技术领域本发明涉及增材制造设备和方法，并具有特定的但非独有的应用以提供选择性激光固化方法(如选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结(SLS))的监测和过程控制。
背景技术：
用于生产物体的增材制造或快速原型方法包括使用高能量束(如激光束)进行材料(例如金属粉末材料)的逐层固化。粉末层沉积在构建室中的粉末床上并且跨越该粉末层的与正被构造的物体的截面相对应的部分扫描激光束。激光束熔化或烧结粉末以形成固化层。在层的选择性固化之后，粉末床减少掉新固化层的厚度并且另一粉末层在表面上散布且视需要固化。已知的是，监测选择性激光粉末方法并响应于监测到的参数控制该方法。例如，WO2007/147221公开了用于使用光学系统的元件收集从粉末床反射的激光的设备，该光学系统用于传递激光束。激光传递到粉末床，并且通过粉末床反射的辐射被扫描光学器件收集，该扫描光学器件包括一对可移动反射镜和f-θ镜头。半反射镜将激光朝向扫描光学器件反射，但允许被反射的辐射穿过其至相机和光检测器。类似系统在WO95/11100中公开，但光束分光器设置在扫描反射镜和用于聚焦激光的透镜之间。US2007/0176312A1公开了在直接激光沉积中使用拉曼光谱法，这允许用于有机和/或陶瓷组分的分析。WO2009/112799A2公开了一种用于应用强拉曼散射体产品的层的装置，以及一种用于在用来熔化材料的激光被应用至材料的区域时监测从该区域散射的光的频率的拉曼光谱仪装置。然而，此技术不对金属粉末层起作用，因为此类金属层不产生拉曼光谱。拉曼光谱法依赖于光从样本的散射。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元，以及用于检测由等离子体发射的特征辐射的光谱仪，所述等离子体是在用所述激光束使所述粉末固化期间形成的。设备可用于从在固化期间被检测的光谱确定层中材料的特征。此设备可具体地用于确定固化方法(process)的特征，尤其是在被固化的材料是不产生任何或一种强拉曼光谱的材料，如金属时。这些特征可用于验证使用该设备构建的物体和/或提供过程控制。根据本发明的第二方面，提供一种用于通过金属粉末的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将金属粉末的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个金属粉末层的区域的光学单元，以及用于检测通过金属与该激光束或另一激光束的相互作用而产生的特征辐射的光谱仪。光谱仪可被布置用于检测在固化期间例如当材料熔化时由材料发射的一个或多个光谱。发射可通过将材料暴露于激光来受激(stimulated)，这使材料熔化。以此方式，可有可能从所检测到的光谱中确定关于固化方法的信息，如使用激光产生的熔化池。例如，可有可能从一个或多个光谱中确定关于由激光产生的熔化池的温度、直径和/或深度的信息。还可有可能确定熔化池中材料的化学组成。具体地，如果粉末材料是不同材料的混合物，则不同材料的不同特征可导致熔化池包含每种材料的量不同于粉末材料中包含的材料的量，例如因为不同的熔化温度。可有可能确定等离子体的属性，如等离子体的温度。等离子体的温度可表明固化方法是否按所希望的进行。光谱仪可用于检测通过用激光形成熔化池而产生的特征辐射(所谓激光诱导等离子体光谱法)。特征辐射可以是通过从熔化池发射的等离子体发射的辐射。设备可包括用于基于所检测的一个或多个光谱控制光学单元和/或激光的控制单元。控制单元可被布置根据所检测的一个或多个光谱更改点距、暴露时间、扫描速度、影线间距、激光功率和激光的聚焦。设备可包括用于存储对每个层上不同位置检测的光谱的记录的验证单元。光谱仪可被布置用于检测由光学单元收集的特征辐射。光学单元可包括用于将激光束导向至粉末层上所期望的点的光学扫描器，光谱仪被布置以检测由光学扫描器收集的特征辐射。光学扫描器可包括用于将激光束聚焦在粉末层上的可移动聚焦光学器件，光谱仪被布置以检测由该聚焦光学器件收集的特征辐射。