CN110733177A - 用于增材制造至少一个三维物体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种借助于构建材料层(3)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(2)的方法，每个构建材料层(3)包含将要借助于至少一个能量束(5)照射和固结的至少一个照射区域(IA)，其基于主照射图案(MP)被照射用于固结照射区域(IA)，主照射图案(MP)包含能够利用至少一个能量束(5)分离地照射或被照射的多个照射图案元素(IPE)，对于至少一个构建材料层(3)的至少一个照射区域(IA)，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中至少部分地(特别是完全地)照射至少一个照射图案元素(IPE)，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量与在至少一个附加照射步骤中输入到照射图案元素(IPE)中的能量的量不同。

Description

用于增材制造至少一个三维物体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于构建材料层的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体的方法，其中每个构建材料层包含将要借助于至少一个能量束照射和固结的至少一个照射区域，其中基于用于固结照射区域的主照射图案照射至少一个照射区域，主照射图案包含能够利用至少一个能量束分离地照射或被照射的多个照射图案元素。
背景技术
用于增材制造至少一个三维物体的相应方法(比如，可以实施为选择性电子束熔化处理或选择性激光熔化处理)从增材制造的技术领域中已知。
已知输入到相应照射区域中的能量的量，并且特别地，输入到相应照射区域中的能量的分布与将要增材制造的三维物体的某些结构性质(即，特别地，机械性质)有关。
因而，输入到相应照射区域中的能量的量的控制是用于获得所需结构性质的三维物体的重要因素。特别地，这适用于构建材料的构建材料层的选择性照射和固结，当照射和固结时，其具有开裂形成的某些趋势。
在这方面，已相应地提出多种照射办法或照射策略。然而，存在对于用于相对于能够利用相应方法制造的三维物体的结构性质来增材制造三维物体的方法的进一步开发的不间断需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于增材制造至少一个三维物体的方法，允许能够利用该方法制造的至少一个三维物体的改进的结构性质。
该目的通过根据独立权利要求的用于增材制造至少一个三维物体的方法来实现。根据独立权利要求的权利要求涉及根据独立权利要求的方法的可能实施例。
文中描述的方法是一种用于借助于构建材料层(即，可以借助于利用能量束照射来固结的构建材料的层)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(“物体”)的方法。比如，构建材料可以提供为粉末。比如，构建材料可以是/或包含陶瓷、聚合物或金属。比如，能量束可以是电子束或激光束。将要被选择性地照射和固结的构建材料层连续地施加在用于增材制造至少一个三维物体的、被用于执行该方法的装置的构建平面中。比如，该方法可以实施为选择性激光烧结方法、选择性激光熔化方法或选择性电子束熔化方法。然而，比如，还可以想到，该方法是粘合剂喷射方法(特别地，金属粘合剂喷射方法)。
通过用于增材制造至少一个三维物体的装置，该方法可执行或者被执行。比如，用于执行该方法的装置可以具体化为选择性激光烧结装置、选择性激光熔化装置或选择性电子束熔化装置。然而，比如，还可以想到，用于执行该方法的装置具体化为粘合剂喷射装置(特别地，金属粘合剂喷射装置)。
根据该方法，每个构建材料层包含将要借助于至少一个能量束照射和固结的至少一个照射区域。在相应构建材料层中，相应照射区域一般对应于将要增材制造的物体的横截面。基于用于固结照射区域的主照射图案照射相应照射区域。因而，主照射图案用来将足够的能量输入到构建材料中，以便实现构建材料的所需固结。对于每个照射区域，主照射图案一般是相同的。然而，还可以想到，基于不同的主照射图案照射不同的照射区域。
相应主照射图案包含越过相应照射区域分布的多个照射图案元素。照射图案元素以特定布置相对彼此布置。比如，照射图案元素的布置一般是规则布置(诸如，棋盘布置)。然而，还可以想到，照射图案元素的不规则布置。
每个照射图案元素具有特定形状、尺寸和取向。于是，每个照射图案元素根据相应照射图案元素的特定形状、尺寸和取向限定相应照射区域的特定子区域。仅作为示例，相应照射图案元素的形状可以为矩形，特别地，该形状为正方形。一般，相应照射区域的所有照射图案元素具有相同的基本形状、尺寸和取向。然而，也可以想到，具有不同的基本形状和/或尺寸和/或取向的特定照射区域的照射图案元素。
相应照射图案元素能够利用至少一个能量束分离地照射或被照射。于是，每个照射图案元素可以利用至少一个能量束分离地照射，其中，至少一个能量束在特定路径中被引导越过相应照射图案元素。一般，相应照射图案元素的区域利用照射矢量(如，扫描矢量)覆盖或填充，根据该照射矢量，当利用至少一个能量束照射相应照射图案元素时，能量束被引导越过相应照射图案元素。
相应地，相应照射区域的照射图案元素根据特定顺序或次序照射和固结。照射特定照射区域的相应照射图案元素的顺序或次序还可以包含同时照射多个不同的照射图案元素。比如，照射相应照射图案元素的顺序或次序可以通过照射控制数据限定。
