增材制造系统及方法与流程

本公开大体上涉及一种三维物体的增材制造。

背景技术：

增材制造涉及用于制造三维物体的任何工艺，其中基础材料的连续层在计算机控制下放置。例如，物体的尺寸和形状可基于三维计算机模型或另外的电子数据源。增材制造可在制造具有复杂的结构和/或形状的物体中使用。用于制造金属物体的增材制造技术可以是劳动强度较低，可允许较大的设计自由，并且可产生比传统金属制造技术(诸如压铸、挤压等)更精确的且可重复的成品。

至少一种已知的增材制造技术(本文称为选择性激光熔化(或烧结))在包括金属粉末的粉末床内构建金属物体。例如，物体位于平台上并被完全包裹在粉末床中，使得物体的顶部被薄金属粉末层覆盖。物体顶部上方的能量源加热薄金属粉末层的选定部分，以将该部分熔合到物体的顶部上，形成物体的新顶层。

然而，金属物体在制造工艺期间可至少部分由于金属物体的不同部分之间的大的热梯度而经历大量的残余应力和/或变形。例如，在形成新顶层的金属物体顶部处的温度可明显大于靠近金属物体底部的金属物体部分的温度，并且产生的残余应力可导致金属物体变形甚至在其中形成裂缝。加热位于粉末床内的金属物体的下部来降低温度梯度(并因此降低残余应力)是不切实际的，因为热量可导致床中的金属粉末熔合在一起并合并。床中熔化的粉末可能必须丢弃而不是重复使用。出于这些原因，相对于不加热床中的金属物体，试图加热粉末床中的金属物体大大增加了在增材制造工艺中使用(及浪费)的粉末量。

在粉末床中构建金属物体的增材制造技术除由于残余应力导致的变形和/或破裂的风险之外还具有多个其它缺点。例如，制造的物体的尺寸受限制粉末的箱体的尺寸及可用的粉末量的限制。相对大的金属物体的生产可能需要粉末床中的数吨的粉末，这在获得和维护上可能是昂贵的。此外，由于粉末床的温度可能相对凉(例如，处于外界温度或接近外界温度)，构建速度可能受到限制，因为能量源加热并将金属粉末熔化到金属物体顶层所需的时间比如果金属物体和/或金属粉末维持在更高的温度所需的时间多。通过改变放置在连续层之间的金属粉末的类型来改变正在制造的金属物体的成分也是困难的并且可能是浪费的，因为粉末床内多种不同类型的粉末的混合可能污染粉末并需要丢弃整个粉末床。

技术实现要素：

本公开的一些实施例提供了一种增材制造系统，其包括板、构建支撑装置、至少一个电磁能量源和一个或多个处理器。板是至少半透明的。构建支撑装置构造成耦接到物体。构建支撑装置相对于板可移动以将物体移动到与分布在板的第一侧上的粉末的层(stratum)接触或不接触。粉末包括金属颗粒。一个或多个处理器操作地连接到至少一个电磁能量源，并且构造成控制至少一个电磁能量源发射穿透板并在离开板后撞击在层中的粉末的选定部分上以形成物体的层的一个或多个能量束。

本公开的一些实施例提供了一种用于增材制造的方法，其包括将粉末的第一层分布在板的第一侧上。粉末包括金属颗粒，并且板至少是半透明的。该方法包括将物体朝向板的第一侧移动到与粉末的第一层接触。该方法还包括引导来自至少一个电磁能量源的一个或多个能量束以穿透板并在离开板后撞击在第一层中的粉末的第一选定部分上。

本公开的一些实施例提供了一种增材制造系统，其包括板、粉末、散布机和至少一个电磁能量源。板至少是半透明的。粉末包括金属颗粒并放置在板的顶部侧上。散布机安装在板的顶部侧上方并能横穿板移动，以将粉末分散成具有指定厚度的层。至少一个电磁能量源设置在板的与顶部侧相对的底部侧下方。至少一个电磁能量源构造成朝向板发射一个或多个能量束，使得一个或多个能量束穿透板并在离开板后撞击在层中的粉末的选定部分上，以将粉末的选定部分熔化并形成保持与层接触的物体上的层。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本公开的这些和其它特征、方面以及优点，贯穿附图，其中相同的标号代表相同的部分，其中：

图1是根据一个实施例的增材制造系统的示意性横截面图。

图2是根据一个实施例的包括板和散布机的增材制造系统的一部分的透视图。

图3说明了根据图1中示出的实施例的包括板、散布机、构建支撑装置和电磁能量源的增材制造系统的一部分。

图4说明了在图3中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间的图3中示出的增材制造系统该的部分。

图5说明了在图4中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间的图3和图4中示出的增材制造系统的该部分。

图6说明了在图5中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间的图3至图5中示出的增材制造系统的该部分。

图7说明了在图6中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间的图3至图6中示出的增材制造系统的该部分。

图8说明了在图7中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间的图3至图7中示出的增材制造系统的该部分。

