材料处理方法和相关装置与流程

加成制造(Additive manufacturing(AM))是通过添加材料对产品或产品的至少部分进行制造、维修等的技术。这可以使用机器人、机床等经由独立的3D打印机、专用AM系统或沉积。以Ex Scintilla Ltd的名义在WO2014/013247中示出了用于提供这样的加成制造的合适的装置。

材料移除技术(诸如，铣(milling)等)也是已知的。通常，可以通过使用使材料移除处理自动化的计算机数控(CNC)机器帮助实现这样的材料移除。

AM和CNC可以结合使得可以使用AM制造或维修产品并通过使用材料移除(诸如，CNC材料移除)使表面得到处理而进行精加工并且参考图1来说明这个过程。

已知使用具有永久连接至工具的多个头的并可选择以对工件进行处理的机器。这样的布置增加加工头所占据的大小和体积，这限制了加工头的操作。将工件从一个工作站移动到另一个工作站也是已知的，每个工作站执行特定的操作，包括添加步骤和后沉积加工以及切割。

已知提供处理头的布置可被装配至现有的机床，诸如多轴CNC铣床(milling machines)。然而，这样的现有技术处理头的能力可以根据需要进行扩展并且在公布的申请号WO/2014/013247以及本申请要求优先权的未公布的申请号：GB 1412843.3和GB 1423407.4中描述了改进的头。

在先前的机器中，已设计了合适的头并在如在先前的申请中描述的现有CNC机器中使用。然而，应理解为铣设计的现有机床用于加成制造存在缺点。这些缺点的特征可在于铣床是为仅使部件的外表面成形而设计的。这并不奇怪，因为通过制备部件被切割的初始坯段确定部件的内部特性。在加成制造或3D打印期间材料的添加不仅使外表面成形，而且也形成了实际制成的部件(包括微观结构)的内部容积的主要特性。因而，希望能够尽可能保持最干净的环境以避免在构建过程中避免引入缺陷。此外，为了能够提供质量保证，由于实时或者至少原位制造部件或产品，希望以纳米(nano)尺度、微观(micro)尺度、中位(meso)尺度以及宏观(macro)尺度评估部件(包括微观结构)的内部容积以及表面拓扑和化学性质。

根据本发明的第一方面，提供一种适于并布置为对位于工作站中的工件工件上的材料执行移除和添加的机器，机器具有布置为从工件移除材料的第一设备和布置为处理工件的第二设备，第一设备和第二设备中的每一个中的每一个布置为可在至少两个轴线上移动。

在一些实施方式中，第一设备和第二设备可以各自在3个轴线、4个轴线或5个轴线上移动。

优选地，第一设备是包括第一支架的机构，在第一支架上，多个能互换输送头是在使用中能够可移除地安装的处理头和可存储在第一工具更换器中的能互换处理头。期望地，第二设备是包括第二支架的机构，在第二支架上，多个能互换输送头是能够可移除地安装的处理头和加工头，第二设备的可移除处理头可存储在第二工具更换器中。

申请人已研发了新的改进处理头以及在现有机器中使用那些头的方法。申请人还实现了处理头在具体设计成能利用头的特征的机器中和使用已研发的头的方法中可能特别有用。

将理解的是，处理头或者布置为从工件移除材料或者可另外布置为通过添加或沉积材料处理工件或者可以布置为检查或监控工件。这样的头可以泛泛地称为处理头。在一些情况下，将理解的是处理头可以布置为通过热加工处理工件并且可在处理中移除工件的一些材料。其他处理头布置为从工件移除材料。

期望地，每个工具更换器中均存储有多个处理头。第一工具更换器优选地存储设计成能从工件移除材料的处理头。这样的头可以布置为执行铣、研磨(grinding)、平整(planning)、打孔、切除(ablation)、机械加工以及如本领域公知的其他材料移除处理。机械加工可以是激光辅助的并且处理头可以利用同轴激光传输或离轴激光传输。第二工具更换器优选地存储设计并布置为处理工件上的材料的处理头。这样的头在以上提及的较早的申请中已有所描述并且包括布置为诸如通过以下方式处理工件的材料的头，即，沉积或修改材料或诸如利用检流计激光器检查、检测或标记待制造的工件、诸如利用激光熔覆头或90°激光熔覆头进行熔覆、诸如通过包含90°的挤出头的材料的挤出进行沉积、热加工、锤打、抛毛(scarifying)、喷丸清理、锤击或微锤击、针锤击、激光锤击、或轧制。头可以布置为执行感应加热、金属极惰性气体保护焊(气体保护金属电极电弧焊)、等离子转移弧焊接(PTA焊接)、施加真空、将空气吹至工件、执行激光辅助机械加工、诸如用HVOF涂层或者使用放电加工机床(EDM)将涂层涂覆到工件上。头还可以布置为使用3D制造过程铺设材料。此外，第二工具更换器可以包含可以是以下中任意一个或多个的头：图像记录设备、固定或移动的照明设备、触摸探头、3D表面(包括激光器和结构光种类)以及容积扫描仪(包括共聚焦、焦点变化、干涉测量和结构光扫描仪)、摄影测量系统、传感器(诸如，氧传感器、热传感器、热感摄像机)涡流发电机、超声换能器(对于空气、凝胶、以及液体连接的)、电磁式波发生器、感应加热线圈、电磁体、诸如共聚焦显微镜的放大器件、板材渐进成形工具、热风器、真空装置、感应加热器、检流计、示波器、数字镜装置、结构光扫描仪、研磨机、磨料、头的直角变化、共聚焦或可变显微镜、包括伽马和X射线的电磁探测器、摄谱仪等。

优选地，每个工具更换器适于存储5到50个头，或者更优选地，10到40个头或者最优选地25到35个头。然而将理解，如果需要的话，如所常见的那样，工具更换器可以扩大以存储更多的头。

优选地，相应工具更换器存储远离工件的处理头。这样在远离工件的位置存储头使得能够存储更多的头并可供选择，并且防止它们被工件污染。另外，由于仅附接“使用中”的头，相对于工件，头能够移动的更大的范围。

在优选实施方式中，第一支架停止而第二支架在使用中，反之亦然。

优选地，机器包括具有净侧和脏侧的主体。每侧均可包括可以密封的腔室。优选地，至少净侧包括可密封的腔室。净侧可包括腔室(诸如，工具更换器)，其中存储有干净的头。脏侧可包括腔室(诸如，工具更换器)，其中存储有脏的头。可以使用这样的“脏”头来从工件移除材料。第一工具更换器和第二工具更换器优选远离工作站。

期望地，机器布置为控制工作站的环境。

期望地，工作站位于净侧与脏侧之间。在优选实施方式中，工作站至少是半保护的。工作站可以设置在腔室中。腔室可以密封或可以是可密封的或者部分可密封的。

可以根据正在执行的处理将工作站的腔室中的环境改变成干净的环境。在一些实施方式中，工作站可以设置在可充满惰性气体(诸如，氩气或氮气)的腔室中。在一些实施方式中，可以控制腔室中的大气以具有低氧含量和/或具有低水平的颗粒杂质。惰性气体可以流过腔室。在其他实施方式中，腔室可以是可密封的，并且工件可以浸没在惰性气体中。惰性气体还可以作为冷却剂提供。

在一些实施方式中，支架可以提供将流体供应至腔室或工件的装置。流体可以是气体。气体可以是惰性的和/或可以表现为冷却剂。在一些情况下，气体可以帮助提取废料。在其它情况下，可以提供惰性大气并且此外冷却剂气体可以供应至工件。其中，工件浸没在惰性气体中，任意废料或冷却剂提取优选地上升到惰性气体的水平面之上使得在提取冷却剂和废料时，惰性气体不会从腔室中排出。可以提供废弃物提取装置。在优选实施方式中，设置连接至机器中的管道的抽汽口。优选地，通过管道中的阿基米德螺杆(Archimedes screw)操作移除废弃物。该布置优选地将冷却剂直接提取到螺杆的中心并提取到腔室之外，但总是将惰性气体和流体的柱留在管道中，这将在腔室与大气之间提供天然气密的屏障。

管理工件中的热量是期望的。由于材料(尤其金属)沉积在工件中热量会增加并且这会引起诸如最终部件失真的问题。

可以通过利用具有冷却剂的金属的沉积与金属的机械加工之间交替来管理工件中的热量。工件中的至少一部分热量传递至冷却剂，冷却剂可以是气态的或液态切削流体。将理解的是，该操作方法是有效的并可以将工件维持在近似1/3的材料熔点之下的温度，其保持大部分材料的稳定性水平。步骤中这样的交替可能不是最高生产率的最佳序列但确实管理工件的温度并且可以用在后安装有处理头的现有机床中。

在一些实施方式中，腔室可以至少部分可密封。理想的是，管理工作站是液体冷却的的工件中的热量。通常，工件将会固定在工作站中的平台上的工件固定装置中。可以用冷却液或气体冷却平台或至少工件固定装置使得工件上由材料沉积产生的热量通过传导到工件固定装置并进入冷却系统而移除。已发现优点在于冷却使得能够保持更高的沉积工作周期。此外，机器与工件的热量绝缘，其帮助机器的轴保持设计成能固定并防止由于活动部分的热膨胀引起的损坏的准确度。

在其他实施方式中，腔室可以是可密封的并且真空可以施加于密封室使得在真空中或在大气减少的压力下执行材料处理。可替换地，期望将腔室中的压力提高到高于大气压力。

在一些实施方式中，腔室在至少两侧、三侧、四侧或五侧上均可以是单个的。可以设置盖或其他密封机构以密封腔室。在其他实施方式中，可以设置密封门。优选地，引入气体或施加真空的装置设置在腔室的至少一面或门中。

在其他实施方式中，腔室可以部分地打开并且可以设置有局部屏蔽。这样的局部屏蔽可以开放地排出，或者优选地，可以通过使用袋子(诸如，塑料袋)或者在处理期间可定位在工件周围的裙部限制。裙部可以支撑在活塞上并且工件周围的裙部的定位可以是自动化的。

在优选实施方式中，第一设备和第二设备在至少x、y以及z轴线上是可移动的。在优选实施方式中，设备在至少x、y以及z轴线中至少一个上是可移动的。优选地，可滑动的轴中的一个在x方向上并且设置轨道，轨道为第一设备和第二设备共用。在一些实施方式中，第一支架和第二支架各自安装在第一支撑件和第二支撑件上。第一支撑件和第二支撑件优选地可各自在轨道中滑动，因此为第一支架和第二支架提供在x方向上的移动。在优选实施方式中，每个支架可相对于支撑件在z方向上移动。期望地，第一支架和第二支架在第一支撑件和第二支撑件上沿y方向的移动是平行的。

在一些实施方式中，通过控制支撑工件的平台的方位，机器可以设置有进一步的变型。平台可以是固定的从而提供平坦的工作台或者可以旋转或者在一些情况下可以布置为倾斜以及旋转。

平台和腔室有利地布置为容纳具有如在机床的领域中已知的尺寸的工件。

通常，机器是立方体的并且机器所占的总尺寸从lm至5m，或者更优选地，从2m至4m，或者最优选大约3m。

由于接近最终目标形状的材料的增加并且因此工件将会大多需要“精加工”，重切削(传统上称为“粗制”)的量将会减少，该机器优选地优化轻压道次(light passes)的高速加工。

历史上，迄今使用的很多处理和移除头已利用侧对接系统。

优选地，机器提供整体的对接系统。整体的对接系统可以将材料和能量输送至第一支架或第二支架上的处理头，该处理头可以布置为从工件移除材料或者可以布置为处理工件。

在优选实施方式中，对接系统布置为在处理头与机器上的对接歧管之间提供干净的连接。可操作的密封件可以设置在配合歧管的两半上。此外，头中对杂质敏感的部分(诸如，激光能量的光学窗口)可以由仅在头歧管和对接歧管匹配之后打开的滑动门或旋转门覆盖，从而当头或对接基座在存储位置中时，消除了污染物积聚到所述敏感区上的机会。另外，气刀的定位可以用于在门关闭之后吹掉任何污染物以确保粉末端口和其他对接歧管连接可以保持清洁。

