相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月2日提交的序列号为62/540,392的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的公开以其整体通过引用并入本文。
本文公开的主题总体涉及物体的实体自由成型制造。更具体而言，本文公开的主题涉及用于由金属、塑料、陶瓷和包括一种或更多种材料的组合的复合材料实体自由成型制造物体的系统、设备和方法。
背景
本文描述的实施例总体涉及用于由金属、塑料、陶瓷和包括一种或更多种材料的组合的复合材料实体自由成型制造物体的设备和方法。
增材制造(am)(也称为实体自由成型制造(sff)、3d打印(3dp)、直接数字化制造(ddm)和固体成像)已日益成为广泛采用的对可视化演示和功能零件进行原型开发的方法。在某些实例中，这也成为生产制造的一种成本有效的手段。存在各种各样基于数字模型生产部件的手段，并且它们都减少了整个设计周期所需的时间和成本，这在许多行业提高了创新速度。
通常，sff是以分层方式实现的，其中数字模型被分割成水平切片，并且每个切片作为2d图像在构建表面上产生。这些切片的连续制造产生了薄层的累积集合，这些薄层共同构成了由数字模型表示的三维物体。与传统制造技术(诸如计算机数控(cnc)加工、注入成型和其他手段)相比，sff显著减少了生产时间和成本，因此出于研究和开发目的已被广泛用于使用传统手段的小批量生产将非常昂贵的情况。另外，与cnc机器相比，sff设备通常需要较少的专业知识来操作。由于较长的安装时间和较高的机器操作成本，由cnc机器生产的单个零件的成本通常较高。cnc生产的零件通常比sff生产的零件具有更强健并且更详细的特征，这可能使它们在某些应用中更受欢迎。sff在零件生产中的使用将一直受到限制，直到sff技术能够生产的零件具有cnc生产的零件的分辨率和功能。
粉末注入成型(pim)是一种大规模生产技术，已被广泛采用作为以传统上使用其他成型方法不可用的材料生产高精度部件的手段。粉末与树脂粘合剂混合以形成注入原料，注入原料被注入到模具中，类似于塑料注入成型。产生的零件是粉末复合零件，称为“绿色”零件。绿色零件要经受一个叫做脱粘的过程，在这个过程中，去除了大部分粘合剂。得到的零件称为“棕色”零件。然后，该棕色零件受到热处理，使粉末颗粒烧结在一起。零件在此过程期间收缩，并且粉末颗粒之间的空隙被去除。最终结果是具有接近全密度的零件。可以利用进一步的后处理来获得超过99.5％的密度。
一些最常见的sff技术包括立体光刻(sla)、选择性沉积建模(sdm)、熔融沉积建模(fdm)和选择性激光烧结(sls)。这些方法在它们可以使用的材料类型、创建层的方式以及随后产生的零件的分辨率和质量方面有所不同。通常，以批量材料沉积方法或以选择性材料沉积方法产生层。在将批量沉积方法用于层产生的技术中，通常通过热、化学或光学过程来完成层成像。有一种技术：粘合剂喷射，其利用喷墨打印头将粘合剂沉积到粉末床，以产生类似于先前在pim过程中描述的绿色零件的零件。这个绿色零件可以以相同的方式进行后处理，以产生最终的部件。不幸的是，由于产生绿色零件的过程的缺陷，通过这一过程产生的最终部件通常不能满足高精度应用的公差要求。另外，粘合剂喷射过程的精度和速度受到限制。
发明概述
本文公开了用于实体自由成型制造的设备和相关方法的实施例，用于产生用于各种应用的部件(例如，塑料、金属和陶瓷零件)。
