CN117715717A - 使用光转向和/或动态波束整形进行增材制造 - Google Patents

Abstract

一种用于增材制造的装置包括将光发射到光路中的光源，该光路延伸到粉末床或用于增材制造的其它平台。控制光路中的相位调制器以呈现2D的相移图案，该2D的相移图案使光转向以在粉末床上提供光功率密度的期望图案。在一些实施例中，光路包括将光聚焦到粉末床上的小斑点中的元件以及可操作以在粉末床之上扫描该斑点的扫描仪。在一些实施例中，来自光路的光被分布在粉末床的区域之上。可以通过改变控制相位调制器的数据来更改斑点或区域内的光功率密度的图案。

Description

使用光转向和/或动态波束整形进行增材制造

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年5月7日提交且标题为“ADDITIVE MANUFACTURING USINGLIGHT STEERING AND/OR DYNAMIC BEAM SHAPING”的美国申请No.63/185429的优先权，该申请出于所有目的通过引用并入本文。就美国而言，本申请根据35U.S.C.§119要求于2021年5月7日提交且标题为“ADDITIVE MANUFACTURING USING LIGHT STEERING AND/ORDYNAMIC BEAM SHAPING”的美国申请No.63/185429的权益。

技术领域

本技术涉及增材制造(AM)。本技术的实施例可以应用于使用包括聚合物和塑料在内的大范围的材料中的任意材料的增材制造。但是，本技术在要求高温的应用中特别有用。一些实施例提供了用于制造零件(part)的方法和系统，该零件的材料要求高温以产生零件(诸如由金属、金属陶瓷(金属和陶瓷的混合物)等制成的零件)。

背景技术

增材制造是一种通过增量地添加材料以实现期望的三维形态来制造零件(在本公开中“零件”可以是任何期望的物体)的方法。增材制造与减材制造相反，减材制造从一块固体材料开始并选择性地去除材料以实现期望的三维形态。增材制造处理可以被用于生产具有从简单到非常复杂的几何形状的零件。虽然人们可以想象使用特定的增材制造技术难以或不可能制造的零件，但增材制造技术一般可以非常灵活并且能够用大范围的材料制造具有多种形态中的任意形态的零件。

一些增材制造方法逐层地形成零件。通过施加一层可流动材料(例如，粉末或液体)并通过施加光能选择性地固化可流动材料的区域或部分来制造每一层。固化的区域可以键合到前一层的固化的区域以逐层构建具有期望的3D几何形状的零件。

通常通过在层之上以光栅图案扫描激光斑点(laser spot)来施加光能，同时控制激光器将光能递送到待固化的层的区域。一般而言，固化可以通过化学过程(例如，热量引发的聚合)和/或物理过程(例如，熔化(melt)或烧结)发生。

一类增材制造应用粉末床熔融(fusion)处理。在粉末床熔融处理中，粉末材料的相继层被沉积。用聚焦的激光斑点加热每一层的所选择的区域，以使粉末的颗粒熔融在一起并熔融到相邻层的固化区域。这些层被相继图案化以形成一个或多个完整的零件，每个零件具有期望的三维形态。

粉末床熔融处理可以被用于制造大范围的材料(诸如金属、聚合物、陶瓷、金属陶瓷、玻璃等)的零件。这些层通常具有在大约0.02mm至0.15mm范围内的厚度。以下参考文献描述了应用粉末床的各种增材制造装置和方法：

·EP 2732890 A machine for making three-dimensional objects frompowdered materials(一种用粉末材料制造三维物体的机器)

·GB201711790 Photographic reconstruction procedure for powder bedfusion additive manufacturing(用于粉末床熔融增材制造的照相重构过程)

·US10518328 Additive manufacturing system and method(增材制造系统和方法)

·US20170144372 Powder-Bed-Based Additive Production Method AndInstallation For Carrying Out Said Method(基于粉末床的增材生产方法以及用于执行所述方法的设施)

·US20180207722 Additive manufacturing by spatially controlledmaterial fusion(通过空间受控的材料熔融进行增材制造)

·US20180272473 System And Method For Additively Manufacturing ByLaser Melting Of A Powder Bed(用于通过粉末床的激光熔化进行增材制造的系统和方法)

·US20190009338 Powder bed fusion apparatus and methods(粉末床熔融装置和方法)

·US20190176404 Powder delivery device and powder delivery method forproviding raw material powder to a powder application device of a powder bedfusion apparatus(用于向粉末床熔融设备的粉末施加设备提供原材料粉末的粉末递送设备和粉末递送方法)

·US20170326816 Systems and methods for volumetric powder bed fusion(用于体积粉末床熔融的系统和方法)

·US20190134746 Device for powder bed-based generative production ofmetallic components(用于金属部件的基于粉末床的生成生产的设备)

·US20190291348 Additive manufacturing power map to mitigate defects(减轻缺陷的增材制造功率图)

·US20190193160 Method for generating a component by a power-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method(用于通过基于粉末床的增材制造方法来生成部件的方法以及用在这种方法中的粉末)

·US20200016838 Powder bed fusion apparatus and methods(粉末床熔融装置和方法)

·WO201876876 Additive manufacturing method and additivemanufacturing device detecting powder bed surface distension in real-time(实时检测粉末床表面膨胀的增材制造方法及增材制造设备)

·WO201905602 Large Scale High Speed Precision Powder Bed FusionAdditive Manufacturing(大规模高速精密粉末床熔融增材制造)

·WO2019175556 Methods and apparatus for powder bed additivemanufacturing(用于粉末床增材制造的方法和装置)

·WO201981894 Powder bed fusion apparatus(粉末床熔融装置)

·WO2020072986 COORDINATED CONTROL FOR FORMING THREE-DIMENSIONALOBJECTS(用于形成三维物体的协调控制)

·WO2020222695 Process for producing a steel workpiece by additivepowder bed fusion manufacturing,and steel workpiece obtained therefrom(用于通过增材粉末床熔融制造生产钢工件的方法，以及由该方法获得的钢工件)

·WO2020234526 Device and method for additive manufacturing by laserpowder bed fusion(用于通过激光粉末床熔融进行的增材制造的设备和方法)

·WO202025949 Powder bed fusion apparatus and methods

(粉末床熔融装置和方法)

根据所使用的材料和/或粉末床中的粉末是通过熔化颗粒还是烧结颗粒来固化，已经使用不同的名称来描述粉末床熔融处理。例如：

·选择性激光熔化(SLM)，也称为激光粉末床熔融(L-PBF)，其使用高功率激光束通过熔化材料将材料的颗粒熔融在一起。

·选择性激光烧结(SLS)使用高功率激光束将诸如塑料、金属、陶瓷或无定形(玻璃)材料之类的粉末材料的颗粒熔融成具有期望的3维形状的块体。

·直接激光金属烧结(DLMS)是这样的增材制造技术，其使用高功率激光束通过烧结来熔融金属粉末的颗粒。

用于粉末床熔融的装置通常包括激光光源，该激光光源被布置为将激光束引导到光路中，该光路包括可以被控制为在粉末床之上扫描激光斑点的扫描仪。例如，如果期望，那么可以控制扫描仪以在粉末床的区域之上以平行的直线扫描激光斑点，这些线间隔得足够近以一同确保相邻线之间的所有区域可以被固化。是否使粉末颗粒在沿着其中一条线的任意点处形成固体块(例如，通过熔化或烧结)可以通过调制激光束的功率来控制。光学系统可以包括被布置为聚焦和控制激光束的扫描图案的透镜、棱镜、反射镜等的系统。

用于通过选择性激光熔化来制造零件的典型市售系统包括中至高功率光纤单模激光源，其递送在截面中具有高斯能量分布的激光束。从光学角度来看，高斯能量分布是有利的。

一种类型的扫描仪是包括一对反射镜的“电流扫描仪(galvano scanner)”，每个反射镜可以响应于电控制信号而围绕相应的轴枢转。可移动的反射镜可操作以将聚焦的激光束扫描到二维场中的任意位置。然而“galvano”是指“检流计”，它是一种类型的可以用于枢转反射镜的致动器。在本文档中，“电流扫描仪”是指具有通过任意合适的机构被驱动以改变角度的反射镜的扫描仪，并且“电流镜(galvano mirror)”是指具有由任意合适的机构控制的角度的反射镜。

电流镜的非线性行为会造成图案化中的缺陷。例如，参见Hariri A、Fatima A、Avanaki MRN(2018)A Novel Library for the Correction of a Galvo-Scanner’s Non-Linearity at High Frequencies(一种用于校正电流扫描仪高频非线性的新型库)。Res JOpt Photonics 2:2以及Buls、Sam&Craeghs、Tom&Clijsters、Stijn&Kempen、Karolien&Swevers、Jan&Kruth、Jean-Pierre。The influence of a dynamically optimizedgalvano based laser scanner on the total scan time of SLM parts(基于动态优化的检流计的激光扫描仪对SLM零件的总扫描时间的影响)。第24届国际SFF研讨会，Austin,Texas USA(2013年)。

另一种类型的扫描仪包括配备有可操作以在X和Y方向上移动激光源的马达的吊架。对于一些应用(例如，对较大的粉末床进行图案化)，此类扫描仪可能太慢。

另一种类型的扫描仪组合机动化吊架和由该吊架承载的电流扫描仪。可以操作吊架以定位电流扫描仪，从而将其扫描场定位在粉末床的不同区域之上，然后可以使用由电流扫描仪引导的光束对粉末床的不同区域进行图案化以提供特征件。这种体系架构的主要益处是提供一种成本相对低的可以制造具有期望分辨率的大型零件的机器。这种体系架构的缺点是图案化的层可能在不同区域进行图案化的界面处具有“拼接”缺陷。

通过粉末床熔融成功制造高质量零件要求在大长度和小长度尺度二者上精确控制粉末床中的温度。在粉末床要被固化的位置，温度必须充分升高以烧结、熔化或以其它方式固化粉末床。在粉末床中的其它位置，温度应当保持足够低以使粉末床不固化并且足够低以使来自粉末床的热量不会对增材制造装置造成问题。即使在粉末床中应当固化的区域中，温度也不应当太高。温度过高会造成缺陷。

粉末床中的温度会受到多个参数的影响，诸如激光功率、粉末床的预加热等。这些参数相互关联并且也取决于材料。

诸如温度、湿度、氧气水平等的环境条件也会影响通过粉末床熔融制造的零件的质量。诸如粉末流动性、维持温度的能力和粉末的可烧结性之类的因素都会受到环境条件的影响。

管理粉末床增材制造中的热量是复杂的，尤其是在高精度制造复杂零件时。如果在粉末床中应当固化的点处施加太少或太多热量，或者如果在粉末床中不应当固化的点处施加太多的热量，那么会造成缺陷。粉末床的整体温度会影响材料熔化或烧结之后冷却得有多快。冷却速率会显著影响一些材料的性能。而且，在粉末床中一个点处施加的热量将散布到相邻的点。当粉末床的材料要求高处理温度时以及当期望提高处理速度时，管理热量会是个特别的问题。

可以尝试各种方法来减少处理时间，从而可以以更高的速率制造零件。例如，可以选择允许更高处理速度的参数集。遗憾的是，大多数允许更高处理速度的参数选择也导致零件质量下降。预加热粉末床可以通过提供处理参数的附加选择来帮助实现更高的处理速度。

用于制造金属零件的大多数市售SLM 3D打印机包括加热器(例如，电阻性加热器)，该加热器被布置为在施加激光束以对粉末床的顶层进行图案化之前加热粉末床。至少部分地由于限制加热器可以定位的位置的设计约束，加热器通常不能将粉末床维持在恒定温度。跨粉末床的构建表面的粉末温度变化10℃-15℃或更多是常见的。用于使粉末床上所选择的点达到烧结或熔化温度的(一个或多个)激光束也影响粉末床的热分布曲线(profile)。

复杂金属零件的增材制造是具有显著商业价值的领域。通过粉末床熔融制造金属零件特别具有挑战性，这是因为烧结或熔化许多感兴趣的金属要求高温。达到如此高的温度的需求使得热管理特别具有挑战性。

另一个问题是，在高扫描速度下实际上无法达到足以在粉末床的区域中烧结或熔化金属的温度。因此，难以提高通过粉末床熔融技术生产金属零件的速度。仅仅通过增大激光束的功率不可能实现更高的扫描速度。在用于典型激光束能量分布曲线的高激光功率下，熔池会变得不稳定，可能形成“匙孔”缺陷和/或可能发生粉末材料的过度蒸发。这些问题中的任何问题都会导致不可接受的零件。

减少或避免由较高激光功率密度造成的问题中的一些问题的一种方式是执行波束整形以实现非高斯的波束分布曲线。替代激光束分布曲线(诸如甜甜圈、尾部和多斑点分布曲线)已被证明促进了显著的处理速度提高。但是，当前的波束整形技术具有局限性，诸如要求改变或旋转实体光学部件以更改激光源的能量分布。

减少处理时间的一种方式是添加附加的激光束。例如，通过同时使用两个激光束而不是一个激光束来扫描粉末床，可以将处理粉末床的一层所需的时间减少一半。EP 07244 94B1中公开了多波束方法。但是，增大激光器的数量会显著增大成本。

另一个问题是可以被选择以促进金属零件的高效制造的参数可能不利于为零件提供期望的冶金特性。例如，微观结构、密度和/或表面质量可能不太理想。经常，在维持整体处理效率(即，“处理窗口”)的同时诸如激光束功率、扫描速度、初始粉末床温度等之类的参数可以被调整的范围太小，以至于无法优化结果所得的零件的冶金特性。有时进行重熔是为了改进成品零件的冶金特点。

虽然增材制造领域已取得快速发展，但仍然需要用于通过增材制造─特别是通过粉末床熔融─来制造零件(特别是对于由金属制成的零件)的改进方法和装置。

发明内容

本发明具有一系列方面。这些方面包括但不限于：

·用于通过粉末床熔融进行增材制造的方法，该方法应用空间相位调制以使光转向从而选择性地加热粉末层中的不同点；

·用于进行增材制造的方法，该方法应用空间相位调制来对扫描的能量束的能量分布分布曲线执行动态整形和/或动态控制；

·组合被转向的光和扫描的波束的增材制造的方法；

·用于增材制造的装置；

·承载可执行指令的计算机程序产品，可执行指令用于控制增材制造装置和/或用于处理定义零件的数据以便为通过增材制造制造零件做准备。

本发明的广泛方面和示例实施例在附图中示出、在下面的公开中描述和/或在所附权利要求中阐述。

本发明的一个方面提供了一种用于增材制造的装置。该装置包括被构造为支撑粉末床的平台和可操作以将光束发射到延伸到粉末床的位置的光路中的光源。光路包括相位调制器，该相位调制器具有包括二维像素阵列的有源区域。像素是个别地可控制的以将相移应用于与像素交互的光。控制器被连接以配置相位调制器的像素，以将所选择的相移图案(pattern of phase shift)应用于入射在相位调制器的有源区域上的光，从而入射在粉末床的位置处的光的能量密度分布曲线至少部分地由相位调制器所应用的当前的相移图案确定。控制器可以被配置为至少部分地通过控制相位调制器来控制光束，从而例如通过烧结粉末床的顶层中的颗粒和/或熔化粉末床的顶层中的颗粒，来选择性地固化粉末床的顶层的部分。

在一些实施例中，控制器被配置为在固化之前对粉末床施加预加热和/或后加热。

本发明的另一方面提供了一种用于增材制造的装置，该装置包括被构造为支撑粉末床的平台和用于选择性地固化粉末床的系统。该系统包括以下一项或多项：

·两个或更多个扫描单元，每个扫描单元可操作以在覆盖粉末床内的全部或所选择区域的场之上扫描至少一个波束；

·一个或多个曝光单元和一个或多个扫描单元，每个单元可操作以将光引导到粉末床的区域上；以及

·两个或更多个曝光单元，每个曝光单元可操作以曝光粉末床内的全部或相应区域。

本发明的另一方面提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质承载有计算机可执行指令，计算机可执行指令在由用于增材制造的装置的控制器的数据处理器执行时使得数据处理器如本文所述的那样控制装置。

本发明的另一方面提供了增材制造的方法，包括：在包括相位调制器的光路上将来自光源的光引导至粉末床的位置；控制相位调制器将2D的相移图案应用于光，该相移使光转向到粉末床上以在粉末床上产生期望的光功率分布；以及光功率分布选择性地固化粉末床的顶层中的区域。

本发明的另一方面提供了用于零件的增材制造的方法，该方法包括：制作定义零件的计算机辅助设计(CAD)数据；处理CAD数据以产生层数据，其中层表示零件的具有一定层厚度的单个切片，并且层数据包括指示出粉末床的相应层内的应当被固化的区域的图案；确定用于一个或多个相位调制器的相位图案，对于每一层，相位图案使光转向到粉末床的应当被固化的区域；确定用于创建零件的每一层的处理参数；用第一层对粉末床进行初始化；以及重复以下步骤直至零件完成为止：取回用于当前层的相位图案并根据相位图案设置曝光单元的相位调制器；控制曝光单元以对当前层进行充分曝光，从而根据用于当前层的层数据来固化当前层中应当被固化的那些区域；以及向粉末床添加新的粉末层。

在各种实施例中，由一个或多个2D相位调制器应用于光束的2D的相移图案使得当被投射到粉末床上时的光功率分布采取期望的形态。功率分布例如可以包括在激光的扫描斑点中的功率分布或在粉末床的更大区域(直至整个粉末床)上的功率分布。功率分布可以动态地变化以实现期望的目标，诸如例如零件的明确定义的边缘、粉末床的固化的期望的均匀性或不均匀性(例如，通过烧结或熔化)。

要强调的是，本发明涉及本申请中描述、阐述和/或图示的特征的所有组合，即使这些特征件不同的权利要求中阐述、在不同的段落或句子或章节中描述或在不同的附图中图示。

附图说明

附图图示出本发明的非限制性示例实施例。

图1是根据示例实施例的增材制造装置的示意性正视截面图。

图1A是示例增材制造装置的示意图。图1B示出了用于粉末床的层的示例图案。图1C是具有多个曝光单元的示例增材制造装置的示意图。

图2是示出图1A中所示的一般类型的示例曝光系统的光学部件的平面图。

图3是图2的曝光系统的光学拆分器/组合器组件的透视图。

图4A是示例波束整形单元的示意图。图4B是图4A的波束整形单元的截面图。

图5A是示例相位调制器组件的正视图。图5B是图5A的相位调制器组件的透视图。

图6是示例光学折叠单元的透视图。

图7是实现被扫描波束的动态波束整形的示例增材制造装置的框图。

图8A是具有带固定焦距的聚焦透镜的扫描仪的示意图。图8B是具有f-θ透镜的扫描仪的示意图。图8C是具有相位调制器的扫描仪的示意图，该相位调制器具有模拟平场透镜或f-θ透镜的动态变化的相位图案。

图9A是示出会由电流扫描仪的几何形状产生的边界线的畸变的示意性图示。图9B是图9A中所示的边界线的畸变的示意图。

图10是示出如何可以校正由电流扫描仪引起的光束形状畸变的示意性图示。

图11是示出两个扫描仪单元的场之间重叠的区域的示意性图示。

图12是示例增材制造装置的光学部件的透视图。

图12A、图12B和图12C是分别图示出以下项的曲线图：示例对称高斯功率密度分布；示例甜甜圈功率密度分布；和示例高原(plateau)功率密度分布。图12D、图12E和图12F分别是图12A、图12B和图12C中描绘的功率密度分布的对应俯视图。

