背景技術(shù)：

逐層生成三維物體的附加的專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)已被提出作為生成三維物體的潛在便利方式。

在這種附加的專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)中，能量源可被用來加熱構(gòu)建材料和試劑。

附圖說明

為了更好地理解本文所描述的示例，并且為了更清楚地示出示例如何實施，現(xiàn)在將通過非限制性示例來參考以下附圖，其中：

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明生成三維物體的裝置的示例；

圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明生成三維物體的裝置的另一示例；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明生成三維物體的裝置的另一示例；

圖3a至3d示出了圖2的裝置如何被用于生成三維物體的示例；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；

圖5示出了例如通過當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時根據(jù)拋物面輪廓控制由能量源輻射的能量，在構(gòu)建表面上生成的示例熱分布；

圖6示出了例如通過當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時根據(jù)第一軸上的拋物面輪廓和第二軸上的反拋物線輪廓控制由能量源輻射的能量，在構(gòu)建表面上生成的示例熱分布；

圖7示出了例如通過當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時根據(jù)正弦曲線輪廓控制由能量源輻射的能量，在構(gòu)建表面上產(chǎn)生的示例熱分布；

圖8示出了例如通過當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時根據(jù)第一軸上的指數(shù)衰減曲線輪廓和第二軸上的正弦曲線輪廓控制由能量源輻射的能量，在構(gòu)建表面上產(chǎn)生的示例熱分布；

圖9示出了例如通過當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時根據(jù)振幅調(diào)制和衰減曲線控制由能量源輻射的能量，在構(gòu)建表面上產(chǎn)生的示例性熱分布；和

圖10示出了示例性裝置，其中能量源包括多個能量源段。

具體實施方式

生成有形三維物體的過程可以包括一系列階段，包括形成構(gòu)建材料層、選擇性地將試劑(例如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑，或另一種試劑)遞送至構(gòu)建材料層的表面的至少一部分，并且暫時向構(gòu)建材料層施加能量。能量的臨時應(yīng)用可能導(dǎo)致構(gòu)件材料的已經(jīng)被遞送或滲透了試劑的一部分被加熱到構(gòu)建材料和聚結(jié)劑開始聚結(jié)的點之上。該溫度可以稱為熔化溫度。在冷卻時，已聚結(jié)的部分變得固體，并形成正在生成的三維物體的一部分。然后可以重復(fù)這些階段以形成三維物體。其他階段和步驟也可以與該過程一起使用。

在本文所述的實施例中，聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑可以包括可以使用任何合適的流體遞送機(jī)構(gòu)(也稱為試劑分配器)遞送的流體。在一個實例中，試劑以液滴形式遞送。在一個實例中，聚結(jié)劑可以是強(qiáng)光吸收劑，例如顏料著色劑。

根據(jù)本文所述的一些示例，試劑分配器可以包括一個打印頭或多個打印頭，例如熱打印頭或壓電打印頭。在一個示例中，可以使用打印頭，諸如在市售噴墨打印機(jī)中使用的合適的打印頭。

聚結(jié)改性劑可用于各種目的。在一個實例中，可以在聚結(jié)劑遞送的地方的附近遞送聚結(jié)改性劑，例如以有助于減少側(cè)向聚結(jié)滲出的影響，由此聚結(jié)劑滲透到不想熔化的周圍構(gòu)造材料中。這可以用于例如改進(jìn)物體邊緣或表面的定義或精度，和/或減小表面粗糙度。在另一個實例中，聚結(jié)改性劑可以與聚結(jié)劑交替遞送，其可以用于使對象的屬性能夠與剛剛使用聚結(jié)劑的物體的部分相比被修改。

在本文所述的實施例中，對構(gòu)建材料的引用可以包括，例如，基于粉末的構(gòu)建材料的構(gòu)建材料。如本文所用，術(shù)語基于粉末的構(gòu)建材料是指既包括干的也包括濕的基于粉末的構(gòu)建材料、顆粒材料和粒狀材料。在一個實例中，構(gòu)建材料通?？梢允侨跷饩酆衔锓勰┙橘|(zhì)。在另一個實例中，構(gòu)建材料可以是熱塑性材料。

在本文所述的示例中，三維物體可以通過依次層疊和將構(gòu)建材料的一層融合在另一個之上而構(gòu)成。每層構(gòu)建材料沉積在先前的層上，并形成一個平坦的表面，該平坦的表面被稱為構(gòu)建表面。

