本发明涉及增材制造，并且更特别地，涉及分配粉末层的3d打印工艺。
背景技术：
增材制造(additivemanufacturing,am)，也被称为实体自由成形制造(solidfreeformfabrication)或3d打印，是指三维物体由原料(例如粉末、液体、悬浮液或熔化固体)以一系列的二维层或横截面而建造的制造工艺。与之相反，传统加工技术涉及减材工艺并生产从库存材料(例如，木头块、塑料块或金属块)切出的物体。
在增材制造中可以使用各种增材工艺。各种工艺在沉积层以形成完成物体的方式上和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔化或软化材料以生产层，例如，选择性激光熔化(selectivelasermelting；slm)或直接金属激光烧结((directmetallasersintering；dmls)、选择性激光烧结(selectivelasersintering；sls)、熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling；fdm)，而另外一些方法则使用不同技术(例如，立体光刻(stereolithography；sla))来固化(cure)液体材料。
烧结是熔融小粒(例如，粉末)来形成物体的工艺。烧结通常涉及加热粉末。当在烧结工艺中将粉末状的材料加热至足够温度时，粉末颗粒中的原子扩散穿越颗粒边界，从而将颗粒熔融在一起以形成固体件。与熔化相反，烧结中使用的粉末无需达到液相。由于烧结温度不必达到材料熔点，通常对诸如钨和钼的具有高熔点的材料使用烧结。烧结和熔化两者均可以用于增材制造。
常规的基于粉末的增材制造系统可以在平台上沉积粉末状的材料的层。激光束或电子束被用作能量源，用于烧结或熔化粉末状的材料，并且一般在粉末状的材料的层中的选定点上引导束并且在跨层的选定位置处激活使之进行光栅扫描。一旦已经烧结或熔化第一层上的所有选定位置，平台就被降低并且新的粉末状的材料的层被沉积在已完成的层的顶部上，并且所述工艺逐层重复直至生产出期望物体。
技术实现要素：
在一方面，一种增材制造系统包括：工作台，具有用于支撑要制造的物体的顶表面；支撑结构；致动器，耦接至工作台或支撑结构中的至少一个以形成在这两者之间的沿着平行于顶表面的第一轴线的相对运动；多个打印头，安装在支撑结构上；以及能量源。每个打印头包括分配器以用于在工作台上方输送进料(feedmaterial)的多个连续的层。打印头沿着垂直于第一轴线的第二轴线而间隔开，使得在沿着第一轴线的运动期间，多个打印头在沿着第一轴线的多个平行狭条(swath)中分配进料。能量源经构造以熔融进料的至少一部分。
特征可以包括以下中的一个或多个。工作台可以具有建造宽度，并且多个打印头可以经布置以使得进料的多个平行狭条跨越建造宽度。多个打印头可以以交错阵列的方式而布置，其中打印头的一部分沿着第二轴线重叠。交错阵列可以包括第一列和第二列，第一列包括具有第一分配器的第一打印头，第二列包括具有第二分配器的第二打印头。
第一分配器可以包括第一分配区域并且第二分配器可以包括第二分配区域，它们经布置以使得第一区域与第二区域邻接而不沿着第二轴线重叠。第一分配器可以包括第一分配区域并且第二分配器可以包括第二分配区域，它们经布置以使得第一区域与第二区域沿着第二轴线重叠。
延展器(spreader)(刀片和/或辊)可以延展输送到第一区域与第二区域重叠的区域的进料。可以包括延展器。
第一分配器可以包括第一多个可独立控制的开口并且第二分配器包括第二多个可独立控制的开口，并且控制器可以经构造以致使第一分配器和第二分配器的开口在沿着第二轴线不重叠的区域中进行分配。
多个打印头可以并排布置。相邻的打印头的分配区域可以沿着第二轴线被间隙所分开。延展器(例如，刀片和/或辊)可以将由分配器输送的进料延展到间隙中。
多个打印头可以包括第一打印头和与第一打印头相邻的第二打印头。第一打印头可以包括第一分配器并且第二打印头可以包括第二分配器，并且第一分配器和第二分配器中的每一者可以经构造以在邻近间隙的第一区域处以比距间隙更远的第二区域处更高的速率分配进料。第一分配器可以包括第一多个可独立控制的开口且第二分配器可以包括第二多个可独立控制的开口，并且控制器可以经构造以致使第一分配器和第二分配器的开口在第一区域中以比第二区域更高的速率进行分配。
能量源可以包括多个能量源，并且每个相应打印头可以包括来自多个能量源的相应能量源。每个相应能量源可以经构造以熔融由相应打印头分配的狭条中的进料。能量源可以与打印头分开地安装到支撑件。
热源可以经构造以将进料加热到低于进料的颗粒熔融的温度的温度。热源可以包括多个热源，并且每个相应打印头可以包括来自多个热源的相应热源。每个相应热源可以经构造以加热由相应打印头分配的狭条中的进料。热源可以与打印头分开地安装到支撑件。
延展器可以经构造以使在工作台上方分配的进料平滑化。延展器可以包括刀片和/或辊。延展器可以包括多个延展器，并且每个相应打印头可以包括来自多个延展器的相应延展器，延展器经构造以使由相应打印头分配的狭条中的进料平滑化。延展器可以与打印头分开地安装到支撑件。
