【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及增材制造(am)。本技术的实施例可以应用于使用包括聚合物和塑料在内的大范围的材料中的任意材料的增材制造。但是，本技术在要求高温的应用中特别有用。一些实施例提供了用于制造零件(part)的方法和系统，该零件的材料要求高温以产生零件(诸如由金属、金属陶瓷(金属和陶瓷的混合物)等制成的零件)。
技术介绍
1、增材制造是一种通过增量地添加材料以实现期望的三维形态来制造零件(在本公开中“零件”可以是任何期望的物体)的方法。增材制造与减材制造相反，减材制造从一块固体材料开始并选择性地去除材料以实现期望的三维形态。增材制造处理可以被用于生产具有从简单到非常复杂的几何形状的零件。虽然人们可以想象使用特定的增材制造技术难以或不可能制造的零件，但增材制造技术一般可以非常灵活并且能够用大范围的材料制造具有多种形态中的任意形态的零件。
2、一些增材制造方法逐层地形成零件。通过施加一层可流动材料(例如，粉末或液体)并通过施加光能选择性地固化可流动材料的区域或部分来制造每一层。固化的区域可以键合到前一层的固化的区域以逐层构建具有期望的3d几何形状的零件。
3、通常通过在层之上以光栅图案扫描激光斑点(laser spot)来施加光能，同时控制激光器将光能递送到待固化的层的区域。一般而言，固化可以通过化学过程(例如，热量引发的聚合)和/或物理过程(例如，熔化(melt)或烧结)发生。
4、一类增材制造应用粉末床熔融(fusion)处理。在粉末床熔融处理中，粉末材料的相继层被沉积。用聚焦的激光斑点加热每一层的所选择的
5、粉末床熔融处理可以被用于制造大范围的材料(诸如金属、聚合物、陶瓷、金属陶瓷、玻璃等)的零件。这些层通常具有在大约0.02mm至0.15mm范围内的厚度。以下参考文献描述了应用粉末床的各种增材制造装置和方法：
6、·ep 2732890 a machine for making three-dimensional objects frompowdered materials(一种用粉末材料制造三维物体的机器)
7、·gb201711790 photographic reconstruction procedure for powder bedfusion additive manufacturing(用于粉末床熔融增材制造的照相重构过程)
8、·us10518328 additive manufacturing system and method(增材制造系统和方法)
9、·us20170144372 powder-bed-based additive production method andinstallation for carrying out said method(基于粉末床的增材生产方法以及用于执行所述方法的设施)
10、·us20180207722 additive manufacturing by spatially controlledmaterial fusion(通过空间受控的材料熔融进行增材制造)
11、·us20180272473 system and method for additively manufacturing bylaser melting of a powder bed(用于通过粉末床的激光熔化进行增材制造的系统和方法)
12、·us20190009338 powder bed fusion apparatus and methods(粉末床熔融装置和方法)
13、·us20190176404 powder delivery device and powder delivery method forproviding raw material powder to a powder application device of a powder bedfusion apparatus(用于向粉末床熔融设备的粉末施加设备提供原材料粉末的粉末递送设备和粉末递送方法)
14、·us20170326816 systems and methods for volumetric powder bed fusion(用于体积粉末床熔融的系统和方法)
15、·us20190134746 device for powder bed-based generative production ofmetallic components(用于金属部件的基于粉末床的生成生产的设备)
16、·us20190291348 additive manufacturing power map to mitigate defects(减轻缺陷的增材制造功率图)
17、·us20190193160 method for generating a component by a power-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method(用于通过基于粉末床的增材制造方法来生成部件的方法以及用在这种方法中的粉末)
18、·us20200016838 powder bed fusion apparatus and methods(粉末床熔融装置和方法)
19、·wo201876876 additive manufacturing method and additivemanufacturing device detecting powder bed surface distension in real-time(实时检测粉末床表面膨胀的增材制造方法及增材制造设备)