本文描述的示例涉及用于控制用于生成三維物體的裝置中的溫度的方法和裝置，其中構(gòu)建材料的層被預(yù)熱到產(chǎn)物形成的最佳溫度。然后在熔化過程中施加能量的臨時應(yīng)用將固體材料翻轉(zhuǎn)到其熔融狀態(tài)，其中材料作為產(chǎn)品層粘合并冷卻。對于半結(jié)晶聚合物，例如，最佳預(yù)熱溫度可能略低于熔融溫度tm；對于無定形聚合物，例如，最佳預(yù)熱溫度可以等于或剛好低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg。

根據(jù)本公開，以及將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的實施例，通過將能量源移動穿過構(gòu)建表面可以預(yù)熱構(gòu)建表面。能量源可以是加熱元件或燈或輻射源，其例如通過鹵素或紅外輻射加熱構(gòu)建表面。

在一些示例中，能量源可以安裝在可在構(gòu)建表面上移動的滑架上，在本文中稱為第一掃描滑架。該第一掃描滑架可以限制能量源沿著軸線性地移動，這里被稱為第一掃描軸。能量源可以是細(xì)長的并且被設(shè)置成使得能量源的長軸與掃描軸正交。因此，該裝置可以被設(shè)置成使得當(dāng)?shù)谝粧呙杌苎刂谝粧呙栎S移動時，能量源移動穿過構(gòu)建表面的整個區(qū)域。在如上所述的示例中，通過將能量源(例如燈或輻射源)放置在掃描滑架上，當(dāng)?shù)谝粋€掃描滑架(其可以由于其他原因而提供，例如分配劑或構(gòu)建材料)在構(gòu)建表面移動時，構(gòu)建材料的區(qū)域可以被加熱。

可以安裝附加設(shè)備或形成第一掃描滑架的一部分。例如，第一掃描滑架可以是包括用于分發(fā)試劑的試劑分配器的掃描滑架。在一些實例中，試劑是如上所述的聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑。在一些示例中，試劑分配器可以類似于打印頭。該打印頭可以是跨越第一掃描滑架(有時稱為頁寬打印頭)的長度的打印頭，或者打印頭可以沿著與第一掃描軸正交的軸線移動，即打印頭是可沿著第一個掃描滑架的長度移動的。

在一些示例中，第二能量源可以安裝在第二掃描滑架上，其中第二掃描滑架移動穿過構(gòu)建表面?？梢韵拗频诙苎刂诙呙栎S移動。以與第一能量源類似的方式，第二能量源可以在垂直于第二掃描軸的方向上延長，使得當(dāng)?shù)诙呙杌苎氐诙呙栎S移動時，第二能量源橫穿構(gòu)建表面的整個區(qū)域。在一些示例中，第一掃描軸與第二掃描軸正交。

附加設(shè)備可以安裝在第二掃描滑架上。例如，第二掃描滑架可以包括用下一層構(gòu)建材料重新涂覆構(gòu)建表面的重新涂覆機(jī)構(gòu)。該重新涂覆機(jī)構(gòu)可以包括構(gòu)建材料分配器，用于將構(gòu)建材料的新層遞送到構(gòu)建表面。合適的構(gòu)建材料分配器可以包括例如刮水片、滾筒或噴霧機(jī)構(gòu)。

在一些示例中，能量源、試劑分配器和重新涂覆機(jī)構(gòu)在不同的掃描滑架上。然而，在其他示例中，試劑分配器和重新涂覆機(jī)構(gòu)在相同的掃描滑架上。在一個示例中，可以選擇穿過第一和第二掃描滑架的能量源、分配器和重新涂覆機(jī)構(gòu)的設(shè)置，以優(yōu)化制造過程的速度，例如通過將慢功能(例如在一個掃描滑架上的熔化和重新涂覆)或以及其他更快的功能(例如試劑分配功能，在另一個掃描滑架上)分組。

在一些示例中，第一和第二掃描滑架可以具有安裝在其上的附加設(shè)備。另外可以附加安裝在第一或第二掃描滑架上的設(shè)備的示例包括但不限于用于預(yù)熱或熔化的至少一個附加的能量源，或用于確定在構(gòu)建表面或其部分上的溫度分布的熱傳感器。

圖1a示出了用于生成三維物體的裝置100的示例。裝置100包括第一掃描滑架102。該第一掃描滑架102包括第一能量源104，用于當(dāng)?shù)谝粧呙杌茉谑褂闷陂g移動到構(gòu)建表面上時，對構(gòu)建表面106的區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱。掃描滑架可以在構(gòu)建表面106之上沿著如箭頭所示的第一掃描軸108移動。因此，當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02沿著第一掃描軸移動時，第一能量源104被繪制在構(gòu)建表面106上，并預(yù)熱構(gòu)建材料和構(gòu)建表面106上的任何試劑(例如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑)達(dá)到最佳預(yù)熱溫度。

