CN112512730A - 用于增材制造系统中的横向材料转移的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造系统(10)，包括：构建平台(38)；多个颗粒(45)，其定位在限定构建层(44)的构建平台(38)上；第一区域(80)和第二区域(82)，其均在构建层(44)内；至少一个固结装置(14)。第一区域(80)和第二区域(82)各自包括多个颗粒(45)的一部分。至少一个固结装置(14)被构造为将构建层(44)内的多个颗粒(45)固结为所述构建层(44)的固体固结部分。固结装置(14)还被构造为将构建层(44)内的多个颗粒(45)和构建层(44)的固体固结部分中的至少一个固结为转移材料的熔融体积。固结装置(14)进一步被构造为将第一区域(80)内的转移材料的熔融体积的一部分从第一区域(80)转移到第二区域(82)。

Description

用于增材制造系统中的横向材料转移的系统和方法
背景技术
本文描述的主题大体涉及增材制造系统，并且更具体地涉及增材制造系统中的横向材料转移。
至少一些已知的增材制造系统涉及颗粒材料的固结以制造部件。这样的技术有助于使用昂贵的材料以降低的成本和提高的制造效率来生成复杂的部件。至少一些已知的增材制造系统(例如直接金属激光熔化(DMLM)，选择性激光熔化(SLM)，直接金属激光烧结(DMLS)和
Figure BDA0002914127090000011
系统)使用聚焦能量源(例如激光装置或电子束发生器)，构建平台和颗粒(例如但不限于粉末金属)来制作部件。(LaserCusing是德国利希滕费尔斯的Concept Laser GmbH的注册商标。)在至少一些DMLM系统中，在通过激光束扫描每个构建层之后，使用重涂装置以利用均匀层颗粒材料来重涂部件。然而，在至少一些已知的系统中，重涂装置可能沉积颗粒材料的不均匀层。另外，使用DMLM系统制造的至少一些部件可能需要颗粒材料的不均匀沉积，以产生具有不均匀特征的部件。例如，使用DMLM系统制造的至少一些部件可能需要容纳壁，以防止颗粒材料从部件上滑落。为了固结容纳壁，可能需要部件边缘周围的颗粒材料的不均匀沉积。
发明内容
在一方面，提供了一种增材制造系统。增材制造系统包括：构建平台；多个颗粒，其定位在限定构建层的构建平台上；第一区域和第二区域，其均在构建层内；至少一个固结装置。第一区域和第二区域各自包括多个颗粒的一部分。至少一个固结装置被构造为将构建层内的多个颗粒固结为所述构建层的固体固结部分。固结装置还被构造为将构建层内的多个颗粒和构建层的固体固结部分中的至少一个固结为转移材料的熔融体积。固结装置进一步被构造为将第一区域内的转移材料的熔融体积的一部分从第一区域转移到第二区域。
在另一方面，提供了一种用于增材制造系统中的控制器。增材制造系统包括至少一个固结装置，该至少一个固结装置被构造为固结构建平台上的多个颗粒。多个颗粒在构建平台上形成构建层，以形成转移材料的熔融体积。构建层包括第一区域和第二区域。控制器包括处理装置和联接到该处理装置的存储器装置。控制器被构造为接收构建文件。构建文件限定多个构建层的多个扫描路径。控制器还被构造为基于构建文件来控制固结装置，以将转移材料的熔融体积的一部分从第一区域转移到第二区域。
在又一方面，提供了一种制作部件的方法。该方法包括将多个颗粒沉积到构建平台上。该方法还分布多个颗粒以形成具有第一区域和第二区域的构建层。该方法还包括操作固结装置以熔化多个颗粒的一部分，以形成转移材料的熔融体积。该方法进一步包括操作固结装置，以将转移材料的熔融体积的一部分从第一区域转移到第二区域。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是示例性增材制造系统的示意图；
图2是可与图1所示的系统一起使用的示例性颗粒容纳系统的平面示意图；
图3是图2所示的构建层上的激光熔化轨迹的一部分的示意图；
图4是可用于操作图1所示的增材制造系统的控制器的框图；和
图5是可用于使用图1所示的增材制造系统来制作部件的示例性方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。据信这些特征可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统中。这样，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的实践本文所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求书中，将参考多个术语，这些术语应被限定为具有以下含义。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数形式。
