CN109982818B - 用于添加剂金属制造的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于添加剂金属制造的系统，包括沉积机构、将沉积机构安装至工作容积的平移机构、和工作台。一种用于添加剂金属制造的方法，包括：在工作容积内选择性地沉积材料载体；从材料载体中除去添加剂；以及处理所得的材料。

Description

用于添加剂金属制造的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月15日提交的美国临时申请第62/395,289号和2016年10月12日提交的美国临时申请第62/407,318号的权益，所有上述临时申请均通过引用以其整体并入。本申请涉及2017年5月12日提交的美国申请第15/594,472号，其要求2016年5月13日提交的美国临时申请第62/335,679号和2016年11月14日提交的美国临时申请第62/421,707号的权益，所有上述申请均通过引用以其整体并入。

技术领域

本发明总体上涉及添加剂制造领域，并且更具体地涉及添加剂制造领域中的新的且有用的金属制造系统和方法。

本发明还涉及以下项目：

1.一种用于由虚拟部件模型形成物理部件的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内沉积金属构建材料的层，所述构建材料包括挥发性溶剂；

b)从所述层中除去所述挥发性溶剂；

c)在b)之后，在所述构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

d)重复a)至c)，直到在所述构建容积内形成具有对应于所述虚拟部件模型的几何形状的部件；以及

e)烧结所述部件以形成物理对象。

2.如项目1所述的方法，其中所述金属构建材料包括无粘结剂金属糊剂。

3.如项目1所述的方法，其中所述层被沉积到保持在基底温度的基底上，所述方法还包括在整个a)至d)中将所述层近侧的环境容积保持在基底温度或低于基底温度。

4.如项目1所述的方法，其中所述层的所述部分通过工具选择性地机械加工，所述方法还包括在整个a)至d)中将所述层的所述部分近侧的环境容积保持在未冷却的工具操作温度范围内，其中将所述环境容积保持在所述未冷却的工具操作温度范围内使所述挥发性溶剂从所述层中蒸发。

5.如项目1所述的方法，其中所述金属构建材料是含铁的，所述方法还包括：向所述层施加吸引磁力，同时选择性地机械加工所述层的所述部分。

6.如项目5所述的方法，其中a)中的所述层被沉积到构建板上，使得所述构建板支撑所述部件；其中所述构建板包括被布置在所述构建板和所述层之间的粘合剂界面层。

7.如项目1所述的方法，其中e)包括：从所述构建容积中移除具有所述部件的所述构建板，并且将具有所述部件的所述构建板插入到炉中。

8.一种用于形成物理对象的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内将金属构建材料的层沉积到基底上，所述基底具有基底温度；

b)在构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

c)在层沉积之后直到选择性的机械加工，将邻近所述层的环境容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度；

d)重复a)至c)直到在所述构建容积内形成具有近似于虚拟部件模型的前体几何形状的对象前体；以及

e)烧结所述对象前体以形成所述物理对象。

9.如项目8所述的方法，其中在所述构建容积内形成的所述对象前体具有大于所述虚拟部件模型的预定的几何形状，所述预定的几何形状由所述虚拟部件模型和预定的收缩比率来确定。

10.如项目8所述的方法，其中所述金属构建材料包括无粘结剂金属糊剂。

11.如项目8所述的方法，其中将所述环境容积保持在基底温度或低于基底温度包括将所述环境容积保持低于100℃。

12.如项目11所述的方法，其中所述金属构建材料包括金属糊剂，所述金属糊剂包括具有低于150℃的标准沸点的挥发性溶剂，其中将所述环境容积保持低于100℃使所述挥发性溶剂从所述层中蒸发。

13.如项目12所述的方法，其中所述金属糊剂还包括支架金属和浸渗剂金属。

14.如项目8所述的方法，其中所述金属构建材料是含铁的，所述方法还包括：在a)至d)期间施加使所述层朝向构建板偏置的磁力。

15.如项目14所述的方法，其中所述构建板包括将所述层粘附至所述构建板的粘合剂界面层，其中由所述磁力和粘合剂界面层协作地产生的将所述层耦接至所述构建板的层附着力超过在选择性地机械加工所述层的所述部分时产生的剪切力。

16.如项目8所述的方法，其中所述金属构建材料包括金属和热固性粘结剂，其中所述基底温度是所述热固性粘结剂的凝固温度。

17.如项目8所述的方法，其中所述层的所述部分通过工具选择性地机械加工；其中将所述环境容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度还包括，在选择性地机械加工所述层的所述部分时，将邻近所述层的机械加工的部分的所述环境容积保持在未冷却的工具操作温度范围内。

18.一种添加剂制造系统，包括：

·构建容积；

·材料沉积头，其被布置在所述构建容积内；

·减法机械加工头，其被布置在所述构建容积内；

·控制系统，其被电连接至金属构建材料沉积头和所述减法机械加工头，所述控制系统被配置成；

·在所述构建容积内控制所述材料沉积头以将金属构建材料的层沉积到具有基底温度的基底上；以及

·在所述构建容积内控制所述减法机械加工头以选择性地机械加工所述层的一部分。

19.如项目18所述的系统，还包括被布置在所述构建容积内在所述材料沉积头下方的构建板，其中所述控制系统被配置成将所述金属构建材料的层沉积在所述构建板上；其中所述构建板包括所述材料沉积头近侧的粘合剂界面层。

20.如项目18所述的系统，还包括磁性元件，所述磁性元件被配置成在所述金属构建材料的层上产生吸引磁力，其中所述金属构建材料是无粘结剂含铁金属糊剂。

21.如项目18所述的系统，还包括被布置在所述构建容积内的温度控制机构，其中所述控制系统被电连接至所述温度控制机构，并且还被配置成控制所述温度控制机构，以在层沉积之后直到选择性的机械加工，将围绕所述层的容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度。

22.如项目21所述的系统，其中所述温度控制机构包括所述减法机械加工头。

23.一种用于由虚拟部件模型形成物理部件的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内沉积金属构建材料的层，所述构建材料包括挥发性溶剂；

b)在所述构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

c)在b)之后，在所述构建容积内选择性地加热所述层；

d)重复a)至c)，直到在所述构建容积内形成具有对应于所述虚拟部件模型的几何形状的部件；以及

e)烧结所述部件以形成物理对象。

24.一种系统，被配置成执行项目1-17和23中任一项所述的方法。

附图简述

图1是系统的变型的示意性表示。

图2是系统的实例的示意性表示。

图3A、图3B和图4是可以使用的真空罩(vacuum shroud)的实例。

图5和图6是工作台平移轴线和机构平移轴线之间的关系的实例。

图7是工件保持机构的实例。

图8是相对于工作容积(working volume)的处理容积布置的实例的示意性表示。

图9是将工件从工作容积转移至处理容积的实例的示意性表示。

图10是方法的流程图表示。

图11、图12和图13分别是方法的第一变型、第二变型和第三变型的流程图表示。

图14、图15和图16分别是方法的第一具体实例、第二具体实例和第三具体实例的示意性表示。

图17和图18分别是系统的第一实例和第二实例。

图19是沉积头和操纵头布置的实例。

优选实施方案的描述

本发明的优选实施方案的以下描述不旨在将本发明限制于这些优选的实施方案，而是使任何本领域技术人员能够进行和使用本发明。

1.概述

如图1所示，用于添加剂金属制造的系统包括：沉积机构、安装沉积机构的平移机构(translation mechanism)、和工作台(stage)。系统可以任选地包括材料操纵机构、添加剂除去机构、烧结机构、处理机构、传感器、工作台、工作容积、控制系统和/或动力系统。

如图10所示，用于添加剂金属制造的方法包括：在工作容积内的预定位置中选择性地沉积材料载体；从材料载体中除去添加剂；以及处理所得的材料。该方法可以任选地包括操纵材料；以及监控添加剂制造过程，并且基于过程监控动态地调整添加剂制造参数。

所述系统和/或方法用于通过分层材料加工来实现金属件制造。

2.益处

所述系统和/或方法可以赋予优于常规系统的若干个益处。

首先，在一些变型中，所述方法可以通过在沉积步骤之间从材料载体中除去添加剂来减少整体部件变形。例如，在其中材料载体(例如，构建材料)包括金属糊剂(metalpaste)的变型中，所述方法可以在预定数量的糊剂层已经被沉积之后(例如，在每个层10已经被沉积之后)从糊剂层中除去溶剂。这可以进一步减少整体部件制造时间，因为溶剂可以比从整个湿工件中除去更快地从糊剂的薄层中除去。在另一个实例中，所述方法的变型可以使用不需要脱粘(debinding)的材料载体(例如，无粘结剂构建材料)，这可以减少初始印刷和最终部件之间的几何形状变化。

第二，在一些变型中，所述方法可以通过利用混合制造技术来改进部件分辨率和/或表面光洁度。混合制造技术可以包括操作(例如，机械加工、成形等)材料载体、部件前体(例如，生坯或半生(brown)部件)和/或在件最终成型之前的材料(例如，在形成最终几何形状之前，在件被处理之前等)。例如，每个材料层10可以在其沉积之后被机械加工。在处理之前操纵材料可以用于减少产生期望的几何形状所需的操纵力的量，以控制层间界面(例如，在随后的层沉积之前使层10平整)，以成形被随后的层封闭或变得不可接近的表面(例如，精加工的内表面)，或者赋予任何其他合适的益处的组。

第三，所述方法的一些变型可以通过产生具有近净(near-net)几何形状的生坯(例如，近净部件前体)，然后控制或最小化在生坯加工成最终产品期间的几何形状变化，来实现改进的部件分辨率和/或表面光洁度。例如，方法变型可以通过使用混合制造技术，通过使用上述的组合，或以其他方式产生近净部件前体，使用在生坯和最终部件之间具有小于阈值收缩率(例如，小于30％、20％、10％、5％、8-12％，或具有1％、0.1％、0.01％或任何其他合适的精度的任何其他合适的百分比体积或线性尺寸变化)的构建材料来产生近净部件前体。在一个具体的实例中，所述方法可以使用无粘结剂糊剂(例如，具有小于阈值百分比的粘结剂的糊剂，不具有粘结剂的糊剂)作为构建材料，或者使用具有可以在沉积步骤之间除去(例如，蒸发、烧掉)的添加剂的糊剂。

第四，发明人已经发现，在所述方法的一些变型中，常规的用于机械加工的部件的冷却技术(例如，将冷却剂喷射到工件上)可以导致不期望的部件变形，例如当来自软固体的层用于混合制造系统中。软固体可以是软固体可变形部件、具有低刚性的部件或被以其他方式定义。在这些变型中，发明人已经发现，不冷却机械加工工具，或者使用不太强的冷却技术(例如，对流、传导等)，可以提供足够的冷却。在其他变型中，发明人已经发现，可以合意的是，将印刷的层、机床、局部构建容积(例如，局部的层、局部的机械加工的层部分)、整个构建容积或其他区域的温度保持在未冷却的工具操作温度。该变型可以导致较严格的容差，因为在整个沉积和操纵过程中，所有组件(例如，工件和工具)在未冷却的工具操作温度最大限度地热膨胀(例如，组件在整个过程中不通气)。在该变型中，来自层机械加工的废热可以任选地再循环以无源地加热局部构建容积并且除去构建材料添加剂和/或固化构建材料层，或以其他方式使用。

