CN110087804B - 用于增材制造的方法及热结构 - Google Patents

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Abstract

本公开大体涉及用于在构建物体的处理中运用散热支撑结构的增材制造(AM)的方法，以及在这些AM处理中使用的新型散热支撑结构。该散热支撑结构包括至少一个牺牲结构，至少一个牺牲结构通过未熔融粉末的一部分与物体分离。牺牲结构增加物体的至少一部分的散热速率，使得物体中的热梯度保持低于防止物体变形的指定阈值。

Description

用于增材制造的方法及热结构
技术领域
本公开大体涉及在构建物体的处理中运用支撑结构的用于增材制造(AM)的方法，以及在这些AM处理中使用的新型支撑结构。
背景技术
与减材制造方法对照，AM处理大体涉及构建一种以上材料以制作净形或近净形(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但是AM涵盖了以各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型/模制等。AM技术有能力由各种各样材料制造复杂组件。大体上，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM处理使用能量束(例如，电子束或电磁辐射，诸如激光束)来烧结或熔化粉末材料，产生固体三维物体，其中粉末材料的颗粒连结在一起。不同的材料系统被使用，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷。激光烧结或熔化是用于快速制造功能性原型和工具的一种值得注意的AM处理。应用包括直接制造复杂工件，用于熔模铸造的图案，用于注塑和压铸的金属模具，以及用于砂铸的模具和芯体。在设计周期期间制造原型物体以增强概念交流和测试是AM处理的其他常见用法。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常见行业术语，用以指代通过使用激光束烧结或熔化精细粉末来生产三维(3D)物体。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述常规激光烧结技术。更准确地，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔融(聚结)粉末颗粒，而熔化需要充分熔化粉末颗粒以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔化相关的物理处理包括，热量传递到粉末材料，然后烧结或是熔化粉末材料。虽然激光烧结和熔化处理可以应用于广泛的粉末材料，但是，生产途径的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率以及处理参数对层制造处理期间微结构演变的效果)还未被很好地了解。该制造方法伴随有多个模式的热量、质量和动量传递，以及使处理非常复杂的化学反应。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示范性常规系统100的横截面视图的示意性示图。装置100通过使用源(诸如激光器120)生成的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)而以逐层方式构建物体，例如部件122。将要由能量束熔化的粉末由贮存器126供应并使用沿方向134行进的重涂覆机臂116均匀地展开在构建板114上，以将粉末维持在水平118并将延伸到粉末水平118上面的过量粉末材料移除到废物容器128。能量束136在振镜扫描器132的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建板114，并将另一层粉末展开在构建板和正在构建的物体上面，之后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到由熔化/烧结的粉末材料完全构建起部件122为止。激光器120可以由包括处理器和储存器的计算机系统控制。计算机系统可以确定针对每一层的扫描图案，并且控制激光器120根据扫描图案照射粉末材料。在完成部件122的制造后，各种后处理过程可以应用于部件122。后处理过程包括，例如通过吹气或抽真空来移除过量粉末。其他后处理过程包括应力消除处理。附加的热、机械和化学后处理过程可以被用于完成部件122。
装置100由执行控制程序的计算机控制。例如，装置100包括执行固件的处理器(如，微处理器)、操作系统或在装置100和操作员之间提供接口的其他软件。计算机接收待形成物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序生成三维模型。计算机分析该模型并针对模型中的每个物体提出工具路径。操作员可以限定或调整扫描图案的各种参数，诸如功率、速度和间距，但通常不直接编程工具路径。