根据该方法，对于至少一个构建材料层的至少一个照射区域，在主照射步骤中和在至少一个附加或辅助照射步骤中至少部分地(特别地，完全地)照射至少一个照射图案元素，其中，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量与在至少一个附加或辅助照射步骤中输入到照射图案元素中的能量的量不同。于是，在至少两个不同的照射步骤中(即，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中)照射相应照射图案元素，其中，在相应照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量是不同的。换言之，第一次和至少一个第二次照射相应照射图案元素，其中，当第一次照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量与当第二次照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量不同(即，更高或更低)。对于在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中照射的每个照射图案元素，可以分离地控制当第一次和至少一个第二次照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量。
通过第一次和至少一个第二次照射相应照射图案元素，并且因而通过将至少两个不同量的能量输入到相应照射图案元素中，可以协同地影响和控制相应照射图案元素的固结行为(即，相应照射图案元素的构建材料的固结行为)，这也允许协同地影响和控制将要增材制造的物体的结构性质。开裂形成也可以以相应方式减少。于是，至少第一次和第二次照射相应照射图案元素，并且因而将至少两个不同量的能量输入到相应照射图案元素中，允许改进将要增材制造的物体的结构性质。特别地，结构性质指代将要增材制造的物体的机械性质(如，密度、强度、稳定性等)。
一般，在相应主照射步骤中和在至少一个相应附加照射步骤中照射相应照射区域的所有照射图案元素。换言之，一般第一次和至少一个第二次分离地照射相应照射区域的每个照射图案元素，从而对于每个照射图案元素，可以单独控制输入到每个照射图案元素中的能量的总和。输入到每个照射图案元素中的能量的总和由当在主照射步骤中照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量与当在至少一个附加照射步骤中照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量的和得到，和/或输入到每个照射图案元素中的能量的总和由当第一次照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量与当至少一个第二次照射时输入到相应照射图案元素中的能量的量的和得到。
在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般小于在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量。换言之，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般大于在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量。
以此，在相应附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般不足够高到允许构建材料的固结。关于作为选择性电子束熔化处理或选择性激光熔化处理的方法的实施方式，在相应附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般不足够高到允许构建材料的熔化。于是，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般不会造成构建材料的固结，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般造成构建材料的固结。关于作为选择性电子束熔化处理或选择性激光熔化处理的方法的实施方式，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般不造成构建材料的熔化，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量一般造成构建材料的熔化。
依据执行主照射步骤和照射步骤的顺序，附加照射步骤可以被视为或表示为相应照射图案元素的预加热步骤或后加热步骤。当在主照射步骤之前执行附加照射步骤时，给出预加热步骤，并且一般用来将构建材料均匀地加热至构建材料特定固结温度。当在主照射步骤之后执行附加照射步骤时，给出后加热步骤，并且一般用来从构建材料特定固结温度向下均匀地冷却构建材料。因而，相应照射图案元素可以在构建材料在相应照射图案元素中的固结之前经历预加热步骤，和/或在构建材料在相应照射图案元素中的固结之后经历后加热步骤。可以在照射区域内在相同时间或在不同时间执行不同的附加照射步骤(如，不同的预加热步骤和/或不同的后加热步骤)，使得可以的是，照射区域的至少一个第一照射图案元素经历预加热步骤，而照射区域的至少一个另外的照射图案元素在相同时间或在不同时间经历后加热步骤。
