器可检测由材料分配机构设置的预转化的材料的量。传感器可检测由平整机构重新定位的量。传感器可检测预转化的材料的温度。例如，传感器可检测材料分配机构中和/或材料床中的温度。传感器可在材料转化期间和/或材料转化之后(例如实时)检测其温度。传感器可检测在外壳(例如腔室)内的大气的温度和/或压力。传感器可检测在一个或多个位置处的材料(例如粉末)床的温度。传感器的检测可在3D打印之前、3D打印之后和/或3D打印期间(例如实时)进行。
在一些实施例中，至少一个传感器可操作地联接控制系统(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、距离传感器或接近传感器。传感器可包括温度传感器、重量传感器、材料(例如粉末)水平传感器、计量传感器、气体传感器或湿度传感器。计量传感器可包括测量传感器(例如高度、长度、宽度、角度和/或体积)。例如，计量传感器可为高度传感器。计量传感器可包括磁性、加速度、取向或光学传感器。传感器可传送和/或接收声音(例如回声)、磁性、电子或电磁信号。电磁信号可包括可见光、红外线、紫外线、超声波、无线电波或微波信号。计量传感器可测量分块(例如，其计量属性)。计量传感器可测量间隙。计量传感器可测量材料层的至少一部分。材料层可为预转化的材料(例如粉末)、经转化的材料或硬化材料。计量传感器可测量3D物体的至少一部分。气体传感器可感测本文所描绘的气体中的任何者。距离传感器可为一类计量传感器。距离传感器可包括光学传感器或电容传感器。温度传感器可包括测辐射热计、双金属条、量热计、废气温度计、火焰检测仪、戈登计(Gar don gauge)、戈利辐射计、热流传感器、红外测温仪、微测辐射热计、微波辐射计、净辐射计、石英温度计、电阻式温度检测器、电阻温度计、硅带隙温度传感器、专用传感器微波/成像仪、温度仪、热敏电阻、热电偶、温度计(例如电阻温度计)或高温计。温度传感器可包括光学传感器。温度传感器可包括图像处理。温度传感器可包括照相机(例如IR照相机、CCD照相机)。压力传感器可包括气压仪、气压计、增压计、波尔登管式压力计(Bourdon gauge)、热灯丝电离真空计、电离真空计、麦克劳德压力计(McLeod gauge)、U形振荡管、永久井下压力计、压强计、皮拉尼压力计(Pirani gauge)、压力传感器、压力计、触感传感器或时间压力计。位置传感器可包括生长计、电容式位移传感器、电容感应、自由下落传感器、重力计、陀螺传感器、碰撞传感器、倾角计、集成电路压电传感器、激光测距仪、激光表面速度计、LIDAR、线性编码器、线性可调差动变压器(LVDT)、液体电容倾角计、里程计、光电传感器、压电加速度计、速率传感器、旋转编码器、旋转可调差动变压器、自动同步机、冲击检测器、冲击数据记录器、倾斜传感器、转速计、超声波测厚仪、可变磁阻传感器或速度接收器。光学传感器可包括电荷耦合装置、色度计、接触图像传感器、电光传感器、红外传感器、动态电感器、发光二极管(例如，光传感器)、用光电位传感器、尼科尔斯辐射计(Nichols radiometer)、光纤传感器、光学位置传感器、光检器、光电二极管、光电倍增管、光电晶体管、光电传感器、光化电离检测器、光电倍加管、光敏电阻器、光敏开关、光电管、闪烁计数器、夏克哈特曼波前传感器(Shack-Hartmann)、单光子雪崩二极管、超导纳米线单光子检测器、过渡边缘传感器、可见光光子计数器或波前传感器。材料床的重量可通过材料中或与材料相邻的一个或多个重量传感器来监测。例如，材料床中的重量传感器可处于材料床的底部。重量传感器可位于外壳的底部(例如图1，111)和基材(例如图1，109)之间，基部(例如图1，102)或材料床(例如图1，104)可设置在所述基材上。重量传感器可位于外壳的底部和其上可设置材料床的基部之间。重量传感器可位于外壳的底部和材料床之间。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在材料床的底表面上。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称重传感器相邻的预转化的材料的压力。在另一个例子中，一个或多个传感器(例如光学传感器或光学液位传感器)可与材料床相邻提供，例如在材料床的上方、下方或侧面。在一些例子中，一个或多个传感器可感测预转化的材料水平(例如高度或体积)。预转化的材料水平传感器可与材料分配机构(例如粉末分配器)连通。可替代地或另外地，传感器可配置为通过监测包含材料床的结构的重量来监测材料床的重量。一个或多个位置传感器(例如高度传感器)可测量材料床相对于基材的高度。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束(例如激光或电子束)与材料(例如粉末)的表面之间的距离。一个或多个传感器可连接到控制系统(例如，处理器、计算机)。
本文公开的系统和/或仪器可包括一个或多个致动器。致动器可包括电机。电机可包括伺服电机。伺服电机可包括致动的线性导螺杆传动电机。电机可包括皮带传动电机。电机可包括旋转编码器。仪器和/或系统可包括开关。开关可包括复位或限位开关。电机可包括致动器。致动器可包括线性致动器。电机可包括皮带传动的致动器。电机可包括导螺杆传动的致动器。本文公开的系统和/或仪器可包括一个或多个活塞。
在一些例子中，压力系统包括一个或多个泵。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。泵可为真空泵。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、文丘里真空泵或团队喷射器(team eiector)。压力系统可包括阀；如节流阀。
