CN110301026A - 三维物品的增材制造 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于通过连续地沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，各个粉末材料层熔融在一起以形成物品。该方法包括：提供发射电子束的至少一个电子束源；提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流；提供可通过开关连接到维纳尔杯的低阻抗电压源，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供到低阻抗负电压，在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。

Description

三维物品的增材制造
技术领域
本发明涉及通过连续熔融粉末材料的各个层来增材制造三维物品的方法。
背景技术
自由形式制造或增材制造是通过连续熔融施加到工作台上的粉末层的所选部分来形成三维物品的方法。
增材制造设备可以包括：工作台，在其上要形成三维物品；粉末分配器或粉末分发器，其布置成在工作台上铺设薄层粉末以形成粉末床；高能量束，其用于向粉末传递能量，由此发生粉末的熔融；元件，其用于控制能量束在粉末床上释放的能量，用于通过粉末床的部分的熔融而形成三维物品的横截面；和控制计算机，其中存储有关三维物品的连续的横截面的信息。通过由粉末分配器所连续铺设的粉末层的相继形成的横截面的相继熔融而形成三维物品。
在增材制造中，短制造时间和最终产品的高质量是至关重要的。最终产品的所需材料特性可取决于控制熔融处理的能力。
EBM(电子束熔化)是这样的一种增材制造：其中电子加速柱中的电子发射阴极是电子束产生的源，电子束接着充当用于熔化粉末材料的能量束。一个问题是，阴极以及连接到阴极的控制电子器件对EBM机器中可能出现的高放电电流非常敏感。放电电流是由污染颗粒触发的真空电弧放电的结果，污染颗粒桥接阴极和阳极之间的电加速场。由于其他原因，污染颗粒可以是从熔化处理蒸发的材料和/或存在于真空室中的污染颗粒。放电电流可能破坏阴极元件和/或连接到阴极元件的电子器件，这接着将停止增材制造处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和设备，该方法和设备禁止放电电流破坏EBM增材制造机器中的阴极元件和/或连接到阴极元件的电子器件。通过根据本文所述的权利要求的方法和设备中的特征来实施上述目的。
在本发明的第一方面，提供了一种用于通过连续地沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，各个粉末材料层熔融在一起以形成所述物品，该方法包括以下步骤：提供至少一个电子束源，其发射电子束，用于加热粉末材料或熔融粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯；提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流；提供可通过开关连接到维纳尔杯的低阻抗电压源，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供到低阻抗负电压，在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。
本发明的各种实施例的示例性和非限制性优点在于保护阴极和连接到阴极的电子器件免受真空电弧放电电流的影响，这可以极大地提高增材制造处理的可靠性。
在本发明的各种示例实施例中，低阻抗负电压源可以包括具有足够大小的电容的电容器，以便与阴极相比在真空电弧放电的持续时间期间保持对栅极的更负的电位。至少该实施例的示例性和非限制性优点在于，实施简单且廉价以确保在真空放电事件期间的任何时间阴极元件或其电子器件不受影响。
在本发明的各种示例实施例中，低阻抗负电压总是比栅极杯电位负200-1000V，以防止形成电子束流。
在本发明的又一个方面，提供了一种增材制造设备，用于通过连续熔融提供在工作台上的至少一层粉末的部分来形成三维物品，这些部分对应于三维物品的连续横截面，该设备包括：至少一个电子束源，其发射电子束，用于加热粉末材料或熔融粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯；漏电流检测器，其用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的漏电流；低阻抗电压源，其可通过开关连接到维纳尔杯，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；控制装置，其用于当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的电流高于预定值时闭合开关。
至少该示例性实施例的示例性和非限制性优点在于保护阴极和连接到阴极的电子器件免受真空电弧放电电流的影响，这可以极大地提高增材制造设备的可靠性。
本文描述的所有示例和示例性实施例本质上是非限制性的，因此不应解释为限制本文所述的本发明的范围。此外，本文描述的优点，即使在关于特定示例性实施例标识的情况下，也不一定以这种限制方式构造。
附图说明
已经概括地描述了本发明，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1以示意性横截面侧视图示出了根据本发明的电子束源的示例性实施例；