相应照射图案元素和照射区域的连续分层选择性照射和固结一般相应地基于至少一个照射参数组(特别地，多个不同的照射参数组)来执行。于是，至少一个照射参数组(特别地，多个照射参数组)被相应地用于照射和固结照射图案元素和照射区域。相应照射参数组包含至少一个照射参数。照射参数可以是或者包含被用于照射相应照射区域的能量束的至少一个能量束参数。相应能量束参数可以是或者包含下述参数中的至少一个：能量束的强度或功率，能量束的强度曲线，能量束的(横截面)形状，能量束的焦点大小或光斑大小，能量束的焦点位置或光斑位置，能量束移动越过照射区域所根据的能量束路径，能量束沿着相应能量束路径移动越过照射区域所用的速度，相应能量束路径之间的几何关系，特别地，相应能量束路径的相对取向，相应能量束路径之间的距离，相应能量束路径的重叠程度等。可以想到其他能量束参数。
每个照射参数组一般造成输入到相应构建材料层的相应照射区域的照射图案元素中的能量的特定量。换言之，特定照射参数集相应的相应照射参数或能量束参数的组合与输入到相应构建材料层的相应照射区域的照射图案元素中的能量的特定量关联。至少在相应主照射步骤中，输入到相应构建材料层的相应照射区域的照射图案元素中的能量的量造成相应构建材料层的照射图案元素和照射区域相应的结合和固结，并且还造成相应构建材料层的照射区域的照射图案元素与照射区域的至少一个其他照射图案元素以及与先前选择性照射和固结的至少一个构建材料层相应的结合和连接。
根据该方法的示范性实施例，第一照射参数组可以被用于在主照射步骤中照射照射图案元素，并且至少一个另外的照射参数组可以被用于在至少一个附加照射步骤中照射照射图案元素。第一照射参数组一般允许输入到相应照射图案元素中的能量的第一量。至少一个另外的照射参数组一般允许输入到相应照射图案元素中的能量的第二量(即，特别地，输入到相应照射图案元素中的能量的较小量)。于是，可以将特定照射参数组分配给主照射步骤和至少一个附加照射步骤。
根据该方法的另一示范性实施例，还可以的是，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量(也)造成构建材料的固结，其中，构建材料以第一固结程度(第一固结程度)固结，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量造成构建材料的固结，其中，构建材料以第二固结程度(第二固结程度)固结。关于作为选择性电子束熔化处理或选择性激光熔化处理的方法的实施方式，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量可以造成第一熔化程度，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量可以造成第二熔化程度。相应固结程度和熔化程度可以相应地造成将要增材制造的物体的不同结构性质(即，特别地，不同的密度)。于是，第一固结程度或熔化程度可以相应地与物体的第一密度有关，第二固结程度或熔化程度可以相应地与物体的第二密度有关。主照射步骤相应的固结程度或融化程度一般与物体的更高的密度有关。
关于在至少一个附加照射步骤中特定照射图案元素的照射，与相同的照射图案元素的主照射步骤相比，可以照射相同的区域或不同的区域。换言之，相对于特定照射图案元素的照射，在附加照射步骤中照射的区域可以等于或大于或小于在主照射步骤中照射的区域。当在附加照射步骤中照射的区域大于在主照射步骤中照射的区域时，在附加照射步骤中照射的区域一般全部重叠相应照射图案元素的区域。通过调节在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中用于照射相应照射图案元素的区域，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量可以被控制，其也是用于协同地影响和/或控制将要增材制造的物体的结构性质的措施。
可以基于附加或辅助照射图案(即，附加或辅助于主照射图案的照射图案)来执行至少一个附加照射步骤。附加或辅助照射图案包含至少一个附加或辅助照射图案元素(特别地，多个附加或辅助照射图案元素)。相应附加或辅助照射图案元素一般通过在相应附加照射步骤中照射的区域限定。
附加或辅助照射图案的相应附加或辅助照射图案元素可以具有与主照射图案的相应照射图案元素相同的基本形状和/或尺寸和/或取向。然而，还可以想到，附加或辅助照射图案的相应附加或辅助照射图案元素可以具有与主照射图案的相应照射图案元素不同的基本形状和/或不同的尺寸和/或不同的取向。对于特定照射区域，附加或辅助照射图案的附加或辅助照射图案元素的数量还可以等于主照射图案的照射图案元素的数量。然而，还可以想到，对于特定照射区域，附加或辅助照射图案的附加或辅助照射图案元素的数量可以不同于主照射图案的照射图案元素的数量。通过选取相应附加或辅助照射图案元素的基本形状和/或尺寸和/或取向和/或数量，可以协同地影响和控制相应照射图案元素的固结行为，这也允许协同地影响和控制将要增材制造的物体的结构性质。