在激光烧结/熔化期间，三维物体的各部分可能以不期望的方式散热。例如，被未熔化粉末围绕的熔化部分可能被未熔化粉末热隔离。这种熔化部分可能不会足够快地冷却和固化。例如，如果在涂覆机116施加新的粉末层前熔化部分不固化，则熔化部分可能被涂覆机116干扰。此外，这种熔化部分可能固化，但保持足够热量以促成三维物体内的大的热梯度，导致部件变形。这种变形可能导致完成的物体不满足几何规格，或者部件在构建处理期间接触涂覆机，进一步使部件变形，损坏涂覆机，和/或扰乱构建处理。
鉴于上述情况，可以理解，有着与AM技术相关的问题、短处或缺点，并且如果可以得到用于在AM处理期间控制温度的改进方法及结构，则是期望的。
发明内容
以下呈现一个以上方面的简要概述，以便提供对这种方面的基本了解。该概述不是对所有预期方面的广博综述，并且既不旨在标识所有方面的关键或重要元件，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其目的是以简要形式呈现一个以上方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
在一个方面，本公开提供一种用于制造物体的方法。该方法包括：(a)用能量束按一系列扫描线照射粉末床中的粉末层以形成熔融区域；(b)通过将重涂覆机臂在粉末床上从粉末床的第一侧传送到粉末床的第二侧，在粉末床上提供后续粉末层；以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到在粉末床中形成物体和至少一个支撑结构为止。该至少一个支撑结构包括牺牲结构，牺牲结构通过未熔融粉末的一部分与物体分离。通过牺牲结构的存在增加了从物体的每个横截面区域的散热速率，以将每一层的散热速率维持在物体的散热的规格或控制极限内。
通过查看之后的详细描述，将更加充分地了解本发明的这些及其他方面。
附图说明
图1是示出用于增材制造的常规装置的示例的示意性示图。
图2图示根据本公开一方面的示例物体和散热支撑件的竖向横截面视图。
图3图示根据本公开一方面的图2中的示例物体和另一示例散热支撑件的竖向横截面视图。
图4图示根据本公开一方面的另一示例散热支撑件的立体视图。
图5图示根据本公开一方面的另一示例散热支撑件的立体视图。
图6图示根据本公开一方面的另一示例散热支撑件的立体视图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为各种构造的描述，而不旨在表示可以实践文中所描述的概念的唯一构造。出于提供对各种概念的透彻了解的目的，详细描述包括具体细节。然而，对本领域技术人员而言，显然可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，众所周知的组件以框图形式示出，以便避免模糊这种概念。
在各种增材制造处理(诸如DMLM和DMLS)期间，来自物体的先前扫描部分的热量可能影响物体的附近部分的扫描。例如，热量可能导致粉末的无意熔化或烧结，其可能造成物体的无意熔融部分或以其他方式变形的物体。如果整个物体(如，202，204和206)被均一地加热(例如在烘箱中，其中温度缓慢上升到某个最终值)，使得在物体内没有形成显著的热梯度，则物体会随着其加热而膨胀，但它会在部件的整个体积上面均一地进行，而体积改变通过材料的热膨胀系数描述。通常，固体趋于在加热时膨胀并在冷却时收缩。在激光增材制造处理中，在所制造的物体内不可避免地产生热梯度。靠近最近焊接或烧结层的材料变得非常热并且想要膨胀，而远离焊接的材料保持在低得多的温度并且不膨胀。这造成热材料中膨胀的热应力与较冷材料的材料强度之间的虚拟拉锯战。如果热应力足以克服材料强度，则部件将变形，造成部件无法满足几何规格或者甚至破裂。由于该处理中的热梯度是不可避免的，所以挑战在于控制热梯度，使得热应力不超过材料的强度并造成完成的部件变形或破裂。引起这种变形所要求的热梯度将取决于材料的热和机械性质，以及部件的几何形状和围绕的粉末床的热性质。
本公开提供用于在制造期间调节物体中的热梯度的散热支撑件。例如，可以将散热支撑件增添到三维计算机模型以提供增加从物体的散热速率的结构。散热支撑件的存在增加物体的散热速率，使得每个横截面的散热速率在物体的散热规格或控制极限内。例如，控制极限可以规定每个横截面的散热速率在物体的平均散热速率的百分之八十内。散热支撑件可以从物体吸走热量。散热支撑件可以是牺牲支撑件，其不是物体的一部分并且通过未熔融粉末的一部分与物体分离。例如，牺牲支撑件可以在物体旁边构建，并且可以在对物体执行后处理时丢弃。在一方面，散热支撑件具有比物体更大的质量并且从物体吸收热量。另外，牺牲结构具有比未熔融粉末更高的热传导率。由此，牺牲结构有助于散热。例如，在牺牲结构与构建板114接触或紧密靠近时，牺牲结构将热量耗散到构建板114中。