“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言可用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能的变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”，“基本上”和“近似”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以被组合和/或互换，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。
如本文中所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如“处理装置”，“计算装置”和“控制器”)不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而是泛指微控制器，微型计算机，可编程逻辑控制器(PLC)，专用集成电路以及其他可编程电路，并且这些术语在本文中可以互换使用。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))，计算机可读非易失性介质(诸如闪存)。或者，也可以使用软盘，光盘–只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)和/或数字多功能盘(DVD)。而且，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操作员接口(诸如鼠标和键盘)相关联的计算机外围装置。替代地，还可以使用其他计算机外围装置，其他计算机外围装置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。
此外，如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括由个人计算机，工作站，客户端和服务器执行的存储在存储器中的任何计算机程序。
如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以任何技术方法实施的任何有形的基于计算机的装置，以用于信息(诸如计算机可读指令，数据结构，程序模块和子模块，或任何装置中的其他数据)的短期和长期存储。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计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，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，以及可移动和不可移动介质，例如固件，物理和虚拟存储装置，CD-ROMS，DVD，以及任何其他数字源，例如网络或因特网，以及尚未开发的数字方式，唯一的例外是暂时性传播信号。
此外，如本文所使用的，术语“实时”是指相关事件的发生时间，预定数据的测量和收集时间，数据处理时间，以及系统对事件和环境做出响应的时间中的至少一个。在本文所述的实施例中，这些活动和事件基本上是瞬时发生的。
另外，如本文所使用的，术语“部分围绕”是指相对于部件定位的结构(例如，颗粒容纳壁)，使得该结构能够基本上容纳位于部件周围的一定量的颗粒。换句话说，如果结构足以容纳部件周围的一定量的颗粒，则该结构可以部分地围绕部件。例如，如果结构是包围一定体积的连续的封闭形状，并且部件设置在该体积内，则这种结构将围绕部件。替代地，在结构未完全围绕部件的实施例中，该结构也可以“部分地围绕”该部件，如在本申请中使用的那个术语。结构基本上容纳部件周围的一定量的颗粒，其中围绕部件的颗粒以比新的颗粒能够沉积的速率更小的速率损失。
如本文所用，术语“基本上无颗粒的区域”是指构建平台的任何非约束部分，其中沉积在其上的颗粒的数量足够少以至于不打算用于增材制造系统的构建处理中。换句话说，构建平台的基本上无颗粒的区域可以包含任何数量的颗粒，这些颗粒是由于颗粒从增材制造的结构内溢出而产生的，并且不受增材制造系统的一部分的约束。然而，基本上无颗粒的区域可能不包含足够数量的颗粒，使得该颗粒意图用于增材制造系统的构建处理中。具体地，基本上无颗粒的区域可以不包含旨在由固结装置固结以形成增材制造系统中的部件的颗粒的数量。
增材制造处理和系统包括例如但不限于还原光聚合，粉末床熔融，粘合剂喷射，材料喷射，片层压，材料挤压，定向能量沉积和混合系统。这些处理和系统包括例如但不限于SLA–光刻设备，DLP–数字光处理，3SP–扫描，旋转和选择性光固化，CLIP–连续液体界面生产，SLS–选择性激光烧结，DMLS–直接金属激光烧结，SLM–选择性激光熔化，EBM–电子束熔化，SHS–选择性热烧结，MJF–多喷射熔融，3D打印，Voxeljet，Polyjet，SCP–平滑曲率打印，MJM–多喷射建模ProJet，LOM–层压物体制造，SDL–选择性沉积层压，UAM–超声增材制造，FFF–熔融长丝制作，FDM–熔融沉积建模，LMD–激光金属沉积，LENS–激光工程网成形，DMD–直接金属沉积，混合系统，以及这些处理和系统的组合。这些处理和系统可以采用例如但不限于所有形式的电磁辐射，加热，烧结，熔化，固化，粘合，固结，压制，嵌入及其组合。
