CN112313067B

CN112313067B - 激光烧结中的热控制

Info

Publication number: CN112313067B
Application number: CN201980041301.XA
Authority: CN
Inventors: M·帕万; P·范登埃克; T·克拉格斯
Original assignee: Materialise NV
Current assignee: Materialise NV
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: JP2021522580A; WO2019209881A1; KR20210006378A; JP7460544B2; EP3784477A1; US20210237158A1; CN112313067A

Abstract

本公开涉及用于调节与增材制造的粉末床熔合工艺(诸如激光烧结)相关联的参数的计算机实现的方法。本文公开了用于基于与构建材料、增材制造装置、以及部件的期望或预期特征有关的信息来确定扫描策略的方法。

Description

激光烧结中的热控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月23日提交的美国临时专利号62/661,443的权益。该临时申请的内容通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明的领域是增材制造中的粉末床熔融工艺。本文公开了用于调节与增材制造的粉末床熔合工艺(诸如激光烧结)相关联的参数的方法。构建参数可以被调节来例如控制材料的热行为，并且从先前未经测试或未用于激光烧结应用的粉末或者从所使用的粉末来构建部件。本文的方法优化了构建并且改进了这些部件的质量和一致性。

背景技术

粉末床熔合(PBF)工艺属于增材制造的类别，其中薄粉末层被分配在粉末床之上，并且化学物质或能量被用于根据图案(例如，与对象的设计相对应的预定图案)将薄粉末材料层粘合、链接、熔融、或熔合。图案可以表示部件(也称为“对象”)的截面层，并且在迭代进行粉末沉积和暴露于化学物质或能量的循环之后，每一层粘附到之前和之后构建的层。最终，整个部件以增材、逐层的方式形成。示例性的PBF工艺包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔融(EBM)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光熔融(SLM)、粘合剂喷射、喷墨3D打印、和选择性激光烧结(SLS)，它们各自适于不同的粉末材料和施加化学物质或能量的不同方法。

在PBF工艺中，选择性激光烧结(SLS)被广泛用于从热塑性材料或复合材料来构建部件。在SLS中，由计算机控制的激光扫描仪被用于将激光束引导到粉末层上。激光扫描仪以矢量的集合、栅格、曲线(例如，样条)、或其组合来跟踪图案。通常，例如使用单独的环境热源，整个粉末床被保持在接近粉末材料的熔融温度的温度处，并且来自激光束的功率可以被短暂且精确地用于熔融粉末层上预定图案的点。当SLS构建参数(例如，粉末床温度、阴影线(hatching)策略、激光扫描速度、激光功率、激光束斑尺寸、扫描仪延迟等)被正确选择并且调节时，由SLS构建的部件具有良好的机械和物理性质，并且具有较高的尺寸精度。

相反，当SLS的构建参数不是最佳时，可能会导致的问题范围从构建崩溃和SLS机械损坏到结构错误和部件失真。SLS不能使用许多原材料，这是因为这些材料的构建参数不能被优化，例如，因为不知道或不了解如何在SLS期间控制构建材料的热行为。特别是在针对期望的热或机械性质选择原材料而不是针对原材料在SLS中能够被处理来选择原材料时，这是SLS的局限性。在先前已在粉末床中被预先加热、但没有被烧结为部件的已使用粉末的样本中，可处理性也可能会出现问题。诸如表面光洁度不佳的结构问题可能会导致部件使用已使用的粉末或者甚至是已使用的粉末与新粉末的混合物来构建。由于这些问题，经常认为已使用的粉末不适合处理并且被丢弃。

如果构建参数可以轻松地针对特定材料被调节和被优化，则许多新的原材料以及已使用的粉末样本可以被用于构建部件。不幸的是，标识最佳参数具有挑战性。用于选择SLS构建参数的当前方法很大程度上取决于个体操作员执行的定性、试错测试。在一些情况下，操作员会在不同条件下构建样本部件，然后测试部件的材料性质来找到产生最佳部件的参数的组合。在其他情况下，有经验的操作员根据他们对构建先前部件的了解来设置和调节参数。文献中的报告描述了用于改进部件质量的通用方法，例如，调整激光束斑的尺寸或形状、监测粉末床温度并且采取纠正动作来使得跨粉末床的温度均匀，或者以经减的能量来多次扫描对象。这些通用方法可能是有益的，但并不精确，因此，在本领域中仍然需要基于构建材料的具体知识，以目标方式来确定最佳构建参数的方法。

发明内容

本公开的第一方面涉及准备扫描策略的计算机实现的方法，扫描策略用于构建体的截面层的增材制造，方法可以包括：在计算设备中获得构建材料的热性质；在计算设备中，从热性质导出适于对用于增材制造的构建材料进行处理的温度的范围；在计算设备中获得增材制造装置的物理规格；在计算设备中，确定针对构建体的截面层的扫描策略，其中扫描策略被配置为：对于构建体的截面层的每个点，从该点被首先扫描的时间开始，直到所有点都已被扫描为止，将维持温度维持在适于对构建材料进行处理的温度的范围内，并且其中扫描策略至少部分地基于增材制造装置的物理规格而被确定；以及根据扫描策略使用增材制造装置来控制对构建材料的扫描，以构建截面层。

构建材料的热性质可以包括构建材料转变为不同状态所在的温度。构建材料的热性质可以包括构建材料加热或冷却的速率。

在一些实施例中，维持温度可以在包括如下上限和如下下限的范围内，上限在构建材料分解所在的分解温度附近，且下限高于构建材料熔融之后结晶所在的结晶温度。维持温度可以在包括如下上限和如下下限的范围内，上限在构建材料熔融所在的熔融温度附近，并且下限高于构建材料熔融之后结晶所在的结晶温度。维持温度可以在包括如下上限和如下下限的范围内，上限低于熔融温度，并且下限例如高于构建材料熔融之后结晶所在的结晶温度。在一些实施例中，熔融温度和结晶温度不同。

扫描策略可以进一步包括以下步骤，其中构建体的每个点处的温度升高至第二维持温度。第二维持温度可以在包括如下上限和如下下限的范围内，上限在构建材料分解所在的分解温度附近，并且下限高于构建材料的熔融温度。

增材制造装置的物理规格可以包括以下至少一项：激光器的数量、激光束形状、激光束尺寸、最小激光功率、最大激光功率、扫描仪延迟、以及最大扫描速度。

扫描策略可以包括关于以下至少一项的指令以用于对构建体的截面层上的点进行扫描：所选择的激光器、激光功率、激光形状、激光束斑尺寸、扫描时间、以及扫描的数量。在一些实施例中，扫描策略可以包括以供熔融构建材料的对点的至少一个初始扫描。扫描策略可以包括针对第一点或第一多个点的第一扫描策略和针对第二点或第二多个点的第二扫描策略。例如，第一扫描策略可以不同于第二扫描策略。在一些实施例中，第一多个点可以在空间位置和时间顺序中的至少一项中不同于第二多个点。

在一些实施例中，第一多个点可以是点的第一子集，并且第二多个点可以是点的第二子集，其中第一子集和第二子集一起形成构建体的截面层上的点。例如，第一扫描策略可以是轮廓扫描策略，并且第二扫描策略可以是阴影线扫描策略。第一扫描策略可以是整体扫描策略的第一步骤，而第二扫描策略可以是整体扫描策略的第二步骤。扫描策略可以还包括在第一扫描策略和第二扫描策略之前的预加热扫描步骤。扫描策略可以包括在所有其他扫描策略完成之后的后加热扫描步骤。

构建体的截面层可以包括一个或多个部件的截面。例如，构建体的多个截面层可以一起形成一个或多个3D部件。在一些实施例中，构建体的截面层中的一个或多个点可以不对应于部件。

构建材料可以包括再循环粉末或再循环粉末与原始粉末的混合物。

在一些实施例中，方法还可以包括根据扫描策略来监测构建材料的扫描。

本公开的另一方面涉及用于激光烧结构建体的截面层的计算机实现的方法，方法可以包括：在计算设备中确定扫描截面层上的多个点所需的第一功率级别，其中第一功率级别将多个点升高至第一温度；在计算设备中，确定用于扫描多个点的第二功率级别，其中第二功率级别将多个点维持在低于第一温度的第二维持温度处；基于第一功率级别和第二功率级别来确定扫描策略，其中扫描策略被配置为：从所述多个点中的每个点被首次扫描的时间开始，直到所述截面层中的所有点都已被扫描为止，使该点达到第一温度并且将每个点保持在第二维持温度处或者之上；以及根据扫描策略，使用增材制造装置来控制构建材料的扫描，以构建截面层。

附图说明

图1是用于设计和制造3D对象的系统的一个示例。

图2图示了图1所示的计算机的一个示例的功能框图。

图3示出了用于制造3D对象的高级过程。

图4A是具有重新涂覆机构的增材制造装置的一个示例。

图4B是具有重新涂覆机构的增材制造装置的另一示例。

图5A示出了根据当前实践来构建部件的整体工作流。

图5B示出了根据本公开的用于构建部件的工作流。

图6是构建材料、与构建材料的过程行为有关的信息、部件的期望特征、以及AM装置的物理规格可以被用于设置过程参数以用于构建部件的过程。

图7是过程参数可以被用于构建部件的附加步骤的集合。

图8是用于使用构建材料的热性质来确定用于构建部件的扫描策略的过程。

图9示出了构建体的截面层上的点的热曲线，其中温度被绘制为时间的函数。

图10示出了在六个不同时间点的每个时间点处的针对示例性截面层的扫描策略的快照。

图11示出了在两个不同的示例性截面层中的点处的热曲线的变化。

图12A至图12D示出了示例性扫描策略中的矢量以及扫描策略中的点的温度剖面(profile)。

图13A至图13B示出了如何以扫描策略来对各自表示矢量集合的数据块进行排序。

图14A至图14C示出了重叠区域如何导致过热。

图15A至图15B示出了避免在包括岛的截面层中的重叠区域。

图16A至图16C示出了在对象中进行分区的示例，分区可以有助于扫描期间更均匀的热分布和/或能量密度和/或更快的扫描。

具体实施方式

本文所公开的系统和方法包括用于通过增材制造(AM)来构建部件(也称为“对象”或“产品”)的技术，具体是基于与构建材料、AM装置、以及部件的期望或预期特征有关的信息来确定针对构建体截面层的扫描策略的技术。

尽管本文中描述的一些实施例关于使用某些构建材料(例如，金属)的某些增材制造技术来描述，但是如本领域技术人员将理解的，所描述的系统和方法也可以与某些其他增材制造技术和/或某些其他构建材料一起使用。

