CN110869195A - 使用多镜扫描仪的增材制造 - Google Patents

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CN110869195A
CN110869195A CN201880045327.7A CN201880045327A CN110869195A CN 110869195 A CN110869195 A CN 110869195A CN 201880045327 A CN201880045327 A CN 201880045327A CN 110869195 A CN110869195 A CN 110869195A
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戴维·马萨尤基·石川
保罗·J·斯蒂芬斯
阿耶·M·乔希
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Applied Materials Inc
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Abstract

增材制造设备包含：平台；分配器，所述分配器在所述平台上输送进料的复数个连续层；光源，所述光源产生一个或多个光束；第一检流计镜扫描仪，定位所述第一检流计镜扫描仪以将第一光束引导至所述复数个连续层的最顶层上；第二检流计镜扫描仪，定位所述第二检流计镜扫描仪以将第二光束引导至所述复数个连续层的所述最顶层上；和控制器，所述控制器经配置以使得所述第一检流计镜扫描仪引导所述第一光束以预热或热处理所述最顶层的区域，并且使得所述第二检流计镜扫描仪引导所述第二光束以熔融所述最顶层的所述区域。

Description

使用多镜扫描仪的增材制造
技术领域
本申请文件涉及增材制造，也称为3D打印。
背景技术
增材制造(AM)，也称为固体自由成型或3D打印，是指通过将原料(例如，粉末、液体、悬浮液、或熔化的固体)连续分配至二维层中来构建三维物体的制造工艺。相对比下，传统的机械加工技术涉及从坯料(例如，木块、塑料块或金属块)切割出物体的减材工艺(subtractive process)。
可在增材制造中使用多种增材工艺。一些方法熔化或软化材料以产生层，例如，选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)，而其他方法使用不同技术(例如，立体光刻(stereolithography；SLA))来固化液体材料。这些工艺可在形成层以产生最终物体的方式和在工艺中使用的相容性材料上不同。
在增材制造的一些形式中，将粉末放置于工作台上，并且激光束将图案描绘(trace)到粉末上，以将粉末熔融在一起以形成形状。一旦形成形状，降低工作台并且添加新的粉末层。重复此工艺直至完全形成零件。
发明内容
本申请文件描述涉及增材制造的技术。
在一个方面中，增材制造设备包含：平台；分配器，所述分配器在所述平台上输送进料的复数个连续层；光源，所述光源产生一个或多个光束；第一检流计镜(galvo mirror)扫描仪，定位所述第一检流计镜扫描仪以将第一光束引导至所述复数个连续层的最顶层上；第二检流计镜扫描仪，定位所述第二检流计镜扫描仪以将第二光束引导至所述复数个连续层的所述最顶层上；和控制器，所述控制器经配置以使得所述第一检流计镜扫描仪引导所述第一光束以预热或热处理所述最顶层的区域，并且使得所述第二检流计镜扫描仪引导所述第二光束以熔融所述最顶层的所述区域。
实施方式可包含以下特征的一个或多个。
控制器可经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪以引导所述第一光束在通过所述第二光束熔融所述区域之前预热所述区域并且在所述区域熔融之后热处理所述区域。控制器可经配置以控制所述第二检流计镜扫描仪以引导所述第一光束在所述区域熔融之后热处理粉末床的所述区域。复数个加热灯可定位于所述粉末床上方。控制器可经配置以控制所述复数个加热灯至少部分地预热所述粉末床的所述区域。控制器可经配置以控制所述复数个加热灯在所述区域熔融之后至少部分地热处理所述粉末床的所述区域。
