CN116033984A - 增材制造中的光学变焦 - Google Patents

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拉加夫·阿加尔瓦尔
孙鸿卿
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Abstract

描述了光学组件及在增材制造系统中使用光学组件的方法。在一些实施方式中，增材制造系统可以包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成在构建表面上产生多个激光光斑；以及光学组件，该光学组件被配置成独立地控制构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸和多个激光光斑之间的间距。光学组件可以包括多个透镜阵列，其中，所述多个透镜阵列被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸，以及至少一个透镜。所述至少一个透镜也可以被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距。

Description

增材制造中的光学变焦
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2020年7月8日提交的美国临时申请第63/049,353号的优先权的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
公开的实施方式涉及用于增材制造的系统和方法。
背景技术
粉末床熔融过程是增材制造过程的示例，其中通过在逐层过程中选择性地接合材料来形成三维形状。在金属粉末床熔融过程中，一个或更多个激光束在金属粉末薄层上方扫描。如果各个激光器参数诸如激光器功率、激光光斑尺寸和/或激光扫描速度在传送的能量足够熔化金属粉末的颗粒的状态下，则可以在构建表面上建立一个或更多个熔池。激光束沿预定轨迹扫描，使得凝固的熔池轨迹创建与三维打印零件的二维切片相对应的形状。在完成一层之后，粉末表面按限定距离索引，下一层粉末被散布到构建表面上，并且重复激光扫描过程。在许多应用中，可以设置层厚度和激光器功率密度，以提供底层的部分再熔化和连续层的熔融。多次重复层索引和扫描，直到制造出所期望的三维形状。
发明内容
在一些实施方式中，增材制造系统包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成产生多个激光以在构建表面上形成多个激光光斑；多个透镜阵列，所述多个透镜阵列被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸；以及至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距。
在一些实施方式中，增材制造系统包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成在构建表面上产生多个激光光斑；以及光学组件，该光学组件被配置成独立地控制构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸和多个激光光斑之间的间距。
在一些实施方式中，在增材制造系统中控制多个激光束的方法包括：发射多个激光束以在构建表面上形成多个激光光斑；独立地调整多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸；以及独立地调整多个激光光斑之间的间距。
应当理解的是，由于本公开内容在这方面不受限制，因此上述构思以及下面讨论的另外构思可以以任何合适的组合布置。此外，当结合附图考虑时，本公开内容的其他优点和新颖特征将根据对各种非限制性实施方式的以下详细描述变得明显。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以通过相似的标记来表示。为了清楚起见，不是每个部件都可以在每个附图中被标示。在附图中：
图1描绘了增材制造系统的一个实施方式；
图2描绘了增材制造系统的光学组件的一个实施方式；
图3A描绘了图2的光学组件，突出显示了不同的激光束截面；
图3B示出了图3A中指示的截面3B-3B处的激光束的截面尺寸和间距；
图3C示出了图3A中指示的截面3C-3C处的激光束的截面尺寸和间距；
图3D示出了在图3A中指示的截面3D-3D处的激光束的截面尺寸和间距；
图3E示出了直线阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
图3F示出了矩形阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
图3G示出了错位阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
图4描绘了具有光学器件的连续调整的微型光学组件的一个实施方式；
图5A描绘了在第一布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
图5B描绘了在第二布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
图5C描绘了在第三布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
图6描绘了宏观光学组件的一个实施方式；
图7描绘了具有光学器件的连续调整的宏观光学组件的一个实施方式；以及
图8描绘了具有光学器件的不连续调整的宏观光学组件的一个实施方式。
具体实施方式
在一些增材制造过程诸如粉末床熔融过程中，可能存在与控制多个不同打印参数的能力相关联的益处。例如，通常，不同的材料和/或构建的几何体可能受益于不同的加工轮廓。因此，改变由一个或更多个激光器向构建的一部分传送的功率密度和/或具有对激光平移速度和/或角度的控制可以实现允许在广泛范围的材料中制造复杂和/或精细的几何体的控制水平。
被配置成执行粉床熔融过程的一些增材制造机器可以包括多个单独的激光能量源和多个单独的激光束。在一些情况下，多激光器系统可以能够激活或停用单个激光器。一些多激光器系统可以使用户将来自所有激光器的功率作为单个参数来控制，对来自每个激光器的功率进行同时调整。一些多激光器系统可以实现对于每个单独的激光器的独立功率控制。选择性地打开或关闭单个激光器以及在一些情况下选择性地调整由每个单独的激光器传送的功率的能力可以实现某些打印功能。然而，对打印参数的甚至更好的控制可能是期望的。
本发明人已经认识并理解的是，在多激光器增材制造系统中独立控制构建表面上的激光束光斑的尺寸和间距二者的能力可能与某些益处相关联。通常，对激光束光斑的尺寸以及独立的激光束光斑之间的间距二者的选择性控制可能与对打印过程的更好控制相关联。如上所述，增材制造中使用的不同材料可以在许多方面不同，并且打印参数也可以被相应地调整。例如，仅举可能与打印过程有关的几个材料属性，不同的材料可以具有不同的熔化温度、不同的熔化热和/或不同的导电性。对激光束光斑尺寸和间距的独立控制可以扩展操作过程的窗口，这可以允许调整先前可能已被限制的其他参数。对打印参数的增加的控制可以实现非同质材料的加工以及/或者实现多材料打印。
