CN106536165B - 增材制造中的层状加热、线状加热、等离子体加热及多重馈给材料 - Google Patents

Abstract

一种增材制造系统，该增材制造系统包括：工作台；馈给材料输送系统，该馈给材料输送系统经构造以将馈给材料输送至工作台上由电脑辅助设计程序所指定的位置；及热源，该热源经构造以跨整个层或跨工作台的宽度延伸的区域同时升高馈给材料的温度并跨工作台的长度扫描该区域。该热源可为加热灯阵列或等离子体源。

Description

增材制造中的层状加热、线状加热、等离子体加热及多重馈给 材料

优先权声明

本申请主张根据美国法典第35条119(e)款于2014年7月9日提交的申请号为62/022,428的美国专利申请和于2015年6月23日提交的申请号为62/183,522的美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及增材制造，该增材制造也称为3D打印。

背景技术

增材制造(additive manufacturing；AM)也称为实体自由成型制造(solidfreeform manufacturing)或3D打印，意指由原材料(大体上为粉末、液体、悬浮液或已熔化固体)以一系列二维层或横截面构成三维物件的任何制造工艺。相比之下，传统加工技术涉及减去工艺(subtractive process)且生产从诸如木材、塑料或金属块之类的坯料上切割下来的物件。

各种增材工艺可用于增材制造中。各种工艺的不同之处在于，沉积层以产生成品物件的方式及供各工艺使用的可相容的材料。一些方法熔化或软化材料以产生层，例如选择性激光熔化(selective laser melting；SLM)或直接金属激光烧结(direct metallaser sintering；DMLS)、选择性激光烧结(selective laser sintering；SLS)、熔融沉积模型化(fused deposition modeling；FDM)，而其它方法使用不同技术来固化液体材料，例如立体光刻术(stereolithography；SLA)。

烧结是一种熔融例如粉末的小颗粒以从更小颗粒产生物件的工艺，更小颗粒例如使用原子扩散的粉末。烧结通常涉及加热粉末。与熔化相比，用于烧结的粉末在烧结工艺期间不必达到液相。当在烧结工艺中将粉末材料加热至熔点以下的温度时，粉末颗粒中的原子跨越颗粒的边界扩散，使这些颗粒熔融在一起以形成固体片材。由于烧结温度不必达到材料的熔点，烧结常用于具有高熔点的材料，诸如钨及钼。

烧结及熔化皆可用于增材制造中。所使用的材料决定发生何种处理。非晶固体，诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene；ABS)，实际上系一种超冷粘性液体，且实际上未熔化；因为熔化涉及自固态至液态的相变。因此，选择性激光烧结(SLS)是ABS的相关处理，而选择性激光熔化(SLM)用于结晶及半结晶材料，诸如尼龙及金属，这些材料具有分离的熔化/凝固温度并在SLM工艺期间经历熔化。

使用激光束作为能源用于烧结或熔化粉末材料的常规系统通常将激光束引导在粉末材料层中的选定点上，且选择性光栅扫描至跨该层的多个位置处的激光束。一旦烧结或熔化第一层上的所有选定位置，即在已完成烧结或熔化的层顶部上沉积新的粉末材料层，并逐层重复该工艺直至产生所欲物件。由于成品物件的密度取决于峰值(peak)激光功率而并不取决于激光照射的持续时间，因而常规系统通常使用脉冲激光。

也可将电子束用作能源以在材料中引发烧结或熔化。再次，需跨该层光栅扫描电子束以完成特定层的处理。

发明内容

在一个方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，经构造以按电脑辅助设计程序所指定的图案将第一馈给材料输送至工作台上，以在工作台上形成馈给材料层；热源，经构造以将热同时施加至整个馈给材料层；及控制器，经构造以引发热源同时将整个馈给材料层的温度升高至足以引发第一馈给材料熔融的温度。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，经构造以按电脑辅助设计程序所指定的图案将第一馈给材料输送至工作台上，以在工作台上形成馈给材料层；热源，经构造以将热同时施加至馈给材料层的一区域并跨工作台的长度扫描该区域，馈给材料层的该区域跨工作台的宽度延伸；及控制器，经构造以引发热源将馈给材料层的一区域的温度同时升高至足以引发第一馈给材料熔融的温度。

在另一方面中，一种增材制造系统，该系统包括：工作台；馈给材料输送系统，经构造以将馈给材料输送至工作台上由电脑辅助设计程序所指定的位置；及热源，经构造以同时升高工作台上的两个或更多个位置处的馈给材料的温度。

在另一方面中，增材制造的方法包括：在工作台上分配馈给材料层，该馈给材料层包括由第一馈给材料形成的第一多个单元及由第二馈给材料形成的第二多个单元。第一馈给材料具有第一烧结或熔化温度且第二馈给材料具有不同的第二烧结或熔化温度，且该方法包括将整个馈给材料层同时加热至第一烧结或熔化温度以上且在第二烧结或熔化温度以下的温度。

在另一方面中，增材制造的方法包括：在工作台上分配馈给材料层，该馈给材料层包括由第一馈给材料形成的第一多个单元及由第二馈给材料形成的第二多个单元。第一馈给材料具有第一烧结或熔化温度且第二馈给材料具有不同的第二烧结或熔化温度。该方法包括：将跨工作台的宽度延伸的馈给材料层的一区域同时加热至第一烧结或熔化温度以上且在第二烧结或熔化温度以下的温度，及跨工作台的长度扫描该区域。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，经构造以按电脑辅助设计程序所指定的图案将第一馈给材料输送至工作台上，以在工作台上形成馈给材料层；及等离子体源，经构造以在整个馈给材料层中同时产生电位，该电位足以引发馈给材料的熔融。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配器组件，经构造以按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上输送第一馈给材料，以在工作台上形成馈给材料层；热源，经构造以将热同时施加至整个馈给材料层；及控制器，经构造以引发热源将整个馈给材料层的温度同时升高至足以引发第一馈给材料熔融的温度。

在另一方面中，增材制造的方法包括：按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上分配第一馈给材料层；及将整个馈给材料层同时加热至第一馈给材料熔融所处的温度以上。