通過將能量源(例如燈或輻射源)放置在跨構(gòu)建表面掃描的掃描滑架上，這允許構(gòu)建表面的區(qū)域隨著掃描滑架在構(gòu)建表面上移動而被加熱。在一個示例中，這可以允許提供更準(zhǔn)確的預(yù)熱溫度，例如與由構(gòu)建表面上方的靜止的能量源提供的預(yù)熱溫度相比。

在另一示例中，如圖1b所示，該裝置可以包括第二掃描滑架202，其中第二掃描滑架202包括第二能量源204。當(dāng)?shù)诙呙杌?02在構(gòu)建表面106上移動時，例如沿著第二掃描軸208，第二能量源204預(yù)熱構(gòu)建表面的區(qū)域。

在圖1b的示例中，第一掃描滑架102和第二掃描滑架202彼此正交設(shè)置。第一掃描滑架102沿著垂直于其長度的第一掃描軸108移動，即沿圖1b的x軸或水平軸線移動。第二掃描滑架202沿著與第二掃描滑架202的長度垂直的第二掃描軸208移動，即沿圖1b的y軸或垂直軸線移動。在一個示例中，第一和第二掃描軸彼此正交。

通過在沿著正交掃描軸移動的第一和第二掃描滑架上提供能量源，可以在兩個方向上控制構(gòu)建表面的熱分布，使得可以在構(gòu)建表面上提供期望的二維溫度分布，稍后將在應(yīng)用中更詳細(xì)地描述。

圖2示出了根據(jù)本公開的用于生成三維物體的裝置200的另一示例。在該示例中，設(shè)備200包括第一掃描滑架102和第二掃描滑架202。第一掃描滑架102包括至少一個能量源104和試劑分配器105。試劑分配器105可以包括例如包括第一打印頭段1051和第二打印頭段1052的打印頭，其可以重疊，使得當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02沿著第一掃描軸108掃描時，打印頭105跨越構(gòu)建表面的寬度。還可以使用其它打印頭設(shè)置，例如跨越構(gòu)建表面106的整個寬度的單個打印頭。試劑分配器105將諸如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑的試劑分配到構(gòu)建表面上。第二掃描滑架202包括至少一個能量源204和構(gòu)建材料分配器(或重新涂覆機(jī)構(gòu))205。構(gòu)建材料分配器205可以具有如上所述的特征。

在圖2的示例中，第一掃描滑架102的第一能量源104包括第一能量源元件1041和第二能量源元件1042。第一掃描滑架102的第一能量源元件1041和第二能量源元件1042可以例如設(shè)置在試劑分配器105的任一側(cè)上。這樣的設(shè)置允許當(dāng)試劑分配器105在使用期間沿著第一掃描軸前后移動時，能夠在試劑分配器105的上游和/或下游選擇性地施加能量，進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將在下面的圖3a至3d中描述。因此，第一能量源104被設(shè)置在試劑分配器105的上游側(cè)和/或下游側(cè)，相對于第一掃描滑架102在使用期間如何移動穿過構(gòu)建表面。

在圖2的示例中，第二掃描滑架202的第二能量源204包括第一能量源元件2041和第二能量源元件2042。第二掃描滑架202的第一能量源元件2041和第二能量源元件2042可以例如設(shè)置在構(gòu)建材料分配器205的任一側(cè)上。這樣的設(shè)置允許當(dāng)構(gòu)建材料分配器205在使用期間沿著第二掃描軸208來回移動時，能夠在構(gòu)建材料分配器205的上游和/或下游選擇性地施加能量，進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將在圖3a至3d中描述。因此，第二能量源204被設(shè)置在構(gòu)建材料分配器205的上游側(cè)和/或下游側(cè)，相對于第二掃描滑架202在使用期間如何移動穿過構(gòu)建表面。

