CN110744190B - 增材制造设备 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造设备，其包括扫描仪(110)，该扫描仪(110)用于将激光束(118)导引到可流动材料(104)的层上以选择性地固化该材料，从而以逐层方式形成物体(103)。该扫描仪包括：光学组件(106a、106b)，其可在第一致动器(121a、121b)的控制下操作以在第一维度中遍及第一角范围来反射该激光束(118)；和该光学组件或另一光学组件(106c)，其可在第二致动器(120a、120b)的控制下操作以在该第一维度中遍及第二角范围来反射该激光束(118)，其中该第二致动器(120a、120b)相比于该第一致动器(121a、121b)提供较快动态响应，但较小的该激光束(118)移动范围。

Description

增材制造设备
分案申请
本申请是申请号为201680019343.X(PCT国际申请号：PCT/GB2016/050869)的中国专利申请的分案申请，上述申请的申请日为2016年3月29日，发明名称为“增材制造设备和方法”。
技术领域
本发明涉及一种扫描仪和用于在增材制造设备中导引能量束的方法，在增材制造设备中以逐层方式固化材料层以形成物体。本发明尤其(但非排他地)应用于选择性激光固化设备，例如，选择性激光熔融(SLM)和选择性激光烧结(SLS)设备。
背景技术
选择性激光熔融(SLM)和选择性激光烧结(SLS)设备使用高能量束(例如，激光束)通过材料(例如，金属粉末材料)的逐层固化来产生物体。通过沉积邻近于粉末床的粉末堆和使用刮片跨粉末床(从粉末床的一侧到另一侧)散布粉末堆以形成层而在构建腔室中跨粉末床形成粉末层。随后跨对应于经建构物体的横截面的粉末层的区域而扫描激光束。激光束熔化或烧结粉末以形成固化层。在选择性固化层之后，粉末床减少了新近固化的层的厚度，且将另一粉末层散布在表面上且视需要固化。此装置的实例在US6042774中予以公开。如US8172562中所描述，可通过刮片相对于构建平台的旋转运动而形成层。
用以扫描激光束的策略可影响在建造期间产生的热负载和材料的所得经固化行的准确度。在建造期间所产生的过度的不受限制的热负载致使所建造零件变形和/或卷曲。
通常，沿着扫描路径跨粉末扫描激光束。扫描路径的布置将通过扫描策略来界定。
US5155324描述一种扫描策略，其包括扫描零件横截面的轮廓(边界)，接着扫描零件横截面的内部(核心)。扫描该零件的边界可改善该零件的表面的分辨率、清晰度和平滑化。
US5155324和US2008/0241392A1描述扫描多个平行扫描路径(阴影)中的区域。(在本文中被称作“曲折扫描”)。在各层之间旋转扫描路径的方向，以使在建造期间所产生的张力均匀化。US2008/0241392A1将这个概念延伸到一连串平行条带中的扫描，其中每个条带由垂直于条带的纵向方向延行的多个平行扫描路径(阴影)构成。(在本文中被称作“条带扫描”)。US2008/0241392A1还公开覆盖待固化区域的部分区(通常为方块)的条带，其中邻近部分区的阴影彼此呈90度。(在本文中被称作“棋盘扫描”)。
US2005/0142024公开一种包括连续地辐射层的个别区域的用于减少热负载的扫描策略，该等区域彼此相隔大于或至少等于个别区域的平均直径的距离。以一连串平行扫描路径(阴影)来辐射每个个别区域。
已知，使用连续激光操作模式，其中在使反射镜移动以沿着扫描路径导引激光光点的同时维持激光开启；或使用脉冲式激光操作模式，其中在反射镜沿着扫描路径导引激光光点到达不同位置时，激光以脉冲方式开启和关闭。
由激光所产生的熔体池取决于材料的属性以及围绕正熔融的体积块的材料的状态(粉末或经固化)和温度。激光操作模式可影响相邻材料的状态和温度。举例来说，以连续模式沿着扫描路径对激光光点的扫描会形成大型熔体池，其在该激光光点后被拖拽，得到较大、不太明细的固化线。对于一些材料(例如工具钢和航空器级超合金)来说，以连续激光操作的模式跨层拖动熔体池可能是困难的。可通过使用激光束以脉冲式操作模式来缓解这些问题。具体地说，将脉冲之间的时间/曝光点之间的距离设置得足够长以允许在形成邻近熔体池可产生更精确的固化线(该等固化线可尤其有益于边界扫描)之前冷却先前形成的熔体池。