图2以示意图示出了用于产生三维产品的设备的示例性实施例，该设备可具有根据图1的电子束源；
图3描绘了根据本发明的方法的示例实施例的示意流程图；
图4是根据各种实施例的示例性系统1020的框图；
图5A是根据各种实施例的服务器1200的示意性框图；和
图5B是根据各种实施例的示例性移动装置1300的示意性框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明的各种实施例，附图中示出了本发明的一些但非全部实施例。实际上，本发明的实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。除非另外限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所涉及领域的普通技术人员公知和理解的含义相同的含义。除非另有说明，否则术语“或”在本文中具有替代和结合意义。相同的数字始终指代相同的元件。
此外，为了便于理解本发明，下面定义了许多术语。本文定义的术语具有本领域普通技术人员在与本发明相关的领域中通常理解的含义。诸如“一”，“一种”和“该”的术语不旨在仅指单个实体，而是包括可以用于说明的特定示例的一般类。这里的术语用于描述本发明的具体实施例，但是除了权利要求中所概述的之外，它们的使用不限制本发明。
这里使用的术语“三维结构”等通常是指旨在或实际制造的旨在用于特定目的的三维构造(例如，结构材料或材料的)。例如，这种结构可以借助于三维CAD系统来设计。
本文在各种实施例中使用的术语“电子束”是指任何带电粒子束。带电粒子束的源可包括电子枪，线性加速器等。
术语“维纳尔杯(Wehnelt cup)”和“栅极杯(grid cup)”具有相同的含义并且在本文件中可互换使用。
图2描绘了自由形式制造或增材制造设备21的实施例，其中可以实施根据本发明的创造性方法。
设备21包括电子束枪6；偏转线圈7；两个粉末料斗4,14；构建平台2；构建箱10；粉末分配器28；粉末床5；和真空室20。
真空室20能够经由真空系统保持真空环境，该系统可包括涡轮分子泵，涡旋泵，离子泵和一个或多个阀，其是本领域技术人员公知的，因此在这方面不需要进一步解释。真空系统由控制单元8控制。
电子束枪6产生电子束，该电子束用于预热粉末，将构建平台2上提供的粉末材料熔化或熔融在一起，或者对已熔化的粉末材料进行后期热处理。控制单元8可用于控制和管理从电子束枪6发射的电子束。至少一个聚焦线圈(未示出)，至少一个偏转线圈7，用于像散校正的可选线圈(未示出)和电子束电源(未示出)可以电连接到控制单元8。在本发明的示例性实施例中，电子束枪6可产生可聚焦的电子束，其具有约15-60kV的加速电压和3-10kW范围内的束功率。当通过利用能量束逐层熔融粉末来构建三维物品时，真空室中的压力可以是3×10-3mbar或更低。
粉末料斗4,14包括要在构建箱10中的构建平台2上提供的粉末材料。粉末材料可以是例如纯金属或金属合金，例如钛，钛合金，铝，铝合金，不锈钢，Co-Cr合金，镍基超级合金等。
粉末分配器28布置成在构建平台2上铺设薄层的粉末材料。在工作循环期间，构建平台2将相对于真空室中的固定点连续地降低。为了使这种运动成为可能，构建平台2在本发明的一个实施例中在竖直方向上可移动地布置，即在箭头P所示的方向上布置。这意味着构建平台2在初始位置开始，其中已经铺设了具有必要厚度的第一粉末材料层。用于降低构建平台2的装置可以例如通过配备有齿轮，调节螺钉等的伺服马达。伺服马达可以连接到控制单元8。
电子束可以被引导到构建平台2上，使得第一粉末层在选定位置熔融以形成三维物品3的第一横截面。根据控制单元8给出的指令将光束引导到构建平台2上。在控制单元8中存储有关如何控制三维物品的每层的电子束的指令。三维物品3的第一层可以构建在可以是可移除的构建平台2上、在粉末床5中，或在可选的起始板16上。起始板16可以直接布置在构建平台2上或者布置在设置于构建平台2上的粉末床5的顶部上。
在完成第一层，即用于制作三维物品的第一层的粉末材料的熔融之后，在构建平台2上提供第二粉末层。第二层的厚度可以通过构建平台相对于构建第一层的位置降低的距离来确定。在各种实施例中，第二粉末层按照与前一层相同的方式分布。然而，在相同的增材制造机器中可能存在用于将粉末分配到工作台上的替代方法。例如，第一层可以通过第一粉末分配器28提供，第二层可以由另一个粉末分配器提供。粉末分配器的设计根据来自控制单元8的指令而自动改变。单耙系统形式的粉末分配器28，即一个耙正捕获从左粉末料斗4和右粉末料斗14落下的粉末，这样的耙可以改变设计。
在将第二粉末层分配在构建平台上之后，将能量束引导到工作台上，使得第二粉末层在选定位置熔融以形成三维物品的第二横截面。第二层中的熔融部分可以结合到第一层的熔融部分。第一层和第二层中的熔融部分可以通过不仅熔化最上层中的粉末而且还再熔化直接在最上层下面的层的厚度的至少一部分而熔化在一起。
有时可能需要考虑当电子撞击粉末床5时在粉末中产生的电荷分布。电荷分布密度取决于以下参数：束电流，电子速度(由加速电压给出)，束扫描速度，粉末材料和粉末的电导率，即主要是粉末颗粒之间的电导率。后者又是几个参数的函数，例如作为非限制性实例，温度，烧结度和粉末颗粒尺寸/尺寸分布。
因此，对于给定的粉末，即具有一定粒度分布的某种材料的粉末和给定的加速电压，可以通过改变束电流(并因此改变束功率)和束扫描速度，来影响电荷分布。