20、·wo201905602 large scale high speed precision powder bed fusionadditive manufacturing(大规模高速精密粉末床熔融增材制造)
21、·wo2019175556 methods and apparatus for powder bed additivemanufacturing(用于粉末床增材制造的方法和装置)
22、·wo201981894 powder bed fusion apparatus(粉末床熔融装置)
23、·wo2020072986 coordinated control for forming three-dimensionalobjects(用于形成三维物体的协调控制)
24、·wo2020222695 process for producing a steel workpiece by additivepo本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于增材制造的装置，该装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中控制器被配置为至少部分地通过控制相位调制器来控制光束，以选择性地固化粉末床的顶层的部分。
3.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括烧结粉末床的顶层中的颗粒。
4.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括熔化粉末床的顶层中的颗粒。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之前预加热粉末床。
6.根据权利要求5所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供预加热相移图案来在固化之前预加热粉末床。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之后对粉末床进行后加热。
8.根据权利要求7所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供后加热相移图案来在固化之后对粉末床进行后加热。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，包括位于光源与相位调制器之间的调节光学器件，该调节光学器件被配置为扩展波束的截面并且对波束进行整形以填充与相位调制器的有源区域匹配的
10.根据权利要求9所述的装置，其中调节光学器件包括孔径，该孔径的位置和尺寸被设置为阻挡将落在相位调制器的有源区域之外的光。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中调节光学器件包括偏振器，该偏振器被定向为设置波束的偏振以匹配相位调制器的偏振。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光源是激光器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是脉冲激光器。
14.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是连续激光器。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少500瓦的输出功率。
16.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少1000瓦的输出功率。
17.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有50瓦或更小的输出功率。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的装置，其中光源包括被组合以产生较高功率激光束的多个激光器。
19.根据权利要求18所述的装置，其中光源包括一组或多组半导体激光器。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其中光源包括多个不同波长的激光器。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个激光器的波长相差20nm或更小。
22.根据权利要求12至21中的任一项所述的装置，其中光源发射偏振光。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的振幅调制器。
24.根据权利要求23所述的装置，其中振幅调制器可操作以细化光的2D图案。
25.根据权利要求24所述的装置，其中控制器被配置为控制振幅调制器以拉直边缘或从2D图案去除高强度伪影。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述相位调制器是多个相位调制器中的第一相位调制器，所述多个相位调制器包括至少第二相位调制器，光路包括被布置为将来自光源的波束拆分成被引导以照亮第一相位调制器的有源区域的第一部分和被引导以照亮第二相位调制器的有源区域的第二部分的分束器，并且光路包括被布置为在组合光被递送到粉末床的位置之前组合与第一相位调制器和第二相位调制器交互的光的合束器。