根据该方法的另一示范性实施例，可以的是，可以将至少一个构建材料层的至少一个照射区域的照射图案元素分类在至少两个类别(特别地，与将要增材制造的物体的特定结构性质相关的类别)中。以此，分类在特定类别(如，第一类别)中的照射图案元素仅在主照射步骤中被照射，分类在另一特定类别(如，第二类别)中的照射图案元素也在至少一个附加照射步骤中被照射。于是，给出一种协同地影响和/或控制结构性质的有效途径，因为仅有效地需要影响和/或控制将要增材制造的物体的结构性质的类别的照射图案元素实际上基于主照射步骤和至少一个附加照射步骤被照射。这些类别可以通过合适的硬件和/或软件体现的分类单元来实施，其考虑将要增材制造的物体的多种参数。特别地，分类单元可以确定将要增材制造的需要在诸如机械的或热的特殊载荷下的特殊结构性质(如，特殊的部分和/或区部)的物体的特定部分和/或区域，从而布置在要求特殊结构性质的物体的相应部分和/或区域中的照射图案元素可以经历利用主照射步骤和至少一个附加照射步骤的照射。将要增材制造的物体的特定部分和/或区域的相应确定可以基于用户输入、模型、模拟等。
本发明进一步涉及一种用于借助于构建材料层的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体的装置的硬件和/或软件体现的控制单元，其中，每个构建材料层包含将要借助于至少一个能量束照射和固结的至少一个照射区域，其中，基于用于固结照射区域的主照射图案照射至少一个照射区域，主照射图案包含能够利用至少一个能量束分离地照射或被照射的多个照射图案元素。控制单元构造成按照文中描述的方法控制相应照射区域的连续分层选择性照射和固结。
因而，特别地，对于至少一个构建材料层的至少一个照射区域，控制单元构造成进行控制，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中至少部分地(特别地，完全地)照射至少一个照射图案元素，其中，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素中的能量的量与在至少一个附加照射步骤中输入到照射图案元素中的能量的量不同。
本发明进一步涉及一种用于借助于构建材料层的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体的装置，其中，每个构建材料层包含将要借助于至少一个能量束照射和固结的至少一个照射区域。该装置包含文中描述的控制单元或与控制单元连接。
该装置可以具体化为选择性激光烧结装置、选择性激光熔化装置或选择性电子束熔化装置。然而，比如，还可以想到该装置具体化为粘合剂喷射装置(特别地，金属粘合剂喷射装置)。
该装置包含在其操作期间可操作或者***作的数个功能和/或结构单元。每个功能和/或结构单元可以包含数个功能和/或结构子单元。示范性功能和/或结构单元是构建材料施加单元、照射单元和相应控制单元，构建材料施加单元构造成施加一定量的构建材料，在该装置的构建平面中，构建材料将要被选择性地照射和固结，以便在构建平面中形成构建材料层，照射单元构造成利用至少一个能量束选择性地照射并以此固结构建材料层。
关于该方法的所有注释也适用于该控制单元和/或该装置。
附图说明
参考附图描述本发明的示范性实施例，其中：
图1以侧视图示出根据示范性实施例的用于增材制造三维物体的装置的原理图；以及
图2至图8每个皆以俯视图示出根据示范性实施例的方法将要被选择性地照射和固结的构建材料层的原理图。
具体实施方式
图1示出装置1的示范性实施例的原理图，装置1用于借助于粉末状构建材料4(如，金属粉末)的构建材料层3的连续分层选择性照射和伴随的固结来增材制造三维物体2(如，技术性部件)，根据示范性实施例，这可以借助于至少一个能量束5固结。比如，能量束5可以是电子束或激光束。比如，装置1可以具体化为选择性电子束熔化装置或具体化为选择性激光熔化装置。
装置1包含在其操作期间可操作或者***作的数个功能和/或结构单元。每个功能和/或结构单元可以包含数个功能和/或结构子单元。功能和/或结构单元和装置1的操作分别由硬件和/或软件体现的(中央)控制单元6控制。
装置1的示范性功能和/或结构单元是构建材料施加单元7、照射单元8和控制单元6。
构建材料施加单元7构造成在装置1的构建平面BP中施加一定量的构建材料4，以便产生相应构建材料层3，在增材制造三维物体2期间，构建材料层3将要被选择性地照射和固结。构建材料施加单元7可以包含构建材料施加元件9，比如，构建材料施加元件9可以具体化为刀片状的重涂覆元件。构建材料施加元件9可移动地支撑在装置1的处理室10内；构建材料施加元件9可以移动越过构建平面BP，以便在构建平面BP中施加一定量的加料构建材料4并且产生相应构建材料层3，在增材制造三维物体2期间，构建材料层3将要被选择性地照射和固结。越过构建平面BP的构建材料施加元件9的示范性运动由双箭头P1指示。可以将驱动单元(未示出)分配给构建材料施加单元7，以便产生用于使构建材料施加元件9移动越过构建平面BP的驱动力。
照射单元8构造成利用至少一个能量束5选择性地照射并以此固结相应构建材料层3，其中构建材料层3已借助于构建材料施加单元7施加在装置1的构建平面BP中。照射单元8可以包含射束产生单元(未示出)和射束偏转单元(未示出)(如，扫描单元)，射束产生单元构造成产生至少一个能量束5，射束偏转单元构造成将至少一个能量束5偏转到构建平面BP内的多种位置。
控制单元6构造成实施根据示范性实施例的用于增材制造三维物体2的方法，其将利用图2至图8在上下文中更详细地解释。
根据该方法的示范性实施例，每个构建材料层3包含将要借助于至少一个能量束5照射和固结的至少一个照射区域IA。在相应构建材料层3中，相应照射区域IA对应于将要增材制造的物体的横截面。基于用于固结照射区域IA的主照射图案MP照射相应照射区域IA。因而，主照射图案MP用来将足够的能量输入到构建材料4中，以便实现构建材料4的所需固结。