第五，发明人已经发现，当使用混合制造系统加工软固体时，常规的用于机械加工的固定技术，例如软卡爪固定，可能难以使用或导致不期望的部件变形。发明人还已经发现，使用粘合剂、磁吸引、上述的组合和/或其他保持机构将部件前体固定至构建板可以在机械加工期间单独地或协作地提供足够的保持力，以抵抗或克服在材料操纵期间由机械加工工具施加至部件前体的剪切力。

3.系统

如图1所示，用于添加剂金属制造的系统100包括：沉积机构200、将沉积机构200安装至工作容积140的平移机构300、和工作台500。系统100可以任选地包括工件保持机构510、添加剂除去机构400、材料操纵机构600、处理机构800、传感器120、控制系统160和/或动力系统。系统100用于在工作容积内印刷金属层、在工作容积内印刷支撑层、从材料载体中除去添加剂、处理所得的部件前体和/或执行任何其他合适的功能。

系统100的变型包括工作容积；平移机构，其被布置在工作容积140内，并且可致动地安装沉积机构(例如，挤出头)、材料操纵机构(例如，机械加工切削工具)和在干燥模式和烧结模式之间可操作的添加剂除去机构(例如，具有环境控制机构的加热元件)；与工作容积中的平移机构300相对的工作台；控制系统160，其控制平移机构、沉积机构、材料操和添加剂除去机构操作；以及退火机构，所述退火机构与工作容积分离并且流体地连接至工作容积。沉积机构、材料操纵机构和添加剂除去机构优选地沿着第一轴线和第二轴线(例如，x和y轴线)具有固定的相对位置，并且沿着第三轴线(例如，z轴线)相对于彼此致动，但可以以其他方式在位置上相关。

所有系统组件或系统组件的子集可以可移除地耦接至系统外壳，这可以赋予系统灵活性和可重新配置性。系统组件可以是可移除的、可热插拔的(例如，在系统操作期间可替换的)，或以其他方式耦接至系统100。系统组件可以被手动替换、自动替换(例如，通过替换系统，该替换系统包括致动器和一组传感器120，该组传感器120被配置成监控可消耗组件的磨损、位置等)，或以其他方式替换。在一个变型中，沉积机构200(或其组件，例如材料储存器)可以在系统操作期间是可替换的，其中系统100可以响应于前面的盒(cartridge)中的填充水平下降至低于阈值水平而自动地将新材料盒连接至沉积头210。在第二变型中，工具夹持器(tool holder)可以自动地释放和拾取新工具(例如，从安装至工作容积的工具储存库中)。然而，可消耗系统组件(例如，沉积机构、添加剂除去系统等)或任何其他合适的组件可以被静态地安装至系统100或以其他方式耦接至系统100。

系统100优选地沉积厚度在5μm和250μm之间的材料层，但可以可选择地沉积具有任何其他合适厚度的层。系统100优选地沉积宽度在50-500μm之间的材料线，但可以可选择地沉积宽度在0.5-5mm之间或具有任何其他合适宽度的材料线。材料沉积速度优选地在10-500mm/s之间，但可以可选择地更慢或更快。系统100优选地能够为小特征尺寸(例如，小于500μm、小于200μm等)构建具有悬垂的几何形状和其他复杂几何形状，但可以可选择地能够构建具有任何其他合适的参数值的几何形状。系统100优选地具有100μm左右的位置分辨率，但可以可选择地具有更高或更低的位置分辨率。

系统100优选地沉积(例如，印刷)并且操纵形成最终部件几何形状的工作材料。工作材料可以是金属、陶瓷或者是任何其他合适的材料。金属可以包括铁(例如，含铁的)、钢、铝、镍、钛或任何其他合适的金属。在一个变型中，工作材料可以包括支架材料和浸渗剂(infiltrant)材料(例如，形成自浸渗的材料)。工作材料可以包括纳米颗粒、微米颗粒、碎片(chip)，或者具有任何其他合适的尺寸。工作材料优选地作为工作材料载体的一部分沉积，但可以可选择地作为一组沉积试剂(例如，载体和固化剂对)中的一种沉积，作为粉末沉积，或者以任何其他合适的形状因子沉积。

工作材料载体12(构建材料)优选地包括工作材料和一种或更多种调整工作材料的物理性质(例如，处理性质)的添加剂，但可以包括任何合适的材料。材料载体12优选地产生碎片形成复合材料(chipforming composite)，但可以可选择地形成具有任何其他合适的性质的组的复合材料。材料载体12优选地是糊剂(例如，悬浮在溶剂中的材料颗粒，具有或没有粘结剂)，但可以可选择地是粘土、金属基质复合材料、金属箔、细丝、油墨、气溶胶、原料(例如，具有粘结剂的材料颗粒等)，或者具有任何其他合适的形状因子。糊剂可以具有低粘度，该低粘度使得沉积的糊剂层能够填充先前沉积的层(例如，之前的层、先前层、在前层、邻近层等)中的裂缝、孔隙或其他缺陷，或者可以具有任何其他合适的特性。粘结剂可以包括以下中的一种或更多种：聚合物(例如，热固性塑料、热塑性塑料、环氧树脂等)、塑料、陶瓷、液体、蜡，或者是任何其他合适的粘结剂。在一个变型中，材料载体12可以包括美国申请第15/594,472号中公开的一种或更多种材料，该申请通过该引用以其整体并入本文。在第二变型中，材料载体12可以包括无粘结剂糊剂，该无粘结剂糊剂包括悬浮在溶剂中的材料颗粒，不具有聚合物粘结剂，或者具有小于按重量、质量或体积计阈值百分比的粘结剂(例如，小于50％、25％、10％或按体积计其他百分比；小于按质量计8％、3％、1％或其他百分比等)。溶剂可以在工作温度范围内是挥发性的(例如，具有小于或等于工作温度范围内的温度的沸点或升华点；图14中示出的实例)或在工作温度范围是液体(例如，其中沉积的层10可以随后被加热或以其他方式处理以除去溶剂)。溶剂可以是有机的、无机的，或者具有任何其他合适的性质。溶剂的实例包括水、乙醇、丙烷、丁烷、丙酮、丙醇、己醛、甲醛、增塑剂或任何其他合适的溶剂。

系统100可以另外地沉积和操纵支撑材料16，该支撑材料16用于在部件制造期间(例如，在部件印刷期间)支撑工作材料。支撑材料16可以具有比工作材料低的熔点或分解点，比工作材料更易挥发，比工作材料更脆，或相对于工作材料具有任何其他合适的物理性质。支撑材料16可以包括碳质微米颗粒(例如，石墨、炭黑)、聚合物(例如，塑料、凝胶)、碳钢、陶瓷、沙子、碳、二氧化硅、氧化铝、硼，或者是任何其他合适的材料。支撑材料16可以作为支撑材料载体(例如，糊剂)的一部分沉积、作为粉末沉积，或以任何其他合适的形状因子沉积。支撑材料16可以用于支撑工作材料悬垂、形成用于工作材料的底片(negatives)(例如，其中工作材料可以填充底片、被加热以符合底片几何形状等)，或以其他方式使用。可选择地，可以利用工作材料载体的粘度来产生悬垂(例如，小于40°、35°、70°等的悬垂)。

系统100的沉积机构200用于将预定体积的材料沉积在工作容积内的预定位置中。材料可以包括：工作材料、支撑材料16、金属、涂层、沉积试剂、处理试剂，或者是任何其他合适的材料。系统100可以包括一个或更多个沉积机构。在第一变型中，系统100包括用于每种材料类型的不同的沉积机构。在第二变型中，系统100包括用于一种材料类型的多个沉积机构(例如，沉积机构的阵列，被连接至公共材料储存器的沉积头的阵列等)。在第三变型中，系统100包括用于多种材料类型的一个沉积机构(例如，工作材料和支撑材料16两者均通过相同的头被沉积)。当系统100包括多个沉积机构时，所述多个沉积机构可以静态地连接、独立地平移、沿第一轴线静态地连接以及沿第二轴线独立地可致动，或以其他方式连接。

沉积机构200可以包括沉积头、材料储存器和沉积力机构。沉积头210可以包括挤出机头、印刷头、针、喷嘴(例如，喷墨喷嘴、静电喷嘴等)，或者包括任何其他合适的头。沉积头210的挤出孔可以是对称的(例如，圆形的、卵形的等)，不对称的，或者具有任何其他合适的形状。在特定的实例中，沉积头210包括具有挤出孔的针，所述挤出孔具有在50-500μm之间的直径，但可以可选地具有直径在5-250μm或0.5-5mm之间或任何其他合适的直径的挤出孔。沉积头210可以被加热(例如，被加热至材料载体熔点)、未被加热(例如，不被有源地控制、平衡至室温等)、被冷却或以其他方式热管理。每个沉积机构可以包括一个或更多个相同类型或不同类型的沉积头。

材料储存器18可以包括：保持一定体积的材料(例如，罐)或材料试剂的材料储存器、材料的卷或卷轴、盒或其套件(set)(例如，具有不同的材料载体组分)，或者包括任何其他合适的储存机构。材料储存器可以由玻璃、陶瓷、金属、塑料或任何其他合适的材料制成。每个沉积机构可以包括一个或更多个相同或不同类型的材料储存器组件，其中多个材料储存器组件可以流体地连接或隔离。材料储存器可以静态地安装至工作容积140(例如，顶壁)，与沉积头210一起平移(例如，被安装至与沉积机构相同的平移机构)；独立于沉积头平移或以其他方式安装。在一个变型中，材料储存器18通过流体歧管(例如，柔性管、刚性管等)连接至沉积头210，但可以可选择地直接流体地连接至头(图2中示出的实例；例如，其中头被安装至材料储存器的侧壁；其中材料储存器和头是整体件等)。然而，材料储存器可以以其他方式连接至沉积头。

沉积力机构用于将材料从材料储存器移动至沉积头。沉积力机构可以是无源的(例如，由重力、流体静压力等驱动)，有源的(例如，由电机驱动)，或以其他方式致动。沉积力机构可以是一组辊(例如，被耦接至头并且被配置成将材料从卷拉入挤出头中)、活塞(例如，气驱动的、液压驱动的等)、螺旋钻，或者是任何其他合适的力产生机构。沉积力机构可以被连接至材料储存器，其中沉积力机构将沉积力(例如，正向力)施加至材料储存器内的材料，以迫使材料朝向沉积头。可选择地，沉积力机构可以被连接至沉积头，其中沉积力机构产生吸力或进给力，以将材料从材料储存器拉入头中。然而，沉积力机构可以以任何其他合适的方式运行。