27.根据权利要求26所述的装置，其中分束器被配置为使得光的第一部分和光的第二部分承载基本相等的光功率。
28.根据权利要求26或27所述的装置，其中控制器被配置为将相同的相移图案应用于第一相位调制器和第二相位调制器。
29.根据权利要求26至28中的任一项所述的装置，其中分束器是偏振分束器，并且装置包括位于在分束器与第二相位调制器之间的光路的一部分中的波片。
30.根据权利要求29所述的装置，其中波片是半波片。
31.根据权利要求26至30中的任一项所述的装置，其中合束器是偏振合束器，并且装置包括位于在第一相位调制器与合束器之间或者在第二相位调制器与合束器之间的光路的一部分中的第二波片。
32.根据权利要求31所述的装置，其中第二波片位于在第一相位调制器与合束器之间的光路的一部分中。
33.根据权利要求32所述的装置，其中第二波片是半波延迟器。
34.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中粉末床被封闭在受控气氛外壳中。
35.根据权利要求34所述的装置，其中受控气氛外壳被填充有惰性气体。
3...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于增材制造的装置，该装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中控制器被配置为至少部分地通过控制相位调制器来控制光束，以选择性地固化粉末床的顶层的部分。
3.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括烧结粉末床的顶层中的颗粒。
4.根据权利要求2所述的装置，其中固化包括熔化粉末床的顶层中的颗粒。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之前预加热粉末床。
6.根据权利要求5所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供预加热相移图案来在固化之前预加热粉末床。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在固化之后对粉末床进行后加热。
8.根据权利要求7所述的装置，其中控制器被配置为通过控制相位调制器以提供后加热相移图案来在固化之后对粉末床进行后加热。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，包括位于光源与相位调制器之间的调节光学器件，该调节光学器件被配置为扩展波束的截面并且对波束进行整形以填充与相位调制器的有源区域匹配的矩形区域。
10.根据权利要求9所述的装置，其中调节光学器件包括孔径，该孔径的位置和尺寸被设置为阻挡将落在相位调制器的有源区域之外的光。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中调节光学器件包括偏振器，该偏振器被定向为设置波束的偏振以匹配相位调制器的偏振。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光源是激光器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是脉冲激光器。
14.根据权利要求12所述的装置，其中激光器是连续激光器。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少500瓦的输出功率。
16.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有至少1000瓦的输出功率。
17.根据权利要求12至14中的任一项所述的装置，其中激光器具有50瓦或更小的输出功率。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的装置，其中光源包括被组合以产生较高功率激光束的多个激光器。
19.根据权利要求18所述的装置，其中光源包括一组或多组半导体激光器。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其中光源包括多个不同波长的激光器。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述多个激光器的波长相差20nm或更小。
22.根据权利要求12至21中的任一项所述的装置，其中光源发射偏振光。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的振幅调制器。
24.根据权利要求23所述的装置，其中振幅调制器可操作以细化光的2d图案。
25.根据权利要求24所述的装置，其中控制器被配置为控制振幅调制器以拉直边缘或从2d图案去除高强度伪影。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述相位调制器是多个相位调制器中的第一相位调制器，所述多个相位调制器包括至少第二相位调制器，光路包括被布置为将来自光源的波束拆分成被引导以照亮第一相位调制器的有源区域的第一部分和被引导以照亮第二相位调制器的有源区域的第二部分的分束器，并且光路包括被布置为在组合光被递送到粉末床的位置之前组合与第一相位调制器和第二相位调制器交互的光的合束器。