设计和制造3D对象

本发明的实施例可以在用于设计和制造3D对象的系统内实践。转到图1，示出了适于3D对象设计和制造的实现的计算机环境的一个示例。环境包括系统100。系统100包括一个或多个计算机102a102d，一个或多个计算机可以是例如任何工作站、服务器或能够处理信息的其他计算设备。在一些实施例中，计算机102a-102d中的每一个可以通过任何合适的通信技术(例如，互联网协议)而被连接到网络105(例如，互联网)。因此，计算机102a-102d可以经由网络105在彼此之间发射和接收信息(例如，软件、3-D对象的数字表示、用以操作增材制造设备的命令或指令等)。

系统100还包括一个或多个增材制造设备(例如，3-D打印机)106a-106b。如图所示，增材制造设备106a被直接连接到计算机102d(并且通过计算机102d、经由网络105而被连接到计算机102a 102c)，并且增材制造设备106b经由网络105被连接到计算机102a-102d。因此，本领域技术人员将理解，增材制造设备可以被直接连接至计算机、经由网络105被连接至计算机、和/或经由另一计算机和网络105而被连接至计算机。

应注意，尽管关于网络和一个或多个计算机描述了系统100，但是本文所述的技术也适用于可以被直接连接至增材制造设备的单个计算机。

图2图示了图1的计算机的一个示例的功能框图。计算机102a包括与存储器220进行数据通信的处理器210、输入设备230、以及输出设备240。在一些实施例中，处理器还与可选的网络接口卡260进行数据通信。尽管被单独描述，但是应当理解，关于计算机102a描述的功能块不必是单独的结构元件。例如，处理器210和存储器220可以被实施在单个芯片中。

处理器210可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或被设计来执行本文所述的功能的其任何合适组合。处理器也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP核心结合的一个或多个微处理器的组合、或任何其他这样的配置。

处理器210可以经由一个或多个总线被耦合，以从存储器220读取信息或向存储器220写入信息。处理器可以附加地或备选地包含存储器，例如，处理器寄存器。存储器220可以包括处理器高速缓存，处理器高速缓存包括多级分层高速缓存，在多级分层高速缓存中，不同级具有不同的容量和访问速度。存储器220还可以包括随机存取存储器(RAM)、其他易失性存储设备、或非易失性存储设备。存储装置可以包括硬盘驱动、光学盘(例如，压缩盘(CD)或数字视频盘(DVD))、闪存、软盘、磁带和极碟(Zip)驱动。

处理器210还可以被耦合到输入设备230和输出设备240，用于分别从计算机102a的用户接收输入并且向计算机102a的用户提供输出。合适的输入设备包括但不限于键盘、按钮、键、开关、指点设备、鼠标、操纵杆、遥控器、红外探测器、条形码阅读器、扫描仪、摄像机(可能与视频处理软件耦合，例如以检测手势或面部姿势)、运动检测器、或麦克风(可能与音频处理软件耦合，例如以检测语音命令)。合适的输出设备包括但不限于包括显示器和打印机的视觉输出设备、包括扬声器、头戴式耳机、耳机和警报器的音频输出设备、增材制造设备、以及触觉输出设备。

处理器210还可以被耦合到网络接口卡260。网络接口卡260根据一个或多个数据传输协议来准备由处理器210生成以经由网络进行传输的数据。网络接口卡260还根据一个或多个数据传输协议来对经由网络所接收的数据进行解码。网络接口卡260可以包括发射器、接收器、或两者。在一些其他实施例中，发射器和接收器可以是两个单独的组件。网络接口卡260可以被实施为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或被设计为执行本文所述的功能的其任何合适的组合。

图3图示了用于制造3-D对象或设备的过程300。如图所示，在步骤305处，对象的数字表示使用诸如计算机102a的计算机而被设计。例如，2-D或3-D数据可以被输入到计算机102a来帮助设计3-D对象的数字表示。在步骤310处继续，信息从计算机102a被发送到增材制造设备，例如，增材制造设备，并且增材制造设备根据所接收的信息而开始制造过程。在步骤315处，增材制造设备继续使用诸如聚合物或金属粉末的合适材料来制造3-D对象。此外，在步骤320处，3-D对象被生成。

图4A图示了用于生成三维(3-D)对象的示例性增材制造装置400。在该示例中，增材制造装置400是激光烧结设备。激光烧结设备400可以被用于逐层生成一个或多个3D对象。激光烧结设备400例如可以利用诸如粉末414的粉末(例如，金属、聚合物等)来将对象一次构建一层，作为构建过程的一部分。

连续的粉末层使用例如重新涂覆机构415A(例如，重新涂覆器叶片)而彼此层铺。重新涂覆机构415A在其跨构建区域移动时，例如沿所示方向沉积粉末，或者如果重新涂覆机构415A从(诸如针对构建体的另一层的)构建区域的另一侧开始则沿相反方向沉积粉末。沉积之后，计算机控制的CO₂激光束扫描表面并且将产品的对应截面的粉末颗粒选择性地粘合在一起。在一些实施例中，激光扫描设备412是X-Y可移动红外激光源。这样，激光源可以沿X轴和Y轴移动，以将其光束引导到粉末最顶层的特定位置。备选地，在一些实施例中，激光扫描设备412可以包括激光扫描器，激光扫描器从固定激光源接收激光束，并且使得激光束在可移动镜之上偏转，以将光束引导至设备的工作区域中的指定位置。在激光曝光期间，粉末温度升高到材料(例如，玻璃、聚合物、金属)转变点之上，此后相邻粒子流动到一起以创建3D对象。设备400还可以可选地包括辐射加热器(例如，红外灯)和/或环境控制设备416。辐射加热器可以被用于在新粉末层的重新涂覆与该层的扫描之间将粉末预加热。在一些实施例中，辐射加热器可以被省略。环境控制设备可以在整个过程中被使用来避免不期望的情况，诸如粉末氧化。

在一些其他实施例中，例如相对于图4B所示，重新涂覆机构(例如，调平筒/辊)可以被用来代替重新涂覆机构415A。因此，粉末可以使用一个或多个可移动活塞418(A)和418(B)而被分发，一个或多个活塞将粉末从粉末容器428(A)和428(B)推入到储槽(reservoir)426中，储槽426保持所形成的对象424。储槽的深度进而也由可移动活塞420控制，当附加粉末从粉末容器428(A)和428(B)移入储槽426时，可移动活塞420经由向下移动来增加储槽426的深度。重新涂覆机构将粉末从粉末容器428(A)和428(B)推入或滚动到储槽426中。类似于图4A所示的实施例，图4B中的实施例可以单独使用辐射加热器而在层的重新涂覆和扫描之间，将粉末预加热。

增材制造(AM)装置中的构建部件

图5A示出了通常用于在增材制造(AM)装置(或“机器”)中构建部件的一般工作流。工作流从500开始，在500处，AM装置和待构建的部件被选择。构建体可以包括单个部件或多个部件。通常，操作员通过从一个或多个过程参数进行选择来准备构建体，一个或多个过程参数包括例如激光器参数(例如，激光功率、束斑尺寸、束斑形状、脉冲时间、脉冲数、和扫描速度)；几何参数(例如，影线(hatch)间距、矢量长度、扫描图案、层厚度、和层数)；附加其他参数(例如，重新涂覆速度、粉末床温度、加热速率等)。常规地，对于任何给定的构建体，大致基于在已知材料上使用的通用或标准参数、试错、期望、和/或来自先前构建体的个人经验，以主观的方式来手动选择过程参数(501)。不幸的是，主观方法通常很耗时，特别是如果每次更改过程参数都必须构建和评估测试部件时。在一些情况下，从这样的构建获得的部件可能具有有限范围的物理和/或结构特征(502)。例如，因为实现期望孔隙率所需的过程参数未知并且不能被找到，部件可能不具有期望的孔隙率。在一些其他情况下，部件可能不能够在没有误差、构建崩溃、和物理/结构缺陷的情况下被构建，因此构建材料被认为不适于AM。

在备选视图中，如果用于构建部件的过程参数可以从构建材料很容易地被标识，则许多构建材料可以被认为适于AM。例如，过程参数可以被调节以控制构建材料的热行为(也被称为“热演化”、“温度演化”或“热剖面(thermal profile)”)。图5B示出了根据本公开的某些实施例的示例工作流，示例性工作流实施材料驱动的策略，在材料驱动的策略中，过程参数可以基于构建材料的过程行为而被优化。工作流可以被实施在计算设备上。从503开始，部件的期望特征可以由计算设备来确定。部件的示例性特征可以包括例如物理和/或结构特征，包括但不限于以下中的一个或多个：微观结构、表面光洁度、孔隙率、密度、延展性、导热性、脆性、强度、拉伸强度、抗压强度、剪切强度、变形性、弹性、耐用性等。如果已知构建材料在某些处理条件下的行为(“过程行为”，504)，则计算设备可以将条件与部件的物理和/或结构特征相关联。例如，如果已知构建材料熔融、结晶和分解的温度，并且已知这些温度与物理或结构特征之间的关系，则温度可以在构建材料的处理期间被控制，以产生具有期望物理和/或结构特征的部件。当确定针对AM装置的经优化的过程参数时，温度的控制可能是重要的考虑因素。在505处，计算设备使用期望特征和过程行为之间的关系，以设置针对AM装置的经优化的过程参数。所得的构建部件(在506处获得)具有期望特征。

图6更详细地示出了用于从建造材料的选择、期望的部件特征、和在其上构建对象的AM装置(“机器”)的特性开始，构建部件(也被称为“对象”或“打印部件”)的示例工作流的一个实施例。这些输入可以以各种方式被获得或被确定，并且然后被录入到计算设备中。在600处，构建材料(也被称为“材料”)被选择。构建材料可以选自液体树脂、粉末、热塑性塑料、金属或金属合金、或其他合适的3D打印材料。在一些实施例中，构建材料是已被制成适于激光烧结的粉末制剂(或“聚合物粉末”)的聚合物。构建材料可以是结晶的、半结晶的、或非晶的。示例性聚合物粉末包括聚酰胺12(PA12)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺11(PA11)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。构建材料可以包括以前从未在构建中使用的粉末(“未使用粉末”、“新粉末”或“原始粉末”)，或者可以包括先前已被预加热但未在构建中烧结的粉末(也被称为“再循环粉末”、“已使用粉末”、“再利用粉末”、“老化粉末”、或“热老化粉末”)，或者可以包括原始粉末和再循环粉末的混合物。例如，构建材料可以以约1：1的比例包括新的PA12和再循环的PA12。构建材料可以是当前不用于激光烧结的新型聚合物粉末，也可以是由于其化学和/或物理性质而被标识为用于激光烧结的候选的聚合物粉末。因其化学和物理性质而被选择的示例性构建材料在美国专利号9,782,932中进行描述，其内容通过引用整体并入本文。