沉积机构200可以任选地包括材料调节机构，所述材料调节机构用于在沉积之前(例如，用于沉积)和/或在沉积之后调节材料载体12。调节材料载体12的实例包括：加热材料载体12(例如，熔化、软化等)，使材料载体12反应(例如，与光催化剂等反应)，将材料与溶剂混合，向材料中添加添加剂，或以其他方式调节材料。材料调节机构可以被集成到沉积头中，被连接至沉积头210(例如，沿印刷方向在沉积头210之前，沿印刷方向在沉积头210之后等)、材料储存器、歧管、工作容积、工作台，或者被连接至任何其他合适的组件。例如，沉积头可以在层沉积之前选择性地将粘结剂加热至粘结剂熔点(当材料载体12包括粘结剂时)。材料调节机构的实例包括：发光元件(例如，激光器、UV光、IR光等)、加热元件(例如，电阻加热元件、电晕放电元件等)、冷却元件(例如，风扇、珀尔帖冷却器等)、喷嘴、压力产生元件、混合元件或任何其他合适的材料调节机构。

平移机构300用于沿着一个或更多个轴线在工作容积140内安装和平移沉积机构或其组件。在一个变型中(图5中示出的实例)，平移机构300沿着x轴线和z轴线移动沉积机构200，而工作台500控制y轴线移动。在第二变型中，平移机构300沿着x轴线和y轴线移动沉积机构200，而工作台500控制z轴线移动(例如，沿印刷方向)。在第三变型中(图6中示出的实例)，工作台500被静态地安装至工作容积，并且平移机构300相对于工作台500移动沉积机构和/或材料操纵机构(例如，沿着3个轴线、5个轴线等)。当工件是软固体(例如，具有低刚度、低硬度计值等)或具有高脆性时，该变型可以是合意的，因为导致工件运动的工作台运动可能使工件变形。然而，平移机构300可以控制沿着所有轴线的移动、沿着单个轴线的移动，或者控制任何其他合适的平移。平移系统可以包括跟踪系统(例如，沿着平移轴线延伸)和致动器。跟踪系统可以包括导轨系统、轨道组、台架系统或能够引导沉积机构平移的任何其他合适的系统。致动器可以包括齿条和小齿轮组件(assembly)、螺杆组件、齿形带组件、电动机、步进电机、电活性聚合物或能够控制沉积机构沿着跟踪系统平移的任何其他合适的致动器。系统100可以包括用于每个轴线的不同的平移机构，或者包括控制沿着多个轴线平移的单个平移机构。例如，系统100可以包括第一平移系统和第二平移系统，所述第一平移系统包括被耦接至沿着x轴线延伸的高架导轨的致动器，所述第二平移系统包括控制z轴线平移的被耦接至每个沉积机构的第二致动器。

工作台500(例如，构建板)用于在材料沉积、添加剂除去和/或部件处理期间保持部件前体(例如，工件)。层优选地被沉积到工作台上或遍及工作台，但可以以其他方式沉积。工作台500优选地布置在工作容积内，与沉积机构相对(例如，在沉积机构下方)，但可以可选择地布置在任何其他合适的位置(location)和位置(position)中。工作台500优选地通过夹子、螺杆、轨道(例如，舌槽系统)或任何其他合适的耦接机构可移除地安装至工作容积140，但可以可选择地大体上永久地安装(例如，内置(built-in))至工作容积。工作台500可以由金属(例如，含铁的、不含铁的)、陶瓷、塑料或任何其他合适的材料制成。工作台500可以另外地包括加热元件、冷却元件、用作热分配机构，或者包括任何其他合适的组件。工作台500优选地是平面的，但可以可选择地是弯曲的(例如，凸的、凹的、凹陷的等)，或者具有任何其他合适的几何形状或特征。工作台500优选地是水平的(例如，大体上垂直于重力矢量)，但可以可选择地倾斜(例如，其中系统100确定倾斜角并且变换印刷坐标以适应该倾斜)，或以其他方式定向。在后一变型的一个变型中，层可以沉积在倾斜的工作台上，并且被操纵成平坦的(例如，相对于：之前的层、工作台平面、工作容积坐标系等)。然而，层可以以其他方式平面化。工作台500可以任选地包括阻尼器(例如，以吸收机械加工或印刷振动)、校平器或任何其他合适的机构。

工作台500可以另外地相对于沉积机构平移部件前体。工作台500可以沿着x轴线、y轴线、z轴线和/或任何其他合适的轴线平移和/或旋转，或者相对于工作容积是静态的。工作台500可以被安装至致动机构或包括致动机构，所述致动机构例如台架、线性电机、旋转电机或控制工作台500运动的其他致动机构。然而，工作台500可以以任何其他合适的方式致动，并且包括任何其他合适的致动机构。

工作台500的位置和/或工件在工作台500上的位置可以被监控和存储(例如，被登记)，以通过一个或更多个工作容积或通过不同的制造阶段来跟踪工件位置。工作台500的位置和/或工件的位置可以使用工作台500平移编码器，使用探头输出，光学地被跟踪，或以其他方式被跟踪。实际位置和预期位置之间的差异可以通过以下来适应：调整工作坐标，调整工作台500或工件的物理位置，或以其他方式适应差异。工件20可以另外地或可选择地被分配标识符，使得工件20可以通过不同的制造阶段被识别和跟踪。工件标识符可以是工作台标识符、工件表面图案(例如，划痕的图案等)、印刷到或机械加工到工件中的标识符，或者可以是任何其他合适的标识符。

系统100可以任选地包括工件保持机构，该工件保持机构用于在材料操纵过程、构建板移动期间和/或在任何其他合适的过程期间将工件20保持抵靠构建板和/或支撑工件20。例如，保持机构可以防止工件20在工件20正在被机械加工时从构建板上剪切下来，其中由保持机构产生的平移断裂强度(和/或保持力)匹配或超过机械加工强度、由机械加工工具产生的剪切力、由机械加工工具产生的扭力(torsion)或施加至工件的其他机械加工力。在第一变型中，保持机构510可以在添加剂14制造过程期间施加大体上恒定的力。在第二变型中，保持机构510可以选择性地操作以在某些过程(例如，工件机械加工)期间施加保持力(例如，吸引磁力)，而在其他过程(例如，材料沉积)期间不施加保持力。一个或更多个保持机构可以同时被用于保持工件20(图7中示出的实例)。

在其中工件20(或其一部分)是磁性的(例如，含铁的、基于石墨的等)变型中，工作台500可以是磁性的，或者包括磁性机构530(例如，永磁体、电磁体)，该磁性机构530产生将工件20保持抵靠工作台的磁性保持力535(例如，磁性吸引力、磁性排斥力)。磁性机构530可以包括：永磁体阵列、电磁体阵列或包括一个或更多个磁性元件的任何其他合适的磁性阵列。磁性机构530可以产生横跨构建板的均匀的磁力、横跨构建板的可变的磁力，或者产生任何其他合适的力。磁性机构530可以布置在构建板下方(例如，产生吸引磁力)、在构建板上方(例如，产生排斥磁力)、构建板的侧面(例如，产生抵抗侧向操纵力的磁力)，或以其他方式布置。

在第二变型中，保持机构510包括粘合剂。粘合剂优选地布置在沉积机构200和/或材料操纵机构近侧的构建板表面上的界面层520中，但可以以其他方式布置。粘合剂可以包括：石墨、硼氮化物、二氧化钛、二氧化硅或任何其他合适的粘合剂。界面层520可以另外地或可选择地包括磁性材料、试剂(例如，与材料载体反应)、支撑材料16或任何其他合适的材料。然而，系统100可以包括任何其他合适的保持机构。

在第三变型中，工件20可以通过大量的支撑材料16保持在工作台500上，其中支撑材料16可以粘附至工作台。然而，工件20可以通过范德华力、氢键、静电键、离子键、共价键、固定件(例如，夹具、软卡爪等)或任何其他合适的保持力或保持机构来保持抵靠工作台500。

系统100优选地界定了部件在其中构建的工作容积140(例如，构建容积)。工作容积140可以通过由沉积机构200相对于工作台可达到的容积、由系统支撑件或系统壁界定的容积来界定，或以其他方式界定。系统100可以是具有小占地面积(例如，50cm³构建容积)的台式单元、具有大占地面积的工业单元，或者可以是任何合适的尺寸。

工作容积140可以对周围环境开放、部分封闭、完全封闭、通过歧管(例如，入口歧管、排气歧管)连接至周围环境，或以其他方式流体地连接至周围环境。工作容积140优选地界定工作容积内腔，该工作容积内腔可以是打开的、部分地打开的或完全关闭的。工作容积140可以由柔性裙部、外壳(例如，导热的、绝热的)封闭，或以其他方式封闭。

工作容积内腔的性质优选地被有源地控制(例如，通过环境控制机构，例如温度控制机构)，但可以可选择地被无源地控制、与周围环境平衡，或以其他方式控制。工作容积140的环境控制机构可以是烧结机构的环境控制机构，类似于下文描述的烧结机构的环境控制机构中的一种或更多种，或者可以是任何其他合适的环境控制机构。可以被控制的性质包括工作容积：温度、压力、成分(例如，氮气、氧气、颗粒、挥发物或其他成分的百分比、ppm或其他测量值等)或其他性质。关于以下的性质的平均值(average)、平均值(mean)、梯度、分布或其他值可以被监控和/或控制：整个工作容积、局部的印刷区域(例如，在工件、层或其他工件部分的阈值距离内；围绕工件20或其区域的容积)、邻近层10的区域(例如，层的操纵的部分近侧、层的操纵的部分远侧的层10区域、层的未操纵的部分等)或任何工作容积体素或区域。工作容积140或其部分可以被有源地监控(例如，使用连接至工作容积140或指向工作容积140的传感器120)和/或动态地调整(例如，通过连接至传感器120的控制系统160)、无源地监控(例如，从工具信号、部件变形参数等推断)，或以其他方式监控。可以在层沉积期间、在层10已经干燥或固化之后、在材料操纵期间、在材料操纵之后、在层沉积之后直到材料操纵(例如，包括材料操纵或排除材料操纵)、在整个过程中控制所述性质，或对于任何其他合适的过程或方法阶段控制所述性质。

在一个变型中，系统100可以包括用于控制局部的工作容积温度或总体工作容积温度的温度控制机构。温度控制机构可以被布置在工作容积内，热连接至工作容积内腔，或相对于工作容积以其他方式布置。在第一实施方案中，温度控制机构控制工件温度。在第一实施方案中，温度控制机构优选地将工件20的层保持在大体上均匀的工作温度(例如，在5摄氏度变化内、在0.5摄氏度变化内、在.005摄氏度变化内、小于阈值温度梯度等)或保持在工作温度范围内，但可以可选择地将单个层10的部分保持在大体上均匀的工作温度(例如，其中其他层可以具有不同的温度)或保持在工作温度范围，将工件20的层保持在不同的温度，将工件20的不同的区段保持在不同的温度，或在工件上产生任何其他合适的温度分布。工件温度可以保持在与工作容积温度相同、高于工作容积温度或低于工作容积温度的温度。在第二实施方案中，温度控制机构将整个工作容积内腔保持在大体上均匀的工作温度(例如，在5摄氏度变化内)，但可以可选择地将工作容积内腔的不同的部分保持在不同的温度。然而，温度控制机构可以控制工作容积的任何其他合适的部分的温度。