27.根据权利要求26所述的装置，其中分束器被配置为使得光的第一部分和光的第二部分承载基本相等的光功率。
28.根据权利要求26或27所述的装置，其中控制器被配置为将相同的相移图案应用于第一相位调制器和第二相位调制器。
29.根据权利要求26至28中的任一项所述的装置，其中分束器是偏振分束器，并且装置包括位于在分束器与第二相位调制器之间的光路的一部分中的波片。
30.根据权利要求29所述的装置，其中波片是半波片。
31.根据权利要求26至30中的任一项所述的装置，其中合束器是偏振合束器，并且装置包括位于在第一相位调制器与合束器之间或者在第二相位调制器与合束器之间的光路的一部分中的第二波片。
32.根据权利要求31所述的装置，其中第二波片位于在第一相位调制器与合束器之间的光路的一部分中。
33.根据权利要求32所述的装置，其中第二波片是半波延迟器。
34.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中粉末床被封闭在受控气氛外壳中。
35.根据权利要求34所述的装置，其中受控气氛外壳被填充有惰性气体。
36.根据权利要求34或35所述的装置，其中受控气氛外壳包括窗口并且光路穿过该窗口。
37.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以调整平台的垂直标高的升降机。
38.根据权利要求37所述的装置，其中控制器被配置为操作升降机以将粉末床的顶表面维持在固定标高处。
39.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以照亮粉末床的顶表面的全部或部分的未转向的光的源。
40.根据权利要求39所述的装置，其中未转向的光的源包括光学元件，该光学元件被布置为收集由相位调制器镜面反射的光并将已由相位调制器镜面反射的光递送到粉末床的位置。
41.根据权利要求39或40所述的装置，其中未转向的光的源包括一个或多个附加光源。
42.根据权利要求40至41中的任一项所述的装置，其中未转向的光的源包括分束器，该分束器被布置为从由光源发射的波束中拆分光。
43.根据权利要求40至42中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为调整未转向的光和已被相位调制器相移的光的相对量。
44.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括可操作以将热量引导到粉末床中的一个或多个加热器。
45.根据权利要求44所述的装置，其中所述一个或多个加热器包括以下各项中的一项或者两项或更多项的任意组合：
46.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中波束以光学辐射的2d图案被投射到粉末床的位置上。
47.根据权利要求46所述的装置，其中2d图案覆盖粉末床的区域的至少10％。
48.根据权利要求47所述的装置，其中2d图案覆盖粉末床的区域的至少20％。
49.根据权利要求48所述的装置，其中2d图案基本上覆盖粉末床的区域的全部。
50.根据权利要求46至49中的任一项所述的装置，其中2d图案覆盖尺寸为300mm×300mm或更大的区域。
51.根据权利要求46至49中的任一项所述的装置，其中2d图案覆盖尺寸为300mm×300mm或更小的区域。
52.根据权利要求46至51中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为控制相位调制器呈现光转向相位图案，该光转向相位图案使来自波束的光被转向以形成光的2d图案，其中转向使光转向远离2d图案的某些部分以形成2d图案的低强度部分，并且转向将光集中在2d图案的其它区域以形成2d图案的高强度部分。
53.根据权利要求52所述的装置，其中控制器被配置为基于用于粉末床的层的图案来控制相位调制器，图案包括指示出粉末床的层的待制成固体的部分以及粉末床的层的不应当制成固体的其它部分的数字数据，并且控制器被配置为选择光转向相位图案以使波束中的光转向，以使得光被集中在粉末床的层的待制成固体的部分中并且被转向远离粉末床的层的不应制成固体的部分。
54.根据权利要求52所述的装置，其中光转向相位图案包括将波束的光集中成与具有可变楔角的楔叠加的形状的相位图案，并且控制器被配置为改变楔角以使得该形状在跨粉末床的方向上进行扫描。
55.根据权利要求54所述的装置，其中所述形状是圆形、线形、正方形、矩形、长圆形或椭圆形。
56.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中由光源发射的波束具有高斯能量分布。
57.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过响应于来自一个或多个传感器的反馈而修改相位图案来应用反馈控制。
58.根据权利要求57所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机可操作以获得粉末床的位置的高分辨率图像。
59.根据权利要求57或58所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括相机，该相机被定位成通过光路的一部分对粉末床的位置进行成像。
