CN114555267A - 用于轻松释放3d打印对象的热分解构建板 - Google Patents
用于轻松释放3d打印对象的热分解构建板 Download PDFInfo
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Abstract
本公开的实施方案涉及热分解构建板，其使得能够轻松释放由增材制造产生的3D金属打印部件。在一些实施方案中，增材制造构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁，其中顶部表面、底部表面和侧壁被设定尺寸使得构建板可用于3D打印装置；以及通过顶部表面形成的凹陷部分，其中凹陷部分被配置以填充有固态金属或金属合金以提供用于在3D打印装置中形成3D打印对象的表面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月23日提交的题为“用于轻松释放3D打印对象的热分解构建板(THERMALLY DECOMPOSING BUILD PLATE FOR FACILE RELEASE OF3DPRINTEDOBJECTS)”的美国临时专利申请号62/891,143的权益，其通过引用以其整体并入本文。
背景技术
3D打印，也称为增材制造，涉及将打印材料沉积到构建板上的连续层中，直到形成期望的3D打印。3D打印方法逐层构建部件，但大多数需要平台或构建板以用作起点。前几层打印材料将结合到构建板的表面上，随后的层将在此表面上构建。
3D塑料打印部件可以使用塑料粉末或塑料线作为原料，并结合粘合剂。紫外线源或热处理会逐层地固化和塑造对象。最后一步是用轻力和/或一些轻微的刮擦从构建板上移除塑料3D打印对象。
3D金属打印部件被打印在构建板上。原料由金属粉末或粉末的组合制成。将构建板放入3D打印机器中。一旦机器启动，刀片(blade)就会在构建板上沉积一层金属粉末。一种激光或一系列激光选择性地烧结将成为3D打印对象的部分的金属。激光的前几次通过基本上将成为3D打印对象的东西焊接到构建板上。然后，刀片将新的粉状的金属沉积在构建板的表面上。重复选择性烧结并逐层产生对象。
一旦打印过程完成，打印材料和构建板之间的结合将需要被破坏以使打印对象从构建板上移除。打印材料与构建板表面之间的结合可能会导致在完成打印过程后难以将3D打印对象与构建板分离。为了从构建板移除打印材料，可能需要用户利用诸如带锯或线放电加工(EDM)机器之类的工具或其它装置，以机械地将打印材料与构建板分离。
发明内容
本公开的一些实施方案涉及一种可热分解的构建板，其能够轻松释放由增材制造产生的3D金属打印部件。
在一个实施方式中，增材制造构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁，其中顶部表面、底部表面和侧壁被设定尺寸使得构建板可用于3D打印装置；以及通过顶部表面形成的凹陷部分，其中凹陷部分被配置以填充有固态金属或金属合金以提供用于在3D打印装置中形成3D打印对象的表面。
在一些实施方案中，凹陷部分是盆皿，其中盆皿包括用于将液体排出构建板的排出孔。在一些实施方案中，排出孔延伸通过构建板的底部。
在一些实施方案中，凹陷部分包括固态金属或金属合金，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于形成增材制造构建板的顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
在一些实施方案中，固态金属或金属合金是被配置以卡入凹陷部分的插入件。
在一些实施方案中，盆皿填充有固态金属或金属合金，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于形成增材制造构建板的顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
在一些实施方案中，固体材料形成在构建板盆皿的顶部边缘处齐平的平坦表面。
在一些实施方案中，增材制造构建板进一步包括：金属3D对象，其打印在填充盆皿的固态金属或金属合金的表面上，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于打印金属3D对象的固相线温度。
在一些实施方案中，增材制造构建板包括：单个部件，其包括顶部表面、底部表面和侧壁。
在一些实施方案中，增材制造构建板包括：框架，其包括小于凹陷部分的内部切口，框架被配置以在3D打印过程中保持金属或金属合金；以及基部，其包括凹陷部分，其中框架被配置以固定在基部的顶部。
在一个实施方式中，增材制造系统包括：构建板和固态金属或金属合金的插入件，构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁，其中顶部表面、底部表面和侧壁被设定尺寸使得构建板可用于3D打印装置；以及通过顶部表面形成的凹陷部分；固态金属或金属合金的插入件提供用于在3D打印装置中形成3D打印对象的表面，插入件被设定尺寸以插入到凹陷部分中并固定在凹陷部分内。
在系统的一些实施方案中，固态金属或金属合金的固相线温度低于形成增材制造构建板的顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
在系统的一些实施方案中，构建板包括：框架，其包括小于凹陷部分的内部切口，框架被配置以在3D打印过程期间保持插入件，其中插入件被设定尺寸以插入到凹陷部分和内部切口中并固定在凹陷部分和内部切口内；以及基部，其包括凹陷部分，其中框架被配置以固定在基部的顶部。
在一个实施方式中，一种方法包括：获得可用于3D打印装置的构建板，该构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁；以及通过顶部表面形成的凹陷部分；用液态金属或金属合金填充凹陷部分；将金属或金属合金冷却到其固相线温度以下以形成固体，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于形成增材制造构建板的顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
在一些实施方案中，凹陷部分是盆皿，其包括延伸通过构建板的底部表面的排出孔，其中用液态金属或金属合金填充凹陷部分包括：将盖子放置在构建板的顶部表面上，盖子延伸超出盆皿的顶部表面；将构建板与放置的盖子倒置，使得露出排出孔；并通过排出孔倾倒液体。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：将3D打印对象打印到固态金属或金属合金的表面上以形成组件，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于3D打印对象的固相线温度。
在一些实施方案中，3D打印对象在3D打印期间以冶金方式接合到金属或金属合金。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：将组件加热到固态金属或金属合金的固相线温度以上，从而熔融金属或金属合金并从构建板释放3D打印对象。