图13是示出具有监视光特点的传感器的示例装置的框图。

图14是示出实现组合的光转向和激光扫描的示例装置的框图。

图15是示出使用类似于图13中所示那样的装置制造零件的方法的流程图。图15A是图示示例方法中的数据流的数据流图。

图16A、图16B和图16C是使用一个或多个曝光单元对2D区域进行图案化的示例策略的示意图。

图17A、图17B和图17C是用于对2D区域进行图案化的示例策略的示意图，该策略组合利用被转向的光的曝光和利用扫描的光的曝光。

具体实施方式

贯穿以下描述，阐述了具体细节以便提供对本发明的更透彻理解。但是，本发明可以在没有这些细节的情况下实践。在其它情况下，未详细示出或描述众所周知的元件以避免不必要地混淆本发明。因而，说明书和附图应被视为说明性而非限制性的。

本发明的一个方面提供了用于增材制造的装置。此类装置可以包括以下一项或两项：

·用于将能量的图案引导到二维区域的系统；以及

·包括动态波束整形器/造型仪(profiler)的扫描系统，其是可操作的以在扫描能量束时实时改变能量束的形状和/或能量分布。

图1示出了示例增材制造装置100。装置100包括控制气氛的外壳102。在一些实施例中，外壳102被抽空或部分抽空或填充有诸如氩气或氦气之类的惰性气体或诸如氮气之类的相对非反应性气体。平台104在外壳102内部提供。平台104支撑粉末床14。平台104的垂直标高(elevation)可由升降机106调整，以将粉末床14的顶表面维持在固定标高107。

粉末施加器108可操作以将层添加到粉末床14的顶部。示出了尚未被图案化的最顶层14-1。通过穿过窗口109将光能引导到粉末床14上来使粉末床14的层图案化。

装置100包括几个光能的源。这些光能的源包括可操作以将光学辐射的2D图案投射到粉末床14的顶表面上的曝光单元16、可操作以将聚焦的光束跨粉末床14的顶表面扫描的扫描单元76、以及可操作以用光照亮粉末床14的顶表面的全部或部分的未转向的光的源110。

扫描单元76可选地支撑在吊架112上，该吊架112可操作以在一个维度或两个维度上相对于粉末床14移动扫描单元76(例如，吊架112可以是X-Y吊架)。

粉末床14的部分可以通过在粉末床14的顶表面处引导来自光源16、76和/或110的光能来固化。顶层14-1下方的粉末床14的层的先前固化的区域由115指示。

装置100包括一个或多个加热器116，加热器可操作以将热量引导到粉末床14中。控制单元118(其可以分布在两个或更多个硬件部件之间)通过数据连接(未示出)连接以控制装置100的操作以通过选择性地固化粉末床14的体积来形成零件。下面描述可以包括在装置100中的各种示例部件的进一步细节。

装置100可以以各种方式修改，例如通过以下之一或其任意组合来修改：

·可以省略曝光单元16或扫描单元76；

·可以提供更多曝光单元16和/或更多扫描单元76；

·可以省略未转向的光的源110或者可以提供更多未转向的光的源；

·可以提供诸如吊架或机器人之类的手段来相对于粉末床14移动曝光单元16；

·光源中的一些或全部可以直接安装在粉末床14上方；

·对于一些应用，外壳102可以填充有空气或反应性气体。

1：光转向宽区域照明

图1A示意性地示出了示例增材制造装置10。装置10包括支撑粉末床14的表面12。粉末施加器15可操作以在形成零件时向粉末床14添加层。

装置10包括同时将能量施加到粉末床14的二维(“2D”)区域的曝光系统16。该二维区域可以覆盖整个粉末床14或者粉末床14的其中形成特定零件的整个区域或者粉末床14的另一个二维区域。在一些实施例中，二维区域具有300mm×300mm或更大的维度。

装置10可以被操作以通过顺序地处理粉末床14的层来制造具有既定形状的一个或多个零件。用于每一层的计划可以指定要固化的粉末床的某些区域或部分。待固化的区域可以具有与一个或多个零件的各种特征件对应的形状。示例特征件是壁、薄壁、角、实心体积、开口的边界等。

所施加的能量可以被用于预加热粉末床14、通过烧结或熔化来熔融粉末床14的颗粒和/或调整熔融后的温度相对于时间的分布曲线(例如，控制冷却)。为了固化粉末床14的区域，所施加的能量被图案化，这是因为所施加的能量在期望固化粉末床14的层的位置处具有高强度，而在不意图固化粉末床14的层的位置处具有低强度。为了控制冷却，所施加的能量可以被图案化以将能量集中在粉末床14的期望降低粉末床14的固化的材料的冷却速率的区域中。为了预加热粉末床14，所施加的能量可以被图案化以例如：

·将更多能量集中在粉末床14的待固化区域的远离此类区域的边缘的部分中；

·将更多能量集中在粉末床14的比所期望的更冷的区域中；和/或

·将更多能量集中在粉末床14的接下来要固化的区域中。

曝光系统16包括可操作以发射激光束16B的激光器16A。束16B照亮相位调制器16C。相位调制器16C包括像素的阵列，像素可单独控制以将与像素交互的激光束的部分的相位更改可控的量。相位调制器16C的像素由控制器控制以呈现相位图案，该相位图案使得来自激光束的光被转向以在粉末床14上形成具有期望的空间和/或时间强度变化的光图案。在期望将光图案绕相位调制器16C的中心旋转作为90度的倍数的角度(即，角度等于弧度，其中n是整数)、或者期望创建作为当前光图案的镜像的光图案的情况下，代替计算与旋转的或镜像的光图案对应的新相位图案，可以在相位调制器16C上垂直地和/或水平地翻转该相位图案。光转向可以使光转向远离二维区域内的某些区域以形成图案的低强度部分并且可以将光集中在二维区域内的某些其它区域以形成图案的高强度部分。光转向是离开相位调制器16C的不同像素的相移光之间的干涉的结果。通过选择性地衰减通常均匀波束的不同部分(例如，通过控制像素的透射率)来进行操作的振幅调制不是“光转向”。

在一些实施例中，已经由相位调制器16C转向的光进一步由振幅调制器(未示出)调制。振幅调制器可以细化由相位调制器16C产生的光图案，例如，拉直边缘、锐化边缘、去除高强度伪影以及以其它方式调整光图案以补偿与预期由相位调制器16C产生的理想光图案的偏差。振幅调制器可以被设计为调制具有高光功率水平的光。振幅调制器例如可以包括基于液晶的空间振幅调制器。

图1B示出了用于粉末床14的一层的示例图案19。图案19的深色部分19A指示粉末床14的该层应当被制成固体的区域。图案19的浅色部分19B指示粉末床14的该层不应当被制成固体的区域。可以控制相位调制器16C以提供使来自激光器16A的光转向的相位图案，使得来自光的能量集中在粉末床14的与部分19A对应的区域中并且转向远离粉末床14的与部分19B对应的区域。

与在粉末床之上扫描激光斑点的传统装置相比，装置10的优点在于系统10可以被扩展成同时图案化粉末床14的更大区域和/或通过增大激光器16A的功率来更快速地固化粉末床14的与图案19的部分19A对应的区域。

可以控制如装置10那样的装置以多种方式操作。例如，这些方式包括：

·设置具有相位图案的相位调制器16C，该相位图案将来自激光器16A的光集中在粉末床14的与部分19A对应的区域上并且使光转向远离粉末床14的与部分19B对应的区域，并且通过操作激光器16A固化粉末床14的与部分19A对应的区域。激光器16A可以被连续地和/或以脉冲方式操作，直到粉末床14的与部分19A对应的区域被充分加热以烧结或熔化粉末床14的颗粒为止。

·设置具有相位图案的相位调制器16C，该相位图案将来自激光器16A的光集中在粉末床14的与部分19A对应的区域内所选择的区(区是区域的子部分)上并且使光转向远离粉末床14的与部分19B对应的区域，并且通过操作激光器16A在粉末床14的所选择的区内固化粉末床14。可以对粉末床14的与部分19A对应的区域内的其它区重复这些步骤，直到粉末床14的与部分19A对应的所有区域都已被固化。在固化与图案19的每个部分19A对应的粉末床14的每个区时，激光器16A可以被连续地和/或以脉冲方式操作，直到相应区内的粉末床14的颗粒被充分加热以烧结或熔化粉末床14的颗粒为止。

·设置具有相位图案的相位调制器16C，该相位图案将来自激光器16A的光集中在粉末床14的与部分19A对应的区域内的给定形状(例如，圆形、线、正方形、矩形、长圆形、椭圆形等)中，并修改相位调制器16C的设置以使光集中的形状在跨粉末床14的方向上扫描以使与部分19A对应的更多区域曝光。相位调制器设置的修改可以包括将具有可变楔角的楔(wedge)叠加到初始相位图案上。修改可以基本上连续地进行或分步进行。当相位图案被修改以移动光集中的形状时，激光器16A可以被连续地和/或以脉冲方式操作和/或可以短暂地关闭或降低功率。

·对粉末床14的不同区域分开执行上述任意操作。

图1B中的线20图示出将粉末床14划分为多个区域20A(在这个示例中，九个区域20A)的一种方式。可以针对每个区域20A分开执行上述操作中的任意操作。区域20A可以多于或少于九个。区域20A可以重叠或者可以不重叠。区域20A不需要覆盖粉末床14的全部。仅需要区域20A共同覆盖粉末床14的与图案19的部分19A对应的所有区域。

由相位调制器16C转向的光例如可以通过以下任意操作被引导到区域20A中对应的一个区域：

·使用扫描仪将光引导到区域20A中期望的一个区域；

·将相位图案应用于使光转向到区域20A中期望的一个区域的相位调制器16C；

·使用一维或二维定位器(例如，XY定位器)来定位曝光系统16的部分或全部以将光引导到期望的区域20A；

·提供多个曝光系统16并使用不同的曝光系统16对区域20A中的不同区域进行曝光。

·上述任意项的组合。

装置10可以以多种方式变化。这些方式包括：

·曝光系统16可以包括并行操作的多个相位调制器16C。这种构造可以延长相位调制器16C的平均故障间隔时间和/或简化相位调制器16C的热管理，尤其是当激光器16A是高功率激光器时。在此类实施例中，不同的相位调制器16C可以被控制为具有相同或不同的相位图案。

·用于曝光系统16的控制器可以被配置为动态地改变相位调制器16C的相位图案。例如，控制器可以被配置为应用提供粉末床14的区域的散焦或均匀照明的第一相位图案和提供粉末床14的与部分19A对应的一个或多个区域的聚焦照明的第二相位图案。第二相位图案例如可以将光聚焦到位于粉末床14的与图案19的部分19A对应的区域之一内的形状或覆盖该区域的全部的形状的一个或多个斑点。可以应用第一相位图案来预加热粉末床14内的全部或所选择的区域。可以应用第二相位图案来固化粉末床14的与图案19的部分19A对应的区域。

·曝光系统16可以投射被转向的光和未转向的光的组合。未转向的光可以用于向粉末床14添加热量，而不将粉末床14的温度升高到足以造成粉末床14的粉末固化。被转向的光可以使粉末床14的与部分19A对应的点、形状或区域内的温度充分升高，以使被转向的光被引导到的位置处的粉末固化。未转向的光可以全局预加热粉末床14。这种预加热可以导致提高的效率和/或提高的熔池稳定性和零件质量。

·未转向的光可以由以下一项或多项贡献：来自与激光器16A分离的光源(例如，附加的激光器)的光；由相位调制器16C镜面反射的光；以及由分束器从激光束16B拆分的光。在一些实施例中，被转向的光和未转向的光的相对量由控制器控制。

可以布置一个或多个加热器来预加热粉末床14。

这些变化的示例在下面描述。

在提供用于加热粉末床14的加热器的一些实施例中，加热器可以是任意已知类型。在一些实施例中，加热器包括以下之一或两个或更多个的任意组合：

·一个或多个光源，被配置为将光能引导到粉末床14上；

·一个或多个电阻性加热器元件；

·一个或多个微波能量的源；

·一个或多个感应加热器；

·与射频或微波能量的源结合的一个或多个感受器。

感受器是将来自电磁辐射(例如，射频或微波辐射)的源的电磁辐射与不能很好地耦合到电磁辐射的材料耦合的设备。感受器可以应用于加热粉末床14的材料。当可以用于粉末床14的一些材料被加热至升高的温度时，这些材料可以稳定地耦合到电磁能。在此类情况下，感受器可以用于将粉末床14的材料加热到所加热的材料稳定地耦合到来自电磁辐射的源的电磁辐射的温度。然后可以操作电磁辐射的源，以通过直接吸收来自电磁辐射的能量来进一步加热粉末床14。感受器例如可以通过热传导或辐射向粉末床14供应能量。例如，在以下文献中描述了感受器：Bul,S.等人，Microwave Assisted Selective Laser Melting of Technical Ceramics，Proceedings of:Solid Freeform FabricationSymposium，Austin，Texas USA，2018年8月。

在一些实施例中，如本文所述的装置包括能够将粉末床14加热到比使用电阻加热器实际上可以实现的温度更高的温度的加热器(例如，感受器、光学辐射的源)。

在粉末床熔融期间，尤其是在粉末床的材料被熔化之后，温度改变的速率会对结果所得的零件的性能具有显著影响。例如，取决于金属熔化之后冷却的速度有多快，一些金属的微观结构可以非常不同。微观结构会影响诸如硬度、耐磨性、韧性等重要特性。

本文描述的装置和方法可以有利地应用于通过以下一项或多项来控制粉末床14的固化的材料的特性：

·控制固化粉末床14的能量的施加；

·控制粉末床14的温度改变的速率；以及

·控制粉末床14的材料成分。

用于这种控制的工具可以包括：

·通过以下任意一项或任意组合来预加热粉末床14：加热器；未转向的光；来自曝光系统16的被转向的光；以及扫描的光(其可以包括如本文所述的动态波束整形)。预加热会影响存储在粉末床14中的热量，这进而影响通过在任意位置处烧结或熔化来固化粉末床14所需的附加能量的量以及在通过烧结或熔化的固化之后的冷却速率。

·在粉末床14中的位置的固化之后通过以下任意一项或任意组合对粉末床14进行后加热：加热器；未转向的光；来自曝光系统16的被转向的光；以及扫描的光(其可以包括如本文所述的动态波束整形)。后加热可以减慢粉末床14的固化的区域的冷却速率。

·控制用于固化粉末床14的区域的能量的施加。被施加以固化粉末床14的区域的能量会增大粉末床14的整体温度。在一些情况下，当制造零件时，仅这个能量就可以使粉末床14的温度升高超过100℃。在一些实施例中，可以调整预加热和后加热能量输入以考虑供应给粉末床14的图案固体区域的能量。在一些实施例中，设计一种顺序，使得用于固化粉末床14的一个区域的能量可以为粉末床14的一个或多个相邻区域提供预加热和/或后加热。例如，如本文所述的方法和装置可以被应用于递送能量以固化粉末床14上的位置，并且同时将一些能量分发到与该位置相邻的一个或多个区域以进行预加热或后加热。

·通过(相对)冷的气体急冷(chill)粉末床14的表面。急冷会增大粉末床14的固化的区域的冷却速率。

·修改粉末床14在所选择的位置处的成分。本文描述的方法可以被应用于以针对粉末床14中不同位置处的不同材料成分优化的方式改变能量的施加。

预加热和后加热可以各自大规模地执行(例如，通过使用加热器、未转向的光和/或被转向的光加热整个粉末床14或粉末床14的宏观尺寸区域)和小或微观规模地执行(例如，使用扫描的光加热非常小的区域)中的一个或两者。

在一些实施例中，整个粉末床14被预加热至超过100℃(例如，150℃或更高)的温度。这种预加热可以减少固化后的快速冷却。降低冷却速率可以允许固化的材料的微观结构生长/更改。对于许多材料和在许多应用中，随着固化的材料冷却得更慢，这种生长/更改提高了固化的材料的质量。

改变粉末床14的成分可以通过改变粉末床14在所选择的位置处的粉末的成分(例如，改变存在于粉末床14的不同部分处的金属元素的比率)和/或通过在所选择的位置处存在影响固化的材料的成分的反应气体的情况下固化粉末床14的所选择的位置来实现。

可以使用上述装置通过相继固化粉末床14的层来制造零件。与粉末床14的每一层对应的图案19指定了该层内的哪些区域将被固化以产生期望的零件。

在一些实施例中，使用实时处理反馈来控制每一层的曝光。例如，诸如相机和/或热成像器之类的传感器可以被定位成监视粉末床14。因为粉末床14中可以存在的不同的材料相(例如，粉末、固体、液体)的发射率可以显著变化，所以可能难以通过监视由粉末床发射的红外光来确定温度。但是，对于反馈信号，不要求直接的温度测量。在一些实施例中，从粉末床14反射的激光和/或来自粉末床14的热发射以及一个或多个红外或光学波长被用作反馈信号。例如，反馈控制可以至少部分地基于从熔池发射的光的强度和波长。

可以应用反馈控制来确保用于当前层的曝光固化当前层的由层数据指定的区域，并且不固化当前层的根据当前层的层数据而不应当被固化的区域。

在一些实施例中，反馈控制的示例包括：

·可以继续曝光，直到传感器指示粉末床已经在由层数据指定的区域中固化为止。

·通过一种或多种方法确定粉末已固化。例如，通过确定粉末的温度高于阈值和/或通过图像分析确认粉末床已在粉末床14的适当区域中熔化。

·调整曝光以防止粉末床14的当前层的根据当前层的层数据而不应当被固化的区域固化。调整可以包括以下一项或多项：

о改变用于曝光的光的功率；

о如果粉末床的不应当被固化的区域具有超过阈值的温度，那么改变相位图案以减少指向那些区域的光功率(例如，通过调整相位调制器以使入射到粉末床14的区域的光散焦)；

о中断曝光；和/或

о改变加热器─诸如例如照亮粉末床14的未转向的光束─的设置。

在一些实施例中，反馈控制包括控制粉末床14的将在当前层中被固化的那些区域的温度以及控制粉末床14的将在当前层中不被固化的那些区域的温度。这些区域的温度可以在相同或单独的反馈回路中进行控制。

图1C示出了根据另一个实施例的装置10-1，其类似于装置10但包括多个曝光单元16。曝光单元16可以并行操作。曝光单元16的不同布置是可能的。例如：

·装置10-1的两个或更多个或全部曝光单元16可以照亮粉末床14的同一区域；

·装置10-1的两个或更多个曝光单元16可以照亮粉末床14的重叠区域；

·装置10-1的每个曝光单元16可以照亮粉末床14的不同区域；

·装置10-1的曝光单元16中的一些可以递送未转向的光和/或散焦的被转向的光。可以控制此类曝光单元16的输出以加热粉末床14；

·可以操作不同的曝光单元16以同时和/或以规定的顺序照亮粉末床14的相应区域(这些区域可以不同和/或可以重叠)。

图2图示出示例曝光系统16-1。曝光系统16-1包括并行操作的两个相位调制器16C-1和16C-2。来自激光器16A的光发射激光束16B(参见图1A)。激光束16B穿过波束整形单元16D。波束整形单元16D准直激光束16B以产生经调节的输出波束16B-1。例如，如果激光束16B发散，如对于光纤激光器所发射的激光束而言是典型的那样，那么波束整形单元16D的光学元件可以去除发散。

波束整形单元16D包括对激光束16B进行扩展和整形以匹配或几乎匹配相位调制器16C-1和16C-2的有源区域的尺寸和形状的光学元件。例如，经调节的波束16B-1可以具有被选择为填充相位调制器16C-1和16C-2的有源区域而没有过多光损失的矩形或椭圆形截面剖面。在示例实施例中，波束16B-1具有矩形截面，该矩形截面具有与相位调制器16C-1和16C-2的有源区域相匹配的形状因数(高度与宽度的比率)以及与相位调制器16C-1和16C-2的有源区域相匹配或稍大的尺寸。

