CN113172238A - 三维物体的附加制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于形成三维物体的方法包括：将第一粉末层应用到工作台上；引导第一能量，以使得所述第一粉末层在第一选定位置中熔合以形成第一横截面，其中所述第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域；在所述第二方向上熔合所述第二区域中的所述扫描线中的至少一个之前，立即在所述第一方向上熔合所述第一区域中的扫描线中的至少一个；应用第二粉末层并且引导能量束，以使得所述第二粉末层在第二选定位置中熔合，其中能量束在第三方向上熔合具有平行的扫描线的所述第一区域并且在第四方向上熔合所述第二区域。

Description

三维物体的附加制造方法
本申请是2014年08月13日所提出的申请号为201480051932.7、发明名称为“三维物体的附加制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及三维物体的附加制造方法。
背景技术
自由成型制造或附加制造是通过对施加到工作台的粉末层的选定部分进行连续熔合来形成三维物品的方法。根据该技术的方法和设备公开于US2009/0152771中。
这种设备可包括工作台、粉末分发器、激光枪、控制元件以及控制计算机，其中，工作台上待形成三维物品，粉末分发器布置成将薄粉末层铺设在工作台上以形成粉末床，激光枪用于将能量释放至粉末以进行粉末的熔合，控制元件用于控制由激光枪在粉末床上方释放的射线以通过粉末床的部分熔合形成三维物品的横截面，以及控制计算机中存储有与三维物品的相继的横截面相关的信息。三维物品通过对由粉末分发器连续铺设的粉末层的相继形成的横截面进行相继熔合来形成。
存在着对于能够在不牺牲最终产品的材料性质的情况下越来越快地构造出三维物体的附加制造技术的需求。
发明内容
根据各种实施方式，本发明的目的在于提供在不牺牲最终产品的品质的情况下通过自由成型制造或附加制造实现三维物体的快速生产的方法和设备。上述目的通过根据本文中所提供的权利要求书的方法中的特征来实现。
在根据本发明各种实施方式的第一方面中，提供了用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少两个分离的三维区域的方法，其中粉末床的部分对应于三维区域的连续横截面。该方法包括以下步骤：提供三维区域的至少一个模型；将第一粉末层应用到工作台上；在工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成三维区域的第一横截面，其中第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域；在第二方向上熔合第二区域中的扫描线中的至少一个之前，立即在第一方向上熔合第一区域中的扫描线中的至少一个；将第二粉末层应用到至少部分熔合的第一粉末层上；在工作台上方引导能量束，以使得第二粉末层根据相对应的模型在第二选定位置中熔合以形成三维区域的第二横截面，其中能量束在第三方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第四方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域；以及在第四方向上熔合另一区域中的扫描线中的至少一个之前，立即在第三方向上熔合第一区域中的扫描线中的至少一个。
本发明各种实施方式的一个非限制性优点在于，因为在特定物体内的扫描速度可在不影响构造温度的情况下增加，因此能够减少制造时间。这是因为用于熔合单个区域中的特定粉末层的两个相邻扫描线被另一区域中的至少另一扫描线中断。这意味着与相邻扫描线被一个接一个熔合的情况相比扫描速度能够增加。当熔化特定区域中的特定层中的两个相邻扫描线时使用太高的速度则可能导致太高的构造温度，而这转而可能影响到材料的机械性质。两个后续层中的扫描方向相对于彼此旋转也可产生得到改善的机械性质，从而消除通过使用用于覆盖的层的相同扫描方向而可能以其他方式放大的缺陷。
在本发明示例性和非限制性实施方式中，“另一”区域为第二区域。这意味着第一层和后续层中的扫描顺序是相同的。在本发明另一示例性实施方式中，另一区域为第三区域，这意味着第一层和后续层中的扫描顺序是不同的。至少这些实施方式的优点在于，扫描顺序可被设置成通过尽可能少的制造时间实现构造温度间隔。
在本发明仍另一示例性实施方式中，第一区域和第二区域处于单个三维物体内。这意味着单个物体可具有物理上彼此分离的横截面。在另一示例性实施方式中，第一区域和第二区域被提供在两个分离的三维物体中，这意味着两个确切的三维物体被制造。