文中公开的用于使用散热支撑件制造物体的方法可以通过装置100(图1)、操作装置100的人或控制装置100的计算机处理器执行。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制成和使用任何设备或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例旨在包括于权利要求书的范围内，如果该示例具有与权利要求书的文字语言并无不同的结构元件的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等效结构元件的话。来自所描述的各种实施例的方面以及每个这种方面的其他已知等效形式可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构建根据本申请原理的其他实施例及技术。
图2图示根据本公开一方面的示例物体200和散热支撑件210的竖向横截面视图。物体200具有大体沙漏形状，包括基部分202、窄中间部分204和较宽顶部分206。基部分202直接构建在构建板114上。基部分202具有水平横截面，水平横截面有足以允许冷却的面积。例如，基部分202构建在基板114上并且具有适足的热耦合以使热量从最近熔化层耗散。由此，散热支撑件210可以在形成基部分202的各层中与物体200间隔开。然而，散热支撑件210包括支腿部分214，支腿部分214为散热支撑件210提供物理支撑并且还将散热支撑件210热耦合到构建板114。
然而，窄中间部分204具有更小的水平横截面面积。随着物体200的水平横截面面积朝向窄中间部分204减小，物体200的每一后续层花费更少的时间来扫描。
另外，没有散热支撑件210，窄中间部分204被未熔融粉末围绕，这趋于使窄中间部分204热隔离。例如，在层208处，新熔化材料可能不能以适足速率散热。过量的热量可能导致热梯度足以引起窄中间部分204的翘曲或其他变形。材料(如，粉末)的阈值温度梯度限定该梯度以上有可能变形的温度梯度。在一方面，在一层中的物体200的水平横截面面积比阈值少时，可能出现过量的热量或温度梯度。可以基于物体的低于当前构建层的第一部分的散热速率来确定阈值面积。散热速率指示物体的第一部分冷却的速率。可以例如基于物体的第一部分的大小和围绕物体的第一部分的结构或粉末来对散热速率建模。例如，物体的被粉末围绕的一部分比物体的连接到物体较低部分的一部分冷却得更慢。散热速率被用于确定直到物体的第一部分固化或达到阈值极限温度内的期望温度为止的阈值时间。可以基于激光扫描参数将阈值时间转换为横截面阈值面积。此外，例如，在用于构建层的时间基于AM装置参数固定时，阈值耗散速率指示防止物体变形所必要的最小散热速率。
由此，散热支撑件210在形成窄中间部分204的各层中紧密靠近物体200放置，用于从可能倾向于过量热量的一部分吸收热量。例如，散热支撑件210通过未熔融粉末212的薄部分与窄中间部分204分离。未熔融粉末212的该部分具有足以防止未熔融粉末212熔融的最小厚度。然而，未熔融粉末212的该部分仍然将热量从窄中间部分204传导到散热支撑件210。此外，至少在窄中间部分204处，散热支撑件210具有比物体200更大的质量。更大的质量允许散热支撑件210吸收大量的热能并减少窄中间部分204的温度。散热支撑件210是不形成完成的物体200的一部分的牺牲支撑件。代之，散热支撑件210从物体200移除并丢弃或再循环。在一方面，散热支撑件210被设计成允许将物体的每一层的散热速率维持在物体的平均散热速率的百分之八十内。由此，散热支撑件210包括在物体200具有较小熔融区域的各层中包括较大熔融区域。
再一次，较宽顶部分206具有水平横截面，该水平横截面具有允许足够冷却的足够面积。由此，散热支撑件210不延伸到较宽顶部分的高度。在一方面，尽管来自较宽顶部分206的热量可以朝向窄中间部分204耗散，但是，热量也可以经由窄中间部分204流动到散热支撑件210中。
如所图示的，散热支撑件210至少部分地围绕物体200。在一方面，散热支撑件210包括一个以上断开或分离点，使得可以容易地从物体200移除散热支撑件210。应该理解，散热支撑件210的形状可以变化。散热支撑件210的面对物体200的表面大体与物体200的形状共形。例如，物体200和散热支撑件210的面对表面可以具有相似曲率，以在物体200和散热支撑件210之间保持一致的分离。分离距离可以变化以调整物体的散热速率。然而，散热支撑件210的其他部分主要用来增加散热支撑件210的质量。由此，散热支撑件210的形状可以适于容纳特定物体200和/或构建内的其他物体。例如，支腿214可以位于物体200不接触构建板114的任何地方。可以调整支腿214的大小和形状以控制到构建板114中的散热。
在一方面，任一层中的散热支撑件210的水平横截面面积与物体200的水平横截面面积成反比。散热支撑件210和物体200的总水平横截面面积可以保持实质上恒定，使得先前构建层能够从新增添层散热。例如，物体200和散热支撑件210的总水平横截面面积可以变化百分之十以下，同时物体210的水平横截面面积比阈值面积少。