光学扫描器可被布置使得由光学扫描器收集的特征辐射沿与激光束共享的路径行进，并包括用于将激光束和辐射的光学路径分开以引导辐射至光谱仪的检测器上的光束分光器。光束分光器可相对于激光束的行进方向位于用于导向激光束的可导向光学器件和用于聚焦激光束的可移动聚焦光学器件的上游。光束分光器可被布置以反射激光束并传输特征辐射。根据本发明的第三方面，提供一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元，以及被布置用于检测通过层中材料与该激光束或另一激光束的相互作用而产生并由光学单元收集的特征辐射的光谱仪。根据本发明的第四方面，提供一种用于在选择性激光固化设备中引导激光束选择性固化粉末层的区域的光学单元，该光学单元包括被布置用于检测通过层中材料与该激光束或另一激光束的相互作用而产生并由光学单元收集的特征辐射的光谱仪。根据本发明的第五方面，提供一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元(该光学单元包括用于将激光导向至粉末层上的可导向光学器件和用于聚焦激光束的可移动聚焦光学器件)，以及被布置用于检测通过层中材料与该激光束或另一激光束的相互作用而产生并由可导向光学器件和可移动聚焦光学器件收集的特征辐射的光检测器。根据本发明的第六方面，提供一种用于在选择性激光固化设备中引导激光束选择性固化粉末层的区域的光学单元，该光学单元包括用于将激光束导向至粉末层上的可导向光学器件和用于聚焦激光束的可移动聚焦光学器件，以及被布置用于检测通过层中材料与该激光束或另一激光束的相互作用而产生并由可导向光学器件和可移动聚焦光学器件收集的特征辐射的光检测器。根据本发明的第七方面，提供一种选择性激光固化的方法，其包括将粉末材料的层沉积至构建平台上并引导激光束选择性固化每个粉末层的区域以构建物体，该方法进一步包括通过对在由激光束固化粉末期间形成的等离子体发射的辐射进行光谱分析来检测激光固化方法的特征。根据本发明的第八方面，提供一种选择性激光固化的方法，其包括将金属粉末的层沉积至构建平台上并引导激光束选择性固化每个金属粉末层的区域以构建物体，该方法进一步包括通过对由金属与该激光束或另一激光束的相互作用而产生的辐射进行光谱分析来检测激光固化方法的特征。激光固化方法的特征可以是由激光产生的熔化池的温度、直径和/或深度。激光固化方法的特征可以是激光束的焦点相对于粉末层的平面的偏移。光谱分析可包括识别由来自熔化池的热发射所产生的光谱的一部分。分析可包括识别至少接近黑体辐射的光谱的一部分。熔化池的温度可从被识别为与热发射/黑体辐射相关的光谱的一部分来确定。光谱分析可包括从被识别为与热发射/黑体辐射相关的光谱的一部分的峰强度来确定焦点相对于粉末层的平面的偏移。光谱分析可包括从被识别为来自由熔化池发射的等离子体的光谱发射的光谱的部分的强度来确定焦点相对于粉末层的平面的偏移。方法可包括基于光谱分析来调节激光固化方法。方法可包括根据光谱分析来调节点距、暴露时间、扫描速度、影线间距、激光功率和/或激光的聚焦。使熔化池汽化的过大能量密度可从光谱发射的强度中识别。点距、暴露时间、扫描速度、影线距离和/或激光功率可被更改以更改能量密度。方法可包括识别光谱的光谱峰，并将光谱峰的相对强度与被识别为与用于等离子体和/或熔化池的热发射相关的光谱和/或一部分光谱的另一光谱峰进行比较。光谱峰可对应于粉末的单种材料的谱线。例如，如果粉末是合金，那么两个光谱峰均对应于由合金的相同化学元素产生的谱线。根据本发明的第九方面，提供一种校准选择性激光固化设备的方法，该选择性固化设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元，以及被布置用于通过光学单元沿与激光束共同的光学路径使构建平台成像的相机，从而使得图像的相对位置和激光束的焦点是固定的，该方法包括在构建室中定位已校准加工品(该已校准加工品上面具有一连串校准标记)、操作光学模块以将激光束引导至已校准加工品上的位置、启动激光器以在已校准加工品上形成激光标记、使用相机捕获其上具有激光标记的已校准加工品的图像，以及通过将激光标记在图像中的位置与图像中校准标记中的至少一个的位置进行比较来确定激光束的焦点相对于所希望位置的偏移。