多个打印头可以包括第一多个第一打印头和第二多个第二打印头，每个第一打印头包括第一分配器并且每个第二打印头包括第二分配器。第一多个打印头可以沿着第二轴线而间隔开，第二多个打印头可以沿着第二轴线而间隔开，并且沿着第一轴线与多个打印头间隔开，并且第一多个打印头中的每个第一分配器可以具有第一分配区域，所述第一分配区域与第二多个打印头的对应的第二分配器的对应的第二分配区域重叠。每个第一分配器可以具有第一多个孔并且每个第二分配器可以具有第二多个孔。
第一多个孔可以沿着第二轴线与第二多个孔对准。第一分配器可以包括用于保持第一进料的贮槽(reservoir)并且第二分配器可以包括用于保持第二进料的贮槽。第一材料可以是具有第一粒度的第一粉末并且第二材料可以是具有小于第一粒度的第二粒度的第二粉末。第一材料和第二材料可以具有相同材料组成，或者第一材料和第二材料可以具有不同材料组成。
每个第一分配器可以包括第一多个可独立控制的开口并且每个第二分配器可以包括第二多个可独立控制的开口，并且控制器可以经构造以控制第一分配器和第二分配器的开口。控制器可以经构造以致使第一分配器将第一进料分配到多个体素中，并且致使对应的第二分配器将第二进料分配到第一分配器没有分配第一进料的体素中。第一材料可以是具有第一熔融温度的第一粉末并且第二材料可以是具有不同的第二熔融温度的第二粉末。能量源可安装到支撑件或保持支撑件和工作台的框架，并且能量源经构造以在第一粉末和第二粉末两者被分配之后熔融进料。
控制器可以经构造以致使第一分配器将第一进料分配到多个体素中，并且致使对应的第二分配器将第二进料分配到被第一分配器分配了第一进料的多个体素的子组中。第一材料可以是具有第一粒度的第一粉末并且第二材料可以是具有小于第一粒度的第二粒度的第二粉末。多个体素的子组可以是位于要制造的物体的边缘的体素。
第一多个孔可以沿着第二轴线与第二多个孔之间的空间对准。每个第一分配器可以包括第一多个可独立控制的开口并且每个第二分配器可以包括第二多个可独立控制的开口，并且控制器可以经构造以控制第一分配器和第二分配器的开口。控制器可以经构造以将表示3d模型中层的体素的数据划分为第一数据和第二数据，第一数据表示对应于第一多个开口的体素的第一多个平行条带，第二数据表示与第一多个平行条带交织且对应于第二多个开口的体素的第二多个平行条带，并且控制器基于第一数据控制第一多个开口并基于第二数据控制第二多个开口。第一分配器可以包括第一贮槽并且第二分配器可以包括第二贮槽，并且第一贮槽和第二贮槽可以保存相同进料。
前述内容的优点可包括但不限于以下各项。增材制造工艺可以是可扩展的。例如，制造工艺的建造床大小可以增加，或者处理时间可以减少。这些目标可通过扩展执行制造工艺的增材制造系统的部件的数量来实现。例如，一个或多个部件(例如，分配器)可以形成被称为打印头模块的单元，打印头模块可以被添加到制造系统或从制造系统中移除。通过改变打印头模块数量，制造工艺可被扩展而无需对定制制造分配器。进料层可以利用在一个方向上的单次扫描进行分配。
附图说明
图1a示出了示例性增材制造系统的示意性侧视图。
图1b是图1a中示出的增材制造系统的俯视图。
图1c示出了示例性增材制造系统的示意性侧视图。
图2示出了打印头模块的俯视图。
图3示出了图3中描述的打印头模块的侧视图。
图4a示出了进料分配器的透视图。
图4b示出了横向地对准的进料分配器。
图4c示出了横向地移位的进料分配器。
图5a至图5d示出了在打印头平台上的打印头模块和打印部件的各种布置。
具体实施方式
增材制造工艺通过包括在打印头平台中的各种打印部件来执行。随着打印头平台在支撑件上方移动，一种或多种进料由各种打印部件来沉积和处理。打印部件可以包括在打印头模块中，打印头模块可作为单个单元而添加到打印头平台或从打印头平台移除。打印部件也可直接地添加到打印头平台。通过以各种构造来布置打印头平台的打印头模块和打印部件，可扩展增材制造工艺以处理较大的建造床大小、分配相同和/或不同材料、减少处理时间和/或改善制造工艺的质量。
图1a示出了示例性增材制造系统100的示意图。系统100包括外壳102并由外壳102封闭。例如，外壳102可以允许在外壳内部的腔室101中维持真空环境，例如，约1torr或更低的压力。替代地，腔室101的内部可以是基本上纯的惰性混合气体，例如，已被过滤以移除颗粒的气体，或者腔室可通气至大气(beventedtotheatmosphere)或保持在高于大气的正压。气体可以从气源(未示出)通过气体入口103进入腔室101。来自腔室的气体可通过真空排气口104而移除。
系统100包括接收或支撑进料层的工作台105。工作台105可以包括加热器109(例如，电阻式加热器或下部灯阵列)或放置在加热器109上，加热器109可加热工作台105并且因此加热在工作台105上沉积的进料。
进行增材制造工艺的打印头组件被定位在工作台105之上。打印头组件包括支撑件(诸如平台150)，支撑件经构造以承载一个或多个打印头模块110(参见图1b)。每个打印头模块可移除地安装在平台150上。在此上下文中的“可移除地安装”表示打印头110可被安装以使得打印头110相对于平台150机械地保持在固定位置中，但是打印头110可通过使用标准手持建造工具(例如，扳手或电动式螺丝刀)移除而不破坏打印头或平台。例如，打印头110的框架可通过机械紧固件(例如，螺母和螺栓)而固定到平台150。当操作人员期望移除打印头110时，松开螺栓并且提起打印头。在其他实现方式中，打印头模块可经由其他机构(诸如磁力或锁键机构)来固定至平台150或从平台150移除。模块的固定和移除可通过机器人进行。
