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CN110621425A - 用于增材制造的三角形影线图案 - Google Patents

用于增材制造的三角形影线图案 Download PDF

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CN110621425A
CN110621425A CN201880028061.5A CN201880028061A CN110621425A CN 110621425 A CN110621425 A CN 110621425A CN 201880028061 A CN201880028061 A CN 201880028061A CN 110621425 A CN110621425 A CN 110621425A
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CN201880028061.5A
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贾斯汀·曼拉克
麦肯齐·雷丁
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General Electric Co
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Abstract

一种用于物体的增材制造的扫描技术。方法包括使用能量源辐射给定粉末层的一部分以形成熔合区域。当逐层形成物体时，辐射遵循由第一条纹界定的第一辐射路径，其中第一辐射路径相对于第一条纹以倾斜角形成。第一辐射路径进一步至少包括第一扫描矢量和第二扫描矢量，其至少部分地熔化粉末并分别形成第一凝固线和第二凝固线，其中第一凝固线相对于第二凝固线相交并形成倾斜角。在完成一层之后，在完成层上提供后续粉末层，并辐射后续粉末层。后续粉末层的辐射遵循由第二条纹界定的第二辐射路径。其中第二辐射路径相对于第二条纹以倾斜角形成。第一辐射路径进一步至少包括第三扫描矢量和第四扫描矢量，其至少部分地熔化粉末并分别形成第三凝固线和第四凝固线，其中第三凝固线相对于第四凝固线相交并形成倾斜角。

Description

用于增材制造的三角形影线图案
技术领域
本公开涉及使用增材制造技术生产部件的改进方法。本公开提供一种生产部件的改进方法，该方法的一些实例包括：改进的微观结构，减少的制造时间，降低的成本，减少的材料浪费。特别地，本公开涉及在基于粉末的增材制造构建处理期间扫描能量束(即，激光或电子束)的处理。
背景技术
作为实例，增材制造(AM)技术可以包括电子束自由成形制造、激光金属沉积(LMD)，激光线金属沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光工程网成形(LENS)、激光烧结(SLS)，直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末馈送定向能量沉积(DED)和三维打印(3DP)。与减材制造方法相比，AM处理大体涉及一种或多种材料的堆积，以制造净形或近净形(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但是AM涵盖了各种名称下已知的各种制造和原型制作技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型制作/工具加工等。AM技术能够从各种材料制造复杂部件。通常，可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造独立物体。作为实例，特定类型的AM处理使用能量束，例如电子束或诸如激光束的电磁辐射，来烧结或熔化粉末材料和/或线材，创建其中材料结合在一起的固体三维物体。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化、以及直接激光熔化是用于指通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体的通用行业术语。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统的激光烧结技术。更具体地，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔合(凝结)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔化相关的物理处理包括向粉末材料热传递，然后烧结或熔化粉末材料。电子束熔化(EBM)利用聚焦电子束来熔化粉末。这些处理包含连续地熔化粉末层以在金属粉末中构建物体。
在上文和整个公开内容中讨论了其实例的AM技术的特征可以在于通过使用激光或能量源在粉末中产生热量以至少部分地熔化材料。因此，短时间段内在细粉末中产生高浓度的热量。在部件的堆积期间，粉末内的高温梯度可能对完成部件的微观结构具有显著影响。快速加热和凝固可能引起高热应力，并且可能在整个凝固材料中引起局部非平衡相。此外，由于可以通过材料中的热传导方向来控制完成的AM部件中的晶粒的取向，AM设备和技术中激光器的扫描策略成为控制AM构建部件的微结构的重要方法。控制AM设备中的扫描策略对于开发无材料缺陷的部件是至关重要的，缺陷的实例可以包括缺乏熔合孔隙度和/或沸腾孔隙度。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性传统系统110的横截面视图的示意图。设备110通过使用由诸如激光器120的源产生的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)，以逐层方式(例如，为了说明目的而在尺度上夸大的层L1、L2和L3)来构建物体，例如零件122。要通过能量束熔化的粉末由贮存器126供应，并且使用在方向134上行进的重涂覆器臂116均匀地散布在构建板114上，以将粉末维持在水平118并将延伸超出粉末水平118的多余粉末材料去除到废物容器128。能量束136在振镜扫描器132的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层(例如，层L1)。构建板114下降并且另一层(例如，层L2)粉末散布在构建板和正在构建的物体之上，然后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到零件122完全由熔化/烧结的粉末材料构建。激光器120可以由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可以为每层确定扫描图案，并且控制激光器120根据扫描图案辐射粉末材料。在完成零件122的制造之后，可以对零件122应用各种后处理程序。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空、机械加工、砂磨或介质喷砂，来去除多余粉末。此外，传统的后处理可以包含例如通过机械加工从构建平台/基板去除零件122。其他后处理程序包括应力释放处理。另外，可以使用热和化学后处理程序来完成零件122。
