CN111408816A - 在增材制造中提供动态焊珠间距和编织填充的系统和方法 - Google Patents

在增材制造中提供动态焊珠间距和编织填充的系统和方法 Download PDF

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安德鲁·R·彼得斯
乔纳森·H·保罗
利维·J·米切尔
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Lincoln Global Inc
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Abstract

披露了用于增材制造的系统和方法的实施例。在一个实施例中，计算机控制装置访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。金属沉积装置沉积金属材料以形成所述3D零件的构建层的至少一部分。在所述计算机控制装置的控制下，基于规划构建图案的规划路径，将所述金属材料沉积为珠状编织图案。在所述珠状编织图案的沉积期间，动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率、和编织停顿。随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下基于所述规划构建图案进行调节。

Description

在增材制造中提供动态焊珠间距和编织填充的系统和方法
相关申请的交叉引用/援引并入
本申请要求于2019年1月4日提交的美国专利申请号16/239,602的优先权，所述专利申请的披露内容以其全部内容复制地通过援引并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及与增材制造有关的系统和方法，并且更具体地涉及在增材制造工艺期间支持构建层的金属填充的系统和方法。
背景技术
常规地，增材制造工艺能够以相对低的沉积速率来制造近净形零件，其中逐层地构建每个零件。然而，构建时间可能很长，并且现有的填入技术可能不足以增材制造某些类型的零件(例如，构建层的宽度变化的零件)。
发明内容
本发明的实施例包括与增材制造有关的系统和方法，这些系统和方法在增材制造期间提供三维(3D)零件的构建层的有效填入。
在一个实施例中，提供一种增材制造系统。根据一个实施例，待增材制造的3D零件的多个层的图案被呈现出来并作为数字数据存储在系统内。所述数字数据可以例如来自CAD模型或来自被扫描零件。所述系统包括计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案被存储为数字数据并且对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。所述系统还包括金属沉积装置，所述金属沉积装置被配置用于沉积金属材料、以形成3D零件的多个构建层中的一个构建层的至少一部分。在所述计算机控制装置的控制下，根据所述多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径，将所述金属材料沉积为珠状编织图案，其中所述规划构建图案对应于所述构建层。在所述珠状编织图案的沉积期间，动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿、和/或沿着构建层的长度尺寸在沉积行进方向上的行进速度。随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下根据所述规划构建图案进行调节。结果是所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。在一个实施例中，机器人被操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分。所述机器人被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的3D零件移动。在一个实施例中，机器人被操作性地连接至基质，所述基质固持正被增材制造的3D零件。所述机器人被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括具有接触尖端的沉积工具、被配置用于穿过沉积工具将金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、以及被操作性地连接至所述焊丝给送器的电源。所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、电源、以及被操作性地连接至所述电源的激光器。所述电源和所述激光器被配置用于以激光束的形式提供能量，以在所述珠状编织图案的沉积期间至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、电源、以及操作性地连接至所述电源的非可消耗型电极。所述电源和所述非可消耗型电极被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的第一焊丝给送器、电源、以及第二焊丝给送器，所述第二焊丝给送器被操作性地连接至所述电源并且被配置用于将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送。所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极和所述填充焊丝。在一个实施例中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料基本上恒定的金属沉积速率。在一个实施例中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。根据多个不同实施例，基于所述规划构建图案，所述珠状编织图案的波形可以是例如基本上正弦形状、基本上三角形形状或基本上矩形形状中的一种形状。
