CN110461508A - 用于在直接金属激光熔化(dmlm)中有效利用激光阵列的扫描策略 - Google Patents

用于在直接金属激光熔化(dmlm)中有效利用激光阵列的扫描策略 Download PDF

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Abstract

一种增材制造系统，其被构造成制造部件，包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略。增材制造系统包括至少一个激光器装置，每个激光器装置构造为激光器阵列和构建平台。每个激光器装置被构造成产生多个激光束。该部件被设置在构建平台上。至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过部件和构建平台，并对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件和构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。还公开了一种利用增材制造系统制造部件的方法。

Description

用于在直接金属激光熔化(DMLM)中有效利用激光阵列的扫描 策略
技术领域
本公开大体上涉及增材制造系统，更具体地，涉及包括用于在直接金属激光熔化(DMLM)系统中有效利用激光射线的扫描策略的增材制造系统。
背景技术
至少一些增材制造系统涉及粉末状材料的堆积以制造部件。该方法可以以降低的成本和提高的制造效率由粉末材料生产出复杂的部件。至少一些已知的增材制造系统(例如DMLM系统)使用一个或多个激光器装置(例如激光器阵列)，构建平台，重涂覆器和例如但不限于粉末状金属的粉末材料来制造部件。激光器阵列产生多个激光束，其在激光束入射到粉末材料上的区域内和周围熔化构建平台上的粉末材料，从而形成熔池。构建平台降低一些量，例如10至100微米，并且重涂覆器在现有层上铺展额外的粉末状构建材料。在DMLM过程期间，激光器阵列以逐层的方式重复扫过金属粉末。在零部件的构建期间，由于阵列来回扫，阵列中的每个激光器必须选择性地打开和关闭以仅熔合用于构建部件的金属粉末，在不组成部件的区域中留下未熔合的粉末。在该过程之后，未熔合的粉末被移除以露出该零部件。
当激光阵列扫过部件，多数激光器在构建该部件所需要的大多数时间内是关闭的。由于阵列中的大多数激光器处于关闭状态，因此激光器的这种低利用率增加了制造零部件的成本。如果所有激光器都在100％的时间内打开，则可以在最短的时间内以较低的成本构建典型的部件。
因此，期望在部件制造过程中提供一种DMLM系统，其利用新型扫描策略用于在各层构建期间有效利用可操作的激光器阵列。
发明内容
本公开的各种实施例包括一种增材制造系统，其包括用于有效利用激光射线的扫描策略。在一个方面，提供了一种构造成制造部件的增材制造系统，该增材制造系统包括用于有效利用一个或多个激光阵列的扫描策略。增材制造系统包括至少一个激光器装置和构建平台。包括激光器阵列的至少一个激光器装置中的每一个被构造成产生多个可单独操作的激光束。部件被设置在构建平台上。至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或修改的曲折形图案中的至少一个扫过部件和构建平台，并对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件和构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
在另一个方面，提供了一种被构造成制造部件的增材制造系统。增材制造系统包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略。增材制造系统包括至少一个激光器装置，构建平台和至少一个重涂覆器。包括激光器阵列的至少一个激光器装置中的每一个被构造成产生多个可单独操作的激光束。部件被设置在构建平台上。至少一个重涂覆器被构造成在部件和构建平台上涂覆粉末状构建材料。构建平台和至少一个激光装置中的至少一个被构造成保持静止。至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过部件和构建平台，并对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光器中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件和构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
在又一个方面，提供了一种利用增材制造系统制造部件的方法。增材制造系统包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略。增材制造系统包括构建平台，至少一个重涂覆器，以及至少一个包括激光器阵列的激光器装置。利用增材制造系统制造部件的方法包括利用重涂覆器将粉末状构建材料铺展在构建平台和部件上，利用至少一个激光器装置产生多个可单独操作的激光束以及利用多个激光束产生一层熔化的粉末状构建材料。多个可单独操作的激光束指向粉末状构建材料。至少一个激光器装置被构造在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过部件和构建平台，并对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光器中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件和构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