打印头平台150可由台架(gantry)130支撑。致动器系统152允许打印头平台150跨越工作台105而移动(例如，沿着y轴)。平台150和工作台105彼此分开，并且不支撑另一者。例如，平台150不安装在工作台105上。
控制器190控制增材制造工艺中的各种方面。例如，控制器190控制致动器系统152，并且由此控制打印头平台150的运动。控制器190也可控制包括在打印头平台150中的打印头模块110(参见图1b)的相对运动和操作。控制器也可控制包括在打印头平台150中的各种“全局”打印部件的操作。
图1b是图1a中示出的示例性增材制造系统的俯视图。打印头平台150安装在台架130的两个平行轨道130a和130b上。通过在台架130的轨道130a和130b上方滑动(例如，通过致动器)，打印头平台150可以横跨工作台105上方(沿着y轴)。
如图1b所示，打印头平台150包括一个或多个打印头模块110，打印头模块110可移除地安装在平台150上并且是平台150的一部分。打印头模块110可以包括各种3d打印部件，例如，进料分配器、延展器、热源、能量源、计量设备和冷却剂分配器。打印头模块经构造以使得打印头模块可作为单个单元安装至平台150和从平台150拆卸。这允许更容易地建造和修理增材制造系统100。此外，打印部件可被可移除地安装在模块110的框架上。例如，此举可允许替换或移除需要修理或制造工艺不需要的打印部件。
各种打印头模块110可以被构造为可互换的。例如，每个进料分配器在物理结构上可以是基本上相同的。更一般地，每个打印头模块110在物理结构上可以是基本上相同的。在上下文中，“基本上相同的”是指物理结构(例如，任何框架和将框架连接至平台的机构的尺寸)、部件的定位(诸如框架内的分配器)、进料分配孔洞位置在打印头模块可互换的足够容限内是相同的。这允许扩展制造工艺而无需部件的定制制造。应注意，“基本上一致”仍允许有某些差异，诸如打印或嵌入在打印头模块的电子设备中的序列编号、固件版本、和类似内容，差异不影响互换打印头模块的能力。
如图1b所示，打印头模块110以交错方式而布置，以便跨越工作台105的整个宽度。这允许由平台150在工作台105上方的单次通过来制造物体的层。打印头模块110在跨越工作台105形成平行条带(stripe)的区域上进行增材制造工艺。应当理解，如果分配器具有可控制的开口，那么进料层可由分配器在与打印头模块相关联的条带内以期望的图案来沉积。
平台150也可支撑全局打印部件120和122。这些全局打印部件可直接地安装在平台150上，而非安装在打印头110的框架上。打印部件120可以是全局分配器，全局分配器可分配和平滑化所沉积的进料。打印部件120和/或122可以是全局计量系统，全局计量系统可以测量与增材制造工艺相关联的各种参数。全局计量系统可以包括传感器、热像仪或光学相机中的一个或多个。另外，打印部件120或122或这两者可以是能量源，用于加热已沉积的进料。例如，模块110中的进料分配器可以沉积进料，并且120和122中的能量源可以熔融已沉积的进料。
在一个实现方式中，随着平台150跨越工作台105从左至右(沿着+y方向)而移动，第一全局计量系统120形成系统前缘(leadingedge)，接着的是打印头模块110，继而接着的是在末端的第二全局计量系统122。系统150的前缘处的全局计量系统120可以由此测量各种参数，诸如温度和/或表面(例如，工作台或下层)的竖直位置，所述表面上将被沉积有层。此数据可以被馈送到控制器190以控制打印头模块110的操作。例如，如果进料分配器是可控制的，那么表面的高度的测量可由控制器用来确定要分配的材料量以改善层厚度均匀性。类似地，层温度的数据可以用于控制输送到热源和/能量源的功率，使得将要熔融的部分升高到均匀温度。系统150的后缘(trailingedge)处的全局计量系统122可以测量与增材制造工艺相关联的各种参数，例如，被熔融/熔化的进料的温度和/或表面粗糙度。此外，此数据可以被馈送到控制器190以控制打印头模块110的操作(例如，在反馈回路中)以提供改善的均匀性。
在一些实现方式中，全局计量系统122可以沿着x方向被划分为若干分段，使得计量系统的每个分段负责测量由一个或多个打印头模块熔融的进料。
在一些实现方式中，增材制造工艺可以是单向的，即，增材制造工艺仅仅在系统150从左至右或从右至左移动时发生。在另一示例中，增材制造工艺可以是双向的，即，增材制造工艺在系统150从左至右和从右至左移动时发生。具有一个或多个模块110和全局打印部件的增材制造系统的各种实现方式将在下文详细论述。
图1c示出了制造系统的另一实现方式。此系统与图1a和图1b的系统是基本上相同的，但是在图1c中，打印头平台150附接到机器人132的机械臂131，机械人132可以在工作台105上方移动打印头平台150。机械臂131可自由且可控制地旋转，例如，机械臂131可以围绕z轴旋转90度，例如，旋转多达150度。这可允许沿着x轴进行增材制造工艺。在进料层正被处理时，机械臂131可以沿着z轴移动。这可导致进料的不均匀的轮廓，例如，进料可以具有倾斜轮廓。每个打印头模块110可移除地安装在平台150上。机械臂131的运动是由控制器190控制。
