用于增材制造中的可移除支撑结构的装置和方法与流程

本申请要求于2017年10月4日提交的题为“用于增材制造中的可移除支撑结构的装置和方法”的美国专利申请no.15/725,136的权益，其通过引用方式明确地整体并入本文。美国申请no.15/725,136是2017年4月28日提交的美国申请no.15/582,409的部分继续申请。

本发明总体上涉及增材制造，更具体地，涉及用于增材制造和从构建件移除支撑结构的支撑结构。

背景技术：

粉末床熔合(pbf)系统可以生产具有几何形状复杂形状的金属结构(称为构建件)，包括使用常规制造工艺难以或不可能形成的一些形状。pbf系统包括用于逐层形成构建件的增材制造(am)技术。可以通过沉积金属粉末层然后熔合(例如熔化和冷却)与层中的构建件的横截面一致的金属粉末层的区域来形成每个层或切片。可以重复该过程以形成构建件的下一个切片，并且依此类推，直到构建件完成。因为每个层都沉积在前一层的顶部上，所以可以将pbf比作从头开始逐片地形成结构。

pbf中的一些构建件的形状可能产生不希望的伪像。这些形状包括悬垂部分或由停留在另外未熔合的粉末上的熔合粉末部分形成的构建件的部分。为了减小由这些悬垂部分导致的负面影响，可以使用支撑结构。然而，用于通过支撑结构解决悬垂的常规技术具有它们自身的可能实质上影响所形成结构的质量的显著缺点。在本公开中解决了这些和其他问题。

技术实现要素：

将在下文中更全面地描述支撑结构和用于移除支撑结构的系统和方法的若干方面。

在一个方面中，用于增材制造部件的方法包括接收包括由联接到至少一个电感元件的导电支撑材料支撑的部件的结构的数据模型。用于增材制造部件的方法还包括基于数据模型制造结构，将结构布置在第一磁场中，以及激励至少一个电感元件。激励至少一个电感元件以产生第二磁场。第二磁场具有与第一磁场相反的方向，并且被构造为使支撑材料从部件断开。

至少一个电感元件可以包括增材制造的线圈，其构造成提供预定的电感范围。此外，激励至少一个电感元件可以包括向至少一个电感元件施加电压。电压可以具有足以断开支撑材料而不损坏部件的幅值。此外，支撑材料可以在与部件接触的点处逐渐变细，以助于移除支撑材料。

增材制造所述结构可包括定位所述导电支撑材料，使得所述第二磁场的方向和极性助于从所述部件移除所述支撑材料。

在另一方面，用于将支撑结构与粉末床熔接系统的构建件分开的装置布置在第一磁场内并且包括至少一个电感元件。支撑结构联接到至少一个电感元件。

至少一个电感元件可以包括增材制造的线圈，其被构造为提供预定的电感范围。支撑结构可以在与构建件接触的点处逐渐变细，以助于支撑结构的移除。

至少一个电感元件可以被构造为产生第二磁场并且被构造为从构建件断开支撑结构。第二磁场可以具有与第一磁场的方向相反的方向。

至少一个电感元件可以被构造为接收电压，并且所述电压在幅值上可以是足够的以产生所述第二磁场。可以在不损坏构建件的情况下移除支撑结构。

在另一方面，提供了一种用于将支撑结构与粉末床熔接系统的构建件的表面分开的装置。支撑结构包括第一外腿和第二外腿。第一外腿在第一连接点接口处附接到表面；第二外腿在第二连接点接口处附接到表面。

第一连接点接口和第二连接点接口可以是锥形的，以响应所施加的力而断开。

支撑结构还可包括第一内腿和第二内腿。第一内腿可以在位于第一连接点接口与第二连接点接口之间的第三连接点接口处附接到表面。第二内腿可以在位于第一连接点接口与第二连接点接口之间的第四连接点接口处附接至表面。

第一、第二、第三和第四连接点接口可以是锥形的并且形成壳状特征，该壳状特征构造成在施加力时断开。第一外腿和第二外腿可形成围绕第一内腿和第二内腿的外部孔口。可以通过在孔口处施加的流体产生力；并且可以通过在孔口处施加的流体的相变来产生力。

通过以下详细描述，其他方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见，其中通过说明的方式仅示出和描述了若干示例性实施例。如本领域技术人员将意识到的，本文描述的构思能够具有其他和不同的实施例，并且若干细节能够在各种其他方面进行修改，所有这些都不脱离本公开的内容。因此，附图和详细描述应被视为本质上是说明性的而不是限制性的。

附图说明

现在将在附图中通过示例而非限制的方式在详细描述中呈现本文描述的构思的各个方面，在附图中：

图1a-d示出了示例性pbf系统在不同操作阶段期间的相应侧视图。

图2示出了pbf系统中的示例性下垂变形。

图3示出了结合粉末支撑结构的示例性实施例。

图4a-c示出了用于形成结合粉末的支撑结构的pbf装置的示例性实施例。

图5是在pbf装置中生成结合粉末的支撑结构的方法的示例性实施例的流程图。

图6示出了支撑结构的构造的示例性实施例。

图7示出了用于用机械辊压实粉末的pbf装置和方法的示例性实施例。

图8示出了用于用机械压力机压实粉末的pbf装置和方法的示例性实施例。

图9示出了用于烧结压实的粉末的pbf装置和方法的示例性实施例。

图10示出了用于将结合剂施加到粉末的pbf装置和方法的示例性实施例。

图11a-c示出了用于非粉末支撑结构的pbf装置和方法的示例性实施例。

图12a-c示出了用于非粉末支撑结构的pbf装置和方法的另一示例性实施例。

图13是在pbf装置中形成非粉末支撑结构的方法的示例性实施例的流程图。

图14a-b示出了pbf装置和方法的示例性实施例。

图15是在pbf装置中形成非粉末支撑结构的方法的示例性实施例的流程图。

图16示出了锚定支撑结构的示例性实施例。

图17示出浮动支撑结构的示例性实施例。

图18示出了包括半波谐振器构造中的谐振结构的支撑结构的示例性实施例。

图19示出了包括在另一个半波谐振器构造中的谐振结构的支撑结构的示例性实施例。

图20示出了包括四分之一波长谐振器构造中的谐振结构的支撑结构的示例性实施例。

图21示出了支撑结构的示例性实施例。

图22示出了包括振动器的系统的示例性实施例，该振动器可以施加谐振频率以移除支撑结构。

图23示出了支撑结构的示例性实施例，该支撑结构包括被构造为通过施加电流而熔化的部分。

图24示出了用于移除支撑结构的电流系统的示例性实施例。

图25示出了包括被构造为通过施加电流来激励的部分的支撑结构的示例性实施例。

图26a示出了用于结构支撑件的电磁移除的实施例的电路模型。

图26b示出了在图26a的实施例中模制的电感器的线圈实现。

图27a示出了根据实施例的附接到表面的可移除支撑结构。

图27b示出了图27a的实施例的支撑结构的横截面。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在提供对本文所公开的构思的各种示例性实施例的描述，而无意表示可实践本公开的仅有实施例。本公开中使用的术语“示例性”意味着“用作实例、示例或说明”，并且不应被解释为优于或胜过本公开中给出的其他实施例。详细描述包括用于提供全面和完整公开的目的的具体细节，其向本领域技术人员充分传达了构思的范围。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在一些示例中，为了避免模糊贯穿本公开内容给出的各种构思，可以以框图形式示出或完全省略公知的结构和部件。

虽然本公开大体涉及用于pbf系统的支撑结构，但是应当理解，pbf系统可涵盖各种各样的am技术。因此，pbf工艺可以包括以下打印技术：直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(ebm)、选择性热烧结(shs)、选择性激光熔化(slm)和选择性激光烧结(sls)。pbf熔接(fusing)和烧结技术可进一步包括例如固态烧结、液相烧结、部分熔化、完全熔化、化学结合和其他结合与烧结技术。与本公开的原理相关的其他pbf工艺包括当前预期的或正在商业开发下的那些pbf工艺。虽然省略了每个这样过程的具体细节以避免过度地模糊本公开的关键构思，但是应当理解，权利要求旨在包括这样的技术和相关结构。