上述系统或者方法的实现方式可包括以下特征中的一或更多个。

热源可包括加热灯阵列，该加热灯阵列经构造以同时加热整个层。可在工作台上方直接安置加热灯阵列。热源可包括等离子体源。等离子体源可经构造以引发带电粒子轰击馈给材料层。等离子体源可经构造以在馈给材料层的多个部分中同时产生电位，该电位足以引发第一馈给材料的熔融。系统可包括次要热源，该次要热源经构造以将馈给材料层升高至第一馈给材料熔融所处的温度以下的温度。次要热源可包括电阻加热器，该电阻加热器嵌入工作台中。控制器可经构造以在次要热源加热馈给材料层之后引发热源将热同时施加至整个馈给材料层。

馈给材料输送系统可包括：第一分配器，经构造以分配第一馈给材料；及第二分配器，经构造以分配第二馈给材料，该馈给材料层包含第一材料及第二材料。第一馈给材料可在第一温度处熔融且第二馈给材料可在第二温度处熔融，该第二温度比该第一温度高。控制器可经构造以引发热源将馈给材料层的温度同时升高至第二温度以下的温度。第一分配器及第二分配器可各自包括单独可控的闸(gate)，且该闸可经构造以根据电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上的位置处释放各自的第一馈给材料或第二馈给材料。闸可为压电打印头、气动阀、微机电系统(microelectromechanical system；MEMS)阀、螺线管阀或磁阀。系统可在工作台中包括第二热源。控制器可经构造以引发第二热源将工作台的基本温度维持在比第一温度及第二温度两者低的高温处。

可在与分配器相同的工作台侧面上安置热源且该热源经构造以将辐射热同时施加至整个层。可使热源与工作台充分间隔以适于分配器在热源与工作台之间通过。热源可包括加热灯阵列，该加热灯阵列经构造以同时加热整个层。可在远离分配器的工作台侧面上安置热源。可使热源嵌入工作台中且该热源经构造以将传导热施加至该层。

馈给材料输送系统可包括一行分配器，该一行分配器经构造以同时输送馈给材料线。一行分配器可经构造以跨工作台平移，用以输送馈给材料层。馈给材料输送系统可包括分配器二维阵列，该分配器二维阵列经构造以同时输送整个层。活塞可经构造以垂直致动工作台。控制器可经构造以在已加热馈给材料层之后且在馈给材料输送系统于已加热的馈给材料层上方输送第二馈给材料层之前降低活塞。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，经构造以按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上输送第一馈给材料，以在工作台上形成馈给材料层；热源，经构造以将热同时施加至馈给材料层的一区域并跨工作台的长度扫描该区域，馈给材料层的该区域跨工作台的宽度延伸；及控制器，经构造以引发热源将馈给材料层的一区域的温度同时升高至足以引发第一馈给材料熔融的温度。

在另一方面中，增材制造的方法包括：按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上分配馈给材料层；将跨工作台的宽度延伸的馈给材料层的一区域同时加热至第一烧结或熔化温度以上且在第二烧结或熔化温度以下的温度；及跨工作台的长度扫描该区域。

上述系统或者方法的实现方式可包括以下特征中的一或更多者。

该区域可为实质线性的，且热源可经构造以在垂直于区域的主轴的方向上扫描该区域。热源可包括激光器，用以产生激光束，且光学器件(optics)可接收激光束并沿工作台的宽度放大激光束的横截面。光学器件可包括射束放大器及圆柱形透镜。镜面检流计引发区域跨工作台的长度扫描。热源可包括加热灯线性阵列。可将致动器耦接至热源或工作台中的至少一个以引发区域跨工作台的长度扫描。次要热源可经构造以将馈给材料层升高至第一馈给材料熔融所处的温度以下的温度。次要热源可包括嵌入工作台中的电阻加热器。

馈给材料输送系统可包括：第一分配器，经构造以分配第一馈给材料；及第二分配器，经构造以分配第二馈给材料，使得该馈给材料层包括第一材料及第二材料。第一馈给材料可在第一温度处熔融且第二馈给材料可在第二温度处熔融，该第二温度比该第一温度高。控制器可经构造以引发热源将馈给材料层的温度同时升高至第二温度以下的温度。可在工作台中安置第二热源，且控制器可经构造以引发第二热源将工作台的基本温度维持在比第一温度及第二温度两者低的高温处。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，经构造以在工作台上输送第一馈给材料；及等离子体源，经构造以产生等离子体来引发第一馈给材料的熔融。

在另一方面中，增材制造的方法包括：在工作台之上分配第一馈给材料层；及产生等离子体来引发第一馈给材料的熔融。

上述系统或者方法的实现方式可包括以下特征中的一或更多者。

等离子体源可包括两个电极及电源，该电源将射频电压供应至两个电极中的至少一个。两个电极中的第一电极可位于工作台中或工作台上。两个电极中的第二电极可悬挂于工作台上方。电源可经构造以将具有第一频率的射频电压供应至两个电极之一，且将具有第二频率的射频电压供应至两个电极中的另一个，其中第一频率与第二频率不同。

可在腔室，例如真空腔室中支撑工作台。气体入口可经构造以将气体引入到腔室中。气体可经构造以形成离子，且电源可经构造以一功率及频率驱动电极，以使得引发离子嵌入层中。

等离子体源可经构造以产生跨工作台延伸的等离子体，且将整个馈给材料层同时升高至足以引发第一馈给材料熔融的温度。分配器可经构造以按电脑可读取介质中所指定的图案输送第一馈给材料。

馈给材料输送系统可包括：第一分配器，经构造以分配第一馈给材料；及第二分配器，经构造以分配第二馈给材料，使得该馈给材料层包括第一材料及第二材料。第一馈给材料可在第一温度处熔融且第二馈给材料可在第二温度处熔融，该第二温度比该第一温度高。等离子体源可经构造以产生等离子体，该等离子体并未引发第二馈给材料的熔融。第二热源可经构造以将馈给材料层升高至比第一温度及第二温度两者低的高温。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，以在工作台上分配馈给材料层；热源；及控制器。馈给材料分配装置包括：第一分配器，经构造以分配第一馈给材料；及第二分配器，经构造以分配第二馈给材料，以使得该馈给材料层包含第一馈给材料及第二馈给材料。第一馈给材料可在第一温度处熔融且第二馈给材料可在更高的第二温度处熔融。热源可经构造以将馈给材料层加热至足以引发第一馈给材料熔融但不足以引发第二馈给材料熔融的温度。控制器可经构造以引发分配器按电脑可读取介质中所指定的图案分配第一馈给材料。