增材制造处理和系统采用的材料包括例如但不限于聚合物，塑料，金属，陶瓷，沙，玻璃，蜡，纤维，生物物质，复合材料以及这些材料的混合物。这些材料可以以适合于给定材料和方法或系统的各种形式(包括例如但不限于液体，固体，粉末，片材，箔，带，长丝，颗粒，液体，浆液，金属丝，雾化，糊状物以及这些形式的组合)用于这些处理和系统中。
本文所述的系统和方法包括增材制造系统，该增材制造系统被构造为将一定量的熔化粉末颗粒从构建层内的第一区域转移至第二区域。增材制造系统包括固结装置，该固结装置被构造为在构建层上引导能量束。增材制造系统还包括重涂装置，该重涂装置将多个颗粒散布在构建层上，以使能量束固结为部件的一层。重涂装置可能无法沉积均匀的颗粒层，从而在部件内形成不均匀的材料区域。固结装置通过在第一区域和第二区域之间创建表面张力梯度，将材料从第一区域转移到第二区域。通过重复激光重熔产生温度梯度来创建表面张力梯度。例如，能量束重复扫描第一区域，第二区域以及在它们之间延伸的激光熔化轨迹，从而产生表面张力梯度并将熔化材料从第一区域转移到第二区域。另外，至少一些部件可能需要不均匀的材料区域。本文所述的增材制造系统可以横向转移材料以产生部件所需的不均匀区域。本文所述的增材制造系统使用固结装置横向转移材料，从而原位校正误差并创建更复杂的部件。这样，本文所述的增材制造系统校正误差，减少材料消耗，减少能量消耗并减少制造部件的成本。
图1是示例性增材制造系统10的示意图。坐标系12包括X轴，Y轴和Z轴。在示例性实施例中，增材制造系统10包括固结装置14，该固结装置14包括激光装置16，扫描马达18，扫描镜20和扫描透镜22，用于使用逐层制造处理来制作部件24。替代地，固结装置14可以包括使用本文描述的任何处理和系统来促进材料固结的任何部件。激光装置16提供高强度热源，该高强度热源被构造为使用能量束28在粉末材料的粉末床27中生成熔池26(未按比例示出)。激光装置16包含在与安装系统32联接的壳体30内。增材制造系统10还包括计算机控制系统或控制器34。
安装系统32由致动器或致动器系统36移动，该致动器或致动器系统36被构造为在X方向，Y方向和Z方向上移动安装系统32，以与扫描镜20协作，从而促进在增材制造系统10内制作部件24的层。例如但不限于，安装系统32绕中心点枢转，在线性路径，弯曲路径上移动，和/或旋转以覆盖构建平台38上的粉末的一部分，以便于沿着构建层44的多个颗粒45的表面引导能量束28，以在颗粒容纳系统46内形成部件24的层。替代地，壳体30和能量束28以使增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何取向和方式移动。
扫描马达18由控制器34控制，并且被构造为移动反射镜20，使得能量束28被反射为沿着粉末床27或构建平台38的预定路径(例如但不限于线性和/或旋转扫描路径40)入射。在示例性实施例中，扫描马达18和扫描镜20的组合形成二维扫描振镜。替代地，扫描马达18和扫描镜20可包括三维(3D)扫描振镜，动态聚焦振镜和/或可用于使激光装置16的能量束28偏转的任何其他方法。
在示例性实施例中，构建平台38安装到由致动器系统36移动的支撑结构42。如以上关于安装系统32所述，致动器系统36还被构造为在Z方向上(即，垂直于构建平台38的顶表面)移动支撑结构42。在一些实施例中，致动器系统36还被构造为在XY平面内移动支撑结构42。例如但不限于，在壳体30静止的替代实施例中，致动器系统36在XY平面内移动支撑结构42以与扫描马达18和扫描镜20协作，从而沿着扫描路径40绕构建平台38引导激光装置16的能量束28。在示例性实施例中，致动器系统36包括例如但不限于线性马达，液压和/或气动活塞，螺杆驱动机构和/或输送机系统。
在示例性实施例中，操作增材制造系统10以根据部件24的3D几何形状的计算机建模表示来制作部件24。可以在计算机辅助设计(CAD)或类似文件中生成计算机建模表示。部件24的CAD文件被转换为逐层格式，该逐层格式包括部件24的每一层的多个构建参数，例如，部件24的构建层44包括要通过增材制造系统10来固结的多个颗粒45。在示例性实施例中，在相对于增材制造系统10中使用的坐标系的原点的期望取向上对部件24建模。部件24的几何形状被切成一堆期望厚度的层，使得每一层的几何形状是在该特定层位置处通过部件24的横截面的轮廓。跨相应层的几何形状生成扫描路径40。沿扫描路径40应用构建参数，以从用于构造部件24的颗粒45来制作部件24的那层。对于部件24几何结构的每个相应层重复这些步骤。一旦处理完成，则生成包括所有层的电子计算机构建文件。将构建文件加载到增材制造系统10的控制器34中，以在每一层的制作期间控制该系统。