如上所述，pbf系统可产生具有几何复杂形状的金属和聚合物结构(称为构建件)，包括难以或不可能利用常规制造工艺形成的一些形状。pbf系统逐层(即逐片地)形成构建件。每个切片可以通过沉积金属粉末层并且熔合(例如熔化和冷却)与切片中的构建件的横截面一致的金属粉末层的区域而形成。可以重复该过程以形成构建件的下一个切片等等。

然而，一些构建件的形状可能在成品件中产生不期望的结果。例如，一些形状包括悬垂，其包括构建件的通过熔合粉末形成在松散粉末(即，未熔接的粉末)的顶部上的部分。悬垂的简单示例包括共用碗状物，其中碗状物的周边的一部分可以相对于碗状物的中心部分凸起。在am的情况下，碗状物的凸起部分可以受到重力的影响以及与熔接过程中的温度变化相关的热效应的影响，这在无人看管的情况下可能导致凸起部分下垂或以其他方式变形。

在这方面，支撑结构可用于减轻或防止与悬垂区域相关的问题。本文描述了用于在pbf系统中形成支撑结构以及用于从构建件移除支撑结构的各种系统、装置和方法，以及支撑结构的各种新颖构造。在am和相关pbf技术的情况下，支撑结构可用于抵消或以其他方式减轻易于变形或其他问题的悬垂结构的不期望后果。可以采取各种措施以在构建板被渲染和固化之后从构建件移除支撑材料。特别是在复杂几何结构的情况下，这样的任务可能会带来一系列挑战。

如下文更详细地论述的，一些支撑结构可提供支撑板(也称为构建板)与构建件之间的机械连接，以稳定相对于构建件的主要结构悬垂的结构。这些类型的支撑结构可以例如像构建件本身一样被构造，因为多个粉末层可以沉积在通常在预期的悬垂下面和/或部分或完全包围预期的悬垂的区域中，其中每层被熔接以在随后的打印循环期间为要在随后的电子束通过中被渲染的悬垂提供必要的支撑。更具体地说，指定区域中的熔接粉末池(即熔池)可以邻近先前连续的熔化和冷却粉末层安置，然后可以一起共同地固化成连续结构。在一些情况下，由于粉末是容易可变形的固体，因此这种连接可能是必要的。因为这些类型的支撑结构可以仅由熔化的粉末形成，所以这些支撑结构在例如期望防止粉末被其他材料污染的情况下可能是有益的。取决于所采用的具体am技术，形成机械连接层的方法可以变化。

在一些情况下，代替通过熔接(例如，熔化和固化)的机械连接层，可以通过结合粉末来形成支撑结构。例如，可执行粉末的机械压实，使得压实粉末可充分地较少变形，并且可以在压实粉末上方形成熔接结构。因此，压实粉末可被描述为结合在一起。例如，可使用各种方法来执行压实，包括例如机械轧制、应用气压、机械压力机等，由于压实粉末支撑结构可仅由粉末形成，因此这些支撑结构在期望防止粉末被其他材料污染的情况下也是有益的。另外，在粉末从粉末床回收并重新使用的情况下，因为压实粉末可以容易地再循环，所以由压实粉末形成的支撑结构可能是期望的。另外，压实粉末支撑结构可以容易地从构建件移除，因此减少了移除支撑结构所需的时间和能量并降低了对构建件损坏的风险。在一些情况下，可以进行使用低水平的烧结的技术来对压实区域进行热加热和烧结，这可以提供比仅压实更稳定的支撑结构。

在一些示例性实施方案中，结合剂可沉积在粉末区域中以产生支撑结构。在一些情况下，结合剂可通过能量束加热被热交联。该结合剂可以通过打印头布置，该打印头跟踪沉积器后面的粉末床，例如，在构建件的悬垂区域下方的区域中沉积结合剂。同样地，结合剂可以包括可以被沉积的流体或凝胶，使得粉末被保持到足够大的程度以支撑构建件(例如，类似于湿砂比干砂更多地结合在一起)。在一些情况下，结合剂可包括粘附剂，例如树脂。

在下面进一步描述的一些示例性实施例中，通过熔接、压实、烧结、施加结合剂或本文所述的其他技术生成支撑结构的技术可用于形成支撑结构，该支撑结构可通过使构建件“浮动(floating)”在未压实的粉末之上来提供支撑。“浮动”支撑结构的形成可允许使用较少的粉末来形成支撑结构，这可减少构建时间、允许更多粉末被回收和再利用等。

在其他示例性实施例中，支撑结构可由除粉末之外的材料形成。例如，诸如致密泡沫的支撑材料可以沉积在没有粉末的区域中，并且沉积的支撑材料可以形成支撑结构。在一些情况下，支撑材料可在沉积粉末层之前或同时沉积在层中。例如，单独的支撑材料沉积器机构(例如，单独的或专用的打印头、自动构造器、计算机控制的机械臂等)可以在工作区域上通过并且将支撑材料层沉积在期望区域中，然后粉末沉积器可以经过工作区域并且将粉末层沉积在剩余区域中。在另一示例中，集成打印头可以能够在其通过工作区域时沉积粉末或支撑材料，从而在具体位置沉积具体材料。

在一些示例中，粉末沉积器可以沉积粉末层，并且然后构建室内的真空可以从不期望的区域移除粉末。新的空区域然后可填充支撑材料，诸如泡沫或另一空间保持器。例如，泡沫可以被喷射或布置为被构造为基本上与层的厚度一致的厚度的砖/板。虽然层厚度可以根据am技术部署、am能力等广泛地变化，但是在使用选择性层烧结(sls)的一个实施例中，层厚度的范围从大约0.060mm到0.150mm。

在一些情况下，支撑材料可沉积在大于层的高度的高度处。例如，整个支撑结构可以在构建开始时立即沉积。在这种情况下，粉末沉积器可以被构造为仅在没有支撑结构的区域中沉积粉末，使得沉积器避开支撑结构的在当前被渲染的层上方的部分。例如，沉积器的擦拭/调平系统可以被构造成漏掉用支撑材料构建的任何区域，直到确定粉末层处于基本上与支撑材料平齐或覆盖支撑材料的高度。

在各种实施例中，例如，支撑材料可保留在最终部分中或被溶解掉。

这里公开的各种示例性实施例涉及支撑结构的新颖构造。在一些实施例中，支撑结构可以构造为包括谐振结构。谐振支撑结构在其固有频率下的振动可足以使支撑结构脱离3-d构建件和/或构建板，或例如基本上松开用于需要较小的力的后续操纵的结合。例如，这种断开可以由支撑结构的可应用部分的谐振振荡的增加的幅度导致，包括在支撑结构与构建件和/或构建板之间的接口处的金属疲劳。支撑结构可包括主体，该主体包含固定长度、宽度和锥度的挤压件。挤压件的锥形端部可以连接到3-d构建件、基板和/或支撑框架。在一些情况下，谐振支撑结构可以包括半波谐振器、四分之一波长谐振器等，这可以允许更有效地感应金属疲劳。

在完成am操作的该阶段之后并且移除松散粉末之后，可以经由机械传导直接或间接地通过一介质将激励谐振频率施加到构建件、支撑结构、构建板等。例如，可以通过超声换能器、压电换能器、微机电系统等产生激励。换能器可以附接到构建件、支撑结构、构建板或用于使支撑结构的相关部分能够接收机械输入的另一合适位置。如上所述，感应的振动可以使支撑结构以增大的振幅振动，直到端部从构建件和构建板断裂。

在各种实施例中，可通过具有多个谐振节点的此设计的变型调适来实现对支撑结构断裂的进一步控制。例如，可以将不同长度，宽度和/或锥度的支撑挤压件应用于构建件的不同区域。这可以允许通过应用不同的激励频率来选择性地移除支撑件。介质也可用于构建件的完全或部分浸入以加速断裂过程。声波和加热也可用于驱动断裂过程。

在各种实施例中，可以使用电流来移除支撑件。例如，支撑结构可以形成为使得支撑结构与构建件之间的接口(例如，接触点)可以在施加电流时基本上加热。例如，接触点可以是逐渐变小的，使得接触点与支撑结构和构建件的剩余部分相比提供相对高的电阻。可以在逐渐变小的接触点上施加电流以加热并熔化接触点，从而从构建件移除支撑结构。