一个实施例包括填充增材制造零件的构建层的增材制造方法。所述方法包括经由计算机控制装置访问被存储为数字数据的多个规划构建图案中的一个规划构建图案。所述多个规划构建图案对应于被增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。所述方法进一步包括经由金属沉积装置沿所述多个构建层中的一个构建层的长度尺寸在沉积行进方向上沉积金属材料的珠状编织图案。随着所述构建层的宽度沿长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下并根据所述规划构建图案的规划路径来执行所述沉积。所述方法还包括在沉积期间动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率、和编织停顿中的至少一个、和/或沿沉积行进方向的行进速度。随着宽度沿长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下根据所述规划构建图案进行所述调节。结果是所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，经由所述计算机控制装置对操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分的机器人进行控制，以根据规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的3D零件移动。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，经由所述计算机控制装置对操作性地连接至固持正被增材制造的3D零件的基质的机器人进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至焊丝给送器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的激光器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述激光器与所述3D零件之间形成激光束来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的非可消耗型电极上的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的第一焊丝给送器将金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；以及经由所述金属沉积装置的第二焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述第二焊丝给送器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极和所述填充焊丝。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料基本上恒定的金属沉积速率。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。根据多个不同实施例，基于所述规划构建图案，所述珠状编织图案的波形可以是例如基本上正弦形状、基本上三角形形状或基本上矩形形状中的一种形状。
根据以下对示例性实施例的详细描述、根据权利要求书并且根据附图，总体的创新性构思的许多方面将变得清楚。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图展示了本披露内容的不同实施例。应了解的是，附图中展示的元件边界(例如，框、框组、或者其他形状)表示边界的一个实施例。在一些实施例中，一个元件可以被设计成多个元件或者多个元件可以被设计成一个元件。在一些实施例中，作为一个元件的内部部件而示出的另一个元件可以被实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可以不是按比例绘制的。
图1展示了包括金属沉积装置的增材制造系统的一个实施例；
图2展示了图1的增材制造系统的电源的一个实施例的示意性框图，所述电源被操作性地连接至可消耗型焊丝电极；
图3展示了简图，所述简图示出了在焊接电极与正被增材制造的3D零件的构建层之间产生电弧的一个实施例；
图4展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的构建层的长度来沉积基本上正弦的珠状编织图案的一个实施例；
图5展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的构建层的长度来沉积基本上三角形的珠状编织图案的一个实施例；
图6展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的构建层的长度来沉积基本上矩形的珠状编织图案的一个实施例；
图7展示了填充正被增材制造的3D零件的构建层的方法的一个实施例的流程图；
图8展示了增材制造系统的一个实施例的系统框图，所述增材制造系统具有金属沉积装置、计算机控制装置、以及具有机器人臂的机器人；
图9展示了图8中的增材制造系统的替代性实施例的一部分，其中机器人被操作性地连接至固持3D零件或基材的平台，而不是被连接至金属沉积装置；
图10展示了图8的基于可消耗型电极的金属沉积装置的一个实施例的系统框图；
图11展示了图8的基于激光器的金属沉积装置的一个实施例的系统框图；
图12展示了与图11相似的、具有金属沉积装置的增材制造系统的一个实施例的系统框图，所述金属沉积装置被配置作为激光热丝(LHW)系统；
图13展示了图8的基于非可消耗型电极的金属沉积装置的一个实施例的系统框图；
图14展示了图8的基于可消耗型电极和基于填充焊丝两者的金属沉积装置的一个实施例的系统框图；并且
图15展示了图1、图2、图8、图10、图11、图12、图13和14中的系统的示例计算机控制装置或控制器的一个实施例。
具体实施方式
众所周知，增材制造是一种将材料沉积(例如，以多个层)到基质/基材或零件上以便产生所期望的制造产品的工艺。根据一个实施例，待增材制造的三维(3D)零件的多个层的图案被呈现出来并作为数字数据存储。所述数字数据可以例如来自CAD模型或来自被扫描零件。在一些应用中，制品可能是非常复杂的。然而，用于填入增材制造的已知方法和系统趋于是缓慢的并且具有的性能有限。本发明的实施例通过提供在填充期间沉积动态珠状编织图案的系统和方法来解决填充问题。
披露了增材制造系统和方法的实施例。在一个实施例中，增材制造系统包括计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划的构建图案，所述多个规划的构建图案被存储为数字数据并且对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。所述系统还包括金属沉积装置。所述金属沉积装置被配置用于随着构建层的宽度沿长度尺寸变化，沿着3D零件的多个构建层中的一个构建层的长度尺寸沉积金属材料的珠状编织图案。所述沉积是在计算机控制装置的控制下根据多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径进行的。在珠状编织图案的沉积期间，随着宽度沿长度尺寸变化而动态地调节珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿、以及金属沉积装置沿着长度尺寸的行进速度。动态调节是在计算机控制装置的控制下根据规划构建图案进行的，从而使得珠状编织图案的动态变化焊珠宽度。提前产生规划构建图案、以及因此产生规划路径和动态调节，作为使用路径规划软件进行路径规划开发的一部分。