在一些实施方案中，凹陷部分是盆皿，其包括延伸通过构建板的底部表面的排出孔，其中熔融的金属或金属合金通过排出孔排放。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在组件被加热时，收集通过容器中的排出孔排放的熔融的金属或金属合金。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在通过排出孔排放熔融的金属或金属合金之后，用再填充液态金属或金属合金再填充凹陷部分。
在一些实施方案中，再填充液态金属或金属合金包括收集在容器中的金属或金属合金。
在一些实施方案中，盖子由不与金属或金属合金形成结合的材料组成。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：移除盖子，从而暴露固相金属或金属合金，为3D金属打印对象提供构建表面。
在一个实施方式中，一种方法包括：获得可用于3D打印装置的构建板，该构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁；以及通过构建板形成的凹陷部分；以及将固态金属或金属合金的插入件固定在凹陷部分内，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于形成增材制造构建板的顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在固定插入件之后，将构建板定位在3D打印装置内，使用3D打印装置将3D打印对象打印到插入件的表面上；并在打印3D打印对象后，将带有3D打印对象的插入件从构建板的凹陷部分移除。
在一些实施方案中，该方法进一步包括：在固定插入件之后，将构建板定位在3D打印装置内；使用3D打印装置将3D打印对象打印到插入件的表面上，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于3D打印对象的固相线温度；和在打印3D打印对象后，熔融插入件以将3D打印对象从构建板释放。
在一些实施方案中，构建板包括：框架，其包括小于凹陷部分的内部切口，框架被配置以在3D打印过程期间保持金属或金属合金；以及基部，其包括凹陷部分；以及固定插入件包括：将插入件的底部部件固定在凹陷部分中；和在固定插入件的底部部件之后：将插入件的顶部部件固定在框架的内部切口中；和将框架固定在基部的顶部上。
在一个实施方式中，方法包括：获得固态金属或金属合金的板；将板固定在3D打印系统中；在固定板后，使用3D打印系统将3D打印对象打印到板的表面上以形成组件，其中固态金属或金属合金的固相线温度低于3D打印对象的固相线温度。在一些实施方案中，3D打印对象在3D打印期间以冶金方式接合到板。在一些实施方案中，该方法进一步包括：将组件加热到固态金属或金属合金的固相线温度以上，从而熔融板并从板释放3D打印对象。在一些实施方案中，板包括孔(例如，板的角或一些其它部件上的螺丝孔)或用于在3D打印期间将其固定到3D打印系统的一些其它装置。
所公开技术的其它特征和方面将结合附图从以下具体实施方式中变得显而易见，附图以实例的方式示例了根据所公开技术的实施方案的特征。发明内容不旨在限制本文所述的任何发明的范围，发明的范围由权利要求和等同物限定。
应当理解，前述概念的所有组合(只要这些概念不相互不一致)被认为是本文公开的发明主题的部分。具体地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的部分。
附图说明
根据一种或多种实施方案，参考以下附图详细描述了本公开。提供这些附图仅用于说明目的并且仅描绘实例实施方案。此外，应该注意，为了清楚和便于说明，图中的元件不一定按比例绘制。
本文中包括的一些附图从不同的视角示例了所公开技术的各种实施方案。尽管随附的描述性上下文可能将此类视图称为“顶部”、“底部”或“侧面”视图，但此类引用仅是描述性的，并不暗示或要求在特定空间定向上实施或使用所公开的技术，除非明确说明另有明确说明。
图1示出了根据本公开的实施方案的可用于3D打印的构建板的立体图。
图2A示出了根据本公开的实施方案的构建板的呈角度视图(angled view)。
图2B示出了图2A的构建板的俯视图。
图2C示出了图2A的构建板的侧视图。
图3A示出了根据本公开的实施方案的由固体材料填充的构建板的呈角度视图。
图3B示出了图3A的构建板的俯视图。
图3C示出了图3A的构建板的仰视图。
图4A描绘了根据本公开的实施方案在构建板的凹陷部分中形成固体材料的方法的实例。
图4B描绘了根据本公开的实施方案在构建板的凹陷部分中形成固体材料的方法的示例。
图5示例了根据本公开的实施方案的包括使用金属粉末床和激光器以在构建板上形成3D打印对象的3D金属打印装置的3D金属打印过程。
图6示出了根据本公开的实施方案的包括在完成3D打印之后以冶金方式接合到构建板上的金属3D打印对象的组件。
图7示出了一个侧视图，其中根据本公开的实施方案填充构建板的凹陷部分的低熔融温度金属或金属合金熔融并通过排出孔排放到收集器械中，而3D打印对象和构建板保持固态。
图8描绘了根据本公开的实施方案的一旦材料填充的凹陷部分不再是固体并且熔融掉在与构建板分离之后的3D打印对象。
图9A描绘了根据本公开的实施方案的可以固定在构建板的凹部中的插入件。
图9B描绘了根据本公开的实施方案的可以固定在构建板的凹部中的另一个插入件。
图10示出了根据本公开的实施方案的可用于3D打印的两部分构建板的立体图。
图11示出了图10的构建板的分解图。
图12示出了图10的构建板的俯视图和横截面侧视图。
图13A示出了根据本公开的实施方案的可用于3D打印的两部分构建板的立体图。
图13B示出了图13A的构建板的仰视图和横截面侧视图。
图14A示出了根据本公开的实施方案的由固体材料填充的两部分构建板的呈角度视图。
图14B示出了图14A的构建板的俯视图。
图14C示出了图14A的构建板的仰视图。
图15描绘了根据本公开的实施方案在两部分构建板的凹陷部分中形成固体材料的方法的实例。
图16描绘了根据本公开的实施方案在两部分构建板的凹陷部分中形成固体材料的方法的实例。
图17示例了根据本公开的实施方案的包括使用金属粉末床和激光器以在构建板上形成3D打印对象的3D金属打印装置的3D金属打印过程。
图18示出了根据本公开的实施方案的包括在完成3D打印之后以冶金方式接合到构建板上的金属3D打印对象的组件。
图19示出了一个侧视图，其中根据本公开的实施方案的填充构建板的凹陷部分的低熔融温度金属或金属合金熔融并通过排出孔排放到收集器械中，而3D打印对象和构建板保持固态。
图20描绘了根据本公开的实施方案的一旦材料填充的凹陷部分不再是固体并且熔融掉之后在与构建板分离之后的3D打印对象。
附图不是详尽的并且不将本公开限制于所公开的精确形式。
具体实施方式
需要改进增材制造中的技术以移除基本上焊接到构建板上的工件。一个挑战是在不损坏部件的情况下释放部件，而且保护构建板使得其可以重复使用。如上所述，机械装置，如通过使用带锯或线EDM，通常用于从3D打印机外部的构建板上切割和移除3D打印件(printed)。然后可以单独机械加工构建板以移除多余的材料并将它们恢复到可用状态。然而，这样的分离技术可能是有问题的。
当前的机械移除方法可能导致3D打印部件的损坏、构建板表面的损坏和/或用户受伤。首先，通过切割机械移除部件可能需要数小时的后处理才能将3D打印部件恢复到其期望的形状。其次，通过将3D打印部件从构建板上切割掉，焊接部分(柱)的一部分需要打磨以从构建板移除剩余的部分，并将构建板返回到光滑的表面以供重复使用。这种确保在开始新的打印过程之前从构建板上移除所有打印材料的过程可能是冗长且耗时的，以及可能是对构建板潜在有害的。此外，如使用带锯或线EDM的机械移除技术需要3D打印部件在部件和构建板之间具有一个支架(standoff)，以允许进入带锯或线EDM间隙，这需要额外的可消耗金属粉末。