在一些实施方式中，具有对激光束光斑尺寸和间距二者的独立控制的增材制造系统可以包括具有两级的光学组件。第一级可以包括一个或更多个微型光学组件，以及第二级可以包括一个或更多个宏观光学组件。每个微型光学组件可以被配置成调整单个激光束的尺寸，并且每个激光束可以与单独的微型光学组件相关联。微型光学组件的输出可以被馈送至一个或更多个宏观光学组件(并且在一些情况下，单个宏观光学组件)中。宏观光学组件可以被配置成调整每个单独激光束的尺寸以及不同激光束之间的间距二者。在两个变量(即，光束尺寸和光束间距)和两个控制输入(即，对微型光学组件和宏观光学组件的控制)的情况下，光学组件的第一级和第二级可以被协同地调整，以实现对光束尺寸和光束间距的独立控制。
本发明人已经认识并理解的是，具有不同级的光学组件可以与许多优点相关联。这样的系统可以被配置成适应大范围的输入激光功率，从小至50W至大至1kW或更大。此外，多级光学组件可以被配置成跨大量的单独激光器扩展，可能得到具有成千上万个单独激光器的阵列。在微型光学组件、宏观光学组件以及单独激光器功率的同时调整的情况下，用户可以独立地调整光束强度、光束光斑尺寸以及光束间距。通过这种方式，用户可以调整激光参数以更好地匹配某些材料属性和/或期望的构建几何体。
在一些实施方式中，激光束可以是单模式，而在一些实施方式中，激光可以是多模式。单模式高斯光束可以包括高斯传播行为，然而多模式光束可以包括成像行为。高斯传播可以允许光学组件在聚焦的光束废料处传送期望的光束尺寸，该光速尺寸与构建表面处的焦点的扩展深度(例如，高至1mm，至少部分地取决于构建表面处的标称光束尺寸和光束尺寸的允许变化，以及波长和其他系统属性)相关联。因此，增材制造系统的其他方面的公差可以被放松。多模式光束可以与构建表面处的期望尺寸的光束光斑像相关联，其中，焦点的深度可以由标准成像参数控制，包括但不限于数值孔径和波长，以及构建表面处的光束轮廓的允许变化。与单模式光束相比，多模式光束可以减少焦点的深度，也可以与光学部件上降低的峰值功率强度水平和/或用于将光学组件对准传送至光学组件中的较放松的公差相关联。至少部分地取决于整个增材制造系统的系统级设计参数，可以采用具有相对大的焦点深度的单模式光束或具有较小焦点深度的多模式光束。
本发明人已经理解的是，控制单独光束入射至跨光学组件的全视野的构建表面上的角度的范围的能力可能与额外的益处相关联。在不希望受到理论约束的情况下，入射角度越接近远心(即，主要射线至跨全视野的构建表面上的法向入射)，至少部分地由于减少的反余弦误差，构建表面上的光斑尺寸可以越均匀。此外，远心可能与在从光学组件至构建表面的焦点距离变化时构建表面处单独光束的分离的可忽略的变化相关联，这可能与增材制造系统的其他方面的潜在放松的公差相关联。在不希望受到理论约束的情况下，在入射角度的范围太大的情况下，光束分离变化可以是焦点的有效深度而不是在构建表面处的光束尺寸的变化的不可忽略的驱动。
本发明人另外理解的是，将光学组件分离成两个子组件可以具有许多优点。在一些实施方式中，单独光束的特性和公差可以主要由微型光学组件控制，然而在全视野上的性能可以主要由宏观光学组件控制。具体地，单独光束参数(例如，光束尺寸、光束轮廓和/或净孔径(使有限孔径衍射效应最小化))的期望标称值和允许的变化可以对微型光学组件的方案和公差有影响，然而跨全视野的期望属性和允许的变化(例如，放大率、工作距离、分辨率、失真、场曲率、球差、斯特勒比率和/或远心率)可以对宏观光学组件的方案和公差有影响。例如，过大的失真可能与跨视野的相邻光束的分离的不期望的变化相关联。微型光学组件和宏观光学组件的分离可以与关于简化组合全光学组件的光学和光学机械设计，以及降低制造、装配和批量生产的成本和复杂性的益处相关联。
在一些实施方式中，单独光束可以经由光纤或其他类似部件传送至光学组件。在高光学功率水平下，可以在光纤的高数值孔径包层中传播的总功率的甚至相对小的部分可以与传播至光学组件中的高发散杂散光功率相关联。提出的实现方法可以在这种杂散光传播至宏观光学组件中之前将其从微型光学组件内去除。相反地，宏观光学组件可以包括多个透镜元件，多个透镜元件中的每一个可以包括抗反射涂层。即便如此，总系统功率的一些部分可以从每个宏观透镜表面向后反射至光学组件中。提出的实现方法可以在这种反射的杂散光向后传播至微型光学组件中之前将其从宏观光学组件内去除。
在一些实施方式中，增材制造系统可以包括构建表面和被配置成产生多个激光的多个激光能量源。多个激光可以被配置成在构建表面上形成多个激光光斑。增材制造系统还可以包括被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸的多个透镜，所述多个透镜可以是一个或更多个透镜阵列或微透镜阵列的形式。因此，相关联的透镜或透镜阵列之间的间距可以是可调节的，以控制每个激光通过相对应的光学器件时的尺寸。在使用阵列的情况下，调整阵列之间的间距可以同时调整与透镜阵列或微透镜阵列相关联的每个激光束的尺寸。如下面更详细地说明，多个透镜阵列可以与一个或更多个微型光学组件相关联。增材制造系统还可以包括被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距的至少一个透镜。如下面更详细地说明，所述至少一个透镜可与宏观光学组件相关联。在一些实施方式中，所述至少一个透镜可以包括单个透镜、多个透镜和/或透镜阵列。因此，在一些实施方式中，增材制造系统可以包括光学组件，该光学组件被配置成独立地控制构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸和多个激光光斑之间的间距。具体地，鉴于上述情况，光学组件可以包括被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸的多个透镜阵列，以及被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距的至少一个透镜。
根据实施方式，用于控制由多个激光源发射的激光束的尺寸的单独的微型光学组件可以是不同的、单独控制的部件，或者它们可以被耦接，使得单独的微型光学组件可以被一起控制。在使用单独的微型光学组件的情况下，每个组件可以是单独可调节的，使得每个激光束的尺寸是单独可控制的。然而，如上所述，在一些实施方式中，特定的微型光学组件的一个或更多个部分可以在结构上和/或功能上与一个或更多个其他微型光学组件的一个或更多个部分耦接。例如，微型光学组件可以与多个光学耦接的透镜阵列或微透镜阵列相对应，其中，调整不同阵列之间的间距可以控制与透镜阵列的各个透镜光学耦接的每个激光束的尺寸。因此，在一些实施方式中，可以使用组合的微型光学组件同时调整每个激光束的尺寸，其中，每个激光与一起控制的透镜阵列中包含的各组透镜相关联。
如上所述，在一些实施方式中，不同的微型光学组件的相应透镜可以被组合在单个透镜阵列中。也就是说，单个透镜阵列可以包括多个透镜，使得透镜阵列的每个透镜可以与不同的微型光学组件相关联。例如，单个微型光学组件可以包括m个透镜，以及光学组件的第一级可以包括n个微型光学组件。在一些实施方式中，每个微型光学组件的每个透镜可以是独立且不同的。在一些实施方式中，来自不同微型组件的相对应透镜可以被耦接。相应地，光学组件的第一级可以包括m个透镜阵列，其中，每个透镜阵列包括n个不同的透镜。如下面更详细地说明，调整透镜阵列的位置可以与调整所有激光束的尺寸和/或所有激光束的焦平面相关联。然而，也考虑将单个透镜阵列用于增材制造系统的微型光学组件的实施方式。
