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CN111655453A - 用于三维列印装置的旋转式能量射束 - Google Patents

用于三维列印装置的旋转式能量射束 Download PDF

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CN111655453A
CN111655453A CN201880088198.XA CN201880088198A CN111655453A CN 111655453 A CN111655453 A CN 111655453A CN 201880088198 A CN201880088198 A CN 201880088198A CN 111655453 A CN111655453 A CN 111655453A
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CN
China
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irradiation
powder layer
energy beam
powder
support
Prior art date
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Application number
CN201880088198.XA
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English (en)
Inventor
麦可·B·宾纳德
石川元英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

本发明揭示一种用于构建一所构建零件(11)的加工机器(10)，其包括支撑装置(14)、驱动装置(16)、粉末供应装置(20)及照射装置(24)。该支撑装置(14)包括支撑表面(14A)。该驱动装置(16)移动该支撑表面(14A)，以使得该支撑表面(14A)上的特定位置沿移动方向(30)移动。该粉末供应装置(20)将粉末(12)供应至该支撑装置(14)以形成粉末层(13)。该照射装置(24)用能量射束(232)照射该粉末层(13)的至少一部分，以由该粉末层(13)形成该所构建零件(11)的至少一部分。另外，该照射装置(24)改变该能量射束(232)沿着绕该照射装置(24)的光轴(234)的周向照射至该粉末层(13)的照射位置。

Description

用于三维列印装置的旋转式能量射束
相关申请案
本申请案主张于2017年12月28日提交申请的且标题为「THREE DIMENSIONALPRINTER WITH ROTARY POWDER BED」的美国临时申请案第62/611,416号的优先权。本申请案亦主张于2017年12月29日提交申请且标题为「SPINNING BEAM COLUMN FOR THREEDIMENSIONAL PRINTER」的美国临时申请案第62/611,927号的优先权。在允许的范围内，美国临时申请案第62/611,416及62/611,927号的内容通过全文引用的方式并入本文中。
背景技术
现有的粉末床三维列印系统的局限性在于实现大的偏转角及大的目标区域不能不伴随焦点及/或像差效能的有害变化。
发明内容
本实施例针对一种用于构建所构建零件的加工机器。在各种实施例中，加工机器包括支撑装置、驱动装置、粉末供应装置及照射装置。支撑装置包括支撑表面。驱动装置移动支撑表面，使得支撑表面上的特定位置在移动方向上移动。粉末供应装置将粉末供应至支撑装置以形成粉末层。照射装置用能量射束照射粉末层的至少一部分以自粉末层形成所构建零件的至少一部分。另外，照射装置改变能量射束沿着环绕照射装置的光轴的环形方向照射至粉末层的照射位置。
在一些实施例中，照射装置沿与光轴交叉的光束方向引导能量射束。另外，来自照射装置的能量射束的射束方向可在粉末层上的照射位置的改进期间相对于光轴处于恒定偏转角。
在某些实施例中，照射装置改变将能量射束照射至粉末层的照射位置界定环形照射区域的至少一部分。在此些实施例中，由粉末层上的照射位置的改变界定的照射区域内的位置与支撑表面的移动方向交叉。
另外，在一些实施例中，加工机器进一步包括在不同于支撑表面的位置处提供的参考标记。参考标记可用于监测照明装置与支撑装置之间的相对位置。参考标记可进一步定位在照射区域内的位置，如通过粉末层上的照射位置的改变所界定的。
此外，在某些实施例中，加工机器进一步包括感测器，该感测器设置在与支撑表面不同的位置处，感测器经建构以检测能量射束。感测器可进一步定位在照射区域内的位置处，如粉末层上的照射位置的改变所界定。
在一些实施例中，支撑表面上的特定位置穿过照射区域内的位置，该位置如由粉末层上的照射位置的改变多次界定。
另外，在某些实施例中，支撑表面面向第一方向，且支撑表面上的特定位置的移动方向与第一方向交叉。
此外，在一些实施例中，粉末供应装置布置在支撑装置的第一方向侧上，并且沿着与第一方向交叉的表面形成粉末层。
此外，在某些实施方案中，辐射装置用荷电粒子束照射该层。
