CN109789635A - 用于三维打印的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于成型三维物体的系统和方法。成型三维物体的方法可以包括交替地和顺序地将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，并且在该区域中生成三维物体的至少一个周界。可以根据三维物体的模型设计来施加流。可以根据模型设计生成至少一个周界。

Description

用于三维打印的装置和方法

交叉引用

本申请要求于2016年8月3日提交的美国临时专利申请序列号62/370,644、于2017年1月13日提交的美国临时专利申请序列号62/446,291以及于2017年4月11日提交的美国临时专利申请序列号62/484,059的优先权，每个申请通过引用整体并入本文。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明是在国家科学基金会授予的授权号为1646942的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

三维打印(3D打印)是用于制作各种形状的三维物体的过程。可以基于模型设计成型三维物体，其中通过计算机、绘图或其他物体成型模型设计。

不同的材料可用于三维打印，包括金属、金属合金、聚合物、纸和陶瓷。三维打印可以有效地成型通过传统方法难以制造的物体。材料层可以彼此相邻放置，直到根据模型设计成型整个三维物体。

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)加热第一区域的第一子部分，其中第一子部分由三维物体的模型设计生成；(d)在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到第二层粉末材料的第二区域；(f)加热第二区域的第二子部分，其中第二子部分由三维物体的模型设计生成。在一些实施方式中，第二层的至少一部分粘合第一层。在一些实施方式中，该方法还包括重复(d)-(f)至少10次。在一些实施方式中，该方法还包括重复(d)-(f)至少100次。在一些实施方式中，该方法还包括重复(d)-(f)至少200次。在一些实施方式中，该方法还包括在至少70℃的温度下将三维物体第一次固化至少10分钟。

在一些实施方式中，该方法还包括在至少250℃的温度下将三维物体第一次固化至少10分钟。在一些实施方式中，粉末材料包含聚合物，金属，金属合金，陶瓷或其任何组合。在一些实施方式中，粉末材料包括不锈钢粉末、青铜粉末、青铜合金粉末、金粉末或其任何组合。在一些实施方式中，粉末材料包括0.2微米至100微米大小的颗粒。在一些实施方式中，粉末材料包括0.5微米至2微米大小的颗粒。在一些实施方式中，第一层粉末材料具有至少0.1毫米的厚度。在一些实施方式中，第一层粉末材料具有至少0.2毫米的厚度。在一些实施方式中，第一层粉末材料具有0.1毫米至100毫米的厚度。

在一些实施方式中，该方法还包括从成型自粉末床的已结合(bounded)粉末材料中分散未结合(unbounded)粉末材料。在一些实施方式中，通过从容器中除去未结合粉末材料来进行分散。在一些实施方式中，该方法还包括在至少500℃的温度下将三维物体第二次固化至少5分钟。在一些实施方式中，第二次固化在至少1000℃的温度下持续至少5分钟。在一些实施方式中，第二次固化在至少1000℃的温度下持续至少24小时。在一些实施方式中，第二次固化包括注入金属或金属合金。在一些实施方式中，第二次固化包括注入青铜粉末、青铜合金、金粉末或任何金属粉末。

在一些实施方式中，第一粘合物质和第二粘合物质是相同的粘合物质。在一些实施方式中，粘合物质是液体。在一些实施方式中，粘合物质的粘度小于500cP。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分的加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。在一些实施方式中，电磁辐射源是至少一个激光器。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的99％。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的90％。在一些实施方式中，通过喷墨头，雾化喷头或喷雾器施加粘合物质。在一些实施方式中，喷墨头、雾化喷头或喷雾器的最大孔尺寸为10微米至1000微米。在一些实施方式中，喷墨头、喷头或喷雾器的最大孔尺寸为10微米至500微米。在一些实施方式中，当施加到第一层粉末材料的第一区域时，粘合物质具有0.1微米至100微米的液滴尺寸。在一些实施方式中，当施加到第一层粉末材料的第一区域时，粘合物质具有1微米至10微米的液滴尺寸。

在一些实施方式中，三维物体在小于1周的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体在小于3天的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体在小于36小时的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体的尺寸小于10米×10米×10米。在一些实施方式中，三维物体的尺寸小于1米×1米×1米。在一些实施方式中，三维物体的尺寸小于0.5米×0.5米×0.5米。在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少10个平行横截面。在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少100个平行横截面。在一些实施方式中，其中在将第二粘合物质施加到第二区域时，第二粘合物质延伸穿过第二层到达第一层。在一些实施方式中，(c)或(f)中的加热包括烧结粉末材料的单个颗粒。在一些实施方式中，(c)或(f)中的加热不存在烧结粉末材料的单个颗粒。在一些实施方式中，其中在(b)中，第一粘合物质至多施加于第一区域。在一些实施方式中，其中在(e)中，第二粘合物质至多施加于第二区域。

另一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域，其中在施加第一粘合物质时，第一区域的第一周界(perimeter)偏离三维物体的模型设计的至少相应部分；(c)加热第一层粉末材料的第一区域的第一子部分；(d)在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到第二层粉末材料的第二区域，其中在施加第二粘合物质时，第二区域的第二周界偏离三维物体的模型设计的至少相应部分；(f)加热第二层粉末材料的第二区域的第二子部分。

在一些实施方式中，第一区域大于三维物体的第一层的模型设计。在一些实施方式中，第一区域比三维物体的第一层的模型设计大至少1％。在一些实施方式中，第一区域比三维物体的第一层的模型设计大至少20％。在一些实施方式中，第二层的一部分粘合第一层。在一些实施方式中，该方法还包括重复(e)-(g)至少10次。在一些实施方式中，该方法还包括重复(e)-(g)至少100次。在一些实施方式中，该方法还包括在至少70℃的温度下将三维物体第一次固化至少10分钟。在一些实施方式中，该方法还包括在至少250℃的温度下将三维物体第一次固化至少20分钟。

在一些实施方式中，粉末材料包括聚合物、金属、金属合金、陶瓷或其组合。在一些实施方式中，粉末材料包含0.2微米至100微米大小的颗粒。在一些实施方式中，粉末材料包含0.5微米至2微米大小的颗粒。在一些实施方式中，第一层粉末材料的厚度小于10毫米。在一些实施方式中，第一层粉末材料的厚度小于1毫米。在一些实施方式中，该方法还包括从已结合粉末材料中分散未结合粉末材料。在一些实施方式中，通过从容器中除去未结合粉末材料来进行分散。在一些实施方式中，该方法还包括在至少500℃的温度下将三维物体第二次固化至少5分钟。在一些实施方式中，该方法还包括在至少1000℃的温度下将三维物体第二次固化至少12小时。在一些实施方式中，第二次固化包括注入金属或金属合金。

在一些实施方式中，第一粘合物质和第二粘合物质是相同的粘合物质。在一些实施方式中，粘合物质是液体。在一些实施方式中，粘合物质的粘度小于100cP。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分的加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。在一些实施方式中，电磁辐射源是至少一个激光器。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的99％。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的90％。

在一些实施方式中，通过喷墨头、雾化喷头或喷雾器施加粘合物质。在一些实施方式中，喷墨头、喷头或喷雾器的最大孔尺寸为5微米至1000微米。在一些实施方式中，喷墨头、喷头或喷雾器的最大孔尺寸为10微米至500微米。在一些实施方式中，三维物体在小于1周的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体在小于3天的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体在小于36小时的时间段内成型。在一些实施方式中，三维物体的尺寸小于1米×1米×1米。在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少10个平行横截面。在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少100个平行横截面。在一些实施方式中，第一区域的第一周界偏离三维物体的模型设计的对应部分。

在又一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)将能量束导向粉末材料层的至多一部分，其中能量束是根据三维物体的模型设计引导的，其中该流具有第一横截面尺寸，而能量束具有第二横截面尺寸，其中第一横截面尺寸大于第二横截面尺寸。在一些实施方式中，该流包含气溶胶颗粒。在一些实施方式中，该流是液体流。

在另一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)在该区域中生成三维物体的至少一个周界，其中根据模型设计生成至少一个周界。在一些实施方式中，机械地生成至少一个周界。在一些实施方式中，使用气刀生成至少一个周界。在一些实施方式中，使用刀生成至少一个周界。在一些实施方式中，在加热至少一部分区域时生成至少一个周界。在一些实施方式中，在加热一部分但不是全部区域时生成至少一个周界。

在一些实施方式中，使用激光生成至少一个周界。在一些实施方式中，使用接触式切割器生成至少一个周界。在一些实施方式中，使用非接触式切割器生成至少一个周界。

在另一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；使用第一切割器生成第一层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界是依照三维物体的模型设计的；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；使用第二切割器生成第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第二层的一个或多个周界是依照三维物体的模型设计的。

在一些实施方式中，切割包括两个或更多个切割道次(pass)。在一些实施方式中，切割包括三个或更多个切割道次。在一些实施方式中，第一层的第一周界的至少一部分由一个切割道次生成。在一些实施方式中，第一层的第一周界的至少一部分由两个切割道次生成。在一些实施方式中，通过多轴(例如，2轴，3轴，4轴或5轴)机床生成层的一个或多个周界。在一些实施方式中，第一切割器是接触式切割器。在一些实施方式中，接触式切割器是刀。在一些实施方式中，第一切割器是非接触式切割器。在一些实施方式中，非接触式切割器是激光器。在一些实施方式中，第二切割器是第一切割器。

在另一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；并且使用切割器来生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层和第二层的一个或多个周界与三维物体的模型设计一致。在一些实施方式中，生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界是通过一个(或单个)道次。在一些实施方式中，生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界是通过两个或更多个道次。在一些实施方式中，生成层的一个或多个周界是通过多轴(例如，5轴)机床，计算机数字控制(CNC)主轴、切割刀具钻头或刀片。

在一些实施方式中，通过多轴(例如，2轴、3轴、4轴或5轴)机床生成层的一个或多个周界。在一些实施方式中，第一粘合物质是液体。在一些实施方式中，当施加到第一层粉末材料的第一区域时，第一粘合物质具有0.1微米至100微米的液滴尺寸。在一些实施方式中，该方法还包括加热第一层粉末材料的第一区域。在一些实施方式中，在将第一物质施加到第一层粉末材料的第一区域之后至少0.1秒，加热发生。

在又一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；并使用至少一个切割器生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的周界是依照三维物体的第一层的模型设计并与之偏离的。在一些实施方式中，第一层粉末材料的周界是从三维物体的第一层的设计偏移的半层。在一些实施方式中，第一粘合物质具有进入粉末材料的渗透深度，并且第一粉末层的切割深度不等于粘合物质进入第一层粉末材料的渗透深度。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的系统，包括：粉末分配器，其(i)分配粉末材料以成型粉末材料的第一层作为粉末床的一部分，以及(ii)分配粉末材料以成型与第一层相邻的粉末材料的第二层；以及至少一个切割器，其生成第一层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的周界是依照三维物体的第一层的模型设计并与之偏离的。在一些实施方式中，第一层粉末材料的周界是从三维物体的第一层的设计偏移的半层。在一些实施方式中，粉末层的切割深度等于粘合物质的渗透深度。

在又一方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：在计算机存储器中提供三维物体的模型设计；将模型设计转换为包括(i)一个或多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)一个或多个周界，每个周界具有厚度(P)，其中一个或多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中一个或多个周界中的每个周界对应于在一个或多个层的给定层中单独限定的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；并且使用转换的模型设计来生成可用于生成三维物体的指令，该指令独立于一个或多个周界的生成提供一个或多个层的生成。在一些实施方式中，该方法还包括使用指令来生成三维物体。在一些实施方式中，L＝n*P，其中'n'是大于1的数。在一些实施方式中，P＝n*L，其中'n'是大于1的数。在一些实施方式中，粉末层的切割深度等于粘合物质的渗透深度。

在一个方面，本公开提供了一种用于控制成型三维物体的设备的计算系统，包括计算机处理器、计算机存储器和计算机处理器可执行的计算机代码，以执行以下操作包括：将三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)多个周界，每个周界具有厚度(P)，其中多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中多个周界中的每个周界对应于与多个周界分开限定的多个层中的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及创建用于控制设备以基于转换的模型设计生成三维物体的机器指令。在一些实施方式中，操作包括确定等于渗透深度的层的总切割深度。在一些实施方式中，总切割深度不等于层厚度。在一些实施方式中，渗透深度等于层的高度。在一些实施方式中，操作包括确定用于切割层的配置。

在一些实施方式中，确定配置包括评估多个层中的第一层的形状和尺寸。在一些实施方式中，确定配置包括评估多个层中的第二层的形状和尺寸。在一些实施方式中，确定配置包括评估切割路径，该切割路径与第一层中的第一切割路径和第二层中的第二切割路径重叠。在一些实施方式中，确定配置包括评估切除区域。在一些实施方式中，评估切除区域至少部分地基于边界偏移区域、当前层区域、原始层区域、第一层的区域和第二层的区域。在一些实施方式中，操作包括确定多个层的几何补偿。在一些实施方式中，确定几何补偿包括使用统计缩放算法。在一些实施方式中，确定几何补偿包括使用机器学习算法。

在一个方面，本公开提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实现用于控制成型三维物体的设备的操作，操作包括：将三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)多个周界，每个周界具有厚度(P)，其中多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中多个周界中的每个周界对应于与多个周界分开限定的多个层中的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及创建用于控制设备以基于转换的模型设计生成三维物体的机器指令。在一些实施方式中，操作包括确定等于渗透深度的层的总切割深度。在一些实施方式中，总切割深度不等于层厚度。在一些实施方式中，渗透深度等于层的高度。在一些实施方式中，操作包括确定切割层的配置。

