CN107414077A - 用于加性制造的方法及共形支撑 - Google Patents
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Abstract
本公开一般涉及用于在构建对象(200)的过程中使用共形支撑结构(210)的加性(AM)制造的方法，以及在这些AM过程内使用的新型共形支撑结构。共形支撑结构包括第一部分(214)，其从平台延伸至第一部分的向上凹的表面(212)，向上凹的表面在对象的面向下凸的表面(202)之下。向上凹的表面对应于面向下凸的表面。通过至少一部分未熔合的粉末(650)，将对象的面向下凸的表面与第一部分的向上凹的表面分离。
Description
技术领域
本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支承结构的用于加性制造(AM)的方法，以及将要用在这些AM过程内的新颖的支承结构。
背景技术
与减性(subtractive)制造方法形成对照，AM过程通常涉及一个或多个材料的积聚，其用来制作净形或者近净形(NMS)对象。虽然“加性制造”是工业标准术语(ASTMF2792)，但是AM囊括在多种名称下已知的各种制造和原型制作技术，包含自由成型制作、3D印刷、快速原型制作/加工等。AM技术能够根据各种各样的材料来制作复合组件。通常，独立对象能够根据计算机辅助设计(CAD)模型来制作。一种特定类型的AM过程使用能量束、例如电子束或电磁辐射(例如激光束)来烧结或熔融粉末材料，从而创建固体三维对象，其中粉末材料的微粒结合在一起。例如工程塑料、热塑弹性体、金属和陶瓷的不同材料***被使用。激光烧结或熔融是一种用于功能原型和工具的快速制作的著名AM过程。应用包含复杂加工件、熔模铸造的图案、注射模塑和拉模铸造的金属铸型以及砂型铸造的铸型和型芯的直接制造。用来增强设计周期期间的概念的传递和测试的原型对象的制作是AM过程的其他的常见使用。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融和直接激光熔融是用来表示通过使用激光束烧结或熔融细粉来产生三维(3D)对象的常见工业术语。例如，美国专利号4863538和美国专利号5460758描述常规激光烧结技术。更准确来说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝聚)粉末的微粒，而熔融需要完全熔融粉末的微粒，以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔融关联的物理过程包含到粉末材料的热传递，并且然后烧结或熔融粉末材料。虽然激光烧结和熔融过程能够应用于宽范围的粉末材料，但是尚未充分理解生产路线(route)的科学和技术方面、例如烧结或熔融速率以及在层制造过程期间的处理参数对微结构演进的影响。这种制作方法伴随有热、质量和动量传递的多种模式以及使过程极为复杂的化学反应。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示范常规***100的截面图的示意图。设备100通过使用由源、例如激光器120所生成的能量束136烧结或熔融粉末材料(未示出)按照逐层方式来构建对象、例如部件122。将要由能量束所熔融的粉末由贮存器126来供应，并且使用在方向134上行进的重涂器臂116均匀遍布于构建板114之上，以将粉末保持在水平118处，并且将延伸于粉末水平118上方的多余粉末材料移除到废物容器128。能量束136烧结或熔融在检流计扫描仪132的控制下构建的对象的截面层。降低构建板114，并且另一个粉末层遍布于构建板和所构建的对象之上，后面是由激光器120对粉末的连续熔融/烧结。该过程重复进行，直到部件122由熔融/烧结的粉末材料完全构成。激光器120可由包含处理器和存储器的计算机***来控制。计算机***可确定每层的扫描图案，并且控制激光器120按照扫描图案来辐照粉末材料。在部件122的制作完成之后，各种后处理规程可应用于部件122。后处理规程包含通过例如吹风或真空处理来移除多余(access)粉末。其他后处理规程包含应力释放过程。另外，热和化学后处理规程能够用来抛光部件122。