可以根据热模型确定物体400的热性质。示例热模型描述于，D·罗森泰，“移动热源理论及其在金属处理中的应用”，美国机械工程师学会汇刊(D.Rosenthal，“The theoryof moving sources of heat and its application to metal treatments”，Transactions of the American Society of Mechanical Engineers)，vol.68,pp.849-866,1946，其通过引用的方式并入文中。罗森泰模型的变化描述于，N·克里斯滕松等，“电弧焊接温度分布”，英国焊接杂志(N.Christenson et al.，“The distribution oftemperature in arc welding”，British Welding Journal),vol.12,no.2,pp.54-75,1965，以及A·C·努涅斯，“扩展罗森泰焊接模型”，焊接杂志(A.C.Nunes，“An extendedRosenthal Weld Model”，Welding Journal)，vol.62,no.6,pp.165s-170s,1983，两者皆通过引用的方式并入文中。其他热模型描述于，E·F·里比斯基，“环缝中残余应力和变形的有限元模型”，压力容器技术杂志(E.F.Rybicki et al.，“A Finite-Element Model forResidual Stresses and Deflections in Girth-Butt Welded Pipes”，Journal ofPressure Vessel Technology)，vol.100,no.3,pp.256-262,1978，以及J·熊等，“通过神经网络和二阶回归分析对基于机器人GMAW的快速制造进行焊道几何预测”，智能制造杂志(J.Xiong et al.，“Bead geometry prediction for robotic GMAW-based rapidmanufacturing through a neural network and a second-order regressionanalysis”，Journal of Intelligent Manufacturing)，vol.25,pp.157-163,2014，两者皆通过引用的方式并入文中。基于物体200的三维计算机模型(如，计算机辅助设计(CAD)模型)，热模型可以被用确定用于散热支撑件210及其尺寸的需要。
在一方面，对任何给定层的物体200的分析或建模基于紧接的之前层而不是任何后续层。后续各层尚未制造，不会影响到给定层的散热。例如，物体200的水平横截面面积的阈值可以基于层212以及许多在前层。在另一示例中，如果物体200的纵横比值超过阈值，则可以将散热支撑件210增添到CAD模型。
图3图示用于物体200的散热支撑件310的另一示例。如图3所图示，具有与物体400相同的水平横截面面积的两个层可以具有不同大小的散热支撑件310的层。例如，散热支撑件310的最宽部分位于物体200的最窄部分稍微上面的层320处。在层322中，物体200具有与层320中相同的横截面面积，但散热支撑件310不需要那么大，因为紧接在层322之前的各层具有比紧接在层320之前的各层更多的质量。如所图示的，窄中间部分204的紧接在基部分202上面的各层可以与支腿314热解耦。通过基于包括紧接在当前构建层之前的各层的物体200的热模型来使散热支撑件310适于物体200，可以减少散热支撑件310的总质量，以便节省资源，诸如构建时间、未熔融粉末和能量。
在一方面，装置100进一步包括热传感器，诸如高温计或热成像摄像头。热传感器提供关于粉末床112或物体200的一部分的信息(如，温度)。热传感器被用于确定物体200的热性质，诸如散热速率。然后，物体200的热性质被用于在构建期间动态地调整散热支撑件210或310的尺寸。在另一方面，调整散热支撑件210或310的尺寸，用于后续构建。例如，在来自构建过程的经验证据指示物体的变形是由于在构建过程期间的过量热梯度导致的时，可以增添新的散热支撑件或者可以修改现有的散热支撑件，用于后续构建。经验证据可以包括来自先前构建的制造物体的测量。
图4图示用于从物体400传递热量的另一示例热结构410的立体视图。可以使用图1的装置100以与上面论述的相同方式制造热结构410和物体400。