60.根据权利要求57至59中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理来自所述一个或多个传感器的反馈以确定粉末床的当前层的区域已经被固化。
61.根据权利要求57至60中的任一项所述的装置，其中反馈控制包括使用分开的反馈回路来控制粉末床的将在当前层中被固化的区域的温度并且控制粉末床的在当前层中将不被固化的区域的温度。
62.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过应用提供粉末床的区域的散焦或均匀照明的第一相位图案并且随后应用提供粉末床的一个或多个区域的聚焦照明的第二相位图案来动态地改变相位调制器的相位图案。
63.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光源和光路由第一曝光单元提供，并且装置包括多个曝光单元，每个曝光单元包括相应的光源和相应的光路。
64.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的两个或更多个曝光单元照亮粉末床的同一区域。
65.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的两个或更多个曝光单元照亮粉末床的重叠区域。
66.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的每个曝光单元照亮粉末床的不同区域。
67.根据权利要求63所述的装置，其中所述多个曝光单元中的一些曝光单元被配置为将未转向的光和/或散焦转向的光递送到粉末床。
68.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过以下一项或多项来调整入射在粉末床的位置处的光的能量密度分布曲线：
69.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括在光源与相位调制器之间的光路中的波束整形单元，其中波束整形单元包括扩展并整形波束以覆盖相位调制器的有源区域的光学元件。
70.根据权利要求69所述的装置，其中波束整形单元包括准直器。
71.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中相位调制器的有源区域上的波束的能量分布是基本均匀的。
72.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括与相位调制器热接触的散热器。
73.根据权利要求72所述的装置，其中散热器由peltier冷却器冷却。
74.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括与相位调制器间隔开的孔径，该孔径的尺寸被设计为使入射在相位调制器的有源区域上的光通过并且阻挡入射在相位调制器上且在有源区域之外的光。
75.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中光路递送将倾斜地入射在粉末床的位置处的光。
76.根据权利要求75所述的装置，其中入射在粉末床的位置处的由来自光路的光照亮的区域的不同部分上的光以不同的倾斜角入射在粉末床上。
77.根据权利要求75或76所述的装置，其中控制器被配置为在相移图案中包括充当f-θ透镜的相位分量。
78.根据权利要求75至77中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为在相移图案中包括如下的相位分量，该相位分量补偿由于光在粉末床上的倾斜入射角引起的几何畸变。
79.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为将光束“自动聚焦”到粉末床的位置上。
80.根据权利要求79所述的装置，其中自动聚焦包括基于在粉末床的位置处的光的图案的图像来迭代地调整应用于相位调制器的相位图案的自动聚焦分量。
81.根据权利要求80所述的装置，其中控制器被配置为监视粉末床上的光斑的尺寸。
82.根据权利要求80或81所述的装置，其中控制器被配置为重复迭代处理，直到光斑的尺寸满足标准为止。
83.根据权利要求82所述的装置，其中标准包括以下一项或多项：光斑具有小于阈值直径的直径，光斑的尺寸被最小化。
84.根据权利要求79至83中的任一项所述的装置，其中自动聚焦相位分量是参数化的透镜模型，并且控制器被配置为在透镜模型的参数空间中执行优化。
85.根据权利要求79至84中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为建立校正相位图案以补偿针对装置的部件的不同温度和/或不同光功率水平的热透镜效应，并且基于一个或多个测得的部件温度和/或当前光功率水平将该校正相位图案应用于相位调制器。
86.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的扫描单元，该扫描单元可操作以跨粉末床的位置在至少一个维度上扫描波束。
87.根据权利要求86所述的装置，其中扫描单元包括旋转多面镜。
88.根据权利要求86或87所述的装置，其中扫描单元可操作以跨粉末床的位置在两个维度上扫描光束。
89.根据权利要求88所述的装置，其中扫描单元包括一对电流镜。
90.根据权利要求86至89中的任一项所述的装置，包括可操作以相对于粉末床的位置移动扫描单元的吊架。