通过以受控方式改变这些参数，可以通过增加粉末的温度来逐渐增加粉末的电导率。具有高温的粉末获得相当高的导电率，这导致较低的电荷分布密度，因为电荷可以快速地在大的区域上扩散。如果在预热处理期间允许粉末轻微烧结，则这种效果会增强。当导电率变得足够高时，粉末可以以预定的束电流和束扫描速度值而熔融在一起，即融化或完全烧结。
图1以示意性横截面侧视图示出了根据本发明的电子束源100的示例实施例。电子束源100包括阴极101，栅极杯或维纳尔杯102和阳极104。在处于负电位的阴极101处发射的电子106朝向阳极104加速，最后加速到目标表面(未示出)。栅极杯102设置在距阴极101预定距离处。阴极101可以设置有单独的电源，其可以用于加热阴极，其中阴极101通过热电子发射释放电子。
在阴极101和阳极104之间提供加速电压160。加速电压160使得来自阴极101的发射电子朝向阳极104加速，从而建立电子束106。电子束106可以撞击在基板表面上，该基板表面可以是增材制造处理中的粉末层。为了引导和聚焦电子束，还可以布置至少一个聚焦线圈和至少一个偏转线圈。
在电子束源100中，栅极杯102设置在阴极101和阳极104之间。栅极杯102可以布置为具有孔112的板。孔112可以与阴极101对准。栅极杯102中的孔112的尺寸可以对应于栅极杯102的位置处的电子束106的横截面。
栅极杯电压180可以设置在栅极杯102和阴极101之间，并且可以在负阻断电压和全电力电压之间调节，从而在0-最大电子束电流之间调节电子束。在图1中，阴极101可以具有-20kV至-100kV的负电位。
栅极杯电压180可以在负阻断电压和全电力电压之间变化。栅极放大器124可以控制栅极杯电压180，以便将电子束电流调节到期望值以及加速电压160。
阳极可以设定为地电位。目标表面可以设置为地电位或正电位。电子束源100还可以包括用于检测实际电子束电流的装置。用于检测目标表面上的电子束电流的示例性装置可以是检测提供加速电压160的高压源的实际负载。如果阴极被提供有-60kV的固定负电位，则负阻断电压可以是大约-61kV，即，维纳尔杯102本身设定在-61kV，用于通过栅极杯102来阻挡电子。如果开始降低负阻挡电位，则允许从阴极发射的一些电子穿过栅极杯102。通过在该示例性实施例中在-61kV至～-60kV之间改变栅极杯电位，当阴极被提供有-60kV的固定负电位时，电子束电流可以从0mA变化到最大电子束电流，对于阴极101的预定大小和形状以及栅极杯102中的孔的预定大小和形状，该最大电子束电流可以是25mA。阴极101的其他加速电压和/或其他尺寸，形状和发射率和/或栅极杯102中的孔的其他尺寸和形状可以影响最大电子束电流，使其高于或低于示例的25mA。在上面的示例实施例中，栅极电位参考地电位，但是在另一示例实施例中，栅极电位可以参考阴极电位。
在特殊情况下，栅极杯102可以设置有钳位电位170，以便使真空放电电弧从阴极101朝向栅极杯102发散到栅极杯102上。
在图1中，如果不采取特殊措施，则可以在阳极104和阴极101之间存在预放电通道107。然而，如果栅极杯102布置有钳位电压，该钳位电压将具有比阴极101和维纳尔杯102上的阻断电压更负的电势，则可以存在阳极104和栅极杯102之间的转向放电通道108。钳位电压170可以固定并连接到足够大小的大容量电容105，以在任何可能的真空放电期间保持其与阴极101的相对电压。钳位电位170控制电场强度，该电场强度将从阳极104到阴极101的发展中的预放电电弧通道107吸引并偏离到从阳极104到栅极杯102的转向放电通道108。
可以在特殊情况下将钳位电位170提供到栅极杯上，在示例性实施例中，特殊情况下可以是在漏电流检测器120,122检测到高于预定值的漏电流时。第一漏电流检测器120可以检测阳极104处的漏电流。第二漏电流检测器122可以检测栅极杯102处的漏电流。通过阳极和/或栅极杯的漏电流可以是真空电弧放电事件的累积阶段中的第一迹象。该漏电流可以用作开关的触发信号。如果漏电流高于预定值，则控制单元150可以将控制信号发送到开关130，其接着将闭合开关130。开关130的闭合意味着钳位电位施加到栅极杯102，并且真空电弧放电从阴极重定向到栅极杯。第二控制单元150可以是物理上分离的控制单元或者与图2中的控制单元8集成。
漏电流检测器可以感测μA至mA范围内的电流异常，其具有对于真空电弧放电累积典型的特征电流导数(characteristic current derivative)。用于感测真空电弧累积的时间窗口很窄，通常在100ns到几μs的范围内，并且开关130需要在该时间窗口内完全激活。开关130通常可以通过诸如三极管电子管或高压功率晶体管的专用功率电子器件来实现。
在示例性实施例中，检测器120,122和钳位开关130可以实现为可以与阴极101和维纳尔组件102集成的一个单元。
如果栅极杯电位在-61kV--60kV之间变化，则如果钳位电位170设定为固定值，则钳位电位170需要在-61.5kV左右或更高。钳位电压电位非常依赖于维纳尔杯102，阴极101和阳极104的几何形状以及加速电压160。在示例实施例中，钳位电位可以比维纳尔杯102上的零电流阈值电压低至少-500V。
在示例性实施例中，阴极元件可以由稀土金属氧化物制成，例如六硼化镧。在另一个示例性实施例中，阴极元件可以由钨元件制成。阴极元件可以通过单独的加热电路(未示出)加热，以便将阴极元件101设定到电子发射有利的所需温度。钳位电压源可能需要具有低阻抗和足够的电流处理能力，以承受真空电弧放电电流，而不会使钳位电压下降超过可忽略不计的，以便相对于阴极101维持足够的电位差，以保持维纳尔杯102处的偏离的电场强度。在示例实施例中，电容器105的尺寸可以在几μP到100μF的范围内，其中尺寸取决于放电能量和在任何可预见的放电期间的最大允许电压降。