在一些实现方式中，打印头平台150可以以悬臂布置而安装。在悬臂布置中，打印头平台150由支撑件而保持在工作台105之上，支撑件仅支撑打印头平台的一端。例如，不像图1a和图1b那样其中台架130通过两个轨道(130a和130b)支撑打印头平台，在悬臂布置中，支撑件仅支撑打印头平台150的平行于y轴的一个边缘。支撑件可允许平台150在工作台105之上移动。随着平台移动，可移除地附接到平台150的打印头模块110可以执行增材制造工艺。平台150的平行于y轴且不由任何的支撑件支撑的边缘可附接到第二打印头平台。此布置可沿着x轴延伸增材制造工艺，从而允许更大的建造床大小。
在一些实现方式中，并不存在平台，而是将打印头模块直接地安装到彼此。在这种情况下，阵列的一个边缘处的打印头模块(在悬臂布置的情况下)或阵列的相对边缘处的打印头模块(在台架布置的情况下)安装在支撑件(例如，竖直的支撑板)上。
在一些实现方式(例如，在图1a至图1c中描述的实现方式)中，打印头平台150和工作台105可相对于彼此沿着z轴移动。这可通过使用一个或多个致动器或机械臂沿着z轴移动打印头平台150、或工作台105或这二者来实现。
随着进料层被沉积在工作台105上以供处理，已沉积层与打印头平台150之间的距离由于已沉积层的厚度而减小。可能期望在增材制造工艺期间保持被沉积以用于处理的层与平台150之间的距离固定。例如，这样可以改善制造工艺质量。通过使平台150相对于工作台105基于已沉积层的厚度而沿着z轴移动，而使平台150与进料层之间的距离可以保持不变。
图2示出了放置在工作台(未示出)之上的x-y平面中的打印头模块110的实施方式的俯视图。因为模块经构造以在工作台上方从左至右移动(沿着+y方向)，模块的右端是前缘而左端是后缘。模块110包括多个打印部件。例如，按从前缘至后缘的顺序，打印部件包括第一分配器204、第一延展器240(例如，辊或刀片)、第二分配器205、第二延展器241(例如，辊或刀片)、第一计量系统252、用于升高进料的温度而不熔融材料的热源234(例如，加热灯)、用于熔融进料的能量源260(例如，激光系统)、以及第二计量系统250。可以添加打印部件或可重新布置现有打印部件以允许打印头模块双向地(即，在从左至右或从右至左的方向上)进行增材制造工艺。
图3是进行增材制造工艺的打印头模块110的示意图。打印头模块110可以在工作台105上方移动(例如，沿着y轴)并且进行增材制造工艺。打印头模块的各种打印部件沿着增材制造工艺方向(例如，沿着+y方向)布置。另外，在一些实现方式中，打印部件可相对于模块110的框架移动(例如，通过致动器或电机)，例如，沿着x轴。在下文中，将按顺序描述打印部件，其中打印部件在打印头模块110下方沉积的进料的给定条带上进行增材制造工艺。
打印头模块包括第一分配器204(在打印头模块110的前缘上)，第一分配器204沉积第一进料314。第一延展器240(例如，辊或刀片)跟在打印头模块204之后并跨越工作台105均匀地分配/平滑化已沉积的进料。
可选的第二分配器205可以跟在第一延展器240之后，以便沉积第二进料312。进料312和314可以具有不同大小，和/或可以具有不同的熔化温度和材料组成。例如，第二进料312可以小于第一进料314，并且可以由此填充进料314的颗粒之间的间隙空间。在另一实现方式中，进料312和314可以具有相同的大小和烧结温度，但是可被沉积以增加每单位区域沉积的进料量。这将在下文中更详细地论述。可选的第二延展器241(例如，辊或刀片)跟在第二进料分配器205之后，第二延展器分配/平滑化已沉积的进料312和314。
进料可以是粉末。例如，进料可以是由金属(诸如，例如，钢、铝、钴、铬、和钛)、合金混合物、陶瓷、复合物、和绿砂组成的颗粒粉末。
可选的计量系统252可以跟在延展器241之后，并且可以包括表面光度仪、热像仪或光学相机中的一个或多个。例如，计量系统252可测量已沉积的进料的表面粗糙度。了解到在熔融/熔化进料之前要沉积的进料的粗糙度可有助于通过控制制造工艺来改善增材制造工艺的质量。
接着的是热源234，热源234用于升高已沉积的进料的温度。在图3中描述的实施方式中，热源234是加热灯阵列。加热灯阵列234可以将已沉积的进料312(以及如果存在的话，进料314)加热到低于其烧结或熔化温度的温度。
在热源234之后是能量源260，能量源260用于将层的选定部分熔融，例如，通过将温度升高到高于其烧结温度或熔化温度(并且随后允许此部分被冷却)。例如，能量源260可以发出束375。束375可以例如是由激光器产生的激光束、由离子源产生的离子束或由电子枪产生的电子束。束375可以将已沉积的进料中的一者或两者的温度升高到高于其相应的熔点。能量源260也可产生多个束575，束575可以熔化进料。
此外，可选择性地激活能量源260以选择性地熔融已沉积的进料的期望区域。例如，能量源260可以发出束375，束375撞击层的特定部分，由此熔化沉积在该部分中的一种或两种进料。由能量源260选择性地加热进料的特定部分可以通过选择性地激活能量源260结合相对于打印头模块框架来移动能量源260、或结合使束375在进料上方移动、或结合这两种方式来实现。