可定位多边形镜扫描仪以将第三光束引导至所述平台上的所述复数个连续层的最顶层上。控制器可经配置以控制所述多边形激光扫描仪以使得所述第三光束在所述区域熔融之后至少部分地热处理所述粉末床的所述区域。控制器可经配置以控制所述多边形激光扫描仪以使得所述第三光束在所述区域熔融之前至少部分地预热所述粉末床的所述区域。光源可为激光器并且能量束可为激光束。控制器可经配置以使得所述第一镜检流计扫描仪引导所述第一光束在进料的所述最顶层上遵循第一路径，并且使得所述第二检流计镜扫描仪引导所述第二光束在进料的所述最顶层上遵循第二路径。
在另一方面中，增材制造设备包含：平台；分配器，所述分配器在所述平台上输送进料的复数个连续层；一个或多个能量源，所述一个或多个能量源提供进料层的预热、熔融和热处理，所述一个或多个能量源经配置以提供所述进料的可选择的体素(voxel)的熔融；和控制器。所述控制器经配置以：储存复数个预定的单元处理配方，每一单元处理配方包含扫描路径数据，所述扫描路径数据指示供能量束遵循的路径，以处理在拥有复数个体素的单元内的所述进料的一个或多个体素，其中不同的单元处理配方具有用于所述能量束的不同路径；接收描述待熔融的所述进料的层的区域的数据；确定大体上覆盖所述区域的复数个非重叠单元的组合，所述复数个单元的每一单元具有选自所述复数个预定的单元处理配方的相关联的单元处理配方；和使得所述一个或多个能量源依序处理所述复数个单元，并且针对每一单元，使得所述一个或多个能量源产生能量束并且使得所述能量束遵循针对与所述单元相关联的所述单元处理配方的第一路径。
实施方式可包含以下特征的一个或多个。
每一单元处理配方可包含第一扫描路径数据，所述第一扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第一路径，以预热所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素。控制器可经配置以控制检流计镜扫描仪沿着所述第一扫描路径引导所述能量束。控制器可经配置以控制多边形镜扫描仪以沿着所述第一扫描路径引导所述能量束。每一单元处理配方可包含第二扫描路径数据，所述第二扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第二路径，以熔融所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素。控制器可经配置以控制检流计镜扫描仪以沿着所述第二扫描路径引导所述能量束。
每一单元处理配方可包含第三扫描路径数据，所述第三扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第三路径，以热处理所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素。控制器可经配置以控制检流计镜扫描仪沿着所述第三扫描路径引导所述能量束。控制器可经配置以控制多边形镜扫描仪沿着所述第三扫描路径引导所述能量束。
每一单元处理配方可包含第一扫描路径数据，所述第一扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第一路径，以预热所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素；和第二扫描路径数据，所述第二扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第二路径，以熔融所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素，并且不同的单元处理配方可具有用于所述能量束的不同的第一路径或不同的第二路径中的至少一个。
每一单元处理配方可包含第二扫描路径数据，所述第二扫描路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第二路径，以熔融所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素；和第三路径数据，所述第三路径数据指示供能量束在所述单元内遵循的第三路径，以热处理所述单元内的所述进料的所述一个或多个体素，并且不同的单元处理配方可具有用于所述能量束的不同的第二路径或不同的第三路径中的至少一个。
可实施本申请文件中描述的主题的特定实施方式以便实现以下优点中的一个或多个。可控制预热和后加热。可减少使用于熔融的束所需的功率量，并且/或者所述束可跨层更快速地移动并且因而可增加产量。此外，可减小温度偏移远离优选处理温度设定点的频率和严重度。减小温度偏移对减小热应力有利，改善熔化池键孔(keyhole)深度和稳定度，并且减少由于热变化的微结构变化。这些处理优点直接改善零件多孔性、抗疲劳性、屈服强度，并且可简化后处理。