上述AM处理由执行控制程序的计算机控制。例如，设备110包括执行固件、操作系统或提供设备110与操作员之间的界面的其他软件的处理器(例如，微处理器)。计算机接收待形成物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序产生三维模型。计算机分析模型，并且为模型中的每个物体提出工具路径。操作员可以定义或调整扫描图案的各种参数，例如功率、速度和间距，但通常不直接编程工具路径。本领域普通技术人员将完全理解，上述控制程序可以适用于任何上述AM处理。此外，上述计算机控制可以适用于任何后处理或混合处理中所采用的任何减材制造或任何前或后处理技术。
上述增材制造技术可以用于由不锈钢、铝、钛、铬镍铁合金(Inconel)625、铬镍铁合金718、铬镍铁合金188、钴铬合金，以及其它金属材料或任何合金，来形成部件。例如，上述合金可以包括具有商品名的材料，Super AlloyInconel625TM、625、625、625、6020、铬镍铁合金188、以及具有对使用上述技术形成部件有吸引力的材料特性的任何其他材料。
在上述实例中，激光和/或能量源通常被控制成基于图案在粉末层中形成一系列的凝固线(在下文中，可互换地称为阴影线(hatch line)、凝固线和光栅线)。可以选择图案来减少构建时间，以改善或控制凝固材料的材料特性，从而减小完成材料中的应力，和/或减少激光器和/或振镜扫描器和/或电子束上的磨损。过去已经考虑了各种扫描策略，并且各种扫描策略包括例如棋盘图案和/或条纹图案。
在AM构建处理期间，对于每一层，控制构建的AM部件的材料内的应力的一种尝试包含条纹区域的旋转，条纹区域含有多个相邻平行矢量作为凝固线，其垂直于形成条纹区域边界的凝固线延续。对于AM构建的每一层，旋转由条纹界定并垂直于条纹的平行凝固线。在美国专利8,034,279B2中公开了控制AM设备中的扫描策略的一个实例。
图2和3表示上述旋转条纹策略。在粉末表面上扫描激光，以形成一系列凝固线213A、213B。这一系列凝固线形成构建层并且由条纹211A、212A和211B、212B形式的凝固线界定，条纹211A、212A和211B、212B垂直于凝固线213A和213B，形成每个条纹区域的边界。由凝固线211A和212A界定的条纹区域形成待构建层的较大表面的一部分。在形成零件时，大部分零件横截面被分成许多条纹区域(包含横向凝固线的两个凝固条纹之间的区域)。对于在AM构建期间形成的每个层，旋转条纹取向，如2和图3所示。第一层可以在条纹区域中形成有一系列平行的凝固线213A，凝固线213A形成为基本垂直于凝固条纹211A并由凝固条纹211A界定。在形成在第一层上的后续层中，条纹211B如图3所示旋转。通过相对于前一层旋转的一组凝固条纹211B和212B创建凝固线213A和213B的条纹边界，垂直于条纹211B形成的并且由条纹211B界定的凝固线213B也可以相对于前一层的凝固线213A旋转。
如图4和图5所示，构建的AM部件包括多个层215、216、217。当使用上述策略构建时，第一层217可以通过软件被划分为由形成为凝固线的条纹257和277所界定的几个条纹区域。条纹257和277可以形成用于单独形成的平行邻接矢量或凝固线267的边界。零件的表面包括覆盖待构建表面的多个条纹。如图5所示，每个条纹区域由层217中的凝固条纹257和277界定，凝固条纹257和277形成一系列平行凝固线267的边界。平行凝固线267垂直于凝固条纹边界257和277。条纹在层217中以第一角度被定向，并且垂直凝固线267基本垂直于条纹257和277形成。在第二层216上由凝固条纹256和257界定的条纹区域相对于前一层217上的凝固条纹边界257和277成角度。因此，垂直于凝固条纹256和276延伸的凝固线266也相对于前一层217上的凝固线267成角度。随着构建进展，在第三层215上具有条纹265和275的下一层相对于层217上的条纹257和277成角度；并且相对于层216上的条纹256和276成角度。
即使采用上述旋转条纹策略，也需要在每一层中进一步生成变化。通过采用所公开的各种实施例，构建效率可以进一步通过防止能量源的不必要的跳跃，防止激光的不必要的开/关转换，和/或改进层内热量积聚的控制和/或效率来增加。此外，零件的微结构可以通过控制条纹区域的图案和条纹区域内的凝固线来改变。
发明内容
与基于激光的AM相关的一个挑战是在粉末中产生所需的熔化图案，同时保持构建处理的所需速度。例如，当在影线线的开始和/或结束时过早或过晚地打开和/或关闭激光时，会导致构建处理的减慢和/或熔化模式的不准确。过早地打开激光可能导致烧焊(burn-in)效应，其中熔池比影线(hatch)的所需长度长。此外，在构建期间的粉末和熔合材料内的热量积聚是一个问题，因为如果在AM处理期间在材料中积聚过多的热量和/或如果积聚的热量不足以适当地熔合粉末，则可能发生各种材料缺陷。
本公开涉及一种改进的扫描策略，具有用于在AM构建处理期间扫描激光的影线图案。当根据一个实施例在构建处理期间控制激光时，使用交替的影线图案在每一层上形成凝固线，以便改进完成部件的微结构。在一个方面，通过在粉末的表面上扫描激光，以形成至少部分熔化的凝固线，来形成第一层，其中每条线被扫描并且形成为凝固线，凝固线形成三角形的两个成角度的线段。换句话说，凝固线沿着第一线性路径和第二线性路径形成，并且第一线性路径和第二线性路径相对于彼此成角度。激光扫描的第一线性路径和第二线性路径以及随后形成的凝固线可以包含在形成正在构建的部件的一部分的条纹区域内。一旦在该层上形成一系列凝固线，则在先前凝固的扫描线的顶部添加随后的粉末层；并且第二系列凝固线形成为第一线性路径和第二线性路径，其中第一线性路径相对于第二线性路径成角度。此外，在第一线性路径和第二线性路径之间形成的上述角度可以针对每一后续层而变化；以便没有后续层在第一线性路径和第二线性路径之间有相同角度，从而改进了使用AM处理形成的成品凝固部件中所给予的构建效率和/或应力平衡。
通过如下所述划分待扫描表面的区域，在AM构建期间可以实现层之间的进一步变化，从而允许增加对完成部件的微结构的控制。通过防止能量源的不必要的跳跃，防止激光的不必要的开/关转换，和/或通过改进正在形成的层内和/或构建的层内积聚的热量的控制和/或效率，还可以进一步提高构建效率。在使用多个激光和/或能量源的情况下，所公开的扫描方案可以用于进一步通过采用供多个能量源(例如激光和/或电子束)使用的各种策略来改进AM构建。
当形成一系列上述第一凝固线和第二凝固线时，高能量密度区域的可能性可能出现在条纹的端部附近或部件轮廓的端部附近，为了平衡整个层的热分布，可以形成基本上平行于第一系列凝固线并与第二凝固线之一相交的第三系列凝固线。通过形成第三系列凝固线，扫描能量源的距离增加，从而防止热量在正在构建的部件的某个区域内的高度集中。通过如下所述划分待扫描表面的区域，可以在AM构建期间实现层之间的进一步变化，从而允许增加对完成部件的微结构的控制。通过防止能量源的不必要的跳跃，防止激光的不必要的开/关转换，和/或通过改进构建的层内积聚的热量的控制和/或效率，还可以进一步提高构建效率。在使用多个激光和/或能量源的情况下，所公开的扫描方案可以用于进一步通过采用供多个能量源(例如激光和/或电子束)使用的各种策略来改进AM构建。
附图说明
并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的一个或多个实例方面，并且与详细描述一起用于解释它们的原理和实现。
图1是用于形成部件的至少一部分的传统增材制造技术的侧视图和俯视图；