应当理解的是，术语“透镜”和“透镜阵列”不应当该被理解为限制性的。在一些实施方式中，术语“透镜”可以用于指微透镜，该微透镜被理解为具有小于一毫米的直径的小透镜。在一些实施方式中，包括但限于多个微透镜布置在阵列中的实施方式，微透镜的直径可以上至五毫米。类似地，在一些实施方式中，术语“透镜阵列”可以用于指微透镜阵列，该透镜阵列可以被理解为微透镜的阵列。在一些实施方式中，微透镜阵列可以包括微透镜的单片阵列或在阵列中布置的多个不同的微透镜。
在一些实施方式中，进入微型光学组件的激光束的直径可以大于或等于1微米、5微米、10微米、20微米、50微米或100微米。在一些实施方式中，进入微型光学组件的激光束的直径可以小于或等于500微米、100微米、50微米、20微米、10微米或5微米。考虑上述的组合，包括例如，在1微米和500微米之间或等于1微米和500微米的进入微型光学组件的激光束的直径。在一些实施方式中，离开微型光学组件的激光束的直径可以大于或等于10微米、50微米、100微米、200微米或500微米。在一些实施方式中，离开微型光学组件的激光束的直径可以小于1000微米、500微米、200微米、100微米或50微米。考虑上述的组合，包括例如，在10微米和1000微米之间或等于10微米和1000微米的离开微型光学组件的激光束的直径。在一些实施方式中，微型光学组件的放大系数(例如，输出光束直径与输入光束直径的比率)可以大于或等于0.1X、0.5X、1X、2X、5X、10X、20X或50X。在一些实施方式中，微型光学组件的放大系数可以小于或等于100X、50X、20X、10X、5X、2X或1X。考虑上述的组合，包括例如，在0.1X和100X之间或等于0.1X和100X的放大系数。当然，由于本公开内容在这方面不受限制，因此微型光学组件可以与除上面列出的那些之外的输入光束直径、输出光束直径和/或放大系数相关联，包括大于以及小于上述那些范围的范围。
微型光学组件的输出激光束可以聚焦或成像在距微型光学组件一端的所述多个距离处。这个距离可以基于微型光学组件内的光学器件的布置来调整。如下面更详细地说明，每个微型光学组件可以将其相对应的输出激光束聚焦在相同的距离处，使得所有的微型光学组件共享单个中间像平面。在一些实施方式中，第一级的多个透镜(或一个或更多个透镜阵列)可以被配置成将中间像平面保持在第一级的多个透镜(或一个或更多个透镜阵列)和第二级的至少一个透镜之间的固定位置处。
如上所述，在一些实施方式中，增材制造系统可以包括具有第一级和第二级的光学组件。中间像平面可以设置在光学组件的第一级和第二级之间。在一些实施方式中，光学组件的第二级可以包括宏观光学组件，该宏观光学组件被配置成调整一个或更多个激光束的尺寸和间距。宏观光学组件可以被配置成以可变的放大率将中间像平面重新成像至构建表面，同时保持恒定的工作距离。在一些实施方式中，单个宏观光学组件可以被配置成接收从多个微型光学组件输出的所有激光束，并且随后改变整个光束阵列的放大率。如下面更详细地说明，宏观光学组件可以调整整个光束阵列的放大率，同时将每个激光束聚焦在构建表面上。
在一些实施方式中，进入宏观光学组件的激光束的直径可以大于或等于10微米、50微米、100微米、200微米或500微米。在一些实施方式中，进入宏观光学组件的激光束的直径可以小于或等于1000微米、500微米、200微米、100微米或50微米。考虑上述的组合，包括例如，在10微米和1000微米之间或等于10微米和1000微米的进入宏观光学组件的激光束的直径。在一些实施方式中，离开宏观光学组件的激光束的直径可以大于或等于10微米、50微米、100微米、200微米或500微米。在一些实施方式中，离开宏观光学组件的激光束的直径可以小于1000微米、500微米、200微米、100微米或50微米。考虑上述的组合，包括例如，在10微米和1000微米之间或等于10微米和1000微米的离开宏观光学组件的激光束的直径。当然，由于本公开内容不限于这种方式，因此也可以考虑进入和离开宏观光学组件的激光束的尺寸大于以及小于上述范围。
进入宏观光学组件的激光束之间的间距至少部分地取决于相邻微型光学组件之间的间距和/或相邻激光能量源之间的间距。在一些实施方式中，进入宏观光学组件的激光束之间的间距可以大于或等于50微米、100微米、200微米、500微米或1000微米。在一些实施方式中，进入宏观光学组件的激光束之间的间距可以小于或等于5000微米、1000微米、500微米、200微米或100微米。考虑上述的组合，包括例如，在50微米和5000微米之间或等于50微米和5000微米的进入宏观光学组件的激光束之间的间距。在一些实施方式中，离开宏观光学组件的激光束的间距可以大于或等于50微米、100微米、200微米、500微米或1000微米。在一些实施方式中，离开宏观光学组件的激光束的间距可以小于5000微米、1000微米、500微米、200微米或100微米。考虑上述的组合，包括例如，在50微米和5000微米之间或等于50微米和5000微米的离开宏观光学组件的激光束的间距。然而，也考虑进入或离开具有间距的宏观光学组件的激光束的间距大于以及小于上述那些的实施方式。
在一些实施方式中，宏观光学组件的放大系数(例如，输出光束直径与输入光束直径的比率，或输出光束间距与输入光束间距的比率)可以大于或等于0.1X、0.25X、0.5X、1X、2X或5X。在一些实施方式中，宏观光学组件的放大系数可以小于或等于10X、5X、2X、1X、0.5X或0.25X。考虑上述范围的组合，包括例如，放大系数或间距比率可以在0.1X和10X之间或等于0.1X和10X。当然，由于本公开内容在这方面不受限制，因此宏观光学组件可以与除上面列出的那些之外的输入光束直径、输出光束直径和或放大系数相关联。
在一些实施方式中，微型光学组件可以包括多个不同的光学部件，该光学部件包括，例如，被配置成调整光学参数的微透镜、微透镜小片、微透镜阵列(即，透镜小片阵列)、过滤器、棱镜、镜以及或任何其他光学部件。在一些实施方式中，微型光学组件可以包括至少三个透镜，三个透镜中的至少两个之间具有可变的间距。在一些实施方式中，微型光学组件可以包括至少三个透镜，三个透镜中的任何两个之间具有可变的间距。例如，第二透镜和第三透镜的位置可以相对于第一透镜，以及相对于彼此是可调整的。在一些实施方式中，第一透镜可以被配置成使进入微型光学组件的激光束准直。在一些实施方式中，第一透镜可以包括交叉圆柱体透镜、交叉鲍威尔透镜、交叉圆柱体透镜阵列、交叉鲍威尔透镜阵列、与圆柱体透镜阵列交叉的圆柱体透镜、与鲍威尔透镜阵列交叉的鲍威尔透镜、球面透镜、非球面透镜、球面透镜阵列、非球面透镜阵列，或任何其他合适的透镜和/或透镜的组合。在一些实施方式中，第二透镜和第三透镜可以形成双重透镜。在一些实施方式中，第二透镜和/或第三透镜可以包括交叉圆柱体透镜、交叉鲍威尔透镜、交叉圆柱体透镜阵列、交叉鲍威尔透镜阵列、与圆柱体透镜阵列交叉的圆柱体透镜、与鲍威尔透镜阵列交叉的鲍威尔透镜、球面透镜、球面透镜阵列、非球面透镜阵列或任何其他合适的透镜和/或透镜的组合。在一些实施方式中，微型光学组件的每个透镜可以物理上相同，并且透镜之间的仅相对位置可以改变。
微型光学组件的透镜之间的相对距离可以控制输出光束尺寸和至微型光学组件的焦平面(或像平面)的距离。在一些实施方式中，调整第二透镜和第三透镜之间的距离可以调整输出激光束的尺寸。也就是说，在一些实施方式中，调整第二透镜和第三透镜之间的距离可以调整微型光学组件的放大系数。在一些实施方式中，调整第一透镜和第二透镜之间的距离可以调整至焦平面的距离。因此，调整双重透镜(即，第二透镜和第三透镜)相对于第一透镜的位置与调整双重透镜内的透镜(即第二透镜和第三透镜)之间的距离结合可以使用户保持恒定的焦平面(或像平面)，无论放大率如何。以这种方式，中间像平面的位置可以保持在微型光学组件和宏观光学组件之间的恒定位置中。
