CN109773185A - 用于使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造的箔部分翘曲补偿 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及用于使用基于箔的构建材料的增材制造的方法及设备。此方法和设备消除了常规基于粉末的方法的若干缺陷，包括粉末处理、重涂器阻塞和健康风险。此外，本公开内容提供了用于构建板和基于箔的构建材料的过程中的翘曲的补偿、过程中的监测和闭环控制的方法及设备。

Description

用于使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造的箔部分翘 曲补偿

技术领域

本公开内容主要涉及用于使用基于箔的构建材料的增材制造的方法及设备。更确切地说，本公开内容涉及将箔层提供至构建区域。

背景技术

与减材制造(subtractive manufacturing)方法相比，增材制造(AM)或增材打印过程通常涉及堆积一种或多种材料以形成网状或近似网状(NNS)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物体能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM过程使用例如激光束等电磁辐射来熔融或烧结粉末材料，从而形成固体三维物体。

图1中示出了用于使用粉末构建材料的AM的设备的实例。设备140通过使用由源150产生的能量束170烧结或熔融粉末材料(未展示)以逐层方式构建物体或物体的部分，例如物体152，所述源可例如为用于产生激光束的激光器或在电流流动通过时发射电子的长丝。通过能量束熔融的粉末由储存器156供给并且使用在方向164上行进的重涂臂146将这样的粉末均匀地散布在粉末床142上方，以将粉末保持在水平148处并且将在粉末水平148之上延伸的过量粉末材料移除到废物容器158。在例如激光振镜扫描器162的辐射发射导向装置的控制下，能量束170烧结或熔融正被构建的物体的横截面层。振镜扫描器162可包括例如多个可移动镜面或扫描透镜。扫描能量束的速度是关键的可控制过程参数，影响递送到特定点的能量的数量。典型的能量束扫描速度约为每秒10到几千毫米。构建平台144下降并且另一层粉末散布在粉末床和正被构建的物体之上，之后通过激光器150连续熔融/烧结粉末。举例来说，粉末层的厚度通常为10到100微米。重复所述过程，直到物体152由熔融/烧结粉末材料完全建成为止。能量束170可以由计算机系统控制，所述计算机系统包括处理器和存储器(未展示)。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制能量束170以根据扫描模式照射粉末材料。在完成物体152的制造后，可以将多个后处理程序施加于物体152。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空来移除过量粉末。其它后处理程序包括应力消除热处理过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对物体152进行表面处理。

大多数商业AM机器允许使用粉末构建材料来以逐层方式构建部件，这具有若干缺陷。通常，松散粉末材料可能选择性地难以储存和运输。吸入松散粉末还可能存在健康风险。可能需要用于隔离粉末环境和空气过滤的附加设备来降低这些健康风险。此外，在一些情形中，松散粉末可能变得易燃。

鉴于上文，非基于粉末的方法和设备是期望的。

发明内容

下文呈现了本公开内容的一个或多个方面的简要概述，以便提供此方面的基本理解。此概述并非所有所预期方面的广泛综述，且既不希望指明所有方面的关键或决定性要素，也不希望划定任何或所有方面的范围。其目的在于以简化形式展示一个或多个方面的一些概念，以引出下文呈现的更详细描述。

一方面，本公开内容针对一种用于物体的增材制造的设备，该设备包括：具有构建面的构建板(build plate)；面对构建面的构建单元，构建单元包括箔输送单元(foildelivery unit)和辐射发射引导装置，构建单元联接到能够提供构建单元相对于构建板/面在至少三个维度上的独立移动的定位系统上；其中构建单元构造成使箔从箔输送单元移动到与构建板或其上的物体接触，以便箔可被照射且结合到物体中。在一些方面中，辐射发射引导装置包括能量源。在一些方面中，构建单元还包括振镜扫描器。在一些方面中，所述能量源为激光源。在一些方面中，所述能量源为电子束源。在一些方面中，箔输送单元是能够储存一个或多个箔卷并从有效箔卷分配一定长度的箔的箔分配器。在一些方面中，设备还包括过量收集卷(excess collection roll)。在一些方面中，箔输送单元是能够储存和分配箔片的箔片分配器。在一些方面中，设备还包括丢弃箱。在一些方面中，构建单元还包括气流装置，其构造成提供基本上平行于箔面的层流气流。

另一方面，本公开内容针对一种方法，包括：相对于具有面的构建板定位构建单元；由构建单元分配面对构建板的面的金属箔层；重新定位构建单元来使箔与构建板的面或其上的物体接触；将相应金属箔层的选择区域熔化至构建板的面或物体上的工作表面；以及从物体移除相应金属箔层的未熔化区域。在一些方面中，将相应金属箔层的选择区域熔化至工作表面包括用来自能量源的能量束照射选择区域。在一些方面中，所述能量源为激光源。在一些方面中，所述能量源为电子束源。在一些方面中，能量源由振镜扫描器调制。在一些方面中，由构建单元分配金属箔层包括从连续金属箔卷分配一定长度的箔，以使金属箔片在构建板的面上方延伸。在一些方面中，移除相应金属箔层的未熔化区域包括将金属箔片的未熔化区域卷绕在过量收集卷上。在一些方面中，由构建单元分配金属箔层包括从筒分配金属箔片，其中筒能够储存多个金属箔片。在一些方面中，移除金属箔层的剩余部分包括从物体移动金属箔片。在一些方面中，重新定位构建单元包括将气流装置定位成邻近箔的面，以提供基本上平行于箔面的层流气流。

一方面，本公开内容针对一种设备，其包括具有两个相对面的构建板；构建板的相对面上的一对构建单元，每个构建单元包括箔片输送单元和辐射发射引导装置，每个构建单元联接到能够提供相应构建单元在至少三个维度上的独立移动的定位系统上。在一些方面中，辐射发射引导装置包括能量源。在一些方面中，构建单元还包括振镜扫描器。在一些方面中，所述能量源为激光源。在一些方面中，所述能量源为电子束源。在一些方面中，箔输送单元是能够储存和分配箔片的箔片分配器。在一些方面中，设备还包括丢弃箱。在一些方面中，箔输送单元是能够储存一个或多个箔卷并从有效箔卷分配一定长度的箔的箔分配器。在一些方面中，设备还包括过量收集卷。在一些方面中，该设备还包括控制器，控制器配置成控制一对构建单元来在两个相对面上同时地构建一对对应的物体。

另一方面，本公开内容针对一种方法，其包括：相对于具有两个相对面的构建板定位一对构建单元，每个面包括工作表面；由构建单元中的每一个将相应金属箔层分配到构建板的相对面上方；将相应金属箔层的选择区域熔化至构建板的每个面上的工作表面；以及移除相应金属箔层的未熔化区域。在一些方面中，将相应金属箔层的选择区域熔化至工作表面包括用能量源照射选择区域。在一些方面中，所述能量源为激光源。在一些方面中，所述能量源为电子束源。在一些方面中，能量源由振镜扫描器调制。在一些方面中，由构建单元中的每一个分配相应金属箔层包括从筒分配金属箔片，其中筒能够储存多个金属箔片。在一些方面中，移除相应金属箔层的未熔化区域包括将片从工作表面移动至丢弃箱。在一些方面中，由构建单元中的每一个分配相应金属箔层包括从连续金属箔卷分配一定长度的箔，以使金属箔片在构建板的面上方延伸。在一些方面中，移除相应金属箔层的未熔化区域包括将金属箔片的未熔化区域卷绕在过量收集卷上。在一些方面中，分配、熔化和移除由构建单元中的每一个基于来自控制器的控制信号同时地执行。