波束16B-1中的能量在波束16B-1的截面区域上的分布可以是大体均匀的。不要求精确的均匀性，这是因为影响性能的均匀性偏差可以通过相位调制器16C来补偿。来自波束整形单元16D的输出是准直光束16B-1。

波束16B-1被光功率分路器16E拆分成两个波束17-1和17-2。功率分路器16E例如可以包括偏振分束器。波束17-1和17-2可以承载相等的光功率。波束17-1和17-2分别照亮相位调制器16C-1和16C-2的有源区域。

在曝光系统16-1的变体中，波束17-1和17-2由单独的激光器生成。这两个激光器可以是发射偏振波束17-1和17-2的偏振激光器。波束17-1和17-2中的每一个的偏振可以与对应的相位调制器16-1或16-2匹配。

相位调制器16C-1和16C-2被控制为呈现使波束17-1和17-2的光转向的相位图案。在一些实施例中，相同的相位图案被应用于相位调制器16C-1和16C-2两者。在一些实施例中，不同的相位图案被应用于相位调制器16C-1和16C-2。

在与相位调制器16C-1和16C-2交互之后，波束17-1和17-2在合束器16F处组合以产生组合波束17-3。合束器16F例如可以包括偏振分束器。

在功率分路器16E是偏振分束器的情况下，波束17-1和17-2具有不同的偏振。在所示实施例中，波束17-1穿过第一波片16G，第一波片16G更改波束17-1的偏振以匹配相位调制器16C-1所需的偏振。例如，波束17-1最初可以被线性偏振并且可以具有与相位调制器16C-1的偏振成90度的偏振，并且第一波片16G可以是定向为将波束17-1的偏振旋转90度以匹配相位调制器16C-1的半波延迟器。

在合束器16F是偏振分束器的情况下，期望波束17-1和17-2在它们进入合束器16F时具有正交偏振状态。在波束17-1和17-2被线性偏振的示例情况下，这可以通过使波束17-1和17-2之一穿过第二波片16H来实现。例如，第二波片16H可以是定向为将波束17-1或17-2的偏振旋转90度的半波延迟器。在所示实施例中，第二波片16H位于相位调制器16C-2之后的波束17-2的光路中。将第一相位板16G放置在波束17-1和17-2之一中并将第二相位板16H放置在波束17-1和17-2中的另一个中平衡了由相位板16G和16H提供的任意衰减对波束17-1和17-2的影响。

结果所得的组合波束17-3被引导到折叠单元16J，折叠单元16J将组合波束17-3重定向到粉末床14(图2中未示出)上。折叠单元16J可选地包括帮助将组合波束17-3的被转向的光聚焦到粉末床14的对应区域上的光学元件。

曝光系统16-1包括可选的反射镜16K，其折叠所描述的光束的路径以使装置16-1更加紧凑。

曝光系统16-1可以提供优点，诸如以下一项或多项：

·相位调制器16C-1和16C-2中的每一个调制(一个或多个)相应的波束17-1或17-2，其具有比组合波束17-3显著更低的功率。这开启了使用较高功率激光器16A和/或使用具有较低额定功率的相位调制器16C的可能性。这还可以提高相位调制器16C的预期使用寿命。

·提供两个或更多个相位调制器16C可以促进所投射的光图案和/或更细节的光图案的平滑更新，这是因为多个相位调制器16C-1和16C-2可以在不同时间被更新和/或多个相位调制器可以被控制为显示不同的相位图案。

·装置16-1的成本可以低于使用更多激光器来实现相同光功率的可比较的装置。

曝光系统16-1可以以各种方式被修改，这些方式包括：

·可以提供单独的激光器来照亮不同的相位调制器(例如，16C-1和16C-2)；

·曝光系统16-1的更简单版本具有照亮单个相位调制器的单个激光器；

·曝光系统可以包括多于两个的相位调制器16C(其可以由一个或两个或更多个激光器照亮)；

·可以通过提供多个偏振激光器来增大可用的光功率，每个偏振激光器照亮可操作以将光转向到粉末床上的一个或多个相位调制器(适当定向的偏振分束器可以将由偏振激光器输出的激光束划分为两个波束)。在一些实施例中，由两个或更多个相位调制器转向的光被组合以照亮粉末床的区域。在一些实施例中，控制在任意时间被操作的此类激光器的数量以匹配粉末床上对光功率的需求；

·折叠单元16J可以包括扫描仪或与扫描仪相关联，该扫描仪移动从折叠单元16J投射到粉末床14上的光图案的位置；

·波束17-1和17-2可以被引导到不同的折叠单元16J，而不是组合成组合波束17-3，不同的折叠单元16J可以将光引导到粉末床14的不同区域上；和/或

·功率分路器16E可以是可变的，以允许调整波束17-1与17-2的相对功率。

图3是示出如图2的曝光系统16-1中使用的光学拆分器/组合器组件30的透视图。组件30包括偏转镜16K、可以是偏振分束器的光功率分路器16E、可以是第二偏振分束器的光学组合器16F、第一波片16G以及第二波片16H。

图4A示意性地图示出例如可以被用于图2的曝光系统16-1中的波束整形单元16D的类型的示例波束整形单元40。波束整形单元40包括接收入射波束16-B的光纤激光连接器42、伸缩透镜管44和精细伸缩透镜管46。图4B是波束整形单元40的截面图。快速轴准直透镜组47被封在伸缩透镜管44内，而慢速轴准直透镜组49被封在精细伸缩透镜管46内。

图5A和图5B示出了由示例安装支架50支撑的相位调制器16C。相位调制器16C与冷却块52热接触，冷却块52进而连接到散热器54。例如通过Peltier冷却器56从冷却块52去除热量。通过在与散热器54热接触的支架50内的冷却通道中流动的水从Peltier冷却器56去除热量。

孔径58与相位调制器16C间隔开。孔径58的尺寸被设计为使入射在相位调制器16C的有源区域上的光束和已经由相位调制器16C进行了相位调制的出射光束通过。在一些实施例中，孔径58相对于相位调制器16C的有源区域的位置和/或朝向可以被调整以接纳充分照亮相位调制器16C的有源区域的光束，同时阻挡将落在相位调制器16C的有源区域之外的光。孔径58的调整和/或相位调制器16C的压缩例如可以通过一个或多个调整螺钉(诸如调整螺钉59)来调整。在图5B中所示的实施例中，弹簧59A适应相位调制器16C的热膨胀。

在图5A的实施例中，包括用于驱动相位调制器16C以呈现不同相位图案的电子器件的控制器55被支撑在支架50上。

图6图示出示例折叠单元16J。在这个示例中，折叠单元16J包括反射镜61，该反射镜61成一定角度(在这个示例中为45度)以将组合波束17-3重定向到粉末床14上。在这个示例中，折叠单元16J还包括辅助将被转向的光聚焦到粉末床14的顶层上的多个聚焦光学器件62(其例如可以包括透镜)。

在图6中，反射镜61引导被转向的光或多或少垂直地入射到粉末床14。在一些实施例中，被转向的光被倾斜地引导到粉末床14上。此类实施例例如可以允许粉末床14的照明而不需要直接位于粉末床14之上的任何光学器件。在此类实施例中，入射在由波束17-3照亮的区域的不同部分上的光可以以不同的倾斜角入射在粉末床14上。

在此类实施例中，可以通过调整由相位调制器16C应用的相位图案和/或提供非球面光学系统来将焦点维持在粉末床14的表面之上。例如，一个或多个相位调制器可以被控制为包括充当f-θ透镜的相位部件，f-θ透镜提供作为倾斜角(θ)的函数的焦距(f)。相位图案还可以补偿由组合波束17-3在粉末床14上的倾斜入射角所产生的几何变形，如本文别处所描述的。

用于照亮粉末床14上的特定点的期望焦距(f)将取决于粉末床14相对于装置的支座的高度。因此，一般需要对装置执行初始校准以在粉末床14的顶部建立良好的聚焦。

在一些实施例中，如本文所述的装置被配置为将光束“自动聚焦”到粉末床14上。自动聚焦可以通过使用相机系统(例如，同轴相机系统)来监视粉末床14上的应被聚焦到粉末床14上的光斑的尺寸来执行。自动聚焦可以通过调整应用于相位调制器的相位图案以提供适于光斑的最优聚焦的焦距来实现。例如，可以使用迭代处理来实现自动聚焦，其中操作相机以获得粉末床14上的光斑的图像，处理该图像以确定光斑的尺寸，以可以改进斑点尺寸的方式修改由相位调制器提供的相位图案的分量。可以重复这个迭代处理，直到光斑的尺寸满足标准(例如，光斑具有小于某个阈值的直径)或者已经找到最小化光斑的尺寸的相位图案或者已完成期望次数的迭代为止。

在一些实施例中，通过这个处理优化的相位图案分量是参数化的透镜模型。透镜模型可以包括一个或多个参数。可以在透镜模型的参数空间之上执行优化。例如，透镜模型可以包括焦距参数。当供应透镜模型的(一个或多个)参数值时，透镜模型可以输出用于相位调制器的像素的相应的相位延迟集合。这个相位延迟集合可以应用于相位调制器以将斑点聚焦到粉末床14上。

除了通过调整如上所述的相位调制器应用的相位图案来进行自动聚焦之外或作为其替代，自动聚焦还可以通过相对于粉末床14实体地移动递送光斑的扫描仪(例如，通过操作连接的致动器以将扫描仪朝着或远离粉末床14移动)和/或通过操作致动器以调整提供光斑的光束的光路中的实体聚焦元件来执行。

由于热透镜效应造成焦点的改变，因此可以使用类似于上述自动聚焦方法的处理来补偿热透镜效应的影响。在一些实施例中，控制器使用如本文描述的技术建立校正相位图案，校正相位图案用于针对如本文描述的装置的部件的不同温度和/或不同光功率水平补偿热透镜效应，并且随后基于一个或多个测得的部件温度和/或当前光功率水平将校正相位图案应用于相位调制器以校正热透镜效应。

2：扫描的波束的动态整形/造型(profiling)

本技术的另一方面提供了扫描的光束的动态整形和/或造型(“DBS”)。DBS可以被应用于为粉末床14的层的不同区域或者甚至为同一扫描线的不同部分提供不同的波束形状和/或不同的波束能量密度分布。光束例如可以由扫描仪(例如，包括电流镜的扫描仪)转向。在一些实施例中，扫描仪包括重定向来自脉冲激光光源的光束的一个或多个旋转多面镜。如本文别处更详细描述的，扫描的波束的动态整形和/或造型可以与用被转向的光照亮2D区域的系统一起应用或分开应用。

DBS可以被应用于实时更改扫描的波束的尺寸、形状和/或能量分布。扫描的波束可以聚焦到小的斑点。可实现的最小斑点尺寸取决于扫描的波束中光的波长(例如，最小可能的斑点尺寸受衍射限制)。通过使用具有(一个或多个)较短波长的光可以实现较小的斑点尺寸。其它可以影响最小可实现斑点尺寸的因素包括由系统生成的(一个或多个)光束的质量、用于实现DBS的(一个或多个)相位调制器的空间和相位分辨率以及光学部件质量。

对于任意特定情境最优的扫描的波束的尺寸可以取决于诸如以下的因素：

·引导光学辐射的扫描仪的参数(例如，相邻扫描线之间的扫描间距(hatchspacing)是多少)；

·功率要求(较小的斑点可以比较大的斑点提供更高的能量密度，在较大的斑点中相同的光能分布在更大的区域上)；

·速度要求(在一些情况下，与较小的斑点尺寸相比，较大的斑点尺寸可以促进在更短的时间内固化粉末床14的给定区域)。

例如，在一些应用中，斑点可以适合在直径为60μm左右(例如，直径为20μm至150μm)的圆内，或者斑点可以具有60μm左右的最小横向维度。此类小斑点可以被用于在粉末床14中精确渲染小的固化的特征件。

有利地，DBS可以被应用于动态改变斑点尺寸以优化零件的不同特征件的创建。

在一些实施例中，基于粉末床14的当前层中的要固化的区域的构造来控制DBS。例如，可以基于诸如以下一项或多项之类的因素来控制DBS以使用不同的波束形状、波束尺寸和/或波束功率分布：

·当前被波束照亮的点距离固体区域19A的边缘有多近；

·波束当前照亮的点附近所制造的零件的特征件有多小；

·当前制造的零件的表面光洁度、材料特性等的标准有多高；

·波束是否接近粉末床的应当被固化的区域与粉末床的不应当被固化的区域之间的边界；

·在被波束照亮的点的当前位置处制造的零件的部分的维度公差有多严格；

·与波束当前照亮的点相邻的其它点最近多久被扫描过；

·粉末床的材料的特性，诸如：烧结温度、熔化温度、热容量、热导率、熔池粘度、颗粒尺寸、层厚度等；

·波束被扫描得有多快；

·如果波束沿着弯曲的轨迹被扫描，那么曲线的半径是多少；

·期望的熔融后的温度相对于时间的分布曲线；

·零件质量要求，例如所需的表面光洁度。

在一些实施例中，指示粉末床14的当前层的哪些区域将被固化的层数据被处理，以确定用于扫描波束的路径和/或确定沿着用于扫描波束的路径的不同点的DBS参数。DBS参数可以包括例如以下一项或多项：

·波束强度；

·波束斑点尺寸；

·波束功率密度分布曲线；

·波束形状；

·动态波束分量的行为；和/或波束剖面相对于扫描方向的朝向。

在一些实施例中，DBS参数是参考粉末床14的(一种或多种)材料的已知“处理窗口”生成的。处理窗口是不同波束参数的范围的集合，在该范围内(一种或多种)材料的性能可接受。参数例如可以包括波束能量密度、波束扫描速度和粉末床温度。当所使用的波束参数超出处理窗口时，会出现不可接受的结果，诸如由于未熔融、起球、匙孔形成和其它熔池不稳定性造成的缺陷。

包括DBS参数的处理窗口可以促进改进的性能。例如，通过选择合适的DBS参数，人们可以在提供成品零件的期望质量水平的处理窗口内实现更快的扫描速度(并且因此实现减少的处理时间)和/或可以实现粉末床14的固化零件的改进的微观结构(在一些实施例中不损害处理速度)和/或可以使用较低等级(例如，较粗)的粉末用于粉末床14而不损害零件质量。DBS可以对粉末床14的固化部分的热历史具有显著的影响，并且因此对微观结构/零件质量具有显著的影响。

在一些实施例中，DBS参数由自动化的控制系统生成。自动化的控制系统可以包括定义用于粉末床14的(一种或多种)材料的处理窗口的所存储数据(“处理窗口数据”)。处理窗口数据例如可以定义用于多种材料的处理窗口。对于一些材料，处理窗口数据可以定义多个处理窗口。在一些情况下，用于特定材料的不同处理窗口可以与该材料在被固化时的不同特点(例如，不同的期望微观结构、不同的表面纹理等)对应。DBS参数可以包括在处理窗口定义中。自动化的控制系统可以从可用的定义的处理窗口中选择DBS和其它参数。这些参数可以动态变化，从而以期望的方式进行优化，诸如：

·最小化制造零件的时间；

·最大化零件的质量；

·在零件的指定位置提供指定的材料质量；

·提供对零件的某些维度的准确控制(并可能对其它维度维持更宽松的公差)；

·等等。

控制系统可以执行设置处理参数(例如，波束形状和尺寸、波束中的功率强度分布、波束的总功率、扫描速度、扫描图案、扫描距离、层厚度等)的控制算法。

DBS可以与反馈控制组合。反馈控制可以基于一个或多个反馈信号更改默认的或先前确定的DBS参数。例如，反馈控制可以至少部分地基于如上文关于大区域照明的控制所描述的反馈信号。反馈信号例如可以通过以下操作获得：

·粉末床14的全部或部分的热成像(例如，使用红外相机或热成像器)；

·对粉末床14的全部或部分进行高分辨率光学成像；

·温度传感器(例如，热电偶和/或热敏电阻)，其被定位成感测粉末床14的外围周围或粉末床14中或周围的特定位置处的温度；

·分析处理光(即，从熔池和/或从熔池之上的等离子体云发射的光)。该分析可以考虑处理光的强度和波长谱中的任一个或两者。这种光例如可以在引导光束以固化粉末床14的扫描仪的光路中或者使用被控制为跟踪熔池的位置的单独扫描仪和/或通过跟踪由高分辨率相机系统获取的粉末床14的图像中熔池的位置而被收集；

·声学或振动传感器，可操作以感测由熔池不稳定性引起的声音或振动；

·对粉末床14的固化的部分的表面进行机械探测。

反馈可以基于前一层的特性。例如，相机可以监视粉末床14的缺陷。当前一层的部分变得变形(例如，开始卷曲)时，会出现示例缺陷。当检测到这种缺陷时，控制器可以更改用于一个或多个后续层的扫描图案。例如，扫描图案可以被更改变为“跳过”与变形的部分对应的区域和/或更改对与变形的部分对应的区域的扫描，使得变形不会进一步传播。至少在一些情况下，这种方法可以在不停止制造零件的处理的情况下减轻变形。随着附加层被添加到粉末床，受缺陷影响的区域可以减少到可以在与缺陷对应的区域中恢复正常扫描的程度。

在一些实施例中，控制系统补偿相位调制器的转向效率的改变(这例如可以由于相位调制器的温度改变而发生)。应用于相位调制器的其目的是使光转向以形成特定的光场(例如，由DBS或本文所述的曝光单元整形的波束在粉末床14上提供的光能的特定分布)的控制信号可以通过测量由相位调制器转向的光场中的光能分布并调整控制信号以补偿实际光场与期望光场之间的差异而被调整以补偿光转向效率的改变。这种控制可以偶尔进行，例如通过前馈控制来进行，和/或可以在反馈回路中连续地执行。这种控制可以补偿光学部件的一些未对准(其例如可以由机械扰动或温度效应引起)和/或相位调制器的特性的改变(例如，由于温度改变所致)。

可以基于诸如以下之类的因素来控制DBS以使用不同的波束形状和/或波束功率分布和/或波束功率：

·如果当前正被扫描的粉末床14上的点与粉末床14的当前层应当被固化的点对应，那么当前点的温度比用于固化粉末床的目标温度低多少；

·基于粉末床14上与当前正被扫描的点相邻的点的测得的温度以及粉末床14中热流的模型，需要多少能量来在当前正被扫描的点处固化粉末床14。

可以由DBS实现的控制种类的示例包括：

·对波束进行整形；

·改变波束的能量密度分布曲线(例如，对波束的部分(诸如“甜甜圈”波束分布曲线的“孔”)添加或从其去除能量)；

·使波束聚焦或散焦；

·暂时转储来自波束的全部或部分的能量(例如，通过配置相位调制器将一些光重定向到光束转储器(dump))；

·使来自波束的全部或部分的能量脉冲化。

扫描图案可以与DBS一起被控制。例如，扫描图案可以包括以下图案：

·单向(例如，光斑沿着其在同一方向上被扫描的平行扫描线)；

·双向或“之字形”(例如，交替扫描线中光斑沿着其在相反方向上被扫描的平行扫描线)；

·岛图案(例如，其中光斑在岛之上被扫描的图案，该岛占据小于粉末床14的可以由扫描仪寻址的全部区域)；

·排除图案(例如，不扫描粉末床14中可由扫描仪寻址的区域的扫描图案)。

在任意这些图案中，扫描间距(相邻扫描轨道之间的距离)可以变化。

DBS可以与扫描图案协调地被控制。例如，DBS可以被设置为基于扫描图案和/或扫描速度来控制扫描的斑点的尺寸、形状和/或能量分布。例如：

·对于单向扫描图案，当扫描仪重新定位到下一条线的开始时，DBS可以被用于使光斑散焦以增大对粉末床14的预加热，而不是关闭光源。

·DBS可以被用于基于扫描间距来整形扫描的光斑的宽度。例如，当扫描间距增大时使光斑变宽，或者当扫描间距减小时使光斑变窄。

·DBS可以被用于响应于扫描速度而调整扫描的光斑沿着扫描方向的长度。例如，当扫描速度增大时使光斑变长，或当扫描速度降低时使光斑变短。

·DBS可以被用于对排除图案中的排除区域内和/或岛图案中的岛外的扫描的光斑进行散焦。

控制算法可以访问并因此控制所有处理参数(例如，波束形状、整个形状的功率强度、波束的总功率、扫描速度、扫描图案、扫描距离、层厚度等)。

DBS的适当应用可以通过影响微观结构、增大熔池稳定性和/或减少匙孔的发生率来提高增材制造质量。DBS的使用可以促进特征件优化的参数集和波束形状，从而使得粉末成本降低和处理速度提高。

