CN111587177B - 用于增材制造中构建平台零件释放的技术及相关系统和方法 - Google Patents

Abstract

根据一些方面，提供了一种增材制造装置和一种适于在增材制造装置内使用的构建平台。该构建平台可以包括构建表面，当将构建平台安装在增材制造装置内时，可以通过增材制造装置在构建表面上形成材料。根据一些实施方式，构建平台可以包括柔性构建层和至少一个移除机构，所述至少一个移除机构构造成被致动以向柔性构建层施加力。这样的致动可能导致柔性构建层变形，从而使得能够将粘附至构建表面的材料与构建平台分离。根据一些实施方式，构建平台可以包括恢复机构，该恢复机构作用于使柔性构建层返回到平坦状态，使得随后的增材制造可以在平坦的构建表面上形成材料。

Description

用于增材制造中构建平台零件释放的技术及相关系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及用于从构建表面分离增材制造的零件的系统和方法。

背景技术

增材制造，例如三维(3D)打印，通常通过使构建材料的某些部分在特定位置处凝固来提供用于制造对象的技术。增材制造技术可以包括立体光刻、选择性或熔融沉积成形、直接复合材料制造、分层实体制造、选择性相区沉积、多相喷射凝固、弹道粒子制造、粒子沉积、激光烧结或其组合。许多增材制造技术通过形成通常为期望的对象的截面的相继的层来构建零件。通常，每个层都被形成为使得其粘附到先前形成的层或被构建对象所在的构建表面上。

在一种称为立体光刻的增材制造方法中，通过接连形成可固化聚合物树脂的薄层来创建固体对象，所述可固化聚合物树脂的薄层通常首先形成在构建表面上，然后一层形成在另一层的顶部上。暴露于光化辐射会使液态树脂的薄层固化，从而使其硬化并粘附到先前固化的层或构建表面的底面上。

发明内容

根据一些方面，提供了一种构造成在构建表面上形成材料层的增材制造装置，该增材制造装置包括构建平台，该构建平台包括：刚性结构；柔性层，该柔性层附接到刚性结构，其中，柔性层的一些但不是全部的部分附接到刚性结构，并且其中，该柔性层的表面形成构建表面，增材制造装置构造成在该构建表面上形成材料层；以及至少一个第一机构，所述至少一个第一机构构造成被致动以将力施加到柔性表面，从而使柔性表面的至少一部分变形远离刚性结构。

根据一些方面，提供了一种用于增材制造装置的构建平台，该构建平台包括：安装附接件，该安装附接件构造成将构建平台以可移除的方式附接到增材制造装置并将构建平台从增材制造装置分离；刚性结构，该刚性结构与安装附接件联接；柔性层，该柔性层附接到刚性结构，其中，柔性层的一些但不是全部的部分附接到刚性结构；以及至少一个第一机构，所述至少一个第一机构构造成被致动以向柔性表面施加力，从而使柔性表面的至少一部分变形远离刚性结构。

前述设备和方法的实施方式可以用上文中描述的或下文中进一步详细描述的方面、特征和动作的任何适当组合来实现。从以下结合附图的描述可以更充分地理解本教导的这些和其他方面、实施方式和特征。

附图说明

将参照以下附图描述各个方面和实施方式。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为了清楚起见，可能并非每个部件在每个附图中都标记了。

图1A至图1C图示了根据一些实施方式的适合于在增材制造装置中使用的构建平台的示意图；

图2A至图2C图示了根据一些实施方式的构建平台的示意图，在该构建平台中，辊机构被致动以向构建板施加力；

图3A至图3B描绘了根据一些实施方式的说明性立体光刻增材制造装置；以及

图4描绘了根据一些实施方式的说明性选择性激光烧结增材制造装置。

具体实施方式

在增材制造中，不管形成材料层的特定机构如何，该材料通常形成在通常称为“构建表面”的某种类型的表面上。构建表面通常是增材制造装置中被称为“构建平台”的部件的一部分。在某些增材制造装置中，构建平台可以构造成在装置内运动，以便可以将材料沉积在构建表面上的适当位置处。例如，构建平台经常被构造成在每一层的形成之间沿竖直方向运动，从而可以在先前形成的层的顶部上形成新层。