在一些实施方式中，确定配置包括评估多个层中的第一层的形状和尺寸。在一些实施方式中，确定配置包括评估多个层中的第二层的形状和尺寸。在一些实施方式中，确定配置包括评估切割路径，该切割路径与第一层中的第一切割路径和第二层中的第二切割路径重叠。在一些实施方式中，确定配置包括评估切除区域。在一些实施方式中，评估切除区域是基于边界偏移区域、当前层区域、原始层区域、上一层的区域和下一层的区域。在一些实施方式中，操作包括确定多个层的几何补偿。在一些实施方式中，确定几何补偿包括使用统计缩放算法。在一些实施方式中，确定几何补偿包括使用机器学习算法。

在一个方面，本公开提供一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)加热第一区域的第一子部分，其中第一子部分来自三维物体的模型设计；(d)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到第二层粉末材料的第二区域；以及(f)加热第二区域的第二子部分，其中第二子部分来自三维物体的模型设计。在一些实施方式中，第二层的至少一部分粘合第一层。在一些实施方式中，该方法还包括重复(d)-(f)至少10次。在一些实施方式中，该方法还包括在至少70℃的温度下将三维物体进行第一次固化至少10分钟。在一些实施方式中，该方法还包括在至少500℃的温度下将三维物体进行第二次固化至少5分钟。在一些实施方式中，第二次固化在至少1000℃的温度下进行至少5分钟。

在一些实施方式中，粉末材料包含聚合物、金属、金属合金、陶瓷或其任何组合。在一些实施方式中，粉末材料包括不锈钢粉末、青铜粉末、青铜合金粉末、金粉末或其任何组合。在一些实施方式中，粉末材料包含0.5微米至2微米大小的颗粒。在一些实施方式中，第一层的厚度为至少0.1毫米。在一些实施方式中，该方法还包括从成型自粉末床的已结合粉末材料中分散未结合粉末材料。在一些实施方式中，分散是通过从含有粉末床的容器中除去未粘合的粉末材料。在一些实施方式中，第一粘合物质和第二粘合物质是相同的粘合物质。在一些实施方式中，粘合物质是液体。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分的加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。在一些实施方式中，电磁辐射源是至少一个激光器。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的99％。在一些实施方式中，第一粘合物质的施加是通过喷墨头、雾化喷头或喷雾器进行的。在一些实施方式中，当施加到第一层的第一区域时，第一粘合物质具有0.1微米至100微米的液滴尺寸。在一些实施方式中，当施加到第一层的第一区域时，第一粘合物质具有1微米至10微米的液滴尺寸。

在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少10个平行横截面。在一些实施方式中，其中在将第二粘合物质施加到第二区域时，第二粘合物质延伸穿过第二层到达第一层。在一些实施方式中，(c)或(f)中的加热包括烧结粉末材料的单个颗粒。在一些实施方式中，(c)或(f)中的加热不存在烧结粉末材料的单个颗粒。在一些实施方式中，其中在(b)中，第一粘合物质至多施加于第一区域。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域，其中在施加第一粘合物质时，第一区域的第一周界偏离三维物体的模型设计的至少相应部分；(c)加热第一层的第一区域的第一子部分；(d)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到第二层粉末材料的第二区域，其中在施加第二粘合物质时，第二区域的第二周界偏离三维物体的模型设计的至少相应部分；以及(f)加热第二层粉末材料的第二区域的第二子部分。在一些实施方式中，第一区域比三维物体的第一层的模型设计大至少1％。在一些实施方式中，第二层的一部分粘合第一层。在一些实施方式中，该方法还包括重复(d)-(f)至少10次。在一些实施方式中，该方法还包括在至少70℃的温度下将三维物体进行第一次固化至少10分钟，并且任选地在至少500℃的温度下将三维物体进行第二次固化至少5分钟。在一些实施方式中，粉末材料包括聚合物、金属、金属合金、陶瓷或其组合。在一些实施方式中，粉末材料包含0.2微米至100微米大小的颗粒。在一些实施方式中，第一层的厚度小于10毫米。在一些实施方式中，第一粘合物质和第二粘合物质是相同的粘合物质。

在一些实施方式中，第一区域的第一子部分的加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域。在一些实施方式中，第一区域的第一子部分小于第一区域的99％。在一些实施方式中，通过喷墨头、雾化喷头或喷雾器施加粘合物质。在一些实施方式中，喷墨头、喷头或喷雾器的最大孔尺寸为5微米至1000微米。在一些实施方式中，模型设计包括三维物体的至少10个平行横截面。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)将能量束引导到粉末材料层的至多一部分，其中能量束根据三维物体的模型设计定向，其中流具有第一横截面尺寸，并且能量束具有第二横截面尺寸，其中第一横截面尺寸大于第二横截面尺寸。在一些实施方式中，该流包含气溶胶颗粒。在一些实施方式中，该流是液体流。在一些实施方式中，第一横截面尺寸比第二横截面尺寸大至少1％。在一些实施方式中，第一横截面尺寸比第二横截面尺寸大至少10％。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的系统，包括：容器，其被配置为容纳粉末床；粘合物质涂敷器，其被配置为将粘合物质施加到粉末床中的粉末材料层的区域；能量源，其被配置为提供指向粉末材料层的至多一部分的能量束；以及一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合到粘合物质涂敷器和能量源，其中一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(a)引导粘合物质涂敷器将包含粘合物质的流施加到区域粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)引导能量源以提供指向粉末材料层的至多一部分的能量束，其中能量束根据三维物体的模型设计被引导，其中流具有第一横截面尺寸并且能量束具有第二横截面尺寸，其中第一交叉截面尺寸大于第二横截面尺寸。在一些实施方式中，能量源包括至少一个激光器。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)在该区域中生成三维物体的至少一个周界，其中至少一个周界是依照模型设计的。在一些实施方式中，机械地生成至少一个周界。在一些实施方式中，在加热至少一部分区域时生成至少一个周界。在一些实施方式中，使用能量源生成至少一个周界，能量源提供使至少一部分区域经受加热的能量束。在一些实施方式中，使用激光生成至少一个周界。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的系统，包括：容器，其被配置为容纳粉末床；粘合物质涂敷器，其被配置为将粘合物质施加到粉末床中的粉末材料层的区域；周界生成器，其被配置为在该区域中生成三维物体的至少一个周界；以及一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合到粘合物质涂敷器和周界生成器，其中一个或多个计算机处理器单独地或共同地编程为(a)引导粘合物质涂敷器将包含粘合物质的流施加到区域粉末床中的粉末材料层的区域，其中根据三维物体的模型设计施加流，以及(b)引导周界生成器在该区域生成三维物体的至少一个周界，其中至少一个周界是依照模型设计的。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)使用第一切割器产生第一层的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界是与计算机存储器中的三维物体的模型设计一致的；(d)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；(f)使用第二切割器产生第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第二层的一个或多个周界是与三维物体的模型设计一致的。在一些实施方式中，(b)中的切割包括两个或更多个切割道次。在一些实施方式中，通过多轴机床生成层的一个或多个周界。在一些实施方式中，第一切割器是接触式切割器。在一些实施方式中，第一切割器是非接触式切割器。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(d)将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及(e)使用切割器生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层和第二层的一个或多个周界是依照计算机存储器中的三维物体的模型设计的。在一些实施方式中，第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界在切割器的单个道次中生成。在一些实施方式中，第一层和第二层的一个或多个周界通过多轴机床、计算机数字控制(CNC)主轴、切割刀具钻头或刀片生成。在一些实施方式中，第一层和第二层的一个或多个周界是通过多轴机床生成的。在一些实施方式中，该方法还包括在(b)中加热第一层的第一区域。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(d)将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及(e)使用至少一个切割器同时生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界偏离第一层的模型设计和/或第二层的一个或多个周界偏离三维物体的第二层的模型设计。

在一些实施方式中，第一层的一个或多个周界至少是从三维物体的第一层的模型设计偏移的半层。在一些实施方式中，第一层的一个或多个周界至多是从三维物体的第一层的模型设计偏移的半层。

在一个方面，本公开提供了一种用于成型三维物体的系统，包括：容器，其被配置为容纳粉末床；粉末分配器，其(i)分配粉末材料以成型粉末材料的第一层作为粉末床的一部分，和(ii)分配粉末材料以成型与第一层相邻的粉末材料的第二层；并且至少一个切割器同时生成第一层的一个或多个周界；一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合到粉末分配器和至少一个切割器，其中一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(i)引导粉末分配器分配粉末材料以成型第一层和第二层，和(ii)引导至少一个切割器同时生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界偏离第一层的模型设计和/或第二层的一个或多个周界偏离三维物体的第二层的模型设计。在一些实施方式中，第一层粉末材料的周界是从三维物体的第一层的模型设计偏移的半层。在一些实施方式中，粉末层的切割深度等于粘合物质的渗透深度。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)在计算机存储器中提供三维物体的模型设计；(b)将模型设计转换为包括(i)一个或多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)一个或多个周界，每个周界具有厚度(P)，其中一个或多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中一个或多个周界中的每个周界对应于在一个或多个层的给定层中单独限定的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及(c)使用转换的模型设计生成可用于生成三维物体的指令，该指令独立于一个或多个周界的生成提供一个或多个层的生成。在一些实施方式中，该方法还包括使用指令来生成三维物体。在一些实施方式中，该方法还包括确定用于生成一个或多个周界的配置。在一些实施方式中，确定配置包括评估切割路径，该切割路径与第一层中的第一切割路径和第二层中的第二切割路径重叠。

在一个方面，本公开提供了一种用于控制用于成型三维物体的设备的计算系统，包括一个或多个计算机处理器、计算机存储器和由一个或多个计算机处理器单独或共同可执行的计算机代码，以实现方法，包括：(a)将三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)，和(ii)多个周界，每个层具有厚度(P)，其中多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中多个周界中的每个周界对应于与多个周界分开限定的多个层中的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及(b)创建用于控制设备以基于转换后的模型设计生成三维物体的机器指令。在一些实施方式中，操作包括确定等于渗透深度的层的总切割深度。在一些实施方式中，总切割深度不等于层厚度。在一些实施方式中，渗透深度等于层的高度。

在一个方面，本公开提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实现用于成型三维物体的方法，该方法包括：(a)将三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)，和(ii)多个周界，每个层具有厚度(P)，其中多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中多个周界中的每个周界对应于与多个周界分开限定的多个层中的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及(b)创建用于控制设备以基于转换后的模型设计生成三维物体的机器指令。在一些实施方式中，操作包括确定等于渗透深度的层的总切割深度。在一些实施方式中，总切割深度不等于层厚度。在一些实施方式中，渗透深度等于层的高度。在一些实施方式中，操作包括确定切割层的配置。在一些实施方式中，确定配置包括评估多个层中的第一层的形状和尺寸。在一些实施方式中，确定几何补偿包括使用统计缩放算法或机器学习算法。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)使用第一周界生成器生成第一层的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界是根据计算机存储器中的三维物体的模型设计确定的；(d)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(e)将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及(f)使用第二周界生成器生成第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第二层的一个或多个周界是根据三维物体的模型设计确定的，从而生成三维物体的至少一部分。在一些实施方式中，第一粘合物质和/或第二粘合物质的施加方式使得(i)在粉末床中没有第一粘合物质和/或第二粘合物质的汇集，或(ii)粉末材料的单个颗粒没有物理扰动。

在一些实施方式中，第一粘合物质和第二粘合物质是相同的粘合物质。在一些实施方式中，第一周界生成器和第二周界生成器是相同的周界生成器。在一些实施方式中，该方法还包括在(f)之后加热三维物体的至少一部分。在一些实施方式中，加热是对三维物体的至少一部分进行整体加热，该整体加热包括在三维物体的至少一部分中烧结粉末材料的各个颗粒。在一些实施方式中，第一周界生成器和/或第二周界生成器是多轴机床。在一些实施方式中，第一周界生成器或第二周界生成器是第一切割器或第二切割器。

在一些实施方式中，第一切割器或第二切割器是接触式切割器。在一些实施方式中，第一切割器或第二切割器是非接触式切割器，其在分别生成第一层或第二层的一个或多个周界时不接触粉末床。在一些实施方式中，非接触式切割器包括至少一个激光器。在一些实施方式中，第一粘合物质和/或第二粘合物质通过喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器施加。在一些实施方式中，在(b)中，喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器相对于垂直于第一层的轴以大于0°的角度倾斜。在一些实施方式中，粉末材料包括不锈钢粉末、青铜粉末、青铜合金粉末、金粉末或其任何组合。在一些实施方式中，当分别施加到第一层的第一区域或第二层的第二区域时，第一粘合物质或第二粘合物质的液滴尺寸为0.1微米至100微米。在一些实施方式中，第一区域或第二区域是粉末床的整个暴露区域。在一些实施方式中，该方法还包括(i)在(b)之后第一区域的至少一部分经受加热，或(ii)在(e)之后第二区域的至少一部分经受加热。

在一个方面，本公开提供了一种成型三维物体的方法，包括：(a)提供包含粉末材料的粉末床；(b)将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；(c)在第一层附近沉积第二层粉末材料；(d)将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及(e)使用至少一个周界生成器生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层和第二层的一个或多个周界是依照计算机存储器中的三维物体的模型设计的，从而生成三维物体的至少一部分。在一些实施方式中，第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界在切割器的单个道次中生成。在一些实施方式中，第一层和第二层的一个或多个周界通过多轴机床、计算机数字控制(CNC)主轴、切割刀具钻头或刀片生成。