图2是描绘用于形成部件的至少一部分的传统影线和条纹图案的俯视图；
图3是描绘用于形成部件的至少一部分的传统影线和条纹图案的俯视图；
图4是描绘在传统AM处理期间的部件构建的实例层的立体视图；
图5是图4中所示的各个层的俯视图，描绘用于形成部件的至少一部分的传统影线和条纹图案；
图6是描绘根据本公开的一个方面的用于形成部件的至少一部分的影线和条纹图案的俯视图；
图7是描绘根据本公开的一个方面的用于形成部件的最终一部分的影线和条纹图案的俯视图；
图8是描绘根据本公开的一个方面的在AM处理期间的部件构建的实例层的立体视图；
图9是图8中所示的各个层的俯视图，描绘根据本公开的一个方面的用于形成部件的至少一部分的影线和条纹图案；
图10是描绘根据本公开的一个方面的影线和条纹图案以及能量源的实例路径的俯视图；
图11是描绘根据本公开的一个方面的用于形成部件的至少一部分的影线和条纹图案的俯视图；
图12是描绘根据本公开的一个方面的用于形成部件的至少一部分的影线和条纹图案的俯视图；
图13是描绘根据本公开的一个方面的在AM处理期间的部件构建的实例层的立体视图；
图14是图13中所示的各个层的俯视图，描绘根据本发明的一个方面的用于形成部件的至少一部分的传统影线和条纹图案；
图15是描绘根据本公开的一个方面的实例直角边消除(leg elimination)影线和条纹图案以及能量源的实例路径的俯视图；
图16是描绘根据本公开另一方面的实例影线和条纹图案以及使用实例间歇(dwell)路径的能量源的实例路径的俯视图。
具体实施方式
虽然已经结合上面概述的实例方面描述了本文描述的方面，但是各种替代、修改、变化、改进和/或实质等同物，无论是已知的还是当前无法预见的，对于本领域普通技术人员可变得显而易见。因此，如上所述的实例方面旨在是说明性的而非限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在涵盖所有已知或以后开发的替代、修改、变化、改进和/或实质等同物。
当使用任何上述AM技术通过至少部分地熔化粉末来形成零件时，以光栅扫描方式在粉末材料上的激光的扫描用于生成影线扫描(下文中可互换地称为影线扫描、光栅、扫描线或凝固线)。在AM构建期间，上述凝固线用于形成大部分零件横截面。轮廓扫描可以进一步用于勾勒零件横截面的边缘。在光栅扫描处理期间，能量源或激光被打开、功率增加、和/或聚焦在需要AM构建的固体部分的区域中，并且在不希望在该层中熔化形成物体横截面的情况下，能量源或激光被关闭、散焦和/或功率降低。在光栅扫描处理期间，沿着相邻的凝固线重复粉末的至少部分熔化和凝固形成，例如，以形成待构建物体的单个熔化和熔合的横截面，同时轮廓扫描生成零件的离散边界或边缘。在使用粉末床的实例AM设备中，一旦完成正在构建的物体的一个横截面的熔化形成，该设备就用另外一层粉末涂覆完成的横截面表面。重复该处理，直到完成物体。
在前述和随后的实施例中，控制激光和/或能量源，以便至少为了以下原因而使用图案在粉末层中形成一系列凝固线；减少构建时间，控制粉末内的热量积聚和/或增加构建效率，改进和/或控制凝固材料的材料性质，减小完成材料中的应力，和/或减少激光和/或振镜扫描器的磨损。
图6和7表示一个实施例的扫描图案，其中激光用于形成成角度的扫描图案，成角度的扫描图案在由一个或多个条纹308和/或309界定的条纹区域内形成凝固线(例如311和312)。条纹308和/或309中的一个或两者可以是假想边界和/或可以形成为凝固线。例如，如图10所示，激光或多个激光可以在具有宽度314并具有假想和/或实际边界315和/或316的条纹区域内的同时被聚焦、功率增加和/或打开；因此，当正在形成特定条纹区域时，凝固线仅仅形成在由条纹边界315和316界定的条纹区域内。当激光或多个激光的路径在条纹区域的边界外部(例如，部分401和405)被扫描时，辐射源被关闭、散焦和/或功率降低，使得不会出现粉末的熔化和凝固。作为替代方案，条纹边界315和/或316也可以通过激光或辐射源被至少部分地熔化和凝固，并且在条纹区域内的扫描和凝固处理之前、扫描和凝固处理之后、或者扫描和凝固处理期间，形成为凝固线。
图6和7表示根据本公开的一个方面的可以在每个条纹区域内形成的成角度的凝固线。可以选择凝固线图案，以在构建处理期间控制和/或改进材料内的应力和微结构，和/或改进构建处理的效率。图6-10中所示的图案是至少部分熔化并随后凝固的粉末的一个实例，该粉末已使用辐射源被熔合以形成凝固线。扫描图案可以包含在由第一条纹边界308界定的条纹区域内，并且可以进一步由第二条纹边界309界定，第二条纹边界309基本上平行于第一条纹边界308并且位于距第一条纹的距离310处。值得注意的是，所公开的图案或者下面描述的任何图案，也可以覆盖正在形成的零件的层的横截面的一部分和/或整个跨度，并且可以通过在条纹区域内、在整个表面的跨度上、或两者的任意组合形成图案，来形成每一层。通过形成成角度的扫描图案，可以在上述旋转条纹方案上实现层之间的变化增加，从而导致更有效的构建处理并且允许进一步定制完成部件的微结构和材料特性。
在一个实施例中，对于在AM构建处理期间形成的每一层，第一层的第一部分形成有凝固线311A，凝固线311A相对于条纹区域的边界308以90°以外的角度形成；凝固线311可以由两个以上的条纹边界(下文中可以互换地称为条纹和/或边界条纹)包含或界定。条纹可以具有条纹边界间隔310。每一层的凝固线311包括在条纹边界308处开始和/或结束的一系列第一平行凝固线311A和在条纹区域的相对条纹边界309处开始和/或结束处的第二组凝固线311B。因此，当形成凝固线时，激光和/或能量源扫描矢量改变方向(例如，从311A开始，然后形成第二凝固线311B，其中第二凝固线311B相对于第一凝固线311A成角度θA1)。换句话说，第一系列凝固线311A相对于第二系列凝固线311B形成用θA1表示的入射角。
其实例在图7中示出的在第一层上形成的后续层中，第二层的至少第一部分形成有凝固线312，凝固线312相对于至少一个边界315和/或316以90°以外的角度形成在具有宽度314的条纹区域内，并且由至少一个边界315和/或316所界定。具有至少两个条纹边界315和/或316的条纹区域间隔314可以与先前层或后续层(未示出)的条纹间隔310相同或不同。此外，该层的凝固线312可以包括在条纹区域边界316处开始和/或结束的一系列第三平行凝固线312A。当在图7所示的示例性层中形成光栅扫描时，激光和/或能量源可以改变方向并且形成第四系列凝固线312B，其中第四系列凝固线312B相对于第三系列凝固线312A成角度。第三系列凝固线312A相对于第四系列扫描矢量312B以入射角θA2形成。角度θA1和/或θA2可以被改变，使得没有后续层或先前层具有相同的角度。此外，在一个方面，θA1和θA2之间的差可以是10°以上。