光学模块可被操作以处于下列配置中，该配置被编程用于将激光束引导至已校准加工品上的校准标记中指定的一个标记上(例如通过将指定的校准标记定心于由相机捕获的图像中)、启动激光器以在校准加工品上形成激光标记、使用相机捕获其上具有激光标记的已校准加工品的图像，以及通过将激光标记在图像中的位置与所指定校准标记的位置进行比较来确定激光束的焦点相对于所希望位置的偏移。光学模块可然后被更新以根据所确定的偏移来更改用于引导激光束的一个或多个编程配置。配置的更新可基于多个激光标记和这些激光标记与相对应的校准标记的比较。已校准加工品可被校准到已校准标记位于已校准加工品上已知相对位置的程度。例如，已校准的标记可以是在垂直方向具有已知间距的线的网格。根据本发明的第十方面，提供一种其上具有指令的数据载体，该指令在由选择性激光固化设备的处理器执行时，使该选择性激光固化设备进行本发明的第六或第七方面的方法。根据本发明的第十一方面，提供一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元、用于将光图案投影到每个粉末层上的装置，以及用于捕获每个粉末层上光图案的图像的相机。捕获的图像可用于确定使用固化方法构建的物体的几何性质。例如，几何性质可从光图案在粉末层上的位置来确定。捕获的图像可用于形成表示使用选择性激光固化方法构建的物体的测量几何数据。测量几何数据可与构建所依据的输入几何数据，如STL文件相比，以识别所构建的实际物体与想要构建的物体之间的差异。处理图像以确定物体的几何性质和/或形成测量几何数据可通过选择性激光固化设备的处理器进行，或通过与选择性激光固化设备分离的处理器进行。根据本发明的第十二方面，提供一种测量使用选择性激光固化方法构建的物体的方法，其中通过将粉末材料的层沉积到构建平台上，并引导激光束选择性固化每个粉末层的区域以构建物体，该方法包括在选择性固化粉末层中的至少一个的区域后，将光图案投影到每个粉末层上并捕获所投影光的图像。光图案可以是条纹/衍射图案。根据本发明的第十三方面，提供一种其上存储有指令的数据载体，其中该指令在由处理器执行时，使得处理器接收具有已通过选择性固化方法固化的区域且光的图案被投影到其上的粉末层的至少一个图像、从粉末层上的光的图案来确定每个粉末层的固化区域的几何形状、将测量几何形状与构建所依据的输入几何数据，如STL文件相比，以识别所构建的实际物体与想要构建的物体之间的差异。根据本发明的第十四方面，提供一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元、用于捕获每个粉末层的图像的相机，以及用于分析图像以识别粉末层的固化区域的分析单元。根据本发明的第十五方面，一种用于通过粉末材料的逐层固化来构建物体的激光固化设备，该设备包括包含构建平台的构建室、用于将粉末材料的层沉积到构建平台上的装置、用于引导激光束选择性固化每个粉末层的区域的光学单元，以及用于检测通过层中材料的受激发射而产生的特征辐射的光检测器，该光检测器被布置成检测包括特征辐射的特征光谱峰的波长的波段内的波长。波段可由小于700nm的波长组成。波段优选地在300nm和600nm之间。对于包含钴、铬的合金，特征峰可以是约360nm、430nm或520nm并优选地是约430nm的峰。对于钛、铝合金，特征峰可以是约360nm、400nm、500nm或520nm的峰并且优选地为约500nm的峰。光检测器可包括光电二极管。光检测器可包括带通(陷波)滤波器。带通滤波器可用于过滤光的波长在700nm以上的光，并优选地具有300nm至600nm的带宽或300nm至600nm内的带宽。设备可包括用于基于通过光检测器检测的光强度控制激光单元的控制单元。控制单元可被布置从而基于所检测的光强度来更改点距、暴露时间、扫描速度、影线间距、激光功率和激光的聚焦。根据本发明的第十六方面，提供一种用于在选择性激光固化设备中引导激光束选择性固化粉末层的区域的光学单元，该光学单元包括用于激光束的输入端、可移动以改变激光束到反射镜的入射角以用于将激光束引导至每个粉末层的所选区域的反射镜，该反射镜在入射角的可操作范围上具有对于激光束的波长以及在300nm和600nm之间的波长两者均大于80％的反射率。