另一方面，本公开内容针对一种用于基于箔的构建材料的矢量化方法，包括：接收通过将箔片的一个或多个区域熔合至工件所形成的层的图示；确定一个或多个区域的至少第一区域限定与箔片的剩余部分隔离开的未熔合开口；将第一区域分成至少两个扫描区域，其中每个扫描区域附近的未熔合开口的片段连接到剩余部分上；将至少两个扫描区域中的第一扫描区域熔合至工件；移动箔片；以及将至少两个扫描区域中的第二扫描区域熔合至工件。在一些方面中，该方法还包括确定与箔片的剩余部分隔离的第二未熔合开口具有小于阈值的面积；以及消融第二开口。在一些方面中，消融包括在箔片未与工件接触时消融第二未熔合部分。在一些方面中，移动箔片包括：将箔片与工件分开；相对于工件重新定位箔片；以及使箔片与工件接触。在一些方面中，第一扫描区域的边缘接触第二扫描区域的边缘。在一些方面中，工件包括第一扫描区域与第二扫描区域之间的空白空间。在一些方面中，该方法还包括：将第二区域分成至少第三扫描区域和第四扫描区域；重新定位第三扫描区域和第四扫描区域中的至少一个；将第三扫描区域熔合至工件；移动箔片；以及将至少两个扫描区域中的第四扫描区域在第三扫描区域附近熔合至工件。在一些方面中，划分第二区域包括：确定第二区域的一部分的表面面积小于第一区域外的剩余部分的面积；以及将第二区域的该部分表示为第三扫描区域，其中重新定位第三扫描区域和第四扫描区域中的至少一个包括将第三扫描区域移动到第一区域外的剩余部分。在一些方面中，划分第二区域包括：确定第二区域的一部分沿轴线的宽度小于阈值；以及将第二区域的该部分表示为第三扫描区域，其中重新定位第三扫描区域和第四扫描区域中的至少一个包括移动第三扫描区域。

另一方面，本公开内容针对一种用于使用基于箔的构建材料来形成物体的设备，包括：具有构建面的构建板；箔输送单元；辐射发射引导装置；以及控制器，控制器配置成：接收通过将箔片的一个或多个区域熔合至工件所形成的层的图示；确定一个或多个区域的至少第一区域限定与箔片的剩余部分隔离开的未熔合开口；将第一区域分成至少两个扫描区域，其中每个扫描区域附近的未熔合开口的片段连接到剩余部分上；控制辐射发射引导装置来将至少两个扫描区域中的第一扫描区域熔合至工件；控制箔输送单元来移动箔片；以及控制辐射发射引导装置来将至少两个扫描区域中的第二扫描区域熔合至工件。在一些方面中，控制器配置成：确定与箔片的剩余部分隔离开的第二未熔合开口具有小于阈值的面积；以及消融第二未熔合开口。在一些方面中，控制器配置成在箔片未与工件接触时消融第二未熔合部分。在一些方面中，控制器配置成：将箔片与工件分开；相对于工件重新定位箔片；以及使箔片与工件接触。在一些方面中，熔合的第一扫描区域的边缘接触熔合的第二扫描区域的边缘。在一些方面中，工件包括第一扫描区域与第二扫描区域之间的空白空间。在一些方面中，控制器配置成：将第二区域分成至少第三扫描区域和第四扫描区域；重新定位第三扫描区域和第四扫描区域中的至少一个；将第三扫描区域熔合至工件；移动箔片；以及将至少两个扫描区域中的第四扫描区域在第三扫描区域附近熔合至工件。在一些方面中，控制器配置成：确定第二区域的一部分的表面面积小于第一区域外的剩余部分的面积；以及将第二区域的该部分表示为第三扫描区域；以及将第三扫描区域移动到第一区域外的剩余部分。在一些方面中，控制器配置成：确定第二区域的一部分沿轴线的宽度小于阈值；以及将第二区域的该部分表示为第三扫描区域，其中重新定位第三扫描区域和第四扫描区域中的至少一个包括移动第三扫描区域。在一些方面中，该设备还包括能够提供箔输送单元和辐射发射引导装置相对于构建面在至少三个维度上的独立移动的定位系统。

另一方面，本公开内容针对一种用于物体的增材制造的设备，该设备包括：具有构建面的构建板；面对构建面的构建单元，构建单元包括：箔输送单元和辐射发射引导装置，其中构建单元构造成使箔从箔输送单元移动到与构建板或其上的物体接触，以便箔可被照射且结合到物体中；以及一个或多个检测器，其配置成检测箔、物体和由辐射发射引导装置发射或接收的辐射中的一个或多个。在一些方面中，该设备还包括控制器，控制器配置成从一个或多个检测器接收数据，并且基于接收到的数据调整以下中的一个或多个：由能量源和/或辐射发射引导装置发射的辐射、箔输送单元、构建单元或一个或多个检测器。在一些方面中，一个或多个检测器位于构建板与箔输送单元之间，且配置成检测物体。在一些方面中，一个或多个检测器包括配置成检测物体且生成物体的热分布的热扫描器。在一些方面中，一个或多个检测器包括电磁检测器，其配置成将电流施加至物体，且测量物体内生成的涡流的磁性质。在一些方面中，一个或多个检测器包括计算机断层扫描仪。在一些实施例中，一个或多个检测器配置成在物体完成之前检测。在一些实施例中，设备还包括构造成在照射之后接收箔的剩余部分的箔收集装置，其中一个或多个检测器配置成检测该剩余部分。

另一方面，本公开内容针对一种方法，其包括：相对于具有面的构建板定位构建单元；由构建单元分配面对构建板的面的金属箔层；重新定位构建单元来使箔与构建板的面或其上的物体接触；将相应金属箔层的选择区域熔化至构建板或物体的面上的工作表面；从物体移除相应金属箔层的剩余部分；以及由检测器检测金属箔层、物体或相应金属箔层的剩余部分中的至少一个。在一些方面中，该方法包括至少一个步骤：在熔化之前由检测器检测金属箔层，或由检测器检测物体。在一些方面中，该方法还包括将金属箔层上的数据从检测器传输至控制器、将数据与箔的模型相比较、以及根据模型调整箔。在一些方面中，该方法还包括将物体上的数据从检测器传输至控制器，以及将数据与物体的模型相比较。在一些方面中，该方法还包括：确定物体上的数据与物体的模型差别大于阈值量；以及停止物体的构建过程。