金属沉积装置的实施例可以包括例如以下中的至少一项来例如通过熔化金属焊丝而沉积金属材料：基于激光的子系统、基于等离子体的子系统、基于电弧的子系统、基于电子束的子系统、或基于电阻的子系统。此外，金属沉积装置的一些实施例可以包括例如焊丝递送或给送系统，以给送/递送可消耗型金属焊丝来在基质上增材制造3D零件。并且，金属沉积装置的一些实施例可以包括例如运动学控制元件(例如，机器人)或其他类型的控制元件(例如，光学控制元件)以使激光束、等离子体束、电弧、电子束或可消耗金属焊丝相对于正在基质或基材上增材制造的3D零件移动。
本文中的实例和附图仅仅是说明性的而不旨在限制本主题发明，本主题发明是通过权利要求的范围和精神来衡量。现在参照附图，其中示出的内容仅是出于展示本主题发明的示例性实施例的目的，而不是出于限制本主题发明的示例性实施例的目的，图1通过展示包括金属沉积装置的增材制造系统的一个实施例而将本主题发明的实施例置于上下文中。设想到了，金属沉积装置可以典型地用于帮助通过焊接工艺来逐层地增材制造零件，例如通过气体保护金属电弧焊(GMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、或气体保护钨极电弧焊(GTAW)。如本文稍后所讨论的，根据其他实施例，其他金属沉积工艺也是可能的。
参照图1，增材制造隔室10总体上包括框架12、布置在框架内的机器人14、以及同样相应地布置在框架内的第一桌台16和第二桌台18。增材制造系统10对于以在下文中将更详细描述的方式增材制造零件(例如，22和24)是有用的。在图1所描绘的实施例中，框架12包括多个侧壁和门以包围机器人14以及桌台16和18。虽然示出了平面视图中大致矩形的构型，但是框架12和系统10可以采用多种构型。
前通道门26安装至框架12上以便提供到框架内部的通路。前通道门26可以采用双折构型，其中门包括两个铰链组：将门26附接到框架12的第一铰链组和将门的一个面板附接到另一个面板的第二铰链组。然而，前通道门26可以采用其他构型，例如滑动门或摆动门。类似地，后通道门28也安装在框架12上。所描绘的实施例中的后通道门28也采用双折构型；然而，后通道门可以采用其他构型，如参照前通道门26所讨论的构型。在任一门上(仅在前门26上描绘)可以提供窗口32。这些窗口可以包括本领域已知的有色安全屏(screen)。
在框架12上与前门26相邻地提供了控制面板40。控制面板40上所提供的控制旋钮和/或开关与同样安装至框架12上的控件包壳42中容纳的控件进行通信。可以按与用于已知增材制造系统的控件相类似的方式使用控制面板40上的控件来控制在增材制造系统10中执行的操作。
在一个实施例中，机器人14安装在基质上，所述基质安装在支撑件上。在所描绘的实施例中的机器人14是相对于桌台16和18居中的并且包括多条移动轴线。如果希望的话，基质可以类似于转动架而相对于支撑件进行旋转。因此，有些驱动机构(例如，马达和传动装置(未示出))可以被容纳在基质中和/或支撑件中以用于使机器人14旋转。
在一个实施例中，沉积工具60是金属沉积装置的一部分并且附接至机器人14的臂的远端。根据本文稍后讨论的实施例，沉积工具60可以包括例如具有接触尖端、激光装置、或非可消耗型电极装置的焊枪或焊炬。沉积工具60允许沉积金属材料。在一个实施例中，柔性管或导管62附接至沉积工具60。可以储存在容器66中的可消耗型金属焊丝64(例如，用作焊丝电极或填充焊丝)通过导管62递送至沉积工具60。在一个实施例中，焊丝给送器68是金属沉积装置的一部分并且附接至框架12，以助于将可消耗型金属焊丝64递送至沉积工具60。
虽然机器人14被示出为安装至框架12的基部或下部部分，但是如果希望的话，机器人14可以安装至框架的上部结构并且向下悬垂到系统10中。在一个实施例中，电源供给器72(电源)是金属沉积装置的一部分以用于支持增材制造操作，并且安装至平台74并搁置在其上，所述平台被连接至框架12并且可以是框架的一部分。在另一个实施例中，电源供给器72可以被实施为两个单独的电源供给器(例如，一个用于为沉积工具60中的激光器供电，另一个用于在可消耗型金属焊丝64穿过沉积工具60时对其进行加热)。如本文稍后所讨论的，计算机控制装置76与增材制造系统10(包括机器人14)的多个不同部分通信并控制所述多个不同部分，并且计算机控制装置搁置并安装在平台74上。
图2展示了图1中增材制造系统10的电源72的示例性实施例的示意框图，所述电源被操作性地连接至可消耗型焊丝电极64。电源72包括开关电源供应器105，所述开关电源供应器具有功率转换电路110和桥接开关电路180，所述桥接开关电路在沉积过程中通过在焊丝64与零件22之间形成电弧来在焊丝64与工件零件22之间提供焊接输出功率、以熔化焊丝64。功率转换电路110可以是基于半桥输出拓扑结构的变压器。例如，功率转换电路110可以是逆变器类型的，所述逆变器类型包括焊接变压器的(例如，如由主侧和次侧所分别描述的)输入功率侧和输出功率侧。也可能有其他类型的功率转换电路，例如具有DC输出拓扑结构的斩波器类型。电源72还包括桥接开关电路180，所述桥接开关电路被可操作地连接至功率转换电路110并且被配置用于切换(例如，用于AC操作的)焊接输出电流的极性的方向。
电源72进一步包括波形发生器120和控制器130。波形发生器120根据控制器130的命令生成焊接波形。由波形发生器120所生成的波形对功率转换电路110的输出进行调制，以在焊丝64与工件零件22之间产生输出电流。控制器130还命令桥接开关电路180的切换并且可以为功率转换电路110提供控制命令。
在一个实施例中，电源72进一步包括电压反馈电路140和电流反馈电路150，以监测焊丝64和工件零件22之间的输出电压和电流并且将所监测到的电压和电流提供返回给控制器130。控制器130可以用反馈电压和电流来作出关于更改由波形发生器120生成的焊接波形的决定和/或作出例如影响电源72的操作的其他决定。
根据一个实施例，开关电源供给器105、波形发生器120、控制器130、电压反馈电路140以及电流反馈电路150构成电源72。根据一个实施例，增材制造系统10还包括焊丝给送器68，所述焊丝给送器将可消耗型金属焊丝64穿过沉积工具60以所选的焊丝给送速度(WFS)朝向工件零件22给送。例如，焊丝给送器68、可消耗型金属焊丝64以及工件零件22不是电源72的一部分而是可以经由一个或多个输出线缆操作性地连接至电源72。