第一和第二掃描滑架102、202在使用期間移動穿過構(gòu)建表面106。能量源104、204可以沿它們各自的掃描滑架的全長延長并且位于其中。因此，隨著每個掃描滑架沿著其掃描軸從構(gòu)建表面的一側(cè)移動到另一側(cè)，相應(yīng)的能量源掠過整個構(gòu)建表面106，并隨著它們的移動加熱構(gòu)建材料和在構(gòu)建表面上的任何試劑，例如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑。在一個示例中，當(dāng)不移動穿過構(gòu)建表面時，第一掃描滑架102可以停放在停放站或服務(wù)站1111或1112(例如，為試劑分配器服務(wù))。類似地，當(dāng)不移動穿過構(gòu)建表面時，第二掃描滑架202可以停放在供應(yīng)站2091或2092(例如向構(gòu)建材料分配器供應(yīng)構(gòu)建材料)。

第一和第二掃描滑架上的能量源可以將構(gòu)建表面加熱到相同的溫度，或?qū)?gòu)建表面加熱到不同的溫度。在一個示例中，當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建表面時，能量源可產(chǎn)生恒定量的能量。在另一個實例中，當(dāng)能量源移動穿過構(gòu)建表面，或在構(gòu)建表面的不同掃描之間，能量源所輻射的能量可以改變。當(dāng)能量源根據(jù)輻射率分布(例如，以下圖5至9詳細(xì)描述的輻射率分布)而移動穿過構(gòu)建表面時，能量輸出可以被調(diào)整。輻射率分布可以是預(yù)配置的輻射率分布。在一個示例中，該裝置可以另外包括熱成像設(shè)備和處理器，其中熱成像設(shè)備測量構(gòu)建表面或其一部分的溫度分布，并且其中處理器處理所測量的熱分布并且計算預(yù)熱能量源的輻射率分布，考慮到測量的熱分布和參考熱分布?？梢杂嬎爿椛渎史植家赃x擇性地加熱構(gòu)建表面的某些優(yōu)先于其它區(qū)域的區(qū)域以產(chǎn)生均勻的熱分布或預(yù)定的熱分布。處理器可以計算第一和第二掃描滑架上的每個能量源的不同分布。處理器可以以迭代的方式進(jìn)一步計算能量源的適當(dāng)?shù)妮椛渎史植?，使得其為每次掠過構(gòu)建表面的掃描計算一個新的分布。在一個示例中，熱成像設(shè)備可以安裝在第一和第二掃描滑架中的一個或兩個上，或者在另一個示例中，熱成像設(shè)備可以安裝在單獨的安裝件上，使得其在固定位置上懸掛在構(gòu)建表面上。

能量源可以被加熱到第一溫度，以在該過程的第一階段期間預(yù)熱構(gòu)建表面106，并在第二個更高的溫度以在該過程的后續(xù)階段熔化構(gòu)建材料的打印層。能量源可以是加熱元件。在另一示例中，能量源可以是燈或其他形式的輻射源。下面詳細(xì)的例子提供了關(guān)于能量源的加熱方式和輻射率分布的更多細(xì)節(jié)。

圖3a至3d示出了如圖2所示的裝置的操作的示例。在圖3a所示的第一階段中，在從服務(wù)站1112移出的過程中示出了第一掃描滑架102。在構(gòu)建操作的這個階段期間，第一掃描滑架102沿著如箭頭所示的第一掃描軸108從右到左移動穿過構(gòu)建表面106。在第一掃描滑架102在該方向上移動之前，構(gòu)建表面106將已經(jīng)包含已經(jīng)由安裝在第二掃描滑架202上的構(gòu)建材料分配器205預(yù)先沉積的構(gòu)建材料的新層。當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02移動穿過構(gòu)建表面106時，試劑分配器105(例如包括第一和第二打印頭段1051、1052)將至少一個試劑(例如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑)沉積或打印到構(gòu)建表面106的某些區(qū)域，即正在生成的特定3d物體的特定區(qū)域。在一個示例中，第一能量源104的第一能量源元件1041，即當(dāng)試劑分配器105在掃描操作期間沿著第一掃描軸108從右向左移動時位于試劑分配器105上游的能量源，在掃描操作期間中預(yù)熱構(gòu)建表面106，其包括預(yù)熱構(gòu)建材料和新沉積的試劑。在該示例中，雖然當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02從右到左掃描時，沒有能量從第二能量源元件1042發(fā)射，但是注意到能量也可以從該能量源元件輻射，例如，如果在分配試劑之前需要某種預(yù)熱形式。

當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02掠過構(gòu)建表面106并到達(dá)如左圖所示的服務(wù)站1111時，在構(gòu)建操作的第二階段中，如圖3b所示，第二掃描滑架202沿著第二掃描軸208(如箭頭所示，從頁面頂部指向頁面底部)移動到構(gòu)建材料106上方。在沿該方向移動之前，第二掃描滑架202可以從構(gòu)建材料供應(yīng)站2091(如圖3a所示，但隱藏在圖3b中的第二掃描滑架202后面)獲得了附加的構(gòu)建材料，