仍进一步地，根据各种实施方式，本发明的另一优点在于，本发明方法可应用于当一个三维物体被制造时或数个三维物体被制造时的这两种情况。
在仍另一示例性实施方式中，第一方向和第二方向为平行的。在又另一示例性实施方式中，第三方向和第四方向为平行的。这意味着相同粉末层中的至少两个区域可用具有相同方向的扫描线熔合。该实施方式的优点可在于，因为对于第一区域和第二区域而言能量束的设定中的许多设定是相同的，因此其节省了一些时间。
在根据本发明仍另一示例性实施方式中，第一方向和/或第二方向相对于第三方向和/或第四方向旋转角度α，其中1°≤α≤179°。至少该实施方式的优点在于，在用于不同物体的第一单个层内可存在不同的扫描方向，并且当熔合下一粉末层时，那些扫描方向可被旋转角度α。对于从一个层至另一层的不同物体而言，旋转角度可为不同的。当待被制造出的物体的形状不同以使得对于具有不同形状的不同物体的扫描方向可减少总构造时间时，这可为有利的。
在本发明仍另一示例性实施方式中，至少一个三维物体的至少一个层中的扫描线可为直线的。在另一示例性实施方式中，至少一个三维物体的至少一个层中的扫描线可为蜿蜒的。至少该实施方式的优点在于，材料性质可通过对于三维物体中的后续层用蜿蜒的扫描线替代直线扫描线而得到更进一步的改善。
在仍另一示例性实施方式中，至少第一扫描区域的至少一个层中的扫描线用来自第一能量束源的第一能量束熔合，并且第二三维区域的至少一个层用来自第二能量束源的第二能量束熔合。至少该实施方式的优点在于，多个能量束源还可减少制造时间。另一优点在于，用于三维物体中的不同层的不同能量束可消除因来自单个能量束源或其偏转机构的小的重复缺陷而被放大的缺陷。
在仍另一示例性实施方式中，第一能量束从第一电子束源发射，并且第二能量束从第一激光束源发射。在另一示例性实施方式中，第一能量束从第一电子束源发射，并且第二能量束从第二电子束源发射。在又另一示例性实施方式中，第一能量束从第一激光束源发射，并且第二能量束从第二激光束源发射。诸如激光束源和电子束源的不同类型的能量束源的使用可更进一步地改善三维物体的材料特性因为。在示例性实施方式中，当使用相同类型的两个能量束源时，它们在粉末输出和/或最大偏转角度上可能不同。这可用于修整最终产品的材料性质。
在本发明仍另一示例性实施方式中，第一能量束和第二能量束至少同时熔合第一三维区域和第二三维区域。这可实际上通过同时使两个能量束冲击在确切相同的位置处来进行。另一种方式为用第一能量束进行第一熔化扫描，并随后用第二能量束熔化已熔合的轨迹的至少一部分。在又另一实施方式中，第一能量束用于完成第一扫描线，并且第二能量束用于完成第二扫描线，其中第一扫描线和第二扫描线布置在离彼此预定距离处。这些实施方式可进一步减少制造时间和/或改善最终产品的材料特性。
在根据本发明各种实施方式的另一方面中，提供了用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少一个三维物体的方法，其中粉末床的部分对应于三维物体的连续横截面。该方法包括以下步骤：提供至少一个三维物体的模型；将第一粉末层应用到工作台上；在工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成至少一个三维物体的第一横截面，其中第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体；以及在熔合第一物体中的第一扫描线之后，在预定时间间隔内在第一方向上熔合第一物体中的第一层中的第二扫描线，其中至少一个中间扫描线在该时间间隔内在另一预定位置处熔合，并且其中第一扫描线和第二扫描线彼此相邻。
在本发明的至少该实施方式中，记载了特定物体中的两个相邻扫描线之间的时间处于预定时间间隔内。这是为了确保构造温度不超过或不低于预定温度间隔。在太相邻的扫描线之间等待太长时间可导致三维物体的太多冷却由此导致太低的构造温度，并且两个相邻扫描线之间的太短的时间可导致三维物体的不充分冷却由此导致太高的构造温度。对于特定三维物体的特定层的两个相邻扫描线之间的时间周期可在相对于第一扫描线和第二扫描线的另一位置处用于中间扫描线。该实施方式的优点在于，因为对于特定物体的两个相邻扫描线之间的时间用于在不同位置处扫描，因此可减少制造时间。
在本发明的示例性实施方式中，中间扫描线处于第一物体内。这意味着中间扫描线被提供在于与第一和第二相邻扫描线相比相同的物体中。至少该实施方式的优点在于，可减少单个三维物体的制造时间。