例如，能量源260可通过由控制器190(参见图1a)控制的电机或致动器来沿着垂直于打印头模块的运动(例如，y轴)的方向(例如，x轴)移动。在另一示例中，能量源260可不相对于打印头模块框架移动。然而，能量源260可以包括某种机构，例如，安装在检流器(galvo)上的镜子或压电微镜(piezoelectricmicromirror)装置，该机构可沿着垂直于打印头模块的运动方向的方向来偏转束375。微镜装置可以包括沿着垂直于打印头模块的运动方向的方向而布置的镜子的线性阵列。在所有先前所提及的情况下，相对于进料的束375的撞击位置改变。
在使用具有不同的熔化或烧结温度的两种进料的情况下，能量源260可以将在打印头模块110之下的层的整个部分升高到第一进料与第二进料的熔化或烧结温度之间的温度。因此，将仅熔融进料中的一种。这消除了对由能量源260选择性地熔融的需求。
可选的第二计量系统250跟在能量源260之后。例如，第二计量系统250可以测量已熔化的进料的性质(温度、表面粗糙度等)。这可由控制器使用来调节工艺参数，从而改善增材制造工艺质量。
图4a是示例分配器的示意图，分配器可以用于图2和图3中描述的进料分配器204。分配器204包括导管405(例如，中空圆柱)，导管405跨越工作台的宽度而延伸(沿着x轴)，所述宽度基本上垂直于在增材制造工艺期间打印头模块移动的方向(沿着y方向)。导管405耦接到储存进料314的料斗420。导管405封闭中空空间410和螺旋装置440。螺旋装置440被可旋转地安装到材料分配器204，并且电机可例如通过驱动轴来旋转螺旋装置440。
随着螺旋装置440旋转，螺旋装置440从料斗420中吸取进料314。导管405可以具有沿着其长度(沿着x轴)布置的多个开口445a-b，进料314可以从这些开口被分配到工作台上。导管405可以具有多于两个的开口，这些开口可以以距离449a间隔开。进料314通过开口445a-b的流动速率可由致动器450调节，致动器450可由控制器190控制。进料的流动速率也可通过改变螺旋装置的旋转速率或通过以另一螺旋装置替代当前螺旋装置来进行控制，另一螺旋装置可以允许更高的进料流量。例如，增加螺旋装置旋转速率可以增加分配进料的速率，反之亦然。在其他示例中，导管可以具有沿着导管的长度(沿着x轴)的连续狭槽。
在一些实现方式中，分配器204可以具有两个料斗，分配器可以位于料斗的相对端处。
分配器204可以经构造以在模块110的边缘外分配进料。例如，分配器可以包括喷射器，喷射器通过喷嘴喷射流体载体中的进料，并且喷嘴相对于工作台的表面而以一定角度定位，使得进料被分配在x方向上的超出分配器的范围外的工作台的部分上。此特征可用于在不位于分配器204正下方的工作台的区域中沉积进料。例如，如果在打印头平台的两个相邻打印头模块之间存在间隙，那么此举确保了进料将在工作台在间隙下方的部分上被沉积。此外，此举确保了可以将进料沉积到不在打印头模块正下方的工作台的部分(例如，靠近工作台边缘的区域)。
替代或另外地，分配器204可以经构造以相较打印头模块的中心处来说将更多进料输送到打印头模块110的边缘处(沿着x方向)。例如，导管405的两端处(沿着x方向)的孔洞可以大于导管405的中心处的孔洞。延展器340(例如，刀片或辊)可随后用于将额外的进料延展到打印头阵列的两个相邻打印头模块之间的间隙中。
图4b和图4c示出了在打印头阵列中布置进料分配器的两种方式。可布置分配器204和205以使得如图4b所示来横向地对准(沿着x轴)分配器的开口、或如图4c所示来横向地偏移(沿着x轴)分配器的开口。分配器204的开口445a-i以距离449a而间隔开。分配器205的开口446a-i也以距离449a而间隔开。在一个实现方式(如图3所描述)中，两个分配器可以属于可移除地附接到平台150的打印头模块110(例如，图3中的分配器204和205)。在另一实现方式中，两个分配器可以属于可移除地附接到平台的不同的打印头模块(参见图5c和图5d)。在又一实现方式中，一个或两个分配器可以作为打印头平台150的全局打印部件而被包括在内。
在图4b中，分配器204的开口445a-i和分配器205的开口446a-i被横向地对准。因为分配器204和205的开口以相同距离449a而间隔开，对准445a与446a确保对准开口445a-i与446a-i。在图4b中描述的实现方式中，分配器204经构造以通过开口445a-i输送进料314，并且分配器205经构造以通过开口446a-i输送进料315。进料314和315储存在与相应分配器相关联的料斗中。例如，进料314储存在料斗420中(参见图4a)。
进料314和315可以具有不同粒度。例如，进料314可以大于进料315或反之亦然。替代或另外地，进料314和315可以具有不同材料组成。
如图4b所示，分配器204和205的布置可以允许沉积进料314和315，其中进料314和315具有相同材料组成但是具有不同粒度。例如，可以首先沉积进料314，接着沉积具有比进料314的粒度更小的粒度的进料315。进料315可以填充进料314颗粒之间的间隙。此实现方式可产生由增材制造工艺制造的物体的更平滑的表面。
在一些实现方式中，进料315被分配到分配有进料314的每个体素(voxel)。在可独立地控制开口的其他实现方式中，控制器可以经构造以致使分配器204将第一进料分配到多个体素中，并且致使对应的第二分配器205将第二进料分配到被第一分配器分配有第一进料的多个体素的子组中。例如，较小颗粒可仅被分配在对应于要制造的物体表面的区域中。