在掠過構(gòu)建表面106的期間，將第二滑架204的第二能量源元件2042被加熱到第一溫度，以將構(gòu)建表面加熱到經(jīng)處理的構(gòu)建材料的熔化溫度。雖然在該溫度下，當(dāng)?shù)诙?04的第二能量源元件2042通過它們時，根據(jù)圖3a剛剛施加了聚結(jié)劑的區(qū)域?qū)刍?，但是沒有施加聚結(jié)劑的區(qū)域，即“原始”構(gòu)建材料的區(qū)域，不會熔化，而是會保持未熔化。在通過構(gòu)建表面的期間，構(gòu)建材料分配器205還可以分配構(gòu)建材料的新層。此外，在通過構(gòu)建表面的期間，第二掃描滑架204的第一能量源元件2041(即位于構(gòu)建材料分配器205上游的能量源元件)可以被加熱到對應(yīng)于構(gòu)建材料的預(yù)熱溫度的第二溫度。如上所述，最佳預(yù)熱溫度可能略低于例如半結(jié)晶聚合物的熔融溫度tm，并且可能剛好低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，例如對于無定形聚合物。當(dāng)?shù)谝荒芰吭丛?041在該溫度下通過構(gòu)建表面時，被處理的或未經(jīng)處理的“原始”構(gòu)件材料都熔化，而不是(如上所述)，其用于預(yù)熱構(gòu)建材料(例如，均勻地預(yù)熱構(gòu)建材料)，其在示例中可以通過減少不均勻收縮現(xiàn)象的影響來有助于創(chuàng)造良好的零件質(zhì)量。

在第二掃描滑架202的第二能量源元件2042和第一能量源元件2041分別被加熱到最佳熔化和預(yù)熱溫度的情況下，當(dāng)該第二掃描滑架202移動穿過構(gòu)建表面106時，在該示例中發(fā)生三件事情。首先，將第二能量源元件2042將構(gòu)建材料的打印層加熱至熔化溫度。當(dāng)在圖3a所示的階段被第一掃描滑架102打印時，該打印層包含諸如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑的試劑，結(jié)果是，但第二掃描滑架202的第二能量源元件2042掠過構(gòu)建表面時，已經(jīng)用試劑打印的區(qū)域被加熱到熔化溫度，熔化并熔合在一起。此時，該構(gòu)建材料的特定層的特定部分已被處理。

在第二能量源元件2042的上游，構(gòu)建材料分配器205跟隨第二能量源元件2042跨越成品層，在舊層上鋪設(shè)構(gòu)建材料的新層。

在第三動作中，構(gòu)建材料分配器205的上游，第二掃描滑架202的第一能量源元件2041預(yù)熱構(gòu)建材料的新沉積的層，例如達(dá)到最佳預(yù)熱溫度，準(zhǔn)備打印。

一旦第二掃描滑架202已經(jīng)完全掠過構(gòu)建表面106，如從頁面頂部到底部所示，它停在構(gòu)建表面的下側(cè)，例如靠近構(gòu)建材料供應(yīng)站2092，并且該構(gòu)建過程移動到圖3c。

圖3c示出了第一掃描滑架102往回移動穿過構(gòu)建表面106，這次是從左到右。如圖3a所示，當(dāng)?shù)谝粧呙杌?02移動穿過構(gòu)建表面106時，試劑分配器105將試劑(例如聚結(jié)劑和/或聚結(jié)改性劑)打印或沉積到構(gòu)件表面的某部分上。安裝在試劑分配器105的任一側(cè)的，第一掃描滑架104的第一能量源元件1041和/或第二能量源元件1042，將構(gòu)建表面和新沉積的打印試劑預(yù)熱，例如達(dá)到最佳預(yù)熱溫度。