输送至处理头的材料可以是粉末、流体、或纤丝(filaments)的形式。在一些实施方式中，材料可包括聚合物材料。在其他实施方式中，材料可以选自包括以下项的组：粉末形式的金属材料、非金属材料、聚合物材料、陶瓷材料、粘土材料、盐材料、导电的材料、电容的材料或绝缘的材料、固态或半液态到全液态形式的纤丝、杆、纤维(短的、截断的、长的、或连续的)板材、或线缆。可替换地，材料可以设置在液体、乳液、气体、气雾剂或浆料中的悬浮物中。与基板材料相结合，连续纤维或不连续纤维也可以沉积以形成复合材料。在优选实施方式中，介质可包括聚合物颗粒或纤丝。通常这种原料可由能量源加热至一温度，使得材料能以可控的方式被供给、引导、挤压、喷射或以其他方式沉积。可替换地，流体材料可以从可以设置在机器中的介质储存器供应至处理头。材料可以由能量源加热直到储存器中的所有的材料都是流体并且以可控的方式挤压出。在一些实施方式中，材料还可包括导电的材料、半导的材料、电容的材料、压电的材料以及绝缘的材料，这样使得电路能在工件形成过程中铺设。

在另一优选的实施方式中，介质可包括可以粉末或线缆的形式设置的金属。这样的金属可以用于形成工件的主体或者可以施加于工件的一部分以便铺设电子电路。

机器的特别优势在于可以提供各种各样的头并且这些头能够沉积材料以便生产用嵌入电子、生物以及其他功能子系统而完成的工件。

可设想机器可以用于制备原型、最终使用的产品和整个产品。

在优选实施方式中，整体的对接系统布置为能够在需要时将材料和能量供应至处理头。优选地，进行处理所需的激光能量平行于z轴输送，但来自紧靠工作区移除的点。将理解的是，源于激光束路径的优点可是直接的并且因此与需要在射束路径中使用反射镜的激光功率的侧面对接输送相比，由于很少的反射器和光学器件，所以输送的激光功率的衰减很少。

在一个优选的实施方式中，对接装置可以设置在处理头的顶面上并且支架中的整体对接基座布置为与具有处理头的支架上的歧管对齐并匹配。

在其他实施方式中，歧管和对接装置可以设置在支架的轴环中。支架可包括布置为能在z方向上移动的主轴并且对接歧管可以设置在主轴的轴环上。

在机器中提供一体的能量源具有很多优点。在一些实施方式中，能量源可以是以工件作为目标的射束。控制组件可以设置成控制所施加的能量束并且源可以选自激光器，诸如，红外激光器、可见光激光器、以及UV激光器。可以控制脉冲持续时间以在阿秒(as)至至多飞秒(fm)直到连续波(CW)持续时间之间变化。可以根据执行的处理(移除材料、添加材料还是变更材料)选择所选择的能量源。还可以选择能量源和脉冲持续时间以通过待处理的材料优化能量的吸收率。束开关还可以用于在不同的激光束源之间进行改变。

在一些实施方式中，能量源可以供应至工件或者处理头，具体地，使用布置为由支架运送至处理头的纤维光缆供应至处理头。将理解的是，在一些情况下，由于能量密度可能需要中空型芯。

如已论述，机器具有净侧和脏侧并且工件可以位于腔室中。优选地，处理头或沉积头保持处于干净的状态。将理解的是，在沉积或处理工件的过程中，工件的杂质可导致加工质量差或者材料有瑕疵。因此，重要的是保持在净侧上使用的处理头没有杂质或者使可出现的杂质最小化。

优选地，机器(并且特别地冷却处理头)使用低温冷却系统冷却。在特别优选的实施方式中，使用有机冷却剂并且有机冷却剂不会在后面留下残余物，有机冷却剂蒸发、汽化、气胀(flatulises)或以另外的方式燃烧以形成具有非常低的含湿量的产品。将理解的是，可以使用其他冷却剂，诸如，液态氮。

在一些实施方式中，冷却剂可以供应至腔室或者冷却剂可以供应至工件或处理头。

可以通过在腔室与干净的工具更换器之间提供密封件保持净侧。用于沉积或处理的任何处理头可以存储在第二工具更换器中并且第二工具腔室可以适当密封。用于铣的处理头不需要保持在干净的环境中并且当不使用时存储在第一工具更换器中。由于第一工具更换器在“脏”侧上，第一工具更换器不需要与腔室或工件密封隔离。

在特别优选的实施方式中，机器设置有布置为在z方向上移动的重复的(duplicated)支撑件和支架。在一些情况下，支撑件和支架是相同的。在其他情况下，优选地可以在支撑件和相应支架中的每一个上提供专用对接歧管。如上文讨论的，支撑件和支架中的一个专门用于进行干净处理并且另一支撑件和支架专门用于“脏”处理。

优选地，支架和支撑件上的头的对接布置为维持干净的环境。优选地，激光处理头的光学器件没有暴露于空气并始终保持处于干净的环境中。在一些实施方式中，提供自动盖系统，借此对接基座上的盖的自动打开所选择的处理头上的相应门。一旦支架上的头的对接已完成，系统密封。对接过程的自动化使得不需要肉眼检查能够发生处理。因此，将理解，由于不再需要提供用于检查的激光器安全窗口，配备有自动对接且不需要肉眼检查的机器可以使用更高功率的激光器。

在一些实施方式中，可以通过使用气刀和空气净化将环境保持为干净的环境。这在用于更换头和头与支架对接的区域周围可能是特别期望的。

期望第二处理头在存储在第二工具更换器期间保持在干净的环境中。优选地，为处理头设置独立的存储区。在一些优选实施方式中，处理头倒置在工具更换器中使得处理头的面对着工具更换器槽体的表面被密封。

另一重要的区域是在工件的加成制造中对使用的粉末的控制。通常，将粉末施加于工件的表面上。通常，一部分粉末不会保留在工件上是一个问题。在一些情况下，将会超喷(overspray)。

期望地，机器包括废弃物提取器。这可以用于从其中其聚集切削液的工作区域的底部中移除细屑。此外，可以使用合适的过滤、提取以及除湿从工作区域中移除烟雾和湿度。这样的空气过滤/除湿系统防止空气污染物和湿度影响工作区域的清洁。

在优选实施方式中，存在喷涂过量的粉末的集成捕捉。在一些情况下，可以在机器中设置能够滑入腔室中以捕捉喷涂过量的粉末的托盘。优选地，可以收集通过托盘捕捉的材料并可以直接重新使用或者可以重调节并重新使用。一些材料可逸出粉末收集托盘。这样的材料通常利用冷却剂从腔室中移除并且可以从冷却剂中过滤并重新使用。

机器的重要方面是提供工件和处理头或头的整体监控。

在已知的系统中，其中对工件进行铣或切割或通过移除材料处理，工件通常被认为是优质的。然而，在加成制造中，已实现了对于工件质量来说重要的是确保高标准执行处理以确保任何加成制造都是优质的。因此，监控过程和工件以确保检测到任何不完善是重要的。

优选地，可以在机器上设置以下监控方法中至少一个。可以监控处理中或加成制造中的熔池。可以使用热感摄像机监控并记录工件的热历程。氧传感器可以设置在腔室中。波谱成像可以用于分析处理中的工件的部分。这样的监控可以设置在支架上或者可以单独设置在机器的腔室中。

另外地或可替换地，可以通过利用处理头中的加速计监控处理。可以使用定位在腔室中的检测器执行校准程序。这样的程序可以布置为监控该处理头或每个处理头和/或工件。期望地，使得能够在处理头与机器中的控制器之间进行无线通信。还可以提供与远程控制器或输出的通信。这样的通信可以使用IR或无线数据传输。另外，可以利用使用MT连接或其他建立的无线协议处理数据的通信。

在一些实施方式中，可以监控任何光学元件的焦距并且进行数据输出。

在一个实施方式中，传感器和电路可以照其制成的样子嵌入工件以形成可监控使用中的部件的情况和健康状态的监控设备。优选地，待打印到工件中和打印到工件上的这样的传感器和监控设备可以设置成在所述部件完成之前起作用并向用户给出反馈。可设想监控设备可以继续在部件的整个使用寿命期间都起作用。这样的监控设备的示例将会成为应变监控电路，其可以检测到设备何时被加载超过安全状态。

在一些优选实施方式中，可以将来自机器和来自处理头的数据输出到远程监控装置。优选地，监控机器和输送头的性能以及来自腔室和工件的数据并实时报告。在一些实施方式中，可以实时执行分析。优选地，可以执行统计分析以预测工件的故障。在一些实施方式中，可以对处理头进行分析以识别处理头的潜在故障。在所有情况下，检测优选地形成闭环反馈系统以确保部件的优质品生产并且如果需要的话允许不满足合格的质量标准的部件的区域进行原位补救重做以避免刮擦部件。

根据本发明的一方面，提供一种根据本发明的一方面的机器，其中，至少一个支架设置有集成对接系统。

优选地，对接系统布置成使得在处理头的顶面处进行支架与头之间的对接。

期望地，与支架的整体对接对齐并且使支架上的歧管与处理头中的配合歧管配合。在一些优选实施方式中，歧管垂直于输送头加载轴定向。这可以消除或减少移动供应对接歧管的需要，因为处理头对接动作还实现了歧管的对接。已发现此举特别适合不需要视线的能量源但其也可以和激光器以及其他能量源一起使用。

在优选实施方式中，支架与处理头之间的连接布置成能密封的以便优选地隔离污染物。

在一些实施方式中，处理头歧管布置为固定。然而，在一些优选实施方式中，歧管布置为从处理头向外移动到对接位置。已发现这在当处理头在工具更换器中占用更少的空间时是特别有利的。此外，在存储位置中，可以在歧管上方设置密封件。这对在净侧上使用的处理头是尤其有利的并且希望尽可能将所有的元件保持处于干净的状态。可以通过滑动门提供这样的密封件。

沉积头包括将能量提供至工件和介质进料机的电极，其中，头包括布置成使电极与工件之间的电弧弯曲的集成电磁场。

将加成制造技术集成到CNC机器中已促使新的光束输送方式，从而使结合的实用性最大化。这也为CNC机器的激光束输送引入新的方式，包括在不同组的光学器件甚至沉积技术之间自动进行切换的能力。

根据本发明的另一方面，提供一种机器，机器设置为在位于工作站的工件上执行材料的移除和添加，工作站具有布置成处理工件的至少一个设备，设备布置为可在至少两个轴线上可移动并且其中在能密封的腔室中处理工件。

根据本发明的另一方面，提供一种布置为在位于工作站中的工件上执行材料的移除和沉积的机器，机器具有布置为处理工件的至少一个设备，设备布置为可在至少两个轴线上移动并具有净侧和脏侧并且其中在干净的环境中执行将材料沉积到工件上或处理工件。

根据本发明的又一方面，提供一种在工件上工作的方法，该方法包括将工件放入根据本发明的一方面的机器的腔室中并通过移除材料处理工件，通过从腔室和工件中移除废弃物清洁腔室，在腔室中在干净的环境中处理工件以及从腔室中移除工件。

在一些实施方式中，可以提供自动装置以将工件放在工作站上。优选地，自动装置可包括取放夹。这样的夹可以在工作平台上将工件从第一位置移动到第二位置或者可以将工件移动到工作区域中和工作区域之外。在优选实施方式中，夹选择并放置物体，该物体包括照它们制成的样子嵌入部件中的有关电的物体。工作区域可以是腔室或者可以是工作平台。