在参考附图阅读以下的详细描述和所附的权利要求时，本公开的其它目的和优点将变得显而易见。当结合若干附图和所附权利要求审查以下详细描述时，本申请的这些和其他特征和改进对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
当参考附图(整个附图中类似的字符表示类似的零部件)阅读下面的详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中：
图1是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的以包括构建平台的直接金属激光熔化(DMLM)系统的形式示出的示例性增材制造系统的示意图；
图2是使用图1中所示的增材制造系统制造的示例性部件的示意图。
图3是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图4是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图5是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图6是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图7是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图8是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图9是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图10是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；
图11是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图；以及
图12是根据本文所示的或所述的一个或多个实施例的包括用于有效利用激光器阵列的新型扫描策略的另一示例性增材制造系统的示意图。
除非另有说明，否则本文所提供的附图意在说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意在包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。
应当注意，本文呈现的附图不一定按比例绘制。附图旨在仅描绘所公开实施例的典型方面，因此不应被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似元件。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求中，将参考应被限定为具有以下含义的许多术语。
除非上下文另有明确规定，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数引用。
“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括该事件发生的事例和该事件不发生的事例。
在本文整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用于修饰任何可以允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语(例如“约”，“近似”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。至少在某些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里和整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。
如本文所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如，“处理装置”和“计算装置”)不仅限于指代本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广泛地指代微控制器，微计算机，可编程逻辑控制器(PLC)，专用集成电路和其他可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质(诸如随机存取存储器(RAM))，以及计算机可读非易失性介质(诸如闪存)。替换地，也可以使用软盘，光盘-只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。另外，在本文描述的实施例中，附加的输入通道可以是但不限于与诸如鼠标和键盘之类的操作员接口相关联的计算机外围设备。替换地，也可以使用其他计算机外围设备，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加的输出通道可以包括但不限于操作员接口监视器。