在一些实施例中，本文公开的sff方法和设备可以包括用于接收用于产生数字模型的三维固体表示的材料层的表面、用于沉积所需的构建材料层的一个或更多个部件、以及用于将构建材料成像为表示数字模型中所包含的数据的横截面的一个或更多个部件。在一个实施例中，构建材料由颗粒材料(例如，粉末)和可光固化树脂材料组成。粉末转移设备被配置成将粉末材料输送到构建平台，可光固化材料供应系统与构建平台连通，并且被配置成将至少一种可光固化材料输送到沉积的粉末材料的至少一部分中，并且成像设备被配置成选择性地辐射可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层。在构建表面处的颗粒材料和可光固化树脂材料的组合克服了前述用于产生粉末复合材料零件的设备的流变限制。
另外，在一些实施例中，下面描述的方法和设备可以利用颗粒材料(例如，陶瓷、塑料或金属)作为构建材料之一。由这种设备产生的零件可以在构建过程完成后进行处理，以促进相邻颗粒之间的粘合。这种处理包括但不限于热、化学和压力处理，以及这些处理的组合。该制造和处理过程的结果包括但不限于固体金属零件、固体陶瓷零件、固体塑料零件、多孔金属零件、多孔陶瓷零件、多孔塑料零件、固体复合塑料零件以及包括一种或更多种材料的复合材料零件。
颗粒材料的材料沉积可以通过几种手段来实现，包括但不限于通过刀片机构进行扩散；通过粉末计量系统和刀片机构的组合进行扩散；通过粉末计量系统和辊机构的组合进行扩散；在转移表面上静电沉积，然后沉积到构建表面，以及静电沉积到辊机构，然后沉积到构建表面。可光固化材料(例如，树脂)的注入可以通过(经由专门的注入构建平台)注入通过正在构建的部件的主体来实现。
层成像可以通过几种手段来实现，包括但不限于利用可编程平面光源(诸如dlp投影仪)的批量成像，其中利用折射像素移位系统来增加投影系统的有效分辨率。
此外，在一个方面，提供了一种实体自由成型制造设备，使得可以根据表示给定三维物体的数字数据产生由颗粒材料和树脂材料组成的复合材料物体。
在另一方面，提供了一种sff设备，其利用批量沉积技术来产生材料层。
另一方面，提供了一种sff设备，其将颗粒材料与可光固化树脂材料结合，用于产生复合材料层。
在另一方面，提供了一种sff设备，其允许材料成分的可互换性，以使得能够使用各种材料组合。
在另一个方面，提供了一种sff设备，其通过注入构建平台原位注入粉末层来实现复合层的产生。
在另一方面，由sff设备产生的物体可以被热处理、化学处理或机械处理，以改善材料成分的内部粘附。
在另一方面，处理可以包括在流体室中加压；暴露于溶剂；升高温度以促进颗粒材料的粘合；升高温度以减轻由构建过程产生的内应力；或者颗粒材料的部分烧结，随后注入三级材料(tertiarymaterial)，三级材料可以包括熔点低于主要颗粒材料的陶瓷和/或金属材料。
在另一方面，反馈系统可用于优化材料沉积速率。
在另一方面，粉末计量系统可以与反馈系统串联使用，以优化材料沉积速率。
根据下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的进一步特征将变得更加明显。
附图简述
本发明的优选实施例将在下面参照附图进行描述，其中
图1是根据当前公开的主题的实施例的用于实体自由成型制造的机器的俯视立体图。
图2是图1中描绘的机器中的粉末沉积模块的俯视立体图。
图3是图2中的模块的分解图。
图4是从图2中模块的上方看的立体剖面图。
图5a是在图2的模块中使用的粉末计量系统处于第一构造时的示意性描绘。
图5b是在图2的模块中使用的粉末计量系统处于第二构造时的示意性描绘。
图6是从图2中模块的下方看的立体剖面图。
图7是在图1的机器中使用的粉末沉积模块的可选实施例的从上方看的立体图。
图8是图2中的模块的第二实施例的示意性描绘。