尽管没有教导从构建板移除3D金属打印/激光烧结部件，但已经提出了一种用于将3D打印支撑结构与3D打印对象分离的化学移除方法。通过应用这种方法，金属增材制造部件的某些区域在浸入腐蚀性溶液时会发生化学反应。该技术涉及一种受控降解，它会侵蚀支撑物，同时使实际部件几乎完好无损。这个过程可以使用六氰高铁酸钠(sodiumhexacyanoferrate)作为敏化剂。尽管这种支撑物和部件移除的化学蚀刻工艺可以减少传统机械加工的移除和后处理时间，但它依赖于腐蚀性化学品的应用。
为了解决本领域的上述缺陷，本公开中描述的本系统和方法旨在在不使用昂贵的锯、复杂的机器或刺激性化学品的情况下简化3D打印对象从构建板上的移除。根据本公开的实施方案，可热分解的构建板可以使通过增材制造产生的3D金属打印部件的轻松释放成为可能。在3D金属打印或激光烧结期间，打印材料可以结合到构建板的表面上，该表面具有比打印材料和构建板的其余部分更低的熔融温度。打印过程完成后，可以对组件进行热处理，从而熔融3D打印对象和构建板之间的结合表面，并释放3D打印对象。
与通常需要数小时的后处理来重塑和抛光对象的底部并对构建板重修表面以供重复使用的3D打印金属部件的机械移除相比，通过应用本文描述的系统和方法可以在不损坏3D打印部件的情况下从构建板上轻松移除3D打印对象。通过应用本文公开的3D打印部件移除系统和方法，可能几乎不需要或不需要后处理、修整、重塑和/或抛光3D打印对象。此外，凭借应用本文所述的系统和方法，可以在不使用腐蚀性化学品的情况下加速从构建板移除对象，从而在增材制造中为用户提供额外的时间和成本节约。
图1示出了根据本公开的实施方案的可用于增材制造或3D打印的构建板100的立体图。如图所示，构建板100包括顶部表面110、底部表面120和在顶部表面和底部表面之间延伸的四个侧壁130。包括顶部表面、底部表面和侧表面的构建板100可以由铜、不锈钢、工具钢、锡、铝、硬质合金、陶瓷、石墨或一些其它合适的材料制成。具体地，如下文进一步描述的，构建板100可由固相线温度显著高于(例如，至少30℃)可热分解材料的固相线温度的材料(例如，金属或金属合金)制成，可热分解材料被放置或形成在其凹陷部分140中，并且用于在3D打印期间在构建板100和3D打印对象之间产生结合。例如，构建板100可以具有大于1000℃的熔融温度。
尽管以具有在顶部表面110和底部表面120之间垂直延伸的侧壁的矩形棱柱或长方体的形状来描绘，但是应当注意，在其它实施方案中，构建板100可以是一些其它合适的形状，例如，梯形棱柱，其可用于实施本文所述的3D打印技术。
在该实例中，用于将构建板100附接到3D打印器械的装置由顶部表面110的每个角中的槽或孔101(例如，螺栓孔)表示。3D打印器械的结构突出部(例如，螺栓或接头)可以插入到孔101中以在3D打印期间将构建板100保持在适当位置。尽管在顶部表面100的每个角中示例了孔101，但是应当理解，根据实施方案，构建板100可以在构建板100的顶部表面110、底部表面120和/或其它表面上的任何合适的位置中包括孔101和/或突出部，以便于附接到3D打印器械。在一些实施方案中，孔101可以包括在底部表面120上而不是顶部表面110上，以防止粉状金属从3D打印落入孔101中。
如图所绘，构建板100包括延伸通过其中心的榫接(mortised)或凹陷部分140。凹陷部分140被示例为具有表面145(例如，侧壁)和下表面150。如下文进一步描述的，凹陷部分140可以填充有较低熔融温度的金属或金属合金，其提供用于构建3D打印对象的可热分解表面。
凹陷部分140可以是具有排出孔的盆皿的形式，该排出孔一直延伸通过构建板100(例如，从顶部表面110通过底部表面120)。这由图2A-2C描绘，其分别示出了包括具有排出孔145的凹陷部分140的构建板100的呈角度视图、俯视图和侧视图。如图所示，凹陷部分140为朝向孔145向下倾斜的盆皿的形式，孔145延伸出构建板100的底部，从而允许材料(例如，液态金属)从构建板100中排出。在图2C中，虚线轮廓描绘了角孔101、排出孔155和盆皿形状。在该实例中，通向排出孔的盆皿的底部边缘是倾斜的。
应当理解，尽管本公开的实例示出了以锐角朝向居中的圆形孔145向下倾斜的凹陷部分140的下表面，但也可以利用其它盆皿结构、倾斜角度、孔位置和孔形状。例如，在一些实施方案中，凹陷部分可以通过将其侧面垂直倾斜成具有孔的平坦底部来实现。在一些实施方案中，孔145可以偏离中心定位(例如，靠近构建板100的角之一)。在一些实施方案中，孔145可以替代地通过构建板100的侧壁130排放。在一些实施方案中，孔145可以是矩形或正方形。
凹陷部分140可以经由任何合适的机械加工过程形成，如通过使用榫接机、金属车床、铣床、钻床等。例如，凹陷部分140可以通过榫接固体金属块来形成。根据实施方案，凹陷部分140的顶部周边和平均深度可以针对与构建板100一起使用的3D打印装置和过程进行优化。例如，切口的周边可以成形使得其不干扰3D打印装置固定机构(例如，为孔101提供足够的空间)，同时提供足够大的表面积以形成3D打印对象。在一些实施方案中，可以提供足够的深度以优化冷却并提供更深的通道。
图3A、3B和3C分别示出了由固体材料160填充的构建板100的呈角度视图、俯视图和仰视图。如在该实例中所描绘的，材料填充凹陷部分140形成与凹陷部分的顶部边缘齐平的平坦表面。如图3C中的仰视图所示，通过排出孔155可以看到填充凹陷部分140的固体材料160。尽管在该实例中，固体材料160形成了在构建板盆皿的顶部边缘处齐平的平坦表面，但在其它实施方案中，它可以位于构建板盆皿的顶部边缘下方。
在实施方案中，固体材料160是固态金属或金属合金，其熔点低于未填充的构建板100的材料(例如，金属)的熔点。金属或金属合金的固相线温度可以比构建板100的固相线温度低至少30℃。在一些实施方案中，熔点的差异可能更显著。例如，在一些实施方案中，金属或金属合金的固相线温度可以比构建板100的固相线温度低至少50℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃或甚至1000℃以上。
在一些实施方案中，固体材料160是具有小于300℃的固相线温度的固态金属或金属合金。在一些实施方案中，它具有50℃和250℃之间的固相线温度。例如，固体材料160可以是焊料合金，如锡合金(例如，96.5Sn3Ag0.5Cu)、铋合金(例如，58Bi42Sn)或铟合金(例如，52In48Sn)。在其它实施方案中，固体材料160可以是单一元素金属，如锡、铋、铟等。
图4A-4B描绘了根据本公开的实施方案在构建板100的凹陷部分140中形成固体材料160的方法的一个具体实例。如图4A所绘，其示出板100的侧视图，平板或盖子700覆盖构建板100的顶部表面，延伸超出凹陷部分140的边缘和构建板100的顶部表面110。在其它实施方案中，盖子700可以延伸达到或刚好超出凹陷部分140的边缘。盖子700可以使用夹具或其它合适的机械装置保持在适当的位置以产生密封。盖子700的材料可以由适当的材料组成，使得其不与构建板100结合但可以机械地保持在适当位置以产生封闭模具。例如，可以使用石墨、聚四氟乙烯、陶瓷、硬质合金、铜、不锈钢、工具钢、锡、铝或一些其它合适的材料。构建板100的材料可以与盖子700的材料相同或不同。