颗粒形状、粉末分布、热、流变学和光学行为中的一个或多个可以在选择候选构建材料时被考虑。当构建材料进行诸如差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)中的一个或多个的测量时，或者当构建材料被置于诸如激光烧结过程的构建条件下时，性质可以被确定。例如，构建材料的粘度可以通过流变学测量来确定，而聚结可以通过热台显微镜法来确定。例如在诸如DSC或闪速DSC的实验设置中或在激光烧结期间，诸如熔融温度、分解温度、结晶温度的特征可以从构建材料的温度曲线(或“热剖面”)获得。其他示例性聚合物性质包括但不限于结晶度、熔融的焓、零剪切粘度、分解温度、熔融温度和结晶温度。通常，聚合物性质可以在实验条件下进行测量，但也在实际设置中变化。在一些实施例中，聚合物性质可以在实验设置中被近似并且在实际构建期间被验证。在一些实施例中，例如如果实验设置不能准确地表示实际条件，则聚合物性质只可以在构建期间被确定。

在601处，关于构建材料的过程行为的信息被获得。过程行为涉及构建材料在多种处理条件(例如，加热、冷却、熔融、烧结和暴露于新化学环境)中的一个或多个条件期间的行为。过程行为可以反映构建材料在处理期间的变化，例如构建材料的机械、化学、电、热、光学、或磁性质的变化。过程行为可以是非线性的，并且与先前的处理历史相关。

在602处，部件的期望特征被确定。部件的示例性特征包括物理和/或结构特征，包括但不限于以下一项或多项：微结构、表面光洁度、孔隙率、密度、延展性、导热性、脆性、强度、拉伸强度、压缩强度、剪切强度、变形性、弹性、耐用性等。

在603处，AM装置的物理规格(也是“物理特性”、“机器参数”、“技术规格”、“机器规格”或“物理规格”)被确定。物理规格(也可以被称为“机器参数”、“技术规格”或“机器规格”)可以包括机器硬件的组件以及组件的功能和限制。AM装置的示例性物理规格包括以下各项中的一项或多项：激光器数量、激光束形状、激光束尺寸(也被称为“束斑尺寸”或“直径”)、最小激光功率、最大激光功率、扫描仪延迟、扫描速度(也是“激光速度”，例如最大扫描速度、扫描轮廓线速度、扫描填充速度)、构建体体积、构建速度(例如，mm/hr)、层厚度范围、粉末布局、重新涂覆器类型和速度、加热系统、成像系统、传感器、粉末再循环和处理、材料更新率、启动时间等。每个AM装置可以具有针对每个物理规格的值范围，例如2、3或4个(或更多个)激光器、多个激光束形状、激光束直径尺寸的范围、AM装置可以在其下操作的激光功率和扫描速度的范围等。物理规格的子集可以被确定，例如，对处理期间构建材料的热行为具有重要影响的物理规格，诸如激光器的数量、激光束的形状、激光束尺寸(例如，直径或光斑尺寸)、最小激光功率、最大激光功率和扫描速度。因此，激光功率、激光扫描速度、激光束形状和激光束尺寸(例如，光束直径或束斑尺寸)中的一个或多个可以被调节和/或被优化，以在处理期间影响构建材料的热行为。物理规格还可以包括安装在AM装置上的软件功能和/或与AM装置一起使用的推荐材料。

在604处，与构建材料的过程行为(601)、部件的期望物理和/或结构特征(602)、以及AM装置的物理特性(603)有关的输入被计算设备使用来设置新的过程参数。新的过程参数反映并且并入了输入(例如，所有输入)。在一些实施例中，计算设备最初确定可能已适于构建具有期望特征的部件的新过程参数。在一些实施例中，新过程参数还不是适于构建具有期望特征的部件的精确过程参数，而是可以是比通过以其他方法(例如，试错或基于类似构建材料猜测可能的过程参数)开始获得的过程参数更接近的近似。如果计算设备生成有限范围的可能的新过程参数，则即使使用试错方法，在有限范围内进行后续测试也可能比从更宽范围或不知情的过程参数集合开始更快。

在605和606中，新的过程参数被测试。在605a中，部件使用仿真软件而被仿真或被计算性地建模，但是实际物理部件未被构建。在606a中，计算设备将仿真部件的仿真过程行为与期望的(也被称为“参考”或“模型”)过程行为进行比较。如果仿真过程行为满足标准，例如，因为所测量的过程行为落入接近期望过程行为的阈值窗口内，则这可以指示新的过程参数合适并且可以被用于构建部件(607)。例如，所测量的过程行为可以包括热行为，例如，随着构建材料随时间加热或冷却的构建材料的状态、相或条件的变化。计算设备可以将仿真热行为与参考热行为进行比较。如果仿真过程行为不满足标准，则这可以指示新的过程参数不适于构建部件，并且过程返回到604，在604处，计算设备可以确定新的过程参数的集合。关于过程参数的任何数据，无论它们是否导致过程行为满足标准的部件，都可以被存储在计算机存储介质上，并且稍后由计算设备使用来帮助选择和调节将来的过程参数，以用于相同或不同的构建体。

在605b中，测试部件被构建在AM装置上，并且计算设备将构建材料的实际过程行为与期望过程行为进行比较。与仿真过程行为相同，如果实际过程行为满足标准(例如，类似于期望过程行为)，则这可以指示新的过程参数适于构建部件，并且部件可以使用新的过程参数而被构建(607)。在WO 2016/201390中描述了将实际过程行为与参考模型进行比较的一个示例性方法，其全部内容通过引用合并于此。如果指标未被满足，则过程返回到604，在604处，新的过程参数的集合被确定。关于过程参数的任何数据，无论它们是否导致满足标准的部件和/或过程行为，都可以被存储在计算机存储介质上，并且稍后由计算设备使用来帮助选择和调节将来的过程参数，以用于相同或不同的构建体。

测试和比较的步骤可以被重复，直到仿真或实际的过程行为满足标准并且部件被构建。

图7图示了在设置新的过程参数与构建部件之间的示例附加步骤的一个实施例。在700中，新的过程参数已被设置。701指的是来自图6的605a和/或605b的仿真或构建步骤，以及与来自图6的606a和/或606b中的期望过程行为的比较。反映新过程参数与过程行为(例如，温度行为和/或期望的物理和/或结构特征)之间关系的数据可以被存储在计算机存储介质上和/或被收集以构建数据库(702)。例如，当所测试的第一过程参数不合适时，或者在稍后的时间用于不同的构建体时，计算设备可以使用数据库中的信息来设置新的过程参数(604)。在一些实施例中，现有数据库中的信息可以被用于设置新过程参数的第一集合，并且可以是由计算设备使用用于选择过程参数的第一和/或唯一源。在一些实施例中，计算设备使用来自数据库(702)的过程参数信息以及来自测试和比较步骤(701)的值的组合来选择适于构建部件的过程参数(703)。在704中，计算设备生成用于构建部件的指令。在705中，计算设备提供对指令的监测和控制。计算设备可以在构建开始之前进行监测和/或可以在构建期间进行在线监测。计算设备可以使用控制功能来采取纠正动作，例如在704中修改指令、或者停止构建。在706中，部件被构建在AM装置上。

准备扫描策略

如所描述的，扫描策略的准备可以包括计算机实现的方法的若干步骤：首先，将聚合物性质和过程行为转译为过程参数，其次，将过程参数转译为满足所有要求的扫描图案。

本公开的一个方面涉及用于准备针对部件的增材制造的扫描策略的计算机实现的方法。更具体地，计算设备可以准备针对构建体的一个或多个截面层的扫描策略。单个构建体可以包括一个或多个部件，所有部件都由相同的构建材料构建和/或都被构建在相同的AM装置上的相同构建室内。部件可以彼此嵌套和/或可以在x、y和z方向中的任一个方向上彼此间隔开。当构建体的截面层(也被称为“层的截面”或“对象的截面”)被扫描时，所扫描的区域可以对应于至少一个部件的截面。

在一些实施例中，准备扫描策略以用于构建体的截面层的增材制造的计算机实现的方法包括：在计算设备中获得构建材料的热性质；在计算设备中，从热性质导出适于对用于增材制造的构建材料进行处理的温度的范围；在计算设备中获得增材制造装置的物理规格；在计算设备中确定针对构建体的截面层的扫描策略，其中扫描策略被配置为：对于构建体的截面层的每个点，从该点被首次扫描的时间开始，直到构建体的截面层中的所有点都已被扫描为止，将维持温度维持在适于对构建材料进行处理的温度的范围内，并且其中扫描策略至少部分地基于增材制造装置的物理规格而被确定；以及根据扫描策略，使用增材制造装置来控制对构建材料的扫描，以构建截面层。

图8图示了本文描述的计算机实现的方法的一个示例性实施例。在800中，计算设备获得关于构建材料的过程行为的信息。例如，过程行为可以包括构建材料在被暴露于不同温度时的热性质。热性质可以包括构建材料转变为不同状态、相和/或条件的温度，例如构建材料从固态变为液态的熔融温度(T_m)、构建材料从坚硬的玻璃态转变为粘稠状态的玻璃态转变温度(T_g)、构建材料在熔融之后结晶的结晶温度(T_c)、和/或构建材料分解的分解温度(T_d)。热性质可以包括构建材料加热或冷却的速率(例如，达到温度的速率)中的一个或多个。转变可以在一定温度范围内发生，并且加热或冷却的速率可能因不同的构建材料而变化。加热和冷却的速率也可能由于构建材料的热历史而变化。附加地，物理性质(例如，颗粒尺寸或堆积密度)和过程参数(例如，构建材料的加热/冷却速率)可能影响转变温度。因此，在构建材料的具体样本中，构建材料转变的温度或温度范围可以变化。

基于热性质，计算设备确定适于处理构建材料的温度范围(801)。例如，构建材料可以被加热到熔融温度，但不加热到分解温度。构建材料可以被维持处于第一温度给定时段，或者被维持处于温度范围内的维持温度。在一些实施例中，计算设备选择如下述的维持温度：对于构建材料中的每个，从该点被首次扫描的时间到截面层中的所有点都已被扫描为止，必须维持的维持温度(802)。

在一些实施例中，维持温度是熔融温度。在一些实施例中，最低温度是结晶温度。因此，扫描策略可以被配置为：针对每个点而将维持温度维持在包括上限和下限的范围内，上限在分解温度附近，并且下限在构建材料在熔融之后结晶的结晶温度之上。在一些实施例中，上限在熔融温度附近，而下限在结晶温度之上。