通常使用可通过电流计倾斜到所需角的一对反射镜将激光束转向到粉末床上。此扫描仪的实例在W02010/026397中予以描述。电流计的受限动态响应可能导致激光束与所要图案(如上文所描述)的明显差异。具体地说，已发现，在阴影线之间的过渡处，反射镜在曲线路径中导引在经制造的零件中可见的激光束，而非提供急剧的角方向改变。对于在脉冲模式中激光的扫描，理想地，当激光开启时反射镜在工作表面上的固定光点处导引激光束，从而跳跃到脉冲之间的下一曝光点。然而，电流计的动态响应相对于所要的点曝光次数和曝光之间的时间过慢，以使得反射镜在曝光期间将仍处于移动状态。这使得细长熔体池的形成具有类似于连续扫描的熔体特性。此问题可通过增加曝光之间的时间以给予反射镜时间移动到且固定于新位置中来克服，但这可能明显地延长建造时间。
“电光和声光激光束扫描议(Electro-optic and acousto-optic laser beamscanners)”，G.R.B.E.Romer、P.Bechtold、Physics Procedia 56(2014)，29-39，公开组合基于反射镜的扫描仪与电光或声光偏转器，这依赖于控制激光束偏转的材料的折射率n的改变。电光和声光偏转器的问题在于，偏转器吸收行进通过该偏转器的大部分光。因此，此偏转器不适合与高功率激光束一起使用，这是由于偏转器将出现变热的情况。此变热的情况将使控制偏转器的晶体的温度略高于居里温度(视需要)变得极其困难(如果不是不可能的话)。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于在增材制造设备中导引能量束的扫描仪，该扫描仪包括用于使能量束在第一维度中遍及第一角范围来偏转的第一束转向组件，和用于使能量束在第一维度中遍及第二角范围来偏转的第二束转向组件，其中第二束转向组件相比于第一束转向组件提供较快动态响应但较小的能量束移动范围。
以此方式，在达到单独使用第一束转向组件无法达到的迅速方向改变的同时，扫描仪可使能量束在第一维度中遍及较大角范围偏转。扫描仪的动态能力可允许沿着更接近于理想扫描策略(例如上文所描述的那些扫描策略)的路径扫描能量束。
扫描仪可包括控制器，该控制器被布置成控制第一束转向组件和第二束转向组件，以在使用第一束转向组件在第一维度中移动能量束的情况下，同步地使用第二束转向组件的较快动态响应在第一维度中使能量束加速/减速。
控制器可被布置成控制第一束转向组件和第二束转向组件，以使得在操作第一束转向组件以在一个方向上传送连续运动的情况下，同步地操作第二束转向组件以传送振荡运动，以使得能量束沿着路径以一连串断续移动的方式移动。所得运动可以是能量束执行一连串移动，其中能量束保持相对静止，以在能量束经历短暂、急剧的移动以使能量束“跳跃”到路径的另一区(例如，当第一束转向组件和第二束转向组件用以在第一维度中在相同方向上移动能量束时)之前将路径的区曝光于能量束(例如，当第一束转向组件的动作是要在第一维度中在与第二束转向组件的动作相反的方向上移动能量束时，其中相对的动作有可能抵消以提供静止的能量光点)。这样的束转向组件的控制可与脉冲能量束同步，以使得在“跳跃”期间关断能量束。这可尤其应用于增材制造，其中跨粉末床使能量光点“跳跃”以曝光一连串的点可能因减少或消除由跨表面拖动能量束引起的球化而产生更精细的细节。
控制器可被布置成控制第一束转向组件和第二束转向组件以使得在操作第一束转向组件在第一维度中改变能量束的方向的情况下，同步地操作第二束转向组件以在第一维度中提供更急剧的能量束的方向的改变。具体地说，第一束转向组件的较慢动态响应可能导致在第一维度中停止和加速距离比期望的距离长。控制器可被布置成控制第二束转向组件，以补偿与期望的扫描路径的差异，该差异将在试图仅使用第一束转向组件沿着所要路径进行扫描的情况下出现。
能量束可包括激光束。第一束转向组件可包括用于反射激光束的光学组件，该光学组件在第一致动器的控制下可操作，且第二束转向组件可包括用于反射激光束的该光学组件或另一光学组件，该光学组件或另一光学组件在第二致动器的控制下可操作。第二致动器相比于第一致动器可提供较快动态响应，但较小的激光束移动范围。通过反射激光束，可避免光学组件中激光束的大量吸收。光学组件可被布置成吸收小于1％的激光束的辐射通量。光学组件可以是反射镜或布拉格光栅反射体。此反射体可适合与某些增材制造过程中使用的高功率激光束(例如，大于50W且优选地大于100W的激光束)一起使用。