在圖3d所示的構(gòu)建過程的第四階段中，第二掃描滑架202回掃穿過打印表面，由圖3d中的第二掃描滑架202向上移動頁面示出。在該掃描操作期間，能量源元件2041和2042的能量輸出與圖3b中的相反，使得第一能量源元件2041將構(gòu)建表面加熱到熔化溫度，并且第二能量源元件2042將構(gòu)建表面加熱到預(yù)熱溫度。這樣做是為了反映這樣一個事實，即第二掃描滑架正在以與圖3b中的相反的方向移動穿過構(gòu)件表面，并且因此確保對于構(gòu)建材料的每個部分，上述的熔化、重新涂覆和預(yù)熱階段仍然按照與圖3b所示相同的順序進(jìn)行操作。以這種方式轉(zhuǎn)換溫度意味著，不管第二掃描滑架202的行進(jìn)方向如何，位于構(gòu)建材料分配器205下游的能量源204被加熱到熔化溫度。這確保了在添加構(gòu)建材料的下一層之前，被打印的構(gòu)建材料的之前的層被融合。相反地，相對于掃描滑架的行進(jìn)方向位于構(gòu)建材料分配器205上游的能量源204被加熱到預(yù)熱溫度。這允許新鋪設(shè)的構(gòu)建材料的層一旦被施加到構(gòu)建表面上就將被預(yù)熱。圖3a到3d中描述的過程可重復(fù)用于生成的3d產(chǎn)品的后續(xù)層。

應(yīng)當(dāng)注意，圖3a至3d中概述的過程僅僅作為根據(jù)本公開的可能過程的示例，并且還設(shè)想了其他示例。例如，構(gòu)建材料分配器205、試劑分配器105和能量源可以以與圖3a至3d中所示的不同的方式設(shè)置。此外，至少一個部件可以位于與其他部件分離的滑架上，或者位于與圖3a至3d所示的不同滑架上。例如，位于試劑分配器(打印頭)下游的能量源可以被加熱到熔化溫度，使得打印和熔化的階段由設(shè)備在單個滑架上執(zhí)行。在這種情況下，第二掃描滑架202上的能量源都可以被設(shè)定為預(yù)熱溫度。

此外，在圖3a至3d的示例中，掃描滑架可以在相同的平面中掃描，并且順序地跨越構(gòu)建表面移動，使得一旦第一掃描滑架從一側(cè)通過到另一側(cè)，則下一個滑架開始移動。在這樣的例子中，通過加快處理并防止在構(gòu)建表面的掃描之間浪費時間，從而使得該過程變得高效。然而，在另一個示例中，掃描滑架可以掠過構(gòu)建表面并且在第二滑架開始移動之前返回到其起點。在這樣的示例系統(tǒng)中，當(dāng)掃描滑架朝一個方向運動時，構(gòu)建材料分配器205、能量源104、204和試劑分配器105將作用于構(gòu)建表面，并且因此第一掃描滑架102和/或第二掃描滑架202可以包含位于相應(yīng)的試劑分配器或構(gòu)建材料分配器的上游的單個預(yù)熱能量源，而不是位于如圖2和3a到3d所示的相應(yīng)的試劑分配器和構(gòu)建材料分配器的兩側(cè)上的預(yù)熱能量源。在另一示例中，第一和第二掃描滑架可以在不同的平面內(nèi)掃過構(gòu)建表面。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，提供了根據(jù)本公開的方法的示例。該方法包括當(dāng)?shù)谝粧呙杌軖呙璐┻^構(gòu)建表面時，使用安裝在第一掃描滑架上的第一能量源預(yù)熱構(gòu)建表面的區(qū)域。該掃描滑架可以掃描構(gòu)建表面的整個區(qū)域，或僅僅選擇的子部分。類似地，構(gòu)建表面的整個區(qū)域可以在預(yù)熱期間被預(yù)熱，或者僅僅是選定的子部分。

在一個示例中，該方法還可以包括使用第二能量源預(yù)熱構(gòu)建表面的區(qū)域，該第二能量源被安裝在掃描構(gòu)建表面的第二掃描滑架上。以與第一掃描滑架類似的方式，第二掃描滑架可掃描構(gòu)建表面的整個區(qū)域，或僅僅選擇的子部分。類似地，可以調(diào)節(jié)能量源的能量輸出，使得構(gòu)建表面的整個區(qū)域可以在預(yù)熱期間預(yù)熱，或者僅僅是選定的子部分。

該方法可以包括沿軸線掃描，并且第一和第二掃描滑架可以被限制為沿著這樣的掃描軸線性地移動。在一個示例中，第一和第二掃描滑架被限制為沿著彼此正交的分離的軸線移動。

在本公開的一些示例中提出的構(gòu)建材料(或粉末層)預(yù)熱概念受益于設(shè)置在兩個正交軸上的能量源。這具有以下優(yōu)點：能量源可以并入具有正交掃描的產(chǎn)品中。

