TW201930090A

TW201930090A - 利用粉末分配的積層製造

Info

Publication number: TW201930090A
Application number: TW107147714A
Authority: TW
Inventors: 浩智黃; 納格Ｂ帕逖邦德拉; 張代化
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-08-01
Also published as: JP7032543B2; US11007570B2; WO2019133708A1; US20190201977A1; JP2021508620A; US20190201976A1; US20190202127A1; CN111699086A; US20190201975A1; KR20200094800A; US11090724B2; KR102317567B1; US10758978B2

Abstract

積層製造設備具有平台、一個或多個支撐件，其定位於平台上方、致動器，其耦合到平台和一個或多個支撐件中之至少一者，並且經配置以在平台與支撐件之間產生相對運動，使得一個或多個支撐件掃描整個平台、第一分配器系統，其經配置以將複數個連續的粉末層分配到由平台所支撐的構建區域上、第二分配器系統，其經配置以將黏合劑材料分配到構建區域上、及能量源，其經配置以朝向平台發射輻射，以固化黏合劑材料。第一分配器系統包括第一粉末分配器，該第一粉末分配器附接到來自一個或多個支撐件的第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動，並且該第一粉末分配器經配置以選擇性地將第一粉末分配到構建區域上。

Description

利用粉末分配的積層製造

本說明書涉及用於例如製造生坯部分的積層製造設備的粉末分配器系統、黏合劑分配系統、及能量輸送系統。

積層製造(AM)，也稱為固體自由形式製造或3D打印，是指通過將原材料(例如，粉末、液體、懸浮液或熔融固體)連續分配到二維層中來構建三維目標的製造製程。相反，傳統的加工技術涉及其中從原料(例如，木塊、塑膠塊或金屬塊)切割出物品的消去製程。

各種積層製程可用於積層製造。一些方法熔化或軟化材料以產生層，例如選擇性雷射熔化(SLM)或直接金屬雷射燒結(DMLS)、選擇性雷射燒結(SLS)、熔融沉積建模(FDM)。一些方法使用不同技術，來固化液體材料，例如立體光刻(SLA)。一些系統將黏合劑材料放置在進料材料層(例如，粉末)上，並且使用能量源，來固化黏合劑材料，以將鬆散的粉末顆粒黏合在一起。

一些乾粉末積層製造設備(諸如黏合劑噴射3D打印機)可產生各種材料的部件。典型的黏合劑噴射積層製造製程包括將第一均勻粉末層鋪展至整個平台。粉末顆粒可以是金屬、陶瓷、沙子、塑膠，不同材料的混合物等。隨後，積層製造設備將黏合劑材料沉積在粉末層上對應於要製造的目標層的位置。能量源用於固化黏合劑材料，以將粉末顆粒黏合在一起。在黏合劑材料已在層中固化之後，設備隨後在第一層的頂部上鋪展第二均勻粉末層，並且重複黏合劑沉積和固化步驟。一旦設備完成鋪展所有層，就在一堆鬆散的粉末內形成三維「生坯」部分。該部分是「生坯」的，因為主要成分(即，由粉末所提供的材料)是通過黏合劑材料保持在一起，並且尚未被燒結或燒製以將粉末固體化成材料的固體物質。生坯部分是由通過固化的黏合劑所黏合在一起的粉末形成，並且具有等於每個粉末層的厚度的垂直空間分辨率。可將鬆散的粉末顆粒回收和儲存用於下一次打印。取決於粉末顆粒的類型，生坯部分可用作最終產品，或者可能需要經歷額外的後期處理步驟(諸如退火或燒結、熱等靜壓等)，以形成最終產品。

在一個態樣中，一種積層製造設備，包括：平台；定位在平台上方的一個或多個支撐件；致動器，將致動器耦合到平台和一個或多個支撐件中之至少一者，並且致動器經配置以在平台與支撐件之間產生相對運動，使得一個或多個支撐件掃描整個平台；第一分配器系統，第一分配器系統經配置以將複數個連續的粉末層分配到由平台所支撐的構建區域上；第二分配器系統，第二分配器系統經配置以將黏合劑材料分配到構建區域上；及能量源，該能量源經配置以朝向平台發射輻射，以便固體化黏合劑材料。第一分配器系統包括第一粉末分配器，將第一粉末分配器附接到來自一個或多個支撐件的第一支撐件並且與第一支撐件一起移動，並且第一粉末分配器經配置以將第一粉末選擇性地分配到構建區域上。第二分配器系統包括第一黏合劑材料分配器，第一黏合劑材料分配器經配置以將第一黏合劑材料在逐個體素的基礎上選擇性地分配到構建區域中的最上面的粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的部分的橫截面部分的層的體積。

實施方式可包括以下特徵中之一者或多者。

第一支撐件可沿著第一軸移動，並且第一粉末分配器可經配置以將粉末選擇性地分配在沿著第二軸的條帶中，第二軸相對於第一軸成非零角度(例如，垂直)。第一粉末分配器可經配置以沿著第二軸在逐個體素的基礎上或沿著第二軸中區域大於體素之處在逐個區域的基礎上選擇性地分配粉末。

可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。第一黏合劑材料分配器可經配置以將黏合劑材料選擇性地分配在沿著第二軸的條帶中。第一黏合劑材料可包括緻密化材料。

可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，第二支撐件可沿著第三軸移動，並且第一黏合劑材料分配器可經配置以將黏合劑材料選擇性地分配在沿著第四軸的條帶中，第四軸相對於第三軸成非零角度(例如，垂直)。第三軸可平行於第一軸。第四軸可平行於第三軸。可將第一支撐件和第二支撐件連接到導軌並且可在導軌上獨立移動。第一支撐件可在第一導軌上移動，並且第二支撐件可在平行於第一導軌的第二導軌上移動。第三軸可垂直於第一軸。第四軸可垂直於第三軸。

第一粉末分配器可經配置以在逐個體素的基礎上選擇性地分配粉末。第一粉末分配器可經配置以在逐個區域的基礎上選擇性地分配粉末，其中區域大於體素。第一粉末分配器可具有第一複數個單獨可控的孔口，第一複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送第一粉末。第一粉末分配器可跨越構建區域的寬度。第一分配器系統可包括複數個第一粉末分配器，將每個第一粉末分配器附接到第一支撐件。可將複數個第一粉末分配器以交錯圖案佈置，以便覆蓋構建區域的寬度。

控制器可具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標識別一圖案，將黏合劑材料在要製造的目標的一層中固體化成該圖案。控制器可經配置以針對該層進行以下操作：使得致動器在支撐件與平台之間產生相對運動；使得當支撐件掃描整個平台時，第一分配器系統將粉末層分配在區域中，該粉末層環繞正在構建的部分的橫截面部分；使得第二分配器系統基於資料目標在圖案中的粉末層上分配黏合劑材料層，以提供對應於正在構建的部分的橫截面的粉末和黏合劑材料的結合層；及控制能量源，以根據圖案來固體化在結合層中的黏合劑材料。

第一黏合劑材料可包括緻密化材料。

第三分配系統可經配置以將緻密化材料輸送到粉末層或粉末和黏合劑材料的結合層。第一增密劑分配器可包括複數個單獨可控的孔口，第一增密劑分配器的複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送緻密材料。可將第一黏合劑分配器沿著第一黏合劑分配器的運動方向定位在第一增密劑分配器之前或之後。可將第一增密劑分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動，或附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動。第二支撐件可沿著第三軸移動，並且第一增密劑分配器可經配置以將增密劑材料選擇性地分配在沿著第四軸的條帶中，第四軸相對於第三軸成非零角度。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到第二支撐件並且與第二支撐件一起移動。

第三分配器系統可包括第二增密劑分配器，第二增密劑分配器經配置以將緻密化材料選擇性地分配到構建區域上。可將第一增密劑分配器和第二增密劑分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一增密劑分配器附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，並且可將第二增密劑分配器附接到第三支撐件並且與第三支撐件一起移動。可將第一黏合劑分配器和能量源附接到來自一個或多個支撐件的第四支撐件並且與第四支撐件一起移動。

緻密化材料可具有與粉末相同的成分，但具有較小的平均直徑。緻密化材料可包括具有奈米顆粒分配在其中的溶膠-凝膠。溶膠-凝膠可包括與第一粉末有相同成分的陶瓷前體。第三分配器系統可包括第一增密劑分配器，第一增密劑分配器經配置以將緻密化材料選擇性地分配到構建區域上。

可將第一增密劑分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動。第一支撐件可沿著第一軸移動，及其中第二支撐件可獨立於第一支撐件而平行於第一軸移動。第一支撐件可沿著第一軸移動，並且第二支撐件可獨立於第一支撐件而垂直於第一軸移動。第一支撐件可沿著第一軸移動，第二支撐件可獨立於第一支撐件而沿著第二軸移動，並且第一黏合劑材料分配器可經配置以將黏合劑材料選擇性地分配在沿著一軸的條帶中，該軸相對於第二軸成非零角度。

可將第一增密劑分配器附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，並且第二支撐件可沿著第三軸移動。第一增密劑分配器可經配置以將增密劑材料選擇性地分配在沿著第四軸的條帶中，第四軸相對於第三軸成非零角度。第三軸可基本上平行於第一軸。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到第二支撐件並且與第二支撐件一起移動。

第一黏合劑分配器和第一增密劑分配器可經配置以使得第一黏合劑分配器沿著運動方向定位在第一增密劑分配器之前。第一黏合劑分配器和第一增密劑分配器可經配置以使得第一黏合劑分配器沿著運動方向定位在第一增密劑分配器之後。

第三分配器系統可包括第二增密劑分配器，第二增密劑分配器經配置以將緻密化材料選擇性地分配到構建區域上。可將第一增密劑分配器和第二增密劑分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一增密劑分配器附接到來自一個或多個支撐件的第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，並且可將第二增密劑分配器附接到第三支撐件並且與第三支撐件一起移動。可將第一黏合劑分配器和能量源附接到來自一個或多個支撐件的第四支撐件並且與第四支撐件一起移動。緻密化材料可具有與粉末相同的材料成分，但具有較小的平均直徑顆粒尺寸。