通常，在构建表面上形成第一材料层作为形成过程的初始步骤。第一层可以为随后的附加层的形成提供稳定性和/或可以提供通过其可以将正在形成的零件粘附到构建表面的层。第一层和构建表面彼此粘附的程度可以取决于多个因素，诸如用于形成该层的材料以及构建平台和/或第一层的几何形状。在某些情况下，正在制造的零件的第一层的面积可能足够小，以至于在制造过程中第一层与构建表面之间的粘附力可能不足以保持零件与构建表面之间的接触，这可能导致零件部分地或完全地与构建表面分离。假定零件在整个制造过程中均成功粘附到构建表面，但是，在完成零件的制造之后，作为后处理步骤，零件被从构建表面移除。

除了从构建表面移除零件之外，可以在零件制造之后执行附加的后处理步骤。在一些使用情况下，可能已经形成支撑材料，以便在零件的制造过程中机械地支撑零件的突出物或以其他方式不受支撑的结构，并且可以去除该多余的材料(例如，使用刀或其他切割工具)。在某些使用情况下，零件的清洁可以在制造后进行。例如，当使用基于光敏聚合物的增材制造装置时，将新形成的零件浸入诸如异丙醇的清洁溶液中以从新形成的零件的表面去除过量的未固化或部分固化的树脂可能是有益的。在某些使用情况下，可以使用刻蚀或以其他方式影响零件表面特性的技术来改变或精加工所制造的零件的表面。例如，可以使用蒸气抛光技术(例如，使用丙酮蒸气)对使用熔丝增材制造技术制造的零件进行精加工，所述蒸气抛光技术使零件的表面变平滑并显得有光泽。在某些使用情况下，可以将零件浸入水和/或酸/碱溶液(例如，氢氧化钠)中以溶解零件的一部分。

然而，执行包括但不限于以上所讨论的那些内容的后处理步骤可能会有损坏所制造的零件的风险。在许多情况下，所制造的零件可能是易碎的，并且可能包括能够被某些后处理步骤损坏和/或移除的特征。例如，从零件上移除支撑结构或清洗零件的用户可能在零件上施加足够的力(例如，通过保持或其他方式)，以至于该力导致零件损坏。在某些情况下，将零件从其所附着的构建表面上移除可能会通过为移除零件而必要地施加在零件上的力而对零件造成损坏。在某些极端情况下，使用刮削或切割工具从构建表面上取下零件可能会对用户造成伤害。例如，如果所制造的零件与构建表面之间的粘附力足够高，则用户可能必须施加相当大的力才能将零件与构建表面分离，这增加了受伤的风险。

作为后处理的这些和其他挑战的结果，可能期望在制造期间减小零件与构建平台之间的粘附力，以使得在制造后更容易进行零件的后处理。但是，这种减小可能导致零件在制造期间与构建平台部分或完全地分离，通常会导致制造过程失败。因此，常规工艺和装置保持零件与构建平台之间的高粘附力，以确保成功制造，同时又带来诸如上述示例的后处理挑战。

发明人已经认识并意识到，可以使用一个或多个移除机构来执行零件从构建表面的移除，所述一个或多个移除机构在被致动时使构建表面变形，从而使零件与构建平台分离。构建表面可以是部分地固定到构建平台的柔性构建层的表面，同时构建层的某些部分可以相对于构建平台的基部自由运动。例如，构建层可以围绕构建层的周长(或构建层的周长的某些部分)固定到构建平台，而构建层的内部区域可以不固定到构建平台并可以自由地从基座移开。移除机构可以包括在被致动时沿远离构建平台的构建平台所附接的基座的方向将力施加到构建层上的任何机构。移除机构从而使构建层(并进而使构建表面)变形，这继而引起粘附至构建表面的零件与构建表面分离。

根据一些实施方式，一种移除机构可以包括一个或多个元件，所述一个或多个元件可以朝向和远离构建表面运动，从而致动该机构使得所述一个或多个元件推动构建表面的至少一部分远离构建表面所附接的基座。这样的致动可以是手动的，诸如经由可以由保持构建平台的用户推动的手柄，并且/或者这样的致动可以是自动的，诸如经由操作成使元件运动以推动构建表面的一个或多个马达。

根据一些实施方式，除了移除机构之外，构建平台还可以包括一个或多个向构建层施加恢复力的机构。由于平坦的构建表面对于制造而言是期望的，因此这种恢复机构可以起到在移除机构用于使构建表面变形以移除零件之后使构建表面返回平坦状态的作用。因此，如此构造的构建平台的说明性使用例可包括以下动作：在构建平台的平坦构建表面上制造零件，致动移除机构以使构建层变形，从而将零件与构建平台分离，然后操纵移除机构，以使其施加在构建层上的力被充分减小，使得恢复机构可以起到使构建表面返回平坦状态的作用。因此，恢复机构包括构建平台的作用于将力施加到构建层上以使构建表面返回到平坦状态的任何元件。