在另一应用中，本实施例针对一种用于构建所构建零件的加工机器，该加工机器包括(i)包括支撑表面的支撑装置；(ii)驱动装置，其移动支撑装置，使得支撑表面上的特定位置沿移动方向移动；(iii)粉末供应装置，其向支撑装置供应粉末以形成粉末层；且(iv)照射装置，其用能量射束照射粉末层的至少一部分以自粉末层形成所构建零件的至少一部分，其中照射装置改变照射位置，其中能量射束沿着与移动方向交叉的方向照射至粉末层，且其中加工机器包括设置在与支撑表面不同的位置处的参考标记。
另外，在另一应用中，本实施例针对一种用于构建所构建零件的加工机器，该加工机器包括(i)包括支撑表面的支撑装置；(ii)驱动装置，其移动支撑装置，使得支撑表面上的特定位置沿移动方向移动；(iii)粉末供应装置，其向支撑装置供应粉末以形成粉末层；且(iv)照射装置，其用能量射束照射粉末层的至少一部分以自粉末层形成所构建零件的至少一部分，其中照射装置改变照射位置，其中能量射束沿着与移动方向交叉的方向照射至粉末层，且其中加工机器包括设置在与支撑表面不同的位置处的感测器，该感测器经建构以检测能量光束。
附图说明
结合所附说明书，自附图中可最好地理解本发明的新颖特征以及本发明本身，关于其结构及操作两者，其中相似的参考符号表示相似零件，且其中：
图1为具有本实施例特征的加工机器的一个实施例的简化示意性侧视图；
图2为可经包括作为图1中所说明的加工机器的部分的支撑装置的部分及照射装置的实施例的简化示意性立体图；
图3为在使用加工机器期间支撑装置的可能路径的简化说明；
图4A为加工机器的另一实施例的部分的简化示意性俯视图；
图4B为图4A中所说明的加工机器的部分的简化示意性立体图；
图4C为图4A中所说明的加工机器的部分的经放大示意性立体图；
图5为加工机器的另一实施例的简化示意侧视图；
图6为加工机器的又一实施例的简化示意侧视图；及
图7为加工机器的又一个实施例的简化示意侧视图。
具体实施方式
本文中在加工机器(例如，三维列印装置)的上下文中描述实施例，该三维列印装置包括支撑装置，例如粉末床，以及用于照射支撑装置的旋转式能量射束。更特定地，照射装置利用能量射束照射在支撑装置的支撑表面上形成的粉末层，同时改变能量射束照射至粉末层的照射位置。
本领域技术人员将认识到，本实施例的以下详细说明仅为说明性的而不打算以任何方式进行限制。获益于本发明的本领域技术人员将容易地联想到其他实施例。现在将详细参考如附图中所说明的本发明实施例的实施。
为清晰起见，未示出及描述本文中所描述的实施的所有常规特征。当然应了解，在任何此类实际实施的开发中，必须作出众多实施特定的决策以便实现开发者的特定目标(诸如，符合与应用及商业相关的约束)，且此等特定目标将在实施之间及在开发者之间不同。此外，应了解，此类开发工作可能为复杂且耗时的，然而，其对于获益于本发明的本领域技术人员而言，则不过是一项常规的工程设计任务。
图1为具有本实施例的特征的加工机器10的实施例的简化示意性侧视图，其可用于制造一或多个三维物件11(经说明为框)。如本文中所提供，加工机器10可为三维列印装置，其中材料12(经说明为小圆圈)，例如粉末，在一系列粉末层13中经接合、凝固、熔化及/或熔合在一起以制造一或多个三维物件11。在图1中，物件11包括多个小方块，该等小方块表示材料12的接合以形成物件11。
用加工机器10制造的三维物件11的类型可为几乎任何形状或几何形状。作为非排他性的实例，三维物件11可为金属零件，或另一类型的零件，例如树脂(塑胶)零件或陶瓷零件等。三维物件11亦可被称为「所构建零件」。
另外，可改变接合及/或熔合在一起的材料12的类型以适应物件11的期望性质。作为非排他性实例，三维物件11可为金属零件，且材料12可包括用于金属三维列印的粉末颗粒。替代地，例如，三维物件11可由另一材料12(诸如聚合物、玻璃、陶瓷前驱物或树脂(塑胶)材料)制成。
加工机器10的设计以及用于形成加工机器10的组件可改变。在某些实施例中，如图1中所示出，加工机器10包括(i)支撑装置14；(ii)驱动装置16(经说明为框)；(iii)预热装置18(经说明为框)；(iv)粉末供应装置20(经说明为框)；(v)量测装置22或计量系统(经说明为框)；(vi)照射装置24(经说明为框)；及(vii)控制系统26，其协作以制造每一三维物件11。此等组件中的每一者的设计可根据本文中所提供的教示而变化。应注意，加工机器10的组件的位置可与图1中所说明的不同。此外，应注意，加工机器10可包括比图1中所说明的更多或更少的组件。
另外，在一些实施例中，加工机器10的许多组件可基本上保持在组件壳体28内。例如，在某些此等实施例中，如图1中所示出，预热装置18、粉末供应装置20、量测装置22及辐射装置24可全部基本上保持在组件壳体28内。替代地，此等组件中的一或多者可位于组件壳体28的外部及/或远离组件壳体28。加工机器10的一或多个额外组件亦可基本上保持在组件壳体28内。例如，在一个非排他性的替代实施例中，控制系统26亦可基本上定位在组件壳体28内。
作为概述，在某些实施例中，在加工机器10(例如，粉末床三维列印装置，其利用诸如激光或电子束投射系统的照射装置24)中提供大的目标面积及偏转角的问题通过将来自照射装置24的能量射束设定为固定的偏转角且然后围绕照射装置24的光轴旋转偏转方位来解决。