第四分配器系統可經配置以將複數個連續的第二粉末層分配到構建區域上，其中第四分配器系統包括第二粉末分配器，第二粉末分配器經配置以將第二粉末選擇性地分配到構建區域上。第二粉末的成分可與第一粉末的成分不同。第一粉末可包括金屬顆粒，並且第二粉末可包括陶瓷或塑膠顆粒。第一粉末可包括陶瓷顆粒，並且第二粉末包括塑膠顆粒。第二粉末可具有與第一粉末相同的材料成分，但具有與第一粉末不同的尺寸分佈。

第二粉末分配器可包括複數個單獨可控的孔口，第二粉末分配器的複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送第二粉末。可將第二粉末分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。第一黏合劑分配器和能量源可由第一支撐件來支撐，或可由來自一個或多個支撐件的第二支撐件來支撐，並且可與第二支撐件一起移動。第二粉末分配器可由來自一個或多個支撐件的第二支撐件來支撐，並且可與第二支撐件一起移動。

第二支撐件可沿著第三軸移動，並且第二粉末分配器可經配置以將第二粉末選擇性地分配在沿著第四軸的條帶中，第四軸相對於第三軸成非零角度。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，或附接到來自一個或多個支撐件的第三支撐件並且與第三支撐件一起移動。第三軸可基本上平行於第一軸。第四軸可基本上平行於第二軸。第四軸可垂直於第三軸。第一粉末分配器和第二粉末分配器可經配置以使得第一粉末分配器是沿著運動方向定位在第二增密劑分配器之前。第三軸可基本上垂直於第一軸。第一支撐件和第二支撐件可在相同的導軌上移動，或可在分開的平行導軌上移動。

控制器可具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標對應於要製造的目標的至少一層，並且控制器可經配置以進行以下操作：使得第一分配器系統將第一粉末分配在對應於要製造的目標的區域中，並且使得第四分配器系統將第二粉末分配在不對應於要製造的目標的區域中。

第一粉末可包括金屬顆粒，並且第二粉末可包括陶瓷顆粒。第一粉末可包括金屬或陶瓷顆粒，並且第二粉末可包括塑膠顆粒。控制器可經配置以使得第一分配器系統將黏合劑材料分配在僅第一粉末上。控制器可經配置以使得第一分配器系統將黏合劑材料分配在第一粉末和第二粉末兩者上。

控制器具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標對應於要製造的目標的至少一層，並且控制器經配置以進行以下操作：使得第一分配器系統將第一粉末分配在對應於要製造的目標的第一區域中，使得第四分配器系統將第二粉末分配在第一區域的一部分中。第二粉末可包括用於第一粉末的緻密化材料。

第一分配器系統可包括第二粉末分配器以分配第一粉末。第二分配器系統可包括第二黏合劑材料分配器以分配黏合劑材料。可將第一粉末材料分配器、第二粉末材料分配器、第一黏合劑材料分配器、及第二黏合劑材料分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一黏合劑材料分配器、第二黏合劑材料分配器、及能量源附接到第二支撐件並且與第二支撐件一起移動，並且可將第二黏合劑材料分配器附接到第三支撐件並且與第三支撐件一起移動。第一支撐件、第二支撐件、及第三支撐件可沿著第一軸獨立移動。沿著第三軸，第一粉末分配器、第一黏合劑材料分配器、能量源、第二黏合劑材料分配器、及第二粉末分配器可以上述順序佈置。

控制器可具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標識別圖案，將黏合劑材料在要製造的目標的連續層中固體化成該圖案，並且控制器可經配置以進行以下操作：使得當第一粉末分配器在沿著第一軸的第一方向上移動時，第一粉末分配器分配第一粉末層，使得當第一黏合劑材料分配器在沿著第一軸的第一方向上移動時，第一黏合劑分配器將第一黏合劑材料層分配在第一粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的第一結合層，控制能量源，以根據圖案來固體化在第一結合層中的黏合劑材料，使得當第二粉末分配器在與沿著第一軸的第一方向相對的第二方向上移動時，第二分配器系統分配第二粉末層，使得當第二黏合劑分配器在第二方向上移動時，第二黏合劑分配器將第二黏合劑材料層分配在第二粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的第二結合層，及控制能量源，以根據圖案來固體化在第二結合層中的黏合劑材料。

光源可經配置以沿著最上面的層照明條帶。可將能量源耦合到來自複數個支撐件的支撐件，並且支撐件可沿著相對於條帶成非零角度(例如，直角)的一軸移動，以在整個構建區域掃描條帶。能量源可包括複數個獨立可控的光源。光源可以是發光二極體(LED)。光源可以是UV或IR光源。

第一分配器系統可經配置以將複數個連續的粉末層分配到由平台所支撐的構建區域上，並且第一分配器系統可包括第一粉末分配器和第二粉末分配器，將第一粉末分配器附接到來自一個或多個支撐件的第一支撐件並且與第一支撐件一起移動，第一粉末分配器經配置以將第一粉末選擇性地分配到構建區域上，第二粉末分配器經配置以將第二粉末選擇性地分配到構建區域上。

第一粉末分配器可包括第一複數個單獨可控的孔口。第一粉末分配器的第一複數個孔口中的每個孔口可經配置以可控地輸送第一粉末。第二粉末分配器可包括第二複數個單獨可控的孔口。第二粉末分配器的第二複數個孔口中的每個孔口可經配置以可控地輸送第二粉末。

可將第二粉末分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。第一黏合劑分配器和能量源可由第一支撐件來支撐。第二粉末分配器可由來自一個或多個支撐件的第二支撐件來支撐並且可與第二支撐件一起移動。第二支撐件可沿著第三軸移動，並且第二粉末分配器可經配置以將第二粉末選擇性地分配在沿著第四軸的條帶中，第四軸相對於第三軸成非零角度。可將第一黏合劑材料分配器和能量源附接到來自一個或多個支撐件的第三支撐件並且與第三支撐件一起移動。第三軸可基本上平行於第一軸。第三軸可基本上垂直於第一軸。

控制器可具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標對應於要製造的目標的至少一層。

控制器可經配置以進行以下操作：使得第一分配器系統將第一粉末分配在對應於要製造的目標的區域中，並且使得第四分配器系統將第二粉末分配在不對應於要製造的目標的區域中。第一粉末可以是金屬顆粒，並且第二粉末可以是陶瓷顆粒，或第一粉末可以是金屬或陶瓷顆粒，並且第二粉末可以是塑膠顆粒。控制器可經配置以使得第一分配器系統將黏合劑材料分配在僅第一粉末上。控制器可經配置以使得第一分配器系統將黏合劑材料分配在第一粉末和第二粉末兩者上。

控制器可經配置以進行以下操作：使得第一分配器系統將第一粉末分配在對應於要製造的目標的第一區域中，並且使得第四分配器系統將第二粉末分配在第一區域的一部分中。第二粉末可以是用於第一粉末的緻密化材料。

第二分配器系統可包括第二黏合劑材料分配器以分配黏合劑材料。可將第一粉末材料分配器、第二粉末材料分配器、第一黏合劑材料分配器、及第二黏合劑材料分配器附接到第一支撐件並且與第一支撐件一起移動。可將第一粉末分配器、第一黏合劑材料分配器、能量源、第二黏合劑材料分配器、及第二粉末分配器沿著跨支撐件的第一粉末分配器的運動方向以上述順序佈置。第二粉末可具有與第一粉末相同的材料成分和尺寸分佈。

控制器可具有記憶體，記憶體經配置以儲存資料目標，資料目標識別圖案，將黏合劑材料在要製造的目標的連續層中固體化成該圖案。控制器可經配置以進行以下操作：使得當第一粉末分配器在沿著第一軸的第一方向上移動時，第一粉末分配器分配第一粉末層，使得當第一黏合劑材料分配器在沿著第一軸的第一方向上移動時，第一黏合劑分配器將第一黏合劑材料層分配在第一粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的第一結合層，控制能量源，以根據圖案來固體化在第一結合層中的黏合劑材料，使得當第二粉末分配器在與沿著第一軸的第一方向相對的第二方向上移動時，第二分配器系統分配第二粉末層，使得當第二黏合劑分配器在第二方向上移動時，第二黏合劑分配器將第二黏合劑材料層分配在第二粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的第二結合層，及控制能量源，以根據圖案來固體化在第二結合層中的黏合劑材料。

能量源可包括光源，光源經配置以照明沿著最上面的層的條帶。可將能量源耦合到來自複數個支撐件的支撐件，並且該支撐件可沿著相對於條帶成非零角度的軸移動，以在整個構建區域掃描條帶。能量源可包括複數個獨立可控的光源。

烤箱可燒結在平台上所製造的生坯部分。機器人可將生坯部分從平台轉移到烤箱。蝕刻系統可蝕刻掉黏合劑材料。密封殼體可形成包圍平台、一個或多個支撐件、第一分配器系統、第二分配器系統、及能量源的腔室。泵可抽空腔室。氣體供應可提供對第一粉末和第一黏合劑材料呈惰性的氣體。

在另一態樣，一種製造生坯部分的方法包括以下步驟：針對每個層，通過將粉末層選擇性地分配到平台上的構建區域上，來連續地形成複數個生坯部分層，其中選擇性分配的步驟將覆蓋少於全部構造區域，將黏合劑材料選擇性地分配到粉末層上，以形成粉末和黏合劑材料的結合層，及將輻射導向平台，以便固體化黏合劑材料，以形成複數個生坯部分層中的一層，在該層中由所固體化的黏合劑材料來保持粉末。