在一些实施方式中，该方法还包括加热第一层的第一区域或第二层的第二区域。在一些实施方式中，至少一个周界生成器是多个周界生成器。在一些实施方式中，其中在(e)中，同时生成第一层和第二层的一个或多个周界。在一些实施方式中，其中在(e)中，第一层和/或第二层的一个或多个周界偏离模型设计。在一些实施方式中，第一粘合物质和/或第二粘合物质的施加方式使得(i)在粉末床中没有第一粘合物质和/或第二粘合物质的汇集，或(ii)粉末材料的单个颗粒没有物理扰动。

在一些实施方式中，该方法还包括在(e)之后加热三维物体的至少一部分。在一些实施方式中，加热是对三维物体的至少一部分的整体加热，该整体加热包括在三维物体的至少一部分中烧结粉末材料的各个颗粒。在一些实施方式中，第一粘合物质和/或第二粘合物质通过喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器施加。在一些实施方式中，粉末材料包含0.5微米至50微米大小的颗粒。在一些实施方式中，第一区域或第二区域是粉末床的整个暴露区域。

从以下详细描述中，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得容易理解，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施方式。如将认识到的，本公开能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和说明本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。

合并引用

本说明书中提及的所有出版物和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考以下详细描述将获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了使用本发明原理的说明性实施方式，以及附图(本文也称为“图”)，其中：

图1为三维打印处理的流程图的示意图；

图2A-图2C示意性地示出了成型三维物体的方法；

图3A-图3D示意性地示出了使用具有大的层厚度和精细的切割厚度的分层技术成型三维物体的方法；

图4A-图4D示意性地示出了使用具有大的层厚度和大的切割厚度的分层技术成型三维物体的方法；

图5A-图5D示意性地示出了使用具有大的层厚度以及精细和大的切割厚度的组合的分层技术成型三维物体的方法；

图6A-图6D示意性地示出了使用具有大的层厚度和使用对齐的切割道次的大切割厚度的分层技术成型三维物体的方法；

图7A和图7B示意性地示出了用于成型三维物体的示例装置；

图8、图9A和图9B示意性地示出了可用于成型三维物体的喷淋系统的各种视图；

图10示出了可用于固化三维物体层的加热系统；

图11示出了可用于在成型三维物体期间去除多余材料的切割系统；

图12示出了可用于成型期望的3D物体的切割策略；

图13示出了可用于成型期望的3D物体的图12的备选切割策略；

图14示出了可以用于使用分层技术成型三维物体的成型策略；

图15示出了作为立体光刻(STL)文件的三角化数字模型；

图16示出了图15的模型的给定切片的三角形交叉点；

图17示出了图16的切片的相关循环以进一步说明；

图18示出了图15的物体的切割策略；

图19示出了图15的物体的备选切割策略；

图20示出了图15的物体的特定表面；

图21示出了对期望的物体的表面进行分类以优化切割顺序的方式；

图22A-图22C示出了三维产品的切片或层的一种方法；

图23A-图23C示出了三维产品的切片或层的备选方法；

图24A-图24C示出了三种不同的期望的打印部件；

图25示出了可以用不同的切割速度制成的期望的打印部件；

图26示出了超声雾生成器系统的示意图；

图27A-图27B示出了当将粘合材料引向粉末床上的粉末材料层时可以使用的两种可能的喷淋图案；

图28示出了直接在后面具有真空泵的装置(喷淋罩板)；

图29示出了具有真空泵辅助喷淋的喷淋模块；

图30示出了一种可以实现均匀流动的方法；

图31示出了可以用本文描述的方法成型的多个部分；

图32示出了计算机控制系统，其被编程或以其他方式被配置为实现本文提供的方法；以及

图33示出了用于单个粉末床的多个主轴的构造。

具体实施方式

虽然本文已经显示和描述了本发明的各种实施方式，但是对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方式仅以举例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。应该理解，可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。

本文使用的术语“子部分”可以指代面积小于总面积的100％、95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。

如本文所用，术语“层”是指表面上的原子层或分子层，例如衬底。在一些情况下，层包括一个外延层或多个外延层(或子层)。层通常具有从大约一个单原子单层(ML)到数十个单层、数百个单层、数千个单层、数百万个单层、数十亿个单层、数万亿个单层或更多的厚度。在一个实例中，层是多层结构，其厚度大于一个单原子单层。另外，层可包括多个材料层。

本文使用的术语“周界”通常是指成型给定区域边界的连续或非连续线。该区域可能是一个封闭的区域。周界可以是给定区域的边界的至少一部分。例如，给定区域可以是粉末材料层中的区域。周界可以是边界的整体或边界的一部分。周界可以是另一周界的一部分，例如更大的周界。周界可以是新生或最终三维产品的一部分。

如本文所用，术语“粉末”通常是指具有颗粒的固体，例如细颗粒。粉末也可称为“颗粒材料”。粉末可包括具有至少约5纳米(nm)、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、35μm、30μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm或100μm的横截面(例如，直径)的单个颗粒。单个颗粒可以具有各种形状，例如球形、椭圆形、立方形、不规则形状或部分形状或其任何形状组合。

本文使用的术语“支撑件”通常是指放置用于成型3D物体的材料的任何工件。3D物体可以直接成型在基座上，直接从基座成型，或者与基座相邻。3D物体可以成型在基座上方。支撑件可以是衬底。支撑件可以设置在外壳(例如，腔室)中。外壳可以具有由各种类型的材料成型的一个或多个壁，例如元素金属、金属合金(例如，不锈钢)、陶瓷或元素碳的同素异形体。外壳可具有各种横截面的形状，例如圆形、三角形、正方形、矩形或部分形状或其组合。外壳可以是隔热的。外壳可包括隔热材料。外壳可以提供隔热或环境隔热。基底可包括元素金属、金属合金、陶瓷、碳同素异形体或聚合物。基底可包括石头、沸石、粘土或玻璃。元素金属可包括铁、钼、钨、铜、铝、金、银或钛。金属合金可包括钢(例如，不锈钢)。陶瓷材料可包括氧化铝。基座可包括硅、锗、二氧化硅、蓝宝石、氧化锌、碳(例如，石墨、石墨烯、金刚石、无定形碳、碳纤维、碳纳米管或富勒烯)、SiC、AN、GaN、尖晶石、涂覆的硅、氧化物上的硅、氧化物上的碳化硅、氮化镓、氮化铟、二氧化钛、氮化铝。在一些情况下，基底包括基座(即，能够吸收电磁能并将其转换成热量的材料)。基底、衬底和/或外壳可以是固定的或可平移的。

外壳可以对空气敞开或保持在受控环境中。在一些实例中，外壳处于惰性气氛下，例如惰性气体(例如，Ar、He、N₂、Kr、Xe、H₂、CO、CO₂或Ne)。外壳可以填充非反应性气体。

作为替代方案，外壳可以保持在真空条件下。腔室中的压力可以是至少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巴或者更多。外壳中的压力可以是至少100托、200托、300托、400托、500托、600托、700托、720托、740托、750托、760托、900托、1000托、1100托、1200托。外壳中的压力可以是至多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、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。在某些情况下，外壳中的压力可以是标准大气压。

当提及数字或数值范围时，术语“约”通常意味着所涉及的数字或数值范围是实验可变性内的近似值(或在统计实验误差内)，因此，数量或数值范围可以从，例如所述数量或数值范围的1％至15％之间变化。

本文使用的术语“相邻”或“邻近”通常指的是“接近”，“邻接”、“接触”或“接近”。相邻可以指一个特征，例如层，在另一个特征的“上方”或“下方”，例如另一个特征。与第二层相邻的第一层可以与第二层直接接触，或者在第一层和第二层之间可以存在一个或多个中间层。

三维打印(3D打印)可以指成型三维物体的过程。为了成型三维物体，可以将多层粉末材料顺序地彼此相邻地层叠。粉末材料层可以单独或同时加热、固化或化学处理，使得粉末材料的颗粒熔合或熔化在一起。

模型设计可用于引导用粘合材料，热、化学或其任何组合处理的粉末材料的特定区域或子部分的成型。模型设计可以是计算机生成的设计，例如使用3D打印软件。粉末材料层可以依次层叠，直到成型的物体呈现三维物体的模型设计的形状。

物料

可以在表面上成型三维物体。可以在表面附近施加粉末床以成型三维物体。表面可以是平坦表面、不平坦表面、容器、构建盒、盒子、桌子或其任何组合。

在一些情况下，容器或盒子可具有与容器或盒子集成或相邻的加热机构。在整个本文所述的方法中，容器或盒子可以在升高的温度下加热，以确保粉末材料的各个颗粒不会聚集在一起。在一些情况下，粉末材料在粘合剂施加到粉末材料之前、期间或之后不会聚集在一起。容器或盒子可以加热到至少约25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或更高的温度。在一些情况下，可以在25℃至500℃、50℃至200℃、70℃至150℃或80℃至120℃的温度下在整个成型三维物体的方法中加热容器或盒子。

粉末材料可以是聚合物、金属、金属合金、陶瓷、金属陶瓷或其任何组合的粉末。粉末材料可包括固体、液体、凝胶或其任何组合。粉末材料可包括不锈钢、青铜、钢、金、镍、镍钢、铝、钛、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、嵌入塑料中的石墨烯、镍钛合金、吸水塑料、塑料、沙子、导电碳膜、纸、混凝土、食品、纱线或其任何组合。粉末材料可以通过涂层涂覆，例如通过塑料，有机材料或其任何组合涂覆。在一些情况下，粉末材料可包括金属颗粒。在一些情况下，粉末材料可包含金颗粒。在一些情况下，粉末材料可包括不锈钢颗粒。不锈钢颗粒可包括金属注射成型(MIM)等级的不锈钢。不锈钢颗粒可以是316L、17-4PH、430L、440C、310S、420J、904L等级。不锈钢颗粒可以是MIM等级17-4PH。粉末材料可包括碳、锰、磷、硫、硅、铬、镍、铜、铌或铁。粉末材料可包括铬、镍、铜、铌或铁。

在一些情况下，施加到表面的一层粉末材料可包括两种或更多种不同的材料，其中这两种或更多种材料在向表面沉积期间、在施加粘合材料期间、在固化期间、在烧结期间或其任何组合彼此反应。可以在将粉末材料沉积到粉末床上之前或期间将两种或更多种材料组合。在一些情况下，一层粉末材料可包括不锈钢颗粒和青铜颗粒。

在某些情况下，可以加热单层。或者，可以同时加热多个层。多层粉末材料可以成型预成形坯，其中不再添加层。在某些情况下，可以同时加热整个预成形坯。例如，可以在炉子中加热整个预成形坯。

三维物体在加热或烧结后可具有线性收缩。在一些情况下，物体可具有至多50％、40％、30％、20％、15％、10％、5％、1％或更小的线性收缩。在一些情况下，物体可具有约5％至30％、10％至20％或15％至20％的线性收缩率。三维物体可具有至少50兆帕(MPa)、100MPa、100MPa、200MPa、300MPa、400MPa、500MPa或更高的屈服强度或屈服应力。在一些情况下，三维物体可以与三维物体的计算机模型不同。完成的物体在尺寸上可以在一维(例如，长度、宽度、高度)上与计算机模型相差最多约10％、5％、4％、3％、2％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％或更低。

如本文所用，粉末材料通常是指具有细颗粒的固体。粉末可包含单个颗粒，并且颗粒可以是球形、椭圆形、立方形、不规则形状或部分形状或其任何形状组合。粉末材料可以通过各种技术表征，包括但不限于霍尔流动、粉末流动、静止角、振实密度、形态、孔隙率、激光衍射、筛分析、水分含量、化学组成或其任何组合。在某些情况下，粉末材料基本上是球形的。

粉末材料可包括基本均匀尺寸的颗粒。粉末材料可包括至少约0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、0.9微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米或1毫米的颗粒。在一些情况下，粉末材料可包括10微米至100微米、20微米至90微米、30微米至80微米或40微米至60微米的颗粒。在一些情况下，粉末材料可包含约50微米的颗粒。

粉末材料可以通过不同的网眼尺寸分类。粉末材料可包括网眼尺寸为至少约4、6、8、12、16、20、30、40、50、60、70、80、100、140、200、230、270、325、400、625、1250或2500的颗粒。在一些情况下，粉末材料可包括网眼尺寸为约100至625、230至400或270至400的颗粒。在某些情况下，粉末材料的网眼尺寸为270。在某些情况下，粉末材料的网眼尺寸为325。在某些情况下，粉末材料的网眼尺寸为400。

在一些情况下，粉末材料可包括不同网眼尺寸的颗粒。在一些情况下，粉末材料可以是多峰(例如，双峰)粉末材料，其中不同网眼尺寸的颗粒故意地混合在一起。

成型三维物体的方法可能需要将多个层沉积到粉末材料上。成型三维物体的方法可能需要至少2层粉末材料，3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层、50层、100层、200层、500层、700层、1000层或更多层以成型物体。该物体可能需要1层至1000层粉末材料、10层至700层、100层至500层或200层至400层以完成物体的成型。该物体可能需要10层至1000层粉末材料、100层至700层、200层至600层或300层至500层以完成物体的成型。

一层粉末材料可包括一种或多种类型的粉末材料。在一些情况下，可以使用两种或更多种元素金属、两种或更多种金属合金、两种或更多种陶瓷、或两种或更多种元素碳的同素异形体来成型粉末材料层。

