用于周界和区域隔离的扫描策略的制作方法

本公开涉及用于增材制造中的区域特定的过程参数的改进方法和设备。

背景技术：

例如，增材技术(am)技术可包括电子束自由形式制造、激光金属沉积(lmd)、激光线金属沉积(lmd-w)、气体金属电弧焊、激光加工近形(lens)、激光烧结(sls)、直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(ebm)、粉末给送定向能量沉积(ded)，以及三维打印(3dp)。相比减材制造方法，am工艺大体涉及积聚一种或多种材料以制造净形或近净形(nns)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(astmf2792)，但am涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3d打印、快速成型/加工等。am技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(cad)模型制造。举例来说，特定类型的am工艺使用能量束，例如，电子束或电磁辐射如激光束，以烧结或熔化粉末材料和/或线材，以产生材料在其中结合在一起的固体三维物体。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融、和直接激光熔融是用于表示通过使用激光束来烧结或熔融细粉来制造三维(3d)物体的常见工业术语。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统激光烧结技术。更确切地说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔融相关的物理过程包括向粉末材料传热并且随后烧结或熔融粉末材料。电子束熔化(ebm)使用聚焦的电子束来熔化粉末。这些工艺涉及连续地熔化粉末层来以金属粉末构成物体。

am技术的实施例在上面以及在本发明中讨论，可以通过使用激光或能量源在粉末中生成热以至少部分地熔化材料来表征am技术。因此，在短时间内在细粉末中生成高浓度的热。在部件的建造期间粉末中的高的温度梯度可能对完成的部件的微结构有明显的影响。快速的加热和凝固可能引起高的热应力，并在凝固材料中引起局部的非均匀相。此外，由于颗粒在完成的am部件中的取向可以由材料中热传导的方向控制，所以在am设备和技术中激光的扫描策略变成控制am构建的部件的微结构的重要方法。为了形成没有材料缺陷的部件，控制am设备中的扫描策略也是至关重要的，缺陷的实施例可包括缺少熔合孔隙度和/或沸腾孔隙度。

图1是示出用于直接金属激光烧结(“dmls”)或直接金属激光熔化(dmlm)的示例性常规系统110的横截面视图的示意图。例如，设备110通过使用由诸如激光器120的源生成能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)来以逐层方式(例如，层l1、l2和l3，其出于图示目的夸大了比例)构成零件122。待由能量束熔化的粉末由储存器126供应，且使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地散布在构建板114上来将粉末保持在一定水平118，且将延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料去除至废物容器128。能量束136烧结或熔化在振镜扫描器132的控制下构成的物体的横截面层(例如，层l1)。构建板114降低，且另一个粉末层(例如，层l2)散布在构建板和待构建的物体上，接着由激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件122由熔融/烧结粉末材料完全建成。激光器120可以由计算机系统控制，该计算机系统包括处理器和存储器。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制激光器120以根据扫描图案照射粉末材料。在完成零件122的制造后，可以将多个后处理工艺施加于零件122。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空、加工、喷砂或介质喷砂来除去多余粉末。此外，例如，常规后处理可涉及例如从构建平台/基底通过加工来除去零件122。其它的后处理程序包括应力释放过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对零件122进行表面处理。

上述am工艺由执行控制程序的计算机来控制。例如，设备110包括处理器(例如，微处理器)，其运行固件、操作系统或提供设备110与操作者之间的界面的其它软件。计算机接收待形成的物体的三维模型作为输入。例如，三维模型使用计算机辅助设计(cad)程序生成。计算机分析模型，且提出用于模型内的每个物体的工具路径。操作者可限定或调整扫描图案的各种参数，如功率、速度和间距，但大体上不会直接地编程工具路径。本领域的普通技术人员将完全认识到，前述控制程序可适用于任何前述am工艺。此外，上述的计算机控制可应用于任何减材制造或者在任何后处理或混合过程中使用的预处理技术或后处理技术。

可以使用上面的增材制造技术由不锈钢、铝、钛、铬镍铁合金625、铬镍铁合金718、铬镍铁合金188、钴铬合金及其它金属材料或任何合金形成部件。举例来说，上述合金可包括以下商标名的材料：hayneshaynessuperalloyinconel625^tm、625、625、625、6020、inconel188，以及具有利于使用上文所提到的技术形成部件的材料特性的任何其它材料。

在上述的实施例中，激光器和/或能量源通常被控制以基于图案在粉末层中形成一系列凝固线(后面可互换地称作剖面线(hatchline)、凝固线和光栅线)。可以选择图案，以降低构建时间，提高或控制被凝固材料的材料特性，降低完成的材料中的应力，和/或降低对激光器和/或检流计扫描器和/或电子束的磨损。以往已经设计了各种扫描策略，例如包括棋盘图案和/或条纹图案。

控制构建的am部件的材料内的应力的一种尝试涉及对于am构建过程中的每一层，旋转包含多个邻接平行矢量的条纹区，所述邻接平行矢量作为凝固线，并垂直于形成条纹区的边界的凝固线延伸。对于am构建的每一层，使由条纹界定并垂直于条纹的平行凝固线旋转。控制am设备中的扫描策略的一个实施例在dimter等人的名称为“methodanddeviceformanufacturingathree-dimensionalobject(用于制造三维物体的方法和装置)”的第8,034,279b2号美国专利中公开，该专利通过引用被全部并入本文中。