可以以任何合适的方式调整微型光学组件内的单独透镜。在一些实施方式中，一个或更多个透镜的位置和/或方向可以被调整。在一些实施方式中，透镜的位置和/或方向可以是连续可调节的，或者可以被限制于有限数目的不连续、预定的位置和/或方向。在一些实施方式中，可以使用任何合适数目的致动器和/或无源元件和/或致动器和/或无源元件的布置来自动调整透镜的位置和/或方向。致动器可以包括被配置成调整透镜的位置和/或方向的无刷电机、有刷电机、步进电机、线性平台、皮带传动、液压致动器、气动致动器、压电致动器、音圈致动器和/或任何其他合适的致动器。无源元件可以包括球轴承、滚子轴承、推力轴承、空气轴承、磁性轴承、衬套或任何其他合适的元件。在一些实施方式中，透镜的位置和/或方向可以被手动地调整。手动调整可以包括将透镜移动至导轨内的不同槽中，调整固定螺丝，安装定制的固定装置，和/或透镜的位置和/或方向的手动调整的任何其他合适的方式。
如上所述，本文中描述的各种实施方式中，来自不同的微型光学组件的透镜可以在透镜阵列中耦接。在一些实施方式中，增材制造系统可以包括多个透镜阵列。在一些实施方式中，多个透镜阵列可以包括多个小透镜阵列。在一些实施方式中，小透镜阵列(或微透镜阵列)可能是期望的，特别是在具有大量单独激光器的增材制造系统中。使用跨多个微型光学组件的共同小透镜阵列而不是使用每个微型光学组件的单独的小透镜(或透镜)，可以具有与激光束的较高密度(和/或较紧密的包装)、较少数目的致动器和/或控制元件以及整体较简单的控制策略相关联的益处。
通常，对具有单独透镜的微型光学组件的描述也适用于具有共享透镜阵列和/或共享小透镜阵列的微型光学组件。在一些实施方式中，多个透镜阵列可以包括第一透镜阵列、第二透镜阵列以及第三透镜阵列。第一透镜阵列可以被配置成使由增材制造系统的多个激光能量源发射的多个激光束准直。第二透镜阵列和第三透镜阵列形成双重透镜阵列。第一透镜阵列和双重透镜阵列之间的间距可以是可变的，以调整中间像平面的位置。第二透镜阵列和第三透镜阵列之间的间距可以是可变的，以调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。
在一些实施方式中，多个透镜阵列的至少两个透镜阵列之间的间距可以是可变的，以调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。在一些实施方式中，至少一个致动器可以被配置成控制微型光学组件的多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或相关联的宏观光学组件的至少一个透镜的位置，以提供对构建表面上的多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。可替选地，在使用光学器件的手动定位的一些实施方式中，多个槽的每个槽可以被配置成容纳多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或至少一个透镜，以将至少一个透镜阵列和/或至少一个透镜保持处于预定配置，从而提供对构建表面上的多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。
虽然关于透镜的布置和调整的上面描述是关于微型光学组件而提出，但应当理解的是，类似的讨论可以应用于宏观光学组件。在一些实施方式中，宏观光学组件被结构化成与微型光学组件在透镜的数目、布置和/或调整方面非常相似。然而，宏观光学组件可以与微型光学组件不同，因为宏观光学组件可以被配置成接收多个激光束，而微型光学组件可以被配置成接收单个激光束。当然，在一些实施方式中，宏观光学组件和微型光学组件可以在实质上具有不同数目的透镜和/或其他光学部件和/或透镜和/或其他光学部件的不同布置，和/或不同的调整机制。因此，应当理解的是，本公开内容不限于微型光学组件或宏观光学组件内的光学元件的任何特定布置和/或控制。
微型光学组件可以位于宏观光学组件的“上游”，使得从激光源发射的激光束可以在进入宏观光学组件之前进入微型光学组件。在一些实施方式中，与多个微型光学组件相关联的多个透镜阵列可以被定位成沿来自多个透镜的多个激光的光路在与宏观光学组件相关联的至少一个透镜之前。
在一些实施方式中，增材制造系统可以包括处理器。处理器可以在操作时耦接至多个激光能量源、第一致动器以及第二致动器。第一致动器可以被配置成控制增材制造系统的一个或更多个微型光学组件的至少两个透镜阵列之间的间距。第二致动器可以被配置成控制增材制造系统的微型光学组件中的至少两个透镜阵列和与宏观光学组件相关联的至少一个透镜之间的间距。处理器可以被配置成基于各种透镜阵列和/或透镜的命令相对位置和/或方向独立控制多个激光束的强度、多个激光光斑的尺寸以及多个激光光斑之间的间距。因此，处理器可以通过驱动第一致动器和/或第二致动器来控制多个激光光斑的尺寸和多个激光光斑之间的间距。
在一些实施方式中，控制增材制造系统中的多个激光束的方法可以包括：发射多个激光束以在构建表面上形成多个激光光斑；独立调整多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸；以及独立调整多个激光光斑之间的间距。在一些实施方式中，方法可以包括使用多个激光束熔化设置在构建表面上的材料以及/或者将多个激光束跨构建表面平移。
在一些实施方式中，独立调整多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸可以包括调整多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列的位置。如上所讨论，透镜阵列可以与一个或更多个微型光学组件相关联。调整至少一个透镜阵列的位置可以包括：驱动在操作时耦接至所述至少一个透镜阵列的致动器以及/或者将所述至少一个透镜阵列设置在被配置成将所述至少一个透镜阵列保持处于预定配置的槽或其他固定装置中。相应地，如上所讨论，独立调整多个激光光斑之间的间距可以包括调整宏观光学组件的至少一个透镜的位置。调整所述至少一个透镜的位置可以包括驱动在操作时耦接至所述至少一个透镜的致动器以及/或者将所述至少一个透镜设置在被配置成使所述至少一个透镜保持处于预定配置的槽或其他固定装置中。
在一些实施方式中，增材制造系统可以包括布置在阵列中的一个或更多个激光束。阵列可以包括线阵列、矩形阵列、错位阵列、六边形阵列或任何其他适当的阵列布置。阵列可以包括重复图案，重复图案可以是连续图案或不连续图案。在一些实施方式中，阵列的相邻激光束可以接触，而在其他实施方式中，相邻激光束可以被间隔开。阵列可以包括稀疏阵列或密集阵列。例如，在一些实施方式中，阵列可以包括二维密集封装阵列。阵列可以是周期性的或非周期性的。例如，在一些实施方式中，激光束的阵列可以包括激光束的半随机或完全随机分布。阵列可以是对称的或不对称的。在一些实施方式中，增材制造系统可以包括没有以阵列布置的多个激光束。因此，由应当理解的是，于本公开内容在这方面不受限制，因此增材制造系统可以包括以任何合适的布置设置的任何合适数目的激光束。