AM和CNC可以结合使得可以使用AM制造或维修产品并通过使用材料移除(诸如，CNC材料移除)使表面得到处理而完成并且参考图1来说明这个过程。已知使用具有永久连接至工具的多个头的并可选择以对工件进行处理的机器。这样的布置增加加工头所占据的总体积，这限制了加工头的操作。将工件从一个工作站移动到另一个工作站也是已知的，每个工作站执行特定的操作，包括添加步骤和后沉积处理以及切割。

如以上简要地提及的，机器具体适于使头及头的使用方法的优势最大化，但是将理解的是，可以将头改造成现有的CNC机器以允许使用现有CNC机器进行加成制造和后沉积处理及切割。因此，本文中公开了本发明的进一步的方面，该方面涉及头的特征和使用头和执行制造方法的方法。

根据本发明的一方面，提供了制造产品的方法，该方法包括下列步骤中的至少一个：

i)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)将第一处理头更换成第二机头，第二机头可具有与第一沉积特性不同的第二沉积特性；

iii)进一步铺设具有第二组性能的材料。

根据本发明的另一方面，提供了制造产品的方法，该方法包括下列步骤中的至少一个：

i)使用具有工作站的机床，第一处理头可连接至机床；工具更换器和存储位置布置成存储多个进一步的处理头；

ii)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)将第一处理头更换成第二处理头，第二处理头可具有与第一沉积特性不同的第二沉积特性；以及

iii)进一步铺设具有第二组性能的材料。

优选地，存储位置是机器的一部分但远离工作站。优选地，未使用的任意处理头均存储在远离的存储位置中并且当不使用时不连接至机床。

提供以上方面的特征的实施方式的有利之处在于它们使得能够在单个站执行对制造的产品(即，工件)执行的处理类型且不需要在站之间移动工件。因此，这方面可以被认为提供制造过程的单件或伪单件流程。将理解的是，选择合适的处理头并移动至工件。

在至少一些实施方式中，固定处理头的机床可以自动将处理头从第一头更换成第二头，从而提供可几乎不或不与操作员交互的方法。

优选地，该方法包括使用具有制造产品的工作站的机床，第一处理头可连接至机床；工具更换器和存储位置布置成存储多个进一步的处理头。工具更换器可以布置为从机床移除第一处理头，将第一处理头放置在存储位置中，从存储位置移除第二处理头并将第二处理头连接至机床。

方便地，当与第一沉积特性相比时，第二沉积特性改变以下参数中的一个或多个：

(相对于构建表面)沉积角度、材料类型、沉积的材料的混合物、沉积速率、珠子大小、沉积的截面形状、能量输入、材料的纳米/微米特性(包括硬度、延展性、耐化学性、强度、耐磨性、导电率和导热率、绝缘强度、或任何其他材料性能)、材料的颜色和透明性、表面光洁度的纹理。

在一些实施方式中，第二沉积特征布置为提高将产品制造为期望产品的保真度，从而移除或至少减少对产品的表面光洁度的需要。实施方式可以提高产品的内表面和外表面中至少一个的保真度。

一些实施方式可以布置为用第一处理头和第二处理头中至少一个沉积牺牲材料。

至少一些实施方式布置为分阶段制造产品使得多次使用第一处理头和第二处理头中至少一个。

至少一些实施方式使用可以用于从产品中移除材料的第三处理头。第三处理头可以是铣头或其他机床。

在至少一些实施方式中，方法可以包括使用处理头，该处理头布置为在至少第一层材料已沉积之后处理工件的表面。也可以处理第二层或进一步的层的表面。

通常，处理头可以连接至机床上的主轴。将理解的是，主轴被认为是机床的一部分。

在一些实施方式中，机床可包括供应单元，供应单元布置为将电源供应至或者能够将电源供应至该处理头或者每个处理头。处理头可以包括布置为连接至供应单元以将电力供应至处理头的对接歧管。对接歧管可以布置在主轴旁边或附近。在一些实施方式中，对接歧管可以布置为沿着横向于主轴的轴连接。在其他实施方式中，对接歧管可以布置为沿着平行于主轴的轴线连接。在其他布置中，歧管可以旋转就位。在其他布置中，歧管可以合并到主轴柱、主轴壳体或方便为主轴提供接入的轴线(诸如，许多机器配置的Z轴线)中的一个中。例如，歧管中的端口可以布置成围绕主轴的轴环的模式。

电源可以是激光能量。每个处理头可被配置为从头中实现唯一的空间模式和能量分布。可以通过使用光学系列部件实现模式，诸如，孔径、固定的或可变衍射或反射光学器件以及如本领域已知的辅助导向机构。

优选地，除了将电力供应至处理头之外或者代替将电力供应至处理头，对接歧管布置为将处理介质供应至处理头。处理介质可以是粉末或纤丝形式的金属材料、塑料材料、聚合物材料或陶瓷材料的一种或更多种、冷却冷却或处理流体、包括其混合物的气体等。

根据本发明的另一方面，提供了制造产品的方法，该方法包括下列步骤中的至少一个：

i)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)将第一处理头更换为第二处理头，其中，第二处理头布置为分析待制造的产品和处理头的功能中至少一个。

优选地，方法进一步包括使用分析的信息选择要执行的进一步的加工或处理步骤。

优选地，方法包括使用具有制造产品的工作站的机床，第一处理头可连接至机床；工具更换器和存储位置(或仅仅是如在本领域中已知的用于改变传统的转动切削工具的利用主轴可获得的工具的存储位置)布置为存储多个另外的处理头。工具更换器可以布置为从机床移除第一处理头，将第一处理头放置在存储位置中，从存储位置移除第二处理头并将第二处理头连接至机床。

方便地，第二处理头是以下中任意一个或更多个：图像记录设备、照明设备、触摸探头、3D表面和容积扫描仪、摄影测量系统、传感器(诸如，氧传感器、热传感器、热感摄像机)涡流发电机、超声换能器(对于空气、凝胶、以及液体连接的)、电磁式波发生器、感应加热线圈、电磁体、放大器件、板材渐进成形工具、热风器、真空装置、感应加热器、检流计、示波器、数字镜装置、结构光扫描仪、研磨机、磨料、头的直角变化、共聚焦或可变显微镜、包括伽马和X射线的电磁探测器、摄谱仪等。

优选地，对接歧管布置为将电力从供应单元供应至第二处理头并将数据发送到第二处理头及从第二处理头接收数据。

有利地，提供一种控制器，控制器布置为控制机床和工具更换器。优选地，控制器具有数据存储部件并且处理头的参数存储在数据存储部件中。优选地，控制器布置为控制第一处理头以沉积材料并且然后布置为根据所沉积的材料和所制造的工件选择第二处理头。控制器可以使用来自分析的数据以选择要使用的进一步的处理头。

可以使用来自第二处理头的数据用于对工件的处理进行质量控制。数据还可以用于或者可替换地用于确保工件满足期望质量标准。来自第二处理头的数据可以另外提供有关处理头的功能的信息。这样的数据可以允许对待估计的处理头进行校准或者表明处理头需要替换或维修。

根据本发明的另一方面，提供一种机床，机床布置为提供本发明的第一方面中的至少一个的方法。

机床可以适于提供本发明的方法。机床可以用处理头改造，并且控制器布置为执行所公开的方法中的一个或多个。

根据本发明的另一方面，提供一种机器可读介质，机器可读介质包含当由计算机读取时使得计算机执行本发明的方面中至少一个的方法的指令。

根据本发明的另一方面，提供了检查正制造的产品的方法，该方法包括下列步骤中的至少一个：

i)将来自第一处理头的流体喷射到待检查的产品上；

ii)经由所述流体将第二处理头耦接到待检查的产品上；以及

iii)经由所述流体输送信号以便检查产品。

在一个实施方式中，第一处理头和第二处理头是相同的头并且该方法因此提供用于检查产品的高效手段。

流体可以是冷却流体，冷却流体可以是通过主轴冷却流体，从而提供允许处理头适于现有的机床的方法。在这种实施方式中，流体可以是布置为在材料移除处理期间使用的机床冷却流体。

在可替换的或另外的实施方式中，流体可以是凝胶等。这样的流体可以被认为牺牲流体，因为后面将会从正检查的产品中移除。

在其他实施方式中，第一处理头和第二处理头是不同的并且其中第一处理头布置为沉积牺牲材料。

根据本发明的另一方面，提供一种布置为执行本发明的另一方面的方法的机床和/或处理头。

根据本发明的另一方面，提供一种机器可读介质，机器可读介质包含当由计算机读取时使得计算机执行本发明的另一方面中的方法的指令。

在本发明的以上任意方面提及的机器可读介质可以是以下中任何一个：CDROM、DVD ROM/RAM(包括R/-RW或+R/+RW)、硬盘驱动器、存储器(包括USB驱动器、SD卡、紧凑的闪存卡等)、传输信号(包括互联网下载、同类的东西的ftp文件传输)、线缆等。

根据本发明的另一方面，提供了一种处理工件的方法，该方法包括：

i)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)通过以下中至少一种处理正制造的产品：激光器切除、钻孔、标记、熔覆、检查、3D扫描、热加工、锤打、抛毛、喷丸清理、锤击或微锤击、针锤击、或轧制，方法包括在工件上执行的多个处理步骤。

在优选的方法中，通过进一步的处理头或多个头执行一系列处理。优选地，每个处理头布置为优化特定处理。

方法包括在工件上执行的多个处理步骤。方法可以包括两个、三个、四个、五个或更多个处理步骤。

优选地，处理步骤中的至少一个包括工件的检查和或分析。期望地，使用来自工件的分析的数据选择进一步的处理步骤中至少一个。

根据本发明的另一方面，提供一种布置为同时执行两个处理过程的处理头。

在一个实施方式中，由相同的头执行加热和加压处理。在其他实施方式中，可替换处理或加工可以结合。下面陈述了可以结合的示例性过程列表。要强调的是，列表是示例性的而不是穷举的。

感应加热和激光金属沉积，诸如，熔覆或焊接等；

感应加热和锤击；

感应加热和激光处理(诸如，热加工)等；

激光加热和锤击；

激光加热和轧制(rolling)；

激光加热和凿(chiseling，以移除材料)；

激光加热和压力销；

激光材料沉积和感应间隔距离测量

激光抛光(或其他处理)和摄像机以评估处理的有效性

仅在激光处理之前喷砂或磨砂以清洁/粗化表面

仅在激光淀积之后，喷丸锤击以将压缩应力传给以前的层

在空气吹出后沉积脱脂剂以制备表面

仅在基于电弧的金属沉积头前面沉积基于矿物的焊剂的沉积喷嘴(其中焊剂制造溶渣以保护冷却熔池以防氧化)

空气吹出加上激光金属沉积头

使用摄像机，例如用喷墨喷嘴在基准符号上对准；

使用一个或多个摄像机(可见的、HDR、IR等)和程序(过程，porocess)以检查所述处理；

激光金属沉积和检测装置以识别表面和/或子表面缺陷，诸如，通过涡流探伤；

涡流探伤和3D扫描(用于表面形式)；

激光金属沉积和3D扫描；

激光金属沉积和多摄像机(摄影测量法)；

喷墨头和摄像机；

必要时利用切割装置以切割纤维的增强纤维的沉积

铣和摄像机(用于测量)

显微镜(多个显微镜，共聚焦、立体声等)-以及照明装置。

将进一步理解的是，除了以上陈述的那些之外，处理头可以布置成执行其他过程的结合。在一些实施方式中，处理头可以布置成执行多个过程。

在一些实施方式中，可以对工件进行检查或分析。在一些实施方式中，处理头还可以布置为分析。这样的分析可以提供与处理头的状态有关的数据。

在优选实施方式中，同时执行加热和加压处理。优选地，加压处理是间歇的。在优选实施方式中，加压处理是锤击。

在一些实施方式中，处理头可以布置为优化以同时执行两个过程，诸如，激光熔覆和热轧。在其他实施方式中，处理头布置为同时执行激光沉积(或焊接、冷喷涂、定向能量沉积等的其他形式)和锤击。优选地，具有锤击销的头的一部分布置为遵循工件上材料的沉积使得在热时处理沉积材料。在其他实施方式中，激光沉积头可以与具有辊的一部分结合。