图9说明了在图8中示出的阶段之后的在物体的构建工艺阶段期间，图3至图8中示出的增材制造系统的该部分。

图10是根据本公开的一个实施例的用于增材制造的方法的流程图。

具体实施方式

前述发明内容及以下某些实施例的详细描述在结合附图阅读时将能更好地理解。如在本文中所使用的，以单数形式且以单词“一”或“一个”开头叙述的元件或步骤应理解为不必排除多个元件或步骤。进一步地，对“一个实施例”的引用并非旨在解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确地说明与之相反，否则“包括”或“具有”拥有特定性能的一个或多个元件的实施例可包括不具有该性能的附加元件。

本公开的实施例提供用于经由增材制造来制作三维物体(例如，工件、零件、产品等)的系统和方法。在一个或多个实施例中，物体是金属的且由包括金属颗粒的粉末制作。例如，粉末被加热或以其它方式由一个或多个电磁能量源通电，该电磁能量源将通电粉末熔化和/或熔合到物体表面上。附着在物体上的通电粉末在冷却时凝固以形成物体的新层，并且逐层连续地重复该工艺直到物体完成。本文描述的增材制造系统可以是完全自动化的，使得系统一旦开始构建操作便不需要操作员干预。如本文更详细地描述的，本公开的增材制造系统可以能够生产各种形状和尺寸的金属物体，同时降低了物体的变形和/或其中的裂缝的风险，减少了粉末浪费，减少了所需粉末量，和/或比已知的设计成制造金属物体的增材制造系统更快的构建速度。增材制造系统也可具有优于已知的增材制造系统的附加优点，如本文所述。

图1是根据一个实施例的增材制造系统100的示意性横截面图。增材制造系统100(本文被称为am系统100)包括板102、构建支撑装置104、至少一个电磁能量源106和控制单元108。在示出的实施例中，am系统100还包括散布机110、加热用具112以及粉末储存器114。粉末储存器114包括粉末116的来源，其是am系统100所利用的基础材料以形成指定的物体118。粉末116包括一种或多种金属和/或金属合金的金属颗粒。粉末116任选地还可包括非金属颗粒，诸如与金属颗粒混合的陶瓷颗粒。物体118是对应于计算机设计模型(例如，计算机辅助设计(cad)模型)或其它计算机程序指令的另外的数据源的具有特定形状和尺寸的三维材料块。图1中示出的物体118可以是仅部分完成且处于生产的中间阶段的工件。

物体118可以通过发射撞击到粉末116的表层或层上的电磁能量束的一个或多个电磁能量源106以连续顺序逐层产生，导致层的选定部分附着到物体118并形成物体118的新层。电磁能量束的发射和方向由控制单元108控制，该控制单元经由有线或无线通信路径可操作地连接到电磁能量源106。在示出的实施例中，am系统100具有一个电磁能量源106，但是在另外的实施例中，am系统100可包括以阵列或直线排列的多个电磁能量源106。

在一个示例中，粉末116可以是均质的，包括单一类型的金属或金属合金材料而没有附加的非金属填料颗粒(例如，非金属填料材料)。粉末116的金属或合金材料可包括各种金属类型(诸如铝、不锈钢、铜、镍、钴、钛等)以及各种金属类型的合金。在另外的示例中，粉末116包括多种具有或不具有非金属填料材料的不同类型的金属和/或金属合金。粉末116中的可能的非金属填料材料可包括陶瓷、聚合物、二氧化硅等。包含粉末116的粉末储存器114能够有选择性地将特定数量的粉末116释放到板102上。粉末储存器114包括沿着粉末储存器114的喷口122的阀120。阀120能够打开和关闭以控制来自粉末储存器114的粉末116的放置。阀120可操作地连接到控制单元108，使得控制单元108可响应于从控制单元108接收的控制信号而选择性地打开和关闭。在图1中，粉末116的堆134在粉末储存器114的喷口122下方设置在板102的第一侧126上。该堆124准备用于沿着板102的第一侧126散布和分布，以便为接收从电磁能量源106发射的电磁能量束做准备。

板102设置在电磁能量源106和正在制作的物体118之间。板102具有第一侧126以及与第一侧126相对的第二侧128。在示出的实施例中，构建支撑装置104、加热用具112、物体118、散布机110以及粉末储存器114沿着板102的第一侧126定位，使得第一侧126面朝这些部件，其中该部件与第一侧126机械地接触或接合或者不与第一侧126机械地接触或接合。电磁能量源106沿着板102的相对第二侧定位。

am系统100相对于横向轴线191、高度轴线192以及纵向轴线193取向。轴线191-轴线193互相垂直。纵向轴线193在示出的取向中延伸到纸面中及延伸到纸面外。轴线191-轴线193不是必须具有相对于重力的特定取向。在至少一个实施例中，高度轴线192在大体上平行于重力的竖直方向上延伸。例如，在图1中板102的第一侧126可以是板102的竖直地面向上方的顶部侧，并且板102的第二侧128可以是板102的竖直地面向下方的底部侧。粉末116的堆124经由重力保留在板102的第一侧或顶部侧126上。例如，粉末116的重量防止粉末116移动离开板102。