本文描述的系统、仪器和/或方法可包括材料再循环机构。再循环机构可收集未使用的预转化的材料，并且将未使用的预转化的材料送回到储库。该储库可为材料分配机构(例如材料分配储库)，或者是进料到材料分配机构内的本体储库。未使用的预转化的材料可为未用于形成3D物体的至少一部分的材料。通过平整机构和/或材料去除机构从材料床去除的预转化的材料的至少一小部分可由再循环系统回收。未转化以随后形成3D物体的材料床内的材料的至少一小部分可由再循环系统回收。真空喷嘴(例如，其可位于材料床的边缘处)可收集未使用的预转化的材料。未使用的预转化的材料可无需真空而从材料床去除。未使用的预转化的(例如粉末)材料可手动从材料床去除。未使用的预转化的材料可通过正压(例如通过吹走未使用的材料)从材料床去除。通过主动地将其从材料床推出(例如机械地或使用正加压气体)，可从材料床去除未使用的预转化的材料。未使用的预转化的材料可通过材料去除机构从材料床去除。未使用的预转化的材料可通过利用力源从材料床去除。气流可将未使用的预转化的材料引导至真空喷嘴。材料收集机构(例如铲子)可引导未使用的材料，以离开材料床(并且任选地进入再循环机构)。再循环机构可包括一个或多个过滤器，以控制返回到储库的颗粒的大小范围。在某些情况下，文丘里清扫喷嘴可收集未使用的材料。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)，使得喷嘴不会变得被材料颗粒堵塞。在一些实施例中，材料可由排出机构通过一个或多个排出端口收集，所述排出端口将来自材料床的材料排出到一个或多个排出储库中。一个或多个排出储库中的材料可重新使用(例如在过滤和/或进一步处理之后)。
在一些情况下，未使用的材料可围绕材料床中的3D物体。未使用的材料可从3D物体中基本上去除。在一些实施例中，未使用的材料从3D物体在其中打印的环境(例如大气和/或外壳)中从3D物体中去除。在一些实施例中，未使用的材料在与3D物体在其中打印的环境不同的环境(例如大气和/或外壳)中从3D物体中去除。未使用的材料在本文中称为“剩余部分”。基本去除可指在去除后材料覆盖3D物体表面的至多约20％、15％、10％、8％、6％、4％、2％、1％、0.5％或0.1％。基本去除可指设置在材料床中并且在3D打印过程结束时保持作为材料(即剩余部分)的所有材料的去除，除了剩余部分的重量的至多约10％、3％、1％、0.3％或0.1％之外。基本去除可指所有剩余部分的去除，除了所打印的3D物体的重量的至多约50％、10％、3％、1％、0.3％或0.1％之外。未使用的材料可被去除，以允许无需挖穿材料床而取回3D物体。例如，未使用的材料可通过以下从材料床吸出：与材料床相邻构建的一个或多个真空端口(例如喷嘴)、刷去未使用材料的剩余部分、从未使用材料中提起3D物体、允许未使用的材料从3D物体流出(例如通过打开未使用材料可从其中离开的材料层的侧面或底部上的出口开口端口)。在未使用的材料被排空之后，3D物体可被去除，并且未使用的材料可被再循环到材料储库用于未来的构建。未使用的材料可通过清洁3D物体的系统和仪器从3D物体中去除，所述系统和仪器例如在U.S.62/317,070和PCT/US15/36802中公开的那种，所述专利各自以引用的方式整体并入本文。
在一些实施例中，3D物体的最终形式在最终材料层冷却之后不久被取回。冷却后不久可为至多约1天、12小时(h)、6h、5h、4h、3h、2h、1h，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。冷却后不久可在上述时间值中任意者之间(例如约1s至约1天、约1s至约1小时、约30分钟至约1天、或约20s至约240s)。在一些情况下，冷却可通过包括通过对流的主动冷却的方法来发生，使用包含氩、氮、氦、氖、氪、氙、氢、一氧化碳、二氧化碳或氧的冷却气体或气体混合物。冷却可冷却到允许个人处理3D物体的温度。冷却可冷却到处理温度。3D物体可在上述时间段中任意者之间(例如约12h至约1s、约12h至约30min、约1h至约1s、或约30min至约40s)的时间段期间取回。
在一些实施例中，所生成的3D物体在其取回之后需要非常少的进一步加工或不需要进一步加工。在一些例子中，减少的进一步处理或其缺乏提供了与商购可得的3D打印过程相比，需要更少量的能量和/或更少浪费的3D打印过程。更少的量可减少至少约1.1、1.3、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10。更少的量可减少在上述值之间的任何值(例如，约1.1至约10、或约1.5至约5)。进一步加工可包括修剪，如本文中所公开的。进一步加工可包括抛光(例如，砂磨)。例如，在一些情况下，可取回且完成所生成的3D物体，而无需除经转化的材料和/或辅助特征。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材料床去除3D物体而无基本变形的处理温度下时，可取回3D物体。处理温度可为适合于3D物体的包装的温度。处理温度可为至多约120℃、100℃、80℃、60℃、40℃、30℃、25℃或20℃。处理温度可为在前述温度值(例如约120℃至约20℃)之间的任何值。
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，3D物体可以至少约0.1平方厘米/秒(cm2/sec)、0.5cm2/sec、1.0cm2/sec、1.5cm2/sec、2.0cm2/sec、2.5cm2/sec、5cm2/sec、10cm2/sec、15cm2/sec、20cm2/sec、30cm2/sec、50cm2/sec、70cm2/sec、80cm2/sec、90cm2/sec、100cm2/sec或120cm2/sec的速率运输。在一些情况下，3D物体以在上述速率之间的速率(例如约0.1cm2/sec至约120cm2/sec、约1.5cm2/sec至约80cm2/sec、或约1.0cm2/sec至约100cm2/sec)运输。在一些例子中，3D部分在其形成之后立即具有本文所述的精度值，而无需另外的处理和/或操纵。
在一些实施例中，将一个或多个3D物体(例如3D物体的库存)供应给客户。客户可为个人、企业、组织、政府、非营利组织、公司、医院、医学从业者、工程师、零售商、任何其它实体或个人。客户可为对接收3D物体和/或订购3D物体感兴趣的客户。客户可提交对3D物体的形成的要求。客户可提供值钱的物品作为3D物体的交换。客户可提供关于3D物体的设计或模型。客户可提供呈立体光刻(STL)文件的形式的设计。客户可提供设计，其中设计可为以任何其它数字或物理形式的3D物体形状和尺寸的限定。在一些情况下，客户可提供3D模型、草图或图像作为要生成的物体的设计。设计可转换成可由打印系统使用以附加地产生3D物体的指令。客户可提供从特定材料或材料组(例如，如本文描述的材料)形成3D物体的请求。在一些情况下，设计可不包含辅助特征或辅助支承特征的任何过去存在的标志。