图3展示了简图，所述简图示出了在可消耗型金属焊丝64(从沉积工具60中出来的)与正被增材制造的3D零件22之间产生电弧的一个实施例。如图3可见，通过经由电弧熔化可消耗型金属焊丝64，已经沉积了零件22的构建层N和构建层N+1。在图3中还示出了电弧长度和接触尖端到工件距离(CTWD)。根据一个实施例，如本文稍后所讨论的，在沉积期间控制和维持基本上恒定的CTWD。美国专利号9,815,135(所述专利以其全部内容通过援引并入本文)讨论了CTWD的概念以及如何确定和控制CTWD。
根据另一个实施例，沉积工具60包括激光装置，并且电源72被配置用于在沉积期间向激光装置提供功率(能量)以形成激光束、以熔化可消耗型金属焊丝64(例如，填充焊丝)。根据又另一个实施例，沉积工具60包括非可消耗型电极(例如，钨电极)，并且电源72被配置用于在沉积期间提供功率(能量)，以通过在非可消耗型电极与零件之间形成电弧来熔化可消耗型金属焊丝64(例如，填充焊丝)。在一些实施例中，可消耗型金属焊丝64被给送穿过沉积工具60，其中沉积工具60包括例如接触尖端、激光装置或非可消耗型电极。在其他实施例中，可消耗型金属焊丝64可以不被给送穿过具有接触尖端、激光装置或非可消耗型电极的沉积工具60。而是，如本文稍后至少参照图11至图13所讨论的，可消耗型金属焊丝64可以从相邻位置并朝向这种沉积工具60的输出给送。
图4展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的示例构建层的长度被沉积的基本上正弦的珠状编织图案400的一个实施例。在图4中，在从上方观看所述构建层。图4示出了构建层的两个先前沉积的形廓或边界410和420。构建层的宽度(在宽度尺寸425上)沿着构建层的长度尺寸430变化。也就是说，沿着从图4的顶部到图4的底部的长度尺寸430的方向，构建层开始变窄，逐渐变宽，在最大宽度保持一段时间，然后逐渐变窄。在长度尺寸上具有其他宽度变化的其他构建层也是可能的。
在形廓410与420之间的构建层被填充有金属材料作为珠状编织图案400(例如，在图4的顶部开始并且在图4的底部结束)。例如，参照图1，计算机控制装置76被配置用于控制机器人14沿规划路径移动沉积工具60，这样使得沉积的珠状编织图案400填充在形廓410与420之间的构建层中。参照图4，在沉积期间，珠状编织图案400的编织宽度440和编织频率随着构建层的宽度沿长度尺寸430的变化而变化。而且，在沉积期间，珠状编织图案400的编织停顿随着构建层的宽度沿长度尺寸430的变化而变化。此外，在沉积期间，沉积工具60的行进速度(沿沉积行进方向450...例如，从图4的顶部到图4的底部)随着构建层的宽度沿长度尺寸430的变化而变化。根据构建层的规划构建图案，在沉积期间由计算机控制装置76控制编织宽度、编织频率、编织停顿和行进速度。
类似于图4，图5展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的构建层的长度被沉积的基本上三角形的珠状编织图案500的一个实施例。类似于图4和图5，图6展示了简图，所述简图示出了沿着正被增材制造的3D零件的构建层的长度被沉积的基本上矩形的珠状编织图案600的一个实施例。根据其他的实施例，具有变化的编织宽度和编织频率的其他珠状编织图案也是可能的。
焊珠是横跨构建层的宽度的金属沉积通道，并且珠状编织图案简单地是在沿着构建层的用于珠状编织图案的规划路径的位置上的一系列金属沉积通道。取决于如何动态地调节多个不同参数(编织宽度、编织频率、编织停顿和行进速度)，珠状编织图案的沉积金属焊珠(通道)可以具有基本上相似或基本上不同的尺寸(焊珠宽度...例如，参见图4中的焊珠宽度460)并且可以彼此相似或不同地被间隔开(例如，参见图4中的焊珠间距470)。根据一个实施例，在构建层的整个长度上，焊珠宽度460的范围可以从4mm到12mm。编织宽度440实际上是沿着沉积物的任何部分的编织图案的峰到峰的幅度(例如，参见图4)。编织频率是每单位时间(或沿着行进方向450的每单位长度)的编织周期数，并且是编织波长的倒数。尽管沉积工具实际上沿规划路径行进(例如，正弦曲线路径、三角形路径或矩形路径)以用于珠状编织图案，但是在沉积期间的任何时间点上，沿着构建层的长度尺寸430在行进方向450上的行进速度实际上是沿着长度尺寸430的有效瞬时线性行进速度。编织停顿是在编织图案的任一端处的暂停时间。例如，当向左/向右编织时(如在图4至图6中)，编织停顿是在向左运动结束时的暂停时间，然后是在向右运动结束时的暂停时间。例如，如果编织频率为1Hz并且编织停顿为0.2秒，则横跨中部的运动是以下之差：即，1秒减去0.2秒(左侧)减去0.2秒(右侧)＝0.6秒总计...然后被分解成两个行进运动(在一个周期中向左行进和向右行进)，使得每次向左移动焊珠的移动时间为0.3秒，每次向右移动焊珠的移动时间为0.3秒。在编织停顿期间，所述工艺将热量置于珠状编织图案的边缘处。当将一个焊珠放置在另一个焊珠旁边时，设置编织停顿以允许金属流动到较早的焊珠和前一层的角处，在没有桥接的情况下，这将留有空隙。
图7展示了填充正被增材制造的3D零件的构建层的方法700的一个实施例的流程图。在方法700的框710，经由计算机控制装置(例如，图1的计算机控制装置76)访问规划构建图案。规划构建图案是作为数字数据被存储的多个规划构建图案之一(例如，在计算机控制装置76的存储子系统中...例如，参见图15)。多个规划构建图案对应于正被增材制造的三维(3D)零件(例如，图1的3D零件22)的多个构建层。
在框720，沿着多个构建层中的一个构建层的长度尺寸在沉积行进方向450上沉积金属材料的珠状编织图案(例如，图4的珠状编织图案400)。当构建层的宽度沿长度尺寸变化时，根据规划构建图案的规划路径，在计算机控制装置(例如，图1的计算机控制装置76)的控制下经由金属沉积装置(例如，图1的电源供给器72、焊丝给送器68和沉积工具60)完成沉积。
在框730，在沉积期间，动态地调节珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿以及在沉积行进方向450上的行进速度。当宽度沿着长度尺寸变化时，根据规划构建图案，在计算机控制装置(例如，图1的计算机控制装置76)的控制下执行动态调节。结果是珠状编织图案(例如，图4的珠状编织图案400)的动态变化的焊珠宽度。根据一个实施例，由于在路径规划开发期间提前确定了规划构建图案，因此要进行的动态调节是预先确定的。也就是说，在填充过程中不能在运行中(on-the-fly)确定编织宽度、编织频率、编织停顿、以及行进速度的调节。