在附图和下方描述中阐述本申请文件中描述的一个或更多个实施方式的细节。经由说明书、附图和权利要求书，主题的其他特征、方面、和优点将变得显而易见。
附图简要说明
图1为示例增材制造系统的立体横截面图的示意图。
图2A为能量输送系统的俯视图的示意图，包含示例光学引擎。
图2B为图2A的光学引擎的侧视图的示意图。
图2C为图2A的光学引擎的主视图的示意图。
图2D为另一光学引擎的侧视图的示意图。
图3A至图3D为示例多边形和扫描路径的示意图。
图4A为示例光学设备的俯视图的示意图。
图4B为示例光学设备的俯视图的另一示意图。
图5为示例有源(active)光学组件的示意图。
各图式中相同的参考数字和名称表示相同的元件。
具体实施方式
增材制造工艺可涉及在工作台或先前沉积的层上分配进料(例如，粉末)层，接着是熔融进料层的部分的方法。能量源加热进料并且使得进料凝结(solidify)，例如使得粉末熔融。然而，可需要精确的热控制以满足零件质量和产量要求。由于熔化工艺期间不稳定的熔化池键孔生成和消失，过热可导致多孔性。另一方面，如果施加太少的热或损失太多的热，那么熔融可为不完全的。此外，如果顶层上方有急剧的空间热梯度，可发生弯曲、应力诱导的破裂和变形。
在增材制造工艺中，可在进料沉积于工作台上方之前加热进料。这可减少扫描束使得特定体素(voxel)凝结所需的功率量。这允许束更快地跨层移动，因而可增加产量。此外，这可减小温度波动的大小，因而降低热应力并且改善材料特性。
预热支撑粉末的平台对于短零件来说可控制顶层的温度分布(profile)，但对于高零件无法缓和并且甚至可恶化温度控制。自平台传导至零件的热将不会到达高零件的顶层，因为随着构建进展，从被预热的工作台到进料的最顶层的距离太大。增加来自平台的热量以尝试加热高零件顶层使得底层过热。
然而，可在熔融之前通过固定或扫描的光束预热进给粉末和最顶熔化层，以便减小制造工艺期间的热梯度，而可提高烧结质量和产量。减小的热梯度可至少部分地减小制造工艺期间的热应力。在熔融(也称为“热处理”或“后加热”)之后，也可通过扫描或固定的光束将热施加至熔融的区段，以便控制冷却速率，因而减小残余应力并且进一步例如通过降低零件弯曲和破裂的可能性来改善烧结质量。也可使用热来补偿由辐射、对流和传导损失引起的热不均匀性。
本公开内容描述用于增材制造的方法和设备。所述设备可包含光学引擎，所述光学引擎具有至少一个检流计镜扫描仪和加热灯的阵列。包含这样的光学引擎的光学组件能够引导一个或多个光束以在制造工艺期间预热、熔融和/或热处理进料。
特定实施方式涉及不同的能量点源(诸如灯丝或二极管)和光学元件(诸如反射体或透镜)以在平台上引导和塑形基于辐射的加热分布。IR灯阵列可同时从一个或多个IR灯的灯丝向平台施加图案化的或均匀的辐射。反射和聚焦元件影响IR灯阵列下的平台上的加热分布。IR灯阵列可在从数秒至数小时的持续时间施加热并且可缩放(scalable)超过一平方米的平台。
在一些情况中，例如在构建小于IR灯的典型斑尺寸的零件或较大零件的部分时，有必要加热个别IR灯的热影响区内的小区域。多边形加热可比IR灯更有效，因为入射于进料上的二极管斑显著更少地扩散并且在毫米尺度或更小尺度更聚焦。检流计加热可类似于多边形加热以有助于与IR灯相比更高的瓦特密度和更小的斑尺寸。进一步地，检流计加热具有增加的优点：能够加热精细并且复杂的图案。例如，检流计加热适于加热对应于热交换器中具有的薄壁的区域。多边形加热相对于检流计加热的优点是由减少在定向转向镜(steering mirror)的同时关闭点源的时间带来的较高的激光利用。因此，多边形加热在加热规则多边形图案(regular polygon shaped pattern)时更有效。可使用多边形图案以填充零件的阴影(hatch)区域。
主题的示例实施方式IR灯加热以升高和维持零件于升高的温度以减小残余应力，与激光熔化并行的多边形加热以维持最顶层的阴影区域的部分于升高的温度以控制冷却局部速率，和与激光熔化并行的检流计加热以维持轮廓和薄壁区段于升高的温度以控制局部冷却速率。值得一提的是，示例实施方式致力于(address)最顶层上的温度控制，因为零件变得更高。本技术与从底部引导热的常规构建板式加热器相容。