实现方式可包括以下特征中的一或更多者。控制器可经构造以引发馈给材料分配器分配馈给材料层中的每一立体像素处所构造的第一馈给材料或者第二馈给材料中的一种。热源可经构造以将整个馈给材料层同时加热至该温度。第一分配器及第二分配器可各自包括单独可控的闸，且该闸可经构造以根据电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上的位置处释放各自的第一馈给材料或第二馈给材料。闸可包括元件，该元件选自由压电打印头、气动阀、微机电系统(MEMS)阀、螺线管阀及磁阀组成的群组。

在另一方面中，增材制造系统包括：工作台；馈给材料分配装置，以在工作台上分配馈给材料层；热源；及控制器。馈给材料分配装置包括：第一分配器，经构造以分配第一馈给材料；及第二分配器，经构造以分配第二馈给材料，以使得该馈给材料层包含第一馈给材料及第二馈给材料。第一馈给材料可在第一温度处熔融且第二馈给材料可在更高的第二温度处熔融。热源经构造以将热同时施加至整个馈给材料层。控制器经构造以引发分配器按电脑可读取介质中所指定的图案分配第一馈给材料，且引发热源将整个馈给材料层的温度同时升高至第一温度以上且第二温度以下的温度。

在另一方面中，增材制造的方法包括：在工作台上分配馈给材料层，该馈给材料层包括由第一馈给材料形成的第一多个单元及由第二馈给材料形成的第二多个单元，其中第一馈给材料在第一温度处熔融且第二馈给材料在不同的第二温度处熔融；及将整个馈给材料层同时加热至第一温度以上且在第二温度以下的温度。

实现方式可提供以下优势中的一或更多者。可降低材料所经历的热波动的次数及大小。所制造物件的材料特性可为更加空间均匀的。可缩短制造物件所需的时间。举例而言，对于具有长度L的立方体，制造该立方体所需的时间可随L或L²而非L³按比例变化。

在随附的图及下文描述中阐述本发明的一或更多个实施方式的细节。本发明的其它方面、特征及优势将自说明书及附图、以及自权利要求书得以显现。

附图说明

图1A是增材制造系统的示意图。

图1B是在已制造数个材料层后的增材制造系统的示意图。

图2A是点分配器的示意图。

图2B是线分配器的示意图。

图2C是阵列分配器的示意图。

图2D是两种不同操作模式下的硅通孔的示意图。

图3A是增材制造系统的示意图。

图3B是阴极上的颗粒的示意图。

图3C是驱动脉冲序列的示意图。各个附图中的相同附图标号指示相同元件。

具体实施方式

随着激光束在光栅扫描期间输送能量至由脉冲激光束烧结或熔化的粉末材料层上的点附近的位置，那点经历一系列剧烈温度波动。当在已完成层上沉积新的粉末材料层时，随着脉冲激光束所存积的热自顶层传导至已完成层，已完成层上的相同点经历另一系列剧烈温度波动。此类温度波动可引发层中的特定点处超过1500℃的温度变化，且依激光束的扫描速率，这些温度波动可每2至3秒重复一次。

由粉末材料的逐点烧结或熔化所引发的大温度波动可在打印物件内产生热应力。此外，诸如烧结材料的颗粒大小之类的材料特性可因成品物件中不同位置处的热历史的变化而变化。举例而言，温度的增加可引发烧结或熔化部分的局部区域再结晶，且形成与相邻区域具有不同颗粒大小的区域。为了在所制造物件中获得的更多可重复材料特性，需要对颗粒大小的更好控制。

使用点对点烧结或熔化技术制造物件所需的时间随物件的线性尺寸的三次方按比例变化。举例而言，对于具有长度L的立方体，制造该立方体所需的时间将随L³按比例变化。

图1A图示示例性增材制造系统100的示意图。系统100包括外壳102且由该外壳封闭。外壳102，例如可允许在外壳内侧的腔室103中维持真空环境，但可替代地，腔室103的内部可为实质纯气体或气体混合物，例如已过滤移除微粒的气体或气体混合物，或者腔室可通气至大气。真空环境或经过滤气体可在部件制造期间减少缺陷。对于一些实现方式，可将腔室103维持在正压力，即，大气压力以上。此可帮助防止外部大气进入腔室103。

增材制造系统100包括安置于工作台120上方的材料分配器组件104。可由活塞132控制工作台120的垂直位置。在已分配及熔融每一粉末层之后，活塞132可将工作台120及工作台上的任何粉末层降低一个层的厚度，使得组件准备接收新的粉末层。

工作台120可足够大以容纳大尺度工业部件的制造。举例而言，工作台120可为至少500mm宽，例如500mm×500mm正方形。举例而言，工作台可为至少1米宽，例如1米正方形。

控制器140控制连接至分配器组件104的驱动系统(未图示)，例如，线性致动器。驱动系统经构造以使得在操作期间可平行于工作台120的顶表面(沿箭头106所指示的方向)来回移动分配器组件。举例而言，可在横穿腔室103延伸的轨道上支撑分配器组件104。或者，可在固定位置中固持分配器组件104，同时由驱动系统移动工作台120。

在分配器组件104跨工作台扫描时，分配器组件104在工作台120上的适宜位置处沉积馈给材料。分配器组件104可储存并分配两种或更多种不同馈给材料。分配器组件包括第一分配器104a，具有第一存储器108a用以贮存第一馈给材料114a，及第二分配器104b，具有第二存储器108b用以贮存第二馈给材料114b。分别由第一闸112a及第二闸112b控制第一馈给材料114a及第二馈给材料114b的释放。独立控制闸112a及112b，使得在工作台120上的特定位置处沉积两种馈给材料中的一种。

根据可在非暂态电脑可读取介质中储存的打印图案，控制器140引导分配器组件104在工作台上的位置处沉积第一馈给材料114a或者第二馈给材料114b。举例而言，可将打印图案储存为文件，例如，储存为电脑辅助设计(computer aided design；CAD)可兼容文件，随后由与控制器140关联的处理器读取该文件。随后将电子控制信号发送至闸112a及112b以当各自的分配器104a及104b被平移至CAD可兼容文件所指定的位置时分配各别馈给材料。

在一些实现方式中，每一分配器104a、104b包括多个开口，可经由这些开口分配馈给材料。每一开口可具有独立可控闸，使得可独立控制经由每一开口的馈给材料的输送。

在一些实现方式中，多个开口跨工作台的宽度延伸，例如在垂直于分配器104a、104b的行进方向106的方向上。在此情况中，在操作中，分配器104a、104b可在方向106上跨工作台120以单扫描方式扫描。在一些实现方式中，对于交替层，分配器104a、104b可在交替方向上跨工作台120扫描，例如在方向106上执行第一次扫描及在相反方向上执行第二次扫描。