本发明的这些和其它方面将在阅览以下的详细描述之后得到更全面的理解。

附图说明

图1示出了根据常规方法的用于AM的设备的实例。

图2A示出了根据本公开内容的第一实施例的用于AM的设备的示意图。

图2B示出了根据本公开内容的第一实施例的供应一定长度的新构建材料(freshbuild material)的示意图。

图2C示出了根据本公开内容的第一实施例的在制备新层中切割和照射构建材料的一部分的示意图。

图2D示出了根据本公开内容的第一实施例的在将新层熔合至物体上之后的设备的示意图。

图2E示出了根据本公开内容的第一实施例的具有过程监测的用于AM的设备的示意图。

图3A示出了根据本公开内容的第二实施例的用于AM的设备的示意图。

图3B示出了根据本公开内容的第二实施例的供应新构建材料片的示意图。

图3C示出了根据本公开内容的第二实施例的在制备新层中切割和照射构建材料的一部分的示意图。

图3D示出了根据本公开内容的第二实施例的在将新层熔合至物体上之后的设备的示意图。

图3E示出了根据本公开内容的第二实施例的具有过程监测的用于AM的设备的示意图。

图4A示出了根据本公开内容的第三实施例的用于AM的设备的示意图。

图4B示出了根据本公开内容的第三实施例的供应一定长度的新构建材料的示意图。

图4C示出了根据本公开内容的第三实施例的在制备新层中切割和照射构建材料的一部分的示意图。

图4D示出了根据本公开内容的第三实施例的在将新层熔合至物体上之后的设备的示意图。

图4E示出了根据本公开内容的第三实施例的具有过程监测的用于AM的设备的示意图。

图5A示出了根据本公开内容的第四实施例的用于AM的设备的示意图。

图5B示出了根据本公开内容的第四实施例的供应新构建材料片的示意图。

图5C示出了根据本公开内容的第四实施例的在制备新层中切割和照射构建材料的一部分的示意图。

图5D示出了根据本公开内容的第四实施例的在将新层熔合至物体上之后的设备的示意图。

图5E示出了根据本公开内容的第四实施例的具有过程监测的用于AM的设备的示意图。

图6示出了待使用本公开内容的任何设备加入物体的示例性层的示意图。

图7示出了根据本公开内容的一个方面重新布置的图7中的示例性层的示意图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种构造的描述，而无意表示可实践本文所描述的概念的唯一构造。详细描述包括旨在提供对各种概念的透彻理解的具体细节。然而，对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些情况下，众所周知的部件以框图展示，以免模糊概念。使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造(Mobile Large Scale Additive Manufacturing Using Foil-Based Build Materials)

本申请针对用于使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造的方法及设备。根据本公开内容，增材制造使用基于箔的构建材料在构建板的面上执行。使用置于目的区域上方的薄“箔”金属片允许用户以照射源入射箔的相对侧，且在照射点的正下方将箔焊接到下方的表面。此技术以与常规粉末床打印机相同的方式从箔产生新的物体层。然而，本公开内容的方法具有无粉末处理、无重涂或重涂时间、无重涂器堵塞和重力去耦的优点，因为此技术可操作成以角度、倒置或零重力进行打印。

在一些方面中，本公开内容的方法及设备还包括过程监测。在无粉末床的情况下，增长部分或物体可总是可见。此可见性允许实时检测，包括但不限于表面光洁度检测；通过探针、激光测距仪或相机的尺寸公差检查；以及微观冶金检测。在一些方面中，过程监测可包括完成的物体或部分、最近完成的层、箔的剩余部分或前述的组合的后检查。根据本公开内容的过程监测可便于比基于粉末床增材制造更早确定部分或物体的健康。用于过程监测的现有技术和模态，如，CT扫描，能够与本公开内容一起使用，与构建过程串联或并行，或在构建后。

一些此类方面还可包括闭环控制，其可提供执行变形模型的逐层监测和在出现不需要的几何(或其它)特征时调整构建过程的能力。除校正物体特征之外，过程监测和闭环控制还可便于监测增材制造设备的状态。在其构建期间的部分的可见性允许实时反馈和校正。在一些方面，多传感器闭环算法可用于扫描过程的改型。改进的检测能力可便于“即时”构建补偿，以获得关于产品几何形状或其它性质的更期望的最终产品(即，物体)。

如本文使用的，“基于箔的构建材料”是连续的、均匀的、实心的薄金属片，通常通过锤击或轧制来制备。在本公开内容的一些方面中，基于箔的构建材料不包括背衬或载体。适合与本公开内容一起使用的箔可以以箔卷形式使用，箔卷可以是或不是预制的，或预切割箔片的形式。适合与本公开内容一起使用的基于箔的构建材料包括但不限于铝、钴铬、HS188、马氏体时效钢、不锈钢、工具钢、镍、钛、铜、锡、钴、铌、钽、γ钛铝、Inconel 625、Inconel 718、Inconel 188、HaynesHaynes超合金Inconel 625^TM、625、625、625、6020、Inconel 188，以及具有对使用上述技术形成组分有吸引力的材料特性的任何其它材料。

如本文中所使用，如果材料并不发射入射辐射，那么所述材料对辐射“不透明”。

如本文使用的，“调制”来自能量源的能量束包括以下一个或多个：调整射束角、调整射束焦点、以及使辐射发射引导装置在至少一个维度上平移。根据本公开内容使用的适合的辐射发射引导装置包括但不限于振镜扫描器和偏转线圈。在一些方面中，辐射发射引导装置可通过弯曲和/或反射能量束以扫描构建面上的不同区域和/或通过可任选地收纳在构建单元中的辐射发射引导装置的xyz移动调制来自能量源的能量束。

如本文中所使用，“辐射”指代呈波或粒子形式的能量，包括但不限于热、无线电波、可见光、x射线、放射性、声辐射和重力辐射。

图2A-2D示出了根据本公开内容的第一实施例的设备240的示意图。

设备240包括具有面244的构建板，其可用于通过增材制造来构建物体(图2A)。在一些方面中，构建板和面244位于xy平面中，其中构建相对于面244在z方向上发生。如本文使用的，术语“上方”可意指沿z方向间隔开。应认识到，设备240可能不限于特定的重力定向。即，尽管z方向在常规设备100中与重力方向相对地，垂直地延伸，但设备240可在z方向横向于重力方向、与重力方向相对或零重力的情况下操作。

构建单元275用于使用箔278构建物体252，构建单元275包括用于箔输送单元276a的定位系统275a、275b，包括箔供应源276和箔收集器277。在一些方面中，定位系统275a、275b允许箔输送单元276a沿三个维度移动。在一些方面中，构建单元275收纳辐射发射引导装置，如，振镜扫描器262，其可用于调制来自能量源250的能量束270。例如，振镜扫描器262可反射或弯曲能量束270来扫描面244上的不同区域或其上的物体。在此方面中，通过相对于面244移动到特定位置，构建单元275可限制用于扫描面244的能量束270的角θ₂。有限角可提供箔的更一致熔化。在其它方面中，振镜扫描器262未容纳在构建单元275内。

在一些方面中，能量源250为激光源。在其它方面中，能量源250为电子束源。在此方面中，设备240在真空条件下操作。在一些此类方面中，辐射发射引导装置是偏转线圈。能量源250可为真空或非真空条件下的激光源。

在一些方面中，在操作期间，构建单元275附接到定位系统上，如，可在至少三个维度上移动的机架或多维协调头(例如，机械臂)，至少三个维度例如可为x、y和z坐标，以便相对于构建板面244和/或物体252定位辐射发射引导装置(图示为振镜扫描器262)和/或箔输送单元276a。此外，构建单元275优选在所有方向上可旋转，具有滚动、俯仰和偏航(yaw)。结果，构建单元275优选能够颠倒或成任何角操作。

在第一实施例中，箔输送单元276a供应箔形式的构建材料的连续卷。

图2B-2D呈现了根据本公开内容的第一实施例的增材制造方法的步骤。在一些方面中，箔输送单元276a包含箔供应卷276和收集卷277。供应卷276沿朝收集卷277的方向282供应一定长度的新箔278，其在构建板面244上方延伸，物体252在构建板面244上构建(图2A-2B)。