优选地，对接歧管布置为将处理头连接至供应单元并将电力和介质供应至处理头。

在实施方式中，同时执行激光熔覆和热轧，对接歧管优选地布置为将处理头连接至供应单元以供应激光熔覆的电力和冷却液以在热轧操作中冷却辊。对接歧管还可以布置为将介质供应至处理头。

在特别优选的实施方式中，方法包括通过锤击对工件进行的表面加工。期望将压力施加于工件的一层的部分或在一层上的局部区域以减少层中的应力。在一些情况下，当材料的层热沉积时，快速冷却会使得其在拉伸应力之下。期望通过将压力施加于一些层或全部层减少或消除拉伸应力。这可称为锤击或微锤击。可以逐渐地进行以便利用残余应力实现区域的部分覆盖、全部覆盖或重复覆盖。

在一些实施方式中，可以通过将处理头转换角度(indexing)以遵循沉积线来实现锤击。在优选实施方式中，头可以布置为激活一个或多个锤击销以在由处理头处理的区域的痕迹(wake)中增加压力。可以通过装置(诸如，激光器)进行处理。期望地，可以激活多个销。在优选实施方式中，销的激活布置为与激光脉冲频率反周期。在其他实施方式中，能量源极可以是电弧、电子束、微波、感应加热器或者其他类似的能量源。可以通过选择构建策略增强这些应力减低技术，构建策略以平衡的方式分配应力，诸如，(其中，所希望的端部的几何形状适于)使用薄壁的且对称的构建图案。部分还可以模拟种子构建，其中层之间是不平的，但基本上是球形的-实质上在小芯周围开始并且以层的方式向外生长(以珍珠通过球形层如何生长层的相似的方式)。

在一些实施方式中，可以设置处理头，其中，介质供应至工件并且能量源将能量施加于工件。在优选实施方式中，处理头可以布置为控制能量指向工件的方向。

在优选实施方式中，能量源和介质进料机可以通过处理头上的接收歧管连接至处理头。接收歧管可以布置为连接至承载处理头的支架上的供应歧管。介质进料机优选地基本上平行于电极。这样的布置有助于自动化。

期望地，能量源布置为产生熔池。优选地，能量源是处理头与工件之间的电弧。可替换地，还可以使用穿过等离子体“窗”的电子束。优选地，介质直接供给至熔池中。最好是，处理头包括布置为控制能量朝向工件的方向的装置并且在优选实施方式中处理头包括产生电磁场的装置。期望地，电磁场可以控制成使得可以控制熔池相对于介质进料机的位置。为了使全方位材料沉积期间沉积物特性的可变性最小化，期望允许主轴中心线上的材料同轴进料并将熔池有效地定位成在相同的同轴线上。

在一些实施方式中，可以提供自动装置以将工件放在工作站上。优选地，自动装置可包括取放夹。这样的夹可以在工作平台上将工件从第一位置移动到第二位置或者可以将工件移动到工作区域中和工作区域之外。在优选实施方式中，夹选择并放置物体，该物体包括照它们制成的样子嵌入部件中的有关电的物体。在一些情况下，部件的匣可以整合到如在图40和图41中示出的取放头中。工作区域可以是腔室或者可以是工作平台。

根据本发明的另一方面，提供一种布置为执行处理工件的步骤的机床，包括：

i)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)处理要通过加压处理制造的产品。

根据本发明的进一步的方面，提供一种处理头，该处理头布置为将压力施加于通过加成制造形成的工件的至少一部分上。

根据本发明的另一方面，提供了制造产品的方法，该方法包括处理工件的下列步骤中的至少一个，包括：

i)使用第一处理头，该第一处理头具有第一沉积特性以铺设具有第一组性能的材料；

ii)处理要通过加压处理制造的产品。

在一些优选实施方式中，加压处理是间歇的。优选地，加压处理是通过沉积材料的表面上的一个或多个冲击进行的。该运动可以是机械的或者可以是超声波的。可以由机床或者由处理头产生机械运动。可以通过头中的销的致动产生运动。可以同时或依次进行销的致动。优选地，冷却液流体供应至处理头以使销保持冷却。

优选地，头可包括一个或更多个辊、至少一个辊的阵列、一个或更多个开槽辊。在其他实施方式中，头可包括销、凿或锤或者多个销、多个凿、或多个锤。优选地，电源连接至处理头。在一些实施方式中，通过使用机械运动执行微锤击。可机床中产生该运动。优选地，在处理头中产生机械运动。可替换地，可以超声地产生该运动。在特别优选的实施方式中，处理头包括销的阵列。可以考虑到正在应力消除的工件的几何形状选择阵列的配置。可以选择处理头的序列以适配特定几何形状。这可由操作者基于他们的经验或者优选地通过CAM软件中的算法完成。

控制器可以选择处理头以分析工件并使用来自分析的数据以选择进一步的处理头。

根据本发明的另一方面，提供一种具有接收歧管的处理头，接收歧管具有密封开口的能打开的闭合件以及布置为在打开和关闭位置之间移动闭合件的致动器。

优选地，接收歧管布置为当接收歧管连接至供应歧管时打开闭合件。期望地，该布置使得处理头的内部不暴露于一般环境。

在优选实施方式中，处理头的内部可以包含激光路径并且激光路径不暴露于对接/非对接过程中的环境污染。一旦处理头已对接并且头牢固地连接至供应歧管就可以连接到激光路径的电源。电源可以是激光束。

优选地，供应歧管还设置有第二能打开的闭合件并且第二致动器布置为在打开位置与关闭位置之间移动第二闭合件。第一闭合件和第二闭合件可以布置为能一起打开以允许从供应歧管连接至处理头。

如上所述，处理头可以储存在并用在干净的环境中并且头的内部和外部的保护提供超过现有头和头的使用环境的重大的优点，将理解的是，当头与现有的CNC机器一起使用时在处理头与供应歧管之间干净的连接的提供提供了显著的优点。

在一些实施方式中，根据本发明的一方面，接收歧管可以设置在处理头中并且可以布置为与机器中的供应歧管对接。优选地，接收歧管布置为连接至支架，在支架上处理头在所描述的机器中接合。在传统的机器中，接收歧管可以布置为连接至设置在机器上的供应歧管。接收歧管可具有可以与供应歧管连接的打开位置和保护接收歧管中的连接不受污染的关闭位置。

开口可以设置在处理头的一侧上并布置为与供应歧管上安装开口的相应侧连接。可替换地，如上所述，特别地但不排除地与机器接合，接收歧管可以设置在处理头的上面上。在一些实施方式中，歧管可以从缩回位置移动到连接位置。在一些优选的情况下，可缩回的歧管可以设置在处理头的一侧上。

技术人员应理解关于本发明的任何一个方面和/或实施方式描述的特征加以必要的变更可以用于本发明的任何其他方面/实施方式。

现在将仅通过举例并参照附图来进一步描述本发明，其中：

图1是根据本发明的机器的部分剖视图和立体图；

图2是穿过图1的机器的截面；

图3是与图2的截面成直角的机器的剖视图；

图4是图3的截面的不同的视图；

图5是穿过机器的脏侧的截面；

图6是现有技术处理头；

图7是机器中使用的处理头；

图8是图7中的示出了处于用于存储的关闭位置和打开位置的头的处理头的细节；

图9示出了取放处理头的示例；

图10a和图10b(现有技术)示出了移除的材料如何用于完成由添加处理制造的产品；

图11a和图11b(现有技术)示出了在制造产品中改变层厚度的效果；

图12示出了示例机床；

图13(现有技术)示意性地示出了穿过机床头的截面；以及

图14示出了各种不同的机床头；

图15示出了具有相关联的空间和电源输出的各种不同的机床头；

图16示出了概括实施方式的流程图；

图17a至图17c示出了在图16中描述的方法的效果；

图18示出了使用图16的具有不同的期望加工的流程图的另一示例的结果；

图19示出了用于处理工件的内部特征的实施方式；

图20a和图20b示出了使用支撑材料的实施方式；

图21示出了使用支撑材料的进一步的实施方式；

图22示出了处理头的进一步的示例；

图23示出了用于将工件耦接至处理头的材料的进一步的实施方式；

图24示出了穿过关于图23概述的方法中使用的处理头的剖视图；

图25a至图25e示出了可选择的能量分布的示例；

图26a至图26e示出了可以实现的空间功率输出；

图27示出了具有凿尖的处理头；

图28示出了具有用于锤击的单个销尖的处理头；

图29a至图29d示出了用于锤击的可替换销尖；

图30a至图30e示出了适于锤击的辊尖的选择；

图31示出了具有尖的处理头，该尖具有垂直与水平辊；

图32是图31的头的侧视图；

图33示出了具有激光处理和轧制的结合的处理头的变型；

图34示出了具有激光淀积和锤击尖的结合的处理头的变型；

图35是图34的处理头的变型；

图36是可替换的锤击头；

图37是现有技术沉积头；

图38是修改的沉积头；

图39示出了所实现的熔池的移动；

图40是布置为供应多个部件并且其中通过对接基座再装满部件的处理头；以及

图41是与图40的处理头相似的处理头，其中，将部件存储在处理头中的储存器中；

图42示出了具有侧开口且具有可在打开位置与关闭位置之间移动的闭合件的处理头的立体图；

图43是图42的处理头的侧视图；

图44是用于添加材料并施加压力的处理头的示意性截面图；

图45是可替换的头的示意性截面图；

图46是对接的激光处理头的示意图；

图47是具有激光束输送和用于反馈和监控的传感器的处理头的侧视图；以及

图48是修改图47的头以包括多个摄像机的示意图。

图1示出了根据本发明的一方面的机器1的局部截面和立体图，其中，机器布置为在工件2上执行材料的移除和添加。工件2位于工作站中，工作站在腔室4中。机器具有布置为从工件移除材料的第一设备6。第一设备包括布置为在第一支撑件10上移动的第一支架8。支撑件10能够在第一轨道12和第二轨道(未示出)上沿x方向滑动。支架8可在支撑件10上沿y方向移动。支架可在支撑件10与工件2之间沿z方向移动。

在这个实施方式中，工作站包括工作平台14(也就是，固定台)。

机器包括布置为处理工件的第二设备16。第二设备16或机构包括安装在第二支撑件20上的支架18。第二支撑件20也布置为在第一轨道12和第二轨道上沿x方向滑动。第二支架18适于在第二支撑件20上沿y方向移动。

提供了第一工具更换器22和第二工具更换器24。多个第一处理头存储在第一工具更换器22中。第一处理头是布置为对工件2的材料进行铣(mill)、切割、钻孔、刨平的头。这些处理被认为是“脏的”并通常产生废料。在这些处理期间使工件2保持干净并没那么重要。

机器1布置成使得在使用中第一支架8邻近第一工具更换器22移动并且选择合适的处理头。处理头移动至对接位置并与支架8对接。支架8移动至腔室4并在z方向上移动以使第一处理头就位以对工件进行处理。

如在图3中可以看到，粉末收集托盘26被放入工作平台14下方的腔室4中以收集从工件2落下的任何废弃物。冷却剂和废物移除流体通过第一支架8中的通道被提供至工件。冷却剂流体通过机器1中的管道从腔室4移除。腔室具有倾斜至通道30的地板28，该通道连接至管道。从工件落下的细屑或其他废料可沿着通道30和管道与冷却剂材料一起从腔室4中移除。

一旦第一处理头已完成工件2的处理，第一支架8在z方向上移动以从工件移除处理头。第一支架然后在y方向和x方向上移动以将第一支架8带到第一工具更换器22。将第一处理头从第一支架上拆卸下来并移动到第一工具更换器中。第一支架在使用中而第二支架处于不起作用的位置。