计算设备获得AM装置的物理规格(803)，并且可以使用这些物理规格来确定针对构建体的扫描策略。在一些实施例中，计算设备至少部分地基于AM装置的物理规格来确定扫描策略。例如，扫描策略可以包括关于以下至少一项的指令以用于对构建体的截面层上的点进行扫描：所选择的激光器、激光功率、激光形状、激光束斑尺寸、扫描时间、扫描图案、扫描顺序、以及扫描数量。在一些实施例中，计算设备可以确定包括扫描图案、激光扫描参数和扫描顺序的扫描策略，扫描策略被配置为使构建材料呈现出诸如热行为的过程行为。这些指令可以在计算设备中被确定，计算设备被配置为：从AM装置的可用功能选择扫描的组合(例如，诸如影线、栅格、填充、边界、轮廓、边缘、被遮挡路径等矢量、或弯曲路径)和/或将会最有效地构建截面层的扫描顺序。计算设备可以进一步确定在扫描策略中的每个扫描中使用哪个激光器以及使用它们的定时。

计算设备可以平衡(例如，全部)要求和考虑因素来达到指令的最佳组合。例如，当扫描策略包括至少一个初始扫描以在截面层中的点处将构建材料熔融时，初始扫描可以为构建材料提供足够的能量来到达其熔融温度而不是其分解温度。用于扫描的指令可以通过调整扫描的时间和/或激光束的形状来调制用于该初始扫描的激光功率。因为暴露时间被延长，所以较低的激光功率可以与较慢的扫描速度结合使用。类似地，当束斑具有平顶(或“礼帽”)形状，该形状提供比传统高斯光束更均匀的能量密度时，激光功率可以被降低和/或扫描速度可以被增大。因此，如由给定激光束形状和扫描速度所调解(mediate)的，对于初始扫描，计算设备可以确定特定时段内的特定激光功率。

在一些实施例中，扫描策略被配置为：对于构建体的截面层的每个点，从该点被首次扫描的时间开始，直到构建体的截面层中的所有点都已被扫描为止，将维持温度维持在适于处理构建材料的温度范围内。在804中，计算设备确定包括指令的扫描策略，指令使AM装置在层被扫描的整个时间在截面层的每个点处保持维持温度。

维持温度可以在包括如下的上限和如下的下限的范围内，上限在构建材料分解的分解温度附近，并且下限在构建材料的结晶温度之上。维持温度可以在包括如下的上限和如下的下限的范围内，上限在构建材料的熔融温度附近并且下限在构建材料的结晶温度之上。通常，维持温度可以在构建室中的所有构建材料被保持的预加热温度之上。在一些实施例中，在任何给定点处的结晶的过程可能经受实验、环境和动力学因素，诸如冷却速率、加热速率、截面层中的点周围的环境、或样本中即使最初熔融之后仍然残留的晶体。例如，结晶温度在实际构建条件下可能会有所不同，例如，高于近似或实验测量的预期。因此，即使截面层中的一些点实际上可以在比维持温度低的温度下结晶，维持温度也可以处于具有在保守条件下基于结晶温度所选择的下限的范围内。在某些实施例中，维持温度可以基于在诸如DSC的实验条件下所确定的温度范围，并且可以进一步被调整以考虑动力学和环境因素。

由计算设备确定的示例性扫描策略可以包括：以第一功率对点进行一次初始扫描，然后对该点进行后续扫描，在后续扫描中，扫描时间、激光功率、束斑尺寸、束斑形状、或扫描数量中的至少一项与初始扫描不同。在具有多个激光器的AM装置中，计算设备可以确定将第一激光器用于第一点的初始扫描的扫描策略，以在该第一点处将构建材料熔融。第一激光器然后可以被用于第二点和第三点直至第n点的初始扫描。同时，当第一点从熔融温度冷却到维持温度时，第二激光器可以被用于向第一点提供至少一个后续扫描来维持该维持温度。因此，计算设备可以确定时间间隔，在时间间隔期间，任何扫描点都已接收到其初始扫描并且已被冷却至其维持温度，由此扫描策略提供针对点的后续扫描的指令。在一些实施例中，扫描策略可以使用针对所有扫描的仅单个激光器，尽管如果单个激光器被用于初始扫描和所有后续维持扫描两者，可能会增加构建部件的时间。图9是示出了点处的温度作为时间的函数的示例性热循环绘制。在绘制上，三个黑色箭头指示点被扫描三次。在第一扫描之后，温度升高到熔融温度(T_m)之上，但保持在分解温度(Td)之下。当温度冷却到结晶温度(T_c)时，后续扫描将温度维持在T_c之上，并且在该示例中，也在T_m之上。绘制上还指示了预加热温度(T_preheating)。通常，T_preheating可以指例如通过构建表面上的加热灯的动作，构建表面上的所有构建材料达到的全局预加热温度。全局预加热可以不针对构建表面上的对象的截面中的任何点的特定集合或任何矢量的特定集合。

计算设备可以确定其中后续扫描(无论是来自同一激光器还是来自不同的激光器)回溯初始扫描的相同路径的扫描策略，或者计算设备可以设置改变路径的扫描策略。后续扫描可以相对于初始扫描正交或成小于90°的角度。在一些实施例中，未被初始扫描扫描的点可以被后续扫描来扫描。例如，如果较大的激光束斑被用于后续扫描，则大区域可能被扫描，其中大区域除了初始未被扫描的点之外还包括初始被扫描的一个或多个点。在一些实施例中，所扫描的一个或多个点可能不对应于部件。在另一示例性扫描策略中，点可以在构建材料在点处熔融的初始扫描之前使用预加热激光扫描来被预加热。

在一些实施例中，计算设备确定针对每个单独的点的扫描策略。针对第一点的第一扫描策略可以不同于针对第二点的第二扫描策略。例如，第一点可以在第二点之前被扫描，因此第一点在初始扫描与截面层上的所有其他点被扫描的时间之间具有较长的时间间隔。结果，第一点可能需要进行大量的后续扫描，以保持处于维持温度较长的时间间隔。相反，第二点可能需要较少的后续扫描，以保持处于维持温度较短的时间间隔。

在一些实施例中，计算设备确定针对多个点的扫描策略。构建体中的点可以基于其彼此的接近度而被分组为多个点。例如，构建体的截面层上的第一空间位置中的第一多个点可以根据第一扫描策略而被全部扫描，而截面层上的第二空间位置中的第二多个点可以根据第二扫描策略而被全部扫描。构建体中的点可以基于扫描的时间顺序(例如，点可以在其期间被扫描的时间仓)而被分组为多个点。例如，在第一时间仓期间，第一多个点(可以或可以不彼此靠近)可以根据第一扫描策略而被扫描。在第二时间仓期间，第二多个点可以根据第二扫描策略而被扫描。在第三时间仓期间，第一多个点根据第三扫描策略而被重新扫描，第三扫描策略诸如在第一多个点中的每个点处，维持维持温度的扫描策略。构建体中的点可以根据矢量的相似性(例如，影线、边界、填充、或边缘)或者根据可以概括相似点的任何数据块而被分组为多个点。在一些实施例中，当全局地查看截面层时，跨整个层的扫描策略是异构的。

图10示出了针对包括四个正方形(1、2、3和4)的构建体的截面层的示例性扫描策略。在该示例中，尽管针对每个正方形的扫描策略不同，但正方形中的每个点都与同一正方形中的其他点相同地被处理。在六个时间点(t1、t2、t3、t4、t5和t6)期间，扫描策略的快照在每个正方形处被图示。在t1处，正方形1被扫描。在t2处，正方形2被扫描。在t3处，正方形1被重新扫描，这次使用的扫描图案与t1处的初始扫描正交，并且覆盖的区域大于正方形1的区域。这可能由于束斑较宽和/或影线之间的间距较大所致。在t4处，正方形3被扫描。在t5处，正方形2再次使用与t2处的初始扫描正交的图案而被重新扫描，并且覆盖的区域大于正方形2的区域。在t6处，正方形1被再次重新扫描，这次的图案与t3处的扫描正交。稍后时间点的后续扫描未被示出，但快照图示了针对每个正方形的扫描图案的变化。

由计算设备确定的扫描策略可以依赖于构建体的截面层中的点的整体组成。如果构建体包括待扫描的许多点，则与包括较少待扫描的点的构建体相比，经扫描的第一点(或第一多个点)可能经历更多的后续扫描。图11图示了构建体的两个示例性截面层中的扫描图案的差异。图11A中的截面层包括四个正方形，而图11B中的截面层包括六个正方形。为了简单起见，图示了从每个正方形中的单个点的热循环。在图11A中，正方形1中的点被扫描3次，并且在每次扫描之后绘制了温度作为时间的函数(如图9所示)。正方形2和3也被分别扫描3次。正方形4被扫描两次。在图11B中，正方形1、2和3被分别扫描4次。正方形4和5被分别扫描3次，而正方形6被扫描两次。因此，尽管图11A中的正方形1与图11B中的正方形1相似或甚至相同，但是针对整个截面层的扫描策略考虑了截面层中的其他正方形，并且计算设备确定不同的扫描图案。

在一些实施例中，计算设备确定扫描策略并且根据扫描策略，使用AM装置来控制对构建材料的扫描，以构建截面层。计算设备可以提前确定最佳的扫描策略，使得在构建期间不需要进一步的监测或纠正动作。在某些实施例中，计算设备可以确定可以被监测的可能扫描策略的范围。如WO 2016/201390中所述，监测可以包括在构建期间获得热剖面并且将它们与参考热剖面进行比较，其内容通过引用整体并入本文。如果检测到与参考热剖面的偏差，例如其中偏差在阈值之上，则计算设备可以采取纠正动作，例如改变扫描策略或停止构建。计算设备可以存储成功和经纠正两者的扫描策略的记录，以供将来使用。

在用于增材制造的许多激光烧结应用和其他粉末床熔融方法中，扫描的能量密度在构建体的质量和成功与否中发挥着作用。用于确定、显示和调节能量密度的方法在WO2018/064066中进行了描述，其内容通过引用整体并入本文。本公开的另一方面是用于激光烧结的方法，该方法考虑了扫描所需的能量。用于对构建体的截面层进行激光烧结的计算机实现的方法包括：在计算设备中确定扫描截面层上的多个点所需的第一功率级别，其中第一功率级别将多个点升高至第一温度；在计算设备中确定用于扫描多个点的第二功率级别，其中第二功率级别将多个点维持在低于第一温度的第二维持温度处；基于第一功率级别和第二功率级别来确定扫描策略，其中扫描策略被配置为：从多个点中的每个点被首次扫描的时间开始，直到截面层中的所有点都已被扫描为止，使该点达到第一温度并且将每个点维持在第二维持温度处或者之上；以及根据扫描策略，使用增材制造装置来控制构建材料的扫描，以构建截面层。

示例性扫描策略

在一些实施例中，由计算设备确定的示例性扫描策略可以包括以第一功率对点进行一次初始扫描，随后对该点进行后续扫描，在后续扫描中，扫描时间、激光功率、束斑尺寸、束斑形状、或扫描的数量/图案中的至少一项与初始扫描不同。