工作温度或工作温度范围可以：低于材料载体沉积温度的温度范围(例如，在±5℃、±10℃内等)，或在材料载体沉积温度的温度范围内；低于未冷却的操纵工具操作温度(例如，当操纵工件时未冷却的操纵工具的温度)的温度范围，或在未冷却的操纵工具操作温度的温度范围内；处于、高于、低于材料载体添加剂的相变点(例如，蒸发点、标准沸点、升华点、熔点、凝固点等)的温度范围，或在材料载体添加剂的相变点的温度范围内；处于或低于先前层的温度；处于或低于：100℃、65℃或任何其他合适的温度；在45℃至65℃之间；在30℃至40℃之间；处于、高于或低于室温；和/或任何其他合适的温度。另外地或可选择地，工作容积区域保持在给定温度的持续时间和/或在相继的制造工艺之间的持续时间，例如在相继的层沉积之间的持续时间可以动态地调整，以确保阈值量的添加剂被除去。在一个实例中，工作容积140在整个工艺中保持在未冷却的操纵工具的操作温度，其中材料载体添加剂的沸点低于所述操作温度。在特定的实例中，添加剂的沸点低于150℃，其中将工作容积140保持在100℃或约100℃使添加剂从层中蒸发。在另一实例中，来自工作容积和/或先前层的热量使添加剂从沉积的层中蒸发(例如，其中沉积的层的沉积温度可以低于、等于或高于工作温度，例如室温)。在另一实例中，工作容积温度是不受控的，其中来自操纵工具的废热加热工作容积。在另一实例中，工作容积温度保持处于、高于或低于材料载体的凝固点或熔点。

温度控制机构可以包括：加热的工作台；加热元件(例如，加热灯、电阻加热器、放热反应等)，其被布置在工件20或工作台500上方并且指向工件20或工作台500(例如，被安装至沉积机构200平移机构、单独的平移机构、工作容积140内部等)；内腔加热系统(例如，沿工作容积的壁布置的加热器、对流加热系统等)；冷却系统(例如，对流系统、压电冷却系统、流体冷却系统等)；材料操纵机构600(例如，通过由材料操纵机构操作产生的废热)；上述的组合或任何其他合适的温度控制系统160。

在第二变型中，系统100可以包括用于控制工作容积内腔的气体组成的内腔质量控制机构。在第一实施方案中，内腔质量控制机构包括真空罩，该真空罩从内腔中除去气体、颗粒和/或材料碎片。在一个实例中，真空罩620可以提供负压，该负压足够强以从内腔中除去挥发物和颗粒(例如，小于阈值尺寸)，但足够弱以使从内腔中留下碎片(例如，大于阈值尺寸)。阈值尺寸可以是1微米、10微米、1毫米、1厘米，或者可以是任何其他合适的尺寸。

真空罩620优选地被布置在材料操纵机构、其活动区域(active region)或操纵的层的近侧，并且更优选地朝向材料操纵机构、其活动区域或操纵的层，但可以以其他方式定向。真空罩620可以围绕(例如，环绕)材料操纵机构600(例如，工具头)同心地布置，可以偏离材料操纵机构600(例如，靠近头，图4中示出的实例)，或以其他方式布置。真空罩620可以具有环形几何形状(图3A中示出的实例)、分段的环形几何形状(图3B中示出的实例)、可以为管或具有任何其他合适的几何形状。然而，真空罩可以可选择地沿着工作容积壁布置(例如，流体地连接至内腔)，或以其他方式布置。真空罩620优选地流体地连接至流体歧管，其中该流体歧管可以被流体地连接至周围环境、内腔(例如，其中除去的气体被再循环到内腔中)或任何其他合适的端点。流体歧管可以任选地包括过滤器、干燥剂、催化剂、膨胀室、磁性颗粒收集器、碎片输送系统、选择性膜、冷凝器或其他再生机构，所述其他再生机构优先地从真空的流体中除去颗粒、挥发物、流体或其他污染物。在特定的实例中，系统可以包括磁性元件，该磁性元件产生吸引磁力和/或排斥磁力，该磁性元件沿着过滤器上游的流体歧管布置，其中该磁性元件可以在用过滤器进行流体过滤之前从流体流中提取含铁颗粒(例如，材料颗粒)。

在第二实施方案中，内腔质量控制机构可以类似于烧结机构的环境控制机构，并且将不同的气态化合物溢流或选择性地注入到工作容积140中，以控制内腔气氛。在第三实施方案中，系统100可以包括控制内腔压力的压力控制机构。压力控制机构可以包括泵、真空或任何其他合适的流体操纵机构。在第三实施方案中，内腔质量控制机构可以是碎片清除系统。然而，系统100可以包括用于工作容积的任何合适的环境控制机构。

系统100可以任选地包括添加剂除去机构，该添加剂除去机构用于从沉积的工作材料(例如，糊剂)中除去添加剂。这可以用于将部件层10或部分印刷的部件转变成生坯(例如，通过除去溶剂)或半生部件(例如，通过除去粘结剂)。添加剂除去机构400优选地由控制系统160(例如，其调节提供给添加剂除去机构的动力)控制，但可以以其他方式控制。添加剂除去机构400可以在一组操作模式之间可操作，每个模式具有其自身的一组目标除去参数值。例如，添加剂除去机构400可以在干燥模式、固化模式或硬化模式(例如，具有150-300℃的目标温度)和烧结模式(例如，具有小于800℃，或922℃-1384℃等的目标温度)之间操作，或在任何其他合适的模式的组之间操作。添加剂除去机构400可以布置在工作容积内、在工作容积140外部并且选择性地流体地可连接至工作容积140(例如，在工作容积上方、在工作容积下方，邻近工作容积，或与工作容积完全分离)，或以其他方式与工作容积相关。

添加剂除去机构400可以是热机构、电磁机构(例如，光系统)、化学反应机构(例如，其中气体或液体试剂可以被应用至材料层10，以结合添加剂、与添加剂反应或以其他方式除去添加剂)、振动机构(例如，以除去具有不同尺寸或密度的气泡或颗粒)，或以任何其他合适的方式除去添加剂14的任何其他合适的机构。可以使用的示例性热机构可以包括：包括加热元件和对流元件的对流系统(例如，风扇、鼓风机等)、电阻加热系统(例如，加热的丝)、感应加热系统(例如，其向目标层10区域施加电磁涡流)、电磁加热系统(例如，微波加热系统)、IR系统(例如，辐射加热灯)、来自系统组件(例如，材料操纵机构、控制系统160等)的废热、来自先前印刷作业的热量(例如，来自之前的部件的烧结过程)，或任何其他合适的热机构。在特定的实例中，光机构被配置成将材料层加热至150-350℃，以除去材料载体内的溶剂。光机构可以发射一种或更多种波长(例如，IR、UV、白光等)的光束形状的(例如，准直的)光或漫射光，并且可以包括一个或更多个光发射元件(例如，LED、卤素灯、弧光灯、钨灯、激光器等)、滤光器或涂层、透镜或任何其他合适的光参数调整机构。

系统100可以包括一个或更多个相同或不同类型的添加剂除去机构。例如，系统100可以包括单个溶剂除去机构，该溶剂除去机构被配置成从金属糊剂和支撑材料糊剂中除去溶剂。添加剂除去机构400可以静态地安装至工作容积，与沉积机构200一起平移(例如，被安装至与沉积机构相同的平移机构；图2中示出的实例)，独立于沉积机构200平移(例如，被安装至第二独立平移机构)，或以任何其他合适的方式安装。

系统100可以任选地包括用于使一个或更多个材料层成形的材料操纵机构。特别地，材料操纵机构600可以细化部件几何形状(例如，控制部件容差、限定尖锐特征、成形内拐角(interior corner)等)，控制层10的表面特征(例如，平面性，产生层间界面特征)，混合邻近层之间的界面，或以其他方式成形材料层。材料操纵机构600优选地选择性地操作沉积的层的一部分，并且可以成形层侧面、层宽面(例如，表面)、层10的拐角或任何其他合适的层部分。材料操纵机构600优选地由控制系统160控制(例如，基于虚拟部件模型)，但可以以其他方式控制。系统100可以包括一个或更多个相同或不同类型的材料操纵机构。例如，第一材料操纵机构可以用于工作材料，而第二不同的材料操纵机构可以用于支撑材料16。

材料操纵机构600可以基于材料载体12的组成、待形成的几何形状(例如，容差、特征)、层10的尺寸(例如，厚度、宽度、长度)、层温度、层流变学或变形性或任何其他合适的变量被选择性地选择和/或控制(例如，通过控制系统160)。例如，当材料载体12是无粘结剂糊剂时，头速度可以较高(例如，在50,000-100,000rpm之间)，并且对于具有聚合物粘结剂的糊剂，头速度可以较低(例如，小于50,000rpm)。然而，材料操纵机构600可以以其他方式控制。

材料操纵机构600优选地布置在工作容积内，但可以可选择地布置在工作容积的外部、与工作容积分离，或以其他方式与工作容积相关。材料操纵机构600可以被静态地安装至工作容积，与沉积机构200一起平移(例如，被安装至与沉积机构相同的平移机构)，独立于沉积机构200平移(例如，被安装至第二独立的平移机构)，或者可以以任何其他合适的方式安装。例如，材料操纵机构600可以被安装至与沉积机构相同的平移机构，并且可以相对于沉积机构200致动(例如，沿着机械加工轴线例如z轴线平移)或者可以相对于沉积机构200静态地安装(在图5中示出的实例；例如，沿着沉积和/或机械加工轴线延伸超出沉积机构200，沿着沉积和/或机械加工轴线比沉积机构200短等)。材料操纵机构600相对于沉积机构200(例如，沉积头)的轴向位置、旋转位置、角位置和/或其他位置优选地是已知的，并且通过坐标变换或位置校准(例如，使用探头或参考点601)来说明，但可以可选择地是未知的或以其他方式管理。

材料操纵机构600可以包括：材料除去机构(例如，减法制造机构(subtractivemanufacturing mechanism)或头)、材料变形系统、光刻系统或任何其他合适的系统。可以使用的材料除去机构包括：切削工具，例如线性切削工具(例如，刀头(tool bit)、拉刀)或旋转切削工具(例如，钻头、埋头钻(countersink)、埋头孔(counterbore)、丝锥、模具、铣刀、铰刀、冷刀(cold way blade)；图2中示出的实例)；机械磨损系统；激光烧蚀系统；电磁切割系统；等离子切割系统；流体切割系统(例如，使用定向加压流体，例如空气或液体，具有或不具有颗粒，例如金刚石)；气蚀(cavitation)系统；气体产生系统；冲击系统(例如，切屑(chipping)系统)；或任何其他合适的材料除去机构。切削工具可以通过单工具夹持器、多工具夹持器(例如，对于软工具，具有工具更换器)来保持，或以其他方式保持。可以使用的材料变形系统包括：柔性刀片(例如，涂漆刀(painting knives))、定向加压流体(例如，气体、液体等)，或任何其他合适的材料变形系统。材料操纵机构600可以兼作添加剂除去机构，其中材料操纵机构600可以以第一模式(例如，低功率模式)操作以用作添加剂除去机构，并且以第二模式(例如，高功率模式)操作以用作材料操纵机构。可选择地，材料操纵机构600可以与添加剂除去机构400分离。然而，系统100可以包括任何数量的任何其他合适的材料操纵机构。