本发明人发现上述的增材加性制造工艺过程对于具有面向下凸的表面的对象存在困难。面向下凸的表面，当逐层构建时，可能包括具有覆盖比紧挨着的先前层的凝固部分大的区域的扫描图案(pattern)的层。当构建面向下凸的表面时，上述的激光熔融规程可能会有不期望的影响。例如，当上层被熔融时，虽然上层的一些部分由紧接着的先前层的凝固部分支撑，但其它部分仅由粉末支撑，其延伸到平台114。一种可能的影响是当上层熔融时，熔融材料与下层的凝固部分相邻地向下流动。这种熔池导致面向下凸的表面的不期望的粗糙纹理。另一方面中，对面向下凸的表面的支撑不能提供足够的运动阻力。例如，一些已知的支撑仅在最低点支撑面向下凸的表面。由于面向下凸的表面延伸超出支撑，对象可能在粉床112内容易移动。作为另一个示例，主要由粉末支撑的面向下凸的表面具有相对高的热隔离，从而导致长的热耗散。
鉴于上述，能够领会，存在与AM技术关联的问题、缺陷或缺点，并且如果支承对象的改进方法和支承结构可用将会是合乎需要的。
发明内容
下面提出本发明的一个或多个方面的简化概述，以便提供对这类方面的基本理解。这个概述不是所有预期的方面的广泛概观，并且预计既不识别所有方面的关键或临界元素，也不描绘任何或所有方面的范围。其目的是要以简化形式提出一个或多个方面的一些概念，作为稍后提出的更详细描述的序言。
一方面中，本公开提供的用于使用加性制造制备对象的方法包括下列的步骤：(a)辐射在粉末床中内的粉末层以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂从粉末床的第一侧在粉末床之上经过，从而在粉末床之上提供随后的粉末层；及(c)重复步骤(a)和(b)直至对象和至少一个支撑结构在粉末床中形成，其中至少一个支撑结构包括第一部分，其从平台延伸至第一部分的向上凹的表面，向上凹的表面在对象的面向下凸的表面之下，向上凹的表面对应于面向下凸的表面；并且其中对象在第一部分的顶部构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末，将对象的面向下凸的表面与第一部分的向上凹的表面分离。
另一方面中，本公开提供一种使用加性制造构建对象的支撑结构。该支撑结构包括对应于对象的第一面向下凸的表面的第一向上凹的表面，第一向上凹的表面位于对象的第一面向下凸的表面之下。该支撑结构还包括从向上凹的表面向下延伸到平台的主体部分。通过至少一部分未熔合的粉体，将对象的第一面向下凸的表面与可移除支撑结构的第一向上凹的表面分离。
在回顾随后的详细描述时，本发明的这些和其他方面将变得更全面理解。
技术方案1：一种用于制造对象的方法，包括：
(a)辐射粉末床(112)中的粉末层以便形成熔合区域；
(b)通过使重涂器臂(116)从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过，从而在所述粉末床之上提供随后的粉末层；以及
(c)重复步骤(a)和(b)直至所述对象(200)和至少一个支撑结构(210)在所述粉末床中形成，
其中所述至少一个支撑结构包含第一部分，其从平台延伸至所述第一部分的向上凹的表面(212)，所述向上凹的表面在所述对象的面向下凸的表面(202)之下，所述向上凹的表面对应于所述面向下凸的表面；以及
其中所述对象在所述第一部分之上构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末来将所述对象的所述面向下凸的表面与所述第一部分的所述向上凹的表面分离。
技术方案2：根据技术方案1的方法，进一步包括：
识别所述对象的所述面向下凸的表面；
基于所述对象的所述面向下凸的表面确定所述支撑结构的所述向上凹的表面。
技术方案3：根据技术方案2的方法，其中确定所述对象的所述面向下凸的表面包括确定所述面向下凸的表面的局部最小值。
技术方案4：根据技术方案1的方法，其中所述支撑结构包含从所述支撑结构的主体部分(214)延伸到所述向上凹的表面的边缘的面向下凸的表面(216)。