在一个实施例中，响应客户请求，使用如由客户指定的一种或多种材料，利用本文描述的打印方法、系统和/或仪器来形成3D物体。3D物体随后可交付给客户。3D物体可无需辅助特征(例如，其指示辅助支撑件特征的存在或去除)的生成或去除而形成。辅助特征可为阻止3D物体在3D打印期间移位、变形或移动的支撑件特征。
在一些情况下，3D物体的预期尺寸源自3D物体的模型设计。生成的3D物体(例如固化材料)可具有与预期尺寸至多约0.5微米(μm)、1μm、3μm、10μm、30μm、100μm、300μm或更小的平均偏差值。该偏差可为在上述值之间的任何值(例如约0.5μm至约300μm、约10μm至约50μm、约15μm至约85μm、约5μm至约45μm或约15μm至约35μm)。根据式Dv+L/Kdv，3D物体在特定方向上可与预期尺寸具有偏差，其中Dv为偏差值，L为3D物体在特定方向上的长度，且Kdv为常数。Dv可具有至多约300μm、200μm、100μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm的值。Dv可具有至少约0.5μm、1μm、3μm、5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、100μm、300μm的值。Dv可具有在上述值之间的任何值(例如约0.5μm至约300μm、约10μm至约50μm、约15μm至约85μm、约5μm至约45μm、或约15μm至约35μm)。Kdv可具有至多约3000、2500、2000、1500、1000或500的值。Kdv可具有至少约500、1000、1500、2000、2500或3000的值。Kdv可具有在上述值之间的任何值(例如约3000至约500、约1000至约2500、约500至约2000、约1000至约3000、或约1000至约2500)。
系统和/或仪器可包括控制机构(例如控制器)。本文公开的方法、系统和/或仪器可掺入控制器机构，其控制本文描述的3D打印机的一个或多个部件。控制器可包括联接到系统和/或仪器、或其分别部件(例如能量源)中的任一个的计算机处理单元(例如计算机)。计算机可通过有线和/或通过无线连接可操作地联接。在一些情况下，计算机可在用户装置上。用户装置可为膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机或另一计算装置。控制器可与云计算机系统和/或服务器通信。控制器可被编程为选择性地引导能量源以功率/单位面积对靶表面的至少一部分施加能量。控制器可与扫描仪通信，所述扫描仪配置为接合能量源，以功率/单位面积对靶表面的至少一部分施加能量。
控制器可控制层分配机构和/或其任何部件。控制器可控制平台。控制可包括控制(例如引导和/或调节)移动的速度(速率)。移动可为水平的、垂直的和/或成一定角度。控制器可控制材料去除机构、材料分配机构和/或外壳(例如腔室)中的压力水平(例如真空、环境压力或正压)。压力水平(例如真空、环境压力或正压)可为恒定或变化的。压力水平可手动和/或由控制器打开和关闭。控制器可控制力产生机构。例如，控制器可控制由力产生机构生成的磁力、电力、气动力和/或物理力的量。例如，控制器可控制由力产生机构生成的磁性和/或电荷的极性类型。控制器可控制在其下生成力的时机和频率。控制器可控制平移机构的移动方向和/或速率。控制器可控制冷却构件(例如外部和/或内部)。在一些实施例中，外部冷却构件可为可平移的。层分配机构或其任何部件的移动可为预定的。层分配机构或其任何部件的移动可根据算法。控制可为手动和/或自动的。控制可被编程和/或随心所欲地实现。控制可根据算法。该算法可包括打印算法或运动控制算法。该算法可考虑3D物体的模型。
控制器可包括处理单元。处理单元可为中央的。处理单元可包括中央处理单元(在本文中“CPU”)。控制器或控制机构(例如包括计算机系统)可被编程以实现本公开内容的方法。控制器可控制本文公开的系统和/或仪器的至少一个部件。图22是计算机系统2200的示意性例子，所述计算机系统2200被编程为或以其它方式配置为促进按照本文提供的方法形成3D物体。计算机系统2200可控制(例如引导和/或调节)本公开内容的打印方法、仪器和系统的各种特征，例如调节力、平移、加热、冷却和/或维持粉末床的温度、工艺参数(例如腔室压力)、能量源的扫描路线、冷却构件的位置和/或温度、发射到所选位置的能量的量的应用、或其任何组合。计算机系统2201可为打印系统或仪器例如本公开内容的3D打印系统或仪器的部分或者与之连通。计算机可联接到本文公开的一个或多个机构、和/或其任何部分。例如，计算机可联接到一个或多个传感器、阀门、开关、电机、泵或其任何组合。
控制可包括调节、监控、限定、限制、支配、抑制、监督、引导、指导、操纵或调制。如本文公开的，控制器可操作地联接到仪器、系统和/或其部分中的一个或多个。控制器和计算机系统可为在专利申请序列号62/297,067、62/401,534、62/252,330、62/396,584或PCT/US16/59781中公开的任何一种，所有这些专利都以引用的方式全部并入本文。
计算机系统2200可包括处理单元2206(本文也使用“处理器”、“计算机”和“计算机处理器”)。计算机系统可包括存储器或存储器位置2202(例如随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元2204(例如硬盘)、用于与一个或多个其它系统连通的通信接口2203(例如网络适配器)、外围设备2205，例如高速缓冲存储器、其它存储器、数据存储单元和/或电子显示适配器。存储器2202、存储单元2204、接口2203和外围设备2205通过通信总线(实线)例如母板与处理单元2206通信。存储单元可为用于存储数据的数据存储单元(或数据储库)。计算机系统可借助于通信接口可操作地联接到计算机网络(“网络”)2201。网络可为因特网、因特网和/或外联网、或与因特网通信的内联网和/或外联网。网络在一些情况下是远程通信和/或数据网络。网络可包括一个或多个计算机服务器，其可使得能够分布式计算，例如云计算。网络在一些情况下借助于计算机系统可实现对等网络，所述对等网络可使得联接到计算机系统的装置能够充当客户端或服务器。