為了提供穿過整個構(gòu)建表面的均勻的預(yù)熱，能量源可以被成形為使得其在所有點處跨越構(gòu)建表面的整個寬度。例如，能量源可以是細(xì)長的并且被設(shè)置成使得其長軸垂直于其所連接的相應(yīng)掃描滑架的掃描軸。例如，能量源可以是管狀燈。在一些示例中，能量源可以被分割成段，其中每個段的溫度可獨立于其它段來控制。這將在以下關(guān)于圖10的應(yīng)用中描述。

在一些示例中，該方法還包括控制能量源在移動穿過構(gòu)件表面時輻射的能量。例如，可以控制能量源，使得當(dāng)加熱邊緣區(qū)域(其中可能發(fā)生更高水平的散熱)的溫度較高，并且當(dāng)加熱中心區(qū)域時，該溫度較冷。在正交布局中，這意味著通過對每個能量源的輻射強(qiáng)度的時間分布進(jìn)行整形，可以在二維上控制構(gòu)建表面上的溫度分布。

圖5至9示出了通過調(diào)節(jié)兩個正交設(shè)置的掃描滑架上的預(yù)熱能量源(加熱元件)的輻射率分布，可以在構(gòu)建表面上獲得的溫度分布的示例。圖5至9中每個頂部的曲線表示與圖的y軸平行排列的能量源的輻射率的演變，其水平掃描粉末層，從左向右移動。圖5至9中的每一個的左側(cè)的曲線表示定向平行于圖的x軸的能量源輸出的能量，其在構(gòu)建表面的頂部和底部之間垂直移動。然后，熱圖將顯示由兩個(頂部和左側(cè))分布產(chǎn)生的組合。熱圖有效地遵循以下功能性行為：

i(x,y)＝ix(t)+iy(t)

其中，ix(t)和iy(t)分別對應(yīng)頂部和左側(cè)分布。

在圖5的示例中，當(dāng)相應(yīng)的能量源移動穿過構(gòu)建材料時，第一掃描滑架上的第一能量源和第二掃描滑架上的第二能量源兩者都分別被控制為根據(jù)拋物線分布而下降和上升。圖5所示的得到的分布將輻射集中在粉末層的拐角和邊緣處，如熱區(qū)53和冷卻區(qū)51所示，并且類似于為補(bǔ)償傳導(dǎo)性和對流損失而調(diào)整的輸入分布。

在圖6的示例中，當(dāng)相應(yīng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時，第一掃描滑架上的第一能量源被控制為根據(jù)拋物線分布而上升和下降，而當(dāng)相應(yīng)能量源移動穿過構(gòu)建材料時，第二掃描滑架上的第二能量源被控制為根據(jù)拋物線分布(反拋物線分布的形式)而下降和上升。熱區(qū)由附圖標(biāo)記63表示，較冷區(qū)由61表示。

在圖7的示例中，當(dāng)能量源在構(gòu)建材料上移動時，第一掃描滑架上的第一能量源和第二掃描滑架上的第二能量源都被控制為根據(jù)正弦分布而變化。這生成了交替的熱區(qū)73和冷區(qū)71。

在圖8的示例中，當(dāng)?shù)谝荒芰吭丛跇?gòu)建材料上移動時，第一掃描滑架上的第一能量源被控制為根據(jù)正弦曲線而變化，而當(dāng)?shù)诙芰吭匆苿哟┻^構(gòu)建材料時，第二掃描滑架的第二能量源被控制為根據(jù)指數(shù)衰減曲線而變化。熱和冷區(qū)分別由數(shù)字83和81表示。

在圖9的示例中，第一掃描滑架上的第一能量源和第二掃描滑架上的第二能量源用指數(shù)基座進(jìn)行幅度調(diào)制。熱和冷區(qū)分別由數(shù)字93和91表示。

由上可知，合適的輸入輻射率函數(shù)和構(gòu)建表面的所得熱分布包括但不限于：拋物線和反拋物線分布、正弦分布，正弦調(diào)制指數(shù)衰減分布或具有一些其它預(yù)定特性的分布。

可以隨時間調(diào)整每個能量源的輻射率分布，例如使用電壓的波形函數(shù)或通過輸入功率的脈沖寬度調(diào)制(pwm)。以這種方式控制預(yù)熱能量源的時間特性的溫度分布允許以極高的空間分辨率設(shè)計準(zhǔn)模擬補(bǔ)償方案。該分辨率與脈沖期間的能量源覆蓋的距離以及作為低通濾波器的能量源的熱慣性(響應(yīng)函數(shù))有關(guān)。