转向附图，进一步详细描述了具体的非限制性实施方式。由于本公开内容不限于仅本文中所描述的具体实施方式，因此应当理解的是，相对于这些实施方式所描述的各种系统、部件、特征以及方法可以单独和/或以任何期望组合使用。
图1描绘了增材制造系统100的一个实施方式。增材制造系统100可以包括构建表面102和激光器组件104。构建表面102可以包括可以在其上对零件或零件的部分进行增材制造的构建板、打印零件的部分，或任何其他表面。激光器组件104可以包括光学组件110，该光学组件110被配置成发射一个或更多个激光束106。增材制造系统100可以另外包括处理器108，该处理器108可以包括被配置成存储执行本文中描述的方法的处理器可执行指令的相关联存储器。处理器108可以在操作时耦接至激光器组件104以及其中的任何部件，包括但不限于光学组件110和/或激光束106的源。
图2描绘了增材制造系统的激光器组件104的光学组件110的一个实施方式。光学组件110可以包括第一级112和第二级113。第一级112可以包括多个微型光学组件，诸如微型光学组件120a和120b。第二级113可以包括宏观光学组件130。多个激光源，诸如激光源116a和116b，可以耦接至光学组件110。应当理解的是，激光源可以以任何合适的方式耦接至光学组件，包括但不限于任何适当数目的光纤和/或其他光学元件的使用。由激光源116发射的激光束106可以通过至少一个微型光学组件120和宏观光学组件130。在一些实施方式中，每个激光源116可以与专用微型光学组件120相关联，使得从特定激光源116发射的激光束可以与特定的微型光学组件120相关联。例如，激光束106a可以从激光源116a发射，并通过光学耦接的微型光学组件120a，而激光束106b可以从激光源116b发射，并通过单独的光学耦接的微型光学组件120b。无论微型光学组件120的数目和/或布置如何，每个激光束可以与宏观光学组件130相关联。例如，在图2的实施方式中，描绘了五个单独的激光源116，以及五个单独的微型光学组件120，和单个宏观光学组件130。
虽然图中已经描绘了独立的微型光学组件，但在一些实施方式中，一个微型光学组件的部件可以与另一微型光学组件的部件耦接。在一个这样的实施方式中，一个或更多个透镜阵列(或小透镜阵列)可以横跨多个微型光学组件。例如，考虑具有五个微型光学组件的光学组件的第一级，光学组件中的每一个包括三个透镜。在一个实施方式中，每个微型光学组件可以是完全独立的，以及第一级可以包括十五个独立的透镜。在一个实施方式中，不同的微型光学组件的相对应透镜可以被耦接，诸如在透镜阵列中，使得第一级可以只包括三个透镜阵列，每个透镜阵列可以包括五个透镜。后者的配置可以具有与在小空间内紧密包装大量激光器和/或对不同激光器的组合的微型光学组件的透镜位置的简化控制有关的某些优点。
图3A描绘了图2的激光器组件104，突出显示了具有不同激光束截面的区域。这些截面在图3B至图3D中示出。在激光束106离开其相应激光源116之后但在激光束106进入其相应微型光学组件120之前的位置处截取截面3B-3B。在激光束106离开其相应微型光学组件120之后但在激光束106进入宏观光学组件130之前的位置处截取截面3C-3C。在一些实施方式中，截面3C-3C也可与中间像平面128相关联。在激光束106离开宏观光学组件130之后的位置处截取截面3D-3D。在一些实施方式中，截面3D-3D可以另外代表构建表面102上的激光束光斑图案。
图3B示出了在激光束进入微型光学组件120之前的在图3A中所指示的截面3B-3B处的激光束的截面尺寸和间距。在这一点处，每个激光束可以具有直径DB，并且可以与相邻的激光束间隔SB的距离。在不希望受到理论约束的情况下，截面3B-3B处的激光束的尺寸和/或间距可以至少部分地取决于激光源和/或任何介入的光学部件(包括但不限于光纤)的尺寸和/或间距。
图3C示出了在激光束离开微型光学组件120之后但在激光束进入宏观光学组件130之前的图3A中所指示的截面3C-3C处的激光束的截面尺寸和间距。在这一点处，每个激光束可以具有直径DC，并且可以与相邻的激光束间隔SC的距离。根据微型光学组件120内的光学元件的布置，离开微型光学组件120之后的每个光束的直径可以大于、小于或等于进入微型光学组件120之前的每个光束的直径。也就是说，在一些实施方式中，DC>DB，在一些实施方式中，DC<DB，以及在一些实施方式中，DC＝DB。
因为每个微型光学组件120可以仅改变与单个激光束相关联的参数，与多个不同光束之间的关系相关的参数可以不受影响。例如，离开微型光学组件120之后的光束之间的间距可以基本上等于进入微型光学组件120之前的光束之间的间距。也就是说，在一些实施方式中，SC可以基本上等于SB。
图3D示出了在激光束离开宏观光学组件130之后的图3A中所指示的截面3D-3D处的激光束的截面尺寸和间距。在一些实施方式中，激光束在截面3D-3D处的截面尺寸和间距可以基本上等于构建表面102上的激光束光斑的尺寸和间距。在截面3D-3D处，每个激光束可以具有直径DD，并且可以与相邻的激光束间隔SD的距离。根据宏观光学组件130内的光学元件的布置，离开宏观光学组件130之后的每个光束的直径可以大于、小于或等于进入宏观光学组件130之前的每个光束的直径。也就是说，在一些实施方式中DD>DC，在一些实施方式中DD<DC，以及在一些实施方式中DD＝DC。
因为宏观光学组件130可以改变与同时进入宏观光学组件的所有激光束相关联的参数，除与单个光束相关的参数之外，与多个不同光束之间的关系相关的参数也可以被影响。例如，离开宏光学组件130之后的激光束之间的间距可以大于、小于或等于进入宏光学组件130之前的激光束之间的间距。也就是说，在一些实施方式中SD>SC，在一些实施例中SD<SC，以及在一些实施方式中SD＝SC。
应当理解的是，在一些实施方式中，由于宏观光学组件导致的激光束直径的变化可以与由于宏观光学组件导致的激光束间距的变化有关。例如，在光束直径在通过宏观光学组件130之后增加的情况下，光束间距也可以增加(即，DD>DC可以意味着SD>SC)。在一些实施方式中，光束直径变化的幅度可以与光束间距变化的幅度成比例，或者可以相等。例如，在光束直径在通过宏观光学组件130之后增加两倍的情况下，光束间距也可以增加两倍(即，DD＝2*DC可以意味着SD＝2*SC)。
图3E至图3G示出了激光束的阵列的不同截面。应当理解的是，与图3B至3D相比，图3E至图3G的截面可以不与图3A中描绘的任何具体点相对应。图3E描绘了激光束的线阵列的一个实施方式。激光束的线阵列可以包括共线布置并间隔距离S的多个激光束。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，线阵列(或任何其他阵列)中的相邻激光束之间的间距可以是规则的或不规则的。图3F描绘了激光束的矩形阵列的一个实施方式。布置在矩形阵列中的激光束可以按垂直的行和列排列。相邻的列可以间隔距离Sx，并且相邻的行可以间隔距离Sy。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，矩形阵列可以包括沿任何维度的任何合适的间距。也就是说，在一些实施方式中Sx>Sy，在一些实施方式中Sx<Sy，以及在一些实施方式中Sx＝Sy。还应当理解的是，不需要相对于增材制造系统的任何部分(诸如构建板)校准矩形阵列(或任何其他阵列)的方向。然而，阵列可以设置在任何合适的方向。图3G描绘了激光束的错位阵列的一个实施方式。在错位阵列中，激光束的相邻行可以交错。相邻的激光束可以间隔距离Sx，以及相邻行可以间隔距离Sy。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，错位阵列可以沿任何维度具有任何合适的间距。也就是说，在一些实施方式中Sx>Sy，在一些实施方式中Sx<Sy，以及在一些实施方式中Sx＝Sy。虽然已经描述了激光束的具体阵列和布置的实施方式，但应当理解的是，本公开内容不限于激光束的任何具体布置。