91.根据权利要求90所述的装置，其中吊架包括x-y吊架。
92.根据权利要求86至91中的任一项所述的装置，包括致动器，该致动器被连接以移动扫描单元靠近或远离粉末床的位置。
93.根据权利要求86至92中的任一项所述的装置，其中控制器存储扫描仪校准数据并应用该扫描仪校准数据来控制扫描单元将光束转向到粉末床上的特定位置。
94.根据权利要求93所述的装置，其中控制器被配置为执行扫描仪校准操作，扫描仪校准操作包括：控制扫描单元将光束引导到粉末床上的几个参考位置、确定光束在粉末床上的实际位置、将实际位置与参考位置的坐标进行比较、以及基于在实际位置与对应参考位置的坐标之间的差异来生成扫描仪校准数据。
95.根据权利要求93和94中的任一项所述的装置，其中扫描仪校准数据包括插值表和/或nurbs函数。
96.根据权利要求93至95中的任一项所述的装置，其中扫描仪校准数据包括被配置为应用依赖于角度的位置校正的相位图案分量。
97.根据权利要求86至96中的任一项所述的装置，其中扫描的波束通过光路中的一个或多个透镜被聚焦到扫描的斑点。
98.根据权利要求97所述的装置，其中控制器被配置为控制扫描单元跨粉末床的位置对扫描的斑点进行扫描，并且与以下一项或多项相协调地改变应用于相位调制器的相位图案：扫描的斑点被扫描的方向的改变、扫描的斑点被扫描的速度的改变、扫描的斑点相对于零件的特征件的位置、以及在当前扫描线与相邻扫描线之间的间距的改变。
99.根据权利要求98所述的装置，其中控制器被配置为设置相位图案以在扫描的斑点中提供非圆形对称的光能分布，并且控制器被配置为更改相位图案以调整光能分布相对于对扫描的斑点进行扫描的方向的朝向。
100.根据权利要求98或99所述的装置，其中控制器被配置为实时改变应用于相位调制器的相位图案，以更改扫描的波束的尺寸、形状和能量分布中的一个或多个。
101.根据权利要求98至100中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于在扫描的斑点的位置处的相邻扫描线之间的扫描间距来调整扫描的斑点的尺寸。
102.根据权利要求98至101中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于固化粉末床的材料所需的能量密度来调整扫描的斑点的尺寸。
103.根据权利要求98至102中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于处理速度要求来调整扫描的斑点的尺寸。
104.根据权利要求98至103中的任一项所述的装置，其中扫描的斑点适合在具有小于150μm或小于80μm或小于60μm或小于40μm的直径的圆内。
105.根据权利要求98至104中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于以下一项或多项来调整相位调制器上的相位图案以改变扫描的斑点中光能分布：
106.根据权利要求98至105中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为调整相位调制器上的相位图案，以基于针对粉末床中的点的温度相对于时间的期望分布曲线来改变扫描的斑点中的光能分布。
107.根据权利要求98至106中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于使扫描的斑点中的光能分布平坦或者使光能分布更加峰值化。
108.根据权利要求98至107中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于使扫描的斑点中的光能分布对于扫描方向的一侧较重地加权并且对于扫描方向的另一侧较轻地加权。
109.根据权利要求98至108中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为具有“甜甜圈”构造，在该“甜甜圈”构造中较高能量密度的环包围较低能量密度的区域。
110.根据权利要求98至108中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为具有十字(x)形或加号(+)形构造。
111.根据权利要求98至110中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将能量分布整形为具有字母v形或字母h形构造。
112.根据权利要求98至111中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案用于将光能分布整形为拉长的光能分布。
113.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向平行。
114.根据权利要求98至113中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案使得扫描的斑点具有字母v或h或i或a形能量分布，并且被配置为调整相位图案以使得能量分布的对称轴与扫描的斑点的当前扫描方向对准。
115.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向垂直。
116.根据权利要求112所述的装置，其中拉长与扫描的斑点的扫描方向成锐角。