图1示出示例增材制造系统100。增材制造系统100包含用于保持正在制造的物体的构建平台116、用于在平台116上方输送进料105的连续层104的进料输送系统107和用于产生将使用于熔融、预热和/或热处理每一层的进料的多光束的光学组件111。
在一些实施方式中，诸如图1中所图示的实施方式，进料输送系统107可包含扁平叶片或桨叶107a以自进料储存器108跨构建平台116推动进料105。在这样的实施方式中，进料储存器108也可包含相邻于构建平台116定位的进给平台118。可升高进给平台118以将一些进料升高到构建平台116的水平面以上，并且叶片或桨叶107a可将进料105自进给平台118推至构建平台116上。
替代地或附加地，进料输送系统107可包含悬挂在平台116上方并且具有复数个孔或喷嘴的分配器，粉末经由所述复数个孔或喷嘴计量(meter)和流动。例如，可经由一元件节流(throttle)或以其他方式计量粉末，受限于在重力下流动或例如通过压电致动器喷出。可通过气动阀、微机电系统(MEMS)阀、电磁阀和/或磁阀来提供个别孔或喷嘴的分配控制。可用于分配粉末的其他系统包含具有孔的辊和具有复数个孔的管内的螺旋物。
可选地，系统100可包含压实和/或整平(levelling)机构，以压实沉积于构建平台116上方的进料层和/或使沉积于构建平台116上方的进料层平滑。例如，系统可包含通过驱动系统(例如线性致动器)平行于平台116的表面可移动的辊或叶片。
进料105可包含金属颗粒。金属颗粒的示例包含金属、合金和金属间合金。用于金属颗粒的材料的示例包含铝、钛、不锈钢、镍、钴、铬、钒和这些金属的多种合金或金属间合金。
进料105可包含陶瓷颗粒。陶瓷颗粒的示例包含金属氧化物，诸如二氧化铈、氧化铝、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅或这些材料的组合(诸如铝合金粉末)。
进料可为干粉末或液体悬浮液中的粉末，或材料的浆料悬浮液。例如，针对使用压电打印头的分配器，进料典型地为液体悬浮液中的颗粒。例如，分配器可在运载流体中输送粉末，运载流体例如是高蒸气压载体，例如异丙醇(IPA)、乙醇、或N甲基2吡咯烷酮(NMP)，以形成粉末材料层。运载流体可在层的烧结步骤之前蒸发。替代地，可采用干式分配机构(例如，由超声波搅拌和加压惰性气辅助的喷嘴阵列)来分配第一颗粒。
增材制造系统100包含控制器119，控制器119可储存表示可形成物体106的预定义图案的数字数据。控制器119控制光学组件111以产生将使用于熔融、预热和/或热处理进料层的多个光束。
光学组件111可包含加热灯阵列120，加热灯阵列120可包含一个或多个加热灯120a。每个加热灯120a能够产生光束121以冲击进料105的最外层104a。每个光束可在平台116的特定区段上向进料105提供热。可使用所述热来至少部分地预热或热处理一部分进料105。
光学组件111包含光源101，以产生光束102以冲击进料105的最外层104a。光束102根据储存于控制器119中的预定义的图案来选择性地输送足够的热以熔融进料105。本申请文件的上下文中的熔融可包含熔化和凝结、或仍为固体形式的烧结、或熔融粉末的其他工艺。虽然图示的实施方式利用发射单一光束的单一光源，但是可使用多光源以产生多光束。稍后在本公开内容内更详细地给出这样的实施方式的示例。
一般而言，由光源101产生的光束102具有对应于(或可控制以选择性地熔融)进料的个别体素的斑尺寸。相对比下，由每个灯120a产生的光束121与光束102相比具有在进料上的较大斑。光束121可跨越多个体素，例如，至少5×5的体素区域。
由光学引擎103造成光束102至少沿着第一轴(也称为Y轴)扫描。光学引擎103由控制器119控制，并且随后在本公开内容内更详细地描述。
Y轴可平行于跨平台的分配器107的运动方向(例如，在图1中自左至右)，例如平行于跨平台的叶片或喷嘴的运动方向。替代地，Y轴可垂直于分配器107的运动方向。
可通过平台116的运动、保持光学引擎103的支撑件的运动、通过关于Y轴倾斜一部分的光学引擎103、通过使用双轴检流计镜或通过放置定位在光学引擎103之前或之后并且在光束102的路径内的分开的检流计镜扫描仪以沿着X轴偏转光束102，促进光束102沿着X轴的移动。
在光源101产生多个光束的情况下，不同光束可使用不同机构以提供沿着X轴的移动。例如，光学引擎103可具有第二检流计镜扫描仪。在一些实施方式中，可独立控制沿着X轴的不同光束的运动。在一些实施方式中，例如，在这些扫描仪附接至可侧向移动的相同支撑件的情况下，光束具有沿着X轴相对于支撑件固定的相对位置。