在盖子700覆盖构建板100的顶部表面之后，构建板100和盖子700可以倒置，并且可以通过排出孔155填充凹陷部分140。具体地，图4B示例了倒置的构建板100和盖子700的侧视图。容器300可用于将材料(例如，金属或金属合金)的液体165通过排出孔155倾倒到盖子700上，填充凹陷部分140。在该步骤之前，可以将金属或金属合金加热到其固相线温度以上以形成液体165。在一些实施方案中，当通过孔155添加液态金属165时，使用具有急剧倾斜侧面的盆皿可以防止形成气穴。
在该示例实施方案中，凭借在组件倒置的情况下通过孔155添加液态金属165，任何不需要的积聚物(例如，渣滓)可能会漂浮并沉降在填充的凹陷部分的顶部(即，孔155所在的位置)，从而确保在3D打印发生的地方形成干净的金属或金属合金表面。
在凹陷部分140被填充后，组件可被冷却，导致液体165固化(例如，形成固体材料160)。此后，盖子700可以被移除以暴露光滑的固相金属或金属合金，其为3D金属打印对象提供构建表面。为了便于盖子700的移除并确保形成光滑的表面(例如，与构建板凹部的顶部边缘齐平的平坦表面)，盖子700可以由适当材料组成，例如石墨、聚四氟乙烯、陶瓷、铜、不锈钢、工具钢、锡、铝、不粘金属(non-stick metal)或某些材料——在液体165固化之前或之后不与液体165结合。
应当理解，尽管图4A-4B描绘了用于在构建板100的凹陷部分140中形成固体材料160以提供用于3D打印对象的表面的一种实例技术，其它技术也是可能的。例如，在一些实施方案中，液态金属或金属合金可替代地从相对侧，通过凹陷部分140的顶部表面倾倒，首先填充排出孔155。在这样的实施方案中，盖子700可替代地覆盖排出孔155。在其它实施方案中，排出孔155可以在构建板155的侧面上(例如，通过侧壁130)，在这种情况下，液态金属或金属合金可以通过侧壁倾倒。
在其它实施方式中，固体材料160可以是预成型的固体插入件，固体插入件可以卡扣或以其它方式固定到凹陷部分140中或从凹陷部分140出来。插入件的尺寸可以被设计成使其牢固地配合(例如，基本上占据所有开放体积)在凹陷部分内。在这种情况下，可以形成固体插入件的多个复制模具，每个模具在3D打印过程期间使用。通过示例的方式，图9A-9B示例了可以根据本公开的实施方案使用的插入件。图9A示出了可以固定在具有矩形凹陷部分的单件式构建板的凹部中的插入件1000。图9B示出了可以固定在两件式构建板200中的插入件1100，下文进一步讨论。
固体材料160的卡入式插入件消除了3D打印系统的操作员预先执行铸造液态金属165，以在构建板100的凹陷部分140中形成固体材料160的劳动密集型过程的要求。由此，通过使用预成型的卡入式插入件，可以在操作员方面显著提高增材制造的生产量。此外，卡入式插入件可以使3D打印系统的操作对操作者来说更加方便和简单。当操作者完成3D打印到固体材料160上时，如本文所述，操作者可以将固体材料的插入件160脱出，然后熔融插入件以取回3D打印对象。例如，可以通过使用杆或其它合适的工具经由孔155向插入件施加压力来将插入件脱出。由脱出带有3D打印对象的插入件可以实现的生产量优势是操作员可以快速通过卡扣入新的插入件160来重新开始打印下一个3D金属打印对象。在使用插入件的一些实施方案中，构建板100可以不包括孔155，并且可以使用一些其它合适的技术来将插入件脱出。可选地，插入件可以通过在其仍附接到构建板100时将其熔融并经由排出孔155收集液态金属来移除，如下文参考图7进一步描述的。
在一些实施方案中，可以向操作员提供容器，在熔融之前将插入件(带有3D打印对象)放置在该容器中。可以将容器送回固体插入件的制造商(或一些其它方)以(例如，针对同一用户或不同用户)回收金属/金属合金或重新使用金属/金属合金以产生新的插入件。
图5示例了根据本公开的实施方案的包括使用金属粉末床550和激光器400以在构建板100上形成3D打印对象600的3D金属打印装置500的3D金属打印过程。还示出了构建板装载平台510和用于引导激光器400的输出的光学元件410。金属粉末床550可以包括铝、钴、铜、镍、钢、不锈钢、钛、钒、碳化钨、金、青铜、铂、银合金、钴铬合金、高熔点金属、它们的组合、或用于形成3D打印对象600的一些其它合适的金属或金属合金。3D打印对象可以是激光烧结的。在开始打印之前，可以将构建板100装载到3D金属打印装置中500中，所述构建板100具有顶部表面，所述顶部表面包括具有低熔融温度金属或金属合金的区域(例如，如图3A-3C所绘的填充凹陷部分140的固体材料160的顶部表面)。例如，构建板100可以放置在装置500的平台510上。
在印刷开始时，可以将第一层金属粉末沉积(例如，使用刮片或刮水片)在构建板100的顶部表面上，包括固体材料160。激光器400或一系列激光器然后可以发射激光/烧结沉积的金属粉末，使第一层3D打印对象600以冶金方式接合到固体材料。此后，可以通过金属粉末床550沉积额外层的粉状金属，并且可以逐层产生3D打印对象600。装置500可以包括降低机构(例如，作为平台510的部分)器械，以允许形成3D打印对象600的后续金属层。随着器械和构建板被降低，金属粉末层可以被添加到顶部表面并且一个激光器或多个激光器用于选择性地将区域接合/烧结到下面的3D打印对象600。在完成上述3D打印过程时，可以从3D打印装置500移除带有3D打印对象600的构建板100。
用于形成3D打印对象600的金属或金属合金的熔融温度高于固体材料160的熔融温度。例如，类似于构建板100，3D打印对象600的固相线温度可以比金属或金属合金的固相线温度高至少30℃。在一些实施方案中，熔点的差异可能更显著。例如，在一些实施方案中，3D打印对象600的固相线温度可以比固体材料160的金属或金属合金的固相线温度高50℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃或甚至1000℃以上。在一些实施方案中，用于形成3D打印对象600的金属粉末可以包括铝、钴、铜、镍、钢、不锈钢、钛、钒、碳化钨、金、青铜、铂、银合金、钴铬合金、高熔点金属、它们的组合，或一些其它合适的金属或金属合金。
应该注意的是，尽管3D打印可能在室温下进行，但激光器400产生的热量可能会增加固体材料160的温度。为了防止材料160在3D打印期间过早熔融，在选择合适的金属或金属合金160时，可以考虑这种温度升高。在一些实施方案中，可以在形成3D打印对象600的下层的同时降低激光器400的功率以防止材料160在3D打印期间过热。
图6示出了包括在3D打印完成之后以冶金方式接合到构建板100上的金属3D打印对象600的组件。具体地，如上所述，3D打印对象600可以接合到包含低熔融温度固体材料160的构建板100的表面。