钳位电压源可以是低阻抗负电压源。在示例性实施例中，钳位电压源包括足够大小的电容器，以便在发生真空放电事件期间，与阴极相比保持对栅极杯更负的电位。在示例性实施例中，钳位电压可以比维纳尔杯截止电压低约-500至-2000V。
在示例实施例中，钳位电压具有比阴极元件多至少1％的负电位。在另一示例实施例中，钳位电压具有比阴极元件多至少2.5％的负电位。在又一示例实施例中，钳位电位比阴极电位更负至少1000V。
图3描绘了通过连续沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法的示例性实施例的示意性流程图，各个粉末材料层熔融在一起以形成物品。
在第一步骤310中，提供至少一个电子束源，用于发射电子束，用于加热粉末材料或熔融粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯。
在第二步骤320中，提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流。
在第三步骤330中，提供低阻抗电压源，并且低阻抗电压源可通过开关连接到维纳尔杯，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位。
在第四步骤340中，当漏电流检测器感测通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供到低阻抗负电压，在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。
在本发明的各种实施例的另一个方面，当在计算机上执行时提供、配置和布置程序元件，以实施用于通过连续沉积各个粉末材料层以形成三维物品的方法，各个粉末材料层熔化在一起以形成物品，该方法包括以下步骤：提供至少一个电子束源，该至少一个电子束源发射电子束，用于加热粉末材料或熔化粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯；提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流；提供可通过开关连接到维纳尔杯的低阻抗电压源，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供给低阻抗负电压源，从而在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。
该程序可以安装在计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可以是控制单元8，控制单元150或另一个单独且不同的控制单元。计算机可读存储介质和程序元件，其可以包括其中体现的计算机可读程序代码部分，还可以包含在非暂时性计算机程序产品中。下面依次提供关于这些特征和构造的进一步细节。
如上所述，本发明的各种实施例可以以各种方式实施，包括作为非暂时性计算机程序产品。计算机程序产品可以包括非暂时性计算机可读存储介质，其存储应用，程序，程序模块，脚本，源代码，程序代码，目标代码，字节代码，编译代码，解释代码，机器代码，可执行指令，和/或类似的(这里也称为可执行指令，执行指令，程序代码和/或本文中可互换使用的类似术语)。这种非暂时性计算机可读存储介质包括所有计算机可读介质(包括易失性和非易失性介质)。
在一个实施例中，非易失性计算机可读存储介质可包括软盘，软磁盘，硬盘，固态存储器(SSS)(例如，固态驱动器(SSD)，固态卡(SSC)，固态模块(SSM))，企业闪存驱动器，磁带或任何其他非暂时性磁介质，和/或类似的。非易失性计算机可读存储介质还可以包括穿孔卡，纸带，光学标记片(或具有孔图案或其他光学可识别标记的任何其他物理介质)，光盘只读存储器(CD-ROM)，光盘可重写光盘(CD-RW)，数字通用光盘(DVD)，蓝光光盘(BD)，任何其他非瞬态光学介质和/或类似的。这种非易失性计算机可读存储介质还可以包括只读存储器(ROM)，可编程只读存储器(PROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，闪存存储器(例如，串行，NAND，NOR等)，多媒体存储卡(MMC)，安全数字(SD)存储卡，SmartMedia卡，CompactFlash(CF)卡，记忆棒，和/或类似的。此外，非易失性计算机可读存储介质还可以包括导电桥接随机存取存储器(CBRAM)，相变随机存取存储器(PRAM)，铁电随机存取存储器(FeRAM)，非易失性随机存取存储器(NVRAM)，磁阻随机存取存储器(MRAM)，电阻随机存取存储器(RRAM)，硅氧化物-氮化物-氧化硅存储器(SONOS)，浮动结栅极随机存取存储器(FJG RAM)，Millipede存储器，赛道存储器，和/或类似的。