改变(shifting)反射镜的反射率以使得在300nm至600nm之间的波长充分反射，其允许反射镜被用来收集由通过激光束与粉末材料的相互作用而形成的等离子体发射的辐射，该相互作用是存在的材料的特征。该反射辐射可然后被激光束的路径例如通过分光器分隔开并传递至检测器，如用于分析辐射的光谱仪。反射镜可包括多层介质涂层以提供反射效能。根据本发明的第十七方面，提供一种增材制造设备，其包括根据本发明的第十六方面的光学单元、用于产生被引导到光学单元的输入端中的激光束的激光器，以及被布置接收由光学单元的反射镜反射的辐射的检测器。激光器可进一步产生对准激光束，该对准激光束被引导至光学单元的输入端，该对准激光束具有超出300nm至600nm范围的波长。例如，对准激光可具有630nm至680nm之间的波长。反射镜可对于对准激光束的波长具有低于80％的反射率。在增材制造设备中，对准激光束的低反射率对于对准目的而言可以是足够的。附图说明图1是根据本发明的选择性激光熔化(SLM)设备的示意性图示；图2a是根据本发明的光学单元的示意性图示；图2b是示出了反射镜的所希望的反射率分布的示图；图3示出了由SLM设备使用的点扫描策略；图4是示出了在使用SLM设备熔化钛粉末期间测量的光谱和对处于3560K的钛等离子体预期的光谱峰的曲线图；图5示出了在使用SLM设备熔化钛粉末期间测量的光谱，其中识别了热发射和光谱发射；图6a至图6f示出了针对激光束的光斑直径变化的热发射和光谱发射的变化；图7是示出改变光束直径和光束强度的效果的曲线图；图8a至图8d示出了随着暴露时间和点距变化的热发射和光谱发射的变化；图9a和图9b示出了随着激光输入能量的光谱发射和热发射的变化；图10是示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图；图11a是根据本发明的实施例的校准加工品的平面视图；图11b是沿图10a中所示的线A-A的校准加工品的横截面图；以及图12是在校准过程期间由设备捕获的图像。具体实施方式参考图1和图2，根据本发明的实施例的选择性激光熔化(SLM)设备包括构建室101，在该构建室中具有界定构建体积116的分区114、115以及粉末可以沉积到其上的表面。构建平台102界定工作区域，其中物体103通过选择性激光熔化粉末104构建。在物体103的连续层形成时可使用机构117在构建体积116内降低平台102。可供使用的构建体积通过构建平台102可降低至构建体积116中的程度来界定。在通过分配设备和撒布器(wiper)(未示出)构建物体103时形成粉末104的层。例如，分配设备可以是如描述于WO2010/007396中的设备。激光模块105产生用于熔化粉末104的激光，该激光视需要被光学模块106在计算机160的控制下引导至粉末床104上。激光通过窗口107进入腔室101。计算机160包括处理器单元161、存储器162、显示器163，用户输入装置164，如键盘、触摸屏等，连接到激光熔化设备的模块的数据连接，该模块如光学模块106、激光模块105和驱动分配设备、撒布器和构建平台102的移动的马达(未示出)。外部数据连接166提供将扫描指令上载至计算机160。激光单元105、光学单元106和构建平台102的移动由计算机160基于扫描指令而控制。图2详细示出了光学模块106。光学模块包括用于耦接(coupling)到激光模块105的激光孔口170，用于耦接到测量装置172、173的测量孔口171，以及输出孔口174，通过该输出孔口激光束被引导通过窗口107到粉末床104上，并且从粉末床发射的辐射被收集。激光束由扫描光学器件导向并聚焦到粉末床104上的所需位置，该扫描光学器件包括两个可倾斜反射镜175(仅示出其中一者)和两个聚焦透镜176、177。可倾斜反射镜175被各自安装以便在致动器如电流计的控制下绕轴线旋转。反射镜175旋转所围绕的轴线是基本上垂直的，使得一个反射镜可使激光束在一个方向(X方向)偏转，并且另一个反射镜可使激光束在垂直方向(Y方向)偏转。然而，将理解可使用其它布置，如可绕两个轴线旋转的单个反射镜，和/或激光束可被耦接，例如通过光纤耦接至被安装用于在X和Y方向线性移动的反射镜中。