图2和图3描绘了上述的旋转条纹策略。激光器扫描通过粉末的表面，形成一系列凝固线213a,213b。系列凝固线形成构建的一层，并由形式为条纹211a,212a和211b,212b的凝固线界定，条纹211a,212a和211b,212b垂直于凝固线213a和213b，形成每个条纹区的边界。由凝固线211a和212a界定的条纹区形成待被构建的层的更大表面的一部分。在形成零件时，零件横截面的大部分被分成许多条纹区(两个凝固条纹之间的包含横向凝固线的区域)。在如图2和图3中所示的am构建过程中，对于形成的每一层旋转条纹取向。第一层可以由条纹区中的一系列平行凝固线213a形成，条纹区基本上垂直于凝固条纹211a形成并由凝固条纹211a界定。在第一层上形成的后续层中，如图3中所示，条纹211b旋转。通过关于前一层旋转的一组凝固条纹211b和212b创建凝固线213a和213b的条纹边界，垂直于条纹211b形成并由条纹211b界定的凝固线213b也关于前一层的凝固线213a旋转。

使用上述的旋转条纹策略，需要进一步创建每一层中的差异。通过使用所公开的各个实施例，通过防止能量源的不必要的跳跃，防止激光器的不必要的打开/关闭转换进一步提高构建效率，和/或改善层内的热积累的控制和/或效率。此外，通过控制条纹区的图案和条纹区中的凝固线，可以改变零件的微结构。

然而，在使用上述策略的am设备中，还需要控制条纹区之间和/或使用上述的条纹和凝固线方案形成的两个区域之间的边界处和/或在使用单个系列的凝固线时的能量密度。

技术实现要素：

在一方面，公开了用于增材制造的方法。所述方法包括通过以第一能量密度值沿着第一照射路径照射构建材料，在第一扫描区内形成至少部分凝固的部分。在相对于所述第一扫描区间隔开的第二扫描区内形成第二至少部分凝固的部分，其中，通过以第二能量密度值沿第二照射路径照射构建材料，在所述第一扫描区内形成凝固部分。通过以第三能量密度值照射构建材料，至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间，所述第三能量密度值比所述第一能量密度值和所述第二能量密度值小。当构建单元相对于所述部件处于第一位置时，可以在所述第一扫描区内形成凝固部分，当所述构建单元处于与所述第一位置不同的第二位置时，可以在所述第二扫描区内形成凝固部分。

在一方面，所述第一扫描区和所述第二扫描区可以定位在移动构建平台上。当所述移动构建平台相对于构建单元处于第一位置时，可以在所述第一扫描区内形成凝固部分，并且当所述移动构建平台相对于所述构建单元处于第二位置时，可以在所述第二扫描区内形成凝固部分。

在上面的方面中，通过改变电子束功率、激光功率、扫描速度和扫描间距的至少一个可以改变所述能量密度值。

在另一方面，公开了一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，所述程序被配置成使得计算机执行增材制造方法。所述增材制造方法可以包括在第一扫描区内形成至少部分凝固的部分，其中，通过以第一能量密度值沿第一照射路径照射构建材料，在第一扫描区内形成凝固部分。此外，可以在相对于所述第一扫描区间隔开的第二扫描区内形成至少部分凝固的部分。通过以第二能量密度值沿第二照射路径照射构建材料，可以在所述第一扫描区内形成凝固部分。通过以第三能量密度值照射构建材料，可以至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间，所述第三能量密度值比所述第一能量密度值和所述第二能量密度值小。

在一方面，所述第一扫描区和所述第二扫描区可以定位在移动构建平台上。当所述移动构建平台相对于构建单元处于第一位置时，可以在所述第一扫描区内形成凝固部分，并且当所述移动构建平台相对于所述构建单元处于第二位置时，可以在所述第二扫描区内形成凝固部分。

在上面的方面中，通过改变电子束功率,激光功率,扫描速度和扫描间距的至少一个可以改变所述能量密度值。

具体地，本申请技术方案1涉及一种用于形成部件的方法，所述方法包括：在第一扫描区内形成至少部分凝固的部分，其中，通过以第一能量密度值沿第一照射路径照射构建材料，在第一扫描区内形成凝固部分；在相对于所述第一扫描区间隔开的第二扫描区内形成至少部分凝固的部分，其中，通过以第二能量密度值沿第二照射路径照射构建材料，在所述第一扫描区内形成凝固部分，其中，通过以第三能量密度值照射构建材料，至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间，所述第三能量密度值与所述第一能量密度值和所述第二能量密度值不同。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，所述第三能量密度值小于所述第一能量密度值和所述第二能量密度值。

本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，当构建单元相对于所述部件处于第一位置时，在所述第一扫描区内形成凝固部分，当所述构建单元处于与所述第一位置不同的第二位置时，在所述第二扫描区内形成凝固部分。

本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，所述第一扫描区和所述第二扫描区定位在移动构建平台上，其中，当所述移动构建平台相对于构建单元处于第一位置时，在所述第一扫描区内形成凝固部分，并且当所述移动构建平台相对于所述构建单元处于第二位置时，在所述第二扫描区内形成凝固部分。

本申请技术方案5涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，通过改变电子束功率、激光功率、扫描速度和扫描间距的至少一个改变所述能量密度值。

本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，通过改变至少激光功率改变所述能量密度值，其中，通过使用聚焦控制机构控制所述激光的聚焦，调节所述激光功率。