进一步，如本文使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序存储。
如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以用于短期和长期存储信息的任何方法或技术实现的任何有形的基于计算机的设备，例如计算机-可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或任何装置中的其他数据。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形的、非暂时性的计算机可读介质中的可执行指令，包括但不限于存储装置和/或存储器装置。当由处理器执行时，这些指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。而且，如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质：包括所有有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移除和不可移除存储介质，例如固件，物理和虚拟存储器，CD-ROMs，DVD和任何其他数字源(例如网络或因特网)以及有待开发的数字手段，唯一的例外是临时的传播信号。
此外，如本文中所使用的，术语“实时”指的是相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间以及系统响应于事件和环境的时间中的至少一个。在本文描述的实施例中，这些活动和事件基本上是瞬间发生的。
本文公开了具有用于增加激光利用率的新颖扫描策略的增材制造系统的实施例。增材制造系统包括构建平台，至少一个激光器装置，重涂覆器和平台。至少一个激光器装置中的每一个被构造成包括产生指向构建平台上的粉末状构建材料的多个激光束的激光器阵列。在操作期间，仅激光器阵列的一部分在响应于零部件配置的任何给定时间打开。重涂覆机将粉末状构建材料铺展在构建平台上。在一些实施例中，构建平台在每层粉末状构建材料之间相对于激光器阵列和重涂覆器旋转。用于系统中使用的公开的扫描策略包括与旋转和非旋转构建板和/或正在构建的部件相结合的新型的阵列扫描策略。因此，通过使用扫描策略，可以增加激光器阵列的利用率，并且降低零部件制造的总成本。
图1是以直接金属激光熔化(DMLM)系统的形式示出的示例性增材制造系统10的示意图。尽管本文的实施例是参考DMLM系统描述的，但是本公开也适用于其他类型的增材制造系统，例如选择性激光烧结系统。
在示例性实施例中，DMLM系统10包括构建平台12和至少一个激光器装置14，其中仅示出一个。包括激光器阵列15(图3)的至少一个激光器装置14中的每一个被构造成产生多个激光束16。在示例性实施例中，构建平台12具有圆形形状。然而，构建平台12具有使DMLM系统10能够如本文所述进行操作的任何形状。
如图1所示，至少一个激光器装置14被构造成产生足够能量的多个激光束16，以至少部分地熔化构建平台12上的粉末状构建材料22。在示例性实施例中，至少一个激光器装置14由被构造成发射波长为约1070纳米(nm)的多个激光束的镱基固态激光器的激光器阵列构成。在其他实施例中，激光器装置14包括使DMLM系统10能够如本文所述起作用的任何合适类型的激光器，例如二氧化碳激光器。在一个实施例中，至少一个激光器装置14可以被光学地联接到有助于将多个激光束16聚焦在构建平台12上的一个或多个光学元件(未示出)。在一个实施例中，光学元件可包括光束准直器，透镜或在构建平台12上提供准直和/或聚焦激光束的任何合适类型和布置的光学元件。在一个实施例中，DMLM系统10可以包括一个或多个扫描装置(未示出)，其被构造成选择性地引导多个激光束16跨越构建平台12。关于包括一个或多个光学元件和/或扫描装置的附加信息，请参考共同未决的美国专利申请编号15/408,843，David Charles Bogdan，Jr等，“用于增材制造旋转构建平台的系统和方法(Systems and Methods forAdditive Manufacturing Rotating BuildPlatforms)”，其整体并入本文。
示例性DMLM系统10还包括重涂覆器20，其被构造成跨越构建平台12铺展粉末状构建材料22。DMLM系统10还包括计算装置26和控制器28，控制器28被构造成控制DMLM系统10的一个或多个部件，如本文更详细的描述。多个壁11限定气锁构建室13。在一个实施例中，DMLM系统10设置在气锁构建室13内。
构建平台12包括粉末状构建材料22，其在增材制造过程中熔化并重新固化以构建固体部件30。部件30的示例性实施例，并且更具体地假想喷嘴，如图2所示。如图所示，在示例性实施例中，部件30包括变化的几何形状，其包括锥形侧壁32。粉末状构建材料22包括适于形成此类部件的材料，包括但不限于气体雾化允许的钴，铁，铝，钛，镍及其组合。在其他实施例中，粉末状构建材料22包括任何合适类型的粉末状构建材料。在又一其他实施例中，粉末状构建材料22包括使DMLM系统10能够如本文所述起作用的任何合适的构建材料，包括例如但不限于陶瓷粉末、金属涂层陶瓷粉末和热固性或热塑性树脂。