在一些方面中，供应卷276作为筒供应以安装在箔输送单元中。筒可为密封单元，其在插入设备240之前保护箔远离外部元件。在此方面中，筒可在筒插入之后手动地或自动地供应箔。在此方面中，在来自筒的所有材料耗尽之后，可移除或存放筒，且可插入(手动地)或拾取(自动地)新筒，以允许构建过程继续。

在一些方面中，层流气流281供应至构建区域(图2C)。用于层流气流的适合的气体包括但不限于氮、氩、氦和它们的组合。层流可由本领域的普通技术人员已知的任何适合的手段实现，如，通过使用气流装置285，例如，2017年1月13日提交的美国专利申请号15/406,454(代理人卷号313524/037216.00060)中公开，该申请通过引用以其整体并入本文中。在一些方面中，气流装置285可适于提供氧减少的环境。在操作期间，如果使用层流气流，则能量源250是激光源，且能量束270是激光束。这便于移除由激光熔化引起的流出物羽流。

当照射箔层时，烟、冷凝物和其它杂质流入层流气流区281中，且传递离开箔，且物体由层流气流形成。烟、冷凝物和其它杂质流入低压气体出口部分中，且最终收集在过滤器中，如，HEPA过滤器。通过保持层流，可有效地去除前述烟、冷凝物和其它杂质，同时还快速冷却由激光产生的熔池，而不会分配箔层，产生了具有改进的冶金特征的较高质量的零件。一方面，气流容积中的气流是大约3米每秒。气体可沿x方向或y方向流动。

第二受控大气环境(如果存在)的氧含量通常大致等于第一受控大气环境(层流气流区281)的氧含量，但其不是必须的。两个受控大气环境的氧含量优选相对较低。例如，其可为1％或更低，或更优选0.5％或更低，或再更优选0.1％或更低。非氧气体可为用于此目的的任何适合的气体。例如，通过分离环境空气获得的氮可为一些应用中的方便选择。一些应用可使用其它气体，如，氦、氖或氩。本公开内容的优点在于，其更容易保持第一和第二受控大气环境的相对较小容积中的低氧环境。优选仅相对较小容积需要此相对紧密的大气控制，如，2017年1月13日提交的美国专利申请号15/406,454(代理人卷号313524/037216.00060)中公开的，该申请通过引用以其整体并入本文中。因此，根据本公开内容，优选第一受控大气环境和第二受控大气环境例如可在构建容积方面比构建环境小100倍。第一气体区和类似的气流装置285可具有的最大的xy横截面积小于物体252的最小xy横截面积。对于物体252相对于第一气体区281和/或气流装置285的尺寸没有具体限制。有利地，辐射发射引导装置(例如，示为振镜扫描器262)通过第一气体区和第二气体区发射，第一气体区和第二气体区是相对较低氧的区。当第一气体区是具有基本上层流气流的层流气流区281时，能量束270是具有至物体的更清晰视线的激光束，这是由于上述有效烟、冷凝物或其它污染物或杂质的去除。

在一些方面中，构建单元包括气流装置285，其适于将基本上层流气流提供至工作表面的两英寸内(且基本上平行于工作表面)的层流气流区281，如，构建板244或其上的物体252。气流装置285可适于保持层流气流区281，以在构建单元下方的区域中围绕工作表面提供低氧环境。层流气流区281上方还存在氧减少的气体区。在一些方面中，两个气体区可容纳在围绕至少构建单元和定位系统的容纳区内。在一些方面中，构建单元可至少部分被包围，以形成工作表面的构建区域上方的低氧环境，即，围绕射束270的路径。

在图2B中所示的实施例中，层流气流区281基本上是气流装置285的容积，即，由加压入口部分283和加压出口部分284的垂直(xz)表面，以及由将假想表面从入口部分的相应上缘和下缘延伸至xy平面的出口部分的上缘和下缘所限定的容积。

在一些方面中，层流气流281基本上平行于新箔278的长度的面施加，不面向物体252或构建板面244，从而产生有效箔(active foil)280。定位气流装置285和层流气流281的施加最小化有效箔280和物体252之间，或(在构建物体252的初始层时)有效箔片280与构建板面244之间的任何距离，因此建立有效箔280与物体252之间或(在构建物体的初始层时)有效箔280与构建板面244之间的接触。在一些方面中，设备240还可包括辊，以有助于建立有效箔280与物体252之间或(在构建物体的初始层时)有效箔280与构建板/面244之间的接触。辊可相对于箔供应卷276沿z方向移动，以使有效箔280与物体252或构建板面244接触，如，通过在有效箔280中形成弯曲286、287，以及使有效箔280从其回缩。

能量束270然后用于切割有效箔280(图2C)，以便产生附加层258(图2D)。如本文使用的，“切割”根据本公开内容的有效箔是指使附加层258(或将变为附加层258的箔280的部分)与有效箔280的大部分分开。切割优选通过能量束270来执行。在一些方面中，层258可为物体252制造中的初始层。在一些方面中，层258可为物体252制造中的最终层。在一些方面中，层258可为物体252制造中的中间层。

在一些方面中，能量束270首先沿待加入的层258的周边254照射，以便将有效箔280在周边254处熔合至物体252(图2C)。在一些方面中，照射同时地切穿有效箔280。在其它方面中，在周边254内照射之前，能量束270沿周边254切割有效箔280，以将层258熔合至物体252。在其它方面中，能量束270沿周边254照射，以便将有效箔280在周边254处熔合至物体252，且然后能量束270沿周边254切割有效箔280。

在一些方面中，在沿周边254切割和照射(同时地或以任一顺序依次地)之后，能量束270以光栅填充的方式照射区域256，以将有效箔280熔合至物体252。

在其它方面中，能量束270首先以光栅填充的方式照射区域256，以将有效箔280熔合至物体252，且然后沿添加层的周边254来切割和照射。在此方面中，沿周边254切割和照射可同时地或以任一顺序依次地发生。

用于切割有效箔280和用于沿周边254或在区域256中照射有效箔280的能量束270、能量源250和/或辐射发射引导装置(例如，示为振镜扫描器262)的适合设置是已知的，或可由本领域的普通技术人员确定。

沿周边254的切割和照射的完成产生了孔260，由此新层258在剩余部分279中加入物体252(图2D)。在一些方面中，层流气流281可在孔260的产生和/或区域256的光栅填充时减小或消除，以加强剩余部分279与物体252的分离。剩余部分279然后可沿方向282前移到收集卷277上，以提供新的一定长度的箔278来构建下一层。在一些方面中，未构建其它层。在一些方面中，构建了一个或多个其它层。

在一些方面中，设备240还可包括一个或多个检测器来用于过程监测(图2E)。图2B-2D中绘出的构建过程反射返回辐射射束289，其行进回振镜扫描器262，且然后到光电检测器288，如但不限于，光电检测器288分析返回辐射射束289的性质。此外，设备240还可包括分别检测箔和物体252的检测器290、291。由箔的检测器290检测可包括箔供应源276、收集卷277、新箔278、有效箔280和剩余部分279中的一个或多个的检测。检测器291可位于当前构建层下方。即，至少一旦物体252达到z维度上的阈值尺寸，检测器291就在z维度上延伸小于物体252在z维度上的尺寸。该位置允许检测器291直接地观察物体252，而没有构建单元275干扰观察。此外，这种视角可能在基于粉末的设备中不可用，因为未熔合的粉末将阻止对物体252的直接观察。检测器291可在整个物体252完成之前提供关于物体252的完成部分的反馈。检测器290、291可分别独立为任何适合的检测器，如但不限于相机或热扫描仪。一方面，检测器291可为电磁检测器。检测器291可将电流施加至物体252。检测器291可观察物体252内的涡流。涡流可指出物体252内的间隙或裂缝，其改变预期图案。因此，可在构建过程的早期阶段检测到缺陷。