这后一布置的实例公开于US2004/0094728和US2013/0112672中。为确保针对激光束偏转角的变化将激光束的焦点保持在同一平面中，已知在可倾斜反射镜后提供f-θ透镜。然而，在该实施例中，一对可移动透镜176、177设置在可倾斜反射镜175之前(相对于激光束的行进方向)用于随着偏转角变化来聚焦激光束。聚焦透镜176、177的移动与可倾斜反射镜175的移动被同步控制。聚焦透镜176、177可通过致动器如音圈184在线性方向朝向和离开彼此移动。可倾斜反射镜175和聚焦透镜176、177被恰当选择以传输两种激光波长，其通常为1064nm的波长和包含所处理材料的特征光谱峰的被收集的辐射的波长，这在下面更详细描述。特征光谱峰趋向于处在低于700nm并通常在300nm和600nm之间的波长。在一个实施例中，反射镜175包括银涂层，并且透镜176、177是熔融硅石。在另一个实施例中，反射镜175包括多层介质涂层，其以大于99％并优选地大于99.5％的反射率反射激光波长，并针对30度至60度之间的入射角以大于80％的反射率反射通常在400nm和600nm之间的可用于分析的从等离子体发射的辐射的被识别的光谱峰的波长。图2b示出了对于这些入射角的反射镜的典型反射率分布图。如图可见，用于将主激光束对准的对准(指向)激光具有反射镜对其反射率低于80％的波长。涂层可以是SiO2、TiO2、Al2O3、Ta2C5或氟化物如MgF2、LaF3和AlF3。光束分光器178设置在聚焦透镜176、177和激光器105以及测量装置172、173之间。光束分光器178是反射激光波长的光但允许其它波长的光从其通过的陷波滤波器。激光朝向聚焦透镜176、177反射，并且由扫描光学器件收集的没有激光波长的光被传输到测量孔口171。因为存在散光的假象(astigmaticartefacts)被引入到通过光束分光器178透射(transmission)的激光束中的可能性，所以激光的反射优选优于透射。光束分光器178被选择对于激光波长具有足够低的吸收，如低于激光强度的1％并优选地低于0.1％。对于200瓦激光器，该低吸收可保持加热光束分光器178至一温度，该温度比环境温度高出的温度小于设定温度，如比环境高出的温度小于6℃。陷波滤波器能够反射所有光的偏振，即s-偏振光和p-偏振光两者，同时激光不被偏振。光学模块106进一步包括用于捕获通过光束分光器178透射的激光的吸热器181。大部分激光如所预期的通过光束分光器178反射。然而，极小比例的激光穿过光束分光器178并且该小比例的激光被吸热器181捕获。在该实施例中，吸热器181包括将光反射到位于吸热器181壁上的散射表面183上的中心锥182。散射表面183可以是具有分散激光的波纹形或脊形表面的表面。例如，散射表面183可包括具有螺旋线或螺旋形状的脊线。散射表面可由阳极氧化铝制备。各种测量装置可连接至测量孔口171。在此实施例中，光谱仪172和相机173被设置用于测量由光学扫描器收集的辐射。另外的光束分光器185将偏转进入孔口171中的辐射分光以引导一定比例的辐射至光谱仪172，并引导一定比例的辐射至相机173。光谱仪172提供从暴露于激光束的粉末床104的区域发射的光的光谱的测量，并且相机180捕获此区域的图像。光谱仪172包括基于波长在空间上分离光的处理光学器件186。为此，处理光学器件将通常包括色散元件如衍射光栅。处理光学器件186可包括其它光学元件，如用于滤出某些波长的光，如激光波长的光的另外的滤波器。光谱分散到光检测器187上，如CCD相机或CMOS相机。除了光谱仪172和相机173之外或代替光谱仪172和相机173，可使用其它测量装置。例如，可设置被布置用于检测窄带波长内的光的一个或多个光电二极管。该光电二极管可提供比光谱仪更便宜且更快测量窄带内光的强度的方式。例如，可期望监视两个或两个以上的特定光谱峰的强度，并且这可使用被布置用于检测光谱峰周围窄带中的波长的光电二极管来获得。在使用中，计算机160控制激光器105和光学模块106以横越粉末层的区域扫描激光束从而基于存储在计算机160上的几何数据固化所选区域。