本说明书涉及增材制造，也被称为3d打印。
背景技术：
增材制造(am)，也被称为实体自由成形制造(solidfreeformfabrication)或3d打印，是指将原料(例如，粉末、液体、悬浮液或熔化固体)相继分配为二维层而构建出三维物体的制造工艺。相比之下，传统机械加工技术涉及从库存材料(例如，木头块、塑料块或金属块)切出物体的减材工艺。
在增材制造中可以使用各种增材工艺。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(sla；stereolithography))固化(cure)液体材料。这些工艺在形成层以产生完成物体的方式上和在各个工艺中可相容地使用的材料上可能不同。
常规系统使用用于烧结或熔化粉末状材料的能量源。一旦已烧结或熔化第一层上的所有选定位置并且然后重新固结，新的粉末状材料层就沉积在已完成层的顶部上，并且所述工艺逐层重复，直至生产出了期望物体。
技术实现要素：
在一方面，一种用于形成物体的增材制造设备包括平台，平台用于支撑要形成的物体。平台包括第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板包括第一孔洞，第二支撑板布置在第一支撑板之下并且包括第二孔洞。第二支撑板在平行于第一支撑板的顶表面的平面中可相对于第一支撑板在对准构型与不对准构型之间移动。所述增材制造设备进一步包括分配系统和能量源，分配系统覆于支撑板之上，用于将粉末分配于第一支撑板的顶表面上方，能量源用于向分配在第一支撑板的顶表面上的粉末施加能量以形成粉末的被熔部分。在对准构型中，第一孔洞与第二孔洞对准，使得未熔粉末可经过第一孔洞而进入第二孔洞。在不对准构型中，第一孔洞与第二孔洞不对准。
在一些示例中，增材制造设备可进一步包括：致动器，用于使第二支撑板相对于第一支撑板移动；和控制器，耦接到致动器、能量源和分配器。控制器可以经构造以致使分配器在第一支撑板和第二支撑板处于不对准构型时跨平台而分配粉末的至少第一层。控制器可进一步经构造以熔融粉末的至少第一层的一部分。控制器也可经构造以在熔融所述部分后，致使致动器将第一支撑板和第二支撑板移动成对准构型，使得分配在第一支撑板的顶表面上的未熔粉末行进通过第一孔洞和第二孔洞。控制器可进一步经构造以致使分配器在分配粉末的至少第一层后并且在第一支撑板和第二支撑板处于所述对准构型时分配粉末的至少第二层。控制器也可经构造以致使分配系统在第二支撑板处于不对准构型时将粉末分配于第一支撑板的顶表面上方。
在一些示例中，所述增材制造设备可进一步包括连接到第二孔洞的通道。分配系统可以经构造以通过通道收集未熔粉末和将未熔粉末分配来形成物体。分配系统可以包括回收模块，回收模块经构造以检测未熔粉末的粒度，使得分配系统仅分配粒度小于预定阈值大小的未熔粉末的颗粒。
在一些示例中，第二支撑板的顶表面可以接触第一支撑板的底表面。
在一些示例中，第一孔洞可以窄于第二孔洞。
在一些示例中，第一孔洞可以宽于第二孔洞。
在一些示例中，第一孔洞和第二孔洞中的较窄者可以具有在1毫米与100毫米之间的宽度。
另一方面，一种形成物体的方法包括：将粉末分配于第一支撑板和第二支撑板上方；和向粉末施加能量以形成粉末的被熔部分。所述方法进一步包括使第一支撑板相对于布置在第一支撑板之下的第二支撑板移动，以便致使未熔粉末经过第二支撑板。
在一些示例中，在第一支撑板上分配未熔粉末。
在一些示例中，使第一板相对于第二支撑板移动包括使第一板从不对准构型移动到对准构型，在不对准构型中，第一板中的多个第一孔洞与第二支撑板中的多个第二孔洞不对准，在对准构型中，第一板中的多个第一孔洞与第二支撑板中的多个第二孔洞对准。分配粉末可以包括在第一支撑板和第二支撑板处于不对准构型时在第一步骤中分配粉末，以便形成多个层中的至少一者。分配粉末可以包括在第一支撑板和第二支撑板处于对准构型时在第二步骤中分配粉末，以便形成多个层中的至少另一者。第一层可以是可处置支撑层并且第二层可以是要制造的物体的一部分。
在一些示例中，使第一支撑板相对于第二支撑板移动包括将第一支撑板保持在固定位置上并且使第二支撑板移动。第二支撑板可以在平行于第一支撑板的支撑粉末的顶表面的方向上移动。
前述内容的优点可以包括但不限于以下各者。增材制造设备和工艺可更有效地使用在操作期间分配的粉末来形成物体或零件。在熔融操作后仍未熔的粉末可回收和再用以用于后续分配操作，使得粉末被浪费的较少。此未熔粉末可进一步被保护以免无意中熔融和高温。在一些情况下，在未熔粉末间接地暴露于进行熔融所需要的较高温度时，此未熔粉末会发生结块。减少使粉末暴露于这些较高温度可便于在物体已经完成后的清除。另外，减少暴露可以增加可回收并回用的未熔粉末的量。
本说明书中描述的主题的一个或多个实现方式的细节阐明于随附附图和以下描述。本主题的其他潜在特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求书变得显而易见。
附图说明
图1a是增材制造设备的示例的示意性侧视图。
图1b是图1a的增材制造设备的示意性顶视图。
图1c是增材制造设备的平台的顶表面的放大示意性侧视图。
图1d是图1c的平台的顶表面的放大示意性顶视图。
图2是增材制造设备的系统的方框图。
图3a是具有零件支撑基座的构建平台的顶透视图。
图3b是具有支撑支柱的构建平台的顶透视图。
图3c和图3d是如图3a描绘的构建平台的剖视顶透视图。
图4a至图4f是执行操作以形成物体的增材制造设备的侧视横截面图。
各个附图中的相似参考标记指示相似元件。
具体实施方式
增材制造(additivemanufacturing；am)工艺可通过在构建平台上分配连续的粉末层并且使之熔融来形成物体。对于每一个层，am工艺可仅熔融粉末对应于要形成的物体的部分，在平台上留下未熔粉末部分。此未熔粉末可回收并且将之用于am工艺的后续分配操作。适合于再用的粉末量可能因不利地暴露于am工艺的操作中的一些而受限。例如，未熔粉末中的一些可能在熔融工艺期间暴露于较高温度下，从而导致粉末在物体或构建平台周围结块。分配和熔融这些连续的粉末层可能因此需要大量粉末物质并且可能导致在零件周围和构建平台周围出现非所要残留物。
为了减少所使用的粉末的量和减少熔融工艺对未熔粉末的附带影响，am工艺可包括回收和再生操作来再生未熔粉末。对粉末的再生可以使得未熔粉末能够用于后续分配操作。粉末可从构建区域移除，使得粉末不会暴露于在熔融工艺期间出现的高温下。
为了促进再生操作，am工艺可包括制造可将未熔粉末与粉末的将通过am工艺熔融以形成物体的部分分开的结构的操作。所述结构可以包括壁和支柱，壁和支柱使得被熔融形成物体的粉末与未熔融形成物体的粉末之间能够分开。壁可以用作将粉末保留于构建平台的区域内的挡壁。这些结构可以减少未熔粉末暴露于高温下。所述结构也可使得am工艺能够在构建工艺期间将未熔粉末回收。特别地，所述结构可以包括支撑基座，支撑基座将粉末支撑于对应于将形成物体的位置的物体区域中。该支撑基座可使得物体区域内的粉末能够保持在构建区域内，但是允许在构建工艺期间将物体区域外的粉末回收。