图9是图2中的模块的第三实施例的示意性描绘。
图10是图2中的模块的第四实施例的示意性描绘。
图11是图2中的模块的第五实施例的示意性描绘。
图12是图1中的机器中的构建平面的俯视立体图。
图13是图12中的构建平台的从下方看的立体图。
图14是图12中的构建平台的分解图。
图15是图12中的构建平台的剖面图。
图16是图12中构建平台的树脂分配部件的俯视立体图。
图17是图1中的机器的投影模块的俯视立体图。
图18是图17中的投影模块的像素移位系统的示意图。
图19是图17中的投影模块的第二实施例的俯视立体图。
图20是图17中的投影模块的数字微镜器件部件处于第一构造的俯视立体图。
图21是图17中的投影模块的数字微镜器件部件处于第二构造的俯视立体图。
图22是图17中的投影模块的数字微镜器件部件的第二实施例的俯视立体图。
图23是与图20中处于第一构造的数字微镜器件对应的成像区域的俯视图。
图24是与图20中处于第二构造的数字微镜器件对应的成像区域的俯视图。
图25是与图20中处于第三构造的数字微镜器件对应的成像区域的俯视图。
图26a是用图1中的机器产生的部件的俯视立体图。
图26b是图26a中的部件的从下方看的立体图。
图27是与图26a中的部件的第一部分的制造对应的成像区域的俯视图。
图28是与图26a中的部件的第二部分的制造对应的成像区域的俯视图。
图29是与图26a中的部件的第三部分的制造对应的成像区域的俯视图。
图30a是图26a中的部件在处于第二构造时的俯视立体图。
图30b是图30a中的部件的剖面图。
图31是在图1的机器中实现的过程中以第一构造提高精度的过程的示意图。
图32是在图1的机器中实现的过程中以第二构造提高精度的过程的示意图。
图33是成像系统，该成像系统包括在图1中的机器中实现的过程中成像材料的替代方法。
图34是图17中投影模块的可选实施例，与图33中的系统相关。
图35是图1中的机器的从下方看的立体图。
图36是描述图19中投影模块的误差校正方法的算法流程图。
图37是描绘将图1中的系统自动适应不同粉末材料的方法的算法流程图。
图38是描述用于补偿粉末沉积过程中的缺陷的误差校正方法的算法流程图。
图39是图1中的机器的构建过程的从上方看的立体图，该构建过程涉及支撑材料，以有助于在第一构造中提高系统吞吐量。
图40是图1中的机器的构建过程的从上方看的立体图，该构建过程涉及支撑材料，以有助于在第二构造中提高系统吞吐量。
图41a是图40中正在构建的零件的从上方看的立体图。
图41b是图40中正在构建的零件的从下方看的立体图。
图42是用于处理图40中正在构建的零件的自动化系统的从上方看的立体图。
图43是产生可以从图40中正在构建的零件去除的特征的方法的示意性描绘。
图44a是图41a中的零件的从上方看的立体图，该零件具有用于后处理的矢量(vectors)。
图44b是图44a中的零件的从下方看的立体图。
图45是可以用图1中的机器构建的一组零件和支撑材料的从上方看的立体图。
图46是图45中的零件和支撑材料的分解图。
图47是图45中的支撑材料的一个部分的从上方看的立体图。
图48是粉末计量系统的另一实施例的俯视立体图。
图49是图48中的系统的第一剖面图。
图50是图48中的系统的第二剖面图。
附图的详细描述