在一些实施方式中，作为恢复机构的替代方案，构建层可以由当移除机构被适当地致动远离构建表面时自然返回到平坦状态的材料形成。例如，构建层可以包括刚性材料，该刚性材料在由移除机构施加力时会弯曲，但是当移除机构停止施加该力时会伸缩回到其初始状态。

根据一些实施方式，增材制造装置的构建平台可以从装置移除。在某些情况下，包含一个或多个移除机构的构建平台可以构造成在制造过程中附接到增材制造装置的各部分，然后在制造后从装置移除。因此，至少在某些情况下，当构建平台与增材制造装置分离时，可能会发生零件与构建平台的分离。

以下是与用于从构建表面分离增材制造零件的技术有关的各种概念及所述技术的实施方式的更详细描述。应当理解的是，本文描述的各个方面可以以多种方式中的任何一种来实现。本文仅出于说明性目的提供具体实现方式的示例。另外，以下实施方式中描述的各个方面可以单独使用或以任何组合使用，并且不限于本文明确描述的组合。特别地，尽管以下描述了其中移除机构和/或恢复机构可以位于构建平台内的实施方式，但是可以理解的是，这种机构的一个或多个部件可以位于增材制造装置内靠近构建平台，且只要可以将如下所述的适当的力引导向构建表面，就可以获得相同的结果。

图1A至图1D图示了根据一些实施方式的适合于在增材制造装置中使用的构建平台的示意图。在图1A至图1D的示例中，构建平台包括联接到安装附接件102的刚性本体101。在图1A至图1D的每幅图中，构建层在端部107处固定到刚性本体101。每个图示的构建平台的构建表面是构建层的最上表面。

图1A图示了处于初始构型的构建平台，其中构建层103是平坦的(或基本平坦的)。图1B图示了构建平台的第二构型，其中构建层103通过由移除机构106施加的力而变形。在图1A和图1B中的每幅图中，恢复机构104将力施加到构建层。

图1C图示了构建层104在通过移除机构108施加力之后的改变构型。尽管图1B中所示的构建层103在移除机构106向构建层施加力时跨其表面变形(例如，弯曲)，但是图1C中所示的构建层104主要在构建表面的有限区域中变形，如图所示。

图1D图示了构建层105在通过移除机构110施加力之后的另一种改变构型。在图1D的示例中，不包括恢复机构，因此构建层105可以被构造成，一旦由移除机构110施加的力下降到足够低以使得构建层内的内力导致构建层变形为平坦(或基本平坦)状态，则返回到诸如图1A中所示的平坦(或基本平坦)状态。

通过布置构建平台使得材料在构建平台的构建表面(即，构建层的暴露的上表面)上形成即可以在增材制造装置内利用图1A至图1D所示的构建平台中的每个构建平台。在一些实施方式中，构建平台可以经由安装附接件102附接到增材制造装置。

根据一些实施方式，构建层103、104或105可以由一种或多种材料形成，使得构建层是柔性的或否则是可变形的。在一些实施方式中，构建层103、104和/或105可包括铁磁层、诸如弹簧钢，使得构建层是柔性材料片。在一些实施方式中，可以将附加层增加到这样的铁磁层中；例如，可以在铁磁层上设置改变构建表面与形成在构建表面上的材料之间的粘附力的保护涂层和/或其他材料。

在图1A至图1C的示例中，可以通过恢复机构104将力施加到构建层(例如，构建层103和/或构建层104)，其作用是使构建表面采取基本共形的形状。在某些情况下，这种形状可能导致构建表面与刚性本体101齐平。根据一些实施方式，由恢复机构104施加的恢复力可以施加在构建层的任何部分上，诸如构建表面的整个表面或仅在增材制造过程中预期在其上形成材料的那部分。在一些实施方式中，恢复机构104可以包括单个恢复力产生元件(例如，单个磁体)，或者可以包括多个恢复力产生元件，所述多个恢复力产生元件中的每个恢复力产生元件都产生恢复力，所述恢复力不必具有相同的大小，也不必由相同的装置产生(例如，恢复机构104可以包括联接到构建层的任意数量的磁体和/或弹簧)。