第二致动器可包括压电致动器。压电致动器相比于电流计通常提供快速动态响应但较小的范围移动。替代地，第二致动器可以是一个或多个音圈。在另一实施例中，第二致动器包括一个或多个正应力致动器，且具体地说，包括一个或多个硬线性化的正应力致动器。
第一致动器可以是电流计。电流计相比于压电电动机通常提供较慢动态响应但较大的移动范围。
该光学组件和/或另一光学组件可包括可倾斜光学组件。替代地，该光学组件和/或另一光学组件可以是可通过致动器变形以遍及角范围来反射激光束的可变形组件。
能量束可包括电子束。第一束转向组件可包括第一电磁线圈，且第二束转向组件可包括第二电磁线圈，该第二磁性线圈被布置成产生比第一电磁体小的磁场，以用于使电子束偏转通过较小的角范围。
第二电磁体相比于第一电磁体具有允许较快磁场改变(较快动态响应)的较小电感。然而，所得较小磁场使电子束偏转通过较小角范围。由第一电磁体产生的较大磁场能够使得电子束在第一维度中偏转通过较大角范围。
扫描仪可包括用于使能量束在正交于第一维度的第二维度中遍及第三角范围偏转的第三束转向组件。以此方式，扫描仪可遍及2维区域使能量束转向。扫描仪可包括用于使能量束在第二维度中遍及第四角范围偏转的第四束转向组件，其中第四束转向组件相比于第三束转向组件提供较快动态响应但较小的能量束移动范围。
在能量束为激光束的状况下，第三束转向组件可包括用于反射激光束的该光学组件或额外光学组件。该光学组件或额外光学组件可在第三致动器的控制下操作。第四束转向组件可包括用于反射激光束的该光学组件、另一光学组件或额外光学组件，该光学组件、另一光学组件或额外光学组件可在第四致动器的控制下操作以使能量束在第二维度中偏转。替代地，第四束转向组件可包括可在第四致动器的控制下操作以在第二维度中反射激光束的另一额外光学组件。
在能量束为电子束的状况下，第三束转向组件可包括第三电磁线圈，且第四束转向组件可包括第四电磁线圈，第四磁性线圈被布置成产生比第三电磁体小的磁场，用于使电子束在第二维度中偏转通过较小的角范围。
以此方式，扫描仪在第一维度和第二维度两者中具有增强的动态响应。
如上文所描述，控制器可被布置成以类似于控制第一致动器和第二致动器的组合的方式来控制第三致动器和第四致动器的组合。
本发明的第二方面提供一种增材制造设备，其包括：构建腔室；构建平台，其可在构建腔室中降低以使得可跨构建平台连续地形成可流动材料层；辐射生成器，其用于产生能量束；和扫描仪，其用于将能量束导引到每一层上以选择性地固化材料，扫描仪包括可操作用于使能量束在第一维度中遍及第一角范围偏转的束转向组件，和用于使能量束在第一维度中遍及第二角范围偏转的第二束转向组件，其中第二束转向组件相比于第一束转向组件提供较快动态响应但较小的移动范围。
本发明的第三方面提供一种扫描激光束的方法，该方法包括操作根据本发明的第一方面的扫描仪以在使用第一束转向组件在第一维度中移动能量束的情况下，同步地使用第二束转向组件的较快动态响应使能量束在第一维度中加速/减速。
该方法可以用于在逐层增材制造过程中跨材料层来扫描激光束，其中跨构建平台形成可流动材料的连续层且跨每一层的选定区域扫描激光束以在选定区域中固结该材料。
本发明的第四方面提供一种上面存储有指令的数据载体，该等指令在由根据本发明的第一方面的扫描仪的控制器执行时使控制器控制扫描仪的第一致动器和第二致动器，以实行本发明的第三方面的方法。
本发明的以上方面的数据载体可为用于向机器提供指令的合适的媒体，例如非瞬时数据载体，例如软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包含-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、蓝光(TM)光盘、存储器(例如，记忆棒(TM)、SD卡、紧凑快闪卡或类似物)、光盘驱动器(例如，硬盘驱动器)、磁带、任何磁/光存储装置或瞬时数据载体，例如电线或光纤上的信号或无线信号，例如经由有线或无线网络(例如因特网下载、FTP传递或类似物)发送的信号。
本发明的第五方面提供一种使用逐层增材制造过程制造零件的方法，该方法包括跨构建平台沉积可流动材料的连续层，以及操作根据本发明的第一方面的扫描仪以跨每一层的选定区域扫描能量束以在选定区域中固结该材料，其中在使用第一束转向组件在第一维度中移动能量束的情况下，同步地使用第二束转向组件的较快动态响应使能量束在第一维度中加速/减速。