在其他实现方式中，图4b的分配器204和205可以分配不同材料组成的进料314和315。例如，可以通过致动器450调节进料从开口445a-i和446a-i的流动，致动器450由控制器190控制(参见图4a)。此举可以允许在工作台105的不同区域中输送进料314和315。例如，两种进料可以被分配在互补图案中，使得所有建造区域由一些材料覆盖。例如，控制器可以经构造以致使分配器204将第一进料分配到多个体素中，并且致使对应分配器205将第二进料分配到第一分配器没有分配第一进料的体素中。
进料314和315可以具有不同烧结温度，例如，进料314的烧结温度大于进料315的烧结温度。由此，将进料层加热到高于进料315的烧结温度但低于进料314的烧结温度的温度将导致进料315的烧结，且进料315可由未烧结的进料314支撑。这允许能量源经构造以同时升高沿着x轴的进料的所有条带的温度。即，不需要通过能量源来选择性地施加能量。
在图4c中，如先前所提及，分配器204的开口445a-i和分配器205的开口446a-i相对于彼此横向地移位。例如，开口446a-i可以沿着x轴相对于开口445a-i移位距离449b。在一些实现方式中，开口446a-i与开口445a-i之间的中点对准。距离449b可以例如是距离449a的一半。
如果分配器204和205经构造以沉积相同进料(例如，314或315)，图4c中描述的实现方式可以使分配器沿着x轴的每单位长度沉积的进料量加倍。这可改善增材制造工艺的分辨率和均匀性。
图5a至图5d描述了用于在打印头模块110中布置打印部件的各种构造以及用于在平台中布置打印头模块110和全局打印部件的各种构造。这些构造可以改善增材制造工艺的质量、允许较大的建造床大小、以及减少增材制造工艺的时间。
图5a描述了在平台551中具有打印头模块110a-d的交错布置的增材制造系统。在交错布置中，沿着x轴与彼此相邻的模块(例如，模块110a和110b)沿着y轴移位。随着平台551沿着y轴滑动，打印头模块110a-d在跨越工作台105形成平行条带的区域上进行增材制造工艺。如上文所提及，如果分配器具有可控制的开口，那么进料层可以在与打印头模块相关联的条带内以期望图案而被沉积。
在一些实现方式中，相邻的打印头模块(例如，模块110a和110b)可以沿着x轴彼此重叠。因此，由模块110a和110b在其上执行增材制造工艺的已沉积的进料可以重叠。打印头模块110a-d中的每一个可以包括用于在工作台上分配进料的分配器。工作台105的由相邻的打印头模块中的分配器在其上沉积进料的区域可以重叠。
在分配区域沿着x轴重叠的情况下，若干技术可以用于避免重叠区域中的进料过厚。首先，定位在打印头模块之后且跨越重叠区域进行拉伸的延展器可以用于更均匀地延展开进料。其次，假设分配器包括可独立控制的开口，控制器可以经构造以使得仅由一个分配器将材料输送到重叠区域中的任何体素中。第三，分配器可以经构造以在重叠区域中具有较低流速。例如，在边缘处(沿着x轴)的分配器中的开口可以是较小的，因此，较少进料流过。这些技术可以组合使用。
在图5a中描述的系统的另一实现方式中，相邻的模块110a-d并不沿着x轴彼此重叠。因此，在工作台105上存在不在任何模块正下方的区域。为了在此类区域中进行增材制造工艺，进料需要由与该区域相邻的模块分配到该区域上。
同样，若干技术可以用于避免进料过薄或分配器之间的间隙中不存在进料。首先，定位在打印头模块之后且跨越重叠区域进行拉伸的延展器可以用于延展开进料并且迫使进料进入间隙。其次，如图4a描述的，例如，打印头模块中的分配器204可以经构造以通过使用喷射器在模块的边缘外沉积进料。第三，分配器204可以经构造以在在打印头模块的边缘处沉积比与远离边缘的位置处更多的进料。例如，在边缘处(沿着x轴)的分配器中的开口可以是较大的，因此较少进料流过与间隙相邻的区域处。第四，假设分配器包括可独立控制的开口，控制器可以经构造以使得分配器以增加的速率输送材料。这些技术可以组合使用。因此，包括具有先前所提及的构造的分配器204的模块110a-d可以在不在打印头模块正下方的区域中分配进料。控制器190可以确定通过各种开口445a-i沉积的进料量。
随着在图5a中描述的打印头平台551从左至右滑动(沿着+y轴)，第一全局打印部件120位于平台的前缘处，接着是模块110a-d和在平台的后缘处的全局打印部件122。例如，第一全局部件120可以包括计量系统，计量系统可以检测增材制造工艺发生在其上的表面的温度、或粗糙度、或这两者。如前文描述的，打印头模块110a-d中的每一个包括进料分配器(例如，图1a中描述的进料分配器204)以用于沉积进料。打印头模块也可包括延展器(例如，辊或刀片240/241)和用于加热已沉积的进料的热源(例如，加热灯234)。热源经构造以将进料加热到低于进料的熔融温度的温度。
全局打印部件122可以包括用于延展已沉积的进料的全局延展器。全局延展器特别地用于在以下的区域上延展进料，这种区域不在模块110a-d中的一个正下方的区域上方并且因此不可被包括在打印头模块中的延展器接取
(access)。
除了全局延展器之外，部件122也包括了熔融(例如，烧结)已沉积的进料的能量源。例如，第二能量源可与能量源260类似，能量源260可以发出束375(例如，激光、离子或电子束)，这些束可以烧结已沉积的进料的期望部分(参考图1b，可获得能量源260的工作的更多细节)。
全局打印部件122也可包括用于在熔融的进料上分配冷却剂流体的冷却剂分配器。另外，部件122也可包括用于测量烧结的进料的温度和表面粗糙度的计量设备。