一层粉末材料可以均匀地分布在表面上。一层粉末材料可以在表面或表面床的至少一部分上具有厚度。一层粉末材料可具有至少约0.001毫米、0.01毫米、0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米、0.8毫米、0.9毫米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米的厚度。一层粉末材料可具有0.1毫米至10毫米、0.3毫米至5毫米、0.4毫米至2毫米、0.5毫米至1毫米的厚度。在一些情况下，一层粉末材料可具有约100微米(μm)、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm的厚度。在一些情况下，一层粉末材料可具有约300μm的厚度。在一些情况下，三维物体可包括多于一层，其中每个粉末层的厚度可以相同、大约相同或不同。

粘合物质

粘合物质(例如粘合剂)可用于将各个粉末颗粒粘合在一起。可以将粘合物质施加到粉末材料层上以将各个粉末颗粒粘合在一起。粘合物质可以是液体、凝胶、粘稠溶液或其任何组合。在某些情况下，粘合物质是液体。

粘合物质可以是糖、胶、树脂、聚合物或其组合。粘合物质可以是蔗糖、环氧树脂、大猩猩胶、聚氨酯、液体钉、超级胶、木材着色剂、指甲油或其任何组合。粘合物质可包括有机溶剂，含水溶剂或其任何组合。

可以购买并使用粘合物质而无需改变。可以使用本公开的方法稀释粘合物质以实现适合用于成型三维物体的某些性质。在一些情况下，可以将溶液稀释至稀释度至少约1.1、1.2、1.5、1.7、2、5、10、20、50、100、200或500倍。

粘合物质可具有大于约0.1磅/平方英寸(psi)、1psi、5psi、10psi、50psi、100psi、200psi、300psi、400psi、500psi、600psi、700psi、800psi、900psi、1000psi、1500psi、2000psi、2500psi、3000psi、4000psi、5000psi或更高的粘结强度、粘合强度、强度、黏合强度或拉伸剪切。在一些情况下，粘合物质可具有100psi至3000psi、300psi至2500psi或500psi至2000psi的粘合强度。

粘合物质的粘度可小于或等于约1000厘泊(cP)、900cP、800cP、700cP、600cP、500cP、400cP、300cP、200cP、100cP、50cP、10cP、9cP、8cP、7cP、6cP、5cP、4cP、3cP、2cP、1cP或更低。粘合物质可具有1000cP至100cP、700cP至200cP或600cP至300cP的粘度。

粘合物质可以储存在容器、瓶子、杯子或器皿中。

当将粘合物质(例如，粘合剂)施加到粉末材料层的表面上时，一些粘合物质可以延伸通过粉末材料的顶层到达下一层粉末材料。粘合物质可具有一定的z轴渗透深度或粘合剂渗透深度。z轴渗透深度或粘合剂渗透深度可以是沉积技术、床加热、粘合物质的粘度或其任何组合的结果。z轴渗透深度可以大于约1微米、5微米、10微米、50微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米或更多。在一些情况下，z轴渗透深度可以是10微米至400微米，或100微米至200微米。在一些情况下，粘合材料的渗透深度可以为100微米至800微米、200微米至500微米或300微米至500微米。在一些情况下，粘合材料的渗透深度可为约450微米。

当将粘合物质涂覆到粉末材料层上时，粘合物质可具有小于1000微米、900微米、800微米、700微米、600微米、500微米、400微米、300微米、200微米、100微米、75微米、50微米、40微米、30微米、20微米、10微米、5微米、3微米、2微米或1微米的液滴尺寸。当将粘合物质施加到粉末材料层上时，粘合物质可具有1微米至700微米、2微米至600微米、10微米至500微米或100微米至200微米的液滴尺寸。

粘合物质可具有小于约10微米、5微米、3微米、2微米、1微米、0.5微米、0.25微米或更小的小液滴尺寸。粘合物质可具有约1微米的平均液滴尺寸。粘合物质的平均液滴尺寸可为约1-2微米。

当将粘合物质(例如，粘合剂)施加到粉末材料层的表面时，一些粘合物质可能干扰或置换粉末材料的颗粒。可能不期望粉末材料的扰动、粉末材料的团聚或粘合物质液滴在粉末材料层的表面上的切割效果。可能期望在施加粘合材料期间使粉末材料的附聚最小化。使用小液滴的粘合剂材料可以减轻粉末材料对粉末材料层表面的扰动的不期望的影响。

喷头可用于生成期望的的粘合材料液滴尺寸。喷头可以是超声喷头。当使用工业超声波技术时，喷淋可以通过出口横截面设计和使用真空泵的组合。可以通过真空泵捕获过量的羽流，以免污染机器的其余部分。超声雾化系统的使用可以是使用商业工业超声喷头的有成本效益的替代方案。超声雾化系统也可用于生成液滴。

可以在大气条件下成型三维物体。该装置可包括除湿器，以控制成型三维物体时存在的湿度量。空气中的湿度可以是至少约0克/立方米(g/m³)、1g/m³、2g/m³、3g/m³、4g/m³、5g/m³、6g/m³、7g/m³、8g/m³、9g/m³、10g/m³、15g/m³、20g/m³、25g/m³或30g/m³。除湿器可以是设备的一部分。或者，除湿器不是三维物体打印机的一部分。除湿器可以是自动的，并根据设定的规格或条件打开或关闭。除湿器可以处于设备级别，或者可以处于打印物体的房间级别。

三维物体可以具有高度、宽度和长度，它们可以相同或不同。三维物体可具有高度、宽度或长度，其单独且独立地大于约0.1毫米、0.5毫米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米或更多。三维物体的高度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米、10米或更多。三维物体的宽度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米或10米。三维物体的长度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米或10米。在一些情况下，三维物体可具有约1米×1米×1米的尺寸。在一些情况下，三维物体可具有约500毫米×500毫米×500毫米的尺寸。在一些情况下，三维物体可具有约200毫米×200毫米×200毫米的尺寸。

方法

在另一个方面，本公开提供了用于成型三维物体的方法。图1示出了三维打印过程的流程。在一些情况下，在操作110中在表面上提供粉末床。接下来，在操作120中，在表面附近沉积一层粉末材料以提供沉积层。然后在操作130中将粘合物质施加到粉末材料层上。可以在操作140中固化衬底。

图2A-图2C提供了俯视示意图，以示出成型本公开的三维物体的方法。在图2A中提供了一层粉末材料205。图2B示出了已经施加有粘合物质的粉末材料层的区域210。图2C示出了已被加热和固化的区域210的子部分215。

可以通过粉末分配器将一层粉末材料沉积在粉末床上。粉末分配器可包括多个部件，例如打印头或喷嘴头。粉末分配器的部件与表面上的粉末材料层之间的距离可以是至少1厘米(cm)、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1米或更多。粉末分配器的部件与粉末材料层之间的距离可以在三维物体的成型过程中改变。在一些情况下，粉末分配器的部件与粉末材料层之间的距离可在三维物体的成型过程中减小。

粉末材料可以储存在粉末材料的贮存器或容器中。储存器可以容纳至少约10克(gr)、100gr、200gr、500gr、750gr、1千克(kg)、2kg、5kg、10kg或更多的粉末材料。

粉末分配器可以以至少约1立方毫米/秒(mm³/s)、5mm³/s、10mm³/s、100mm³/s、500mm³/s、1000mm³/s、2000mm³/s、3000mm³/s、4000mm³/s、5000mm³/s、6000mm³/s、7000mm³/s、8000mm³/s、9000mm³/s或10,000mm³/s的平均速率分配粉末。

在沉积到粉末床上之后，可以使一层粉末材料平滑。可以通过辊、刀片、刀、气刀或气刀、矫直机或其任何组合使该层平滑。在一些情况下，在沉积到粉末床上之后，通过整平剂使一层粉末材料平滑。整平器可包括许多材料，例如塑料、金属、金属合金、玻璃、陶瓷或其任何组合。

在通过振动器设备沉积一层粉末材料之后，可以使粉末床振动。振动器设备可以以至少20赫兹(Hz)、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz、160Hz、170Hz、180Hz、190Hz、200Hz、210Hz、220Hz、230Hz、240Hz、250Hz、260Hz、270Hz、280Hz、290Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz、500Hz、550Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz的频率振动。

可以通过喷墨头、雾化喷头、超声雾化器、空气雾化器、雾化喷射雾化器、超声喷雾器、基于压缩机的雾化器、振动筛网雾化器、大型滴管、微型滴管、压电滴管或其任何组合将粘合物质施加到粉末材料层上。在一些情况下，通过超声雾化器、基于压缩机的雾化器或超声喷头施加粘合物质。粘合物质可以以流、液滴或其任何组合施加。

粘合物质可以以一定的流速从容器、打印头、喷嘴或泵施加到粉末材料层上。在某些情况下，可以以小于或约100mL/s、90mL/s、80mL/s、70mL/s、60mL/s、50mL/s、40mL/s、30mL/s、20mL/s、10mL/s、9mL/s、8mL/s、7mL/s、6mL/s、5mL/s、4mL/s、3mL/s、2mL/s或1mL/s的流速施加粘合物质。

可以将粘合物质施加到粉末材料层的区域。粘合物质可以施加于大于粉末床表面约1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％的区域。在一些情况下，将粘合物质施加到粉末床表面的5％至90％、10％至80％、30％至70％、40％至60％或40％至60％。

包含粘合物质的流可以施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中该流具有第一横截面尺寸。能量束可以被引导到粉末材料层的一部分，其中能量束具有第二横截面尺寸。在一些实施方式中，流的第一横截面尺寸大于能量束的第二横截面尺寸。第一横截面尺寸可以至少比第二截面尺寸大1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％。

在整个单层粘合物质的施加过程中，粘合物质打印头或喷头与表面上的粉末材料层之间的距离可以保持恒定。对于层的一个施加与粘合物质层的另一施加，粘合物质打印头或喷头与表面上的粉末材料层之间的距离可以不同。在一些情况下，打印头或喷头与粉末材料层之间的距离随着三维物体的层数增加而减小。粘合物质打印头或喷头与表面上的粉末材料层之间的距离可以是至少0.1毫米(mm)、0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更多。

当固化粉末材料层时，可以仅固化已施加粘合物质的区域的一个子部分。已施加粘合物质的区域的子部分可以是至多约该区域的99％、95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。区域的子部分可以小于约该区域的100％、99％、95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。区域的子部分可能超过该区域的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％，但不可能是该区域的100％。区域中被固化的子部分可能小于区域本身。在一些情况下，该区域的子部分被固化，其中该子部分小于该区域的100％。在某些情况下，该部分小于该区域的90％、80％、70％、60％或50％。

在施加粘合物质之后，可以使用热源、电磁辐射或电阻加热元件来固化粉末材料区域的子部分。激光器、烘箱、炉子、能量束、电子束、灯、加热棒、散热器或其任何组合可用于固化粉末材料。在某些情况下，用于固化粉末材料区域的热源是激光器或加热棒。在热源是光学的情况下，热源可以直接或通过使用一个或多个光学器件(例如，镜子、透镜等)向粉末床提供能量。

能量源可以是激光器或多个激光器。多个激光器可以是激光器阵列的一部分。激光器可以直接或通过使用一个或多个光学器件(例如，镜子、透镜等)将能量源提供给动力床。在一些情况下、激光可以提供波长为至少100纳米(nm)、500nm、1000nm、1010nm、1020nm、1030nm、1040nm、1050nm、1060nm、1070nm、1080nm、1090nm、1100nm、1200nm、1500nm、1600nm、1700nm、1800nm、1900nm或2000nm的光能。

能量源可以在大气温度或高温下施加到粉末材料层上。在将粘合物质施加到粉末材料层之后，可以通过能量源在至少约25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃或2000℃的温度下将三维物体的层固化。层可以在大于25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃或2000℃的温度下固化。层可以在25℃至1000℃、50℃至500℃、70℃至200℃、100℃至150℃的温度下固化。三维物体可以在25℃至1000℃、10℃至700℃、100℃至600℃、300℃至500℃的温度下固化。

温度升高可足以将两种或更多种粉末材料颗粒转变成熔融状态。粉末可以保持熔化至少1飞秒、50飞秒、100飞秒或更多。

可以在受限空间内或容器内成型或部分地成型三维物体的层。受限空间可包括氢、氮、氩、氧、二氧化碳或其任何组合。在某些情况下，密闭空间中的氧含量可低于百万分之100,000(ppm)、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm。受限空间可包括水蒸气。密闭空间中的水量可小于百万分之100,000、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm。可以在暴露于气氛的同时成型或部分地成型三维物体。该气氛可包括氢气、氮气、氩气、氧气、二氧化碳或其任何组合。

可以固化三维物体以允许注入金属或金属合金。三维物体的注入可以是不锈钢、青铜、钢、金、镍、镍钢、铝、钛或其他过渡金属或金属合金。

在物体成型期间，三维物体可以固化至少一次。在物体成型期间，三维物体可以固化至少2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次、10次、50次、100次、200次、500次、700次、1000次或更多次。在物体成型期间，三维物体可以固化1至1000次、10至700次、100至500次或200至400次。在物体成型期间，三维物体可以固化10至1000次、100至700次、200至600次或300至500次。

可以将三维物体的粉末材料层固化一段时间，该时间大于约0.1秒、1秒、10秒、20秒、30秒、1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、5小时、10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、100小时或更多。三维物体的一层粉末材料可以固化一段时间，从1秒到10小时、20秒到5小时、30秒到3小时、1分钟到1小时、2分钟到30分钟或3分钟到10分钟。

可以将三维物体固化一段时间，该时间段大于约1秒、10秒、30秒、1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、5小时、10小时、20小时、24小时、30小时、40小时、50小时、100小时、200小时、300小时、400小时、500小时或者更多。三维物体可以固化1分钟至100小时、30分钟至50小时、1小时至30小时或2小时至24小时的一段时间。