實施方式可包括以下特徵中的一者或多者。可處理生坯部分，以將粉末熔融成固體物質。可從平台移除生坯部分以處理該生坯部分。處理包括退火、燒結、及/或熱等靜壓中之一者或多者。

選擇性地分配粉末層可包括當粉末分配器沿著第一軸移動時，從粉末分配器的複數個獨立可控的噴嘴分配粉末。將噴嘴沿著第二軸佈置，第二軸相對於第一軸成非零角度(例如，直角)。

選擇性地分配黏合劑材料可包括當黏合劑材料分配器沿著第三軸移動時，從黏合劑材料分配器的複數個獨立可控的噴嘴分配黏合劑材料。可將噴嘴沿著第四軸佈置，第四軸相對於第三軸成非零角度。第三軸可平行於或垂直於第一軸。第四軸可垂直於第三軸。

可通過沿著平行於第四軸的條帶傳遞能量，將輻射導向平台。可在處理層期間維持在第三軸和輻射的條帶之間的恆定距離。維持恆定距離可包括將黏合劑材料分配器和光源固定到相同的支撐件。將輻射導向平台可包括沿著條帶選擇性地輸送能量。

將粉末層選擇性地分配可包括：確定由部分所覆蓋的橫截面區域的周長、確定圍繞橫截面區域的周長的緩衝區、及將粉末分配到與橫截面區域和緩衝區重疊的區域中。將粉末層選擇性地分配可包括：確定圍繞緩衝區的保持壁區域、和將粉末分配到與橫截面區域、緩衝區、及保持環區域重疊的區域中。可抑制將黏合劑材料分配到緩衝區。可抑制將粉末分配在與保持環區域重疊的區域之外。可從第一分配器分配粉末層、可從第二分配器分配黏合劑材料、及可從能量源產生輻射，並且可將第一分配器、第二分配器、及能量源在處理每個層之後提升到約等於層的厚度的高度。

可實施在本說明書中所述的標的之特定實施例，以便實現以下優點中的一者或多者。積層製造中的選擇性材料分配可減少原料的浪費和污染，並且可提高製造效率。緻密化材料的存在可增加產品剛性並且減少在後期處理期間的產品收縮。

在附圖和以下描述中闡述了本說明書中所述的標的之一個或多個實施方式的細節。其他潛在的特徵、態樣、及優點根據本說明書、圖式、及申請專利範圍將變得顯而易見。

在目前用於形成生坯部分的乾粉末積層製造設備中，粉末分配器系統在操作期間將粉末鋪展於整個構建區域。例如，此種裝置可採用輥或刀片重塗覆器，來將一堆進料材料推及整個構建區域。因此，將粉末分配到構建區域的未對應於正在製造的部分的區域。

然而，過度使用粉末會對產品品質和製造效率兩者產生數個缺點。特別是，大部分粉末是浪費的，而增加了部分成本。回收粉末可能是不切實際的、昂貴的、或導致差的部分品質。例如，使用再生粉末來重塗覆會顯著增加粉末污染的機會。粉末污染的實例包括但不限於黏合劑材料污染、燒結污染、氧氣污染等。污染的粉末顆粒會直接影響最終部分的品質。此外，粉末必須被施加於不發生實際打印的區域，從而降低系統的整體打印速度及/或生產量。

解決該等問題中的一些問題的一種技術是使用黏合劑噴射積層製造設備，其中可選擇性地在構建區域上方輸送粉末。此種設備可減少粉末的使用、增加打印的效率、及減少粉末污染的可能性。

粉末分配器系統可採用一陣列的單獨可控噴嘴。當粉末分配器移過平台時，可獨立地啟動粉末分配器噴嘴，以僅在平台上的選定位置處分配粉末。

此外，黏合劑噴射製程通常導致生坯部分的低壓實，並且因此導致在後期處理期間的過度收縮。粉末顆粒之間的黏合劑材料顆粒的存在進一步產生空間以用於後期處理期間的潛在缺陷源。然而，積層製造設備可包括在黏合劑配方中的緻密化材料，以減少在層中的所分配顆粒之間的空隙。緻密化材料亦可在後期處理期間用作成核部位，以提高最終產品的強度。

可以不同的配置來製作積層製造設備，以提高打印效率。

積層製造設備至少包括：平台，該平台提供在其上要製造部分的構建區域、粉末材料分配器、黏合劑材料分配器、及能量源，用於輸送能量以固化黏合劑材料。可由平台上方的一個或多個支撐件保持粉末材料分配器、黏合劑材料分配器、及能量源。

圖1A示出了積層製造設備100的頂視圖的示例。積層製造設備100包括：平台102，其提供在其上要製造部分的構建區域、支撐件104，其定位於平台102上方、及打印頭組件103，其安裝在支撐件104上。

可將各種部件(例如，平台102、支撐件104、及打印頭組件103)封閉在密封殼體180中，殼體180提供可控操作環境。殼體180可包括耦合到氣體源(例如，Ar或N₂ )的入口182和耦合到排氣系統(例如，泵)的出口184。此允許控制殼體180的內部的壓力和氧氣含量。例如，當處理Ti粉末顆粒時，可將氧氣維持低於50ppm。

積層製造設備可包括其他特徵，例如用於清洗及/或清潔打印頭組件103的各種部件的服務站190，或者用於在打印頭組件103中重加載分配器的粉末充電站192。亦可將該等站定位在殼體180內部。

打印頭組件103包括一個或多個打印頭，每個打印頭經配置以獨立可移除地固定到支撐件104。每個打印頭可包括一個或多個機構，以分配粉末材料、黏合劑材料、及/或緻密化材料。打印頭中之一者(例如，包括用於黏合劑材料的分配器的打印頭)亦可包括用於輸送能量以固化黏合劑材料的機構。替代地或額外地，可將用於輸送能量的機構直接安裝到支撐件104。

例如，圖1D示出了打印頭103a的示意性實例。打印頭103a包括：用於計量系統的感測器109、一個或多個粉末分配器106(例如，兩個粉末分配器106a和106b)、一個或多個黏合劑材料分配器110(例如，兩個黏合劑材料分配器110a和110b)、及一個或多個能量輸送系統112(例如，兩個能量輸送系統112a和112b)。將部件安裝到公共框架103b，並且可將框架103b可移除地安裝在支撐件104上。此允許具有各種部件的打印頭103a作為一個單元來附接於支撐件104和從支撐件104拆卸。儘管圖1D示出了將部件懸掛在框架103b下方，但是此不是必需的；框架103b可僅為具有部件適配的孔的板。

返回圖1A，支撐件104可相對於平台102移動，使得打印頭組件103可在構建區域上方移動。積層製造設備100包括一個或多個致動器127a。致動器127a可操作以在支撐件104與平台102之間例如沿著X軸產生相對運動，使得支撐件104和打印頭組件103可掃描整個平台102。例如，可將一個或多個軌道125a佈置在平台102附近並且沿著X軸延伸，並且支撐件104可被支撐在軌道125a上並且可由致動器127a沿著軌道125a來移動。在使用兩個軌道的情況下，軌道125a可位於平台102的相對側上。例如，如圖1A所示，支撐件104可以是例如由兩個軌道125a、125b在兩個相對側上所支撐的台架。或者，支撐件104可以懸臂佈置來保持在單一軌道上。

在一些實施方式中，支撐件104和平台102可經配置以沿Y軸相對於彼此不可移動。或者，例如，如圖1B所示，一個或多個致動器127b可用於沿著Y軸在支撐件104與平台102之間產生相對運動。

如圖1A所示，打印頭組件103支撐粉末分配器106、緻密化材料分配器108、黏合劑材料分配器110、及能量輸送系統112。將該等打印頭中之每一者放置在支撐件104上的固定位置中並且相對於彼此放置。可將打印頭定位在打印頭組件103中，使得打印頭組件103可在單一運動中完成一個材料層的打印。例如，沿著運動的方向(例如x軸)，可將粉末分配器106可放置在緻密化分配器108和黏合劑材料分配器110之前，並且可將能量輸送系統112放置在緻密化材料分配器108和黏合劑材料分配器110之後。因此，打印頭組件103可在跨構建區域的一個方向上以單次掃描來完成一個層的打印。

緻密化材料分配器108是可選的，因此在一些實施方式中，打印頭組件僅包括粉末分配器106、黏合劑材料分配器110、及能量輸送系統112。

在一些實施方式中，可將分配器106、110和能量輸送系統112直接安裝到支撐件104。

在一些實施方式中，可將相應打印頭中之每一者相對於平台102定位，以相對於支撐件104的運動方向以相應非零角度(例如，以直角)沿著相應線來輸送材料。可由打印頭中之兩者或更多者沿著平行線來輸送材料。例如，在支撐件104和打印頭組件103正沿著X軸移動的情況下，每個打印頭可沿著Y軸沿著一線傳送材料。

打印頭可經配置以沿著跨越平台102的整個構建區域的一線來輸送材料。例如，在一些實施方式中(例如，如圖1A所示)，每個打印頭跨越整個構建區域。或者，打印頭組件可包括佈置成兩行或更多行的多個打印頭，以形成交錯陣列，使得打印頭中之每一者沿著Y軸跨越過整個平台102。

能量輸送系統112包括能量源(例如，光源)，其產生並且將輻射導向粉末和黏合劑材料的結合層。若黏合劑材料是液體，則能量源可固化黏合劑材料，以固體化黏合劑材料。此可形成具有懸浮在黏合劑材料的固化基質中的粉末的主體。來自能量輸送系統的輻射可包括UV光、IR光、及/或可見光。

在一些實施方式中，能量源經配置以照明在構建區域的整個寬度延伸的條帶，並且將所照明的條帶在構建區域的整個長度移動，以將輻射束掃描整個整個構建區域。條帶可以非零角度(例如，垂直)延伸於條帶的運動方向。在一些實施方式中，將能量源固定到支撐件並且與支撐件一起移動，並且在支撐件與平台之間的相對運動使得光帶掃描整個構建區域。或者，可從可旋轉的鏡子偏轉光束，並且鏡子的旋轉可移動光帶。

