CN109849333A - 基于片材的增材制造方法和系统 - Google Patents

基于片材的增材制造方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了基于片材的增材制造方法和系统。制造零件的方法包括堆叠可熔化材料的片材以形成堆叠物。所述方法还包括引导激光束通过堆叠物的至少一个片材。所述方法还包括根据对应零件的设计的预定图案将来自激光束的能量转移到堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置，以形成对应的多个熔化区域。熔化区域结合在一起以形成相邻片材的熔融部分。相邻片材的熔融部分限定零件。

Description

基于片材的增材制造方法和系统
技术领域
本公开总体上涉及增材制造，更具地涉及使用片材作为添加材料的增材制造。
背景技术
常规的增材制造技术使用粉末或送丝材料(wire-fed materials)生产零件。然而，使用常规的增材制造技术以时间、成本和能量高效的方式生产零件可能是困难的。此外，由常规的增材制造技术生产的零件具有差的表面光洁度并经常需要使用支撑结构，特别是对于具有复杂几何形状的零件。
发明内容
本申请的主题已响应目前技术水平，和特别地，响应尚未被当前可用的技术完全解决的增材制造的缺点而被开发。因此，本申请的主题已被开发从而提供基于片材的增材制造方法和系统，其至少克服了一些上面讨论的现有技术的缺点。
本文描述制造零件的方法。该方法包括堆叠可熔化材料的片材以形成堆叠物。该方法还包括引导激光束通过堆叠物的至少一个片材。该方法进一步包括根据对应于零件的设计的预定图案，将来自激光束的能量转移到堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置，从而形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域结合在一起以形成相邻片材的熔融部分。相邻片材的熔融部分限定零件。该段的前述主题表征本公开的实例1。
该方法进一步包括在相邻片材的熔融部分和相邻片材的至少一个未熔融部分之间的边界处刻划堆叠物的相邻片材。方法还包括将相邻片材的至少一个未熔融部分从相邻片材的熔融部分中去除。该段的前述主题表征本公开的实例2，其中实例2还包括上面的根据实例1的主题。
相邻片材的熔融部分是同质的，并形成一件整体构建物。该段的前述主题表征本公开的实例3，其中实例3还包括上面的根据实例1-2中任一项的主题。
可熔化材料包括热塑材料。该段的前述主题表征本公开的实例4，其中实例4还包括上面的根据实例1-3中任一项的主题。
热塑材料对于至少一个辐射波长是光学上透明的。该段的前述主题表征本公开的实例5，其中实例5还包括上面的根据实例4的主题。
将来自激光束的能量转移到多个位置包括将激光束聚焦在多个位置。该段的前述主题表征本公开的实例6，其中实例6还包括上面的根据实例1-5中任一项的主题。
在堆叠物的片材的第一片材和堆叠物的片材的第二片材之间的第一界面上的多个位置处聚焦激光束。在堆叠物的片材的第二片材和堆叠物的片材的第三片材之间的第二界面上的多个位置处聚焦激光束。第二片材在第一片材和第三片材之间插入。该段的前述主题表征本公开的实例7，其中实例7还包括上面的根据实例6的主题。
堆叠可熔化材料的片材以形成堆叠物，其包括在堆叠物的片材的第一片材和堆叠物的片材的第二片材之间的第一界面上的多个位置处聚焦激光束之后和在堆叠物的片材的第二片材和堆叠物的片材的第三片材之间的第二界面上的多个位置处聚焦激光束之前，使用致动器(执行元件，actuator)将第三片材自动地进料到堆叠物的片材的第二片材上。该段的前述主题表征本公开的实例8，其中实例8还包括上面的根据实例7的主题。
第一界面上多个位置的配置与第二界面上多个位置的配置不同。该段的前述主题表征本公开的实例9，其中实例9还包括上面的根据实例7-8中任一项的主题。
在堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置处聚焦激光束包括相对于激光束移动堆叠物或调节激光束的焦点中的至少一个。该段的前述主题表征本公开的实例10，其中实例10还包括上面的根据实例6-9中任一项的主题。
制造零件的方法进一步包括当引导激光束通过堆叠物的至少一个片材并将来自激光束的能量转移到堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置时，将另外的能量供应给堆叠物。该段的前述主题表征本公开的实例11，其中实例1还包括上面的根据实例1-10中任一项的主题。
另外的能量包括热能或超声能中的至少一个。该段的前述主题表征本公开的实例12，其中实例12还包括上面的根据实例11的主题。
制造零件的方法进一步包括在相邻片材之间定位金属材料的片材。金属材料的片材包括孔——每个对应于多个位置的各自位置。该段的前述主题表征本公开的实例13，其中实例13还包括上面的根据实例1-12中任一项的主题。
堆叠物的一个片材与堆叠物的另一个片材具有不同的厚度。该段的前述主题表征本公开的实例14，其中实例14还包括上面的根据实例1-13中任一项的主题。
熔融部分具有三维复合形状。该段的前述主题表征本公开的实例15，其中实例15还包括上面的根据实例1-14中任一项的主题。
制造零件的方法进一步包括，当引导激光束通过堆叠物的至少一个片材并将来自激光束的能量转移到堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置时，根据对应于第二零件的设计的预定图案，引导第二激光束通过堆叠物的至少一个片材并将来自第二激光束的能量转移到堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置，从而形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域结合在一起以形成相邻片材的第二熔融部分。相邻片材的第二熔融部分限定第二零件。该段的前述主题表征本公开的实例16，其中实例16还包括上面的根据实例1-15中任一项的主题。
堆叠可熔化材料的片材包括在自身和中心核心周围缠绕可熔化材料的连续片材。该段的前述主题表征本公开的实例17，其中实例17还包括上面的根据实例1-16中任一项的主题。
激光束是第一激光束。熔融部分是第一熔融部分。零件是第一零件。该方法进一步包括引导第二激光束通过堆叠物的至少一个片材。该方法还包括根据对应于零件的设计的预定图案，在堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置处聚焦第二激光束，从而形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域结合在一起以形成相邻片材的第二熔融部分。相邻片材的第二熔融部分限定第二零件。在横向中心核心的方向上引导第一激光束和第二激光束通过堆叠物的至少一个片材。该段的前述主题表征本公开的实例18，其中实例18还包括上面的根据实例17的主题。
堆叠可熔化材料的片材包括将半透明可熔化材料的第二片材堆叠到透明可熔化材料的第一片材上并将透明可熔化材料的第三片材堆叠到半透明可熔化材料的第二片材上，使得第二片材在第一片材和第三片材之间插入，从而形成堆叠物。引导激光束进一步包括引导激光束通过堆叠物的第三片材并于第二片材的多个位置处进入堆叠物的第二片材。转移来自激光束的能量进一步包括在第二片材的多个位置处吸收来自激光束的能量以形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域在第一片材、第二片材、和第三片材中结合在一起以形成第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分。第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分限定零件。该段的前述主题表征本公开的实例19，其中实例19还包括上面的根据实例1-18中任一项的主题。
第二片材包括染料，该染料被配置以吸收来自以第一速率脉冲的激光束的第一能量的两个光子而不吸收来自以第二速率脉冲的激光束的第二能量的单光子。第一速率比第二速率更高。第一能量比第二能量更低。将激光束以第一速率脉冲并具有第一能量的光子。该段的前述主题表征本公开的实例20，其中实例20还包括上面的根据实例19的主题。