不论恢复机构如何向构建层施加力，根据一些实施方式，恢复机构可以向构建层施加力使得在增材制造过程中不存在使构建表面远离刚性本体101的实质变形。即，由恢复机构施加到构建层的力可以足够高以克服在制造期间沿相反方向施加到构建表面的力。

根据一些实施方式，可以通过使用包括磁力、真空吸力、粘附力和/或机械力中的任意数量的技术的恢复机构104将构建层(例如，构建层103和/或104)吸引和/或附接到刚性本体101的基座。例如，恢复机构104可以经由一个或多个弹簧、磁性夹具、磁体、低压容积、粘合剂或其组合而联接至构建层103或联接至构建层104。在构建层(例如，构建层103、104和/或105)包括一种或多种铁磁材料的一些实施方式中，恢复机构可以优选地包括一个或多个磁体、诸如一个或多个片状磁体。

根据一些实施方式，构建层(例如，构建层103、104和/或105)可以在一个或多个位置处附接到刚性本体101，只要该构建层的至少某些部分能够自由运动或变形以使构建表面改变形状。在图1A至图1D的示例中，构建层在端部107处附接到刚性本体。不论构建层在何处附接到刚性本体，在一些实施方式中，这种附接可以经由机械紧固件、磁体和/或粘合剂实现。在一些实施方式中，构建层可以在一端107或两端107处以可移除的方式附接到刚性本体101。例如，刚性本体的一个或多个端部107可以包括磁性元件，该磁性元件具有足够强度以在制造期间将构建层保持在适当的位置，同时允许用户通过施加力将构建层与刚性本体分离。

在一些实施方式中，构建层的一端的提起可导致构建层逐渐“剥离”刚性本体101，该剥离始于提起的端部并且跨整个刚性本体朝着附接的边缘推进。这种推进的剥离可能倾向于使构建层在传导的分离边界处采取弯曲，从而潜在地将零件与构建层分离。

图2A至图2C图示了根据一些实施方式的构建平台的示意图，在该构建平台中，移除机构包括辊，该辊在被致动时向构建层施加力。如图2A至图2C所示，构建平台200包括刚性本体201，构建层203在端部207处固定至刚性本体201。该刚性本体联接有安装附接件202以使说明性构建平台200能够被固定至增材制造装置。构建平台200还包括在构建层203上产生吸引力的磁性元件205。

当期望释放附接至构建层203的零件时，辊移除机构204可以在构建层203与刚性本体201之间运动。在图2A至图2C中，辊204连接到框架208，该框架208又连接到线性运动源。该运动源可由用户手动产生和/或使用例如一个或多个马达或其他致动器自动产生。

随着辊204的运动，辊204可以使构建层203的区域远离刚性本体201运动，以提供由辊204所占据的空间。该区域的几何形状或弯曲取决于构建层203的柔性程度、辊204的几何形状以及如下所讨论的辊204向上压靠构建层203的力。构建层203的在受辊204的影响的区域之外的部分可以保持与刚性本体201共形，至少部分地通过诸如由磁性元件205引起的力保持在适当的位置。

如在图2B的示例中所示，构建层203弯曲的区域可以随着辊204的运动而跨构建层运动。如以上所讨论的，弯曲区域的引入和推进可能趋于向结合到构建层203的材料(例如，零件)上施加力。这种力可以有效地破坏这种结合而不会引入不希望的变形或对该零件造成缺陷的风险，特别是在其中零件可以通过称为筏的牺牲层附接到构建层203的实施方式中。

发明人已经观察到，在构建层203的弯曲部分的曲率半径与过渡辊204的使通过较小横截面附接点附接到构建层上的零件与构建层分离的能力之间可能存在关系。特别地，当沿着弯曲部的轴线的零件尺寸与弯曲部的曲率半径相比较大时，由辊204的运动产生的力的量可能是最大的，而当沿着弯曲部的轴线的零件尺寸与该曲率半径相比较小时，辊204的运动产生的力的量可能是最小的。因此，在一些实施方式中使弯曲部的曲率半径最小化可能是有利的。例如，可以增加构建层的柔性，使得构建层更紧密地遵循辊的形状，可以减小辊的直径和/或可以使辊相对于刚性本体201更远地偏移。