在一些實施方式中，能量輸送系統包括可被獨立激活的複數個光源。可將每個光源佈置成陣列(例如，線性陣列)，以便沿著條帶的主軸提供可選擇的照明。能量源可包括例如發光二極體(LED)，其經配置以發射具有取決於輸送到LED的電流的強度的輻射。能量源亦可包括(例如)雷射陣列(例如，雷射二極體)、提供寬光譜輻射的燈陣列(例如，汞燈)、或固態紅外線發射器陣列。

在一些實施方式中，能量源經佈置以使得每個輻射束被導向層的不同體素。在一些實施方式中，能量源經佈置以使得每個輻射束被導向層的不同區域，其中區域大於由黏合劑材料分配器所提供的體素。

在一些實施方式中，致動器127a引起平台102與支撐件104之間的相對運動，使得支撐件104相對於平台102在向前方向上前進。可將粉末分配器106、緻密化材料分配器108、及黏合劑材料分配器110定位在支撐件104上在能量輸送系統112之前，使得當支撐件104相對於平台102前進時，最近分配的粉末116可隨後由能量輸送系統110來固化。

在一些實施方式中，將平台102定位在可操作以使平台沿著X軸移動的傳送器上。致動器127a可沿著X軸產生傳送器的線性運動，從而引起平台102和支撐件104的相對運動。

在一些實施方案中，設備100包括以線性陣列或二維陣列所佈置的多個平台102。

在一些實施方式中，設備100可包括多個粉末分配器，每個分配器經配置以分配不同類型的粉末(例如，不同材料成分的不同粉末)。例如，在圖1D中，第一粉末分配器106a可分配包含金屬顆粒的粉末，並且第二粉末分配器106b可分配包含塑膠顆粒的粉末。

在一些實施方式中，設備包括多個粉末分配器，其經配置以分配相同成分但具有不同尺寸的粉末。例如，在圖1D中，粉末分配器106a可分配包括大於第一平均直徑的金屬顆粒的粉末，並且粉末分配器106b可分配包括小於第一直徑的金屬顆粒的粉末。

在一些實施方式中，組件包括多個黏合劑材料分配器，其經配置以分配不同類型的黏合劑材料。例如，在圖1D中，黏合劑材料分配器110a可經配置以分配可在來自粉末分配器106a的粉末上操作的第一黏合劑材料，而同時黏合劑材料分配器110b可經配置以分配可在來自粉末分配器106b的粉末上操作的第二黏合劑材料。

黏合劑材料的黏度、固化波長、固化動力學、及/或潤濕行為可以不同。可從相應的黏合劑材料分配器分配黏合劑材料。在一些實施方式中，第一黏合劑材料具有足夠低的黏度，使得第一黏合劑材料可迅速地滲透通過粉末層。相反，第二黏合劑材料可具有比第一黏合劑材料更高的黏度(例如，足夠高的黏度)，使得第二黏合劑材料將橋接在顆粒之間的間隙，以改善層的平整度。此可促進良好的層間黏合。

在一些實施方式中，第一黏合劑材料優先潤濕粉末，並且第二黏合劑材料優先潤濕第一黏合劑材料。

在一些實施方式中，第一黏合劑材料在正常輻射條件下比第二黏合劑材料更快地固化。此允許第一黏合劑材料將粉末快速固定到位，並且允許第二黏合劑材料更牢固地保持粉末。在一些實施方式中，可在能量施加期間將第二黏合劑材料固化到隨後所沉積的層。

圖1B示出了積層製造設備100的另一示例。圖1B所示的實施方式類似於圖1A所示的實施方式，但是在圖1B中，安裝在支撐件104上的打印頭106-110和能量輸送系統112並未沿著平台102的整個寬度延伸。例如，在圖1B中，粉末分配器106的寬度短於平台102的寬度。因此，打印頭組件103經配置以可沿著軸(例如，Y軸)相對於平台102移動，該軸與支撐件104的主要運動方向成非零角度(例如，成直角)。此允許分配器覆蓋平台102的整個構建區域。可將打印頭組件103可移動地安裝到支撐件104，使得每個部件可被重新定位，以將材料分配或能量輸送於平台102的整個寬度。在一些實施方式中，將一個或多個致動器127b定位在平台102上，並且可操作以將打印頭組件103的部件相對於支撐件104和平台102沿著Y軸在軌道125b上移動。

在一些實施方式中，粉末分配器106可使用致動器127b並且沿著軌道125y(例如)沿著Y軸延伸，使得粉末顆粒116沿著垂直於支撐件104的運動方向(例如，垂直於X軸)的一線(例如，沿著Y軸)分配。因此，當支撐件104沿著運動方向前進時，可將粉末顆粒116輸送於整個平台102。

圖1C示出了積層製造設備100的側視圖的示例。積層製造設備100可包括感測系統109，以(例如)偵測平台102的高度或粉末層116的頂表面的高度。例如，感測系統109可包括一個或多個光學感測器，以(例如)測量最頂粉末層116相對於打印頭組件103的底表面的高度。

裝置100亦可包括控制器111，控制器111經配置以選擇性地操作致動器127c，以在打印頭組件103與平台102之間產生相對垂直運動(即，沿著Z軸)。例如，可通過沿著Z軸沿著軌道125c移動平台102或支撐件104，來達成相對垂直運動。特別是，對於重的金屬部分，可移動支撐件104，而同時平台102保持靜止。

可將控制器111鏈接到感測系統109，使得控制器111使用來自感測系統109的資料，來確定適當的高度調整。例如，在分配每個粉末層116之後，感測系統109確定在粉末層116的頂表面與打印頭組件103的底表面之間的新距離。控制器111接收該資料並且使用致動器127c，來將支撐件104升到適當的高度，該高度等於粉末層116的高度。因此，設備100可在粉末層116的頂表面與打印頭組件103之間從一層到另一層維持恆定的高度偏移。

在一些實施方式中，在打印頭組件103與平台102之間的相對運動可以是遞增的或連續的。例如，可將打印頭組件103在順序分配操作之間、順序固化操作之間、或兩者之間相對於平台102移動。或者，可連續移動打印頭組件103，而同時分配和固化粉末116。

在一些實施方式中，積層製造設備100可包括多個支撐件，並且每個支撐件可安裝一個或多個打印頭或能量輸送系統。在一些實施方式中，在使用多個支撐件的情況下，可平行地獨立移動支撐件中之每一者。

圖2A給出了積層製造設備100的另一實施方式的俯視圖的示例。在圖2A中，設備100包括四個支撐件104a-104d。將粉末分配器106安裝在支撐件104a上。將緻密化材料分配器108安裝在支撐件104b上。將黏合劑材料分配器110安裝在支撐件104c上。將能量輸送系統112安裝在支撐件104d上。

在一些實施方式中，可(例如)沿著Y軸平行地獨立移動支撐件中之每一者。例如，可將支撐件由相應的致動器耦合到相同的軌道(例如，軌道127a)並且可沿著相同的軌道移動。或者，可將支撐件中之每一者耦合到不同的軌道，並且可獨立並且彼此平行地移動。

在一些實施方式中，可將一些但不是所有部件安裝在相同的支撐件上。例如，在圖2B中，將粉末分配器106和緻密化材料分配器108安裝在相對於彼此和支撐件104a的固定位置的相同支撐件104a上。將能量輸送系統112和黏合劑材料分配器110安裝在相對於彼此和支撐件104b的固定位置的分開支撐件104b上。

作為另一選擇，可將緻密化材料分配器108、黏合劑分配器110、及能量源112安裝在相同支撐件上，並且可將粉末分配器106安裝在分開支撐件上。

在一些實施方式中，可將支撐件104a-104d耦合到相同軌道125a。或者，可將支撐件耦合到不同的軌道，並且可獨立並且彼此平行地移動。

在一些實施方式中，可將一個或多個打印頭安裝在彼此垂直移動的不同支撐件上。例如，在圖2C中，支撐件104b沿著軌道125a在X軸上移動，而同時支撐件104a沿著軌道125b在Y軸上移動。在此情況下，支撐件104b上的每個打印頭可沿著一線輸送材料，該線與由支撐件104a上的每個打印頭沿著其輸送材料的一線成直角。

在一些實施方式中，積層製造設備可包括相同類型的多個打印頭(例如，粉末輸送、緻密化材料輸送、或黏合劑材料輸送)。此可允許設備以雙向模式操作。

圖3A示出了積層製造設備100的頂視圖的示例，其中將六個打印頭安裝在相對於彼此的固定位置的單一支撐件104上。將能量輸送系統112定位在兩個黏合劑材料分配器110a和110b之間，將兩個黏合劑材料分配器定位在兩個緻密化材料分配器108a和108b之間，並且將兩個緻密化分配器定位在兩個粉末分配器106a和106b之間。或者，可交換緻密化分配器108a、108b和黏合劑材料分配器110a、110b的位置。致動器127a可沿著X軸在支撐件104與平台102之間產生相對運動。例如，可將支撐件104可移動地耦合到軌道125x。

如圖3A所示，當支撐件104在第一掃描運動中在正X方向上移過平台102時，粉末分配器106a、緻密化材料108a、及黏合劑材料分配器110a可順序地將相應的材料沉積在平台102上，以形成第一材料基質層。因為將粉末分配器106a、緻密化材料分配器108a、及黏合劑材料分配器110a都定位到能量輸送系統112前面，所以能量輸送系統112可隨後固化該第一材料層，以形成第一生坯部分層。在該掃描運動之後，支撐件104將停在相對於平台102的新位置，如圖3B所示。