在本发明的示例性实施方式中，中间扫描线被提供在离第一扫描线和第二扫描线的预定距离处。这是为了确保三维物体的构造温度可被控制在温度间隔内。如果将中间扫描线提供得靠近于第一扫描线或第二扫描线中的任一个，则构造温度可用维持的扫描速度达到预定温度间隔以上，可选地，扫描速度需要被减小但可能不是期望的。
在仍另一示例性实施方式中，中间扫描线处于另一物体中。这将要求同时制造至少两个物体。如果多于两个物体被制造，则中间扫描线可跳到具有相同粉末层中的横截面的其他三维物体中的任一个。将中间扫描线提供在另一三维物体中的优点在于，可存在着对于照料相同粉末层中的先前扫描线之间的距离的较少要求。在具有多个三维物体的示例性实施方式中，三维物体中的一个或多个可由多个中间扫描线制成，或者其所有扫描线为中间扫描线。在构造两个三维物体的示例中，每个第二扫描线可被提供在第一物体中，而剩余的中间扫描线处于第二物体中。
在本发明的仍另一示例性实施方式中，该方法还可包括以下步骤：将第二粉末层应用到至少部分熔合的第一粉末层上；在第二粉末层上方引导能量束，以使得第二粉末层根据相对应的模型在第二选定位置中熔合以形成三维物体的第二横截面，其中能量束在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体；以及在第二方向上熔合第一物体中的第一扫描线之后，在预定时间间隔内在第二方向上熔合第二层中的第一物体中的第二扫描线，其中至少一个中间线在该时间间隔内在另一预定位置处熔合，并且其中第一扫描线和第二扫描线在第二方向上彼此相邻。
在第二层中已与第一层相比改变了扫描方向，以用于排除或减少如果熔合具有相同扫描方向的两个相邻层时可产生的任意缺陷效果。因为在第一层中扫描策略是使用特定物体和层中的两个相邻扫描线之间的待机时间以用于在不同位置处熔合。在示例性实施方式中，不同位置可为在相同物体中的第一层中处于离第一和第二相邻扫描线的预定距离处。在另一示例性实施方式中，中间扫描线可通过用于第一层的方式相同的方式熔合另一物体。
在本发明的仍另一示例性实施方式中，至少一个三维物体的至少一个层中的第一扫描线用来自第一能量束源的第一能量束熔合，并且至少一个三维物体的至少一个层的第二扫描线用来自第二能量束源的第二能量束熔合。至少该实施方式的优点在于，可减少制造时间并且可改善材料性质。
第一能量束源和第二能量束源可从相同类型的能量束源(如第一和第二激光束源和第一和第二电子束源)发射，或者从不同类型的能量束源(如激光束源和电子束源)发射。当使用相同类型的能量束源时，粉末输出、束特性、最大偏转角度等可在第一源与第二源之间不同，以使其能够修整三维物体的材料性质。
根据各种实施方式，扫描线可为直线或蜿蜒的线，并且对于特定物体的第一层中的扫描线可旋转角度α，其中1°≤α≤179°。
在此处及整个说明书中，在描述示例性实施方式或指出其优点时，这在本质上考虑且旨在作为示例性且非限制性的，以便不以其他方式限制或约束所公开的发明概念的范围和本质。
附图说明
下文中将参照附图以非限制性地方式对本发明进行进一步描述。贯穿附图中的多个视图中，相同的参考符号用于指示相对应的相似部分，其中在附图中：
图1描绘了用于四个不同三维物品的单层的现有技术的填充算法(hatchalgorithm)；
图2示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的图1中的物体的虚拟移动；
图3描绘了可实现本发明的设备；
图4示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的图1中的物体的虚拟移动；
图5示意性地描绘了根据本发明示例性实施方式的图1中的三维物体中的水平扫描线的扫描线顺序；
图6示意性地描绘了根据本发明示例性实施方式的图1中的三维物体中的竖直扫描线的扫描线顺序；
图7描绘了根据本发明的方法的示例性实施方式的示意性流程图；
图8描绘了两个三维物体的第一层中的扫描线的示意性俯视图；以及
图9描绘了图8中的两个三维物体的第二层中的扫描线的示意性俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更加全面地描述本发明的各种实施方式，其中附图中示出了本发明的一些实施方式、而不是所有实施方式。真正地，本发明实施方式可以许多不同的形式实施，并且不应被解释为受限于本文中所记载的实施方式。相反，这些实施方式被提供以使得本公开将满足可适用法律规定。除非另有限定，否则本文中所使用的所有技术和科技术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所知和所理解的含义相同的含义。除非另有指示，否则措辞“或(or)”在本文中用于替代性和连接性含义。贯穿全文，相同的编号指示相同的元件。