图8-10表示根据一个实施例的包括通过多个层415、416、417和418的凝固而构建的AM部件。当使用任何上述AM处理构建时，第一层418可以通过上述软件被划分为由条纹边界界定的若干条纹区域。例如，条纹边界465、475和476可以形成用于横向形成的凝固线的至少一个边界。条纹边界465和475可以形成用于单独形成的凝固线455的边界。作为实例，每个凝固线分别通过至少部分熔化的部分402和403形成为第一基本线性凝固线和第二基本线性凝固线。凝固线402和403可以紧邻下一组形成的凝固线412和413。在至少一个实施例中，如果激光和/或能量源连续熔化对应于部分402、403、412和414中的每一个部分的粉末，则部分402、403、412和414可以熔合在一起。例如，当形成部分402、403、412和414时，可以调节激光和/或能量源以控制沿凝固线熔化的粉末量；因此，可以控制每个凝固线的熔化宽度和深度。当激光熔化对应于凝固线412的粉末时，部分402中的材料可能还没有冷却，并且部分402和部分412之间的细线粉末可能被至少部分地熔化。凝固线402中的熔融材料可以与凝固线412中的熔融材料熔合，并且凝固线413中的熔融材料可以与凝固线403中的熔融材料熔合。还可以控制能量源和/或激光，使得从凝固线402辐射的热量和凝固线412可以使凝固线402和/或403与凝固线412和/或413之间的细线粉末在不熔化的情况下烧结在一起。此外，扫描能量源和/或激光来形成例如凝固线402，并且凝固线412可以使凝固线402和/或403与凝固线412和/或413之间的细线粉末在没有烧结和/或熔化的情况下保持未熔合。
当形成各个凝固线402、403、412和413时，在使用激光作为能量源的示例性实施例中，振镜扫描器可以从401开始并且随后继续到部分402、406、404、408、403、405、413和412的路径上引导激光。如图10所示，能量源可以在路径408、404、406上被关闭、功率减小和/或散焦(下文中可互换地称为空中写入和/或被空中写入)。值得注意的是，尽管图10示出了凝固线402和403之间的路径408、404、406，但是对于每个后续系列的凝固线(例如，413和413)，类似的路径可以遵循能量源引导部分。作为替代方案，振镜扫描器或其他能量源引导机构也可以在从401开始并且随后继续到部分402、414、403、405、413和412的路径上引导能量源(例如激光)，在该替代方案中，能量源可以形成凝固线402并且连续地形成弯曲凝固部分414和凝固线403。值得注意的是，尽管图10示出了凝固线402和403之间的替代的弯曲凝固路径414，但是对于每个后续系列的凝固线(例如，413和413)，例如以参考414所示的弯曲凝固路径可以遵循能量源引导部分，从而用弯曲凝固路径连接每个凝固线，代替在每组凝固线的交点处形成点(例如，凝固线402和403之间的交点)。作为又一替代方案，可以在能量源不被关闭、散焦和/或功率降低的情况下，连续地形成凝固线402和403。当每个凝固线(例如，402和403或413和412)之间的入射角足够大时，在没有任何空中写入(例如406、404和408)的情况下，或者在两个凝固线之间不形成弯曲凝固部分(例如414)的情况下，连续地形成凝固线402和403可能是最有利的。在一个实例中，当后续凝固线之间的入射角大于120°时，在没有空中写入(例如，408、404和406)或者在两个凝固线之间不形成弯曲凝固部分(例如414)的情况下，连续地形成一组凝固线(例如402和403)。此外，当两个后续凝固线之间的入射角大于150°时，在没有空中写入或者在两个凝固线之间不形成弯曲凝固部分(例如414)的情况下，连续地形成两个线段。当形成上述部分时，激光也被关闭、散焦和/或功率降低，使得在部分401和405中出现空中写入，因此当在由条纹边界315和/或316界定的条纹区域内形成凝固线时，激光和/或能量源仅向粉末提供足够的能量，以至少部分地熔化条纹区域内的粉末。值得注意的是，上述扫描图案不限于一个能量和/或激光源，并且可以由多个能量和/或激光源进行。例如，第一激光可以形成凝固线402和403，第二激光可以形成凝固线412和413。此外，值得注意的是，每个上述替代路径(例如，空中写入404，弯曲凝固路径414和/或在两组成角度的凝固线之间没有弯曲凝固路径或空中写入的情况下连续形成的凝固线)可以在整个条纹、层和/或构建的任一中一致地形成，或者上述路径可以在条纹内、在构建层内和/或整个构建任一中以任何组合被使用。
图8和9表示根据一个实施例的使用AM技术构建部件的处理。其实例在图8中示出的使用AM技术构建的部件的至少一部分包括多个至少部分熔合的层415、416、417和418。第一层418可以通过上述软件被划分为由例如条纹边界435、436、445、446、465、475和476界定的若干条纹区域。例如，层418中具有宽度314D的条纹区域形成一系列单独扫描部分的边界，单独扫描部分形成为凝固线458A和458B。每个凝固线相对于条纹边界435和445以90°以外的角度形成，并且包含在条纹区域内。形成在层418上的第一凝固线458A可以是基本上线性的，并且可以相对于第二基本线性凝固线458B形成入射角θ1。如图10所示，能量源和/或激光路径可以遵循第一线性路径以形成凝固线458A，并且可以改变方向到第二线性路径以形成凝固线458B的第二部分，使得激光沿着粉末的表面形成部分458A和458B。此外，虽然示例性附图示出了形成具有点的角度的凝固线458A和458B，但是，例如，上述光栅扫描可以在凝固线458A和458B之间形成具有圆角或弯曲过渡(例如，如图10中的参考414所示)的角度。具有宽度314D的条纹区域可以进一步被填入有平行于例如部分458A和458B的多个凝固线(例如，如图10中所示)。
在AM构建的下一层417中，粉末的后续层分布在层418的表面上。基于正在构建的AM零件的所需几何形状，层417可以被划分成具有条纹宽度314C的一系列条纹区域。条纹宽度314C可以与前一层的条纹宽度314D相同或不同。层417可以包括一系列凝固线457A和457B，一系列凝固线457A和457B包含在每个条纹区域中。每个条纹区域可以填充有重复的凝固线457A和457B，凝固线457A和457B相对于条纹边界436和446以90°以外的角度形成，并且由条纹边界436和446界定。例如，一个特定的凝固线457A可以是基本上线性的，并且可以相对于连续形成的基本上线性的凝固线457B形成角度θ2。层417的角度θ2可以与层418的角度θ1不同，并且可以从层418或者任一个先前或紧接的后续层的θ1改变10°以上。能量源和/或激光路径可以形成凝固线457A，并且改变方向以形成凝固线457B的第二部分；激光可以如图10所示的实例中所示的连续地形成部分457A和457B。具有宽度314C的条纹区域可以进一步被填入有平行于例如部分457A和457B的多个凝固线(例如，如图10所示)。
可以使用上述方法形成AM构建的后续层。例如，可以基于AM构建的期望几何形状将层416和417划分为条纹区域。如上所述，能量源和/或激光可以形成具有角度θ3和θ4的凝固线，其可以对于每个后续层变化。此外，对于每个附加层，可以改变相对于每个条纹边界(例如，465、475和476)的角度。并且条纹宽度314B和314A对于每个后续层可以相同或不同。如上所述，第一凝固线和第二线凝固之间的角度，层416中的θ3和层415中的θ4，对于每个后续层可以改变10°以上。
此外，可以理解的是，相对于每一层的条纹边界的角度(和条纹宽度)可以对于每一层而改变，使得凝固线的角度针对每一层而改变，并且每个凝固线的第一部分和第二部分之间的角度θ可以保持恒定。还值得注意的是，由每个条纹所界定的角度和凝固线的数量不限于凝固线的一个角度和两个部分，并且可以包括具有所有都相对于彼此成角度的三个以上的部分的凝固线。进一步可以期望的是，在至少两个后续层之间保持条纹宽度、角度θ和光栅影线图案恒定，使得凝固线在两个以上的层之间保持平行。进一步注意的是，上述特征和方法的任何组合可以在构建部件的替代方案中一起使用。