如圖3B所示，支撐件104隨後在相對方向(即，負X方向)上移動，以返回到如圖3A所示的初始位置。粉末分配器106b、緻密化材料分配器108b、及黏合劑材料分配器110b可順序地將相應的材料沉積在平台102上，以形成第二材料層。隨後，能量輸送系統112可固化該第二材料層，以形成第二生坯部分層。因此，當支撐件104相對於平台返回其初始位置時，已沉積和固化了兩個材料層。

在一些實施方式中，可將打印頭安裝在支撐件104上，使得將緻密化材料分配器108a和黏合劑材料分配器110a定位在能量輸送系統112之前和粉末分配器106a之後。將緻密材料分配器108b和黏合劑材料分配器110b定位在粉末分配器106b之前和能量輸送系統112之後。緻密化材料分配器和黏合劑材料分配器的位置是可互換的。

在一些實施方式中，設備100可包括多個支撐件，每個支撐件保持一個或多個打印頭，如圖3C所示。在保持多於一個打印頭的每個支撐件上，可根據圖3B中所揭示的佈置來定位打印頭。

在一些實施方式中，設備100可包括多對粉末分配器，其中兩對經配置以分配不同類型的粉末。例如，如圖3D所示，設備100可包括第一對粉末分配器106a和106d和第二對粉末分配器106b和106c。將第二對粉末分配器106b、106c定位第一對粉末分配器106a、106d之間。再次地，此可允許設備以雙向模式操作。

例如，在圖3D中，粉末分配器106a和106d可分配第一材料成分的第一粉末(例如，包括金屬顆粒的粉末)，並且粉末分配器106b和106c可分配不同的第二材料成分的粉末(例如，包含塑膠顆粒的粉末)。

在一些實施方式中，多個粉末分配器經配置以分配相同材料成分但具有不同尺寸的粉末。例如，在圖3D中，粉末分配器106a和106d可分配第一材料成分並且落入第一尺寸範圍內(例如，大於100奈米)的第一粉末，並且粉末分配器106b和106c可分配相同材料成分但落入不同的第二尺寸範圍內(例如，小於100奈米)的第二粉末。尺寸範圍可以是不重疊的。

在一些實施方式中，設備100可包括多對黏合劑材料分配器，其中兩對經配置以分配不同類型的黏合劑材料。例如，如圖3E所示，設備100可包括第一對黏合劑材料分配器110a和110d和第二對黏合劑材料分配器110b和110c。將第二對黏合劑材料分配器110b、110c定位在第一對黏合劑材料分配器110a、110d之間。再次地，此可允許設備以雙向模式操作。

在一些實施方式中，不同對的多個黏合劑材料分配器經配置以分配不同類型的黏合劑材料。由於上文所論述的各種原因，從分配器110a和110d分配的黏合劑材料的黏度、固化波長、固化動力學、及/或潤濕行為可以與從分配器110b和110c分配的黏合劑材料不同。例如，在圖3E中，黏合劑材料分配器110a和110d經配置以分配可在分別來自粉末分配器106a和106d的粉末上操作的黏合劑材料，而同時黏合劑材料分配器110b和110c經配置以分配可在分別來自粉末分配器106b和106c的粉末上操作的黏合劑材料。

儘管圖3D和圖3E示出了所有在相同支撐件104上的各種分配器，但如上文所述，分配器中之一些者可以在可分開移動的支撐件上。例如，兩個粉末分配器106a、106b可以在第一支撐件上、黏合劑材料分配器110a-110d和能量輸送系統112可以在第二支撐件上、並且兩個粉末分配器106c、106d可以在第三支撐件上。或者，每個粉末分配器106a-106d可以在其自身的可分開移動的支撐件上。緻密化材料分配器108a、108b可以在其自身的支撐件上，或者在相鄰分配器中之一者的支撐件上。

圖4示出了製造三維部分(例如，生坯部分)的積層製造設備100的示例。

粉末分配器106首先在期望的位置處將粉末顆粒層116分配到平台102上(即，它具有橫向空間分辨率)。粉末分配器的橫向分辨率可能比黏合劑材料分配器的橫向分辨率更差(即，更低)。例如，黏合劑材料分配器可在逐個體素的基礎上將黏合劑材料分配到構建區域中的最上粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的部分的橫截面部分的層的體積。相反，粉末分配器可經配置以在逐個區域的基礎上選擇性地分配粉末，其中區域大於體素。儘管在不需要的區域仍然可能存在一些粉末，但此仍然允許減少粉末的使用。在一些實施方式中，粉末分配器的橫向分辨率與黏合劑材料分配器的橫向分辨率相同(例如，逐個體素)。

在一些實施方式中，採用機械輥或刀片401，來隨後鋪展及/或壓實薄的粉末顆粒層116。

由控制器111基於許多因素，來確定每層所需的粉末顆粒116的量，該因素包括但不限於：預定的層厚度、顆粒的尺寸、生坯部分及/或保持壁的尺寸、所期望的空間分辨率、有效的打印區域等。控制器111具有記憶體，該記憶體經配置以儲存資料目標，該資料目標識別控制打印頭的移動和材料分配的圖案。

在一些實施方式中，緻密化材料分配器108在先前所鋪展的粉末顆粒層116上的選定位置處分配緻密化材料118。例如，可將緻密化材料沉積在與正在製造的目標的表面相對應的區域處。緻密化材料118可用作若干不同的目的。例如，緻密化材料118可幫助填充在相鄰粉末顆粒116之間的空間，從而改善生坯部分的密度，降低收縮和剛性。

在一些實施方式中，緻密化材料118是或包括顆粒的粉末。此種緻密化顆粒118可在生坯部分的後期處理期間充當成核部位，導致更強的黏合和更低的燒結溫度。在一些實施方式中，緻密化材料118包括與粉末顆粒116的化學成分相似或相同的化學成分的顆粒。特別是，粉末顆粒和緻密化材料的顆粒兩者都可以是陶瓷顆粒。或者，緻密化材料118可包括充當緻密化劑和化學摻雜劑兩者的各種化學成分的顆粒。

緻密化材料118的顆粒可以是奈米顆粒。例如，顆粒的平均直徑可以是10至1000nm(例如，50至500nm)。相反，粉末顆粒116的平均直徑可以是緻密化材料118的顆粒的平均直徑的2至100倍大(例如，3至50倍、2至10倍、或10至20倍)。在一些實施方式中，粉末顆粒110的平均直徑在1與500μm之間(例如，在5與50μm之間、例如，在5μm和10μm之間)，緻密化顆粒的平均直徑在10nm與10μm之間(例如，在10nm與1μm之間、例如，在10nm與100nm之間)。

在一些實施方式中，緻密化材料118包括與載液或凝膠混合的顆粒。例如，緻密化材料118可包括與凝膠混合的奈米顆粒(例如，溶膠-凝膠)。溶膠-凝膠可以是陶瓷材料的前體，例如與粉末顆粒相同的陶瓷材料。作為另一示例，緻密化材料118可包括與載液混合的奈米顆粒。或者，緻密化材料118可以是液體。

在一些實施方式中，緻密化顆粒118可在分配之前與黏合劑材料120a混合。在此情況下，單一分配器可將黏合劑材料和緻密化顆粒的混合物輸送到構建區域上。

在分配和固化黏合劑材料之前，可使用刀片及/或輥，來獲得光滑均勻的層。在奈米級緻密化劑的情況下，可採用刀片和輥的結合來將緻密化劑移出、推、及鋪展到層中。

一旦已在平台102上鋪展和壓實粉末顆粒116和緻密化顆粒118的層130，黏合劑材料分配器110就可選擇性地將黏合劑材料120a放置到層130上。

如圖4A所示，黏合劑材料分配器110將黏合劑材料120a放置在粉末和緻密化材料的層130上。

在一些實施方式中，黏合劑材料分配器110可通過噴墨(在此情況下，黏合劑材料可以液滴來分配)、移液、接觸轉移、壓印轉移等，來分配黏合劑材料120a。在一些實施方式中，黏合劑材料120a 可滲透在粉末顆粒116之間的空間。在一些實施方式中，黏合劑材料是液體。在一些實施方式中，黏合劑材料是固體；在此情況下，黏合劑材料的顆粒應小於粉末，使得黏合劑材料將滲透到粉末中。

一旦已在粉末顆粒116和緻密化材料118的層130上的選定位置處放置黏合劑材料120a，能量輸送系統110就可輸送輻射束122，該輻射束122使得黏合劑材料120a圍繞粉末顆粒116和可選的緻密化材料118兩者固體化(例如，聚合)。此導致粉末顆粒116被保持在黏合劑材料120a的基質中。

輻射束122的示例包括但不限於電子束、熱輻射、UV輻射、IR輻射、單色輻射、微波輻射等。作為固化的結果，固化的黏合劑材料120b可充當將相鄰的粉末顆粒116和118物理上耦合在一起的膠水。固化的黏合劑材料120b將顆粒黏合在相同層內，並且可黏合在相鄰層中的顆粒。在一些實施方式中，可將黏合劑材料配製成水溶性的或溶劑可溶性的。在一些實施方式中，黏合劑材料120a可以是熱或UV可固化聚合物。在一些實施方式中，黏合劑材料120a可以是無色的或特定顏色的。

粉末顆粒116、緻密化顆粒118、黏合劑材料120a、及輻射束122的連續施加導致在一堆鬆散粉末顆粒116中形成生坯部分。

在具有多個粉末分配器(每個粉末分配器可選擇性地分配相應的粉末)的設備中，可為不同的區域提供不同的粉末。

圖4B顯示了在粉末、黏合劑、及緻密化材料的分配層中的不同區域的示例。例如，可將粉末分配在圍繞要製造的目標的周長並且與之分開的保持壁區域403中。用固化的黏合劑材料120b將粉末固定就位，以形成保持壁403。保持壁403中的粉末的成分可與用於形成目標的粉末的成分相同或不同。例如，如若用於生坯部分的粉末是金屬粉末，則用於保持壁的粉末可以是陶瓷粉末或塑膠粉末。作為另一示例，如若用於生坯部分的粉末是陶瓷粉末，則用於保持壁的粉末可以是塑膠粉末。