该方法进一步包括，在引导激光束通过堆叠物的第三片材并于第二片材的多个位置处进入堆叠物的第二片材以及在第二片材的多个位置处吸收来自激光束的能量后，将半透明可熔化材料的第四片材堆叠到第三片材上并将透明可熔化材料的第五片材堆叠到第四片材上，使得第四片材在第三片材和第五片材之间插入，从而进一步形成堆叠物。该方法还包括引导激光束通过堆叠物的第五片材并于第四片材的多个位置处进入堆叠物的第四片材。该方法另外包括在第四片材的多个位置处吸收来自激光束的能量以形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域在第三片材、第四片材、和第五片材中结合在一起，从而形成第三片材、第四片材、和第五片材的熔融部分。第三片材、第四片材、和第五片材的熔融部分进一步限定零件。该段的前述主题表征本公开的实例21，其中实例21还包括上面的根据实例19-20中任一项的主题。
本文进一步描述包括基底的系统，该基底被配置以支撑可熔化材料的片材堆叠物。系统还包括第一形成激光器，其被配置以产生第一激光束。系统另外包括光学部件(optics)，其被配置接收第一激光束并引导第一激光束通过片材堆叠物的至少一个片材。系统进一步包括第一分离激光器，其被配置以产生第二激光束。系统还包括致动系统(actuation system)，其被配置以相对于光学部件移动基底、相对于基底移动第二激光束、和将可熔化材料的至少一个片材进料到片材堆叠物上。该系统另外包括控制器，与第一形成激光器、第二形成激光器、和致动系统可操作地耦接。控制器被配置以根据对应于零件的设计的预定图案，控制第一形成激光器和致动系统以在堆叠物的片材之间的多个位置处引导第一激光束，从而形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域结合在一起以形成片材的熔融部分，其中片材的熔融部分限定零件。控制器还被配置以控制第一分离激光器和致动系统以相对于基底移动第二激光束以在片材的熔融部分和片材的至少一个未熔融部分之间的边界处刻划堆叠物的片材。该段的前述主题表征本公开的实例22。
描述的本公开的主题的特征、结构、优势、和/或性质可以在一个或多个实施方式和/或实施方案中以任意合适的方式组合。在以下描述中，提供很多具体细节以给予本公开的主题的实施方式的彻底理解。相关领域的技术人员将认识到本公开的主题可以在没有具体实施方式或实施方案的具体特征、细节、组分、材料、和/或方法中的一个或多个的情况下实施。在其它实例中，另外的特征和优势可在某些实施方式和/或实施方案(其可以不存在于所有实施方式或实施方案中)中认识到。此外，在一些实例中，未显示或具体描述众所周知的结构、材料、或操作以避免掩盖本公开的主题的方面。本公开的主题的特征和优势从以下说明书和所附权利要求将变得更明显，或可通过如下文中阐述的主题的实施而获悉。
附图说明
为了主题的优势可以被更容易地理解，上面简单描述的主题的更具体的描述将通过参考在所附附图中示出的特定实施方式而提供。理解，这些附图仅描绘主题的典型实施方式并且不会因此被认为限制其范围，将通过使用附图，用另外的特征和细节来描述和说明主题，其中：
图1是根据本公开的一个或多个实例的制造零件的系统的示意图，其中系统执行制造零件的方法的熔融部分形成步骤；
图2是根据本公开的一个或多个实例的图1的制造零件的系统的示意图，其中系统执行制造零件的方法的刻划和去除步骤；
图3是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材堆叠物的透视图；
图4是根据本公开的一个或多个实例的沿着图1的线4-4获取的片材堆叠物的相邻片材之间的界面上的多个熔化区域的俯视图；
图5是根据本公开的一个或多个实例的制造零件的系统的部分的示意图；
图6是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材堆叠物的侧视图；
图7是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材和金属材料的片材的堆叠物的侧视图；
图8是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材和金属材料的片材的堆叠物的透视图；
图9是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材和金属材料的片材的堆叠物的熔融部分的横截面侧视图；
图10是根据本公开的一个或多个实例的制造零件的系统的示意图，其中系统执行制造零件的方法的熔融部分形成步骤；
图11是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材和金属材料的片材的堆叠物的侧视图；
图12是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材的成卷堆叠物的透视图；
图13是根据本公开的一个或多个实例的由图12的片材的成卷堆叠物制造零件的系统的部分的示意性俯视图；
图14是根据本公开的一个或多个实例的可熔化材料的片材的成卷堆叠物的透视图；
图15是根据本公开的一个或多个实例的由图14的片材的成卷堆叠物制造零件的系统的部分的示意性俯视图；
图16是根据本公开的一个或多个实例的制造零件的方法的示意性流程图；和
图17是根据本公开的一个或多个实例的制造零件的方法的示意性流程图。
具体实施方式
遍及该说明书，提到“一个实施方式”、“一实施方式”、或相似的语言是指与该实施方式有关描述的特定特征、结构、或性质包括在本公开的至少一个实施方式中。遍及该说明书，短语“在一个实施方式中”、“在一实施方式中”、和相似的语言的出现可以但不必都指相同的实施方式。相似地，术语“实施方案”的使用是指具有与本公开的一个或多个实施方式有关描述的特定特征、结构、或性质的实施方案，然而，缺少另外指示的表达相关，实施方案可与一个或多个实施方式相关。
本文描述以增材制造方式制造零件的方法和系统的实施方式。例如，本文描述的实施方式利用可熔化材料的片材——其被连续添加到堆叠物并用来自激光束的能量熔合在一起。通过使用可熔化材料的片材堆叠物，而不是粉末和送丝材料，与常规的增材制造技术相比提高了时间、成本、和能量效率。另外，与传统的增材制造技术相比，结合可熔化材料的片材堆叠物有助于改善在特定方向上完成的零件的表面光洁度并减少对复杂几何形状支撑结构的需要。
参考图1，根据一个实施方式，制造零件130(参见，例如，图2)的系统100包括控制器102、光学部件104、第一形成激光器106、致动系统108、和基底110。控制器102可操作地与光学部件104、第一形成激光器106、和致动系统108耦接。
控制器102与系统100的各种部件通信和/或接收来自系统100的各种部件的通信，系统100的各种部件包括光学部件104、第一形成激光器106、和致动系统108、和其它可能的构件，如第一分离激光器112。一般地，控制器102控制系统100的操作。控制器102在图1中被描绘为单一物理单元，但是在一些实施方式中，如需要，可包括两个或更多个物理上分离的单元或部件。此外，控制器102使用各种算法、储存的数据、和其它输入来处理输入以产生输出(如命令)以控制系统100的操作。
控制器102可包括半导体集成电路装置(例如，一个或多个芯片、管芯(die)、或其它分离的逻辑硬件)等，如现场可编程门阵列(“FPGA”)或其它可编程的逻辑、FPGA的固件或其它可编程的逻辑、用于在微控制器上执行的微代码、专用集成电路(“ASIC”)、处理器、处理器核等。在某些实施方式中，控制器102的半导体集成电路装置或其它硬件应用，包括一个或多个易失性或非易失性存储器介质和/或被通信地耦接到一个或多个易失性或非易失性存储器介质。控制器102的实施方式可采取完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面——其在本文均可一般地称为“电路”、“模块”或“系统”——的实施方式的形式。此外，控制器102的实施方式可采取储存机械可读代码、计算机可读代码、和/或程序代码(此后称为代码)的一个或多个计算机可读存储装置中体现的程序产品的形式。存储装置可以是有形的、非暂态、和/或非传输。存储装置可以不体现(收录，embody)信号。在某个实施方式中，存储装置仅利用用于存取代码的信号。
控制器102还可以以用于由各种类型的处理器执行的代码和/或软件实现。例如，控制器102可包括一个或多个可执行代码的物理或逻辑块——其可，例如，被组织为对象、程序、或功能。尽管如此，鉴定的模块的可执行文件(executables)不需要物理上定位在一起，但是可包括储存在不同位置的不同指令，当在逻辑上接合在一起时，该不同位置包括控制器且达到控制器102的所述目的。