图4描绘了具有在其中包含的光学器件的可连续调整的微型光学组件120的一个实施方式。在该实施方式中，第一微透镜阵列123、第二微透镜阵列125以及第三微透镜阵列127的位置可以相对于彼此是可调整的。例如，第一微透镜阵列123的位置可以使用被配置成沿第一轨道168移动微透镜阵列123的第一部分的致动器162以及被配置成允许沿第二轨道169移动微透镜阵列123的第二部分的无源部件163来调整。当然，其他可调整的透镜可以与被配置成实现运动的其他部件相关联。例如，第二微透镜阵列125可以与致动器164和/或无源部件165相关联，以及第三微透镜阵列127可以与致动器166和/或无源部件167相关联。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，具有光学元件的连续调整的微型光学组件120可以包括光学元件的自动和/或手动调整。致动器可以包括被配置成调整微透镜阵列的位置和/或方向的无刷电机、有刷电机、步进电机、线性平台、皮带传动、液压致动器、气动致动器、压电致动器和/或任何其他合适的致动器。无源元件可以包括球轴承、滚子轴承、推力轴承、衬套或任何其他合适的元件。在一些实施方式中，微透镜阵列的位置和/或方向可以被手动地调整。手动调整可以包括沿导轨调整一个或更多个透镜的位置，调整固定螺钉，和/或本领域已知的微透镜阵列的手动调整的任何其他合适方式。由于本公开内容不限于光学器件的连续调整，因此应当理解的是，微型光学组件也可以包括光学器件的不连续调整。此外，由于本公开内容关于微透镜或微透镜阵列的一部分的曲率不受限制，因此应当理解的是，微透镜阵列可以包括凸面、凹面和/或平面。
图5A至图5C描绘了具有不同布置的光学元件的微型光学组件120的一个实施方式。考虑到图5A，微型光学组件120a可以包括第一透镜122a、第二透镜124a以及第三透镜126a。如先前所述，这些透镜可以是微透镜和/或单独的微透镜阵列的相关联部分。应当理解的是，在图5B和图5C中类似微型光学组件120b和120c可以分别具有类似的部件，但应当理解的是，为了清楚起见，这些部件在图5B和图5C中没有被标示。
参照图5A，第一透镜122a可以被配置成使进入微型光学组件120a的激光束准直。在一些实施方式中，第一透镜可以是十字圆筒透镜。第二透镜124a和第三透镜126a可以共同地形成双重透镜。在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜以及第三透镜中的每一个的位置可以是可调整的。在一些实施方式中，第一透镜的位置可以被固定，并且第二透镜和第三透镜的位置可以是可调整的。如下面说明的，不管哪些透镜可以保持固定以及哪些透镜可以是可调整的，第一透镜和第二透镜之间的距离、第二透镜和第三透镜之间的距离和/或第一透镜和第三透镜之间的距离可以是可变的。
考虑图5B或图5C，各种尺寸被标示。参照图5B，第一透镜和第二透镜之间的距离被表示成L1b，第二透镜和第三透镜之间的距离被表示成L2b，以及第一透镜和中间像平面128b之间的距离被表示成L3b。图5C被类似地标示。应当理解的是，图5A中的类似微型光学组件120a可以具有类似的尺寸，但应当理解的是，为了清楚起见，这些尺寸在图5A中没有被标示。
参照图5B，第二透镜124和第三透镜126之间的距离L2b(即，双重透镜的两个透镜之间的间距)可以控制激光束的放大率。在不希望受到理论约束的情况下，第二透镜124和第三透镜126之间的较大间距可以与较小的放大率相关联，而第二透镜124和第三透镜126之间的较小间距可以与较大的放大率相关联。第一透镜122和第二透镜124之间的距离L1b可以被调整以控制至中间像平面128b的距离L3b。在不希望受到理论约束的情况下，对于任何距离L2b(在某些范围内)，距离L1b可以被调整，使得距离L3b保持恒定。至少部分地基于双重透镜的两个透镜之间的间距调整双重透镜与第一透镜的距离可以允许微透镜阵列的光学器件保持聚焦在中间像平面128b上(即，至少部分地基于L2b来调整L1b可以保持L3b恒定)。例如，在所描绘的实施方式中，在第一透镜保持固定的情况下，可以在第一透镜和中间像平面之间保持恒定的距离L3b和L3c。因此，无论微型光学组件120中的放大率的程度如何，都可以保持单个中间像平面128。也就是说，不同的微型光学组件120可以具有不同的放大率，但可以在恒定的位置处保持相同的中间像平面128。换句话说，系统的一个或更多个微型光学组件可以被控制，使得一个或更多个微型光学组件120的放大率可以被调整，而无需调整中间像平面128的位置。
图6描绘了可以包括第一透镜132、第二透镜134以及第三透镜136的微型光学组件130的一个实施方式。在一些实施方式中，第一透镜132可以是十字圆筒透镜。第二透镜134和第三透镜136可以共同形成双重透镜。在一些实施方式中，微型光学组件130可以包括额外的透镜，诸如第一透镜132之前的一个或更多个透镜138，和/或第三透镜136之后的一个或更多个透镜140。如参照图7和图8更详细地说明，在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜以及第三透镜中的每一个的位置可以是可调整的。如上所述，宏观光学组件130可以被配置成调整单个激光束106的尺寸以及从多个微型光学组件120输出的多个激光束106之间的间距，同时保持激光束106聚焦在构建表面102上。也就是说，宏观光学组件130可以被配置成以可变的放大率将中间像平面128重新成像至构建表面102，同时保持恒定的工作距离。
在一些实施方式中，激光束106a可以包括功率点107a。由于本公开内容在这方面不受限制，因此激光束106a的功率点107a可以设置在任何合适的位置。在一些实施方式中，功率点107a可以设置成接近构建表面102。在一些实施方式中，功率点107a可以设置在宏观光学组件130的第一透镜132和第二透镜134之间。在一些实施方式中，功率点可以与多个激光束的交叉点109不同。在不希望受到理论约束的情况下，功率点107a的位置可以是微型光学组件120和宏观光学组件130二者的布置的函数，然而交叉点109的位置可以是宏观光学组件130的布置的函数。在一些实施方式中，交叉点109可以接近功率点107，而在一些实施方式中，交叉点109可以远离功率点107。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应理解的是，交叉点109可以位于沿光路任何合适的位置。当然，由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，在一些实施方式中，交叉点109和功率点107可以设置在相同位置处。