在一些实施例中，动态波束整形系统操作以在增材制造处理期间优化空间能量分布，而无需实体地调整无源光学器件和/或不限于波束形状、波束尺寸和空间能量分布的任意预定组合。

图7是示出实现动态波束整形的示例装置70的框图。装置70包括激光光源72，其可操作以将激光束74发射到波束修改模块75中。

波束74可以具有第一空间能量分布(例如，高斯)。波束修改模块75可操作以动态更改波束74的形状和/或能量分布。通过扫描仪76在粉末床14的全部或所选择的区域之上扫描经修改的波束74。

在一些实施例中，可以控制波束修改模块75对波束74的能量分布进行的修改的类型的一些示例是：

·使能量分布平坦以使能量分布更均匀或使能量分布更峰值化；

·使能量分布向扫描方向的一侧权重较大，而向扫描方向的另一侧权重较小；

·将能量分布整形为“甜甜圈”构造，其中能量密度较高的环包围能量密度较低的区域；

·将能量分布整形为十字(X)形或加号(+)形构造；

·将能量分布整形为字母V形或H形构造；

·将能量分布整形为拉长的。例如，拉长可以是在扫描方向上、在垂直于扫描方向的方向上、或在与扫描方向成某个其它角度的方向上；

·扩大能量分布覆盖的区域或更紧密地集中能量分布；和/或

·增大或减少能量分布中的能量水平。

在一些实施例中，针对不同的应用指定预定义的形状。例如，可以为不同的特征件指定不同的预定义形状，不同的特征件诸如是：

·薄壁；

·尖角；

·实心区域的内部；

·要求提高的精度的特征件；

·要求特定微观结构的特征件；

·等等。

对于不同的材料可以指定不同的形状。

控制系统可以包括指定用于不同特征件的形状的形状数据。控制系统可以处理用于被制造的零件的层的图案19，以识别位于不同扫描线处的特征件(或特征件、材料、指定的微观结构和/或指定的精度的组合)。然后，控制系统可以设置波束形状和/或其它波束参数以用于每条扫描线的与不同特征件对应的部分。在一些实施例中，波束形状由一个或多个参数参数化(其例如可以设置波束形状的维度或纵横比)。在一些实施例中，在粉末床14的处理期间基于反馈信号调整所选择的波束形状，如本文所述。

在一些实施例中，可以控制波束修改模块75对波束74的形状进行的修改类型的一些示例是：

·将波束剖面整形为期望的形状，诸如圆形、卵形、椭圆形、长圆形、矩形等；

·在扫描方向、垂直于扫描方向的方向或与扫描方向成某个其它角度的方向上拉伸波束剖面；

·放大或缩小波束74的剖面的边界；和/或

·基于当前正被处理的扫描线下方的表面的状况或紧邻该扫描线的区域的状况来更改波束的形状。例如，与固化的材料相比，粉末具有较低的热传导。当在已固化的区域附近处理扫描线时，熔池具有向固体材料蠕变/变形的趋势。人们可以对波束进行整形，以减小波束朝着固体材料一侧的能量密度以抵消这种行为。

波束修改单元75可以包括可动态控制以调整波束74的形状和/或能量分布曲线的空间光调制器75A。在优选实施例中，空间光调制器75A包括空间相位调制器，并且空间相位调制器如本文所述被控制为使波束74的光转向以在波束74照亮粉末床14的位置处实现期望的波束形状和能量密度分布曲线。

当波束74以光栅扫描图案或任意其它扫描图案跨粉末床14扫描时，空间光调制器75A可以被实时控制。例如，该控制可以基于以下一项或多项：

·波束74跨粉末床14被扫描的速度和/或方向；

·将在粉末床14的当前层中形成的固化的区域的图案；

·相对于将在粉末床14的当前层中形成的固化的区域的图案，波束74当前被引导到何处；

·反馈信息，诸如粉末床14的当前温度图和/或关于已被扫描的区域中任意缺陷的存在和/或粉末床14的顶层的一些区域中的成功固化的图像反馈；

·粉末床14的材料的特点；

·粉末床14的环境条件。

在如本文描述的包括空间相位调制器的装置的一些实施例中，可以控制空间相位调制器以提供同时执行两个或更多个功能的相位图案。这可以通过应用作为两个或更多个相位图案分量的叠加的相位图案来完成。在一些实施例中，相位图案分量被单独确定，然后被组合以应用于相位调制器。该组合可以涉及例如将表示相移的相位分量的对应像素值相加。由于大多数相位调制器只能提供有限范围(例如，2π弧度)内的相移，因此相加可以包括将相位分量的像素值以2π为模相加。

例如，相位图案分量可以包括：

·分配光以提供能量密度的期望图案的分量；

·选择性地将光聚焦或散焦在粉末床14处的分量；

·补偿入射在相位调制器上的光束的变化或相对于理想状态的偏差的分量；

·补偿相位调制器的性能变化和/或缺陷的分量；

·补偿扫描仪的几何形状的分量；

·等等。

DBS的简单示例应用是选择性地使激光斑点散焦以促进提高处理速度。使激光斑点散焦导致更大的斑点尺寸，这可以一次固化粉末床14的更大区域。例如，可以使用聚焦的/小斑点尺寸来处理零件的轮廓，同时用散焦的较大斑点来处理零件的内部密集区域。这种技术可以被称为“皮-芯”扫描策略。

DBS的另一个示例应用是在扫描方向被改变时(例如，为了遵循零件的弯曲轮廓)维持扫描的斑点的能量密度分布相对于扫描方向的期望相对朝向。例如，可以控制被配置为具有V形或H形或I形或A形的能量分布的斑点，使得能量分布的对称轴与当前扫描方向对准。

DBS的另一个示例应用是保持扫描的斑点的形状以期望的方式与沿着非直线路径的当前扫描方向对准。例如，当处理扫描线上的拐角时，可以旋转斑点的朝向。例如，斑点可以具有V形能量分布，并且V形(或其它形状)的朝向可以随着扫描围绕拐角进行而被更改。作为另一个示例，当围绕拐角扫描斑点时，斑点的能量分布曲线可以被改变。例如，当穿过扫描线的接近拐角的第一片段时，斑点可以具有一种形状(例如，V形)。在拐角附近，光斑可以被改变为不同的形状(例如，甜甜圈能量分布曲线)。在斑点沿着扫描线的第二片段远离拐角被扫描之后，斑点可以改变回V形，其朝向与扫描线的第二片段具有期望的关系。扫描的斑点的朝向的改变可以是突然的，或者是渐进的。

一些实施例将多个扫描仪与DBS组合。在此类实施例中，DBS可以被应用于整形两个或更多个波束以一起工作。例如，可以控制第一扫描仪以使相应的斑点遵循第二扫描仪的斑点。例如，各个扫描仪的斑点可以被整形为对于斑点经过的扫描线的每个部分实现期望的温度相对于时间的分布曲线。当斑点被扫描时，斑点的能量分布曲线可以被动态改变。

作为另一个示例，可以沿着扫描线扫描一系列的三个或更多个斑点。这些斑点可以沿着扫描线间隔开、彼此叠置和/或在横向于扫描线的方向上间隔开。各个斑点可以由DBS控制，以具有共同提供粉末床上期望的空间和时间热分布曲线的波束形状。

DBS可以被用于在扫描斑点时生成斑点的能量分布的移动和/或强度改变。一些示例包括：

·使斑点的身份脉冲化；

·随着扫描的进行，将斑点从一侧移动到另一侧(例如，之字形图案)；

·随着扫描的进行，摆动该斑点以遵循圆；

·使斑点在扫描方向上前后移动(例如，使得斑点在扫描方向上的速度脉冲化)；

·上述的组合。

在一些实施例中，这些移动和/或强度改变由DBS完成，而不更改扫描仪的操作。

在空间光调制器75A是相位调制器的情况下，可以控制相位调制器以选择性地聚焦或散焦入射在粉末床14上的波束74。例如，可以控制相位调制器以提供充当可变焦距透镜的透镜部件。改变透镜部件的焦距允许在不移动任何实体透镜或其它光学部件的情况下即时(on the fly)执行选择性聚焦/散焦。

DBS的另一个示例应用是补偿以下事实：在扫描仪通过改变光束入射在粉末床14上的角度来操作的情况下，光束行进到达粉末床14的有效距离随扫描角度而变化。这在图8A中示出，图8A是具有固定焦距的聚焦透镜的扫描仪的示意图。随着扫描角度θ的变化，光束聚焦的点遵循弧形。图8A中所示的另一个问题是，当角度θ以恒定速率改变时，激光斑点在粉末床14上移动时的速度随着角度θ而变化。

解决图8B中所示问题的一种方式是使用f-θ(或“f-theta”)透镜作为聚焦透镜，如图8B中所示。f-θ透镜的形状具有桶形形变，桶形形变被设计为提供随光线入射在f-θ透镜的角度而变化的焦距，以便无论角度θ为何，焦点都位于同一平面内。f-θ透镜还可以使得角度θ的改变与波束撞击粉末床14的位置的改变线性相关。f-θ透镜一般无法去除由扫描几何形状造成的所有畸变。

解决图8A中所示问题的另一种方式是配置具有动态变化的相位图案分量的相位调制器，其模拟如图8C中所示的平场透镜或f-θ透镜的行为。这可以通过控制相位图案分量随扫描角θ变化来实现，使得当θ变化时，波束保持聚焦在粉末床14上。

在示例实施例中，针对不同的扫描角度预先计算不同的相位分量并存储。每个存储的相位分量与一定范围的扫描角度(例如，从θ＝A到θ＝B的范围，其中A<B，或者当存在两个扫描角度时，从θ＝A到θ＝B和从Φ＝C到Φ＝D的θ和Φ范围，其中A<B且C<D)对应并且当(一个或多个)扫描角度在对应范围内时可操作以将扫描的波束聚焦到粉末床14上。用于相位调制器的控制系统可以监视指示出(一个或多个)当前扫描角度的信号并控制相位调制器，使得由相位调制器提供的相位图案包括与(一个或多个)当前扫描角度对应的相位分量。相位图案可选地调整扫描的斑点的位置，使得扫描的斑点以恒定速率跨粉末床14移动。

例如，在使用电流扫描系统来将激光束跨粉末床14光栅扫描的情况下，相位分量可以在整个粉末床中提供近似恒定的斑点尺寸。相位图案可以包括与一个或多个其它相位分量叠加的可以模拟固定焦距透镜的相位分量，所述一个或多个其它相位分量使光转向以例如设置扫描的激光束的形状和/或能量分布分布曲线。相位分量可以与基于电流扫描仪的实时位置的扫描同步地改变。相位分量可以校正由电流扫描仪引入的任何聚焦畸变。

图8A中所示的电流扫描仪的几何形状还可以使得扫描的波束跨粉末床14移动的点遵循弯曲的线。可以对在θ₁≤θ≤θ₂和Φ₁≤Φ≤Φ₂范围内的扫描角θ和Φ进行光栅扫描的场的边界处的线是弯曲的，并且远离场的边是凹形的，如图9A中所示。图9B中也示出了边界线的此类畸变。这种畸变包括激光斑点的位置误差。

电流扫描仪的反射镜布置还造成期望波束形状的几何畸变，该几何畸变随着电流扫描仪的扫描角θ和Φ而变化。

如果不进行补偿，那么这些畸变会导致由于位置误差而导致的几何零件不准确和/或由于几何波束形状畸变而引起的熔池质量问题。

可以以各种方式开发用于校正由特定扫描仪的光学布置导致的畸变的插值表和/或Nurb函数。例如，可以操作扫描仪以在位于粉末床位置的板上标记可检测的特征件。这些特征件例如可以包括在板上与扫描仪轴的已知坐标(扫描仪坐标)对应的位置处标记的十字网格(或其它可检测的特征件)。然后可以测量特征件的实际位置。特征件的实际位置与期望位置之间的差异可以被用于构建插值表和/或Nurb函数。

在一些实施例中，对粉末床14的全部或一部分进行成像的相机被用于检测扫描的点照亮粉末床14的点的实际位置。这些检测到的位置可以与对应的扫描仪坐标进行比较，并且被照亮的点的实际位置与期望位置之间的差异可以被用于构建插值表和/或Nurb函数。此类实施例可能不要求其上标记特征件的板或用于测量特征件的位置的单独显微镜。相机例如可以是离轴相机，其具有覆盖粉末床14的全部或大部分和/或由正被校准的扫描仪覆盖的区域的全部或大部分的视场。

位置误差畸变可以通过静态位置插值表、Nurbs函数和/或相位图案分量来补偿，其可以被配置为应用依赖于角度的位置校正。

可以通过配置相位调制器以基于(一个或多个)扫描角度设置期望的波束形状和/或能量密度分布以使得期望的波束形状被投射到粉末床14上，来校正几何畸变。图10中的示例对此进行了说明，其中期望的波束形状是圆形并具有甜甜圈形状的能量密度分布。

如图10中100-1处所指示的，入射在粉末床14上的波束没有明显畸变，并且当被引导到原点时(即，当波束垂直入射在粉末床14上时)没有明显的位置误差。如100-2处所指示的，当波束偏离轴被引导时，与100-3处所指示的正确波束几何形状和位置相比，存在明显的几何畸变和位置误差。通过配置如100-4处所指示的波束，可以使离轴波束位于正确的位置并具有正确的形状和功率密度分布，如100-4处所指示的波束以由于扫描仪几何形状产生的位置误差和几何畸变逆转预畸变以实现正确波束100-3的方式被预畸变。可以通过适当地控制相位调制器来生成预畸变的波束。

预畸变可以在预处理中计算(例如，由扫描系统针对扫描角度的任意组合创建的几何畸变和位置移位从扫描系统的几何形状已知，因此校正位置移位和几何畸变所需的预畸变可以针对扫描角度的每个组合预先确定并应用于期望的波束形状和波束功率密度分布)。预畸变可以基于实时检流计位置测量或位置估计来实时实现。

应用相位调制器来校正由扫描仪的几何形状产生的上述畸变可以有利地改进将由不同扫描单元创建的粉末床14的固化的区域的拼接在一起。不同的扫描单元可以被布置为扫描重叠的场。这在图11中示出，图11示出了位于两个扫描仪单元的场内的重叠区域151。

在重叠区域151内，两个扫描仪都可以操作以固化粉末床14，以便将针对不同视场指定的图案的部分拼接在一起，并且它们之间具有良好的粘附力。通过应用本技术可实现的高位置准确性可以帮助确保由不同扫描单元操作的场之间的可靠拼接。

图7的装置70可选地包括调节光学器件78，其可操作以修改波束修改器75上游的波束74的特性。调节光学器件78例如可以操作以扩展波束74，以整形扩展的波束74以供波束修改器75处理(例如，使得波束74的尺寸和形状被调整为更密切地匹配空间光调制器75A的有源区域)和/或使波束74准直。在一些实施例中，调节光学器件78设置波束74的偏振以匹配空间光调制器75A最高效的偏振。

在一些实施例中，调节光学器件78被配置为用具有“平坦”/均匀强度分布的光填充相位调制器的有源区域。在一些实施例中，调节光学器件78被配置为用具有高斯强度分布的光填充相位调制器的有源区域。

在一些实施例中，通过将可以是圆形或接近圆形的输入波束整形为具有足以稍微重叠下游相位调制器的有源区域的边缘的尺寸的椭圆形波束，调节光学器件78将波束74整形为更好地匹配相位调制器的正方形或矩形有源区域。相位调制器的有源区域之外的多余光可以被孔径阻挡。

在示例实施例中，波束74在调节光学器件78的入口处的截面是圆形的，通过调节光学器件78的合适透镜被扩展以填充与空间光调制器75A的有源区域匹配的矩形区域，并且穿过阻挡落在空间光调制器75A的有源区域之外的任何光的孔径。调节光学器件78可以包括偏振器或偏振器的集合，其将波束74在光束修改器75的入口处的偏振设置为匹配空间光调制器75A所期望的偏振。调节光学器件78可以提高装置70的动态波束整形的效率。

图12示出了示例增材制造装置80，其包括装置70的元件。装置80包括提供激光束74的激光源72。在这个示例中，激光束74通过光纤73被递送到耦合器77。耦合器77例如可以包括可以是水冷却的QBH光纤连接器。耦合器77可以将激光束74递送到波束调节单元(图12中未示出，但参见例如图4A和图4B的波束调节器40以及图7的波束调节光学器件78)，该光束调节单元包括扩展和整形激光束74以匹配相位调制器84的有源区域的尺寸和形状的光学元件。例如，波束调节单元可以将波束74整形为具有矩形截面形状。在波束调节单元的输出端处，波束74被准直并且可以具有任意合适的功率分布(例如，高斯分布、均匀分布等)。

波束74照亮相位调制器84的有源区域。相位调制器84的像素被控制以通过在相位调制器84的不同像素处施加所选择的相移来修改波束74的形状和/或能量密度分布曲线。因此，已经与相位调制器84交互的波束74的光由于干涉而被转向以提供经修改的形状和/或能量密度分布曲线。

在与相位调制器84交互之后，波束74被扫描仪76转向，在装置80中，扫描仪76包括电流镜86A和86B，它们分别是可控的以跨粉末床14在相应的方向上扫描波束74。聚焦光学器件88将波束74聚焦到粉末床14上。

图12A、图12B和图12C图示出可以通过将适当的相位图案应用于相位调制器84来提供的不同能量分布的示例。图12A示出了对称的高斯能量密度分布曲线。图12B示出了具有甜甜圈构造的能量密度分布曲线。图12C示出了具有高原构造的能量密度分布曲线。图12D、图12E和图12F分别是图12A、图12B和图12C中描绘的能量分布的相应俯视图。

与图2中所示的装置类似，提供DBS的装置不限于使用单个相位调制器来进行波束整形。例如，用于动态波束整形的装置可以包括本文所述的曝光单元的任意实施例以及扫描仪单元和可选地附加聚焦光学器件。聚焦光学器件是可选的，这是因为可以控制相位调制器来模拟聚焦光学器件。

在一些实施例中，通过组合已由各个空间相位调制器调制的多个波束来创建具有可控形状和/或可控能量密度分布曲线的波束。多个波束可以源自多个激光源中的相应激光源，或者可以通过拆分由一个激光源输出的波束来获得多个波束。通过将总激光功率分布在多个空间相位调制器上，可以应用多个空间相位调制器以在粉末床14处提供更高的光功率水平。