保持壁403圍繞包含要製造的生坯部分的層的生坯部分區域407和包含鬆散的粉末顆粒的緩衝區域405。鬆散的粉末顆粒是未由固化的黏合劑材料120b所結合的粉末顆粒，並且提供橫向支撐以防止在生坯部分區域中的粉末橫向滑動。緩衝區域405中的鬆散的粉末顆粒亦可對在隨後層中的粉末顆粒提供垂直支撐。緩衝區域405將保持壁403與生坯部分區域407分開，以防止保持壁結合到該部分。因此，一旦完成後，可將生坯部分輕易地從平台102移除。緩衝區域405中的粉末的成分可與用於形成目標的粉末的成分相同或不同。例如，如若用於生坯部分的粉末是金屬粉末，則用於緩衝區域的粉末可以是陶瓷粉末或塑膠粉末。作為另一例子，如若用於生坯部分的粉末是陶瓷粉末，則用於緩衝區域的粉末可以是塑膠粉末。為了改善部件在構建期間的結構剛性，可通過選擇性地將黏合劑材料放置在緩衝區域405中，來形成水平「橋接」或「系留結構」。

一旦形成生坯部分，就將其從平台102移除，並且將未結合的粉末顆粒116由積層製造設備100再回收以作為未來使用。隨後，對生坯部分進行進一步處理，以將粉末固體化成固體物質，並且因此增加了最終產品的密度或剛性。生坯部件後期處理的示例包括但不限於燒結和退火。緻密化顆粒118的存在降低了在該等後期處理步驟期間的生坯部分收縮程度。在隨後處理期間，黏合劑材料可蒸發或熔化掉。

在一些實施方式中，粉末分配器106和緻密化材料分配器108經配置以選擇性地分配相應的顆粒。

粉末分配器106可包括懸掛在平台102上方的複數個噴嘴，粉末流經該複數個噴嘴。例如，粉末可在重力作用下流動，或者例如由壓電致動器來噴射。可由氣動閥、微機電系統(MEMS)閥、電磁閥、及/或磁閥，來控制各個噴嘴的分配。可用於分配粉末的其他系統包括具有可控孔的輥，和在具有多個可控孔的管內部的螺旋鑽。

粉末可以是乾粉末或液體懸浮液中的粉末，或材料的漿料懸浮液。例如，針對使用壓電打印頭的分配器，進料將典型地是液體懸浮液中的顆粒。例如，分配器可輸送載液(例如，高蒸氣壓載體(例如，異丙醇(IPA)、乙醇、或N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))中的粉末，以形成粉末材料層。載液可在層的燒結步驟之前蒸發。或者，可採用乾分配機構(例如，由超聲波攪拌和加壓惰性氣體所輔助的噴嘴陣列)，來分配顆粒。

圖5A示出了粉末分配器106的示例，該粉末分配器106經配置以選擇性地將粉末顆粒116分配到平台102。粉末分配器106包括多個單獨可控微分配器106a，每個微分配器能夠分配粉末顆粒116。

定位微分配器106a，使得每個微分配器106a可將粉末顆粒116分配到要形成的生坯部分的相應區域。微分配器106a的此種佈置使得微分配器106a能夠一次選擇性地分配沿著Y軸延伸的多個粉末顆粒116，而無需沿著Y軸在粉末分配器106與平台102之間的相對運動。

圖5B示出了微分配器106a的示意性示例。例如，可由在分配器的開口處的閥致動器501來控制微分配器106a。閥致動器501打開以在重力作用下引起粉末的流動。在另一示例中，可由在分配器開口處的微齒輪502來控制微分配器106a。由於微齒輪502與粉末顆粒116之間的摩擦力，微齒輪502可旋轉以引起粉末的流動。

在一些實施方式中，微分配器106a的開口的幾何形狀可包括圓形、三角形、細長槽、方形等。

當粉末分配器106掃描整個平台102時，操作微分配器106a以將粉末選擇性地分配到構建區域上。例如，可操作微分配器106a以沿著部分的第一行體素分配第一組粉末顆粒116，而同時粉末分配器106是在沿著X軸的第一位置處，並且隨後沿著偏離第一組體素的第二行體素分配第二組粉末顆粒116，而同時粉末分配器是在沿著X軸的第二位置處。粉末分配器106的運動在粉末的分配期間可以是連續的，或者粉末分配器可在分配操作之間逐步移動，而粉末分配器在分配到特定行體素期間是靜止的。

微分配器106a的陣列沿著Y軸延伸(例如，在垂直於平台102和支撐件104的相對運動方向的方向上)。在一些實施方式中，微分配器106a的陣列延伸至平台102的整個寬度。支撐件104沿著X軸掃描，使得微分配器106a可將粉末顆粒116選擇性地分配至整個平台102。

在一些實施方式中，微分配器106a的陣列沿著平台102的運動方向(例如，沿著X軸)延伸。因此，微分配器106a能夠沿著X軸分配粉末顆粒116。因此，可減少引起微分配器106a掃描整個平台102的整個長度的在支撐件104與平台102之間沿著X軸的相對運動的增量的數目。

在一些實施方式中，微分配器106a的陣列沿著X軸和Y軸兩者延伸。例如，微分配器106a的陣列可形成其中微分配器106a以平行的列和行來佈置的矩形陣列。或者，微型分配器106a的相鄰行是相對於彼此交錯，或微型分配器106a的相鄰列是相對於彼此交錯。

在一些實施方式中，微分配器106a的陣列沿著X軸和Y軸延伸，使得微分配器106a的陣列延伸至整個平台102。在平台102和支撐件104的相對運動期間，相對於微分配器106a的陣列來定位平台102，使得構建區域是在微分配器106a的陣列下方，並且使得微分配器106a可將粉末顆粒116直接分配到用於生坯部分的構建區域的任何部分。

在一些實施方式中，儘管具有不同的材料和分配機構(例如，黏合劑材料分配器可使用壓電致動器，來噴射液體黏合劑材料的液滴)，但黏合劑材料分配器110和緻密化材料分配器108可經配置以具有類似於上述粉末分配器106的結構。

圖6示出了形成生坯部分的示例處理600。例如，包括控制器111的設備100可執行處理600。

產生在支撐件104與平台102之間的相對運動(602)。例如，可由控制器111操作一個或多個致動器127a，以產生相對運動。控制該相對運動，使得打印頭組件103可重新定位到其中要選擇性地分配粉末顆粒116、緻密化顆粒118、及黏合劑顆粒120的目標位置。

在平台102上分配粉末顆粒層116(604)。例如，可由控制器111操作打印頭組件103，以分配粉末顆粒116。亦參考圖5，控制器111可控制微分配器106a如何分配粉末顆粒116。如若粉末分配器106沒有延伸至平台102的整個寬度並且可相對於支撐件104移動，則在一些實施方式中，在操作604處，粉末分配器106沿著Y軸掃描，以沿著平台102的整個寬度分配粉末顆粒116。

可選地，將緻密化顆粒118分配在粉末顆粒層116上的選定位置處(606)。例如，可由控制器111操作緻密化材料分配器108，以分配緻密化顆粒。如若緻密化材料分配器108沒有延伸至平台102的整個寬度並且可相對於支撐件104移動，則在一些實施方式中，在操作606處，緻密化材料分配器108沿著Y軸掃描，以沿著平台102的整個寬度分配緻密化顆粒118。

在粉末-緻密化顆粒混合物層上的選定位置處分配黏合劑材料120(608)。如若黏合劑材料分配器110沒有延伸至平台102的整個寬度並且可相對於支撐件104移動，則在一些實施方式中，在操作608處，黏合劑材料分配器110沿著Y軸掃描，以沿著平台102的寬度分配黏合劑顆粒120a。

能量輸送系統112固體化黏合劑材料120a，以形成其中將粉末顆粒保持在黏合劑材料的固體化基質中的層。例如，能量輸送系統可固化液體黏合劑材料120b。

可將控制器(例如，控制器111)實現在數位電子電路系統中、或在計算機軟體、韌體、或硬體中、或在其的結合中。控制器可包括一個或多個計算機程式產品，即，有形地實施在資訊載體(例如，在非暫態機器可讀儲存媒體中或在傳播信號中)中的一個或多個計算機程式，用於由資料處理設備(例如，可程式化處理器、計算機、或多個處理器或計算機)執行或控制資料處理設備的操作。可用任何形式的程式化語言(包括編譯或解譯語言)來編寫計算機程式(亦稱作程式、軟體、軟體應用程式、或代碼)，並且可用任何形式(包括作為獨立程式或作為模組、部件、子例程、或適用於計算環境的其他單元)來部署它。可部署計算機程式以在一個計算機上或在一個站或分佈在多個站並且由通信網路互連的多個計算機上執行。

可由執行一個或多個計算機程式的一個或多個可程式化處理器來執行本說明書中所述的處理和邏輯流程，以通過對輸入資料進行操作並且產生輸出來執行功能。亦可由專用邏輯電路系統(例如，FPGA(場可程式化閘陣列)或ASIC(特殊應用積體電路))來執行處理和邏輯流程，並且亦可將設備實現為專用邏輯電路系統。

所述的系統的控制器111和其他計算裝置部分可包括用於儲存資料目標(例如，計算機輔助設計(CAD)相容的檔案，其識別對每一層應形成進料材料在其中的圖案)的非暫態計算機可讀取媒體。例如，資料目標可以是STL-formatted的檔案、3D Manufacturing Format(3MF)檔案、或Additive Manufacturing File Format(AMF)檔案。例如，控制器可從遠端計算機接收資料目標。例如，如由韌體或軟體所控制的控制器111中的處理器，可解譯從計算機接收的資料目標，以產生控制設備100的部件以所期望圖案來沉積及/或固化每個層所必要的一組信號。