可在大于25℃的温度下将粉末材料层固化大于10秒的时间、在大于30℃的温度下固化大于30秒、在大于50℃的温度下大于1分钟、在大于100℃的温度下大于2分钟、在大于200℃的温度下大于30分钟、在大于300℃的温度下大于1小时、在大于400℃的温度下大于2小时，或在大于500℃的温度下大于3小时。

三维物体可以在固化后抛光、擦亮、滚磨、机械加工、精加工或涂有饰面。物体可涂有涂料、金属抛光剂、金抛光剂、银抛光剂或其任何组合。可以对物体进行抛光、擦亮、精加工或涂覆至少1次、2次、3次、5次或更多次。

可以在至少约1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时、20小时、30小时、50小时、75小时、4天、5天、1周、2周、3周、4周的时段内成型三维物体。可以在1分钟至50小时、30分钟至30小时、1小时至20小时、2小时至10小时或3小时至10小时的时间段内成型三维物体。

在某些情况下，打印过程，包括施加粉末材料层和随后每层的固化，可能占用大于约30秒、1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、5小时、10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、100小时或更长时间的时间段。打印过程可能花费30秒至10小时、1分钟至10小时、2分钟至5小时或3分钟至3小时的时间量。

计算机系统或控制器可以用在本公开的方法中，以设计三维物体的模型、沉积粉末材料层、使粉末材料层平整、以固化粉末材料层，或其任何组合。计算机系统可以在成型物体之前预先编程有信息。可以在开始成型三维物体之前生成模型设计，或者可以实时生成模型设计(即，在成型三维物体的过程期间)。可以在计算机上生成模型设计。

模型设计可用于确定将用粘合物质施加的区域或粉末材料的区域或子部分。

在一些情况下，成型的三维物体可能与模型设计的尺寸有偏差。成型的三维物体和模型设计的偏差可以是至多1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm或更小。

在成型的三维物体和模型设计之间可能存在偏差。三维物体的单个部分可以偏离模型设计的相应部分至少约0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％。

在一些情况下，根据3D物体的模型设计来施加粘合材料。施加粘合物质的喷头可以将粘合物质沉积在喷雾或流中。分散或流可以具有可以以光斑大小为特征的分散。光斑尺寸可以大于模型设计的相应尺寸。在一些情况下，喷雾或流具有半高宽，其大于模型设计的相应尺寸。在一些实例中，与模型设计的相应尺寸相比，喷雾或流将粘合物质施加到粉末床的更大区域。

在一些情况下，粉末材料层的第一区域施加有粘合物质。第一区域可以偏离三维物体的模型设计的相应部分，其中第一区域至少为0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％或大于模型设计的相应部分。在一些情况下，偏差为1％至90％、5％至80％、10％至70％、20％至60％或30％至50％。

模型设计可包括物体的1至1000个横截面(或切片)、10至700个横截面、100至500个横截面或200至400个横截面。模型设计可包括10至1000个横截面、100至700个横截面、200至600个横截面，或300至500个三维物体的横截面。模型设计可包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、100、1000、10,000、50,000或100,000个横截面。这种横截面(或切片)可以由3D打印软件生成。

区域的子部分的加热可以包括烧结粉末材料的各个颗粒。区域的子部分的加热可以不包括烧结粉末材料的单个颗粒。

在粉末材料层的区域的子部分固化之后，未结合粉末材料可以从已结合粉末材料中分散(disperse)。未结合粉末材料可以通过除去无界粉末，真空泵、抽吸、粉化、摇动包含粉末床的表面，通过摇动容器而不是包括粉末床或其任何组合来分散。

在一些情况下，对应于相应横截面的模型设计的粉末材料层的区域的子部分未固化。在一些情况下，子部分的周界是机械地生成的，用气刀生成、用刀生成，加热、燃烧、分解或以其他方式移除。在一个方面，本发明提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；通过一个或多个切割道次生成第一层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的一个或多个周界是依照三维物体的模型设计的；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；通过一个或多个切割道次生成第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第二层的一个或多个周界是依照三维物体的模型设计的。在一些情况下，成型三维物体的方法可包括一个切割道次。该方法可包括两个、三个、四个、五个或更多个切割道次。

在一些情况下，第一层粉末材料的整个周界通过一次切割道次成型。在一些情况下，第一层粉末材料的整个周界由一个或多个切割道次生成。在一些情况下，第二层粉末材料的整个周界通过一次切割道次成型。在一些情况下，第二层粉末材料的整个周界由两个或更多个切割道次生成。

在一些情况下，第一层和第二层的整个周界由一个切割道次生成。在一些情况下，第一层和第二层的整个周界由两个或更多个切割道次生成。在一些情况下，第一层的周界的至少一部分由一个切割道次生成。在一些情况下，通过单个切割道次生成多于一层的周界的至少一部分。在一些情况下，通过一个或多个切割道次生成多于一层的周界的至少一部分。

图3A-图3D示出了使用具有大的层厚度和精细的切割厚度的分层技术成型三维物体的方法。为了成型图3A的物体，可以施加具有图3B的大的层厚度305的多层粉末材料。可以制造具有图3C的切割厚度310的多个精细切割道次以生成高分辨率的最终部件图3D。

图4A-图4D示出了使用具有大的层厚度和大的切割厚度的分层技术成型三维物体的方法。为了成型图4A的物体，可以施加具有图4B的大的层厚度405的多层粉末材料。可以制造具有图4C的切割厚度410的一个切割道次以生成最终部分图4D。

图5A-图5D示意性地示出了使用具有大的层厚度以及精细和大的切割厚度的组合的分层技术成型三维物体的方法。为了成型图5A的物体，可以施加具有图5B的大的层厚度505的多层粉末材料。可以制造具有切割厚度510的多个精细切割道次和具有图5C的切割厚度515的一个大切割道次以生成的最终部分图5D。

可以机械地生成粉末材料层的周界。在一些情况下，可以利用多轴(例如，2、3、4或5轴)机床、计算机数字控制(CNC)主轴、切割刀具钻头或刀片来生成周界。机床可以是多轴机器人。机床可相对于生成三维物体的支撑件移动。作为替代方案，支撑件可以是可移动的并且机床可以是固定的。作为另一替代方案，机床和支撑件可相对于彼此移动，例如沿多个轴移动。

CNC主轴可以以一定速度旋转，该速度可取决于期望的的切割特性。在一些实施方式中，切割工具或CNC主轴可具有至少约500rpm、1,000rpm、10,000rpm、50,000rpm、75,000rpm或100,000rpm的每分钟转数(rpm)。围绕固定轴的旋转频率可以是约500rpm至100,000rpm、约1,000至75,000rpm，或约10,000rpm至50,000rpm。

装置的切割工具可以手动改变或者可以用自动工具更换器改变。在某些情况下，物体可以使用多个切割工具来加速打印过程。在某些情况下，一个粉末床只使用一个主轴。在某些情况下，多个主轴用于一个粉末床。在一些情况下，物体可以使用至少1、2、3、4、5、6、7、8或更多个切割工具(例如，心轴)来加速打印过程。图33示出了多个主轴用于单个粉末床的示例。

因此，自动工具更换器可以基于所设置的参数和/或期望的打印物体的规格来编程自动地更换切割工具。

图6A-图6D示意性地示出了使用具有大的层厚度和使用对齐的切割道次的大切割厚度的分层技术成型三维物体的方法。为了成型图6A的物体，可以施加具有图6B的大的层厚度605的多层粉末材料。可以利用一个对齐的切割道次来生成具有图6C的切割厚度610的一个大切割道次，以成型最终部分图6D。

可以开发切割策略用于成型本文描述的三维物体。

切割策略可以基于三维物体的整个切片。

期望的3D物体概述在图12中。多个切片成型层，其中物体的层以数字标记。如果切片中的任何部分(或STL中的三角形)中的斜率是向下的，则整个切片可以被表征为“向下”。类似地，如果切片的任何部分中的斜率是面向上的并且没有面向下的部分，则整个切片可以被表征为“向上”。如果整个切片中的斜率是垂直的，则切片可以表征为“2.5D”。如果垂直相邻的切片、特征和/或表面都是“向上”和/或“2.5D”，则可以优化切割顺序。在图12的示例中，切片厚度远小于层厚度。在图12中，对于所有切片，每个层用“向上”、“向下”、“2.5D”的名称表示。在第1层之后进行单次切割，在第2层之后进行单次切割。为第3层制作了几个切割道次，以获得更精细的坡度。对剩余的层进行单次切割。

当切割三维物体时，最小化阶梯步进以生成物体的期望物理尺寸可能是有益的。可以选择层厚度等于切片厚度，并且在每层分散和喷淋之后可以发生切割层的步骤。或者，如果分层效应不是问题，则可以使层尺寸和/或切割厚度更大以优化速度。

图14示出了使用分层技术成型三维物体的多种可能性。由于区域1415具有垂直区域，因此使用一个切割道次切割该区域。1410区域有一个朝上的斜坡。在每层之后切割由10个切片表示的该1410区域。区域1405具有朝下的斜坡。用一个切割道次切割包括1个切片的该1405区域。可以基于期望的3D物体的形状和成型物体的期望速度来改变和选择层厚度。

切割策略可以基于三维物体的特征。

特征可以是三维物体的几何子部分。特征可以由给定层内的一个或多个循环表示。对于STL文件，循环可以描述特定平面与跨越该平面的所有三角形(或多边形)的交点。图15示出了作为立体光刻(STL)文件的三角测量数字模型。图16示出了图15的模型的给定切片的三角形交叉点。对于垂直柱面特征，例如垂直柱，平面交点是圆形。图17示出了该层的相关循环以进一步说明。

图18示出了图15的物体，其中每个层被指定并标记为“向上”、“向下”或“2.5D”。层1805和1810被指定为“向下”，而其余层被指定为“向上”。或者，可以不同地指定图15的目的，以进一步优化物体的制造。如图19所示，可以不同地识别给定的切片或层。例如，1905可以标记为“向下”，但现在可以将1910指定为“2.5D”。这样，可以更加递增地切割层(或多个切片)的其余部分，同时推迟切割1910的柱特征，直到喷淋和分散几个层。在该示例和其他示例中，如果循环共享三角形，则可以将循环描述为属于相同的特征。类似地，如果不同切片中的相邻环与相同的三角形相交，则它们可以共享相同的特征。

切割策略可以基于三维物体的表面。表面可以是三维物体的特征的几何子部分。对于给定切片，表面可以由给定循环内的单个线段或一组线段表示。表面2005在图20中示出。表面的分类可用于切割厚度和顺序确定。给定特征的部分可以不同地分类(例如，一些表面是“2.5D”而一些是“向下”)。

图21示出了对期望物体的表面进行分类以优化切割顺序的方式。切片2105被分类为“向下”，而2110被分类为“2.5D”。

图22A-图22C示出了三维产品的切片或层的一种方法。对于给定的CAD模型，可以以确定的厚度切割模型(图22A)，如图22B所示，然后每个切片可以被转换成层。然后可以在相应的机器中一次一个地构建每个层，以生成图22C的结果物体。

图23A-图23C示出了三维产品的切片或层的替代方法。对于给定的CAD模型，可以以确定的厚度切割模型(图23A)，如图23B所示，然后每个切片可以被转换成层。然后可以在相应的产品机器中一次一个地构建每个层。可以用切割工具2305在单次道次中切割所有层以生成图23C的所得物体，与图22C的物体相比具有增加的分辨率。这些层从平面切割出来，无需水平层。这种使用3轴或5轴机器一次切割多个层的方法可以消除对楼梯踏步的需要，并且可以消除所得物体中的层的可见性。

切割工具或切割钻头可具有至少约1μm、10μm、100μm、250μm、500μm、750μm或1000μm的直径。在一些情况下，切割钻头可具有约500μm的直径。切割工具或切割刀头可在粉末材料中留下宽度，或特定的分型线间距。

切割工具或切割钻头的切口切割速度可以为至少约1mm/min、10mm/min、100mm/min、200mm/min、300mm/min、400mm/min、500mm/min、600mm/min、700mm/min、800mm/min、900mm/min、1000mm/min、1250mm/min、1500mm/min、1750mm/min或2000mm/min。

切割粉末材料层边界的速度可以是至少约1mm/min、10mm/min、100mm/min、200mm/min、300mm/min、400mm/min、500mm/min、600mm/min、700mm/min、800mm/min、900mm/min、1000mm/min、1250mm/min、1500mm/min、1750mm/min或2000mm/min。

在一个方面，本发明提供了一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；并通过一个或多个切割道次生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层和第二层的一个或多个周界是依照三维物体的模型设计的。

一种用于成型三维物体的方法，包括：提供包括粉末床的表面，粉末床包括粉末材料；将第一粘合物质施加到粉末床的第一层粉末材料的第一区域；在容器中邻近第一层粉末材料沉积第二层粉末材料；将第二粘合物质施加到粉末床的第二层粉末材料的第二区域；并通过一个或多个切割道次生成第一层和第二层粉末材料的一个或多个周界，其中第一层的周界由三维物体的第一层的模型设计确定但不等同。在一些情况下，第一层粉末材料的周界是从三维物体的第一层的设计偏移的半层。

施加到粉末材料层上的粘合物质可以在粉末材料中具有一定的渗透深度。在一些情况下，粘合物质的渗透深度约等于粉末材料的层(或层厚度)的厚度。在一些情况下，粘合物质的渗透深度小于粉末材料层的厚度。在一些情况下，粘合物质的渗透深度大于粉末材料层的厚度。这可以确保粉末材料层彼此粘附。