在图2A至图2C的示例中，压缩安装元件206可以包括在升高的辊204的安装中。该元件用于通过辊朝向构建层施加力，该力根据从元件206到辊204的距离而变化。由于可以预期的是，在靠近构建层203的边缘的位置(如图2A所示)使构建层203移置比朝向构建层203的中心(如图2B所示)使构建层203移置需要更大的力，因此压缩元件允许辊朝向构建层延伸，直到由压缩元件206施加的向上力等于由位移的构建层203施加的向下力。因此，在图2A至图2C的示例中，当接近刚性本体201的中点时，如在图2B中所示，辊204达到其最大高度，使构建层203偏移。然而，在接近刚性本体201的边缘时，如图2A所示，与在中心处时相比，辊204位于更靠近刚性本体的位置，这是因为构建层朝向刚性本体施加在辊上的力在边缘处时比在中心处时更大。这样的安装元件可以在改变辊204的尺寸和/或位置、和/或增加构建层203的柔性的方面具有优点。在一些实施方式中，压缩安装元件206可以包括压缩弹簧和/或其他类型的弹簧。

根据一些实施方式，压缩安装元件206可以使辊204能够方便地定位，以允许在不使用时完全齐平的构建层203，诸如图2C所示。如此处所示，压缩元件205允许辊204通过构建层203在构建层203的附接点附近施加的力而被推到构建层203和刚性本体201的主平面下方。边缘207可以进一步被构造成具有斜面、曲面或其他这样的特征，以便当使辊204朝向边缘207运动时将辊204引导到刚性本体201的凹入区域中和/或当使辊204朝向刚性本体201的中点运动时引导辊204远离这种区域。

在一些实施方式中，可以致动框架208，以使一个或多个零件从构建层203分离。这种致动可以包括自动、半自动或手动过程的任意组合。

在一些实施方式中，构建平台可以安装在后处理装置上或后处理装置中，该后处理装置构造成致动框架并且可以可选地执行其他后处理步骤(例如，清洁构建平台上的零件，执行额外的固化或加热等)。然后，以上讨论的辊204的运动可以由后处理装置的连接至框架208的一个或多个线性运动源引起。这种零件移除的成功可以进一步基于后处理装置对与辊204刚性连接的框架208的运动和/或运动力的测量值来确定。特别地，粘附到构建层203上的对象的存在在许多情况下可以增加使分离构件204跨构建层203的粘附有该零件的区域运动所需的力的量。然后，后处理装置可以通过检测力测量值来确定零件是否成功移除，并确认分离过程中力是否发生了变化，如果发生了变化，那么发生了多少变化。在某些情况下，后处理装置之后可以向用户和/或连接的装置提供反馈，以报告零件是否成功移除。

在一些实施方式中，特别有利的是致动辊204(例如，通过后处理装置或其他方式)跨刚性本体201运动，然后反转该运动以将其返回到起始位置。然后可以在两个运动之间比较力和/或运动特性，以确定是否在如上所述的先前的步骤期间发生了分离。

在一些实施方式中，可以由后处理装置基于零件的重量来确定零件是否从构建平台成功移除，其中，该零件被自动或半自动地移除到能够测量其上沉积的任何材料的重量的平台上(该平台可以是后处理装置的一部分或某些其他装置的一部分)。从而可以重复辊204的运动，直到在这种平台上检测到零件的预期重量，或者直到达到用户干预或替代性处理的阈值为止。

根据一些实施方式，在图2A至图2C的示例中所示的元件之间的各种空间可以被密封以防止或抑制构建材料进入这种空间。作为一个示例，发明人已经认识到防止构建材料(例如，液态光敏聚合物、粉末状的尼龙等)进入由辊204形成的空隙中或者以其他方式防止进入构建层203与刚性本体201之间的空间中可能具有优势。因此，该空间可以针对构建材料的侵入以各种方式被密封。

根据一些实施方式，边缘207可以以各种方式密封，包括使用粘合剂或其他结合材料、顺应性垫圈和/或其他技术。根据一些实施方式，一些间隙的填充可以通过包括从构建层203的边缘朝着刚性本体201延伸的侧壁来解决。在一些实施方式中，这样的侧壁可以被保持“开放”，具有足够的刚性以形成在五个侧面上封闭的区域，并且使任何构建材料远离刚性本体201与构建层203之间的空隙移位。在其他实施方式中，这样的侧壁可以与这里未示出的另一外壳连接，以形成完全封闭的容积。在这样的实施方式中，可能进一步有利的是侧壁由诸如聚乙烯薄膜的密封条或裙缘之类的柔性和/或弹性材料形成，以允许辊204和任何相关联的框架208元件的运动。