本发明的第六方面提供一种根据本发明的第五方面的方法制造的零件。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的选择性激光固化设备的示意图；
图2是选择性激光固化设备从另一侧的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的扫描仪的示意图；
图4a是说明根据本发明的实施例的激光束的扫描序列的图式；
图4b展示电流计驱动反射镜的扫描路径相比于由压电驱动反射镜对激光束施加的额外运动所产生的激光光点所沿路径；
图4c是展示在扫描序列期间激光光点在粉末床上的典型位移的曲线；
图5展示根据本发明的另一实施例的扫描策略；
图6a是根据本发明的另一实施例的可转向反射镜和相关联的致动器的透视图；
图6b是图6a中展示的可转向反射镜和相关联的致动器的横截面视图；
图7是根据本发明的另一实施例的可转向反射镜和相关联的致动器的透视图。
具体实施方式
参看图1和图2，根据本发明的实施例的激光固化设备包括主腔室101，其中具有分割物115、116，该等分割物界定构建腔室117和粉末可沉积到其上的表面。提供构建平台102以用于支撑通过选择性激光熔融粉末104建造的物体103。平台102随着物体103的连续层被形成而可在构建腔室117内降低。可用的构建体积由构建平台102可降低到构建腔室117中的程度来界定。
随着通过分配设备108和细长刮片109来构建物体103而形成粉末层104。举例来说，分配设备108可以是如W02010/007396中描述的设备。
激光模块105产生用于熔融粉末104的500W激光，该激光视需要在计算机130的控制下由扫描仪(在此实施例中，光模块110)导引。激光经由窗口107进入腔室101。
光模块110包括用于将激光束导引到粉末床104和聚焦光学件上期望位置的束转向组件106(在此实施例中，包括用于调整激光束的焦距的一对可移动透镜111、112)。束转向组件106和聚焦光学件111、112的致动器由控制器139控制。
参看图3a和图3b，在一个实施例中，束转向组件106包括由电流计121a、121b驱动的第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b和由压电致动器120a、120b驱动的第二可移动反射镜106c。第一可旋转反射镜106a可绕垂直于轴线B的轴线A旋转，其中第三可旋转反射镜106b可绕轴线B旋转，且第二可旋转反射镜106c可绕两个垂直的轴线C、D转向。第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b和第二可旋转反射镜106c被布置成使得激光传递通过聚焦光学件111、112到达第二可旋转反射镜106c，第二可旋转反射镜106c使激光偏转到第一可旋转反射镜106a上。第一可旋转反射镜106a使激光偏转到第三可旋转反射镜106b上，且第三可旋转反射镜106b使来自光模块的激光偏转通过窗口或开口而到达粉末床104。
压电致动器120a可***作以使第二可旋转反射镜106c在绕轴线C的方向上旋转几度，且压电致动器120b可***作以使第二可旋转反射镜106c在绕轴线D的方向上旋转几度。压电致动器120a、120b提供比电流计121a、121b更快的动态响应(加速度)但较小的移动范围。第二可旋转反射镜106c可用以使激光束在与可使用第一可旋转反射镜106a和第三可旋转反射镜106b达到的相同维度中偏转通过某一角范围。通常，每个电流计121a、121b将能够使相关联的第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b绕轴线A、B移动通过+/-10度的角范围，但可使用多达+/-20度的角范围。压电致动器120a、120b通常将能够使第二可旋转反射镜106c绕轴线C和D转向通过为反射镜第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b的范围的约1％的角范围。
图3b更详细地示出第二可旋转反射镜106c和压电致动器120a、120b。每个压电致动器120a、120b包括压电堆叠122a、122b、123a、123b、124a、124b、125a、125b的两个对122、123；124、125。