继3D打印之后，将3D打印对象600与构建板100分离。为此，可将组件加热(例如，通过将组件置于烘箱中)至高于低熔融温度固体材料160的固相线温度的温度，从而熔融掉材料并释放3D打印对象。热源不限于烤箱。在其它实施方案中，3D打印对象600可以通过除烘箱之外的热源与固体材料160热分离，如通过喷灯、热空气、热液体、加热板、激光或任何足以熔融固体材料160的其它适合的热源，从而释放3D打印对象600。图7示出了侧视图，其中填充构建板100的凹陷部分140的低熔融温度金属或金属合金熔融并通过排出孔155排放(显示为熔融液体166)到容器或收集器械800中，而3D打印对象600和包括凹陷部分140的构建板100的剩余结构保持固态。在该移除过程期间，3D打印对象600可以通过工具保持在适当位置。在一些实施方案中，该过程可以并入到3D打印组件的隔室(compartment)中。在替代分离方法中，在施加热量之前，可以将诸如冲头的薄对象用显著压力通过构建板100下侧的排出孔155放置，使固态金属插入件160从凹陷部分140释放，其中3D打印对象600仍然附接。可以将上述组合放置于具有加热介质的容器中或进行其它热处理以使固态金属插入件160与3D打印对象600分离。这种分离方法可以在如上所述的预成型插入件上或在如图4A-4B所述的经由操作者铸造而形成的固体材料160上实施。
在该实例中，凭借具有收集器械800以在从固体到液体的相变期间收集液态金属或液态金属合金166，所收集的金属或金属合金可被重复使用以针对未来的3D打印操作而重新填充凹陷部分140。例如，所收集的金属或金属合金可用于填充凹陷部分140，如上面参照图4A-4B所描述的，准备打印新的3D对象。在另一个实施方式中，固体材料160可以是如上所述的预成型固体插入件，其可以卡入凹陷部分140中或从凹陷部分140脱出，从而消除了为了下一次打印而将液态金属重新倾倒入模具中的需要。
图8描绘了一旦填充凹陷部分140的材料不再是固体并且熔融掉在与构建板100分离之后的3D打印对象600。在一些实施方案中，在分离3D打印对象600之后，所收集的金属或金属合金可用于重新固定对象600以根据需要进行抛光、重塑和/或研磨。例如，3D打印部件可以使用夹紧机构保持以进行后处理。较低熔点材料160可用于在执行上述后处理功能的同时将3D打印对象600固定到台钳或夹紧机构中，使得夹具不直接接触部件600。
图10示出了根据本公开的实施方案的可用于增材制造或3D打印的可选的多部件构建板200的透视图。如图所示，构建板200包括顶部表面210、底部表面220和在顶部表面和底部表面之间延伸的四个侧壁230。包括顶部表面、底部表面和侧表面的构建板200可以由铜、不锈钢、工具钢、锡、铝、硬质合金、陶瓷、石墨或一些其它合适的材料制成。具体地，构建板200的多个部件可以由固相线温度比可热分解材料的固相线温度显著更高(例如，至少30℃)的材料(例如，金属或金属合金)制成，可热分解材料被放置或形成在其凹陷部分240中，并且用于在3D打印期间在构建板200和3D打印对象之间产生结合。例如，构建板200的部件可以具有大于1000℃的熔融温度。
与构建板100的单部件式设计相比，构建板200包括多个部件。图11-12展示了构建板200如何可以用多个部件实施的实例。如图11-12所绘，构建板200包括基部280和框架270，框架270配置以附接在基部280上。框架包括开口241，并且基部280包括凹陷部分240。
在该实例中，框架270用于在3D打印过程期间将固体材料160固定在适当的位置，以防止其在3D打印期间从凹陷部分240升起。如图12的横截面A-A所示例，在实例构建板200中，凹陷部分240比框架开口241更宽。凭借这种配置，框架270可以提供夹持力以固定固体材料160。这种两部件式设计在用如上所述的插入件1100实施时可能是特别有益的。框架700可用于沿插入件1100的底部部分1110的外边缘向下保持插入件1100，如果插入件变得太热，则在烧结期间插入件1100可能向上卷曲。此外，由于插入件部件被铸造到完全相同尺寸的腔体中(例如，在一个部件或两个部件构建板中)，因此可以使用“压-配合”机制依靠摩擦力将固体材料保持在适当的位置。然而，当摩擦不足以将插入件保持在适当的位置时(例如，如当摩擦力被局部加热克服时)，所描绘的两部件式设计可以通过向下挤压插入件的边缘来增加对插入件的额外保持力。
框架270可移除地联接到基部280，并且框架270可以从基部280移除以允许移除(或插入)固体材料。例如，插入件1100的底部部件1110可以首先固定到基部280的凹陷部分240中。然后，框架270可以固定在基部280上，并且插入件1100的顶部部件1120可以固定在框架270的开口241中。框架270和基部280可以通过多种装置固定，包括螺钉、紧定螺钉、销钉、鸠尾榫、滑轨或其它联锁设计。
图13A-13B描绘了用于固定实例构建板200a的实例框架270a和基部280a的具体实例实施方案。图13A示出了构建板200a的立体图。图13B示出了构建板200a的仰视图和截面图。该实例利用框架270a中的凹槽孔275，凹槽孔275可以延伸通过基部280a中的孔。利用适当尺寸的机械螺钉，框架270a和基部280a可以经由凹槽孔275固定。在该实施方案中，将螺钉嵌入与构建板200a的顶部表面齐平或低于构建板200a的顶部表面(即，低于框架270的顶部)允许粉状金属被沉积而不干扰3D打印系统500的金属粉末床550，如下所述。例如，当系统500的刮水器在打印表面的表面上平整粉末时，这可以确保刮水器不会被突出的螺钉损坏。
由多个部件组成的构建板，如构建板200，可以采用各种设计特征以使框架270易于与基部280分离。构建板200可能需要分离以移除固体材料160而不熔融固体材料160。再次参考图13A-13B，该实例展示了在基部280a中并入千斤顶螺丝孔285以易于与框架270a分离的实施方案。插入到千斤顶螺丝孔285中并拧紧的螺栓可用于将框架270a推离基部280a，或将基部280a推离框架270a。若干设计特征也可有助于拆卸，包括从基部280和/或框架270延伸的接头或用于撬开组件的钉缝隙(nail nick)或间隙。
应该注意的是，尽管在本文所示例的实例中，构建板200由两部件——框架270和基部280——组成，但是构建板200可以由使用上述方法中的一种或多种固定多于两个的部件制成。
尽管以具有在顶部表面210和底部表面220之间垂直延伸的侧壁的矩形棱柱或长方体的形状来描绘，但是应当注意，在其它实施方案中，构建板200可以是可用于实施本文所述的3D打印技术的一些其它合适的形状，例如，梯形棱柱。
在构建板200中，用于将构建板200附接到3D打印器械的装置由顶部面210的每个角中的槽或孔201(例如，螺栓孔)表示。在这种情况下，螺栓孔201可以延伸通过框架270和基部280。3D打印器械的结构突出部(例如，螺栓或接头)可以插入到孔201中以在3D打印期间将构建板200保持在适当位置。尽管在顶部表面200的每个角中示例了孔201，但是应当理解，根据实施方案，构建板200可以在构建板200的顶部表面210、底部表面220和/或其它表面的任何合适位置包括孔201和/或突出部，以便于附接到3D打印器械。在一些实施方案中，孔201可以包括在底部表面220上而不是顶部表面210上，以防止粉状金属从3D打印物落入孔201中。
如图所示，构建板200包括延伸通过其中心的榫接或凹陷部分240。凹陷部分240被示例为具有表面245(例如，侧壁)和下表面250。如下文进一步描述的，凹陷部分240可以填充有更低熔融温度金属或金属合金，其为构建3D打印对象提供可热分解的表面。
凹陷部分240可以是具有排出孔的盆皿的形式，该排出孔一直延伸通过构建板200(例如，从顶部表面210通过底部表面220)。这由图11和12描绘，图11和12示出了包括具有排出孔245的凹陷部分240的构建板200的呈角度视图、俯视图和横截面侧视图。如图所示，凹陷部分240为朝向延伸出构建板200的底部的孔245会聚的盆皿的形式，从而允许材料(例如，液态金属)从构建板200中排出。在图12C中，虚线轮廓描绘了角孔201、排出孔255和盆皿形状。在这个实例中，通向排出孔的盆皿的底部边缘是平的，但是它们也可以倾斜以方便排放。