根据一个实施例，在方法700中的沉积期间，动态地调节编织宽度、编织频率、编织停顿、以及行进速度，以提供对构建层的适当填入。动态调节允许编织宽度变宽或变窄，以提供适当的填入并允许维持金属材料的基本上恒定的沉积速率。通常，随着填充区域变宽，行进速度变慢、编织宽度变宽，并且焊珠变宽(反之亦然)。根据一个实施例，随着在沉积期间构建层的宽度沿着构建层的长度变宽，行进速度降低、编织宽度增加、编织频率减小(即，编织波长增加)、并且编织停顿增加。根据一个实施例，随着在沉积期间构建层的宽度沿着构建层的长度变窄，行进速度增加、编织宽度减小、编织频率增加、(即，编织波长减小)、并且编织停顿减小。同样，根据一个实施例，编织参数和行进速度的动态增大和减小是提前确定的，作为路径规划开发的一部分，而不是在运行中实时动态确定的。然而，可能存在着在运行中进行实时动态调节的其他实施例。
此外，根据一个实施例，在珠状编织图案的沉积期间，在计算机控制装置的控制下，保持了基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。例如，美国公布专利申请号2017/0252847 A1讨论了控制CTWD的方法，所述专利申请通过援引并入本文。尽管在填入沉积期间，行进速度和编织参数是动态变化的(这可能影响CTWD)，但在美国公布专利申请号2017/0252847 A1的中所讨论的CTWD控制过程可以用于保持CTWD基本上恒定，因此补偿由于动态沉积填入过程引起的CTWD变化。同样，在一个实施例中，在珠状编织图案的沉积期间，在计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的焊丝给送速度(WFS)。在另一个实施例中，WFS还可以是动态变化的。
在一些实施例中，在珠状编织图案的沉积期间，不是所有参数(行进速度和编织参数)都必须同时改变。例如，根据构建层的填入区域的形状，可以改变所有参数(行进速度、编织宽度、编织频率、编织停顿)，或者可以仅改变一些参数(例如，编织宽度和编织停顿)。在构建层的路径规划开发期间，提前确定参数相对于彼此如何动态变化的关系，以使得构建层的填入沉积高效且有效。
根据一个实施例，在路径规划开发期间，随着构建层宽度的变化，路径规划软件确定需要在当前焊道中填充的区域，并动态调节参数(行进速度和编织参数)，以用于所述区域的正确填入。路径规划软件的G代码的切片软件与确定所述区域有关。路径规划软件基于被增材制造的3D零件的CAD模型或从扫描3D零件得出的数字数据“知道”当前焊道在构建层上的位置。
图8展示了增材制造系统800的一个实施例的系统框图，所述增材制造系统具有金属沉积装置810、计算机控制装置820、以及具有机器人臂835的机器人830。金属沉积装置810被配置用于在增材制造工艺期间沉积熔化的金属材料以形成零件。计算机控制装置820被操作性地联接至金属沉积装置810和机器人830。也就是说，在图8的实施例中，计算机控制装置820被配置用于控制金属沉积装置810的多个不同方面(例如，焊丝给送、输出功率或能量)、并且用作机器人830的运动控制器。根据其他实施例，计算机控制装置820可以包括两个或更多个控制器(例如，用于控制金属沉积装置810的第一控制器和用于控制机器人830的第二控制器)。在一个实施例中，机器人臂835联接至金属沉积装置810(或金属沉积装置810的至少一部分、比如沉积工具)，使得机器人830可以在计算机控制装置820的控制下经由臂835将金属沉积装置810相对于基质或基材进行空间移动。在另一个实施例中，机器人臂835联接至基质或基材，使得机器人830可以经由臂835将基质或基材相对于金属沉积装置810进行空间移动。
根据一个实施例，计算机控制装置820命令金属沉积装置810在增材制造工艺的形廓沉积阶段期间在基质(基材)上沉积熔化的金属材料以形成零件的形廓。计算机控制装置820接着命令金属沉积装置810在增材制造工艺的填入图案沉积阶段期间在基质上沉积金属材料，以在由零件的形廓所勾勒的区域内形成珠状编织图案。根据一个实施例，形廓沉积阶段的沉积速率小于填入图案沉积阶段的沉积速率，从而允许比填入图案更准确且更精确地沉积形廓。随着增材制造工艺继续构建零件的相继层，例如在形廓与填入图案的上一层上沉积金属材料。
图9展示了图8中的增材制造系统800的替代性实施例的一部分，其中机器人830被操作性地连接至固持3D零件或基材920的平台910，而不是被连接至金属沉积装置810。根据某些实施例，金属沉积装置810和机器人830可以例如为图1和图9所示的类型。根据其他的不同实施例，其他类型的机器人和金属沉积装置也是可能的。例如，图10至图14示出了如下文所讨论的多个不同金属沉积装置的实施例。
图10展示了图8的金属沉积装置810的一个实施例1000的系统框图，所述金属沉积装置是基于可消耗型电极的、并且包括由图8的计算机控制装置820控制的电源1010和焊丝给送器1020。金属沉积装置1000还包括沉积工具1025(例如，具有接触尖端1027的焊炬或焊枪)。例如，根据某些实施例，金属沉积装置1000可以具有类似于图1和图2的元件和/或元件组合。焊丝给送器1020被配置用于穿过沉积工具1025并且将金属材料的可消耗型焊丝电极1030朝向基质或零件1040给送。电源1010和沉积工具1025被操作性地连接至焊丝给送器1020。电源1010和送丝器1020被配置用于在增材制造工艺期间经由可消耗型焊丝电极1030提供能量(在电极1030与基质/零件1040之间形成电弧1035)以熔化可消耗型焊丝电极1030(并且可能熔化基质1040的一部分)。经由沉积工具1025的接触尖端1027来与可消耗型焊丝电极1030进行电接触。图8的机器人830可以移动金属沉积装置1000(或仅沉积工具1025)或基质/零件1040，以在如本文所讨论的计算机控制装置820的控制下沉积珠状编织图案。同样，随着增材制造工艺继续构建零件的相继构建层，例如以类似方式在前一构建层上沉积金属材料。
图11展示了图8的金属沉积装置810的一个实施例1100的系统框图，所述金属沉积装置是基于激光并且包括由图8的计算机控制装置820控制的电源1110、焊丝给送器1120、以及激光装置1130。金属沉积装置1100被配置用于在增材制造工艺期间沉积金属填充焊丝。在一个实施例中，激光装置1130和焊丝给送器1120可以构成沉积工具。在另一个实施例中，激光装置1130可以构成沉积工具。例如，根据某些实施例，金属沉积装置1100可以具有类似于图1和图2的元件和/或元件组合。焊丝给送器1120被配置用于将金属材料的填充焊丝1140朝向基质或零件1040给送。图11的金属沉积装置1100的实施例还包括电源1110以及被操作性地连接至电源1110的激光装置1130。电源1110和激光装置1130被配置用于在增材制造工艺期间提供能量(处于激光束1135的形式)以熔化填充焊丝1140(并且可能熔化基质或零件1040的一部分)。图8的机器人830可以移动金属沉积装置1100(或仅激光装置1130)或基质/零件1040，以在如本文所讨论的计算机控制装置820的控制下沉积珠状编织图案。同样，随着增材制造工艺继续构建零件的相继构建层，例如以类似方式在前一构建层上沉积金属材料。