处理单元可执行一系列机器可读指令，其可在程序或软件中体现。指令可存储在存储器位置例如存储器2202中。指令可引导至处理单元，该处理单元随后可被编程为或以其它方式配置处理单元，以实现本公开内容的方法。由处理单元执行的操作的例子可包括读取、解码、执行和写回。处理单元可解释和/或执行指令。处理器可包括微处理器、数据处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、协处理器、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、控制器、可编程逻辑装置(PLD)、芯片集或现场可编程门阵列(FPGA)或其任何组合。处理单元可为电路(例如集成电路)的部分。系统2200的一个或多个其它部件可包括在电路中。
存储单元2204可存储文件，例如驱动程序、文库和保存的程序。存储单元可存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统可包括一个或多个另外数据存储单元，其对于计算机系统是外部的，例如位于通过内联网或因特网与计算机系统通信的远程服务器上。
计算机系统可通过网络与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统可与用户(例如操作员)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的例子包含个人计算机(例如，便携式PC)、板或平板PC(例如， iPad，Galaxy Tab)、手机、智能手机(例如，iPhone、Android-enabled装置，)或个人数字助理。用户可经由网络访问计算机系统。
如本文描述的方法可通过机器(例如计算机处理器)可执行代码来实现，所述可执行代码存储在计算机系统的电子存储位置上，例如存储器2202或电子存储单元2204上。机器可执行或机器可读代码可以软件的形式提供。在使用期间，处理器2206可执行该代码。在一些情况下，代码可从存储单元检索且存储在存储器上用于由处理器随时访问。在一些情况下，可排除电子存储单元，并且将机器可执行指令存储在存储器中。
代码可经预编译且配置以用于具有适合于执行代码的处理器的机器，或可在运行时间期间编译。代码可以编程语言提供，可选择所述编程语言以使得代码能够以预编译或已编译方式执行。
处理单元可包括一个或多个核。计算机系统可包括单核处理器、多核处理器或用于平行处理的多个处理器。处理单元可包括一个或多个中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)。多重核可设置在物理单元(例如中央处理单元或图形处理单元)中。处理单元可包括一个或多个处理单元。物理单元可为单个物理单元。物理单元可为内核(die)。物理单元可包括高速缓冲存储器一致性电路。多重核可紧密接近设置。物理单元可包括集成电路芯片。集成电路芯片可包括一个或多个晶体管。集成电路芯片可包括至少2亿个晶体管(BT)、0.5BT、1BT、2BT、3BT、5BT、6BT、7BT、8BT、9BT、10BT、15BT、20BT、25BT、30BT、40BT或50BT。集成电路芯片可包括至多7BT、8BT、9BT、10BT、15BT、20BT、25BT、30BT、40BT、50BT、70BT或100BT。集成电路芯片可包括在上述数目之间的任何数目的晶体管(例如约0.2BT至约100BT、约1BT至约8BT、约8BT至约40BT、或约40BT至约100BT)。集成电路芯片可具有至少50mm2、60mm2、70mm2、80mm2、90mm2、100mm2、200mm2、300mm2、400mm2、500mm2、600mm2、700mm2或800mm2的面积。集成电路芯片可具有至多50mm2、60mm2、70mm2、80mm2、90mm2、100mm2、200mm2、300mm2、400mm2、500mm2、600mm2、700mm2或800mm2的面积。集成电路芯片可具有在上述值之间的任何值的面积(例如约50mm2至约800mm2、约50mm2至约500mm2、或约500mm2至约800mm2)。紧密接近可允许基本上保存在核之间行进的通信信号。紧密接近可减少通信信号退化。如本文理解的，核是具有独立中央处理能力的计算部件。计算系统可包括设置在单个计算部件上的多重核。多重核可包括两个或更多个独立的中央处理单元。独立的中央处理单元可构成读取并执行程序指令的单元。多重核可为平行核。多重核可平行运行。多重核可包括至少2、10、40、100、400、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000个核。多重核可包括至多1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000或40000个核。多重核可包括在上述数目之间的任何数目的核(例如2至40000、2至400、400至4000、2000至4000、或4000至10000个核)。处理器可包括数据传送中的低延时(例如从一个核到另一个核)。延时可指处理器中的物理变化(例如信号)的原因和效果之间的时间延迟。延时可指从发送数据包的源(例如第一核)到接收数据包的目的地(例如第二核)所经过的时间(也称为两点延时)。一点延时可指从发送数据包(例如信号)的源(例如第一核)到接收数据包的目的地(例如第二核)所经过的时间，以及指定将数据包发送回源(例如，数据包往返)。延时可足够低以允许大量的浮点运算/秒(FLOPS)。FLOPS的数目可为至少约1Tera Flops(T-FLOPS)、2T-FLOPS、3T-FLOPS、5T-FLOPS、6T-FLOPS、7T-FLOPS、8T-FLOPS、9T-FLOPS或10T-FLOPS。flops的数目可为至多约5T-FLOPS、6T-FLOPS、7T-FLOPS、8T-FLOPS、9T-FLOPS、10T-FLOPS、20T-FLOPS或30T-FLOPS。