在扫描策略中，维持温度可以是设定温度，例如接近熔融温度或接近构建材料的任何转变温度的温度。维持温度可以是大多数或所有构建材料的物理、机械和/或热性质在其内变化的温度范围。在一个示例性扫描策略中，维持温度可以在截面构建体中的点在第一扫描期间或之后达到的第一温度处或附近。图12A-图12C示出了针对对象的截面层的扫描策略(1200)。在图12A中，第一矢量集合(1201)可以被用于扫描第一多个点。第一多个点可以包括对象的截面层中的所有点。第一多个点可以包括对象的截面层中的点的子集，例如，落入距对象的边界一个距离(例如，内部偏移)内的对象的点。第一多个点可以在外部偏移部分(也被称为“外部”)中被第二多个点包围，外部偏移部分围绕对象截面的外边界或落入对象截面的外边界(也被称为“边界”或“轮廓”或“边缘”)外。对象的外边界可以位于轮廓边界矢量(1210)附近并且由轮廓边界矢量(1210)近似，轮廓边界矢量被示出为在图12B中的偏移部分(1211)内。例如，轮廓边界矢量(1210)可以从外边界偏移大约0.01mm-0.1mm或者0.1mm-0.5mm(例如，0.3mm)。在一些实施例中，轮廓边界矢量(1210)相对于部件的实际的真实边界的偏移可以是光束补偿的一个示例，由此偏移可以通过实验确定来补偿激光束直径和材料收缩。

总体来说，对第一多个点的扫描(以及如果存在，偏移的第二多个点)可以被称为预加热扫描。预加热扫描可以与所有构建材料的全局预加热有所不同，因为全局预加热可能并不特定于构建体上的任何点，并且由于全局预加热可能导致将构建表面暴露于加热灯。相反，预加热扫描可能特定于构建体中的矢量和点，并且可能起因于使用激光进行扫描。在一些实施例中，因为在后续扫描步骤之前，预加热扫描可能足以将构建体中的期望点预加热，所以所有构建材料的全局预加热可以被减少。在一些情况下，构建体中全局预加热的减少可以减少构建材料的热分解。对第一矢量集合的预加热扫描可以将第一多个点的温度增加到第一温度。第一温度可以是维持温度。对于聚酰胺12(PA12)的样本，维持温度可以落入170℃-180℃的范围内，例如，170℃-175℃的范围内。

在图12B中，第二矢量集合可以被用于扫描第一多个点的第一子集(1210)，其中第一子集包括沿对象的截面的轮廓的点。点的第一子集的扫描可以被称为轮廓扫描。在图12C中，第三矢量集合可以被用于扫描第一多个点的第二子集(1220)，其中第二子集包括轮廓内的内填充(in-fill)(也被称为“阴影线”或“体积”)中的点。点的第二子集的扫描可以被称为影线扫描(也被称为“阴影线”或“内填充扫描”)。通常，影线扫描可以被用于扫描落入对象的截面的轮廓内的点，但是在影线扫描过程中，沿轮廓的点可以被附加地扫描。例如，如果用于扫描阴影线矢量的端部的束斑尺寸足够宽，则它可能会使得轮廓上的附近的点上的构建材料熔融。

维持温度通过预加热扫描、轮廓扫描、和影线扫描的组合而被达到并且被维持。在一些实施例中，维持温度可以是预加热扫描的温度，并且可以接近熔融温度，但是不可以达到或超过熔融温度。

图12D示出了示例性对象的截面层的边缘处(例如，轮廓上)的示例性点的温度剖面。在温度剖面中，点的温度在预加热扫描期间达到维持温度，并且维持温度随后在轮廓扫描和影线扫描期间被维持。例如，如果轮廓扫描和影线扫描将温度升高到构建材料的熔融温度之上，则温度可以在轮廓扫描和影线扫描随后升高至维持温度之上。为了将点的温度升高到最高温度，在这种情况下，在影线扫描之后，构建参数可以被更改。在一些实施例中，与预加热扫描和轮廓扫描相比，可以在影线扫描步骤中增加激光功率，或者可以增加激光光斑尺寸。备选地，预加热扫描步骤可以以低于轮廓扫描步骤的第二功率并且也低于阴影线扫描步骤的第三功率的第一功率级别来执行。轮廓扫描步骤的第二功率可以高于预加热扫描步骤的第一功率，并且也高于影线扫描步骤的第三功率。在一些实施例中，与轮廓处的能量密度相比，由于多个矢量的累积效应，由阴影线扫描所扫描的内部分区的所得温度可能更高。

在一些实施例中，来自经扫描内部的热量可以传递到轮廓。即使影线扫描是序列中的最后扫描步骤，来自预加热扫描、轮廓扫描和影线扫描的累积热量可能足以将边缘(例如，轮廓)上的点处的温度增加到图12D中所示的高温度。

扫描策略可以包括附加的预加热扫描步骤。例如，第一预加热扫描步骤可以包括仅第一多个点，第一多个点包括对象中的所有点，而第二预加热扫描步骤可以包括第一多个点和围绕对象的边界偏移的第二多个点。预加热扫描步骤可以包括：包括对象的边界的第一多个点；包括边界外部的点的外部偏移；以及包括边界内部的选择点的内部偏移。

扫描策略可以进一步包括一个或多个后加热扫描步骤。后加热扫描步骤可以被用于：在截面层中的点已被扫描之后，维持截面层中的一个或多个点处的温度，例如以控制一个或多个点的冷却速率。扫描策略可以进一步包括延迟和跳跃，诸如图12A中的跳跃(1202a和1202b)。当激光器完成扫描第一路径(例如，第一矢量)并且开始扫描第二路径(例如，第二矢量)时，跳跃可以是空间和时间上的转变。第一矢量和第二矢量可以彼此不连续，并且可以在空间中具有不同的方向和/或坐标。激光可以从第一矢量的结束跳跃到第二矢量的开始，并且激光在跳跃期间可以被关断。

在另一示例性扫描策略中，对象的截面层中的每个点处达到的维持温度高于起始熔融温度。起始熔融温度可以是构建材料开始熔融的温度。如果构建材料被保持处于起始熔融温度足够长的时段(例如，无限时段)，则可以预期所有构建材料熔融。但是，由于激光烧结过程需要协调扫描步骤和温度变化，因此构建材料不能被长时间保持在起始熔融温度处。因此，在一些实施例中，维持温度可以是构建材料中的大部分或全部晶体熔融的温度。该温度可以高于构建材料的起始熔融温度。

在一些情况下，维持温度可以是构建材料示出记忆效应的温度之上的温度。记忆效应可以指诸如聚合物的构建材料记住针对某个物理状态的记忆并且返回该物理状态的趋势。例如，聚合物可以示出针对结晶状态或形状(例如，在使用激光的熔融步骤之后呈现的形状)的记忆效应。构建材料中的晶体可以是构建材料(例如，聚合物)的任何结晶或半结晶结构，其具有有序和/或周期性的形式(例如，晶格)。晶格可以包括在空间中排列的一个或多个单位单元的重复图案。在一些情况下，针对结晶状态或形状的记忆效应可能起因于残留晶体的存在或者可以通过残留晶体的存在而增强，残留晶体充当形成结晶结构的种晶。种晶可以促进结晶结构的形成。在一些情况下，当构建材料的聚合物链、特别是长聚合物链在彼此之间形成松散连接时，针对结晶状态或形状的记忆效应可能会被导致或者被增强。松散连接可以将长聚合物链稳定为即使在构建材料的熔融温度(例如，起始熔化温度)处，也不容易被分离的结构。

因此，如果构建材料包括晶种和/或可以在彼此之间形成连接的长链聚合物，则与不包括晶种和/或长链聚合物的构建材料相比，所有构建材料被熔融且大部分或所有晶体被消除的实际温度可能增大。例如，已使用的粉末样本(例如，PA12)可能比原始粉末样本包括更多的晶种和长链聚合物，并且可能需要更高的温度才能将晶体熔融并且去除结晶结构或松散连接的聚合物链。

鉴于此，本文所述的扫描策略中针对构建材料的维持温度可以足够高，以消除构建材料中的大部分或全部晶种和/或长链之间的大多数或所有连接。在某些实施例中，维持温度或构建材料可以例如通过确定构建材料中的大多数或所有晶体被消除的温度或温度范围而被实验测量。维持温度可以是在扫描策略期间不可以被超过的最高温度。维持温度可以低于分解温度。在某些实施例中，预加热扫描、轮廓扫描、和影线扫描的序列可以被用于增加一个或多个点处的温度，从而以逐步的方式达到维持温度。高于熔融温度的维持温度可以是第一维持温度。备选地，维持温度可以是高于第一维持温度的第二维持温度，并且可以在比达到第一维持温度晚的时间在每个点处被达到。

当构建材料样本的处理历史、组成、长链与短链的比例不同时，维持温度可以跨样本而变化。例如，已使用的(或热老化的)粉末样本可以比原始粉末样本具有更高的维持温度，部分原因是已使用的粉末比原始粉末具有更长的聚合物链和/或更多的晶种。对于已使用的聚酰胺12(PA12)样本，大部分或所有晶体已被消除的维持温度可以落入210℃-230℃的范围内，例如210℃-215℃、215℃-220℃、220℃-225℃、或225℃-230℃。

因此，扫描策略可以包括增加截面层中每个点处的温度直到达到高于构建材料的熔融温度的维持温度为止的步骤。维持温度可以是对构建材料中的晶种和长链聚合物的结晶的影响被降低或消除的温度。例如通过以任何顺序将预加热扫描步骤、轮廓扫描步骤、和影线扫描步骤组合，温度可以以逐步的方式被增加。

维持温度可以在截面层中的其他点被扫描时在给定点中被维持。这可以通过缓慢冷却来实现，使得点处的温度在后续扫描步骤期间不会降低到维持温度之下。例如，如果点达到维持温度，则可以允许在不进一步扫描点的情况下使其冷却。或者，附近的点可以不被扫描，以允许给定点冷却。在一些实施例中，维持温度可以通过重新扫描截面层中的第一点而被维持。维持温度可以通过扫描(或重新扫描)第二点或第一点附近的多个点而被维持。在某些实施例中，扫描策略可以被配置为将第一点保持在维持温度处，直到截面层中的所有点或者部分点已被扫描。

在某些实施例中，维持温度可以被维持仅有限的时段。时段可以落入0.001秒至1秒的范围内，例如，0.05秒、0.1秒、0.15秒、0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、0.8秒、0.9秒或1秒。在一个示例性扫描策略中，维持温度可以例如通过一个或多个先前扫描步骤(例如，预加热扫描步骤、轮廓扫描步骤、影线扫描步骤、和/或其他扫描步骤)以逐步的方式被达到，并且在达到维持温度之后，不需要进一步的扫描步骤。