本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的用于形成部件的方法，其中，通过控制激光在其上聚焦的表面面积，调节所述激光功率。

本申请技术方案8涉及根据技术方案6所述的用于形成部件的方法，其中，所述聚焦控制设备包括至少一个透镜。

本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，通过改变至少激光功率改变所述能量密度值，其中，通过控制所述激光的瓦特数调节所述激光功率。

本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，通过改变至少扫描速度改变所述能量密度值，其中，通过控制检流计扫描器调节所述扫描速度。

本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的用于形成部件的方法，其中，所述第一照射路径包括以第一角度形成的一系列凝固线，其中，所述第二照射路径包括以第二角度形成的一系列凝固线，其中，通过以不同于所述第一角度和所述第二角度的角度形成第三系列凝固线，至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间。

本申请技术方案12涉及一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，所述程序被配置成使得计算机执行增材制造方法，所述制造方法包括：在第一扫描区内形成至少部分凝固的部分，其中，通过以第一能量密度值沿第一照射路径照射构建材料，在第一扫描区内形成凝固部分；在相对于所述第一扫描区间隔开的第二扫描区内形成至少部分凝固的部分，其中，通过以第二能量密度值沿第二照射路径照射构建材料，在所述第一扫描区内形成凝固部分，其中，通过以第三能量密度值照射构建材料，至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间，所述第三能量密度值比所述第一能量密度值和所述第二能量密度值小。

本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第三能量密度值小于所述第一能量密度值和所述第二能量密度值。

本申请技术方案14涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，当构建单元相对于所述部件处于第一位置时，在所述第一扫描区内形成凝固部分，当所述构建单元处于与所述第一位置不同的第二位置时，在所述第二扫描区内形成凝固部分。

本申请技术方案15涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一扫描区和所述第二扫描区定位在移动构建平台上，其中，当所述移动构建平台相对于构建单元处于第一位置时，在所述第一扫描区内形成凝固部分，并且当所述移动构建平台相对于所述构建单元处于第二位置时，在所述第二扫描区内形成凝固部分。

本申请技术方案16涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，通过改变电子束功率、激光功率、扫描速度和扫描间距的至少一个改变所述能量密度值。

本申请技术方案17涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，通过改变至少激光功率改变所述能量密度值，其中，通过使用聚焦控制机构控制所述激光的聚焦，调节所述激光功率。

本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，所述聚焦控制设备包括至少一个透镜。

本申请技术方案19涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，通过改变至少激光功率改变所述能量密度值，其中，通过控制所述激光的瓦特数调节所述激光功率。

本申请技术方案20涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，通过改变至少扫描速度改变所述能量密度值，其中，通过控制检流计扫描器调节所述扫描速度。

本申请技术方案21涉及根据技术方案12所述的存储程序的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一照射路径包括以第一角度形成的一系列凝固线，其中，所述第二照射路径包括以第二角度形成的一系列凝固线，其中，通过以不同于所述第一角度和所述第二角度的角度形成第三系列凝固线，至少部分地凝固所述第一扫描区和所述第二扫描区之间的空间。

附图说明

并入本说明书中且构成其一部分的附图示出本公开的一个或多个实施例方面，且连同具体实施方式一起用于解释各方面原理和实施方案。

图1是形成部件的至少一部分使用的常规增材制造技术的侧视图；

图2是描绘形成部件的至少一部分使用的常规剖面条纹图案的顶视图；

图3是描绘形成部件的至少一部分使用的常规剖面条纹图案的顶视图；

图4是描绘在常规的am过程中构建的部件的实施例层的透视图；

图5是描绘形成图4中描绘的部件的每一层使用的剖面条纹图案的顶视图；

图6是根据本发明的一个方面的构建单元的侧横截面图；

图7是根据本发明的一个方面的增材制造设备的旋转构建平台的构建单元和一部分的侧横截面图；

图8a是示出根据本发明的一个方面的两个相邻扫描区之间的区域的实施例的顶视图；

图8b是示出根据本发明的一个方面的两个相邻扫描区之间的区域的实施例的图8a的放大视图；

图9是描绘根据本发明的一个方面的构建单元和扫描区的示例取向的顶视图；

图10是描绘根据本发明的一个方面的构建单元和扫描区的示例取向的顶视图。

具体实施方式

虽然已结合上文概述的实施例方面描述本文所描述的各方面，但无论是否已知或当前未预见到或可能未预见到，各种替代方案、修改、变化、改进和/或实质性等同物至少对于所属领域的一般技术人员来说均可变得显而易见。因此，如上文所阐述的实施例方面旨在说明而非限制。可在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改变。因此，本公开旨在涵盖所有已知或稍后开发的替代方案、修改、变化、改进和/或实质性等同物。

在使用任何上述的am技术通过至少部分地熔化粉末形成零件时，使用以光栅扫描方式激光器扫描通过粉末材料，创建剖面扫描(后面可互换地称作剖面扫描、光栅、扫描线或凝固线)。在am构建中，使用上述的凝固线形成大部分的零件横截面。还可以使用轮廓扫描勾勒零件横截面的边缘。在光栅扫描过程中，在期望am构建的固体部分的区域中，能量源或激光器打开，增大功率和/或聚焦，在不期望在该层中熔化形成物体的横截面的地方能量源或激光器关闭、离焦、脉动和/或降低功率。在光栅扫描过程中，例如，沿相邻的凝固线重复至少部分地熔化粉末和形成凝固，以形成待被构建的物体的单个熔化和熔合横截面，同时轮廓扫描创建零件的分立边界或边缘。在该实施例中，am设备使用粉末床，一旦完成被构建物体的一个横截面的熔化形成，设备用附加的粉末层涂布完成的横截面表面。重复此过程直到完成物体。