粉末层的熔化刺激材料产生热辐射。材料中的一些将被汽化以形成等离子体。等离子体发射具有基于存在的材料的特征光谱的光谱辐射。热辐射和光谱辐射两者均由光学模块106收集并被引导向测量装置172、173。所检测的光谱和图像被发送至计算机160，其中该数据被存储。然后此类数据可被用于使用所述方法构建的物体的稍后验证。所检测的光谱和/或图像还可被计算机160分析，并且基于该分析，计算机160可在构建期间改变参数。图3是示出了可改变的构建方法的不同参数的示意图。在此实施例中，激光束被横越粉末床的表面在一连串离散点中“扫描”，其中反射镜是静止的同时点暴露于激光束，并且在反射镜175被移动以将激光束引导至下一点时激光束被断开。通常，点成直线被扫描，每条直线被称为影线，并且为扫描粉末床的区域，通常必需使用多个邻接影线。因此，可被改变的扫描参数包括每个点暴露于激光束的时间(暴露时间)、相邻点的暴露之间的时间延迟、点之间的距离(点距)、激光点大小(其由激光束聚焦到的位置(焦点离粉末层的表面的偏移)控制)、影线之间的距离(影线间距)以及激光功率。可以借助不同参数使用其它扫描策略。例如，激光束可被不断地横越粉末层扫描，并且人们将设置扫描速度，而不是设置暴露时间、暴露之间的时间延迟和点距。图4示出了可由光谱仪172检测的典型光谱S。此光谱S在选择性激光熔化方法中熔化钛时得到。尖峰SL对应于被预期用于钛的谱线。如可见，光谱S包括对应于这些谱线的峰SL。在370nm以下的截断产生自收集光学器件，该收集光学器件具有在370nm处的截断。图5示出了用于具有70微米点距、125微秒暴露时间和焦点偏移为0的(亦即焦点定位于粉末床处)的钛的光谱。光谱由两个区域组成，热发射区由通过熔化的粉末材料和汽化材料发射的黑体辐射引起，并且光谱发射区(包括对应于用于材料的谱线的峰)由汽化材料产生。光谱可例如使用计算机160处理以将热发射与光谱发射分离。例如，热发射可通过将曲线(如高斯曲线)拟合至光谱来估计，如图5中曲线G所示。通过将材料的热发射特征建模，如将材料建模为黑体辐射器，拟合曲线可用于估计熔化池和/或等离子体的温度。光谱发射区中的峰可用于确定熔化粉末的化学组成。例如，光谱峰可被分析以确定粉末材料是否被污染。对于合金，其中提供包含材料的混合物的粉末，在汽化的等离子体中每种材料的量可从光谱峰的强度来估计，可从其中推断在固化区域中材料的百分比。例如，粉末中每种材料可在不同熔化状况(如不同温度和压力)下汽化至不同程度。保留的材料被固化以形成物体。因此，熔化状况的变化可改变形成物体的材料的结果比例。通过在构建物体期间监测光谱峰，可改变参数以确保在固化材料中获得所需比例的每种材料。图6a至图6f示出了对于不同焦点偏移的热发射和光谱发射的不同强度。对于图6a和图6b，焦点偏移为-0.9mm(亦即，在粉末床104的表面下方0.9mm)，对于图6c和图6d为-0.5mm，并且对于图6e和图6f为0mm，即处于粉末床104的表面。在这些实验中，点距为70微米并且暴露时间为100微秒。图6a、图6c和图6e示出了具有拟合到光谱的曲线以将热发射建模的全光谱，并且图6b、图6d和图6f基于拟合示出了当热区域已被移除时的光谱发射。在粉末床104表面处的光束直径随着焦点移动至粉末床以下的位置而增加。对于图6a和图6b，光束直径为84微米，对于图6c和图6d，光束直径为70微米，并且对于图6e和图6f，光束直径为52微米。如从图6a至图6f可见，热发射对于-0.5mm的焦点偏移更高，并且光谱发射在0mm的焦点偏移更高。据信大的热区表示激光束至熔化池中的良好的能量连接(energycoupling)，而较大的光谱区表示粉末材料的较大汽化。选择性激光熔化方法的目标是使用激光束的能量熔化粉末，并且用激光束汽化材料是在消耗激光束的能量，且产生可能影响构建的精确性的冷凝物，例如通过固化在粉末材料的其它区域上或通过污染窗口107，激光束通过窗口107投影在腔室101中。因此，期望控制激光扫描的参数以实现具有足够温度的熔化池，从而确保产生所需大小的熔化池，同时将粉末的汽化最小化。图7示出了理论高斯光束曲线图和光束曲线图可如何影响被汽化的材料的比例以及光束的直径，粉末的熔化跨越该直径得以实现(所谓的“熔化宽度”)。