用于增材制造的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增材制造三维物品的方法和装置。
[0002] 发明背景
[0003]自由成型或增材制造是一种通过连续熔化通过一种装置涂敷到工作台上的粉层的选定部分来形成三维物品的方法。
[0004]这种装置可包含将在其上形成三维物品的工作台、排列成用以在工作台上铺设一薄层粉末以供形成粉床的粉末分配器(powder dispenser)、用以向粉末传递能量以供进行粉末熔化的射线源、用于在粉床上控制射线源发出的射线以通过熔化粉床的部分形成三维物品的横截面的元件，和控制用计算机，其中储存与三维物品的连续横截面相关的信息。通过连续熔化连续形成的粉层横截面、由粉末分配器连续铺设来形成三维物品。
[0005]需要能够建造越来越大的三维物品的增材制造技术。
[0006] 建造体积增加可能需要多个束源，这可能导致为保持整个建造区域上等同的束斑质量和束斑定位而造成加工困难。
发明概要
[0007]本发明的各个实施方案的目标在于提供一种能够通过自由成型或增材制造产生大建造体积的三维物品而不损害将要制造的三维物品的质量的方法和装置。上文提到的目标通过根据本文引用的权利要求书的方法和装置中的特征得以实现。
[0008]在本发明的各个实施方案中，提供一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的方法，所述部分对应于三维物品的连续横截面。所述方法包括以下步骤:采用三维物品的模型，在工作台上涂敷第一粉层，在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分，在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据所述模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分，记录第一电子束源的至少一种设定，记录第二电子束源的至少一种设定，根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型所需的第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
[0009]本发明的各个实施方案的优势在于增材制造中多束源系统中的束位置可被校正且由此改善三维物品的最终结果。
[0010]在另一个示例性且非限制性的实施方案中，根据第二电子束源的至少一种设定和第一电子束源的至少一种设定来校正第一电子束的位置，以便使根据模型所需的第一电子束位置与实际的第一电子束位置对准。
[0011]此示例性实施方案的优势在于可同时将多个电子束位置调整至其正确位置。
[0012]在又一个示例性且非限制性的实施方案中，可在查找表中储存第一电子束源与第二电子束源中所述至少一种设定的每种组合的位置校正值。至少此实施方案的优势在于可快速且容易地进行错误电子束位置的校正。
[0013]在另一个示例性且非限制性的实施方案中，位置校正值是通过实验产生或通过模拟产生的。这意味着在进行实际校正之前可能已知位置校正值，即在开始构建三维物品之前即可计算或模拟校正值。
[0014]在又一个示例性且非限制性的实施方案中，电子束源设定包含以下群组中的至少一项:用于使电子束偏转和/或成形的至少一个束源线圈的线圈电流，和/或束功率，和/或用于使电子束偏转和/或成形的静电透镜或板。
[0015]在又一个示例性且非限制性的实施方案中，本发明还包括以下步骤:记录第一电子束与第二电子束之间的距离；记录第一电子束与第二电子束的电子束电流；调整第一电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；调整第二电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；和/或至少重复这些步骤直到第一电子束与第二电子束的实际位置在距离第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
[0016]此实施方案以及其他实施方案的优势在于不仅补偿来自另一电子束源的电场和/或磁场，而且两个(或两个以上)电子束之间的距离亦如此。由于电子束是带电粒子束，因此其倾向于相互排斥。当束彼此接近时，束位置由于排斥力而受到影响。通过校正两个相邻电子束之间由于此排斥力引起的错位，可进一步改善三维物品的最终结果。
[0017]在又一个示例性且非限制性的实施方案，仅在第一束与第二束之间的距离比预定值更接近彼此时才对由于两个相邻电子束之间的排斥力进行调整。至少此实施方案的优势在于由于可忽略无关紧要的补偿，因此可将制造加工时间保持在最小值。
[0018]本发明的各种实施方案还涉及一种具有与方法类似的特征和优势的装置。
[0019]根据某些实施方案，所述装置包含:通过电子方式产生的三维物品模型；粉末分配器(powder distributor)，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；至少一个控制装置，其配置成用以:在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分；在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分；记录第一电子束源的至少一种设定；和记录第二电子束源的至少一种设定；和校正装置，其配置成用以根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
[0020]在至少一个示例性且非限制性的实施方案中，所述至少一个控制装置进一步配置成用以:记录第一电子束与第二电子束之间的距离；记录第一电子束与第二电子束的电子束电流；调整第一电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；和调整第二电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。
[0021]在各种实施方案中，所述装置包含:三维物品的计算机模型；粉末分配器，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；控制装置，其配置成用以在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分；控制装置，其配置成用以在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分；控制装置，其配置成用以记录第一电子束源的至少一种设定；控制装置，其配置成用以记录第二电子束源的至少一种设定；和校正装置，其配置成用以根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
[0022]在某些所述实施方案中，配置成用以引导第一电子束的控制装置和配置成用以引导第二电子束的控制装置是同一装置。
[0023]在其他实施方案中，配置成用以记录第一电子束源的至少一种设定的控制装置与配置成用以引导第一电子束的控制装置是同一装置；和/或配置成用以记录第二电子束源的至少一种设定的控制装置与配置成用以引导第二电子束的控制装置是同一装置。
[0024]附图简要说明
[0025]下文将以非限制性的方式参考附图进一步描述本发明。在绘制的几幅图中，采用相同的参考符号来表不相应的类似部件:
[0026]图1描绘根据本发明的各种实施方案的增材制造装置的侧视图；
[0027]图2描绘根据本发明的各种实施方案的两个电子束源和一个工作台的第一示意性透视图；
[0028]图3描绘根据本发明的各种实施方案的两个电子束源和一个工作台的第二示意性透视图；且
[0029]图4描绘根据本发明的各种实施方案的两个部分重叠的电子束覆盖区域的顶视图。
【具体实施方式】
[0030]现将参考附图在下文中更全面描述本发明的各种实施方案，其中展示本发明的一些、但并非所有的实施方案。实际上，本发明的实施方案可通过多种不同形式来具体化且不应解释成限制于本文列举的实施方案。相反，提供所述实施方案以便本发明将满足可适用的法定要求。除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有如本发明所涉及领域的普通技术人员通常已知和理解的相同含义。除非另外指示，否则术语“或”在本文中以替代性和连接性的意义来使用。相同数字在全文中指相同的元件。
[0031]为便于理解本发明，下文定义大量术语。本文定义的术语具有如本发明所涉及领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如“一个/种(a/an)”和“该”的术语不意图仅指单数实体，而包括具体实例可用来说明的通用类别。本文中的术语用来描述本发明的具体实施方案，但除非在权利要求书中概述，否则其使用并非对本发明划界。
[0032]如本文中所用的术语“三维结构”及其类似术语通常指的是意图用于特定目的的预期或实际制造的三维构型(例如，结构材料)。所述结构等例如可借助于三维CAD系统来设计。
[0033]如本文各种实施方案中所用的术语“电