计算装置24包括计算机系统，其包括至少一个处理器(在图1未示出)，执行可执行指令以操作DMLM系统10。计算装置24包括例如与部件(例如如图2中最佳所示的部件30)相关联的电子计算机构建文件。
构建文件包括构建参数，其用于控制DMLM系统10的一个或多个部件。构建参数包括但不限于激光器装置14的功率和激光器装置14的位置和取向，以及一种或多种扫描策略，该一种或多种扫描策略能够在构建过程中有效利用至少一个激光器装置14，并且更具体地说是有效利用激光器阵列15。在示例性实施例中，计算装置24和控制器26被示为分离的装置。在其它实施例中，计算装置24和控制器26被合并为单个装置，其和本文所述的每一个一样同时操作计算装置24和控制器26。
计算装置24可以基于电信号存储与熔池相关联的信息，其被用于帮助控制和改善用于DMLM系统10或由DMLM系统10构建的特定部件的构建过程。
控制器26包括任何合适类型的控制器，其使得DMLM系统10能够如本文描述的那样起作用。在一个实施例中，例如，控制器26是包括至少一个处理器和至少一个存储器装置的计算机系统，其至少部分地基于来自人类操作员的指令来执行可执行指令以控制DMLM系统10的操作。控制器26包括例如由DMLM系统10制造的部件30的3D模型。由控制器26执行的可执行指令包括控制激光器装置14的功率输出和控制重涂覆器20的位置。
控制器26被构造成基于与存储在例如计算装置24内的构建文件相关联的构建参数，控制DMLM系统10的一个或多个部件。在示例性实施例中，控制器26被构造成基于与DMLM系统10制造的部件(如部件30)相关联的构建文件，控制激光器装置14和重涂覆器20。更具体地，控制器26被构造成基于由与部件30相关联的构建文件限定的预定路径，控制至少一个激光装置14的位置、运动和功率，因而能够有效地利用至少一个激光器装置14。
图3是图1所示的DMLM系统10的构建平台12和重涂覆器20的简化示意图。仅出于说明的目的，图3的示意图示出了包括激光器阵列15的单个激光器装置14，其构造为跨越部件30的半径“r”的线性激光器阵列。在该特定的实施例中，激光器装置14，并且更具体地说是激光器阵列15，被设置在重涂覆器20附近。在操作期间，粉末状构建材料21被分配在部件30和构建平台12上。在该特定的实施例中，构建平台12被构造成在每层粉末状构建材料22之间相对于激光器阵列14和重涂覆器20旋转，如箭头34所示。激光器装置14和重涂覆器20保持在静止位置。当构建平台12旋转时，重涂覆器20将粉末状构建材料22铺展在部件30和构建平台12上。在该实施例中，使构建平台22以及因此使部件30以恒定速率旋转。激光器装置14的实际成本是跨越部件30的直径的典型激光器装置的一半。在该特定实施例中，由于在打开和闭合之间需要切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似8％。
如前所述，在图3的实施例中，构建平台12被构造成如箭头34所示旋转。在当前描述的替代实施例中，构建平台12被构造成在激光器装置14和重涂覆器20旋转时保持静止。这样的实施例在图4中示出，其中类似的数字表示整个实施例中类似的元件。更具体地，如图4所示，在通常标记为40的DMLM系统的另一个实施例中，构建平台12被构造成在激光器装置14和重涂覆器20旋转时保持静止，如箭头42所示。在该特定的实施例中，至少一个激光器装置14和重涂覆器被联接在一起并旋转，同时构建板12保持静止。
在另一个实施例中，构建平台12、重涂覆器20和激光器装置14都被构造成旋转。在又一其他实施例中，构建平台12、重涂覆器20和激光器装置14不旋转并保持静止。为提供图3的实施例中的旋转，旋转器36(图1中示出)被构造成旋转构建平台12。旋转器36包括使DMLM系统10能够如本文所述起作用的任何机械旋转装置。在一个实施例中，构建平台12在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转。在一个实施例中，构建平台12被构造成在旋转时下降。在一个实施例中，构建平台12以顺时针方向34旋转，然而，构建平台12也可以以逆时针方向旋转。在一个实施例中，将旋转装置联接在一起减少了旋转件的数量和DMLM系统10的复杂性。
现在参考图5，示出了通常标记为45的DMLM系统的另一个实施例。在该特定的实施例中，DMLM系统包括两个激光器装置14，并且更具体地说是两个激光器阵列14，每个激光器阵列构造为跨越部件30的半径“r”的线性激光器阵列。在一个实施例中，可以包括两个所示激光器阵列15之外的附加激光器阵列。每个激光器装置14，并且更具体地说是激光器阵列15，设置在重涂覆器20附近并且可以是可单独控制的。在操作期间，粉末状构建材料22被分配在部件30和构建平台12上。如图5所示，构建平台12被构造成在激光器装置14和重涂覆器20旋转(如箭头42所示)时保持静止。可替换地，构建平台12可以旋转，同时激光器装置14和涂覆器20保持静止，如先前的图3所述。激光器装置14的实际成本与跨越部件30的直径的单个激光器装置基本相同。在该特定的实施例中，由于在打开和关闭之间需要切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率再次为近似8％。