包括在模块中的各种打印部件、以及全局打印部件120和122可由控制器190控制。例如，控制器190可以控制致动器450，致动器450调节进料从分配器204的开口445a-i的流量(参见图4a至图4c)。控制器190也可控制由加热灯234提供到进料的能量。另外，控制器190可控制能量源260以烧结已沉积的进料的期望部分。例如，这可通过将束375引导在进料的需要烧结的部分处来实现。控制器190可以从包括在平台551中的各种计量系统接收输入并且基于输入来控制平台551中的各种打印部件。在图1b中可以发现关于控制器的功能的更多细节。
图5b示出了增材制造系统的另一实现方式，其中打印头模块110a-d以并排构造而布置。在并排构造中，打印头模块110a-d沿着x轴布置(即，这些打印头模块不沿着y轴相对于彼此而移位)并且可以跨越工作台105的宽度。相邻模块(例如，模块11a和110b)被间隙所分开。
在平台552沿着y轴滑动时，每个打印头模块在跨工作台的条带状的区域上进行增材制造工艺。如上文所提及，如果分配器具有可控制的开口，那么进料层可以在与打印头模块相关联的条带内以期望图案而被沉积。在相邻模块之间的间隙下方的工作台105的区域从相邻模块中的分配器接收进料。分配进料的机构与图5a描述的内容类似。
关于图5a中描述的用于补偿分配器之间的间隙的各种技术可以用于图5b的实现方式。例如，模块110a-d中的分配器(例如，分配器204)可以经构造以在模块的边缘外沉积进料。例如，这可通过使用喷射器完成。或者，与远离边缘的位置相比，分配器204可以在打印头模块的边缘处沉积更多进料。在边缘处沉积的额外的进料可由包括在全局打印部件122中的全局延展器来延展。全局打印部件120和122执行与图5a描述的内容类似的制造工艺。此外，如针对图5a中的实现方式描述的，控制器190可以从平台552中的各种计量系统接收输入并且可控制平台552中的打印部件以调节制造工艺。
在适当机械加工下，间隙可以是较小的，并且模块可以以严格容限而定位，例如，间隙可以小于分配器中的孔之间的距离。在这种情况下，可能就不需要用于补偿间隙的一些技术。
图5c描述了增材制造系统的另一实现方式，其中沿着y轴布置有打印头模块的多个交错布置111a-c(例如，图5a中描述的交错布置)。在每个布置内，打印头模块沿着x轴而间隔开。如图5a描述的，在每个交错布置中，相邻模块(例如，模块110a和110b)可由间隙分开或可以沿着x轴彼此重叠。随着平台553沿着y轴滑动，每个模块在跨越工作台的条带状的区域上进行增材制造工艺。如上文所提及，如果分配器具有可控制的开口，那么进料层可以在与打印头模块相关联的条带内以期望图案而被沉积。
随着工作台553沿着y轴滑动，交错布置111a-c中的打印头模块可以在进料的相同的矩形条带上执行制造工艺。例如，交错布置111a、111b和111c的模块110a、110e和110f分别可以在沿着y轴拉伸的进料的相同条带上执行增材制造。模块110a、110e和110f中的每一个可以包括分配器，这些分配器可以将相同或不同的进料沉积到工作台上。例如，模块110a可以包括分配器204并且模块110e可以包括分配器205(参见图4b和图4c)。如图4b和图4c描述的，分配器204和205可以分别分配进料314和315，其中进料314和315可具有相同材料组成而具有不同粒度、或具有不同材料组成。或者，分配器204和205可以分配相同进料(例如，进料314)。
此外，分配器204和205可以如图4b所描述来横向地对准、或如图4c所述来横向地移位。如果横向地对准分配器204和205，分配器204的开口445a-i和分配器205的开口446a-i可以在工作台105的相同区域中分配进料。例如，随着平台553沿着y轴滑动，开口445a和446a可以沿着工作台105上的沿着y轴延伸的相同条带沉积相应进料。类似地，每对开口(445b/446b、445c/446c等)可以在工作台105上的给定条带上方沉积相应进料。
如关于图4b描述的，如果进料314和315具有相同材料组成但具有不同粒度，那么制造工艺的最终产品可以具有更平滑的表面。
如果进料314和315具有不同烧结温度的不同材料组成，那么具有较高烧结温度的进料可以支撑具有较低烧结温度的进料，具有较低烧结温度的进料被熔融以形成要制造的物体。
如果横向地移位分配器204和205，如图4c描述的，分配器204和205可以每单位长度加倍分配相同进料的量(例如，进料314或315)。这可改善增材制造工艺的分辨率。
平台553也可包括全局打印部件120-123。全局打印部件120在平台553的前缘处(假设平台沿着+y方向从左向右移动)并且全局打印部件122在平台的后缘处。全局打印部件121和123位于打印头模块的交错布置之间。打印部件120可以包括计量系统，计量系统可以其上发生检测增材制造工艺的表面的温度、或粗糙度、或这两者。打印部件121、122和123可包括延展器(例如，辊或刀片)以用于延展由延展器之前的分配器沉积的进料。打印部件121和123可以包括能量源(例如，加热灯234)，能量源可以将已沉积的进料的温度升高到低于进料/材料的烧结温度的温度。后缘打印部件122包括能量源260，如图1b、图5a和图5b所描述的，能量源可以烧结进料的期望部分。