每个压电堆叠122a、122b、123a、123b、124a、124b、125a、125b包括连接在一起以作为组合结构提供足够的第二可旋转反射镜106c移动范围的压电元件堆叠。压电堆叠122a、122b、123a、123b、124a、124b、125a、125b可由支撑衬底(未示出)保持在适当位置，该等支撑衬底向压电堆叠122a、122b、123a、123b、124a、124b、125a、125b施加压缩力。
每个对122、123、124、125的两个压电堆叠122a、122b；123a、123b；124a、124b；125a、125b位于第二可旋转反射镜106c的任一侧且经对准以向第二可旋转反射镜106c的相同截面施加力。每个对122、123、124、125的堆叠122a、122b；123a、123b；124a、124b；125a、125b协同工作，其中操作压电堆叠122a、123a、124a、125a中的一个以收缩/伸展，同时操作另一122b、123b、124b、125b以执行相反运动(伸展/收缩)。以此方式，每个对122、123、124、125的压电堆叠122a、122b；123a、123b；124a、124b；125a、125b在相同方向上向第二可旋转反射镜106c施加力。
每个致动器的压电堆叠120a；120b的两个对122、123；124、125各自在对应轴线C、D的任一侧在与另一对123、122；125、124隔开的位置处附接到第一可旋转反射镜106a的周边。压电堆叠的两个对122、123；124、125协同工作以在相反(线性)方向中施加力，以使得第二可旋转反射镜106c绕轴线C、D旋转。
将适当的电路连接到压电堆叠122a、122b、123a、123b、124a、124b、125a、125b，以将适当电压施加到堆叠，以控制堆叠的伸展和收缩。
低功率激光可产生朝向第二可旋转反射镜106c导引的监测激光束126，且提供传感器127用于检测激光束126从第二可旋转反射镜106c反射时所处的角。激光束126的感测位置可被用作反馈以确定第二可旋转反射镜106c绕轴线C和D的角。
光模块106的控制器139以如现参考图4a到图4c描述的方式控制致动器120a、120b、121a和121b。通常，激光束118被扫描跨越成一连串阴影线的要被固化的区域。举例来说，可使用条带、棋盘或曲折扫描策略跨区域来扫描激光束118。如果第二可旋转反射镜106c不提供激光束118的额外转向，那么控制第一可旋转反射镜106a和第三可旋转反射镜106b以平滑地移动，以使得第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b将沿着路径140导引激光束118。避免第一可旋转反射镜106a到第三可旋转反射镜106b的旋转速度和方向的迅速改变。压电致动器120a、120b由控制器139控制以将扰动添加到路径140，从而导致激光束118在静态曝光点141之间“跳跃”。具体地说，压电致动器120a、120b被控制以维持激光束光点在粉末床104上的点141处大体上静止持续设定的时间周期(曝光时间)，从而抵消第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b的连续移动。在曝光时间结束时，压电致动器120a、120b迅速地移动第二可旋转反射镜106c以沿着阴影将激光束118导引到下一点141。以此方式，第一可旋转反射镜106a和第三可旋转反射镜106b提供跨粉末床104的激光束118的大规模移动，且第二可旋转反射镜106c振荡以对大规模移动施加小规模扰动。
在路径140的末端处，第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b中的至少一个将必须进行方向的改变以沿着下一阴影导引激光束118。归因于电流计121a、121b的相对低的动态响应，对于路径140可能无法遵循在每个阴影的末端处点141所需的更突然的方向改变。然而，控制器139可控制压电致动器120a、120b，以使得第二可旋转反射镜106c补偿由第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b提供的缓慢的方向改变，以在所需曝光时间内在阴影的末端处的点141之间移动激光束光点。即使当以连续操作模式扫描(非图4a中所示的点扫描模式)时仍可施加补偿，以便激光束118使用比可单独使用第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b达到的方向改变更急剧的方向改变来扫描路径。