在一些方面中，检测器288、290和291将数据传输至控制器，控制器可为计算机。在一些方面中，该方法可包括响应于数据调整构建过程。适合的调整可由本领域的普通技术人员基于数据和待构建的期望物体252的认知来确定。适合的调整可包括但不限于调整能量束270的频率或强度中的一个或多个；重新定位供应卷276、过量收集卷277、气流装置285、构建单元275和检测器288、290或291中的一个或多个。调整可通过控制器如计算机自动地或手动地进行。

图3A-D示出了根据本公开内容的第二实施例的设备340的示意图。设备340可在某些方面类似于设备240。

设备340包括具有面344的构建板，其可用于通过增材制造来构建物体(图3A)。在一些方面中，构建板和面344位于xy平面中，其中构建相对于面344在z方向上发生。如本文使用的，术语“上方”可意指沿z方向间隔开。应认识到，设备340可能不限于特定的重力定向。即，尽管z方向在设备100中与重力方向相对地，垂直地延伸，但设备340可在z方向横向于重力方向、与重力方向相对或零重力的情况下操作。

构建单元375用于使用箔378构建物体352，构建单元375包括用于箔输送单元376a的定位系统375a、375b，包括箔供应源376和箔收集器377。在一些方面中，定位系统375a、375b允许箔输送单元376a沿三个维度移动。构建单元375可在一些方面类似于构建单元275。在一些方面中，构建单元375收纳辐射发射引导装置，如，振镜扫描器362，其可用于调制来自能量源350的能量束370。例如，振镜扫描器362可反射或弯曲能量束370来扫描面344上的不同区域或其上的物体。在此方面中，通过相对于面344移动到特定位置，构建单元375可限制用于扫描面344的能量束370的角θ₃。该有限角可提供箔的更一致熔化。在其它方面中，振镜扫描器362未容纳在构建单元375内。

在一些方面中，能量源350为激光源。在其它方面中，能量源350为电子束源。在此方面中，设备340在真空条件下操作。在一些此类方面中，辐射发射引导装置是偏转线圈。能量源350可为真空或非真空条件下的激光源。

在一些方面中，在操作期间，构建单元375附接到定位系统上，如，可在至少三个维度上移动的机架，至少三个维度例如可为x、y和z坐标，以便相对于构建板面344和/或物体352定位辐射发射引导装置(例如示为振镜扫描器362)和/或箔输送单元376a。此外，构建单元375优选可在至少两个维度上围绕z轴线旋转，即，xy平面中。

在第二实施例中，箔输送单元376a供应预切割的箔片。

图3B-3D呈现了根据本公开内容的第二实施例的增材制造方法的步骤。在一些方面中，箔输送单元376a容纳片筒376和丢弃箱377(图3A-3B)。丢弃箱377可为顶部装载、底部装载或侧部装载的，且可加盖或未加盖。在一些方面中，箔输送单元376a容纳片筒376且没有丢弃箱。片筒376供应新箔片378，其在构建板面344上方延伸，物体352在构建板面344上构建。筒可为密封单元，其在插入设备340之前保护箔远离外部元件。图3B示出了在片筒376分配箔片378之前的设备340的示意图的简化俯视图。在一些方面中，片筒376储存多个箔片378。片筒376可在筒插入之后手动地或自动地供应每个箔片378。在来自筒376的所有材料耗尽之后，可移除或存放筒376，且可插入(手动地)或拾取(自动地)新筒，以允许构建过程继续。

根据本公开内容的第二实施例，片筒376将有效片380分配到物体352(未示出)上，或在构建物体的初始层的情况下，分配到构建板面344(图3C)上。

在一些方面中，层流气流(未示出)施加到未面对物体352或构建板344的有效片380的面上。施加层流气流可有助于最小化有效片380与物体352之间的任何距离，因此加强有效箔380与物体352之间或(在构建物体的初始层时)有效箔380与构建板面344之间的接触。在操作期间，如果使用层流气流，则能量源350是激光源，且能量束370是激光束。根据本公开内容的第二实施例的层流气流可在一些方面与根据本公开内容的第一实施例的层流气流相似。

能量束370然后用于切割有效箔380(图3C)，以便产生物体352的层(未示出)。根据本公开内容的第二实施例的切割有效箔可在一些方面与根据本公开内容的第一实施例的切割有效箔相似。在一些方面中，层可为物体352制造中的初始层。在一些方面中，层可为物体352制造中的最终层。在一些方面中，层可为物体352制造中的中间层。

在一些方面中，能量束370首先沿待加入的层358的周边354照射，以便将有效片380在周边354处熔合至物体352(图3C)。在一些方面中，照射同时地切穿有效箔380。在其它方面中，能量束370在沿周边354照射之前沿周边354切割有效箔380，以便将有效箔380在周边354处熔合至物体352，且然后能量束370沿周边354照射有效片380。

在一些方面中，在沿周边354切割和照射(同时地或以任一顺序依次地)之后，能量束370以光栅填充的方式(raster-fill manner)照射区域356，以将有效箔380熔合至物体352。

在其它方面中，能量束370首先以光栅填充的方式照射区域356，以将有效箔380熔合至物体352，且然后沿添加层的周边354来切割和照射。在此方面中，沿周边354切割和照射可同时地或以任一顺序依次地发生。

用于切割有效箔380和用于沿周边354或在区域356中照射有效箔380的能量束370、能量源350和/或辐射发射引导装置(例如，示为振镜扫描器362)的适合设置是已知的，或可由本领域的普通技术人员确定。

沿周边354的切割和照射的完成产生了孔360，由此新层在剩余部分379中加入物体352(图3C-3D)。在一些方面中，层流气流可在孔360的产生和/或区域356的光栅填充时减小或消除，以加强剩余部分379与物体352的分离。如通过将新有效片380分配在物体352的顶部上来构建下一层，剩余部分379然后可手动地或自动地移入丢弃箱377。在一些方面中，设备340不包括丢弃箱377，且可包括单独的机械臂来从构建板面344移除废箔379。在其它方面中，设备340包括丢弃箱377和单独的机械臂来用于将废箔379移入丢弃箱377中。

在一些方面中，未构建其它层。在一些方面中，构建了一个或多个其它层。

在一些方面中，设备240还可包括一个或多个检测器来用于过程监测(图3E)。图3B-3D中所示的构建过程反射返回辐射束(return radiation beam)389，其在一些方面类似于返回辐射束289，且行进回振镜扫描器362且然后至光电检测器388。光电检测器388可在一些方面类似于光电检测器288。此外，设备340还可包括检测器390、391，其可在一些方面分别类似于检测器290、291。由箔的检测器390检测可包括检测片筒376、丢弃箱377、箔片380和剩余部分279中的一个或多个。