可通过平台116的运动或保持灯阵列120的支撑件的运动来促进沿着X轴的光束121的移动。在一些实施方式中，灯阵列120固定至与光学引擎103相同的可移动支撑件；在此情况中，可使用单一致动器以使二者沿着X轴同步地移动。在一些实施方式中，灯阵列120和光学引擎103具有分开的支撑件并且可独立移动。
图2A至图2C分别示出示例光学引擎103的俯视图、主视图和侧视图。光学引擎103可包含镜扫描仪202a，例如检流计镜扫描仪。检流计镜扫描仪202a包含可移动镜204和聚焦透镜206。检流计镜扫描仪202a可引导光束(例如光束102)以冲击平台116上的进料105的层。聚焦透镜206聚焦光束102以便提供进料的最外层104a处希望的斑尺寸。可使用检流计镜扫描仪202a以用于预热进给粉末105、熔融进给粉末105、或在进给粉末105熔融之后热处理进给粉末105，或以上项的任何组合。本公开内容的上下文中的热处理包含进料已经熔融之后控制进料的冷却速率。
光学引擎103也可包含第二镜扫描仪202a，例如第二检流计镜扫描仪202b。第二检流计镜扫描仪202b可引导第二光束以冲击平台116上的进料105的层。结构上，第二检流计镜扫描仪202b可以其他方式相似于检流计镜扫描仪202a。可使用第二检流计镜扫描仪202b以用于预热进给粉末105、熔融进给粉末105、或在进给粉末105熔融之后热处理进给粉末105、或以上项的任何组合。本公开内容的上下文中的热处理包含控制进料熔融之后进料的冷却速率。
或者，参考图2D，可使用旋转多边形镜扫描仪202c以用于镜扫描仪202a和202b中任一者或两者。旋转多边形镜扫描仪202c包含具有镜面侧的可旋转多边形204a和聚焦透镜206。随着多边形旋转，跨进料层扫掠光束102。
在一些实施方式中，使用第一镜扫描仪202a(例如，检流计镜扫描仪)以用于预热进给粉末105，并且使用第二镜扫描仪202b(例如，检流计镜扫描仪)以用于熔融进料105。在一些实施方式中，使用第一镜扫描仪202a(例如，检流计镜扫描仪)以用于熔融进料105，并且使用第二镜扫描仪202b(例如，检流计镜扫描仪)以用于热处理熔融的进料105。在一些实施方式中，使用第一镜扫描仪202a(例如，检流计镜扫描仪)以用于预热和热处理进给粉末105，并且使用第二镜扫描仪202b(例如，检流计镜扫描仪)以用于熔融进料105。
针对每一光束，随着光束在层上沿着路径扫掠，可例如通过使得相应光源打开和关闭光束来调制光束，以便输送能量至进料层的选定区域110。在图3A至图3D中示出一组示例扫描区域。
在图3A中，可使用检流计镜扫描仪(例如第二检流计镜扫描仪202b)来描绘第一光路径。遵循此路径的光束可将进料的温度升高到熔融温度以上。可使用此技术以熔融正在制造的物体的轮廓；可分开地熔融物体内部。
控制器119可储存多个预定的单元(cell)处理配方。单元是拥有多个体素的进料的区域。每一单元处理配方包含扫描路径数据，所述扫描路径数据指示路径以供能量束遵循以便处理单元内进料的一个或多个体素。不同的单元处理配方具有用于能量束的不同路径。
控制器经配置以接收数据，例如是计算机可读格式的数据，描述待熔融的进料层的区域以便形成物体。例如，待熔融的区域的轮廓可为图3A中通过检流计镜扫描仪描绘的初始外形线。
控制器还经配置以确定大体上覆盖所述区域的复数个非重叠单元的组合。每一单元具有相关联的单元处理配方，即储存的复数个预定单元处理配方中的一个。有效地，控制器将待熔融的区域分为个别单元，每一单元具有相关联的单元处理配方。在图3B至图3D中图示示例多边形单元304(在此例中为梯形)。
控制器119也能够使得一个或多个能量源依序处理复数个单元。针对每一单元，控制器119可使得光源101产生光束102并且使得镜扫描仪引导光束以遵循由与所述单元关联的单元处理配方识别的路径。
每一单元处理配方可包含第一扫描路径数据，所述第一扫描路径数据指示单元内供光束遵循的第一路径306a以预热单元内进料的一个或多个体素。例如，控制器119可控制检流计镜扫描仪，例如检流计镜扫描仪202a，以沿着第一扫描路径306a引导光束。在一些实施方式中，可代替检流计镜扫描仪使用多边形镜扫描仪或除了检流计镜扫描仪之外还使用多边形镜扫描仪。在此情况中，路径将是一组平行线。