材料操纵机构600可以任选地包括用于从工件20和/或工作台除去材料碎片(例如，从工件除去的材料)的碎片清除系统。碎片清除系统可以包括：正压系统，该正压系统被配置成将加压流体(例如，冷却剂、水、空气)朝向工件20引导(例如，垂直于工作台、平行于工作台、与工作台成一定角度等)；负压系统，该负压系统被配置成将碎片吸离工件20(例如，被布置在材料除去机构近侧，被布置在工件的操作的部分近侧等)；电磁系统(例如，被配置成产生吸引碎片的磁吸引力)；内腔质量控制机构；或者包括任何其他合适的碎片清除系统。可选择地，材料操纵机构600可以兼作碎片清除系统，其中除去的材料可以优先地粘附至材料操纵机构600，而不是工件20。然而，系统100可以包括任何其他合适的碎片清除系统。

系统100可以任选地包括用于烧结干燥的材料层的烧结机构。材料层可以在层沉积过程之间、在工件20完全印刷之后(例如，在具有近似于虚拟部件模型的几何形状的对象前体形成之后)、在层沉积期间、在层操纵期间或在任何合适的时间烧结。在一个变型中，添加剂除去机构400可以兼作烧结机构，使得部件在相同的工作容积(例如，原位)中被印刷、任选地被操作和烧结。在第二变型中，烧结机构700可以是与添加剂除去机构400不同的机构(例如，单独的且不同的容积)。烧结机构700优选地由控制系统160基于测量的工件温度来控制，但可以以其他方式控制。系统100可以包括一个或更多个相同或不同类型的烧结机构(例如，一个用于工作材料，一个用于支撑材料16)。烧结机构可以静态地安装至工作容积，与沉积机构200一起平移(例如，被安装至与沉积机构相同的平移机构)，独立于沉积机构200平移(例如，被安装至第二独立平移机构)，或以任何其他合适的方式安装。

烧结机构700可以是热机构(类似于或不同于添加剂除去机构400热机构)、压力产生元件(例如，活塞、加压室等)、激光系统或任何其他合适的烧结机构。热机构优选地被配置成将工件20或材料层10加热至500℃-800℃，但可以可选择地将工件20或材料层10加热至400℃-1000℃，或加热至任何其他合适的范围。在第一变型中，烧结机构700可以是安装至工作容积的一组加热元件。在第二变型中，烧结机构700可以是邻近工作容积并且选择性地流体地连接至工作容积的加热室(例如，炉)，其中工作台500可以被移动(例如，使用平移机构自动地移动；手动地移动等)到加热室中。在第三变型中，烧结机构700可以是与工作容积分离的加热室，其中支撑工件的工作台从工作容积140中移除并且被插入到加热室中(图9中示出的实例)。然而，烧结机构700可以以其他方式配置。

烧结机构700可以任选地包括在烧结区域被烧结的同时控制烧结环境的环境控制机构(图2中示出的实例)。更优选地，环境控制机构产生围绕烧结区域的惰性气氛。可选择地，烧结区域可以在气氛下、在弱还原性物质例如脂肪族醇蒸气或一氧化碳气体的存在下或在任何其他合适的气氛中烧结。在第一变型中，环境控制机构包括惰性气体系统，该惰性气体系统包括保持惰性气体的惰性气体储存器(例如，被安装在工作容积外部、被安装在工作容积内等)和流体地连接至烧结区域的流体出口(例如，喷嘴等)。惰性气体系统可以任选地包括加热气体(例如，加热至目标温度)的加热元件、控制通过系统100的气体流动的流动控制系统160，或者包括任何其他合适的组件。惰性气体可以包括N₂、He、Ar、Ne、Kr、Xe、Rn、CO₂或任何其他合适的化合物。在第一实施方案中，环境控制机构形成围绕烧结区域的惰性气体幕。在该实施方案中，流体出口优选地静态地耦接至热机构并且布置成围绕或邻近热机构，但可以可选择地与热机构分离并且独立地被控制。该变型可以任选地包括控制朝向烧结区域的流体流动的物理的、不透气的帘或挡板。在第二实施方案中，环境控制机构用惰性气体填充工作容积140，其中外壳(界定工作容积)协作地形成环境控制机构。在第二变型中，环境控制机构包括抽吸机构，该抽吸机构抽真空和/或从邻近烧结区域的容积中除去空气。

系统100可以任选地包括用于处理工件的处理机构800。处理机构800的变型包括：退火机构、回火机构或包括加热室的老化机构；包括流体冷却系统(例如，喷嘴、储存器等)的淬火机构，该流体冷却系统被配置成将气体或液体冷却剂浸没或喷射到工件上；包括独立控制的加热元件和/或容积的硬化机构；将浸渗剂金属浸渗到印刷的基质中的金属浸渗系统；电镀系统；钝化系统；渗碳系统；渗氮系统；或者包括任何其他合适的处理机构。在一个实例中，退火机构可以在预定的加热持续时间(例如，30-300分钟)内将工件20加热至目标温度(例如，500℃-900℃)，将工件20保持在目标温度持续预定的保持时间(例如，10-60分钟)，并且在预定的冷却持续时间内将工件20冷却至第二目标温度(例如，环境温度)。添加剂除去机构400或烧结机构可以兼作处理机构；可选择地，处理机构800可以是单独的组件。处理机构800优选地由控制系统160基于测量的工件温度来控制，但可以以其他方式控制。系统100可以包括一个或更多个相同或不同类型的处理机构。处理机构800优选地布置在工作容积140外部(例如，在工作容积上方、在工作容积下方，邻近工作容积，或与工作容积完全分离；图2和图8中示出的实例)，但可以可选择地布置在工作容积内，或以其他方式与工作容积相关。处理机构800优选地流体地连接至工作容积，但可以以其他方式连接。

处理机构800优选地包括热机构，但可以可选择地包括化学处理系统或任何其他合适的系统。热系统优选地是包括加热元件的加热室(例如，炉)，但可以可选择地包括定向加热系统或任何其他合适的系统。加热室可以是马弗炉、箱式炉或任何其他合适的加热室。加热元件410可以包括：感应加热元件、电阻加热元件、辐射灯、燃烧元件、放热反应或任何其他合适的加热元件。

处理机构800可以任选地包括环境控制机构，该环境控制机构可以是烧结机构的环境控制机构，可以是与烧结机构的环境控制机构相同的机构，或者可以不同于烧结机构的环境控制机构。退火机构环境控制机构优选地产生惰性气氛或还原性气氛以防止金属部件的氧化，但退火可以可选择地在环境气氛(例如，当使用较低温度例如400-600℃时)中、在氧化气氛中或在任何其他合适的环境中发生。可以用于产生退火气氛的气体包括氩气、氮气、氢气、水、氨、一氧化碳、二氧化碳、含硼物质、含碳物质或任何其他合适的化合物。

处理机构800可以任选地包括将工件20运送到退火机构中的运送机构(图2中示出的实例)。在第一变型中，运送机构是工作台，其中工作台500被致动(例如，提升、拖动、滑动、下降等)到退火机构中。在第二变型中，运送机构包括推车，该推车保持工作台500并且将工件20移动到退火机构中(例如，通过受控的环境通道、通过环境气氛等)。然而，可以使用任何其他合适的运送机构。

系统100可以任选地包括用于在部件制造期间监控工作容积140的一组传感器120(图2中示出的实例)。传感器120可以将采样信号提供给控制系统160，其中控制系统160可以控制和/或调整系统组件操作和/或工作容积参数：在构建过程之后或在任何合适的时间，实时或近实时动态地控制和/或调整。系统组件操作和/或工作容积参数可以使用以下来控制或调整：方程式、启发式、概率、朴素贝叶斯方法(

Bayes method)、规则、决策树、神经网络、遗传程序、支持向量或任何其他合适的方法，其中所述方法可以使用监督学习、非监督学习、回归或任何其他合适的方法来训练、生成或以其他方式手动生成。

可以使用的传感器120包括：光学传感器(例如，多光谱相机、超光谱相机、可视范围相机、立体相机、环境光传感器、发光元件、LIDAR系统、激光投影系统等)、声学系统(例如，雷达、麦克风系统、超声系统等)、温度传感器(例如，热电偶、对工作容积的图像的IR分析等)、压力传感器、电导率传感器(例如，电导率探头)、电阻率传感器、化学传感器(例如，氧气传感器)或任何其他合适的传感器的组。系统100可以包括安装在阵列中或不同位置中的一个或更多个相同或不同类型的传感器120。传感器120可以静态地安装至工作容积，与沉积机构200一起平移(例如，被安装至与沉积机构相同的平移机构)，独立于沉积机构200平移(例如，被安装至第二独立平移机构)，或以任何其他合适的方式安装。在一个实例中，系统100可以包括邻近沉积机构安装的光学系统，其中可以分析记录的图像的材料沉积速率、材料沉积结果(例如，缺陷、间隙、坑等)、添加剂除去条件(例如，温度、横跨层的干燥均匀性等)、材料操纵结果(例如，凿槽、缺陷、与容差阈值的几何差异、表面光洁度等)、烧结条件或任何其他合适的工艺参数，其中采样的图像可以使用以下来分析：图像分析技术，例如包括HOG和SIFT的对象识别技术、鉴定、检测或任何其他合适的技术；运动分析技术，例如光流；或任何其他合适的基于图像的技术。在特定的实例中，响应于层10的几何形状与目标几何形状的差异超过阈值差异的确定，系统100可以自动地控制材料操纵机构600，以移除全部层或一些层(例如，局部的区域)。在第二特定的实例中，系统100基于传感器反馈自动地调整挤出参数(例如，温度、挤出速率、平移速率)。然而，传感器反馈可以以其他方式使用。

系统100可以包括控制系统160，该控制系统160用于进行下文公开的方法，和/或控制全部或一部分系统组件的操作(图2中示出的实例)。控制系统160可以是机载处理器(例如，微处理器、CPU、GPU)、远程计算系统(例如，通过有线或无线连接例如蜂窝(cellular)、WiFi或其他技术连接的服务器系统)、连接的用户装置(例如，通过有线或无线连接，例如，BLE、NFC或WiFi)，可以是上述的组合，或者可以是任何其他合适的控制系统160。控制系统160优选地电连接至系统组件，但可以以其他方式连接至组件。系统100可以包括动力系统，其用于为系统组件提供动力。动力系统可以是电池系统、电网连接器(例如，插头)、功率转换系统、化学反应，或者可以是任何其他合适的动力系统。然而，系统100可以包括工具更换器603、工具清洁器602(例如，用于操纵头610、沉积头210)、通信系统、用户界面或任何其他合适的组件。