增材制造设备
图1a示出了示例增材制造(am)设备100的示意性侧视图，am设备可以用于回收未熔粉末并且减少粉末在构建操作期间形成物体时非所要地熔融。设备100包括打印头102和构建平台104。打印头102分配第一粉末105并且熔融在平台104上分配的粉末105。可选地，如下文描述的，打印头102也可在平台104上分配第二粉末106并且使之熔融。打印头102可以是模块化且可拆卸的，使得打印头102可容易地被替换和维护。在构建平台104下方是再循环通道109，再循环通道可接收粉末以使得未熔粉末能够在构建操作期间被再用。有了这些系统，设备100可以分配粉末并且选择性地熔融粉末的部分以形成物体。选择性熔融可进一步允许设备100使用粉末收集和再循环系统来回收和再循环粉末。
打印头102支撑在台架107上，台架经构造以越过平台104。例如，台架107可由线性致动器沿着轨道115驱动，以便在第一方向上跨平台104而移动。在一些实现方式中，打印头102可以在与第一方向垂直的第二方向上沿着台架107移动，使得打印头102的系统可以到达平台104在台架107下方的不同部分。打印头102沿着台架107的移动和台架107沿着轨道115的移动为打印头102提供了多个自由度。打印头102可以沿着位于构建平台104之上且与之平行的平面移动，使得打印头102可选择性地定位于构建平台104的可用区域之上(例如，可分配和熔融粉末的区域)。打印头102和台架107可协作来扫描构建平台104的可用区域，使得打印头102可以按需要来分配和熔融粉末以形成物体。另选地，台架107可以包括横跨平台104的宽度的多个打印头；在这种情况下，打印头102沿着第二方向的运动是不需要的。
打印头102包括使得设备100能够构建物体的若干系统。特别地，打印头102可以包括热量源111、能量源110和第一分配器114。打印头102可另外地包括第一布散器116、第一感测系统108、第二感测系统112、第二分配器118和第二布散器120。
能量源110、热量源111和分配器114的操作可由控制器202(参见图2)协调以形成平台104的不同类型的结构。控制器202可操作能量源110和热量源111以熔融粉末来形成将成为要形成的物体的工件122。
另外，控制器202可以致使增材制造设备100形成并非预期物体的部分的结构。此结构可以是每次物体构建操作期间形成的牺牲结构。一旦构建操作完成，就会将物体与牺牲结构分开，例如，用机械锯或激光器分开。然后可将牺牲结构熔化并且回收材料。
在一些实现方式中，能量源110由控制器202控制来熔融粉末层的一部分以形成用于工件122的支撑基座124和/或包围物体周围的区域的壳体126。支撑基座124是每次物体构建操作期间可形成的临时性的牺牲结构。支撑基座124的顶表面限定工件122以及因此物体被形成的构建区域。由于支撑基座124可以横跨构建平台104的大部分的可用区域，因此可使用区域能量源来形成支撑基座124，使得可以更短的时间量熔融粉末层的较大部分。
同样，壳体126是每次物体构建操作期间可形成的临时性的牺牲结构。壳体126可从支撑基座124向上延伸。壳体126具有延伸到在构建操作期间分配的最上层的高度。壳体126与支撑基座124协作而可以将部分或全部的未熔粉末105保留在壳体126内和支撑基座124的顶部上。
控制器200可致使能量源110熔融粉末层的一部分以形成支撑平台104上的支撑基座124的支撑支柱127。支撑支柱127可以使支撑基座124与平台104在竖直方向上分开，以便在支撑基座124与平台104之间形成间隙123。平台104可用作散热器以吸收在粉末的一部分正在熔融时被添加到该部分的能量。通过将这些部分与平台104分开，由支撑支柱127形成的间隙123可提高在支撑支柱127熔融之后进行的熔融操作的效率。支撑支柱127可减少由能量源110提供给粉末的能量被平台104吸收的量。在熔融操作进行时，支撑支柱127可进一步阻止对其他粉末的残余加热接触平台104。
第一分配系统包括第一分配器114。第一分配系统使得打印头102能够分配粉末105并且将所述粉末压平成具有跨平台104的相对均匀厚度的层。第一分配系统可以将连续的粉末层分配到平台104上。每一个连续层都可以由下方的层支撑。
每一个层的厚度取决于例如堆叠通过层的高度的粉末颗粒105的数量或粉末颗粒105的平均直径。在一些实现方式中，粉末颗粒105的每一个层是单个颗粒厚。在一些情况下，每一个层具有的厚度是通过使多个粉末颗粒105堆叠在彼此的顶部上而得到的。在一些示例中，每一个层具有的厚度为粉末颗粒105的平均直径的约1至4倍。
每一个层的厚度可进一步取决于由下方的层或下方结构提供的支撑的量。如将参考图4a至图4f中描绘的工艺而描述的，对于分配的一些层，设备100的侧壁可能不会支撑粉末。对于这些层，层的厚度可减小以减少粉末因重力而可能在那些层中发生的位移。如也将描述的，厚度可进一步取决于要形成的结构类型。
基于增材制造设备的实现方式，为每一个层分配的粉末分布可以变化。在一些情况下，第一分配器114可以选择性地在工作表面上分配一层粉末，使得一些部分包括粉末而一些部分不包括粉末。
在一些实现方式中，第一分配器114可以包括带穿孔的旋转圆筒，粉末通过穿孔输送。控制器202可操作驱动机构以驱动旋转圆筒，驱动机构包括电机。驱动机构可以是打印头102的一部分或可独立于打印头102。另选地，第一分配器114可以包括压电式喷射器，压电式喷射器在载体流体中喷射粉末。
第一布散器116然后可进一步跨构建平台布散粉末，以便形成具有基本上均匀的厚度的均匀层。在一些实现方式中，第一布散器116是跨平台104平移的刀片。在一些情况下，第一布散器116是跨平台104滚动的滚筒。控制器202可通过移动打印头102或通过独立移动第一布散器116来平移第一布散器116。
在一些实现方式中，替代使用第一分配器114或除此之外，设备100可使用独立于打印头102的分配器将粉末分配到平台104上。在一些示例中，设备可仅包括第一布散器116而无第一分配器114。在此类情况下，设备100可以包括保持粉末的一个或多个粉末输送床，并且具有第一布散器116的打印头102可将粉末从输送床推到构建平台104上。
设备100可以包括作为打印头102的一部分的分配系统和独立于打印头102的部分。例如，打印头102可以包括布散器116，而设备100则包括可独立于(例如，分开地安装在台架107上)这些部件而操作的分配器。分配器可将粉末分配到构建平台104上，并且打印头102可围绕构建平台104移动以沿着工作表面布散粉末。