在各种实施例中，支撑装置14为粉末床，其经建构以自粉末供应装置20接收粉末，亦即，材料12，使得粉末层13形成在支撑装置14上。以另一方式说明，支撑装置14经建构以在形成物件11的同时支撑材料12及物件11。在图1中所说明的简化实施例中，支撑装置14包括(i)支撑表面14A，该支撑表面14A面向第一方向，即大致朝向组件壳体28及/或粉末供应装置20，且经建构以接收来自粉末供应装置20的粉末12数对在其上形成粉末层13；及(ii)一或多个支撑壁14B，其自支撑表面14A的周边向上延伸，以便围绕支撑表面14A。在一个实施例中，支撑表面14A可为基本上盘形。替代地，支撑表面14A可为基本上矩形形状的，或其他合适的形状。应注意，支撑装置14在图1中说明为剖视图。
驱动装置16(例如，一或多个致动器，且有时亦称作为「装置移动器」或简称为「移动器」)可用于在支撑装置14与组件壳体28之间提供选择性相对运动，且因此保留在其中的所有组件。例如，在一个实施例中，如图1中所示出，驱动装置16可用于沿移动方向(用箭头30说明)，例如相对于组件壳体28沿着诸如X轴的移动轴平移或线性(前后)移动支撑装置14。替代地，在其他实施例中，驱动装置16可用于(i)使组件壳体28相对于支撑装置14(诸如图5中所示出)在移动方向上例如沿着移动方向平移或线性移动；(ii)使支撑装置14)相对于组件壳体28(诸如图6中所示出)沿移动方向(例如绕Z轴)旋转移动；及/或(iii)使组件壳体28相对于支撑装置14(例如在图7中所示出)在移动方向上(例如绕Z轴)旋转地移动。
另外或替代地，驱动装置16可在支撑装置14与组件壳体28之间上下(例如，沿着Z轴)提供移相对运动。应了解，支撑装置14及组件壳体28的任何及所有所提到的相对运动可以任何合适的方式组合在任何给定的加工机器10中。以另一方式说明，加工机器10的任何实施例可包括相对平移运动，例如，沿着运动轴(X轴及/或Y轴)往返、相对垂直运动，例如沿着Z轴向上及向下，及/或相对旋转运动，例如，绕Z轴。
在一些实施例中，驱动装置16可使支撑装置14相对于组件壳体28在移动方向30上以基本恒定速度移动，且各种组件保持在其中。替代地，驱动装置16可使支撑装置14相对于组件壳体28在移动方向30上以可变速度移动，且各种组件保持在其中。此外，或替代地，驱动装置16可相对于组件壳体28以阶梯方式移动支撑装置14。
另外，在某些应用中，驱动装置16经配置以例如，相对于组件壳体28在移动方向30上移动支撑表面14A上的特定位置。在此等应用中，移动支撑表面14A的特定位置的移动方向30可为与支撑表面14A面对的第一方向交叉的第二方向。
预热装置18将已沉积在支撑装置14上(例如，至支撑表面14A上)的材料12选择性地预热至所要预热温度。在一些实施例中，预热装置18可在来自照射区域的区域中预热材料12，其中来自照射装置24的能量射束照射已沉积在支撑装置14上的材料12。另外，在一个实施例中，预热装置18沿着移动方向30配置在粉末供应装置20与照射装置24之间。
预热装置18的设计及所要预热温度可变化。在一个实施例中，预热装置18可包括一或多个预热能量源，其将一或多个预热射束引导在粉末12处。若使用一个预热源，预热射束可沿着预热轴径向操纵以加热粉末12。替代地，可定位多个预热源以加热粉末12。作为替代、非排他性实例，每一预热能量源可为电子束系统、水银灯、红外激光、加热空气的供应，或热辐射，且所要预热温度可为至少300、500、700、900，或1000摄氏度。
粉末供应装置20配置在支撑装置14的第一方向侧上且将材料12沉积至支撑装置14上，例如，至支撑表面14A上。另外，藉助此设计，粉末供应装置20沿着与支撑表面14A面对的第一方向交叉的表面在支撑装置14上形成粉末层13。粉末供应装置20可具有任何合适的组态，以便在所要位置将材料12沉积至支撑装置14上。例如，在一个实施例中，粉末供应装置20可包括保持粉末12的一或多个贮存器(未示出)，以及将粉末12自贮存器移动至支撑装置14的粉末移动器(未示出)。
另外，粉末在支撑装置14上的沉积可以任何所要速度发生。此外，或替代地，在一些实施例中，可通过使用量测装置22添加沉积计量，后续接着可使用来自量测装置22的回馈来在所需要的位置动态地添加或移除粉末。
量测装置22可用于监视支撑装置14与组件壳体28之间，及/或支撑装置14与量测装置22之间的相对位置。另外，量测装置22亦可用于检查并监测粉末层13且粉末12至支撑装置14上(例如，至到支撑表面14A上)的沉积。此外，量测装置22可用于量测在支撑表面14A上形成的所构建零件12的至少一部分。量测装置22可具有任何合适的设计，以便执行如本文中所述的各种功能。例如，在非排他性的替代实施例中，量测装置22可包括光学元件，诸如均匀照明装置、条纹照明装置、相机、透镜、干涉仪或光电检测器，或诸如作为超声波、涡流或电容感测器的非光学量测装置。
照射装置24暴露材料12，即粉末，以形成成为物件11的粉末层13。更特定而言，照射装置24将能量射束232(图2中所说明)，有时亦称为「照射光束」引导朝向支撑装置14上的材料12以用能量射束232照射粉末层13以由粉末层13形成物件11，即所构建零件。照射装置24可具有任何合适的设计。例如，在一个实施例中，辐射装置24为荷电粒子束系统，诸如电子束系统，其将能量射束232，亦即荷电粒子束(例如电子束)引向朝向支撑件14上的粉末12。替代地，在另一实施例中，照射装置24可为激光，其将能量射束232(亦即，激光束)引导朝向支撑装置14上的粉末12。