4.方法

如图10所示，用于添加剂金属制造的方法包括：在工作容积S100内选择性地沉积材料载体；从材料载体S200中除去添加剂；以及处理所得的材料S300。该方法可以任选地包括操作材料S400；以及监控添加剂制造过程，并且基于过程监控S500动态地调整添加剂制造参数。该方法优选地通过上文公开的系统来进行，例如通过上文公开的系统的控制系统来进行，但可以通过远程计算系统(例如，远程地控制所述系统)或通过任何其他合适的系统来进行。

该方法的变型包括在工作容积内沉积金属糊剂的层，从沉积的层中除去溶剂(例如，使层干燥)，操作干燥的层(例如，机械加工干燥的层)，烧结干燥的层，对工作材料和/或支撑材料的每个连续的层重复该方法，直到形成具有近似于虚拟部件模型的几何形状的工件，以及烧结该工件。该方法的第二变型包括：沉积金属糊剂的层，操纵沉积的层(例如，操纵湿层)，干燥操纵的层，重复上述过程，直到形成具有近似于虚拟部件模型的几何形状的工件，以及烧结该工件。然而，该方法可以以其他方式进行。

印刷的工件(例如，烧结前、沉积后、添加剂除去后、机械加工后等)优选地具有近似于虚拟模型的几何形状，并且可以具有近净几何形状或形状(例如，在虚拟部件模型几何形状的10％、5％、3％、1％或小于1％内)、被套印(overprint)(例如，具有大于虚拟部件模型尺寸的10％的一个或更多个尺寸)、被底印(underprint)或具有任何合适的几何形状。在一个变型中，印刷的工件(或其层)可以在层沉积之后具有近净几何形状(例如，对于整个部件，给定的切片)，而无需层操作。该变型可以使用具有低收缩百分比(例如，小于20％、15％等)的材料载体，例如无粘结剂糊剂(例如，其形成高密度生坯)，或任何其他合适的材料载体。在第二变型中，在层操纵之后，印刷的工件可以具有近净几何形状。该变型可以包括将层套印(例如，以第一低分辨率)，然后将层机械加工至近净几何形状(例如，以与虚拟部件容差相关的第二高分辨率)，或以其他方式实现近净几何形状后操纵。该变型可以使用具有低收缩百分比的材料载体、接近或涵盖未冷却的机械加工工具操作温度的工作温度(例如，使得局部的层区域在机械加工前或机械加工后不通气)、或任何其他合适的组件或参数的组。印刷的工件(例如，生坯或半生体)优选地具有高密度，例如超过60％、超过65％、超过75％或超过任何合适的百分比密度；然而，印刷的工件可以具有任何合适的密度。

烧结的工件优选地具有近净几何形状或大体上匹配虚拟部件模型的几何形状(例如，在与虚拟部件模型相关的容差内)，但可以可选择地具有任何合适的几何形状。烧结的工件优选地具有高密度(例如，高于80％、95％、99％等)，但可以具有任何合适的密度。

在工作容积S100内选择性地沉积材料载体用于逐层地选择性地构建工件的几何形状。所得的工件可以是生坯、半生体或者具有期望的最终组成。所得的工件可以具有近净几何形状或具有任何其他合适的形状。材料载体优选地使用上文描述的沉积机构来沉积，但可以可选择地使用任何其他合适的系统来沉积。材料可以是工作材料、支撑材料或任何其他合适的材料。材料载体优选地是包括材料和溶剂的糊剂，但可以是任何其他合适的材料载体。工作材料和支撑材料可以同时地沉积(例如，同时地操作不同的沉积机构，这些沉积机构可以静态地耦接在一起或相对于彼此致动)、顺序地沉积(例如，沉积工作材料和支撑材料的交替的层)、分批沉积(例如，沉积多个工作材料层，然后沉积多个支撑材料层)，或以任何其他合适的顺序沉积。材料载体优选地沉积在工作容积内的预定位置中，但可以随机地沉积(例如，并且随后选择性地除去)或以其他方式沉积。预定位置优选地使用虚拟切片方法基于虚拟部件模型(例如，从用户账户接收、从计算机辅助设计环境接收等)来确定，但可以以其他方式确定。材料载体优选地作为成形的层沉积(例如，跟踪虚拟部件切片的几何形状)，但可以可选择地作为大体上连续的层沉积(例如，其中部件几何形状随后被界定在层中)，或以其他方式沉积。印刷的层的尺寸(例如，宽度、厚度、长度等)可以基于以下来确定：各自的虚拟模型切片、在后续加工过程(例如，干燥、烧结、退火、机械加工等)期间的预期量的收缩或变形、系统的分辨率、沉积机构和/或材料操纵机构、与虚拟部件模型相关的容差、印刷的几何形状，或以其他方式确定。印刷的层优选地具有低于最终部件分辨率的分辨率，但可以可选择地具有相同或更高的分辨率。

在包括混合制造过程的实施方案中，层可以以第一分辨率印刷，然后以高于第一分辨率的第二分辨率机械加工。第一分辨率可以在与虚拟部件容差(例如，与虚拟部件相关的容差)相关的分辨率之外，而第二分辨率可以在所述分辨率范围内。与容差相关的分辨率范围可以被预先确定、根据经验确定、计算、选择或以其他方式确定。分辨率范围优选地导致具有在虚拟部件容差内的物理部件尺寸(例如，其中分辨率范围适应加工后期间的部件收缩)的最终部件(例如，后加工)，但可以可选择地导致具有在虚拟部件容差内的尺寸的工件(例如，生坯、半生体)，或以其他方式与虚拟部件容差相关。然而，第一分辨率和第二分辨率可以以其他方式相关。在一个实例中，每个层的宽度和/或长度可以被套印预定的百分比(例如，3％、10％等)，其中随后的机械加工过程(例如，铣削)除去过量的材料。然而，层的尺寸可以以其他方式确定。层优选地在层沉积温度沉积，该层沉积温度可以是在沉积头的上游、在沉积头处、在沉积的层处、在沉积头和层之间或在任何其他合适的位置测量的材料或材料载体的温度。沉积的层(例如，印刷的层、沉积后的层)优选地具有印刷的层温度，该印刷的层温度可以低于、高于或等于(例如，在平衡之后)：层沉积温度、工件的温度(例如，工件温度)、先前层温度(例如，沉积的层被沉积在其上的层的温度)、工作容积温度或环境温度，或任何其他合适的温度。

沉积材料载体S100优选地包括：用平移机构将各自的沉积机构移动至工作容积内的预定位置，根据预定的沉积参数的组沉积材料载体，但可以以其他方式沉积。沉积参数可以包括：沉积速度(例如，速率)、沉积压力、平移速度、层厚度、层宽度、层长度、层间距、材料载体温度、材料载体粘度、材料载体组成、材料载体密度，或者包括任何其他合适的参数。沉积参数可以被预先确定(例如，基于虚拟模型、材料载体组成、材料)、动态地调整(例如，基于使用神经网络、启发式或其他确定方法的传感器反馈)，或以其他方式确定。

在一个变型中，沉积材料载体包括使材料糊剂从喷嘴流出进入工作容积中。在第二变型中，沉积材料载体包括在从热端挤出软化的细丝并且沉积到工作容积中之前，用热端(例如，加热的印刷头)将材料细丝(例如，原料、与热塑性塑料混合的金属等)加热至软化温度(例如，刚好低于材料细丝的熔点的温度)。在该变型中，沉积的层可以在工作温度硬化，在随后的加热(例如，通过添加剂除去机构施加)下硬化，在工作温度下保持柔软(例如，以促进层间粘附)，或者在工作容积的工作温度下具有任何其他合适的特性。

从材料载体S200中除去添加剂用于干燥、烧结或以其他方式加工材料载体。所得的工件可以是生坯、半生体或者具有期望的最终组成。所得的工件可以具有近净几何形状或具有任何其他合适的形状。除去的添加剂优选地是溶剂，但可以可选择地是粘结剂、气体气泡、结晶变形、位错(dislocations)或任何其他合适的化合物或夹杂物。添加剂优选地用添加剂除去机构除去，但可以通过任何其他合适的组件除去。添加剂优选地在工作容积内被除去，但工件可以被运送至第二容积用于添加剂去除，并且任选地返回至工作容积用于随后的材料添加过程。添加剂优选地在层沉积之后且在材料操纵之前被除去(在图11和图12中示出)，但可以可选择地在层沉积之前或在层沉积期间除去；在材料沉积之前、期间或之后除去；在材料操纵期间或之后除去；或在任何其他合适的时间除去。添加剂可以在逐层的基础上除去；从多层工作材料、多层支撑材料或支撑材料和工作材料的混合层中同时地除去；从具有近净几何形状的工件中同时地除去；或在任何其他合适的时间除去。添加剂可以从整个材料层中除去、从材料层的子集中除去，或从任何其他合适的材料层部分中除去。在一个实例中，随着层的后续部分正在被沉积，层的第一部分被干燥(例如，添加剂被除去)，其中添加剂除去机构跟随沉积机构平移。在第二实例中，在整个层被沉积之后，层被干燥。在第三实例中，预定位置近侧的环境容积保持在工作温度范围内，其中工作温度范围涵盖或高于添加剂的相变点(例如，标准沸点)。添加剂优选地根据一组除去参数值(例如，除去持续时间、温度、压力、位置、供应至添加剂除去机构的功率、循环时间表等)除去，该组除去参数值可以被预先确定(例如，对于整个部件、对于材料、对于特定的层等)，动态地确定(例如，基于来自在前层、来自邻近层区域、来自瞬时工件参数等的结果)，或以其他方式确定。在特定的实例中，除去参数值可以在逐层的基础上设置，使得所得部件中的不同的层可以具有不同的材料性质。

除去添加剂S200可以包括：控制沉积的材料载体的温度，将沉积的材料载体保持在目标温度范围内，调整(例如，根据预定的时间表动态地调整、循环等)沉积的材料载体温度，加热(并且任选地保持)沉积的材料载体在目标温度范围内，将试剂应用至沉积的材料载体，催化沉积的材料载体中的反应，或以其他方式除去添加剂。沉积的材料载体优选地保持在等于或低于参考温度的目标温度范围，但可以可选择地保持在高于、等于参考温度和/或以其他方式与参考温度相关的温度。可选择地，沉积的材料载体可以被加热至高于参考温度的温度范围，或以其他方式热操纵。参考温度可以是层沉积温度、工件温度、先前层温度、基底温度(例如，其中基底可以是构建板、先前层或新层被沉积在其上的工件)、工作容积温度、局部容积温度(例如，沉积的层将占据的容积、邻近沉积的层的容积的容积等的温度)或任何其他合适的温度。沉积的材料载体的温度可以被局部地控制或被全局地控制。例如，方法可以控制沉积的层近侧的工作容积或邻近沉积的层的工作容积的温度、整个工作容积的温度或层自身的温度。对于最新沉积的层、对于所有沉积的层、对于特定的层(例如，由给定材料形成的层、对所得部件几何形状具有大影响的层等)或对于任何合适的层的组，可以控制沉积的材料载体的温度。