板102是至少半透明的，并且可以是完全透明的。从电磁能量源106发射的电磁能量束在撞击到粉末116的层上之前穿透通过板102的厚度，以将粉末116的选定部分熔合到物体118上。板102是刚性的。第一侧126和第二侧128可以是平面的并彼此平行。板102可以是或可以包括玻璃、铝、聚碳酸酯等。在一个非限制性示例中，板102由单晶蓝宝石(例如，氧化铝)材料组成。

加热用具112包括在构建工艺期间至少部分地包围物体118的外壳130。加热用具112还包括在外壳130内产生热能(即，热)的加热元件132。加热用具112调节物体118的温度。例如，加热用具112可在构建工艺期间加热物体118，使得物体118的内部温度比外壳130外部的外界室温高。与如果物体未被加热相比，温度升高的物体118可允许粉末116更容易地附着到物体118。例如，与如果物体未被加热相比，粉末116的电磁能量撞击在其上的部分可更快地附着到加热的物体118和/或需要更少的束能量，这使得能够更快和/或更有效地制作物体118。

外壳130可完全地或仅部分地包围物体118。图1中的外壳130具有多个隔热壁，其包括两个侧壁134、连接到侧壁134并在侧壁134之间延伸的顶板136以及也在侧壁134之间延伸的背景中的后壁138。外壳130可包括在图1的剖视图中被去除的前壁。在示出的实施例中，外壳130与板102的第一侧126接合，使得板102限定外壳130的底板以阻止热在外壳130外消散。在替代的实施例中，外壳130可与板102间隔开。外壳130包括穿过临近粉末储存器114的侧壁134的开口139。开口139的尺寸设计成允许散布机110穿过开口139进入外壳130，以将粉末116分布在外壳130内的板102的第一侧126上。在替代的实施例中，外壳130可没有开口139。例如，散布机110在整个构建工艺中可保留在外壳130内而不离开外壳130，或者外壳130可以悬挂在远离板102的一距离处，使得散布机110经过外壳130和板102之间。

加热元件132可包括将电能(即，电流)转换成供应给外壳130的热能的电气的电阻元件。例如，加热元件132可经由电缆导电地连接到电源(诸如壁装电源插座)，以接收用于产生热的电流。加热元件132可包括控制电路和/或控制装置(例如开关，继电器等)，其调节产生并供应到外壳中的热量以控制外壳130内的温度。控制单元108可经由有线或无线连接可操作地连接到加热元件132。控制单元108可将电信号传达到加热元件132以控制加热元件132，从而将外壳130的温度和/或物体118的内部温度维持在指定温度或指定温度范围内。例如，物体118在构建工艺期间的指定温度可大于100°f(56℃)，诸如但不限于，200°f(111℃)、300°f(167℃)或500°f(278℃)。指定温度可选定成低于但相对接近粉末116的熔化温度，诸如在熔化温度的指定范围内(例如在100°f内或在200°f内)。

构建支撑装置104耦接到物体118并且相对于板102是可移动的，以使物体118在接触位置和分离位置之间往复移动。在分离位置中，构建支撑装置104将物体108保持在与板102的第一侧126间隔开。在图1中物体118处于分离位置。例如，构建支撑装置104可将物体118提升并悬挂在第一(例如，顶部)侧126及设置在第一侧126的粉末116的任何表层或层上方。当构建支撑装置104将物体118移动到接触位置时，物体118可与板102的第一侧126和/或散布到第一侧126的粉末116的层接合。

构建支撑装置104可包括耦接到物体118的平台140、以及使平台140相对于板102移动的线性驱动机构142。平台140经由一个或多个粘合剂、紧固件(例如螺母和螺栓等)、夹具、闩锁、带、钩等可移动地耦接到物体118。在示出的实施例中，平台140耦接到物体118的近端端部150。物体118的近端端部150与物体118的远端端部152相对。当物体118移动到接触位置时，物体118的远端端部152与板102的第一侧126或至少与第一侧126上的粉末116的层接合。在物体118的近端端部150形成后，在剩余的构建工艺期间，近端端部150不与板102或粉末116接合。处于分离位置的平台140的位置可基于物体118的远端端部152和板102的第一侧126之间的阈值下限距离或间距。例如，阈值下限距离可至少略微地大于从第一侧126到散布机110的顶部的距离，这确保了在物体118处于分离位置时散布机110可经过物体118和板102之间。

线性驱动机构142可包括任何合适的机电机动化致动器和相关的机械联动装置。在示出的实施例中，线性驱动机构142耦接到外壳130的顶板136。例如，线性驱动机构142从顶板136延伸到平台140，并且构建支撑装置104设置在加热用具112的外壳130内。替代地，线性驱动机构142可安装到外壳130的侧壁134或可不与外壳130连接。在示例性的替代实施例中，线性驱动机构142可与板102直接连接或可安装在支撑结构(而不是外壳130)上。