应了解，一旦粉末层13已用照射装置24曝光，亦即，照射，且因此选择的部分变得熔化，必须在顶部沉积另一粉末层13，尽可能均匀且一致，直至所构建零件11完成。
控制系统26经建构以控制加工机器10的操作，出于根据需要制造一或多个三维物件11。更具体地，控制系统26可包括用于控制驱动装置16、预加热装置18、粉末供应装置20、量测装置22及照射装置24的一或多个处理器26A及/或电路。另外，控制系统26可包括一或多个电子储存装置26B。在一个实施例中，控制系统26通过逐层连续地添加粉末12来控制加工机器10的组件以自电脑辅助设计(CAD)模型构建三维物件11。
在一些实施例中，控制系统26可包括例如CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)及存储器。控制系统26用作通过执行电脑程序的CPU来控制加工机器10的操作的装置。该电脑程序为用于致使控制系统26(例如，CPU)以执行稍后描述为由控制系统26执行(即，执行其)的操作的电脑程序。即，此电脑程序为用于使控制系统26起作用的电脑程序，以使得加工机器10将执行稍后描述的操作。由CPU执行的电脑程序可记录在包括在控制系统26中的存储器(亦即，记录媒体)中，或可内置在控制系统26中或者可外部地附接至控制系统26的任意储存媒体中，例如，硬盘或半导体存储器。替代地，CPU可经由网络接口自控制系统26外部的装置下载要执行的电脑程序。此外，控制系统26可不安置在加工机器10的内部，且例如可配置为加工机器10外部的服务器等等。在此状况下，控制系统26及加工机器10可经由诸如有线通信(有线通信)、无线通信或网络的通信线路连接。在与有线物理连接的状况下，可经由网络使用IEEE1394、RS-232x、RS-422、RS-423、RS-485、USB等或10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T等的串行连接或并联连接。此外，当使用无线电连接时、可使用诸如IEEE802.1x、OFDM等等的无线电波、诸如
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红外线、光通信等的无线电波。在此状况下，控制系统26及加工机器10可经建构以能够经由通信线路或网络发送及接收各种类型的信息。此外，控制系统26可能够经由通信线路及网络将诸如命令及控制参数的信息发送至加工机器10。加工机器10可包含接收装置(接收器)，其经由通信线路或网络自控制系统26接收诸如命令及控制参数的信息。作为记录由CPU执行的电脑程序的记录媒体，CD-ROM、CD-R、CD-RW、软盘、MO、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW，诸如磁盘的磁媒体及诸如DVD+RW及
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的磁带，诸如光盘的半导体存储器、磁光盘、USB存储器等，以及能够储存其他程序的媒体。除了储存在记录媒体中并分布的程序之外，程序亦包括通过经由诸如网际网络的网络线路下载而分布的形式。此外，记录媒体包括能够记录程序的装置，例如，经安装成可以软件，固件等形式执行程序的状态的通用或专用装置。此外，程序中包括的每一处理及功能可由程序软件执行，该程序软件可由电脑执行，或每一部分的处理可由诸如预定门阵列(FPGA，ASIC)或程序软件的硬件执行。另外，实现硬件元件的部分的部分硬件模组可以混合形式实施。
另外，在一些实施例中，加工机器10可视情况包括冷却器装置31(经说明为框)，其在与照射装置24熔合之后冷却支撑装置14上的粉末12。冷却器装置31可具有任何合适的设计。作为非排他性的实例，冷却器装置31可利用辐射、传导及/或对流来将新熔化的金属冷却至所要温度。
图2为可经包括作为图1中所说明的加工机器10的部分的支撑装置214的部分以及照射装置224的实施例的简化示意性立体图。
如图2中所说明，辐射装置224经建构以将能量射束232大致引导朝向支撑装置214，亦即顺序地照射粉末层13(图1中所说明)中的每一者，该等粉末层由已安置在支撑装置214上的例如粉末的材料12(图1中所说明)形成在支撑装置214上。另外，如所示出，照射装置224具有装置光轴234，且能量射束232经引导朝向支撑装置214，且因此粉末层13，相对于装置光轴234以固定偏转角236处。以另一方式说明，照射装置224沿与装置光轴234交叉的光束方向236A引导能量射束232。在某些非排他性实施例中，能量射束232的偏转角236可相对于装置光轴234在大约十五度与三十五度之间。替代地，能量射束232相对于装置光轴234的偏转角236可大于三十五度或不到十五度。换言之，在某些非排他性实施例中，能量射束232的偏转角236相对于装置光轴234可为至少10度、15度、20度、35度、45度或60度。