FLOPS的数目可为在上述值之间的任何值之间的任何值(例如约1T-FLOP至约30T-FLOP、约4T-FLOPS至约10T-FLOPS、约1T-FLOPS至约10T-FLOPS、或约10T-FLOPS至约30T-FLOPS。FLOPS可根据基准进行测量。基准可为HPC挑战基准。基准可包括数学运算(例如等式计算例如线性方程)、图形操作(例如渲染)或加密/解密基准。基准可包括高性能LINPACK、矩阵乘法(例如DGEMM)、往/来存储器的持续存储器带宽(例如STREAM)、阵列转置速率测量(例如PTRANS)、随机存取、快速傅里叶变换速率(例如在使用广义Cooley-Tukey算法的大型一维向量上)、或通信带宽和延时(例如基于有效带宽/延时基准的MPI中心性能测量)。LINPACK指用于在数字计算机上执行数字线性代数的软件库。DGEMM指双精度通用矩阵乘法。STREAM.PTRANS.MPI指消息传递接口。
计算机系统可包括超线程技术。计算机系统可包括具有集成转化、照明、三角形设置、三角形裁剪、渲染引擎或其任何组合的芯片处理器。渲染引擎能够处理至少约1000万个多边形/秒。渲染引擎能够处理至少约1000万次计算/秒。例如，GPU可包括通过Nvidia、ATITechnologies、S3Graphics、Advanced Micro Devices(AMD)或Matrox的GPU。处理单元能够处理包括矩阵或向量的算法。核可包括复杂指令集计算核(CISC)或精简指令集计算(RISC)。
计算机系统可包括可重编程的电子芯片(例如现场可编程门阵列(FPGA))。例如，FPGA可包含Tabula、Altera或Xilinx FPGA。电子芯片可包括一个或多个可编程逻辑块(例如阵列)。逻辑块可计算组合函数、逻辑门或其任何组合。计算机系统可包括定制硬件。定制硬件可包括算法。
计算机系统可包括可配置计算、部分可重构计算、可重构计算或其任何组合。计算机系统可包括FPGA。计算机系统可包括执行算法的集成电路。例如，可重构计算系统可包括FPGA、CPU、GPU或多核微处理器。可重构计算系统可包括高性能可重构计算架构(HPRC)。部分可重构计算可包括基于模块的部分重构或基于差异的部分重构。
计算系统可包括执行算法(例如控制算法)的集成电路。物理单元(例如在其内的高速缓冲存储器一致性电路)可具有至少约0.1吉比特/秒(Gbit/s)、0.5Gbit/s、1Gbit/s、2Gbit/s、5Gbit/s、6Gbit/s、7Gbit/s、8Gbit/s、9Gbit/s、10Gbit/s或50Gbit/s的时钟时间。物理单元可具有在上述值之间的任何值的时钟时间(约0.1Gbit/s至约50Gbit/s、或约5Gbit/s至约10Gbit/s)。物理单元可在至多0.1微秒(μs)、1μs、10μs、100μs或1毫秒(msec)内产生算法输出。物理单元可在上述时间之间的任何时间内产生算法输出(例如约0.1μs至约1msec、约0.1μs至约100μs、或约0.1μs至约10μs)。在一些情况下，控制器可使用计算、实时测量或其任何组合来调节能量束。在一些情况下，实时测量(例如温度测量)可以至少约0.1KHz、1KHz、10KHz、100KHz、1000KHz或10000KHz)的速率提供输入。在一些情况下，实时测量结果可以在上述速率的任意者之间的速率提供输入(例如约0.1KHz至约10000KHz、约0.1KHz至约1000KHz、或约1000KHz至约10000KHz)。处理单元的存储器带宽可为至少约1吉位/秒(Gbytes/s)、10Gbytes/s、100Gbytes/s、200Gbytes/s、300Gbytes/s、400Gbytes/s、500Gbytes/s、600Gbytes/s、700Gbytes/s、800Gbytes/s、900Gbytes/s或1000Gbytes/s。处理单元的存储器带宽可为至多约1吉位/秒(Gbytes/s)、10Gbytes/s、100Gbytes/s、200Gbytes/s、300Gbytes/s、400Gbytes/s、500Gbytes/s、600Gbytes/s、700Gbytes/s、800Gbytes/s、900Gbytes/s或1000Gbytes/s。处理单元的存储器带宽可为在上述值之间的任何值(例如约1Gbytes/s至约1000Gbytes/s、约100Gbytes/s至约500Gbytes/s、约500Gbytes/s至约1000Gbytes/s、或约200Gbytes/s至约400Gbytes/s)。
本文提供的系统、仪器和/或方法例如计算机系统的各方面可在编程中体现。技术的各方面可视为通常以机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式的“产品”、“物体”或“制造物品”，所述可执行代码和/或相关数据在一类机器可读介质上携带或以一类机器可读介质体现。机器可执行代码可存储于电子存储单元、此类存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、快闪存储器)或硬盘上。存储单元可包括非易失性存储介质。“存储”型介质可包括计算机、处理器等等的任何或所有有形存储器，或其相关模块例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、外部驱动器等等，其可在任何时候提供非暂时性存储用于软件编程。
存储器可包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其任何组合。闪速存储器可包括与非(NAND)或者或非(NOR)逻辑门。存储器可包括硬盘(例如磁盘、光盘、磁光盘、固态盘等)、光碟(CD)、数字多功能盘(DVD)、软盘、盒式磁带、磁带和/或另一类计算机可读介质连同相应的驱动器。