此外，如针对图1b和图5a中的实现方式所描述的，控制器190可以从平台553中的各种计量系统接收输入并且可控制平台553中的打印部件以调节制造工艺。
图5d描述了增材制造系统的另一实现方式，其中沿着y轴布置有打印头模块的多个并排布置111d-f(例如，如图5b所描述)。如图5b所描述的，在每个并排布置中，相邻的模块(例如，模块110a和110b)由间隙分开。随着平台554沿着y轴滑动，每个模块在工作台上的条带状的区域上进行增材制造工艺。如上文所提及，如果分配器具有可控制的开口，那么进料层可以在与打印头模块相关联的条带内以期望图案而沉积。
随着工作台554沿着y轴滑动，并排布置111d-111f中的打印头模块可以在相同的条带状的区域上执行制造工艺。例如，并排布置111a、111b和111c的模块110a、110e和110f分别可以在沿着y轴拉伸的进料的相同条带上执行增材制造。如图5c描述的，模块110a、110e和110f中的每一个可以包括分配器，这些分配器可以将相同或不同的进料沉积到工作台上。例如，模块110a可以包括分配器204并且模块110e可以包括分配器205(参见图4b和图4c)。分配器204和205可被对准或横向移位，并且可以沉积相同或不同的进料(参见图5c，以获得关于进料/材料沉积的各种构造)。全局打印部件120、121、122和123执行与图5c描述的内容类似的功能。包括在打印部件121、122和123中的全局分配器在工作台的不在打印头模块正下方的区域中延展进料。
另外，如针对图5a中的实现方式描述的，控制器190可以从平台554中的各种计量系统接收输入并且可控制平台554中的打印部件来调节制造工艺。
用于金属和陶瓷的增材制造的处理条件与用于塑料的增材制造的处理条件显著不同。例如，一般来说，金属和陶瓷需要显著更高的处理温度。因此，用于塑料的3d打印技术可能不适用于金属或陶瓷处理并且设备可能并非是等效的。然而，本文中描述的一些技术可适用于聚合物粉末，例如，尼龙、abs、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk)和聚苯乙烯。
控制器190和本文中描述的系统的其他计算装置零件可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件、或硬件中实现。例如，控制器可包括用于执行储存在计算机程序产品中(例如，在非暂态机器可读储存介质中)的计算机程序的处理器。此计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)写入，并且计算机程序可以任何形式(包括作为单机程序或作为模块、部件、子程序或适用于计算环境的其它单元)来部署。
控制器190和所描述的系统的其他计算装置零件可以包括非暂态计算机可读介质，用于储存数据对象(例如，计算机辅助设计(computeraideddesign,cad)兼容文件)，所述数据对象识别其中应当针对每个层来沉积进料的图案的。例如，数据对象可以是stl格式的文件、3d制造格式(3dmanufacturingformat,3mf)文件、或增材制造文件格式(additivemanufacturingfileformat,amf)文件。例如，控制器可以从远程计算机接收数据对象。控制器190中的处理器(例如，如由固件或软件所控制)可以解释从计算机接收的数据对象以产生控制设备100的部件来熔融针对每个层的特定的图案所必须的信号集。
控制器190可以经构造以将表示3d模型中的层的体素的数据划分为第一数据和第二数据，所述第一数据表示对应于第一多个开口的体素的第一多个平行条带，所述第二数据表示与第一多个平行条带交织且对应于第二多个开口的体素的第二多个平行条带，并且基于第一数据控制第一多个开口和基于第二数据控制第二多个开口。
期望具有标准化的打印头模块，标准化的打印头模块包括各种打印部件，例如，进料分配器、热源和能量源。在上下文中的“标准化”指示每个打印头模块是基本上相同的(可能存在软件差异，诸如在分配器之间变化的序列编号或固件版本)。标准化的打印头模块简化了增材制造系统的建造和修理，例如，打印头可作为能够在任何兼容的增材制造系统中操作的“即插即用”模块而操作。标准化的打印头构造也可实现增材制造系统的扩展以适应要制造的物体的大小。
打印头模块可以在制造工艺期间相对于工作台(例如，沿着x、y和z笛卡尔轴)而移动。工作台可以经构造为不可移动的，即，工作台无法在x-y平面中或沿着x轴移动。
已描述了多个实现方式。虽然如此，但应理解，也可做出各种修改。例如，
·相比于打印头支撑件150移动来说，打印头支撑件可以在工作台105横向移动时保持固定，以便提供打印头组件与工作台之间的相对运动。
·分配器中的单独开口不需要是可独立控制的。对于一些应用，例如，其中能量源可选择的应用，仅简单使用分配器来跨越阵列分布就可能是足够的。
·在上文描述为打印头的一部分的各种部件(诸如分配系统、延展器、感测系统、热源和/或能量源)可被安装在支撑件(例如，平台150)上，而非安装在打印头中，或者可被安装在保持支撑件的框架上。
·对于z轴运动，水平地移动的部件可被支撑在竖直地移动的部件上，或反之亦然。
·相比于具有打印头模块来说，分配器和能量源可直接地安装在支撑件上，例如，安装在平台150上。
由此，其他实现方式在权利要求书的保护范围内。