图3A至图3B描绘了说明性增材制造装置，该增材制造装置包括根据以上讨论的实施方式中的任何实施方式构造的构建平台。说明性立体光刻打印机300包括支撑基座301、显示和控制面板308以及用于存储和分配光敏聚合物树脂的存储和分配系统304。支撑基座301可以容纳各种机械的、光学的、电气的和电子的部件，这些部件可以操作以使用该系统来制造对象。在操作期间，可将光敏聚合物树脂从分配系统304分配到容器302中。

构建平台305可以沿着竖向轴线303定位(沿着如图3A和图3B中所示的z轴方向定向)成使得正在制造的对象的底面层(最低z轴位置)或构建平台305本身的底面层沿z轴距容器302的底部311有期望的距离。可以基于要在构建平台上或在被制造的对象的先前形成的层上生产的固体材料层的期望厚度来选择该期望的距离。在图3A至图3B的示例中，构建平台305的构建表面在-z方向上面朝容器302。

根据一些实施方式，分别如图1A、图1B、图1C和图2A至图2C中所示的构建平台100、120、140或200可以在系统300中用作构建平台305。在一些实施方式中，可以从打印机300移除构建平台305。例如，构建平台305可以被附接到臂315(例如，压配合或紧固到其上)并且可以被从打印机上移除，从而可以经由上文描述的技术来移除附接到构建表面的零件。

在图3A至图3B的示例中，容器302的底部311对于由位于支撑基座301内的辐射源(未示出)产生的光化辐射可以是透明的，使得位于容器302的底部311与构建平台305的底面部或在构建平台305上正制造的对象之间的液态光敏聚合物树脂可以暴露于辐射。当暴露于这种光化辐射时，液态光敏聚合物可能会发生化学反应，有时称为“固化”，所述“固化”基本使暴露的树脂凝固并将其附着到构建平台305的底面部或到构建平台305上制造的对象上。图3A和图3B表示在构建平台305上形成对象的任何层之前立体光刻打印机301的构型，并且为清楚起见，还省略对在所描绘的容器302内的任何液体光敏聚合物树脂的示出。

在材料层固化之后，构建平台305可以沿着竖向运动轴线303运动，以便为形成新层重新定位构建平台305和/或为将分离力施加在与容器302的底部311的任何结合上。另外，容器302被安装在支撑基座上使得立体光刻打印机301可以沿着水平运动轴线310使容器运动，从而该运动在至少一些情况下有利地引入了附加的分离力。附加地设置有擦拭器306，该擦拭器306能够沿着水平运动轴线310运动，并且该擦拭器306可以以可移除的方式或以其他方式安装到309处的支撑基座上。

图4描绘了说明性的选择性激光烧结(SLS)增材制造装置，该增材制造装置包括根据以上讨论的实施方式中的任何实施方式构造的构建平台。在图4的示例中，SLS装置400包括激光器410，该激光器410与计算机控制的扫描器系统415配对，该计算机控制的扫描器系统415布置成使激光器410操作性地对准制造床430并且在与计算机辅助设计(CAD)模型的代表期望的零件的给定横截面区域相对应的区域上运动。合适的扫描器系统可以包括一个或多个机械台架、使用多角镜的线性扫描装置和/或基于振镜的扫描装置。

在图4的示例中，在制造床430中的材料以使粉末材料颗粒熔化(有时也称为“烧结”或“固结”)的方式被激光选择性地加热，使得对象440的新层形成。SLS适用于许多不同的粉末材料，包括各种形式中的任何形式的粉末状尼龙。在一些情况下，制造床周围的区域(例如，壁432、平台431等)可以包括加热元件以加热制造床中的粉末。在经由激光器进行固结之前，如上所述地，可以使用这种加热器来预热未固结的材料。

一旦已经成功地形成层，则可以通过运动系统(图4中未描绘出)将构建平台431降低预定距离。一旦降低了构建平台431，就可以使材料沉积机构425跨制造床430运动，从而跨制造床430散布需如上所述地固结的新的材料层。构造成将一致的材料层施加到制造床上的机构可以包括使用擦拭器、辊、刀片和/或其他调平机构，以使材料从新鲜材料源移动到目标位置。

根据一些实施方式，如图1A、图1B、图1C和图2A至图2C中分别所示的构建平台100、120、140或200可以在系统400中用作构建平台431。在一些实施方式中，可以从系统400移除构建平台431。