软件的全部或一部分有时可通过因特网或各种其它远程通信网络来通信。例如，这样的通信可使得软件能够从一个计算机或处理器装载到另一个，例如从管理服务器或主机装载到应用服务器的计算机平台中。因此，可承载软件元件的另一类介质包括光波、电波和电磁波，例如跨本地装置之间的物理接口使用，通过有线和光学陆上网络以及经过各种空中链路使用。携载这些波的物理元件(例如，有线或无线链路、光学链路等等)还可被视为承载软件的媒体。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，机器可读介质例如计算机可执行代码可采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，例如任何计算机等等中的任何存储装置，例如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、导线(例如铜线)和/或光纤，包括包含计算机系统内的总线的导线。载波传输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。存储器和/或存储单元可包括对于装置外部和/或可从装置移除的存储装置，例如通用串行总线(USB)记忆棒或硬盘。计算机可读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。
计算机系统可包括电子显示器或与电子显示器通信，所述电子显示器包括用于提供例如待打印的3D物体的模型设计或图形表示的用户界面(UI)。UI的例子包含(但不限于)图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。计算机系统可监测和/或控制3D打印系统的各个方面。控制可为手动和/或被编程的。控制可依赖于已经预编程的反馈机构。反馈机构可依赖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和/或一时兴起检索。历史数据可由操作员和/或用户访问。历史数据和/或操作数据可在输出单元例如显示单元中提供。输出单元(例如监视器)可实时或以延迟的时间输出3D打印系统的各种参数(如本文描述的)。输出单元可输出当前3D打印物体、预订3D打印物体或两者。输出单元可输出3D打印物体的打印进度。输出单元可输出关于打印3D物体的总时间、剩余时间和扩展时间中的至少一个。输出单元可输出(例如显示、说出和/或打印)传感器的状态、其读数和/或关于其校准或维护的时间。输出单元可输出所使用的材料的类型和材料的各种特征，例如预转化的材料的温度和流动性。输出单元可输出打印腔室(即，正在打印3D物体的腔室)中的氧、水和压力的量。计算机可在预定时间、根据(例如来自操作者的)请求和/或一时兴起时生成包括3D打印系统、方法和或物体的各种参数的报告。输出单元可包括屏幕、打印机或扬声器。控制系统可提供报告。该报告可包括描述为由输出单元任选输出的任何项目。
本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括输出和/或输入装置。输入装置可包括键盘、触摸板或麦克风。输出装置可为感官输出装置。输出装置可包括视觉、触觉或音频装置。音频装置可包括扬声器。视觉输出装置可包括屏幕和/或打印硬拷贝(例如纸)。输出装置可包括打印机。输入装置可包括照相机、麦克风、键盘或触摸屏。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括蓝牙技术。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括通信端口。通信端口可为串行端口或并行端口。通信端口可为通用串行总线端口(即，USB)。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括USB端口。USB可为微型或迷你USB。USB端口可涉及包含00h、01h、02h、03h、05h、06h、07h、08h、09h、0Ah、0Bh、0Dh、0Eh、0Fh、10h、11h、DCh、E0h、EFh、FEh或FFh的装置类别。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括插头和/或插座(例如电、AC电源、DC电源)。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括适配器(例如AC和/或DC电源适配器)。本文描述的系统和/或仪器(例如控制器)和/或其任何部件可包括电力连接器。电力连接器可为电源连接器。电力连接器可包括磁耦合的(例如附接的)电力连接器。电力连接器可为对接连接器。连接器可为数据和电力连接器。连接器可包括销。连接器可包括至少10、15、18、20、22、24、26、28、30、40、42、45、50、55、80或100个销。
本文公开的系统、方法和/或仪器可包括接收关于3D物体(例如来自客户)的请求。该请求可包括所需3D物体的模型(例如CAD)。可替代地或另外地，可生成所需3D物体的模型。该模型可用于生成3D打印指令。3D打印指令可排除3D模型。3D打印指令可基于3D模型。3D打印指令可考虑3D模型。3D打印指令可基于模拟。3D打印指令可使用3D模型。3D打印指令可包括使用考虑3D模型的算法(例如嵌入在软件中)。该算法可考虑与模型的偏差。偏差可为校正偏差。校正偏差可使得3D物体的至少一部分作为与3D模型的偏差被打印，并且在硬化之后，3D物体的至少一部分(和/或整个3D物体)基本上不偏离所需3D物体的模型。打印指令可用于打印所需3D物体。打印的3D物体可基本上对应于所请求的3D物体。在一些实施例中，用于形成3D打印指令的算法排除反馈控制环路(例如闭环)。3D打印指令可排除考虑所生成的3D物体或其部分的计量测量(例如3D物体的测量)。在一些实施例中，3D打印指令可包括开环控制。该算法可使用历史(例如，经验)数据。经验数据可具有特征结构(例如，包括在所需3D物体中)。特征结构可基本上类似于3D物体的至少一部分。经验数据可先前获得。在一些实施例中，该算法可使用理论模型。该算法可使用能流(例如热流)的模型。使用经改变的模型生成3D物体可排除迭代过程。3D物体的生成可不涉及3D模型(例如CAD)的改变，而是生成新的一组3D打印指令。在一些实施例中，该算法用于改变由3D打印过程中涉及的至少一个部件(例如能量束)接收的指令。在一些实施例中，算法不改变3D模型。该算法可包括打印所需3D物体或其一部分的通用方法。在一些实施例中，算法不基于改变基于打印所需3D物体的3D打印指令、测量打印的3D物体中的误差，以及修正打印指令。