优选地，第一设备6包括第一支架8，在使用中多个能互换的处理头能够可移除地安装在第一支架上并且能互换的处理头可存储在第一工具更换器22中。第二设备包括多个能互换的处理头能够可移除地安装在其上的第二支架18，第二设备的可移除处理头可存储在第二工具更换器20中。

期望地，每个工具更换器在其中存储有多个处理头。第一工具更换器优选地存储设计成能从工件移除材料的处理头。这样的头可以布置成执行铣、研磨、平整、打孔、切除、机械加工以及如本领域公知的其他材料移除处理。机械加工可以是激光辅助的并且处理头可以利用同轴激光传输或离轴激光传输。第二工具更换器24存储第二处理头32。第二处理头32用于处理以及用于添加过程，并且在环境清洁状态中被保持和使用。

现在转向示出了穿过机器1的截面的图2，能够看出工件2放置在腔室4中的平台14上。粉末捕捉托盘26处于粉末再循环排气罩34下方的缩回位置，从该位置可以提取粉末并回收再使用。在缩回位置或回收位置中，粉末捕捉托盘位于净侧并且来自排气罩的管道36位于干净的工具更换器24下方。

图3是机器的截面图并且该截面与图2的截面成直角。粉末捕捉托盘26被示出为在工件下方的腔室4中的位置。腔室4设置有引导至地板的底座中的提取通道30的倾斜地板28。当粉末捕捉托盘26在腔室中未就位时，细屑或其他废料从工件2落到地板28上并在坡道上下降到在底部处的通道30。细屑和其他废弃物可经由如以下将描述的提取管道38从通道中移除。

在这个实施方式中，腔室4设置有可气密地密封的进入门40。

腔室中工件的平台14可在2个轴线A和B上移动。将理解的是如果需要平台14可以布置成在更多的轴线上移动。

可以容易地看到，机器具有与腔室相邻的电气柜42。电气柜42容纳所需的连接件并控制机器。

将理解的是，工作站或者至少工件固定装置将与到地面具有单独的路径的其余的机器电隔离。工作站的隔离使电弧能够用作热源且不会给机器带来电风险。

在一个实施方式中，使用3个轴线的机器的柔性接地带来实现电隔离，该3个轴线的机器具有其间安装有聚合物混凝土或陶瓷间隔件并且下面的机器支架(轴线)使其隔离的工作台。在很多情况下，在3个轴线的机器上，足以仅使工件固定装置隔离并接地。然而，5个轴线的机器可能更困难并且可能很难使倾斜的回转工作台隔离并接地。在优选实施方式中，工作平台是通过其间的陶瓷或聚合物混凝土绝缘体及下面的支架隔离的。通过使用包围总体上圆形的或者基本上圆形的整个平台的一组炭刷来实现接地，使得其能够连续自由旋转但总是存在通过一直围绕的炭刷通向地面的路径。

可以看到机器上部上的第一轨道12以及定位成与第一轨道相对并与其平行的第二轨道44。每个支撑件均可在第一轨道和第二轨道上移动。可以容易看到，第一支架8被布置为可沿着第一支撑件10在y方向上移动。第一支架8在“脏”侧上并被布置为从在机器的后面可见的第一工具更换器22中选择第一处理头。第一支撑件10和第二支撑件20可以在容纳在第一轨道12和第二轨道44中的滚珠螺杆上移动。

图4是图3的截面的不同的视图并示出了在工件2上就位的第一支架8。在这种情况下，第一支架8在使用中并且从工件移除材料。照这样，期望将从工件2移除细屑或其他废料并且将存在于腔室4中。为了便于移除，移去粉末捕捉托盘26并且通过通道30和管道38将脱离工件并落到地板28上的废料从腔室4中移除。

图5是穿过机器的脏侧的截面并示出了第一工具更换器22和连接至腔室4中的通道30的通路46。通路46通向具有废料提升螺杆48的倾斜管道38，废料提升螺杆可以是阿基米德螺杆或者可以使用的其他已知提升螺杆或运输装置。用于操作废料提升螺杆48的电动机50设置在倾斜管道38的上端。一旦废料已提升至管道38的上端，其运输到废料收集部52。到废料收集部的输送是自动化的。

尽管未示出，但冷却剂是通过管道38并通过设置在细屑提升螺杆48中的通道从腔室中提取的。

在机器上设置顶板，但为了清楚未示出，并且顶板布置为能够滑动回来以允许起重机进入机器1并且也允许机器人操作(robotic handling)的进入。

同样未示出的是在腔室中使用的并通常包括罩(cover)或双重密封的波纹管(bellows)的内衬。

机器可以建造在聚合物混凝土基础上以提供稳定性和稳健性，且没有不当的重量。

如已描述的，通常机器可以与已经已知的处理头一起使用并且这样的处理头已经与加成制造结合使用或与CNC机械加工结合使用。这样的处理头已在申请人早期的申请诸如WO/2014/013247和未公布的申请号：GB1412843.3和GB 1423407.4中有所描述。

图6是处理头的示意图，该处理头是现有技术处理头。其包括具有介质进料机62和能量源63的头60，该能量源通过歧管66将能量输送至连接至合适的机器的电极64。歧管66从处理头60中分离出来并且必须将歧管布置为通过处理头的移动而对接并支撑起来。

图7是修改的基本上改进的处理头的示意图。处理头包括被布置为将能量71输送至电极72的头70。电极在工件73上产生熔池。处理头还以纤丝74的形式将介质提供至邻近熔池的工件。能量和介质是从供应歧管75供应的，供应歧管通过固定至其上啮合有处理头70的支架76的连接件而连接至机器。处理头70具有适于与供应歧管75配合的接收歧管77。接收歧管77和供应歧管75配合并且当支架76拾取处理头70时对接在一起。

现在将关于图8更详细地描述处理头上的歧管。图8示意性地示出了处于图8a中的关闭位置中的接收歧管77。在这个实施方式中，如在图8a中可以看到的，门80旋转至关闭位置。在这个位置中，保护连接件不受杂质污染。在图8b中，门80示出为处于打开位置中并且可接近接收歧管的上表面81上的连接件以连接供应歧管75。

图46示出了激光处理头460上的歧管。通过对接歧管界面(通常用464表示)将平行激光束462供应至激光处理头460。对接界面464布置为允许随着工具安装运动而实现对接运动并且接收对接歧管466具有通常被向上指向的上表面468使得当处理头移动以与机器上的主轴接触时接收对接歧管466的上表面与供应对接歧管472的下表面470接触，其中机器上安装有处理头。平行激光束通过激光处理头向下指向并且施加于工件(通常用474表示)。

下面参考图42和图43来描述可替换的歧管。

图9示出了多个取放夹(pick and place grabbers)。这些端工具可以固定到处理头上并可在处理步骤之间利用以将材料放置到工件上、从工件移除一部分、添加或移动部件。它们对于通过构建过程将部件添加到工件部分的方式特别有用。它们对于提高构建过程的自动化并减少要发生的人员干涉的次数特别有用。提高的自动化还使得能够保持并改进干净的环境。

取放夹特别适于与具有可应用于工件的组件的匣(magazine)的头结合。传感器或芯片可由匣分配并且然后通过如在图40和图41中示出的合适的取放夹放入工件上或工件中的位置。

附图10a和图10b示出了使用与材料移除技术相结合的加成制造(AM)制作的产品100的一部分。具体地，图10a示出了如同在AM中的情况下将产品100构建成一系列层而导致的台阶表面102，在AM中，工艺过程使用一系列层进行制作。产品的最终预期表面在图10a中被示出为连接台阶102的内角的台阶线104。因此，为了制造预期表面104，那么必须从产品100移除延伸到预期表面104以外的材料。

图10b示出了在这个实施方式中使用计算机数字控制的(CNC)机头106移除材料108以提供完成的预期表面的过程。还可以制造产品，或至少部分产品，其中材料不遵循在AM中使用的沉积步骤并且对其的简要论述如下参考图11。本文中对产品的引用应当解释为不仅是指整个产品，而且还指产品的一部分。

图11示出了随着在AM处理的单独道次中铺设的深度的增加，完成表面的粗糙度增大，但制作制造产品的速度通常随着在单独道次中铺设更多的材料而增加。因此，在图11a中，能够看出，与如在图11b中示出的其中在AM过程的每道次中已铺设更少的材料的产品206的预期表面204相比，产品202的预期表面200中具有更大的台阶。因此，在现有技术中，除非移除的后期处理材料还要使用，否则关于是否通过在每道次中铺设更多的材料而快速地制造产品，或者是否需要改进的表面光洁度从而减小可制作产品的速度做出选择。

技术人员将会理解，无论所使用的步长(即，在AM过程的每道次中铺设的材料量)如何，均可以移除材料以提供如关于图10描述的加工表面。然而，材料的量并且因此废弃物的量以及所需移除材料的时间将由制造产品、或产品的一部分的步长(即，在AM过程的每道次中铺设的材料量)来决定。

图12示意性地示出了机床300，该机床通常包括保持在机床300的夹持机构中的处理头302以及布置为处理保持在工作空间(work volume)中的工件304(诸如，图10的产品100)。通常，工件304由附加夹持机构(诸如，虎钳等)保持在工作空间中。此外，机床300通常由控制器306(控制器可以被认为计算机)控制，控制器控制处理头302的位置就像其处理工件304一样。

大部分机床300布置成使得处理头302可与其他处理头302互换以便为即将到来的(at hand)的任务提供正确的处理头302。以铣床为例，那么第一处理头可被提供用于移除粗料，而第二处理头可被提供用于移除细料。在移除材料的情况下，诸如，铣，那么处理头通常可以称为加工头或铣刀。

因此，机床300具有工具变换器308，该工具变换器通常可以在控制器306的控制下自动更换机床100正使用的处理头302以处理工件304。通常，工具更换器也将在控制器306的控制之下。在所示出的图中，除了处理头302已经在机床300中之外，进一步的四个处理头(其可以是机械加工头)310、312、314、316被示出为在存储位置308。

图13示出了处理头400，该处理头通过使用机床100的夹持机构402而连接至机床100，并且该处理头可存储在处理头308(即，工具更换器)的存储间中，并且自动地连接至具有其工具更换器的机床100。在此，工具更换器308可提供用于机床100当前不使用的处理头、加工头等的存储位置。本文的讨论涉及一种夹持机构402，并且假定与夹持机构402连接的主轴是机床100的一部分。

在所描述的实施方式中，处理头400被布置为将激光束406聚焦到工件304上。在其他实施方式中，可使用其他能量源代替激光。因此，处理头布置成在控制器306的控制下用聚焦的激光束406(或其他能量源)处理工件304。

在图13中，示出穿过处理头400的截面并且能够看出反射件(诸如，反射镜408)布置为通过九十度角移动入射激光束410以入射到聚焦透镜412上用于形成聚焦的激光束406。

除激光束和光学部件之外，处理头400还包括一个或多个管道以输送介质。例如，介质可包括在传输流体中的布置成被能量源熔化的聚合物、陶瓷和/或金属粉末。处理布置成使得通过处理头输送介质，并且使介质经过能量源从而使介质在到达工件304之前被熔化或至少半熔化。同样地，能使用处理头将材料沉积到工件上，并且提供了沉积系统，该沉积系统例如可用于对部件进行修复。因此，在加成制造过程中可以利用处理头。

机床(包括主轴)和夹持机构402具有在图13中由虚线XX表示的纵向轴线。加工头(例如，铣刀)应存在于夹持机构402内，因此加工头围绕轴线XX旋转。方便地，能量源(在实施方式中被描述为激光束406)被聚焦到大致位于在工件304的表面上的轴线XX上的点、区域等413。