出于上面的原因，激光器和/或能量源被控制以使用至少出于以下原因的图案形成粉末层中的一系列凝固线；所述原因有：为了降低构建时间，为了控制粉末内的热积累和/或为了提高构建效率，为了改善和/或控制凝固材料的材料特性，为了降低完成的材料的应力，和/或为了降低对激光器和/或检流计扫描器的磨损。

如图4和图5中所示，构建的am部件包括多个层215,216,217。示出上述策略的一个实施例，例如，可以通过软件将第一层217分成由作为凝固线形成的条纹257和277界定的几个条纹区。条纹257和277可形成用于分别形成的平行邻接矢量或凝固线267的边界。零件的表面包括覆盖待被构建的表面的多个条纹。如图5中所示，每个条纹区由层217中的凝固条纹257和277界定，形成一系列平行凝固线267的边界。平行凝固线267垂直于凝固条纹边界257和277。在层217中以第一角度定向条纹，垂直凝固线267基本上垂直于条纹257和277形成。由第二层216上的凝固条纹256和257界定的条纹区相对于前一层217上的凝固条纹边界257和277形成角度。因此，垂直于凝固条纹256和276延伸的凝固线266还相对于前一层217上的凝固线267形成角度。当构建进行时，在第三层215上具有条纹265和275的下一层相对于层217上的条纹257和277以及层216上的条纹256和276形成角度。

根据本发明可以使用的扫描策略的附加细节可以参见以下文献：2017年3月7日提交的名称为“trianglehatchpatternforadditivemanufacturing(用于增材制造的三角形剖面图案)”的第15/451,108号美国专利申请，律师案号为037216.00070；2017年3月6日提交的名称为“legeliminationstrategyforhatchpattern(用于剖面图案的腿消除策略)”的第15/451043号美国专利申请，律师案号为037216.00078；以及2017年3月15日提交的名称为“constantlyvaryinghatchforadditivemanufacturing(用于增材制造的不断变化的剖面)”的第15/459,941号美国专利申请，律师案号为037216.00077，这些申请的公开内容通过引用被并入本文。

图6示出根据本发明的大型am设备的一个实施例的实施例。所述设备包括定位系统(未示出)、包括照射发射引导装置401的构建单元400、层流气流区404和被构建物体415下方的构建板(未示出)。最大构建区由定位系统(未示出)而不是由常规系统使用的粉末床限定，用于特定构建的构建区可以局限于构建包络414，构建包络414可以与物体一起动态地逐步建立。通常，本发明中使用的定位系统可以是任何多维度定位系统，例如吊架系统、delta机器人、缆索机器人、机械臂等。通过第二定位系统(未示出)可以在构建单元400内独立地移动照射发射引导装置401。构建单元外部的大气环境，即“构建环境”或“容纳区”可以被控制，使得氧气含量相对于典型的周围空气降低，且使得环境处于降低的压力。在一些实施例中，使用的重涂器是选择性重涂器。选择性重涂器411的一个实施例在图6中图示。

还可以存在照射源，该照射源在激光源的情况下产生包括由照射发射引导装置引导的激光照射的光子。当照射源是激光源时，则照射发射引导装置可以是例如振镜扫描器，并且激光源可以位于构建环境之外。在这些情况下，可以通过任何合适的手段例如光纤缆线将激光照射输送到照射发射引导装置。当照射源是电子源时，则电子源产生包括由照射发射引导装置引导的电子束的电子。当照射源是电子源时，照射发射引导装置可以是例如偏转线圈。当根据本发明的实施例的大型增材制造设备处于操作时，如果照射发射引导装置引导激光束，则通常有利的是包括气流装置404，该气流装置提供基本上层流的气流区。电子束还可以代替激光或者与激光结合使用。电子束是众所周知的照射源。例如，拉尔森(larsson)的名称为“arrangementandmethodforproducingathree-dimensionalproduct(用于产生三维产品的布置和方法)”(“larsson”)的第7,713,454号美国专利讨论了电子束系统，并通过引用被并入本文中。

气流装置404可以将气体提供至加压的出口部分(未示出)和真空入口部分(未示出)，所述两个部分可将气流提供至气流区403和重涂器405。在气流区404之上，存在可包含惰性环境419的封闭件418。重涂器405可包括料斗406，料斗406包括背板407和前板408。重涂器405还具有至少一个致动元件409、至少一个门板410、重涂器刮板411、致动器412和重涂器臂413。重涂器安装到安装板420。图6还示出构建包络414，其可以通过例如增材制造或者用mig/tig(氩弧/电弧)焊接形成的物体415和料斗405中包含的用来形成物体415的粉末416来构建。在此特定实施例中，致动器412启动致动元件409以将门板410拉离前板408。在一个实施例中，致动器412可以是例如气动致动器，致动元件409可以是双向阀。在一个实施例中，致动器412可以是例如音圈，致动元件409可以是弹簧。在前板408和背板407之间还存在料斗空隙417，当对应的门板被致动元件拉离粉末门时，料斗空隙417允许粉末流动。粉末416、背板407、前板408和门板410可以全部为相同材料。替代性地，背板407、前板408和门板410可以全部为相同材料，且该材料可以是与任何期望材料例如钴铬合金兼容的材料。在本发明的一个实施例的此特定的图示中，气流区404中的气流在x方向上流动，但也可以相对于构建单元在任何期望的方向上流动。重涂器刮板411具有在x方向的宽度。在θ2近似0时照射发射光束的方向在此视图中限定z方向。气流区404中的气流可以基本上是层流。照射发射引导装置401可以由第二定位系统(未示出)可独立地移动。此图示示出处于闭合位置的门板410。