应当理解，尽管本公开的实例示出了凹陷部分240的下表面平坦，以居中的圆形孔245为特征，但可以利用其它盆皿构造、倾斜角、孔位置和孔形状。例如，在一些实施方案中，凹陷部分可以通过将其侧面垂直倾斜成具有孔的平坦底部来实施。在一些实施方案中，孔245可以偏离中心定位(例如，靠近构建板200的角之一)。在一些实施方案中，孔245可以替代地通过构建板200的侧壁230排放。在一些实施方案中，孔245可以是矩形或正方形。
凹陷部分240可以经由任何合适的机械加工过程形成，如通过使用榫接机、金属车床、铣床、钻头等。例如，凹陷部分240可以通过榫接固体金属块来形成。根据实施方案，凹陷部分240的顶部周边和平均深度可以针对与构建板200一起使用的3D打印装置和过程进行优化。例如，切口的周边可以成形为使得它不会干扰3D打印装置固定机构(例如，为孔201提供足够空间)，同时提供足够大的表面积以形成3D打印对象。在一些实施方案中，可以提供足够的深度以优化冷却并提供更深的通道。
图14A、14B和14C分别示出了根据本公开的实施方案的填充有固体材料160的构建板200的呈角度视图、俯视图和仰视图。如该实例中所描绘的，填充凹陷部分240的材料形成与凹陷部分的顶部边缘齐平的平坦表面。如图14C中的仰视图所示，通过排出孔255可以看到填充凹陷部分240的固体材料160。尽管在该实例中，固体材料160形成在构建板盆皿的顶部边缘处齐平的平坦表面，但在其它实施方案中它可以位于构建板盆皿的顶部边缘下方。
在实施方案中，固体材料160是熔点低于未填充构建板200的材料(例如，金属)的熔点的固态金属或金属合金。金属或金属合金的固相线温度可以比构建板200的固相线温度低至少30℃。在一些实施方案中，熔点的差异可能更显著。例如，在一些实施方案中，金属或金属合金的固相线温度可以比构建板200的固相线温度低至少50℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃或甚至1000℃以上。
图15-16描绘了根据本公开的实施方案在构建板200的凹陷部分240中形成固体材料160的方法的一个具体示例。如图15所绘，其显示板200的侧视图，平板或盖子700覆盖构建板200的顶部表面，延伸超出凹陷部分240的边缘和构建板200的顶部表面210。在其它实施方案中，盖子700可以延伸达到或刚好超出凹陷部分240的边缘。盖子700可以使用夹具或其它合适的机械装置保持在适当的位置以产生密封。盖子700的材料可以由适当材料组成，使得其不与构建板200结合但可以机械地保持在适当位置以产生封闭模具。例如，可以使用石墨、聚四氟乙烯、陶瓷、硬质合金或一些其它合适的材料。
在盖子700覆盖构建板200的顶部表面之后，构建板200和盖700可以倒置，并且可以通过排出孔255填充凹陷部分240。具体地，图16示例了倒置的构建板200和盖子700的侧视图。容器300可用于将材料(例如，金属或金属合金)的液体165通过排出孔255倾倒到盖子700上，从而填充凹陷部分240。在该步骤之前，可以将金属或金属合金加热到其固相线温度以上以形成液体165。在一些实施方案中，当通过孔255添加液态金属165时，使用具有急剧倾斜侧面的盆皿可以防止形成气穴。
在该实例实施方案中，凭借在组件倒置的情况下通过孔255添加液态金属165，任何不需要的积聚物(例如，渣滓)可能漂浮并沉降在填充的凹陷部分的顶部(即，孔255所在的位置)，从而确保在3D打印发生的地方形成干净的金属或金属合金表面。
在凹陷部分240被填充后，组件可被冷却，导致液体165固化(例如，形成固体材料160)。此后，可移除盖子700以暴露为3D金属打印对象提供构建表面的光滑的固相金属或金属合金。为了便于移除盖子700并确保形成光滑的表面(例如，与构建板凹部的顶部边缘齐平的平坦表面)，盖子700可以由材料(例如石墨、聚四氟乙烯、陶瓷、不粘金属或在液体165固化之前或之后不与液体165结合的一些材料)组成。
应当理解，尽管图15-16描绘了用于在构建板200的凹陷部分240中形成固体材料160以为3D打印对象提供表面的一种实例技术，但其它技术也是可能的。例如，在一些实施方案中，液态金属或金属合金可以替代地从相对侧通过凹陷部分240的顶部表面倾倒，首先填充排出孔255。在这样的实施方案中，盖子700可以替代地覆盖排出孔255。在其它实施方案中，排出孔255可以在构建板255的一侧(例如，通过侧壁230)，在这种情况下，液态金属或金属合金可以通过侧壁倾倒。在其它实施方案中，代替让操作者铸造液态金属以形成固体材料160，可以如上所述插入插入件1100。
图17示例了根据本公开的实施方案的包括使用金属粉末床550和激光器400以在构建板200上形成3D打印对象600的3D金属打印装置500的3D金属打印过程。还示出了构建板装载平台510和用于引导激光器400的输出的光学元件410。金属粉末床550可以包括铝、钴、铜、镍、钢、不锈钢、钛、钒、碳化钨、金、青铜、铂、银合金、钴铬合金、高熔点金属、它们的组合、或用于形成3D打印对象600的一些其它合适的金属或金属合金。3D打印对象可以是激光烧结的。在开始打印之前，可以将具有顶部表面的构建板200装载到3D金属打印装置500中，所述顶部表面包括具有低熔融温度金属或金属合金的区域(例如，如图14A-14C所绘的填充凹陷部分240的固体材料160的顶部表面)。例如，构建板200可以放置在装置500的平台510上。
在打印开始时，可以将第一层金属粉末沉积(例如，使用刮片或刮水片)在构建板200的顶部表面上，包括固体材料160。然后激光器400或一系列激光器可以发射激光/烧结沉积的金属粉末，导致3D打印对象600的第一层以冶金方式接合到固体材料。此后，可以通过金属粉末床550沉积额外层的粉状金属，并且可以逐层产生3D打印对象600。装置500可以包括降低机构(例如，作为平台510的部件)器械，以允许形成3D打印对象600的后续金属层。随着器械和构建板被降低，金属粉末层可以被添加到顶部表面并且一个激光器或多个激光器用于选择性地将区域接合/烧结到下面的3D打印对象600。在完成上述3D打印过程时，可以从3D打印装置500移除具有3D打印对象600的构建板200。
用于形成3D打印对象600的金属或金属合金的熔融温度高于固体材料160的熔融温度。例如，类似于构建板200，3D打印对象600的固相线温度可以比金属或金属合金的固相线温度高至少30℃。在一些实施方案中，熔点的差异可能更显著。例如，在一些实施方案中，3D打印对象600的固相线温度可以比固体材料160的金属或金属合金的固相线温度高50℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃或甚至1000℃以上。在一些实施方案中，用于形成3D打印对象600的金属粉末可以包括铝、钴、铜、镍、钢、不锈钢、钛、钒、碳化钨、金、青铜、铂、银合金、钴铬合金、高熔点金属、它们的组合，或一些其它合适的金属或金属合金。
应该注意的是，尽管3D打印可能在室温下进行，但激光器400产生的热量可能会增加固体材料160的温度。为了防止材料160在3D打印期间过早熔融，在选择合适的金属或金属合金160时可以考虑这种温度升高。在一些实施方案中，可以在形成3D打印对象600的下层的同时降低激光器400的功率，以防止材料160在3D打印期间过热。