技术方案5：根据技术方案4的方法，其中未熔合的粉末在所述支撑结构的所述面向下凸的表面和所述平台之间延伸。
技术方案6：根据技术方案1的方法，其中单层包含所述支撑结构(210)的一部分和所述对象(200)的一部分，通过在所述单层内的一行未熔合粉末(220)来将所述支撑结构的所述部分和所述对象的所述部分分离。
技术方案7：根据技术方案1的方法，其中未熔合粉末的所述至少一部分具有最小的高度，其保持跨所述对象的所述面向下凸的表面。
技术方案8：根据技术方案7的方法，其中描述所述向上凹的表面的高度的函数等于描述所述面向下凸的表面的高度减去所述最小高度的函数。
技术方案9：根据技术方案1的方法，其中所述至少一个支撑结构进一步包括与所述向上凹的表面相邻的接触表面，所述接触表面接触所述对象。
技术方案10：根据技术方案1的方法，其中所述至少一个支撑结构进一步包括从所述平台延伸到第二向上凹的表面(632)的第二部分(630)，所述第二部分在与所述支撑结构的所述向上凹的表面不同的维度中是凹的。
技术方案11：根据技术方案1的方法，其中所述对象的所述面向下凸的表面是所述对象的第一圆柱构件(1012)的面向下的边缘。
技术方案12：根据技术方案11的方法，其中所述对象包含第二圆柱构件(1014)并且所述至少一个支撑结构进一步包括对应于所述第二圆柱构件的面向下的边缘的面向下凸的表面的第二向上凹的表面。
技术方案13：根据技术方案12的方法，其中所述至少一个支撑结构进一步包括与所述对象的所述第一圆柱构件或所述对象的所述第二圆柱构件中的一个接触的接触表面。
技术方案14：根据技术方案12的方法，其中所述面向上凹的表面和所述第二面向上凹的表面耦合至所述支撑结构的相同主体部分(1026)。
技术方案15：一种使用加性制造构建对象的支撑结构，所述支撑结构包括：
对应于所述对象(202)的第一面向下凸的表面的第一向上凹的表面(212)，所述第一向上凹的表面位于所述对象的所述第一面向下凸的表面之下；以及
从所述向上凹的表面延伸到平台向下的主体部分(214)，
其中通过至少一部分未熔合的粉体来将所述对象的所述第一面向下凸的表面与可移除支撑结构的所述第一向上凹的表面分离。
技术方案16：根据技术方案17的支撑结构，进一步包括从所述主体部分延伸到所述向上凹的表面的面向下凸的表面，其中未熔合的粉末在所述平台和所述支撑结构的所述面向下凸的表面之间延伸。
技术方案17：根据技术方案15的支撑结构，进一步包括第二向上凹的表面(622)，其对应于在垂直于所述第一向上凹的表面的维度中的所述对象的所述第一面向下凸的表面。
技术方案18：根据技术方案15的支撑结构，进一步包括对应于所述对象的第二面向下凸的表面的第二向上凹的表面，其中所述主体部分连接所述第一向上凹的表面和所述第二向上凹的表面。
技术方案19：根据技术方案20的支撑结构，进一步包括接触表面，其接触与所述第二向上凹的表面相邻的对象。
技术方案20：根据技术方案20的支撑结构，其中所述对象的所述第一面向下凸的表面和所述对象的所述第二面向下凸的表面是沿着垂直轴取向的所述对象的相应圆柱构件的边缘。
附图说明
图1示出了用于加性制造的常规设备示例的示意图。
图2示出了根据本发明方面的由支撑结构支撑的圆柱对象的示例的透视图。
图3示出了图2中的圆柱对象和示例支撑结构的水平横截面视图。
图4示出了图2中示例支撑结构的透视图。
图5示出了根据本发明方面的另一示例支撑结构的透视图。
图6示出了根据本发明的由支撑结构支撑的球形对象的示例的透视图。
图7示出了构建过程期间图6中的示例支撑结构和球形对象的垂直横截面视图。
图8示出了图6中的由支撑结构支撑的球形对象的横截面视图。
图9示出了图6中示例支撑结构的透视图。
图10示出了用于包括圆柱构件的支撑结构的垂直横截面的示例。
具体实施方式
以下结合附图所阐述的详细描述预计为各种配置的描述，而不是预计表示其中可实施本文所述概念的唯一配置。详细描述包含具体细节用于提供对各种概念的彻底理解的目的。但是，在没有这些具体细节的情况下也可实施这些概念对本领域技术人员将是显而易见的。在一些实例中，以框图的形式示出众所周知的组件，以便避免模糊这类概念。