此外，注意，尽管上述的选择性粉末重涂机构405只包括单个粉末分配器，但粉末重涂机构可包括多个小室也是可行的，小室包含多种不同的材料粉末。类似地，上述的设备可包括多个重涂器机构。

当门板410处于打开位置时，料斗中的粉末沉积，形成新的粉末层521，粉末层521由重涂器刮板511弄平以形成基本上均匀的粉末层。在本发明的一些实施例中，可以在构建单元正在移动的同时对基本上均匀的粉末层进行照射，这允许构建单元的连续操作，并因此允许物体更加快速的生产。

图7示出了制造设备300的侧视图，该制造设备300包括在构建平台的远侧绘制的构建单元302的细节。移动构建单元302包括照射光束引导机构506、具有气体入口和气体出口(未示出)的气流机构532、以及粉末重涂机构504，气体出口在方向538上将气流提供到气流区。在此实施例中，流动方向基本上沿x方向。在气流区538之上，可存在包含惰性环境542的封闭件540。安装在重涂器刮板544上的粉末重涂机构504具有包括背板546和前板548的粉末分配器512。粉末重涂机构504还包括至少一个致动元件552，至少一个门板516，重涂器刮板550，致动器518和重涂器臂508。在此实施例中，如图7中所示，致动器518启动致动元件552以将门板516拉离前板548。在前板548和门板516之间还存在空隙564，当门板516被致动元件552拉离前板548时，空隙564允许粉末流到旋转构建平台310上。旋转构建平台310可由电动机316旋转控制。

图7示出其中门板516处于打开位置的构建单元302。粉末分配器512中的粉末515被沉积以形成新的粉末层554，粉末层通过重涂器刮板510平滑分布在旋转构建平台310的顶部表面的一部分(即构建或工作表面)上，以制造基本上均匀的粉末层556，其然后被照射光束558照射形成作为印刷物体330的一部分的熔合层。在一些实施例中，可以在构建单元302正在移动的同时对基本上均匀的粉末层556进行照射，这允许构建单元302连续操作，并因此允许印刷或生长的物体330更加省时的生产。在旋转构建平台310上正在构建的物体330示出为在粉末床314中受外部构建壁324和内部构建壁326约束。在本发明的一个实施例的此特定的图示中，气流区532中的气流在x方向上流动，但也可以相对于构建单元在任何期望的方向上流动。

注意，尽管上述的选择性粉末重涂机构504只包括单个粉末分配器，但粉末重涂机构可包括多个小室也是可行的，小室包含多种不同的材料粉末。此外，尽管示出单个重涂器设备，但本发明适用于具有多个重涂器设备的设备。

可以根据本发明使用的构建单元和用于单个和/或多个单元的定位机构的另外的细节可以在以下文献中找到：2017年5月31日提交的名称为“additivemanufacturingusingamobilebuildvolume(使用移动构建体积的增材制造)”的第15/610,177号美国专利申请，律师案号为037216.00103；2017年5月31日提交的名称为“apparatusandmethodforcontinuousadditivemanufacturing(用于连续增材制造的设备和方法)”的第15/609,965号美国专利申请，律师案号为037216.00102；2017年5月31日提交的名称为“methodforreal-timesimultaneousadditiveandsubtractivemanufacturingwithadynamicallygrownbuildwall(具有动态生长构建壁的实时同步增材和减材制造的方法)”的第15/610,113号美国专利申请，律师案号为037216.00108；2017年5月31日提交的名称为“methodforreal-timesimultaneousandcalibratedadditiveandsubtractivemanufacturing(用于实时同步和校准的增材和减材制造的方法)”的第15/610,214号美国专利申请，律师案号为037216.00109；2017年5月31日提交的名称为“apparatusandmethodforreal-timesimultaneousadditiveandsubtractivemanufacturingwithmechanismtorecoverunusedrawmaterial(具有回收未使用原材料的机构的实时同步增材和减材制造的设备和方法)”的第15/609,747号美国专利申请，律师案号为037216.00110；2017年1月13日提交的名称为“additivemanufacturingusingadynamicallygrownbuildenvelope(使用动态生长的构建包络的增材制造)”的第15/406,444号美国专利申请，律师案号为037216.00061；2017年1月13日提交的名称为“additivemanufacturingusingamobilebuildvolume(使用移动构建体积的增材制造)”的第15/406,467号美国专利申请，律师案号为037216.00059；2017年1月13日提交的名称为“additivemanufacturingusingamobilescanarea(使用移动扫描区的增材制造)”的第15/406,454号美国专利申请，律师案号为037216.00060；2017年1月13日提交的名称为“additivemanufacturingusingaselectiverecoater(使用选择性重涂器的增材制造)”的第15/406,461号美国专利申请，律师案号为037216.00062；2017年1月13日提交的名称为“largescaleadditivemachine(大型增材机器)”的第15/406,471号美国专利申请，律师案号为037216.00071；上述申请的公开内容通过引用被并入本文中。