可选地，打印头可包括第二分配系统以输送第二粉末。如果存在，第二分配系统可以包括第二分配器118和第二布散器120。如果设备100包括两种类型的粉末，那么第一粉末颗粒105可具有比第二颗粒颗粒大(例如，2倍或更多倍)的平均直径。在第二粉末颗粒106在第一粉末颗粒105的层上分配时，第二粉末颗粒106渗入第一粉末颗粒105的层，以便填充在第一粉末颗粒105之间的空隙。例如，第一粉末颗粒105具有例如是第二粉末颗粒106的平均直径的至少2倍的平均直径。第二粉末颗粒106可以是亚微米或纳米颗粒。在一些示例中，第一粉末颗粒105的平均直径是第二粉末颗粒106的平均直径的2至100倍、3至50倍、或2至10倍。在一些实现方式中，第一粉末颗粒105具有5μm至10μm的平均直径，并且第二粉末颗粒具有100nm至2μm的平均直径。
在一些实现方式中，控制器202可控制第一分配器114和第二分配器118来选择性地将第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106输送到不同区域。第一粉末颗粒105可分配在第二粉末颗粒106的层的选定区域之上，使得第二粉末颗粒105可以渗入在该选定区域内的第一粉末颗粒106的层。控制器202可控制第二分配器118来将第二粉末颗粒106分配给工件122的不需要较高的分辨率的部分并且将第一粉末颗粒和第二粉末颗粒的组合使用于需要较高的分辨率的部分。例如，最终物体的表面特征可能需要较高的分辨率，使得物体可进行其预期功能。在一些情况下，可选择第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106的大小的差异，使得在粉末烧结前，粉末颗粒105、106的压实率在期望范围内。
在使用多种类型的粉末的实现方式中，第一分配器114和第二分配器118可将第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106各自输送到选定区域中，这取决于要形成的结构的分辨率要求。例如，为了构建支撑基座124、壳体126、支撑支柱127、和不形成工件122的其他结构，分配系统204可以使用较大第二粉末颗粒106。这些结构可能并不需要高分辨率，因此分配系统204可通过使用较大第一粉末颗粒105来减少形成这些结构需要的时间量。对于工件122，分配系统204可仅仅使用较小第二粉末颗粒106来实现要形成的最终物体的较高的分辨率。在一些情况下，对工件122的分辨率要求可能较低，并且分配系统204可相应地仅使用第二粉末颗粒106来形成工件122，以便减少将粉末105、106熔融成工件122需要的时间量。分配系统204也可能仅使用第二粉末颗粒106，使得压实率在期望范围内。
用于粉末的材料包括金属(诸如像钢、铝、钴、铬和钛)、合金混合物、陶瓷、复合物和绿砂。在具有两种不同类型的粉末的实现施方式中，在一些情况下，第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106可由不同材料形成，而其他情况下，第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106具有相同材料组成。在设备100被操作来形成金属物体并且分配两种类型的粉末的示例中，第一粉末颗粒105和第二粉末颗粒106可具有组合形成金属合金或金属间材料的组成。
热量源111可操作来使粉末层的温度上升到仍低于粉末的熔化或烧结温度的升高高度。能量源110然后可操作来熔融层中的粉末的部分。热量源111可以将热量输送到大的区域，例如，在打印头102之下的整个区域。例如，热量源111可以是跨沉积在工作表面上的粉末层而产生均匀温度增加的热灯阵列。
在一些实现方式中，热量源111是呈可单独控制的光源阵列的形式的可数字寻址的热量源。所述阵列包括例如定位在平台104之上的垂直腔面发射激光器(vcsel)芯片。所述阵列可以在打印头102内或与打印头102分开。可控制的光源阵列可以是由驱动系统208的致动器驱动的线性阵列以用于跨平台104而扫描。在一些情况下，所述阵列是通过激活可单独控制光源的子集来选择性地加热层的区域的全二维阵列。另选地或另外地，热量源包括灯阵列以同时加热整个的粉末层。
能量源110可包括将能量引导到在平台104上的粉末的直径小至几毫米的局部区域(例如，使用点能量源)或引导到较大区域(例如，使用区域能量源)的一个或多个不同类型的能量源。点能量源可以是例如将激光射束发射到粉末的一小部分的上的激光器。
在一些实现方式中，能量源110可包括产生聚焦能量射束的扫描激光器，聚焦能量射束增加粉末层的小区域的温度。能量源110可通过使用例如烧结工艺、熔化工艺或其他工艺来熔融粉末以致使粉末形成固体的材料块。在一些情况下，能量源110可以包括离子射束或电子射束。
在一些实现方式中，能量源110可独立于打印头102。在一些示例中，除了结合到打印头102中的能量源110之外，设备100也可包括独立于打印头102的能量源。设备100也可包括每个都可寻址的多个能量源，使得控制器202可精确地控制构建平台104的接收能量的区域。
在一些实现方式中，控制器202可控制不同的能量源和热量源以产生不同结构。例如，为了形成支撑基座124，控制器202可以控制区域能量源(诸如加热器阵列)，使得支撑基座124的区域以较短的操作熔融。为了形成壳体126，由于壳体126的壁厚度小于支撑基座124的长度和宽度，因此控制器202可以使用点能量源，诸如激光器。控制器202可操作点能量源和区域能量源的组合来熔融物体的每一个层，这取决于需要被熔融以形成物体的该特定层的粉末的范围。
打印头102的第一感测系统108可以检测工件122的表面的性质以及粉末的性质。例如，第一感测系统108可以检测工件的可能因例如3d打印工艺而导致的变形。第一感测系统108也可检测粉末的温度以确保熔融操作适当地上升了粉末的温度。在一些实现方式中，第一感测系统108可以检测粉末的被熔部分和未融合部分的尺寸特征，使得控制系统200可以监控物体以及由设备100形成的其他结构的尺寸的准确度。
在一些实现方式中，第一感测系统108检测粉末的材料，并且控制器202随后取决于检测到的材料来选择调节例如能量源110和/或热量源111的能量的量的模式检测。在一些示例中，控制器202可以向能量源110和/或热量源111传输指令以减小功率水平和/或频率，使得能量源110和/或热量源111可以将能量添加到不导致未熔粉末接收残余能量的更精确的部分。
例如，第一感测系统108包括朝向工件122或粉末发射x射线以检测工件122或粉末的材料性质的x射线光电子能谱仪(xps)。xps可以检测从小的部分逸出的电子的动能和数量，并且可基于动能和数量来确定材料特性。例如，xps可以确定化学组成和/或材料缺陷和/或污染物。在一些情况下，xps可以经构造以确定工件122的深度轮廓的化学组成。在一些情况下，xps可以扫描工件122的表面并且确定工件122的表面的线轮廓的元素和化学组分。这些传感器可进一步用于扫描支撑基座124、壳体126和/或支撑支柱127的表面以确定这些结构的性质。例如，传感器可能能够检测这些结构是否被适当地熔融。