在此实例中，光束曲线1和光束曲线3是用于在最大功率的激光束，但其中曲线2具有曲线1两倍的宽度(光束直径)(该宽度确定为1/e2宽度)，而光束曲线2用于在最大功率的一半的激光束但具有与曲线1相同的光束直径。可以看出，曲线1提供足够的光束强度以汽化粉末材料，其中曲线1和3提供不同的熔化宽度(由双端箭头指示)。光束曲线的较浅梯度，如在曲线2中，可增加在熔化池的边缘发生的材料烧结的量。可期望在熔化池的边缘烧结的量减小至最小，虽然可接受的烧结的量可取决于正在形成的物体的区域。例如，如果物体的中心区正在形成，那么与被熔化的点相邻的粉末区可在后续步骤中被熔化，从而使得在这些区域内的烧结不是关注点。然而，对于物体的边缘，可能期望避免邻接粉末区域的烧结。粉末在其被汽化和熔化的强度可根据正在被熔化的点的周围的材料的状态而变化。例如，如果粉末的区域在固化区域之上，则到固化区域的热流比该区域在粉末之上的情况更高，因为固化区域充当使能量离开熔化区的散热器。因此，在没有下面的固化材料的情况下进入区域中的相等能量可产生较大的熔化池。可以可能从热发射光谱确定能量连接并保持于正在被熔化的区域中的程度。通过组合热发射和光谱发射的分析，计算机160能够控制扫描参数以控制粉末的汽化与熔化池的大小和温度。例如，熔化池的温度可从光谱发射区的强度确定。光束是否聚焦在粉末层的表面上可通过将光谱发射的峰强度除以热发射的峰强度的值与从校准方法确定的预期值进行比较来确定。图8a至图8d示出了随着暴露和点距变化的热发射和光谱发射的变化。图9a和图9b分别示出了针对暴露时间和点距的变化的光谱强度变化，其被绘制为激光能量输入相对光谱强度，并且图9b是热发射的对应曲线图。这些结果表明对于给定的激光能量输入，光谱和热发射是相同的。这表明如果点距以对应方式改变以保持相同的激光输入能量，则较长的暴露并不产生较高的热发射和光谱发射。此关系可由计算机160基于所测量的一个或多个光谱用来控制激光参数。熔化池的深度可从光谱估计，如从热发射和/或光谱发射估计。参考图10，示出了根据本发明的另一个实施例分析从等离子体获得的光谱的方法。原始光谱从光谱仪接收300，并且光谱被处理301以将通过等离子体中的电子激发而产生的光谱峰隔离。首先暗光谱(在无光源的情况下通过光谱仪产生的光谱)被移除302，并且针对光谱仪的预先校准的性能，光谱被调节303。然后从光谱数据做出背景辐射的估计并且这个被估计的背景被移除。在此实施例中，背景辐射通过识别304光谱最小值并拟合305高斯曲线到所识别的最小值而被估计。估计的背景辐射然后从光谱移除306。光谱峰然后被识别并且确定光谱峰的强度307。然后对光谱峰进行分析以确定308等离子体的温度。每个光谱峰涉及等离子体中的电子激发态。光谱峰的相对强度取决于等离子体的温度。因此，通过比较所选择的峰的相对强度，可做出等离子体的温度的估计。等离子体的温度可与熔化池的温度、用于扫描的参数如焦距，以及构建质量相关。在一个实施例中，等离子体的理想温度可为了构建和扫描参数而被预先识别，扫描参数基于从光谱数据测量的温度而被调节。在此实施例中，用于等离子体温度分析的峰的选择309可基于峰可以求解的容易度(例如，取决于光谱仪的光谱范围，一些峰可处于光谱仪的CCD的单个像素内)和产生峰的电子电势的跃迁概率以及用于电子电势的激发能的不同而做出。可确定309等离子体的温度。在此实施例中，根据所选择峰m、n的强度，使用以下波耳兹曼关系：Te=-Em-Enkbln[EnImλmAngnEmInλnAmgm]]]>Te＝等离子体电子温度。Em＝电子能量＝第m量子能级中电子的能量。Im＝发射强度＝跃迁到第m能级的所有电子的集合强度。λm＝波长＝通过从基态到第m能级的跃迁而发射的光子的波长。Am＝跃迁概率＝电子跃迁到第m能级的概率。gm＝静止重量＝基于能级m的多个被允许的量子力学状态的重量。Em＝电子能量＝第n量子能级中电子的能量。Im＝发射强度＝跃迁到第n能级的所有电子的集合强度。λm＝波长＝通过从基态到第n能级的跃迁而发射的光子的波长。Am＝跃迁概率＝电子跃迁到第n能级的概率。gm＝静止重量＝基于能级n的多个被允许的量子力学状态的重量。