用于使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造的箔部分翘曲补偿

一方面，本公开内容涉及使用基于箔的构建材料的移动大型增材制造期间用于翘曲补偿的方法及设备。在常规DMLM过程中，施加到构建板的一侧上的热可导致构建板或其上构建的工件的翘曲。根据本公开内容，使用基于箔的构建材料在构建板的相对面上同时执行增材制造。同时地在构建板的相对面上构建可通过平衡构建板的两侧上的热分布来最小化构建板和/或正被构建的物体或部分的翘曲。此外，同时构建在构建板的相对面上使每个板的构建速率加倍，从而加快制造过程。

图4A-4D示出了根据本公开内容的第三实施例的设备的示意图。

设备440包括具有两个面444、444’的构建板，两个面444、444’都可用于通过增材制造来构建物体(图4A)。在一些方面中，构建板位于相对于面444的xy平面和相对于面444’的x’y’平面中，其中构建相对于面444沿z方向且相对于面444’沿z’方向进行。为了简单起见，将仅论述构建在面444’上，但应理解，描述为构建在面444’上的相同方面适用于以相等的力构建在面444上。

如上文所述，增材制造可同时在设备440的两个构建板面444、444’上执行。两个面444、444’优选是对称的。不期望受任何具体理论的束缚，据信面444、444’上的同时对称增材制造平衡每个面上的热、重量和其它因素和/或力，且因此最小化物体和/或构建板的翘曲。

在一些方面中，相同的物体452、452’分别构造在面444、444’上。在其它方面中，物体452、452’不是相同的。在一些此类方面中，物体452、452’是互补或补充的。在一些方面中，相同的构建材料用在两个面444、444’上。在其它方面中，不同的构建材料用于构建在面444、444’上。

构建在面444、444’可由控制器401控制。一方面，其中构造相同的物体452、452’，控制器401接收物体452的单个输入，例如，物体的计算机辅助设计(CAD)模型。控制器401基于物体生成控制信号，例如，通过对物体切片来确定每层的扫描图案。控制信号然后发送至设备440的两侧。因此，同时地控制相应的部件(例如，构建单元475、475’)。在构建过程期间的任何点，物体452、452’可基本上相同。此外，设备440的两侧的热性质和施加力可相似。因此，设备400可加倍设备240的构建速度，且可能减少由热差异和不平衡力引起的翘曲。

构建单元475’用于使用箔478’构建物体452’，构建单元475’包括用于箔输送单元476a’的定位系统475a’、475b’，包括箔供应源476’和箔收集器477’。在一些方面中，定位系统475a’、475b’允许箔输送单元476a’沿三个维度移动。在一些方面中，构建单元475’收纳辐射发射引导装置，如，振镜扫描器462’，其可用于调制来自能量源450’的能量束470’。例如，振镜扫描器462’可反射或弯曲能量束470’来扫描面444’上的不同区域或其上的物体。在此方面中，通过相对于面444’移动到特定位置，构建单元475’可限制用于扫描面444’的能量束470’的角θ₄’。有限角可提供箔的更一致熔化。在其它方面中，振镜扫描器462’未容纳在构建单元475’内。

在一些方面中，能量源450’为激光源。在其它方面中，能量源450’为电子束源。在此方面中，设备440在真空条件下操作。在一些此类方面中，辐射发射引导装置是偏转线圈。激光能量源450’可为真空或非真空条件下的激光源。

在一些方面中，在操作期间，构建单元475’附接到定位系统上，如，可在至少三个维度上移动的机架，至少三个维度例如可为x、y和z坐标，以便相对于构建板面444’和/或物体452’定位辐射发射引导装置(例如示为振镜扫描器462’)和/或箔输送单元476a’。此外，构建单元475’优选在所有方向上可旋转，具有滚动、俯仰和偏航。结果，构建单元475’优选能够颠倒或成任何角操作。

在第三实施例中，箔输送单元476a’供应箔形式的构建材料的连续卷。箔输送单元476a’可在一些方面类似于箔输送单元276a。

图4B-4D呈现了根据本公开内容的第三实施例的增材制造方法的步骤。在一些方面中，箔输送单元476a’包含箔供应卷476’和收集卷477’。供应卷476’沿朝收集卷477’的方向482’供应一定长度的新箔478’，其在构建板面444’上方延伸，物体452’在构建板面444’上构建(图4A-4B)。

在一些方面中，供应卷476’作为筒供应以安装在箔输送单元中。筒可为密封单元，其在插入设备440之前保护箔远离外部元件。在此方面中，筒可在筒插入之后手动地或自动地供应箔。在此方面中，在来自筒的所有材料耗尽之后，可移除或存放筒，且可插入(手动地)或拾取(自动地)新筒，以允许构建过程继续。

在一些方面中，层流气流481’供应至构建区域(图4C)。层流气流481’可在一方面类似于层流气流281。用于层流气流281的适合的气体包括但不限于氮、氩和/或氦和它们的组合。层流可由本领域的普通技术人员已知的任何适合的手段实现，如，通过使用气流装置485’，例如，2017年1月13日提交的美国专利申请号15/406,454(代理人卷号313524/037216.00060)中公开，该申请通过引用以其整体并入本文中。气流装置485’可在一些方面类似于气流装置285。在一些方面中，气流装置485’可适于提供氧减少的环境。在操作期间，如果使用层流气流，则能量源450’是激光源，且能量束470’是激光束。

在一些方面中，构建单元包括气流装置485’，其适于将基本上层流气流提供至工作表面的两英寸内(且基本上平行于工作表面)的层流气流区481’，如，构建板面444’或其上的物体452’。气流装置485’可适于保持层流气流区481’，以在构建单元下方的区域中围绕工作表面提供低氧环境。层流气流区481’上方还存在氧减少区。在一些方面中，两个气体区可容纳在围绕至少构建单元和定位系统的容纳区内。在一些方面中，构建单元可至少部分被包围，以形成工作表面的构建区域上方的低氧环境，即，围绕射束470’的路径；此至少部分地包围的构建单元的实例在美国专利申请号15/406,454中公开，该申请通过以引用以其整体并入本文中。

在图4B中所示的实施例中，层流气流区481’基本上是气流装置485’的容积，即，由加压入口部分483’和加压出口部分484’的垂直(x’z’)表面，以及由将假想表面从入口部分的相应上缘和下缘延伸至x’y’平面的出口部分的上缘和下缘所限定的容积。

在一些方面中，层流气流481’基本上平行于新箔478’的长度的面施加，不面向物体452’或构建板面444’，从而产生有效箔480’。定位气流装置485’和层流气流481’的施加最小化有效箔480’和物体452’之间的任何距离，因此建立有效箔480’与物体452’之间或(在构建物体的初始层时)有效箔480’与构建板面444’之间的接触。在使用层流气流481’时，能量源450’是激光源，且能量束470’是激光束。在一些方面中，设备440还可包括辊，以有助于建立有效箔480’与物体452’之间或(构建物体的初始层时)有效箔480’与构建面444’之间的接触。辊可相对于箔供应卷476’沿z’方向移动，以使有效箔480’与物体452’或面444’接触，如，通过在有效箔480’中形成弯曲486’、487’，以及使有效箔480’从其回缩。

能量束470’然后用于切割有效箔480’(图4C)，以便产生附加层458’(图4D)。根据本公开内容的第三实施例的切割有效箔可在一些方面与根据第一实施例的切割有效箔相似。在一些方面中，层458’可为物体452’制造中的初始层。在一些方面中，层458’可为物体452’制造中的最终层。在一些方面中，层458’可为物体452’制造中的中间层。