在一些情况下，第一感测系统108可使用干涉仪、共焦显微镜或其他适当表面检测系统来检测粗糙度、表面光洁度或其他表面特征。第一感测系统108也可包括光学温度传感器以确定工件122的一部分的温度。在一些情况下，第一感测系统108可以包括若干温度传感器，这些温度传感器监控沿着工件122的表面的各点处的温度。
在一些实现方式中，除了第一感测系统108之外，设备100也可包括其他传感器和检测设备。例如，设备100可以可选地包括第二感测系统112。第二感测系统112可定位以与第一感测系统112检测粉末或工件122的不同部分。在一些情况下，第一感测系统108和第二感测系统112定位在能量源110和/或热量源111的侧面。随着打印头102沿着平台104移动，这些感测系统108、112可相应地在能量源110和/或热量源111向粉末添加能量之前和之后感测粉末的性质。在一些实现方式中，第二感测系统112与第一感测系统108检测不同性质。
在一些实现方式中，设备100可进一步包括独立于打印头102的传感器。例如，固定到构建平台104的温度传感器可以检测构建平台104的温度。设备100也可包括可移动传感器，可移动传感器检测用于工件122的构建区域外的粉末的温度。构建区域可由支撑基座124限定。在一些实现方式中，在支撑基座124通过能量源110和/或热量源111形成后，打印头102可保留在构建区域内以进行连续的粉末层的分配和熔融操作。设备100可以包括独立于打印头102的可移动传感器，可移动传感器检测构建区域外的那些粉末的温度、材料或其他性质。
在一些实现方式中，第一感测系统108可检测到工件122外的粉末在熔融工艺期间在熔融。如本文描述的，暴露于较高温度下可能导致结块和无意中熔融，这可能使构建平台104难以清洁并且可能减少可供在后续构建操作期间再用的粉末量。
构建平台104支撑粉末和由粉末形成的结构。图1c示出了构建平台104的顶表面131的示例的放大的侧视图。在一些实现方式中，顶表面131可以包括经机械加工的图案，经机械加工的图案用作模板，以便促成将粉末中的颗粒放置成例如六边形的最密集堆积的布置。经机械加工的图案可以包括凹部133，凹部致使粉末105的最底部的颗粒被布置成六边形的二维图案。
因此，如示出位于顶表面131上的粉末105的顶视图的图1d所示，粉末105实现六边形的更密集的三维堆积。如图1c和图1d所示，粉末105的下层140可通过占据凹部133而实现呈六边形的图案的布置。粉末105的上层142也以六边形的图案而安放于下层140的顶部上，使得下层140和上层142实现六边形的密集堆积。粉末105的紧密堆积可改善在粉末105熔融后形成的结构的分辨率。
此外，如果使用第二粉末，那么使第一粉末105的颗粒呈六边形的堆积布置就提供间隙以允许较小粉末106渗透较大粉末105的层。在一些实现方式中，除了在下文讨论的孔洞132之外，顶表面131是平坦的。
构建平台104可以在构建操作期间向上或向下移动。例如，构建平台104可以向下移动，其中每一个层由第一分配系统114分配，使得打印头102可以保持在与所分配的每一个连续层相同的竖直高度处。控制器202可操作连接到构建平台104的驱动机构以减小构建平台104的高度，使得构建平台104可移动而远离打印头102。构建平台104可与控制平台104的竖直高度的活塞一起竖直移动。
在粉末颗粒105、106的每一个层已分配和熔融后，活塞可使平台104下降。平台104上的任一个层与平台104一起下降，使得平台104已准备好接收新的粉末层。在一些实现方式中，活塞以每一个层的预期厚度的增量下降，使得每次活塞使平台104下降时，在平台104上的层已准备好接收新的层。
在对物体的构建操作完成后，构建平台104可移动回到初始位置以准备例如对后续物体的清理或构建操作。
另选地，可将构建平台104保持在固定竖直位置上，并且可在每一个层沉积后使台架107上升。
除了支撑所分配的粉末和在增材制造操作期间形成的结构之外，构建平台104可操作来从构建平台104的顶表面取回未用粉末。构建平台104包括第一支撑板128和第二支撑板130。
返回参考图1a，第一支撑板128包括从第一支撑板128的顶表面延伸到第一支撑板128的底表面的孔洞阵列132。第二支撑板130可紧接于第一支撑板128之下并且包括从第二支撑板130的顶表面延伸到第二支撑板130的底表面的孔洞阵列134。再循环通道109可连接到孔洞134。第二支撑板130的顶表面可以接触第一支撑板128的底表面。
第一支撑板128的孔洞132可以具有与第二支撑板130的孔洞134不同的大小。孔洞132可以比孔洞134窄或宽。孔洞132、134可以各自具有在1mm与100mm之间的宽度。孔洞132、134中的较窄者可以各自具有在1mm与100mm之间的宽度，并且孔洞132、134中的较宽者可以各自具有在1mm与100mm之间的宽度。孔洞132、134可以是圆形的、六边形的、正方形的、或其他适当的水平横截面形状的。孔洞132可以跨第一支撑板128而均匀地间隔开，例如，以矩形或六边形图案而均匀地间隔开，并且具有在1mm与100mm之间的节距。
第一支撑板128和第二支撑板130可相对于彼此移动。这些板128、130可以在平行于彼此的平面中在对准构型与不对准构型之间移动。例如，第二支撑板130可以在平行于第一支撑板128的顶表面和/或第二支撑板130的顶表面的平面中相对于第一支撑板128而移动。控制器202可操作驱动机构使支撑板128、130相对于彼此而移动。特别地，控制器202可使支撑板128、130在对准构型与不对准构型之间移动。驱动机构可以包括电机和/或线性致动器，电机和/或线性致动器被连接到第一支撑板128和/或第二支撑板130以使支撑板128、130相对于彼此而移动。在一些情况下，第一支撑板128和第二支撑板130中的仅一者会移动，而另一个板则保持固定。
在不对准构型中，每个板128、130的孔洞132、134没有对准彼此。此构型中，第二支撑板130形成用于未熔粉末的挡板。因此，未熔粉末保持在第一支撑板128的顶表面上并且可以填充孔洞134，但是第二支撑板130阻止粉末流入再循环通道109。在图1a中，板128、130被描绘为处于不对准构型。
在对准构型中，每个板128、130的孔洞132、134对准彼此，使得孔洞132、134形成从第一支撑板128的顶表面延伸到再循环通道109的通道，再循环通道又连接到孔洞134。因此，在第一支撑板128和第二支撑板130的顶表面上的未熔粉末可以流过孔洞132、134(例如，在重力下或随着在再循环通道109的入口处施加的抽吸导致的空气)。未熔粉末可以进入再循环通道109并且可以用于第一分配系统和第二分配系统的后续分配操作。