或者，例如在多个开口并未跨工作台的宽度延伸的情况下，分配系统104可被构造成使得分配器104a、104b在两个方向上移动以跨工作台120扫描，例如，跨工作台120进行光栅扫描)，用以向层输送材料。

可由压电打印头和/或由气动阀、微机电系统(MEMS)阀、螺线管阀或磁阀中的一或更多者提供分配器104a、104b的闸112a、112b，以控制馈给材料自每一分配器104a、104b的释放。分配器104a、104b可在工作台120上的选定位置处沉积选定馈给材料。立体像素的空间分辨率越高，立体像素的体积便越小，且因此每个立体像素所分配的馈给材料的量越少。

馈给材料可为金属或陶瓷颗粒的干燥粉末，或液体悬浮液中的金属或陶瓷粉末，或材料的浆料悬浮液。举例而言，对于使用压电打印头的分配器，馈给材料将通常为液体悬浮液中的颗粒。举例而言，分配器104a、104b中的一者或两者可输送载体液中的粉末以形成粉末材料层，载体液，例如高蒸气压载体，举例而言，异丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)、乙醇或N-甲基-2-吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone；NMP))。可蒸发载体液，然后执行层的烧结步骤。或者，可采用干式分配机制，例如，由超声波搅拌及加压惰性气体辅助的喷嘴阵列，以分配第一颗粒。

金属颗粒的实例包括金属、合金及金属间合金。用于金属颗粒的材料的实例包括钛、不锈钢、镍、钴、铬、钒及这些金属的各种合金或金属间合金。陶瓷材料的实例包括金属氧化物，诸如二氧化铈、氧化铝、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅或这些材料的组合。

视情况，系统100可包括压缩和/或水平机构以压实和/或平滑化工作台120上所沉积的馈给材料层。举例而言，系统可包括滚轴或刀刃，该滚轴或刀刃可由驱动系统，例如线性致动器，平行于工作台表面移动。滚轴或刀刃相对于工作台120的高度经设置以压实和/或平滑化最外部馈给材料层。滚轴可随滚轴跨工作台平移而旋转。

在制造期间，逐步沉积及烧结或熔化馈给材料层。举例而言，如图1B所示，自分配器组件104分配第一馈给材料114a及第二馈给材料114b以形成接触工作台120的第一层152。后续沉积的馈给材料层可形成额外层，例如，层154及156，这些额外层每个分别支撑在下层上，例如，层154及152上。

在每一层沉积后，例如由烧结或由熔化及再凝固来处理最外层以引发该层中的至少一些熔融。

第二馈给材料114b可具有比第一馈给材料114a更高的烧结点或熔点。举例而言，第一馈给材料114a与第二馈给材料114b之间的熔点温差可大于200℃。

系统100包括热源134，该热源经构造以同时升高整个沉积层的温度。在操作中，热源134将整个最外层156的温度升高至一温度，该温度处于第一馈给材料114a熔融的第一温度以上，但处于第二馈给材料114b熔融的第二温度以下。因此，第一馈给材料114a的沉积群集可熔化且因此熔融在一起以形成熔融材料160，而第二馈给材料114b保持松散(例如，粉末)形式。热源134可为辐射加热器。举例而言，热源134可为加热灯136的二维阵列。

在由分配系统104沉积了每一层之后，可触发热源134。与在物件中熔融材料所需时间随L³按比例变化的逐点光栅扫描相比，使用系统100在物件中熔融材料所需的时间随物件的厚度L(即，层数)按比例变化。此容许产量上的明显增加，且可在较宽范围的产品上或以较大尺寸实施经济可行的增材制造。

如图1A及图1B所示，热源134可位于工作台“上方”，即，位于工作台120的沉积有馈给材料的相同侧面上，并与工作台120充分间隔开，使得分配器104a、104b可在工作台120与热源134之间通过。如图1A及图1B所示，在工作台120上方直接安置加热灯136的阵列，且在平行于工作台120表面的平面中排列加热灯136，其中个别灯垂直于工作台表面定向。然而，加热灯136可位于工作台上方，但部分或全部远离工作台的横向侧面，其中成角度定向这些灯以使得热辐射在工作台上的馈给材料层上处于非零入射角。

在一些实现方式中，热源134可位于工作台“下方”，即，位于工作台120的与沉积有馈给材料的表面相对的一面上。然而，在工作台上方具有热源134是有利的，因为可将热主要输送至最外层，例如，层156)，而不是将热传递到工作台及下层152、154。

可使用次要热源来将一或多个馈给材料层的温度升高至第一馈给材料熔融所处的温度以下的温度。大体而言，在热源134之前，次要热源施加热至最外部馈给材料层156。举例而言，例如在沉积层的同时，可连续操作次要热源。举例而言，可由嵌入式加热器126将工作台120加热至基本温度，该基本温度处于第一馈给材料及第二馈给材料两者的熔点以下。作为另一实例，额外加热灯可提供次要热源。

触发热源134以赋予足够能量，用以烧结或熔化第一馈给材料而不烧结或熔化第二馈给材料。以此方式，热源134可经构造以将更小的温度增量提供至沉积材料来选择性熔化第一馈给材料。穿过小的温度差异的转换，可使得能够更加迅速地处理每一沉积馈给材料层。穿过小的温差的转换也可减小热应力且因此改良所制造物件的品质。举例而言，工作台120的基本温度可为约500-1700℃，例如1500℃，且可触发热源134以赋予能量来引发约50℃的温度增加。

举例而言，考虑钛的情况，其中钛具有1668℃的熔点、14.15kJ/mol的熔融热量、25.06J/mol/K的摩尔热容及4.506g/cm³的密度。假定馈给材料为具有10微米的直径的钛球，则将一个钛球升高50℃并熔化所需的能量为约0.7μJ。假定每次使用加热灯熔化具有单个球体的厚度的层时，使用这些加热灯加热工作台120上具有10cm侧边的正方形区域1秒，假定来自加热灯的所有能量被钛球所吸收，则加热灯阵列136可具有至少约75W的功率额定值(power rating)。换言之，上文并未考虑来自加热灯的热辐射的反射及散射。

相比之下，在未将工作台的基本温度维持在第一馈给材料的熔点以下的例如50℃的情况下，阵列134的功率额定值将必须为至少约270W以将第一馈给材料的温度自室温升高至材料的熔点并熔化该材料。