图18示出了包括在完成3D打印之后以冶金方式接合到构建板200上的金属3D打印对象600的组件。具体地，3D打印对象600可以接合到包含低熔融温度固体材料160的构建板200的表面，如上所述。
继3D打印之后，3D打印对象600与构建板200分离。为此，可将组件加热(例如，通过将组件置于烘箱中)至高于低熔融温度固体材料160的固相线温度的温度，从而熔融掉材料并释放3D打印对象。图19示出了侧视图，其中填充构建板200的凹陷部分240的低熔融温度金属或金属合金熔融并通过排出孔255排放(显示为熔融液体166)到容器或收集器械800中，而3D打印对象600和包括凹陷部分240的构建板200的剩余结构保持固态。在该移除过程期间，3D打印对象600可以通过工具保持在适当位置。在一些实施方案中，该过程可以并入到3D打印组件的隔室中。
在该示例中，凭借使收集器械800在从固态到液态的相变期间收集液态金属或液态金属合金166，所收集的金属或金属合金可被重复使用以重新填充凹陷部分240以用于未来的3D打印操作。例如，所收集的金属或金属合金可用于填充凹陷部分240，如上文参考图15-16所描述的，准备用于打印新的3D对象。
在可选分离方法中，在施加热量之前，框架210可以与基部280分离，从而暴露固体材料160的顶部部分。在将框架210与基部280分离之后，可以将诸如冲头的薄对象以显著压力通过构建板200下侧上的排出孔255放置，以从凹陷部分240释放固体材料160，其中3D打印对象600仍然附接。上述组合可以放置到具有加热介质的容器中或经受其它热处理以使固态金属材料160与3D打印对象600分离。该分离方法可在如上所述的预成型插入件上实施，或在如图15-16所述的经由通过操作者铸造形成的固体材料160上实施。
图20描绘了一旦材料填充凹陷部分240不再是固体并且熔融掉在与构建板200分离之后的3D打印对象600。在一些实施方案中，在分离3D打印对象600之后，所收集的金属或金属合金可用于重新固定对象600以根据需要进行抛光、重塑和/或研磨。例如，3D打印部件可以使用夹紧机构保持以用于后处理。更低熔点材料160可用于在执行上述后处理功能的同时，将3D打印对象600固定到台钳或夹紧机构中，使得夹具不直接接触部件600。
应当理解，尽管本文描述的实施方式已经在包括具有排出孔的凹陷部分的构建板的上下文中进行了描述，但是可以认为，本文描述的技术中的至少一些可以在没有排出孔的情况下实施。例如，没有排出孔的凹陷部分可以填充为3D打印提供表面的低熔融温度金属或金属合金。在3D打印之后，可以加热组件以将3D打印对象与金属或金属合金分离，并且可以使用任何合适的方式移除液态金属或金属合金，例如通过倒置组件、使用吸管等。
尽管在使用填充有材料160的构建板(例如，100或200)的上下文中进行了描述，但本公开中描述的技术也可以用仅由固相线温度显著低于(例如，至少30℃)3D打印对象的固相线温度的材料(例如，金属或金属合金160)组成的单片构建板来实施，并且单片构建板具有适合进行3D打印的强度。这样的构建板可以单片地制造，使得整个构建板被制造为一个部件，包括将构建板固定在3D打印设备中所需的任何必要的孔。在这样的实施方案中，单片构建板可以被设计用于在它们被熔融以释放3D打印对象之前进行一次3D打印使用。
虽然上面已经描述了所公开技术的各种实施方式，但是应当理解，它们仅是作为实例而不是限制性的方式呈现的。同样，各种图可以描绘所公开技术的实例架构(architectural)或其它配置，这样做是为了帮助理解可包括在所公开技术中的特征和功能性。所公开的技术不限于示例的实例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实施所期望的特征。此外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，除非上下文另有说明，否则其中本文呈现步骤的顺序不应强制实施各种实施方式以相同的顺序执行所列举的功能性。
尽管上面依据各种示例性实施方式和实施方案描述了所公开的技术，但是应当理解，无论这些实施方式是否被描述以及这些特征是否被呈现为所描述实施方式的一部分，在一个或多个单独实施方式中描述的各种特征、方面和功能性都不限于它们对描述它们的特定实施方式的适用性，而是可以单独或以各种组合应用到所公开技术的其它实施方式中的一个或多个。因此，本文公开的技术的广度和范围不应受任何上述示例性实施方式的限制。
除非另有明确说明，否则本文件中使用的术语和短语及其变体应被解释为开放式而非限制性的。作为前述的实例：术语“包括”应理解为“包括但不限于”等意思；术语“实例”用于提供所讨论项目的示例性例子，而不是其详尽或限制性的列表；术语“一”或“一个”应理解为(read as)“至少一个”、“一个或多个”等含义；以及诸如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”等形容词和类似含义的术语不应被解释为将所描述的项目限制在给定的时间段或截至给定时间可用的项目，而应理解为包括现在或将来任何时候可能可用或已知的常规、传统、正常或标准技术。同样，当本文件涉及对本领域普通技术人员显而易见或本领域普通技术人员已知的技术时，此类技术包括现在或将来任何时间对本领域技术人员显而易见或本领域技术人员已知的技术。
在某些情况下，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其它类似短语之类的扩展词和短语的存在不应被理解为在可能不存在此类扩展短语的情况下意指或需要较窄的情况。
此外，本文阐述的各种实施方式是依据示例性框图、流程图和其它说明来描述的。如在阅读本文件后对于本领域普通技术人员将变得显而易见的，所示例实施方式及其各种替代方案可以在不局限于所示例的实例下实施。例如，框图及其随附的描述不应被解释为强制特定架构或配置。
应当理解，前述概念的所有组合(只要这些概念不是相互不一致的)都被认为是本文所公开的发明主题的部分。具体地，本公开中出现的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的部分。
Claims (28)
1.一种增材制造构建板，包括：
由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁，其中所述顶部表面、底部表面和侧壁被设定尺寸使得所述构建板能够用于3D打印装置；和
通过所述顶部表面形成的凹陷部分，其中所述凹陷部分被配置以填充有固态金属或金属合金以提供用于在所述3D打印装置中形成3D打印对象的表面。
2.根据权利要求1所述的增材制造构建板，其中所述凹陷部分是盆皿，其中所述盆皿包括用于将液体排出所述构建板的排出孔。
3.根据权利要求2所述的增材制造构建板，其中所述排出孔延伸通过所述构建板的底部。
4.根据权利要求1所述的增材制造构建板，其中所述凹陷部分包括所述固态金属或金属合金，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于形成所述增材制造构建板的所述顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
5.根据权利要求4所述的增材制造构建板，其中所述固态金属或金属合金是被配置以卡入所述凹陷部分的插入件。