在其他实施方式中，聚焦透镜412实际上可以布置成引起发散光束，诸如，将会是预加热基板(如在图14中的D中的处理头316所示)、热加工工件或者在热喷涂中的一些类型等情况。

尽管附图中未示出，本发明的一些实施方式可以布置成沿着轴线XX通过机床的主轴发送能量源，即，从图11中示出的点407的区域。在这种实施方式中，供应单元将向处理头400供应介质。

在其他实施方式中，无论是否从区域407或从别处提供能量源，可以优选地从离开轴线XX的位置进行沉积。

邻近于处理头400和夹持机构402而设置有供应单元414，该供应单元提供了用于容纳多个部件的壳体。处理头400包括处理头对接歧管401并且供应单元414包括供应对接歧管，处理头对接歧管和供应对接歧管被布置为彼此紧密配合以在如在图13中示出的状态下将供应单元414连接至处理头400。

在供应单元414的顶部上设置有能量源416，该能量源在实施方式中描述为激光器。激光器416生成被发送至供应单元414中并穿过分别包括第一透镜418和第二透镜420的光束扩展器417的光束。光束扩展器417用于增大激光束的直径以便实现在工件304上更好的聚焦并且减小光学器件上的热负荷。

供应单元414还包括另一反射件422，该反射件布置成将来自激光器的光束以90°朝向处理头400和该处理头中的反射件408反射。如所提及的，光束可以通过利用可变光学器件或固定光学器件或这些光学器件的组合或排列来控制。在图26a至图26e中示出了激光束的空间分布的示例。激光束的功率分布也可以改变并且在图25a至图25e中示出了示例。

当供应单元414连接于此时，供应单元414还包括通过歧管连接至处理头400的各种介质424的供应。将理解的是，可以通过与供应单元的供应歧管对接供应介质。可替换地，可以从处理头中的内部容器或筒供应介质。

在一些实施方式中，介质可以是合适的粉末并且可以通过端口或环形供应管线从处理头的侧部供应。可以通过侧部进料机或者优选地通过同轴指向的端口或同轴环形出口将粉末供应至工件。

可替换地，介质可以金属丝或聚合物纤丝的形式提供并且可以从供应单元提供。丝可以沿着与工件同轴的引导件进料或者可以设置在从处理头到工件的多进料机中。

在一些情况下，介质可以是流体并且可以是用于工件的惰性屏蔽或成形的气体。可以将气体从供应单元提供至处理头。液态流体可以用于冷却如以下将更详细地描述的处理头。液体还可以用于将处理头与工件进行耦接，以用于进行超声波清洗、摩擦或检查。在一些其他实施方式中，液体可以用作限制如在工件的激光冲击锤击中使用的能量脉冲的介质。

技术人员将认识到围绕工件304的区域426通常是指机床的工作区(或空间)。

图25示出了所描述的实施方式中的保持在工具更换器308中的各种处理头310-316。技术人员将会理解被选择以示出该实施方式的特定头仅是示例并且其他实施方式将很可能使用其他处理头和/或加工头。

因此图12的实施方式可以用在混合方法论中，混合方法论中将工具更换器作为自动化系统以允许提供两个AM以及材料移除、检查等。这样的混合方法论降低成本并减少了通常通过人工操作员、机器人、或其他自动化解决方案的迄今已进行的技术之间进行工件304传输相关联的复杂化。对现在可以混合并部署包括多个添加、减去以及检查技术的技术的类型没有固定的限制。

工具更换器308的使用使得能够方便地转换各种激光处理头，其中每个都是特定任务的最恰当的光学器件、粉末焦点、以及屏障气体(如关于在图13中示出的头所示出的)。使用不同的头的选择开启了比使用单个处理头通常实现的更宽的有效操作范围。其他实施方式可以使用处理头，该处理头使用除激光器以外的能量源，或者使用提供除如本文中描述的以外的功能的基于激光器的处理头。

图14更详细地示出了所描述的实施方式的处理头310-316。其他实施方式当然可以是其他头。第一头310是传统的同轴激光熔覆头。第二头312是具有用于优化高功率多模式激光器的激光聚集中的能量分布的光学器件的激光熔覆头。第三头是具有优化的轮廓和高压/速度惰性辅助气体314的激光切割头。第四头316具有用于清洁(包括移除冷却剂残余物)、预热、退火、热加工等的平行或发散聚集头。使用这组头310-316，所描述的实施方式可以用各种方式处理工件304。例如，在涡轮叶片的修复/恢复中，在熔覆期间覆盖的任何孔都可以通过改变机床100使用的处理头310-316由相同的装备中的激光钻孔重新打开。

图15更详细地示出了处理头和一些可替换的空间分布以及可以选择的相关联的功率输出。可以通过选择激光处理头中的光学器件来控制空间输出。光学器件可以是可变的或固定的。可变的光学器件可以选自镜(多个镜)、检流计(多个检流计)以及数字镜装置的自由形式。

这是如何混合提高当前工具的灵活性的示例。那么将激光处理与在机器中检查结合在系统中构建处理中质量保证的另一层，能够在部分完全变成浪费的废料之前真正纠正(通过检测、移除和重新添加材料)所引发的问题。

在图47和图48中示出了将激光处理和检查相结合的处理头。图47示出了对应于参考图13描述的激光处理头。在这个实施方式中，处理头4700以摄像机或传感器4702的形式设置有第二处理功能。尽管定位成观察熔池的摄像机的使用在本领域中是已知的，但将摄像机引入工作区中以通过可对接的歧管增强一个或多个沉积头提供了通过头进行监控的能力，这些头能够这样，在不使用时将其从工作区中安全地移除。摄像机4702设置为与激光束4704的进料机相邻。激光束4704指向部分反射件4706，反射件朝向主轴的轴线引导激光束能量。部分反射件4706允许通过反射件同轴观察。

设置有第二反射件4708并且这允许摄像机在激光束输送中的同轴视线。摄像机被设计成在过程反馈和工件的监控中提供并且可适于在激光处理头的功能上的过程反馈中提供。

将理解的是，可以通过将摄像机安装成具有到部分反射件的直接视线来安装摄像机，而不使用第二反射件。任选地，多个摄像机可以用于监控不同的光谱。将理解的是，如在图48中示意性地示出的，在头上安装可替换的传感器以监控来自工件或者来自头的其他数据是简单的。第一摄像机4702邻近激光束进料机安装并具有通过反射件4708和部分反射件4706具有激光束的同轴视线。第二摄像机4710邻近第一摄像机4702安装。第二反射件4712提供从第二摄像机到激光束进料机的同轴视线。

本发明的一些实施方式可以设置成或许通过提供每种材料的不同的处理头而将异质材料沉积到工件304上。

因此，关于图16的流程图描述了可以如何使用所描述的实施方式的示例。

作为第一步骤600，机床300被布置为从工具更换器308中选择第一处理头312(激光熔覆头)。这个头与图13中描述的相似并被布置为将材料(在这种情况下，金属)沉积到工件304上。

如本领域中已知的，控制器306被编程为控制机床300和处理头312以沉积材料(步骤602)以制造期望的产品。技术人员将会理解本文中描述的技术将适于制造整个产品或修改现有的产品。现有的产品的修改将会包括对该产品的修复。

如以上关于图10和图11描述的，在层中构建通过处理头312沉积的材料，这使得工件306的外表面上台阶明显。这样的台阶将还会出现在任何内表面上。

因此，一旦控制器306执行预定点的程序，机床被布置为将处理头312对接回到工具更换器308(步骤604)中。技术人员将理解预定点将通过程序确定。在一些实施方式中，当用于产品的大部分材料正在制造时，预定点可以是已沉积的。在其他实施方式中，产品的材料的沉积可以重复的(迭代的，iterative)方式进行：即，沉积一些材料、更换处理头、执行其他处理、将沉积头返回并进一步进行材料沉积，并且关于图19描述了这样的处理流程。

控制器306然后使机床选择第二处理头(步骤606)，在这个示例中，第二处理头是处理头310。参见图14，能够看出激光束从处理头310聚集到其上的区域小于处理头312的区域。因此，当与处理头312相比时，处理头310将会更少量地沉积材料。因此，然后可以控制处理头310以更精细的量沉积材料(步骤608)。

控制器具有数据存储部件，数据存储部件被布置为将有关处理头的参数的信息存储在存储位置并被布置为基于期望产品选择合适的处理头。

此外，控制器可以选择适于检查或者分析工件的处理头。控制器被布置为选择合适的处理头以根据来自分析头的数据进行进一步的处理。

图17示出了通过头312沉积的层700a-d的厚度是如何比通过头310沉积的层702a-c厚。例如，过程步骤602可以用于沉积层700并且过程步骤604可以用于沉积层702。技术人员将理解虽然图16仅示出了处理头的一次更换，但其他实施方式可以提供处理头的多次更换以便继续加工工件。每个所选择的顺序处理头可由控制器使用来自检查头或分析头的信息并根据要制造的工件来控制。

然而，还将会看到，头310已用于填充正制造的表面部分704(即，工件)的台阶特性。因此，部分的表面变得更接近期望表面706并且步骤606中的第二处理头已用于改善将产品制成期望产品的保真度从而移除或者至少减少对产品的表面加工的需要。根据进一步的头的特性，如在图17b和图17c中示出的，可以实现期望表面的更高的保真度。

图17b示出了实施方式，其中第二处理头允许材料710a-e以最终期望表面706基本上可以实现的足够的分辨率沉积且不需要进行进一步的处理。

图17c示出了实施方式，其中，由第二处理头沉积液体，并且由于液体(在凝固之前)中的表面张力，沉积且凝固的材料712a-e形成稍微延伸到期望最终表面706以外的凸面。

一旦处理头310已用于在层702a-c、710a-e、712a-e中沉积较少量的材料，那么表面可具有可接受的表面光洁度。如果情况不是这样，那么可以使用进一步的处理和/或加工头进一步加工工件。例如，可以在剩余的步骤(例如，708)中在层700与702之间沉积较少量的材料以使表面更接近期望表面706。

在可替换的或另外的实施方式中，可以选择铣头等移除材料以提供期望表面。将理解的是，当与没有通过处理头310沉积材料层702a-c的实施方式相比，在这种实施方式中，将需要移除较少量的材料。因此，将理解的是，当与层702a-c没有沉积的实施方式相比时，提供关于图17概述的方法的实施方式提供表面光洁度，该表面光洁度或者i)在不用移除任何材料的情况下是可接受的；或者2)需要移除更加少量的材料以提供完成的表面。在图17的示例中，在层700和702中沉积的材料基本上是相同的但在层700与702之间材料沉积的比率/量是可变的。

图18用于举例说明图16的另一示例，在图16中，材料在步骤602与606之间变化。将理解的是，除了改变所述材料的组成成分之外，还可以改变沉积的材料的比率/量。

如在图17中，过程步骤602用于沉积层700a-d并且步骤604用于改变处理头。

在步骤606中，当与层700a-d相比时，第二处理头用于在层800a-d中沉积具有不同的特性的材料。技术人员将理解的是，虽然示出了层800a-d，但在这个实施方式中，如在层700a-d的面上，不需要这种情况。

在图18的实施方式中，由不同微结构的材料提供不同的特性。具体地，沉积在层800a-d中的材料具有不同的热加工，虽然其与在层700a-d中的材料可基本上相同，并且因此具有不同的硬度。例如，层800a-d可以构成硬化轴承面、类似物的气缸套。本领域普通技术人员将理解通过改变处理参数，包括能量输入、进料、添加剂、屏蔽体，可以改变各种各样的纳米和微米性能，包括对硬度、耐化学性、磁性、残余应力、尺寸稳定性、导热性、导电性等具有相应的效果的颗粒尺寸、晶体结构、晶体取向、以及化学性质。