图4b示出当改变阴影线与点(未示出)被扫描所沿的路径142之间的方向时由电流计追踪的路径140的环路140a。选择环路140a的长度和长度2L1以使得电流计追踪路径140a所耗费的时间等于电流计追踪长度2L1的线性路径所耗费的时间(激光束通常以单次跳(jump)跨长度L2“跳跃”以使得此截面的长度可被忽略。然而，如果将以与长度L1相同的方式扫描L2，那么选择环路140a的长度和2L1+L2，以使得电流计追踪路径140a所耗费的时间等于电流计追踪长度2L1+L2的线性路径所耗费的时间)。随着电流计中的至少一个减慢以改变沿着路径140a的方向，路径140a将短于长度2L1。以此方式，可保持用于阴影的末端的点曝光时间和点曝光之间的时间与用于阴影的中间的点曝光时间和点曝光之间的时间一致。
图4c示出位移D随时间t变化的曲线。为了扫描阴影的中间部分，在第二可旋转反射镜106c保持静止的情况下，第一可旋转反射镜106a和第三可旋转反射镜106b以使得激光光点将以恒定速度在粉末床104上移位，如线G所示。在第一可旋转反射镜106a和第三可旋转反射镜106b保持静止的情况下，移动第二可旋转反射镜106c以使得激光光点将根据锯齿轮廓在粉末床104上移位，如线P所示。线L指示由于第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b和第二可旋转反射镜106c的同步移动所产生的激光光点在粉末床104上的实际位移。锯齿轮廓的负梯度具有与线G的正梯度相同的幅度。因此，在此时间周期142期间，第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b和第二可旋转反射镜106c对激光光点在粉末床104上的移动的动作抵消，以使得激光光点维持静止，以将点141曝光于激光束。当在周期143期间，第二可旋转反射镜106c的移动使激光束在与第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b的移动相同的方向上移位时，使激光光点“跳跃”到粉末床104上的下一点位置。在周期143期间，可关断激光/激光束，使得不会跨粉末床扫描激光光点。以此方式，一连串分离的点141曝光于激光束。
提供较快的方向动态改变(相比于单独使用第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b可达到的方向改变)的这些方法还适用于除阴影之外的其它类型的扫描，例如边界扫描。
第二可旋转反射镜106c还可用以补偿电流计的固定时间。举例来说，当扫描线和/或待扫描区域之间存在间隙时，可快速移动电流计以将激光束118重新导引到后续扫描线的开始处。举例来说，当从棋盘图案的方块或条带中的上一阴影线移动到后续方块或条带的第一阴影线或边界扫描线之间时，这种情况可能发生。另一实例是当形成涉及一连串单次曝光或***有间隙的极小扫描线的精细栅格结构时。在此类情形中，电流计可在操作电流计穿越间隙之后在扫描线的开始点处/在曝光点处“摆动”。已知提供固定时间，以允许在减速之后将扫描仪中的反射镜固定到所要位置。
运用本发明的扫描仪，第二可旋转反射镜106c可用以补偿可能在减速期间发生的不合需要的电流计移动。以此方式，可消除或至少缩短固定时间。这可能在扫描具有许多间隙的几何结构时尤其有利，这是因为固定时间的消除/缩短可明显地缩短构建的持续时间。电流计可包括用于提供对电流计的角的测量的编码器。控制器139可响应于来自编码器的读数而控制压电第二可旋转反射镜106c，以补偿不合需要的第一可旋转反射镜106a、第三可旋转反射镜106b移动。
可使用第二可旋转反射镜106c的较快动态响应而将区域曝光于至少在垂直于阴影/扫描线方向的方向上移动的移动激光光点，而不是运用静态激光光点曝光待固化为一连串点曝光141的区域。曝光区可以是线或大于激光光点的光点。图5中示出此实施例的实例。在此实施例中，对于阴影线的每个曝光区241，第二可旋转反射镜106c移动垂直于阴影线的激光光点245(如由箭头所指示)以令大体上呈线型的区241曝光于激光光点245。接着(以上文参看图4a到图4c所描述的方式)使激光光点245跳跃到成阴影的下一曝光区241，以例如通过在与先前呈线型的区241相反的方向上扫描垂直于阴影方向的激光光点245，将另一呈线型的区241曝光于激光光点245。相比于单独使用电流计导引激光光点时，此扫描策略可允许在设定的时间周期内待用作激光光点的能量的较高功率激光散布在较大区域上。