如从(如)图2中显而易见的，主照射图案MP包含越过相应照射区域IA分布的多个照射图案元素IPE。照射图案元素IPE以特定布置相对彼此布置。比如，如图2至图8中示范性地示出的，照射图案元素IPE的布置一般是规则布置(诸如，棋盘布置)。
每个照射图案元素IPE具有特定形状、尺寸和取向。于是，每个照射图案元素IPE限定照射区域IA的特定子区域。比如，如从图2中显而易见的，相应照射图案元素可以具有矩形的形状(特别地，正方形的形状)。矩形照射图案元素IPE可以表示为“岛”。
相应照射图案元素IPE能够利用能量束5分离地照射或被照射，其中，能量束5在特定路径中被引导越过相应照射图案元素IPE。一般，相应照射图案元素IPE的区域利用照射矢量(未示出)(如，扫描矢量)覆盖或填充，根据该照射矢量，当利用能量束5照射相应照射图案元素IPE时，能量束5被引导越过相应照射图案元素IPE。
相应地，照射区域IA的照射图案元素IPE根据特定顺序或次序照射和固结。照射照射区域IA的照射图案元素IPE的顺序或次序还可以包含同时照射多个不同的照射图案元素IPE。比如，照射照射图案元素IPE的顺序或次序可以通过控制单元6的照射控制数据限定。
根据该方法的示范性实施例，在主照射步骤(参见如图3，5，7)中和在至少一个附加或辅助照射步骤(参见如图2，4，6)中照射至少一个照射图案元素IPE(特别地，所有照射图案元素IPE)，其中，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE的能量的量不同于在附加或辅助照射步骤中输入到照射图案元素IPE中的能量的量。于是，在至少两个不同的照射步骤中照射相应照射图案元素IPE，其中，在相应照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量是不同的。换言之，第一次和至少一个第二次照射相应照射图案元素IPE，其中，当第一次照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量与当第二次照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量不同(即，更高或更低)。对于在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中照射的每个照射图案元素IPE，可以分离地控制当第一次和至少一个第二次照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量。
图2示出附加照射步骤的第一示范性实施例。如从图2中显而易见的，包括安置在照射区域IA的内部分中的照射图案元素IPE以及安置在照射区域IA的外部分中的照射图案元素IPE的多个照射图案元素IPE可以在附加照射步骤中被照射。可以在附加照射步骤中同时照射多个照射图案元素IPE中的至少两个。图3示出主照射步骤的对应示范性实施例。
通过第一次和至少一个第二次照射相应照射图案元素IPE，并且因而通过将至少两个不同量的能量输入到照射图案元素IPE中，可以协同地影响和控制照射图案元素IPE的固结行为(即，相应照射图案元素IPE的构建材料3的固结行为)，这也允许协同地影响和控制将要增材制造的物体2的结构性质。开裂形成也可以以相应方式减少。于是，至少第一次和第二次照射相射图案元素IPE，并且因而将至少两个不同量的能量输入到照射图案元素IPE中，允许改进将要增材制造的物体2的结构性质。特别地，结构性质指代将要增材制造的物体2的机械性质(如，密度、强度、稳定性等)。
一般，在相应主照射步骤中和在至少一个相应附加照射步骤中照射照射区域IA的所有照射图案元素IPE。换言之，一般第一次和至少一个第二次分离地照射照射区域IA的每个照射图案元素IPE，从而对于每个照射图案元素IPE，可以单独控制输入到每个照射图案元素IPE中的能量的总和。输入到每个照射图案元素IPE中的能量的总和由当在主照射步骤中照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量与当在至少一个附加照射步骤中照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量的和得到，和/或输入到每个照射图案元素IPE中的能量的总和由当第一次照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量与当至少一个第二次照射时输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量的和得到。
在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般小于在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量。换言之，在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般大于在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量。