每一单元处理配方也可包含第二扫描路径数据，所述第二扫描路径数据指示单元内供光束遵循的第二路径306b以熔融单元内进料的一个或多个体素。例如，控制器119可控制检流计镜扫描仪，例如检流计镜扫描仪202b，以沿着第二扫描路径306b引导能量束。第二路径306b不需要与第一路径306a相同。在一些实施方式中，可代替检流计镜扫描仪使用多边形镜扫描仪或除了检流计镜扫描仪之外还使用多边形镜扫描仪。在此情况中，路径将是一组平行线。
每一单元处理配方也可包含第三扫描路径数据，所述第三扫描路径数据指示单元内供能量束遵循的第三路径306c以热处理单元内进料的一个或多个体素。例如，控制器119可控制检流计镜扫描仪，例如检流计镜扫描仪202b，以沿着第三扫描路径306c引导能量束。在一些实施方式中，可代替检流计镜扫描仪使用多边形镜扫描仪或除了检流计镜扫描仪之外还使用多边形镜扫描仪。第三路径306c不需要与第一路径306a或第二路径306b相同。
在所有先前描述的示例中，不同的单元处理配方可具有不同的第一路径306a或不同的第二路径306b中的至少一个以用于能量束。类似地，所有先前描述的示例可包含不同的单元处理配方，所述不同的单元处理配方具有不同的第二路径306b或不同的第三路径306c中的至少一个以用于能量束。也就是说，第一路径306a的扫描图案可与第二路径306b的扫描图案不同，并且第二路径306b的扫描图案可与第三路径306c的扫描图案不同。
图4A示出可使用本公开内容的方面来实施的光源101配置的示例。在图示的实施方式中，光源101朝向分束器304发射第一光束302。分束器304可将从光源101发射的第一光束302分成第二光束302a、第三光束302b和第四光束302c。第二光束302a被引导朝向第一检流计镜扫描仪202a，第三光束302b被引导朝向第二检流计镜扫描仪202b，第四光束302c被引导朝向第三检流计镜扫描仪202c。虽然图示的实施方式示出将光束引导至三个不同光学部件的分束器304，但是分束器304可经配置以引导任何数量的光束。例如，如果光学引擎103仅包含第一检流计镜扫描仪202a和第二检流计镜扫描仪202b，那么分束器304可仅产生第二光束302a和第三光束302b。在一些实施方式中，可通过光源101调制第一光束302的功率密度。在一些实施方式中，分束器可包含用于一个或多个光束的功率密度调制机构。在一些实施方式中，可使用一个或多个分开的(separate)、独立的(stand-alone)功率密度调制机构。
图4B示出可使用本公开内容的方面来实施的示例光学引擎配置。图示的实施方式包含第一光源304a、第二光源304b和第三光源304c。第一光源304a朝向第一检流计镜扫描仪202a发射第一光束302a。第二光源304b朝向第二检流计镜扫描仪202b发射第二光束302b。第三光源304c朝向第三检流计镜扫描仪202c发射第三光束302c。
虽然图示的实施方式示出将光束引导至三个不同光学部件的三个分开的光源，但是可使用任何数量的光源。例如，如果光学引擎103仅包含第一检流计镜扫描仪202a和第二检流计镜扫描仪202b，那么第一光源304a和第二光源304b可为仅有的所包含的光源。每一光源可单独调制光束的功率密度。在一些实施方式中，可使用一个或多个分开的、独立的功率密度调制机构。
尽管已在分开的实施方式中描述分束器304和多个光源304a、304b与304c的使用，但是可组合使用这两个概念。例如，可从第一光源朝向分束器发射第一光束。分束器可将第一光束分成第二和第三光束。第二光束可被引导至第一检流计镜扫描仪202a，而第三光束可被引导朝向第二检流计镜扫描仪202b。第二光源可朝向第三检流计镜扫描仪202c发射第四光束。
在操作的一些方面中，控制器119可使得光源101和检流计镜扫描仪202向进料105的层的区域的至少一部分施加光束，如图5中所示。在这样的实施方式中，加热灯120也可发射宽能量束502至进料105的层的区域的至少一部分。
在操作的一些方面中，控制器119经配置以控制第一检流计镜扫描仪202a以进行以下两者：在通过第二检流计镜扫描仪202b熔融进料105的区域之前预热所述区域，和在通过第二检流计镜扫描仪202b熔融所述区域之后热处理所述区域。控制器119可控制第二检流计镜扫描仪202b以引导光束以在通过第二检流计镜扫描仪202b熔融进给粉末105的所述区域之后热处理所述区域。
在操作的一些方面中，控制器可控制复数个加热灯120以至少部分地预热进给粉末105的区域。控制器也可控制复数个加热灯以在进给粉末105的所述区域熔融之后至少部分地热处理所述区域。