在将构建文件加载到控制器34中之后，通过实施逐层制造处理(诸如直接金属激光熔化方法)来操作增材制造系统10以生成部件24。示例性逐层增材制造处理不使用预先存在的制品作为最终部件的前体，而是该处理从可构造的形式的原材料(例如颗粒45)生产部件24。例如但不限于，可以使用钢粉来添加式制造钢部件。增材制造系统10能够使用多种材料(例如但不限于金属，陶瓷，玻璃和聚合物)来制作部件，例如部件24。
图2是可以用于增材制造系统10(图1所示)的颗粒容纳系统46的平面示意图。在示例性实施例中，颗粒容纳系统46被构造为便于将颗粒45保持在部件24周围，以减少增材制造系统10的操作所需的颗粒45的量，并有助于提高部件24的质量。构建平台38，第一多个104颗粒45和颗粒容纳系统46的形状和布置仅仅是示例，并且本领域技术人员将理解，构建平台38，第一多个104颗粒45和颗粒容纳系统46可以具有使增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何构造。
在示例性实施例中，第一多个104颗粒45位于围绕部件24的构建平台38上。颗粒容纳系统46位于构建平台38上，并且包括至少部分地围绕颗粒45的颗粒容纳壁100。在示例性实施例中，颗粒容纳壁100通常是圆形的并且完全围绕颗粒45。在替代实施例中，颗粒容纳壁100可以是有助于如本文所述的颗粒容纳系统46的操作的任何形状。在其他替代实施例中，颗粒容纳壁100可以围绕颗粒45的一部分，并且可以联接至任何其他壁或部件，这些壁或部件有助于如本文所述的增材制造系统10的操作。
在示例性实施例中，颗粒容纳壁100包括第二多个106颗粒45，这些颗粒已经作为本文所述固结处理的一部分接合在一起。颗粒容纳壁100在构建平台38和颗粒容纳壁100的顶端108之间沿着Z方向延伸。颗粒容纳壁100在内面112和外面114之间在XY平面中延伸厚度116。内面112定位成抵靠第一多个104颗粒45，而外面114面向基本上无颗粒的区域，并定位成与内面112和第一多个104颗粒45相对。内面112在构建平台38和顶端108之间延伸，并且外面114在构建平台38和顶端108之间延伸。在替代实施例中，内面112和外面114中的至少一个是凸形和凹形中的一个。在进一步的替代实施例中，颗粒容纳壁100可以在构建平台38和顶端108之间逐渐减小，使得颗粒容纳壁100的第一部分的厚度116大于颗粒容纳壁100的第二部分的厚度116。
在示例性实施例中，颗粒容纳壁100是基本实心的，并且通过使用固结装置(例如固结装置14)的固结处理来制造。因为颗粒容纳壁100在构建层44上方延伸，所以用于形成颗粒容纳壁100的第二多个106颗粒45在Z方向上在构建层44上方延伸。在正常操作期间，重涂装置以具有均匀厚度的层将颗粒45沉积在部件24上和部件24周围。为了形成颗粒容纳壁100，第二多个106颗粒45需要的厚度大于构建层44的厚度。因为重涂装置被构造为沉积均匀的构建层44，所以固结装置14被构造为将第一多个104颗粒45的熔化部分转移到第二多个106颗粒45上，以构建颗粒容纳壁100。具体地，固结装置14被构造为固结第一多个104颗粒45。一旦第一多个104颗粒45已经固结为液体或固体形式，固结装置14就被构造为重新熔化固结的第一多个104颗粒45，以形成第一多个104颗粒45的熔融体积或转移材料的熔融体积。即，固结装置14可被构造为将第一多个104颗粒45直接熔化为转移材料的熔融体积。替代地，固结装置14可以被构造为将第一多个104颗粒45固结为构建层44的固体固结部分。在第一多个104颗粒45已经冷却为构建层44的固体固结部分之后，固结装置14可以被构造为将构建层44的固体固结部分(包括第一多个104颗粒45)熔化为转移材料的熔融体积。然后，固结装置14被构造为转移转移材料的熔融体积，以构建颗粒容纳壁100。
如图2所示，固结装置14被构造为沿着激光熔化轨迹84将转移材料的熔融体积(在图2中称为第一区域80)转移到包含第二多个106颗粒45的熔融体积或静止材料的熔融体积的第二区域82中。第一区域80内的第一多个104颗粒45由固结装置14固结，并允许冷却至固体形式。然后，固结装置14在第一区域80上重复地引导能量束28，以产生转移材料的熔融体积。固结装置14通过沿着激光熔化轨迹84重复激光重熔来转移该转移材料的熔融体积。重复激光重熔会沿着激光熔化轨迹84产生表面张力梯度，使得转移材料的熔融体积沿着激光熔化轨迹84从第一区域80行进到第二区域82。通过在构建层44内选择性地创建较高温度的区域和较低温度的区域来生成表面张力梯度。较高温度的区域具有比较低温度的区域低的表面张力。Marangoni效应使熔融材料从较低表面张力的区域(较高温度区域)流向较高表面张力的区域(较低温度区域)。Marangoni效应是由于表面张力的梯度而引起的材料的质量转移。