在某些实施例中，扫描策略可以包括被配置为控制截面层上一个或多个点处的温度的一系列扫描步骤。温度可以在构建期间在对象的截面上的所有点或点的子集处被维持。例如，在对象的截面中的其他点被扫描的同时，对象的关键区域中的选择点处的温度可以被维持。因为截面层的边界一起形成最终3D对象的表面。所以沿对象的截面边界的点可能很关键。在一些实施例中，沿边界的点被维持处于维持温度持续对象的截面被扫描的时间。沿边界的点对于最终对象的高质量表面光洁度可能很关键和/或因为这些点可能比对象中心的点损失更多的热量而可能很关键。

扫描策略可以包括点的第一扫描(例如，通过扫描包括多个点的矢量、或通过扫描矢量集合)，至少随后是对部分或全部点、矢量、或矢量集合的第二扫描。构建体中的点可以根据矢量的相似性(例如，影线、边界、填充、或边缘)或者根据相似点可以被概括的任何数据块而被分组为多个点。

图13A示出了示例性扫描策略(1300)，其中矢量集合被表示为块(也被称为“数据块”)。块可以包括根据相似性(例如，影线矢量、边界、填充、或边缘)或者根据相似点或矢量可以被概括的量度而被分组的多个点。每个矢量集合对应于截面层中的点，并且每个块可以按顺序被扫描。扫描策略图示了块可以被如何配置来协调对矢量进行扫描的时序，从而对截面层中的点进行扫描。

扫描策略(1300)的第一步骤可以是第一预加热扫描步骤(预加热经过(pass)1(1301))，其中3个块(被标记为a、b和c)可以分别按序列被扫描。在第二步骤预加热经过2(1302)中，3个块(a、b和c)可以分别按序列被扫描。预加热经过2中的块可以是与预加热经过1中的块相同的块，或者可以是不同的块。例如，预加热经过1可以包括覆盖对象的截面的第一部分的矢量，而预加热经过2可以包括覆盖对象的截面的第二部分的矢量，第二部分与第一部分不同。预加热经过1和预加热经过2可以包括对对象的外部的点(例如，位于对象的边界外部的偏移中的点)以及沿对象的边界的点和对象的内部的点的扫描。预加热经过1和预加热经过2中的一个或二者可以包括对沿对象的边界的点和/或对象的内部的点、而不对象外部的点的扫描。

在下一步骤中，块的主经过(1303)可以被扫描。此处，被标记为a、b、c、d和e的5个块的集合可以被按序列扫描，但是任何数量的块(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多)可以被按序列选择并且扫描。块可以包括具有促进将矢量分组为块的特性的矢量。在某些实施例中，块可以包括在空间位置中彼此接近的矢量，或者可以包括在相同方向上定向的矢量。块可以包括仅轮廓矢量或仅影线矢量。矢量的块可以包括都是根据相同的处理参数(例如，对于块中的所有矢量相同的激光功率)进行处理的矢量。在一些实施例中，块可以根据扫描矢量所需的时间而被选择。例如，如果扫描策略被配置为适配每个块1秒的扫描时间，但是对象包括总共需要5秒扫描时间的多个矢量，则多个矢量可以被划分为5个块，每个块花费1秒进行扫描。扫描策略中的每个块可以被排序以适配被分派用于扫描的时间，并且可以被排序以优化扫描。

5个块可以共同包括矢量，矢量包括沿对象的边界和/或对象内部的点。块可以被重新扫描。块b可以被重新扫描两次(被示出为b₁和b₂)。块c也可以被重新扫描两次(被示出为块c₁和块c₂)。块b(例如，b₁和/或b2)的重新扫描可以是与块b相同的扫描。备选地，块b₁和块b2中的一个或两者在矢量集合、矢量的方向、矢量之间的间距、以及诸如激光功率、速度、束斑尺寸、光束形状等的激光参数方面可以与块b不同。块c₁和块c₂中的一个或两者可以是与块c相同的扫描，或者可以与块c不同。

在一些实施例中，块的第一后加热经过(1304)和第二后加热经过(1305)可以被扫描。在该示例中，第一后加热经过(1304)和第二后加热经过(1305)中的每一个包括2个块。

块可以是模块化的，使得扫描和重新扫描以及扫描的顺序可以是灵活的。例如，构建体中一个点或多个点的温度可以通过对扫描的顺序进行定时而被改进。例如，预加热经过1(1301)和2(1302)可以被配置为在对象的内部和外部的点处将构建材料加热到第一温度。然后，主经过(1303)可以被配置为将构建材料的点加热至第二温度，例如，加热至构建材料的熔融温度或者加热至大于熔融温度的温度。这可以通过扫描主经过(1303)中的块a、b、c、d和e来完成。对于一些点，例如，块b和块c中的点，可能需要重新扫描才能达到或维持温度。因此，块b可以被重新扫描两次(块b₁和b₂)，并且块c可以被重新扫描两次(块c₁和c₂)。在一些实施例中，扫描和重新扫描可以被排序，使得块b₁和b₂可以在块b和块c之后但是在块c₁和c₂之前被扫描。备选地，块b₁和b₂可以在块b之后但在块c、d、e、c₁和c₂之前被扫描。扫描块的其他序列也是可能的。扫描策略的优点是可以灵活地对块进行排序、扫描和重新扫描，以在任何给定时间控制块中的点和对象中的点的温度(例如，时间-温度曲线或剖面)。通常，扫描策略可以在块的扫描之间并入延迟时段，其中延迟时段可以被配置为在时间上将块的扫描隔开。

图13B图示了区域中的矢量如何可以以块被扫描。在对象1310中，区域1311在包括对单个块的扫描的第一预加热扫描经过中被扫描。随后，区域1312在包括对块的扫描的第二预加热扫描经过中被扫描。在该示例中，区域1311和1312不重叠。接下来，区域1313被扫描。该区域在对象的截面的轮廓处或附近，并且根据单个块的主经过轮廓扫描而被扫描。最后，作为区域1313内部的内填充区域的区域1314根据单个块的第二主经过扫描(例如，阴影线扫描)而被扫描。在该示例中，每个区域在一个块中被扫描。在一些实施例中，区域可以被划分为两个或更多个区域，例如非重叠区域1311和1312。区域可以被划分为重叠或相邻区域，例如轮廓区域1313和内填充区域1314。重叠的、相邻的、或不重叠的区域可以作为矢量的单个块或作为矢量的多于一个的块而被扫描。

构建体的截面层可以包括一个或多个部件的截面。例如，构建体的多个截面层可以一起形成一个或多个3D部件。在一些实施例中，构建体的截面层中的一个或多个点可以不对应于部件。在某些实施例中，一个部件的截面的所有扫描可以在进行到层中的另一部件之前被完成。构建体的截面层可以指一个部件的截面，或者可以指层中的多于一个的部件。第一扫描策略可以被配置用于扫描截面层的包括第一部件的截面的第一部分，而第二扫描策略可以被配置用于扫描截面层的包括第二部件的截面的第二部分。截面层中的第一部件和第二部件可以是单独的对象，或者可以是同一对象的两个区域。

分区

本公开的又一方面涉及扫描策略，扫描策略包括针对对象的截面中的分区的多个扫描策略。在一些实施例中，对象的截面或截面的一部分可以被划分为分区和/或子分区。分区的尺寸和形状可以均匀，或者一个或多个分区的尺寸和形状可以与其他分区不同。分区可以彼此连续(例如，连接)，或者分区可以彼此不连续(例如，不连接)。包括一个或多个矢量和/或扫描参数(例如，诸如激光速度、激光功率、束斑尺寸、束斑形状等的激光参数)并且被用于扫描第一分区的第一扫描策略可以不同于被用于扫描第二分区的第二扫描策略，特别是在分区的尺寸和/或形状不同的情况下。在对象的截面中与任何其他对象或对象的其他部分不接触的对象或对象的一部分可以被认为是对象的截面中的岛。截面可以具有多于一个的岛，并且在截面层中的其他岛根据其他扫描策略而被扫描之前，第一岛可以根据第一扫描策略被完全扫描。

在一些实施例中，针对每个岛的扫描策略可以被配置为控制岛中的一个或多个点处的温度。例如，对两个或更多个块的扫描可以被用于以逐步的方式升高岛中一个或多个点处的温度。岛中的点的温度可以是维持温度。

多种不同的扫描策略可以被选择用于岛。在核心-外壳(hull)扫描策略中，内部区域(例如，核心)可以根据第一策略被扫描，而周围区域(例如，外壳)可以根据第二策略被扫描。例如，核心区域可以每3层被扫描，但是在更高的功率下具有更大束斑，使得一次扫描所有3层的构建材料。同时，外壳区域可以在每一层处被扫描，外壳区域是对象在核心和对象的边界之间的区域。在一些实施例中，核心可以是对象的内部的任何区域并且可以包括对象的大部分，而外壳是靠近部件边缘的任何区域，例如，包围核心并且包括边界。核心可以以较高的激光功率被扫描，而外壳可以以较低的激光功率被扫描。

在另一扫描策略中，岛可以被划分为内部分区和轮廓分区。轮廓分区可以是类似于外壳而包围内部区域的区域(例如，对象的轮廓加上偏移)，而内部分区可以是轮廓分区的内部的任何区域。在一些实施例中，轮廓分区可以是对象的截面的轮廓(例如，边界)。内部分区可以是截面在轮廓内部的任何部分。在一些实施例中，内部分区和轮廓分区之间可以存在非常微小的偏移(例如，小于1mm或小于0.5mm)。由于束斑尺寸和形状，当激光扫描在轮廓分区和内部分区的扫描期间重叠时，内部分区和轮廓分区之间的轻微偏移可以被充分扫描。轮廓分区可以根据第一扫描策略被扫描，在第一扫描策略中，例如参数(诸如激光功率、激光扫描速度、激光束斑尺寸(例如，直径)和/或形状、矢量之间的间距、以及跳跃的模式和矢量之间的延迟)已被优化来控制岛的轮廓中的点的温度。岛的内部分区可以根据可以不同于第一扫描策略的第二扫描策略被扫描。扫描策略可以进一步包括预加热扫描策略，预加热扫描策略可以不同于第一扫描策略和/或第二策略。预加热扫描策略可以包括扫描在岛的外部(例如，偏移)的点。在一些实施例中，扫描策略还包括后加热扫描步骤。