kb＝玻尔兹曼常量。在另一个实施例中，可比较一个光谱峰和背景辐射之间的相对强度，而不是比较两个光谱峰的强度以估计等离子体的温度。据信等离子体温度与激光束的焦点相对于粉末床的上表面的位置密切相关，并且可基于等离子体温度的测量对焦点位置做出调整。光谱/光谱峰不可见或强度降至低于设置水平可表明构建失败。例如，光谱不可在下列情况产生，在构建期间部件已向上卷曲，从而使得激光将现在在粉末表面上方突出的固化材料而不是将粉末加热时。等离子体羽不可在激光加热固化材料时产生。存储在通过光谱仪记录的光谱上的数据可通过链接166发送至单独的外部计算机，其中验证构建可通过分析数据来进行。外部计算机可包括用于自动分析光谱学数据以确保值处于可接受范围内的计算机程序。图1还示出了用于将光图案如衍射图案投影到工作区域(在此实施例中，整个工作区域)上的投影仪190。相机191、192被布置来捕获包括光图案的整个工作区域的图像，并且这些图像发送回计算机160。投影仪190和相机191、192被布置在已经用激光束扫描每个粉末层后来捕获工作区域的图像。根据图像的分析，可识别被固化的粉末层的区域。根据识别的区域，可创建正被构建物体的3D模型。正被构建物体的几何属性可从此3D模型确定，并且这些几何属性与从设计图如物体的CAD模型或STL模型得出的几何属性的额定值相比，以确定物体是否已在所需的公差内构建。此分析可因此进一步用于验证构建。或者，正被构建物体的几何形状的确定可在不投影衍射图案的情况下进行。例如，粉末的固化区域可使用摄影测量法从由相机191、192捕获的两个图像确定，或甚至可从来自一个相机191、192的单个图像确定。在开始构建前，光学模块106的光学器件被校准以确保激光束被引向粉末床104上的所需位置。为此，将已校准加工品，如图11a和图11b所示的加工品200定位于构建平台102上。已校准加工品200包括具有可通过图像分析识别的多个特征(在此实施例中，高方形和低方形201、202的棋盘格)的镍钢板，从而使得可通过图像分析来检测每个方形的边缘。高方形和低方形具有已知大小，如具有在0.5mm和30mm之间的宽度。图11a所示的栅格仅用于说明性目的，并且对于实际使用，栅格很可能包括较多量的方形。已校准加工品200的外围边缘205、206、207和208被设计成完美的方形。可导向光学器件175被移动从而使得在四个方形交叉处的拐角209位于由相机173捕获的图像的中心，如图12所示。此对准可通过图像分析并检测方形201、202的边缘来确定。将激光器105激发以在加工品200上产生标记203。确定标记的中心相对于预期位置的偏移。这针对加工品200上的多个此类位置进行从而针对跨越工作区域的激光束焦点的不同位置产生偏移图。根据这些偏移，可创建误差图以校正激光束焦点的移动。然而，已校准加工品200不可平行于构建平台102的侧面对准，并因此，误差图可相对于构建平台102偏斜。为校正此偏斜，相机190、191中的至少一个捕获包含已校准加工品的整个工作区域的图像，并且计算机160识别已校准加工品的外围边缘205、206、207和208，且确定将使加工品200与构建平台102的侧面平行对准的平移。此平移应用到误差图以校正已校准加工品200在构建平台102上的未对准。设备还可包括在构建期间保持在设备100中一位置的校准加工品300。校准加工品可包括可用于根据在构建期间使用已校准加工品200确定的偏移来校正激光束的漂移的特征。例如，激光束可在粉末层104的固化之间聚焦在校准加工品300上，如当新的粉末层104通过撒布器散布时，以使用相机173确定激光束在构建期间是否已从其已校准位置漂移。这可以以与使用校准加工品200所描述的类似的方式进行，其中在加工品300上制成标记并且分析通过相机173捕获的图像以确定标记距加工品300的可识别特征的偏移。可以不脱离如本文所定义的本发明的范畴对上述实施例作出修改和更改。例如，光谱仪可被能够记录窄带波长上的光强度的一个或多个光电二极管置换，该光强度包括来自用于构建的材料的光谱发射中的特征峰。以此方式，分析可包括分析通过一个或多个光电二极管记录的光的强度而不必从整个光谱中提取峰的强度。