构建支撑装置104的线性驱动机构142经由有线或无线通信路径可操作地连接到控制单元108。控制单元108将电信号传达到线性驱动机构142，以在构建工艺期间控制物体118相对于板102的定位。应理解的是，当物体118处于接触位置时，平台140相对于板102和加热用具112的位置可在构建工艺期间随着物体118的尺寸增加而改变。例如，在构建工艺中当物体118相对小于在构建工艺中当物体118更大时，平台140更靠近板102以提前达到接触位置。相似地，当处于分离位置时，平台140相对于板102和加热用具112的位置也可在构建工艺期间随着物体118扩大而改变。

从电磁能量源106输出的能量束具有足够量的能量以促进将粉末116熔化和/或熔合到物体118的远端端部152上。电磁能量源106可以是或包括激光束发生器、电子束发生器等。例如，在电磁能量源106是激光束发生器的实施例中，电磁能量源106产生并发射代表能量束的激光束。在一个非限制性示例中，激光束发生器可以是光纤激光。在电磁能量源106是电子束发生器的实施例中，电磁能量源106产生并发射代表能量束的电子束。电子束发生器任选地可以是单晶阴极、多束装置。电磁能量源106任选地还可包括一个或多个透镜、准直仪、镜子和/或用于将能量束朝向板102的不同选定区域引导的类似物。电磁能量源106经由有线或无线通信路径可操作地连接到控制单元108。控制单元108将电气信号传达给电磁能量源106以控制在构建工艺期间产生和发射的能量束的计时和密度，并且引导和指引能量束撞击到散布在板102上的粉末116的位置。

控制单元108包括构造成基于程序指令操作的一个或多个处理器154。控制单元108可包括附加特征或部件，诸如数据存储装置(例如存储器)、输入/输出(i/o)装置和/或无线通信装置。存储器可存储指示一个或多个处理器154的功能的程序指令(即软件)。例如，存储器可存储与正在制作的物体118相关联的数据文件(诸如cad文件)。控制单元(例如其一个或多个处理器154)可基于数据文件中的指令控制电磁能量源106的操作，以将物体118生产为数据文件中的数字化物体的复制品。控制单元108还可在构建工艺期间控制一个或多个构建支撑装置104、加热用具112、散布机110和/或粉末储存器114上的阀120。在图1中，控制单元108经由电线156导电地连接到电磁能量源106、加热用具112的加热元件132、散布机110和构建支撑装置104以控制这些部件的操作。尽管未示出，控制单元108可经由电线导电地连接到粉末储存器114上的阀120以控制将粉末116放置到板102上。替代地，控制单元108可通过使用收发器、发射机等传递无线控制信号而与这些部件无线通信，而不是沿着电线156导电地传输控制信号。

任选地，图1中示出的am系统100的所有部件或至少其子集可包含在壳体(未示出)中或安装在壳体上，以限定单个增材制造装置。壳体可将电磁能量源106相对于板102稳固在固定位置。增材制造装置的尺寸可设计成安放在桌子或地板上。

图2是根据一个实施例的包括板102和散布机110的am系统100的部分的透视图。散布机110可横穿板102移动，以将粉末116散布和分布到板102的第一侧126上。散布机110将堆124(在图1中示出)横穿板102分散以形成粉末的层202或表层。例如，散布机110通过将堆124推动和/或压平来使堆124分散，以将堆124的表面面积延伸成指定形状、尺寸和/或厚度，以形成层202。层202的厚度可以是在层202的整个面积上或至少在大部分面积上是均匀的。层202的指定厚度可相对薄，诸如小于100微米。在一个非限制性示例中，散布机110可使粉末116分散以形成具有大约30微米或大约60微米的厚度的层202。散布机110可沿着高度轴线192相对于板102的第一侧126调节以控制所得到的层202的厚度。

在示出的实施例中，散布机110沿着纵向轴线193伸长。散布机110可以是圆柱形滚筒、叶片(例如重新涂覆叶片)等。散布机110相对于板102平行于横向轴线191移动以将粉末116分散和分布成层202。任选地，散布机110耦接到设置有用于使散布机110平行于横向轴线191移动的路径的轨道204。轨道204相对于板102固定在位，且任选地可接合到板102。例如，轨道204可安装到板102的第二侧128。散布机110经由安装臂206耦接到轨道204。安装臂206和/或轨道204可包括控制散布机110和安装臂206相对于轨道204和板102的移动的机动化致动器。

图3示出根据图1中示出的实施例的包括板102、构建支撑装置104的平台140、散布机110和电磁能量源106的am系统100的一部分。图3中的说明示出了物体118的构建工艺的中间阶段期间的am系统100，使得图3中的物体118是未完成且不完整的。