或者，可使用热源134将工作台120加热至基本温度，并可触发嵌入式加热器126赋予足够能量以熔化第一馈给材料而不熔化第二馈给材料。然而，触发热源134是有利的，因为温度方面的变化可主要发生在最外层，例如层156，而不是必须扩散穿过工作台及下层152、154。

如图1B所示，工作台120可包括侧壁122及124，每一侧壁分别由加热器128及130加热。

在一些实现方式中，替代地可构造热源134来升高跨工作台延伸的大体线性区域的温度。例如在垂直于线性区域的主轴的方向上(即，假定长度大于宽度，主轴为长度方向)，可跨工作台线性扫描加热区域。在此系统中，熔融物件中材料所需的时间随L²而非L³按比例变化。热源134可包括激光束，激光束经适当成形以实现线形，例如使用圆柱形透镜成形。当使用激光束线时，激光束将跨工作台扫描以覆盖整个沉积馈给材料层。替代地或另外地，热源134可包括加热灯线性阵列。

可通过以下方式完成由热源134加热的线性区域跨最外部馈给材料层的相对运动：通过保持工作台120固定，同时例如利用线性致动器移动热源134；通过保持热源134静止，同时例如利用线性致动器移动工作台120；或通过例如由镜面检流计扫描热源所产生的射束。

在操作中，在已沉积及热处理每一层之后，将工作台120降低实质上等于层厚度的量。随后，不需要在垂直方向上平移的分配器组件104跨工作台水平扫描以沉积新层，该新层覆盖先前所沉积的层，且可随后热处理新层以熔融第一馈给材料。可重复此工艺，直至制成完整三维物件。由第一馈给材料的热处理所获得的熔融材料160提供增材制造物件，且在形成物件之后可移除并清除松散的第二馈给材料114b。

如上文所注，通过分配器组件104以控制器140所控制的3D绘制电脑程序中储存的图案在每一层中沉积第一馈给材料114a及第二馈给材料114b。对于一些实现方式，控制器140控制分配器组件104，使得以馈给材料中的一种填充层中的每一立体像素，例如，不存在空的立体像素。举例而言，假定使用两种馈给材料，则第一分配器104a未输送第一馈给材料114a至立体像素中的任何立体像素，第二分配器104b将输送第二馈给材料114b至该立体像素中。此可确保后续分配层中的每一立体像素将由下层材料支撑。

使用同时升高整个层之温度的热源，例如，加热灯二维阵列，允许对馈给材料的层状加热，从而加速制造工艺。另外，使整个馈给材料层同时暴露于来自加热灯阵列的热中，从而可对跨越层的热历史提供更好的控制。具体而言，可减少该层中的特定点所经历的温度波动次数。因此，可实现对熔融材料的颗粒大小的更好控制。

如图2A所示，可用于分配器104a和/或104b的分配器204可为单点分配器，并且将跨工作台210的x轴及y轴平移该分配器以在工作台210上沉积完整的馈给材料层206，该馈给材料可为馈给材料114a和/或馈给材料114b。

或者，如图2B所示，可用于分配器104a和/或104b的分配器214可为跨工作台宽度延伸的线分配器。举例而言，分配器214可包括单独可控的开口的线性阵列，例如，喷嘴的线性阵列。可仅沿一个维度平移分配器214以在工作台上沉积完整的馈给材料层。

或者，如图2C所示，可用于分配器104a及/或104b的分配器包括单独可控的开口的二维阵列，例如，喷嘴的二维阵列。举例而言，分配器可为大面积立体像素喷嘴打印(largearea voxel nozzle print；LAVoN)。LAVoN允许同时沉积完整的二维馈给材料层。LAVoN可为块体硅226中所形成的硅通孔(through-silicon via；TSV)228的致密栅格。可由压电闸230控制每一TSV 228，在施加适当电压时该压电闸关闭特定TSV 228的出口以使得馈给材料206被保持在TSV内。当对TSV 228施加不同电压时，压电闸230可打开特定TSV 228的出口，从而允许在工作台上沉积馈给材料。由控制信号单独接取LAVoN中的TSV 228的各者，这些控制信号由控制器基于定义所制造物件的CAD文件产生。LAVoN可仅用于沉积单个馈给材料。在此情况中，并未在所制造物件中的孔隙区域处或超出所制造物件的区域中沉积馈给材料。或者，LAVoN的每一“像素”可由两个TSV 228服务，每一TSV贮存两种类型馈给材料中的一种。当开启一种馈给材料的TSV 228时，关闭那个像素处的另一种馈给材料的TSV 228。图2B至图2D所示的实施方式将加速工作台上的馈给材料的沉积工艺。

作为对于图1A与图1B的实现方式所描述的辐射和/或传导热源的替代，或除了该辐射和/或传导热源之外，还可使用基于等离子体的系统以实现馈给材料的层状熔融。如图3A所示，增材制造系统300类似于图1A及图1B的增材制造系统100，但包括等离子体产生系统302，该等离子体产生系统提供等离子体源。增材制造系统300包括界定腔室103的腔室壁304。

等离子体产生系统302包括电极310，即，第一电极。电极310可为工作台120上或中的导电层。此容许可垂直平移电极310，类似于图1A及图1B中的活塞132。电极310可充当阳极。

增材制造系统300也包括反电极312，即，作为第二电极。反电极312可充当阳极。尽管图3A将反电极312图示为悬挂在腔室103中的板材，但反电极312可具有其它形状或由腔室壁304的多个部分提供。

将电极310和/或反电极312至少一个连接至RF电源，例如，RF电压源。举例而言，可将电极310连接至RF电源320且可将反电极连接至RF电源322。在一些实现方式中，将电极310或反电极312中的一个连接至RF电源，且将电极310或反电极312中的另一个接地或连接至阻抗匹配网路。

通过施加适宜功率及频率的RF信号，在电极310与反电极312之间的放电空间342中形成等离子体340。等离子体是带正电粒子与带负电粒子的电中性介质(即，等离子体的总电荷大致为零)。仅出于说明性目的，将等离子体340描绘为椭圆形。大体而言，等离子体填充电极310与反电极312之间的区域，从而排除阳极表面附近的“死区”。

视情况，系统300可包括磁体组件350，该磁体组件可产生例如50高斯至400高斯的磁场。磁体组件350可包括工作台120中的永磁体，例如靠近工作台120的顶表面314安置的永磁体。或者，磁体组件可包括电磁体，例如关于真空腔室103的壁304的介电(例如，石英)部分的外表面卷绕的天线线圈。RF电流通过天线线圈。当利用所施加RF功率在谐振模式下操作时，天线线圈在腔室103内产生轴向磁场。磁场可限制带电粒子做螺旋运动，带电粒子例如，诸如电子的带负电粒子。