图7描绘了具有光学器件的连续调整的宏观光学组件130的一个实施方式。在该实施方式中，第一透镜132、第二透镜134以及第三透镜136的位置可以是可调整的。例如，可以使用被配置成沿第一轨道148移动透镜132的第一部分的致动器142和被配置成允许沿第二轨道149移动透镜132的第二部分的无源部件143来调整第一透镜132的位置。当然，其他可调整的透镜可以与被配置成实现运动的其他部件相关联。例如，第二透镜134可以与致动器144和/或无源部件145相关联，以及第三透镜136可以与致动器146和/或无源部件147相关联。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，具有光学元件的连续调整的宏观光学组件130可以包括光学元件的自动和/或手动调整。致动器可以包括被配置成调整透镜的位置和/或方向的无刷电机、有刷电机、步进电机、线性平台、皮带传动、液压致动器、气动致动器、压电致动器和/或任何其他合适的致动器。无源元件可以包括球轴承、滚子轴承、推力轴承、衬套或任何其他合适的元件。在一些实施方式中，透镜的位置和/或方向可以被手动地调整。手动调整可以包括沿导轨调整一个或更多个透镜的位置，调整固定螺钉，和/或本领域已知的透镜的手动调整的任何其他合适的方式。
图8描绘了具有光学器件的不连续调整的宏观光学组件130的一个实施方式。在该实施方式中，第一透镜132、第二透镜134以及第三透镜136的位置可以是可调整的。例如，可以通过在被配置成保留第一透镜132的一个或更多个导向器150的槽152之间移动透镜来调整第一透镜132的位置。当然，其他可调整的透镜可以被配置成与导向器150的槽152或能够在操作期间将透镜或其他光学部件保持在期望的方向和/或配置中的任何其他适当固定装置相交互。由于本公开内容在这方面不受限制，因此应当理解的是，具有光学元件的不连续调整的宏观光学组件130可以包括光学元件的自动和/或手动调整。
虽然已经结合各种实施方式和示例对本教导进行了描述，但并不旨在将本教导限于这样的实施方式或示例。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包括各种替代方案、修改以及等同物。因此，上述描述和附图仅是示例性的。
本文中描述的技术的上述实施方式可以以许多方式中的任一种来实现。例如，实施方式可以使用硬件、软件或其组合来实现。当以软件实现时，软件代码可以在无论在单个计算设备中设置的还是在多个计算设备中分布的任何合适的处理器或处理器的集合上执行。这样的处理器可以被实现为集成电路，集成电路部件中具有一个或更多个处理器，集成电路部件包括本领域中已知的商用集成电路部件，诸如CPU芯片、GPU芯片、微处理器、微控制器或协处理器。可替选地，处理器可以在诸如ASIC的定制电路，或通过配置可编程逻辑设备产生的半定制电路中实现。作为另一替选方案，处理器可以是较大的电路或半导体设备的一部分，无论是商用的、半定制的或定制的。作为具体示例，一些商用的微处理器具有多个核使得那些核中的一个或子集可以构成处理器。但是，可以以任何合适格式使用电路来实现处理器。
此外，应当理解，计算设备可以以多种形式中的任何形式——诸如机架型计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机——来实施。此外，计算设备可以被嵌入在通常不被视为计算设备但具有合适处理能力的设备中，包括个人数字助理(PDA)、智能手机、平板电脑或任何其他合适的便携式或固定式电子设备。
此外，计算设备可以具有一个或更多个输入设备和输出设备。这些设备可以用于呈现用户界面等。可以用于提供用户界面的输出设备的示例包括用于输出的视觉呈现的显示屏幕和用于输出的声音呈现的扬声器或其他声音生成设备。可以用于用户界面的输入设备的示例包括键盘、单个按钮以及指示设备诸如鼠标、触摸板以及数字化平板。作为另一示例，计算设备可以通过语音识别或其他听觉格式接收输入信息。
这样的计算设备可以以任何合适的形式通过一个或更多个网络(包括如局域网或广域网，诸如企业网络或互联网)而互连。这样的网络可以基于任何合适的技术，并且可以根据任何合适的协议进行操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
此外，本文中概述的各种方法或过程可以被编码为软件，该软件可以在采用各种操作系统或平台中的任何一个的一个或更多个处理器上执行。此外，这样的软件可以使用许多合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可以被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。
在这方面中，本文中描述的实施方式可以被实施为编码有一个或更多个程序的计算机可读存储介质(或多个计算机可读介质)(例如，计算机存储器、一个或更多个软盘、致密盘(CD)、光盘、数字视频光盘(DVD)、磁带、闪存、RAM、ROM、EEPROM、现场可编程门阵列或其他半导体设备中的电路配置或其他有形计算机存储介质)，所述一个或更多个程序在一个或更多个计算机或其他处理器上执行时，执行实现以上讨论的各种实施方式的方法。如从前述示例中明显的是，计算机可读存储介质可以保留信息达足够时间以以非暂态形式提供计算机可执行指令。这样的一个或多个计算机可读存储介质可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载至一个或更多个不同的计算设备或其他处理器上，以实现如上讨论的本公开内容的各个方面。如本文中所使用的，术语“计算机可读存储介质”仅包括可以被认为成制造品(即，制造的物品)或机器的非暂态计算机可读介质。可替选地或另外地，本公开内容可以被实施为除计算机可读存储介质之外的计算机可读介质，诸如传播信号。
计算机可执行指令可以是许多形式，诸如由一个或更多个计算机或其他设备执行的程序模块。一般，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常，程序模块的功能可以根据需要在各种实施方式中被组合或分布。
本公开内容的各方面可以单独、组合或以前面描述的实施方式中未具体讨论的各种布置使用，并且因此在其应用中不限于前面描述中阐述的或附图中示出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。
本文中描述的实施方式可以被实施为已提供成示例的方法。作为方法的一部分执行的行为可以以任何合适的方式排序。因此，可以构建以与图示的顺序不同的顺序执行行为的实施方式，这可以包括同时执行一些行为，即使在说明性实施方式中示出为顺序行为。
此外，一些行为被描述为由“用户”采取。应当理解的是，“用户”不一定是单个个体，以及在一些实施方式中，归属于“用户”的行为可以由个体的团队和/或个体与计算机辅助工具或其他机制组合来执行。

Claims (30)

1.一种增材制造系统，包括：
构建表面；
多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成产生多个激光以在所述构建表面上形成多个激光光斑；
多个透镜阵列，其中，所述多个透镜阵列被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑中的每一个的尺寸；以及
至少一个透镜，其中，所述至少一个透镜被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑之间的间距。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述至少一个透镜包括多个透镜。