图3中示出的说明可在图1中示出的阶段之后。例如，在将粉末116的堆124(图1中示出)放置在板102的第一侧126上后，控制散布机110在第一方向302上横穿板102的第一侧126移动，以将粉末116分布成层202。为了描述的目的，层202的厚度在图3中可以是夸大的。例如，层202可相对薄，诸如小于100微米。散布机110的移动将粉末116分散到第一侧126上以具有相对均匀的厚度。当构建支撑装置104将物体118保持在分离位置时，散布机110在第一方向302上移动，这允许散布机110在物体118和板102之间移动，而物体118不会干扰散布机110的移动。如以上参考附图1所述，控制单元108(图1中示出)可控制构建支撑装置104和散布机110的运动使得构建支撑装置104在散布机110在第一方向302上的整个移动时保持在分离位置，并且然后在相反方向上返回到散布机110的静止位置。

在示出的取向中，构建支撑装置104将物体118提升到板102上方，并且散布机110在物体118下方移动以将粉末116分散成物体118下方的层202。层202经由重力保留在板102的第一(或顶部)侧126上。电磁能量源106设置在板102的第二(或底部)侧128下方。板102设置在层202和电磁能量源106之间，并且层202设置在物体118和板102之间。

图4说明在图3中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3中示出的am系统100的该部分。散布机110被示出为处于静止位置，并且构建支撑装置104处于接触位置。在一个实施例中，在散布机110将粉末116分散成层202并返回到静止位置后，控制构建支撑装置104使物体从分离位置移动到接触位置。构建支撑装置104朝向板102的第一侧126移动，直到物体118的远端端部152与层202接合。物体118可响应于远端端部152与层202接合而到达接触位置。在说明性的取向中，构建支撑装置104使物体118竖直地降低到层202上。如上所述，构建支撑装置104的移动可由控制单元108(图1中示出)控制，该控制单元包括其一个或多个处理器154(图1)。

图5说明在图4中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3和图4中示出的am系统100的该部分。在构建支撑装置104将物体118移动到与层202接合后，控制电磁能量源106以生成并朝向板102发射一个或多个能量束304。能量束304可以是激光束或电子束。引导能量束304以穿透处于预定位置的透明或半透明的板102。能量束通过第二侧128进入板102并通过第一侧126离开板102。能量束穿过板102并在离开板102时撞击在层202的选定部分310上。能量束304将粉末116熔化和/或熔合在层202的选定部分310中，这导致选定部分310附着在物体118的远端端部152以形成物体118的新层。

控制单元108(图1中示出)的一个或多个处理器154控制能量束304从电磁能量源106的发射和引导。例如，电磁能量源106仅控制为在构建支撑装置104保持物体118与层202接触时发射能量束304。基于计算机设计模型确定接收能量束304的层202的选定部分310。例如，根据计算机设计模型，物体118的不同层可具有不同截面形状和/或尺寸。经由使用可定位光学器件(诸如透镜、准直仪、镜子和/或类似物)可将能量束304引导到层202的选定部分310。

在本公开的一个或多个实施例中，贯穿参考图3、图4和图5所述的阶段，物体118设置在加热用具112(图1中示出)的外壳130内。例如，整个(或至少大部分的)物体118可设置在加热用具112的外壳130(图1)内。物体118可通过加热用具112加热以将物体118的温度维持在比am系统100周围的外界温度高的指定温度或维持在指定温度范围内。例如，物体118可通过加热用具112加热，以在物体118朝向板102的第一侧126移动时、在物体118与层202接触时以及在能量束304朝向层202的选定部分310发射时具有高于外界温度的升高的温度。指定温度(或温度范围)可小于但是相对接近于物体118的材料的熔化温度。例如，如果物体118的熔点是。

因为物体118的全部(或至少大部分)质量被加热到指定温度，物体118不经历物体118的不同部分之间的明显热梯度。例如，在制造工艺期间，物体118的所有部分可处于彼此小的温度范围内，诸如2°f、5°f、10°f等。因为熔合到层202的选定部分310的物体118的远端端部152处的温度类似于物体118的近端端部150的温度(例如，处于小的温度范围内)，物体118在制造工艺期间不会经历由热梯度引起的内部残余应力和/或变形。由于本文所述的制造工艺的方法学及物体118的相对均匀加热，本文所述的am系统100能够准确地且一致地生产相对于已知的增材制造系统具有降低的裂缝、变形等风险的包含金属的零件。

图6说明在图5中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3至图5中示出的am系统100的该部分。在层202的选定部分310熔合到物体118之后，控制电磁能量源106停止能量束304的发射。之后，控制构建支撑装置104将物体118远离板102移动到分离位置。将熔合到物体118上以在物体118上形成新层312的粉末116与板102上的粉末116的剩余部分314分离。剩余部分314代表层202中的未选定且未通过能量束304熔合到物体118上的粉末116。应当理解的是，包括在图6中的将新层312与物体118的前一远端端部分开的虚线仅用于描述的目的且不暗示物体118的连续层之间的任何物理分离或接缝的存在。层312可当在分离位置暴露于附加空气流时冷却并凝固。