为了便于本发明的理解，对若干术语进行如下定义。本文中定义的术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。诸如“一(a)”、“一(an)”的措辞并不旨在指示仅单数实体，而是包括可用于说明的具体示例的大体类别。本文中的术语用于描述本发明的具体实施方式，但是除了如权利要求书中描述的以外，这些术语的用法并不限制本发明。
如本文中所使用的措辞“三维结构”等通常指示意在出于特定目的而使用的、预期的或实际制造出的三维配置(例如，一种或多种结构材料的三维配置)。这种结构等可例如借助于三维CAD***来设计。
如在本文中使用在各种实施方式中的措辞“电子束”指示任意带电荷的颗粒束。带电荷的颗粒束源可包括电子枪、线性加速器等。
图3描绘了可实施本发明的根据现有技术的自由成型制造或附加制造设备300的示例性实施方式。设备300包括电子源306、两个粉末加料斗304、314、起始板316、构造槽310、粉末分配器328、构造平台302、真空腔室320、束偏转单元307和控制单元308。为了简洁起见，图3仅公开了一个束源。当然，可使用任意数量的束源。
真空腔室320能够通过或经由真空***保持真空环境，其中该真空***可包括本领域技术人员众所周知的涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵和一个或多个阀，并因此不需要在本文中进行进一步解释。真空***通过控制单元8控制。真空***可通过控制单元308控制。在另一实施方式中，构造槽可提供在提供有环境空气和大气压的可封闭腔室中。在仍另一示例性实施方式中，构造腔室可提供在露天中。
电子束源306生成电子束，而电子束可用于将提供到工作台上的粉末材料305熔化或熔合到一起。电子束源306的至少一部分可提供在真空腔室320中。控制单元308可用于控制和管理从电子束源306发射的电子束。电子束351可在至少第一极限位置351a与至少第二极限位置351b之间偏转。
至少一个聚焦线圈、至少一个偏转线圈和电子束电力供给可电连接至控制单元308。束偏转单元307可包括至少一个聚焦线圈、至少一个偏转线圈以及选择性地包括至少一个散光线圈。在本发明示例性实施方式中，电子束源可生成具有约60kV的加速电压和约0-3kW范围中的束功率的可调焦电子束。当通过使用能量束源306层层地熔合粉末来构造三维物体时，真空腔室中的压力可处于10-3-10-6mBar的范围中。
除了使用电子束熔化粉末材料以外，可使用一个或多个激光束和/或电子束。每个激光束可在正常情况下通过一个或多个可移动镜来偏转，其中一个或多个可移动镜提供在激光束源与其上布置有待通过激光束熔合的粉末材料的工作台之间的激光束路径中。控制单元308可管理镜的偏转以将激光束操控到工作台上的预定位置。
粉末加料斗304、314可包括待被提供到构造槽310中的起始板316上的粉末材料。粉末材料可例如是诸如钛、钛合金、铝、铝合金、不锈钢、Co-Cr-W合金等的纯金属或金属合金。除了两个粉末加料斗以外，可使用一个粉末加料斗。可使用粉末供给的其他设计和/或机构，例如具有高度可调节的底部的粉末槽。
粉末分配器328可布置成将粉末材料的薄层铺设到起始板316上。在工作循环期间，在每次添加粉末材料层之后，构造平台302将与能量束源相关地连续下降。为了使该一栋变得可能，在本发明的一个实施方式中构造平台302布置成在竖直方向(即，有箭头P指示的方向)上可移动。这意味着构造平台302可在起始位置中开始，其中起始位置中必要厚度的第一粉末材料层已铺设在起始板316上。第一粉末材料层可比其他所应用的层厚。使用比其他层厚的第一层开始的理由在于，人们不希望使第一层熔化到起始板上。构造平台随后可与铺设用于形成三维物体的新的横截面的新的粉末材料层相关联地下降。用于使构造平台302下降的装置完全可例如为配备有齿轮、调节螺钉等等的伺服引擎。
图7中描绘了根据本发明的通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少两个分离的三维物体的示例性实施方式的流程图，其中粉末层的该部分对应于三维物体的连续横截面。该方法包括提供三维物体的模型的第一步骤702。该模型可为经由CAD(计算机辅助设计(Computer Aided Design))工具生成的计算机模型。待被构造的三维物体可彼此相等或不同。