在一些示例中，第一掃描軸上的能量源的溫度分布相對于與第一掃描軸正交的第二掃描軸上的第二能量源的溫度分布被控制，使得第一溫度分布和第二溫度分布組合以在構(gòu)建表面的區(qū)域上提供期望的預(yù)熱分布。

在一個示例中，本公開中提供的方法還可以包括：測量構(gòu)建表面的溫度分布，基于測量的溫度分布和參考分布確定能量源的輻射率分布，并當(dāng)能量源在構(gòu)建表面上掃描時，將確定的輻射率分布應(yīng)用于能量源。該應(yīng)用的階段可以例如通過改變通過能量源的電壓來實現(xiàn)。

在構(gòu)建表面獲得的溫度分布可以通過使用輻射熱通量作為輸入?yún)?shù)的基本熱平衡方程來控制。

在另一個示例中，現(xiàn)在將參照圖10描述對能量源的輻射率分布的使用，圖10示出了類似于圖1a、1b、2或3的裝置，但被修改為使得任何能量源或能量源元件被分成多個能量源段(例如沿能量源的長度，與掃描軸正交)。能量源的每個段的溫度可以獨立于其他能量源來控制，使得每個段可以具有其自身的輻射率分布(如以上關(guān)于圖5至9所述)。在該示例中，構(gòu)建表面因此被分成獨立的可尋址區(qū)域。

根據(jù)一個示例的優(yōu)點是改善配電分布的可尋址空間并允許進(jìn)一步的設(shè)計粒度。如果n和m分別是水平和垂直掃描發(fā)射極陣列的段數(shù)，則粉末層表面被分成n×m個獨立的可控區(qū)域，其中每個區(qū)域中的輻射分布可以按照上述功能關(guān)系成形：

izone(x,y)＝ix,zone(t)+iy,zone(t)

因此，根據(jù)本公開，上述參考圖1a、1b、2、3或10所述的任何示例可以被配置為使得由能量源或能量源段輻射的能量在其在構(gòu)建表面上移動時被控制。

當(dāng)能量源或能量源段在構(gòu)建表面上移動時，由能量源或能量源段輻射的能量可以相對于由另一能量源或能量源段在構(gòu)建表面上移動時輻射的能量來控制。

在這種示例中，分離的掃描滑架上的能量源組合起來工作，通過使用在第一和第二滑架上的第一和第二能量源的輻射率分布，以在構(gòu)建表面的特定區(qū)域或構(gòu)建表面的整個區(qū)域上提供期望的溫度。

此外，根據(jù)一個示例性方法，當(dāng)能量源或能量源段在構(gòu)建表面上移動時，能量源或能量源段輻射的能量包括通過以下任意組合來控制第一能量源和第二能量源：當(dāng)能量源或能量源段移動穿過構(gòu)建表面時，根據(jù)拋物線分布控制由能量源或能量源段輻射的能量上升和下降；當(dāng)能量源或能量源段移動穿過構(gòu)建表面時，根據(jù)拋物線分布控制由能量源或能量源段輻射的能量下降和上升；當(dāng)能量源或能量源段移動穿過構(gòu)建表面時，根據(jù)正弦分布控制由能量源或能量源段輻射的能量發(fā)生變化；當(dāng)能量源或能量源段移動穿過構(gòu)建表面時，根據(jù)指數(shù)衰減分布控制由能量源或能量源段輻射的能量發(fā)生變化；或者當(dāng)能量源或能量源段移動穿過構(gòu)建表面時，控制由能量源或能量源段輻射的能量為恒定的。

上述示例使得能夠以經(jīng)濟(jì)的方式使用準(zhǔn)連續(xù)空間分布來控制構(gòu)建材料的構(gòu)建表面上的熱分布。

上述示例可以有助于減少最佳預(yù)熱溫度的擾動，否則可能會降低構(gòu)建過程的完整性和一致性，因為最終部件和部件精度的機(jī)械性能可能受到非均勻收縮現(xiàn)象的影響。為了有助于實現(xiàn)構(gòu)建后的相等的零件屬性和系統(tǒng)之間的一致性，本文所描述的示例允許控制構(gòu)建表面上的預(yù)熱溫度分布和演化。

應(yīng)當(dāng)注意，上述示例說明而不是限制本公開，并且在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以設(shè)計許多備選示例。單詞“包括”不排除除權(quán)利要求中列出的元件或階段之外的元件或階段的存在，“a”或“an”不排除多個，并且單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中所述的幾個單元的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制其范圍。