类似于图11，根据一个实施例，具有金属沉积装置的增材制造系统可以被配置作为如图12中的激光热丝(LHW)系统1200。图12的系统1200包括组合式填充焊丝给送器与能量源的示例性实施例。特别地，系统1200包括能够使激光束1210聚焦到基质/基材或零件1215上从而对基质/基材或零件1215加热的激光子系统。在一个实施例中，激光子系统是高强度能量源。激光子系统可以是任何类型的高能激光源，包括但不限于二氧化碳、Nd:YAG、Yb-盘、YB-光纤、光纤递送激光系统、或直接二极管激光系统。在另一个实施例中，激光子系统是低强度能量源(例如，用于软化或最小程度地熔化金属材料)。
以下将反复提到激光系统、束、和电源供给器。然而，应理解的是，这种提及是示例性的，因为可以使用任何能量源。例如，高强度能量源可以提供至少500W/cm2。激光子系统包括彼此操作性地连接的激光装置1220和激光电源供给器1230。激光电源供给器1230提供了用于操作激光装置1220的电力。
在一个实施例中，系统1200还包括热填充焊丝给送器子系统，所述热填充焊丝给送器子系统能够提供至少一根电阻填充焊丝1240来在激光束1210附近与基质/基材或零件1215进行接触。焊丝给送器子系统包括填充焊丝给送器1250、导电管1260、以及电源供给器1270。在操作期间，填充焊丝1240被来自操作性地连接在导电管1260与基质/基材或零件1215之间的电源供给器1270的电流进行电阻加热。根据一个实施例，尽管交流(AC)或其他类型的电源供给器也是可以的，但电源供给器1270是脉冲直流(DC)电源供给器。焊丝1240从填充焊丝给送器1250穿过导电管1260朝向基质/基材或零件1215给送并且延伸到管1260之外。焊丝1240的延伸部被电阻加热，使得所述延伸部在接触基质/基材或零件1215之前接近或达到熔点。激光束1210可以用于使基质/基材或零件1215的基础金属中的一些熔化从而形成熔池和/或还可以用于使焊丝1240熔化到基质/基材或零件1215上。电源供给器1270提供将填充焊丝1240进行电阻熔化所需的能量。在一些实施例中，电源供给器1270提供所需的所有能量，而在其他实施例中，激光或其他能量热源可以提供所述能量中的一些能量。
系统1200进一步包括运动控制子系统，所述运动控制子系统能够沿着基质/基材或零件1215(至少在相对意义上)在相同的受控方向(例如，珠状编织图案)上移动激光束1210(能量源)和电阻性填充焊丝1240，使得激光束1210和电阻性填充焊丝1240彼此保持固定关系。例如，在一个实施例中，可以将电阻性焊丝1240给送穿过沉积工具，所述沉积工具容纳激光装置1220和导电管1260。根据多个不同实施例，在基质/基材或零件1215与激光器/焊丝组合之间的相对运动可以通过实际移动基质/基材或零件1215或通过移动具有例如激光装置1220和焊丝给送器子系统的至少一部分(例如，导电管1260)的沉积工具来实现。例如，激光装置1220和导电管1260可以集成到单个沉积工具中。沉积工具可以经由被操作性地连接至沉积工具的运动控制子系统沿着基质/基材或零件1215移动。
在图12中，运动控制子系统包括计算机控制装置1280，所述计算机控制装置操作性地连接至具有平台1293(例如，可旋转平台和/或可平移平台)的机器人1290。计算机控制装置1280控制机器人1290的运动。机器人1290经由平台1293被操作性地连接(例如，机械地固定)到基质/基材或零件1215，以例如以珠状编织图案移动基质/基材或零件1215，使得激光束1210和焊丝1240有效地沿基质/基材或零件1215行进。根据多个不同实施例，驱动平台1293的机器人1290可以被电动地、气动地或液压地驱动。根据一个实施例，包括计算机控制装置1280和机器人1290的运动控制子系统是增材制造系统的单独部分，而不是金属沉积装置的一部分。
增材制造系统1200进一步包括感测与电流控制子系统1295，所述感测与电流控制子系统操作性地连接至基质/基材或零件1215和导电管1260(即，有效地连接至电源供应器1270的输出端)并且能够测量基质/基材或零件1215与焊丝1240之间的电势差(即，电压V)和通过它们的电流(I)。感测与电流控制子系统1295可以进一步能够根据测得的电压和电流来计算电阻值(R＝V/I)和/或功率值(P＝V*I)。通常，当焊丝1240与基质/基材或零件1215接触时，焊丝1240与基质/基材或零件1215之间的电势差为零伏(或者非常接近零伏)。其结果是，感测与电流控制子系统1295能够在电阻性填充焊丝1240与基质/基材或零件1215接触并且操作性地连接至电源1270时进行感测，从而进一步能够响应于所述感测而控制通过电阻性填充焊丝1240的电流流动。根据另一个实施例，感测与电流控制器1295可以是电源供应器1270的一体部分。
图13展示了图8的金属沉积装置810的一个实施例1300的系统框图，所述金属沉积装置是基于非可消耗型电极的并且包括至少部分地由图8的计算机控制装置820控制的电源1310、焊丝给送器1320、以及非可消耗型电极1330(例如，钨电极)。金属沉积装置1300被配置用于在增材制造工艺期间沉积金属填充焊丝。例如，根据某些实施例，金属沉积装置1300可以具有类似于图1和图2的元件和/或元件的组合。焊丝给送器1320被配置用于将金属材料的填充焊丝1325朝向基质1040给送。非可消耗型电极1330被操作性地连接至电源1310。电源1310和非可消耗型电极1330被配置用于在增材制造工艺期间提供能量(处于等离子体束或电弧1335的形式)以熔化填充焊丝1325(并且可能熔化基质或零件1040的一部分)，以例如沉积珠状编织图案。计算机控制装置820被操作性地连接至焊丝给送器1320和电源1310，以至少对其提供部分控制。同样，随着增材制造工艺继续构建零件的相继构建层，例如以类似方式在前一构建层上沉积金属材料。
图14展示了图8的金属沉积装置810的一个实施例1400的系统框图，所述金属沉积装置是既基于可消耗型电极又基于填充焊丝的、并且包括至少部分地由图8的计算机控制装置820控制的电源1410、第一焊丝给送器1420、以及第二焊丝给送器1430。金属沉积装置1400还包括沉积工具1425(例如，具有接触尖端1427的焊炬或焊枪)。例如，根据某些实施例，金属沉积装置1400可以具有类似于图1和图2的元件和/或元件的组合。第二焊丝给送器1430被配置用于将金属材料的填充焊丝1435朝向基质或零件1040给送。第一焊丝给送器1420被操作性地连接至电源1410，并且被配置用于将可消耗型焊丝电极1450朝向基质或零件1040给送。电源1410和第一焊丝给送器1420被配置用于在增材制造工艺期间经由可消耗型焊丝电极1450(在电极1450与基质或零件1040之间形成电弧1460)提供能量、以熔化填充焊丝1435和可消耗型焊丝电极1450(并且可能熔化基质或零件1040的一部分)。计算机控制装置820被操作性地连接至第一焊丝给送器1420、第二焊丝给送器1430、以及电源1410，从而至少对其提供部分控制。同样，随着增材制造工艺继续构建零件的相继构建层，例如以类似方式在前一构建层上沉积金属材料。