在第二步骤704中，第一粉末层提供到工作台上。工作台可为起始板316、构造平台302、粉末床或部分熔合的粉末床。粉末可根据若干方法在工作台上均匀地分配。分配粉末的一种方式为通过耙收集从加料斗304、314***脱落的材料。耙或粉末分配器328可在构造槽上移动并由此在工作台上分配粉末。
耙的下部与起始板或前一粉末层的上部之间的距离确定工作台上分配的粉末的厚度。粉末层厚度可通过调节构造平台302的高度来轻易地调节。
在第三步骤706中，根据相对应的模型在工作台上方从第一能量束源引导第一能量束，从而致使第一粉末层在第一选定位置中熔合以形成三维物体303的第一横截面。
第一能量束可在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体并且在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第二物体。
第一能量束可为电子束或激光束。束通过由控制单元308给出的指令而在工作台上方被引导。控制单元308可存储有如何控制用于三维物品的每个层的束源306的指令。
图1中公开了根据现有技术的扫描线算法。在图1中四个方块物体102、104、106、108以倾斜线布置，其中每个方块中的对角线与倾斜线平行。根据现有技术的扫描线算法一个接一个地扫描物体，即，在开始熔化下一个物体(图1中为物体106)之前对物体108开始并且完成物体的熔化。每个方块示出为具有五个扫描线。填充四个方块要求总共20个扫描线。在示例性实施方式中，在扫描线的预定最大长度内，对于熔化扫描线所用的时间独立于其长度。这意味着熔化长扫描线所用的时间与熔化短扫描线所用的时间相等。该策略可用于控制待测量的三维物体的温度。如果扫描线将较早地达到前一次熔合的面积，则三维物体的表面和/或整体温度可增加过预定最大温度，而这转而可影响材料的微观结构、内部应力和/或抗张强度。
在第四步骤708中，在第二方向上熔合第二物体中的扫描线中的至少一个之前，立即在第一方向上熔合第一物体中的扫描线中的至少一个。
图2示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的图1中的物体的虚拟移动。附图仅用于例示本发明方法如何工作的目的，并且同样不为方法的部分。如果物体将会以图2中所示的方式布置，则物体102中的水平扫描线可直接连续在物体104中，即，来自第一物体的第一扫描线可与第二物体中的第一扫描线合并。由此，较长的扫描线可通过对独立且物理上分离的区域进行组合而生成。第一物体(例如，物体102)中的扫描线可处于第一方向上，并且第二物体(例如，物体104)中的扫描线可处于第二方向上。图1和图2中，所有扫描线被示出为处于同一个方向上。然而，不同的扫描线方向可用于不同物体。虽然第二物体中的扫描线处于可能与第一方向不同的第二方向上，但是第一物体中在第一方向上的第一扫描线的组合可仍然是可能的。在图5中示出了有效扫描线的数量通过本发明方法从20减少到5。这意味着制造速度与如图1中所示的现有技术的扫描线算法相比减慢了4倍。制造时间上的减少是由扫描速度可通过三维物体的保持着的构造温度而增加的事实而产生的。单个物体和单个层的两个相继的扫描线可以预定时间间隔相隔开。在本发明方法的示例性实施方式中，其他物体可在预定时间间隔内被扫描。扫描速度的上限可为能量束源的功率。为了熔化具体金属，至材料上的具体能量沉积被要求。当对于给定能量束点尺寸的扫描速度增加时，能量束的功率被要求增加以将相同量的能量沉积到材料上。在一定扫描速度处，可达到能量束源的最大功率水平，即，在不减少至材料上的能量沉积的情况下扫描速度可能无法再增加。
在第五步骤710中，将第二粉末层应用到已部分熔合的第一粉末层上。这可与应用第一粉末的方式相似的方式进行。
在第六步骤712中，根据相对应的模型在工作台上方引导能量束，从而致使第二粉末层在第二选定位置中熔合以形成三维物体的第二横截面，其中能量束在第三方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体并且在第四方向上熔合具有平行的扫描线的第二物体。
图4示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的图1中的物体的虚拟移动和旋转。附图仅用于例示本发明方法如何工作的目的，并且同样不为方法的部分。在意竖直排布置物体之前，物体以顺时针方向旋转90°。如图2中所示，扫描线的有效数量如图6中描绘的那样从20减少到5，从而使得制造时间与现有技术的方法相比减少了4倍。在图4和图6中，第二粉末层的扫描线的方向示出为竖直的，即，该扫描线相对于第一粉末层的扫描线旋转了90°。然而，第二粉末层的扫描线可以任意角度α旋转，其中，1°≤α≤179°。图4和图6中也描绘了每个物体102、104、106、108具有处于同一方向上的扫描线。在示例性实施方式中，第一物体可具有第三扫描方向，并且第二物体具有第四扫描方向。在另一示例性实施方式中，至少一个物体的至少一个跟磨蹭中的扫描线可以是蜿蜒的，而不是图1、2、4、5和6中所示的直线。