图11和12分别表示根据采用上述策略和直角边消除策略的另一实施例的扫描和凝固图案的俯视图。在AM构建的某些部分中，至少取决于正在构建的层的几何形状，可以期望的是，控制粉末内和/或在粉末层上形成的凝固线中的热量积聚。如图11所示，当在由条纹边界601和602界定的条纹区域内形成一系列凝固线(例如，610和620)时，根据本公开的一个方面，可以在每个条纹区域内形成凝固线。可以选择凝固线图案，以在构建处理期间控制和/或改进材料内的应力和微结构，和/或改进构建处理的效率。图11中所示的图案是至少部分地熔化并且随后凝固的粉末的一个实例，该粉末已经使用激光被熔合以形成凝固线。扫描图案可以包含在由一组边界条纹601和602界定的条纹区域内。此外，条纹区域可以由轮廓扫描，要构建的部件的端部和/或条纹边界603(在整个公开中将其称为条纹边界)界定。当用具有相对于彼此成角度的第一部分610和第二部分620的凝固线填入条纹区域时，由于条纹边界603附近的凝固线的较短跨度，因此可以形成高能量密度部分601。通过采用直角边消除策略来均匀化构建内的热量分布可以是有利的，其实例在图12中示出。
如图12所示，在AM构建处理期间正在至少部分地熔化的层的至少一部分可以包括由条纹边界611和612界定的条纹区域。该区域可以进一步由条纹613界定。第一层的第一部分形成有凝固线620A，凝固线620A相对于条纹区域的边界611以90°以外的角度形成；凝固线610A可以由两个以上的条纹边界611、612和613包含或界定。每个层的凝固线620包括在条纹边界611开始和/或结束的一系列第一平行凝固线620A和在条纹区域的相对条纹边界612开始和/或结束的第二组凝固线620B。因此，当形成凝固线时，激光和/或能量源扫描矢量在形成凝固线620A的同时改变方向，改变方向，并形成第二凝固线620B，其中第二凝固线620B相对于第一凝固线620A成角度。换句话说，第一系列凝固线620A相对于第二系列凝固线620B形成角度。无论何时需要和/或当确定可能出现构建的高能量密度部分时，可以改变激光的扫描和后续凝固线以形成第三系列凝固线630，例如，第三系列凝固线630被界定并且在点(例如，图15中的交点792)处与第二系列凝固线620B之一相交。进一步，当第三系列凝固线630不再由第二凝固线620B界定时，第三系列凝固线可以连续地形成到相邻的条纹区域(例如，形成在条纹边界612之外的部分613)。第三系列凝固线630B还可以继续经过边界条纹611，直到到达边界条纹613。
图13和14表示根据上述实施例的使用AM技术构建部件的处理的若干实例。其实例在图13中示出的使用AM技术构建的部件的至少一部分包括多个至少部分熔合的层717、716和715。第一层717可以通过上述软件被划分为由例如条纹边界711和712界定的若干条纹区域。层717中的具有宽度714A的条纹区域形成例如形成为凝固线710A和720A的一系列单独扫描部分的边界。凝固线710A和720A相对于条纹边界711和712以90°以外的角度形成，并且包含在条纹区域内。形成在层717上的第一凝固线710A可以是基本上线性的，并且可以相对于第二基本上线性的凝固线720A形成角度θ1。例如，激光路径可以遵循如图10所示的图案；具体地，能量源和/或激光路径可以遵循第一线性路径以形成凝固线710A，并且可以改变方向到第二线性路径以形成凝固线720A的第二部分，使得激光沿着粉末的表面形成部分710A和720A。但是，当激光扫描路径接近第三边界713的一部分(例如，轮廓扫描、待构建部件的端部和/或条纹边界)时，形成第三凝固线710B。第三凝固线710B可以与凝固线710A基本平行，但是，在至少部分地熔化粉末的同时，使用不改变方向的基本上线性的激光路径来形成凝固线710。换句话说，凝固线710B在不改变方向的情况下从第一条纹边界711到第二凝固线720A形成。
此外，如果平行系列的凝固线710B的后续凝固线形成在激光路径不与第二凝固线720A相交的构建的部分中，则激光路径可以继续经过条纹边界711和712，并且构建可以在下一个条纹区域中开始。例如，层717上的凝固线710B由720A界定，当形成凝固线710B的路径不再与720A相交时，凝固线710B继续经过条纹边界712，并且在毗邻条纹区域中形成凝固线部分782B。然后，形成凝固线782A的激光路径改变方向，并且形成相对于凝固线782A成角度的凝固线783A。然后，可以使用上述系列的成角度的凝固线和/或线性直角边消除凝固线的任何组合继续下一个条纹区域中的构建。
在AM构建的下一层716中，粉末的后续层被分布层717的表面上。基于正在构建的AM零件的所需几何形状，层717可以被划分成具有条纹宽度414B的一系列条纹区域。条纹宽度414B可以与前一层的条纹宽度414A相同或不同。层417可以包括一系列凝固线730A和740A，一系列凝固线730A和740A包含在每个条纹区域中。每个条纹区域可以填充有重复的凝固线730A和740A，凝固线730A和740A相对于具有宽度714B的条纹区域的条纹边界以90°以外的角度形成，并且由具有宽度714B的条纹区域的条纹边界所界定。例如，一个特定的凝固线740A可以是基本线性的，并且可以相对于连续形成的基本上线性的凝固线730A形成角度θ2。层716的角度θ2可以与层717的角度θ1不同，并且可以从层717的或任何在先的层的或紧随其后的层的θ1变化10°以上。与上述方法类似，能量源和/或激光路径可以形成凝固线740A并且改变方向以形成凝固线730A的第二部分，并且具有宽度714B的条纹区域可以填入有平行于例如部分730A和740A的多个凝固线。但是，当激光扫描路径接近第三边界714的一部分(例如，轮廓扫描，待构建部件的端部和/或条纹边界)时，形成第三凝固线740B。第三凝固线740B可以与凝固线740A基本平行，但是，在至少部分地熔化粉末的同时，使用不改变方向的基本上线性的激光路径来形成凝固线740B。换句话说，凝固线740B从条纹边界到凝固线730A形成而不改变方向。值得注意但是，取决于零件的期望特性，可以在单个条纹区域中和/或在构建的单个层上和/或在整个构建上采用直角边消除策略。在整个构建处理中可以组合采用上述和下面讨论的策略的任何组合(例如，一个条纹可以采用后续条纹可以使用上述三角形影线策略)。
当形成条纹区域的三角形部分时，例如，如图15和16所示，每个凝固线可以通过至少部分熔化的部分(703、802)和(702、803)分别形成为第一基本上线性的凝固线和第二基本上线性的凝固线。如图所示，例如在图16中，凝固线802和803可以紧邻下一组形成的凝固线812和813。在至少一个实施例中，如果激光和/或能量源连续熔化对应于每个部分802、803、812和814的粉末，则部分802、803、812和81可以熔合在一起。例如，当形成部分802、803、812和813时，可以调节激光和/或能量源，以控制沿着凝固线熔化的粉末量；因此，可以控制每个凝固线的熔化宽度和深度。当激光熔化对应于凝固线812的粉末时，部分802中的材料可能还没有冷却，并且部分802和部分812之间的细线粉末可以至少部分地熔化。凝固线802中的熔融材料可以与凝固线812中的熔融材料熔合，并且凝固线813中的熔融材料可以与凝固线803中的熔融材料熔合。还可以控制能量源和/或激光，使得从凝固线802和凝固线812辐射的热量可以使凝固线802和/或803与凝固线812和/或813之间的细线粉末在没有熔化的情况下烧结在一起。此外，扫描能量源和/或激光以形成例如凝固线802和凝固线812可以使凝固线802和/或803与凝固线812和/或813之间的细线粉末在没有烧结和/或熔化的情况下保持未熔合。