由于粉末床430中的材料通常仅通过激光在某些位置固结，因此一些材料通常将以未固结状态保留在粉末床内。这种未固结的材料有时被称为“零件块”。在一些实施方式中，零件块可以用于在形成过程期间物理地支撑诸如悬垂件和薄壁之类的特征件，从而使SLS系统能够避免使用诸如会在诸如立体光刻之类的其他增材制造技术中使用的临时的机械支撑结构。另外，这可以进一步允许具有更复杂的几何形状的零件、诸如可活动接头或其他孤立的特征件被打印有互锁但未连接的部件。

重复上文中描述的使用激光生产粉末的新层并固结材料的过程，以逐层形成对象，直到制造出整个对象为止。一旦对象被完全地制造，就可以以受控的速率冷却对象和零件块，以限制快速冷却可能引起的诸如翘曲之类的问题或由于可变速率冷却而引起的其他变形。对象和零件块可以在处于选择性激光烧结设备内时被冷却，或者在制造后被从设备中取出以继续冷却。一旦完全冷却，对象就可以被通过多种方法与零件块分离。零件块中未使用的材料可以可选地被回收以用于随后的制造。

根据一些实施方式，可以提供一种计算机系统，该计算机系统适合于生成指令，以通过包括可移除构建平台(例如，如在图1A、图1B、图1C和图2A至图2C中分别示出的构建平台100、120、140或200)的增材制造装置执行增材制造。该计算机系统可以执行生成二维层的软件，所述二维层可以各自包括对象的截面。然后可以从该层数据生成指令以提供给增材制造装置，所述指令在被装置执行时制造各层并由此制造对象。可以通过任何适当的有线和/或无线通信连接将这样的指令传送到增材制造装置。在一些实施方式中，单个壳体可以保持计算装置和增材制造装置，使得链接是将系统的壳体内的两个模块进行连接的内部链接。

根据一些实施方式，可能有益的是通过在构建层上(例如，在形成零件的本体的第一层之前)形成被称为“筏”的结构，既增大了所制造的零件到构建层的稳定性和/或粘附力又改善了零件的可移除性。如在于2014年9月30日提交的标题为“用于增材制造的后处理特征的系统和方法”的美国专利申请No.14/501,967中所讨论的，这种筏结构可以被添加至零件以用于制造，然后在后处理步骤中移除以仅留下所需零件，该专利通过参引整体并入本文。

在一些实施方式中，构造成生成指令以执行增材制造的计算机系统可以优化筏结构，以便经由使用去除机构或使构建层扭曲的其他手段来提高零件移除的有效性。特别是，如上文所讨论的，施加在附接到构建层的零件的基部上的力部分地取决于构建层中弯曲部的曲率半径与零件基部的沿着弯曲部的轴线的尺寸之间的关系。因此，在一些实施方式中，构造成生成指令以执行增材制造的计算机系统可以生成具有被构造成沿着构建平台的弯曲部的轴线更长的长度的筏结构，以便增加在移除过程期间施加到筏的力的度。

在一些实施方式中，构造成生成指令以执行增材制造的计算机系统可以通过考虑在移除零件期间在沿着构建层中的弯曲部的轴线的方向上的期望刚度来生成筏结构。例如，计算机系统可以通过增加结构的抵抗沿构建层中的弯曲部的轴线的弯曲力的刚性来优化筏结构。刚性的这种增加会有利地增大潜在地施加在构建层中的弯曲部与将零件附接到构建层的筏结构之间的力的量。例如，通过计算机系统生成筏来增加强度、诸如通过形成较厚的区域、肋条或其他加强结构等，可以有助于对抗这种趋势，特别是在构建材料可能是比较柔性的或具有低抗拉强度的情况下。

在某些情况下，可能进一步有利的是进行后处理步骤，诸如对“生坯”进行热或光化后固化，这适合于在施加去除力之前提升材料强度或其他性能。替代性地，在利用多种特性材料或可变特性材料的制造技术中，可能有利的是形成一个或多个与零件的一个或多个区域相比具有增加的刚性和强度的筏材料层。

已经如此描述了本发明的至少一个实施方式的多个方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。

这样的改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。此外，尽管指示了本发明的优点，但是应当理解的是，并非本文描述的技术的每个实施方式都将包括所描述的每个优点。一些实施方式可能不实现在此描述为有利的任何特征，并且在某些情况下，可能实现一个或多个所描述的特征以获得另外的实施方式。因此，前面的描述和附图仅作为示例。