如上面提到的，使用构建单元(例如如图6和图7中示出的)选择性提供构建材料(例如粉末)，并至少部分地熔化或烧结扫描区内的构建材料。由于使用am设备制造的部件的尺寸增加，部件的各部分可能要求构建单元移动到另一扫描区。此外，构建的部分可能要求连接至两个或更多个扫描区，以形成am构建的单个更大的至少部分凝固的层。例如，如图8a-b中所示，第一扫描区801可以靠近第二扫描区803。第一扫描区可以表示在构建单元(例如如图6和图7中示出的构建单元302和/或400)的第一位置处的可扫描区的部分，和/或可以表示例如如图7中所示的构建平台310相对于构建单元302的第一位置。第二扫描区803可表示在构建单元(例如如图6和图7中示出的构建单元302和/或400)的第二位置处的可扫描区的部分，和/或可以表示例如如图7中所示的构建平台310相对于构建单元302的第二位置。在通过至少部分地凝固扫描区801和/或802中的构建材料形成am构建的一层时，过多的热积累可能发生在第一扫描区801和第二扫描区802之间的空间802处。

可扫描区(scan-ableregion)可以表示表面面积，在构建单元的特定位置处照射源能够在所述表面面积上至少部分地熔合构建材料。例如，参照图6，可扫描区可包括粉末的表面面积416b和/或熔合区415，当构建单元400相对于构建表面415和/或416b处于单个取向时，照射源402能够在粉末的表面面积416b和/或熔合区415上操作(例如能够熔合和/或烧结构建材料)。换言之，区域801和803可表示当构建单元和/或平台处于单个静止取向时为总的可扫描区的至少一部分的表面。

如图8a-b中所示，可以由软件选择每个扫描区801和/或803，软件将期望的am构建的每一层分成构建单元位置和光栅扫描区。每个扫描区801和/或803可包括凝固线811和/或803，凝固线811和/或803可以由条纹810和/或820界定。如上面提到的，每个条纹可以是单独的凝固线，或者可以简单地代表每个凝固线811和/或813的边界。如果条纹810和/或820是边界，则照射源可跟随沿构建材料的路径，以形成每个凝固线811和/或813，且可以在条纹810和/或820处，使照射源离焦、脉动、降低功率和/或关闭。

如上面提到的，在通过至少部分地凝固扫描区801和/或802中的构建材料形成am构建的一层时，过多的热积累和/或降低的温度可能出现在第一扫描区801和第二扫描区802之间的空间802的各个区域处。为了补偿空间802中过多的热积累，过程参数可以被调节以确保被构建的层具有期望的性质。例如，凝固线812可以用与凝固线811和813不同的过程参数形成，以补偿空间802内的任何过多的热积累。

可以在am构建过程中被控制的过程参数之一是传递到构建材料中的能量。例如，在使用激光时，传递到构建材料中的激光能量由激光功率、扫描速度和扫描间距得出。激光功率是与输入到激光器中的瓦特数相对的引导到构建零件(例如构建材料和被构建的部件)中的能量。因此，激光功率可包括激光的聚焦、激光的脉冲和/或激光的瓦特数。扫描速度是激光器通过构建外形移动的速度。扫描速度可以由例如检流计扫描器引导激光的速度确定。扫描间距是在构建材料中形成的每个凝固线之间的间距。可以控制任何上述的过程参数以将特定的能量传递到构建材料中。因此，虽然不限于此，但可以通过控制上述值的任何一个或其组合来控制能量密度。

构建过程中过量的能量密度会导致在成品部件中的翘曲，尺寸不准确和/或沸腾孔隙度。太低的能量密度会导致完成的部件的不适当的结合。因此，在整个构建中，可以基于估计的和/或检测的构建区域内能量密度的积累和/或能量密度的降低不断地控制能量密度。在某区域内任何上述的变量可以被更改，以确保一致的构建和/或控制完成层和/或多个完成层的冶金特性。

例如，参照图8a-b，可以由软件选择每个扫描区801和/或803，软件将期望的am构建的每一层分成构建单元位置和光栅扫描区。每个扫描区801和/或803可包括凝固线811和/或803，凝固线811和/或803可以由条纹810和/或820界定，可以通过以第一能量密度照射粉末来形成凝固线801。如上面提到的，每个条纹可以是单独的凝固线，或者可以简单地代表每个凝固线811和/或813的边界。如果条纹810和/或820是边界，则照射源可跟随沿构建材料的路径，以形成每个凝固线811和/或813，且可以在条纹810和/或820处，使照射源离焦、脉动、降低功率和/或关闭。可以第二能量密度照射第二扫描区803，以形成凝固线813。第一能量密度和第二能量密度可以相同，或者可以根据确定的层内的热积累和/或期望的完成部件和/或层的冶金特性而变化。可以形成扫描区801和802使得空间802存在于扫描区801和扫描区802之间。因为残余的热积累可能存在于空间802中，所以在以与上述的第一能量密度值和/或第二能量密度值相同的能量密度值形成凝固线812时，可导致区域内构建材料的过热。因此，与第一能量密度和第二能量密度相比，部分802中的能量密度可以变化(例如降低)。如上面提到的，可以几种方式改变部分802中的能量密度。例如，为了降低部分812内的能量密度，部分802可以被照射以形成在每个凝固线之间具有比凝固线811和813更大的间距的凝固线812。作为另一实施例，相比凝固线811和813，凝固线812可以被更快速地形成，以便降低部分802内的能量密度。也可以通过在部分802中使照射源离焦和/或脉动，和/或通过降低在扫描部分802时照射源的瓦特数降低能量密度。注意，上述的实施例可以排他地使用或结合使用以控制部分802内的能量密度。