在图4中图示的示例方面，热结构410包括第一热结构402和第二热结构404。热结构402，404从物体400的第一端部406和第二端部408延伸。如图4所示，热结构402，404中的每一个与物体400的端部406，408的轮廓连续。例如，物体400弯曲并且朝向端部406，408变得更窄/更薄。第一热结构402和第二热结构404分别具有与端部406，408相似的厚度。如图4所示，第一热结构402具有与物体400的端部406大约相同的厚度和高度，第二热结构404具有与物体400的端部408大约相同的厚度和高度。第一热结构402和第二热结构404中的每一个的宽度是物体400的宽度的大约0.5至大约1.5或者物体宽度的大约0.75至大约1.25。与物体400的最大厚度相比较，热结构402，404是相对薄的。例如，物体400的最大厚度点与热结构402，404的厚度的比值可以是大约5：1到大约2：1，或者大约4：1到3：1。而且，热结构402，404的高度与热结构402，404的厚度的比值可以是大约20：1到大约10：1，大约18：1到大约12：1，或者大约16：1到大约14：1。热结构402，404的长度基于物体400的热质量。例如，选择热结构402，404的长度，使得热结构402，404的总质量比物体400的质量更大。通过相对于物体具有这些尺寸，热结构改进远离物体400的热量传递。
图5图示物体500和热结构512的立体视图。可以使用图1的装置100以与上面论述的相同方式制造热结构512和物体500。
在图5中图示的示例方面，热结构512包括第一热结构514和第二热结构516。热结构514，516在物体500的相对面上延伸，如，使得物体500夹在第一热结构514和第二热结构516之间。如图5所示，热结构514，516中的每一个匹配物体500的轮廓。例如，物体500的表面弯曲，其中后表面具有比前表面更大的弯曲。相似地，第一(后)热结构514匹配物体500的后表面的弯曲度，而第二(前)热结构516匹配物体500的前表面的弯曲。如图5所示，第一热结构514和第二热结构516中的每一个具有与物体500大约(或精确)相同的高度和宽度。也即，第一热结构514大约(或精确)等同地覆盖后表面的表面区位，而第二热结构516大约(或精确)等同地覆盖前表面。物体500的最厚部分的厚度与热结构514，516中每一个的每个厚度的比值可以是大约5：1到大约2：1，或者大约4：1到大约3：1。热结构514，516可以具有大体恒定的厚度，使得在一些区域中，热结构514，516比物体500的相邻部分更厚。热结构514，516的总质量比物体500的质量更大。通过相对于物体具有这些尺寸，热结构改进通过物体的前面和后面远离物体的热量传递。
图6图示带有另一示例热结构618的物体600的立体视图，其中热结构618包括相似于图4和图5两者的热结构。可以使用图1的装置100以与上面论述的相同方式制造热结构618和物体600。
在图6中图示的示例方面，热结构618包括第一热结构620、第二热结构622、第三热结构624和第四热结构626。第一热结构614和第二热结构616具有与上面参照图4论述的热结构402，404相同的特性和相对尺寸。第三热结构618和第四热结构620具有与上面参照图5论述的热结构514，516相同的特性和相对尺寸。第三热结构624和第四热结构626的厚度与第一热结构620和第二热结构622的厚度的比值可以是大约4：1到大约1.5：1，或者大约3：1到大约2：1。通过在物体600周围包括所有四个热结构，图6的热结构620在两端部处并且还在前表面和后表面两处从物体600吸走热量。另外，热结构618的质量至少是物体600的质量的两倍。
对于热结构410，512，618中的每一个，可以分别在热结构和物体400，500，600之间有间隙，从而热结构不接触物体。间隙可以填充有未熔化粉末的薄部分。未熔化粉末的存在仍然提供用于物体和散热支撑件的热耦合的机制，而不要求支撑结构和物体之间的直接连接。热结构410，512，618中的每一个可以进一步包括分别与物体400，500，600一体连接的一个以上连接肋。连接肋将从热结构的面对和/或抵接物体的任何表面延伸。连接肋可以沿着热结构的高度递增地形成。
在分别从物体200，300，400，500，600移除热结构210，310，410，512，618变得必要时，操作员可以在存在连接肋时施加力以使支撑结构自由断开。可以通过机械过程，诸如扭转、断开、切割、研磨、填充或抛光，移除热结构。此外，热和化学后处理过程可以被用于完成的物体。在制造期间没有连接构件而代之将粉末放置在物体和热结构之间时，可以例如通过吹气来简单地移除粉末。
在一方面，可以组合使用多个支撑件以支撑物体的制造，防止物体的移动，和/或控制物体的热性质。也即，使用增材制造来制造物体可以包括使用下述手段中的一个以上：支架，束缚支撑件，脱离支撑件，横向支撑件，共形支撑件，连接支撑件，围绕支撑件，键槽式支撑件，可断开支撑件，前缘支撑件或粉末移除端口。以下专利申请包括这些支撑件及其使用方法的公开内容：