本文描述的任意装置(例如，执行被转向的光束的动态整形和/或造型(“DBS”)的装置和/或包括同时将能量施加到粉末床14的二维区域的曝光系统16的装置)可选地包括用于检测和/或校正在预期与实际递送光之间的非预期差异的一个或多个系统。各种物理效应都会造成此类差异。例如，诸如相位调制器之类的空间光调制器的全部或部分的温度改变可以改变像素对于给定控制信号造成的相位延迟量和/或由相位调制器提供的空间折射。例如，此类改变可以是由高功率激光束加热相位调制器引起的。作为另一个示例，诸如透镜效应之类的物理效应可以造成入射在空间光调制器上的激光束的强度或能量密度的改变。这些当中的任意一个都会导致由相位调制器造成的被转向的光的图案与被转向的光的预期图案的偏差。

一些实施例包括监视此类改变的传感器。图13是示出具有监视光特点的传感器的示例装置130的框图。例如，在一些实施例中，如本文描述的系统包括直接或间接监视由相位调制器135或其它空间光调制器135A应用的相位图案的调制器传感器138。

空间光调制器135A可以基于来自调制器传感器138的反馈相位图案来主动控制和调整。在一些实施例中，用于空间相位调制器的控制系统包括反馈控制器，该反馈控制器基于调制器传感器138的输出调整到空间光调制器135A的控制信号以补偿空间光调制器135A的性能的改变。例如，可以将由被监视的相位图案产生的图像与由期望的相位图案产生的图像进行比较。如果必要，那么可以调整用于相位调制器的控制信号以使由被监视的相位图案产生的图像更接近由期望的相位图案产生的图像(优选地与其相同)。调制器传感器138例如可以包括2D相机。调制器传感器138例如可以包括轴上相机。在一些实施例中，调制器传感器138包括离轴相机以评估相位调制器上的光水平。

例如，光学照明路径中的波束采样器可以将波束的一部分采样到传感器138的2D相机上。可以将由2D相机捕获的图像与目标能量分布进行比较，以识别由空间光调制器135A提供的能量分布中的误差。可以通过将误差(其可以包括误差图像)供应给反馈控制器来校正此类误差，反馈控制器可操作以调整用于空间光调制器135A的驱动信号以补偿误差。

一些实施例提供传感器元件(例如，2D相机)，该传感器元件被布置为监视在空间光调制器135A上游的位置处入射在空间光调制器135A上的波束134。这种监视器可以被称为“处理传感器”。处理传感器139可以检测激光源或其它上游光学部件中出现的干扰(例如，热透镜效应)。在一些实施例中，用于空间相位调制器135A的控制系统包括反馈控制器，该反馈控制器调整到空间光调制器135A的控制信号以补偿入射在空间光调制器135A上的波束134的改变。

在一些实施例中，波束134在空间光调制器135A的上游被拆分。例如，波束134可以被拆分成99.5％和0.5％。0.5％波束可以在与空间光调制器135A距拆分器相同路径距离的平面处成像。

在一些实施例中，调制器传感器138和/或处理传感器139的输出与本文所述的装置中扫描的斑点的位置相关(例如，与扫描仪的X、Y坐标相关)，该装置包括动态波束整形功能。调制器传感器138和/或处理传感器139的输出可以用作反馈信号，用于帮助控制动态波束整形处理。

在一些实施例中，扫描仪包括可操作以驱动扫描仪遵循期望的轨迹的扫描仪控制器。例如，轨迹可以由多个向量组成，这些向量可以由起点、终点以及在起点和终点之间维持的期望扫描速度来指定。在一些实施例中，扫描仪的当前坐标以来自扫描仪控制器的输出信号的形式获得。在一些实施例中，一个或多个被监视的参数(例如，熔池发射)的集合被链接到合适的数据结构中的对应扫描坐标。在一些实施例中，处理数据结构中的参数集以识别与可能的缺陷对应的参数值。这些链接可以被应用于确定对粉末床14上的可能缺陷进行定位的扫描坐标。可能缺陷的扫描坐标可以被用于控制扫描仪或其它机构来补救可能的缺陷(例如，通过以下各项中的一项或多项：显微成像、探测、在可能缺陷的位置处重新熔化或烧蚀材料)。

DBS的另一个示例应用使用DBS基于扫描的斑点的当前位置处的零件的特征件的尺寸来改变扫描的斑点的宽度。DBS可以被用于使小零件特征件(例如，薄壁、锋利的边缘)的斑点变小。当处理较大的密集特征件时，DBS也可以被用于扩大斑点尺寸。例如，用于当前层的图案19可以被处理以提供依当前层中的位置而定的斑点尺寸的图。然后，当斑点在层之上被扫描时，DBS可以被用于实时改变斑点尺寸。本技术可以为小特征件提供增大的分辨率，同时减少处理当前层的大密集区域所需的时间。

使用DBS提供动态可变的斑点尺寸可以被用于对粉末床14的固体区域进行图案化，但也可以应用于通过在光敏或热敏聚合物前体材料中引发聚合来操作的AM技术中。

3：组合的光转向和激光扫描

本文描述的粉末床曝光模态可以单独使用或以多种组合中的任意一种组合使用。图14是示出通过曝光单元和激光扫描实现组合的光转向的示例装置140的框图。例如，用于增材制造的装置140可以包括：

·两个或更多个曝光单元16，每个曝光单元16操作以使粉末床14内的全部或相应区域曝光。由不同曝光单元操作的粉末床14的区域可以相同、不同或不同且重叠。

·两个或更多个扫描单元76，每个扫描单元76能够在覆盖粉末床14内的全部或所选择的区域的场上扫描至少一个波束。由不同扫描单元76的场覆盖的粉末床14的区域可以相同、不同或不同且重叠。扫描单元76中的一些或全部可以具有动态波束整形能力(如本文所述)。任意、全部扫描单元76或扫描单元76中没有一个可以包括可操作以相对于粉末床14定位扫描单元的场的吊架或其它定位器。

·一个或多个曝光单元16和一个或多个扫描单元76。

·可重新配置为扫描单元76的一个或多个曝光单元16。

·上述的任意组合。

在组合至少一个曝光单元16和至少一个扫描单元76的实施例中可获得显著的协同作用，特别是在至少一个扫描单元76具有如本文所述的DBS能力的情况下。一些实施例组合发射红外光谱中的光(例如，具有1000nm左右的波长的光)的曝光单元16和发射较短波长的光(例如，诸如绿光之类的可见光)的扫描单元76。

在一些实施例中，至少一个曝光单元16和至少一个扫描单元76共享激光光源并可能共享直至并包括相位调制器16C的所有光学器件。在此类实施例中，在作为用被转向的光照亮2D视场的曝光单元16与具有DBS能力的扫描单元76的操作之间切换可以包括：切换用于扫描仪76的折叠单元16J或更改光路使得已经由相位调制器16C调制的光被选择性地传递到或者折叠单元16J或者扫描仪76，折叠单元16J可操作以引导被转向的光从而照亮粉末床14的扩展的2D区域，扫描仪76可操作以在粉末床14之上扫描紧密聚焦的波束。

包括曝光单元16和扫描单元76两者的实施例可以被控制以根据各种策略将指定的固化图案应用于粉末床14的层。例如，曝光单元16可以被应用于有效地固化粉末床14的当前层的较大连续区域，并且扫描单元76可以被用于固化粉末床14的如下区域：对其而言粉末床14的当前层的图案指定精细的细节。曝光单元16和扫描单元76可以同时应用或在分开的时间应用。

作为另一个示例，可以响应于关于通过曝光单元16的操作而固化的区域内的缺陷的反馈来控制扫描单元76，以例如通过重新熔化和/或固化旨在通过曝光单元16的操作而被固化的层内区域来补救缺陷。

例如，可以通过处理粉末床14的图像来识别缺陷。图像可以与一种或多种波长对应。例如，图像可以用以下一种或多种的波长成像：从粉末床14反射的激光、从粉末床14发射的光(例如，红外光)；或者其它为了成像目的而照亮粉末床14的光。在一些实施例中，控制系统处理图像以识别缺陷，例如使用被训练来定位缺陷或定位和分类缺陷的模式识别算法和/或卷积神经网络。

扫描单元76可以被控制为补救缺陷，例如通过重新加热粉末床14的与缺陷对应的位置和/或在与缺陷对应的位置处烧蚀粉末床14的表面。

作为另一个示例，当曝光单元16将被转向的光的二维图案引导到粉末床14上时，扫描单元76可以被操作以增大粉末床14的如下区域中的温度，对于所述区域被监视的温度不期望地低。例如，在用于粉末床14的当前层的图案指示出该层应当被固化的粉末床14的区域中，如果温度监视指示出粉末床14的该区域低于阈值温度，那么扫描单元76可以引导附加的能量以将粉末床14的该区域加热到阈值温度。阈值温度例如可以是足够高以导致通过粉末床14的材料的熔化或烧结而固化的温度。

如本文所述的装置可以用在制造零件的方法中。图15是示出使用像如图13中所示的那样的装置制造零件的方法150的流程图。图15A是图示方法150中的数据流的数据流图。方法150包括以下步骤：

S1.为要制造的零件制作计算机辅助设计(CAD)数据151。CAD数据151例如可以在CAD软件的帮助下制作。市售CAD软件包括Solidworks^TM、Siemens NX^TM、Catia^TM、SolidEdge^TM等。

S2.处理CAD数据151以产生层数据152。该处理可以包括确定制造零件的最佳朝向、将零件切片成紧密间隔的层并且然后将与每一层对应的零件的截面保存为层数据。每一层表示具有一定层厚度的零件的单个切片。层数据152包括指示出粉末床14的相应层内应当被固化的区域的图案。

S3.确定用于一个或多个相位调制器的相位图案153，对于每一层，相位图案使光转向到粉末床的应当被固化的区域。可以基于预定义的处理参数来生成相位图案。

S4.确定用于创建零件的每一层的处理参数154。处理参数154可以包括诸如以下一项或多项的参数：激光输出功率、激光占空比、扫描速度、层厚度、扫描间距(相邻扫描线之间的距离)、粉末床14的预加热温度、以及使粉末床14曝光的时间长度。这些参数中的一些可以是预定义的。例如，一些参数集合可以基于要在粉末床14中使用的粉末的特性(诸如烧结温度或熔化温度)来预设。其它参数可以基于层数据(例如，层中的零件特征件有多精细)。这些参数中的一些可以在层内的区域和/或区之间变化。例如，扫描间距可以变化以提供这样的层，其在一些区域中具有比在其它区域中更紧密的扫描间距。

S5.用第一层对粉末床14进行初始化。

S6.取回用于当前层的相位图案153，并根据相位图案153设置曝光单元的相位调制器。

S7.(可选地)预加热当前层。

S8.控制曝光单元16对当前层进行充分曝光，以固化当前层中的根据层数据152而应当被固化的那些区域。

S9.如果零件未完成，那么使下一层成为当前层，向粉末床14添加新的粉末层并返回到步骤S6。

上述示例方法可以被修改以促进通过如下组合来制造零件，所述组合即用曝光单元16使粉末床14的2D区域曝光和用扫描单元76扫描粉末床14的组合。例如，在上述方法的修改版本中，步骤S3附加地包括处理层数据以生成向量数据155。向量数据155定义将由一个或多个扫描单元76扫描的粉末床14的区域。

向量数据155例如可以指定扫描图案156(例如，光栅扫描和/或遵循用于当前层的图案的轮廓的扫描)、用于扫描图案156的不同片段的DBS配置、和/或用于扫描图案156的不同片段的激光强度。

如图14和图15中所示，相位图案可以被应用于控制曝光单元16并且向量数据可以被应用于控制扫描单元76。

在一些实施例中，步骤S3涉及通过实时的处理反馈来更新相位图案和/或向量数据。例如，处理数据157(例如，粉末床14的温度图、粉末床14中的预测温度、在粉末床14的外围周围的一个或多个点处测得的温度、和/或粉末床14的图像)可以被获取并反馈到步骤S3，步骤S3可以实时生成更新后的相位图案153和/或向量数据155。

例如，可以通过市售熔池监视系统来提供处理反馈。例如，Optics&LaserTechnology第127卷，2020年7月，106194上Robert Sampson等人在An improvedmethodology of melt pool monitoring of direct energy deposition processes(一种直接能量沉积处理的改进的熔池监测方法)中描述了熔池监视系统。熔池监视系统可以从诸如位于德国Luebeck的SLM Solutions Group AG之类的公司购买。

一些实施例应用以下技术中的一些来管理激光功率输出。可能期望在沿着扫描的激光斑点的轨迹的某些点处递送很少的光功率或不递送光功率。例如，当在扫描线(例如，光栅图案)之间切换时、紧接在跨越了从粉末床的应当被固化的区域到粉末床的不应当被固化的区域的边界之后、或者当跨粉末床的不应当被固化的区域进行扫描时，可能期望递送很少或不递送光功率。在此类情况下，激光功率可以通过以下一项或多项来减小：

·禁用激光器。这可能是不期望的，这是因为激光器在再次被启用之后会经历操作的一些不稳定。

·将激光器调至低功率水平。对于一些激光器，最低操作功率水平可能不期望地高(例如，最大功率的10％)。有些光纤激光器的最小功率大约是光纤激光器的最大功率的10％。

·使用DBS对斑点进行散焦。将斑点直径增大10倍可以将斑点内的强度降低100倍。

·改变应用于相位调制器的相位图案以将激光重定向到光转储器。

·调整可变分束器(例如，偏振分束器)以从激光束中去除一些光。

·关闭激光束的路径中的快门或在激光束的路径中插入光学衰减器。

在一些示例实施例中，当从一个扫描向量切换到另一个扫描向量时，激光器被禁用以保证没有输出功率。在此类实施例中，当在两个扫描向量之间切换(没有激光功率)时，通过在新的扫描线上恢复扫描之前暂停扫描一小段时间(例如，几微秒到几毫秒)来最小化动态效应。这可以使激光在扫描恢复之前有时间达到稳定的输出状态。

一些实施例提供反馈控制系统，其用于设置用作本文所述的曝光单元和/或扫描仪中的光源的激光器的激光功率输出。例如，来自调制器传感器138(例如，轴上相机)的数据可以指示出或者可以被处理以指示出由相位板反射的光的整体水平。反射光的水平依激光器的光功率输出而定。这个水平可以被用在控制激光器的设定点的附加反馈系统中。

本文描述的技术可以被配置为应用一系列用于制造零件的策略。这些策略例如可以由此类装置在控制器的控制下执行，该控制器被配置为使得该装置执行这样的策略来制造零件。图16A、图16B和图16C图示出可以被应用于使用一个或多个曝光单元16对粉末床14的层进行图案化的一些示例策略。

在图16A中，操作曝光单元来使光转向以固化粉末床14的当前层的区域161中的特征件。粉末床14可以同时被未转向的光照亮。未转向的光例如可以照亮整个粉末床14、粉末床14的包括区域161的部分，或区域161。未转向的光例如可以在粉末床14之上是均匀的和/或可以具有被设计为均匀地升高粉末床14的温度的固定能量密度分布曲线。未转向的光可以源自与被转向的光相同和/或不同的光源。例如：

·被转向的光和未转向的光可以源自分开的激光源；

·被转向的光中的至少一些可以通过捕获在没有被相位调制器进行相位调制的情况下反射的光来获得，该相位调制器是供应被转向的光的曝光单元的相位调制器；

·可以通过从供应被转向的光的激光束拆分光来获得未转向的光。

当粉末床14的当前层被图案化时，被转向的光的强度可以保持固定或变化(例如，斜坡上升)。当粉末床14的当前层被图案化时，未转向的光的强度可以保持固定或变化(例如，斜坡上升)。

图16B图示出另一种策略。在这个示例中，包括待固化的特征件的粉末床14的当前层的区域161被划分为多个子部分162。图16B中示出了子部分162A至162E。子部分162可以彼此完全或部分地重叠，或者可以不重叠。在这个示例中，不同子部分162中的特征件在不同时间被曝光。在一些实施例中，用于曝光不同子部分162的光由不同曝光单元16提供。处理子部分162的顺序可以任意选择。如上所述，粉末床14的任意部分或全部可以同时被未转向的光照亮(有利地，区域161接收未转向的光中的至少一些)。在区域161的曝光期间，被转向和/或未转向的光的强度可以保持恒定或变化。

图16C图示出类似于图16B的策略，不同之处在于：子部分162被整形为促进不同曝光单元16同时或在不同时间进行曝光。示出了子部分162F和162G。

当试图通过使用被转向以同时照亮扩展区域的光进行熔化来固化粉末床14的扩展区域时会遇到的一个问题是：对于一些材料，在扩展区域被立即熔化的情况下，表面张力会产生不期望的畸变，诸如起球。可以使用各种策略来减轻或避免这个问题。此类策略的两个示例是：

·使用被转向的光将扩展区域中的粉末床14的温度升高到接近但低于固化温度(例如，粉末床14的材料的熔化或烧结温度)的温度，并使用扫描的光来固化扩展区域中的粉末床14。利用这种策略，扫描的光可以具有比粉末床尚未被加热到接近固化温度的温度所需的强度低的强度和/或扫描速度可以比其它可能的速度高。

·控制相位调制器以动态地改变光转向，以便用随时间移动的较高和较低强度斑点来调制扩展区域内的转向光。例如，较高和较低强度斑点可以形成棋盘图案。较高强度斑点可以沉积足够的能量以在给定时间熔化它们邻近的粉末床的部分，并且较低强度斑点可以具有足够低的强度使得它们邻近的粉末床14的区域不被熔化或被允许固化。

·在固化粉末床14中的特征件之后，控制未转向的光和/或被转向的光的强度以逐渐允许粉末床14冷却至可以施加粉末床14的下一层的温度。

图17A、图17B和图17C提供了将用被转向的光曝光2D区域与用扫描的光进行曝光组合的示例策略。图17A图示出与参考图16A描述的策略相同的策略，不同之处在于，另外应用扫描的光斑163来处理区域161内的精细特征件。

图17B图示出与图17A的策略类似的策略，不同之处在于，应用扫描的光束来处理围绕层的待固化区域延伸的轮廓164。

图17C图示出与图16B的策略相同的策略，不同之处在于，另外应用扫描的光斑163以处理区域161内的精细特征件。

本文描述的方法和装置可以提供巨大的灵活性，用于制造不同材料(甚至在同一零件中具有两种或更多种不同材料)、不同几何形状、不同复杂程度、不同微观结构、和不同处理优化(例如，生产速度的优化或高零件质量的优化)的零件。

本技术相对于许多现有AM系统具有优势的零件的示例是齿轮。齿轮具有例如可以形成在外周和/或内周上的齿(例如，在环形齿轮的情况下)。齿可以具有应当被形成为接近公差的轮廓(例如，渐开线齿廓)。齿可以被指定为具有比齿轮的其它零件提供更大硬度的微观结构。例如，齿轮的主体可以包括具有不是小特征件的实心块。本技术可以被应用于快速固化粉末床以创建齿轮的主体层(例如，单独使用如本文所述的一个或多个曝光单元或者与一个或多个扫描的斑点一起使用)。通过扫描使用DBS整形的斑点，并可能地与使用本文描述的技术的准确预加热和/或后加热相结合，可以精确地形成具有指定的微观结构的齿。

创建相位图案

本文描述的许多实施例包括相位调制器，该相位调制器被控制为进行以下一项或多项操作：对光束进行整形、更改光束的能量密度分布曲线、以及使光转向以选择性地照亮2D区域的部分。可以应用于相位调制器以实现这种控制的相位图案可以被确定，例如，如以下参考文献中所描述的那样：

·WO 2015/184549 A1，标题为“EFFICIENT,DYNAMIC,HIGH CONTRAST LENSINGWITH APPLICATIONS TOIMAGING,ILLUMINATION AND PROJECTION”(应用于成像、照明和投射的高效、动态、高对比度透镜效应)；

·WO 2016/015163 A1，标题为“NUMERICAL APPROACHESFOR FREE-FORM LENSING:AREAPARAMETERIZATION FREE-FORM LENSING”(用于自由形态透镜效应的数值方法：区域参数化的自由形态透镜效应)。