在将物体118远离板102移动之后，任选地可将层202中的粉末116的剩余部分314从板102上清除。例如，粉末116可被扫除、吹走、吸走或以其它方式移动至收集储存器(未示出)中以用于粉末116的再利用或丢弃。在移除层202的剩余部分314之后，可将粉末的另一层放置并分布在板102的第一侧126上，以便为物体118的连续层的施加做准备。替代地，在放置附加粉末以形成后一层之前，可不将前一层202的剩余部分314从板102的第一侧126上移除。例如，新粉末可与剩余部分314混合以限定后一层。

图7说明在图6中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3至图6中示出的am系统100的该部分。图7示出控制散布机110当物体118保持在分离(提升)位置时将粉末116的随后的第二层402分散到板102的第一侧126上。图7中的阶段与图3中示出的阶段相似，除了在图7中物体118具有新层312，该新层限定了物体118的远端端部152。任选地，散布以形成第二层402的粉末116可以是与图1至图6中示出的粉末116相同类型的粉末。替代地，散布在第二层402中的粉末116可以是与形成之前的层202(本文也称为第一层202)的粉末116不同的粉末(例如不同类型的粉末)。例如，am系统100可以通过改变层的成分使不同的层能够分级(例如改变物体118的材料成分)。与已知的利用粉末床的增材制造系统相比，当分级时，am系统100可减少浪费的粉末量。例如，即使如果层中的粉末的剩余部分在每层都施加到物体118之后放置，剩余部分中的粉末数量也比当改变和/或混合粉末床中的粉末时浪费的粉末数量少得多。

图8说明在图7中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3至图7中示出的am系统100的该部分。在将第二层402分布到板102上之后，再次控制构建支撑装置104将物体118朝向板102的第一侧126移动，直到物体118的远端端部152(由新添加的层312限定)与第二层402接触。图9说明在图8中示出的阶段之后的在物体118的构建工艺阶段期间的图3至图8中示出的am系统100的该部分。一旦物体118的远端端部152与第二层402接触，便控制电磁能量源106再次朝向板102生成并发射一个或多个能量束304。如以上参考图5所述，引导能量束304穿透板102并撞击在第二层402中的粉末116的选定部分410上。选定部分410可具有与图5中示出的第一层202的选定部分310不同的横截面尺寸和/或形状。将选定部分410中的粉末116熔化和/或熔合到物体118的之前的层312上以形成物体118的新层，如上所述。例如，构建工艺可重复以使得物体118的每个连续层(例如，附加层)形成在前一层上，以逐渐形成限定完成的或完整的物体118的包含金属的材料的固体块。

图10是根据本公开的一个实施例的用于增材制造的方法500的流程图。方法500可通过图1中示出的控制单元108的处理器154全部或至少部分地执行。参考图1至图9，方法500从502处开始，其中将粉末116的层202放置并分布在透明或至少半透明的板102的第一侧126上。粉末116包括金属颗粒。粉末116可通过使散布机110横穿板102的第一侧126移动将粉末116分散成层202而分布在板102上。层202可具有均匀厚度。例如，层202的厚度可小于100μm。

在504处，加热加热用具112的外壳130内的物体118。加热用具112可以是烤箱或火炉。外壳130内的物体118是经由增材制造形成的不完整制造的零件或工件。加热物体118以将物体118的温度升高到外界周围环境的温度以上。外壳130内的物体118可耦接到将物体118保持在构建支撑装置104和板102之间的构建支撑装置104。

在506处，使物体118朝向板102的第一侧126移动，使得物体118与粉末116的层202接触。例如，物体118可通过包括线性驱动机构142的构建支撑装置104移动。在物体朝向板102移动期间和当物体118与层202接合时，物体118任选地可保留在外壳130内。

在508处，将来自一个或多个电磁能量源106的一个或多个能量束304朝向板102及板上的粉末116的层202引导。电磁能量源沿着板102的与层202相对的一侧设置。一个或多个能量束穿透板102并在离开板102时撞击在层202的选定部分310中的粉末116上。能量束304将粉末116熔化和/或熔合在选定部分310中，导致熔化的粉末116附着在物体118的远端端部152，这形成物体118的(新)层312。熔化的粉末116可经由表面张力(例如毛细管现象)和/或化学键合附着到物体118。选定部分310可基于计算机设计模型，并且通过控制与电磁能量源106相关联的可调节光学器件(诸如透镜、镜子等)将能量束304引导到选定部分310。

在至少一个实施例中，am系统100可取向成使得板102的第一侧126大体上竖直地面向上方，并且粉末116的层202经由重力保留在第一侧126上。一个或多个电磁能量源106设置在板102的第二或底部侧128下方，使得板在电磁能量源106和粉末116之间。

在510处，将物体118远离板102的第一侧126移动，使得物体118与保留在层202中的粉末116间隔开。物体118可通过控制构建支撑装置104将物体118从层202中的剩余粉末116提起而移动。附着到物体118以形成层312的熔化的粉末116的该部分保留在物体118上并当物体118远离板102移动时与层202分离开。在512处，任选地可在物体118远离板102移动之后，将层202中的粉末116的剩余部分314从板102移除。例如，移除的粉末可被丢弃或收集以用于再利用。剩余部分314的移除是任选的，因为附加数量的粉末116可添加到板102上的剩余部分314以形成随后的第二层402，其用于将后一层施加到物体118上。