6.根据权利要求2所述的增材制造构建板，其中所述盆皿填充有所述固态金属或金属合金，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于形成所述增材制造构建板的所述顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
7.根据权利要求6所述的增材制造构建板，其中固体材料形成在构建板盆皿的顶部边缘处齐平的平坦表面。
8.根据权利要求6所述的增材制造构建板，进一步包括：金属3D对象，所述金属3D对象打印在填充所述盆皿的所述固态金属或金属合金的表面上，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于打印的所述金属3D对象的固相线温度。
9.根据权利要求1所述的增材制造构建板，其中所述增材制造构建板包括：单个部件，所述单个部件包括所述顶部表面、所述底部表面和所述侧壁。
10.根据权利要求1所述的增材制造构建板，其中所述增材制造构建板包括：
框架，所述框架包括小于所述凹陷部分的内部切口，所述框架配置以在3D打印过程期间保持所述金属或金属合金；和
基部，所述基部包括所述凹陷部分，其中所述框架被配置以固定在所述基部的顶部上。
11.一种增材制造系统，包括：
构建板，所述构建板包括：
由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁，其中所述顶部表面、底部表面和侧壁被设定尺寸使得所述构建板能够用于3D打印装置；和
通过所述顶部表面形成的凹陷部分；和
固态金属或金属合金的插入件，所述插入件提供用于在所述3D打印装置中形成3D打印对象的表面，所述插入件被设定尺寸以插入并固定在所述凹陷部分内。
12.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于形成所述增材制造构建板的所述顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
13.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中所述构建板包括：
框架，所述框架包括小于所述凹陷部分的内部切口，所述框架被配置以在3D打印过程期间保持所述插入件，其中所述插入件被设定尺寸以插入并固定在所述凹陷部分和所述内部切口内；和
基部，所述基部包括所述凹陷部分，其中所述框架被配置以固定在所述基部的顶部上。
14.一种方法，包括：
获得能够用于3D打印装置的构建板，所述构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁；和通过所述顶部表面形成的凹陷部分；以及
用液态金属或金属合金填充所述凹陷部分；以及
将所述金属或金属合金冷却到其固相线温度以下以形成固体，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于形成所述增材制造构建板的所述顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述凹陷部分是包括延伸通过所述构建板的所述底部表面的排出孔的盆皿，其中用所述液态金属或金属合金填充所述凹陷部分包括：
将盖子放置在所述构建板的所述顶部表面上，所述盖子延伸超出所述盆皿的顶部表面；
将所述构建板与放置的所述盖子倒置，使得暴露排所述排出孔；以及
通过所述排出孔倾倒液体。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：将3D打印对象打印到所述固态金属或金属合金的表面上以形成组件，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于所述3D打印对象的固相线温度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述3D打印对象在3D打印期间以冶金方式接合到所述金属或金属合金。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：将所述组件加热到所述固态金属或金属合金的固相线温度以上，从而熔融所述金属或金属合金并从所述构建板释放所述3D打印对象。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述凹陷部分是包括延伸通过所述构建板的所述底部表面的排出孔的盆皿，其中熔融的所述金属或金属合金通过所述排出孔排放。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在加热所述组件时，收集通过容器中的所述排出孔排放的熔融的所述金属或金属合金。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：在通过所述排出孔排放所述熔融的金属或金属合金之后，用再填充液态金属或金属合金再填充所述凹陷部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述再填充液态金属或金属合金包括收集在所述容器中的所述金属或金属合金。
23.根据权利要求15所述的方法，其中所述盖子由不与所述金属或金属合金形成结合的材料组成。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：移除所述盖子，从而暴露为3D金属打印对象提供构建表面的固相金属或金属合金。
25.一种方法，包括：
获得能够用于3D打印装置的构建板，所述构建板包括：由材料构成的顶部表面、底部表面和侧壁；和通过所述构建板形成的凹陷部分；以及
将固态金属或金属合金的插入件固定在所述凹陷部分内，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于形成所述增材构建板的所述顶部表面、底部表面和侧壁的材料的固相线温度。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
在固定所述插入件后，将所述构建板定位在3D打印装置内，
使用所述3D打印装置将3D打印对象打印到所述插入件的表面上；以及
在打印所述3D打印对象后，从所述构建板的所述凹陷部分移除带有所述3D打印对象的所述插入件。
27.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
在固定所述插入件后，将所述构建板定位在3D打印装置内，
使用所述3D打印装置将3D打印对象打印到所述插入件的表面上，其中所述固态金属或金属合金的固相线温度低于所述3D打印对象的固相线温度；以及
在打印所述3D打印对象后，熔融所述插入件以从所述构建板释放所述3D打印对象。
28.根据权利要求25所述的方法，其中：
所述构建板包括：框架，所述框架包括小于所述凹陷部分的内部切口，所述框架被配置以在3D打印过程期间保持所述金属或金属合金；和包括所述凹陷部分的基部；以及
固定所述插入件，包括：
将所述插入件的底部部件固定在所述凹陷部分中；以及
在固定所述插入件的所述底部部件后：
将所述插入件的顶部部件固定在所述框架的所述内部切口中；以及
将所述框架固定在所述基部的顶部上。
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