图2示出了通过示例性支撑结构210支撑的圆柱形对象200的示例。圆柱形对象200和支撑结构210可通过根据加性制造过程制造。例如，可使用图1的设备100和上述的方法。在这种AM过程中，通过在形成对象200的区域中选择性地烧结或熔融粉末区，从而逐层构建对象200。通过在支承结构210的位置中熔融或烧结粉末的附加区域，从而支承结构210与对象200同时地构建。
在完成AM过程时，从对象200移除支承结构210。在一个方面中，支承结构200连同对象一起附连到构建板，并且可与构建板分离并且被丢弃。支承结构210备选地可在没有到构建板的附连的情况下作为粉末床内的独立对象来形成。另外，支承结构可包含到对象200的附连点，其在AM过程一旦完成时就可易于脱离(break down)。这可通过提供脱离结构一接合对象200和支承结构210的小金属蝶片一来实现。脱离结构还可类似于具有接合对象200和支承结构210的金属的若干部分的穿孔。支承结构210从对象200的移除可在对象从粉末床的移除时或在其期间立即进行。备选地，支承结构可在后加工步骤的任一个之后移除。例如，对象200和支承结构210可经受后退火加工和/或化学加工，并且然后接着从对象200和/或构建板移除。
本发明人发现某些对象可以从支撑结构210中受益，该支承结构与对象的面向下凸的表面相一致，而不接触面向下凸的表面。在图2-4中示出的示例方面中，圆柱对象200包括面向下凸的表面202。例如，在一个维度中，沿圆柱体的长度，面向下凸的表面是平坦的，而在另一个维度，跨圆柱体的宽度，圆柱对象200的底表面是凸的。即，圆柱对象的至少一个横截面包括面向下的凸边。换句话说，描述圆柱对象的底表面的高度的函数在至少一个维度中是上凹的。
支撑结构210是与面向下凸的表面202共形(conform)的支撑结构。支撑结构210包括与面向下凸的表面202共形的凹顶表面212。例如，凹顶表面212具有与面向下凸的表面一般相同的形状。一方面中，通过跨凹顶表面212的具有最小高度的未熔合粉末的一部分，将凹顶表面212与面向下凸的表面分离。换句话说，描述凹顶表面212的高度的函数等于描述圆柱对象的底表面的高度减去最小高度的函数。一方中，未熔合粉末部分具有等于平台114的增量层高度(例如一层粉末)的高度。一方面中，分离对象的凹表面和向上凹的表面的最小高度是基于粉末的热性能。最小高度足以防止未熔合粉末由于来自支撑结构或对象的热量而烧结。一方面中，最小高度在0.1毫米到10毫米之间，优选地大约1毫米。因此，支撑结构210可为圆柱对象200提供非接触支撑。例如，通过未熔合粉末的一部分，支撑结构210可热耦合至圆柱对象200而不用物理接触(例如熔合至)对象200。此外，支撑结构210可通过限制围绕对象200粉末运动提供针对运动(例如由重涂器臂116的力引起)的支撑。
支撑结构210进一步包括主体214。主体214从凹顶表面212延伸至平台114或另一稳定表面(例如另一对象或支撑)。支撑结构210还可包括面向下凸的表面216。一方面中，面向下凸的表面216经历上述的冷却效果，但这类效果是不期望的，因为支撑结构210在后处理期间被丢弃并不要求光滑的表面。
图3示出了对象200和示例支撑结构210的水平横截面视图。横截面视图可以表示可以在粉末层中凝固的扫描图案。在示出的示例层中，对象200的一部分和支撑结构210的两部分被形成。如所示，对象200的部分的外边缘形成面向下凸的表面202的一部分。类似地，支撑结构210的两部分的内部边缘形成凹顶表面(concave top surface)212的一部分。粉末220的水平线将面向下凸的表面202的部分与凹顶表面212的每一部分分离。应领会，粉末的水平线是指在水平面中的任何系列的点。例如，粉末220的水平线可是直线，但也可包括曲线。
图4示出了示例支撑结构210的另一视图。在图5中，凹顶表面212是可见的。