切割道次可用于在第一层粉末材料周围生成周界。在一些情况下，切割道次的深度(或切割厚度)可以约等于粘合物质进入粉末材料的渗透深度。在一些情况下，切割道次的深度可以小于粘合物质进入粉末材料的渗透深度。在一些情况下，切割道次的深度可以大于粘合物质进入粉末材料的渗透深度。

在一些情况下，围绕粉末材料层生成的周界可以垂直于粉末床。在一些情况下，围绕粉末材料层生成的周界不垂直于粉末床。可以利用多轴(例如，5轴)机床生成周界。多轴机床可以以约0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°或90°的角度切割粉末床相对于粉末床的表面。

在一个方面，本发明提供了一种用于成型三维物体的系统，包括：粉末分配器，其分配粉末材料以成型与粉末床相邻的第一层粉末材料，并且分配粉末材料以成型与第一层相邻的粉末材料的第二层；粉床；以及生成第一层粉末材料的一个或多个周界的切割工具，其中第一层的周界由三维物体的第一层的模型设计确定但不等同。

无界粉末可以沉积到外部贮存器中。无界粉末可用于将来的用途，例如成型其他三维物体。

引导系统或引导带可用于引导CNC主轴，掩蔽喷淋系统或该装置的其他部件。在一些实施方式中，引导系统可以是皮带、环、线、轨道或计算机系统。

图7A和图7B示意性地示出了用于成型三维物体的示例装置。图7A描绘了存在于支撑件上的粉末床710。引导系统705可用于引导计算机数字控制(CNC)715主轴以在粉末材料层中进行切割。图7B是该装置的侧面轮廓，其中存在CNC主轴715以切割成粉末材料层。

图8是可用于成型本公开的三维物体的示例喷淋系统的侧视图。液压喷头805和连接器810连接到压力罐，该压力罐允许粘合剂的细雾喷淋在粉末床上。喷淋系统的其他部分可包括喷淋罩板815，以仅允许某些喷雾区域通过并与粉末材料接触，喷淋系统清洁站820，用于罩板清洁的真空泵管线825和用于羽流捕获的真空泵管线830。

图9A是图8的示例喷淋系统的仰视图。图9B是图8的示例喷淋系统的横截面。羽流真空泵孔905安装在系统中，喷雾储存器910保持任何粘合剂材料，直到它准备好喷淋到粉末材料上，并且真空泵清洁对接站915可用于同时清洁系统中过量的大液滴，包括喷淋罩板和喷头。

图10示出了可用于固化三维物体层的加热系统，其中撒布器1005将粉末材料分散在粉末床上，并且筒式加热器1010固化最近施加的粘合剂。可以使用不同功率的不同类型的加热器。加热器可具有至少约1瓦(W)、10W、100W、500W、1000W、2000W、3000W、4000W、5000W、6000W、7000W、8000W、9000W或更高的功率水平。

图26示出了示意性超声雾生成器系统2635。至少一个超声换能器浸没在粘合剂罐2610中包含的粘合剂流体的表面下方特定距离处。粘合剂填充容器2620位于系统上方。可以用浮阀2615和2630控制流体的高度或水平，并且通过在粘合剂罐上方的填充容器保持水平。当换能器通电时，生成小液滴。风扇2625由PWM控制，以调节液滴流入喷淋出口2605。系统2635的出口软管可以是波纹管或光滑孔。

粘合物质涂敷器可以是喷淋出口或喷头模块。喷淋出口或喷头模块可以是许多不同的形状。喷淋出口可具有圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或其他形状。喷淋出口的形状可以根据所得到的三维物体的期望的尺寸和结构而变化。喷淋出口可以跨越粉末罐的宽度。或者，喷淋出口可以小于粉末罐的宽度或长度。喷雾出口或喷头模块可具有至少约1毫米(mm)、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm的尺寸、90mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更多。装置可具有多个喷淋出口或喷头模块。装置可具有至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个喷淋出口。

喷淋出口或喷头模块可以相对于粉末材料层倾斜一定角度。喷淋出口可以直接在粉末材料层上方(例如，相对于粉末材料层成0°的角度)，或者喷淋出口可以相对于粉末材料层成至少约1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、60°、70°、80°或更多的角度。

图27A-图27B示出了当将粘合材料导向粉末床上的粉末材料层时可以使用的两种可能的喷淋图案。图27A示出了一种潜在的喷淋模式系统。圆形喷淋出口，例如图26的出口2605，可以是圆形的。喷淋方向是y方向。圆形喷淋出口在2705中将粘合材料引向粉末材料层。在2710中，粘合材料渗透通过柱中的粉末材料，其中与柱的侧面相比，在柱的中间存在更多的粘合材料。这种效果可能是期望的。

图27B示出了另一种潜在的喷淋模式系统可以使用矩形喷淋出口，其中在2720中将粘合材料导向粉末材料层。喷淋方向是y方向。在2725中，粘合材料直接均匀地分散在柱中的粉末材料中，其中粘合材料在偶数柱中渗透通过粉末材料。这种效果可能是期望的。

真空泵可以存在于本公开的装置中。真空泵可以捕获逃离罩板的所有多余的喷梅。真空泵可以防止过多的羽流逸出并沉降在设备的其他部分上。过量粘合材料的不需要的沉降可能导致不期望的效果。真空泵可以帮助引导粘合材料喷雾的流动、速度和均匀性。真空泵可在粉末材料层上方生成涡流。

当真空泵离开喷淋罩板时，真空泵可以控制粘合材料喷淋的方向和速度。真空泵强度可以变化。真空泵强度可以是至多约759托、750托、700托、650托、600托、550托、500托、450托、400托、350托、300托、250托、200托、100托、50托、1托或更低。

真空泵罩板或真空泵孔的形状可以是许多不同的形状。真空泵罩板可具有圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或其他形状。真空泵可以固定在离粉末床一定距离处，或者可以在合成三维物体的过程中变化。真空泵可以是距离粉末床至少约1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更多。在一些情况下，可能发生湍流并且可能取决于真空泵与粉末床的距离。可能存在粘合剂喷雾的涡流，并且可能取决于真空泵与粉末床的距离。粘合剂喷雾的涡流对于粘合剂施加可能是有利的，并且可以提高施加速度。使用节流阀也可以改变真空泵功率。通过打开真空泵管线而不封闭整个抽吸区域也可以改变真空泵功率。

图28示出了直接在后面具有真空泵的装置(喷淋罩板)。在该图中，喷雾羽流将离开喷淋罩2810并在2815中接触粉末并沿y正方向行进。如果真空泵罩板2805打开，则粘合材料羽流可以沿着真空泵方向(y负方向)沿着粉末表面行进，直到它被拉入真空泵中。

图29示出了具有真空泵辅助喷淋的喷淋模块。矩形到圆形喷淋适配器2925来自粘合剂罐。矩形到圆形真空泵适配器2905连接到真空泵管。箭头示出羽流喷淋的方向，最初从粘合剂罐通过适配器2925并最终通过真空泵适配器2905朝向真空泵。第2930、2935和2910列是控制喷淋和真空泵之间的Y和Z间距的一种方法。延伸长度可用于在新横截面上生成均匀的喷淋羽流分布。喷淋罩2940和喷淋罩出口2945用于防止过量的羽流沿X方向逸出，并且还用于将喷雾引导到粉末床上。壁2920可以防止过多的羽流沿正Y方向向前行进。成角度的喷淋出口可以帮助将喷雾引向真空泵。留下有意的空间2915以改变真空泵轮廓，包括真空泵动力。

可能期望使均匀的喷淋材料从粘合剂罐或喷淋出口行进到喷淋罩板出口。图30示出了可以实现均匀流动的一种方法。横截面3005显示为具有蜂窝结构路径，其可用于确保均匀分布的流动。柱2910内的结构可以由圆形、正方形、矩形、五边形或六边形管构成，例如蜂窝形。塔内的结构可占塔体积的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。

柱2910的长度可用于使羽流时间和距离从喷淋出口分散到喷淋罩板。在一些情况下，粘合剂罐和喷淋罩板之间的柱的长度可以是至少约1毫米(mm)、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更多。

雾生成器系统(例如，超声雾生成器系统)的出口软管可具有至少约1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更多的直径。

雾生成器系统(例如，超声雾生成器系统)的风扇可具有至少约1毫米(mm)、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更大的直径。

雾生成器系统(例如，超声雾生成器系统)的风扇内的空气流速可以变化。空气流速可以是至少约0.01立方米/秒(m³/s)、0.1m³/s、1m³/s、2m³/s、3m³/s、4m³/s、5m³/s、6m³/s、7m³/s、8m³/s、9m³/s、10m³/s、15m³/s、20m³/s、30m³/s、40m³/s、50m³/s、60m³/s、70m³/s、80m³/s、90m³/s、100m³/s或更高。

为雾生成器系统(例如，超声雾生成器系统)供电期望的的功率量可以是至少约1瓦(W)、2W、3W、4W、5W、10W、25W、50W。、75W、100W、200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W、1千瓦(kW)、2kW、3kW、4kW、5kW、6kW、7kW、8kW、9kW、10kW、20kW、30kW、40kW、50kW、60kW、70kW、80kW、90kW、100kW或更高。换能器可用于在雾生成器系统内将能量从一种形式转换成另一种形式。

图11示出了切割系统或系统装置，其可用于成型三维物体并且还用于在成型三维物体期间去除多余材料。压力罐1115连接到控制阀1120，控制阀1120控制系统的压力。控制阀1120连接到掩蔽喷淋系统1125，该喷淋系统1125用粘合剂喷淋粉末床或粉末材料。羽流真空泵管线1105除去在喷淋过程中未使用的任何过量的粘合剂。CNC主轴1110用于在切割和成型层或材料或三维物体期间去除任何多余的材料。

在一些情况下，在施加并固化一定数量的粉末材料层之后，可将包含粉末床的容器或盒子放置在加热的环境(例如烘箱)中以固化。容器或盒子可以加热到至少约25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或更高的温度。

容器或盒子可以加热至少约1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、5小时、10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、100小时或更长时间的时间段。

在制造物体时可以使用不同的加热元件。可以使用石英管加热元件。在一些情况下，在物体成型期间使用至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个石英管加热元件。更多数量的加热元件可以加速固化过程。石英管加热元件可具有至少约100瓦(W)、200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W、1000W、1500W、1800W、2000W、3000W、4000W、5000W或更高的功率。

固化后容器或盒子中的水分量可能会减少。容器或盒子中的水量可小于约100,000ppm、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm。

在三维物体的每个横截面已经分层并固化之后，整个三维物体可以第二次固化。物体可以放置在第二容器或盒子中，并且容器或盒子可以填充有较大的陶瓷颗粒或陶瓷颗粒，例如氧化铝砂粒。大陶瓷砂粒的网眼尺寸可以为至少约4、6、8、12、16、20、30、40、50、60、70、80、100、140、200、230、270、325、400、625、1250或2500。

可以将金属粉末添加到第二容器或盒子中，以将金属粉末注入三维物体中。

可将第二容器或盒子加热至至少25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃的温度或持续多于至少约1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟30分钟、1小时、2小时、5小时、10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、100小时的一段时间或更长时间。

三维物体的粗糙度平均值(Ra)可以为0.025微米、005微米、0.1微米、0.2微米、0.4微米、0.8微米、1.6微米、3.2微米、6.3微米、12.5微米、25微米或50微米。三维物体可具有N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11或N12等级的粗糙度(N)。三维物体的密度可以为至少约1克/立方厘米(g/cm³)、2g/cm³、3g/cm³、4g/cm³、5g/cm³、6g/cm³、7g/cm³、8g/cm³、9g/cm³、10g/cm³、15g/cm³、20g/cm³或更多。三维物体可具有至少约7g/cm³的密度。

在一些情况下，本文描述的方法可以是完全自动化的过程。在一些情况下，本文描述的方法可能不是完全自动化的过程并且可能需要工人。

本公开的方法，装置和系统可以用于成型可以用于各种用途和应用的三维物体。在一些情况下，用途和应用包括但不限于机器、机器的部件、汽车部件、植入物、硬纸巾、软纸巾、时尚物品、服装、珠宝、家居装饰品、电子产品或电子部件。

计算机可以用于调节和控制本公开的方法的各个方面，例如，生成三维物体的方法，包括但不限于粉末床的移动，粉末材料涂敷器的移动，粘合材料涂敷器、切割单元、加热单元和激光单元的移动。

计算机可以包括用于基于计算机数字控制生成工具路径的机器指令。计算机可以将由计算机辅助设计(CAD)软件生成的设计转换为数字。这些数字可以控制打印机相对于喷淋、切割、加热和所有其他机电功能的移动。

计算机可以包括基于统计缩放来执行几何补偿的机器指令。计算机可以缩放由CAD软件生成的原始设计以补偿烧结收缩。计算机可以使用机器学习算法，例如遗传学习算法。这可能涉及若干试验以确定适当的补偿。