第一形成激光器106被配置以产生第一激光束114。因此，第一形成激光器106可以是可操作以产生任意各种类型的激光束的各种类型的激光器中的任意种。例如，第一形成激光器106可以是气体激光器(如CO2激光器)、化学激光器、染料激光器、金属蒸气激光器、半导体激光器等。第一激光束114可以被限定为一个或多个激光束脉冲或输出脉冲。第一激光束114的每个激光束脉冲由除了其它性质外，给定的波形形状(例如，每个单位时间的功率P(t)分布)进行表征，所述波形形状可由等效持续时间(等效宽度，equivalentduration)，和通过随时间积分P(t)分布——脉冲能量E来描述。因此第一激光束114的每个单个激光束脉冲具有个别的P(t)分布和能量E。第一激光束114能够以给定的频率(例如，重复率)产生多个、连续的激光束脉冲。在一个实施方案中，第一形成激光器106可以单光子模式(其中脉冲束具有相对更慢或更长的脉冲速率和更短的波长)和双光子模式(其中脉冲束具有相对快的(例如，超快的)或更短的脉冲速率和更长的波长)操作。
光学部件104被配置以接收来自第一形成激光器106的第一激光束114，以引导第一激光束114通过堆叠物120——其包括至少两个片材122——的至少一个片材122，并在堆叠物120的两个相邻片材122之间的界面124处聚焦第一激光束114。光学部件104包括一个或多个激光束调节装置。激光束调节装置的每一个调节以下中的一个或多个：激光束114的方向、第一激光束114的焦点(例如，发散或会聚)、激光束的任意各种其它性质。一般地，在一个实施方案中，当激光束114进入堆叠物120并在堆叠物的两个相邻片材122之间的界面124上的预定位置处聚焦时，光学部件104确保第一激光束114平行于堆叠物120的片材122的厚度(即，垂直于宽阔表面)。然而，在其它实施方案中，光学部件104可以相对于堆叠物120的宽阔面以除了90度外的角引导第一激光束114进入堆叠物120。
参考图5，在一个具体实施方案中，例如，光学部件104包括配置以反转和加宽第一激光束114的双透镜132。光学部件104可进一步包括双反射镜134，其接收来自双透镜132的第一激光束114并朝向堆叠物120重新引导激光束114。在一个实施方案中，双反射镜134重新引导激光束114大约90度，使得激光束114平行于堆叠物120的片材122的厚度。然而，在其它实施方案中，双反射镜134以除90度外的角重新引导第一激光束114。在一些实施方案中，第一形成激光器106被定向以适当的角度引导第一激光束114进入堆叠物120，使得光学部件104不包括双反射镜134。光学部件104还可包括至少一个会聚透镜136，其被配置以例如从双反射镜134接收第一激光束114，并将激光束114会聚成第一激光束114的聚焦部分116，到期望位置处的点。换言之，会聚透镜136可操作以将第一激光束114聚焦到期望位置处的点。在点处聚焦第一激光束114还在该点聚焦或集中第一激光束114的组合能量。因此，在该焦点的能量远大于在第一激光束114在焦点处聚焦之前的第一激光束114的任意点。
当一个或多个零件由堆叠物120制造时，基底110被配置以支撑堆叠物120。因此，基底110可包括任意各种支撑结构——当处理堆叠物时其有助于可靠地和坚固地支撑可熔化材料的片材堆叠物。在一个实施方案中，基底110包括具有将堆叠物120定位于其上的扁平支撑表面的板。基底110可包括有助于在板上固定堆叠物120的其它部件，如夹子、结、托架、条带、和类似物。可选地，或另外地，基底110可包括凹部，其接收堆叠物120并被设定形状以补充堆叠物120的形状。
致动系统108被配置以致动系统100的一个或多个部件。因此，致动系统108包括任意各种机械的、电磁的、机电的部件、和/或其它类型的部件或被配置以致动系统100的一个或多个可致动部件的部件的组合。在示例的实施方式中，致动系统108被配置以相对于光学部件104移动基底110。通过保持基底110静止并移动光学部件104、保持光学部件104静止并移动基底110、或移动基底110和移动光学部件104两者，基底110和光学部件104可以相对于彼此移动。因此，致动系统108可以在物理上耦接到基底110、耦接到光学部件104的一个或多个部件、或耦接到基底110和光学部件104的一个或多个部件。在一个实施方案中，例如，致动系统108包括致动器(例如，电动机、线性致动器、蜗杆传动等)，该致动器耦接到基底110并且可致动以相对于光学部件104二维或三维地移动基底110。根据相同或另一个实施方案，致动系统108包括致动器(例如，电动机、线性致动器、蜗杆传动等)，该致动器耦接到光学部件104的会聚透镜136并且可致动以相对于基底110二维或三维地移动会聚透镜136。
参考图1和2，系统100还包括配置以产生第二激光束160的第一分离激光器112。因此，第一分离激光器112可以是可操作以产生任意各种类型的激光束的各种类型的激光器中的任意种。例如，第一分离激光器112可以是气体激光器、化学激光器、染料激光器、金属蒸气激光器、半导体激光器等。第二激光束160可以被限定为一个或多个激光束脉冲或输出脉冲。在一个实施方案中，虽然显示为分离的，但是第一形成激光器106和第一分离激光器112可以是同一激光器。换言之，单一激光器可以用于产生第一激光束114和第二激光束160。致动系统108可以在物理上耦接到第一分离激光器112并被配置以相对于基底110移动第一分离激光器112。可选地，当由致动系统108致动时，光学部件104可接收第一分离激光器112并朝向基底110重新引导第一分离激光器112。控制器102与第一分离激光器112可操作地耦接。
致动系统108进一步包括进料机构，如机器人臂、输送机、和/或类似机构，其被配置以在堆叠物120位于基底110上之后将一个或多个片材122进料到堆叠物120上。在一些实施方案中，致动系统108的进料机构用于首先将堆叠物120定位在基底110上并随后一次安置一个片材、或一次安置多个片材到先前安置的堆叠物120上。
在操作中，系统100将可熔化材料的片材122的堆叠物120定位到基底110上，使得堆叠物120位于基底110和光学部件104之间。更具体地，例如，控制器102控制致动系统108的进料机构以将可熔化材料的至少两个片材122放置到基底110上以形成堆叠物120。
堆叠物120被限定为可熔化材料的两个或更多个片材122，在堆叠或重叠形成中一个在另一个顶部上对齐。参考图3，根据一个实例，堆叠物120的片材122中的每个是薄且扁平的。更具体地，每个片材122具有彼此相对且平行的两个宽阔表面123。在示例的实施方式中，宽阔表面123是平面的并由片材122的厚度t彼此间隔。然而，在其它实施方式中，如图12和13所示，片材122的宽阔表面123是非平面的或弯曲的。每个片材122的厚度t小于片材的长度L和宽度W。此外，在某些实施方案中，堆叠物120具有等于片材122的组合的厚度的高度H、等于片材122的长度L的长度、和等于片材122的宽度W的宽度。界面124被限定为相邻片材的宽阔表面123之间的间隔或相邻片材的宽阔表面123之间的相交处(intersection)。例如，在图1和3所示的实施方案中，当在彼此之上堆叠时，在相邻片材122的宽阔表面123(是平面的)彼此齐平的情况下将界面124进行限定。然而，在其它实施方案中，如图7所示，相邻片材122之间的界面124还包括相邻片材122的宽阔表面123之间的间隔或间隙。
如上面所呈现的，每个片材122由可熔化材料制成。如本文所定义的，可熔化材料是刚性材料，其在特定的温度之上变得易弯或可模塑并在冷却之后固化。另外，可熔化材料可以与另一种可熔化材料掺和以响应接收足以熔化可熔化材料的能量而形成可熔化材料的同质连接。在一个实施方案中，可熔化材料是热塑材料，其(对激光器的期望的波长)是光学透明的并可包括光学上非反射性有机染料。在一个实施方式中，足以熔化片材122的可熔化材料的能量小于熔化金属的能量。例如，片材122的可熔化材料是热塑材料，如丙烯酸类树脂(acrylic)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，在一些实施方案中。根据某些实施方案，片材122的可熔化材料对期望的辐射波长是光学透明的(例如，澄明的)。在又一些实施方案中，片材122包括与可熔化材料结合的染料，该染料可以使片材122光学非透明、半透明、或不透明的。
在堆叠物120就位于基底110上的情况下，第一激光束114的聚焦部分116在堆叠物120的相邻片材122之间的界面124上的多个位置处聚焦。一般地，聚焦部分116在堆叠物120的相邻片材122之间的界面124上聚焦，一次一个界面，从最接近基底110或最远离光学部件104的界面124开始。为了在相邻片材122之间给定的界面124上聚焦聚焦部分116，聚焦部分116通过堆叠物120的片材122中的至少一个——包括限定给定界面124的相邻片材122的最接近光学部件104的片材122。在一些实施方案中，在通过限定给定界面124的相邻片材122的最接近光学部件104的片材122之前，聚焦部分116通过堆叠物120的至少一个另外的片材122。例如，如图1所表示的，在通过限定给定界面124的相邻片材122的最接近光学部件104的片材122之前，聚焦部分116通过堆叠物120的两个另外的片材122。因此，在堆叠物120的相邻片材122之间的界面124上的位置上聚焦之前，聚焦部分116可以通过任意数量的片材122。