可在外壳102中封闭由腔室壁304所界定的腔室103。腔室壁304，例如可允许在外壳102内的腔室103中维持真空环境。可由真空排气口306将外壳102中的真空泵连接至腔室103以从腔室103内排出气体。可经由气体入口308将诸如氩气及氦气之类的非反应性工艺气体引入到腔室103中。可依工艺将不同气体引入到腔室103中。举例而言，可引入氧气以引发化学反应。

类似于图1A及图1B中所示，或在替代形式中如图2A至图2C中所示，分配器组件104可用于在工作台120上沉积馈给材料114a及114b。控制器140类似地控制连接至分配器组件104的驱动系统(未图示)，例如，线性致动器。驱动系统经构造以使得在操作期间分配器组件可平行于工作台120的顶表面来回移动。

图3B的左侧图示馈给材料114a的颗粒360的轮廓362(夸大图示，未按比例绘制)。颗粒360与电极310的顶表面314或工作台120上的先前沉积的导电下层点接触。简而言之，在“点接触”下，由于颗粒的表面粗糙度和/或弯曲度，仅颗粒的有限表面区域接触顶表面314。

不受限于任何特定理论，在电极310上施加RF功率而产生等离子体340之后，并未与顶表面314直接接触的颗粒360中的部分可经历大电压，例如由于等离子体偏压。馈给材料不必为非金属或非导电的以经历等离子体所导致的大电压。在金属颗粒的情况中，导电率随横截面减小而减小。因此，点接触基本上充当金属颗粒的电阻器。

再次不受限于任何特定理论，跨颗粒360与电极310或者下层导电层之间的缝隙366的局部电弧可引起熔融，例如，熔化或烧结发生。大体而言，对于阴极与颗粒之间的给定电压差，越大缝隙引发越小电弧量。尽管电弧/熔化经定位于未与阴极直接接触的颗粒区域，但电弧所产生的热足以熔融材料，例如由熔化整个颗粒360或颗粒360与相邻颗粒的烧结来熔融。

大体而言，在第一馈给材料114a的颗粒中的一些中，例如所有第一馈给材料114a的颗粒中，存在充分弯曲度以用于发生电弧。因此，不必定向颗粒来以特定方式在阴极上沉积。并未在待增材制造的该部分中熔融的第二馈给材料114b具有更高熔点，以使得等离子体中的电弧不会导致第一馈给材料114a的熔化或熔融。举例而言，第一馈给材料114a与第二馈给材料114b之间的熔点的温差可大于200℃。

图3B的右侧图示已由局部电弧熔融/熔化成熔融颗粒361之后的颗粒360的轮廓363。在熔融之后，将颗粒361与顶表面314之间的缝隙减小(例如，消除)至熔融颗粒361中不再发生局部电弧的程度。

应理解，上述解释并非限制性。馈给材料层的加热可能部分或完全归因于自等离子体的热传递，例如，归于动力学轰击。

如参看图1A及图1B所描述，分配器组件104根据打印图案在工作台120上的位置处沉积第一馈给材料114a或者第二馈给材料114b，该打印图案可被储存为电脑辅助设计(CAD)可兼容文件，随后由与控制器140关联的电脑读取该文件。

尽管出于图示目的图3B仅图示电极310上的单个颗粒，但实际上在系统300中形成等离子体340之前于工作台120上沉积整个馈给材料层。举例而言，等离子体形成可经定时为驱动脉冲370，如图3C所示，施加该驱动脉冲以控制对电极310和/或反电极330的功率供应。

在驱动脉冲370的接通状态372期间，在电极与反电极330之间形成等离子体340，且在沉积第一馈给材料114a中发生局部熔融/熔化。在驱动脉冲370的断开状态374期间，并未形成等离子体340且可跨工作台120平移分配器组件104以沉积待由等离子体340处理的新的馈给材料层。接通状态与断开状态可持续例如0.5秒。

类似于系统100，系统300也每次一个层地处理馈给材料114a及114b，从而允许处理时间随L按比例变化。当在已熔融/熔化的馈给材料层顶部上沉积新的馈给材料层时，发生在顶部馈给材料层上的局部电弧/熔化并未影响下层处理或熔融/熔化的馈给材料层。在已处理及熔融每一层之后，可降低工作台120以使得不必垂直平移分配器组件104。

在真空环境下操作系统300可提供对于由系统300中所发生的工艺形成的材料的品质控制。尽管如此，在一些实现方式中，也可在大气压力下产生等离子体340。

可将较高频率(例如，大于50MHz)驱动电压施加至电极之一(阴极或者阳极)，而可将较低频率(例如，小于20MHz)偏压施加至另一电极。大体而言，较高频率信号产生等离子体通量。较高频率RF驱动电压产生较高通量(即，等离子体中更多离子及电子)。较低频率RF偏压控制等离子体中的离子能量。在低的充足频率(例如，2MHz)下，偏压信号可引发等离子体中的离子具有充足能量来汽化沉积在基板(例如，硅晶片)上的馈给材料(例如，铝粉)。相比之下，在较高频率偏压信号(例如，13MHz)下，可发生馈给材料的熔化。改变RF频率及施加点将引发馈给材料的不同熔化性能。熔化性能可决定馈给材料的再结晶，从而可导致金属内的不同应力及不同松弛行为。

使用等离子体引发馈给材料层中的温度跃变也使得能够容易控制馈给材料的层特征。举例而言，可通过选择性注入来自等离子体的离子掺杂馈给材料层。掺杂浓度可逐层变化。离子的注入可帮助释放馈给材料层中的点应力。掺杂物的实例包括磷。

实际上，等离子体可经偏压以使得馈给材料的粉末颗粒与电极之间的缝隙引发粉末上发展出足够大的电压，从而引发馈给材料上的电子或离子轰击。用于轰击的电子或离子可来自等离子体，且在馈给材料上施加DC或者AC偏压时加速到达馈给材料。可使用轰击处理层，以蚀刻材料、化学修饰(例如，在反应性离子蚀刻中)馈给材料、掺杂馈给材料(例如，添加氮化物层)或用于表面处理。