设备100可进一步包括回收模块以控制再循环通道109中接收的粉末的回收和再循环。回收模块可以包括具有通道、阀和流量控制器的流动网络，流动网络可以使在再循环通道109中接收的粉末转向到它们适当的目的地。回收模块可与流动网络一起操作，使得回收模块可以在粉末在流动网络内行进时检测粉末的性质。控制器202可以控制可使粉末朝不同的通道或导管转向的可寻址阀。在一些实现方式中，回收模块可包括将粉末105、106朝不同的目的地推进的真空源、气体源和/或鼓风机。
在构建期间，回收模块可以经构造以使得输送到分配系统的粉末料斗的粉末分配具有类似于先前由分配系统分配的粉末的质量和性质的粉末。回收模块经构造以检测粉末的未熔部分的粒度，使得第一分配器114仅分配粉末的粒度小于预定阈值大小的未熔部分的颗粒。预定阈值大小可以是基于要分拣的颗粒的大小的宽度。回收模块可以因此按粒度来分拣粉末。在一些情况下，按粒度的分拣也可用于去除因熔融而增大了大小的粉末颗粒。这些被熔颗粒可通过粒度检测器来分拣。在一些情况下，粉末可能经历熔融，但是仍小至足以供后续构建操作使用。在一些实现方式中，除了检测粉末大小的传感器之外或作为替代，回收模块可以包括一系列过滤器，这系列过滤器按大小来分开粉末。
在一些实现方式中，回收模块可以进行对回收粉末的质量控制操作。回收模块可包括传感器以检测粉末的形态和粒度来选择性地筛选在规格内的颗粒。在通过将支撑板128、130移动到对准构型而将粉末回收于再循环通道109中后，回收模块可以将可再用的粉末重新引导到第一分配器114，使得粉末可以在目前构建操作期间使用。在一些情况下，粉末回收模块可将粉末引向储槽以供用于后续构建操作。回收模块可将无用粉末引向处置系统，在处置系统中，使粉末被处置、补救和/或再循环。
在设备100分配多种类型的粉末的实现方式中，回收模块可以分拣在再循环通道109中接收的第一粉末105和第二粉末106的粒度。回收模块可包括一系列过滤器以进行分拣或可包括传感器以检测粒度。控制器202可控制阀来接着将不同大小的颗粒引导到适当的分配器。控制器20可操作回收模块的阀来将第一粉末颗粒105引导到第一分配器114并且将第二粉末颗粒106引导到第二分配器118。
控制系统
为了执行在此处描述的操作，参考图2，设备100包括控制系统200。控制器202控制控制系统200的子系统(包括粉末分配系统204、熔融系统206、驱动系统208、感测系统209和粉末收集系统210)的操作。粉末分配系统204和熔融系统206可以是打印头102的一部分。控制器202可以包括接收和/或产生cad数据的计算机辅助设计(cad)系统。cad数据指示要形成的物体，并且如本文描述的，可以用于确定在增材制造工艺期间形成的结构的性质。基于cad数据，控制器202可产生可由可通过控制器202操作的系统中的每一者使用的指令以(例如)进行以下操作：分配粉末105、106；熔融粉末105、106；移动设备100的各种系统；以及感测系统、粉末105、106和工件122的性质。
参考图1a、图1b和图2，粉末分配系统204包括例如第一滚筒114和第二滚筒118与第一刀片116和第二刀片120以在构建平台104上分配第一粉末105和第二粉末106。控制器202可将指令传输到粉末分配系统204以将粉末105、106分配到构建平台104上。
熔融系统206可使用一个或多个能量源来熔融在工作表面上分配的粉末105、106。粉末105、106可熔融以形成工件122、支撑基座124、壳体126和/或支撑支柱127。控制器202可执行对粉末的连续的沉积和熔融以产生对应于来自控制器202的cad数据的部分。
控制系统200的驱动系统208可包括移动设备的各种部件的驱动机构。在一些实现方式中，驱动系统208可以致使这些不同系统(包括分配器、滚筒、支撑板、能量源、热量源、感测系统、传感器、分配器组件、分配器、和设备100的其他部件)平移和/或旋转。驱动机构中的每一者可包括一个或多个致动器、联动件和其他机械或机电零件以使得该设备的部件能够移动。
在一些情况下，驱动系统208控制打印头102的移动，并且也可控制打印头102的各个系统的移动。例如，驱动系统可致使打印头102沿着台架107移动到特定位置，并且驱动系统可进一步致动单独驱动机构来使打印头102的滚筒沿着打印头102移动。驱动系统也可沿着构建平台104移动台架107，使得打印头102可定位于构建平台104的不同区域之上。驱动系统可包括驱动机构以旋转滚筒114、118。在一些情况下，驱动系统208也可独立控制能量源110、111相对于打印头102的位置。
感测系统209包括例如打印头102的感测系统108、112。感测系统209可以包括回收模块、构建平台104、第一分配器114和设备100的其他系统的传感器部分。感测系统209检测粉末、由设备100形成的结构和设备100的各个系统的性质。感测系统209也可监控设备100的操作参数，例如可用粉末和能量使用。感测系统209也可监控正在被再循环的粉末量。
粉末收集系统210可与感测系统209协作以使粉末再循环。可包括回收模块的粉末收集系统210用于从构建平台104上取回未熔粉末，使得此粉末可再用。粉末收集系统210与感测系统209结合而可以确定从构建平台104取回的粉末中的哪些是后续操作可用的。控制器202可控制粉末收集系统210来将粉末转向到分配系统204的适当的分配器。虽然已经将粉末收集系统210和分配系统204描述为单独系统，但是这些系统204、210可协作地作为单个系统操作。
在一些实现方式中，粉末可能已经暴露于足够高的温度下以致发生少量熔融。在那些情况下，感测系统209可以确定粉末被回收模块接收的部分不可再循环。粉末收集系统210可进一步与驱动系统208协作以使得粉末收集系统210可控制支撑板128、130何时相对于彼此而移动来使用回收模块发起粉末回收。如上文描述的，当支撑板128、130被移动成对准构型时，就可回收第一支撑板128和第二支撑板130的顶表面上的未熔粉末。粉末收集系统210然后可发起感测操作以检测回收到的粉末是否可用。
构建平台和支撑结构
如上文描述的，为了发起再循环处理，粉末收集系统210和驱动系统208可使构建平台104的支撑板128、130从不对准构型移动到对准构型。参考图3a至图3d，第一支撑板128中的孔洞132与第二支撑板130中的孔洞134协作以使得能够回收粉末。通过分配系统204和熔融系统206而形成的非工件结构进一步改善了粉末再循环工艺的效率并减少了未变为要形成的物体的粉末的无意中熔融。这些结构(如上文描述的)包括支撑基座124、壳体126(图1a中示出)和支撑支柱127。壳体126在工件122(图1a中示出)构建时构建。支撑基座124和支撑支柱127是在工件122开始构建前形成的结构。