图5示出了另一示例支撑结构510。该支撑结构510在一些方面类似于支撑结构210并且支撑例如，圆柱对象200。支撑结构510和对象200可以与前述的支撑结构210和对象200使用图1的设备100的相同的方式制造。支撑结构510包括具有两个或多个凹表面512和一个或多个接触表面518的顶表面。凹表面512与面向下凸的表面分离并与其共形(图2)。接触表面518与面向下凸的表面202物理接触。例如，接触表面518接触对象200的局部极小值。在方面中，接触表面518包括实现在后处理期间与对象200分离的特征。例如，通过沿着具有减小了接触区域的周期性图案(例如孔或穿孔)的箭头部分(如单个扫描线)接触对象200，接触表面518可将与对象200的接触最小化。在方面中，通过物理接触，接触表面518防止对象200的移动，同时两个或多个凹表面512通过具有粉末的最小高度的非接触支撑提供光滑的表面，从而如上面所述地那样将凹表面512与对象200分离，丢弃支撑210。
图6示出了通过支撑结构610支撑的球形对象600的示例。支撑结构610可包括支撑620、630和640。球形对象600可对应于对象122(图1)并可由设备100制造。在此类型的AM过程中，通过在形成对象600的区域内选择性烧结或熔融粉末区来逐层形成对象600。通过在支承结构610的位置中熔融或烧结粉末的附加区域，从而支承结构610与对象600同时地构建。
一旦完成AM过程，从对象600移除支撑结构610。如图6-8所示，支撑结构610形成为粉末床内的独立式结构。对象600在对象600的一部分和支撑结构610之间的未熔合(未熔融或未烧结)粉末650层上形成。该支撑结构包括至对象600的附接点(例如接触表面)，一旦AM过程完成，其可被容易地脱离。这可通过提供脱离结构一接合对象600和支承结构610的小金属蝶片一来实现。脱离结构还可类似于具有接合对象600和支承结构610的金属的若干部分的穿孔。
支承结构610从对象600的移除可在对象从粉末床的移除时或在其期间立即进行。备选地，支承结构可在后加工步骤的任一个之后移除。例如，对象600和支承结构610可经受后退火加工和/或化学加工，并且然后接着从对象600和/或构建板移除。
本发明人发现某些对象可以从支撑结构610中受益，该支承结构与对象的面向下凸的表面相一致，而不接触面向下凸的表面。在图6-8中示出的示例方面中，球形对象600包括面向下凸的表面602。一方面中，球形对象600的底部部分被认为是面向下凸的表面，球形对象600的底部部分可以是半球形。例如，球形对象600的底部表面在任何垂直平面中是凸出的。即，球形对象600的至少一个横截面包括面向下的凸边。换句话说，描述球形对象的底面高度的函数在至少一个维度中是凹的。
支撑620、630和640各与面向下凸的表面602共形。一方面中，支撑620、630和640在不同的维度中与面向下凸的表面602共形。例如，如所示，支撑620和640垂直于支撑结构630。因此，支撑610的凹顶表面622和支撑630的凹顶表面在第一维度中与面向下凸的表面602共形。例如，在第一维度中限定凹顶表面622的函数等于描述球形对象600的底表面的高度减去最小高度的函数。凹顶表面642可被类似地限定。限定在垂直于第一维度的第二维度中的凹顶表面632的函数等于在第二维度中描述球形对象600的底表面的高度减去最小高度的函数。尽管图6示出在竖直平面中延伸的支撑620、630和640，但应当领会的是支撑可以以任何角度彼此定向并沿着相应的角度与对象的面向下凸的表面共形。
图7示出了在构建过程期间对象600和示例支撑630的垂直横截面视图。构建过程已经完成了支撑结构600的一部分和支撑630的一部分。通过未熔合粉末的一部分650，对象600的面向下凸的表面602与支撑630的凹顶表面632分离。本发明者发现，在形成具有面向下凸的表面的对象600中，包括类似于支撑630的支撑结构610是特别可取的。支撑630可以在对象600下面提供物理支撑以防止对象600向下移动。虽然支撑630不与对象600直接接触，但支撑630防止未熔合粉末部分650运动并通过未熔合粉末部分650支撑对象。此外，支撑630提供针对侧向力(例如，由重涂器臂116生成的力)的支撑。由于支撑630和对象600逐层构建，因此支撑630达到与对象600相同的高度。因此，如图1中所示，在重涂器臂116在重涂器方向134上移动时，支撑630的前沿首先由新粉末接触。另外，支撑630可支持对象600的期望的热性能。由于支撑630和对象600仅通过少量的粉末分离，因此热量可能从对象600进入到支撑结构630中。