一般地，控制器102控制第一形成激光器106和致动系统108以引导第一激光束114在堆叠物120的相邻片材122之间的多个位置处的聚焦部分116。多个位置根据对应于零件设计预定图案而选择。零件的设计也被预定，如通过使用计算机辅助制图(CAD)软件。例如，CAD软件能够将使用CAD软件生成的零件的模型转化成表示预定的图案的代码(例如，计算机数值控制(CNC)代码)——其通过控制器102可读。
响应执行代码，和通过电子命令，控制器102设置由第一形成激光器106产生的第一激光束114的性质，根据设置的性质激活第一形成激光器106以产生第一激光束114，通过致动系统108致动光学部件104，以在堆叠物120的片材122之间的多个位置处聚焦第一激光束114的聚焦部分116，并通过致动系统108相对于光学部件104移动堆叠物120，以根据预定的图案在多个位置的每个处形成多个熔化区域128。熔化区域128通过用来自第一激光束114的能量熔化相邻片材122的不连续部分而形成，使得熔化的部分均匀地融合或熔融在一起。一般地，当来自第一激光束114的能量在聚焦部分116的聚焦直径内熔化可熔化材料时，可熔化材料的损坏或熔化的部分从聚焦直径内向聚焦直径外部展开。聚焦直径外部熔化的可熔化材料的量很大程度上依赖可熔化材料的熔化发生处的第一激光束114的阈值能量密度(threshold fluence)，该阈值能量密度对于不同的可熔化材料可以不同。
沿着相邻片材122之间的给定界面124的熔化区域128被设定尺寸并间隔以彼此结合在一起。因此，沿着给定界面124的熔化区域128将限定给定界面124的相邻片材122有效地和均匀地熔融在一起。通过熔化区域128熔融在一起的相邻片材122的部分限定相邻片材122的熔融部分127。相比之下，没有熔融在一起的相邻片材122的部分限定相邻片材122的未熔融部分129。在一些实施方案中，熔融部分127仅包括两个相邻片材122并因此包括仅沿着一个界面124的熔化区域128。然而，在其它实施方案中，如图1所示，熔融部分127包括多于两个相邻片材122并因此包括沿着多个界面124的熔化区域128。边界126在熔融部分127和未熔融部分129之间限定。边界126限定零件(例如，零件130(参见图2))的外周形状。
对于由具有多于两个片材122和多个界面124的熔融部分127制成的零件，控制器102控制第一形成激光器106和致动系统108以形成熔化区域128，在一些实施方案中一次一个界面124(或平面)。例如，控制器102控制光学部件104以在沿着第一个界面124的多个位置处聚焦第一激光束114的聚焦部分116。控制器102控制致动系统108以相对于聚焦部分116平行于第一个界面124而横向移动堆叠物120——当停止在多个位置的每一处时。在每个位置处，在第一个界面124处的第一激光束114的聚焦部分116的能量和第一个界面124暴露于聚焦部分116的时间量足以使限定第一个界面的片材122的小部分熔化和融合在一起以形成熔化区域128。一旦熔化区域128在一个位置处形成，控制器102就将聚焦部分116移动到相邻位置以形成另一个熔化区域128。该过程继续，直到由预定的图案限定的所有熔化区域128沿着第一个界面124形成以形成熔融部分127的区段并因此形成零件130的区段。图4显示在沿着堆叠物120的相邻片材122之间的界面在相同平面中形成的对应于预定的图案的熔化区域128的图案。在一个实施方案中，熔化区域128的预定图案可以使用光栅(rastering)技术(例如，以下的光栅路径)产生。图4中熔化区域128的图案具有基本上圆形的形状，因此形成具有基本上圆形的横截面形状的熔融部分127或零件130的区段。虽然图4中熔化区域128的图案具有基本上圆形的形状，但是熔化区域128的图案可以是任意各种对称的、非对称的、实心的、和空心的形状。
在由预定的图案限定的所有熔化区域128沿着第一个界面124形成之后，控制器102控制致动系统108以相对于第一激光束114的聚焦部分116垂直地移动堆叠物120和/或控制光学部件104以在沿着第二个界面124的多个位置处聚焦第一激光束114的聚焦部分116。换言之，在一个实施方案中，第一激光束114的聚焦部分116垂直地转移到到堆叠物120中的下一个界面124。沿着第二个界面124形成由预定的图案限定的熔化区域128以形成熔融部分127的另一个区段并因此形成零件130的另一个区段的过程由控制器102控制。沿着第二个界面124形成的熔化区域128的图案可以与沿着第一个界面124形成的熔化区域128的图案相同(例如，相同的大小和形状)或不同(例如，不同的大小和/或形状)。
更一般地，在一个实施方式中，聚焦部分116在堆叠物120的片材122中的第一片材和堆叠物120的片材122中的第二片材之间的第一界面上的多个位置处聚焦并且聚焦部分116在堆叠物120的片材122中的第二片材和堆叠物的片材122的第三片材之间的第二界面上的多个位置处聚焦，其中第二片材在第一片材和第三片材之间插入。如下面更详细地呈现的，在聚焦部分116在堆叠物120的片材122中的第一片材和堆叠物120的片材122中的第二片材之间的第一界面上的多个位置处聚焦之后和在聚焦部分116在堆叠物120的片材122中的第二片材和堆叠物120的片材122的第三片材之间的第二界面上的多个位置处聚焦之前，使用致动器将第三片材自动地(例如，自主地)进料到堆叠物120的片材122中的第二片材上。
上面呈现的过程继续，直到根据预定的图案，熔化区域128沿着堆叠物120的相邻片材122的所有界面124形成以形成对应零件130的设计的完全熔融部分127。因此，完全熔融部分127包括预设数量的沿着各自的界面熔融在一起的可熔化材料的片材122。在一些实施方案中，在将任意片材122熔融在一起之前，所有目前数量的可熔化材料的片材122在基底110上形成堆叠物120。然而，如图1所示，根据示例的实施方式，在基底110上的堆叠物120的至少两个片材122熔融在一起之后，向堆叠物120添加一个或多个片材122。例如，根据上面的过程，在堆叠物120的至少两个片材122熔融在一起之后，控制器102控制致动系统108的进料机构以将一个或多个片材122进料到堆叠物120上。片材122可以一次一个、一次两个、或一次三个或更多个地进料到堆叠物120上。一般地，在堆叠物120上的两个相邻片材122根据预定的图案而熔融在一起之后，控制器102是可操作的以自动地将片材122或多个片材122进料到堆叠物120上。添加到堆叠物120上的片材122最终与堆叠物120的片材122的相邻的一个熔融以有效地添加到堆叠物120的熔融部分127。以该增材方式将片材122添加到堆叠物120并与堆叠物120的相邻片材122熔融，直到熔融部分127完成。
参考图2，根据一个实施方式，在堆叠物120的熔融部分127完成之后，控制器102控制第一分离激光器112以产生第二激光束160并控制致动系统108以沿着边界126将第二激光束160引导到堆叠物120中。第二激光束160被配置以沿着堆叠物120的熔融部分127和未熔融部分129之间的边界126刻划(例如，切断)堆叠物120的片材122。沿着边界126刻划堆叠物120使未熔融部分129与熔融部分127分离，这允许未熔融部分129从熔融部分127去除。在未熔融部分129从熔融部分127去除的情况下，熔融部分127变成或限定零件130。
零件130可以具有任意各种形状。而且，零件130的形状可以是二维形状(例如，由两个片材122组成)、简单的三维形状(例如，包括多个片材122，其中相邻片材122之间的熔化区域128的图案是简单的相似形状)、或三维复合形状(例如，包括具有图案——具有复合形状(例如，简单形状的组合)——的至少一个熔化区域128或多个片材122，其中熔化区域128的图案是不相似的形状)。如本文所定义的，三维复合形状是具有至少两个单个形状的组合的形状。
第二激光束160沿着边界126提供对堆叠物120的准确和精确的刻划。而且，由于堆叠物120的片材122的同质组成以及第二激光束160的精密度，零件130的外部光洁度比使用粉末或送丝材料的常规增材制造技术更光滑。
致动系统108包括用于控制第一分离激光器112的运动和第二激光束160的方向的任意各种致动器。例如，机器人臂可用于三维地控制第一分离激光器112的定向。在又一些实施方案中，使用任意各种其它刻划机构如刀片、锯、热电阻线、化学物等沿着边界126刻划堆叠物120。