在一些实施例中，相位调制器的像素被设置为显示提供期望的光转向的全息图。

在一些实施例中，要应用于相位调制器的相位图案被优化以递送期望的光转向或整形，同时最小化相位调制器的相邻像素之间的相位改变。

如本文所述，可以使用各种波长的光。可以基于粉末床14的材料来选择波长。例如，许多金属粉末有效地吸收红外区域中的波长(例如，大约1070nm的波长)的光。对于铜，可以使用300至500nm范围内的波长(在可见光谱的蓝绿色部分中)，因为这些波长与吸收峰对应。

在一些实施例中，用于为曝光单元16提供光的激光源具有800W或更大的输出功率。在一些实施例中，用于为曝光单元提供光的激光源具有50W或更小的输出功率。在一些实施例中，多个激光束被组合以产生更高功率的激光束，以用在扫描仪(可选地被配置为执行DBS的扫描仪)或用在如本文所述的曝光单元中。

在一些实施例中，光源包括一组或多组二极管激光器。来自二极管激光器的光被组合以产生如本文所述的使用的波束。

在一些实施例中，光源包括多个不同波长的激光器。在激光束中包括稍微不同的波长可以减少激光散斑。波长优选地足够接近以维持如本文所述的相位调制器的光转向的准确性。例如，组合成波束的光的波长可以相差几纳米。

在一些实施例中，光源包括可以被脉冲化的激光器(脉冲激光器)。脉冲激光器例如可以包括高功率激光二极管。在一些实施例中，可以控制此类脉冲激光器以烧蚀粉末床14的材料、执行表面抛光等。

术语的解释

除非上下文另有明确要求，在整个说明书和权利要求书中：

·“包括”、“包含”等应被解释为包容性的含义，而不是排他性或穷尽性的含义；即，在“包括但不限于”的意义上；

·“连接”、“耦合”或其任意变体是指两个或更多个元件之间或者直接或者间接的任意连接或耦合；元件之间的耦合或连接可以是实体的、逻辑的或其组合；

·“本文”、“上面”、“下面”以及类似含义的词在用于描述本说明书时应整体上指本说明书，而不是指本说明书的任意特定部分；

·“或”，在提到两个或更多个项目的列表时，覆盖该词的所有以下解释：列表中的任意项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任意组合；

·单数形式“一”、“一个”和“该”还包括任意适当复数形式的含义。

在本说明书和任意所附权利要求(在存在时)中使用的指示方向的词(诸如“垂直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“之下”等取决于所描述和图示的装置的特定朝向。本文描述的主题可以采取各种替代朝向。因而，这些方向性术语没有严格定义并且不应当被狭义地解释。

本文引用的所有专利、专利申请和其它出版物均出于所有目的通过引用并入本文。

如本文描述的装置可以包括使用专门设计的硬件、可配置硬件、通过提供能够在数据处理器上执行的软件(其可以可选地包括“固件”)配置的可编程数据处理器、被专门编程、配置或构造为执行如本文详细解释的方法中的一个或多个步骤的专用计算机或数据处理器和/或这些当中的两个或更多个的组合实现的控制设备。专门设计的硬件的示例是：逻辑电路、专用集成电路(“ASIC”)、大规模集成电路(“LSI”)、超大规模集成电路(“VLSI”)等。可配置硬件的示例是：一个或多个可编程逻辑设备，诸如可编程阵列逻辑(“PAL”)、可编程逻辑阵列(“PLA”)和现场可编程门阵列(“FPGA”)。可编程数据处理器的示例是：微处理器、数字信号处理器(“DSP”)、嵌入式处理器、图形处理器、数学协处理器、通用计算机、服务器计算机、云计算机、大型计算机、计算机工作站等。例如，如本文所述的用于增材制造装置的控制电路中的一个或多个数据处理器可以实现如本文所述的方法，以通过执行处理器可访问的程序存储器中的软件指令来可控地固化粉末床的各层。

本发明的一些实施例提供程序产品。程序产品可以包括承载计算机可读、计算机可执行指令的集合的任意非暂态介质，指令在由数据处理器执行时使得数据处理器执行本发明的方法。根据本发明的程序产品可以是多种形式中的任意一种。程序产品可以包括例如非暂态介质，诸如包括软盘、硬盘驱动器的磁性数据存储介质，包括CD ROM、DVD的光学数据存储介质，包括ROM、闪存RAM、EPROM、硬连线或预编程的芯片(例如，EEPROM、半导体芯片)、纳米技术存储器的电子数据存储介质等。程序产品上的计算机可读信号可以可选地被压缩或加密。

在上文提及部件(例如，光源、光学元件、控制器、空间光调制器、处理器、组件、设备等)的情况下，除非另有指示，否则提及那个部件(包括提及“手段”)应当被解释为包括执行所描述的部件的功能(即，功能上等同)的任意部件作为那个部件的等同形式，包括在结构上不等同于所公开的执行本发明的所示示例性实施例中的功能的结构的部件。

出于说明的目的，本文已经描述了系统、方法和装置的具体示例。这些只是示例。本文提供的技术可以应用于除上述示例系统以外的系统。在本发明的实践中，许多更改、修改、添加、省略和置换都是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言清楚的所描述的实施例的变化，包括通过以下方式获得的变化：用等同的特征、元素和/或动作替换特征、元素和/或动作；来自不同实施例的特征、元素和/或动作的混合和匹配；将如本文描述的实施例的特征、元素和/或动作与其它技术的特征、元素和/或动作组合；和/或从所描述的实施例中省略组合特征、元素和/或动作。

例如，虽然以给定次序呈现处理或方框，但是替代示例可以以不同次序执行处理或方框。另外，一些处理或方框可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改以提供替代方式或子组合。这些处理或方框中的每一个都可以以各种不同的方式实现。而且，虽然处理或方框有时被示为顺序执行，但是它们代替地可以同时或以不同次序执行。因此，以下权利要求旨在被解释为包括在其预期范围内的所有此类变化。

本文将各种特征描述为存在于“一些实施例”或“一些实施方式”中。此类特征不是强制性的并且可能不存在于所有实施例中。本发明的实施例可以包括零个、此类特征中的任意一个或两个或更多个的任意组合。即使此类特征在不同的附图中示出和/或在不同的章节或段落中描述，本公开也设想了此类特征的所有可能的组合。这仅限于在本领域的普通技术人员不可能构造出组合此类不兼容的特征的实际实施例的意义上此类特征中的某些特征与此类特征中的其它特征不兼容的程度。因此，“一些实施例”拥有特征A和“一些实施例”拥有特征B的描述应当被解释为明确表明发明人还预期组合特征A和B的实施例(除非本说明书另有说明或特征A和B根本上是不兼容的)。

因此，旨在将所附权利要求和此后引入的权利要求解释为包括可以合理推断的所有此类修改、置换、添加、省略和子组合。权利要求的范围不应当受到示例中阐述的优选实施例的限制，而应当被赋予与整个本说明书一致的最广泛的解释。

Claims (332)

1.一种用于增材制造的装置，该装置包括：

平台，被构造为支撑粉末床；

光源，可操作以将光束发射到延伸到粉末床的位置的光路中，该光路包括相位调制器，该相位调制器具有包括二维像素阵列的有源区域，像素是个体地可控制的以将相移应用于与像素交互的光；

控制器，被连接以配置相位调制器的像素，以将所选择的相移图案应用于入射在相位调制器的有源区域上的光，从而入射在粉末床的位置处的光的能量密度分布曲线至少部分地由相位调制器所应用的当前的相移图案来确定。

2.根据权利要求1所述的装置，其中控制器被配置为至少部分地通过控制相位调制器来控制光束，以选择性地固化粉末床的顶层的部分。

3.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括烧结粉末床的顶层中的颗粒。

4.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括熔化粉末床的顶层中的颗粒。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之前预加热粉末床。

6.根据权利要求5所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供预加热相移图案来在固化之前预加热粉末床。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之后对粉末床进行后加热。

8.根据权利要求7所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供后加热相移图案来在固化之后对粉末床进行后加热。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，包括位于光源与相位调制器之间的调节光学器件，该调节光学器件被配置为扩展波束的截面并且对波束进行整形以填充与相位调制器的有源区域匹配的矩形区域。

10.根据权利要求9所述的装置，其中调节光学器件包括孔径，该孔径的位置和尺寸被设置为阻挡将落在相位调制器的有源区域之外的光。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中调节光学器件包括偏振器，该偏振器被定向为设置波束的偏振以匹配相位调制器的偏振。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光源是激光器。

13.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是脉冲激光器。

14.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是连续激光器。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少500瓦的输出功率。

16.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少1000瓦的输出功率。

17.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有50瓦或更小的输出功率。

18.根据权利要求12至17中的任一项所述的装置，其中光源包括被组合以产生较高功率激光束的多个激光器。

19.根据权利要求18所述的装置，其中光源包括一组或多组半导体激光器。

20.根据权利要求18或19所述的装置，其中光源包括多个不同波长的激光器。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个激光器的波长相差20nm或更小。

22.根据权利要求12至21中的任一项所述的装置，其中光源发射偏振光。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的振幅调制器。

24.根据权利要求23所述的装置，其中振幅调制器可操作以细化光的2D图案。

25.根据权利要求24所述的装置，其中控制器被配置为控制振幅调制器以拉直边缘或从2D图案去除高强度伪影。

26.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述相位调制器是多个相位调制器中的第一相位调制器，所述多个相位调制器包括至少第二相位调制器，光路包括被布置为将来自光源的波束拆分成被引导以照亮第一相位调制器的有源区域的第一部分和被引导以照亮第二相位调制器的有源区域的第二部分的分束器，并且光路包括被布置为在组合光被递送到粉末床的位置之前组合与第一相位调制器和第二相位调制器交互的光的合束器。

27.根据权利要求26所述的装置，其中分束器被配置为使得光的第一部分和光的第二部分承载基本相等的光功率。

28.根据权利要求26或27所述的装置，其中控制器被配置为将相同的相移图案应用于第一相位调制器和第二相位调制器。

29.根据权利要求26至28中的任一项所述的装置，其中分束器是偏振分束器，并且装置包括位于在分束器与第二相位调制器之间的光路的一部分中的波片。

30.根据权利要求29所述的装置，其中波片是半波片。

31.根据权利要求26至30中的任一项所述的装置，其中合束器是偏振合束器，并且装置包括位于在第一相位调制器与合束器之间或者在第二相位调制器与合束器之间的光路的一部分中的第二波片。

32.根据权利要求31所述的装置，其中第二波片位于在第一相位调制器与合束器之间的光路的一部分中。

33.根据权利要求32所述的装置，其中第二波片是半波延迟器。

34.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中粉末床被封闭在受控气氛外壳中。

35.根据权利要求34所述的装置，其中受控气氛外壳被填充有惰性气体。

36.根据权利要求34或35所述的装置，其中受控气氛外壳包括窗口并且光路穿过该窗口。

37.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以调整平台的垂直标高的升降机。

38.根据权利要求37所述的装置，其中控制器被配置为操作升降机以将粉末床的顶表面维持在固定标高处。

39.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以照亮粉末床的顶表面的全部或部分的未转向的光的源。

40.根据权利要求39所述的装置，其中未转向的光的源包括光学元件，该光学元件被布置为收集由相位调制器镜面反射的光并将已由相位调制器镜面反射的光递送到粉末床的位置。

41.根据权利要求39或40所述的装置，其中未转向的光的源包括一个或多个附加光源。

42.根据权利要求40至41中的任一项所述的装置，其中未转向的光的源包括分束器，该分束器被布置为从由光源发射的波束中拆分光。

43.根据权利要求40至42中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为调整未转向的光和已被相位调制器相移的光的相对量。

44.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以将热量引导到粉末床中的一个或多个加热器。

45.根据权利要求44所述的装置，其中所述一个或多个加热器包括以下各项中的一项或者两项或更多项的任意组合：

·一个或多个附加光源，被配置为将光能引导到粉末床的位置上；

·一个或多个电阻性加热器元件；

·一个或多个微波能量的源；

·一个或多个感应加热器；以及

·与射频或微波能量的源结合的一个或多个感受器。

46.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中波束以光学辐射的2D图案被投射到粉末床的位置上。

47.根据权利要求46所述的装置，其中2D图案覆盖粉末床的区域的至少10％。

48.根据权利要求47所述的装置，其中2D图案覆盖粉末床的区域的至少20％。

49.根据权利要求48所述的装置，其中2D图案基本上覆盖粉末床的区域的全部。

50.根据权利要求46至49中的任一项所述的装置，其中2D图案覆盖尺寸为300mm×300mm或更大的区域。

51.根据权利要求46至49中的任一项所述的装置，其中2D图案覆盖尺寸为300mm×300mm或更小的区域。

52.根据权利要求46至51中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为控制相位调制器呈现光转向相位图案，该光转向相位图案使来自波束的光被转向以形成光的2D图案，其中转向使光转向远离2D图案的某些部分以形成2D图案的低强度部分，并且转向将光集中在2D图案的其它区域以形成2D图案的高强度部分。

53.根据权利要求52所述的装置，其中控制器被配置为基于用于粉末床的层的图案来控制相位调制器，图案包括指示出粉末床的层的待制成固体的部分以及粉末床的层的不应当制成固体的其它部分的数字数据，并且控制器被配置为选择光转向相位图案以使波束中的光转向，以使得光被集中在粉末床的层的待制成固体的部分中并且被转向远离粉末床的层的不应制成固体的部分。

54.根据权利要求52所述的装置，其中光转向相位图案包括将波束的光集中成与具有可变楔角的楔叠加的形状的相位图案，并且控制器被配置为改变楔角以使得该形状在跨粉末床的方向上进行扫描。

55.根据权利要求54所述的装置，其中所述形状是圆形、线形、正方形、矩形、长圆形或椭圆形。

56.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中由光源发射的波束具有高斯能量分布。

57.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过响应于来自一个或多个传感器的反馈而修改相位图案来应用反馈控制。

58.根据权利要求57所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机可操作以获得粉末床的位置的高分辨率图像。

59.根据权利要求57或58所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机被定位成通过光路的一部分对粉末床的位置进行成像。

60.根据权利要求57至59中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理来自所述一个或多个传感器的反馈以确定粉末床的当前层的区域已经被固化。

61.根据权利要求57至60中的任一项所述的装置，其中反馈控制包括使用分开的反馈回路来控制粉末床的将在当前层中被固化的区域的温度并且控制粉末床的在当前层中将不被固化的区域的温度。

62.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过应用提供粉末床的区域的散焦或均匀照明的第一相位图案并且随后应用提供粉末床的一个或多个区域的聚焦照明的第二相位图案来动态地改变相位调制器的相位图案。

63.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光源和光路由第一曝光单元提供，并且装置包括多个曝光单元，每个曝光单元包括相应的光源和相应的光路。

64.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的两个或更多个曝光单元照亮粉末床的同一区域。

65.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的两个或更多个曝光单元照亮粉末床的重叠区域。

66.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的每个曝光单元照亮粉末床的不同区域。

67.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的一些曝光单元被配置为将未转向的光和/或散焦转向的光递送到粉末床。

68.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过以下一项或多项来调整入射在粉末床的位置处的光的能量密度分布曲线：

·改变光源的功率；

·在粉末床的不应当被固化的区域的温度超过阈值的情况下，

改变相位图案以减小被引导到那些区域的光功率；和/或

·中断波束的光向粉末床的位置的递送。

69.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括在光源与相位调制器之间的光路中的波束整形单元，其中波束整形单元包括扩展并整形波束以覆盖相位调制器的有源区域的光学元件。

70.根据权利要求69所述的装置，其中波束整形单元包括准直器。

71.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中相位调制器的有源区域上的波束的能量分布是基本均匀的。

72.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括与相位调制器热接触的散热器。

73.根据权利要求72所述的装置，其中散热器由Peltier冷却器冷却。

74.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括与相位调制器间隔开的孔径，该孔径的尺寸被设计为使入射在相位调制器的有源区域上的光通过并且阻挡入射在相位调制器上且在有源区域之外的光。

75.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光路递送将倾斜地入射在粉末床的位置处的光。

76.根据权利要求75所述的装置，其中入射在粉末床的位置处的由来自光路的光照亮的区域的不同部分上的光以不同的倾斜角入射在粉末床上。

77.根据权利要求75或76所述的装置，其中控制器被配置为在相移图案中包括充当f-θ透镜的相位分量。

78.根据权利要求75至77中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在相移图案中包括如下的相位分量，该相位分量补偿由于光在粉末床上的倾斜入射角引起的几何畸变。

79.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为将光束“自动聚焦”到粉末床的位置上。

80.根据权利要求79所述的装置，其中自动聚焦包括基于在粉末床的位置处的光的图案的图像来迭代地调整应用于相位调制器的相位图案的自动聚焦分量。

81.根据权利要求80所述的装置，其中控制器被配置为监视粉末床上的光斑的尺寸。

82.根据权利要求80或81所述的装置，其中控制器被配置为重复迭代处理，直到光斑的尺寸满足标准为止。

83.根据权利要求82所述的装置，其中标准包括以下一项或多项：光斑具有小于阈值直径的直径，光斑的尺寸被最小化。

84.根据权利要求79至83中的任一项所述的装置，其中自动聚焦相位分量是参数化的透镜模型，并且控制器被配置为在透镜模型的参数空间中执行优化。

85.根据权利要求79至84中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为建立校正相位图案以补偿针对装置的部件的不同温度和/或不同光功率水平的热透镜效应，并且基于一个或多个测得的部件温度和/或当前光功率水平将该校正相位图案应用于相位调制器。

86.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的扫描单元，该扫描单元可操作以跨粉末床的位置在至少一个维度上扫描波束。

87.根据权利要求86所述的装置，其中扫描单元包括旋转多面镜。

88.根据权利要求86或87所述的装置，其中扫描单元可操作以跨粉末床的位置在两个维度上扫描光束。

89.根据权利要求88所述的装置，其中扫描单元包括一对电流镜。

90.根据权利要求86至89中的任一项所述的装置，包括可操作以相对于粉末床的位置移动扫描单元的吊架。

91.根据权利要求90所述的装置，其中吊架包括X-Y吊架。

92.根据权利要求86至91中的任一项所述的装置，包括致动器，该致动器被连接以移动扫描单元靠近或远离粉末床的位置。

93.根据权利要求86至92中的任一项所述的装置，其中控制器存储扫描仪校准数据并应用该扫描仪校准数据来控制扫描单元将光束转向到粉末床上的特定位置。

94.根据权利要求93所述的装置，其中控制器被配置为执行扫描仪校准操作，扫描仪校准操作包括：控制扫描单元将光束引导到粉末床上的几个参考位置、确定光束在粉末床上的实际位置、将实际位置与参考位置的坐标进行比较、以及基于在实际位置与对应参考位置的坐标之间的差异来生成扫描仪校准数据。

95.根据权利要求93和94中的任一项所述的装置，其中扫描仪校准数据包括插值表和/或Nurbs函数。

96.根据权利要求93至95中的任一项所述的装置，其中扫描仪校准数据包括被配置为应用依赖于角度的位置校正的相位图案分量。

97.根据权利要求86至96中的任一项所述的装置，其中扫描的波束通过光路中的一个或多个透镜被聚焦到扫描的斑点。

98.根据权利要求97所述的装置，其中控制器被配置为控制扫描单元跨粉末床的位置对扫描的斑点进行扫描，并且与以下一项或多项相协调地改变应用于相位调制器的相位图案：扫描的斑点被扫描的方向的改变、扫描的斑点被扫描的速度的改变、扫描的斑点相对于零件的特征件的位置、以及在当前扫描线与相邻扫描线之间的间距的改变。