图15展示了图1、图2、图8、图10、图11、图12、图13和图14的系统的示例计算机控制装置(或控制器)1500的一个实施例。计算机控制装置(或控制器)1500包括至少一个处理器1514，所述至少一个处理器经由总线子系统1512与多个外围装置通信。这些外围装置可以包括存储子系统1524(包括例如存储器子系统1528和文件存储子系统1526)、用户接口输入装置1522、用户接口输出装置1520、以及网络接口子系统1516。这些输入装置和输出装置允许用户与计算机控制装置(或控制器)1500进行交互。网络接口子系统1516提供到外网的接口并且联接到其他计算机系统中的对应接口装置。例如，系统10的计算机控制装置76可以与计算机控制装置(或控制器)1500共享一个或多个特征，并且可以是例如常规计算机、数字信号处理器、和/或其他计算装置。
用户接口输入装置1522可以包括键盘、指示装置(诸如鼠标、追踪球、触摸板、或图形输入板)、扫描仪、并入显示器中的触摸屏、音频输入装置(诸如声音识别系统、麦克风和/或其他类型的输入装置)。总体上，使用术语“输入装置”旨在包括将信息输入到计算机控制装置(或控制器)1500或到通信网络上的所有可能类型的装置和方式。
用户接口输出装置1520可以包括显示子系统、打印机、传真机、或非视觉显示器(诸如音频输出装置)。显示子系统可以包括阴极射线管(CRT)、平板装置(诸如液晶显示器(LCD))、投影装置、或者用于创建可见图像的某种其他机构。显示子系统还可以诸如经由音频输出装置来提供非视觉显示。总体上，使用的术语“输出装置”旨在包括用于将来自计算机控制装置(或控制器)1500的信息输出到用户或到另一个机器或计算机系统的所有可能类型的装置和方式。
存储子系统1524存储了提供并且支持在此所描述的一些或所有功能的编程和数据构造(例如，软件模块)。例如，存储子系统1524可以包括待增材制造的3D零件的CAD模型、以及与3D零件的多个构建层对应的多个规划构建图案。
软件模块一般是由处理器1514单独地或与其他处理器组合地执行的。存储子系统中使用的存储器1528可以包括多个存储器，包括：在程序执行过程中用于存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)1530和存储有固定指令的只读存储器(ROM)1532。文件存储子系统1526可以对程序和数据文件提供永久存储并且可以包括硬盘驱动器、与相关联的可移除介质一起的软盘驱动器、CD-ROM驱动器、光盘驱动器、或者可移除介质盒。实现某些实施例的功能的模块可以通过文件存储子系统1526存储在存储子系统1524中、或者存储在处理器1514可访问的其他机器中。
总线子系统1512提供一种机制，所述机制用于使计算机控制装置(或控制器)1500的多个不同部件和子系统按预期彼此通信。虽然总线子系统1512被示意性地示为单一总线，但所述总线子系统的替代性实施例可以使用多条总线。
计算机控制装置(或控制器)1500可以为各种不同的类型，包括工作站、服务器、计算集群、刀片式服务器、服务器群、或任何其他数据处理系统或计算装置。由于计算装置和网络的性质不断变化，对图15所描绘的计算机控制装置(或控制器)1500的描述仅旨在作为具体实例用于说明一些实施例。计算机控制装置(或控制器)1500的许多其他构型是可能的，具有比图15所描绘的计算机控制装置(或控制器)更多或更少的部件。
虽然已经相当详细地展示和描述了所披露实施例，但是意图并不是约束或以任何方式将所附权利要求的范围限制于这种细节。当然，出于描述主题的各个方面的目的，不可能描述部件或方法的每种可想到组合。因此，本公开内容不限于所示出和描述的具体细节或展示性实例。因此，本公开内容旨在包含落入所附权利要求的范围内的、满足35 U.S.C.§101的法定主题要求的变更、修改和变化。以上对特定实施例的描述是通过实例的方式给出的。根据所给出的披露内容，本领域技术人员将不仅理解总体创新性构思和伴随的优点，而且还将发现对所披露的结构和方法的各种明显的改变和修改。因此，所寻求的是涵盖落入如由所附权利要求及其等同物所限定的总体创新性构思的精神和范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (22)

1.一种增材制造系统，所述系统包括：
计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案被存储为数字数据、对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层；以及
金属沉积装置，所述金属沉积装置被配置用于沉积金属材料、以形成所述3D零件的多个构建层中的一个构建层的至少一部分，
其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径，所述金属材料被沉积为珠状编织图案，其中所述规划构建图案对应于所述构建层，并且
其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述珠状编织图案的沉积期间动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿，从而使得所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。
2.如权利要求1所述的系统，其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述珠状编织图案的沉积期间动态地调节沿着所述构建层的长度尺寸在行进方向上的行进速度。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括机器人，所述机器人被操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分并被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的所述3D零件移动。
4.如权利要求1所述的系统，包括机器人，所述机器人被操作性地连接至固持正被增材制造的所述3D零件的基质、并且被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
沉积工具，所述沉积工具具有接触尖端；