图8示出了对象600和包括支撑620、630和640的示例支撑结构610的水平横截面视图。该横截面视图可代表可熔融在粉末层中的扫描图案。在示出的示例层中，对象600的一部分、支撑620的一部分、支撑640的一部分及支撑结构630的两部分可被形成。如所示，对象600的部分的外部圆形边可以形成面向下凸的表面602的一部分。类似地，支撑结构610的部分的内边可形成凹顶表面622、632、642的一部分。粉末的水平线660将面向下凸的表面602与每个凹表面622、632和642分离。在一个方面中粉末的水平线660可具有变化的宽度。例如，凹顶表面622在一个维度(即垂直平面)中对应于面向下凸的表面602，但在另一个维度(即水平平面)中不对应。备选地，凹顶表面612可在两个维度中是凹的。
图9示出了没有球形对象600的包括支撑610、620和630的示例支撑结构610的另一视图。凹顶表面622、632、642是可见的。
图10示出了用于包括圆柱构件1012和1014的对象1010的支撑结构1020的垂直横截面视图的示例。对象1010和支撑结构1020可在轴1030处具有中心。圆柱构件1012朝向下并形成环。第二圆柱构件1014通过对象1010形成与圆柱构件1012连接的同心环。圆柱构件1012的面向下的边为面向下凸的表面。支撑结构1020包括连接至从平台114延伸的主体部分1026的多个支撑1022和1024。每个支撑1022和1024包括面向上凹的表面。例如，支撑1022包括支撑圆柱构件1012的面向下边的面向上凹的表面。在图5中支撑1022包括类似于接触表面518的接触表面。支撑1024包括对应于圆柱构件1014的面向下凸的表面的面向上凹的表面。支撑1024不接触圆柱构件1014。支撑1022和1024从相同的主体部分1026构建，但也可从平台104构建。支撑结构1020可为同心圆柱构件1012和1014提供支撑，同时允许支撑结构1020比如果支撑1022和1024两者都包括接触表面的情况更容易被移除。
当变得必需从对象200/600/1000移除支承结构210/610/1010时，操作员可在接触面存在时施加力，以脱离支承结构。支承结构可通过机械规程(例如扭曲、断开、切割、研磨、锉削或磨光)来移除。另外，热和化学后处理规程可用来抛光对象。在制造期间没有接触表面存在而是粉末放置在对象与支承结构之间时，粉末能够通过例如使用加压空气吹风简单地移除。支承结构210/610/1010从对象200/600/1000的移除可在对象从粉末床的移除时或在其期间立即进行。备选地，支承结构可在后加工步骤的任一个之后移除。例如，对象200/600/1000和支承结构210/610/1010可经受后退火加工和/或化学加工，并且然后接着从对象200/600/1000和/或构建板移除。
虽然提供了支承结构和对象的若干示例，但是应当显而易见的是，其他对象可按照本公开来构建。例如，具有面向下的凸面的任何对象可通过所公开的支承结构的一个或多个来支承。在一个方面中，所公开的支承结构用来制造飞机的部件。例如，与美国专利号9188341所公开的燃料喷嘴类似的燃料喷嘴可使用本文所公开的支承结构来制造。
在一个方面中，以上所述的多个支承可组合用来支承对象的制作、防止对象的移动和/或控制对象的热性质。也就是说，使用加性制造来制作对象可包含下列一个或多个的使用：脚手架、系紧支承、脱离支承、横向支承、共形(conformal)支承、连接支承、包围支承、键槽支承、可断开支承、前缘支承或粉末移除端口。下列专利申请包含这些支承及其使用方法的公开：
美国专利申请号[]，标题为“METHOD AND CONNECTING SUPPORTS FOR ADDITIVEMANUFACTURING”，律师档案号037216.00009，提交于2016年2月11日；