树脂注入粉末光刻(resininfusedpowderlithography)(ripl)是一种基于三个关键过程的技术：粉末沉积、粉末注入和成像。图1显示了用于基于该技术的sff的机器(400)，包括粉末沉积模块(100)、粉末注入平台(200)和成像系统，该成像系统可以由多个投影模块(300)组成。粉末沉积模块(100)诸如经由线性致动器(410，412)跨粉末注入平台(200)移动，在粉末沉积模块(100)横过平台(200)时沉积粉末。诸如通过垂直致动器(402，404，406，408)使平台(200)降低，使得随后的材料层可以被沉积以构建三维物体。从供应系统输送的可光固化材料(诸如树脂)通过注入平台(200)注入到沉积的粉末的至少一部分内，并且使用从投影模块(300)发射的光选择性地辐射可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层。这以分层方式构建了零件，其细节将在下文中详细描述。
图2-4更详细地描述了粉末沉积模块(100)。模块(100)由粉末料斗(102)组成，可以从该粉末料斗中分配粉末(116)。在一些实施例中，粉末从料斗(102)被抽吸到粉末计量歧管(106)，粉末计量歧管(106)被配置成沿着模块(100)的长度分配粉末(116)(例如，基本均匀地分散)。在一些实施例中，粉末歧管(106)在第一方向上线性延伸，并被配置成在第二方向上平移，诸如基本垂直于第一方向，以在平台(200)上分布粉末材料层。在一些实施例中，例如，由旋转致动器(104)驱动的粉末分配螺杆(110)定位成与料斗(102)和歧管(106)连通。如在图4中可以详细看到的，粉末分配螺杆(110)将粉末(116)从料斗(102)带到粉末计量歧管(106)中。
图5a和5b显示了从歧管(106)计量粉末(116)的方式。歧管(106)可以包括一个或更多个狭窄路径，这里由两个平行的平面表面(120，122)限定，其被配置成将粉末材料输送到构建平台。通常，当粉末(116)流过这种窄间隙时，形成拱形(124)和/或粉末的运动以其他方式被阻碍(例如，通过静电、范德华力或可能导致结块的其他力或其他手段)，并且流动被停止。如果流动路径的限定表面(120，122)被机械刺激(例如，横向振荡，如图5b所示)，这将破坏拱(124)并允许粉末(116)自由流动。可选地或另外地，粉末可以以其他方式被搅动，以刺激通过歧管的流动。在任何构造中，这种机械刺激提供了打开和关闭粉末流的机制。在这点上，在一些实施例中，可以可控地计量来自歧管(106)的粉末(116)。具体地，在一些实施例中，一个或更多个歧管致动器(112)可以被配置成通过搅动在一个或更多个狭窄路径中的至少一个狭窄处或其附近的粉末材料来控制来自歧管的粉末的分配，以使粉末材料流过一个或更多个狭窄路径中的相应的至少一个狭窄路径。在一些实施例中，粉末积聚传感器(114)可以用作这种搅拌的反馈源。图6显示了粉末沉积模块(100)的可选视图。歧管致动器(112)可被操作以产生前述的机械刺激(例如，横向振动)，以允许粉末(116)自由流动。
随着模块(100)沉积粉末层，在某些情况下，从歧管(106)出来的粉末可能不是均匀的层。可以提供反馈系统，用于在粉末沉积时测量粉末的积聚，并且可以控制粉末计量系统，以基于从反馈系统接收的输入来改变粉末材料的分配。在一些实施例中，整平设备用于使输送到粉末注入平台(200)的粉末材料平面化。例如，刮刀(118)可用于调节层的尺寸和平坦度。在此过程中，粉末(116)可以积聚在刀片(118)上，这种积聚可由积聚传感器(114)感测到。这种布置充当反馈机构，以由致动器(112)调节歧管(106)要经受的刺激的程度。刀片(118)上的最小堆积对于优化沉积速度和使刀片(118)上的磨损最小化来说是理想的。这种反馈机构可以基于对导电粉末的接近度的电容感测、基于接触的感测或者检测给定材料存在的任何其他已知的方法。在可选实施例中，刀片(118)通常可以由反向旋转辊或调节沉积粉末层的任何其它已知的手段来代替。