在附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般不足够高到允许构建材料4的固结。于是，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般不会造成构建材料4的固结，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般造成构建材料4的固结。于是，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般不会造成构建材料4的熔化，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量一般造成构建材料4的熔化。
依据执行主照射步骤和照射步骤的顺序，附加照射步骤可以被视为或表示为相应照射图案元素IPE的预加热步骤或后加热步骤。当在主照射步骤之前执行附加照射步骤时，给出预加热步骤，并且一般用来将构建材料4均匀地加热至构建材料特定固结或熔化温度。当在主照射步骤之后执行附加照射步骤时，给出后加热步骤，并且一般用来从构建材料4特定固结或熔化温度向下均匀地冷却构建材料。因而，相应照射图案元素IPE可以在相应照射图案元素IPE中构建材料4固结之前经历预加热步骤，和/或在相应照射图案元素IPE中构建材料4固结之后经历后加热步骤。可以在照射区域IA内在相同时间或在不同时间执行不同的附加照射步骤(如，不同的预加热步骤和/或不同的后加热步骤)，使得可以的是，照射区域IA的至少一个第一照射图案元素IPE经历预加热步骤，而照射区域IA的至少一个另外的照射图案元素IPE在相同时间或在不同时间经历后加热步骤。
相应照射图案元素IPE的连续分层选择性照射和固结一般基于至少一个照射参数组(特别地，多个不同的照射参数组)来执行。每个照射参数集一般造成输入到照射图案元素IPE中的能量的特定量。换言之，特定照射参数组相应的相应照射参数或能量束参数的组合与输入到照射图案元素IPE中能量的特定量关联。至少在主照射步骤中，输入到照射图案元素IPE中的能量的量造成照射图案元素IPE相应的结合和固结，并且还造成照射图案元素IPE与照射区域IA的至少一个其他照射图案元素IPE以及与先前选择性照射和固结的构建材料层3相应的结合和连接。
第一照射参数组可以被用于在主照射步骤中照射照射图案元素IPE，并且至少一个进一步照射参数组可以被用于在至少一个附加照射步骤中照射照射图案元素IPE。第一照射参数组一般允许输入到相应照射图案元素IPE中的能量的第一量。至少一个另外的照射参数组一般允许输入到相应照射图案元素IPE中的能量的第二量(即，输入到相应照射图案元素IPE中的能量的较小量)。于是，可以将特定照射参数集分配给主照射步骤和至少一个附加照射步骤。
然而，还可以是，在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量(也)造成构建材料4的固结，其中，构建材料4以第一固结或熔化程度固结，而在主照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量的量造成构建材料4的固结，其中，构建材料4以第二固结或熔化程度固结。相应固结程度和熔化程度可以相应地造成将要增材制造2的物体的不同结构性质(即，特别地，不同的密度)。于是，第一固结程度或熔化程度可以相应地与物体2的第一密度有关，第二固结程度或熔化程度可以相应地与物体2的第二密度有关。主照射步骤相应的固结程度或融化程度一般与物体2的更高的密度有关。
如从图4至图7中的示范性实施例显而易见的，相对于特定照射图案元素IPE的照射，在附加照射步骤中照射的区域可以大于(参见图4)或小于(参见图6)在主照射步骤中(参见图7)照射的区域。当在附加照射步骤中照射的区域大于在主照射步骤中照射的区域时，在附加照射步骤中照射的区域一般全部重叠相应照射图案元素(参见图4)的区域。通过调节在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中的用于照射相应照射图案元素IPE的区域，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素IPE中的能量可以被控制，其也是用于协同地影响和/或控制将要增材制造的物体2的结构性质的措施。
特别地，如从图4至图7中的示范性实施例显而易见的，可以基于附加或辅助照射图案(即，附加或辅助于主照射图案的照射图案)来执行相应附加照射步骤。附加或辅助照射图案包含至少一个附加或辅助照射图案元素IPE’(特别地，多个附加或辅助照射图案元素)。相应附加或辅助照射图案元素IPE’通过在相应附加照射步骤中照射的区域限定。
附加或辅助照射图案的相应附加或辅助照射图案元素IPE’可以具有与主照射图案MP的相应照射图案元素IPE相同的基本形状和/或尺寸和/或取向。然而，还可以想到，附加或辅助照射图案的相应附加或辅助照射图案元素IPE’可以具有与主照射图案MP的相应照射图案元素IPE不同的基本形状和/或不同的尺寸和/或不同的取向。附加或辅助照射图案的附加或辅助照射图案元素IPE’的数量还可以等于主照射图案MP的照射图案元素IPE的数量。然而，还可以想到，对于特定照射区域，附加或辅助照射图案的附加或辅助照射图案元素IPE’的数量可以不同于主照射图案MP的照射图案元素IPE的数量。