图1a-图1d示出了示例性pbf系统100在不同操作阶段期间的相应侧视图。如上所述，图1a到图1d中所说明的特定实施例是采用本发明的原理的pbf系统的许多合适示例中的一个。还应注意，图1a到图1d的元件和本发明中的其他图未必按比例绘制，而是可出于更好地说明本文中所描述的构思的目的而绘制为更大或更小。pbf系统100可包括可沉积每层金属粉末的沉积器101、可产生能量束的能量束源103、可施加能量束以熔接粉末材料的偏转器105、以及可支撑诸如构建件109的一个或多个构建件的构建板107。pbf系统100还可包括定位在粉末床接收器内的构建底板111。粉末床接收器的壁112通常限定粉末床接收器的边界，粉末床接收器的从侧面夹置在壁112之间并与下面的构建底板112的一部分对接。构建底板111可以逐渐地降低构建板107，使得沉积器101可以沉积下一层。整个机构可停留在可封装其他部件的室113中，从而保护装置，实现大气和温度调节并减轻污染风险。沉积器101可以包括送料器115，该送料器包含粉末117，例如金属粉末，以及可以使每层沉积粉末的顶部平整的整平器119。

具体参考图1a，该图示出了在构建件109的切片已经被熔接之后但是在沉积下一层粉末之前的pbf系统100。实际上，图1a示出了pbf系统100已经在多个层(例如，150个层)中沉积和熔接切片以形成例如由150个切片形成的构建件109的当前状态的时间。已经沉积的多层已经产生粉末床121，其包括沉积但未熔接的粉末。

图1b示出了在构建底板111可降低粉末层厚度123的阶段的pbf系统100。构建底板111的降低使得构建件109和粉末床121下降粉末层厚度123，使得构建件和粉末床的顶部低于粉末床接收器壁112的顶部的量等于粉末层厚度。以这种方式，例如，可以在构建件109和粉末床121的顶部上形成具有等于粉末层厚度123的一致厚度的空间。

图1c示出了在沉积器101被定位成将粉末117沉积在构建件109和粉末床121的顶表面上的并由粉末床接收器壁112界定的空间中的阶段的pbf系统100。在该示例中，沉积器101在限定的空间上逐渐移动，同时从送料器115释放粉末117。整平器119可以整平释放的粉末以形成粉末层125，粉末层125的厚度基本上等于粉末层厚度123(见图1b)。因此，pbf系统中的粉末可由粉末材料支撑结构支撑，所述粉末材料支撑结构可包括例如构建板107、构建底板111、构建件109、壁112等。应注意，所示粉末层125的厚度(即，粉末层厚度123(图1b))大于用于涉及上文参考图1a论述的150个先前沉积层的示例的实际厚度。

图1d示出了在沉积粉末层125(图1c)之后，能量束源103产生能量束127并且偏转器105施加能量束以熔接构建件109中的下一切片的阶段的pbf系统100。在各种示例性实施例中，能量束源103可以是电子束源，在这种情况下能量束127构成电子束。偏转器105可以包括偏转板，偏转板可以产生电场或磁场，该电场或磁场选择性地偏转电子束以使电子束扫描被指定为熔接的区域。在各种实施例中，能量束源103可以是激光器，在这种情况下能量束127是激光束。偏转器105可以包括光学系统，该光学系统使用反射和/或折射来操纵激光束以扫描要熔接的选定区域。

在各种实施例中，偏转器105可以包括一个或多个万向节和致动器，其可以旋转和/或平移能量束源以定位能量束。在各种实施例中，能量束源103和/或偏转器105可以调制能量束，例如，在偏转器扫描时打开和关闭能量束，使得能量束只施加在粉末层的适当区域中。例如，在各种实施例中，能量束可以由数字信号处理器(dsp)调制。

如图1d所示，粉末层125的大部分熔接发生在粉末层的在先前切片(即，先前熔接的粉末)的顶部上的区域中。这种区域的示例是构建件109的表面。图1d中的粉末层的熔接发生在表征构建件109的物质的先前熔接的层上。然而，在粉末层125的一些区域中，熔接可发生在松散粉末的顶部上，即，在不会无意或以其他方式熔接的粉末上。例如，如果切片区域大于先前切片区域，那么切片区域中的至少一些区域将形成于松散粉末上。施加能量束以熔接在松散粉末上的粉末的区域可能是有问题的。熔化的粉末被液化并且通常比松散的粉末更致密。熔化的粉末可以向下渗出到松散粉末中，从而引起构建件109中的下垂、卷曲或其他不希望的变形。因为松散粉末可具有低导热率，所以当熔接粉末在悬垂区域中时可产生比预期更高的温度，因为低导热率可降低热能在熔接期间远离熔接粉末传导的能力。这些区域中的较高温度导致冷却之后的较高残余应力，并且更经常地，导致较差质量的构建件。在一些情况下，熔渣构造可能出现在悬垂区域中，从而导致不期望的表面粗糙度或其他质量问题。

图2示出了可以导致悬垂区域的pbf系统中的示例性下垂变形的侧视图。

图2示出了构建板201和粉末床203。在粉末床203中是实际的构建件205。出于比较的目的，用虚线示出模型构建件207。在一个实施例中，模型构建件207包括来自cad中形成的数据模型的数据，以用作am处理器渲染构建件的输入。模型构建件207示出了构建件的期望形状。实际的构建件205在大多数地方(即，在没有变形的地方)与模型构建件207重叠。因此，在悬垂边界210右侧的区域中，表征实际构建件205的实线与模型构建件207中定义的虚线重叠。然而，下垂变形发生在悬垂区域209中。在该示例中，悬垂区域209由在顶部彼此熔接的多个切片形成。在这种情况下，随着悬垂区域209从实际构建件205的主体延伸，变形更加恶化。如图2中的实际构建件205所示，一些构建件形状因此可能需要使用支撑结构以便减轻或防止可能导致悬垂区域的变形和其他问题。

应该注意的是，在一层中的粉末在下面的层中的切片边缘附近熔接的区域中可能发生一些问题，例如变形、较高的残余应力等，即使熔接不是直接在松散的粉末上发生。例如，当靠近下面的切片的边缘熔接粉末时，可能导致意外的高温，这是因为下面存在较少的熔接材料来将热量传导走。这些问题在下面切片形成尖锐边缘的情况下可能特别严重。在这方面，支撑结构可用于减轻或防止还可能导致这些区域在悬垂区域附近的变形和其他问题。如本文中所使用的，术语“悬垂区域”等旨在包括悬垂区域附近和熔接粉末上方的区域，例如上述的在邻近下面的切片的边缘附近的粉末熔接的区域中、切片形成尖锐拐角或边缘的区域中，以及可能潜在地导致主题构建件中的上述不希望的悬垂伪像阵列的类似区域。

图3、图4a-图c和图5-图10示出了用于结合粉末支撑结构的示例性系统、方法和构造，其中松散粉末的颗粒可以被结合(例如，通过结合剂、通过压实松散粉末等)以提供支撑结构。图11a-图11c、图12a-图12c、图13、图14a-图14b和图15示出了使用粉末以外的材料的用于支撑结构的示例性系统和方法，例如，可以沉积在没有粉末的区域的泡沫、可以在沉积粉末之前被定位的预形成的支撑结构。图16-25示出了用于熔接的粉末支撑结构的示例构造和用于移除支撑结构的示例系统和方法。

图3示出了结合粉末支撑结构300的示例性实施例的侧视图。图3示出了构建板301和粉末床303。在粉末床303中的是包括悬垂区域307的构建件305。在粉末床303中，在构建件305的位于悬垂区域307中的部分的下方，存在结合粉末309的区域。如上所述，结合的粉末可以是例如压实的粉末、部分烧结的粉末、具有施加的结合剂的粉末等，结合粉末309可以形成支撑结构300，该支撑结构300支撑构建件305的在悬垂区域307中的部分。以这种方式，例如，由结合粉末309形成的支撑结构311减轻或防止了构建件305的变形和其他不希望的伪影。

结合的粉末可以以各种方式形成。在各种实施例中，结合粉末可通过压实松散粉末(例如通过在松散粉末的表面上施加压力)而形成。以此方式，松散粉末可被压实或结合在一起。因为压实粉末具有大于松散粉末的密度的密度，所以压实粉末代表作为悬垂构建件的支撑机构的改进并不令人惊讶。