如图3a所示，支撑基座124基本上平行于构建平台104的顶表面。支撑基座124具有小于构建平台104的顶表面的大小。支撑基座124限定对应于要形成的物体的区域和要形成的壳体的区域的支撑区域。支撑区域大至足以支撑物体以及壳体两者。特别地，支撑区域内包含了物体和壳体在支撑基座124的顶表面上的平行投影。
在形成支撑基座124前，控制器202可以致使分配系统204和熔融系统206形成支撑支柱127。图3b示出了在构建平台104的顶表面上的支撑支柱127。支撑支柱127被间隔开，使得它们可以在结构上支撑124以及壳体、要形成的物体和容纳在壳体和支撑基座124内的未熔粉末的经预测的组合重量。控制器202可以计算这些部件的重量并相应地产生限定要形成的支撑支柱127的数目、直径、厚度、分布、高度和其他性质的指令。支撑支柱127可以跨构建平台104的阵列，与第一支撑板128的孔洞132的位置交错，使得支撑支柱127不会阻挡孔洞132。支撑支柱127可进一步包括竖直通洞305，竖直通洞可以减少形成支撑支柱127需要的粉末量。
图3a和3b描绘了处于对准构型的支撑板128、130。如上文关于图1a描述的，此构型中，粉末可行进通过支撑板128、130的孔洞132、134以通过再循环通道109而被回收。在不对准构型中，在第一支撑板128和第二支撑板128、130的顶表面上分配的粉末保留在顶表面上。
图3c和图3d示出了分别处于不对准构型(图3c)和对准构型(图3d)的构建平台104的横截面图。在不对准构型(图3c)中，孔洞132、134没有对准彼此。因此，孔洞132被第二支撑板130阻挡住，使得粉末无法行进通过支撑板128、130到达再循环通道109(如图1a所示)。在对准构型(图3d中)中，孔洞132、134对准彼此，使得粉末可以行进通过由对准孔洞132、134形成的通道。支撑基座124可支撑在支撑基座124上分配的粉末，使得粉末保持在支撑基座124上并且不会行进通过由对准孔洞132、134形成的通道。在粉末行进通过由对准孔洞132、134形成的通道并且接收在再循环通道中后，可以接着分拣粉末并且将之重新引导通过回收模块和粉末收集系统210。
增材制造设备使用方法
本文中描述的设备100和其他am设备可用于制造物体的支撑结构和回收未熔粉末以供后续使用。图4a至图4f示出了由am设备(例如，图1a的am设备100)实现以形成物体的工艺。图4a至图4f描绘了连续操作400a至400f，其中设备进行包括分配粉末、熔融粉末和回收未熔粉末的操作。在开始操作400a至400f前，设备的控制器(例如，控制器202)可接收指示要形成的物体的cad数据。如本文描述的，使用cad数据，控制器可选择在操作400a至400f期间形成的各种结构的性质。
在操作400a处，如图4a描绘的，设备在构建平台406上分配粉末颗粒404的一个或多个层402。设备可以是例如关于图1a描述的设备100。构建平台406可以是设备100的构建平台104。每一个层402可以包括堆叠在彼此的顶部上的多个粉末颗粒404。在设备分配层402时，层402可以具有延伸到设备的侧壁407的顶表面的高度。
图4a进一步示出了靠近构建平台406的顶表面的放大部分。如该放大部分所示，构建平台406包括在第二支撑板410的顶部上的第一支撑板408。第一支撑板408包括孔洞阵列412，并且第二支撑板410包括孔洞阵列414。第一支撑板408和第二支撑板410可以分别是关于图1a描述的第一支撑板128和第二支撑板130。
当分配粉末404的第一层402时，第一支撑板408和第二支撑板410处于不对准构型。因此，在操作400a期间，当在构建平台406的顶表面上分配粉末404的层402时，粉末404可以进入第一支撑板408的孔洞412，但是第二支撑板410阻止粉末404比第二支撑板410移动得更远。虽然已经将层402描述为粉末颗粒404的多个层，但是在一些情况下，层402仅包括了粉末颗粒404的单个层。
在图4b中示出的操作400b处，设备将层402的一部分熔融以形成支撑支柱416。设备熔穿所有的层402直到构建平台406，使得被熔部分牢固地支撑在构建平台406上。设备熔融对应于支撑支柱416中的每一者的水平横截面的支柱区域415。对于圆形支柱，支柱区域415可以是一组不连续的环形区域，例如，圆环，每个环形区域对应于支撑支柱416中的一者。在一些实现方式中，在支柱416包括通孔时，形成在支柱区域415中的支撑支柱416中的每一者可以包括内圆周和外圆周。在一些实现方式中，支柱416可以具有正方形、矩形、六边形或其他适当的横截面形状。支柱416在图4b至图4f中被示出为是实心的，但是在一些示例中，支撑支柱是中空的。
在图4c中示出的操作400c处，设备在层402的顶部上分配一个或多个层418。如关于层402描述的，每一个层418可以包括堆叠在彼此的顶部上的多个粉末颗粒404。作为此操作400c的一部分，设备可使构建平台406下降，使得在层402上分配的新的层418到达侧壁407的顶表面，或者可使台架107上升以维持于打印头102在平台上的粉末顶层上方的相同高度。
在操作400c期间，设备还熔融了层418的一部分。特别地，设备熔融层418的支撑区域420。由支撑区域420覆盖的区域对应于零件支撑基座422的顶表面的区域。零件支撑基座422在熔融操作期间可熔融到支撑支柱416。因此，在操作400c结束时，在零件支撑基座422下方不存在未熔粉末的情况下，支撑支柱416将零件支撑基座422支撑于构建平台406之上。
在图4d中示出的操作400d处，设备在层418的顶部上分配粉末404的更多个层424。类似于层402、418，层424可以包括堆叠在彼此的顶部上的多个粉末颗粒404。设备还使构建平台406下降，使得新的层424到达但不超过侧壁407的顶表面，或者还使台架107上升以维持于打印头100在平台上的粉末顶层上方的相同高度。
层424的最底层搁置在零件支撑基座422上。零件支撑基座422支撑层424的覆于零件支撑基座422之上的部分。层424由零件支撑基座422支撑的部分在支撑区域420内。
在操作400d期间，设备还熔融了层424的一部分以开始形成工件426和壳体428。工件426是要形成的物体的一部分。为了形成工件426，设备熔融层424的物体部分430。壳体428沿着零件支撑基座422的周边形成。为了形成壳体428，设备熔融层424的壳体区域432。
与在操作400a至400c中分配和熔融的层402、418不同，层424在操作400d期间熔融的部分可以变成在构建的物体的一部分。层424和后续的层可以因此被认为是包括粉末404的物体层，物体层被熔融以形成物体。特别地，如上文关于图4a至图4c描述的，最初的层402、418被熔融以形成用于工件426的支撑结构。包括零件支撑基座422和支撑支柱416的这些支撑结构不会变成要构建的物体，而是在物体构建时支撑物体。