在一些实施方式中，堆叠物120的每个片材122具有相同的厚度t。然而，参考图4，根据一个实施方式，堆叠物120的片材122可具有不同的厚度。例如，图4的堆叠物120的一些片材122具有第一厚度t1，而图4的堆叠物120的其它片材122具有第二厚度t2。第一厚度t1小于第二厚度t2。堆叠物120的厚度的变化有助于提高制造效率。例如，一种零件设计，其中一些区段具有呈波状的外表面，而其它区段具有不太呈波状的外表面，定制堆叠物120使得限定更加呈波状的外表面的片材122比限定不太呈波状的外表面的片材122更厚。
参考图7和8，在一些实施方式中，堆叠物120包括堆叠物120的相邻片材122之间的非可熔化材料的至少一个片材140。如图7所示，堆叠物120在相邻片材122之间包括一个片材140，使得堆叠物120的片材在片材122和片材140之间交替。因此，相邻片材122之间的界面124包括相邻片材122之间的间隔或间隙。片材140的非可熔化材料可以是具有显著高于片材122的可熔化材料的熔化温度的任意各种金属，如银、铜、铝、镍、钢等。在一些实施方案中，片材140由非金属材料如聚合物、陶瓷等制成，该非金属材料具有比片材122的可熔化材料显著更高的熔化温度。
每个片材140包括在片材140上在对应于多个熔化区域128的期望位置的位置处定位的孔142。在一些实施方案中，孔142的大小可基于第一激光束114的波长和片材122的可熔化材料的熔化性质而变化。孔142的分布模式基于零件130的期望形状而变化。在一个具体实例——其中可熔化材料是聚合物如PET、聚酰亚胺、PEEK等——中，第一激光束114的波长是约10微米，以及每个孔142的直径是约0.2mm。
控制器102被配置以控制第一激光束114的聚焦部分116，使得聚焦部分116在界面124上与孔142对齐的位置上聚焦。以该方式，如图9所述，在相邻片材122之间的界面124处结合相邻片材122的熔化区域128可以在片材140的孔142的各自一个内形成。换言之，相邻片材122通过孔142在熔化区域128处接合或熔融在一起，以形成堆叠物120的熔融部分127。堆叠物120的熔融部分127的片材140，和最终零件130，可有助于促进零件130的强度和/或沿着相邻片材122之间的界面的增强的导热率。同样，片材140可用作电通信导管。在增材制造过程中，致动系统108的进料机构可以由控制器102控制以自动地将片材140以及片材122进料到堆叠物120上。片材122和片材140可以彼此分开进料，如在一个时间将一个片材140进料到堆叠物120上，并在稍后的时间将一个片材140进料到那个片材140上。可选地，一个片材122和一个片材140的微型堆叠物可以一起添加到堆叠物120上。
为了促进堆叠物120的相邻片材122之间的结合，在一些实施方案中系统100包括交替的(alternate)能源170。交替的能源170被配置以产生能量172并将能量172供应给堆叠物120——当第一激光束114的聚焦部分116在堆叠物120中形成熔化区域128时。在一个实施方案中，可选的能源170是加热器并且能量172是热能。热能有助于在堆叠物120中产生温度梯度，其可被利用以促进由第一激光束114的聚焦部分116造成的相邻片材122的熔融。根据另一个实施方案，可选的能源170是波发射机并且能量172是超声能。超声能帮助在相邻片材122中在相邻片材122之间的界面124处引起分子水平波动或波纹。波纹促进相邻片材122的可熔化材料之间的分子水平联锁，其改善了相邻片材122之间的熔融。
参考图10，根据另一个实施方式，制造零件的系统200包括控制器102、光学部件204、第一形成激光器206、致动系统108、和基底110。控制器102与光学部件204、第一形成激光器206、和致动系统108可操作地耦接。一般地，系统200与图1的系统100相似，同样的数字指代同样的部件。因此，除非另外指出，否则先前呈现的系统100的部件的描述适用于系统200的同样部件。
和系统100一样，系统200利用来自第一激光束214的能量将片材122的堆叠物120的相邻片材122熔化并熔融在一起，从而以增材制造方式形成零件。然而，代替如在系统100的情况下的在沿着相邻片材122之间的界面的特定位置处聚焦(例如，会聚)第一激光束214以熔化相邻片材122，系统200利用相邻片材122之间的半透明可熔化材料的片材180的激光-能量吸收能力，以促进相邻片材122熔融在一起。因此，第一激光束214不需要聚焦，而是仅需要作为聚焦束或非聚焦束被引导到片材180中。
堆叠物120包括透明可熔化材料的片材122。堆叠物120进一步包括在堆叠物120的相邻片材122之间插入的半透明可熔化材料的至少一个片材180。根据一个实施方案，堆叠物120包括片材122和片材180的交替布置。片材180的半透明可熔化材料包括灌注(例如，灌封)有非透明的染料的可熔化材料。第一激光束214通过片材122，但染料被配置以吸收第一激光束214的能量，因此防止第一激光束214通过片材180。例如，第一形成激光器216可以被配置以产生双光子激光束(相对更快的脉冲(例如，飞秒脉冲)和更长的波长(例如，更低的能量))——除了单光子激光束(相对更慢的脉冲和更短的波长(例如，更高的能量))或可选地从单光子激光束(相对更慢的脉冲和更短的波长(例如，更高的能量))。因此，在一个实施方案中，片材180的染料被配置以同时吸收来自双光子激光束的两个光子的能量并允许来自单光子激光束的能量的通过或不吸收来自单光子激光束的能量。在一些实施方案中，片材180的染料是，例如，紫菜碱、酞菁、双(苯乙烯基)苯、π共轭生色团、树枝状分子等(包括衍生物)中的一个或多个。根据双光子吸收现象，来自双光子的能量的吸收同时促进激光束聚焦处的可熔化材料内的目标位置深度处的可熔化材料的更集中的熔融——相比于单光子吸收现象。因此，片材180的染料可以被选择并且第一激光束214可以被调谐，使得染料经历双光子吸收。
一般地，控制器102控制第一形成激光器206和致动系统108以在堆叠物120的相邻片材122之间插入的片材180的多个位置处引导第一激光束214。多个位置根据对应于零件的设计的预定图案来选择。响应执行代码并通过电子命令，控制器102设置由第一形成激光器206(例如，双光子模式)产生的第一激光束214的性质，激活第一形成激光器206以根据设置的性质产生第一激光束214，并通过致动系统108相对于光学部件204移动堆叠物120，以根据预定的图案在多个位置中的每个处形成多个熔化区域228。因为如图10所示，针对即将在堆叠物120中被吸收的第一激光束214的能量，第一激光束214不需要被聚焦，所以光学部件204可与系统100的光学部件104不同地配置。例如，光学部件204可不具有会聚透镜。而且，因为来自双光子激光束214的光子可以具有单光子激光束两倍的波长，所以与使用单光子激光束相比需要更少的能量来完成相邻片材122之间的熔融。同样，当第一形成激光器106被配置以以脉冲方式产生双光子激光束时，完成相邻片材122之间的熔融的脉冲宽度与单光子激光束相比可以相对更低，如在一些实施方案中小于纳秒以及在其它实施方案中小于飞秒。
经由从第一激光束214吸收的能量，通过熔化片材180的不连续部分来形成熔化区域228，这导致相邻片材122的对应不连续部分熔化。片材180和相邻片材122的熔化部分熔合或熔融在一起以形成熔化区域228。将在相邻片材122之间的给定界面124处的沿着片材180的熔化区域228被设定尺寸并间隔以彼此结合在一起。因此，通过相邻片材122之间的片材180，沿着给定界面124的熔化区域228将限定给定界面124的相邻片材122有效地熔融在一起。通过熔化区域228熔融在一起的相邻片材122的部分限定相邻片材122的熔融部分127。虽然系统100和系统200已被描述为制造一个零件，但认识到，在一些实施方式中，系统100和系统200可包括受控的多个形成激光器以同时由相同堆叠物120生产多个零件。
参考图10，根据示例的实施方式，在堆叠物120的至少两个片材122，和至少一个片材180在基底110上熔融在一起之后，将一个或多个片材122和一个或多个片材180添加到堆叠物120。例如，根据上面的过程，在堆叠物120的至少两个片材122和至少一个片材180熔融在一起之后，控制器102控制致动系统108的进料机构以将一个片材122和一个片材180进料到堆叠物120上。片材122和片材180可以一次一个、一次两个、或一次三个或更多个地进料到堆叠物120上。
如图11所示，和与图7和8所示的堆叠物120相似，在一些实施方式中，图10的堆叠物120的每个片材180夹在至少两个片材140之间。每个片材140由材料制成并包括如上所示的孔142。在具有这样的堆叠物120的实施方式中，控制器102被配置以控制将在与夹入下一个最接近的片材180的片材140的孔142对齐的位置处在下一个最接近的片材180处引导第一激光束214。以该方式，在相邻片材122之间的界面124处结合相邻片材122和片材180的熔化区域可以在片材140的各自的孔142内形成。换言之，相邻片材122和相邻片材122之间的片材180在熔化区域128处通过片材140的孔142接合或熔融在一起，以形成堆叠物120的熔融部分127。