在一些实施方式中，多边形镜扫描仪定位为将第三光束引导至进给粉末105的最顶层上。在这样的实施方式中，控制器可控制多边形镜扫描仪以引导光束在通过第二检流计镜扫描仪202b熔融进给粉末105的区域之后至少部分地热处理所述区域。控制器也可控制多边形镜扫描仪以在通过来自第二检流计镜扫描仪202b的光束熔融进给粉末105的区域之前至少部分地预热所述区域。
在一些实施方式中，增材制造系统100包含另一热源，例如，经布置以引导热至进料的最上层上的一个或多个IR灯。在使用另一个热源预热进料层的第一区域之后，可使用将第一光束反射至进料层的第二区域上的多边形镜扫描仪(例如，多边形镜扫描仪)预热进料层的第二区域。第二区域可与进料层的第一区域不同。在熔融进料层的第一区域之后，可使用在预热第一区域之后将第二光束反射至进料层的第二区域上的检流计镜扫描仪(例如，检流计镜扫描仪202)熔融进料层的第二区域。第二区域可与进料层的第一区域不同。
控制器和计算装置可实施这些操作和本文所描述的其他工艺和操作。如上所述，控制器119可包含连接至系统100的各种部件的一个或多个处理装置。控制器119可协调操作并且使得设备100执行上述各种功能操作或步骤序列。
可在数字电子电路或计算机软件、固件、或硬件中实施本文所述的系统的部分的控制器119和其他计算装置。例如，控制器可包含处理器以执行储存在计算机程序产品中(例如在非暂时性机器可读存储介质中)的计算机程序。可用任何形式的编程语言(包含编译语言或解释性语言)来编写这样的计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)，并且可用任何形式来部署这样的计算机程序，包含作为独立程序或作为模块、部件、子程序(subroutine)或适于在计算环境中使用的其他单元。
控制器119和所描述的系统的其他计算装置部分可包含非暂时性计算机可读介质以存储数据对象，例如，计算机辅助设计(CAD)兼容的文件，所述文件识别针对每一层进料所应当按照沉积的图案。例如，数据对象可为STL格式的文件、3D制造格式(3MF)文件或增材制造文件格式(AMF)文件。例如，控制器可自远程计算机接收数据对象。控制器119中的处理器(例如，由固件或软件控制)可解释(interpret)从计算机接收的数据对象，以产生控制系统100的部件熔融每层的特定图案所必需的信号组。
用于金属和陶瓷的增材制造的处理条件与用于塑料的处理条件显著不同。例如，一般而言，金属和陶瓷需要显著较高的处理温度。因此用于塑料的3D打印技术可能不适用于金属或陶瓷处理，并且设施可能不相同。然而，本文所述的一些技术可以是可适用于聚合物粉末的，聚合物粉末例如是尼龙、ABS、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)和聚苯乙烯。
尽管本申请文件含有许多具体的实施方式细节，但是不应将这些细节解释为对任何发明范围或可要求保护的范围的限制，而应解释为特别对特定发明的特定实施方式的特征的描述。也可在单一实施方式组合实施在分开的实施方式的上下文中在本申请文件中描述的某些特征。相反地，也可分开地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实施描述于单一实施方式的内容中的各种特征。此外，虽然可在上文将特征描述为在某些组合中起作用(甚至最初是如此要求保护的)，但是在一些情况中可从所要求保护的组合删除来自所述组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变化。
相似地，虽然在附图中以特定顺序描绘操作，但这不应理解为要求以所示的特定顺序或按连续序来执行这样的操作，或要求执行所有图示的操作以实现希望的结果。此外，上述实施方式中的各种系统部件的分开不应理解为在所有实施方式中都需要这样的分开，并且应理解所描述的程序部件和系统一般可在单一软件产品中整合在一起或封装成为多个软件产品。
因此，已描述了主题的特定实施方式。其他实施方式落于所附权利要求书的范围内。
·可选地，可通过外壳来包围增材制造系统100的一些部分，例如构建工作台116和进料输送系统107。例如，外壳可允许在外壳内的腔室中维持真空环境，例如以约1Torr或更低的压力。替代地，腔室内部可为大体上纯的气体，例如已过滤而移除湿气、氧和/或颗粒的气体，或可将腔室通风(vent)至大气。纯的气体可构成惰性气体，例如氩、氮、氙和混合的惰性气体。