在一些方面中，能量束470’首先沿待加入的层458’的周边454’照射，以便将有效箔480’在周边454’处熔合至物体452’(图4C)。在一些方面中，照射同时地切穿有效箔480’。在其它方面中，能量束470’在周边454’照射之前沿周边454’切割有效箔480’，以将周边454’熔合至物体452’。在其它方面中，能量束470’沿周边454’照射，以便将有效箔480’在周边454’处熔合至物体452’，且然后能量束470’沿周边454’切割有效箔480’。

在一些方面中，在沿周边454’切割和照射(同时地或以任一顺序依次地)之后，能量束470’以光栅填充的方式照射区域456’，以将有效箔480’熔合至物体452’。

在其它方面中，能量束470’首先以光栅填充的方式照射区域456’，以将有效箔480’熔合至物体452’，且然后沿添加层的周边454’来切割和照射。在此方面中，沿周边454’切割和照射可同时地或以任一顺序依次地发生。

用于切割有效箔480’和用于沿周边454’或在区域456’中照射有效箔480’的能量束470’、能量源450’和/或辐射发射引导装置(例如，示为振镜扫描器462’)的适合设置是已知的，或可由本领域的普通技术人员确定。

沿周边454’的切割和照射的完成产生了孔460’，由此新层458’在剩余部分479’中加入物体452’(图4D)。在一些方面中，层流气流481’可在孔460’的产生和/或区域456’的光栅填充时减小或消除，以加强剩余部分479’与物体452’的分离。剩余部分479’然后可沿方向482’前移到收集卷477’上，以提供新的一定长度的箔478’来构建下一层。在一些方面中，未构建其它层。在一些方面中，构建了一个或多个其它层。

在一些方面中，设备440还可包括一个或多个检测器来用于过程监测(图4E)。图4B-4D中所示的构建过程反射返回辐射束489’，其在一些方面类似于返回辐射束289，且行进回振镜扫描器462’且然后到光电检测器488’。光电检测器488’可在一些方面类似于光电检测器288。此外，设备440还可包括检测器490’、491’，其可在一些方面分别类似于检测器290、291。由箔的检测器490’检测可包括箔供应卷476’、箔收集卷477’、新箔478’、有效箔480’和剩余部分479’中的一个或多个的检测。检测器491和491’可位于构建板444的相对侧上，且可定位成观察相应的物体452和452’。检测器491可在z方向上定位成尺寸小于z方向上的物体452。检测器491’可在z方向上定位成尺寸小于z’方向上的物体452’。如上文关于检测器291所述，检测器定位在当前构建层下方可允许物体452、452’的完成部分的直接观察。如前文所述，应理解，由检测器490检测将是相似的(即，可包括箔供应卷476、箔收集卷477等中的一个或多个的检测)。

图5A-D示出了根据本公开内容的第四实施例的设备的示意图。

设备540包括具有两个面544、544’的构建板，两个面544、544’都可用于通过增材制造来构建物体(图5A)。在一些方面中，构建板位于相对于面544的xy平面和相对于面544’的x’y’平面中，其中构建相对于面544沿z方向且相对于面544’沿z’方向进行。为了简单起见，将仅讨论构建在面544’上，但应理解，描述为构建在面544’上的相同方面适用于以相等的力构建在544上。设备540和面544、544’在一些方面类似于设备440和面444、444’。

构建单元575’用于使用箔578’构建物体552’，构建单元575’包括用于箔输送单元576a’的定位系统575a’、575b’，包括箔供应源576’和箔收集器577’。在一些方面中，定位系统575a’、575b’允许箔输送单元576a’沿三个维度移动。构建单元575’可在一些方面类似于构建单元475’。在一些方面中，构建单元575’收纳辐射发射引导装置，如，振镜扫描器562’，其可用于调制来自能量源550’的能量束570’。调制能量束570’可在一些某些方面类似于调制能量束470’。例如，振镜扫描器562’可反射或弯曲来自能量源550’的能量束570’来扫描表面544’上的不同区域或其上的物体552’。在此方面中，通过相对于面544’移动到特定位置，构建单元575’可限制用于扫描表面544’的能量束570’的角θ₅’。该有限角度可提供更一致的箔熔化。在其它方面中，振镜扫描器562’未容纳在构建单元575’内。

在一些方面中，能量源550’为激光源。在其它方面中，能量源550’为电子束源。在此方面中，设备540’在真空条件下操作。在一些此类方面中，辐射发射引导装置是偏转线圈。能量源550’可为真空或非真空条件下的激光源。

在一些方面中，在操作期间，构建单元575’附接到定位系统上，如，可在两个到三个维度上移动的机架，两个到三个维度例如可为x、y和z坐标，以便相对于构建板面544’和/或物体552’定位辐射发射引导装置(例如示为振镜扫描器562’)和/或箔输送单元576a’。此外，构建单元575’优选可在至少两个维度上围绕z’轴线旋转，即，x’y’平面中。

在第四实施例中，箔输送单元576a’供应预切割的箔片。

图5B-5D呈现了根据本公开内容的第四实施例的增材制造方法的步骤。在一些方面中，箔输送单元576a’容纳片筒576’和丢弃箱577’(图5A-5B)。片筒576’和丢弃箱577’可在一些方面分别类似于片筒376和丢弃箱377。箔输送单元576a’可在一些方面类似于箔输送单元376a。丢弃箱577’可为顶部装载、底部装载或侧部装载的，且可加盖或未加盖。在一些方面中，箔输送单元576a’容纳片筒576’且没有丢弃箱。片筒576’供应新箔片578’，其在构建板面544’上方延伸，物体552’在构建板面544’上构建。图5B示出了在片筒576’分配箔片578’之前的设备540的示意图的简化俯视图。在一些方面中，片筒576’储存多个箔片578’。片筒576’可在筒插入之后手动地或自动地供应每个箔片578’。在来自筒的所有材料耗尽之后，可移除或存放筒576’，且可插入(手动地)或拾取(自动地)新筒，以允许构建过程继续。

根据本公开内容的第四实施例，片筒576’将有效片580’分配到物体552’(未示出)上，或在构建物体的初始层的情况下，分配到构建板面544’(图5C)上。

在一些方面中，层流气流(未示出)施加到未面对物体552’或构建板544’的有效片580’的面上。施加层流气流可有助于最小化有效片580’与物体552’之间的任何距离，因此加强有效箔580’与物体552’之间或(在构建物体的初始层时)有效箔580’与构建板面544’之间的接触。在操作期间，如果使用层流气流，则能量源550’是激光源，且能量束570’是激光束。根据本公开内容的第四实施例的层流气流可在一些方面与根据第一、第二和第三实施例的层流气流相似。

能量束570’用于切割有效箔580’(图5C)，以便产生物体552’的层(未示出)。根据本公开内容的第四实施例的切割有效箔可在一些方面与根据第一、第二和第三实施例的切割相似。在一些方面中，层可为物体552’制造中的初始层。在一些方面中，层可为物体552’制造中的最终层。在一些方面中，层可为物体552’制造中的中间层。