美国专利申请号15/042,019，名称“用于增材制造的方法和保形支架(METHOD ANDCONFORMAL SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00008，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,024，名称“用于增材制造的方法和连接支架(METHOD ANDCONNECTING SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00009，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/041,973，名称“用于增材制造的方法和围绕支架(METHOD ANDSURROUNDING SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00010，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,010，名称“用于增材制造的方法和钥匙槽支架(METHODSAND KEYWAY SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00011，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,001，名称“用于增材制造的方法和易碎支架METHODS ANDBREAKABLE SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00012，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/041,991，名称“用于增材制造的方法和前缘支架METHODS ANDLEADING EDGE SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案号037216.00014，于2016年2月11日提交；以及
美国专利申请号15/041,980，名称“用于增材制造的方法和具有粉末移除端口的支架METHOD AND SUPPORTS WITH POWDER REMOVAL PORTS FORADDITIVEMANUFACTURING)”，代理案号037216.00015，于2016年2月11日提交。
这些申请中的每一个的公开内容以其全部内容并入文中，一定程度上，它们公开了可以连同文中公开的支撑结构一起使用以制作其他物体的其他支撑结构。
此外，支架包括在物体下方构建的支撑件，以向物体提供竖向支撑。支架可以由互连的支撑件形成，例如，以蜂窝图案。在一方面，支架可以是实心或者包括实心部分。支架在各种位置接触物体，为将要在支架上面构架的物体提供承载支撑。支撑结构和物体之间的接触还防止物体的横向移动。
束缚支撑件在构建处理期间防止相对薄扁的物体或物体的至少第一部分(如，第一层)移动。相对薄的物体倾向于翘曲或剥落。例如，散热可以引起薄的物体随着其冷却而翘曲。作为另一示例，重涂覆机可以引起横向力施加到物体，这在一些情况下会抬起物体的边缘。在一方面，束缚支撑件构建在物体下方，以将物体束缚到锚定表面。例如，束缚支撑件可以从锚定表面(诸如平台)竖向延伸到物体。通过将粉末熔化在物体下方的每一层中的具体位置来构建束缚支撑件。束缚支撑件连接到平台和物体(如，在物体的边缘处)两者，防止物体翘曲或剥落。可以在后处理过程中从物体移除束缚支撑件。
脱离支撑结构减少支撑结构和物体之间的接触面积。例如，脱离支撑结构可以包括分离部分，每个部分由间距分离。间距可以减少脱离支撑结构的总大小和制造脱离支撑结构所消耗的粉末量。进一步，一个以上部分可以具有减少的与物体的接触表面。例如，支撑结构的一部分可以具有尖的接触表面，其在后处理期间更容易从物体移除。例如，具有尖的接触表面的部分将在尖的接触表面处从物体脱离。尖的接触表面仍然提供提供承载支撑和束缚物体以防止翘曲或剥落的功能。
横向支撑结构被用以支撑竖向物体。物体可以具有相对高的高度与宽度的纵横比值(如，比1大)。也即，物体的高度比其宽度大很多倍。横向支撑结构位于物体的一侧。例如，物体和横向支撑结构构建在相同的层中，其中每一层中的扫描图案包括物体的一部分和横向支撑结构的一部分。横向支撑结构与物体分离(如，通过每一层中的未熔化粉末的一部分)或通过脱离支撑结构连接。由此，在后处理期间可以容易地从物体移除横向支撑结构。在一方面，横向支撑结构在施加附加粉末时提供支撑件抵抗重涂覆机所施加的力。通常，重涂覆机所施加的力在重涂覆机的移动方向上，因为它使附加粉末层平整。由此，横向支撑结构在涂覆机的移动方向上从物体构建。另外，横向支撑结构可以在底部比在顶部更宽。更宽的底部为横向支撑结构提供稳定性，以抵挡重涂覆机所生成的任何力。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例旨在包括于权利要求书的范围内，如果该示例具有与权利要求书的文字语言并无不同的结构元件的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等效结构元件的话。来自所描述的各种实施例的各方面以及每个这种方面的其他已知等效形式可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构架根据本申请原理的其他实施例及技术。