工作容积优选地保持在工作温度(例如，目标温度)，但工作温度可以另外地或可选择地关于以下来设置：沉积的层、正在被沉积的层、层容积近侧和/或层容积内的工作容积体素(例如，沉积的层将占据的容积)、先前层(例如，正在其上沉积的层)、一个或更多个工件层或工作容积内的任何其他合适的容积。工作温度优选地等于或小于参考温度，但可以可选择地高于参考温度或以其他方式与参考温度相关(例如，与沉积的材料载体相同或不同的参考温度)。

沉积的材料载体参数(例如，温度、压力等)可以被有源地或无源地控制。参数可以通过控制糊剂的参数(例如，在沉积期间、在沉积之后)、工作容积、局部的容积(例如，层近侧)、层容积(例如，层占据或将被占据的容积)或任何其他合适的容积来控制。在一个变型中，控制参数包括在预定的时间范围期间将邻近(例如，邻近、连续、重叠)之前的层(例如，支撑材料、印刷材料或任何其他合适的材料)的容积的温度保持在参考温度或低于参考温度。容积可以是围绕层的工作容积、沉积的层和印刷热量之间的容积、下一层容积或任何其他合适的容积。在第二变型中，控制参数包括在预定的时间范围期间将层自身的温度保持在参考温度或低于参考温度。在第三变型中，控制参数包括在预定的时间范围期间将先前层的温度保持在参考温度或低于参考温度。在第四变型中，控制参数包括在预定的时间范围期间将下一层近侧的容积的温度保持在参考温度或低于参考温度。然而，参数可以以其他方式控制。参考温度可以是工作容积温度、先前层温度、层沉积温度，或者可以是任何其他合适的温度。时间范围可以：在整个方法过程(例如，在整个沉积中、在整个操作中等)，在方法过程内(例如，在沉积或操纵的一部分期间)，在方法过程之间(例如，在沉积之后直到操纵等)，或者可以是任何合适的时间。

在第一变型中，将沉积的材料载体保持在温度范围内可以包括用来自机械加工头的废热、有源温度控制系统(例如，一组有源控制的加热元件)或其组合将全部或一部分工作容积保持和/或选择性地加热或冷却至工作温度范围。在一个实例中，在整个一个或更多个后续层的沉积过程中，可以将印刷的层近侧的工作容积体素保持(maintained)(保持(held))在工作温度(图14中示出的实例)。在第二实例中，沉积的材料在沉积和机械加工和/或下一层沉积之间不被工作容积内的局部加热元件(例如，热空气、激光)加热。在第二变型中，将沉积的材料载体保持在温度范围内可以包括在以下期间将邻近先前层的容积的温度(例如，工作容积的温度、层正在被沉积到其中的容积的温度、正在被沉积的层的温度、沉积的层的温度等)保持在处于或低于参考温度(例如，层沉积温度、先前层温度等)：在沉积之后直到选择性机械加工；在整个随后的层沉积中；或持续任何合适的时间段。在一个实例中，这包括用远离沉积的材料层的加热灯加热沉积的材料载体或层，以将环境工作温度保持在工作温度范围内。在第三变型中，加热沉积的材料载体包括将感应元件或电阻加热元件移动至层近侧，并且以添加剂除去模式操作所述元件。在第四变型中，加热沉积的材料载体包括将局部加热元件(例如，激光、热气体)导向层，并且以添加剂除去模式操作局部加热元件。然而，添加剂可以以其他方式除去。

该方法可以任选地包括操纵材料S400，这用于细化印刷的材料的几何形状。几何形状细化的实例可以包括：除去材料以实现期望的几何形状、修饰材料表面(例如，侧面、顶部)、图案化材料表面(例如，以实现期望的图案，以增加层间结合面积等)，或以其他方式细化材料表面的几何形状。操纵的层和/或所得的工件优选地具有近净几何形状，但可以可选择地具有更大的几何形状或任何其他合适的几何形状。

材料操纵S400可以另外地或可选择地改变印刷的材料的材料性质(例如，加工硬化材料)。材料优选地在工作容积内被操纵，但可以可选择地在单独的容积内操纵(例如，其中工件被转移至单独的容积用于操纵)。材料优选地通过材料操纵机构操纵，但可以可选择地以其他方式操纵。操纵的材料可以是工作材料、支撑材料或者可以是任何其他合适的材料。材料操纵可以全局地应用(例如，应用至整个层或件)、局部地应用(例如，应用至层的子区域)，或应用至任何其他合适的工件区域。

材料优选地在材料沉积之后操纵，更优选地在层沉积和/或溶剂除去之后操纵(图11和图15中示出的实例)，但可以可选择地在以下期间操作：在层沉积期间(例如，随着第二部分正在被沉积，层的第一部分被操纵)；在如图12和图16所示的添加剂除去(例如，干燥；溶剂除去)、烧结或材料处理之前；在添加剂除去之后；在已经印刷了粗糙部件之后(例如，喷射到模具中)；或在任何其他合适的时间。材料优选地在逐层的基础上操纵(例如，在沉积、烧结或处理每个层之后操纵)，但可以包括同时地操纵多个层(例如，该方法包括印刷多个层，然后操纵多个层)，操纵近净几何形状工件(例如，工件自身可以被机械加工)，或在任何其他合适的时间操纵部件前体。

每个层的全部或一部分(例如，内侧、外侧、宽面等)可以被操纵。在一个变型中，该方法可以包括印刷多个支撑层，机械加工多个支撑层以界定期望几何形状的底片，以及将工作材料印刷到底片中。在第二变型中，该方法可以包括印刷工作材料层，将层的内侧机械加工成预定的几何形状和/或光洁度(finish)，重复该过程直到所有层被印刷，并且用二次机械加工过程来修饰工件外部。然而，材料操纵可以以其他方式使用。

每个层的操纵的部分优选地基于虚拟部件切片来确定，但可以可选择地基于沉积的层的感测层参数来确定(例如，使用光学系统)，或以其他方式确定。在一个变型中，该方法包括：基于虚拟部件切片来确定(例如，评估)工作容积内的层容积，以及基于延伸超过虚拟部件切片的层容积的部分来确定层部分(待操纵的)的位置(location)和位置(position)。基于平移机构量距(odometry)，操纵的部分的位置可以是相对于层位置、相对于工作容积参考点(例如，使用工作容积坐标)，或以其他方式确定。在第二变型中，该方法包括：确定沉积的层的层参数(例如，层尺寸、层位置、层容积、层结构等)，将沉积的层与参考虚拟部件切片(或适应整个过程中部件尺寸变化的衍生虚拟部件切片)进行比较，并且将延伸超过参考虚拟切片的沉积的层部分确定为操纵的部分。层参数可以使用计算机视觉技术、量距技术(例如，其中层尺寸由平移机构的之前的位置来确定)、基于重量传感器的技术(例如，其中层参数由如在工作台测量的工件重量变化的量和位置来确定)、进给速率技术来确定，或以其他方式确定。

操纵材料的变型包括：用切削工具例如磨机来机械加工材料；铺展材料；例如用激光器(例如，与添加剂除去机构相同或不同)烧蚀材料；用研磨机研磨材料，抛光材料；放电机械加工材料；铣削材料；蚀刻材料；溅射材料；涂覆材料；或以其他方式操纵材料。在特定的实例中，该方法包括机械加工来自沉积的干燥的材料层的过量的材料，以满足由虚拟部件模型确定的预定几何形状。在第二特定的实例中，该方法包括将一个或更多个激光器导向过量的材料，其中激光器加热粘结剂以产生烧蚀或气蚀以除去过量材料的气态产物。不同的操纵方法可以用于不同的材料类型(例如，用于工作材料的第一方法、用于支撑材料的第二方法)、不同的材料层(例如，用于中间层的第一方法、用于顶层的第二方法)、不同的层区域(例如，用于层侧面的第一方法、用于层宽面的第二方法)或其他工件部分；然而，可以使用相同的操纵方法。

操纵材料S400可以任选地包括将操纵头近侧的冷却的区域冷却。可选择地，局部的区域不能被冷却(例如，保持未冷却)。冷却的区域可以是层的操纵的部分、工件的近侧部分、操纵头610、操纵的层部分或操纵头近侧的工作容积的局部的部分，或者可以是任何其他合适的区域。可以在操纵之前、期间或之后将冷却的区域冷却。冷却的区域可以通过以下来冷却：朝向冷却的区域喷射冷却剂；从冷却的区域中除去热气体(例如，使用真空)；朝向冷却的区域移动较冷的流体(例如，朝向该区域吹较冷的气体，液体冷却操纵头，例如通过头内的通道)；或以其他方式将冷却的区域冷却。

该方法可以任选地包括处理材料S300，这用于调整该材料的材料性质。处理材料可以包括：烧结、退火、老化、淬火、回火、选择性热处理(例如，使用差别硬化、火焰硬化、感应硬化、表面硬化(case hardening)等)、低温处理、脱碳、溅射、涂覆、加工硬化、钝化或以其他方式处理所得的材料。材料处理优选地根据一组处理参数值通过处理机构(例如，退火机构等)来进行，但可以通过添加剂除去机构、烧结机构或通过任何其他合适的机构来进行。处理参数值可以基于期望的部件性质来确定，通过用户手动地确定，基于工作材料来确定，或以其他方式确定。材料处理优选地在与工作容积分离的处理容积中进行，其中工件被转移(例如，提升、下降、滑动等)到处理容积中，但可以可选择地在工作容积内进行。材料处理优选地在件被完全印刷之后应用(例如，应用至具有近净几何形状的最终工件)，但可以可选择地在每个层或其多个层已经被沉积、干燥或操纵之前、期间或之后施加，在部件被烧结之后或在任何其他合适的时间被处理。

处理材料可以包括烧结材料，这用于进一步使材料紧凑和/或防止来自随后的尺寸变化的工件变形。烧结材料可以任选地从工作台释放工件(例如，通过钝化或烧掉工件-工作台界面层)、除去支撑材料(例如，使支撑材料脱粘(de-bind)、使支撑材料分解等)，或进行任何其他合适的功能。材料优选地通过添加剂除去机构来烧结，但可以可选择地通过专用烧结机构或通过任何其他合适的机构来烧结。材料优选地在工作容积内(例如，原位)烧结，但可以可选择地在单独的容积中烧结。在后一种变型中，工件、工作台和工件、或其他组件的组可以从工作容积中被移除，并且被插入到单独的容积中。相同或不同材料的一个或更多个层可以同时烧结。例如，每个层可以在层被沉积和干燥(例如，除去添加剂)之后烧结。在第二实例中，多个层可以被烧结在一起。全部或一部分层可以被烧结。例如，第一层区域可以被烧结，而第二层区域保持未烧结。