也就是说，重复激光重熔沿着激光熔化轨迹84产生温度梯度和表面张力梯度，使得Marangoni效应使转移材料的熔融体积从较低表面张力的区域(较高温度区域)流向较高表面张力的区域(较低温度区域)。另外，表面张力梯度也由在能量束28蒸发一部分转移材料的熔融体积时发生的反冲效应产生，从而产生缺失材料的腔。缺失材料的腔会吸入使材料沿着激光熔化轨迹84横向移动的附加周围材料。具体地，转移材料的熔融体积沿着激光熔化轨迹84行进的方向与能量束28在重复激光重熔期间行进的方向相对。这样，能量束28使沿着激光熔化轨迹84的转移材料的熔融体积前面的区域的温度升高，使得该区域具有比具有转移材料的熔融体积的区域更高的温度和更低的表面张力。较低的表面温度将转移材料的熔融体积吸入到该区域中，沿着激光熔化轨迹84转移该转移材料的熔融体积。
在示例性实施例中，固结装置14在第一区域80，第二区域82和激光熔化轨迹84上重复地引导能量束28，使得第一区域80内的转移材料的熔融体积具有第一表面张力，第二区域82内的静止材料的熔融体积具有第二表面张力，并且激光熔化轨迹84内的一定量熔融颗粒具有可变表面张力。第一表面张力小于第二表面张力。可变表面张力基本上等于靠近第一区域80的第一表面张力，并且基本上等于靠近第二区域82的第二表面张力。即，激光熔化轨迹84具有长度86，并且激光熔化轨迹84内的一定量熔融颗粒的可变表面张力沿着长度86从第一表面张力增加到第二表面张力。转移材料的熔融体积由表面张力梯度(Marangoni效应)驱动，以从第一区域80流动到第二区域82，以形成颗粒容纳壁100。
在替代实施例中，固结装置14在构建层44的固体固结部分，颗粒容纳壁100的固体固结部分，和/或部件24的固体固结部分上转移该转移材料的熔融体积。即，在替代实施例中，固结装置14不在粉末材料(例如粉末床27)上转移该转移材料的熔融体积。具体地，固结装置14通过重复激光重熔来构建颗粒容纳壁100。例如，第一区域80可以是直接入射到内面112的区域，并且第二区域82可以是直接入射到外面114的区域。在这种构造中，表面张力梯度被构造为通过沿着激光熔化轨迹84将能量束28从外面114引导到内面112来构建颗粒容纳壁100的唇缘。
另外，重涂装置可能沉积不均匀构建层44。即，在沉积处理中可能发生误差，使得第一区域80比第二区域82包含更多的颗粒45。不均匀构建层44的固结将导致在部件24内形成材料的计划外的不均匀堆积。如上所述，重复激光重熔可用于沿着激光熔化轨迹84将转移材料的熔融体积从第一区域80转移到第二区域82，而无需停止增材制造处理以解决不均匀构建层44。即，重复激光重熔用于在部件24内形成缺陷之前原位修复局部制造的部件24中的潜在缺陷，从而节省了制造时间，材料成本和能量。
另外，检测装置可以检测部件24的构造中的误差。在固结处理中可能会发生误差，因为转移材料的熔融体积的汽化使得第一区域80的厚度大于第二区域82的厚度。如上所述，重复激光重熔可用于熔化第一区域80内的固结颗粒45，并沿着激光熔化轨迹84将转移材料的熔融体积从第一区域80转移到第二区域82，而无需停止增材制造处理来解决这种误差。就是说，重复激光重熔被用于在将附加的构建层44固结到该误差的顶部之前，原位修复局部制造的部件24中的缺陷，从而节省制造时间，材料成本和能量。
通过操纵能量束28的扫描路径来产生表面张力梯度。具体地，固结装置14沿着激光熔化轨迹84重复引导能量束28，使得表面张力梯度驱动转移材料的熔融体积从第一区域80流向第二区域82。在沿着激光熔化轨迹84的第一次经过时，第一区域80内的转移材料的熔融体积沿着激光熔化轨迹84流动比长度86短的第一距离。通过沿着激光熔化轨迹84重复引导能量束28，第一区域80内的转移材料的熔融体积将沿着激光熔化轨迹84逐渐流动。在示例性实施例中，第一区域80和第二区域82可以是颗粒容纳系统46内的任何区域。例如，第一区域80可以是直接入射到内面112的区域，并且第二区域82可以是直接入射到外面114的区域。在这种构造中，表面张力梯度被构造为构建颗粒容纳壁100的唇缘。在替代实施例中，第一区域80被示为在颗粒45内，第二区域82被示为在颗粒容纳壁100内。
另外，当固结装置14沿着激光熔化轨迹84重复引导能量束28时，可以调制激光装置16从电源系统接收的功率输出。传递给激光装置16的较低功率水平导致较低强度的能量束28。相反，传递给激光装置16的较高功率水平导致较高强度的能量束28。能量束28的强度可以与沿着上述激光熔化轨迹84的重复经过一起被调制，使得沿着激光熔化轨迹84产生表面张力梯度。