例如，针对岛的扫描策略可以包括：预加热扫描，其中岛中的第一多个点和岛外部的第二多个点被扫描；轮廓扫描，其中第一多个点的第一子集被扫描，第一子集对应于岛周围的轮廓(例如，边界)；以及影线扫描，其中第一多个点的第二子集被扫描，第二子集对应于岛在边界内的点。预加热扫描、轮廓扫描、和影线扫描步骤中的每一项可以包括与其他步骤不同的矢量集合和扫描参数。例如，预加热扫描步骤对包括第一多个点和第二多个点的矢量进行扫描，而轮廓扫描步骤扫描仅沿岛的轮廓的矢量，并且影线扫描步骤扫描仅在岛的边界内的矢量。此外，如果在预加热扫描步骤之后达到的期望温度低于在轮廓扫描步骤和影线扫描步骤之后达到的温度(例如，参见图12D)，则预加热扫描步骤中的扫描参数与轮廓扫描步骤和影线扫描步骤相比，可以有所不同。例如，较低的激光功率和/或较低的激光速度可以被用于预加热扫描步骤。扫描策略可以进一步包括后加热扫描步骤。后加热扫描步骤可以被用于维持截面层中的一个或多个点处的温度，例如以控制一个或多个点的冷却速率。

在一些实施例中，截面层中的岛可以被标识，并且每个岛可以根据其自身的扫描策略被扫描。附加地，岛可以被进一步划分为多个分区，其中每个分区具有的扫描策略可以不同于至少一个其他分区的扫描策略。在一个示例中，在构建期间或之后，在对象的截面中的矢量的能量密度和/或对象的截面的热测量可以被评估。如果跨对象的截面的能量密度或热分布中的一项或两项是异质且不均匀的，则扫描策略可以被调整为使得异质性的每个区域可以是分区。具有较高温度和/或较高能量密度的热点可以成为第一分区，在第一分区中，可以使用较低的激光扫描速度或较低的激光功率。具有较低温度和/或较低能量密度的冷点可以成为第二分区，在第二分区中，可以使用较高的激光扫描速度或较高的激光功率。

图16A-图16C图示了对象的示例性截面的分区。在图16A中，对象和已被划分为分区。左侧对象已被划分为2个分区(a和b)，而中间对象和右侧对象中的每一个已被划分为3个分区(a、b和c)。分区可以例如通过从对象的边界开始并且向对象的内部移动(例如，创建内部偏移)而被确定。如中间对象和右侧对象所示，每个对象已被划分为3个分区，分区的尺寸可以变化。与中间对象中的分区c相比，右侧对象中的分区c占对象的更大比例。在一些实施例中，对象中的热量的分布和/或能量密度可以被用于确定分区。例如，在诸如右侧对象中，比较大的中心可以保留热量，而对象的外边缘则散发热量。因此，中心可以变为分区c，分区c可以根据施加较少热量和较小能量密度的扫描策略而被扫描。边缘可以成为分区a，与分区c相比，分区a可以使用更多的热量和更大的能量密度而被扫描。中间分区b可以以分区a和分区c之间的级别的热量和能量密度被扫描。在某些实施例中，在每个分区的扫描期间，激光功率、激光扫描速度、束斑尺寸和光束形状可以变化，以考虑跨每个区域的能量密度的差异。由于分区和构建参数的差异，跨对象的分区的总体温度和/或能量密度可能彼此相似。

图16B示出了被分区为核心区域(b)和外壳区域(a)的对象1610，其中束斑尺寸跨两个区域变化。在该示例中，核心区域(b)可以使用与被用于扫描外壳区域(a)的激光束直径不同的激光束直径被扫描。例如，核心区域(b)可以以1.0mm的激光直径被扫描，而外壳区域(a)可以以0.6mm的激光直径被扫描。该方法的结果是在构建对象时提高了速度(例如，减少了扫描时间)。图16C示出了扫描时间作为所扫描的层的函数的绘制。在对象的大约80个层被扫描之后，使用分区方法(其中核心区域使用比外壳区域(1621)更大的光束直径来进行扫描)的扫描时间相对于不改变光束直径(1620)的扫描而言被减少。

过热

预加热和/或后加热扫描可以包括扫描偏移区域(例如，包围岛的边界的外部偏移)中的点或矢量。当构建体的截面层中存在多于一个岛并且岛彼此靠近被定位时，可能会出现问题。在这种情况下，每个岛外部的偏移可能彼此重叠，从而导致在被扫描多次的重叠区域处过热。图14A示出了构建体(1400)的示例性截面层中的重叠区域，构建体(1400)包括多个岛1401(被编号为1-8)，每个岛具有偏移(1402)。重叠区域1410a、1410b和1410c被指示，其中区域1410c可能示出最大的过热效应，因为当在预加热扫描步骤中扫描岛2、3和4中的每一个的偏移时，其被扫描和重新扫描。重叠区域处的局部过热可能会影响构建体中对象的质量。例如，过热可能会导致温度过高的局部区域，使得局部区域旁边的岛在熔融或烧结之后不能均匀冷却。在一些情况下，当重叠区域中的温度达到构建材料的熔融温度时，重叠区域可能熔融并且烧结，从而在岛之间创建经烧结的构建材料的桥。

为了解决在重叠偏移处的局部过热，计算设备可以标识彼此靠近并且可能具有重叠偏移的岛。示例性偏移可以被设置为小于0.5mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、或大于6.5mm。在构建开始之前，计算设备可以检查两个或更多个岛的位置并且标识岛何时足够接近以具有重叠偏移。计算设备然后可以重新配置构建体来将岛更远地隔开，使得岛之间的重叠被减少或消除。在一些实施例中，可以允许2个偏移区域的重叠，而不允许3个或更多个偏移区域的重叠，并且将必须替换岛中的至少一个以消除重叠。

在某些实施例中，计算设备在无需对岛进行重新定位的情况下，生成针对重叠区域的新的扫描策略。扫描策略包括设置针对具有相邻岛的每个岛的几何形状区域(例如，区域可以是多边形区域或者可以是圆形或椭圆形)，相邻岛具有相邻或重叠的偏移区域。图14B示出了对象的截面，其中截面包括被彼此靠近地定位的多个岛(1421、1422、1423和1424)。如果如图14A所示将要生成外部偏移，则岛的偏移将重叠。图14C示出了被设置包围岛1421、1422、1423和1423(未标记)中的每一个岛的几何形状区域(多边形区域1431、1432、1433和1434)。多边形区域可以包括多边形，其中多边形中的大多数点或所有点比任何其他岛更靠近岛。该空间划分可以被描述为经修改的Voronoi(沃罗诺伊)图，其中空间基于到给定点的最小距离而被分割。因此，扫描策略可以被配置为检测每个几何形状区域的边界，并且可以将偏移的扫描限制到几何形状区域的边界内的空间。因为每个岛具有其自身的几何形状边界，所以偏移区域可以不再重叠。

图15A至图15B图示了在岛中以及在由几何形状区域界定的偏移区域中所扫描的矢量。图15A示出了对象的截面，对象包括被编号为1501、1502a、1502b、1503a、1503b、1504、1505a、1505b、1506a、1506b、1507a和1507b的12个岛。图15B示出了包围每个岛的偏移区域(几何形状区域1511、1512a、1512b、1513a、1513b、1514、1515a、1515b、1516a、1516b、1517a和1517b)。每个岛也具有轮廓(例如，在岛1501周围的轮廓1521被标记)。在图15B中，没有偏移区域重叠。每个岛和每个偏移区域中的矢量集合均以影线显示。用于扫描对象1500的截面的扫描策略包括针对每个偏移区域、每个轮廓以及每个岛内填充区域的多个扫描策略。偏移区域1511中的影线被不同于岛1501中的影线地隔开。附加地，与岛1501相比，在偏移区域1511被扫描时，激光功率、激光速度、束斑尺寸和光束形状中的至少一项或多项可以不同。

多个激光器和阵列

为了进行扫描，一个或多个激光器可以被用于扫描对象的截面中的多个点。在一些实施例中，单个激光器可以被用于所有扫描步骤。单个激光器可以被配置为具有多于一个的束斑尺寸和/或形状。扫描步骤可以是连续的，使得矢量或块可以在后续扫描步骤(例如，轮廓扫描步骤和影线扫描步骤)之前经历预加热扫描。在一些实施例中，激光器可以以第一束斑尺寸来扫描一个或多个点，并且可以立即以第二束斑尺寸来扫描相同的一个或多个点。

两个或更多个激光器可以被用于扫描步骤。每个激光器可以被配置为扫描其自身的场，或者每个激光器可以被配置为扫描相同的场。因此，第一激光器可以被配置为扫描对象的截面的第一部分，例如，用于对对象中的第一多个点加上外部偏移区域中的第二多个点进行预加热扫描。第二激光器可以被配置为扫描第一多个点中的第一点子集，其中第一子集对应于沿对象的边界的点。第一激光器可以被配置为扫描第一多个点中的第二点子集，其中第二子集对应于对象边界内的点。备选地，第三激光器可以被配置为扫描点的第二子集。使用两个或更多个激光器来扫描不同的区域(例如，偏移或岛)可以实现更快的扫描和/或可以促进针对有序块的扫描的定时。

在某些实施例中，两个或更多个激光器可以被配置为在扫描策略中扫描和重新扫描对象中的相同点、相同矢量、相同块、相同区域、和/或相同类型的扫描。例如，一个激光器可以被用于在第一预加热经过中对第一块集合预加热，而第二激光器可以被用于在第二预加热经过中对相同的第一块集合预加热。或者，两个或更多个激光器可以被配置为以序列的方式扫描不同的点、矢量、块、区域和扫描。例如，第一激光器可以被用于在预加热经过中对第一块集合预加热，而第二激光器可以被用于在主经过中扫描第二块集合。

激光器阵列可以被用于本文描述的扫描策略中的扫描步骤。在一个示例性系统中，数千个激光器可以被配置为投射到对象的截面上或截面的一部分上。激光器可以以与对象的截面或对象的一部分相对应的图案进行投射，并且可以被协调为以有序序列来投射激光。在一些实施例中，激光器阵列的至少一部分可以被用于预加热扫描、轮廓扫描、影线扫描，并且可选地用于后加热扫描。与轮廓扫描或影线扫描相比，激光器的功率可以被调制为在预加热或后加热扫描期间提供较少的功率。而且，在一些实施例中，热像仪可以被配置为确定经扫描的截面的温度，并且提供反馈来调制激光参数。例如，如果热像仪指示温度低于预期，则更多的激光可以被投射，或者激光速度或激光功率可以增加。

在另一示例性系统中，多光束光纤激光器阵列可以被用于在构建期间形成时间-温度曲线。例如，在构建体上的区域之上的经过的数量、一个或多个激光器的功率、和/或阵列的扫描速度可以改变，以控制点或矢量处的温度。

在使用墨水或粘合剂来改变构建材料的热吸收的AM系统中，时间-温度曲线可以通过改变粘合剂的强度、改变粘合剂或细化剂的量、在已施加粘合剂之后改变用于熔化构建材料的加热灯(例如，IR灯)的功率和/或控制灯在构建材料上进行的经过的数量或经过的定时来进行调制。