·可使用这些技术以用于混合(hybrid)增材制造，其中材料被局部地熔融至基底零件或被添加以修复或再加工损坏的零件。
在一些情况中，可用不同顺序执行权利要求书中记载的动作而仍实现希望的结果。此外，在附图中描绘的工艺不一定需要以所示的特定顺序或连续顺序来实现希望的结果。

Claims (15)

1.一种增材制造设备，包括：
平台；
分配器，所述分配器在所述平台上输送进料的复数个连续层；
光源，所述光源产生一个或多个光束；
第一检流计镜(galvo mirror)扫描仪，定位所述第一检流计镜扫描仪以将第一光束引导至所述复数个连续层的最顶层上；
第二检流计镜扫描仪，定位所述第二检流计镜扫描仪以将第二光束引导至所述复数个连续层的所述最顶层上；和
控制器，所述控制器经配置以使得所述第一检流计镜扫描仪引导所述第一光束以预热或热处理所述最顶层的区域，并且使得所述第二检流计镜扫描仪引导所述第二光束以熔融所述最顶层的所述区域。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪以引导所述第一光束在通过所述第二光束熔融所述区域之前预热所述粉末床的所述区域。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪以引导所述第一光束在所述区域熔融之后热处理所述粉末床的所述区域。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪以引导所述第一光束在通过所述第二光束熔融所述区域之前预热所述区域并且在所述区域熔融之后热处理所述区域。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括复数个加热灯，所述复数个加热灯定位于所述粉末床上方，其中所述控制器经配置以控制所述复数个加热灯以至少部分地预热所述粉末床的所述区域。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述复数个加热灯以在所述区域熔融之后至少部分地热处理所述粉末床的所述区域。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述复数个加热灯进行以下两项：在所述区域熔融之前部分地预热所述粉末床的所述区域和在所述区域熔融之后至少部分地热处理所述粉末床的所述区域。
8.如权利要求1所述的设备，进一步包括多边形镜扫描仪，定位所述多边形镜扫描仪以将第三光束引导至所述平台上的所述复数个连续层的最顶层上。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述多边形激光扫描仪以使得所述第三光束在所述区域熔融之后至少部分地热处理所述粉末床的所述区域。
10.如权利要求8所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述多边形激光扫描仪以使得所述第三光束在所述区域熔融之前至少部分地预热所述粉末床的所述区域。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以使得所述第一镜检流计扫描仪引导所述第一光束在进料的所述最顶层上遵循第一路径，并且使得所述第二检流计镜扫描仪引导所述第二光束在进料的所述最顶层上遵循第二路径。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪或所述第二检流计镜扫描仪引导所述第一光束或所述第二光束沿着正在制造的物体的周边来描绘路径以熔融所述物体的所述周边。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第二检流计镜扫描仪分开地熔融所述物体的内部。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述第一检流计镜扫描仪引导所述第一光束沿着所述物体的所述周边来描绘所述路径。
15.一种增材制造的方法，包括以下步骤：
在所述平台上分配进料的复数个连续层的层；
针对每一层
通过使用第一检流计镜扫描仪将第一光束引导至所述层上来预热或热处理所述层的区域；和
通过使用第二检流计镜扫描仪将第二光束引导至所述层上来熔融所述层的所述区域。
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