在一些方面中，能量束570’首先沿待加入的层558’的周边554’照射，以便将有效片580’在周边554’处熔合至物体552’(图5C)。在一些方面中，照射同时地切穿有效箔580’。在其它方面中，能量束570’在沿554’照射之前沿周边554’切割有效箔580’，以便将有效箔580’在周边554’处熔合至物体552’，且然后能量束570’沿周边554’切割有效片580’。

在一些方面中，在沿周边554’切割和照射(同时地或以任一顺序依次地)之后，能量束570’以光栅填充的方式照射区域556’，以将有效箔580’熔合至物体552’。

在其它方面中，能量束580’首先以光栅填充的方式照射区域556’，以将有效箔580’熔合至物体552’，且然后沿添加层的周边554’来切割和照射。在此方面中，沿周边554’切割和照射可同时地或以任一顺序依次地发生。

用于切割有效箔580’和用于沿周边554’或在区域556’中照射有效箔580’的能量束570’、能量源550’和/或辐射发射引导装置(例如，示为振镜扫描器562’)的适合设置是已知的，或可由本领域的普通技术人员确定。

沿周边554’的切割和照射的完成产生了孔560’，由此新层在剩余部分579’中加入物体552’(图5C-5D)。在一些方面中，层流气流可在孔560’的产生和/或区域556’的光栅填充时减小或消除，以加强剩余部分579’与物体552’的分离。如通过将新有效片580’分配在物体552’的顶部上，剩余部分579’然后可手动地或自动地移入丢弃箱577’。在一些方面中，设备540不包括丢弃箱577’，且可包括单独的机械臂来从构建板面544’移除剩余部分579’。在其它方面中，设备540包括丢弃箱577’和单独的机械臂来用于将剩余部分579’移入丢弃箱577’中。在一些方面中，未构建其它层。在一些方面中，构建了一个或多个其它层。

在一些方面中，设备540还可包括一个或多个检测器来用于过程监测(图5E)。图5B-5D中所示的构建过程反射返回辐射束589’，其在一些方面类似于返回辐射束389，且行进回振镜扫描器562’且然后至光电检测器588’。光电检测器588’可在一些方面类似于光电检测器388。此外，设备540还可包括检测器590’、591’，其可在一些方面分别类似于检测器390、391。由箔的检测器590’检测可包括检测片筒576’、丢弃箱577’、箔片578’和剩余部分579’中的一个或多个。如前文所述，应理解，由检测器590检测将是相似的(即，可包括片筒576、丢弃箱577等中的一个或多个的检测)。

图6示出了xy平面的物体(例如，物体252)的横截面层600的实例。控制器401可将物体252切片成沿z维度布置的多个此类层。然后，设备240通过扫描有效箔280的区域256中的层x00来构建物体252，以将区域256熔合至物体252的之前构建的部分的构建板244上。

在所示实例中，层600包括主要部分610和侧部部分620、622。主要部分610包括相对较大的开口612和相对较小的开口614。在基于箔的设备如设备240中，层600内的开口612、614可能造成问题。当扫描层600时，由周边254限定的区域与有效箔280分离，变为剩余部分279。当扫描整个区域256时，分离区域变为物体252的一部分。然而，当层600包括开口612、614时，开口内的箔变为与剩余部分279和层600的其余部分分离。对于一些物体，可在构建完成时移除分离的箔。然而，还有可能的是，对应开口612的分离的箔可在构建操作期间移动且干扰构建操作。此外，对于形成包围的中空容积的物体，分离的箔可变为困在物体内。本公开内容提供了避免产生分离的箔部分的技术。

一方面，相对较小的开口(例如，开口614)可通过消融箔来形成。例如，能量源250的功率可设置成引起箔分解而非与下覆物体熔合的水平。一方面，开口614可在有效箔280未与物体252接触时形成，使得消融不会损坏物体252。一方面，由消融产生的开口的尺寸取决于构建材料、开口形状和能量源250功率而受限制。因此，在开口614的尺寸和形状小于阈值参数时，可使用消融。

图7为示出重新布置成没有相对较大的开口的层700的图6中的层600的示图。可从有效箔280扫描层700，而不产生对应于开口612的分离箔。主要部分610分成由空间716分开的左部分712和右部分714。空间716连接到有效箔280的边缘720上。开口612的边缘在左部分712与右部分714之间分开。因此，开口内的箔还连接到空间716上。侧部部分620、622也与左部分712和右部分714分开来减小该层的箔的总长度。相对较小的开口614可保持在右部分714内，且可通过如上文所述的消融来形成。

当扫描层700时，设备240在一个或多个维度上相对于构建板244和/或物体252来移动构建单元275和/或有效箔280。例如，设备240首先在相对于构建板244的正确位置扫描右部分714，以将右部分714加入物体252。右部分714可通过扫描来从有效箔280切割，以便有效箔280可相对于右部分714移动。例如，设备240可在z维度上远离右部分714移动有效箔280。设备240然后使有效箔280前移，或将构建单元275在x维度上移动一定距离y16，且还使构建单元275在y维度上移动，以使左部分712与右部分714对准。构建单元275然后可使有效箔280在z维度上移动来恢复有效箔280与物体252之间的接触。构建单元275然后扫描左部分712来将左部分712熔合至物体252。设备240可沿着定位构建单元275和/或有效箔280的相似顺序，以在相对于通过扫描左部分712和右部分714形成的主要部分610的其相应位置对准侧部部分620、622。

因此，依次扫描层的多个部分来形成物体的整个层。将物体的层分成多个部分防止了层内的开口形成隔离的分离箔区段。此外，将层分成多个部分可用于将物体的部分重新布置在箔上来更有效地使用箔的区域。此外，依次的层的部分可重叠在箔(例如，y维度上)上来提供箔的进一步有效使用。

尽管本公开内容使用移动构建单元描述了本发明的方面，但还可使用固定床基于箔的材料来执行各种方面。使用固定床基于箔的材料的增材制造的方面包括题为“FixedBed Large Scale Additive Manufacturing Using Foil-Based Build Materials”的美国专利申请(代理人卷号319267/037216.00135)中所述的那些，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文中。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括优选实施方案，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其他实例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么此类其他示例希望在权利要求书的范围内。来自所描述的各种实施方案的方面以及每个此类方面的其他已知等效物可由所属领域的一般技术人员混合和匹配以根据本申请的原理构造出额外实施方案和技术。

Claims (10)

1.一种设备，其包括：

具有两个相对面的构建板；

所述构建板的相对面上的一对构建单元，每个构建单元包括：

箔输送单元，以及

辐射发射引导装置，每个构建单元联接到定位系统上，所述定位系统能够提供相应构建单元在至少三个维度上的独立移动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述辐射发射引导装置包括能量源。

3.根据权利要求2所述的设备，还包括振镜扫描器。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述能量源是激光源。

5.根据权利要求2所述的设备，其中所述能量源是电子束源。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述箔输送单元是能够储存和分配箔片的箔片分配器。

7.根据权利要求6所述的设备，还包括丢弃箱。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述箔输送单元是能够储存一个或多个箔卷并从所述有效箔卷分配一定长度的箔的箔分配器。

9.根据权利要求8所述的设备，还包括过量收集卷。

10.一种方法，其包括：

相对于具有两个相对面的构建板定位一对构建单元，每个面包括工作表面；

由所述构建单元中的每一个将相应金属箔层分配在所述构建板的相对面上；

将所述相应金属箔层的选择区域熔化至所述构建板的每个面上的工作表面；以及

移除所述相应金属箔层的未熔化区域。