类似于零件支撑基座422和支撑支柱416，壳体428不会形成要构建的物体的一部分。壳体428将层424划分成内部区域434和外部区域436。内部区域434位于零件支撑基座422内并且因此位于支撑区域420内。支撑区域420可对应于包括壳体区域432和支撑区域420两者的区域。内部区域434包含将熔融以形成物体的粉末404。外部区域436包含在增材制造工艺期间将不从能量源接收能量的粉末404。壳体428的高度延伸到最上层424。
在执行操作400a至400d前，设备的控制器可基于从在发起操作400a前接收的表示物体的cad数据确定的物体尺寸来设定支撑支柱416、零件支撑基座422和壳体428的尺寸。在一些实现方式中，控制器可以计算物体在平台406的顶表面上的平行投影。平行投影可对应于物体区域，因为物体将沿着垂直于平台406的顶表面的方向投影到平台406的顶表面上。物体在平台上的平行投影可以因此限定零件区域。基于平行投影，控制器可选择支柱区域415、支撑区域420和壳体区域432的几何性质。控制器可选择支撑区域420的区域并相应地基于支撑区域420的区域来选择壳体区域432的位置。
控制器可选择支撑区域420的区域，使得支撑区域420包括物体区域。控制器可进一步选择支撑区域420的区域，使得由壳体428限定的内部区域434包括物体区域。在一些示例中，内部区域434具有的区域为物体区域的至少105％至200％(例如，105％至150％、120％至150％、150％至200％)。由于内部区域434可以等于支撑区域420减去被壳体428占据的区域，因此内部区域434小于或等于支撑区域420。
在一些示例中，控制器设定内部区域434的横向尺寸，使得该物体的最大横向尺寸包括在内部区域434的横向尺寸中。控制器设定例如内部区域434的宽度和/或长度。内部区域434的横向尺寸可以例如是物体区域的横向尺寸的105％至150％(例如，105％至110％、110％至125％、125％至150％)。
在一些实现方式中，控制器确定物体在平台406上的平行投影的区域的周边。基于该平行投影的周边，控制器设定内部区域434循着平行投影的周边的几何形状和区域。例如，内部区域的周边可简单地通过缩放平行投影的周边的周长来产生。
内部区域434可以占据致使其周边距物体的平行投影的区域的周边基本上恒定的距离的形状和位置。例如，内部区域434的周边可以是距平行投影的周边的距离，使得内部区域434的区域在如上所述的范围内。在一些示例中，内部区域434的周边在距平行投影的区域的周边的设定距离内，例如，在距平行投影的区域的周边1mm10cm之间。
在一些示例中，由物体的平行投影限定的零件区域可以包括在零件支撑基座422在平台406上的平行投影中。零件支撑基座422的平行投影可以限定支撑区域。支撑区域因此可以包括零件区域。
在一些实现方式中，在操作400a前，控制器可确定支撑支柱416的尺寸。例如，在操作400a前，控制器可确定要形成的物体的重量。基于物体的重量，控制器可选择支柱区域415以及在操作400a处分配的层402的高度。支撑支柱416将零件支撑基座422与平台406的顶表面分开，并且因此也将工件426和壳体428与零件支撑基座422分开。如上文描述的，分开可以使平台406与零件支撑基座422、工件426、壳体428和容纳在壳体428和零件支撑基座422内的粉末404隔绝。分开和隔绝可减少提供给壳体428内的粉末404的热量传递到平台406。控制器可选择层402以及因此选择支撑支柱416的高度以在零件支撑基座422与平台406的顶表面之间形成足够的间隔。控制器可进一步选择支柱416的横截面特征，使得支柱416具有足够的强度来承受物体、零件支撑基座422、内部区域434内的未熔粉末404和壳体428的负荷。
在一些情况下，另选地或另外地，控制器可基于在物体完成后在支撑区域420中分配的层的部分的预测体积来选择支撑支柱416的横截面特征。基于此体积和在构建操作期间使用的粉末404的平均密度，控制器可计算在物体完成后支撑支柱416将支撑的重量。控制器然后可相应地选择支撑支柱416的尺寸和几何特征来支撑此重量。在一些实现方式中，如果负荷不均匀地分布在支撑支柱416上，那么每个支撑支柱416可基于其支撑的负荷量而具有不同的大小或尺寸。
在一些示例中，支撑支柱416具有在1mm与100mm之间的高度。支撑支柱127可以具有在1mm与10mm之间的直径。支撑支柱416可以在1cm与10cm之间的节距被间隔开。支撑支柱416的横截面积可相对于支撑区域420的横截面积来限定。
在操作400d处形成壳体428和工件426的一部分后，设备可激活连接到平台406的一个或多个致动器以使第一支撑板408和第二支撑板410相对于彼此而移动。如图4d的放大部分所示，板408、410相对于彼此而移动以使得粉末404能够行进通过孔洞412、414。特别地，板408、410从不对准构型移动到对准构型。在一些实现方式中，致动器致使第一支撑板408相对于第二支撑板410而移动，并且在一些情况下，致动器致使第二支撑板410相对于第一支撑板408而移动。
当板408、410被移动到对准构型时，如图4b的放大部分所示，内部区域434内的粉末404保持在内部区域434中，但是外部区域436中的粉末404通过孔洞412、414流出。壳体428沿着零件支撑基座422的位置因此限定粉末404中的哪些通过孔洞412、414收集和粉末404中的哪些保持在构建平台406之上。保持在构建平台406之上的粉末404容纳在壳体428内并且位于零件支撑基座422之上。内部区域434中的粉末404保持由零件支撑基座422支撑，零件支撑基座又由支撑支柱416支撑，支撑支柱又由平台406支撑。内部区域434中的粉末404由壳体428横向支撑。
粉末404在行进通过孔洞412、414后进入设备的再循环通道。如上文关于图2描述的，设备的粉末收集系统可取决于使用与粉末收集系统相关联的传感器感测的粉末404的性质来确定所回收的粉末404的尺寸。在粉末404进入再循环通道后，用于后续操作的设备可以开始使用被粉末收集系统确定为可用于后续操作的所回收的粉末。
在图4e中示出的操作400e处，设备继续在构建平台406上分配粉末404并且熔融内部区域434内的粉末404以形成壳体428和工件426。在操作400e期间分配的粉末404可以包括先前在操作400a至400d中分配且在操作400d期间回收和再循环的粉末。设备可以在平台406上均匀地分配粉末404。板408、410可以保持处于对准构型中，使得分配在外部区域436中的粉末404在分配到构建平台406上时通过孔洞412、414下落。随着在支撑区域420中分配粉末404时，粉末404可积聚以形成新的层。
在一些情况下，设备不会在整个外部区域436上分配粉末404。替代地，设备仅在支撑区域420内或在包括支撑区域420的区域和紧邻支撑区域420的区域上方分配粉末404，例如，如受限于分配系统的分辨率。粉末404的减少的分配量可以减少分配物体层的时间量。