在工具路径生成中，输入可以是STereoLithography(STL)文件，其是用于3D打印的标准文件。在一些情况下，文件可包括三角形网格的数据。工具路径生成的输出可以是GCode格式的文件，其是CNC机器的控制语言。GCode可以是一种告诉机器以期望的速度移动到各个点，控制主轴速度以及打开和关闭各种打印机功能(喷雾、加热等)的方法。用于生成工具路径的参数的示例包括但不限于工具尺寸(例如，切割钻头的直径)、X比例因子(例如，X方向上的部分缩放)、Y比例因子(例如，部分缩放)。Y方向)、Z比例因子(例如，Z方向上的部分缩放)、层厚度、渗透深度(例如，喷淋的粘合剂将在Z方向上渗透的距离)、分型线间距(例如，分型线间距描述了分型线的水平和垂直网格间距)、影线间距(例如，描述了孵化图层时的工具路径偏移)、影线切割速度(例如，在制作阴影线时主轴移动的XY速度在一个层内切割)、边界切割速度(例如，在进行边界切割时主轴移动的XY速度)、移动速度(例如，主轴在不切割时移动的速度)、每个切割的数量层(例如，切割工具为了切割切割工具而通过的次数整个“渗透深度”，例如，150μm的3个切割深度可以包括整个450μm)，每个切口的深度(例如，考虑到“每层切割的数量”，每个切割的深度)，GCode的分辨率(例如，GCode中给定层的点之间的距离)和第一层厚度。

一些实施方式可以认为渗透深度大于层厚度。后续层可能彼此粘连。但是，它可能会生成一个问题，即过度渗透会破坏上一层。当在XY平面中时，本文描述的技术可以进行“精细通过”以精确地限定边缘。此外，如果考虑切割每层的部件轮廓，则可能无法将部件与周围环境物理分离。本文描述的技术可以采用基本上新的方式来通过层移位来创建工具路径。步骤1：层的总切割深度可以等于渗透深度，而不是层厚度。步骤2：第一层高度可以是渗透深度的高度。步骤3：切割当前层时可以考虑上一层和下一层的形状和大小。当前切割路径可以与先前切割路径和下一切割路径重叠。可以在先前的层形状区域中创建切口，有效地将所有层向下移动半层。步骤4：最终层工具路径可以覆盖轮廓的整个区域。

一些实现可以采用以下算法。给定当前层的切除区域(A_CA)可以计算为：A_CA＝A_BO+A_N-O+A_P-O，其中A_BO(边界偏移区域)描述以下布尔减法：A_BO＝A_Off-A_O；A_Off描述了包含工具偏移的当前层的区域，A_O描述了原始当前层区域；A_N-O描述了以下布尔减法：A_N-C＝A_N-A_O；A_N描述了下一层的区域；A_P-O描述了以下布尔减法：A_P-O＝A_P-A_O；其中A_P描述了上一层的区域。该算法可以通过由一个或多个计算机处理器执行的机器可执行代码来实现。

计算机控制系统

本公开提供了被编程为实现本公开的方法的计算机控制系统。图32示出了计算机控制系统3201，其被编程或以其他方式配置以生成三维物体。计算机控制系统3201可以调节本公开的方法的各个方面，例如，制造三维物体的方法，包括但不限于粉末床的移动、粉末材料涂敷器的移动、粘合物质涂敷器的移动、切割工具和加热工具。计算机控制系统3201可以在用户的电子设备或相对于电子设备远程定位的计算机系统上实现。电子设备可以是移动电子设备。

计算机系统3201包括中央处理单元(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)3205，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机控制系统3201还包括存储器或存储器位置3210(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)，电子存储单元3215(例如，硬盘)，用于与一个或多个其他系统和外围设备3225通信的通信接口3220(例如，网络适配器)，例如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器3210、存储单元3215、接口3220和外围设备3225通过诸如母板的通信总线(实线)与CPU3205通信。存储单元3215可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机控制系统3201可以借助于通信接口3220可操作地耦合到计算机网络(“网络”)3230。网络3230可以是因特网、互联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络3230是电信和/或数据网络。网络3230可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，例如云计算。在一些情况下借助于计算机系统3201，网络3230可以实现对等网络，其可以使耦合到计算机系统3201的设备能够充当客户端或服务器。

CPU 3205可以执行一系列机器可读指令，其可以体现在程序或软件中。指令可以存储在存储器位置中，例如存储器3210。可以将指令引导到CPU 3205、CPU 3205随后可以编程或以其他方式配置CPU 3205以实现本公开的方法。由CPU 3205执行的操作的示例可以包括获取、解码、执行和回写。

CPU 3205可以是电路的一部分，例如集成电路。系统3201的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在某些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。

存储单元3215可以存储文件，例如驱动程序、库和保存的程序。存储单元3215可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统3201可以包括在计算机系统3201外部的一个或多个附加数据存储单元，例如位于通过内联网或因特网与计算机系统3201通信的远程服务器上。

计算机系统3201可以通过网络3230与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统3201可以与用户的远程计算机系统(例如，控制三维物体的制造的用户)通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)，平板电脑或平板电脑(例如，iPad，GalaxyTab)，电话，智能手机(例如iPhone，支持Android的设备，)或个人数字助理。用户可以经由网络3230访问计算机系统3201。

本文描述的方法可以通过存储在计算机系统3201的电子存储位置上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现，例如，在存储器3210或电子存储单元3215上。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器3205执行。在一些情况下，可以从存储单元3215检索代码并将其存储在存储器3210上以供处理器3205准备访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元3215，并且机器可执行指令存储在存储器3210上。

代码可以被预编译和配置以用于具有适于执行代码的处理器的机器，或者可以在运行时期间编译。代码可以用编程语言提供，可以选择该编程语言使代码能够以预编译或编译的方式执行。

本文提供的系统和方法的各方面，例如计算机系统3201，可以用编程来体现。该技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，通常是机器(或处理器)可执行代码和/或在一种机器可读介质中承载或体现的相关数据的形式。机器可执行代码可以存储在电子存储单元上，例如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘。“存储”类型介质可以包括计算机、处理器等的有形存储器或其相关模块中的任何一个或全部，例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它可以在任何时候为软件编程提供非暂时性存储。有时，软件的全部或部分可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，这种通信可以使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光学、电学和电磁波，例如通过本地设备之间的物理接口，通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路使用。携带这种波的物理元件，例如有线或无线链路、光学链路等，也可以被认为是承载软件的媒体。如本文所使用的，除非限于非暂时性，有形“存储”媒体，否则诸如计算机或机器“可读介质”之类的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码之类的机器可读介质可以采用许多形式，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，诸如任何计算机等中的任何存储设备，诸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；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以采用电或电磁信号，或声波或光波的形式，例如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些。因此，常见形式的计算机可读介质包括例如：软磁盘、可折叠磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM，任何其他光学介质、打卡纸带、任何其他具有孔图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带、载波传输数据或指令、运输这种载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。许多这些形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列传送到处理器以供执行。

计算机系统3201可以包括电子显示器3235或与电子显示器3235通信，电子显示器3235包括用户界面(UI)3240，用于提供例如用于生成三维物体的参数。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于web的用户界面。

例子

例1

在常温和常压下，在1米(m)×1米×1米的构造箱容器中，将一层不锈钢合金粉末材料(球形，325网眼)放入容器中，成型粉末床。不锈钢矫直机通过粉末材料层以确保粉末材料的水平表面。平整后，未固化的粉末材料具有100微米的层厚度。

通过超声雾化器将购买的聚氨酯施加到第一层粉末材料的第一区域。然后使激光通过粉末床以加热和固化第一区域的第一子部分。该子部分占第一个区域的50％。该子部分是与三维物体的模型设计的相应横截面相一致的。

然后施加另一层粉末材料并使其平整。将第二层聚氨酯施加到第二层粉末材料的第二区域。激光再次通过粉末床以固化第二区域的第二子部分。第二子部分占第二小区的50％。第二子部分与三维物体的模型设计的相应第二横截面一致。

随后施加，平整和固化粉末材料层，直到层数等于模型设计的横截面数量。

将构建盒置于氩气氛下的烘箱中，温度为600℃，保持60分钟。冷却后，然后通过真空泵从三维物体上除去无界的粉末材料。将三维物体放置在另一个构造盒中，填充氧化铝砂粒，并置于温度为1200℃的烘箱中60分钟。

冷却后，将三维物体作为最终产品从构建箱中取出。

例2

在常温常压下，在0.5米×0.5米×0.5米的构造箱容器中，将一层青铜粉末材料(球形，325网眼)放入容器中，成型粉末床。不锈钢矫直机通过粉末材料层以确保粉末材料的水平表面。平整后，未固化的粉末材料具有0.5mm的层状厚度。

通过基于压缩机的喷雾将购买的指甲油施加到第一层粉末材料的第一区域。然后使激光通过粉末床以加热和固化第一区域的第一子部分。该子部分占第一个区域的80％。该子部分是与三维物体的模型设计的相应横截面相一致的。

然后施加另一层粉末材料并使其平整。将第二层指甲油施加到第二层粉末材料的第二区域。激光再次通过粉末床以固化第二区域的第二子部分。第二子部分占第二小区的70％。第二子部分与三维物体的模型设计的相应第二横截面一致。

随后施加，平整和固化粉末材料层，直到层数等于模型设计的横截面数量。

将构建盒置于温度为500℃的烘箱中60分钟。冷却后，然后通过真空泵从三维物体上除去无界的粉末材料。将三维物体放置在另一个构造盒中，填充氧化铝砂粒和青铜合金，并置于温度为800℃的烘箱中60分钟。

冷却后，从构建盒中取出三维物体并抛光。

例3

根据期望的物体的几何特征，可以改变切割速度并针对速度和高分辨率特征进行优化。

图24A-图24C示出了三个不同的部分。

图24A的部分的工具路径具有标准尺寸的特征，这些特征以相对高的线性切割速度切割。以高线速度切割可以更快地完成零件。

给定图24B的较小特征，如在轮廓2405内所示，用相对较低切割速度的工具切割该部件。

图24C的部分包含以高切割速度切割的标准尺寸特征，以及如轮廓2410中所示的较小特征，其用相对较低切割速度的工具切割。

图25的部分以慢线性切割速度和高旋转切割速度制成，从而精确地制造诸如2505的特征，同时最小化生产时间。

例4

在大气温度和压力下，在0.5米×0.5米×0.5米的构造箱容器中，将一层粉末材料沉积到容器中，成型粉末床。

粉末材料和粘合剂层沉积在粉末床上。根据模型设计切割粉末材料和粘合剂层。

期望的3D物体在图13中概述。多个切片成型层，其中物体的层以数字标记。通过单个切割道次切割层，其中层1-8具有等于切片厚度的层厚度。层9-13的厚度大于该区域的切片厚度。对于第9-13层，每层都会进行一次切割。

在制作和切割期望的数量的层之后，从构建盒中取出三维物体并抛光。

例5

图31示出了可以用本文描述的方法成型的多个部分。

虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方式仅以举例的方式提供。本发明不受本说明书中提供的具体实施方式的限制。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文的实施方式的描述和说明并不意味着以限制意义来解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文所述的具体描述，配置或相对比例，其取决于各种条件和变量。应该理解的是，本文所述的本发明实施方式的各种替代方案可用于实施本发明。因此，预期本发明还应涵盖任何这样的替代、修改、变化或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构。

Claims (98)

1.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)提供包括粉末材料的粉末床；

(b)将第一粘合物质施加到所述粉末床的第一层粉末材料的第一区域；

(c)使用第一周界生成器生成所述第一层的一个或多个周界，其中所述第一层的所述一个或多个周界是依照计算机存储器中的所述三维物体的模型设计的；

(d)在所述第一层附近沉积第二层粉末材料；

(e)将第二粘合物质施加到所述粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及

(f)使用第二周界生成器生成所述第二层粉末材料的一个或多个周界，其中所述第二层的所述一个或多个周界是依照所述三维物体的所述模型设计的，从而生成所述三维物体的至少一部分。

2.根据权利要求1的所述方法，其中所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质的施加方式使得(i)在所述粉末床中没有所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质的汇集或(ii)所述粉末材料的单个颗粒没有物理扰动。

3.根据权利要求1的所述方法，其中所述第一粘合物质和所述第二粘合物质是相同的粘合物质。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一周界生成器和所述第二周界生成器是相同的周界生成器。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括，在(f)之后，加热所述三维物体的所述至少所述部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述加热是对所述三维物体的所述至少所述部分的整体加热，所述整体加热包括在所述三维物体的所述至少所述部分中烧结所述粉末材料的各个颗粒。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一周界生成器和/或所述第二周界生成器是多轴机床。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一周界生成器或第二周界生成器是第一切割器或第二切割器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一切割器或第二切割器是接触式切割器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一切割器或第二切割器是非接触式切割器，其在分别生成所述第一层或第二层的所述一个或多个周界时不接触所述粉末床。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述非接触式切割器包括至少一个激光器。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质通过喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器施加。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在(b)中，所述喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器相对于垂直于所述第一层的轴以大于0°的角度倾斜。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末材料包括不锈钢粉末、青铜粉末、青铜合金粉末、金粉末或其任何组合。

15.根据权利要求1所述的方法，其中当分别施加到所述第一层的所述第一区域或所述第二层的所述第二区域时，所述第一粘合物质或所述第二粘合物质的液滴尺寸为0.1微米至100微米。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区域或所述第二区域是所述粉末床的整个暴露区域。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括(i)在(b)之后对所述第一区域的至少一部分进行加热，或者(ii)在(e)之后对所述第二区域的至少一部分进行加热。

18.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)提供包含粉末材料的粉末床；

(b)将第一粘合物质施加到所述粉末床的第一层粉末材料的第一区域；

(c)在所述第一层附近沉积第二层粉末材料；

(d)将第二粘合物质施加到所述粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及

(e)使用至少一个周界生成器生成所述第一层粉末材料和所述第二层粉末材料的一个或多个周界，其中所述第一层和所述第二层的所述一个或多个周界是依照计算机存储器中的所述三维物体的模型设计的，从而生成所述三维物体的至少一部分。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一层和所述第二层粉末材料的所述一个或多个周界是在所述切割器的单个道次中生成的。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一层和所述第二层的所述一个或多个周界是通过多轴机床、计算机数字控制(CNC)主轴、切割刀具钻头或刀片生成的。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括加热所述第一层的所述第一区域或所述第二层的所述第二区域。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一个周界生成器是多个周界生成器。