99.根据权利要求98所述的装置，其中控制器被配置为设置相位图案以在扫描的斑点中提供非圆形对称的光能分布，并且控制器被配置为更改相位图案以调整光能分布相对于对扫描的斑点进行扫描的方向的朝向。

100.根据权利要求98或99所述的装置，其中控制器被配置为实时改变应用于相位调制器的相位图案，以更改扫描的波束的尺寸、形状和能量分布中的一个或多个。

101.根据权利要求98至100中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于在扫描的斑点的位置处的相邻扫描线之间的扫描间距来调整扫描的斑点的尺寸。

102.根据权利要求98至101中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于固化粉末床的材料所需的能量密度来调整扫描的斑点的尺寸。

103.根据权利要求98至102中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于处理速度要求来调整扫描的斑点的尺寸。

104.根据权利要求98至103中的任一项所述的装置，其中扫描的斑点适合在具有小于150μm或小于80μm或小于60μm或小于40μm的直径的圆内。

105.根据权利要求98至104中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于以下一项或多项来调整相位调制器上的相位图案以改变扫描的斑点中光能分布：

·扫描的斑点的位置距粉末床的如下区域的边缘有多近，所述区域要成为固体区域；

·靠近扫描的斑点的当前位置的所制造零件的特征件有多小；

·扫描的斑点是否接近在粉末床的应当被固化的区域与粉末床的不应当被固化的区域之间的边界；

·与当前由扫描的斑点照亮的点相邻的其它点最近多久被扫描过；

·粉末床的材料的特性；以及

·扫描的斑点沿着其被扫描的路径的曲率半径。

106.根据权利要求98至105中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为调整相位调制器上的相位图案，以基于针对粉末床中的点的温度相对于时间的期望分布曲线来改变扫描的斑点中的光能分布。

107.根据权利要求98至106中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于使扫描的斑点中的光能分布平坦或者使光能分布更加峰值化。

108.根据权利要求98至107中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于使扫描的斑点中的光能分布对于扫描方向的一侧较重地加权并且对于扫描方向的另一侧较轻地加权。

109.根据权利要求98至108中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为具有“甜甜圈”构造，在该“甜甜圈”构造中较高能量密度的环包围较低能量密度的区域。

110.根据权利要求98至108中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为具有十字(X)形或加号(+)形构造。

111.根据权利要求98至110中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将能量分布整形为具有字母V形或字母H形构造。

112.根据权利要求98至111中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为拉长的光能分布。

113.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向平行。

114.根据权利要求98至113中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案使得扫描的斑点具有字母V或H或I或A形能量分布，并且被配置为调整相位图案以使得能量分布的对称轴与扫描的斑点的当前扫描方向对准。

115.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向垂直。

116.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向成锐角。

117.根据权利要求98至116中的任一项所述的装置，其中控制器包括存储的配置数据，该配置数据将优选的波束形状与多个不同零件特征件中的每个零件特征件相关联，并且控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的零件特征件对应的形状。

118.根据权利要求117所述的装置，其中零件特征件选自：薄壁；尖角；实心区域的内部；要求提高的精度的特征件；以及要求特定微观结构的特征件。

119.根据权利要求98至118中的任一项所述的装置，其中控制器包括存储的配置数据，该配置数据将优选的波束形状与多个不同材料中的每个材料相关联，并且控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的粉末床中存在的材料对应的形状。

120.根据权利要求106至119中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理用于正被制造的零件的层的图案，以识别沿着不同扫描线定位的特征件、材料和/或微观结构，并且被配置为设置一系列波束形状和/或其它波束参数以用于每条扫描线的与不同特征件对应的部分，并且被配置为通过设置相位调制器以提供如下的相位图案来在沿着扫描线对扫描的斑点进行扫描时实时地控制波束，所述相位图案对扫描的斑点的光能分布进行整形以提供所述一系列波束形状。

121.根据权利要求98至120中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于在扫描的斑点的当前位置处的零件的特征件的尺寸来改变扫描的斑点的宽度。

122.根据权利要求121所述的装置，其中控制器被配置为处理用于当前层的图案以提供依当前层中的位置而定的斑点尺寸的图，并且被配置为控制相位调制器以当扫描的斑点在粉末床之上被扫描以形成当前层时实时地改变扫描的斑点的尺寸。

123.根据权利要求86至122中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理指示出粉末床的当前层的哪些区域将被固化的层数据，并且被配置为根据层数据确定用于在粉末床的位置之上对扫描的斑点进行扫描的路径。

124.根据权利要求123所述的装置，其中控制器被配置为处理层数据以确定用于沿着扫描波束的路径的不同点的参数。

125.根据权利要求123所述的装置，其中参数包括以下一项或多项：波束强度；波束斑点尺寸；波束功率密度分布曲线；波束形状；动态波束分量的行为；以及波束剖面相对于扫描方向的朝向。

126.根据权利要求98至125中的任一项所述的装置，包括数据存储库，该数据存储库包含处理窗口数据，该处理窗口数据为粉末床的一个或多个材料中的每个材料定义一个或多个处理窗口，该处理窗口数据指定多个处理波束参数的范围，其中控制器被配置为将处理波束参数设置在处理窗口之一内。

127.根据权利要求126所述的装置，其中处理波束参数包括波束能量密度、波束扫描速度、和粉末床温度。

128.根据权利要求126或127所述的装置，其中处理窗口数据包括用于特定材料的多个处理窗口，所述多个处理窗口分别与特定材料在固化时的不同特点对应。

129.根据权利要求98至128中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过基于一个或多个反馈信号的反馈控制来控制相位图案。

130.根据权利要求129所述的装置，其中装置包括红外相机或热成像器，并且反馈信号包括来自热成像器或红外相机的数据。

131.根据权利要求129或130所述的装置，其中装置包括被定位成对粉末床的位置进行成像的相机，并且反馈信号包括由该相机获得的粉末床的图像。

132.根据权利要求129至131中的任一项所述的装置，包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成感测粉末床的外围周围的温度，其中反馈信号包括来自所述一个或多个温度传感器的输出信号。

133.根据权利要求129至131中的任一项所述的装置，包括布置为监视处理光的光检测器，其中反馈信号包括处理光检测器的输出信号。

134.根据权利要求133所述的装置，其中反馈信号包括指示出处理光的强度和波长谱中的一个或两者的信号。

135.根据权利要求129至134中的任一项所述的装置，包括声学或振动传感器，其中反馈信号包括来自声学或振动传感器的输出信号。

136.根据权利要求129至135中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于粉末床的前一层的特性来生成反馈。

137.根据权利要求86至136中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为操作扫描单元以用以下扫描图案来对扫描的斑点进行扫描：单向；双向或“之字形”；包括岛图案；或包括排除图案。

138.根据权利要求137所述的装置，其中控制器被配置为更改扫描图案的扫描间距。

139.根据权利要求137或138所述的装置，其中控制器被配置为与根据扫描图案对扫描的斑点进行扫描相协调地应用用于相位调制器的相位图案。

140.根据权利要求139所述的装置，其中当扫描是单向扫描时，控制器被配置为在扫描单元正重新定位到下一条扫描线的开始时使扫描的光斑散焦以对粉末床添加预加热。

141.根据权利要求140所述的装置，其中控制器被配置为基于扫描图案的扫描间距来对扫描的光斑的宽度进行整形。

142.根据权利要求139所述的装置，其中控制器被配置为响应于扫描速度来调整扫描的光斑沿着扫描方向的长度。

143.根据权利要求142所述的装置，其中控制器被配置为调整相位调制器的相位图案，以在扫描速度增大时使扫描的光斑变长，并在扫描速度减小时减小扫描的光斑在扫描方向上的长度。

144.根据权利要求139所述的装置，其中控制器被配置为当扫描的光斑位于排除图案中的排除区域内部和/或位于岛图案中的岛外部时使扫描的光斑散焦。

145.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为更改粉末床的如下部分中的扫描图案，在所述部分中粉末床的层具有缺陷。

146.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过测量由相位调制器转向的光场中的光能分布并且调整被施加以控制相位调制器补偿在测得的光能分布与期望的光能分布之间的差异的控制信号，来补偿相位调制器的转向效率的改变。

147.根据权利要求146所述的装置，其中控制器被配置为在反馈回路中连续地补偿转向效率的改变。

148.根据权利要求146所述的装置，其中控制器被配置为通过前馈控制来补偿转向效率的改变。

149.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地控制相位调制器以将光重定向到波束转储器。

150.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中相位图案包括多个相位图案分量，并且控制器被配置为组合相位图案分量并将组合的相位图案分量应用于相位调制器。

151.根据权利要求150所述的装置，其中控制器被配置为通过将相位图案分量的像素值以2π为模相加来组合相位图案分量。

152.根据权利要求150所述的装置，其中相位图案分量包括以下的一项或多项：使光分布以提供期望的能量密度图案的分量；选择性地使光在粉末床的位置处聚焦或散焦的分量；补偿入射在相位调制器上的光束的变化或与理想状态的偏差的分量；补偿相位调制器的性能的变化和/或缺陷的分量；以及补偿扫描仪的几何形状的分量。

153.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为控制相位调制器以提供充当可变焦距透镜的透镜部件。

154.根据权利要求153所述的装置，其中控制器被配置为调整相位图案以通过改变相位图案以即时改变透镜部件的焦距来选择性地使光束聚焦或散焦。

155.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为利用模拟平场透镜或f-θ透镜的动态变化的相位图案分量来控制相位调制器。

156.根据权利要求155所述的装置，其中控制器存储多个预先计算的相位分量，每个相位分量与扫描角度的不同范围对应，并且控制器被配置为监视指示出一个或多个当前扫描角度的信号并控制相位调制器以使得由相位调制器提供的相位图案包括与当前扫描角度对应的相位分量。

157.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过应用如下的相位图案来控制相位调制器，所述相位图案补偿由在相位调制器与粉末床的位置之间的光路中的光学部件引起的几何畸变。

158.根据权利要求157所述的装置，其中控制器被配置为通过配置相位调制器以基于扫描单元的一个或多个扫描角度设置期望的波束形状和/或能量密度分布来校正几何畸变。

159.根据权利要求158所述的装置，其中对期望的波束形状和/或能量分布进行预畸变，以减少由扫描单元的几何形状引起的位置误差和几何畸变。

160.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的波束采样器，该波束采样器可操作以将波束的一部分采样到2D相机传感器上。

161.根据权利要求160所述的装置，其中控制器被配置为将由2D相机捕获的图像与目标能量分布进行比较并且识别波束中的能量分布中的误差。

162.根据权利要求161所述的装置，其中控制器被配置为生成指示出在波束中的能量分布与目标能量分布之间的差异的误差图像，并且将误差图像提供给反馈控制器，该反馈控制器可操作以调整用于相位调制器的驱动信号以补偿误差。

163.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括处理传感器元件，该处理传感器元件被布置为在相位调制器上游的位置处监视入射在相位调制器上的波束的一部分。

164.根据权利要求163所述的装置，其中控制器被配置为实现反馈控制器，该反馈控制器自动调整去往相位调制器的控制信号以补偿入射在相位调制器上的波束的改变。

165.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括调制器传感器，该调制器传感器具有指示出由相位调制器反射的光的水平的输出信号，其中控制器被配置为基于调制器传感器的输出信号来控制光源的功率输出。

166.根据权利要求165所述的装置，其中调制器传感器包括轴上相机。

167.根据权利要求165所述的装置，其中调制器传感器包括离轴相机。

168.一种用于增材制造的装置，包括：

平台，被构造为支撑粉末床；

用于选择性地固化粉末床的系统，该系统包括：

两个或更多个扫描单元，每个扫描单元可操作以在覆盖粉末床内的全部或所选择的区域的场之上扫描至少一个波束。

169.根据权利要求168所述的装置，其中由扫描单元中的不同扫描单元的场覆盖的粉末床的区域是相同的、不同的、或不同且重叠的。

170.一种用于增材制造的装置，包括：

平台，被构造为支撑粉末床；

用于选择性地固化粉末床的系统，该系统包括：

一个或多个曝光单元和一个或多个扫描单元，每个单元可操作以将光引导到粉末床的区域上。

171.根据权利要求170所述的装置，其中所述一个或多个曝光单元包括可重新配置为扫描单元的曝光单元。

172.根据权利要求170或171所述的装置，其中所述一个或多个曝光单元中的至少一个曝光单元可操作以发射红外光谱中的光，并且所述一个或多个扫描单元中的至少一个扫描单元可操作以发射具有比红外光谱中的光的波长短的波长的光。

173.根据权利要求172所述的装置，其中曝光单元中的至少一个曝光单元可操作以发射波长为1000nm左右的光。

174.根据权利要求172或173所述的装置，其中所述一个或多个扫描单元中的至少一个扫描单元可操作以发射可见光。

175.根据权利要求174所述的装置，其中可见光是绿光。

176.根据权利要求170至175中的任一项所述的装置，其中所述一个或多个曝光单元中的至少一个曝光单元和所述一个或多个扫描单元中的至少一个扫描单元共享激光光源。

177.根据权利要求176所述的装置，其中所述一个或多个曝光单元中的至少一个曝光单元和所述一个或多个扫描单元中的至少一个扫描单元共享直至并包括相位调制器的所有光学器件。

178.根据权利要求170至177中的任一项所述的装置，包括被配置为控制所述一个或多个曝光单元和所述一个或多个扫描单元的控制器。

179.根据权利要求178所述的装置，其中控制器被配置为控制所述一个或多个曝光单元以固化粉末床的当前层的较大的连续区域，并且控制所述一个或多个扫描单元以固化粉末床的当前层的如下的区域，针对所述区域，用于粉末床的当前层的图案指定更精细的细节。

180.根据权利要求179所述的装置，其中控制器被配置为同时应用所述一个或多个曝光单元和所述一个或多个扫描单元。

181.根据权利要求180所述的装置，其中控制器被配置为在分开的时间应用所述一个或多个曝光单元和所述一个或多个扫描单元。

182.根据权利要求170至181中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为响应于关于通过所述一个或多个曝光单元的操作而固化的区域内的缺陷的反馈，通过重熔和/或固化层内的区域来补救缺陷。

183.根据权利要求182所述的装置，其中控制器被配置为通过处理粉末床的图像来识别缺陷。

184.根据权利要求183所述的装置，其中图像与以下一项或其任意组合对应：从粉末床反射的激光的波长；从粉末床发射的光的波长；照亮粉末床的其它光的波长。

185.根据权利要求183或184所述的装置，其中控制器包括被训练为定位缺陷或定位和分类缺陷的卷积神经网络。

186.根据权利要求170至185中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为控制所述一个或多个曝光单元以将被转向的光的二维图案引导到粉末床上并且控制所述一个或多个扫描单元以升高粉末床的被监视的温度不期望地低的区域中的温度。

187.一种用于增材制造的装置，包括：

平台，被构造为支撑粉末床；

用于选择性地固化粉末床的系统，该系统包括：

两个或更多个曝光单元，每个曝光单元可操作以曝光粉末床内的全部或相应区域。

188.根据权利要求187所述的装置，其中由曝光单元中的不同曝光单元照亮的粉末床的区域是相同的、不同的、或不同且重叠的。

189.根据权利要求165至188中的任一项所述的装置，包括一个或多个激光光源以及控制器，其中控制器被配置为通过以下一项或多项来管理由一个或多个激光器递送到粉末床的光功率：

·使光散焦；

·改变应用于相位调制器的相位图案以将激光重定向到光转储器；

·调整可变分束器(例如，偏振分束器)以去除其中一些光；

·关闭来自激光器的波束的路径中的快门；以及

·在来自激光器的波束的路径中插入光学衰减器。

190.根据权利要求189所述的装置，其中控制器被配置为当在扫描线之间切换时、在跨越从粉末床的应当被固化的区域到粉末床的不应当被固化的区域的边界之后、或者当扫描粉末床的不应当被固化的区域时，通过扫描单元减少从至少一个激光器递送到粉末床的光功率。

191.一种计算机程序产品，包括承载计算机可执行指令的计算机可读介质，当计算机可执行指令由根据前述权利要求中的任一项所述的装置的控制器的数据处理器执行时，使得数据处理器如本文所述的那样控制装置。

192.一种装置，具有如本文所述的任意新颖的和创造性的特征、特征的组合、或特征的子组合。

193.一种增材制造的方法，该方法包括：

·在包括相位调制器的光路上将光从光源引导至粉末床的位置；

·控制相位调制器将2D的相移图案应用于光，该相移使光转向到粉末床上以在粉末床上产生期望的光功率分布；以及

·光功率分布选择性地固化粉末床的顶层中的区域。

194.根据权利要求193所述的方法，其中光功率分布覆盖至少90cm²的区域。

195.根据权利要求193所述的方法，其中光功率分布覆盖粉末床的区域的至少10％。

196.根据权利要求193所述的方法，其中光功率分布覆盖粉末床的区域的至少20％。

197.根据权利要求193所述的方法，其中光功率分布覆盖粉末床的顶表面。

198.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括将层顺序地添加到粉末床并且选择性地固化层中的每一层的部分以形成零件。

199.根据权利要求198所述的方法，包括为层中的每一层提供图案并且至少部分地基于相位图案来确定用于相位调制器的相位图案。

200.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中光路包括在相位调制器与粉末床的位置之间的振幅调制器，并且该方法包括控制振幅调制器以细化光功率分布。

201.根据权利要求200所述的方法，其中细化光功率分布包括以下一项或多项：

·拉直边缘；以及

·去除高强度伪影。

202.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括加热粉末床。

203.根据权利要求202所述的方法，其中加热粉末床包括将未转向的光引导到粉末床上。

204.根据权利要求203所述的方法，包括收集来自相位调制器的未转向的光。

205.根据权利要求202至204中的任一项所述的方法，包括操作附加光源以提供未转向的光。

206.根据权利要求202至205中的任一项所述的方法，包括使光从光路偏转以提供未转向的光。

207.根据权利要求202至206中的任一项所述的方法，其中加热粉末床包括向相位调制器应用使光功率密度散焦的相移图案。

208.根据权利要求202至207中的任一项所述的方法，包括在粉末床的材料被固化之前施加热量。

209.根据权利要求202至208中的任一项所述的方法，包括在粉末床的材料被固化之后施加热量。

210.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括在固化粉末床的顶层的区域之后冷却粉末床。

211.根据权利要求210所述的方法，其中冷却粉末床包括将冷却的气体施加到粉末床的表面的一个或多个区域或整个表面。

212.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括对入射在相位调制器上的光进行整形，以匹配或几乎匹配相位调制器的有源区域的尺寸和形状。

213.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括应用光功率分布以选择性地熔化粉末床的区域中的材料。

214.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括应用光功率分布以选择性地烧结粉末床的区域中的材料。

215.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中光路包括光扫描仪，并且该方法包括操作光扫描仪以在粉末床的位置之上移动光功率分布。

216.根据权利要求215所述的方法，包括当光能分布被移动时改变由相位调制器应用的相移图案。

217.根据权利要求216所述的方法，包括响应于光功率分布的扫描方向的改变而改变相位图案。

218.根据权利要求215至217中的任一项所述的方法，包括跨粉末床的位置扫描光功率密度，并且与以下一项或多项相协调地改变应用于相位调制器的相移图案：扫描的斑点被扫描的方向的改变、扫描的斑点被扫描的速度的改变、扫描的斑点相对于零件的特征件的位置、以及在当前扫描线与相邻扫描线之间的间距的改变。