烧结材料优选地包括根据一组烧结参数(例如，温度、持续时间、循环模式)加热材料(例如，用加热灯、用未聚焦的光等)，但材料可以以其他方式烧结。烧结材料可以另外地包括：产生围绕工件的烧结区域的受控环境；以及在受控环境内烧结材料(例如，以烧结模式操作添加剂除去机构)。在第一变型中，产生受控环境包括用惰性气体填充密封的工作容积(图8中示出的实例)。这可以在材料被沉积之前进行(例如，其中整个过程在受控环境中进行)、在材料沉积之后进行(例如，其中过程的一部分，例如烧结，在受控环境中进行)或在任何其他合适的时间进行。在第二变型中，产生受控环境包括通过使惰性气体流过指向烧结区域的喷嘴来产生局部的受控环境(图2中示出的实例)。惰性气体优选地比空气重，但可以可选择地比空气轻。烧结材料可以任选地包括将烧结机构700移动至烧结区域(例如，用平移机构)。在一个变型中，随着层的后续部分被干燥或沉积，层的第一部分被烧结。在第二变型中，在层被沉积和干燥之后，层被烧结。然而，材料可以在任何其他合适的时间被烧结。

该方法可以另外地包括使用一组传感器S500监控制造过程，并且基于传感器输出调整后续制造。传感器可以包括上文描述的传感器的任何组合，或者包括任何其他合适的传感器的组。可以监控的制造过程参数的实例包括：层表面光洁度、层变形、层温度、材料温度、材料进给速率、材料操纵性质(例如，碎片形状、碎片颜色等)，或任何其他合适的参数。在第一实例中，这可以包括：记录工作容积内工件的图像，并且分析图像以提取制造特征(例如，使用图像分割、对象识别、拓扑分析、运动检测、视频跟踪、光流、姿态估计、对象分类等)。响应于层缺陷检测(例如，不正确的几何形状、凿槽、划痕、材料载体各向异性等)，该方法可以包括：移除并且重新印刷整个层(例如，用材料操纵机构)；移除并且重新印刷与缺陷相邻的层部分；或以其他方式修复缺陷。对于层缺陷检测的响应可以被预先确定、被动态地确定(例如，基于优化函数、启发式、历史数据等)，或以其他方式确定。在第二实例中，该方法可以包括检测沉积机构慢流状态(例如，从图像、从沉积头上的流动传感器等)和自动地：通知用户(例如，在用户装置上，通过播放声音等)，启动清洗过程(例如，将沉积头浸入清洗溶剂中，清洗设定量的材料，循环通过不同的温度等)，或以其他方式对慢流状态做出反应。在第三实例中，该方法可以包括确定工作容积内的实际工件位置和预期工件位置之间的差异(例如，基于图像分析、探头读数等)，以及自动地调整印刷指令(例如，印刷坐标)以适应位置偏移。在第四实例中，在制造期间记录的传感器测量值可以用于确定用于制造后续相关部件的操作参数。例如，传感器测量值，与质量控制分类结合，可以用于训练神经网络，该神经网络自动地确定用于后续部件制造的制造参数值。然而，反馈可以以其他方式使用。

该方法可以任选地包括接收虚拟部件模型S600，其中虚拟部件模型指定最终部件的期望的几何形状(图13中示出的实例)。虚拟部件模型可以从用户、远程计算系统(例如，服务器)或从任何合适的来源接收。一个或更多个虚拟部件模型可以一次或更多次地从相同或不同的来源接收，并且可以并行地制造(例如，在相同的工作容积中，在不同的工作容积中等)，串行地制造、以相同的运行制造或以任何合适的顺序制造。虚拟部件模型优选地指定部件几何形状，并且可以任选地指定期望的容差范围、材料或任何其他合适的信息。该方法可以任选地包括变换虚拟部件模型以适应物理部件制造期间的预期尺寸变化(例如，沿着一个或更多个轴线增加虚拟部件模型尺寸)。变换可以手动地、根据经验地、启发式地、迭代地、使用神经网络、概率性地来确定，或以其他方式来确定。

系统和/或方法的实施方案可以包括各种系统组件和各种方法过程的每种组合和排列，其中方法过程可以以任何合适的顺序、顺序地或同时地进行。

如本领域技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可以对本发明的优选的实施方案进行修改和改变，而不偏离在所附的权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (27)

1.一种用于由虚拟部件模型形成物理对象的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内沉积金属构建材料的层，所述金属构建材料包括挥发性溶剂，其中所述沉积的层保持沉积的几何形状；

b)从所述层中除去所述挥发性溶剂；

c)在b)之后，在所述构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

d)重复a)至c)，直到在所述构建容积内形成具有对应于所述虚拟部件模型的几何形状的部件；以及

e)烧结所述部件以形成物理对象；

其中所述部件界定了烧结前的第一容积，其中所述物理对象界定了烧结后的第二容积；以及其中在所述第一容积和所述第二容积之间的线性尺寸变化在5％和12％之间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属构建材料包括无粘结剂金属糊剂。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述层被沉积到保持在基底温度的基底上，所述方法还包括在整个a)至d)中将所述层近侧的环境容积保持在基底温度或低于基底温度。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述层的所述部分通过工具选择性地机械加工，所述方法还包括在整个a)至d)中将所述层的所述部分近侧的环境容积保持在未冷却的工具操作温度范围内，其中将所述环境容积保持在所述未冷却的工具操作温度范围内使所述挥发性溶剂从所述层中蒸发。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属构建材料是含铁的，所述方法还包括：向所述层施加吸引磁力，同时选择性地机械加工所述层的所述部分。

6.如权利要求5所述的方法，其中a)中的所述层被沉积到构建板上，使得所述构建板支撑所述部件；其中所述构建板包括被布置在所述构建板和所述层之间的粘合剂界面层。

7.如权利要求6所述的方法，其中e)包括：从所述构建容积中移除具有所述部件的所述构建板，并且将具有所述部件的所述构建板插入到炉中。

8.一种用于形成物理对象的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内将金属构建材料的层沉积到基底上，所述基底具有基底温度，其中所述金属构建材料包括挥发性溶剂，其中所述金属构建材料保持沉积的几何形状；

b)在所述构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

c)在层沉积之后直到选择性的机械加工，将邻近所述层的环境容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度；

d)重复a)至c)直到在所述构建容积内形成具有近似于虚拟部件模型的前体几何形状的部件前体；以及

e)烧结所述部件前体以形成所述物理对象；

其中所述部件界定了烧结前的第一容积，其中所述物理对象界定了烧结后的第二容积；以及其中在所述第一容积和所述第二容积之间的线性尺寸变化在5％和12％之间。

9.如权利要求8所述的方法，其中在所述构建容积内形成的所述部件前体具有大于所述虚拟部件模型的预定的几何形状，所述预定的几何形状由所述虚拟部件模型和预定的收缩比率来确定。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述金属构建材料包括无粘结剂金属糊剂。

11.如权利要求8所述的方法，其中将所述环境容积保持在基底温度或低于基底温度包括将所述环境容积保持低于100℃。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述金属构建材料包括金属糊剂，所述金属糊剂包括具有低于150℃的标准沸点的挥发性溶剂，其中将所述环境容积保持低于100℃使所述挥发性溶剂从所述层中蒸发。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述金属糊剂还包括支架金属和浸渗剂金属。

14.如权利要求8所述的方法，其中所述金属构建材料是含铁的，所述方法还包括：在a)至d)期间施加使所述层朝向构建板偏置的磁力。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述构建板包括将所述层粘附至所述构建板的粘合剂界面层，其中由所述磁力和粘合剂界面层协作地产生的将所述层耦接至所述构建板的层附着力超过在选择性地机械加工所述层的所述部分时产生的剪切力。

16.如权利要求8所述的方法，其中所述金属构建材料包括金属和热固性粘结剂，其中所述基底温度是所述热固性粘结剂的凝固温度。

17.如权利要求8所述的方法，其中所述层的所述部分通过工具选择性地机械加工；其中将所述环境容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度还包括，在选择性地机械加工所述层的所述部分时，将邻近所述层的机械加工的部分的所述环境容积保持在未冷却的工具操作温度范围内。

18.如权利要求1或8所述的方法，其中a)中的所述层被沉积到构建板上，使得所述构建板支撑所述部件；其中所述构建板包括被布置在所述构建板和所述层之间的粘合剂界面层。

19.如权利要求18所述的方法，其中e)包括：从所述构建容积中移除具有所述部件的所述构建板，并且将具有所述部件的所述构建板插入到炉中。

20.如权利要求19所述的方法，其中e)还包括：从所述构建板释放所述部件。

21.一种添加剂制造系统，包括：

·构建容积；

·材料沉积头，其被布置在所述构建容积内；

·减法机械加工头，其被布置在所述构建容积内；

·控制系统，其被电连接至金属构建材料沉积头和所述减法机械加工头，所述控制系统被配置成；

·在所述构建容积内控制所述材料沉积头以将金属构建材料的层沉积到具有基底温度的基底上，其中所述沉积的层保持沉积的几何形状，其中所述金属构建材料包括挥发性溶剂；以及

·在所述构建容积内控制所述减法机械加工头以选择性地机械加工所述层的一部分；

其中所述材料沉积头被控制以沉积所述金属构建材料的层，以及所述减法机械加工头被控制以选择性地机械加工所述层的一部分，直到界定第一容积的部件在所述构建容积内被形成；其中所述部件是可烧结的以形式界定第二容积的物理对象；其中在所述第一容积和所述第二容积之间的线性尺寸变化在5％和12％之间。

22.如权利要求21所述的系统，还包括被布置在所述构建容积内在所述材料沉积头下方的构建板，其中所述控制系统被配置成将所述金属构建材料的层沉积在所述构建板上；其中所述构建板包括所述材料沉积头近侧的粘合剂界面层。

23.如权利要求21所述的系统，还包括磁性元件，所述磁性元件被配置成在所述金属构建材料的层上产生吸引磁力，其中所述金属构建材料是无粘结剂含铁金属糊剂。

24.如权利要求21所述的系统，还包括被布置在所述构建容积内的温度控制机构，其中所述控制系统被电连接至所述温度控制机构，并且还被配置成控制所述温度控制机构，以在层沉积之后直到选择性的机械加工，将围绕所述层的容积保持在所述基底温度或低于所述基底温度。

25.如权利要求24所述的系统，其中所述温度控制机构包括所述减法机械加工头。

26.一种用于由虚拟部件模型形成物理对象的方法，所述方法包括：

a)在构建容积内沉积金属构建材料的层，所述金属构建材料包括挥发性溶剂，其中所述沉积的层保持沉积的几何形状；

b)在所述构建容积内选择性地机械加工所述层的一部分；

c)在b)之后，在所述构建容积内选择性地加热所述层；

d)重复a)至c)，直到在所述构建容积内形成具有对应于所述虚拟部件模型的几何形状的部件；以及

e)烧结所述部件以形成物理对象；

其中所述部件界定了烧结前的第一容积，其中所述物理对象界定了烧结后的第二容积；以及其中在所述第一容积和所述第二容积之间的线性尺寸变化在5％和12％之间。

27.一种系统，被配置成执行权利要求1-17和26中任一项所述的方法。

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