在514处，确定物体118是否完成制造。该确定可参考程序指令(诸如与物体118相关联的计算机设计模型)来解决。如果物体118在层312的附加之后未完成，则方法500的流程返回到502以将后一层施加到物体118的层312上。例如，在返回到502后，将附加数量的粉末116分布在板102的第一侧126上以形成第二层402。第二层402中的粉末116可以是与第一层202中的粉末116相同类型的粉末或可以是与第一层中的粉末不同类型的粉末。另一方面，如果确定物体118完成且不需要附加层，则方法500可结束。任选地，方法500可再次开始以生产与之前的物体118相同或不同的另一物体。

此外，本公开包括根据以下条款的实施例：

条款1：一种增材制造系统，包括：板，所述板是至少半透明的；构建支撑装置，所述构建支撑装置耦接到物体，所述构建支撑装置相对于所述板可移动，以将所述物体移动到与分布在所述板的第一侧上的粉末的层接触或不接触，其中所述粉末包括金属颗粒；至少一个电磁能量源；以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器操作地连接到所述至少一个电磁能量源并构造成控制所述至少一个电磁能量源发射穿透所述板并在离开所述板后撞击在所述层中的所述粉末的选定部分上以形成所述物体的层的一个或多个能量束。

条款2：根据条款1所述的系统，进一步包括：加热用具，所述加热用具包括包围所述物体和所述构建支撑装置的至少一部分的外壳。

条款3：根据条款2所述的系统，其中所述加热用具构造成加热所述物体以将所述物体维持在指定的温度或温度范围。

条款4：根据条款1所述的系统，其中所述板设置在所述物体和所述至少一个电磁能量源之间。

条款5：根据条款1所述的系统，进一步包括：散布机，所述散布机沿着所述板的所述第一侧设置并可横穿所述板移动，以分散所述粉末而形成具有指定厚度的所述层。

条款6：根据条款5所述的系统，其中一个或多个处理器操作地连接到所述散布机并构造成控制所述散布机横穿所述板移动，以在所述构建支撑装置将所述物体保持在离开所述板的分离位置使得所述散布机穿过所述物体和所述板之间时分散所述粉末。

条款7：根据条款1所述的系统，其中所述一个或多个处理器可操作地连接到所述构建支撑装置并构造成控制所述构建支撑装置在发射所述一个或多个能量束期间保持所述物体与所述层接触且在发射所述一个或多个能量束之后使所述物体离开所述板移动，使得形成的所述物体的层与所述层中的所述粉末的剩余部分间隔开。

条款8：根据条款1所述的系统，其中除金属颗粒之外，所述粉末还包括非金属颗粒。

条款9：根据条款1所述的系统，其中所述板的其上分布有所述粉末的所述层的所述第一侧是所述板的顶部侧，并且所述层经由重力保留在所述顶部侧上，所述至少一个电磁能量源设置在所述板的与所述顶部侧相对的底部侧下方。

条款10：根据条款1所述的系统，其中所述至少一个电磁能量源包括激光束发生器或电子束发生器。

条款11：根据条款1所述的系统，其中所述板包括单晶蓝宝石材料。

条款12：一种用于增材制造的方法，所述方法包括：将粉末的第一层分布到板的第一侧上，其中所述粉末包括金属颗粒，并且所述板是至少半透明的；将所述物体朝向所述板的所述第一侧移动到与所述粉末的所述第一层接触；以及引导来自至少一个电磁能量源的一个或多个能量束穿透所述板并在离开所述板后撞击在所述第一层中的所述粉末的第一选定部分上以形成所述物体的第一层。

条款13：根据条款12所述的方法，其中所述第一层的分布包括：将散布机横穿所述板的所述第一侧移动以分散所述粉末。

条款14：根据条款12所述的方法，进一步包括：当所述物体朝向所述板的所述第一侧移动时且当所述物体与所述板上的所述粉末的所述第一层接触时加热处于加热用具的外壳内的物体。

条款15：根据条款12所述的方法，其中所述板的其上分布有所述粉末的所述层的所述第一侧是所述板的顶部侧，并且所述第一层经由重力保留在所述顶部侧上，所述至少一个电磁能量源设置在所述板的与所述顶部侧相对的底部侧下方。

条款16：根据条款12所述的方法，进一步包括：在引导所述一个或多个能量束穿过所述板之后将所述物体远离所述板的所述第一侧移动，使得所述物体的所述第一层与所述第一层中的所述粉末的剩余部分间隔开。

条款17：根据条款16所述的方法，其中，在将所述物体远离所述板的所述第一侧移动之后，所述方法进一步包括：将所述第一层中的所述粉末的所述剩余部分从所述板的所述第一侧移除。