219.根据权利要求215至218中的任一项所述的方法，包括实时改变应用于相位调制器的相移图案以更改光功率密度的尺寸、形状和能量分布中的一个或多个。

220.根据权利要求215至219中的任一项所述的方法，包括应用所存储的扫描仪校准数据来控制扫描单元将光转向到粉末床上的特定位置。

221.根据权利要求220的方法，包括执行扫描仪校准操作，扫描仪校准操作包括：控制扫描单元将光引导到粉末床上的几个参考位置、确定粉末床上的光的实际位置、将实际位置与参考位置的坐标进行比较、以及基于实际位置与相应参考位置的坐标之间的差异生成扫描仪校准数据。

222.根据权利要求220至221中的任一项所述的方法，其中扫描仪校准数据包括插值表和/或Nurbs函数。

223.根据权利要求220至222中的任一项所述的方法，其中扫描仪校准数据包括被配置为应用依赖于角度的位置校正的相位图案分量。

224.根据权利要求215至219中的任一项所述的方法，其中光路包括一个或多个聚焦元件，并且该方法包括聚焦光功率分布以在粉末床上提供扫描的斑点。

225.根据权利要求224所述的方法，其中扫描的斑点适合在直径小于150μm或小于80μm或小于60μm或小于40μm的圆内。

226.根据权利要求224至225中的任一项所述的方法，包括设置应用于相位调制器的相移图案以在扫描的斑点中提供非圆形对称的光能分布，以及更改应用于相位调制器的相移图案以调整光能分布相对于对扫描的斑点进行扫描的方向的朝向。

227.根据权利要求224至226中的任一项所述的方法，包括基于在扫描的斑点的位置处相邻扫描线之间的扫描间距来调整扫描的斑点的尺寸。

228.根据权利要求224至227中的任一项所述的方法，包括基于固化粉末床的材料所需的能量密度来调整扫描的斑点的尺寸。

229.根据权利要求224至227中的任一项所述的方法，包括基于处理速度要求来调整扫描的斑点的尺寸。

230.根据权利要求224至229中的任一项所述的方法，包括处理指示出粉末床的当前层的哪些区域要固化的层数据以确定用于对扫描的斑点进行扫描的路径。

231.根据权利要求224至230中的任一项所述的方法，包括通过调整应用于相位调制器的相移图案来控制以下一项或多项：

光功率分布的强度；

扫描的斑点的尺寸；

光功率分布的分布曲线；以及

光功率分布的形状。

232.根据权利要求224至231中的任一项所述的方法，其中聚焦光功率分布以提供扫描的斑点包括将聚焦相位分量应用于相位调制器。

233.根据权利要求224至232中的任一项所述的方法，包括设置相移图案，使得扫描的斑点中的光功率分布具有十字(X)形或加号(+)形构造。

234.根据权利要求224至232中的任一项所述的方法，包括设置相移图案，使得扫描的斑点中的光功率分布具有字母V形或字母H形构造。

235.根据权利要求224至232中的任一项所述的方法，包括设置相移图案，使得扫描的斑点中的光功率分布具有甜甜圈构造。

236.根据权利要求224至232中的任一项所述的方法，包括设置相移图案以使扫描的斑点在所选择的方向上被拉长。

237.根据权利要求224至232中的任一项所述的方法，包括设置相移图案以将光功率密度的朝向调整为相对于对扫描的斑点进行扫描的方向的期望朝向。

238.根据权利要求224至237中的任一项所述的方法，包括选择性地设置相移图案以根据扫描的斑点在粉末床上的位置来使扫描的斑点聚焦和散焦。

239.根据权利要求224至237中的任一项所述的方法，包括设置相移图案以将光功率密度集中在沿着其对扫描的斑点进行扫描的扫描线的一侧。

240.根据权利要求224至239中的任一项所述的方法，包括设置相移图案，使得光功率分布不是圆形对称的并且具有对称轴，并且该方法包括将对称轴定向为与扫描的斑点的扫描方向对准。

241.根据权利要求224至240中的任一项所述的方法，包括动态地调整相移图案，以使得当扫描的斑点跨粉末床被扫描时，光功率密度更加均匀或更加峰值化。

242.根据权利要求224至240中的任一项所述的方法，包括通过使扫描的斑点散焦并在粉末床的区域的内部部分之上扫描散焦的斑点来固化粉末床中的区域的内部部分。

243.根据权利要求224所述的方法，包括在粉末床的区域的内部部分之上扫描散焦的斑点的同时增大光源的输出光功率。

244.根据权利要求215至243中的任一项所述的方法，包括：在相移图案中包括如下的相位分量，该相位分量补偿由光入射在粉末床的位置上的角度的改变所引起的几何畸变。

245.根据权利要求224至244中的任一项所述的方法，包括：

处理待制造的零件的计算机模型以提供多个图案，每个图案与粉末床的层对应并指示出粉末床的层要被固化的区域；

处理图案中的每个图案以识别区域的特征件，生成用于层的扫描图案，该扫描图案包括多条扫描线，并确定识别出的特征件沿着扫描线的位置；

确定与特征件中的每个特征件对应的相移图案；以及

对于粉末床的当前层，沿着扫描线对扫描的斑点进行扫描，同时动态地配置相位调制器以提供与沿着扫描线的特征件对应的相移图案。

246.根据权利要求245所述的方法，其中零件特征件包括选自以下各项的特征件：薄壁；尖角；实心区域的内部；要求提高的精度的特征件；以及要求特定微观结构的特征件。

247.根据权利要求245至246中的任一项所述的方法，包括：处理用于层的图案以识别沿着不同扫描线定位的特征件、材料和/或微观结构，设置一系列波束形状和/或其它波束参数以用于每条扫描线的与不同特征件对应的部分，并在沿着扫描线对扫描的斑点进行扫描时实时地控制相位调制器以提供对扫描的斑点的光能分布进行整形从而提供所述一系列波束形状的相位图案。

248.根据权利要求224至247中的任一项所述的方法，包括基于在扫描的斑点的当前位置处的零件的特征件的尺寸来改变扫描的斑点的宽度。

249.根据权利要求248所述的方法，包括处理用于当前层的图案以提供依当前层中的位置而定的斑点尺寸的图，并且控制相位调制器以当扫描的斑点在粉末床之上被扫描以形成当前层时实时地改变扫描的斑点的尺寸。

250.根据权利要求224至249中的任一项所述的方法，包括跨粉末床的位置对扫描的斑点进行扫描，并与以下一项或多项相协调地改变由相位调制器应用的相移图案：扫描的斑点被扫描的方向的改变、扫描的斑点被扫描的速度的改变、扫描的斑点相对于零件的特征件的位置、以及在当前扫描线与相邻扫描线之间的间距的改变。

251.根据权利要求224至250中的任一项所述的方法，包括基于以下一项或多项调整相位调制器上的相移图案以改变扫描的斑点中的光能分布：

·扫描的斑点的位置距粉末床的如下区域的边缘有多近，所述区域要成为固体区域；

·靠近扫描的斑点的当前位置的所制造零件的特征件有多小；

·扫描的斑点是否接近在粉末床的应当被固化的区域与粉末床的不应当被固化的区域之间的边界；

·与当前由扫描的斑点照亮的点相邻的其它点最近多久被扫描过；

·粉末床的材料的特性；以及

·扫描的斑点沿着其被扫描的路径的曲率半径。

252.根据权利要求224至251中的任一项所述的方法，包括调整相位调制器上的相位图案，以基于针对粉末床中的点的温度相对于时间的期望分布曲线来改变扫描的斑点中的光能分布。

253.根据权利要求224至252中的任一项所述的方法，包括确定用于多个不同零件特征件中的每个零件特征件的优选的波束形状，并选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的零件特征件对应的形状。

254.根据权利要求224至253中的任一项所述的方法，包括选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的粉末床中存在的材料对应的形状。

255.根据权利要求224至254中的任一项所述的方法，包括操作扫描仪以用以下扫描图案对扫描的斑点进行扫描：单向；双向或“之字形”；包括岛图案；或包括排除图案。

256.根据权利要求255所述的方法，包括更改扫描图案的扫描间距。

257.根据权利要求255至256中的任一项所述的方法，包括：其中，当扫描是单向扫描时，在扫描单元正重新定位到下一条扫描线的开始时使扫描的光斑散焦以对粉末床添加预加热。

258.根据权利要求224至257中的任一项所述的方法，包括基于扫描图案的扫描间距来设置扫描的斑点的宽度。

259.根据权利要求224至258中的任一项所述的方法，包括至少部分地基于扫描速度来调整扫描的斑点沿着扫描方向的长度。

260.根据权利要求224至259中的任一项所述的方法，包括调整相位调制器的相移图案，以在扫描速度增大时使扫描的光斑变长，并在扫描速度减小时减小扫描的光斑在扫描方向上的长度。

261.根据权利要求224至260中的任一项所述的方法，包括当扫描的光斑位于排除图案中的排除区域内部和/或位于岛图案中的岛外部时使扫描的光斑散焦。

262.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括监视由相位调制器应用的所应用的相移，以及调整去往相位调制器的控制输入以使所应用的相移匹配期望的相移。

263.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括监视入射在相位调制器上的光的分布，并且将相位分量应用于相位调制器以补偿入射在相位调制器上的光的分布的改变。

264.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括通过控制相位调制器以将入射在相位调制器上的一些光重定向到波束转储器来选择性地减小光功率密度的功率。

265.根据权利要求264所述的方法，包括在反转扫描方向的同时将入射在相位调制器上的一些光重定向到波束转储器。

266.根据权利要求264所述的方法，包括与将扫描的斑点从粉末床的要被固化的区域扫描到粉末床的不要被固化的区域相协调地将入射在相位调制器上的一些光重定向到波束转储器。

267.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括动态地改变相移图案的相位分量以补偿由光路中的扫描分量引起的几何畸变。

268.根据权利要求193至267中的任一项所述的方法，其中相移图案包括一个或多个参数化的相移分量，并且该方法包括调整参数化的相移分量的一个或多个参数以更改光功率分布。

269.根据权利要求268所述的方法，其中参数化的相移分量包括参数化的透镜。

270.根据权利要求269所述的方法，其中参数化的透镜包括f-θ透镜。

271.根据权利要求269或270所述的方法，其中参数包括焦距参数，并且该方法包括当扫描的斑点在粉末床之上被移动时动态地改变焦距参数。

272.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括将光功率密度自动聚焦在粉末床上，其中自动聚焦包括基于在粉末床的位置处光的图案的图像来迭代地调整应用于相位调制器的相位图案的自动聚焦分量。

273.根据权利要求272所述的方法，包括监视粉末床上的光斑的尺寸。

274.根据权利要求272或273所述的方法，包括重复迭代处理，直到光斑的尺寸满足标准为止。

275.根据权利要求274所述的方法，其中标准包括以下一项或多项：光斑具有小于阈值直径的直径，光斑的尺寸被最小化。

276.根据权利要求272至275中的任一项所述的方法，其中相位图案的自动聚焦分量是参数化的透镜模型，并且该方法包括在透镜模型的参数空间中执行优化。

277.根据权利要求272至278中的任一项所述的方法，包括建立校正相位图案以补偿针对装置的部件的不同温度和/或不同光功率水平的热透镜效应，并且基于一个或多个测得的部件温度和/或当前光功率水平将该校正相位图案应用于相位调制器。

278.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括控制相位调制器以呈现光转向相移图案，该光转向相移图案使入射在相位调制器上的光被转向以在粉末床上形成光的2D图案，其中转向使光转向远离2D图案的某些部分以形成2D图案的低强度部分，并且转向将光集中在2D图案的其它区域以形成2D图案的高强度部分。

279.根据权利要求278所述的方法，包括基于用于粉末床的层的图案来控制相位调制器，该图案包括指示出粉末床的层的待制成固体的部分以及粉末床的层的不应当制成固体的其它部分的数字数据，并且控制相位调制器包括设置相位调制器以使得光转向相移图案使入射在相位调制器上的光转向，从而光被集中在粉末床的层的待制成固体的部分中并且被转向远离粉末床的层的不应制成固体的部分。

280.根据权利要求278或279所述的方法，其中光转向相移图案包括将入射在相位调制器上的光集中成与具有可变楔角的楔叠加的形状的相位图案，并且该方法包括改变楔角以使得该形状在跨粉末床的方向上进行扫描。

281.根据权利要求280所述的方法，其中形状是圆形、线形、正方形、矩形、长圆形或椭圆形。

282.根据权利要求278至281中的任一项所述的方法，包括通过应用提供粉末床的区域的散焦或均匀照明的第一相位图案并且随后应用提供粉末床的一个或多个区域的聚焦照明的第二相位图案来动态地改变相位调制器的相位图案。

283.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括通过基于来自一个或多个传感器的反馈的反馈控制来控制相移图案。

284.根据权利要求283所述的方法，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机可操作以获得粉末床的位置的高分辨率图像。

285.根据权利要求283或284所述的方法，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机被定位成通过光路的一部分对粉末床的位置进行成像。

286.根据权利要求283至285中的任一项所述的方法，包括处理来自所述一个或多个传感器的反馈信号以确定粉末床的当前层的区域已经被固化。

287.根据权利要求283至286中的任一项所述的方法，其中反馈控制包括使用分开的反馈回路来控制粉末床的将在当前层中被固化的区域的温度并且控制粉末床的在当前层中将不被固化的区域的温度。

288.根据权利要求283至287中的任一项所述的方法，其中传感器包括红外相机或热成像器中的一个或多个，并且反馈信号包括来自热成像器或红外相机的数据。

289.根据权利要求283至288中的任一项所述的方法，其中传感器包括被定位成对粉末床的位置进行成像的相机，并且反馈信号包括由该相机获得的粉末床的图像。

290.根据权利要求284至289中的任一项所述的方法，其中传感器包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成感测粉末床的外围周围的温度，并且反馈信号包括来自所述一个或多个温度传感器的输出信号。

291.根据权利要求283至290中的任一项所述的方法，包括布置为监视处理光的光检测器，其中反馈信号包括处理光检测器的输出信号。

292.根据权利要求291所述的方法，其中反馈信号包括指示出处理光的强度和波长谱中的一个或两者的信号。

293.根据权利要求283至292中的任一项所述的方法，其中传感器包括声学或振动传感器，并且反馈信号包括来自声学或振动传感器的输出信号。

294.根据权利要求283至293中的任一项所述的方法，包括基于粉末床的前一层的特性来生成反馈。

295.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括通过测量由相位调制器转向的光场中的光能分布并且调整被施加以控制相位调制器补偿在测得的光能分布与期望的光能分布之间的差异的控制信号，来补偿相位调制器的转向效率的改变。

296.根据权利要求295所述的方法，包括在反馈回路中连续地补偿转向效率的改变。

297.根据权利要求295所述的方法，包括通过前馈控制来补偿转向效率的改变。

298.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中相位调制器是第一相位调制器，并且该方法包括组合已被第一调制器相移的光和已被第二相位调制器相移的光，并且将组合光引导到粉末床上以产生光功率分布。

299.根据权利要求298所述的方法，包括控制第一相位调制器和第二相位调制器以应用相同的相移图案。

300.根据权利要求298至299中的任一项所述的方法，包括将来自光源的光拆分成第一波束和第二波束，递送第一波束以照亮第一相位调制器，并且递送第二波束以照亮第二相位调制器。

301.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括对粉末床进行成像。

302.根据权利要求301所述的方法，包括处理粉末床的图像以识别缺陷。

303.根据权利要求301或302所述的方法，包括响应于识别出粉末床的前一层中的缺陷而更改用于粉末床的当前层的扫描图案。

304.根据权利要求301至303中的任一项所述的方法，包括烧蚀在缺陷的位置处的材料。

305.根据权利要求304所述的方法，其中烧蚀材料包括增大光功率密度的最大强度并将光功率密度定位在缺陷的位置之上。

306.根据权利要求301至305中的任一项所述的方法，包括处理粉末床的图像以提供反馈信号并且响应于该反馈信号来调整相移图案。

307.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中光源包括激光器。

308.根据权利要求306所述的方法，其中激光器是脉冲激光器。

309.根据权利要求307所述的方法，其中激光器是连续激光器。

310.根据权利要求307至309中的任一项所述的方法，其中激光器具有至少500瓦或至少1000瓦的输出功率。

311.根据权利要求306至308中的任一项所述的方法，其中激光器具有50瓦或更小的输出功率。

312.根据权利要求306至311中的任一项所述的方法，其中光源包括多个激光器，并且该方法包括组合由激光器输出的光。

313.根据权利要求306至312中的任一项所述的方法，其中光源包括一组或多组半导体激光器。

314.根据权利要求306至313中的任一项所述的方法，其中来自光源的光包括多个不同的波长。

315.根据权利要求314所述的方法，其中所述多个不同波长的波长相差20nm或更小。

316.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中来自光源的光是偏振光。

317.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括查找为粉末床的一个或多个材料中的每个材料定义一个或多个处理窗口的处理窗口数据，该处理窗口数据指定多个处理波束参数的范围，以及将处理波束参数设置为位于处理窗口之一内。

318.根据权利要求317所述的方法，其中处理波束参数包括波束能量密度、波束扫描速度、和粉末床温度中的一项或多项。

319.根据权利要求317或318所述的方法，其中处理窗口数据包括用于特定材料的多个处理窗口，所述多个处理窗口分别与特定材料在固化时的不同特点对应。

320.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括通过操作吊架移动一个或多个光学部件来将光功率密度定位在粉末床上。

321.根据权利要求320所述的方法，其中吊架是X-Y吊架。

322.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中相移图案包括多个相位图案分量，并且该方法包括组合相位图案分量并将组合的相位图案分量应用于相位调制器。

323.根据权利要求322所述的方法，包括通过将相位图案分量的像素值以2π为模相加来组合相位图案分量。

324.根据权利要求322所述的方法，其中相位图案分量包括以下的一项或多项：使光分布以提供期望的光功率密度图案的分量；选择性地使光在粉末床的位置处聚焦或散焦的分量；补偿入射在相位调制器上的光束的变化或与理想状态的偏差的分量；补偿相位调制器的性能的变化和/或缺陷的分量；以及补偿扫描仪的几何形状的分量。

325.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括控制相位调制器以提供充当可变焦距透镜的透镜部件。

326.根据权利要求325所述的方法，包括通过改变透镜部件以即时改变透镜部件的焦距，来调整相移图案以选择性地使光束聚焦或散焦。

327.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括执行反馈控制以基于来自处理传感器元件的反馈来自动调整去往相位调制器的控制信号以补偿入射在相位调制器上的波束的改变，该处理传感器元件被布置为在相位调制器上游的位置处监视入射在相位调制器上的光束的一部分。

328.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括基于来自调制器传感器的输出信号来控制光源的光输出，该调制器传感器可操作以检测由相位调制器反射的光的水平。

329.根据权利要求328所述的方法，其中调制器传感器包括轴上相机。

330.一种用于零件的增材制造的方法，该方法包括：

·制作定义零件的计算机辅助设计(CAD)数据；

·处理CAD数据以产生层数据，其中层表示零件的具有一定层厚度的单个切片，并且层数据包括指示出粉末床的相应层内的应当被固化的区域的图案；

·确定用于一个或多个相位调制器的相位图案，对于每一层，

相位图案使光转向到粉末床的应当被固化的区域；

·确定用于创建零件的每一层的处理参数；

·用第一层对粉末床进行初始化；以及重复以下步骤直到零件完成为止：

o取回用于当前层的相位图案并根据相位图案设置曝光单元的相位调制器；

o控制曝光单元对当前层进行充分曝光，以根据用于当前层的层数据来固化当前层的应当被固化的那些区域；以及

o对粉末床添加新的粉末层。

331.一种方法，包括如本文所述的任意新颖的和创造性的步骤、动作、步骤和/或动作的组合、或者步骤和/或动作的子组合。

332.一种计算机程序产品，包括承载机器可读可执行指令的数据存储介质，机器可读可执行指令在由数据处理器执行时使得数据处理器执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。