在各种实施方案中，压实粉末可被烧结以进一步增加粉末的结合。另外，可施加结合剂以结合松散粉末。例如，可以施加液体或凝胶以增加松散粉末的粘结性。在一些示例中，结合剂可包括进一步增加粘结性的粘附剂。

图4a-图4c示出用于形成结合粉末的支撑结构(比如支撑结构300(图3))的pbf装置400的示例性实施例的相应侧视图。图4a-图4c示出了构建板401和粉末床403。在粉末床403中是构建件405和结合粉末407。pbf装置400可以包括能量束源409、偏转器411和沉积器413。pbf装置400还可包括粉末固定器415。

图4a示出了pbf装置400在通常由粉末床403表征的工作区域内形成结合粉末407的示例性操作。沉积器413可以横跨工作区域移动以沉积一层粉末。粉末固定器415可以在沉积器413之后横跨工作区域移动(参见指定为部件向右运动的加粗箭头)并将粉末结合在由沉积器沉积的层的区域中以产生结合粉末407，其可形成支撑结构416。在这方面，结合的粉末407可以以与切片的熔接类似的切片来构建，以形成构建件405，除了代替熔接粉末，粉末固定器415使粉末结合。在各种实施例中，粉末固定器415可通过例如压实粉末、烧结压实粉末、将结合剂施加到粉末、以及相关技术来使粉末结合，如下文将进一步详细地论述。

图4b示出了在结合粉末407已经形成在构建件405的悬垂区域下方之后的pbf装置400的状态。图4b示出了粉末固定器415已经横跨工作区域移动并且在当前层中已经完成使结合粉末407结合的状态。如在图4b中可见，在待熔接的粉末区域419下方存在结合粉末的区域417。

图4c示出了pbf装置400的状态，其中粉末层被熔接。能量束源409产生能量束421，并且偏转器411将能量束施加到由沉积器413沉积的粉末区域。在这方面，能量束421被施加到待熔接的粉末区域419以产生熔接粉末的区域423。熔接粉末的区域423高于结合粉末的区域417。从构建件405的形状可以明显看出，凭借包围结合粉末407的支撑结构416，基本上消除了与下垂，重力，温度波动和其他异常相关的问题。

图5是在pbf装置中产生结合粉末的支撑结构的方法的示例性实施例的流程图。pbf装置可以沉积(501)第一层粉末材料并且可以在第一层的区域中结合(502)粉末材料。pbf装置可以在第一层上沉积(503)第二层粉末材料。pbf装置可以产生(504)能量束并且可以施加(505)能量束以将粉末材料熔接在第一层中结合的粉末材料上方的第二层的区域中。例如，在图4c中，能量束421被施加到粉末层，以使熔接粉末的区域423熔接，该区域在结合粉末的区域417上方。

图6示出了粉末床603的悬垂区域607中的支撑结构600的构造的示例性实施例的侧视图。图6示出了构建板601、粉末床603和构建件605。构建件605的一部分可以位于悬垂区域607中。在该示例中，支撑结构600可以由结合粉末609的区域形成。在该构造中，支撑结构600不向下延伸至构建板601。此外，在该构造中，支撑结构600不形成与构建件605的附接(与其他示例性实施例相反，例如，下面描述的图16，其中支撑结构附接或“锚定”到构建件的不在悬垂区域中的部分)。因此，支撑结构600仅由松散粉末支撑。然而，支撑结构600可以支撑构建件605，因为如上所述，支撑结构可以在粉末床603中的松散粉末上“浮动”。更具体地，结合粉末609可以形成为覆盖比悬垂区域607更宽的区域，使得沿向下方向作用在构建件605上的变形力可以分布到更大的松散粉末区域。通过这种方式，力可以以此种方式分布使得支撑结构600下方的松散粉末能够在支撑结构600与构建板601之间提供充分的不可变形的连接。因此，支撑结构600可以有效地支撑构建件605的位于悬垂区域607中的部分，即使支撑结构没有一直延伸到构建板601。在图6的构造中，例如，熔接粉末的区域611高于结合粉末的区域613，其在未熔接和未结合粉末的区域615之上。

仅由松散粉末支撑的支撑结构可称为浮动支撑结构。应注意，浮动支撑结构(例如图6中所示的示例)可使用各种技术形成，例如使用结合粉末技术形成，诸如压实、压实和烧结、施加结合剂等，和/或使用非粉末支撑材料形成(下文更详细地描述)。浮动支撑结构可允许使用较少的粉末来形成支撑结构，这尤其有利于减少构建时间并允许更多的粉末被回收和再利用。这些因素共同导致成本节约、制造效率和潜在的市场优势时间。

另外，浮动支撑结构可允许在单个pbfam运行期间更有效地构建额外的构建件。例如，额外的构建件可以构建在锚定支撑结构下面的松散粉末的空间中，即，在其他支撑结构通常延伸穿过以向下到达构建板的空间中。在涉及具有相对大的区域613的结合粉末区域609的另一示例性实施例中，第二邻近构件(未示出)可以使用结合粉末区域609的相对侧邻近构建件605而被构造以作为用于悬垂支撑的支撑结构。这些示例性实施例潜在地允许在相对较短时间内渲染更多类型的构建件的更大能力。

图7和图8是示出pbf系统的示例性实施例的侧视图和用于结合粉末支撑结构的方法，其中结合粉末包括压实粉末。这些类型的支撑结构可称为压实粉末支撑结构。例如，可进行粉末的机械压实，使得压实的粉末足够较少的可变形，并且熔接结构可形成在压实粉末之上。因此，压实的粉末被有效地结合在一起。因为压实粉末支撑结构可以仅由粉末形成，所以这些支撑结构在例如期望防止粉末被其他材料污染的情况下也可以是有益的。另外，在粉末从粉末床回收并重新使用的情况下，由压实粉末形成的支撑结构可能是期望的，因为压实粉末可以被容易地回收和再利用。此外，压实粉末支撑结构相对更容易从构建件移除，因此减少了移除支撑结构所需的时间和能量。这些益处可同样导致降低的成本和提高工厂车间的效率和容量。

应当注意，通过压实粉末，压实粉末的顶表面可以低于该层中的未压实粉末的顶表面。然而，在各种实施例中，由粉末沉积器沉积的下一层粉末可以填充额外的空间，使得下一个粉末层的顶表面是齐平的(例如，参见与图7中的粉末床73相比结合的粉末707)。在这种情况下，由压实粉末形成的支撑结构的顶表面的高度可能区别于粉末床的顶表面的高度不超过一定小量。

图7示出pbf装置700和方法的示例性实施例，其中使粉末结合包括用机械辊压实粉末。图7示出了构建板701和粉末床703。在粉末床703中是构建件705和结合粉末707。pbf装置700可包括能量束源709、偏转器711和沉积器713。pbf装置700还可以包括机械辊715，其可以通过压实粉末而操作为粉末固定器，例如粉末固定器415(参见图4a-b)。

沉积器713可以跨越工作区域移动以沉积粉末层。机械辊715可以跟随沉积器713与沉积器713依次移动经过工作区域(参见最右边的箭头)。为此，机械辊715可以在由沉积器713沉积的层的区域中被降低以在该区域上滚动，从而压实该区域中的粉末以产生结合的粉末707，其可以形成支撑结构717。在这方面，类似于切片的熔接以形成构建件705，结合粉末707可以以切片的方式构建，除了代替熔接粉末，机械辊715压实粉末。

图8示出pbf装置800和方法的示例性实施例，其中使粉末结合包括用机械压力机压实粉末。图8示出了构建板801和粉末床803。在粉末床803中是构建件805和结合粉末807。pbf装置800可包括能量束源809、偏转器811和沉积器813。pbf装置800还可包括机械压力机815，其可通过压实粉末而操作为粉末固定器，诸如粉末固定器415(参见图4a-b)。

沉积器813可以跨越工作区域移动以沉积粉末层。同样地，机械压力机815可以跟随沉积器813移动通过工作区域(如粗体箭头所示)。在一些情况下，取决于对am装置的输入要求，例如通过从切片机程序接收的代码，除了其在垂直运动中的变化之外，机械压力机815可以是与沉积器813的锁定步骤，并且可以在由沉积器沉积的层的区域中被降低以在该区域上施加压力，从而在该区域中压实粉末以产生结合粉末807，其进而可以形成支撑结构817。在这方面，类似于切片熔接以形成构建件805，结合的粉末807可以以切片构建，除了代替熔接粉末，机械压力机815压实粉末。