参看图1A或者图3A，将系统100或300的控制器140连接至系统的多个组件，例如，致动器、阀及电压源，以产生讯号至这些组件且协调操作，并引发系统实施上文所描述的各种功能操作或步骤序列。可在数字电子电路系统或在电脑软件、固件或硬件中实施控制器。举例而言，控制器可包括处理器，用以执行储存于电脑程序产品中的电脑程序，例如，在非暂态机器可读取储存介质中。可以包括编译语言或解译语言的任何形式的程序设计语言编写此电脑程序(称为程序、软体、软体应用程序或程序码)，并且可以包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序(subroutine)或适用于计算环境中的其它单元的任何形式运用此电脑程序。

如上文所注，控制器140可包括非暂态电脑可读取介质以存储数据对象，例如，电脑辅助设计(CAD)可兼容文件，该数据对象识别应对每一层沉积馈给材料的图案。举例而言，数据对象可为STL格式文件、3D制造格式(3D Manufacturing Format；3MF)文件或增材制造文件格式(Additive Manufacturing File Format；AMF)文件。举例而言，控制器可自远程电脑接收数据对象。控制器140中的处理器，例如，由固件或软件控制可解译自电脑接收的数据对象以产生控制系统组件所需的信号集来为每一层打印指定图案。

金属及陶瓷的增材制造的处理条件与塑料明显不同。举例而言，大体而言，金属及陶瓷需要明显更高的处理温度。举例而言，金属需要在大约400℃或更高的温度下处理，例如铝，700℃。另外，金属处理应发生在真空环境中，例如以防止氧化。因此，塑料的3D打印技术可不适用于金属或陶瓷处理且设备可并不等效。另外，大尺度工业部件的制造条件可明显更加严格。

然而，此处所描述的一些技术可适用于塑料粉末。塑料粉末的实例包括尼龙、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚胺基甲酸酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)、聚醚酮酮(polyetherketoneketone；PEKK)、聚苯乙烯或聚酰胺。

也可在单个实施方式中以组合实施独立实施方式的内文中所描述的某些特征，且反之，还可单独实施单个实施方式的内文中所描述的多个特征而无那个实施方式的其它特征。

举例而言，尽管上文描述已聚焦于具有不同温度的多重馈给材料的使用，但即使正在每一层中仅使用单一馈给材料，仍可应用由辐射热或等离子体升高整个层的温度或升高跨工作台扫描的线性区域的温度的技术。在此情况中，仅需要单个分配器组件。另外，控制器可引发分配器组件104将单一馈给材料输送至工作台120上的所期望的立体像素。正经制造的物件可受到某些限制，例如新层中的馈给材料的每一立体像素将仅在输送材料的下层中的立体像素上沉积。

作为另一实例，尽管上文描述已集中于升高整个层的温度或升高跨工作台扫描的线性区域的温度，但分配多重馈给材料的技术可与跨材料层扫描的热源一起使用以在逐个立体像素基础上可控地施加热。举例而言，热源可为产生激光束的激光器，该激光束跨工作台扫描且具有经调变以控制熔融哪些立体像素的强度。可通过以下方式提供由热源加热的区域的相对运动：通过保持工作台120固定，同时例如利用一对线性致动器移动热源134；通过保持热源134静止，同时例如利用一对线性致动器移动工作台120；或通过例如由镜面检流计扫描热源所产生的射束。

作为另一实例，尽管上文描述已集中于将等离子体应用至整个馈给材料层，但可在比馈给材料层更小的范围内产生等离子体。举例而言，产生等离子体的范围可经改变大小以控制馈给材料层的一区域(例如，单个立体像素)、未跨越工作台的多重立体像素的区域、或跨越工作台的宽度的伸长区域的熔融。可跨工作台扫描此区域。可由电极的适当构造控制受等离子体影响的区域，例如可在工作台附近放置适当尺寸的反电极来控制。在逐立体像素控制为可能的情况下，可在工作台上分配单一馈给材料的连续层，且可使用等离子体确定是否熔融特定立体像素。可通过以下方式提供产生等离子体的体积的相对运动：通过保持工作台120固定，同时例如利用一对线性致动器移动反电极；或通过保持反电极静止，同时例如利用一对线性致动器移动工作台120。

作为另一实例，以上作为单独的实现方式描述辐射热源134及等离子体产生系统302，辐射热源134例如，加热灯135的阵列，一些实现方式可包括辐射热源134及等离子体产生系统302两者。

已描述众多实现方式。尽管如此，应理解，可进行各种修改。相应地，其它实现方式处于以下权利要求书的范围内。

Claims (31)

1.一种增材制造系统，所述增材制造系统包含：

工作台；

馈给材料分配器组件，所述馈给材料分配器组件经构造以在所述工作台的顶表面上的一区域之上输送粉末层，且所述粉末层的一部分包括在所述工作台上的第一粉末；

热源，所述热源包含加热灯阵列以同时加热整个所述粉末层；以及

控制器，所述控制器经构造以用于连续沉积的多个层中的各层的如下操作：从电脑可读取介质接收包括小于整个所述区域的图案，引发所述馈给材料分配器组件在所述工作台的所述顶表面上沉积跨越所述区域的粉末层，按包括小于整个所述区域的所述图案输送所述第一粉末层，和引发所述热源在所述连续沉积的多个层的随后的层被沉积之前将整个所述粉末层的温度同时升高至足以引发所述第一粉末熔融的温度。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述热源包含等离子体源。

3.一种增材制造系统，所述增材制造系统包含：

工作台；

馈给材料分配装置，所述馈给材料分配装置经构造以在所述工作台的顶表面上的一区域之上输送粉末层，且所述粉末层的一部分包括在所述工作台上的第一粉末；

热源，所述热源包含加热灯阵列以同时加热所述粉末层的一区域，所述粉末层的所述区域跨所述工作台的宽度延伸，并且所述热源经构造以跨所述工作台的长度扫描所述区域；以及

控制器，所述控制器经构造以用于连续沉积多个层中的各层的如下操作：从电脑可读取介质接收包括小于整个所述区域的图案，引发所述馈给材料分配器组件在所述工作台的所述顶表面上沉积跨越所述区域的所述粉末层，按包括小于整个所述区域的所述图案输送所述第一粉末层，和引发所述热源在所述连续沉积的多个层的随后的层被沉积之前将所述粉末层的所述区域的温度同时升高至足以引发所述第一粉末熔融的温度。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述区域为实质线性的，且所述热源经构造以在垂直于所述区域的主轴的方向上扫描所述区域。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述热源包含激光器，用以产生激光束，且所述系统包含光学器件，所述光学器件接收所述激光束并沿所述工作台的所述宽度放大所述激光束的横截面。