117.根据权利要求98至116中的任一项所述的装置，其中控制器包括存储的配置数据，该配置数据将优选的波束形状与多个不同零件特征件中的每个零件特征件相关联，并且控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的零件特征件对应的形状。
118.根据权利要求117所述的装置，其中零件特征件选自：薄壁；尖角；实心区域的内部；要求提高的精度的特征件；以及要求特定微观结构的特征件。
119.根据权利要求98至118中的任一项所述的装置，其中控制器包括存储的配置数据，该配置数据将优选的波束形状与多个不同材料中的每个材料相关联，并且控制器被配置为选择性地将相位图案应用于相位调制器，该相位图案将相位调制器配置成为扫描的斑点提供如下的光能分布，该光能分布具有与在扫描的斑点的当前位置处的粉末床中存在的材料对应的形状。
120.根据权利要求106至119中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理用于正被制造的零件的层的图案，以识别沿着不同扫描线定位的特征件、材料和/或微观结构，并且被配置为设置一系列波束形状和/或其它波束参数以用于每条扫描线的与不同特征件对应的部分，并且被配置为通过设置相位调制器以提供如下的相位图案来在沿着扫描线对扫描的斑点进行扫描时实时地控制波束，所述相位图案对扫描的斑点的光能分布进行整形以提供所述一系列波束形状。
121.根据权利要求98至120中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于在扫描的斑点的当前位置处的零件的特征件的尺寸来改变扫描的斑点的宽度。
122.根据权利要求121所述的装置，其中控制器被配置为处理用于当前层的图案以提供依当前层中的位置而定的斑点尺寸的图，并且被配置为控制相位调制器以当扫描的斑点在粉末床之上被扫描以形成当前层时实时地改变扫描的斑点的尺寸。
123.根据权利要求86至122中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为处理指示出粉末床的当前层的哪些区域将被固化的层数据，并且被配置为根据层数据确定用于在粉末床的位置之上对扫描的斑点进行扫描的路径。
124.根据权利要求123所述的装置，其中控制器被配置为处理层数据以确定用于沿着扫描波束的路径的不同点的参数。
125.根据权利要求123所述的装置，其中参数包括以下一项或多项：波束强度；波束斑点尺寸；波束功率密度分布曲线；波束形状；动态波束分量的行为；以及波束剖面相对于扫描方向的朝向。
126.根据权利要求98至125中的任一项所述的装置，包括数据存储库，该数据存储库包含处理窗口数据，该处理窗口数据为粉末床的一个或多个材料中的每个材料定义一个或多个处理窗口，该处理窗口数据指定多个处理波束参数的范围，其中控制器被配置为将处理波束参数设置在处理窗口之一内。
127.根据权利要求126所述的装置，其中处理波束参数包括波束能量密度、波束扫描速度、和粉末床温度。
128.根据权利要求126或127所述的装置，其中处理窗口数据包括用于特定材料的多个处理窗口，所述多个处理窗口分别与特定材料在固化时的不同特点对应。
129.根据权利要求98至128中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过基于一个或多个反馈信号的反馈控制来控制相位图案。
130.根据权利要求129所述的装置，其中装置包括红外相机或热成像器，并且反馈信号包括来自热成像器或红外相机的数据。
131.根据权利要求129或130所述的装置，其中装置包括被定位成对粉末床的位置进行成像的相机，并且反馈信号包括由该相机获得的粉末床的图像。
132.根据权利要求129至131中的任一项所述的装置，包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成感测粉末床的外围周围的温度，其中反馈信号包括来自所述一个或多个温度传感器的输出信号。
133.根据权利要求129至131中的任一项所述的装置，包括布置为监视处理光的光检测器，其中反馈信号包括处理光检测器的输出信号。
134.根据权利要求133所述的装置，其中反馈信号包括指示出处理光的强度和波长谱中的一个或两者的信号。
135.根据权利要求129至134中的任一项所述的装置，包括声学或振动传感器，其中反馈信号包括来自声学或振动传感器的输出信号。
136.根据权利要求129至135中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为基于粉末床的前一层的特性来生成反馈。
137.根据权利要求86至136中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为操作扫描单元以用以下扫描图案来对扫描的斑点进行扫描：单向；双向或“之字形”；包括岛图案；或包括排除图案。
138.根据权利要求137所述的装置，其中控制器被配置为更改扫描图案的扫描间距。
139.根据权利要求137或138所述的装置，其中控制器被配置为与根据扫描图案对扫描的斑点进行扫描相协调地应用用于相位调制器的相位图案。
140.根据权利要求139所述的装置，其中当扫描是单向扫描时，控制器被配置为在扫描单元正重新定位到下一条扫描线的开始时使扫描的光斑散焦以对粉末床添加预加热。
141.根据权利要求140所述的装置，其中控制器被配置为基于扫描图案的扫描间距来对扫描的光斑的宽度进行整形。
142.根据权利要求139所述的装置，其中控制器被配置为响应于扫描速度来调整扫描的光斑沿着扫描方向的长度。