可熔化材料的片材的堆叠物120已被显示和描述为在给定方向(例如，垂直)上在彼此顶部上堆叠的多个平面片材。然而，在一些实施方式中，可熔化材料的片材堆叠物可以是可熔化材料的多层卷。例如，参考图12-14，根据某些实施方式，堆叠物220可包括在其自身周围缠绕以形成卷的可熔化材料的连续片材222。堆叠物220可在中心核心250周围形成，该中心核心250提供支撑结构，利用支撑结构来操作和/或操纵堆叠物220的定向。连续片材222最初在中心核心250周围缠绕而然后在其自身周围进一步缠绕以限定堆叠物220的多个层。堆叠物220的每个层的作用与堆叠物120的片材122之一一样，因为层在径向远离中心核心250的方向上在彼此顶部上有效地堆叠。实际上，虽然未显示，但是非可熔化材料的连续片材和/或染色材料的连续片材可以与连续片材222组合并在中心核心250周围缠绕以在连续片材222的相邻层之间产生非可熔化材料和/或染色材料的一个或多个层以有效地复制图7、10、和11所示的堆叠物120的功能。
堆叠物220可以具有任意各种横截面形状，如圆形(例如，图12)、三角形(例如，图14)、矩形、正方形、多边形等。中心核心250可具有与堆叠物220相同的横截面形状，其促进堆叠物220的横截面形状的形成——当连续片材222在中心核心250周围缠绕时。
虽然堆叠物220已被描述为在其自身周围缠绕的连续片材222，但是在一些实施方式中，堆叠物220可包括在中心核心250周围缠绕的多个单独的片材和其它片材，但不围绕其自身缠绕。例如，对于图12中的圆形形状的堆叠物220，每个片材将是圆形形状的，其中相对末端彼此邻近以形成环，使得相邻片材将包括相邻的环。
代替基底110，中心核心250的定位和/或定向可以由任意各种致动器，如致动系统208(参见，例如，图13和15)的机器人臂调节。因此，堆叠物220的定位和/或定向可以通过使用致动系统208调节中心核心250来调节。围绕中心核心250形成卷的堆叠物220有助于用多个形成激光器同时形成多个零件。例如，如图13和15所示，第一形成激光器106产生第一激光束114，所述第一激光束114通过光学部件104聚焦成聚焦部分116以在堆叠物220的一个侧面上在堆叠物220中形成一个熔融部分227。另外，第二形成激光器107产生另一个第一激光束114，所述另一个第一激光束114通过分离的光学部件104聚焦成聚焦部分116以在堆叠物220的另一侧面上在堆叠物220中形成另一个熔融部分227。此外，第三形成激光器109产生又一个第一激光束114，所述又一个第一激光束114通过分离的光学部件104聚焦成聚焦部分116以在堆叠物220的又一侧面上在堆叠物220中形成又一个熔融部分227。因此，在图13和15所示的实施方式中，三个分离的零件由三个分离的形成激光器和光学部件在相同堆叠物220的不同侧面上形成。认识到，一个、两个、或多于三个零件可以以相似的方式在相同堆叠物220中形成。还认识到，在一些实施方案中，堆叠物220和在堆叠物220中形成零件必需的激光束的至少一个聚焦部分116的相对运动可以在堆叠物220的情况下增强，因为相对于堆叠物120堆叠物220可以更容易地沿着多于两个维度进行操作。
参考图16，显示了制造零件的方法300的一个实施方式。根据一个实施方案，方法300的步骤可以由本文描述的系统100执行。在302处，方法300包括堆叠可熔化材料的片材以形成堆叠物。在304处，方法300另外包括引导激光束通过堆叠物的至少一个片材。在306处，方法300进一步包括在堆叠物的相邻片材之间的至少一个界面上的多个位置处聚焦激光束。根据对应于零件设计的预定图案，激光束可以在多个位置处聚焦，以形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域结合在一起以形成相邻片材的熔融部分。相邻片材的熔融部分限定零件。
参考图17，显示了制造零件的方法400的另一个实施方式。根据一个实施方案，方法400的步骤可以由本文描述的系统200执行。在402处，方法400包括将半透明可熔化材料的第二片材堆叠到透明可熔化材料的第一片材上并将透明可熔化材料的第三片材堆叠到半透明可熔化材料的第二片材上以形成堆叠物。堆叠第一片材、第二片材、和第三片材，使得第二片材在第一片材和第三片材之间插入，以形成堆叠物。在404处，方法400还包括引导激光束通过堆叠物的第三片材并在第二片材的多个位置处进入堆叠物的第二片材中。在406处，方法400进一步包括在第二片材的多个位置处吸收来自激光束的能量以形成对应的多个熔化区域，所述多个熔化区域在第一片材、第二片材、和第三片材中结合在一起，其形成了第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分。第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分限定零件。
在以上描述中，可使用某些术语如“上”、“下”、“上面的”、“下面的”、“水平的”、“垂直的”、“左”、“右”、“在……之上”、“在……之下”等。当适用时，使用这些术语以当用相对关系处理时提供一些清楚的描述。但是，这些术语不意欲暗示绝对关系、定位、和/或定向。例如，关于对象，“上面的”表面可仅通过把对象翻转而变成“下面的”表面。虽然如此，它仍然是同一对象。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”、和其变化是指“包括但不限于”，除非另外清楚地说明。术语的列举列表不暗示任意或所有术语互相排斥和/或互相包括，除非另外清楚地说明。术语“一(a)”、“一(an)”、和“该(the)”还指“一个或多个”，除非另外清楚地说明。此外，术语“多数”可以被限定为“至少两个”。而且，除非另外指明，如本文所限定的，多个特定特征不必然指整个组或类的特定特征的每一个特定特征。
另外，在该说明书中，其中一个元件“耦接”到另一个元件的示例可包括直接和间接耦接。直接耦接可以被限定为一个元件耦接到另一个元件并与另一个元件存在一些接触。间接耦接可以被限定为在两个元件之间耦接而不是彼此直接接触，但是在耦接的元件之间具有一个或多个另外的元件。此外，如本文所用，将一个元件固定到另一个元件可包括直接固定和间接固定。另外，如本文所用，“相邻的”不必然表示接触。例如，一个元件可以与另一个元件相邻而不与该元件接触。
如本文所用，当与一列项目一起使用时，短语“……中的至少一个”是指可以使用列出的项目的一个或多个的不同组合和可仅需要列表中的一个项目。项目可以是特定对象、东西、或种类。换言之，“……中的至少一个”是指可以从列表使用项目或项目数量的任意组合，但可不需要列表中所有的项目。例如，“项目A、项目B、和项目C中的至少一个”可以指项目A；项目A和项目B；项目B；项目A、项目B、和项目C；或项目B和项目C。在一些情况下，“项目A、项目B、和项目C中的至少一个”可以指，例如，没有限制地，两个项目A、一个项目B、和十个项目C；四个项目B和七个项目C；或一些其它合适的组合。
除非另外指出，术语“第一”、“第二”等在本文仅用作标记，不意欲在这些术语指代的项目上强加顺序、位置、或分级要求。而且，提及例如“第二”项目不要求或排除例如“第一”或更低编号项目，和/或例如“第三”或更高编号的项目的存在。
如本文所用，“被配置以”执行指定的功能的系统、设备、结构、制品、元件、部件、或硬件确实能够执行指定的功能而无需任意变化，而不是仅在进一步修改之后具有执行指定的功能的潜能。换言之，“被配置以”执行指定的功能的系统、设备、结构、制品、元件、部件、或硬件为了执行指定的功能的目的被具体地选择、产生、实现、利用、编程、和/或设计。如本文所用，“被配置以”表示系统、设备、结构、制品、元件、部件、或硬件的现存性质，其使系统、设备、结构、制品、元件、部件、或硬件能够执行指定的功能而无需进一步修改。为了本公开的目的，描述为“被配置以”执行特定的功能的系统、设备、结构、制品、元件、部件、或硬件可另外或可选地被描述为“适应于”和/或“适用于”执行那个功能。
本文包括的示意性流程图一般地作为逻辑流程图列出。像这样，描绘的顺序和标记的步骤指示呈现的方法的一个实施方式。可以想到在功能、逻辑、或效果上与示例的方法的一个或多个步骤或其部分等效的其它步骤和方法。另外，提供利用的格式和符号以说明方法的逻辑步骤并理解利用的格式和符号不限制方法的范围。虽然可在流程图中利用各种箭头类型和线型，但是它们被理解为不限制对应的方法的范围。实际上，一些箭头或其它连接可用于仅指示方法的逻辑流。例如，箭头可指示描绘的方法的列举步骤之间的未指定的持续时间的等待或监测时期。另外，其中特定的方法发生时，顺序可以或可以不严格地坚持显示的相应步骤的顺序。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.制造零件(130)的方法(300)，所述方法(300)包括：