另外，重复激光重熔不限于如上所述的沿着激光熔化轨迹84的重复经过。相反，能量束28可以沿着激光熔化轨迹84以复杂图案或叠加的复杂振荡来引导。例如，图3是构建层44上的激光熔化轨迹84的部分88的示意图。如图所示，能量束28的位置以复杂的振荡图案来调制。在示例性实施例中，复杂的振荡图案包括叠加在其自身上并沿着激光熔化轨迹84的长度86重复的圆形图案。在替代实施例中，复杂的振荡图案可以包括彼此叠加的频率分量的任何组合，其使得增材制造系统10能够如本文所述进行操作。使能量束28的位置沿着激光熔化轨迹84的长度86振荡产生表面张力梯度，该表面张力梯度将转移材料的熔融体积沿着激光熔化轨迹84从第一区域80驱动到第二区域82。扫描的受控叠加产生温差，该温差产生表面张力梯度，该表面张力梯度提供了用于移动转移材料的熔融体积的原动力。
在替代实施例中，增材制造系统10包括第一固结装置(未示出)和第二固结装置(未示出)，而不是单个固结装置14。第一固结装置被构造为将构建层44内的第一多个104颗粒45固结为构建层44的固体固结部分。第二固结装置被构造为将构建层44内的第一多个104颗粒45和构建层44的固体固结部分中的至少一个固结为转移材料的熔融体积。第二固结装置还被构造为将第一区域80内的转移材料的熔融体积的一部分从第一区域80转移到第二区域82。也就是说，第一固结装置被构造为构建部件24，而第二固结装置被构造为在构建层44内转移材料。
图4是可用于操作增材制造系统10(如图1所示)的控制器34的框图。在示例性实施例中，控制器34是通常由增材制造系统10的制造商提供的任何类型的控制器，以控制增材制造系统10的操作。控制器34至少部分地基于来自操作员的指令执行操作以控制增材制造系统10的操作。控制器34包括例如将由增材制造系统10制作的部件24的3D模型。控制器34执行的操作包括控制激光装置16(图1所示)的功率输出，以及经由致动器系统36调节安装系统32和/或支撑结构42(均在图1中示出)，以控制能量束28的扫描速度。控制器34还被构造为控制扫描马达18以引导扫描镜20，以进一步控制增材制造系统10内的能量束28的扫描速度。具体地，控制器34被构造为控制扫描马达18以引导扫描镜20以进一步沿着如上所述的激光熔化轨迹84引导能量束28。在替代实施例中，控制器34可执行使增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何操作。
在示例性实施例中，控制器34包括存储器装置300和联接到存储器装置300的处理器302。处理器302可以包括一个或多个处理单元，例如但不限于多核构造。处理器302是允许控制器34如本文所述操作的任何类型的处理器。在一些实施例中，可执行指令被存储在存储器装置300中。控制器34可被构造为通过编程处理器302执行本文所述的一个或多个操作。例如，可以通过将操作编码为一个或多个可执行指令并在存储器装置300中提供该可执行指令来对处理器302进行编程。在示例性实施例中，存储器装置300是使得能够存储和检索信息(诸如可执行指令或其他数据)的一个或多个装置。存储器装置300可以包括一个或多个计算机可读介质，例如但不限于随机存取存储器(RAM)，动态RAM，静态RAM，固态盘，硬盘，只读存储器(ROM)，可擦除可编程ROM，电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。上面的存储器类型仅是示例性的，并且因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。
存储器装置300可以被构造为存储任何类型的数据，包括但不限于与部件24相关联的构建参数。在一些实施例中，处理器302基于数据的寿命从数据存储器装置300移除或“清除”数据。例如，处理器302可以覆盖与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。另外或替代地，处理器302可以移除超过预定时间间隔的数据。另外，存储器装置300包括但不限于足够的数据，算法和命令，以促进对由增材制造系统10制作的部件24的构建参数和几何形状状况的监视。
在一些实施例中，控制器34包括联接到处理器302的呈现接口304。呈现接口304向用户306呈现诸如增材制造系统10的操作状况的信息。在一个实施例中，呈现接口304包括联接到诸如阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)，有机LED(OLED)显示器或“电子墨水”显示器的显示装置(未示出)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，呈现接口304包括一个或多个显示装置。另外或替代地，呈现接口304包括音频输出装置(未示出)，例如但不限于音频适配器或扬声器(未示出)。
在一些实施例中，控制器34包括用户输入接口308。在示例性实施例中，用户输入接口308联接到处理器302并从用户306接收输入。用户输入接口308可以包括例如但不限于键盘，定点装置，鼠标，手写笔，触敏面板(诸如但不限于触摸板或触摸屏)，和/或音频输入接口(例如但不限于麦克风)。单个部件(例如触摸屏)可以充当呈现接口304的显示装置和用户输入接口308。