一个示例实施方式示于图9中。图9表示构建单元在构建区900内移动的顶视图。构建区900可以是粉末床和/或可以是由构建单元供应粉末的区域。构建单元可以首先被定位在第一位置和/或由902a表示的取向。注意，轮廓线902a可以表示可扫描区和/或构建单元轮廓线，并出于清楚目的被简化。此外，注意，部分902a可以被互换地称作可扫描区或者构建单元，且可包括比扫描区901a更大或更小的区域。如上面提到的，扫描区901a可以是可扫描区902a的一部分，其可表示表面面积，在构建单元的特定位置例如位置902a处，照射源能够在该表面面积上至少部分地熔合构建材料。例如，参照图6，可扫描区可包括粉末的表面面积416b和/或熔合区415，当构建单元400相对于构建表面415和/或416b处于单个取向时，照射源402能够在粉末的表面面积416b和/或熔合区415上操作(例如能够熔合和/或烧结构建材料)。换言之，区域901a和901b可以表示在构建单元和/或平台处于单个静止取向时，为总的可扫描区的至少一部分的表面。

如图9中所示，第一扫描区901a可以靠近第二扫描区901b。第一扫描区可以表示在构建单元(例如如图6和图7中示出的构建单元302和/或400)的第一位置处的可扫描区902a的部分，和/或可以表示例如如图7中所示的构建平台310相对于构建单元302的第一位置。第二扫描区901b可表示在构建单元(例如如图6和图7中示出的构建单元302和/或400)的第二位置处的可扫描区902a的部分，和/或可以表示例如如图7中所示的构建平台310相对于构建单元302的第二位置。可以照射第一扫描区以在每个条纹906a之间形成系列凝固线908a。然而，注意，此实施例不是限制性的，例如，可以使用任何上述和合并的光栅扫描方案，形成第一扫描区901a。同样，可以通过沿着由条纹906a界定的一系列凝固线908b照射粉末，形成第二扫描区902b。尽管在图9中没有示出，但在形成第一扫描区901a和第二扫描区901b时条纹和/或凝固线方案可以变化。此外，通过沿着由条纹906c界定的一系列凝固线照射构建材料，第三可扫描区902c中的第三扫描区901c可以被至少部分地凝固。如上面提到的，在形成第一扫描区901a、第二扫描区901b和第三扫描区901c时，条纹和/或凝固线方案可以变化，可以使用凝固线和/或条纹方案的任何组合。此外，注意，尽管箭头909和910示出构建单元的示例移动，但可以任何次序凝固第一、第二和第三扫描区。在通过至少部分地凝固扫描区901a,901b和/或901c中的构建材料来形成am构建的一层时，过多的热积累可能出现在第一、第二和/或第三扫描区901a-c之间的空间903a和/或903b处。因此，在连接扫描区901a-c时，任何上述的过程参数可以变化。

例如，为了降低部分903a和/或903b内的能量密度，部分903a和/或903b可以被照射以形成在每个凝固线之间具有比凝固线908a-b更大的间距的凝固线(未示出)。作为另一实施例，相比凝固线908a-b，部分903a和/或903b中的凝固线可以被更快速地形成，以便降低部分903a和/或903b内的能量密度。也可以通过在部分903a和/或903b中使照射源离焦和/或脉动，和/或通过降低在扫描部分903a和/或903b时照射源的瓦特数降低能量密度。注意，上述的实施例可以排他地使用或结合使用以控制部分903a和/或903b内的能量密度。此外，可以在形成邻接的扫描区之前或者在其之后，照射部分903a和/或903b。例如，am设备可以被配置成形成凝固线908a以至少部分地凝固扫描区901a内的构建材料，在此之后构建单元可以被移动到至少部分地凝固扫描区901b内的构建材料，在扫描区901b中形成凝固线908a之后，构建单元可以保持静止，并以修改的过程参数在部分903a中形成凝固线以调节区域903a的能量密度。作为另一实施例，在部分903被至少部分地凝固之后，构建单元可以移动到第三扫描区901c，以形成凝固线908c，在此之后，构建单元可保持在相同的位置，并至少部分地凝固扫描区901b和901c之间的区域903b。注意，在上述的情形中，在形成部分903b时施加的过程参数调节可以与形成903a期间的不同，原因是在部分903a的至少部分凝固过程中扫描区906b可以具有更多的时间冷却，因此，相比903a，在形成部分903b时可能需要更大的能量密度。

作为另一实施例，还可以在构建单元的三个分开的位置处形成扫描区911a,911b和911c。与上面的情形类似，因为每个可扫描区912a-c的重叠，在形成与部分903a和/或903b临界的任何单个或多个扫描区之后，在构建单元保持静止时，可通过构建形成部分913a和/或903b。还要注意，也可以通过将构建单元移动到每个扫描区901a-c和/或911a-c之间的中间位置，形成部分903a-b和/或913a-b。