在一个实施例中，易失性计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)，动态随机存取存储器(DRAM)，静态随机存取存储器(SRAM)，快速页面模式动态随机存取存储器(FPM DRAM)，扩展数据-动态随机存取存储器(EDO DRAM)，同步动态随机存取存储器(SDRAM)，双数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)，双数据速率型两同步动态随机存取存储器(DDR2SDRAM)，双数据速率型三同步动态随机存取存储器(DDR3SDRAM)，Rambus动态随机存取存储器(RDRAM)，双晶体管RAM(TTRAM)，晶闸管RAM(T-RAM)，零电容(Z-RAM)，Rambus直插式内存模块(REVIM)，双列直插式内存模块(DIMM)，单列直插式内存模块(SIMM)，视频随机存取存储器VRAM，高速缓存(包括各种级别)，闪存存储器，寄存器存储器，和/或类似的。应当理解，在使用计算机可读存储介质描述实施例的情况下，除了上述计算机可读存储介质之外，其他类型的计算机可读存储介质可以替代或使用。
应当理解，本发明的各种实施例还可以实施为方法，设备，系统，计算装置，计算实体等，如本文其他地方所述。这样，本发明的实施例可以采取执行存储在计算机可读存储介质上的指令以执行某些步骤或操作的设备，系统，计算装置，计算实体等的形式。然而，本发明的实施例还可以采用执行某些步骤或操作的完全硬件实施例的形式。
下面参考设备，方法，系统和计算机程序产品的框图和流程图说明各种实施例。应当理解，任何框图和流程图说明中的每个框可以分别部分地由计算机程序指令实施，例如，作为在计算系统中的处理器上执行的逻辑步骤或操作。这些计算机程序指令可以加载到计算机(例如专用计算机)或其他可编程数据处理设备上，以产生专门构造的机器，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令实施在流程框中指定的功能。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，其可以指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实施流程框中指定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令也可以加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实施的处理，使得在计算机或者其他可编程设备上执行的指令提供用于实施流程框中指定的功能的操作。
因此，框图和流程图图示的框支持用于执行指定功能的各种组合，用于执行指定功能的操作的组合和用于执行指定功能的程序指令。还应该理解，框图和流程图图示的每个框以及框图和流程图图示中的框的组合可以由执行特定功能或操作的专用硬件计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实施。
图4是可以结合本发明的各种实施例使用的示例性系统1020的框图。在至少所示实施例中，系统1020可以包括一个或多个中央计算装置110，一个或多个分布式计算装置1120，以及一个或多个分布式手持或移动装置1300，所有这些都配置为经由一个或多个网络1130与中央服务器1200(或控制单元)通信。虽然图4将各种系统实体示为分开的独立实体，但是各种实施例不限于该特定架构。
根据本发明的各种实施例，一个或多个网络1130可以能够支持根据多个第二代(2G)，2.5G，第三代(3G)和/或第四代(4G)移动通信协议等中的任何一个或多个的通信。更具体地，一个或多个网络1130可以能够支持根据2G无线通信协议IS-136(TDM A)，GSM和IS-95(CDMA)的通信。而且，例如，一个或多个网络1130可以能够支持根据2.5G无线通信协议GPRS，增强型数据GSM环境(EDGE)等的通信。另外，例如，一个或多个网络1130可以能够支持根据3G无线通信协议的通信，例如采用宽带码分多址(WCDMA)无线电接入技术的通用移动电话系统(UMTS)网络。一些窄带AMPS(AMPS)以及TACS网络也可以受益于本发明的实施例，双模或更高模式移动台(例如，数字/模拟或TDMA CDMA模拟电话)也是如此。作为又一示例，系统1020的每个组件可以被配置为根据诸如射频(RF)，蓝牙TM，红外(IrDA)或多个不同的有线或无线网络技术(包括有线或无线个人区域网(“PAN”)，局域网(“LAN”)，城域网(“MAN”)，广域网(“WAN”)等)中的任何技术彼此通信。
尽管图4中示出的装置1110-1300通过相同的网络1130彼此通信，但是这些装置同样可以通过多个单独的网络进行通信。
根据一个实施例，除了从服务器1200接收数据之外，分布式装置1110,1120和/或1300还可以被构造为自己收集和发送数据。在各种实施例中，装置1110,1120和/或1300可以能够经由一个或多个输入单元或装置接收数据，例如小键盘，触摸板，条形码扫描仪，射频识别(RFID)读取器，接口卡(例如，调制解调器等)或接收器。装置1110,1120和/或1300还可以能够将数据存储到一个或多个易失性或非易失性存储器模块，并且经由一个或多个输出单元或装置输出数据，例如，通过将数据显示给操作装置的用户，或者通过例如通过一个或多个网络1130发送数据。
在各种实施例中，服务器1200包括用于执行根据本发明的各种实施例的一个或多个功能的各种系统，包括在此更具体示出和描述的那些。然而，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，服务器1200可以包括用于执行一个或多个类似功能的各种替代装置。例如，在某些实施例中，服务器1200的至少一部分可以位于分布式装置1110,1120和/或手持或移动装置1300上，如对于特定应用可能是可期望的那样。如下面将进一步详细描述的，在至少一个实施例中，手持或移动装置1300可以包含一个或多个移动应用1330，其可以被配置为提供用于与服务器1200通信的用户界面，所有这些都将在下面进一步详细描述。