6.如权利要求3所述的系统，包含致动器，所述致动器耦接至所述热源或所述工作台中的至少一个以引发所述区域跨所述工作台的所述长度的扫描。

7.一种增材制造系统，所述增材制造系统包含：

工作台；

馈给材料分配装置，所述馈给材料分配装置经构造以在所述工作台的顶表面上的一区域之上输送粉末层，且所述粉末层的一部分包括在所述工作台上按电脑可读取介质中所指定的图案沉积的第一粉末；以及

等离子体源，所述等离子体源经构造以在跨所述工作台的宽度延伸的一区域内产生等离子体，所述等离子体在随后的层被沉积之前引发所述第一粉末的熔融，其中所述等离子体源经构造以产生等离子体，所述等离子体跨所述工作台延伸且将整个所述粉末层的温度同时升高至足以产生所述第一粉末熔融。

8.如权利要求2或7所述的系统，其中所述等离子体源包含两个电极及电源，所述电源将射频电压供应至所述两个电极中的至少一个。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述两个电极中的第一电极位于所述工作台中或所述工作台上。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述电源经构造以将具有第一频率的射频电压供应至所述两个电极之一，且将具有第二频率的射频电压供应至所述两个电极中的另一个，其中所述第一频率与所述第二频率不同。

11.如权利要求8所述的系统，包含真空腔室，且在所述腔室中支撑所述工作台。

12.如权利要求11所述的系统，进一步包含气体入口，所述气体入口经构造以将气体引入到所述腔室中，且其中所述气体经构造以形成离子，及所述电源被构造成以一功率及频率驱动所述电极，以使得引发所述离子嵌入所述层中。

13.如权利要求1、3、或7所述的系统，包含次要热源，所述次要热源经构造以将所述粉末层升温至所述第一粉末熔融所处的温度以下的温度。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述次要热源包括电阻加热器，所述电阻加热器嵌入所述工作台中。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述次要热源包括多个加热灯。

16.如权利要求13所述的系统，其中所述控制器经构造以在所述次要热源加热所述粉末层之后引发所述热源将热同时施加至整个所述粉末层。

17.如权利要求1、3、或7所述的系统，其中所述馈给材料输送系统包含：第一分配器，所述第一分配器经构造以分配所述第一粉末；及第二分配器，经构造以分配第二粉末，所述粉末层包含所述第一粉末及所述第二粉末。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述第一粉末在第一温度处熔融且所述第二粉末在第二温度处熔融，所述第一温度低于所述第二温度。

19.如权利要求18所述的系统，进一步包含第二热源，所述第二热源位于所述工作台中，且其中所述控制器经构造以引发所述第二热源将所述工作台的基本温度维持在比所述第一温度及所述第二温度两者低的高温处。

20.如权利要求17所述的系统，其中所述第一分配器及所述第二分配器各自包含单独可控的闸，且所述闸经构造以根据所述电脑可读取介质中所指定的所述图案在所述工作台上的位置处释放各自的第一粉末或第二粉末。

21.如权利要求18所述的系统，其中所述控制器经构造以引发所述热源将所述粉末层的温度同时升高至所述第二温度以下的温度。

22.一种增材制造系统，所述增材制造系统包含：

工作台；

馈给材料分配装置，所述馈给分配装置于所述工作台之上分配粉末层，所述馈给材料分配装置包括：第一分配器，所述第一分配器经构造以分配第一粉末；及第二分配器，所述第二分配器经构造以分配第二粉末，以使得所述粉末层包含所述第一粉末及所述第二粉末，其中所述第一粉末在第一温度处熔融且所述第二粉末在更高的第二温度处熔融；

热源，所述热源包含加热灯阵列以将所述粉末层加热至足以引发所述第一粉末熔融但不足以引发所述第二粉末熔融的温度；以及

控制器，所述控制器经构造以引发所述分配器按电脑可读取介质中所指定的图案分配所述第一粉末，

其中所述热源经构造以同时施加热至整个所述粉末层。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述控制器经构造以引发所述馈给材料分配器分配所述粉末层中的每一立体像素处所构造的所述第一粉末或者所述第二粉末中的一个。

24.如权利要求22所述的系统，进一步包含第二热源，所述第二热源位于所述工作台中，且其中所述控制器经构造以引发所述第二热源将所述工作台的基本温度维持在比所述第一温度及所述第二温度两者低的高温处。

25.如权利要求22所述的系统，其中所述第一分配器及所述第二分配器各自包含单独可控的闸，且所述闸经构造以根据所述电脑可读取介质中所指定的所述图案在所述工作台上的位置处释放各自的第一粉末或第二粉末。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述闸包含元件，所述元件选自由压电打印头、气动阀、微机电系统阀、螺线管阀及磁阀组成的群组。

27.如权利要求1、3、7、或22所述的系统，其中所述馈给材料输送系统包含一行分配器，所述一行分配器线经构造以同时输送粉末线，所述一行分配器线经构造以跨所述工作台平移，用以输送粉末层。

28.如权利要求1、3、或7所述的系统，其中所述馈给材料输送系统包括二维阵列分配器，所述分配器经构造以同时输送整个所述层。

29.一种增材制造方法，所述方法包含以下步骤：

形成多个相继的层，连续沉积的多个层中的各层通过以下步骤形成：

按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上分配包括第一粉末的粉末层；以及

在所述连续沉积的多个层的随后的层被沉积之前将整个所述粉末层同时加热至所述第一粉末熔融所处的温度以上。

30.一种增材制造方法，所述方法包含以下步骤：

形成多个相继的层，连续沉积的多个层中的各层通过以下步骤形成：

按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上分配包括第一粉末的粉末层；

将跨所述工作台的宽度延伸的所述粉末层的一区域同时加热至所述第一粉末的第一烧结温度或第一熔化温度以上且在第二烧结温度或第二熔化温度以下的温度；以及

在所述连续沉积的多个层的随后的层被沉积之前跨所述工作台的长度扫描所述区域。

31.一种增材制造方法，所述方法包含以下步骤：

形成多个相继的层，连续沉积的多个层中的各层通过以下步骤形成：

按电脑可读取介质中所指定的图案在工作台上分配包括第一粉末的粉末层；以及

产生等离子体，所述等离子体跨所述工作台延伸且在所述连续沉积的多个层的随后的层被沉积之前将整个所述粉末层的温度同时升高至足以产生所述第一粉末熔融。

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