注意，为了简单，图9示出有限数目的可能位置，在每个上述的实施例中，构建单元还可以前进到构建区900内的任何位置，以至少部分地凝固区域，可以应用与本发明相同的原理。本领域技术人员还会认识到可以任何期望的次序凝固上述的扫描区，且所述实施例不是限制性的。此外，本领域技术人员还会认识到本发明可适用于在每个被形成的层上的各种可能的am构建情形。

一个示例实施方式示于图10中。图10表示在移动构建区1000内构建单元移动的顶视图，移动构建区1000可沿着由箭头1001示出的方向旋转。构建区1000可以是粉末床和/或可以是由构建单元供应粉末的区域。构建单元可以首先被定位在第一位置和/或由1012a表示的取向。注意，轮廓线1012a可以表示可扫描区和/或构建单元轮廓线，并出于清楚目的被简化。此外，注意，部分1012a可以被互换地称作可扫描区或者构建单元，且可包括比扫描区1012a更大或更小的区域。如上面提到的，扫描区1012a可以是可扫描区1012a的一部分，其可表示表面面积，在构建单元的特定位置例如位置1012a处，照射源能够在该表面面积上至少部分地熔合构建材料。例如，参照图7，可扫描区可包括粉末的表面面积330和/或熔合区330，当构建单元302相对于构建表面300处于单个取向时，照射源558能够在粉末的表面面积330和/或熔合区330上操作(例如能够熔合和/或烧结构建材料)。换言之，区域1018a和1018b可以表示在构建单元和/或平台1000处于单个静止取向时，为总的可扫描区1012a和1012b的至少一部分的表面。

如图10中所示，第一扫描区1011a可以靠近第二扫描区1011b。第一扫描区可以表示在构建单元的第一位置处的可扫描区1012a的部分，和/或可以表示例如构建平台1000相对于构建单元的第一位置。第二扫描区1011b可以表示在构建单元和/或平台1000的第二位置处可扫描区1012b的部分。第一扫描区可以被照射以形成一系列凝固线1018a，凝固线1018a可以在构建区1011a的整个表面上形成，和/或可以由单个和/或多个条纹1006a界定。然而，注意，此实施例不是限制性的，例如，可以使用任何上述和合并的光栅扫描方案，形成第一扫描区1012a。同样，可以通过沿着一系列凝固线1018b照射粉末，形成第二扫描区1012b。尽管在图10中没有示出，但在形成第一扫描区1012a和第二扫描区1012b时条纹和/或凝固线方案可以变化。注意，尽管箭头1019和1009示出构建单元在构建平台1000的径向方向上的示例运动，但第一扫描区和第二扫描区可以任何次序凝固。在通过至少部分地凝固扫描区1011a和1011b中的构建材料形成am构建的一层时，过多的热积累可能出现在第一扫描区和第二扫描区之间的空间1013处。因此，在连接扫描区1011a-b时，任何上述的过程参数可以变化。

例如，为了降低部分1013内的能量密度，部分1013可以被照射以形成在每个凝固线之间具有比凝固线1018a-b更大的间距的凝固线(未示出)。作为另一实施例，相比凝固线1018a-b，部分1013中的凝固线可以被更快速地形成，以便降低部分1013内的能量密度。也可以通过在部分1013中使照射源离焦和/或脉动，和/或通过降低在扫描部分1013时照射源的瓦特数降低能量密度。注意，上述的实施例可以排他地使用或结合使用以控制部分1013内的能量密度。此外，可以在形成邻接的扫描区之前或者在其之后，照射部分1013。例如，am设备可以被配置成形成凝固线1018a以至少部分地凝固扫描区1011a内的构建材料，在此之后构建单元可以在径向方向1019上移动以至少部分地凝固扫描区1011b内的构建材料，在形成扫描区1011b中的凝固线1018a之后，构建单元可以保持静止，并以修改的过程参数在部分1013中形成凝固线，以调节区域1013的能量密度。

作为另一实施例，扫描区1001a和1001b还可以在构建单元的两个分开的位置处形成。与上面的情形类似，因为每个可扫描区1002a-b的重叠，在形成与部分1003临界的任何单个或多个扫描区之后，在构建单元保持静止时，可以由构建形成部分1003。还要注意，也可以通过将构建单元移动到每个扫描区1011a-b和/或1001a-b之间的中间位置，形成部分1013和/或1003。

注意，为了简单，图10示出有限数目的可能位置，在每个上述的实施例中，构建单元还可以前进到构建区1000内的任何位置，以至少部分地凝固区域，可以应用相同的本发明的原理。此外，注意或者与移动中的构建单元结合，或者当构建单元静止时，可以移动构建平台1000，以移动到构建单元下方的新扫描区。本领域技术人员还会认识到可以任何期望的次序凝固上述的扫描区，且所述实施例不是限制性的。此外，本领域技术人员还会认识到本发明可适用于在每个被形成的层上的各种可能的am构建情形。

本书面描述使用实施例来公开本发明，包括优选实施方案，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其他实施例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么此类其他实施例希望在权利要求书的范围内。来自所描述的各种实施方案的方面以及每个此类方面的其他已知等效物可由所属领域的一般技术人员混合和匹配以根据本申请的原理构造出额外实施方案和技术。