美国专利申请号[]，标题为“METHODS AND SURROUNDING SUPPORTS FOR ADDITIVEMANUFACTURING”，律师档案号037216.00010，提交于2016年2月11日；
美国专利申请号[]，标题为“METHODS AND KEYWAY SUPPORTS FOR ADDITIVEMANUFACTURING”，律师档案号037216.00011，提交于2016年2月11日；
美国专利申请号[]，标题为“METHODS AND BREAKABLE SUPPORTS FOR ADDITIVEMANUFACTURING”，律师档案号037216.00012，提交于2016年2月11日；
美国专利申请号[]，标题为“METHODS AND LEADING EDGE SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”，律师档案号037216.00014，提交于2016年2月11日；以及
美国专利申请号[]，标题为“METHOD AND SUPPORTS WITH POWDER REMOVAL PORTSFOR ADDITIVE MANUFACTURING”，律师档案号037216.00015，提交于2016年2月11日。
这些申请的每个的公开在其公开附加支承结构(其能够与本文所公开的支承结构结合使用以制作其他对象)的程度上全部结合到本文中。
另外，脚手架包含在对象下面构建的支承，其用来提供对于对象的垂直支承。脚手架可由例如按照蜂窝图案的互连支承来形成。在一个方面中，脚手架可以是固体，并且包含固体部分。脚手架在各个位置处接触对象，从而为将要在脚手架上方所构成的对象提供承载支承。支承结构与对象之间的接触还防止对象的横向移动。
系紧支承防止较薄的平坦对象或者对象的至少第一部分(例如第一层)在构建过程期间移动。较薄的对象易于扭曲或剥离。例如，热耗散可使薄对象在它冷却时扭曲。作为另一个示例，重涂器可使横向力施加到对象，这在一些情况下升高对象的边缘。在一个方面中，系紧支承在对象下面来构建，以便将对象系紧到锚定表面(anchor surface)。例如，系紧支承可从锚定表面、例如平台垂直延伸到对象。通过在对象下面的每层中的特定位置处熔融粉末来构建系紧支承。系紧支承连接到平台和对象(例如在对象的边缘)，从而防止对象扭曲或剥离。系紧支承可在后处理规程中从对象移除。
脱离支承结构减少支承结构与对象之间的接触区。例如，脱离支承结构可包含各通过空间所分隔的单独部分。空间可减少脱离支承结构的总大小以及制作脱离支承结构中消耗的粉末量。此外，部分的一个或多个可具有与对象的减小的接触表面。例如，支承结构的一部分可具有点式接触表面，其更易于在后处理期间从对象移除。例如，具有点式接触表面的部分将在点式接触表面处脱离对象。点式接触表面仍然提供如下功能：提供承载支承并且将对象系紧以防止扭曲或剥离。
横向支承结构用来支承垂直对象。对象可具有较高的高与宽纵横比(例如大于1)。也就是说，对象的高度是其宽度的许多倍。横向支承结构位于对象的一侧。例如，对象和横向支承结构在相同的层中以包含对象的一部分和横向支承结构的一部分的每层中的扫描图案构建。横向支承结构与对象分隔(例如通过每层中的未熔融粉末的一部分)或者通过脱离支承结构来连接。相应地，横向支承结构可易于在后处理期间从对象移除。在一个方面中，横向支承结构在应用附加粉末时提供针对由重涂器所施加的力的支承。通常，由重涂器所施加的力在重涂器平整附加粉末层时是在重涂器的移动的方向上。相应地，横向支承结构从对象在重涂器的移动的方向上构建。此外，横向支承结构可在底部处比在顶部处要宽。更宽的底部为横向支承结构提供用来抵抗由重涂器所生成的任何力的稳定性。
此外，一种制作对象的方法可包含连续、并发或交替熔融粉末以形成多个支承的部分，如上所述。另外，对于使用多个支承所制作的对象，后处理规程可包含移除每个支承。在一个方面中，支承结构可包含如本文所述的不同类型的多个支承。多个支承可直接地或者经由对象彼此连接。特定对象的支承的选择可基于本文所述的因素(例如形状、纵横比、取向、热性质等)。