当形成各个凝固线802、803、812和813时，在使用激光作为能量源的实例中，例如，振镜扫描器可以在从701(图15)和/或801(图16)开始的路径上引导激光。在图15所示的非限制性实施例中，激光随后可以继续到部分702、703、704和/或719、705、707、708和409。当形成上述部分时，激光在由虚线表示的路径(除了下面进一步解释的通过参考719表示的替代弯曲凝固部分之外)的部分中被关闭、散焦和/或功率降低。例如，部分701、704、705、707和709是相对于路径的实线部分的激光被关闭、散焦和/或功率降低的路径的部分，因此，当在由条纹边界747和/或748界定的条纹区域内形成凝固线时，激光和/或能量源仅仅供应足够的能量来熔化粉末和/或至少部分地熔化条纹区域内的粉末。
图12、14和15中所示的直角边消除图案可以使用上述激光和/或如图15所示的电子束路径形成。在一个实施例中，条纹747和/或748中的一个或两个可以是假想边界和/或可以形成为凝固线。能量源(例如激光、电子束、和/或多个激光和/或电子束)可以被聚焦、功率增加和/或打开，同时在具有条纹边界747和/或748的条纹区域内；因此，当正在形成特定的条纹区域时，凝固线仅仅形成在由条纹边界747和748界定的条纹区域内。当能量源的路径在条纹区域的边界之外被扫描时(例如，部分701和705)，能量源被关闭，散焦和/或功率降低，从而不会出现完全熔化和凝固。作为替代方案，条纹边界747和/或748也可以通过激光或能量源被至少部分地熔化和凝固，并且在条纹区域内的扫描和凝固处理之前、之后或期间形成为凝固线。
能量源的示例性路径在图15中示出。当形成所示的一系列凝固线的各个凝固线(例如702和703)时，能量源可以在从701开始，并且随后继续到部分702、704、703和705的路径上被引导。例如，能量源可以在由参考标记701、704、705、707和709指定的路径部分上被关闭、功率降低和/或散焦(下文中可互换地称为空中写入和/或被空中写入)。作为替代方案，振镜扫描器或其他能量源引导机构也可以在从701开始的路径上引导能量源(例如激光)，形成第一凝固线702，并且在形成第二凝固线703之前形成弯曲凝固部分(其实例通过参考719示出)。在该替代方案中，能量源可以形成凝固线702并且连续地形成弯曲凝固部分(其实例通过参考719示出)和凝固线703。值得注意的是，虽然图15将替代的弯曲凝固路径719示为在仅仅两个凝固线之间的虚线，但是对于每个后续系列的凝固线，例如以参考719所示的弯曲凝固路径可以由能量源引导部分形成，从而用弯曲凝固路径连接每个凝固线，替代在每组凝固线的交点处形成点(例如，凝固线702和703之间的交点)。作为又一替代方案，可以在能量源没有被关闭、散焦和/或功率降低的情况下，连续地形成凝固线702和703。在没有任何空中写入或者在两个凝固线之间没有形成弯曲凝固部分(例如719)的情况下，连续地形成凝固线702和703。当每个凝固线(例如702和703)之间的入射角足够大时，该替代方案可以是最有利的。在一个实例中，当后续凝固线之间的入射角大于120°时，在两个凝固线之间没有空中写入(例如704)的情况下，连续地形成一组凝固线(例如702和703)。此外，当两个后续凝固线之间的入射角大于150°时，在两个凝固线之间没有空中写入的情况下，可以连续地形成两个线段。此外，值得注意的是，每个上述替代路径(例如，空中写入704，弯曲凝固路径719，和/或在两组成角度的凝固线之间没有弯曲凝固路径或空中写入的情况下连续形成的凝固线)可以在整个条纹、层和/或构建的任一中一致地形成，或上述路径可以在条纹内、在构建层内和/或在整个构建中的任一中以任何组合被使用。
如图15所示，当能量源扫描路径和凝固线接近第三边界718的一部分(例如，轮廓扫描，待构建部件的端部和/或条纹边界)时，形成第三凝固线706。第三凝固线706可以基本上平行于通过参考703表示的一系列凝固线。但是，凝固线706和后续系列的凝固线可以使用不改变方向的基本上线性的能量源来形成(例如，线段706)，同时至少部分地熔化粉末。换句话说，凝固线706在不改变方向的情况下从条纹边界747形成到凝固线791。然后可以形成剩余的凝固线(例如706)，就像凝固线791是条纹边界一样。因此，一旦扫描策略切换到扫描图案的直角边消除部分，能量源就例如在其通过点792处的凝固线791时在部分707中空中写入。值得注意的是，在使用弯曲凝固部分719的上述实施例中，线段706可以由弯曲凝固部分719界定，使得一旦能量源路径通过弯曲凝固部分719与线段706的交点706B，就出现空中写入。
值得注意的是，上述扫描图案不限于一个能量和/或激光源，并且可以通过多个能量和/或激光源来进行。例如，第一激光可以形成凝固线702和703，第二激光可以形成凝固线706。
上述处理可被重复用于每个后续层。例如，后续层715(图14)可以包括具有宽度714D的条纹区域，使用与示例性凝固线760A和750A平行形成的凝固线来至少部分地填充该条纹区域，凝固线760A和750A相对于条纹区域的条纹边界以90°以外的角度形成，并且由条纹区域的条纹边界界定。示例性的凝固线760A和750A两个线段相对于彼此成θ3角。如上所述，当激光扫描路径接近第三边界的一部分(例如，除了凝固线760A和750A的条纹边界之外的边界)时，形成基本上与凝固线760A平行的第三系列凝固线760B。在不改变方向的情况下，使用连续到凝固线750A的基本上线性的激光路径(例如，路径不改变方向，同时形成凝固线)，形成凝固线760B。
上述直角边消除扫描策略可以与任何上述扫描策略组合使用，或作为替代方案，可以用于任何上述扫描策略。此外，取决于使用AM处理正在构建的部件的几何形状和期望性质，每一层可以包括多个条纹区域，其中取决于任何一个原因或者原因组合，使用上述策略中的任何一个或组合来填充每个条纹区域，原因例如包括：零件几何形状，构建时间的减少，控制粉末内的热量积聚和/或增加构建效率，改进和/或控制凝固材料的材料性质，减小完成材料中的应力，和/或减少激光、电子束和/或振镜扫描器的磨损。
在另一个实施例中，间歇(dwell)图案可以与上述直角边消除策略组合使用，或作为替代方案，可以用于上述直角边消除策略，例如，如图16中所示的间歇方法也可以用于控制每个凝固线之间的热量积聚。作为实例，每个凝固线可以通过至少部分地熔化部分802和803分别形成为第一基本上线性的凝固线和第二基本上线性的凝固线。凝固线802和803可以紧邻下一组形成的凝固线812和813。在至少一个实施例中，如果激光和/或能量源连续熔化对应于每个部分802、803、812和814的粉末，则部分802、803、812和813可以熔合在一起。作为另一个实例，当形成部分802、803、812和813时，可以调节激光和/或能量源以控制沿着凝固线熔化的粉末量；因此，可以控制每个凝固线的熔化宽度和深度。当激光熔化对应于凝固线812的粉末时，部分802中的材料可能还没有冷却，并且部分802和部分812之间的细线粉末可以至少部分地熔化。凝固线802中的熔融材料可以与凝固线812中的熔融材料熔合，并且凝固线813中的熔融材料可以与凝固线803中的熔融材料熔合。还可以控制能量源和/或激光，使得从凝固线802和凝固线812辐射的热量可以使凝固线802和/或803与凝固线812和/或813之间的细线粉末在没有熔化的情况下烧结在一起。此外，扫描能量源和/或激光以形成例如凝固线802和凝固线812可以使凝固线802和/或803与凝固线812和/或813之间的细线粉末在没有烧结和/或熔化的情况下保持未熔合。