在各种实施例中，压实可以通过用于向粉末床施加压力的任何方法来执行，例如喷嘴吹扫气体、膨胀气囊膜和各种化学反应以及其他技术。

图9示出pbf装置900和方法的示例性实施例的侧视图，并且其中使粉末结合进一步包括用加热器烧结压实的粉末。图9示出了构建板901和粉末床903。在粉末床903中是构建件905和结合粉末907。pbf装置900可以包括能量束源909、偏转器911和沉积器913。pbf装置900还可包括加热器压力机915，其可操作为压实粉末并通过烧结压实的粉末进一步使压实的粉末结合。虽然图9的示例示出集成的加热器和压力机，但是应当理解，可以使用单独的加热器来烧结先前已经通过例如上文参照图7和图8描述的那些方法压实的粉末。

沉积器913可以跨越工作区域移动以沉积粉末层。加热器压力机915可以跟随沉积器913跨越工作区域移动，如前面的实施例所示并且在概念上由箭头示出，并且可以在由沉积器沉积的层的区域中被降低以在该区域上施加压力，从而压实该区域中的粉末，并且加热压实粉末的区域以烧结压实的粉末，以产生结合粉末907，其可形成支撑结构917。

在一些情况下，可以执行使用低水平的烧结的技术来对压实区域进行热加热和烧结。虽然这种构造可提供更稳定的支撑结构，但在一些情况下，由于其结合的强度，可能更难以从构建件移除。由于材料已经暴露于烧结，但是在比较低的水平下，也可以降低可重复使用性。可以评估这些潜在的益处和风险，以做出关于采用涉及pbfam技术的给定项目的适当过程的知情判断。

图10示出pbf装置1000和方法的示例性实施例的侧视图，其中使粉末结合包括将结合剂施加到粉末。图10示出了构建板1001和粉末床1003。在粉末床1003中是构建件1005和结合粉末1007。pbf装置1000可包括能量束源1009、偏转器1011和沉积器1013。pbf装置1000还可以包括施加器1014，其可以通过将结合剂施加到粉末而操作为粉末固定器(例如粉末固定器415)。

沉积器1013可跨越工作区域移动以沉积一层粉末。这里再次，施加器1014可以跟随沉积器1013跨越工作区域移动，并且可以通过喷嘴1016将结合剂1015施加在由沉积器沉积的层的区域中，以在该区域上施加压力，从而使粉末在该区域中结合以产生结合的粉末1007，其可以形成支撑结构1017。结合的粉末1007可以类似于切片的熔接构建切片以形成构建件1005，除了替代熔接粉末，施加器1014将粉末与结合剂结合。

在各种实施方案中，结合剂可包括可沉积的流体或凝胶，使得粉末保持足够大的程度以支撑构建件(例如，类似于湿砂比干砂更多地结合在一起)。在各种实施例中，结合剂可包括粘附剂，诸如树脂。在一些情况下，结合剂可包括可通过能量束加热进行热交联的材料。在各种实施例中，结合剂可以通过打印头施加，该打印头在沉积器1013之后跨越粉末床的两端进行跟踪。

现在将描述图11a-c、图12a-c、图13、图14a-b和图15。这些附图示出了用于使用粉末以外的材料用于支撑结构的系统和方法的示例性实施例，其可以被称为非粉末支撑结构。非粉末支撑结构的一些示例包括可在沉积粉末之前定位的各种材料(例如，金属、陶瓷等)的预成形支撑结构。非粉末支撑结构的其他示例可包括高密度泡沫、快速硬化凝胶等，其可在粉末沉积之前、期间或之后注射到没有粉末的区域中，如下文更详细地解释。

图11a-c、图12a-c和图13示出了用于非粉末支撑结构的系统和方法的示例性实施例，其中可以在层的区域中形成非粉末支撑材料并且可以在层的剩余区域中沉积粉末。

图11a-c示出了系统和方法的示例性实施例，其中可以首先在层的区域中安置非粉末支撑材料，然后可以在层的剩余区域中沉积粉末。例如，单独的支撑材料沉积器可以在工作区域上通过并且将支撑材料层沉积在期望区域中，然后粉末沉积器可以在工作区域上通过并且将粉末层沉积在剩余区域中。

图11a-c示出了用于形成不包括粉末的支撑材料的支撑结构的示例性pbf装置1100。图11a-c示出了构建板1101和粉末床1103。在粉末床1103中是构建件1105和支撑材料1107。pbf装置1100可包括能量束源1109、偏转器1111和沉积器1113。pbf装置1100还可以包括支撑系统1115。

图11a示出了pbf装置1100形成支撑材料1107的示例性操作。支撑系统1115可以跨越工作区域移动以在层的区域中沉积一层支撑材料1107，其可以形成支撑结构1117。沉积器1113可以跟随支撑系统1115跨越工作区域移动并且将粉末沉积在层的剩余区域中。然而，在该实施例中，沉积器1113不沉积支撑材料1107。

如图11b所示，在已形成支撑材料1107的层之后，沉积器1113可继续移动，因此越过支撑材料。在该示例中，沉积器1113可以继续释放粉末，并且沉积器的整平器可以扫过支撑材料1107的顶表面以从表面清除粉末。在其他实施例中，沉积器可例如在沉积器越过支撑材料时中断粉末的供应。

图11c示出了其中支撑系统1115已跨越工作区域移动且已完成在当前层中沉积支撑材料1107的状态。沉积器1113可以继续跨工作区域移动并且在不包括支撑材料1107的剩余区域中沉积粉末。

在各种实施例中，整个支撑结构可以在构建开始时立即沉积。例如，支撑系统1115可包括自动机械臂，其可被编程为在沉积第一层粉末之前将整个预成形支撑结构定位在构建板1101上的适当位置处。在此情况下，支撑材料可沉积在大于粉末层的高度的高度处，直到已沉积足够的粉末层以覆盖支撑结构。沉积器1113可以构造为仅在不具有支撑结构的区域中沉积粉末，使得沉积器避开支撑结构的在当前层上方的部分。在各种实施例中，沉积器1113的整平器可以被构造为避开支撑材料在当前粉末层上方突出的区域，直到粉末层处于覆盖或已经到达支撑结构的表面的高度。

在如上所述的示例性实施例中，自动机械臂构造成将支撑结构布置在构建板1101上的关键位置处。在另一示例性实施例中，机械臂可以被构建到pbf装置中，并且因此可以在相同处理和定时机制的控制下操作并且与用于分层和布置的其他部件(诸如沉积器1113)同步并且实施为支撑系统1115。

图12a-c示出了用于非粉末支撑结构的pbf装置1200和方法的示例性实施例，其中非粉末支撑材料和粉末可以在基本上由构建板1201的表区域或其某一子集限定的工作区域上单次通过期间被交替沉积。图12a-c示出了构建板1201和粉末床1203。在粉末床1203中的是构建件1205和支撑材料1207。pbf装置1200可包含能量束源1209、偏转器1211及沉积器1213，其中每一个可以以与先前实施例一致的方式起作用。pbf装置1200还可包含与沉积器1213集成为集成层系统1216的支撑系统1215。

图12a示出形成支撑材料1207的pbf装置1200的示例操作。集成层系统1216可以跨越工作区域移动以在应当沉积粉末的指定区域中沉积一层粉末。具体地，当集成层系统1216在已经被指定用于沉积粉末的区域之上时，集成层系统的沉积器1213可以释放粉末，并且支撑系统1215可以中断支撑材料的释放以使得能够在该点处施加正确量的粉末。因此，在该构造中，集成层系统1216用于选择性地向工作区域的指定部分施加粉末。

图12b示出了当集成层系统1216已经横过其中应当沉积支撑材料的区域时的示例性操作。在这种情况下，集成层系统1216的支撑系统1215可以在层的区域中沉积支撑材料1207，其可以形成支撑结构1217。具体地，当集成层系统1216在用于支撑材料的区域之上时，集成层系统的沉积器1213中断粉末的释放，并且支撑系统1215随后被同时或基本上立即启用以释放支撑材料。