本发明的各个方面可以单独使用、组合使用或用于在前述实施方式中未具体讨论的各种布置中，因此，本发明的应用不限于在前面的描述中所阐述的或在附图中所图示的部件的细节和布置。例如，一个实施方式中描述的方面可以以任何方式与其他实施方式中描述的方面组合。

在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修饰权利要求要素本身并不表示一个权利要求要素相对于另一个权利要求具有任何优先性、先后性或顺序、或者方法的动作被执行的时间顺序，而仅用作标记，以将具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(除了序数词的使用)的另一要素区分开以区分所述权利要求要素。

此外，本文中使用的措词和术语是出于描述的目的，并且不应被视为限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。

Claims (16)

1.一种构造成在构建表面上形成材料层的增材制造装置，所述增材制造装置包括：

构建平台，所述构建平台包括：

刚性结构；

柔性层，所述柔性层附接到所述刚性结构，其中，所述柔性层的一些但不是全部的部分附接到所述刚性结构，并且其中，所述柔性层的表面形成所述构建表面，所述增材制造装置构造成在所述构建表面上形成材料层，其中，所述柔性层包括金属板；

至少一个第一机构，所述至少一个第一机构构造成被致动以向所述柔性层施加力，从而使所述柔性层的至少一部分变形远离所述刚性结构；以及

至少一个第二机构，所述至少一个第二机构构造成向所述柔性层施加朝向所述刚性结构的恢复力。

2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述构建平台构造成能够从所述增材制造装置移除。

3.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述柔性层在所述刚性结构的相反端部处附接到所述刚性结构。

4.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述至少一个第二机构包括一个或多个磁体。

5.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述至少一个第一机构还构造成相对于所述柔性层运动，以改变所述柔性层的被施加所述力的部分的位置。

6.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述至少一个第一机构包括一个或多个辊，所述一个或多个辊构造成朝向和远离所述柔性层运动。

7.根据权利要求6所述的增材制造装置，其中，所述一个或多个辊还构造成沿着所述柔性层横向地运动。

8.根据权利要求6所述的增材制造装置，所述增材制造装置还包括联接至所述辊的压缩元件，所述压缩元件构造成将所述辊推向所述柔性层。

9.根据权利要求1所述的增材制造装置，所述增材制造装置还包括：

至少一个能量源，所述至少一个能量源布置成将能量引导到沉积在所述构建平台上的粉末材料上，从而使所述粉末材料的至少一部分固结，以在所述构建平台上形成固体材料层或将所述固体材料层形成到先前形成的固体材料层上。

10.根据权利要求1所述的增材制造装置，所述增材制造装置还包括：

至少一个光化辐射源，所述至少一个光化辐射源被布置成将光化辐射引导到保持在容器中的液体光敏聚合物上，从而在所述构建平台上形成固体材料层或将所述固体材料层形成到先前形成的固体材料层上。

11.一种用于增材制造装置的构建平台，所述构建平台包括：

安装附接件，所述安装附接件构造成将所述构建平台以可移除的方式附接到所述增材制造装置和从所述增材制造装置分离；

刚性结构，所述刚性结构联接到所述安装附接件；

柔性层，所述柔性层附接到所述刚性结构，其中，所述柔性层的一些但不是全部的部分附接到所述刚性结构，其中，所述柔性层包括金属板；

至少一个第一机构，所述至少一个第一机构构造成被致动以向所述柔性层施加力，从而使所述柔性层的至少一部分变形远离所述刚性结构；以及

至少一个第二机构，所述至少一个第二机构构造成向所述柔性层施加朝向所述刚性结构的恢复力。

12.根据权利要求11所述的构建平台，其中，所述柔性层在所述刚性结构的相反端部处附接到所述刚性结构。

13.根据权利要求11所述的构建平台，其中，所述至少一个第二机构包括一个或多个磁体。

14.根据权利要求11所述的构建平台，其中，所述至少一个第一机构还构造成相对于所述柔性层运动，以改变所述柔性层的被施加所述力的部分的位置。

15.根据权利要求11所述的构建平台，其中，所述至少一个第一机构包括一个或多个辊，所述一个或多个辊构造成朝向和远离所述柔性层运动。

16.根据权利要求15所述的构建平台，所述构建平台还包括联接至所述辊的压缩元件，所述压缩元件构造成将所述辊推向所述柔性层。

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