分配在支撑区域420中的粉末404保持在先前分配的最上层的顶部上。设备然后可以将粉末404熔融在壳体区域432中以延伸壳体428的高度。设备也可熔融粉末404的一部分以继续将被熔材料添加到工件426并继续形成物体。设备可继续分配和熔融粉末404直到物体完成。
在一些示例中，在板408、410被移动到对准构型后分配的层(例如，在操作400d后)可以具有比层402、418、424小的高度。在板408、410处于对准构型时分配的层不由侧壁407和其他粉末404横向支撑。分配在壳体区域432中的粉末404可因此朝外部区域436位移。这些层可具有较小厚度，使得这些层424中的粉末404在它们被分配后不显著位移。
在操作400f处，设备已经完成将材料熔融到工件426并且因此完成物体形成。可将工件426以及零件支撑基座422、支撑支柱416和内部区域434内的未熔粉末404从设备去除。可将支撑支柱416从零件支撑基座422折断或切断。可将零件支撑基座422从工件426去除。例如，可通过放电加工(electricaldischargemachining；edm)操作来移除支撑支柱416和零件支撑基座422。内部区域434内的未熔粉末404可处置或放置到粉末收集系统中以供粉末收集系统确定粉末404中的哪些是可再用的而粉末404中的哪些将被处置。
控制器和计算装置可以实现操作400a至400f和本文中描述的其他工艺和操作。如上文描述的，设备100的控制器202可以包括一个或多个处理装置，处理装置连接到设备100的各种部件(例如，致动器、阀和电压源)以产生用于这些部件的控制信号。控制器可以协调操作并且致使设备100进行上文描述的各种功能操作或步骤序列。控制器可以控制打印头102的系统的移动和操作。控制器202例如控制包括第一粉末颗粒和第二粉末颗粒的供给材料的位置。控制器202还基于层组中要一次熔融的层数来控制能量源的强度。控制器202还通过例如移动能量源或打印头来控制能量被添加的位置。
控制器202和本文中描述的系统的其他计算装置部分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如存储在计算机程序产品中(例如，存储在非暂时性机器可读存储介质中)的计算机程序的处理器。这种计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)写入，并且所述计算机程序可以以任何形式(包括作为独立程序，或者作为模块、部件、子程序或适用于计算环境的其他单元)来部署。
控制器128和所描述的系统的其他计算装置部分可包括用于存储识别供给材料应当针对每一个层而沉积的图案的数据对象(例如，计算机辅助设计(cad)兼容文件)的非暂时性计算机可读介质。例如，数据对象可以是stl格式的文件、3d制造格式(3mf)文件或增材制造文件格式(amf)文件。例如，控制器可从远程计算机接收数据对象。控制器202中的处理器(例如，由固件或软件控制)可解释从计算机接收的数据对象以产生控制设备100的部件以熔融为每一个层规定的图案必需的信号集。
虽然本文献包含了许多特定实现细节，但是这些不应视为对任何发明或可要求保护的内容的范围的限制，而应视为特定于具体发明的具体实施方式的特征的描述。本文献中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可在单个实施方式中组合实现。相反地，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可在多个实施方式中分开实现或以任何合适的子组合实现。此外，虽然特征在上文中可能被描述为作用于某些组合中并且甚至最初要求保护此类组合，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可能在一些情况下中从组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变化。
图1a的打印头包括使得设备100能够构建物体的若干系统。在一些情况下，am设备不包括打印头而包括被独立操作的系统，被独立操作的系统包括被独立操作的能量源、分配器和传感器。这些系统中的每一者都可独立移动并且可或可不是模块化打印头的一部分。在一些示例中，打印头仅包括了分配器，并且设备包括单独的能量源以进行熔融操作。这些示例中的打印头因此将会与控制器协作来进行分配操作。
虽然操作400a至400f被描述为包括单一大小的粉末颗粒404，但是在一些实现方式中，这些操作可以用多种不同大小的粉末颗粒来实现。虽然本文中描述的am设备的一些实现方式包括两种类型的颗粒(例如，第一粉末颗粒和第二粉末颗粒)，但是在一些情况下，可以使用其他类型的颗粒。如上文描述的，第一粉末颗粒具有比第二粉末颗粒小的大小。在一些实现方式中，在分配第二粉末颗粒以形成层前，设备会将第三粉末颗粒分配到工作台上或先前分配的层下。此第三粉末颗粒可提供薄层，第一粉末颗粒被分配到其上。第三粉末颗粒具有第一平均直径的至多1/2的平均直径。这允许了第二粉末颗粒沉降到第三颗粒颗粒的层中。例如，如果第一粉末颗粒无法渗入第二粉末颗粒的层底部，那么此技术可增加物体在第二粉末颗粒的层底部的密度。
虽然图4a至图4f将壳体区域432、内部区域434和外部区域436描绘为与分配的物体层中的每一个层保持在基本上相同的位置上，但使在一些情况下，这些区域的大小和位置有所变化。例如，壳体区域432可以在每一个物体层分配时向外移动，从而在更多的物体层分配时致使壳体428向外倾斜。由于物体在构建操作期间之后分配的层的面积增加，因此壳体428可能向外倾斜。在一些情况下，由于工件在后续的物体层分配时具有较小面积，因此壳体428可能向内倾斜。在这些情况下，较小内部区域和较大外部区域436可以促成回收更大量的粉末。
针对金属和陶瓷的增材制造的处理条件显著不同于针对塑料的处理条件。例如，一般，金属和陶瓷会需要显著较高的处理温度。因此，针对塑料的3d打印技术可能不适用于金属或陶瓷处理，并且设备可能并不是等效的。
然而，在此处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。
已描述了多个实现方式。不过，将会理解，可以做出各种修改。例如，
·制造支撑板的技术可以在不制造在下方的支柱的情况下进行。
·壳体可直接地制造在构建平台上，而不用在物体下方制造支撑板。类似地，具有或没有支柱的支撑板可以经制造以支撑物体，但不制造壳体。
·支撑板和/或壳体可以制造在不包括用于粉末回收的孔的支撑工作台上。
·参考图1来描述的构建平台可以用于制造增材制造系统中的零件，但不制造支柱、支撑板或壳体。
·在上文描述为打印头的一部分的各种部件(诸如分配器、布散器、感测系统、热量源和/或能量源)可以安装在台架上而非安装在打印头上，或者安装在支撑台架的框架上。
因此，其他实现方式在权利要求书的范围内。