图12c示出了其中集成层系统1216已经跨用于支撑材料的区域移动并且继续在用于粉末的剩余区域中沉积粉末的状态。

总之，集成层系统1216构成支撑系统1215和沉积器1213，其在软件或专用硬件控制下以选择性模式操作，以根据系统1216相对于工作区域的位置来沉积给定材料。然而，该构造不旨在是限制性的，因为本领域技术人员在细读本公开时可以预期执行所标识的功能的任何数量的同样合适的装置。

图13是在pbf装置中形成非粉末支撑结构的方法的示例性实施例的流程图，诸如图11a-c和图12a-c中。pbf装置可在第一层的区域中安置(1301)非粉末支撑材料，并且可将粉末材料沉积(1302)在第一层的剩余区域中。pbf装置可在第一层上方沉积(1303)第二层粉末材料。pbf装置可以产生(1304)能量束并且可以施加(1305)能量束以将粉末材料熔接在第一层中的非粉末支撑材料上方的第二层的区域中。

图14a-图14b和图15示出了用于非粉末支撑结构的系统和方法的示例性实施例，其中粉末可以首先被沉积在整个层上，层的区域中的粉末可以被移除以在层中形成空隙，并且然后可以在空隙区域中安置非粉末支撑材料。

在一些情况下，粉末沉积器可以沉积粉末层，然后构建室中的真空可以从应该是空的区域移除粉末。然后可用支撑材料(例如泡沫或另一空间保持器)填充空的区域。例如，泡沫可以被喷射或布置为构造成适配在层中的具有一定高度的砖/板。可以使用其他基于机械的粉末移除装置。

图14a-b示出pbf装置1400和方法的示例性实施例。图14a-b示出了构建板1401和粉末床1403。在粉末床1403中是构建件1405和支撑材料1407。pbf装置1400可包括能量束源1409、偏转器1411和沉积器1413。pbf装置1400还可包括支撑系统1414，其可包括真空装置1415和材料喷嘴1416。

图14a示出了pbf装置1400的示例性操作，其中沉积器1413跨越工作区域移动并且沉积一层粉末，并且支撑系统1414在沉积器后面按顺序跨越工作区域移动。在该示例中，支撑系统1414被构造成使用真空机构从工作区域的指定部分移除粉末沉积物，并且同时或之后立即将支撑材料沉积到指定部分上。在图14a中，支撑系统1414是可操作的，但由于其在工作区域上的确定位置而未被启用以执行其功能。图14b示出了其中支撑系统1414穿过其中应沉积支撑材料的区域上方的稍后状态的示例。当支撑系统1414在区域上方通过时，真空装置1415可以经由抽吸移除沉积的粉末，并且材料喷嘴1416可以在该区域中沉积支撑材料1407，这可以形成支撑结构1417。

在各种实施例中，支撑材料可沉积在大于层的高度的高度处。例如，整个支撑结构可以在构建开始时立即沉积。在这种情况下，粉末沉积器可以被构造为仅在没有支撑结构的区域中沉积粉末，使得沉积器避开支撑结构的在当前层上方的部分。例如，沉积器的擦拭/调平系统可以被构造成漏掉用支撑材料构建的任何区域，直到例如粉末层处于覆盖支撑材料的高度。

例如，在各种实施例中，支撑材料可以保留在最终部分中，或者被溶解掉。

图15是诸如在图14a-b中的pbf装置中形成非粉末支撑结构的方法的示例性实施例的流程图。pbf装置可以沉积(1501)第一层粉末材料。然后，pbf可以移除(1502)第一层的区域中的粉末材料，并且可以在移除粉末的区域中安置(1503)非粉末支撑材料。然后，pbf装置可以在第一层上沉积(1504)第二层粉末材料。pbf装置可以产生(1505)能量束并且可以施加(1506)能量束以将粉末材料熔接在第一层中的非粉末支撑材料上方的第二层的区域中。

图16-图25示出了用于支撑结构的示例构造以及用于移除支撑结构的示例系统和方法。在这些实施例中，将描述熔接粉末支撑结构。如上所述，熔接粉末支撑结构(即仅由熔化的粉末形成的支撑结构)在例如期望防止粉末被其他材料污染的情况下可能是有益的。然而，应当理解的是，示例性构造可以由其他类型的支撑结构形成，诸如结合粉末支撑结构、非粉末支撑结构等。

图16示出了示例性支撑结构1600，该支撑结构1600不一直向下延伸到构建板，并且附接到构建件的在悬垂区域之外的部分。这些类型的支撑结构可以称为锚定支撑结构。

图16示出了构建板1601，粉末床1603和构建件1605。构建件1605像拱形一样弯曲，从而在悬垂区域1607中需要一些小的支撑件。构建件1605的一部分可以位于悬垂区域1607中。类似于浮动支撑结构，支撑结构1600不向下延伸到构建板1601。然而，与浮动支撑结构相比，支撑结构1600在构建件的位于悬垂区域1607的外侧的部分处形成到构建件1605的附接。在该构造中，在两个附接区域1609中进行附接，其中可以看到附接发生在悬垂区域1607的外侧。附接区域1609可以使用支撑结构向包括例如构建件1605的各种结构构建件提供高度有效的支撑。支撑结构1600助于支撑连接以维持构建件1605的结构完整性。支撑结构1600可以有效地支撑构建件1605的位于悬垂区域1607中的部分，即使支撑结构不一直延伸到构建板1601。类似于浮动支撑结构，锚定支撑结构可导致构建件的悬垂区域中的熔接粉末区域在结合粉末区域上方，其中结合粉末区域在未熔接和未结合粉末的区域上方。支撑结构的完整性可以通过支撑结构在悬垂区域外侧的附接区域1609处的策略性布置来促进。

锚定支撑结构可以与浮动支撑结构共享许多相同的优点。例如，锚定支撑结构可允许使用较少的粉末来形成支撑结构，这可减少构建时间、允许更多粉末被回收和再利用等，并且可允许在单个pbf打印运行期间更有效地构建额外的构建件。另外，由于通过至构建件的附接而提供增加的支撑，锚定支撑结构可潜在地制作为小于浮动支撑结构，因此允许更大量的松散粉末用于其他构建件或被回收和再使用。

图17示出了示例性支撑结构1700，该支撑结构不一直延伸到构建板并且也不包括在悬垂区域外侧的位置处至构建件的附接点。图17示出了构建板1701、粉末床1703和构建件1705。构建件1705的一部分可以在悬垂区域1707中。在这种情况下，整个构建件1705位于悬垂区域1707中。支撑结构1700不向下延伸到构建板1701。然而，支撑结构1700可支撑构建件1705，因为支撑结构可在粉末床1703中的松散粉末上“浮动”。如上文关于图6所述，结合粉末1709可形成为覆盖比悬垂区域1707更宽的区域，使得来自构建件1705的沿向下方向的变形力可分布到松散粉末的更大区域。以此方式，力可以分布为使得支撑结构1700下方的松散粉末能够在支撑结构与构建板1701之间提供充分不可变形的连接。因此，支撑结构1700可以有效地支撑构建件1705的位于悬垂区域1707中的部分，即使支撑结构不一直延伸到构建板1701。如图6的示例中那样，图17的构造导致构建件的熔接粉末的区域高于结合粉末的区域，结合粉末的区域高于未熔接和未结合的粉末的区域。

在各种实施例中，支撑结构1700可以与构建件1705形成附接，并且在各种实施例中，支撑结构1700可以不与构建件1705形成附接。例如，在使用熔接粉末形成支撑结构的实施例中，支撑结构可附接到构建件。在使用压实粉末形成支撑结构的实施例中，支撑结构可以不与构建件连接。在使用与结合剂(诸如非粘性液体或凝胶)结合的粉末形成支撑结构的实施例中，支撑结构可以不与构建件附接。在使用与结合剂(诸如粘性液体或凝胶)结合的粉末形成支撑结构的实施例中，支撑结构可不附接到构建件。