在一些实施例中，该算法不基于考虑所需的和打印的3D物体(例如实时)的迭代过程。该算法可基于在所需3D物体的打印期间一个或多个误差的估计。该算法可基于通过考虑预料误差生成分别的3D打印指令来校正估计的误差。以这种方式，该算法可规避误差的生成。该算法可基于在所需3D物体的打印期间一个或多个误差的估计，并且通过考虑到预料误差生成分别的3D打印指令来校正它们，并且因此规避误差的生成。该误差可包括与所需3D物体的模型的偏差。估计可基于(例如代表性结构或结构段的)模拟、建模和/或历史数据。图23显示了表示3D打印过程步骤的流程图的例子，所述3D打印过程步骤由本文描述的3D打印系统和/或仪器执行。在步骤2301中请求所需3D物体。在步骤2302中提供或生成3D模型。步骤2304示出了3D物体的打印指令的生成，其中利用了模型和算法两者。在步骤2305中使用打印指令随后生成3D物体。在步骤2306中交付所需3D物体。箭头2307指定从步骤2301到步骤2306的步骤执行方向。回馈箭头的不存在代表反馈环路控制的缺乏。
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×25cm×30cm容器中，在环境温度和压力下，将平均粒度为32μm的铬镍铁718粉末设置在容纳粉末床的容器中。容器在环境温度和压力下置于外壳中。外壳用氩气(Ar)吹扫5min。在粉末床的暴露表面上方，将平均高度为0.05mm的粉末材料的平面层放置在容纳粉末床的容器中。200W光纤1060nm激光束如下制造无锚悬浮于粉末床中的基本上平坦的表面：粉末床的暴露表面用横截面直径0.4mm的散焦高斯光斑照射约100毫秒，以形成熔融粉末的第一分块。在形成第一分块之后，激光束移动到粉末床上远离分块的另一个点。在超过5秒(例如间歇)之后，激光束返回到第一分块附近，以形成熔融粉末的第二分块。在间歇期间，第一分块的熔融材料冷却下来。第一方块和第二分块的中心之间的距离范围为约0.1mm至约0.2mm，形成重叠的分块。通过相继形成这种分块来制造具有一层的矩形3D物体。矩形3D物体(盒子)测量为8mm×20mm，具有如图39A中描绘的高度。该3D物体是垂直横截面的，并且其垂直横截面的一部分由2Mega像素电荷耦合器件(CCD)照相机成像，其垂直横截面的该部分在图39A的例子中显示。
实例2
在实例1中形成的层之后，在环境温度和压力下，在氩下，在粉末床(包括一个分层3D物体)的暴露表面上设置粉末材料的第二平面层。设置的平面粉末层具有0.05的平均高度。200W光纤1060nm激光束在实例1中的第一层上制造基本上平坦的表面，以形成作为3D物体的部分的第二层，所述3D物体如上文对于形成第一层所述的无锚悬浮于粉末床中。通过相继形成这种分块来制造矩形3D物体。设置在第一层上的第二层的一部分显示于图30，3050的俯视图中。形成第二层的分块在3070中显示，所述第二层设置在第一层3060上。矩形3D物体(盒子)测量为8mm×20mm，具有如图39A中描绘的高度。该3D物体是垂直横截面的，并且其垂直横截面的一部分由2Mega像素CCD照相机成像，其垂直横截面的该部分在图39B的例子中显示。
实例3
在实例2中形成的层之后，在环境温度和压力下，在氩下，在粉末床(包括一个分层3D物体)的暴露表面上设置粉末材料的第三平面层。设置的平面粉末层具有0.05的平均高度。200W光纤1060nm激光束在实例2中的第二层上制造基本上平坦的表面，以形成作为3D物体的部分的第三层，所述3D物体如上文对于形成第二层和第一层所述的无锚悬浮于粉末床中。通过相继形成这种分块来制造矩形3D物体。矩形3D物体(盒子)测量为8mm×20mm，具有如图36中描绘的高度。该3D物体是垂直横截面的，并且其垂直横截面的一部分由2Mega像素CCD照相机成像，其垂直横截面的该部分在图36，3610的例子中显示。
虽然本文已显示且描述了本发明的优选实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例仅提供作为例子。并不旨在使本发明受限于说明书内提供的特定实例。尽管已参考前述说明书描述了本发明，但本文实施例的描述和说明不意味着以限制性含义来解释。许多改变、变化及替代现将在不脱离本发明的情况下被本领域的技术人员想到。此外，应该理解，本发明的所有方面并不限于本文中阐述的取决于各种条件和变量的特定描写、配置或相对比例。应理解，可在本发明的实践中采用本文中所描述的本发明的实施例的各种替代方案。因此，预期本发明还应涵盖任何此类替代方案、修改、变化或等效物。所打算的是，以下权利要求定义本发明的范围，且从而涵盖这些权利要求及其等效物内的方法和结构。

Claims (27)

1.一种用于打印三维物体的方法，其包括：
(A)将第一预转化的材料提供至设置在平台上方的硬化材料的底部蒙皮层，所述底部蒙皮层是所述三维物体的部分；和
(B)使用能量束以：
(I)将所述预转化的材料转化为作为所述三维物体的部分的经转化的材料的第一部分，所述第一部分具有第一横向横截面，
(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面至少部分重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在所述底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是所述第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一横截面的中心在所述第二横截面上方。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硬化材料的底部蒙皮层沿着垂直于所述平台的方向设置在所述平台上方。