已描述了若干實施方式。然而，將理解的是，可進行各種修改。

粉末顆粒層116的每個層的厚度和體素中之每一者的尺寸可根據實施方式而變化。在一些實施方式中，當在平台102上分配時，每個體素可具有(例如)10μm至1mm的寬度、(例如)10μm至50μm(例如，10μm至30μm、20μm至40μm、30μm至50μm、約20μm、約30μm、或約50μm)、或50μm至1mm(例如，50μm至300μm、50μm至100μm、100μm至300μm)。每個層可具有預定厚度。厚度可以是(例如)10μm至125μm(例如，10μm至20μm、10μm至40μm、40μm至80μm、80μm至125μm、約15μm、約25μm、約60μm、或約100μm)。

粉末可包括金屬顆粒。金屬顆粒的示例包括金屬、合金、及金屬間合金。用於金屬顆粒的材料的示例包括鋁、鈦、不銹鋼、鎳、鈷、鉻、釩、及該等金屬的各種合金或金屬間合金。

粉末可包括陶瓷顆粒。陶瓷材料的示例包括金屬氧化物，諸如氧化鈰、氧化鋁、氧化矽、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、或該等材料的結合(諸如鋁合金粉末)。

在一些實施方式中，粉末顆粒116的平均直徑可在1與500μm之間、(例如)在5μm與50μm之間、(例如)在5μm與10μm之間、在10μm和100μm之間。

在一些實例中，積層製造設備100包括已描述的1個、2個、或3個打印頭。或者，裝置100包括4個或更多個打印頭。將打印頭中之每一者(例如)安裝在支撐件104上。因此，打印頭可作為一單元移動過平台102。在一些實例中，可將打印頭安裝在不同的支撐件上，並且打印頭可彼此獨立移動。在一些情況下，設備100包括沿著掃描方向所對齊的8個或更多個打印頭(例如，8個打印頭、12個打印頭等)。

在上文的描述中給出了許多示例與具體細節；然而，應理解的是，可在不限制該等具體細節的情況下實現該等示例。此外，可理解的是，可將該等實例彼此結合使用。

儘管已在使用黏合劑噴射來製造物品的背景下描述了該設備，但該設備可適於通過其他基於粉末的方法來製造物品。例如：．在一些實施方式中，緻密化材料分配器108是可選的。例如，能量輸送系統112固化僅粉末和黏合劑材料層。．在一些實施方式中，能量輸送系統112是可選的。例如，黏合劑材料120可通過冷卻來自身固化並且不需要額外的輻射束122。．在一些實施方式中，黏合劑材料分配器是可選的。例如，如若系統用於製造最終部分(而不是生坯部分)，則可由分配器106中之一者或多者來輸送粉末，並且能量輸送系統可用於熔化在平台上的粉末。．能量源可以在分開的支撐件上，而不是在與黏合劑材料分配器相同的支撐件上。或者，能量源可相對於平台是不動的，並且經配置以同時熔化整個層。