在第七步骤714中，在第四方向上熔合另一物体中的扫描线中的至少一个之前，立即在第三方向上熔合第一物体中的扫描线中的至少一个。图6中明确了第一物体102中的第一扫描线在第二物体中的第一扫描线之前立即被熔合。然而，对于第一粉末层，参见图5，第一物体102的第一扫描线在其他物体104、106、108的第一扫描线之后被熔合。在示例性实施方式中，可排列扫描线顺序，例如，图5中的扫描线顺序可从物体106或104中的第一扫描线开始，而不是物体108。
在示例性实施方式中“另一”物体可为第二物体，可选地，“另一”物体可为第三物体。
例如，如果第一粉末层如图5中所示仅包括四个物体，则第一物体的一个扫描线可在第四物体(物体102中的线顺序4和物体108中的线顺序5)之后立即被熔合。在第二粉末层中，如图6中所示，第一物体102中的扫描线中没有扫描线在第四物体108之后立即被熔合，即，另一物体在所示实施方式中为第三物体。然而，如果改变扫描线顺序以使得第四物体108和第二物体104彼此改变位置，则另一物体将为与第一粉末层中的物体相同的物体，即，第四物体。
在本发明的示例性实施方式中，第一和/或第二扫描线方向可相对于第三和/或第四扫描线方向旋转角度α，以使得从第一或第二三维物体延伸扫描线中没有扫描线将与其他三维物体相交。这意味着在第二粉末层中旋转后的扫描线的延伸被选择为使得预定三维物体不与所延伸(虚拟)扫描线相交。这可通过单个预定旋转来发生或者在预定数量的所熔合层旋转预定角度之后发生。
在本发明的示例性实施方式中，至少第一三维物体的至少一个层中的扫描线通过来自第一能量束源的第一能量束熔合，并且至少第二三维物体的至少一个层通过来自第二能量束源的第二能量束熔合。多于一个能量束源可用于熔合扫描线。在另一示例性实施方式中，第一能量束源可用于第一角度范围内的扫描方向，并且第二能量束源可用于第二角度范围内的扫描方向。第一和第二角度范围可彼此重叠或非重叠。第一能量束可从电子束源发出，并且第二能量束从激光源发出。第一和第二能量束源可为相同类型，即，第一和第二能量束源或第一和第二激光束源。第一和第二能量束源可按顺序使用或同时使用。
通过使用多于一个能量束源，与仅使用一个束源先比能够更加容易地维持三维构造的构造温度。这是因为于仅一个束相比两个束可同时位于多个位置处。束源数量的增加将使构造温度的控制更加容易。通过使用多个能量束源，第一能量束可用于熔化粉末材料并且第二能量束源可用于加热粉末材料，以将构造温度保持在预定温度范围内。
在完成第一层后，即，在用于制作三维物体的第一层的粉末材料的融合之后，第二粉末层被提供到工作台316上。在某些实施方式中，第二粉末层根据与前一层的方式相同的方式被分配。然而，在用于将粉末分配到工作台上的相同的附加制造机器中也可存在其他方法。例如，第一层可通过或经由第一粉末分配器提供，第二层可通过另一粉末分配器提供。粉末分配器的设计根据来自控制单元的指令而自动改变。粉末分配器为单个耙***形式，其中一个耙抓住从左粉末加料斗306和右粉末加料斗307这两者脱落的粉末，耙也能够改变设计。
在已将第二粉末层分配到工作台316上之后，来自能量束源的能量束可在工作台316上方被引导，以使得第二粉末层根据模型在选定位置中熔合以形成三维物体的第二横截面。第二层中的熔合部分可结合至第一层的熔合部分。第一层和第二层中的熔合部分可通过不仅熔化最上层中的粉末而且也再次熔化位于该最上层直接下方的层的至少一小部分厚度而熔化到一起。
在另一示例性实施方式中，第一物体中的第一层中在第一方向上的第一扫描线与第一物体中在第一方向上的第二扫描线以N个物体中的N条扫描线分离开，其中N为1≤N的整数。第一物体中的第二层中第二方向上的第一扫描线与第一物体中第二方向上的第二扫描线以N个物体中的N条扫描线分离开，其中N为1≤N的整数。N个物体可为第一层及第二层中的物体相同的物体。在示例性实施方式中，N个物体可在第一层中以第一顺序熔合，并且在第二层中以第二顺序熔合。在另一实施方式中，对于第一层和第二层中的N各物体的熔合顺序是相等的。对于不同物体的扫描线的合并可减少三维物体的制造时间。熔合预定层中的不同扫描线的顺序在不影响可能需要处于预定温度范围内的物体的构造温度的情况下也可取决于三维物体的加热模型，即，顺序可不被随机选择。