在其他实施方式中，可以在步骤602与606之间改变材料。例如，步骤602可以用于沉积金属并且步骤606可以用于沉积塑料。

在其他实施方式中，与图18中示出的相似，层800a-d可以不通过另外的材料设置并且可以仅仅通过热加工提设置到层700a-d的表层区。这样的表层区加工可以由热源(诸如，激光器等)设置。下面将更详细地描述可替换的加工。

因此，图18用于举例说明实施方式，其中，当与在步骤602中沉积的材料相比，步骤606用于沉积不同的特性的材料(大体结构还是纳米/微结构)。

图19用于举例说明关于图16概述的过程的另一示例。在此，第一处理头用于沉积一系列基本上环形的层900a-d。示出了每一层并且因此在图中每一层之间的界面是可见的。技术人员将理解在层900a-d之间的该界面将会存在于每个层的环形外部上也会存在于每个层的内部。

在此，在步骤606中使用的第二处理头是移除材料的头部，诸如，铣床等。然而，材料移除不仅用于使层的外表面光滑(如902示出的)而且也以类似方式使环面内部光滑。

在其他实施方式中，可以使用第二处理头沉积进一步的材料以便按与关于图17中的外表面描述的方式相类似方式提高要生产的期望产品的产品的内表面的保真度。

因此，技术人员将理解，在这样的实施方式中，在步骤602中使用第一处理头沉积的层数受在步骤606中使用的第二处理头在工件902内部可以到达足够深(远，far)的程度的限制。

然而，通过多次使用第一处理头和第二处理头两者，从而分阶段形成产品，可以构建具有平滑的内表面的更大的工件。

因此，在图19的示例中，能够看出在步骤606中一旦第二处理头已结束，再次使用第一处理头将另外四层904a-d沉积到工件902的顶部上。随后，在步骤606中再次使用第二处理头并且对新的层904a-d的内表面和外表面两者进行处理以产生工件906。

内表面以这种方式平滑的实施方式可用于有用的应用中，其中，由于将理解的是光滑内表面可使得更好的流体流动，气体、液体、或其他流体或流态化材料流动通过工件906。这样的结构可以有用的示例包括燃料管线、液压管线、冷却通道、流管等。

技术人员还将理解的是，可以提供进一步的处理头更换以便在每一层900a-d、904a-d等的内表面区域周围提供宏观或微观材料的改变。另外，可以通过使用不同尺寸的沉积头来实现基本平滑的内表面且不用进行认为更合适的机械加工。

图20用于说明图16的过程可以如何使用的另一示例。

在步骤602中，沉积第一材料。在图20a的示例中，以第一材料为材料沉积圆柱体1000的一半。这个圆柱体1000将是如在下文中描述的牺牲材料。

在第二处理步骤中，将进一步的材料1002沉积在牺牲材料1000的上方。因此，牺牲材料1000支撑拱形件1004使得可以制造拱形件1004并且因此，牺牲材料1000为在随后的处理步骤中沉积的材料提供支撑。一旦第二处理头已结束并且另一材料1002已凝固等，可以移除牺牲材料1000。技术人员将理解，可以在移除牺牲材料1000之前完成进一步的处理步骤。

在这种实施方式中，材料1002的部分可以是用作支撑件的任何合适的材料。然而，可被认为是支撑材料的材料1002的部分通常可以是可溶性聚合物材料或者松散结合的/限定的微粒或粉末。根据定向能量沉积的领域中已知的限制，其可以在填充空隙的固体部分中或者可以形成为中空自支撑结构。例如，可以类似于教堂(类似拱形件)的形式制成支撑结构。其还可以通过其容易通过机械加工移除的方式作出。

图21提供了其中支撑材料或者牺牲材料沉积以便于制造或修复下面的产品的又一示例。在此，制造的产品是涡轮叶片1100。在涡轮叶片的下部，存在在制造步骤期间难以保持的杉树根部分1102。

因此，一些实施方式设置成将该杉树根部分1102装入一块牺牲材料1104(在此用虚线示出)中。然后，可以夹持该牺牲材料1104以便在随后的步骤期间保持涡轮叶片1100。因此，牺牲材料1104提供辅助工件的物理位置的临时的牺牲材料。

将理解的是，部件可以得益于以多于一个点支撑。因此，在图21的背景下，一个实施方式提供朝向与杉树根部分1102相对的端部区域的牺牲材料1106的进一步的部分。该进一步的部分1106允许叶片1100固定在牺牲材料1104、1106的区域中的两个点处并保护叶片1100不受夹持装置(诸如，虎钳等)的损坏。

技术人员将理解的是，尽管已使用涡轮叶片的示例，但任何其他部分可以这样处理。

在一些实施方式中，处理头可以用于提供布置为保护工件的表层区的保护材料。如同支撑材料一样，保护材料可以(或者可以不)是在产品的制造中随后移除的牺牲材料。

在又一实施方式中，如以上简要地提及的，处理头可以用于检查产品。在这种实施方式中，处理头可包括以下中任意一个或多个：图像记录设备、照明设备、触摸探头、3D表面和容积扫描仪、摄影测量系统、传感器(诸如，氧传感器、热传感器、热感摄像机)、涡流发电机、超声换能器(对于空气、凝胶、以及液体连接的)、电磁式波发生器等。检查数据可以从处理头传输到控制器并从控制器传输到处理头以控制检查。

因此，从上述可以看出，本发明的实施方式提供可以应用于工件的各种处理步骤。技术人员将理解的是，关于任一个实施方式描述的特征加以必要的变更可以用于其他所描述的实施方式的任一个。

一些实施方式可以冲洗处理头。这样的实施方式是有利的，因为它们有助于确保对于处理头的下一次使用处理头是干净的并且有助于避免材料被污染。此外，这样的实施方式通过在处理头中和/或处理头上左边的材料的粒子有助于防止部件磨损。具体地，在所描述的实施方式中，当处理头返回至工具更换器308时，用压缩空气进行冲洗。在其他实施方式中，可以使用其他气体(例如，惰性气体(诸如，氮等))。

在一个具体的实施方式中，从供应单元414至处理头400包括四个材料进料机。其他实施方式可具有更少的或更多的材料进料机，这些材料进料机每次使用一个或结合使用以提供加工过程中的合金形成。然而，四个进料机可用于在材料如何从供应单元414输送至处理头400上提供灵活性并可用于提高进行材料更换速度并且同时减小污染的可能性。

在一个示例中，可以使用两个进料机将第一种材料进料到处理头400。然后，希望交换材料并且因此料流停止，或者至少使用旁通回路，转移离开处理头400。在所描述的实施方式中，据发现有利的是，将材料转移回到料斗使得其不被浪费，从而收集从处理头冲洗/转移的介质。在此，转移而不是使进料机停止有助于确保材料进料机中的压力不会升得过高。

一旦第一材料已转移(即，停止进入处理头)，用空气冲洗处理头并且随后先前未被使用的两个进料机现在用于将第二材料供应至处理头。这样的实施方式的有利的，因为其允许所供应的材料从第一材料迅速切换到第二材料而不需要更换处理头400或更换供应单元414同时确保材料中不会出现杂质。

可以执行各种动作以帮助从第一处理头更换成第二处理头。

此外，并且在所描述的实施方式中，载入与待使用的处理头相关联的参数以便用在控制器306中。因此，参考图16，然后当第一处理头被更换为第二处理头时，那么在某点，在与第二处理头相关联的两个头参数之间的变化期间装载以供在控制器306中使用。

存储用于每个沉积头的广泛种类的处理参数(包括功率、进给速度、气流等)以及通过几何学要求触发的这些中的每一个的更换比率。这些设定可以是存储在分离的控制器中的数据库表中并根据需要调用或者它们可以完全整合到机床控制器中并使用M代码或者其他合适的信号调用。在一些情况下，沉积头的参数可以与控制器中已与常规切削工具(诸如补偿(offsets))相关联的功能一起使用。实施方式可以再利用存储在关联加工头(例如，铣刀头等)中的参数以使得那些参数能够与非加工处理头(诸如，沉积头、探头等)一起使用。例如，对于处理头，可以存储以下参数中至少一个：

用于每个处理头长度的刀具长度补偿。通常沿着(将会称为)Z轴测量工具长度，其在关于图13描述的实施方式中是沿着轴线XX的。将理解的是，大部分机床300具有参数(通常称为G代码)，该参数用于调整测量的原点并存储比特的长度或者其他材料移除器。这个参数可以用于存储处理头的长度。存储处理头的长度的实施方式的优点在于它们减小处理头与工件304碰撞的可能性。实施方式可以调整处理头的原点以允许处理头在相同的机床300处在多个工作空间之间移动。该参数允许对机床300的原点进行调整以补偿表上固定装置的数据，诸如，当CNC表上存在两个虎钳(例如，两个工作空间)时。在所描述的实施方式中，参数用于记录从中心线的任意补偿(进行微调以将机床300要使用的所有的处理头都布置在中心线上和/或在一些情况下进行期望偏移)。

固定装置补偿可用于进行精密调整以确保头位置基本保持在主轴的中心线上，或者指定从所述中心线期望的补偿。这些补偿通常将在X轴线或Y轴线上涉及，其在关于图13描述的实施方式中将垂直于轴线XX。

在一些实施方式中，包括所描述的实施方式，可以修改或补偿(compensated)所存储的工具长度使得处理头长度增加到超出其实际长度，以包括所设计的处理头距构建表面(即，工件304的表面)之间的间隔距离。在此，间隔距离是处理头与工件304之间所需的距离并且可以被调整以便控制(manipulate)沉积宽度。

在这个实施方式中，控制器306被布置为改变间隔距离，并且因此改变所存储的处理头的长度，以便改变施加到工件304上的激光束功率的分布状态。技术人员将理解随着激光器朝向工件移动或者远离工件移动，那么其将会移动到标称焦点内或者移动到标称焦点之外。因此，使用包括间隔距离的处理头长度可以允许由处理头提供的任何能量源聚焦，其在所描述的实施方式中是激光器。

一些实施方式可以测量激光器从工件304的表面的反射的量并且旨在使这个量最小化，因此，处理头被布置为测量从处理头朝向工件，指向工件的能量(即，激光器)中从工件返回的能量。将理解的是，一旦激光器聚集，那么最大功率将会连接到工件304中，并且因此，从表面反射的激光量将最小。确定理想聚焦的这个过程可以是将头移动通过大范围的间隔距离以建立理想聚焦的存储程序并且然后该过程的优化结果可存储在如上所述的CNC工具长度表中，或相反。

此外，沉积或处理点不在主轴中心线上的任何处理头可以存储为固定装置补偿并且当将头加载到主轴中时进行调用，因此重新利用标准的CNC特征来容纳多头的使用。

此外，实施方式可以存储处理头的进一步的参数。例如，可以存储确定任何介质424的流动速率、任何屏蔽气体的流动速率等的参数，确定任何能量源(诸如，激光器416)的功率的参数。在该段落中提到的参数可以表示它们应当如何根据处理头的运动改变。例如，将理解的是，由于处理头接近其路线中的转弯，然后它可能需要减慢以便来实现那个转弯。因此，由于处理头减慢，对于实施方式来说减少介质424的流动，减少保护气体的流动，并降低任何能量源的功率(例如，激光器416)将变得有利。

一些实施方式可以使用处理头1200以将材料1204从头1200中喷出或挤压出，该处理头使用机械装置，诸如，注射器1202或一个或多个阿基米德螺杆(未示出)。这样的实施方式可用于来自供应单元414的材料进料机或者可以另外供应来自处理头1206中的储存器的介质。

一些实施方式可以使用(机床的)主轴旋转以直接地控制挤压出的材料量。例如，在所描述的图中的使用基于注射器的沉积的处理头1200中，在注射器1202中引起位移的活塞或者其他装置耦接至具有刀架的主轴并且因此控制主轴运动的命令改变控制沉积速率的位移。