143.根据权利要求142所述的装置，其中控制器被配置为调整相位调制器的相位图案，以在扫描速度增大时使扫描的光斑变长，并在扫描速度减小时减小扫描的光斑在扫描方向上的长度。
144.根据权利要求139所述的装置，其中控制器被配置为当扫描的光斑位于排除图案中的排除区域内部和/或位于岛图案中的岛外部时使扫描的光斑散焦。
145.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为更改粉末床的如下部分中的扫描图案，在所述部分中粉末床的层具有缺陷。
146.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过测量由相位调制器转向的光场中的光能分布并且调整被施加以控制相位调制器补偿在测得的光能分布与期望的光能分布之间的差异的控制信号，来补偿相位调制器的转向效率的改变。
147.根据权利要求146所述的装置，其中控制器被配置为在反馈回路中连续地补偿转向效率的改变。
148.根据权利要求146所述的装置，其中控制器被配置为通过前馈控制来补偿转向效率的改变。
149.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为选择性地控制相位调制器以将光重定向到波束转储器。
150.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中相位图案包括多个相位图案分量，并且控制器被配置为组合相位图案分量并将组合的相位图案分量应用于相位调制器。
151.根据权利要求150所述的装置，其中控制器被配置为通过将相位图案分量的像素值以2π为模相加来组合相位图案分量。
152.根据权利要求150所述的装置，其中相位图案分量包括以下的一项或多项：使光分布以提供期望的能量密度图案的分量；选择性地使光在粉末床的位置处聚焦或散焦的分量；补偿入射在相位调制器上的光束的变化或与理想状态的偏差的分量；补偿相位调制器的性能的变化和/或缺陷的分量；以及补偿扫描仪的几何形状的分量。
153.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为控制相位调制器以提供充当可变焦距透镜的透镜部件。
154.根据权利要求153所述的装置，其中控制器被配置为调整相位图案以通过改变相位图案以即时改变透镜部件的焦距来选择性地使光束聚焦或散焦。
155.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为利用模拟平场透镜或f-θ透镜的动态变化的相位图案分量来控制相位调制器。
156.根据权利要求155所述的装置，其中控制器存储多个预先计算的相位分量，每个相位分量与扫描角度的不同范围对应，并且控制器被配置为监视指示出一个或多个当前扫描角度的信号并控制相位调制器以使得由相位调制器提供的相位图案包括与当前扫描角度对应的相位分量。
157.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中控制器被配置为通过应用如下的相位图案来控制相位调制器，所述相位图案补偿由在相位调制器与粉末床的位置之间的光路中的光学部件引起的几何畸变。
158.根据权利要求157所述的装置，其中控制器被配置为通过配置相位调制器以基于扫描单元的一个或多个扫描角度设置期望的波束形状和/或能量密度分布来校正几何畸变。
159.根据权利要求158所述的装置，其中对期望的波束形状和/或能量分布进行预畸变，以减少由扫描单元的几何形状引起的位置误差和几何畸变。
160.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括位于光路中的波束采样器，该波束采样器可操作以将波束的一部分采样到2d相机传感器上。
161.根据权利要求160所述的装置，其中控制器被配置为将由2d相机捕获的图像与目标能量分布进行比较并且识别波束中的能量分布中的误差。
162.根据权利要求161所述的装置，其中控制器被配置为生成指示出在波束中的能量分布与目标能量分布之间的差异的误差图像，并且将误差图像提供给反馈控制器，该反馈控制器可操作以调整用于相位调制器的驱动信号以补偿误差。
163.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括处理传感器元件，该处理传感器元件被布置为在相位调制器上游的位置处监视入射在相位调制器上的波束的一部分。
164.根据权利要求163所述的装置，其中控制器被配置为实现反馈控制器，该反馈控制器自动调整去往相位调制器的控制信号以补偿入射在相位调制器上的波束的改变。
165.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，包括调制器传感器，该调制器传感器具有指示出由相位调制器反射的光的水平的输出信号，其中控制器被配置为基于调制器传感器的输出信号来控制光源的功率输出。
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·布尔斯，A·圣昆廷，R·库马兰，
申请(专利权)人：MTT创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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