本书面描述使用包含优选实施例的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包含制作和使用任何装置或***，以及执行任何结合方法。本发明的可取得的专利范围由权利要求书来定义，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包含具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们处于权利要求的范围之内。来自所述的各个实施例的方面以及每个这种方面的其他已知等效体能够由本领域的技术人员来混合和匹配，以构成按照本申请的原理的附加实施例和技术。
Claims (10)
1.一种用于制造对象的方法，包括：
(a)辐射粉末床(112)中的粉末层以便形成熔合区域；
(b)通过使重涂器臂(116)从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过，从而在所述粉末床之上提供随后的粉末层；以及
(c)重复步骤(a)和(b)直至所述对象(200)和至少一个支撑结构(210)在所述粉末床中形成，
其中所述至少一个支撑结构包含第一部分，其从平台延伸至所述第一部分的向上凹的表面(212)，所述向上凹的表面在所述对象的面向下凸的表面(202)之下，所述向上凹的表面对应于所述面向下凸的表面；以及
其中所述对象在所述第一部分之上构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末来将所述对象的所述面向下凸的表面与所述第一部分的所述向上凹的表面分离。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
识别所述对象的所述面向下凸的表面；
基于所述对象的所述面向下凸的表面确定所述支撑结构的所述向上凹的表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述对象的所述面向下凸的表面包括确定所述面向下凸的表面的局部最小值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述支撑结构包含从所述支撑结构的主体部分(214)延伸到所述向上凹的表面的边缘的面向下凸的表面(216)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中单层包含所述支撑结构(210)的一部分和所述对象(200)的一部分，通过在所述单层内的一行未熔合粉末(220)来将所述支撑结构的所述部分和所述对象的所述部分分离。
6.根据权利要求1所述的方法，其中未熔合粉末的所述至少一部分具有最小的高度，其保持跨所述对象的所述面向下凸的表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中描述所述向上凹的表面的高度的函数等于描述所述面向下凸的表面的高度减去所述最小高度的函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个支撑结构进一步包括从所述平台延伸到第二向上凹的表面(632)的第二部分(630)，所述第二部分在与所述支撑结构的所述向上凹的表面不同的维度中是凹的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述对象的所述面向下凸的表面是所述对象的第一圆柱形构件(1012)的面向下的边缘。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述对象包含第二圆柱构件(1014)并且所述至少一个支撑结构进一步包括对应于所述第二圆柱构件的面向下的边缘的面向下凸的表面的第二向上凹的表面。
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