在图3-5的实施例中，至少一个激光器装置14被构造成在周向方向上扫过部件30和构建平台12。至少一个激光器装置14被构造成对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束16中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件30和构建平台12上产生熔化的粉末状材料22的连续层。
现在参考图6，示出了通常标记为50的DMLM系统的另一个实施例。如图所示，在该特定的实施例中，DMLM系统包括构建平台12，至少一个激光器装置14(并且更具体地说，是被构造成线性激光器阵列的单个激光器阵列14)和重涂覆器20。在一个实施例中，可以包括所示的激光器阵列15之外的额外的激光器阵列。图6示出了处于第一位置52和第二位置54的重涂覆器20。在操作期间，粉末状构建材料22被分配在部件30和构建平台12上。重涂覆器20在第一位置52处开始并朝向第二位置54(如图中的虚线所示)移动，如箭头55所示。当从第一位置52移动到第二位置54时，重涂覆器20将粉末状构建材料22铺展在部件30和构建平台12上。重涂覆器20移回到第一位置52，如箭头56所示。当从第二位置54移动到第一位置52时，重涂覆器20将粉末状构建材料22铺展在部件30和构建平台12上。在替代实施例中，重涂覆器20可以被构造成类似于先前公开的实施例的一个或多个重涂覆器20。类似于先前的实施例，在图6的示例性实施例中，构建平台12具有圆形形状。然而，构建平台12具有能够实现DMLM系统10如本文所述进行操作的任何形状。
如图6所示，激光器装置14被构造成产生具有足够能量以至少部分地熔化构建平台12的粉末状构建材料22的多个激光束16。在该实施例中，激光器装置13被构造成包括最小数量的激光器装置，并且使得激光器装置13每一层多次地沿着方向“D1”扫过构建板12和部件30，如图中虚线所示。当激光器装置14扫过部件30时，另外使其沿“D2”方向移动。如图所示，因此使激光器装置14以修改的曲折形图案扫过构建板12和部件30，如虚线58所示。在图6中的部件30的示例性构建中，当使用300-激光器阵列15时，由于需要在打开(ON)和关闭(OFF)之间切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器利用率基本上类似于图5的在8％的实施例。在构建过程中，其中在激光器阵列15中的所有激光器在一定距离内是关闭的，阵列15可以被加速到需要电源的下一个位置，从而提高激光器利用率。
在图6的实施例中，至少一个激光器装置14被构造成以修改的曲折形图案扫过部件30和构建平台12，如虚线58所示。至少一个激光器装置14被构造成对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束16中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件30和构建平台12上产生熔化的粉末状材料22的连续层。
现在参考图7和图8，示出了通常分别标记为60和65的DMLM系统的另外的实施例。在图7和图8的实施例中，DMLM系统包括多个激光器装置14，并且更具体地说，是多个激光器阵列14，每个激光器阵列被构造为线性激光器阵列并以径向布置设置。在一个实施例中，可以包括三个所示的激光器阵列15之外的额外的激光器阵列。每个激光器装置14，并且更具体地说是激光器阵列15，位于重涂覆器20附近并且可以是可单独控制的。在替代实施例中，重涂覆器20可以被构造成类似于先前公开的实施例中的任何一个或多个重涂覆器20。在操作期间，粉末状构建材料22被分配在部件30和构建平台12上。如图7所示，构建平台12被构造成旋转，如箭头62所示，并且激光器装置14和重涂覆器20保持静止。可替换地，如图8最佳所示，构建平台12被构造成在激光器装置14和重涂覆器20旋转(如箭头64所示)时保持静止。如图8所示，三个小激光器阵列15均被构造成围绕部件30径向和周向独立地移动。在如图7所示的部件30的示例性构建中，由于在打开和关闭之间需要切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似60％。在部件30的示例性构建中，如图8最佳所示，使得激光器阵列15旋转并且构建板12和部件30保持静止。与图7的实施例相反，如果所有的阵列15以最大速率移动并且每个阵列15被构造成响应于部件壁的轮廓而径向移动以加速部件30的最外壁32的构建，则实现增加的构建速度。在图8的实施例中，由于需要在打开和关闭之间切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似60％。在图7和图8的实施例中，激光器装置14的实际成本基本上小于跨越部件30的直径的单个激光器装置，如图3和图4所示。
在图7和图8的实施例中，至少一个激光器装置14被构造成在径向方向或周向方向中的至少一个方向上扫过部件30和构建平台12。至少一个激光器装置14被构造成对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束16中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件30和构建平台12上产生熔化的粉末状材料22的连续层。