图6a和图6b示出用于提供相比于电流计具有较快动态响应的转向能力的音圈致动器和反射镜布置200。此布置200可以用于代替压电致动器。布置200包括缠绕铁芯202的电线201的线圈。将用于使激光束118转向的反射镜206安装到铁芯202。将四个马蹄型电磁体203a、204a；203b、204b(图6a中仅示出其中的两个)绕居中的铁芯202沿圆周安装。通过平面弹簧205将反射镜206偏置到中心位置。平面弹簧205可以是具有绕圆形反射镜206沿圆周且径向延伸的三个腿的“马恩岛(Isle of Man)”弹簧，其实例在US6683780中予以描述。
使用时，大体上恒定的电流传递通过线圈201且处理器141控制每对电磁体203a、204a；203b、204b以跨电线线圈201和铁芯202施加磁场，以使得铁芯视需要绕轴线C和D枢转。铁芯202的枢转使得反射镜206克服平面弹簧205的偏置而倾斜。由每对电磁体203a、204a；203b、204b产生的所施加磁场的方向可用以控制铁芯绕轴线C和D枢转的方向。
可控制图6a和图6b中示出的布置以实行参看图4a到图4c描述的扫描策略。
图6a和图6b中示出的较大版本的致动器可用作电流计的替代物。
图7示出用于提供相比于电流计具有较快动态响应的转向能力的另一反射镜布置300。第一致动器301控制反射镜306的移动，以用于使反射镜306绕一个轴线旋转，且第二致动器(未展示)使反射镜306绕垂直轴线旋转。每个致动器301包括一对硬线性化的法向应力致动器302、303，其可线性地移位附接到反射镜306的相对边缘的电枢304、305。电枢304、305在相反方向上的位移使反射镜306旋转。
每个硬线性化的致动器303、304包括由软磁材料制成的定子铁芯307、308，线圈绕组309a、309b、310a、310b，永久磁体311、312和电枢304、305。电枢304、305可在垫313、314(例如橡胶垫)上移动，以允许电枢304、305相对于永久磁体311、312的剪力运动。虚线315、316示出由永久磁体产生的偏压通量，且线317、318示出可经由控制流动通过线圈绕组309a、309b、310a、310b的电流而控制的AC通量。
可控制传递通过线圈绕组309a、309b、310a、310b的电流以在电枢304、305的每一侧上产生差分通量，以在电枢304、305上产生净致动力。致动力与电流成正比。
相比于剪应力致动器，正应力致动器可能具有较高力密度且因此具有较快加速度(动态响应)。
可在论文“用于金刚石车削的电磁驱动超速工具伺服***(Electromagnetically-Driven Ultra-Fast Tool Servos for Diamond Turning)”(Xiaodong Lu，麻省理工学院，2005年9月)中查询对超快硬线性化法向应力致动器的较详细论述。
将理解，在不脱离如本文中所界定的本发明的范围的情况下可对上文所描述的实施例做出更改和修改。
可提供独立的反射镜，每个轴线使用一个反射镜，每个反射镜由相比于电流计具有较快动态响应的致动器转向，而不是致动单个第二可旋转反射镜106c、203、306以绕两个垂直的轴线旋转。
反射镜106c、203、306可反射激光波长，也可发射其它波长，例如可用以监测如国际专利申请PCT/GB2014/052887中所描述的构建过程的波长。
可组合压电致动器和电流计以控制共用反射镜，以使得反射镜可在电流计的控制下移动通过较大角范围且在压电致动器的控制下进行更急剧、更动态的移动。

Claims (11)

1.一种包括扫描仪的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，所述扫描仪用于将激光束导引到粉末的层上以选择性地熔融或烧结所述粉末，从而以逐层方式形成物体，所述扫描仪包括：第一可旋转反射镜，其在第一电流计的控制下可操作以在第一维度中遍及第一角度范围来反射所述激光束，以便扫描要固化的区域；以及第二可旋转反射镜，所述第一可旋转反射镜或所述第二可旋转反射镜在第一压电致动器、第一音圈致动器或第一正应力致动器的控制下可操作以在所述第一维度中遍及第二角度范围来反射所述激光束，以便扫描要固化的区域，其中所述第一压电致动器、第一音圈致动器或第一正应力致动器相比于所述第一电流计提供较快动态响应但所述激光束的较小的移动范围。