焊丝给送器，所述焊丝给送器被操作性地连接至所述沉积工具并被配置用于穿过所述沉积工具将所述金属材料的可消耗型电极朝向所述3D零件给送；以及
电源，所述电源被操作性地连接至所述焊丝给送器，
其中，所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
焊丝给送器，所述焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
激光器，所述激光器被操作性地连接至所述电源，
其中，所述电源和所述激光器被配置用于以激光束的形式提供能量，以在所述珠状编织图案的沉积期间至少熔化所述填充焊丝。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
焊丝给送器，所述焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
非可消耗型电极，所述非可消耗型电极被操作性地连接至所述电源，
其中，所述电源和所述非可消耗型电极被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
第一焊丝给送器，所述第一焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
第二焊丝给送器，所述第二焊丝给送器被操作性地连接至所述电源并且被配置用于将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送，
其中，所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型的焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极与所述填充焊丝。
9.如权利要求1所述的系统，其中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料的基本上恒定的金属沉积速率。
10.如权利要求1所述的系统，其中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。
11.如权利要求1所述的系统，其中，根据所述规划构建图案的规划路径，所述珠状编织图案的波形可以是基本上正弦形状、基本上三角形形状或基本上矩形形状中的一种形状。
12.一种填充增材制造零件的构建层的方法，所述方法包括：
经由计算机控制装置访问被存储为数字数据的多个规划构建图案中的一个规划构建图案，其中，所述多个规划构建图案对应于正被增材制造的三维(3D)零件的多个构建层；
在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案的规划路径，随着所述构建层的宽度沿长度尺寸变化，经由金属沉积装置沿所述多个构建层中的一个构建层的长度尺寸在沉积行进方向上沉积金属材料的珠状编织图案；以及
在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着宽度沿长度尺寸变化，动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率、和编织停顿，从而使得所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着宽度沿长度尺寸变化，在所述沉积期间动态地调节在沉积行进方向上的行进速度。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括控制机器人，所述机器人被操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分，并且在所述珠状编织图案的沉积期间经由所述计算机控制装置根据所述规划构建图案的所述规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的所述3D零件移动。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括控制机器人，所述机器人被操作性地连接至固持正被增材制造的所述3D零件的基质，在所述珠状编织图案的沉积期间经由所述计算机控制装置来根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。
16.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送；以及
在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述焊丝给送器的金属沉积装置的电源提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；以及
在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的激光器的金属沉积装置的电源提供能量，以通过在所述激光器与所述3D零件之间形成激光束来至少熔化所述填充焊丝。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；以及
经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的非可消耗型电极上的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。
19.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
经由所述金属沉积装置的第一焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
经由所述金属沉积装置的第二焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送；以及
在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述第二焊丝给送器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极和所述填充焊丝。
20.如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料的基本上恒定的金属沉积速率。
21.如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。
22.如权利要求12所述的方法，其中根据所述规划构建图案，所述珠状编织图案的波形可以是基本上正弦形状、基本上三角形形状或基本上矩形形状中的一种形状。
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