现在参考图9和图10，示出了通常分别标记为70和75的DMLM系统的另外的实施例。随着使用的激光器装置14的数量的增加，图9和图10的实施例基于先前描述的图7和图8的实施例构建。在图9和10的实施例中，DMLM系统包括多个激光器装置14，并且更具体地说是多个激光器阵列15，每个激光器阵列被构造为线性激光器阵列并以径向布置设置。在一个实施例中，可以包括九个示出的激光器阵列15之外的额外的激光器阵列。每个激光器装置14，并且更具体地说是激光器阵列15，位于重涂覆器20附近并且可以是可单独控制的。在替代实施例中，重涂覆器20可以被构造成类似于先前公开的实施例的任何一个或多个重涂覆器20。在操作期间，粉末状构建材料22被分配在部件30和构建平台12上。如图9所示，构建平台12被构造成旋转，如箭头72所示，并且激光器装置14和重涂覆器20保持静止。可替换地，如图10最佳所示，构建平台12被构造成在激光器装置14和重涂覆器20旋转(分别如箭头76和78所示)时保持静止。如图10所示，九个小激光器阵列15均被构造成围绕部件30径向和周向独立地移动。在图9的实施例中，由于需要在打开和关闭之间切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似60％。在部件30的示例性构建中，如图10最佳所示，使得激光器阵列15旋转并且构建板12和部件30保持静止。与图9的实施例相反，如果所有阵列15以预定速度移动并且每个阵列15被构造成响应于部件壁的轮廓而径向移动以加速部件30的最外壁32的构建，则实现增加的构建速度。在图10的实施例中，由于需要在打开和关闭之间切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似60％。在图9和图10的实施例中，激光器装置14的实际成本大于图7和图8的激光器装置配置。
在图9和图10的实施例中，至少一个激光器装置14被构造成在径向方向或周向方向中的至少一个方向上扫过部件30和构建平台12。至少一个激光器装置14被构造成对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束16中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件30和构建平台12上产生熔化的粉末状材料22的连续层。
现在参考图11和图12，示出了通常分别标记为80和85的DMLM系统的另外的实施例。图11和图12的实施例基于先前描述的图7-10的实施例构建，其中使用了多个激光器装置14。在图11和图12的实施例中，DMLM系统包括多个激光器装置14，并且更具体地说是多个激光器阵列15，每个激光器阵列15被构造为线性激光器阵列。在图11的实施例中，多个激光器阵列14以部分径向布置设置。在一个实施例中，可以包括三个所示激光器阵列15之外的额外的激光器阵列。每个激光器装置14，并且更具体地说是激光器阵列15，位于重涂覆器20附近并且可以是可单独控制的。在替代实施例中，重涂覆器20可以被构造成类似于先前公开的实施例的任何一个或多个重涂覆器20。在操作期间，粉末状构建材料22被分配在部件30和构建平台12上。如图11所示，构建平台12被构造成旋转，如箭头82所示。当构建平台12和部件30旋转时，激光器装置14被构造成径向扫掠，如箭头84所示。在图12的实施例中，构建平台12类似地被构造成旋转，如箭头86所示，并且包括附加的激光器装置14并且其相对于最外面的激光器装置14径向设置。当构建平台12和部件30旋转时，激光器装置14的第一部分被构造成径向扫掠，如箭头84所示，并且激光器装置14的第二部分被构造成周向扫掠，如箭头86所示。在如图11和图12所示的部件30的示例性构建中，当使激光器装置径向平移时使得构建板12和部件30旋转。由于需要在打开和关闭之间切换各个激光器以构建部件30的几何形状，激光器装置14的利用率为近似50％。如前所述，如果所有阵列15以最大速率移动并且最外面设置的激光器装置14被构造成响应于部件壁的轮廓而径向移动以加速部件30的最外壁32的构建，则实现增加的构建速度。
在图11和图12的实施例中，至少一个激光器装置14，并且更具体地，多个激光器装置14的至少一部分被构造成在径向方向和周向方向两者上扫过部件30和构建平台12，同时多个激光器装置14的至少另一部分被构造成在径向方向上扫过部件30和构建平台12。至少一个激光器装置14被构造成对应于构建层的图案同时操作多个可单独操作的激光束16中的一个或多个，以对应于构建层的图案在部件30和构建平台12上产生熔化的粉末状材料22的连续层。
本文公开的增材制造系统的实施例提供了激光器装置14的改进利用率。在一个实施例中，构建平台12和部件30被构造成在构建过程期间旋转，而一个或多个激光器装置14保持静止。在示例性实施例中，构建平台12在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度。在另一实施例中，构建平台12在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度至180度。在又一个实施例中，构建平台12在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度至60度。在又一个实施例中，构建平台12在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转90度至180度。