根据图8中示出的方法的另一示范性实施例，可以是，将照射区域IA的照射图案元素IPE分类在至少两个类别C1，C2中，特别地，与将要增材制造的物体2的特定结构性质相关的类别。以此，仅分类在第一类别C1中的照射图案元素IPE仅在主照射步骤中被照射，分类在第二类别C2中的照射图案元素IPE也在至少一个附加照射步骤中被照射。于是，给出一种协同地影响和/或控制结构性质的有效途径，因为仅有效地需要影响和/或控制将要增材制造的物体2的结构性质的类别C1，C2的照射图案元素实际上基于主照射步骤和至少一个附加照射步骤被照射。这些类别C1，C2可以通过合适的硬件和/或软件体现的分类单元(未示出)(其可以形成控制单元的部分)来实施，其考虑将要增材制造的物体2的多种参数。特别地，分类单元可以确定需要在诸如机械的或热的特殊载荷下的特殊结构性质(如，特殊的部分和/或区域)的物体2的特定部分和/或区域，从而布置在需要特殊结构性质的物体2的相应部分和/或区域中的照射图案元素IPE可以经历利用主照射步骤和至少一个附加照射步骤的照射。
特定实施例的上下文中提到的单个、多个或所有特征也可以应用于其他实施例。于是，特定实施例的上下文中提到的可以与另一特定实施例的至少一个特征组合。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于借助于构建材料层(3)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(2)的方法，其中，每个构建材料层(3)包含将要借助于至少一个能量束(5)照射和固结的至少一个照射区域(IA)，其中，基于用于固结所述照射区域(IA)的主照射图案(MP)照射所述至少一个照射区域(IA)，所述主照射图案(MP)包含能够利用所述至少一个能量束(5)分离地照射或被照射的多个照射图案元素(IPE)，对于至少一个构建材料层(3)的至少一个照射区域(IA)，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中至少部分地照射至少一个照射图案元素(IPE)，特别地，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中完全地照射至少一个照射图案元素(IPE)，其中，在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量与在所述至少一个附加照射步骤中输入到所述照射图案元素(IPE)中的能量的量不同。
2.根据任何在前条项的方法，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量小于在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量。
3.根据任何在前条项的方法，其中第一照射参数组被用于在所述主照射步骤中照射所述照射图案元素(IPE)，并且至少一个另外的照射参数组被用于在所述至少一个附加照射步骤中照射所述照射图案元素(IPE)。
4.根据任何在前条项的方法，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量不会造成所述构建材料(4)的固结，而在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量造成所述构建材料(4)的固结。
5.根据任何在前条项的方法，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量造成所述构建材料(4)的固结，其中，所述构建材料(4)以第一固结程度固结，而在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的所述能量的量造成所述构建材料(4)的固结，其中，所述构建材料(4)以第二固结程度固结。
6.根据任何在前条项的方法，其中对于在所述附加照射步骤中至少部分地照射至少一个照射图案元素(IPE)，大于或小于相应照射图案元素(IPE)的所述区域的区域被照射。
7.根据任何在前条项的方法，其中所述附加照射步骤基于包含至少一个附加照射图案元素(IPE’)的附加照射图案来执行，特别地，所述附加照射步骤基于包含多个附加照射图案元素(IPE’)的附加照射图案来执行。
8.根据任何在前条项的方法，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE’)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的基本形状，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的基本形状。
9.根据任何在前条项的方法，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的尺寸，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的尺寸。
10.根据任何在前条项的方法，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的取向，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的取向。
11.根据任何在前条项的方法，其中所述附加照射步骤是预加热步骤或后加热步骤。
12.根据任何在前条项的的方法，其中相应照射图案元素(IPE)的所述形状为矩形，特别地，所述形状为正方形。
13.根据任何在前条项的方法，其中至少一个构建材料层(3)的所述照射区域的所述照射图案元素(IPE)分类在至少两个类别(C1，C2)中，所述类别特别地是与所述三维物体(2)的特定结构性质相关的类别，其中在所述主照射步骤中和在所述至少一个附加照射步骤中仅照射分类在特定类别(C1，C2)中的照射图案元素(IPE)。