图5A是根据各种实施例的服务器1200的示意图。服务器1200包括处理器1230，其经由系统接口或总线1235与服务器内的其他元件通信。服务器1200中还包括用于接收和显示数据的显示/输入装置1250。该显示/输入装置1250可以是例如与监视器结合使用的键盘或定点装置。服务器1200还包括存储器1220，其优选地包括只读存储器(ROM)1226和随机存取存储器(RAM)1222。服务器的ROM 1226用于存储基本输入/输出系统1224(BIOS)，其包含有助于在服务器1200内的元件之间传送信息的基本例程。本文先前已经描述了各种ROM和RAM配置。
此外，服务器1200包括至少一个存储装置或程序存储器210，例如硬盘驱动器，软盘驱动器，CD ROM驱动器或光盘驱动器，用于在各种计算机可读介质上存储信息，例如硬盘，可移动磁盘或CD-ROM盘。如本领域普通技术人员将理解的，这些存储装置1210中的每一个通过适当的接口连接到系统总线1235。存储装置1210及其相关的计算机可读介质为个人计算机提供非易失性存储器。如本领域普通技术人员将理解的，上述计算机可读介质可以由本领域中已知的任何其他类型的计算机可读介质代替。这种介质包括例如磁带盒，闪存卡，数字视频盘和伯努利(Bernoulli)盒。
虽然未示出，但是根据实施例，服务器1200的存储装置1210和/或存储器还可以提供数据存储装置的功能，该数据存储装置可以存储可以由服务器访问的历史和/或当前递送数据和递送条件。在这方面，存储装置1210可以包括一个或多个数据库。术语“数据库”是指存储在计算机系统中的记录或数据的结构化集合，例如经由关系数据库，分层数据库或网络数据库，并且因此不应以限制方式解释。
包括例如可由处理器1230执行的一个或多个计算机可读程序代码部分的多个程序模块(例如，示例性模块1400-1700)可以由各种存储装置1210存储在RAM 1222内。这样的程序模块还可以包括操作系统1280。在这些和其他实施例中，各种模块1400,1500,1600,1700在处理器1230和操作系统1280的帮助下控制服务器1200的操作的某些方面。在其他实施例中，应该理解，在不脱离本发明的范围和本质的情况下，还可以提供一个或多个附加和/或替代的模块。
在各种实施例中，程序模块1400,1500,1600,1700由服务器1200执行，并且被构造为生成一个或多个图形用户界面，报告，指令和/或通知/警报，所有这些都可访问和/或发送到系统1020的各种用户。在某些实施例中，用户界面，报告，指令和/或通知/警报可以通过一个或多个网络1130访问，网络1130可以包括因特网或其他可行的通信网络，如前所述。
在各种实施例中，还应当理解，模块1400,1500,1600,1700中的一个或多个可以替代地和/或另外地(例如，一式两份地)本地存储在装置1110,1120和/或1300中的一个或多个上，并且可以由其中的一个或多个处理器执行。根据各种实施例，模块1400,1500,1600,1700可以向一个或多个数据库发送数据，从其接收数据和利用其中含有的数据，该数据库可以包括一个或多个分开的、链接的和/或联网的数据库。
还位于服务器1200内的是网络接口1260，用于与一个或多个网络1130的其他元件进行接口连接和通信。本领域普通技术人员将理解，服务器1200组件中的一个或多个可以在地理上远离其他服务器组件定位。此外，可以组合服务器1060组件中的一个或多个，和/或执行本文描述的功能的附加组件也可以包括在服务器中。
虽然前面描述了单个处理器1230，但是如本领域普通技术人员将认识到的，服务器1200可以包括彼此结合操作以执行本文描述的功能的多个处理器。除了存储器1220之外，处理器1230还可以连接到至少一个接口或用于显示，发送和/或接收数据，内容等的其他装置。在这方面，接口可以包括至少一个通信接口或用于发送和/或接收数据，内容等的其他装置，以及可以包括显示器和/或用户输入接口的至少一个用户界面，如下面将进一步详细描述的。用户输入接口又可以包括允许实体从用户接收数据的多个装置中的任何一个，例如键盘，触摸显示器，操纵杆或其他输入装置。
此外，虽然参考“服务器”1200，但是如本领域普通技术人员将认识到的，本发明的实施例不限于传统定义的服务器架构。此外，本发明的实施例的系统不限于单个服务器或类似的网络实体或大型计算机系统。在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，同样可以使用包括一个或多个网络实体的其他类似架构，这些网络实体彼此结合操作以提供本文所述的功能。例如，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，同样可以使用两个或更多个人计算机(PC)，类似电子装置或手持便携式装置的网状网络，两个或更多个人计算机(PC)，类似电子装置或手持便携式装置彼此协作以提供与服务器1200相关联的本文描述的功能。
根据各种实施例，利用本文描述的计算机系统和/或服务器可以执行或不执行处理的许多单独步骤，并且计算机实施的程度可以变化，这对于一个或多个特定应用可能是期望的和/或有益的。
图5B提供了可以结合本发明的各种实施例使用的移动装置1300的说明性示意图。移动装置1300可以由各方操作。如图5B所示，移动装置1300可以包括天线1312，发送器1304(例如，无线电)，接收器1306(例如，无线电装置)，以及向发送器1304提供信号和从接收器1306接收信号的处理元件1308。