在示例性实施例中，通信接口310联接到处理器302，并且被构造为与一个或多个其他装置(诸如激光装置16)通信联接，并且相对于这样的装置执行输入和输出操作，同时作为输入通道。例如，通信接口310可以包括但不限于有线网络适配器，无线网络适配器，移动电信适配器，串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口310可以从一个或多个远程装置接收数据信号或向一个或多个远程装置传输数据信号。例如，在一些实施例中，控制器34的通信接口310可以向致动器系统36传输数据信号/从致动器系统36接收数据信号。
呈现接口304和通信接口310均能够提供适合与本文描述的方法一起使用的信息，例如，向用户306或处理器302提供信息。因此，呈现接口304和通信接口310可以被称为输出装置。类似地，用户输入接口308和通信接口310能够接收适合与本文描述的方法一起使用的信息，并且可以被称为输入装置。
图5是示出用于制作部件24的方法500的流程图。参照图1-5，方法500包括在502处，将多个颗粒45沉积到构建平台38上。该方法还包括在504处，分布多个颗粒45以形成具有第一区域80和第二区域82的构建层44。该方法还包括在506处，操作固结装置14以熔化多个颗粒45的一部分，从而形成转移材料的熔融体积。该方法还包括在508处，操作固结装置14以沿着激光熔化轨迹84将第一区域80内的转移材料的熔融体积的一部分转移到第二区域82。
本文描述的实施例包括增材制造系统，该增材制造系统被构造为将熔融材料从构建层内的第一区域转移到第二区域。增材制造系统包括固结装置，该固结装置被构造为在构建层上引导能量束。增材制造系统还包括重涂装置，该重涂装置将多个颗粒散布在构建层上，以使能量束固结为部件的一层。重涂装置可能无法沉积均匀的颗粒层，从而在部件内形成不均匀材料的区域。固结装置通过在第一区域和第二区域之间产生表面张力梯度，来将熔融材料从第一区域转移到第二区域。通过重复激光重熔产生温度梯度来产生表面张力梯度。例如，能量束重复扫描第一区域，第二区域以及在它们之间延伸的激光熔化轨迹，从而在一定量的熔融材料内产生表面张力梯度，并将一定量的熔融材料从第一区域转移到第二区域。另外，至少一些部件可能需要不均匀材料的区域。本文所述的增材制造系统可以横向转移材料以产生部件所需的不均匀区域。本文所述的增材制造系统使用固结装置横向转移熔融材料，从而原位校正误差并产生更复杂的部件。这样，本文所述的增材制造系统校正误差，减少材料消耗，减少能量消耗并减少制造部件的成本。
本文所述的方法，系统和装置的示例性技术效果包括以下中的至少一个：a)在部件的表面上横向转移熔融材料，b)减少用于增材制造部件所需的颗粒物质的量，c)减少用于增材制造部件所需的能量的量，和d)降低增材制造部件的成本。
上面详细描述了被构造为横向转移材料的增材制造系统的示例性实施例。增材制造系统以及使用和制造这种系统的方法不限于本文所述的特定实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文描述的其他部件和/或步骤分开地使用。例如，这些方法也可以与其他增材制造系统结合使用，并且不限于仅与如本文所述的增材制造系统和方法一起实践。相反，可以结合许多其他电子系统来实施和利用示例性实施例。
尽管可以在一些附图中而不在其他附图中示出本公开的各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。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/或要求保护附图的任何特征。
该书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践实施例，包括制造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。如果这样的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没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种增材制造系统(10)，其特征在于，包括：
构建平台(38)；
多个颗粒(45)，所述多个颗粒(45)定位在限定构建层(44)的所述构建平台(38)上；
第一区域(80)和第二区域(82)，所述第一区域(80)在所述构建层(44)内，所述第二区域(82)在所述构建层(44)内，所述第一区域(80)和所述第二区域(82)各自包括所述多个颗粒(45)的一部分；和