14.一种用于借助于构建材料层(3)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(2)的装置(1)的控制单元(7)，其中，每个构建材料层(3)包含将要借助于至少一个能量束(5)照射和固结的至少一个照射区域(IA)，其中，基于用于固结所述照射区域(IA)的主照射图案(MP)照射所述至少一个照射区域(IA)，所述主照射图案(MP)包含能够利用所述至少一个能量束(5)分离地照射或被照射的多个照射图案元素(IPE)，所述控制单元(7)构造成根据如在前权利要求中任一项所述的方法控制相应照射区域(IA)的所述连续分层选择性照射和固结。
15.一种用于借助于构建材料层(3)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(2)的装置(1)，其中，每个构建材料层(3)包含将要借助于至少一个能量束(5)照射和固结的至少一个照射区域(IA)，其中，基于用于固结所述照射区域(IA)的主照射图案(MP)照射所述至少一个照射区域(IA)，所述主照射图案(MP)包含能够利用所述至少一个能量束(5)分离地照射或被照射的多个照射图案元素(IPE)，所述装置(1)包含如权利要求14所述的控制单元(7)。

Claims (10)

1.一种用于借助于构建材料层(3)的连续分层选择性照射和固结来增材制造至少一个三维物体(2)的方法，其中，每个构建材料层(3)包含将要借助于至少一个能量束(5)照射和固结的至少一个照射区域(IA)，其中，基于用于固结所述照射区域(IA)的主照射图案(MP)照射所述至少一个照射区域(IA)，所述主照射图案(MP)包含能够利用所述至少一个能量束(5)分离地照射或被照射的多个照射图案元素(IPE)，其特征在于，
对于至少一个构建材料层(3)的至少一个照射区域(IA)，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中至少部分地照射至少一个照射图案元素(IPE)，特别地，在主照射步骤中和在至少一个附加照射步骤中完全地照射至少一个照射图案元素(IPE)，其中，在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量与在所述至少一个附加照射步骤中输入到所述照射图案元素(IPE)中的能量的量不同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量小于在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中第一照射参数组被用于在所述主照射步骤中照射所述照射图案元素(IPE)，并且至少一个另外的照射参数组被用于在所述至少一个附加照射步骤中照射所述照射图案元素(IPE)。
4.如在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量不会造成所述构建材料(4)的固结，而在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量造成所述构建材料(4)的固结。
5.如在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中在所述至少一个附加照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的能量的量造成所述构建材料(4)的固结，其中，所述构建材料(4)以第一固结程度固结，而在所述主照射步骤中输入到相应照射图案元素(IPE)中的所述能量的量造成所述构建材料(4)的固结，其中，所述构建材料(4)以第二固结程度固结。
6.如在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中对于在所述附加照射步骤中至少部分地照射至少一个照射图案元素(IPE)，大于或小于相应照射图案元素(IPE)的所述区域的区域被照射。
7.如在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述附加照射步骤基于包含至少一个附加照射图案元素(IPE’)的附加照射图案来执行，特别地，所述附加照射步骤基于包含多个附加照射图案元素(IPE’)的附加照射图案来执行。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE’)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的基本形状，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的基本形状。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的尺寸，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的尺寸。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述附加照射图案的所述至少一个附加照射图案元素(IPE)具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)相同的取向，或者具有与所述主照射图案的照射图案元素(IPE)不同的取向。
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