Claims (21)

1.一种用于制造物体的方法，其特征在于，包含：
(a)用能量束按一系列扫描线照射粉末床中的粉末层以形成熔融区域；
(b)通过将重涂覆机臂在所述粉末床上从所述粉末床的第一侧传送到所述粉末床的第二侧，在所述粉末床上提供后续粉末层；以及
(c)重复步骤(a)和(b)，直到在所述粉末床中形成所述物体和至少一个支撑结构为止，
其中，所述至少一个支撑结构包括牺牲结构，所述牺牲结构通过未熔化粉末的一部分与所述物体分离，并且其中，通过所述牺牲结构的存在来增加从所述物体的每个横截面面积散热的速率以维持每个横截面的散热速率，使得所述物体中的热梯度保持低于防止所述物体变形的指定阈值；
其中，基于所述物体的散热速率，在构建期间动态地调整所述牺牲结构的尺寸。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含，基于所述物体的构建处理的热模型，确定从所述物体的所述横截面面积散热的速率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述物体的所述热模型基于所述物体在层中的水平横截面和在一个以上的在前层中的所述熔融区域。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含，使用高温计或热成像摄像头测量所述物体的温度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含，基于所测量的所述温度，动态地调整所述牺牲结构的尺寸。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构的质量比所述物体的质量大。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构在每一层中的所述熔融区域与所述粉末床的总面积之间维持实质上恒定的比值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，每一层中的所述物体和所述至少一个支撑结构的总熔融区域超过基于热模型的阈值面积。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构的表面与所述物体的表面共形，并且通过未熔融粉末的一部分与所述物体分离。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构从构建板至少延伸到所述物体的质量超过基于热模型的阈值质量的高度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构从所述物体的相对端延伸。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构覆盖所述物体的相对面。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述牺牲结构从所述物体的相对端延伸并且覆盖所述物体的相对面。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述至少一个支撑结构的总质量超过所述物体质量的两倍。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述物体具有弯曲表面，并且所述牺牲结构具有对应的弯曲度。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，在所述牺牲结构和所述物体之间具有间隙。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，其中，所述间隙填充有所述粉末。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述物体和所述牺牲结构具有近似相同的高度。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含，基于先前制造物体的经验测量来调整所述牺牲结构的尺寸。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含，基于超过阈值的所述物体的纵横比值，将所述牺牲结构增添到所述物体的三维模型。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述指定阈值基于所述粉末的热性质。
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