条款18：根据条款16所述的方法，其中，在将所述物体远离所述板的所述第一侧移动之后，所述方法进一步包括：将所述粉末或不同粉末的第二层分布在所述板的所述第一侧上，并且将所述物体朝向所述板的所述第一侧移动，使得所述物体的所述第一层与所述第二层接触；

条款19：根据条款12所述的方法，进一步包括：将所述物体耦接到构建支撑装置，使得所述物体悬挂在所述构建支撑装置和所述板之间，并且其中经由致动所述构建支撑装置的线性驱动机构使所述物体相对于所述板移动。

条款20：一种增材制造系统，包括：板，所述板是至少半透明的；粉末，所述粉末包括金属颗粒，所述粉末放置在所述板的顶部侧上；加热用具，所述加热用具安装在所述板的顶部侧上方，所述加热用具包括包围相对于所述板可移动的物体以加热所述物体的外壳；散布机，所述散布机安装在所述板的所述顶部侧上方并可横穿所述板移动以将所述粉末分散成具有指定厚度的层；以及至少一个电磁能量源，所述电磁能量源设置在所述板的与所述顶部侧相对的底部侧下方，所述至少一个电磁能量源构造成朝向所述板发射一个或多个能量束，使得所述一个或多个能量束穿透所述板并在离开所述板后撞击在所述层中的所述粉末的选定部分上，以熔化所述粉末的所述选定部分并当所述物体保持与所述层接触时在所述物体上形成层。

尽管使用空间性的和方向性的术语(诸如顶部、底部、下部、中部、横向的、水平的、竖直的、前面等)描述本公开的实施例，应当理解的是，这些术语仅关于附图中示出的取向而使用。取向可以是颠倒的、旋转的或以其他方式改变，使得上部是下部，下部是上部，水平的变成竖直的等。

本文的实施例的图示可说明一个或多个控制单元或处理单元，诸如图1中示出的控制单元108。应当理解的是，控制单元或处理单元可代表执行本文所述的操作的可作为硬件与相关联的指令(例如存储在有形的和无形的计算机可读存储介质(诸如计算机硬盘、rom、ram等)上的软件)实施的电路、电路系统或其一部分。硬件可包括硬连线为执行本文所述的功能的状态机电路。硬件可包括电子电路，其包括和/或连接到一个或多个基于逻辑的装置，诸如微处理器、处理器、控制器等。任选地，控制单元108或控制单元的一个或多个处理器154可代表处理电路，诸如一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、微处理器、量子计算装置和/或类似物。各种实施例中的电路可构造成实施一个或多个算法以执行本文所述的功能。无论在流程图或方法中是否清楚地确定，一个或多个算法可包括本文公开的实施例的各方面。

如本文所使用的，术语“控制单元”等可包括任何基于处理器的系统或基于微处理器的系统，其包括使用微处理器、精简指令集计算机(risc)、专用集成电路(asic)、逻辑电路和任何其它包括硬件、软件或其组合的能够实施本文所述的功能的电路或处理器的系统。这些仅是示例性的，并且因此并非旨在以任何方式限制这些术语的定义和/或含义。图1中示出的控制单元108构造成实施存储在一个或多个存储元件(诸如一个或多个存储器)中的一组指令，以便处理数据。该一组指令可包括指示控制单元108(例如控制单元的处理器154)作为处理机执行特定操作(诸如本文所述的主题的各种实施例的方法和过程)的各种命令。该一组指令可以是软件程序的形式。通过处理机对输入数据的处理可响应于用户命令，或响应于之前处理的结果，或响应于由另外的处理机做出的请求。如本文所使用的，术语“软件”包括存储在存储器中以用于计算机执行的任何计算机程序，包括但不限于ram存储器、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器以及非易失性ram(nvram)存储器。

如本文所使用的，“构造成”执行任务或操作的结构、限制或元件以对应于任务或操作的方式在结构上特定地形成、构造或适配。出于清楚和避免疑问的目的，仅能够被修改以执行任务或操作的物体并非“构造成”执行本文所使用的任务或操作。

应当理解的是，以上描述旨在是说明的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此组合使用。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出多种修改以使特定的情况或材料适合本公开的各种实施例的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开的各种实施例的参数，但是实施例决非是限制性的而是示例性实施例。在回顾以上描述后对于本领域普通技术人员而言许多其它实施例将是显而易见的。因此，本公开的各种实施例的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(include)”、和“其中(inwhich)”用于相应术语“包括(comprising)”、和“其中(wherein)”的简明英语等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用于标记，而并非旨在暗示对其物体的数值要求。进一步，以下权利要求的限制并非以装置加功能的格式撰写且并非旨在基于美国法典第35章第112(f)节来解释，除非且直到这样的权利要求限制明确地使用短语“用于……装置(meansfor)”且随后是对功能的叙述而没有进一步结构。

该书面描述使用示例来公开本公开的各种实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开的各种实施例，包括制造并使用任何装置或系统并执行任何合并的方法。本公开的各种实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果示例包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其它示例旨在落入权利要求的范围内。