分别向发送器1304提供的信号并且从接收器1306接收的信号可以包括根据适用无线系统的空中接口标准的信令数据，以与各种实体(例如服务器1200，分布式装置1110，1120，和/或类似物)通信。在这方面，移动装置1300可以能够利用一个或多个空中接口标准，通信协议，调制类型和访问类型来操作。更具体地，移动装置1300可以根据多种无线通信标准和协议中的任何来操作。在特定实施例中，移动装置1300可以根据多种无线通信标准和协议操作，例如GPRS，UMTS，CDMA2000，1xRTT，WCDMA，TD-SCDMA，LTE，E-UTRAN，EVDO，HSPA，HSDPA，Wi-Fi，WiMAX，UWB，IR协议，蓝牙协议，USB协议和/或任何其他无线协议。
经由这些通信标准和协议，根据各种实施例，移动装置1300可以使用诸如非结构化补充服务数据(USSD)，短消息服务(SMS)，多媒体消息服务(MMS)，双音多频信令(DTMF)和/或订户身份模块拨号器(SIM拨号器)等原理与各种其他实体进行通信。移动装置1300还可以例如将更改，插件和更新下载到其固件，软件(例如，包括可执行指令，应用，程序模块)和操作系统。
根据一个实施例，移动装置1300可以包括位置确定装置和/或功能。例如，移动装置1300可以包括GPS模块，其适于获取例如纬度，经度，高度，地理编码，路线和/或速度数据。在一个实施例中，GPS模块通过识别视野中的卫星的数量和那些卫星的相对位置来获取数据，有时称为星历数据。
移动装置1300还可以包括用户界面(可以包括耦接到处理元件1308的显示器1316)和/或用户输入接口(耦接到处理元件1308)。用户输入接口可以包括允许移动装置1300接收数据的多个装置中的任何，例如键盘1318(硬或软)，触摸显示器，语音或动作接口，或其他输入装置。在包括键盘1318的实施例中，键盘可以包括(或使得显示)传统数字(0-9)和相关键(#，*)，以及用于操作移动装置1300的其他键，并且可以包括全套字母键或可以被激活以提供全套字母数字键的一组键。除了提供输入之外，用户输入接口还可以用于例如激活或停用某些功能，例如屏幕保护程序和/或睡眠模式。
移动装置1300还可以包括易失性存储器1322和/或非易失性存储器1324，其可以是嵌入式的和/或可以是可移除的。例如，非易失性存储器可以是ROM，PROM，EPROM，EEPROM，闪存，MMC，SD存储卡，存储棒，CBRAM，PRAM，FeRAM，RRAM，SONOS，赛道存储器和/或类似物。易失性存储器可以是RAM，DRAM，SRAM，FPM DRAM，EDO DRAM，SDRAM，DDR SDRAM，DDR2SDRAM，DDR3SDRAM，RDRAM，RIMM，DIMM，SIMM，VRAM，高速缓冲存储器，寄存器存储器和/或类似物。易失性和非易失性存储器可以存储数据库，数据库实例，数据库映射系统，数据，应用，程序，程序模块，脚本，源代码，目标代码，字节代码，编译代码，解释代码，机器代码，可执行指令等，以实施移动装置1300的功能。
移动装置1300还可以包括相机1326和移动应用1330中的一个或多个。可以根据各种实施例将相机1326配置为附加和/或替代数据收集特征，由此可以经由相机由移动装置1300读取，存储和/或发送一个或多个项目。移动应用1330还可以提供可以通过其与移动装置1300执行各种任务的特征。可以提供各种配置，这对于作为整体的移动装置1300和系统1020的一个或多个用户可能是期望的。
应当理解，本发明不限于上述实施例，并且在所附权利要求的范围内可以进行许多修改。例如，这种修改可以涉及使用多个能量束源而不是示例性的单个电子束源。另外，可以使用除金属粉末之外的材料，例如非限制性实例的聚合物粉末或陶瓷粉末。

Claims (19)

1.一种用于通过连续沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，其特征在于，所述各个粉末材料层熔融在一起以形成所述物品，所述方法包括以下步骤：
经由至少一个电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和位于所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；
对所述阴极施加负电位；
经由漏电流检测器感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流；和
响应于通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的所述电流超过预定值，闭合开关，以将所述维纳尔杯连接到低阻抗电压源，所述电压源具有比施加到所述阴极的所述负电位更负的负电位，当形成所述三维物品时，所述开关的所述闭合保护所述阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述阴极元件由稀土金属氧化物材料制成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源包括具有电容的电容器，所述电容被配置为，与施加到所述阴极的所述负电位相比，在真空电弧放电的持续时间内，保持对所述维纳尔杯的所述更负的电位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中当所述漏电流检测器感测到通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流高于所述预定值时，所述低阻抗负电压源提供比所述阴极上提供的负电压更负至少1000V的负电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中列举的步骤中的一个或多个是经由至少一个控制单元或处理器由计算机实施的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在感测到所述电流高于所述预定值时，经由至少一个控制单元自动地闭合所述开关。