23.根据权利要求18所述的方法，其中在(e)中，所述第一层和所述第二层的所述一个或更多个周界是同时生成的。

24.根据权利要求18所述的方法，其中在(e)中，所述第一层和/或所述第二层的所述一个或更多个周界偏离所述模型设计。

25.根据权利要求18的方法，其中所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质的施加方式使得(i)在所述粉末床中没有所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质的汇集或(ii)所述粉末材料的单个颗粒没有物理扰动。

26.根据权利要求18所述的方法，还包括，在(e)之后，加热所述三维物体的所述至少所述部分。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述加热是对所述三维物体的所述至少所述部分的整体加热，所述整体加热包括在所述三维物体的所述至少所述部分中烧结所述粉末材料的各个颗粒。

28.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一粘合物质和/或所述第二粘合物质通过喷墨头、雾化喷头、超声喷头或喷雾器施加。

29.根据权利要求18所述的方法，其中所述粉末材料包括0.5微米至50微米的颗粒。

30.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一区域或所述第二区域是所述粉末床的整个暴露区域。

31.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)提供包含粉末材料的粉末床；

(b)将第一粘合物质施加到所述粉末床的第一层粉末材料的第一区域；

(c)加热所述第一区域的第一子部分，其中所述第一子部分来自所述三维物体的模型设计；

(d)在所述第一层附近沉积第二层粉末材料；

(e)将第二粘合物质施加到所述第二层粉末材料的第二区域；以及

(f)加热所述第二区域的第二子部分，其中所述第二子部分来自所述三维物体的所述模型设计。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二层的至少一部分与所述第一层粘合。

33.根据权利要求31所述的方法，还包括重复(d)-(f)至少10次。

34.根据权利要求31所述的方法，还包括在至少70℃的温度下将所述三维物体进行第一次固化至少10分钟。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括在至少500℃的温度下将所述三维物体进行第二次固化至少5分钟。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述第二次固化在至少1000℃的温度下进行至少5分钟。

37.根据权利要求31所述的方法，其中所述粉末材料包括聚合物、金属、金属合金、陶瓷或其任何组合。

38.根据权利要求31所述的方法，其中所述粉末材料包括不锈钢粉末、青铜粉末、青铜合金粉末、金粉末或其任何组合。

39.根据权利要求31或38所述的方法，其中所述粉末材料包括0.5微米至2微米大小的颗粒。

40.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一层的厚度至少为0.01毫米。

41.根据权利要求31所述的方法，还包括从成型自所述粉末床的已结合粉末材料中分散未结合粉末材料。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述分散是通过从含有所述粉末床的容器中除去未结合粉末材料。

43.根据权利要求31的所述方法，其中所述第一粘合物质和所述第二粘合物质是相同的粘合物质。

44.根据权利要求31或43所述的方法，其中所述粘合物质是液体。

45.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一区域的所述第一子部分的所述加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述电磁辐射源是至少一个激光器。

47.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一区域的所述第一子部分小于所述第一区域的99％。

48.根据权利要求31所述的方法，其中所述施加所述第一粘合物质是通过喷墨头、雾化喷头或喷雾器进行。

49.根据权利要求31所述的方法，其中当施加到所述第一层的所述第一区域时，所述第一粘合物质的液滴尺寸为0.1微米至100微米。

50.根据权利要求49所述的方法，其中当施加到所述第一层的所述第一区域时，所述第一粘合物质的液滴尺寸为1微米至10微米。

51.根据权利要求31所述的方法，其中所述模型设计包括所述三维物体的至少10个平行横截面。

52.根据权利要求31所述的方法，其中在将所述第二粘合物质施加到所述第二区域时，所述第二粘合物质延伸穿过所述第二层到达所述第一层。

53.根据权利要求31所述的方法，其中(c)或(f)中的所述加热包括烧结所述粉末材料的单个颗粒。

54.根据权利要求31所述的方法，其中(c)或(f)中的所述加热不存在烧结所述粉末材料的单个颗粒。

55.根据权利要求31所述的方法，其中在(b)中，所述第一粘合物质至多施加于所述第一区域。

56.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)提供包含粉末材料的粉末床；

(b)将第一粘合物质施加到所述粉末床的第一层粉末材料的第一区域，其中在施加所述第一粘合物质时，所述第一区域的第一周界偏离所述三维物体的模型设计的至少相应部分；

(c)加热所述第一层的所述第一区域的第一子部分；

(d)在所述第一层附近沉积第二层粉末材料；

(e)将第二粘合物质施加到所述第二层粉末材料的第二区域，其中在施加所述第二粘合物质时，所述第二区域的第二周界偏离所述三维物体的所述模型设计的至少相应部分；以及

(f)加热所述第二层粉末材料的所述第二区域的第二子部分。

57.根据权利要求56所述的方法，其中所述第一区域比所述三维物体的所述第一层的所述模型设计大至少1％。

58.根据权利要求56所述的方法，其中所述第二层的一部分与所述第一层粘合。

59.根据权利要求56所述的方法，还包括重复(d)-(f)至少10次。

60.根据权利要求56所述的方法，进一步包括在至少70℃的温度下将所述三维物体进行第一次固化至少10分钟，并且任选地在至少500℃的温度下将所述三维物体进行第二次固化至少5分钟。

61.根据权利要求56所述的方法，其中所述粉末材料包括聚合物、金属、金属合金、陶瓷或其组合。

62.根据权利要求56或61所述的方法，其中所述粉末材料包括0.2微米至100微米大小的颗粒。

63.根据权利要求56所述的方法，其中所述第一层的厚度小于10mm。

64.根据权利要求56所述的方法，其中所述第一粘合物质和所述第二粘合物质是相同的粘合物质。

65.根据权利要求56所述的方法，其中所述第一区域的所述第一子部分的所述加热借助于电磁辐射源或电阻加热元件。

66.根据权利要求56所述的方法，其中所述第一区域的所述第一子部分小于所述第一区域。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述第一区域的所述第一子部分小于所述第一区域的99％。

68.根据权利要求56所述的方法，其中所述施加所述粘合物质是通过喷墨头、雾化喷头或喷雾器进行。

69.根据权利要求68所述的方法，其中所述喷墨头、喷头或喷雾器的最大孔尺寸为5微米至1000微米。

70.根据权利要求56所述的方法，其中所述模型设计包括所述三维物体的至少10个平行横截面。

71.一种成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中所述流根据所述三维物体的模型设计施加，和(b)将能量束引导至所述粉末材料层的至多一部分，其中所述能量束根据所述三维物体的所述模型设计引导，其中所述流具有第一横截面尺寸，并且所述能量束具有第二横截面尺寸，其中所述第一横截面尺寸大于所述第二横截面尺寸。

72.根据权利要求71所述的方法，其中所述流包括气溶胶颗粒。

73.根据权利要求71所述的方法，其中所述流是液体流。

74.根据权利要求71所述的方法，其中所述第一横截面尺寸比所述第二横截面尺寸大至少1％。

75.根据权利要求74所述的方法，其中所述第一横截面尺寸比所述第二横截面尺寸大至少10％。

76.一种用于成型三维物体的系统，包括：

容器，其被配置为包含粉末床；

粘合物质涂敷器，其被配置为将粘合物质施加到所述粉末床中的粉末材料层的区域；

能量源，其被配置为提供指向所述粉末材料层的至多一部分的能量束；以及

一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合到所述粘合物质涂敷器和所述能量源，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(a)引导所述粘合物质涂敷器将包含所述粘合物质的流施加到所述粉末床中的粉末材料层的区域，其中所述流根据所述三维物体的模型设计施加，和(b)引导所述能量源以提供指向所述粉末材料层的至多一部分的所述能量束，其中所述能量束根据所述三维物体的所述模型设计引导，其中所述流具有第一横截面尺寸，并且所述能量束具有第二横截面尺寸，其中所述第一横截面尺寸大于所述第二横截面尺寸。

77.根据权利要求76所述的系统，其中所述能量源包括至少一个激光器。

78.一种成型三维物体的方法，包括交替地和顺序地(a)将包含粘合物质的流施加到粉末床中的粉末材料层的区域，其中所述流根据所述三维物体的模型设计施加，以及(b)在所述区域中生成所述三维物体的至少一个周界，其中所述至少一个周界是依照所述模型设计的。

79.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个周界是机械地生成的。

80.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少一个周界是在加热所述区域的至少一部分时生成的。

81.根据权利要求80所述的方法，其中使用能量源生成所述至少一个周界，所述能量源提供使所述区域的所述至少所述部分经受所述加热的能量束。

82.根据权利要求78所述的方法，其中使用激光生成所述至少一个周界。

83.一种用于成型三维物体的系统，包括：

容器，其被配置为包含粉末床；

粘合物质涂敷器，其被配置为将粘合物质施加到所述粉末床中的粉末材料层的区域；

周界生成器，其被配置为在所述区域中生成所述三维物体的至少一个周界；以及

一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合到所述粘合物质涂敷器和周界生成器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(a)引导所述粘合物质涂敷器以将包含所述粘合物质的流施加到所述粉末床中的所述粉末材料层的所述区域，其中所述流根据所述三维物体的模型设计施加，以及(b)引导所述周界生成器在所述区域中生成所述三维物体的所述至少一个周界，其中所述至少一个周界是依照所述模型设计的。

84.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)提供包含粉末材料的粉末床；

(b)将第一粘合物质施加到所述粉末床的第一层粉末材料的第一区域；

(c)在所述第一层附近沉积第二层粉末材料；

(d)将第二粘合物质施加到所述粉末床的第二层粉末材料的第二区域；以及

(e)使用至少一个切割器同时生成所述第一层和所述第二层粉末材料的一个或多个周界，其中所述第一层的所述一个或多个周界偏离所述第一层的模型设计和/或所述第二层的所述一个或多个周界偏离所述三维物体的所述第二层的模型设计。

85.根据权利要求84所述的方法，其中所述第一层的所述一个或多个周界至少是从所述三维物体的所述第一层的所述模型设计偏移的半层。

86.根据权利要求84所述的方法，其中所述第一层的所述一个或多个周界至多是从所述三维物体的所述第一层的所述模型设计偏移的半层。

87.一种用于成型三维物体的系统，包括：

容器，其被配置为包含粉末床；

粉末分配器，其(i)分配粉末材料以成型所述粉末材料的第一层作为所述粉末床的一部分，和(ii)分配所述粉末材料以成型与所述第一层相邻的所述粉末材料的第二层；以及

至少一个切割器，其同时生成所述第一层和所述第二层粉末材料的一个或多个周界；

一个或多个计算机处理器，可操作地耦合到所述粉末分配器和所述至少一个切割器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为(i)引导所述粉末分配器分配所述粉末材料以成型所述第一层和所述第二层，并且(ii)引导所述至少一个切割器同时生成所述第一层和所述第二层粉末材料的所述一个或多个周界，其中所述第一层的所述一个或多个周界偏离所述第一层的模型设计和/或所述第二层的所述一个或多个周界偏离所述三维物体的所述第二层的模型设计。

88.根据权利要求87所述的系统，其中所述第一层粉末材料的所述一个或多个周界是从所述三维物体的所述第一层的所述模型设计偏移的半层。

89.根据权利要求87所述的系统，其中粉末层的切割深度等于粘合物质的渗透深度。

90.一种成型三维物体的方法，包括：

(a)在计算机存储器中提供所述三维物体的模型设计；

(b)将所述模型设计转换为包括(i)一个或多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)一个或多个周界，每个周界具有厚度(P)，其中所述一个或多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中所述一个或多个周界中的每个周界对应于在所述一个或多个层的给定层中单独限定的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及

(c)使用所述转换的模型设计来生成可用于生成所述三维物体的指令，该指令独立于所述一个或多个周界的生成提供所述一个或多个层的生成。

91.根据权利要求90所述的方法，还包括使用所述指令生成所述三维物体。

92.根据权利要求90所述的方法，还包括确定用于生成所述一个或多个周界的配置。

93.根据权利要求92所述的方法，其中确定所述配置包括评估切割路径，所述切割路径与所述第一层中的第一切割路径和所述第二层中的第二切割路径重叠。

94.根据权利要求90所述的方法，还包括确定等于渗透深度的层的总切割深度。

95.根据权利要求94所述的方法，其中所述总切割深度不等于层厚度。

96.根据权利要求94所述的方法，其中所述渗透深度等于层的高度。

97.一种用于控制用于成型三维物体的设备的计算系统，包括一个或多个计算机处理器、计算机存储器和由所述一个或多个计算机处理器单独或共同可执行的计算机代码，以实现如下方法，包括：

(a)将所述三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)多个周界，每个层具有厚度(P)，其中所述多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中所述多个周界中的每个周界对应于与所述多个周界分开限定的所述多个层的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及

(b)创建用于控制所述设备的机器指令，以基于所述转换的模型设计生成所述三维物体。

98.一种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处理器执行时实现用于成型三维物体的方法，所述方法包括：

(a)将所述三维物体的模型设计转换为(i)多个层，每个层具有层厚度(L)和(ii)多个周界，每个层具有厚度(P)，其中所述多个层中的每个层对应于限定的粉末材料层，并且其中所述多个周界中的每个周界对应于与所述多个周界分开限定的所述多个层的给定层中的单个周界，从而在计算机存储器中提供转换的模型设计；以及

(b)创建用于控制所述设备的机器指令，以基于所述转换的模型设计生成所述三维物体。