在根据本发明另一示例性实施方式中提供了用于通过对粉末层的部分进行连续熔合而形成至少一个三维物体的方法，其中粉末层的部分对应于三维物体的连续横截面，该方法包括以下步骤：提供至少一个三维物体的模型；将第一粉末层应用到工作台上；在工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成至少一个三维物体的第一横截面，其中第一能量束用第一能量束以使得第一粉末层根据相对应的模型在第一选定位置中熔合以形成至少一个三维物体的第一横截面，其中第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一物体；在熔合第一物体中的第一扫描线之后，在预定时间间隔内熔合第一物体中的第一层中在第一方向上的第二扫描线，其中在时间间隔内在另一预定位置处熔合至少一个中间扫描线，并且其中第一扫描线与第二扫描线彼此相邻。
在图8中描绘了第一三维物体A和第二三维物体B的顶层。第一三维物体A用水平扫描线81、82、83和84扫描。第二物体B用竖直扫描线801、802、803和804扫描。两个相邻扫描线，例如第一三维物体A中的扫描线81和扫描线82在预定时间间隔内熔合，即，第二扫描线82在熔合第一扫描线81之后的预定时间间隔内熔合。在预定时间间隔内，至少一个中间扫描线可在另一位置处熔合。如果将同时制造多于两个物体，则这可例如处于第一三维物体内或者第二三维物体中或者任意其他三维物体中。如果中间扫描线待在第一三维物体A内熔合，则中间扫描线可定位在离第一扫描线和第二扫描线的预定距离处。如果提供为靠近第一扫描线和/或第二扫描线，则其可扰乱构造问题，并且工艺可变慢以实现期望的构造温度范围。将中间扫描线提供在离第一扫描线和第二扫描线预定距离处将在保持使构造温度控制为满足预定温度间隔的同时维持制造速度。在示例性实施方式中，如果因第一物体中仍未熔合的任意位置将会太靠近第一扫描线和第二扫描线而必须放慢制造时间，则中间扫描线可被提供在另一三维物体中。在另一示例性实施方式中，与第一扫描线和第二扫描线相比，中间扫描线一直被提供在另一三维物体中。
图8中，第一三维物体用实质上水平扫描线扫描，并且第二三维物体可用实质上竖直扫描线扫描。在图9中示出了提供到部分熔合的第一粉末层上的第二粉末层。在图9中，第一三维物体A用实质上竖直扫描线扫描，并且第二三维物体B用实质上水平扫描线扫描。当然，第二层的扫描线的旋转可不如图8和图9中所指的那样旋转90°，而是可旋转任意角度α，其中1°≤α≤179°。在示例性实施方式中，第一物体A的层一与层二之间的旋转可不同于物体B的层一与层二之间的扫描线的旋转。
在第二层中，两个相邻扫描线，例如，第一三维物体A中的扫描线91和扫描线92可在预定时间间隔内熔合，即，第二扫描线92可在熔合第一扫描线91之后的预定时间间隔内熔合。在预定时间间隔内，至少一个中间扫描线可在另一位置处熔合。如果将同时制造多于两个物体，则这可例如处于第一三维物体A内或第二三维物体B中或任意其他三维物体中。如果中间扫描线将被熔合在第一三维物体A内，则出于与上面对于层一公开的理由相似地，中间扫描线可定位在离第一扫描线和第二扫描线预定距离处。
如果上面提及的时间间隔太短，则因为第二扫描线将到达得与特定物体中的已熔合的位置相邻并由此影响物体的构造温度，因此特定物体的构造温度将会太高。另一方面，如果时间间隔太长，则因为维持预定构造温度间隔直至第二扫描线到达得与已熔合的位置相邻将花费太长时间(即，物体已被冷却得太多)，因此构造温度将太低。
在另一示例性实施方式中，能量束在第二粉末层上方被引导，以使得第二粉末层根据相对应的模型在第二选定位置中熔合以形成三维物体的第二横截面，其中能量束用在第三方向上平行的扫描线熔合第一物体，并且用在第四方向上平行的扫描新熔合第二物体。在熔合第一物体中在第一方向上的第一扫描线之后，在预定时间间隔内熔合第二层中的第一物体中在第三方向上的第二扫描线，其中N个不同物体中在第一方向上的至少N个第一扫描件在该时间间隔内被熔合。根据各种实施方式，应理解N为1≤N的整数。
将明确，上述***和方法的许多变型是可能的，并且将明确，从上述实施方式的背离是可能的，但是仍落入权利要求书的范围内。本发明所属技术领域的技术人员将理解本文中记载的许多修改和其他实施方式具有上面的描述和相关附图中提供的教导的优点。这种修改例如可涉及使用不同的激光枪源而不是所例示的、如激光束的电子束。可使用其他材料而不是金属性粉末，例如聚合物粉末和陶瓷粉末。因此，应理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，并且修改和其他实施方式旨在包含于所附权利要求书的范围内。虽然本文中采用了具体术语，但是它们仅以一般性含义和描述性含义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (10)