至少一个固结装置(14)，所述至少一个固结装置(14)被构造为将所述构建层(44)内的所述多个颗粒(45)固结为所述构建层(44)的固体固结部分，其中所述至少一个固结装置(14)进一步被构造为将所述构建层(44)内的所述多个颗粒(45)和所述构建层(44)的所述固体固结部分中的至少一个固结为转移材料的熔融体积，所述至少一个固结装置(14)进一步被构造为将所述第一区域(80)内的所述转移材料的熔融体积的一部分从所述第一区域(80)转移到所述第二区域(82)。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为沿着激光熔化轨迹(84)在所述第一区域(80)和所述第二区域(82)之间产生表面张力梯度。
3.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为在所述第一区域(80)内产生第一表面张力，并且在所述第二区域(82)内产生第二表面张力，并且其中所述第二表面张力大于所述第一表面张力。
4.根据权利要求3所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为通过将能量束(28)引导到所述第一区域中来在所述第一区域(80)内产生所述第一表面张力，使得所述第一区域(80)内的所述转移材料的熔融体积具有第一温度，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为通过将所述能量束(28)引导到所述第二区域(82)中来在所述第二区域(82)内产生所述第二表面张力，使得所述第二区域(82)内的所述转移材料的熔融体积具有第二温度，并且其中所述第一温度不同于所述第二温度。
5.根据权利要求4所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，沿着所述激光熔化轨迹(84)的温度从所述第一温度变化到所述第二温度。
6.根据权利要求4所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，沿着所述激光熔化轨迹(84)的表面张力从所述第一表面张力变化到所述第二表面张力。
7.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为在所述多个颗粒(45)周围形成颗粒容纳系统(46)。
8.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)被构造为在所述构建层(44)上转移所述转移材料的熔融体积，以在所述构建层(44)中形成均匀的材料分布。
9.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述至少一个固结装置(14)包括第一固结装置(14)和第二固结装置(14)，所述第一固结装置(14)被构造为将所述构建层(44)内的所述多个颗粒(45)固结为所述构建层(44)的所述固体固结部分，所述第二固结装置(14)被构造为将所述构建层(44)内的所述多个颗粒(45)和所述构建层(44)的所述固体固结部分中的至少一个固结为所述转移材料的熔融体积，所述第二固结装置(14)进一步被构造为将所述第一区域(80)内的所述转移材料的熔融体积的一部分从所述第一区域(80)转移到所述第二区域(82)。
10.一种用于增材制造系统(10)中的控制器(34)，其特征在于，所述增材制造系统(10)包括至少一个固结装置(14)，所述至少一个固结装置被构造为固结构建平台(38)上的多个颗粒(45)，以形成转移材料的熔融体积，所述多个颗粒(45)在所述构建平台(38)上形成构建层(44)，所述构建层(44)包括第一区域(80)和第二区域(82)，所述控制器(34)包括处理装置(302)和联接到所述处理装置(302)的存储器装置(300)，所述控制器(34)被构造为：
接收限定多个构建层(44)的多个扫描路径(40)的构建文件；并且
基于所述构建文件来控制所述固结装置(14)，以将所述转移材料的熔融体积的一部分从所述第一区域(80)转移到所述第二区域(82)。
11.根据权利要求10所述的控制器(34)，其特征在于，其中，所述控制器(34)被构造为控制包括激光装置(16)的固结装置(14)，所述激光装置(16)被构造为发射能量束(28)，并且其中，所述控制器(34)进一步被构造为引导所述能量束(28)沿着激光熔化轨迹(84)入射。
12.根据权利要求11所述的控制器(34)，其特征在于，其中，所述控制器(34)被构造为控制所述固结装置(14)，以沿着所述激光熔化轨迹(84)重复引导所述能量束(28)。
13.根据权利要求10所述的控制器(34)，其特征在于，其中，所述控制器(34)被构造为沿着激光熔化轨迹(84)以复杂的振荡图案控制所述固结装置(14)。
14.根据权利要求13所述的控制器(34)，其特征在于，其中，所述复杂的振荡图案是叠加在其自身上并且沿着所述激光熔化轨迹(84)的长度(86)重复的圆形图案。
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