能量源的示例性路径在图16中示出。当形成所示的一系列凝固线的各个凝固线(例如802和803)时，能量源可以在从801开始，并且随后继续到部分802、804、803、805、813和812的路径上被引导。能量源可以在路径801、804和805上被关闭、功率降低和/或散焦(下文中可互换地称为空中写入和/或被空中写入)。作为替代方案，振镜扫描器或其他能量源引导机构也可以在形成第一凝固线813的路径上引导能量源(例如激光)，并且在形成第二凝固线812之前形成弯曲凝固部分814。在该替代方案中，能量源可以形成凝固线813，并且连续地形成弯曲凝固部分814和凝固线812。值得注意的是，虽然图16将替代的弯曲凝固路径814示为在仅仅两个凝固线之间的虚线，但是对于每个后续系列的凝固线，例如以参考814所示的弯曲凝固路径可以由能量源引导部分形成，从而用弯曲凝固路径连接每个凝固线，替代在每组凝固线的交点处形成点(例如，凝固线802和803之间的交点)。作为又一替代方案，可以在能量源没有被关闭、散焦和/或功率降低的情况下，连续地形成凝固线802和803。在条纹内没有任何空中写入或者在两个凝固线之间没有形成弯曲凝固部分(例如814)的情况下，连续地形成凝固线802和803。当每个凝固线(例如802和803)之间的入射角足够大时，该替代方案可以是最有利的。在一个实例中，当后续凝固线之间的入射角大于120°时，在形成两个凝固线之间没有条纹内的空中写入的情况下(例如没有被空中写入的部分804的情况下)，连续形成一组凝固线(例如802和803)。此外，当两个后续凝固线之间的入射角大于150°时，在两个凝固线之间没有条纹边界内的空中写入的情况下，可以连续形成两个线段。值得注意的是，每个上述替代路径(例如，空中写入704，弯曲凝固路径719，和/或在两组成角度的凝固线之间没有弯曲凝固路径或空中写入的情况下连续形成的凝固线)可以在整个条纹、层和/或构建的任一中一致地形成，或上述路径可以在条纹内、在构建层内和/或在整个构建中的任一中以任何组合被使用。
当形成各个凝固线802、803、812和813时，在使用激光的实例中，例如，振镜扫描器可以在从801开始，并且随后继续到部分802、803、805、813和812的路径上引导激光，当形成上述部分时，激光在部分801和805中被关闭、散焦和/或功率降低，使得当在由条纹边界815和/或816界定的条纹区域内形成凝固线时，激光和/或能量源仅仅向粉末提供足够的能量以至少部分地熔化条纹区域内的粉末。值得注意的是，所有上述扫描图案不限于一个能量和/或激光源，并且可以由多个能量和/或激光源进行。例如，第一激光可以形成凝固线802和803，第二激光可以形成凝固线812和813。
至少取决于正在构建的层的几何形状和/或条纹边界，可以期望的是，使用间歇策略来控制粉末内和/或在粉末层上形成的凝固线中的热量积聚。例如，当使用上面公开的三角形影线图案时，当在由条纹边界815和816界定的条纹区域内形成一系列凝固线(例如802、803、812和813)时，部分边界或其他界线820可以到达条纹区域的端部。当每个凝固线在零件边界或其他界线820附近变短时，在形成下一组凝固线之前，至少部分熔化以形成凝固线的粉末可能没有足够的时间冷却。如果在形成凝固线之间出现不足够的足够的冷却时间，则可能形成AM构建的高能量密度部分830。如果在构建处理期间没有通过减少能量的量和/或增加能量源至少部分地熔化粉末的时间量来解决高能量密度区域，则在完成的AM构建中可能出现沸腾孔隙度或其他缺陷。如上所述，防止沸腾孔隙度的一种方法是以使集中的热量积聚最小化的图案来形成凝固线(例如，上面讨论的直角边消除策略)。防止过多热量积聚的另一种方法是使能量源在相同的路径上继续，同时如下所述能量源被关闭和/或散焦。
如图16所示，凝固线802和803可以由具有长度和时间t1的能量源路径形成。如图所示，利用能量源在大部分长度t1上至少部分地熔化并形成凝固线，形成凝固线802和803。当例如在构建820的边界、条纹或其他部分附近出现高密度区域的可能性时，对于每个后续线段，出现熔化的长度和时间缩短，并且在不熔化的情况下能量源遵循路径的时间和距离增加。例如，当形成最靠近部分830的凝固线时，扫描路径保持与扫描长度t1相同或相似，但是能量源主要不是熔化和/或部分熔化(例如，在距离t2上)并且仅在短时间段的跨度(例如t3)内熔化。通过在基本上相同的路径上继续来增加不出现熔化的时间，在形成下一个后续凝固线之前，允许最靠近部分830形成的凝固线充分冷却。因此，可以控制在部分830附近形成凝固线期间的粉末的加热和冷却性质，以便类似于形成凝固线802、803、813和812时的粉末的加热和冷却性质。通过采用上述策略，可以实现控制粉末内的热量积聚和/或控制凝固材料的材料性质以减小完成材料中的应力的改进。进一步，也可以实现诸如减少激光、电子束和/或振镜扫描器上的磨损的优点。
由于使用上述策略会增加构建时间，因此其实例在图16中示出的间歇策略可以与上述任何策略组合使用。例如，可以在上述直角边消除策略不实用的构建的一部分中使用间歇策略。此外，出于任何原因，该策略可以与任何上述扫描策略组合使用或作为任何上述扫描策略的替代。例如，取决于正在使用AM处理构建的部件的几何形状和期望的性质，每一层可以包括多个条纹区域，其中取决于任何一个原因或者原因组合，使用上述策略中的任何一个或组合来填充每个条纹区域，原因例如包括：零件几何形状，构建时间的减少，控制粉末内的热量积聚和/或增加构建效率，改进和/或控制凝固材料的材料性质，减小完成材料中的应力，和/或减少激光、电子束和/或振镜扫描器的磨损。
在一个方面，本发明进一步涉及在增材制造技术中使用的形成凝固线和条纹图案的方法，其可以是并入或组合其他粉末床增材制造方法和系统的特征的本发明。以下专利申请包括这些不同方面及其用途的公开：
美国专利申请号15/406,467，标题为“Additive Manufacturing Using a MobileBuild Volume(使用移动构建体积的增材制造)”，代理案卷号为037216.00059，并且2017年1月13日提交。
美国专利申请号15/406,454，标题为“Additive Manufacturing Using a MobileScan Area(使用移动扫描区域的增材制造)”，代理案卷号为037216.00060，并且2017年1月13日提交。
美国专利申请号15/406,444，标题为“Additive Manufacturing Using aDynamically Grown Build Envelope(使用动态增长的构建封装的增材制造)”，代理案卷号为037216.00061，并且2017年1月13日提交。
美国专利申请号15/406,461，标题为“Additive Manufacturing Using aSelective Recoater(使用选择性重涂覆器的增材制造)”，代理案卷号为037216.00062，并且2017年1月13日提交。
美国专利申请号15/406,471，标题为“Large Scale Additive Machine(大型增材机)”，代理案卷号为037216.00071，并且2017年1月13日提交。