堆叠可熔化材料的片材(122)以形成堆叠物(120)；
引导(304)激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材；和
根据对应于零件(130)的设计的预定图案，将来自激光束(116)的能量转移到堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成相邻片材(122)的熔融部分(127)，其中相邻片材(122)的熔融部分(127)限定所述零件(130)。
条款2.根据条款1所述的方法(300)，进一步包括：
在相邻片材(122)的熔融部分(127)和相邻片材(122)的至少一个未熔融部分(129)之间的边界(126)处刻划堆叠物(120)的相邻片材(122)；和
从相邻片材(122)的熔融部分(127)去除相邻片材(122)的至少一个未熔融部分(129)。
条款3.根据条款1所述的方法(300)，其中相邻片材(122)的熔融部分(127)是同质的并形成一件整体构建物。
条款4.根据条款1所述的方法(300)，其中可熔化材料包括热塑材料。
条款5.根据条款4所述的方法(300)，其中热塑材料对至少一个辐射波长是光学透明的。
条款6.根据条款1所述的方法(300)，其中将来自激光束(116)的能量转移到多个位置包括在多个位置处聚焦激光束(116)。
条款7.根据条款6所述的方法(300)，其中：
在堆叠物(120)的片材(122)的第一片材和堆叠物(120)的片材(122)的第二片材之间的第一界面(124)上的多个位置处聚焦激光束(116)；
在堆叠物(120)的片材(122)的第二片材和堆叠物(120)的片材(122)的第三片材之间的第二界面(124)上的多个位置处聚焦激光束(116)；和
第二片材在第一片材和第三片材之间插入。
条款8.根据条款7所述的方法(300)，其中堆叠可熔化材料的片材(122)以形成堆叠物(120)包括，在堆叠物(120)的片材(122)的第一片材和堆叠物(120)的片材(122)的第二片材之间的第一界面上的多个位置处聚焦激光束(116)之后和在堆叠物(120)的片材(122)的第二片材和堆叠物(120)的片材(122)的第三片材之间的第二界面上的多个位置处聚焦激光束(116)之前，使用致动器将第三片材自动地进料到堆叠物(120)的片材(122)的第二片材上。
条款9.根据条款7所述的方法(300)，其中第一界面上的多个位置的配置与第二界面上的多个位置的配置不同。
条款10.根据条款6所述的方法(300)，其中在堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置处聚焦激光束(116)包括相对于激光束(116)移动堆叠物(120)或调节激光束(116)的焦点中的至少一个。
条款11.根据条款1所述的方法(300)，进一步包括当引导激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材(122)并将来自激光束(116)的能量转移到堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置时供应另外的能量(172)至堆叠物(120)。
条款12.根据条款11所述的方法(300)，其中另外的能量(172)包括热能或超声能中的至少一个。
条款13.根据条款1所述的方法(300)，进一步包括在相邻片材(122)之间定位金属材料的片材(140)，其中金属材料的片材(140)包括孔(142)，每个孔(142)对应于多个位置的各自位置。
条款14.根据条款1所述的方法(300)，其中堆叠物(120)的片材(122)中的一个具有与堆叠物(120)的片材(122)中的另一个不同的厚度。
条款15.根据条款1所述的方法(300)，其中熔融部分(127)具有三维复合形状。
条款16.根据条款1所述的方法(300)，进一步包括，当引导激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材并将来自激光束(116)的能量转移到堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置时：
引导第二激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材(122)；和
根据对应于第二零件(130)的设计的预定图案，将来自第二激光束(116)的能量转移到堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置，从而形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成相邻片材(122)的第二熔融部分(227)，其中相邻片材(122)的第二熔融部分(227)限定第二零件(130)。
条款17.根据条款1所述的方法(300)，其中堆叠可熔化材料的片材(122)包括在其自身和中心核心(250)周围缠绕可熔化材料的连续片材。
条款18.根据条款17所述的方法(300)，其中：
激光束(116)是第一激光束(116)；
熔融部分(127)是第一熔融部分；
零件(130)是第一零件；
所述方法进一步包括：
引导第二激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材(122)；和
根据对应于零件(130)的设计的预定图案，在堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置处聚焦第二激光束(116)，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成相邻片材(122)的第二熔融部分(127)，其中相邻片材(122)的第二熔融部分(227)限定第二零件(130)；和
在横向于中心核心(250)的方向上引导第一激光束(116)和第二激光束(116)通过堆叠物(120)的至少一个片材(122)。
条款19.根据条款1所述的方法(300)，其中：
堆叠可熔化材料的片材(122)包括将半透明可熔化材料的第二片材(180)堆叠到透明可熔化材料的第一片材上并将透明可熔化材料的第三片材堆叠到半透明可熔化材料的第二片材上，使得第二片材在第一片材和第三片材之间插入，以形成堆叠物(120)；
引导激光束(116)进一步包括引导激光束(116)通过堆叠物(120)的第三片材并在第二片材的多个位置处进入堆叠物(120)的第二片材；和
转移来自激光束(116)的能量进一步包括在第二片材的多个位置处吸收来自激光束(116)的能量以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)在第一片材、第二片材、和第三片材中结合在一起，以形成第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分(127)，其中第一片材、第二片材、和第三片材的熔融部分(127)限定零件(130)。
条款20.根据条款19所述的方法(300)，其中：
第二片材包括染料，所述染料被配置以吸收来自以第一速率脉冲的激光束(116)的第一能量的两个光子而不吸收来自以第二速率脉冲的激光束(116)的第二能量的单个光子；
第一速率高于第二速率；
第一能量低于第二能量；和
激光束(116)以第一速率脉冲并具有第一能量的光子。
条款21.根据条款19所述的方法(300)，进一步包括：
在引导激光束(116)通过堆叠物(120)的第三片材并在第二片材的多个位置处进入堆叠物(120)的第二片材以及在第二片材的多个位置处吸收来自激光束(116)的能量之后，将半透明可熔化材料的第四片材堆叠到第三片材上并将透明可熔化材料的第五片材堆叠到第四片材上，使得第四片材在第三片材和第五片材之间插入，以进一步形成堆叠物(120)；
引导激光束(116)通过堆叠物(120)的第五片材并在第四片材的多个位置处进入堆叠物(120)的第四片材中；和
在第四片材的多个位置处吸收来自激光束(116)的能量以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)在第三片材、第四片材、和第五片材中结合在一起，以形成第三片材、第四片材、和第五片材的熔融部分(227)，其中第三片材、第四片材、和第五片材的熔融部分(227)进一步限定零件(130)。
条款22.制造零件(130)的系统(100)，所述系统(100)包括：