7.一种增材制造设备，其特征在于，所述设备用于通过连续熔融提供在工作台上的至少一层粉末的部分来形成三维物品，所述部分对应于所述三维物品的连续横截面，所述设备包括：
至少一个电子束源，所述电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和定位在所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；
漏电流检测器，所述漏电流检测器构造成用于感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的漏电流；
低阻抗电压源，所述低阻抗电压源经由开关选择性地可连接到所述维纳尔杯，所述电压源具有比施加到所述阴极的负电位更负的电位；和
控制装置，
其中，响应于感测到通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流大于预定值，经由所述控制装置闭合所述开关，以将所述电压源连接到所述维纳尔杯。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源是专用于在所述真空电弧放电期间保持比施加到所述阴极的负电位更负的负电位的电路。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述控制装置构造成用于将所述维纳尔杯电位设定为比所述阴极电位更负的电位。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述阴极元件由稀土金属氧化物材料制成。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源包括具有电容的电容器，所述电容被构造为，与所述阴极相比，在真空电弧放电的持续时间内保持对栅极的更负的电位。
12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中当所述漏电流检测器感测到通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流高于所述预定值时，所述低阻抗负电压源提供比所述阴极上提供的负电压更负至少1000V的负电压。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括至少一个非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质具有体现在其中的计算机可读程序代码部分，所述计算机可读程序代码部分包括至少一个可执行部分，所述至少一个可执行部分被配置用于：
经由至少一个电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和定位在所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；
对所述阴极施加负电位；
经由漏电流检测器感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流；和
响应于通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的所述电流超过预定值，闭合开关，以将所述维纳尔杯连接到低阻抗电压源，所述电压源具有比施加到所述阴极的所述负电位更负的负电位，所述开关的所述闭合构造成在形成所述三维物品时保护所述阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源包括具有电容的电容器，所述电容被配置为与施加到所述阴极的所述负电位相比，在真空电弧放电的持续时间内，保持对所述维纳尔杯更负的电位。
15.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中当所述漏电流检测器感测到通过所述阳极和/或所述维纳尔杯的电流高于预定值时，所述低阻抗负电压源提供比所述阴极上提供的负电压更负至少1000V的负电压。
16.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中所述至少一个可执行部分被配置为在感测到高于所述预定值的所述电流时自动地闭合所述开关。
17.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中所述阴极元件由稀土金属氧化物材料制成。
18.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源是专用于在所述真空电弧放电期间保持比施加到所述阴极的所述负电位更负的负电位的电路。
19.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，其中所述至少一个可执行部分进一步配置成用于将所述维纳尔杯电位设定为比所述阴极电位更负的电位。
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