在一个实施方式中，存在一种或两种阿基米德螺杆，阿基米德螺杆布置为交互以增塑处理头中的材料(通常通过已知的方式在注射模制之后剪切材料)，该材料通常是聚合物。使螺杆旋转的能量可以直接来自主轴旋转。可以另外设置加热器以便帮助材料增塑。加热器可以由从主轴运动中产生的电力供电。

在一个实施方式中，处理头被布置为感测其所附接的机床的主轴转速并使用该主轴转速控制头中的机械装置。例如，从旋转的第一速度转换到旋转的第二速度可以表示该流动应当开始。从高速转换到低速可以表示该流动应当停止。

其他实施方式可以使用旋转的其他速度以便将进一步的信息输送到处理头。

图23示出了处理头1300定位在正在检查的产品1302上方的进一步的实施方式。该产品仍可以处于制造的过程中并且可以执行检查步骤作为关于以上图中任一个描述的过程的一部分。产品1302还可以是待检查的成品。

图23示出了从处理头1300喷出并冲击产品1302的表面的流体1304。在图23的实施方式中，流体是安装有处理头以冷却待铣、钻孔、或类似处理的产品的机床通常使用的冷却流体。因此，将会看到，如在图中示出的，流体从表面1302喷射离开1306。为了便于使冷却流体流到产品，沿着处理头1300的中央区域设置通道1308。通道设置为尽可能确保流体1304具有层流，因为流体流中的紊流会减小到产品1302的耦接。

在一些实施方式中，流体1304为穿过主轴冷却剂。

尽管如此，流体1304为设置在通道1308中并与在其中流动的流体1304连通的超声换能器1310充分耦接，以便由换能器1310超声输送以与产品1302耦接。

因此，如关于图23描述的实施方式可用于使用超声波检查产品1302。技术人员将理解的是，这样的检查可以用于确定产品1302中空隙等的存在。

在其他实施方式中，流体可以沉积到表面上并后来由处理头用于将该处理头耦接至部件以通过将流体用作耦合介质进行检查(诸如，超声波检查)。其中，CNC机器配备有泛流冷却剂能力并且冷却剂足够干净，希望将其用作耦合介质，然而，其中，其不适于另一流体可以提供的目的。进行检查的处理头可以与沉积流体的处理头相同或不同。在此，流体可以是凝胶等。凝胶可以称为牺牲材料，由于其不会最终成为最终产品并用作检查过程的一部分。

在图27中以凿的形式示出了具有1702的可替换的处理头1700。可以用凿尖处理工件的表面以减小工件或者工件的一部分的应力。凿尖可以保持静止不动或者可以通过主轴的移动来移动。可替换地，它们可以通过设置在处理头中的机械装置或超声波装置致动。

在图28中，处理头1800以销1802的形式具有尖部。销可用于消除工件中的应力和张力，具体地，拉伸应力。在图29a至图29d中示出了处理头的尖部的可替换的配置。尖部可具有一个、两个、三个或更多的销。如在图29c和图29d中可以看出，可以使用销的阵列。控制器可以选择具有特定排列的销的头以将压力施加于工件的所需部分并且所选择的布置适于工件的几何形状。可替换地，可以提前使用平整软件(诸如，CAM软件)预先确定头的选择。

在图29a至图29d中，销具有圆形截面，但技术人员将理解销可以可替换地具有矩形、六边形、正方形或者其他截面。如果需要其中不存在间隙或重叠的阵列，可以使用这样的截面。致动该处理头以冲击工件或向工件施加压力。这个过程被称作锤击。施加压力释放拉伸应力并且将压缩应力施加于工件，因此改善工件的特性。该力导致材料压缩，这在很多材料中有利于更好的疲劳寿命并且不那么容易传播裂纹，且改进了耐金属腐蚀性、耐腐蚀疲劳、以及耐空隙腐蚀。将理解的是，本领域技术人员将会看出，在这些示意图中示出的锤击方法是可与所有锤击种类互换的，包括，喷丸、锤、连枷(罗托(roto))、振捣、撞锤、打点、针状物、超声波、微米、纳米、以及激光冲击锤击。

在图30a至图30e中示出了可用于针状地或超声地锤击工件的表面的可替换的头。图30a示出了具有连续轮或辊的头并且可以引起施加连续压力。图30b和图30c中的非连续辊可用于间歇性地施加压力并且可以优选地减小机床所需的稳定性。最好是，机床或处理头设置有力反馈机构以将期望量的压力施加于工件并且实时理想地调整处理以确保每个工件的一致处理，其中该期望量的压力可以被记录下来并在监控反馈(包括力和工件温度梯度)的计量回路中使用。

图30d和图30e示出了使用轮或辊的阵列的变化。技术人员将理解辊可布置为具有单独的行程使得辊可顺应它们所行进的表面。

图31示出了处理头包括辊阵列系列的实施方式。一对阵列布置为绕平行于主轴的轴线旋转并且辊阵列布置为绕垂直于主轴的轴线的轴线旋转。可以看出辊布置为作用于在工件上形成的壁部分的上表面和侧表面。

在图32中，图32是处理头的侧视图，在其中，可以更清楚地看到辊的系列布置为绕主轴轴线旋转。

图33至图34示出了图13的实施方式的变型并且相同的参考标号用于相同的特征。在图33中，辊与激光熔覆头相结合。这允许在工件上沉积后立即对材料进行热轧。工件的热轧能够使沉积材料的微结构具有益处并且能够减少影响材料的性质所需的力的量。如以上所提及，歧管和处理头布置为将冷却流体供应至头中的内部通道并供应至轮或辊以防止过热。辊环绕主轴转换角度(indexed)以确保轧制动作与沉积的方向基本平行。

图34示出了具有激光沉积头和集成在头周围的锤击销的处理头。这种布置允许对工件进行热锤击、锤打、抛毛、以及凿刻。如前所述，冷却剂供应至处理头并在头周围循环以保持销冷却。通过撞击表面热的部分的表面执行锤击，类似于锻锤的使用，并且与冷锤击相比，当力减少时，销对在软化状态下的加热的金属的冲击最大化。销的动作是机械式的并由处理头控制，但可以设想备选方案，诸如，通过机床或者通过利用超声传递动作。如同先前的头一样，其可以环绕转换角度以便从激光器唤醒加热区域时增加压力。销可以附接使得一旦它们施加合适的力它们可以移位几mm的行程。为了使得头进行一定的行程，如果销的运动取决于CNC机器的Z轴线，销致动可以与激光脉冲频率反周期以便不使激光器散焦。还将理解，此处已举例示出了激光热源，但也可以使用电子束、微波、感应加热器等。

当力大(高，high)时并且尤其当力在主轴中心线周围基本不对称时，如本领域已知的，希望主轴具有防旋转/扭矩块和/或推力辅助轴环和/或整流罩安装以辅助90度或其他角度的头。在一些情况下，希望当承担压力、冲击、或应力消除操作时旋转主轴以帮助防止轴承表面由于不均匀负载而损坏(诸如，通过凹陷)。

将理解的是，上述锤击头可以独立于激光头使用。当冷或者至少不热时，然后对工件执行锤击。

图35是图34的处理头的变型并具有拥有激光沉积头和锤击销的处理头。相同的参考标号用于相同的特征。在图36中更详细地示出头。如在图34的头中，锤击销集成在头周围。然而，在图34的头中，头环绕转换角度以遵循沉积的线，在这个头中，可以激活不同的销以便在唤醒激光器加热的区域时添加压力。可以通过致动该锤击销或者通过增加单独的销的长度来激活使得在其他销之前接触表面。在另一种布置中，一旦将合适的力施加于销上，销附接至处理头使得它们能够位移几mm的行程。已经发现，希望使销致动与防止激光器离焦的激光脉冲频率反周期，销的运动取决于CNC机器的z轴线。将理解的是，能量源可以与代用能量源(诸如，电弧放电、电子束、微波、感应加热器、或者其他等同能量源)互换。

图44和图45示出了适于执行两个过程的可替换处理头。图44和图45中的头将聚合物挤出涂覆于工件。在图44中，处理头包括附接至刀架4402的聚合物挤出头4400。挤出头包括主体4404和喷嘴4406。喷嘴4406由紧密的框架4408围绕。加热器4410位于挤出头的主体4404周围。连接至刀架4402的螺杆4412在头的孔4414中旋转以使注射模制颗粒4416从介质进料机4418朝向喷嘴移动。由于颗粒沿着孔4414向下移动，颗粒被来自主体周围的加热器4410的热熔化。由于颗粒熔融，由主轴驱动的螺杆4412增塑准备用于从喷嘴挤出的颗粒料。由于从喷嘴4406挤出材料，紧密的框架4408上下往复运动，从而将压力施加到软材料4420上，以便实现挤压材料的真密度(全密度，full density)。

图45示出了图44的头的变型。相同的参考标号用于相同的特征。在图45中，另外的特征是连续纤维4422在同轴方向上进料至头。纤维4422进料通过熔化的聚合物并与挤出聚合物4420通过喷嘴4406挤出。刀4424设置成一旦纤维被挤压出就操作以周期性地切割纤维。当每次连续进料结束时，刀可以切割纤维。在其他实施方式中，周期性地短切纤维以产生挤压材料的短切纤维增强的挤压材料。

将理解的是，在可替换布置中，聚合物和纡维可以从相同的头上的单独喷嘴进料或者可以由不同的随着处理头在沉积步骤之间切换的头应用。

技术人员将理解螺杆不需要连接至工具保持器但可以位于接收处或者甚至供给处。聚合物可以在机床中熔化并且仅通过连接至或可连接至处理头的主体的加热管进料至处理头。

图37示出了现有技术沉积处理头，其中，电极3701将能量供应至工件3702并且线缆3703馈入熔池3704中。通常，这仅在电极前面完成，因为在电极前面馈入线缆防止线缆缠到基板上。通常用3705表示的区域是稀释层和热影响区。

图38示出了新沉积头，新沉积头包括将能量提供至工件3802和介质进料机3803的电极3801。头包括用于产生整个电磁场3804的装置，该电磁场布置为使在电极与工件之间延伸的电弧3805弯曲。

电磁场3804将电弧3805弯曲成略微在电极3801的前面。线缆形式的介质进料机3803可以基本上平行地进料到电极从而便于自动化。线缆总是直接馈入熔池3806中并不受进料方向变化的影响。如果有必要，可以通过改变施加于电弧的电磁场控制电弧的弯曲。电磁场3804可以通过改变用于产生场的电的模式来控制或者可以通过控制一个磁体或多个磁体的位置来改变。

图39示出了使用图38的头在熔池的位置中能够实现的控制。电极的位置没有改变但为电磁体供电的场的极性相反。在这种情况下，熔池位置移动大约10mm。熔池的位移允许线缆与电极同轴进料。将理解的是，如果需要，除了线缆的轴向位置以外，电弧可以有意转移至可替换的位置。

图40和图41示出了可固定各种部件4002的处理头4001。在图41中，部件4002被固定在储存器或存储设施4004中的处理头4001中并且头4001被布置为根据需要分配部件4002。在图41的实施方式中，如用4008示意性地表示，可通过对接基座4006对处理头4001再加料。

图42示出了具有主体4600和喷嘴4602的可替换处理头。处理头可连接至支架并具有位于主体的侧面4606的接收歧管4604。如在图42和图43中可以看出，接收歧管4604包括开口4608，该开口具有布置为可在闭合件在开口上的关闭位置与打开位置4614之间的轨道4612上移动的闭合件4610。致动器(不可见)被布置为在对接操作中将闭合件从关闭位置移动到打开位置并在非对接操作中将闭合件从打开位置移动到关闭位置。在关闭位置中，处理头的内部与环境隔离。在打开位置中，可通过开口布置电力和介质供应的对接。在对接位置中，通过开口将电力和介质供应到处理头的路径与环境隔离。

将理解的是，已在本文中描述了多个不同的概念。技术人员将理解这些可以单独使用或者与本文中描述的其他概念结合使用。