基底(110)，被配置以支撑可熔化材料的片材(122)的堆叠物(120)；
第一形成激光器(106)，被配置以产生第一激光束(114)；
光学部件(106)，被配置以接收第一激光束(114)并引导第一激光束(114)通过片材(122)的堆叠物(120)的至少一个片材；
第一分离激光器(106)，被配置以产生第二激光束(160)；
致动系统(108)，被配置以相对于光学部件(106)移动基底(110)、相对于基底(110)移动第二激光束(160)、和将可熔化材料的至少一个片材(122)进料到片材(122)的堆叠物(120)上；和
控制器(102)，其与第一形成激光器(106)、第二形成激光器(116)、和致动系统(108)可操作地耦接，并被配置以：
控制第一形成激光器(106)和致动系统(108)以根据对应于零件(130)的设计的预定图案在堆叠物(120)的片材(122)之间的多个位置处引导第一激光束(114)，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成片材(122)的熔融部分(227)，其中片材(122)的熔融部分(227)限定零件(130)；和
控制第一分离激光器(112)和致动系统(108)以相对于基底(110)移动第二激光束(160)以在片材(122)的熔融部分(227)和片材(122)的至少一个未熔融部分之间的边界(126)处刻划堆叠物(120)的片材(122)。
本主题可以以其它特定形式体现而不背离其精神或本质性质。描述的实施方式在所有方面被认为仅为示例的而不是限制的。来自权利要求的相等的含义和范围内的所有变化将包括在它们的范围内。

Claims (10)

1.制造零件(130)的方法(300)，所述方法(300)包括：
堆叠可熔化材料的片材(122)以形成堆叠物(120)；
引导(304)激光束(116)通过所述堆叠物(120)的至少一个片材；和
根据对应于所述零件(130)的设计的预定图案，将来自所述激光束(116)的能量转移到所述堆叠物(120)的相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成所述相邻片材(122)的熔融部分(127)，其中所述相邻片材(122)的所述熔融部分(127)限定所述零件(130)。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括：
在所述相邻片材(122)的所述熔融部分(127)和所述相邻片材(122)的至少一个未熔融部分(129)之间的边界(126)处刻划所述堆叠物(120)的所述相邻片材(122)；和
从所述相邻片材(122)的所述熔融部分(127)去除所述相邻片材(122)的所述至少一个未熔融部分(129)。
3.根据权利要求1所述的方法(300)，其中：
在所述堆叠物(120)的所述片材(122)的第一片材和所述堆叠物(120)的所述片材(122)的第二片材之间的第一界面(124)上的多个位置处聚焦所述激光束(116)；
在所述堆叠物(120)的所述片材(122)的第二片材和所述堆叠物(120)的所述片材(122)的第三片材之间的第二界面(124)上的多个位置处聚焦所述激光束(116)；和
所述第二片材在所述第一片材和所述第三片材之间插入。
4.根据权利要求3所述的方法(300)，其中堆叠所述可熔化材料的片材(122)以形成所述堆叠物(120)包括，在所述堆叠物(120)的所述片材(122)的所述第一片材和所述堆叠物(120)的所述片材(122)的所述第二片材之间的所述第一界面上的所述多个位置处聚焦所述激光束(116)之后和在所述堆叠物(120)的所述片材(122)的所述第二片材和所述堆叠物(120)的所述片材(122)的所述第三片材之间的所述第二界面上的所述多个位置处聚焦所述激光束(116)之前，使用致动器将所述第三片材自动地进料到所述堆叠物(120)的所述片材(122)的所述第二片材上。
5.根据权利要求4所述的方法(300)，其中所述第一界面上的所述多个位置的配置与所述第二界面上的所述多个位置的配置不同。
6.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括在所述相邻片材(122)之间定位金属材料的片材(140)，其中所述金属材料的片材(140)包括孔(142)，每个所述孔(142)对应于所述多个位置的各自位置。
7.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括，当引导所述激光束(116)通过所述堆叠物(120)的至少一个片材并将来自所述激光束(116)的能量转移到所述堆叠物(120)的所述相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置时：
引导第二激光束(116)通过所述堆叠物(120)的至少一个片材(122)；和
根据对应于第二零件(130)的设计的预定图案，将来自所述第二激光束(116)的能量转移到所述堆叠物(120)的所述相邻片材(122)之间的至少一个界面(124)上的多个位置，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成所述相邻片材(122)的第二熔融部分(227)，其中所述相邻片材(122)的所述第二熔融部分(227)限定所述第二零件(130)。
8.根据权利要求1所述的方法(300)，其中：
堆叠可熔化材料的片材(122)包括将半透明可熔化材料的第二片材(180)堆叠到透明可熔化材料的第一片材上并将透明可熔化材料的第三片材堆叠到所述半透明可熔化材料的第二片材上，使得所述第二片材在所述第一片材和所述第三片材之间插入，以形成所述堆叠物(120)；
引导所述激光束(116)进一步包括引导所述激光束(116)通过所述堆叠物(120)的所述第三片材并在所述第二片材的多个位置处进入所述堆叠物(120)的所述第二片材；和
转移来自所述激光束(116)的能量进一步包括在所述第二片材的所述多个位置处吸收来自所述激光束(116)的能量以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)在所述第一片材、所述第二片材、和所述第三片材中结合在一起，以形成所述第一片材、所述第二片材、和所述第三片材的所述熔融部分(127)，其中所述第一片材、所述第二片材、和所述第三片材的所述熔融部分(127)限定所述零件(130)。
9.根据权利要求8所述的方法(300)，其中：
所述第二片材包括染料，所述染料被配置以吸收来自以第一速率脉冲的激光束(116)的第一能量的两个光子而不吸收来自以第二速率脉冲的激光束(116)的第二能量的单个光子；
所述第一速率高于所述第二速率；
所述第一能量低于所述第二能量；和
所述激光束(116)以第一速率脉冲并具有所述第一能量的光子。
10.制造零件(130)的系统(100)，所述系统(100)包括：
基底(110)，所述基底(110)被配置以支撑可熔化材料的片材(122)的堆叠物(120)；
第一形成激光器(106)，所述第一形成激光器(106)被配置以产生第一激光束(114)；
光学部件(106)，所述光学部件(106)被配置以接收所述第一激光束(114)并引导所述第一激光束(114)通过片材(122)的所述堆叠物(120)的至少一个片材；
第一分离激光器(106)，所述第一分离激光器(106)被配置以产生第二激光束(160)；
致动系统(108)，所述致动系统(108)被配置以相对于所述光学部件(106)移动所述基底(110)、相对于所述基底(110)移动所述第二激光束(160)、和将可熔化材料的至少一个片材(122)进料到片材(122)的所述堆叠物(120)上；和
控制器(102)，所述控制器(102)与所述第一形成激光器(106)、所述第二形成激光器(116)、和所述致动系统(108)可操作地耦接，并被配置以：
控制所述第一形成激光器(106)和所述致动系统(108)以根据对应于所述零件(130)的设计的预定图案在所述堆叠物(120)的片材(122)之间的多个位置处引导所述第一激光束(114)，以形成对应的多个熔化区域(128)，所述多个熔化区域(128)结合在一起以形成所述片材(122)的熔融部分(227)，其中所述片材(122)的所述熔融部分(227)限定所述零件(130)；和
控制所述第一分离激光器(112)和所述致动系统(108)以相对于所述基底(110)移动所述第二激光束(160)，从而在所述片材(122)的所述熔融部分(227)和所述片材(122)的至少一个未熔融部分之间的边界(126)处刻划所述堆叠物(120)的所述片材(122)。
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