此外，在加工机器10的使用期间，来自照射装置224的能量射束232可围绕装置光轴234旋转。更特定而言，照射装置224可包括射束旋转器224A(用虚线圆圈说明)，该射束旋转器使能量射束232围绕装置光轴234选择性旋转。此外，利用光束旋转器224A，能量射束232的偏转方位角可容易地旋转三百六十度(360°)。另外，来自照射装置224的能量射束232的射束方向236A在粉末层13上的照射位置的改变期间相对于装置光轴234处于恒定(固定)偏转角236。此外，在此设计的情况下，照射装置224改变能量射束232沿着与支撑表面14A(图1中所说明)上的特定位置的移动方向230(在图2中再次简单示出为平移或线性移动(往返))交叉的方向照射至粉末层13的照射位置。
照射装置224的设计可变化。例如，如上文所述，在某些非排他性的替代实施例中，照射装置224可为电子束系统或激光束系统。特定而言，在一个实施例中，辐射装置224包括电子束产生器，其产生经引导在支撑装置214的电子的聚焦能量射束232。在此设计中，射束旋转器224A可包括一或多个偏转元件，且通过向偏转元件224A施加正弦电流或电压，能量射束232的偏转方位角可容易地以高速旋转三百六十度(360°)。换言之，可调整电磁场以致使能量射束232的方位角容易地以高速旋转三百六十度。替代地，例如，照射装置224可包括激光及可移动棱镜、镜子或透镜。在此替代设计的情况下，楞镜可旋转，即藉助光束旋转器224A，以致使能量射束232的方位角容易地以高速旋转三百六十度。替代地，来自照射装置224的能量射束232可不旋转。然而，来自照射装置224的能量射束232可跨越移动方向30移动。
在此设计的情况下，在单个时刻，能量射束232照射照射区域238，该照射区域238例如可为圆形形状或矩形形状，且可具有任何合适的尺寸。例如，在某些非排他性实施例中，照射区域238可为圆形形状或矩形形状，且在粉末层上具有大约5,000与5,000,000平方微米之间的面积。换言之，在某些非排他性实施例中，照射区域238可在粉末层上具有至少5,000、50,000、500,000或5,000,000平方微米的面积。
应注意，随着时间，通过在使用固定偏转角236的同时将照射装置224旋转三百六十度，照射装置224可在支撑装置214的表面上用圆环的形状的能量射束232照射及/或暴露照射区域240(在图2中以虚线圆圈示出)。以另一方式说明，在此设计的情况下，照射装置224改变能量射束232照射至支撑中的214上的粉末层13的照射位置以围绕照射装置224的装置光轴234沿者圆周方向界定环形形状照射区域240。在一些非排他性实施例中，照射区域240可具有大约10与500毫米之间的直径。以另一方式所述，在某些非排他性实施例中，照射区域240可具有至少10、50、100、200或500毫米的直径。
另外，当能量射束232经由三百六十度旋转多次旋转时，支撑表面14A在移动方向230上移动。因此，支撑表面14A上的特定位置穿过照射区域240内的多个位置多次。此外，照射区域内的位置亦与支撑表面14A的移动方向230交叉。
在本发明的大多数实施例中，与能量射束232的三百六十度旋转的频率相比，支撑表面14A的运动相对较慢。能量射束232的旋转运动与支撑表面14A的线性或旋转运动的组合在覆盖粉末表面上的每一位置的粉末表面上形成射束路径。换言之，若相对于能量射束232的旋转频率以低速扫描目标物件，则可暴露支撑装置214上的完整目标表面。例如，在照射区域238具有一百微米的直径且能量射束232以一千Hz的速率完成其三百六十度旋转的实施例中，支撑表面14A的速度可设定为一百微米/毫秒，或一百毫米/秒。
如本文中所提供，在此设计的情况下，因为电子成像系统的主要聚焦及像差效应强烈地依赖于曝光点与光轴之间的径向距离，所以照射装置224(例如电子柱)的成像效能对于照射区域240上的每个点，即曝光圆，基本上恒定。在本设计的情况下，因为能量射束232至支撑装置214的径向距离基本恒定，所以将减小焦点变化及像差变化。此将通过允许调谐照射装置224的成像效能以在给定偏转角236处提供最佳成像来改进列印零件的品质。
图3为例如在三维列印期间本文中所说明的加工机器至任何实施例内的支撑装置的可能路径350的简化说明。在一个实施例中，支撑装置可类似于下文关于图6所说明及描述的支撑装置614，且支撑装置614可在三维列印期间恒定地旋转并逐渐向下移动。因此，支撑装置614将沿着向下螺旋路径350。在一个非排他性实施例中，支撑装置614在支撑装置614的单次旋转期间向下移动大约五十微米。替代地，支撑装置614在支撑装置614的单次旋转期间可向下移动大于或小于五十微米。
图4A至图4C为加工机器410的另一实施例的部分的替代视图。更特定而言，图4A为加工机器410的另一实施例的部分的简化示意俯视图；图4B为图4A中所说明的加工机器410的部分的简化示意性立体图；图4C为图4A中所说明的加工机器410的部分的放大示意性立体图说明。
首先参考图4A，在此实施例中，驱动装置416可以基座的形式提供，该基座保持支撑装置414，且因此保持支撑表面414A。在使用加工机器410期间，亦即，在三维列印期间，支撑装置414可通过驱动装置416驱动以使支撑装置414作为转盘不断地旋转(例如，沿顺时针方向)，且可能使支撑装置414相对于照射装置424(图4B中所说明)及粉末供应装置420向下移动。可控制驱动装置416以使支撑装置414以任何合适的速度旋转。例如，在某些非排他性实施例中，驱动装置416可经建构以使支撑装置在大约2到60转/分钟之间旋转。