4.根据权利要求1所述的方法，其中借助于模拟来增加所述第二部分的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述模拟包括打印所述三维物体的温度或机械模拟。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述模拟包括热机械模拟。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述模拟包括所述三维物体的材料性质。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二部分的温度借助于以下得到增加：图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
9.一种用于打印三维物体的方法，其包括：
(A)提供包含预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层的材料床，所述材料床设置在平台上方，其中所述底部蒙皮层是所述三维物体的部分，其中所述预转化的材料的至少一小部分设置在所述底部蒙皮层上方；和
(B)用能量束照射所述平面层的第一部分以：
(I)将所述第一部分中的预转化的材料转化为作为所述三维物体的部分的经转化的材料，所述第一部分具有第一横向横截面；
(II)将第二部分的温度增加到至少靶温度值，所述第二部分(a)是所述底部蒙皮层的部分，并且(b)具有与所述第一横向横截面重叠的第二横向横截面，所述靶温度值是以下中的至少一个：(i)在所述底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是所述第二部分中的底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使用反馈控制或前馈控制来增加所述第二部分的温度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中使用闭环控制或开环控制来增加所述第二部分的温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制包括使用图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。
13.根据权利要求9所述的方法，其中提供材料床包括通过使用气流从所述材料床的暴露表面去除过量的预转化的材料，并且使所述预转化的材料与所述气流旋流分离来分配预转化的材料层。
14.一种用于打印三维物体的方法，其包括：
(a)向设置在平台上方的硬化材料的底部蒙皮层提供预转化的材料，其中所述底部蒙皮层是所述三维物体的部分；
(b)使用能量束将所述预转化的材料的一部分转化为设置在所述底部蒙皮层上方的经转化的材料的一部分；和
(c)设定所述能量束的至少一个特征，使得在经转化的材料的一部分下方的所述底部蒙皮层处的三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在所述底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是所述底部蒙皮层材料塑性屈服的温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述经转化的材料是熔池。
16.根据权利要求14所述的方法，其还包括在(c)之后重复(b)。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述底部蒙皮层沿着垂直于所述平台的方向在经转化的部分下方。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个特征包括所述能量束的功率密度、横截面积、轨迹、速度、焦点、能量分布、停留时间、间歇时间或注量。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述预转化的材料包括由选自元素金属、金属合金、陶瓷和元素碳的同素异形体中的至少一个成员形成的微粒材料。
20.一种用于打印三维物体的方法，其包括：
(a)提供包含预转化的材料和硬化材料的底部蒙皮层的材料床，所述材料床设置在平台上方，其中所述底部蒙皮层是所述三维物体的部分，其中所述预转化的材料的至少一小部分设置在所述底部蒙皮层上方，其中上方是沿着与所述平台相反的方向；
(b)使用能量束将所述预转化的材料的至少一小部分的一部分转化成作为所述三维物体的部分的经转化的材料；和
(c)设定所述能量束的至少一个特征，使得在所述一部分下方的底部蒙皮层处的所述三维物体的温度是以下中的至少一个：(i)在所述底部蒙皮层材料的固相线温度以上且在液相线温度以下，以及(ii)所处的温度是底部蒙皮层中的材料塑性屈服的温度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述底部蒙皮层是以下的第一形成层：(i)所述三维物体、(ii)所述三维物体的悬挂结构、或(iii)所述三维物体的空腔天花板。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述底部蒙皮层在所述底部蒙皮层的底表面上具有半径XY的球体，其中所述直线XY和与所述底部蒙皮层的平均分层平面正交的方向之间的锐角在约45度至约90度的范围内。
23.根据权利要求22所述的方法，其中在打印期间，所述三维物体的所述第一形成层包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件特征。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述三维物体的悬挂结构具有与所述三维物体或所述平台断开的至少一个侧面。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述悬挂结构包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件特征。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述三维物体的空腔天花板具有与所述三维物体或所述平台断开的至少一个侧面。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述悬挂结构包括间隔开2毫米或更多的辅助支撑件。
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