2.根据权利要求1所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括第三可旋转反射镜，所述第三可旋转反射镜在第二电流计的控制下可操作以在正交于所述第一维度的第二维度中遍及第三角度范围来反射激光束，以便扫描要固化的区域。
3.根据权利要求2所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括第四可旋转反射镜，其中所述第四可旋转反射镜可在第二压电致动器、第二音圈致动器或第二正应力致动器的控制下在所述第二维度中遍及第四角度范围来反射激光束，以便扫描要固化的区域，其中所述第二压电致动器、第二音圈致动器或第二正应力致动器相比于所述第二电流计提供较快动态响应但较小的移动范围。
4.根据权利要求1所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括第二电流计以及第三可旋转反射镜、处于所述第一电流计的控制下的第一可旋转反射镜、处于所述第二电流计的控制下的第三可旋转反射镜，以及处于所述第一压电致动器、第一音圈致动器或第一正应力致动器的控制下的第二可旋转反射镜。
5.根据权利要求4所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其中所述第二可旋转反射镜能够绕垂直轴线旋转。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括用于提供所述第一电流计、第二电流计的角度的测量的编码器和被布置成响应于来自所述编码器的读数而控制所述第一压电致动器、第一音圈致动器或第一正应力致动器的控制器。
7.根据权利要求4所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括用于产生朝向所述第二可旋转反射镜的监测激光束的低功率激光器以及用于检测所述监测激光束从所述第二可旋转反射镜反射的角度的传感器。
8.根据权利要求1所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其包括处于所述第一电流计的控制下的第一可旋转反射镜、处于第二电流计的控制下的第三可旋转反射镜，以及在第一压电致动器、第一音圈致动器或第一正应力致动器的控制下能够绕垂直轴线旋转的另外两个可旋转反射镜。
9.根据权利要求1所述的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，其中所述压电致动器包括压电堆叠。
10.一种包括扫描仪的增材制造设备，所述扫描仪用于将激光束导引到可流动材料的层上以选择性地固化所述材料，从而以逐层方式形成物体，所述扫描仪包括：第一光学组件，其在第一致动器的控制下可操作以在第一维度中遍及第一角度范围来反射所述激光束；第二光学组件，所述第一光学组件或所述第二光学组件在第二致动器的控制下可操作以在所述第一维度中遍及第二角度范围来反射所述激光束，所述第二致动器相比于所述第一致动器提供较快动态响应但所述激光束的较小的移动范围；编码器，其用于提供所述第一致动器的角度的测量；以及控制器，其被布置成响应于来自所述编码器的读数而控制所述第二致动器；其中所述第一致动器是电流计，且所述第二致动器是压电致动器、音圈致动器或正应力致动器。
11.一种包括扫描仪的选择性激光熔融或选择性激光烧结增材制造设备，所述扫描仪用于将激光束导引到粉末的层上以选择性地熔融或烧结所述粉末，从而以逐层方式形成物体，所述扫描仪包括：第一可旋转反射镜，其在第一电流计的控制下可操作以在第一维度中遍及第一角度范围来反射所述激光束，以便扫描要固化的区域；以及所述第一可旋转镜在压电致动器、音圈致动器或正应力致动器的控制下可操作以在所述第一维度中遍及第二角度范围来反射所述激光束，以便扫描要固化的区域，其中所述压电致动器、音圈致动器或正应力致动器相比于所述第一电流计提供较快动态响应但所述激光束的较小的移动范围。
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