在一些非排他性实例中，支撑装置414(亦即，转盘)可为圆形形状的，且驱动装置416可具有矩形形状外周边。在一个此类实施例中，支撑装置414可具有介于大约二百毫米与四百五十毫米之间的半径。替代地，支撑装置414及/或驱动装置416可为其他合适的形状及尺寸。例如，支撑装置414可为盘形形状或矩形形状。
在此实施例中，材料12(图1中所说明)，亦即，粉末，可在支撑装置414相对于照射装置424及粉末供应装置420的旋转及大体向下移动期间通过粉末供应装置420连续地供应至支撑装置414的支撑表面414A。如图4A中所示出，在一个实施例中，粉末供应装置420延伸至支撑装置414的旋转中心454。此外，粉末供应装置420可经设计以将粉末12均匀地(不在上方或下方)沉积在支撑表面414A上在支撑表面414A的半径上。另外，在某些实施例中，当一个远离支撑装置414的旋转中心454移动时，更多粉末12沉积在支撑表面414A上。
现在参照图4B，如图所示，照射装置424定位在支撑装置414(亦即，转盘)及驱动装置416上面，且将能量射束432引导朝向支撑表面414。以与上文所描述实施例类似的方式，能量射束432保持与装置光轴434基本恒定的角度436，且以相对高的速度扫描装置光轴434周围的三百六十度圆。在一些非排他性实施例中，照射装置424可定位在支撑装置414上面大约一百毫米与五百毫米之间。另外，能量射束432与装置光轴434之间的角度436在大约十度与大约四十五度之间。此外，当能量射束432经过其三百六十度旋转引导时，其可照射基本上环形的照射区域440，该照射区域延伸至支撑装置414的支撑表面414A与驱动装置416两者的部分上。在图4B中所示出的非排他性实施例中，照射区域440可从支撑装置414的旋转中心454延伸以越过支撑装置414的径向边缘455(图4A中所说明)至驱动装置416上。作为非排他性的实例，照射区域440在粉末层上可具有在大约五十毫米与二百五十毫米之间的直径。
再次参考图4A(及亦如图4C中示出)，在一个非排他实施例中，圆形形状的照射区域440的外边缘，如由引导朝向支撑装置414(例如，支撑表面414A)及/或驱动装置416的能量射束432(在图4B中示出)照射，可包括拱形(亦即，环形形状的部分)预热区456、拱形形状(亦即，环形形状的部分)校准区458，以及拱形形状(亦即，环形形状的部分)构建区460。
在预热区456中，能量射束432在粉末12上扫描拱形形状(亦即，环形形状的部分)图案，并递送必要能量以将粉末12预热至所要温度。
在校准区458中，能量射束432扫描驱动装置416的部分上的拱形形状(亦即，环形形状的部分)图案。以另一方式说明，校准区458设置在驱动装置416上，但不在支撑装置414上，亦即，校准区458位于与支撑表面414A不同的区域中。
在某些实施例中，校准区458可与量测装置22(图1中所说明)结合使用，用于监测照明装置424及/或粉末供应装置420与支撑装置414之间的相对位置，以及能量射束432及支撑装置414(亦即，转盘)的相对位置及方向。更特定而言，在图4A中所说明的实施例中，加工机器410可包括一或多个参考标记462(或基准标记)，其经建构以定位在驱动装置416上的照射区域440的校准区458内，驱动装置416可由量测装置22识别以监测此相对位置。因此，在此实施例中，加工机器410可在不同于支撑表面414A的位置处包括参考标记462。另外，在一些实施例中，参考标记462进一步定位在照射区域440内的位置，如粉末层13(图1中所说明)上的照射位置的改变所界定。参考标记462中的至少一个沿着Z轴的位置可与粉末层的最上表面的沿着Z轴的位置相同。参考标记462中的至少一者沿着Z轴的位置可与沿着支撑表面414A的Z轴的位置相同。
当能量射束432照射校准区458且因此照射校准区458内的参考标记462时，加工机器410可有效地判定照明装置424及/或粉末供应装置420与支撑装置414之间的相对位置，且根据需要评估能量射束432是否指向支撑装置414及/或驱动装置416。
如此实施例中所示出，校准区458亦可用于检测能量射束432，量测能量射束432的品质(例如，强度)，及/或量测能量射束432的位置。特定而言，如所说明，加工机器410可包括一或多个感测器464(例如，法拉第杯)，其经建构以定位在驱动装置416上的照射区域440的校准区458内且可用于检测能量射束432，量测能量射束432的品质或强度，及/或量测能量射束432的位置。以另一方式说明，在此实施例中，加工机器410包括设置在与支撑表面414A不同的位置处的感测器464。另外，感测器464进一步定位在照射区域440内的位置处，如粉末层13上的照射位置的改变所界定。
当能量射束432照射校准区458且因此照射校准区458内的感测器464时，加工机器410可有效地判定或量测能量射束432的品质。利用此设计，能量射束432可在三维构建过程期间有效校准。
在构建区460中，能量射束432可选择性地照射粉末12的拱形区域内的点，该拱形区域已提供在支撑表面414A上以由粉末层13形成所构建零件11(图1中示出)。换言之，控制能量射束432以使粉末至部分选择性地熔化在将成为所构建零件11的部分的构造区460内。