因此，其他實施方式是在申請專利範圍的範疇內。

100‧‧‧設備

102‧‧‧平台

103‧‧‧打印頭組件

103a‧‧‧打印頭

103b‧‧‧框架

104‧‧‧支撐件

104a‧‧‧支撐件

104b‧‧‧支撐件

104c‧‧‧支撐件

104d‧‧‧支撐件

106‧‧‧分配器

106a‧‧‧分配器

106b‧‧‧分配器

106c‧‧‧分配器

106d‧‧‧分配器

108‧‧‧分配器

108a‧‧‧分配器

108b‧‧‧分配器

109‧‧‧感測器

110‧‧‧分配器

110a‧‧‧分配器

110b‧‧‧分配器

110c‧‧‧分配器

110d‧‧‧分配器

111‧‧‧控制器

112‧‧‧能量輸送系統

112a‧‧‧能量輸送系統

112b‧‧‧能量輸送系統

116‧‧‧粉末

118‧‧‧緻密化材料

120a‧‧‧黏合劑材料

120b‧‧‧黏合劑材料

122‧‧‧輻射束

125a‧‧‧軌道

125b‧‧‧軌道

125c‧‧‧軌道

125x‧‧‧軌道

125y‧‧‧軌道

127a‧‧‧致動器

127b‧‧‧致動器

127c‧‧‧致動器

130‧‧‧層

180‧‧‧殼體

182‧‧‧入口

184‧‧‧出口

190‧‧‧服務站

192‧‧‧粉末充電站

401‧‧‧機械輥或刀片

403‧‧‧保持壁

405‧‧‧緩衝區域

407‧‧‧生坯部分區域

501‧‧‧閥致動器

502‧‧‧微齒輪

600‧‧‧處理

602‧‧‧步驟

604‧‧‧步驟

606‧‧‧步驟

608‧‧‧步驟

610‧‧‧步驟

612‧‧‧步驟

圖1A-圖B各自示出了積層製造設備的一實施方式的示意性頂視圖。

圖1C示出了積層製造設備(例如，圖1A的積層製造設備)的示意性側視圖。

圖1D示出了打印頭組件的一實施方式的示意性側視圖。

圖2A-圖2C各自示出了積層製造設備的一實施方式的示意性頂視圖。

圖3A-圖3E各自示出了積層製造設備的一實施方式的示意性頂視圖。

圖4A-圖4B示出了在工作中的積層製造設備的實例。

圖5A-圖5B示出了粉末分配器進行選擇性地分配粉末的實例。

圖6是用於形成一個或多個生坯部分的製程的流程圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims

一種積層製造設備，包括：一平台；定位在該平台上方的一個或多個支撐件；一致動器，將該致動器耦合到該平台和該一個或多個支撐件中之至少一者，並且該致動器經配置以在該平台與該一個或多個支撐件之間產生相對運動，使得該一個或多個支撐件掃描整個該平台，一第一分配器系統，該第一分配器系統經配置以將複數個連續的粉末層分配到由該平台所支撐的一構建區域上，其中該第一分配器系統包括一第一粉末分配器，將該第一粉末分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動，並且該第一粉末分配器經配置以將一第一粉末選擇性地分配到該構建區域上；一第二分配器系統，該第二分配器系統經配置以將一黏合劑材料分配到該構建區域上，其中該第二分配器系統包括一第一黏合劑材料分配器，該第一黏合劑材料分配器經配置以將一第一黏合劑材料在一逐個體素的基礎上選擇性地分配到該構建區域中的一最上面的粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的一部分的一橫截面部分的層的一體積；及一能量源，該能量源經配置以朝向該平台發射輻射，以便固體化該黏合劑材料。
如請求項1所述之設備，其中該第一支撐件可沿著一第一軸移動，並且該第一粉末分配器經配置以將該粉末選擇性地分配在沿著一第二軸的一條帶中，該第二軸相對於該第一軸成一非零角度。
如請求項1或2所述之設備，其中該第一粉末分配器經配置以沿著該第二軸在一逐個體素的基礎上選擇性地分配該粉末。
如請求項1或2所述之設備，其中該第一粉末分配器經配置以沿著該第二軸在一逐個區域的基礎上選擇性地分配該粉末，其中區域大於體素。
如請求項4所述之設備，其中該第一粉末分配器具有一第一複數個單獨可控的孔口，該第一複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送該第一粉末。
如請求項2所述之設備，其中將該第一黏合劑材料分配器和該能量源附接到來自該一個或多個支撐件的一第二支撐件並且與該第二支撐件一起移動，及其中該第二支撐件可沿著一第三軸移動，並且該第一黏合劑材料分配器經配置以將該黏合劑材料選擇性地分配在沿著一第四軸的一條帶中，該第四軸相對於該第三軸成一非零角度。
如請求項1所述之設備，其中該第一分配器系統包括複數個第一粉末分配器，將每個第一粉末分配器附接到該第一支撐件，將該複數個第一粉末分配器以一交錯圖案佈置，以便覆蓋該構建區域的一寬度。
如請求項1所述之設備，包括具有一記憶體的一控制器，該記憶體經配置以儲存一資料目標，該資料目標識別一圖案，將該黏合劑材料在要製造的一目標的一層中固體化成該圖案，該控制器經配置以針對該層進行以下操作：使得該致動器在該支撐件與該平台之間產生相對運動；使得當該支撐件掃描整個該平台時，該第一分配器系統將一粉末層分配在區域中，該粉末層環繞正在構建的該部分的該橫截面部分，使得該第二分配器系統基於該資料目標在該圖案中的該粉末層上分配一黏合劑材料層，以提供對應於正在構建的該部分的該橫截面的粉末和黏合劑材料的該結合層，及控制該能量源，以根據該圖案來固體化在該結合層中的該黏合劑材料。
如請求項1所述之設備，其中該能量源包括一光源，該光源經配置以照明沿著該最上面的層的一條帶。
如請求項1所述之設備，包括形成一腔室的一密封殼體，該腔室封閉該平台、該一個或多個支撐件、該第一分配器系統、該第二分配器系統、及該能量源。
一種積層製造設備，包括：一平台；定位在該平台上方的一個或多個支撐件；一致動器，將該致動器耦合到該平台和該一個或多個支撐件中之至少一者，並且該致動器經配置以在該平台與該一個或多個支撐件之間產生相對運動，使得該一個或多個支撐件掃描整個該平台，一第一分配器系統，該第一分配器系統經配置以將複數個連續的粉末層分配到由該平台所支撐的一構建區域上，其中該第一分配器系統包括一第一粉末分配器，將該第一粉末分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動，並且該第一粉末分配器經配置以將一第一粉末選擇性地分配到該構建區域上；一第二分配器系統，該第二分配器系統經配置以將一黏合劑材料分配到該構建區域上，其中該第二分配器系統包括一第一黏合劑材料分配器，該第一黏合劑材料分配器經配置以將一第一黏合劑材料在一逐個體素的基礎上選擇性地分配到該構建區域中的一最上面的粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的一部分的一橫截面部分的層的一體積；一第三分配系統，該第三分配系統經配置以將一緻密化材料輸送到該粉末層或粉末和黏合劑材料的結合層；及一能量源，該能量源經配置以朝向該平台發射輻射，以便固體化該黏合劑材料。
如請求項11所述之設備，其中該緻密化材料包括具有一平均直徑小於第一粉末顆粒的顆粒。
如請求項12所述之設備，其中該緻密化材料的該等顆粒具有與該等第一粉末顆粒相同的一成分。
如請求項12所述之設備，其中該緻密化材料包括具有奈米顆粒分配在其中的一溶膠-凝膠。
如請求項14所述之設備，其中該溶膠-凝膠包括與該第一粉末有相同成分的一陶瓷前體。
如請求項11所述之設備，其中將該第一增密劑分配器附接到該第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動。
如請求項11所述之設備，其中將該第一增密劑分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第二支撐件並且與該第二支撐件一起移動，及其中該第二支撐件可沿著一第三軸移動，並且該第一增密劑分配器經配置以將該增密劑材料選擇性地分配在沿著一第四軸的一條帶中，該第四軸相對於該第三軸成一非零角度。
如請求項11所述之設備，其中該第三分配器系統包括一第二增密劑分配器，該第二增密劑分配器經配置以將該緻密化材料選擇性地分配到該構建區域上。
如請求項15所述之設備，其中將該第一增密劑分配器和第二增密劑分配器附接到該第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動，將該第一增密劑分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第二支撐件並且與該第二支撐件一起移動，並且將該第二增密劑分配器附接到一第三支撐件並且與該第三支撐件一起移動，或將該第一黏合劑分配器和該能量源附接到來自該一個或多個支撐件的一第四支撐件並且與該第四支撐件一起移動。
一種積層製造設備，包括：一平台；定位在該平台上方的一個或多個支撐件；一致動器，將該致動器耦合到該平台和該一個或多個支撐件中之至少一者，並且該致動器經配置以在該平台與該一個或多個支撐件之間產生相對運動，使得該一個或多個支撐件掃描整個該平台；一第一分配器系統，該第一分配器系統經配置以將複數個連續的粉末層分配到由該平台所支撐的一構建區域上，其中該第一分配器系統包括一第一粉末分配器，將該第一粉末分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第一支撐件並且與該第一支撐件一起移動，並且該第一粉末分配器經配置以將一第一粉末選擇性地分配到該構建區域上；一第二分配器系統，該第二分配器系統經配置以將一黏合劑材料分配到該構建區域上，其中該第二分配器系統包括一第一黏合劑材料分配器，該第一黏合劑材料分配器經配置以將一第一黏合劑材料在一逐個體素的基礎上選擇性地分配到該構建區域中的一最上面的粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的一部分的一橫截面部分的層的一體積，其中該第一黏合劑材料包括一緻密化材料；及一能量源，該能量源經配置以朝向該平台發射輻射，以便固體化該黏合劑材料。
一種積層製造設備，包括：一平台；定位在該平台上方的一個或多個支撐件；一致動器，將該致動器耦合到該平台和該一個或多個支撐件中之至少一者，並且該致動器經配置以在該平台與該一個或多個支撐件之間產生相對運動，使得該一個或多個支撐件掃描整個該平台，一第一分配器系統，該第一分配器系統經配置以將複數個連續的粉末層分配到由該平台所支撐的一構建區域上，其中該第一分配器系統包括：一第一粉末分配器，將該第一粉末分配器附接到來自該一個或多個支撐件的一第一支撐件，並且該第一粉末分配器經配置以將一第一粉末選擇性地分配到該構建區域上，及一第二粉末分配器，該第二粉末分配器經配置以將該第二粉末選擇性地分配到該構建區域上；一第二分配器系統，該第二分配器系統經配置以將一黏合劑材料分配到該構建區域上，其中該第二分配器系統包括一第一黏合劑材料分配器，該第一黏合劑材料分配器經配置以將一第一黏合劑材料在一逐個體素的基礎上選擇性地分配到該構建區域中的一最上面的粉末層，以形成具有粉末和黏合劑材料並且對應於正在構建的一部分的一橫截面部分的層的一體積；及一能量源，該能量源經配置以朝向該平台發射輻射，以便固體化該黏合劑材料。
如請求項21所述之設備，其中該第一粉末分配器具有一第一複數個單獨可控的孔口，該第一複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送該第一粉末，並且該第二粉末分配器包括一第二複數個單獨可控的孔口，該第二粉末分配器的該第二複數個孔口中的每個孔口經配置以可控地輸送該第二粉末。
如請求項21所述之設備，包括具有一記憶體的一控制器，該記憶體經配置以儲存一資料目標，該資料目標對應於要製造的一目標的至少一層，該控制器經配置以進行以下操作：使得該第一分配器系統將該第一粉末分配在對應於要製造的該目標的一區域中，使得該第四分配器系統將該第二粉末分配在不對應於要製造的目標的一區域中。
如請求項23所述之設備，其中該第一粉末包括金屬顆粒並且該第二粉末包括陶瓷顆粒，或該第一粉末包括金屬或陶瓷顆粒並且該第二粉末包括塑膠顆粒。
如請求項24所述之設備，其中該控制器經配置以使得該第一分配器系統將黏合劑材料分配在僅該第一粉末上。
如請求項24所述之設備，其中該控制器經配置以使得該第一分配器系統將黏合劑材料分配在該第一粉末和該第二粉末兩者上。
如請求項21所述之設備，包括具有一記憶體的一控制器，該記憶體經配置以儲存一資料目標，該資料目標對應於要製造的一目標的至少一層，該控制器經配置以進行以下操作：使得該第一分配器系統將該第一粉末分配在對應於要製造的該目標的一第一區域中，使得該第四分配器系統將該第二粉末分配在該第一區域的一部分中。
如請求項21所述之設備，其中該第二分配器系統包括一第二黏合劑材料分配器，以分配該黏合劑材料。
如請求項28所述之設備，其中該第一粉末分配器、該第一黏合劑材料分配器、該能量源、該第二黏合劑材料分配器、及該第二粉末分配器是沿著該第一粉末分配器的一運動方向以上述順序佈置過該支撐件。
如請求項29所述之設備，包括具有一記憶體的一控制器，該資料目標識別一圖案，將該黏合劑材料在要製造的一目標的連續層中固體化成該圖案，該控制器經配置以進行以下操作：使得當該第一粉末分配器在沿著該第一軸的一第一方向上移動時，該第一粉末分配器分配一第一粉末層；使得當該第一黏合劑材料分配器在沿著該第一軸的該第一方向上移動時，該第一黏合劑分配器將一第一黏合劑材料層分配在該第一粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的一第一結合層，控制該能量源，以根據該圖案來固體化在該第一結合層中的該黏合劑材料，使得當該第二粉末分配器在與沿著該第一軸的該第一方向相對的一第二方向上移動時，該第二分配器系統分配一第二粉末層，使得當該第二黏合劑分配器在該第二方向上移動時，該第二黏合劑分配器將一第二黏合劑材料層分配在該第二粉末層上，以提供粉末和黏合劑材料的一第二結合層，及控制該能量源，以根據該圖案來固體化在該第二結合層中的該黏合劑材料。
一種通過積層製造來製造一目標的方法，包括以下步驟：通過連續形成複數個生坯部分層來形成一生坯部分，針對每個層通過下列步驟來連續形成該複數個生坯部分層：將一粉末層選擇性地分配到一平台上的一構建區域上，其中選擇性分配的步驟將覆蓋少於全部構建區域，將一黏合劑材料選擇性地分配到該粉末層上，以形成粉末和黏合劑材料的一結合層，及將輻射導向該平台，以便固體化該黏合劑材料，以形成該複數個生坯部分層中的一層，在該層中由所固體化的該黏合劑材料來保持該粉末；及處理該生坯部分，以將該粉末熔融成一固體物質。
如請求項31所述之方法，其中處理該生坯部分的步驟包括退火、燒結、及/或熱等靜壓中之一者或多者。
如請求項31所述之方法，其中選擇性地分配該粉末層的步驟包括當一粉末分配器沿著一第一軸移動時，從該粉末分配器的複數個獨立可控的噴嘴分配粉末，及其中將該等噴嘴沿著一第二軸佈置，該第二軸相對於該第一軸成一非零角度。
如請求項33所述之方法，其中選擇性地分配該黏合劑材料的步驟包括當一黏合劑材料分配器沿著一第三軸移動時，從該黏合劑材料分配器的複數個獨立可控的噴嘴分配黏合劑材料，及其中將該等噴嘴沿著一第四軸佈置，該第四軸相對於該第三軸成一非零角度。
如請求項34所述之方法，其中將輻射導向該平台的步驟包括沿著平行於該第四軸的一條帶傳送能量。
如請求項35所述之方法，包括以下步驟：在處理一層期間維持在該第三軸與輻射的該條帶之間的一恆定距離。
如請求項31所述之方法，其中將該粉末層選擇性地分配的步驟包括以下步驟：確定由該部分所覆蓋的一橫截面區域的一周長、確定圍繞該橫截面區域的該周長的一緩衝區、及將粉末分配到與該橫截面區域和該緩衝區重疊的區域中。
如請求項37所述之方法，其中將該粉末層選擇性地分配的步驟包括以下步驟：確定圍繞該緩衝區的一保持壁區域、和將粉末分配到與該橫截面區域、該緩衝區、及該保持環區域重疊的區域中。
如請求項38所述之方法，包括以下步驟：抑制將黏合劑材料分配到該緩衝區。
如請求項39所述之方法，包括以下步驟：抑制將粉末分配在與該保持環區域重疊的該等區域之外。