3.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，调整所述至少一个透镜的位置是调整焦平面的位置。
4.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括至少一个致动器，所述至少一个致动器被配置成控制所述多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜的位置，以提供对所述构建表面上的所述多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。
5.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括多个槽，每个槽被配置成容纳所述多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜，以将所述至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜保持处于预定配置，从而提供对所述构建表面上的多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。
6.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列中的至少两个透镜阵列之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。
7.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列被配置成将中间像平面保持在所述多个透镜阵列和所述至少一个透镜之间的固定位置处。
8.根据权利要求2所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜中的至少两个透镜之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑之间的间距。
9.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列被定位成沿来自所述多个透镜的多个激光的光路在所述至少一个透镜之前。
10.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列是多个小透镜阵列。
11.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列包括第一透镜阵列、第二透镜阵列以及第三透镜阵列。
12.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第一透镜阵列被配置成使由所述多个激光能量源发射的多个激光束准直。
13.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第二透镜阵列和所述第三透镜阵列形成双重透镜阵列。
14.根据权利要求13所述的增材制造系统，其中，所述第一透镜阵列与所述双重透镜阵列之间的间距能够改变以调整中间像平面的位置。
15.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第二透镜阵列与所述第三透镜阵列之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。
16.一种增材制造系统，包括：
构建表面；
多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成在所述构建表面上产生多个激光光斑；以及
光学组件，所述光学组件被配置成独立地控制所述构建表面上的所述多个激光光斑中的每一个的尺寸和所述多个激光光斑之间的间距。
17.根据权利要求16所述的增材制造系统，其中，所述光学组件包括：
多个透镜阵列，其中，所述多个透镜阵列被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑中的每一个的尺寸；以及
至少一个透镜，其中，所述至少一个透镜被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑之间的间距。
18.根据权利要求17所述的增材制造系统，还包括第一致动器，所述第一致动器被配置成控制所述多个透镜阵列中的至少两个透镜阵列之间的间距。
19.根据权利要求18所述的增材制造系统，还包括第二致动器，所述第二致动器被配置成控制所述至少一个透镜中的至少两个透镜之间的间距。
20.根据权利要求19所述的增材制造系统，还包括在操作时耦接至所述多个激光能量源、所述第一致动器以及所述第二致动器的处理器，并且其中，所述处理器被配置成独立地控制多个激光束的强度、所述多个激光光斑的尺寸以及所述多个激光光斑之间的间距。
21.根据权利要求20所述的增材制造系统，其中，所述处理器通过驱动所述第一致动器和/或所述第二致动器来控制所述多个激光光斑的尺寸和所述多个激光光斑之间的间距。
22.一种在增材制造系统中控制多个激光束的方法，所述方法包括：
发射多个激光束以在构建表面上形成多个激光光斑；
独立地调整所述多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸；以及
独立地调整所述多个激光光斑之间的间距。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括使用所述多个激光束熔化设置在所述构建表面上的材料。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述多个激光束跨所述构建表面平移。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，独立地调整所述多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸包括调整多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列的位置。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，调整所述至少一个透镜阵列的位置包括驱动在操作时耦接至所述至少一个透镜阵列的致动器。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，调整所述至少一个透镜阵列的位置包括将所述至少一个透镜阵列设置在槽中，所述槽被配置成将所述至少一个透镜阵列保持处于预定配置。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，独立地调整所述多个激光光斑之间的间距包括调整多个透镜中至少一个透镜的位置。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，调整所述至少一个透镜的位置包括驱动在操作时耦接至所述至少一个透镜的致动器。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，调整所述至少一个透镜的位置包括将所述至少一个透镜设置在槽中，所述槽被配置成使所述至少一个透镜保持处于预定配置。
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