1.一种用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少两个分离的三维区域的方法，其中所述粉末床的部分对应于所述三维区域的连续横截面，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供所述三维区域的至少一个模型；
将第一粉末层应用到工作台上；
在所述工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得所述第一粉末层根据相对应的所述至少一个模型在第一选定位置中熔合以形成所述三维区域的第一横截面，其中所述第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域并且在第二方向上熔合具有平行的扫描线的第二区域；
在所述第二方向上熔合所述第二区域中的所述扫描线中的至少一个之前，立即在所述第一方向上熔合所述第一区域中的所述扫描线中的至少一个；
将第二粉末层应用到至少部分熔合的所述第一粉末层上；
在所述工作台上方引导所述能量束，以使得所述第二粉末层根据相对应的所述至少一个模型在第二选定位置中熔合以形成所述三维区域的第二横截面，其中所述能量束在第三方向上熔合具有平行的扫描线的所述第一区域并且在第四方向上熔合具有平行的扫描线的所述第二区域；以及
在所述第二方向上熔合所述第二区域中的所述扫描线中的至少一个之后，在所述第四方向上熔合另一区域中的所述扫描线中的至少一个之前，立即在所述第三方向上熔合所述第一区域中的所述扫描线中的至少一个；
其中，所述第一区域和所述第二区域被提供在两个分离的三维物体中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述另一区域为所述第二区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述另一区域为第三区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述能量束为电子束或激光束中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，至少第一三维区域的至少一个层中的所述扫描线用来自第一能量束源的第一能量束熔合，并且至少第二三维区域的至少一个层用来自第二能量束源的第二能量束熔合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，所述第一能量束从第一电子束源发射，并且所述第二能量束从第一激光束源发射。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，所述第一能量束从第一电子束源发射，并且所述第二能量束从第二电子束源发射。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，所述第一能量束从第一激光束源发射，并且所述第二能量束从第二激光束源发射。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，所述第一能量束和所述第二能量束至少同时熔合所述第一三维区域和所述第二三维区域。
10.一种用于通过对粉末床的部分进行连续熔合而形成至少两个分离的三维区域的方法，其中所述粉末床的部分对应于所述三维区域的连续横截面，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供所述至少两个分离的三维区域的模型；
将第一粉末层应用到工作台上；
在所述工作台上方引导来自第一能量束源的第一能量束，以使得所述第一粉末层根据相对应的所述模型在第一选定位置中熔合以形成所述至少两个分离的三维区域的第一横截面，其中所述第一能量束在第一方向上熔合具有平行的扫描线的第一区域；以及
在熔合所述第一区域中的第一扫描线之后，在预定时间间隔内在所述第一方向上熔合所述第一区域中的所述第一粉末层中的第二扫描线，其中所述第一扫描线和所述第二扫描线彼此相邻；以及
在包括用于熔合所述第一扫描线和所述第二扫描线中的各个时间点以及所述各个时间点之间的所述第一预定时间间隔的第一时间段期间，在另一预定位置处熔合第一组至少一个中间扫描线，其中，所述第一组至少一个中间扫描线在第二区域中，并且所述第二区域与所述第一区域不同。
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