另外，在一些实施例中，可进一步控制照射装置424，使得能量射束432包括朝向照明区域440的中间的粗糙构建区域466。在粗糙构建区域466中，控制能量射束432以创建宽散焦光束，该宽散焦光束加热粉末12并粗略地形成所构建零件11。宽散焦光束的照射区域可大于能量光束432的照射区域。
进一步了解，在某些实施例中，驱动装置416亦可相对于照射装置424及粉末供应装置420移动。例如，驱动装置416可线性移动(亦即，往返)或视需要旋转。
图5为可用于制造一或多个三维物件511(经说明为框)的例如三维列表装置的加工机器510的另一实施例的简化示意性侧视图。如图5中所说明，加工机器510基本上类似于上文所说明及所述的实施例。例如，加工机器510再次包括支撑装置514、驱动装置516、预热装置518、粉末供应装置520、量测装置522、照射装置524、控制系统526及冷却装置531，在设计及功能上基本上类似于本文中上面所说明及描述的内容。另外，如上文所述，诸多组件，例如预热装置518、粉末供应装置520、量测装置522、照射装置524及冷却装置531可基本上保持在共同组件壳体528内。替代地，多个装置，例如预热装置518、粉末供应装置520、量测装置522、照射装置524及冷却装置531可分别容纳在单独的组件中。
然而，在此实施例中，驱动装置516稍微不同地定位，且在支撑装置514与组件壳体528之间提供不同类型的相对运动。特定而言，如图5中所示出，驱动装置516经建构以使组件壳体528相对于支撑装置514沿移动方向530(例如，沿着诸如X轴的移动轴)平移(往返)移动。另外，驱动装置516亦可在支撑装置514与组件壳体528之间上下(例如，沿着Z轴)提供相对移动。
图6为可用于制造一或多个三维物件611(经说明为框)的例如三维列表装置的加工机器610的又一实施例的简化示意性侧视图。如图6中所示出，加工机器610基本上类似于上文所说明及所述的实施例。例如，加工机器610再次包括支撑装置614、驱动装置616、预热装置618、粉末供应装置620、量测装置622、照射装置624、控制系统626及冷却装置631，在设计及功能上基本上类似于本文中上面所说明及描述的内容。另外，如上文所述，诸多组件，例如预热装置618、粉末供应装置620、量测装置622、照射装置624及冷却装置631可基本上保持在共同组件壳体628内。替代地，多个装置，例如预热装置618、粉末供应装置620、量测装置622、照射装置624及冷却装置631可分别容纳在单独的组件中。
然而，在此实施例中，驱动装置616稍微不同地定位，且在支撑装置616与组件壳体628之间提供不同类型的相对运动。特定而言，如图6中所示出，驱动装置616经建构以使支撑装置614相对于组件壳体628沿移动方向630(例如，沿着绕平行于Z轴的旋转轴的旋转方向)旋转移动。另外，驱动装置616亦可在支撑装置614与组件壳体628之间上下(例如，沿着Z轴)提供相对移动。
图7为可用于制造一或多个三维物件711(经说明为框)的例如三维列表装置的加工机器710的又一实施例的简化示意性侧视图。如图7中所说明，加工机器710基本上类似于上文所说明及所述的实施例。例如，加工机器710再次包括支撑装置714、驱动装置716、预热装置718、粉末供应装置720、量测装置722、照射装置724、控制系统726及冷却装置731，在设计及功能上基本上类似于本文中上面所说明及描述的内容。另外，如上文所述，诸多组件，例如预热装置718、粉末供应装置720、量测装置722、照射装置724及冷却装置731可基本上保持在共同组件壳体728内。替代地，多个装置，例如预热装置718、粉末供应装置720、量测装置722、照射装置724及冷却装置731可分别容纳在单独的组件中。
然而，在此实施例中，驱动装置716稍微不同地定位，且在支撑装置714与组件壳体728之间提供不同类型的相对运动。特定而言，如图7中所说明，驱动装置716经建构以使组件壳体728相对于支撑装置714沿移动方向730(例如，沿着绕平行于Z轴的旋转轴的旋转方向)旋转移动。另外，驱动装置16可在支撑装置714与组件壳体728之间上下(例如，沿着Z轴)提供相对移动。
应理解，尽管本文中已说明及描述了加工机器10的多个不同实施例，但任何一个实施例的一或多个特征可与其他实施例中的一或多者的一或多个特征组合，只要此类组合满足了本发明的意图。
虽然上文已经论述加工机器10的多个例示性态样及实施例，但本领域技术人员将认识到其某些修改、置换、添加及其子组合。因此，以上所附权利要求及此后引入的权利要求经解释为包括在其真实精神及范围内的所有此等修改、置换、添加及子组合。

Claims (25)

1.一种用于构建一所构建零件的加工机器，该加工机器包含：
支撑装置，其包括支撑表面；
驱动装置，其使该支撑装置移动，以使得该支撑面上的特定位置沿移动方向移动；
粉末供应装置，其向该支撑装置供应粉末以形成粉末层；及
照射装置，其用能量射束照射该粉末层的至少一部分以由该粉末层形成该所构建零件的至少一部分，
其中该照射装置改变该能量射束沿着围绕该照射装置的光轴的圆周方向照射至该粉末层的照射位置。
2.如权利要求1所述的加工机器，其中该照射装置沿与该光轴交叉的光束方向引导该能量射束。
3.如权利要求1或2所述的加工机器，其中来自该照射装置的该能量射束的该射束方向在该粉末层上的该照射位置的改变期间相对于该光轴处于恒定偏转角。