如上文参考图6所述，浮动支撑结构可提供优点，例如允许使用较少的粉末来形成支撑结构，这可减少构建时间，允许更多粉末被回收和再利用，允许更松散的粉末用于产生其他构建件等。例如，浮动支撑结构可允许在单个pbf打印运行期间通过将多个浮动支撑结构垂直地布置在粉末床中以在包括较大(即较高)构建件的打印运行期间支撑多个较小(即，较短)构建件而更有效地构建额外构建件。以这种方式，例如，可以以竖直堆叠方式打印多个构建件。这可以允许更大量的粉末床来用于打印构建件，从而导致更有效的打印过程，其中每个打印运行打印更多的构建件。

图18-图22说明用于支撑结构的示例构造，该支撑结构包括用于移除这些类型的支撑结构的谐振结构及系统及方法。

在各种实施例中，支撑结构可以构造为包括谐振结构。谐振支撑结构在其固有频率中的振动可导致支撑结构更容易地从3-d构建件和/或构建板脱离。这可能是由于例如在支撑结构与构建件和/或构建板之间的接口处的金属疲劳引起的。

图18示出了包括处于半波谐振器构造中的谐振结构的示例性支撑结构1800，其具有与构建件接合的向上延伸部。图18示出了构建板1801、粉末床1803和构建件1805。支撑结构1800可包括基部1807和向上延伸部1809。向上延伸部1809的端部可在接口处与构建件1805形成附接，这可以支撑构建件。每个向上延伸部1809可以是谐振结构，即，可以以谐振频率谐振。在该示例中，向上延伸部1809可以具有相等的长度并且可以具有相同的谐振频率。此外，在该示例中，每个向上延伸部1809可以是半波谐振器，使得谐振频率的施加将导致在每个向上延伸部的端部处产生大振幅摆动，所述端部处就是向上延伸部与构建件1805之间的接口的位置。以这种方式，例如，当端部试图振动同时附接至构建件1805时，施加谐振频率可以在向上延伸部1809的端部处产生大的应力。由施加谐振频率导致的应力可以导致向上延伸部1809的端部从构建件1805脱离，从而从构建件移除支撑结构1800。

在该示例中，支撑结构1800包括固定长度、宽度和锥度的延伸部。在各种实施例中，延伸部可具有不同的长度和/或宽度，并且可具有不同的谐振频率，这可允许使用不同的频率移除支撑结构的不同部分。在各种实施例中，例如，延伸部可具有不同的锥度或没有锥度。

图19示出了包括处于半波谐振器构造中的谐振结构的示例性支撑结构1900，其具有与构建件接合的向上延伸部以及与构建板接合的向下延伸部。图19示出了构建板1901、粉末床1903和构建件1905。支撑结构1900可以包括基部1907、向上延伸部1909和向下延伸部1911。向上延伸部1909的端部可以向下逐渐变细并且在构建件接口处与构建件1905形成附接，其可以支撑构建件。向下延伸部1911的端部可以与构建板1901和构建板接口形成附接，其可以支撑支撑结构1900。每个向上延伸部1909和每个向下延伸部1911可以是谐振结构，即，可以以谐振频率谐振。在该示例中，向上延伸部1909和向下延伸部1911可以具有相等的长度并且可以具有相同的谐振频率。此外，在该示例中，每个向上延伸部1909和向下延伸部1911可以是半波谐振器，使得谐振频率的施加将导致在每个向上延伸部的端部和每个向下延伸部的端部产生大的幅度摆动。以此方式，例如，当端部在界面处被附接的同时尝试振动时，施加谐振频率可导致延伸部上的大的应力。由施加谐振频率导致的应力可以导致端部从接口脱离，从而从构建件1905和构建板1901移除支撑结构1900。

在该示例中，支撑结构1900包括固定长度、宽度和锥度的延伸部。在各种实施例中，延伸部可具有不同的长度和/或宽度，并且可具有不同的谐振频率，例如，这可允许使用不同的频率移除支撑结构的不同部分。在各种实施例中，例如，延伸部可具有不同的锥度或没有锥度。

图20示出了包括处于四分之一波长谐振器构造中的谐振结构的示例性支撑结构2000，其具有与构建件接合的向上延伸部以及与构建板接合的向下延伸部。

图20示出了构建板2001、粉末床2003和构建件2005。支撑结构2000可以包括基部2007、向上延伸部2009和向下延伸部2011。向上延伸部2009的端部可以向下逐渐变细并且在构建件接口处与构建件2005形成附接，这可支撑构建件。向下延伸部2011的端部可以向下逐渐变细并与构建板2001和构建板接口形成附接，这可支撑支撑结构2000。另外，每个向上延伸部2009的基部和每个向下延伸部2011的基部可以在附接至基部2007时逐渐变细。

每个向上延伸部2009和每个向下延伸部2011可以是谐振结构，即，可以以谐振频率谐振。在该示例中，向上延伸部2009和向下延伸部2011可以具有相等的长度并且可以具有相同的谐振频率。此外，在该示例中，每个向上延伸部2009和向下延伸部2011可以是四分之一波长谐振器，使得谐振频率的施加将导致在每个向上延伸部的端部和每个向下延伸部的端部以及每个向上延伸部的基部和每个向下延伸部的基部处产生大的幅度摆动。以此方式，例如，当端部和基部在接口处被附接的同时尝试振动时，施加谐振频率可导致延伸部的端部和基部上的大的应力。由施加谐振频率导致的应力可以导致延伸部的端部和基部从接口脱开，从而从构建件2005和构建板2001移除支撑结构2000。

在该示例中，支撑结构2000包括固定长度、宽度和锥度的延伸部。在各种实施例中，延伸部可具有不同的长度和/或宽度，并且可具有不同的谐振频率，例如，这可允许使用不同的频率移除支撑结构的不同部分。在各种实施例中，例如，延伸部可具有不同的锥度或没有锥度。

应当注意，如本领域技术人员将容易理解的，本文描述的各种构思可以被组合和修改。为了说明这一点，图21示出了包括谐振结构和浮动基部的支撑结构的示例构造。

图21示出了根据各种实施例的示例性支撑结构2100。图21示出了构建板2101，粉末床2103和构建件2105。支撑结构2100可包括基部2107和向上延伸部2109。基部2107可被构造成能够在下面的松散粉末上浮动，类似于上文参照图6和图17所述的实施例。向上延伸部2009可以是类似于上文参考图18-20描述的实施例的谐振结构。

在完成打印操作并移除松散粉末后，可以施加激励谐振频率以移除支撑结构。

图22示出了包括振动器2200的示例系统和方法，振动器2200可以施加谐振频率以移除包括谐振结构的支撑结构。图22示出了在打印之后已经从粉末床移除的构建板2201和构建件2205。图22包括具有基部2209和向上延伸部2211的支撑结构2207，类似于图18的支撑结构1800。每个向上延伸部2211可以是谐振结构，即，可以以谐振频率谐振。

振动器2200可联接到基部2209，使得可施加谐振频率以致使向上延伸部2211振动。在各种实施例中，谐振频率可经由机械传导通过介质直接或间接地施加到构建件、支撑结构、构建板等。机械激励可例如由振动器2200的超声换能器、压电换能器、微机电系统等产生。换能器可以附接到构建件2205、支撑结构2207、构建板2201等，感应的振动可以导致支撑结构随着振幅的增加而振动，直到端部从构建件和构建板脱开。

在各种实施例中，可通过具有多个谐振节点的此设计的变体调适来实现对支撑结构脱离的进一步控制。例如，可以将不同长度，宽度和/或锥度的支撑挤压件应用于构建件的不同区域。这可以允许通过应用不同的激励频率来选择性地移除支撑件。介质也可用于构建件的完全或部分浸入以加速脱离过程。声波和加热也可用于驱动脱离过程。例如，整个部分可被加热到接近其合金熔点的温度，并且以此方式，支撑件或支撑结构可被弱化以易于移除。

在各种实施例中，支撑结构可以形成为使得支撑结构和构建件之间的接口(例如，接触点)可以在施加电流时基本上加热。这可以允许通过施加电流容易地移除支撑结构。

图23示出了包括被构造为通过施加电流以移除支撑结构而被熔化的部分的示例性支撑结构2300。图23示出了构建板2301、粉末床2303和构建件2305。支撑结构2300可包括基部2307和向上延伸部2309。向上延伸部2309的端部可在接口处与构建件2305形成附接，其可支撑构建件。每个向上延伸部2309可被构造成使得跨越向上延伸部和构建件2305之间的附接处施加的电流可导致附件处熔化。以这种方式，例如，施加电流可以使向上延伸部2309的端部熔化远离构建件2305，从而从构建件移除支撑结构2300。