在其他实施例中，构建平台12和部件30保持静止，而一个或多个激光器装置14在构建过程期间旋转。在示例性实施例中，至少一个激光器装置14在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度。在另一个实施例中，至少一个激光器装置14在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度至180度。在又一个实施例中，至少一个激光器装置14在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转30度至60度。在又一个实施例中，至少一个激光器装置14在粉末状构建材料22的各层的铺展之间旋转90度至180度。在另一个实施例中，构建平台12，部件30和至少一个激光器装置14在构建过程期间以相似的方式旋转。
本文所描述的方法和系统的示例性技术效果包括用于有效地利用激光器阵列，或激光器阵列组的改进策略，其目标是最大限度地提高激光器的利用率或最小化激光器的成本。所公开的DMLM系统可用于通过实现激光器的高利用率以低成本使用一个或多个激光器阵列来构建部件。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这类装置通常包括处理器，处理装置或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)，图形处理单元(GPU)，微控制器，精简指令集计算机(RISC)处理器，特定应用集成电路(ASIC)，可编程逻辑电路(PLC)，现场可编程门阵列(FPGA)，数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文所述功能的任何其他电路或处理装置。本文描述的方法可以被编码为体现在计算机可读介质中的可执行指令，包括但不限于存储装置和/或记忆装置。这些指令在由处理装置执行时，使处理设备执行本文描述的方法的至少一部分。以上示例仅是示例性的，并且因此不旨在以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
具有改进的激光器利用率的增材制造系统的示例性实施例在上文详细描述。系统和方法不限于本文描述的具体实施例，而是系统的方法和部件的操作可以独立地并且与本文描述的其他操作或部件分开使用。例如，本文描述的系统，方法和仪器可以具有其他工业或消费者应用，并且不限于使用如本文所述的增材制造系统来实践。而是，可以结合其他行业实现和利用一个或多个实施例。
虽然本公开的各种实施例的具体特征可能在一些附图而不是其它中显示，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践这些实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种增材制造系统，所述增材制造系统被构造成制造部件，包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略，其特征在于，所述增材制造系统包括：
至少一个激光器装置，所述至少一个激光器装置中的每一个包括激光器阵列，所述激光器阵列被构造成产生多个可单独操作的激光束；以及
构建平台，所述部件设置在所述构建平台上，
其中，所述至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过所述部件和所述构建平台，并且对应于构建层的图案来同时操作所述多个可单独操作的激光束中的一个或多个，以对应于所述构建层的所述图案在所述部件和所述构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述构建平台或所述至少一个激光器装置中的至少一个被构造成相对于所述构建平台或所述至少一个激光器装置中的另一个旋转。
3.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述构建平台被构造成相对于所述至少一个激光器装置在熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转所述部件。
4.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置被构造成相对于所述部件和所述构建平台在熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转。
5.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括至少一个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径。
6.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径的一部分。
7.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
8.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，并且其中所述多个激光器装置中的第一部分沿着所述部件的半径的一部分径向设置，并且其中所述多个激光器装置的第二部分围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