这些申请的公开内容以它们公开了可以与本文公开的那些内容结合使用的粉末床增材制造方法和系统的其他方面的方式整体并入本文。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括优选的实施例，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且进行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他实例意图在权利要求的范围内。来自所描述的各种实施例的各方面以及每个这样的方面的其他已知等同物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构成根据本申请的原理的另外的实施例和技术。

Claims (22)

1.一种制造物体的方法，其特征在于，包括：
(a)辐射给定粉末层的一部分以形成熔合区域；
(b)在所述给定粉末层上提供后续粉末层；和
(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物体，其中所述辐射遵循由具有至少一个第一条纹边界的条纹区域界定的第一辐射路径，其中所述第一辐射路径形成第一凝固线，所述第一凝固线相对于所述第一条纹边界以90°以外的角度形成，并且所述第一辐射路径进一步形成第二凝固线，其中所述第二凝固线相对于所述第一凝固线以0°和180°以外的第一角度形成。
2.根据权利要求1所述的制造物体的方法，其特征在于，其中所述条纹边界由所述第一凝固线和相邻凝固线的端点形成。
3.根据权利要求1所述的制造物体的方法，其特征在于，其中所述条纹边界形成为凝固线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述后续粉末层的辐射遵循由具有至少一个条纹边界的第二条纹区域界定的第二辐射路径，其中所述第二辐射路径形成第三凝固线，所述第三凝固线相对于所述至少一个条纹边界以90°以外的角度形成，并且所述第二辐射路径进一步形成第四凝固线，所述第四凝固线相对于第三凝固线以0°和180°以外的第二角度形成，其中所述第一角度和所述第二角度不相同。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述第一角度和所述第二角度相差10°以上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中所述物体的每个相邻层包括相差10°以上的第一角度和第二角度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第一辐射路径进一步由多个边界条纹界定，其中所述多个边界条纹是平行的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第一辐射路径进一步由与所述第一条纹边界平行的第二条纹边界界定，其中所述第二凝固线与所述第二条纹边界以90°以外的角度形成。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述第一辐射路径进一步由第二条纹边界界定，其中所述第二条纹边界与所述第一条纹边界基本上平行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中所述第一条纹边界和所述第二条纹边界是基本上线性的，并且其中所述第二凝固线相对于所述第二条纹边界以90°以外的角度形成。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其中所述第二辐射路径进一步由多个条纹边界界定，其中所述多个条纹边界是平行的。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述第四凝固线相对于所述多个条纹边界以90°以外的角度形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中形成所述第一辐射路径的边界的所述条纹边界之间的距离与形成所述第二辐射路径的边界的所述条纹边界之间的距离不相等。
14.一种制造物体的方法，其特征在于，包括：
(a)辐射给定粉末层的一部分以形成熔合区域；
(b)在所述给定粉末层上提供后续粉末层；和
(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物体，其中所述辐射遵循第一辐射路径，其中所述第一辐射路径形成第一凝固线并且进一步形成第二凝固线，其中所述第二凝固线与所述第一凝固线相交，并且相对于所述第二凝固线形成第一倾斜角；
其中后续粉末层的辐射遵循第二辐射路径，其中所述第二辐射路径形成第三凝固线并且进一步形成第四凝固线，其中所述第四凝固线与所述第三凝固线相交，并且与所述第三凝固线形成第二倾斜角，其中所述第一角度和所述第二角度不相同。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中所述第一辐射路径由至少具有第一条纹边界和第二条纹边界的第一条纹区域界定，其中所述第一凝固线相对于所述第一条纹边界以90°以外的角度形成，并且所述第二凝固线相对于所述第二条纹边界以90°以外的角度形成。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中，所述第一角度和所述第二角度相差10°以上。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述第一条纹边界和所述第二条纹边界是线性的并且基本上平行。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中所述第二辐射路径由至少具有第三条纹边界和第四条纹边界的第二条纹区域界定，其中所述第三凝固线相对于所述第三条纹边界以90°以外的角度形成，并且所述第四凝固线相对于所述第四条纹边界以90°以外的角度形成。
19.一种系统，所述系统包括辐射粉末的增材制造装置、监测装置、计算机和软件，所述增材制造装置、所述监测装置、所述计算机和所述软件集成在一起以调节所述增材制造装置中的辐射设置，其特征在于，所述系统：
辐射粉末层的一部分以形成熔合区域，其中所述辐射遵循由第一条纹边界和第二条纹边界界定的条纹区域内的第一辐射路径，所述第一辐射路径进一步包括：
形成第一凝固线，以及相对于所述第一凝固线以第一倾斜角相交的第二凝固线，其中所述第一凝固线相对于所述第一条纹以90°以外的角度形成。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，其中在所述熔合区域上提供后续粉末层，并且辐射所述后续粉末层，其中所述后续粉末层的辐射遵循由至少第一条纹边界界定的第二条纹区域内的第二辐射路径，其中所述第二辐射路径进一步包括：
形成第三凝固线，以及相对于所述第三凝固线以第二倾斜角度相交的第四凝固线，其中所述第三凝固线相对于所述第二条纹边界以90°以外的角度形成。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，其中所述系统使用激光辐射所述粉末。
22.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，其中所述系统使用电子束辐射所述粉末。
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