在各种实施例中，支撑结构可以包括固定长度、宽度和锥度的延伸部。在各种实施例中，延伸部可具有不同的长度和/或宽度。在各种实施例中，接触点可以是锥形的，使得接触点与支撑结构和构建件的剩余部分相比提供相对高的电阻。在各种实施例中，例如，延伸部可具有不同的锥度或没有锥度。

图24示出了包括用于移除支撑结构的电流系统2400的示例性系统和方法，所述支撑结构包括被构造为通过施加电流以移除支撑结构而熔化的部分。图24示出了在打印之后已经从粉末床移除的构建板2401和构建件2405。图24包括具有底座2409和向上延伸部2411的支撑结构2407。每个向上延伸部2411可以构造成使得当横跨端部施加电流时，端部熔化。

当前系统2400包括电流源2413、控制器2415(例如开关)和电引线2417。电引线2417可联接到基部2409和构建件2405，使得当控制器2415关闭时来自电流源2413的电流流过向上延伸部2411的端部。以这种方式，向上延伸部2411的端部可以被熔化并且支撑结构2407可以从构建件2405移除。

图25示出了包括被构造为通过施加电流以移除支撑结构而被激励的部分的示例性支撑结构2500，以及用于移除这些类型的支撑结构的示例性系统和方法。图25示出了构建板2501、粉末床2503和构建件2505。支撑结构2500可以包括基部2507和向上延伸部2509。向上延伸部2509的端部可以在界面处与构建件2505形成附接，这可以支撑构建件。线圈2511可以形成为围绕每个向上延伸部2509缠绕。线圈2511可以是例如通过熔接金属粉末形成的金属线圈。在该示例中，每个向上延伸部2509可以被构造为施加电流通过相应的线圈2511而被激励。例如，每个向上延伸部2509和线圈2511可以被构造为螺线管结构，使得向线圈施加交流电导致向上延伸部沿着线圈的轴线上下移动。以这种方式，例如，每个向上延伸部2509和构建件2505之间的附接可以被弱化和断开以移除支撑结构2500。

在该示例中，支撑结构2500包括构造为螺线管结构的延伸部和线圈。在各种实施例中，支撑结构可包括可被激励以弱化支撑结构与构建件和/或构建板之间的附接的其他类型的元件。这些元件可包括，例如，通过熔接金属粉末形成的导电部分，和例如通过施加绝缘结合剂、通过沉积绝缘非粉末支撑材料形成的电绝缘部分的组合。以这种方式，例如，可以形成许多不同类型的元件，这些元件将允许支撑结构更容易地从构建件和/或构建板移除。

图26a示出了用于结构支撑件的电磁移除的实施例的电路模型2600a。电路模型2600a包括电感器l1-l4，每个电感器l1-l4电联接在电势v2和金属杆2602之间。金属杆2600a电联接到电势v1。电感器l1-l4可模制或表示可响应于在电感器(线圈)l1-l4中流动的施加电流而产生磁场的增材制造的线圈。

在电路模型2600a中，电感器l1-l4连接到金属杆2600a的电路节点可以表示支撑结构附接点。支撑结构可在附接点处用由电感器l1-l4表示的线圈打印。当由电流激励时，由电感器l1-l4表示的这些线圈可表现为类似电磁体。当电势(外部电压源)跨接在由电势v2和v1表示的节点时，电流可以流动。以此方式，由电感器l1-l4表示的线圈产生感应磁场。

通过将由电路模型2600a表示的部分布置在外部磁场中，在外部磁场和线圈中的感应磁场之间可以存在力。该力可用于破坏附接点处的支撑件。例如，如果力是排斥的，则可在附接点处施加排斥(断开)力。力可以是排斥的或吸引的，这取决于电流的流动方向，如图26b所示。

图26b示出了在图26a的实施例中模制的电感器的线圈实现2600b。线圈实现2600b为线圈2615，其可以表示电感器，诸如图26b的电感器l1。根据电磁理论和物理学定律，当线圈2615通过流动电流i通电时，将在线圈2615中感应一磁场。如本领域普通技术人员可以理解的，感应磁场的方向可以取决于根据所提供的右手规则的电流的流动方向。另外，电流可以具有dc(直流)和ac(交流)分量。

尽管图26a和26b示出了使用增材制造的线圈用于将电磁能量转换成机械能以用于在界面处破坏支撑件，但是其他电磁或电气方法是可能的。例如，代替使用线圈，可以在界面处形成增材制造的金属环。在存在外部磁场的情况下，流过环的电流可施加扭矩。替代地，代替依赖于电磁能到机械能的转换，可以设想由增材制造熔接构造的支撑结构。当经受电流时，可熔断熔接以便断开临时支撑件的接口。

图27a示出了根据实施例的附接到表面2702的可移除支撑结构。可移除支撑结构包括支撑腿2704、支撑腿2708、以及位于支撑腿2704和2708之间的支撑结构部段2706。支撑腿2704在接口2714处接触表面2702。支撑腿2708在接口2720处接触表面2702。支撑结构部段在接口2716和2718处接触表面2702并且形成v形。此外，如图27a所示，在点x与y之间截取横截面2712。

图27b示出了图27a的实施例的可移除支撑结构的横截面2712。如图27b所示，横截面2712可以是环形区域。图27a和27b的可移除支撑结构可被设计为在连接点接口2714、2716、2718和2720处形成的薄的中空部段。这可能导致连接点接口2714、2716、2718和2720处的壳状特征。另外，在接口2714、2716、2718和2720处形成的壳状特征可被设计为是薄的，使得它们在施加高于特定阈值的力时断开。

替代地，并且另外，图27a和图27b的可移除支撑结构可被设计成使得当流体、气体或液体被迫进入孔口2710时，壳状特征断裂和/或从表面2702脱开。

虽然图27a和图27b的可移除支撑结构表示用于产生可移除结构的一种方法，但其他可移除结构也是可能的。例如，另一可移除支撑结构可以基于音叉的构思。通过使用在表面分支并形成音叉的支撑结构，可以施加振动能量以移除力。通过对具有音叉形状的支撑结构的基部施加特定的力，音叉的插脚可以谐振并且因此断裂。

在另一个实施例中，避开打印支撑结构的方法可以是将粉末保持在一起以充当支撑结构。可以施加静电荷以“熔接”粉末以用于打印过程。这可以容易地支撑悬垂结构。另外，在3d打印机中可以改变打印床取向，以减少在打印期间被保持为支撑材料的粉末的体积。反过来，这可以利用复杂悬垂结构的3d打印。

当完成悬垂结构的前几个层的打印时，可以移除静电荷。这可导致不需要或不具有支撑结构的部分，从而不需要后处理操作来移除支撑件。

在其他实施方案中，可以产生极细的基于晶格的支撑结构和海绵状支撑结构。通过将极其精细的基于晶格的支撑结构暴露于酸，可以容易地溶解支撑结构。可以通过打印额外的材料来预补偿任何材料劣化。

在另一个实施例中，来自液体和固体之间的相变的膨胀力可用于使支撑结构从该部分断开。液体可以进入小空间，然后通过将液体冷却成固体来促使相变。例如，可以迫使水而不是空气进入图27a的连接点接口2714、2716、2718和2720；并且当水冻结时，由于相变引起的膨胀力可以导致连接点接口2714、2716、2718和2720断开。

先前的描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面而提供。所属领域的技术人员将容易明白对贯穿本发明呈现的这些示范性实施例的各种修改，且本文中所揭示的构思可应用于用于移除支撑结构的其他支撑结构及系统及方法。因此，权利要求并不旨在限于本公开中通篇给出的示例性实施例，而是应被授予与语言权利要求一致的完整范围。所属领域的技术人员已知或稍后将知晓的贯穿本发明描述的示例性实施例的元件的所有结构及功能等效物既定由权利要求涵盖。此外，无论在权利要求中是否明确地叙述了这样的公开内容，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众，没有任何权利要求元件将根据35u.s.c.§112(f)的规定，或适用司法管辖区的类似法律被解释，除非使用短语“用于...的装置”明确地叙述该元件，或者在方法权利要求的情况下，使用短语“用于......的步骤”来叙述该元件。