9.一种增材制造系统，所述增材制造系统被构造成制造部件，包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略，其特征在于，所述增材制造系统包括：
至少一个激光器装置，所述至少一个激光器装置中的每一个包括激光器阵列，所述激光器阵列被构造成产生多个可单独操作的激光束；
构建平台，所述部件被设置在所述构建平台上；以及
至少一个重涂覆器，所述至少一个重涂覆器被构造成将粉末状构建材料涂覆在所述部件和所述构建平台上；
其中，所述构建平台和所述至少一个激光器装置中的至少一个被构造成保持静止，
其中，所述至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过所述部件和所述构建平台，并且对应于构建层的图案同时操作所述多个可单独操作的激光束中的一个或多个，以对应于所述构建层的所述图案在所述部件和所述构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
10.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置被构造成保持静止，并且所述构建平台被构造成相对于所述至少一个激光器装置在所述熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转所述部件。
11.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述构建平台被构造成保持静止，并且所述至少一个激光器装置被构造成相对于所述部件和所述构建平台在所述熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转。
12.根据权利要求11所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述重涂覆器被联接到所述激光器装置，所述重涂覆器和所述激光器装置被构造成相对于所述构建平台旋转。
13.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括至少一个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径。
14.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径的一部分。
15.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
16.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，并且其中所述多个激光器装置中的第一部分沿着所述部件的半径的一部分径向设置，并且其中所述多个激光器装置的第二部分围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
17.一种利用增材制造系统制造部件的方法，所述增材制造系统包括用于有效利用一个或多个激光器阵列的扫描策略，所述增材制造系统包括构建平台，至少一个重涂覆器以及包括激光器阵列的至少一个激光器装置，所述部件被设置在所述构建平台上，其特征在于，所述方法包括：
利用重涂覆器将粉末状构建材料铺展在所述构建平台和所述部件上；
利用所述至少一个激光器装置产生多个可单独操作的激光束，所述多个可单独操作的激光束指向所述粉末状构建材料；以及
利用所述多个激光束产生一层熔化的粉末状构建材料，
其中，所述至少一个激光器装置被构造成在径向方向上，在周向方向上或以修改的曲折形图案中的至少一个扫过所述部件和所述构建平台，并且对应于构建层的图案同时操作所述多个可单独操作的激光束中的一个或多个，以对应于构建层的所述图案在所述部件和所述构建平台上产生熔化的粉末状材料的连续层。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置被构造成保持静止，并且所述构建平台被构造成相对于所述至少一个激光器装置在所述熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转所述部件。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述构建平台被构造成保持静止，并且所述至少一个激光器装置被构造成相对于所述部件和所述构建平台在所述熔化的粉末状材料的连续层的产生之间旋转。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括至少一个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，每一个所述激光器装置跨越所述部件的半径的一部分。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个激光器装置包括多个激光器装置，并且其中所述多个激光器装置的第一部分沿着所述部件的半径的一部分径向设置，并且其中所述多个激光器装置的第二部分围绕构建的最外部分周向设置，并且被构造成随着周向旋转构建而在径向方向上移动。
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