在某些实施例中，来自单个扫描仪的两个激光束可以彼此重叠。预加热可以通过两个光束的同步作用而在一次扫描中完成。

再循环粉末作为构建材料

在某些方面，构建材料可以是任何聚合物粉末，例如，本文公开的聚合物粉末。构建材料可以是PA12。在一些实施例中，构建材料包括再循环粉末，或者包括再循环粉末和原始粉末的混合物。特别是当使用主观方法来测试过程参数时，再循环粉末(无论是单独使用还是混合使用)可能难以处理。在本公开的一个方面，再循环粉末可以使用扫描策略而被有效地处理，扫描策略将再循环粉末维持在最小维持温度处。对于再循环粉末，最小维持温度可以是再循环粉末的结晶温度。

在最近的研究中，报道了在各种预选能量下使用多次扫描来改进所得部件的机械性质和尺寸精度(美国专利号7,569,174，通过引用整体并入本文)。针对经改进性质的机制归因于熔融材料以不连续的增量步骤一起流动，这在扫描被调制以将材料加热到略在其熔点之上的情况下是可能的。在低温下使用多次扫描，被施加到粉末的热量可以被限制，并且每个颗粒经历的熔融的量可以被限制。因此，粉末以低粘度状态花费的时间量可以被减少。粘性材料可以以受控方式流动，并在部件发生任何不良变形(例如，由于过度熔融和随后的生长)之前冷却。还报道了多次扫描导致部件密度增加。

尽管如美国专利号7,569,174中所述的多次扫描可能适于处理原始粉末，但是该方法可能不能解决再循环粉末的问题。在一些情况下，据信再循环粉末、特别是再循环的PA12，与原始粉末相比，可以包括更高比例的长聚合物链，这使再循环粉末在熔融状态下比原始粉末更具粘性，而同时再循环粉末也更结晶的。许多聚合物在结晶度和粘度之间示出反比关系，这两者都与聚合物链长度相关。具有短链的聚合物通常被认为是“结晶的”或“半结晶的”，并且具有高结晶度(即，材料体积的高百分比是结晶的)和低粘度。相反，具有长链的聚合物通常被认为是“非晶的”，并且具有低结晶度(即，材料体积的低百分比是结晶的)和高粘度。再循环粉末既具有高结晶度又具有高粘度。

在再循环粉末中，长聚合物链的增加可能起因于热老化，例如，随后在构建材料的预加热期间暴露于高温和/或从附近的经烧结的粉末散发出来的热量。为了处理再循环粉末，可能很重要的是，考虑可能在烧结期间导致低流动性和缓慢致密化的高粘度以及可能导致缓慢或不完全熔融的高结晶度。发明人还观察到了以前没有在文献中报道的现象，即，使用再循环粉末的高度结晶样本可以使得再循环粉末易于卷曲、翘曲和表面缺陷。使用再循环粉末时的常见问题是被称为橘皮效应的表面缺陷，其特征是点蚀和粗糙的表面纹理。橘皮效应先前被认为仅是由再循环粉末的高粘度引起。结晶度和表面缺陷之间的联系可能已被研究所掩盖，这些研究表明再循环粉末的T_c低于原始粉末的T_c，这表明再循环粉末可能不像原始粉末那样容易结晶。在这些研究中，T_c是在DSC实验中测量的，其中样本被缓慢加热和冷却，这将使得晶体有时间彻底熔融。但是，在典型的激光烧结条件下(样本被快速加热)，再循环粉末可能不会完全熔融，而将晶种留在熔融粉末中(欧洲聚合物杂志92(2017)250-262)。在再循环粉末中，晶种的数量可能会比原始粉末中的高。这些晶种可以促进部件的早期重新结晶，从而导致卷曲和橘皮效应。例如，如果晶种在粘性材料中移动或熔融的自由度有限，则晶种的效果可能会因高粘度而加剧。

因此，本方法提供了确定适于处理再循环粉末的扫描策略的计算设备，其中扫描策略解决了高结晶度和高粘度的双重问题。首先转向高结晶度，扫描策略可以被配置为将再循环粉末熔融并且减少或消除晶种。在一些实施例中，结合将再循环粉末保持在高于结晶温度的维持温度处来防止重结晶的扫描，扫描策略可以促进再循环粉末的均匀熔融以消除尽可能多的晶体。该扫描策略可以被应用于构建体的截面层的每个点，以避免在早于截面层的较晚部分被扫描的截面层的第一部分中发生冷却和结晶。同时，被配置为促进熔融并且维持在结晶温度之上的扫描策略(例如，在进行初始扫描后再进行附加扫描)也可以提高跨截面层中所有点的平均温度，从而降低粘度。计算设备可以确定被配置为实现两个目标的扫描策略。

因此，针对再循环粉末的扫描策略可以包括用于将再循环粉末熔融的一个或多个初始扫描，并且将其保持处于稍在熔融温度之上的温度长时间间隔。随后，一个或多个扫描可以被用于将截面层的每个点处的温度维持在维持温度处，直到截面层中的所有点已被扫描。维持温度可以在包括如下上限和如下下限的范围内，上限在熔融温度附近或之上，并且下限在结晶温度之上。

在一些实施例中，准备扫描策略以用于从包括再循环粉末的构建材料对构建体的截面层进行增材制造的计算机实现的方法包括：在计算设备中获得包括再循环粉末的构建材料的热性质；在计算设备中，从热性质导出适于对用于增材制造的构建材料进行处理的温度范围；在计算设备中获得增材制造装置的物理规格；在计算设备中确定针对构建体的截面层的扫描策略，其中扫描策略配置为：对于构建体的截面层的每个点，从该点被首次扫描的时间开始，直到构建体的截面层的所有点都已被扫描为止，将维持温度维持在适于对包括再循环粉末的构建材料进行处理的温度范围内，并且其中扫描策略至少部分地基于增材制造装置的物理规格而被确定；以及根据扫描策略，使用增材制造装置来控制构建材料的扫描，以构建截面层。

在一些实施例中，维持温度可以是低于再循环粉末的熔融温度的温度。对于再循环聚酰胺12(PA12)的样本，维持温度可以落入170℃-180℃的范围内，例如170℃-175℃的范围内。维持温度可以通过预加热扫描步骤被达到。

在某些实施例中，维持温度可以是再循环粉末的熔融温度之上的温度。对于再循环聚酰胺12(PA12)的样本，维持温度可以落入210℃-230℃的范围内，例如，210℃-215℃、215℃-220℃、220℃-225℃或225℃-230℃。这样的维持温度可以例如通过使用包括预加热扫描步骤、轮廓扫描步骤和影线扫描步骤的扫描策略而被达到，以逐步升高点处的温度。

针对再循环粉末的示例性扫描策略可以被配置为：对于构建体的截面层的每个点，从该点被首次扫描的时间开始，直到构建体的截面层中的所有点都已被扫描为止，将第一维持温度维持在适于处理再循环粉末的温度范围内，其中第一维持温度接近但低于再循环粉末的熔融温度。扫描策略可以进一步被配置为：将截面层中的每个点的温度增加到第二维持温度，第二维持温度高于再循环粉末的熔融温度但是低于再循环粉末的分解温度。第二维持温度可以足够高以消除在构建材料中形成的大部分或所有晶种和/或晶体。扫描策略可以被配置为使得截面层中的每个点达到第二维持温度。在一些实施例中，截面层中的岛可以被标识，并且每个岛可以根据其自身的扫描策略被扫描。附加地，岛可以被进一步划分为多个分区，其中每个分区具有可以与至少一个其他分区的扫描策略不同的扫描策略。

Claims

1.一种准备扫描策略的计算机实现的方法，所述扫描策略用于构建体的截面层的增材制造，所述方法包括：

由计算设备获得构建材料的热性质，其中所述构建材料包括再循环粉末或再循环粉末与原始粉末的混合物，并且其中所述构建材料的所述热性质包括所述构建材料转变为不同状态所在的温度；

由所述计算设备从所述热性质导出适于对用于增材制造的所述构建材料进行处理的温度的范围；

由所述计算设备获得增材制造装置的物理规格，其中所述增材制造装置的所述物理规格包括以下至少一项：若干激光器、激光束形状、激光束尺寸、最小激光功率、最大激光功率、扫描仪延迟、以及最大扫描速度；

由所述计算设备确定针对所述构建体的所述截面层的扫描策略，

其中所述扫描策略被配置为：对于所述构建体的所述截面层的每个点，从所述点被首次扫描的时间开始，直到所述构建体的所述截面层的所有点都已被扫描为止，将维持温度维持在适于对所述构建材料进行处理的温度的所述范围内，

其中所述扫描策略至少部分地基于所述增材制造装置的所述物理规格而被确定，

其中所述扫描策略包括关于以下至少一项的指令以用于对所述构建体的所述截面层上的点进行扫描：所选择的激光器、激光功率、激光形状、激光束斑尺寸、扫描时间、以及扫描的数量，并且

其中所述扫描策略包括以供熔融所述构建材料的对点的至少一个扫描；以及

根据所述扫描策略，使用所述增材制造装置来控制对所述构建材料的扫描，以构建所述截面层，

其中所述扫描策略还包括以下步骤：其中所述构建体的每个点处的温度被升高至第二维持温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建材料的所述热性质包括所述构建材料加热或冷却的速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述维持温度在包括如下上限和如下下限的范围内，所述上限在熔融温度之下，并且所述下限在结晶温度之上，所述构建材料熔融之后在所述结晶温度结晶。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二维持温度在包括如下上限和如下下限的范围内，所述上限在所述构建材料分解所在的分解温度附近，并且所述下限在所述构建材料的所述熔融温度之上。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描策略包括针对所述构建体的所述截面层的第一点或者第一多个点的第一扫描策略以及针对所述构建体的所述截面层的第二点或者第二多个点的第二扫描策略。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一扫描策略不同于所述第二扫描策略。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一多个点在空间位置和时间顺序中的至少一项中不同于所述第二多个点。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一多个点是点的第一子集，并且所述第二多个点是点的第二子集，其中所述第一子集和所述第二子集一起形成所述构建体的所述截面层上的点。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一扫描策略是轮廓扫描策略，并且所述第二扫描策略是阴影线扫描策略。

10.根据权利要求5所述的方法，其中所述扫描策略还包括在所述第一扫描策略和所述第二扫描策略之前的预加热扫描步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预加热扫描步骤包括：扫描位于所述截面层中的对象的边界外部并且从所述边界偏移的多个点。

12.根据权利要求5所述的方法，其中所述扫描策略还包括至少第三扫描策略，其中所述第三扫描策略不同于所述第一扫描策略和所述第二扫描策略。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建体的所述截面层包括一个或多个部件的截面。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括所述构建体的、一起形成一个或多个3D部件的多个截面层。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建体的所述截面层中的一个或多个点不对应于部件。

16.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所述扫描策略来监测所述构建材料的所述扫描。