4.如权利要求1至3中任一项所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定环形形状照射区域的至少一部分，且其中如由该粉末层上的该照射位置的该变化界定的该照射区域内的位置与该支撑表面的该移动方向交叉。
5.如权利要求1至4中任一项所述的加工机器，其进一步包括参考标记，该参考标记设置在与该支撑表面不同的位置处。
6.如权利要求5所述的加工机器，其中该参考标记可用于监测该照明装置与该支撑装置之间的相对位置。
7.如权利要求5或6所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定环形形状照射区域的至少一部分，且其中该参考标记进一步定位在如由该粉末层上的该照射位置的该改变所界定的该照射区域内的位置处。
8.如权利要求1至4中任一者所述的加工机器，其进一步包括感测器，该感测器设置在与该支撑表面不同的位置处，该感测器经建构以检测该能量射束。
9.如权利要求8所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定环形形状照射区域的至少一部分，且其中该感测器定位在如由该粉末层上的该照射位置的该改变所界定的该照射区域内的位置处。
10.如权利要求1至9中任一项所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定环形形状照射区域的至少一部分，且其中该支撑表面上的该特定位置穿过在如由该粉末层上的该照射位置的该改变所界定的该照射区域内的位置处多次。
11.如权利要求1至10中任一项所述的加工机器，其中该支撑表面面向第一方向；且其中该支撑表面上的该特定位置的该移动方向与该第一方向交叉。
12.如权利要求11所述的加工机器，其中该粉末供应装置配置在该支撑装置的该第一方向侧上，且沿着与该第一方向交叉的表面形成该粉末层。
13.如权利要求1至12中任一项所述的加工机器，其中该照射装置用荷电粒子束照射该层。
14.一种用于构建一所构建零件的加工机器，该加工机器包含：
支撑装置，其包括支撑表面；
驱动装置，其使该支撑装置移动，以使得该支撑面上的特定位置沿移动方向移动；
粉末供应装置，其向该支撑装置供应粉末以形成粉末层；及
照射装置，其用能量射束照射该粉末层的至少一部分以由该粉末层形成该所构建零件的至少一部分，
其中该照射装置改变该能量射束沿着与该移动方向交叉的方向照射至该粉末层的照射位置，且其中该加工机器包括设置在与该支撑表面不同的位置处的参考标记。
15.如权利要求14所述的加工机器，其中该参考标记可用于监测该照明装置及/或该能量射束与该支撑装置之间的相对位置。
16.如权利要求14或15所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定照射区域，且其中该参考标记进一步定位在如由该粉末层上的该照射位置的该改变所界定的该照射区域内的位置处。
17.如权利要求14至16中任一项所述的加工机器，其中该照射装置用荷电粒子束照射该层。
18.一种用于构建一所构建零件的加工机器，该加工机器包含：
支撑装置，其包括支撑表面；
驱动装置，其使该支撑装置移动，以使得该支撑面上的特定位置沿移动方向移动；
粉末供应装置，其向该支撑装置供应粉末以形成粉末层；及
照射装置，其用能量射束照射该粉末层的至少一部分以由该粉末层形成该所构建零件的至少一部分，
其中该照射装置改变该能量射束沿着与该移动方向交叉的方向照射至该粉末层的照射位置，且其中该加工机器包括设置在与该支撑表面不同的位置处的感测器，该感测器经建构以检测该能量射束。
19.如权利要求18所述的加工机器，其中该照射装置改变该能量射束照射至该粉末层的该照射位置界定照射区域，且其中该感测器进一步定位在如由该粉末层上的该照射位置的该改变所界定的该照射区域内的位置处。
20.如权利要求18或19所述的加工机器，其中该照射装置用荷电粒子束照射该层。
21.一种用于构建一所构建零件的加工机器，该加工机器包含：
支撑装置，其包括支撑表面；
粉末供应装置，其向该支撑装置供应粉末以形成粉末层；及
照射装置，其用第一能量射束照射该粉末层的至少一部分以由该粉末层形成该所构建零件的至少一部分，且用第二能量射束照射以由该粉末层形成该所构建零件的至少一部分；其中该第一能量射束的该粉末层上的照射区域大于该第二能量射束的该粉末层上的照射区域。
22.如权利要求21所述的加工机器，其中该照射装置用荷电粒子束照射该粉末层。
23.如权利要求21或22所述的加工机器，其中该第一能量射束包括散焦射束。
24.一种加工机器，其包含：
支撑装置，其包括支撑表面；
驱动装置，其使该支撑装置移动，以使得该支撑面上的特定位置沿移动方向移动；
粉末供应装置，其向该支撑装置供应粉末以形成粉末层；及
照射装置，其用能量射束照射该粉末层的至少一部分；
其中该照射装置改变该能量射束沿着与该移动方向交叉的方向照射至该粉末层的照射位置。
25.如权利要求24所述的加工机器，其进一步包括感测器，该感测器设置在与该支撑表面不同的位置处，该感测器经建构以检测该能量射束。
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