图7显示了粉末沉积模块(100)的可选实施例，其关键的区别在于对多个针状喷嘴(128)与粉末分配歧管(126)连通的利用。这将沉积多行的粉末，而不是平面沉积结构，但是可以通过刮刀(118)、反向旋转辊或本领域技术人员已知的各种其他装置中的任何一种装置来转化成均匀的粉末层。
这些实施例旨在作为代表性示例，而不限制本公开的广度。总的来说，本公开旨在包括使用任何具有细长开口的容器，该开口被构造成使得开口本身提供粉末流阀，或者开口被提供粉末流阀的物体阻塞，其中，粉末流阀是在未受干扰或未受充分刺激时阻碍粉末流的任意流动路径，并且当受到足够的机械刺激时允许粉末流，并且采用该容器横过构建表面提供了用于产生粉末层的手段。为此，第三实施例可以包括使用底部具有细长槽的粉末容器，该细长槽由筛网覆盖，其中筛网的孔的尺寸适当，以阻塞粉末流动，除非提供足够的机械刺激。该实施例是前述针系统(needlesystem)的延伸，因为它使用多个尺寸适当的孔作为粉末阀系统。
图8-11描述了提高如前所述的材料沉积的操作速度的多种手段。在此，使用前面讨论的部件的示意性表示。多个粉末沉积模块(130、142、144)可用于连续地沉积粉末层(134、136、138)，它们的沉积过程重叠，以提高整个系统的操作速度。
图8显示了顺序沉积的多个层，沉积模块(130、142、144)位于不同的高度，以适应每层的厚度。这将提高系统运行速度，但缺点是可能需要对沉积模块(130，142，144)进行水平和垂直运动控制。
虽然之前已经提到了替代的注入手段，并且将结合附加的附图进行讨论，但是图9显示了一种将树脂注入粉末的手段。喷洒模块(132，146，148)可用于向粉末基底喷射树脂液滴，有效地将树脂完全注入粉末。在这个方法中，树脂液滴可以带静电，以便于促进电润湿行为，从而加快注入过程。在一些实施例中，可通过粉末颗粒在流体介质(例如，极性溶剂)中的挥发性悬浮液来实现粉末沉积，其中,流体与用于注入粉末的树脂粘合剂不混溶，并且流体在沉积后立即蒸发(例如，在1秒或更短时间内)，留下粉末颗粒。该悬浮液可以通过挤出或喷洒方法沉积。
图10显示了使用多个沉积模块(130、142、144)的替代手段。在该实施方式中，在构建平台(140)向下移动的同时产生层，使得构建平台(140)的运动与沉积模块(130、142、144)的横向运动同步。这产生斜线层，但不需要垂直致动沉积模块(130、142、144)。在任一实施方式中，可以实现成像方法来补偿材料相对于正在制造的零件的位置。
图11显示了粉末沉积的另一种手段；静电粉末辊(150)可用于将粉末沉积到构建平台(140)上。通常，在将粉末转移到构建平台(140)之前，粉末将被静电施加到辊(150)。用粉末涂覆辊(150)可以单独完成，或者与在平台(140)上沉积粉末同步完成。静电粉末转移通常被认为是处理颗粒材料的高速、高精度方法。
当利用静电粉末转移时，使用非导电材料通常更简单，因为表面电荷是粒子操纵的主要手段。如果在该系统中利用金属粉末，有几种方法可以用来促进静电沉积。可以在沉积之前将聚合物涂层施加到金属粉末颗粒上，从而提供可以施加表面电荷的绝缘表面。这种涂层可以在后处理期间被去除。另外，粉末颗粒可以被氧化，以在表面产生氧化物层，该氧化物层是绝缘的并允许静电粉末转移。在粉末沉积发生后，可以使用还原气氛中的热处理或其他还原手段来消除该氧化物层。去除氧化物层的另一种方法是使用酸性树脂，该树脂与氧化物层反应并在注入过程中去除氧化物层。
在任何实施方式中，当粉末被沉积时，电荷可以被施加到粉末上，以促进电润湿行为，从而加速注入过程。这通常与导电粉末一起起作用，但是也可以与绝缘粉末和导电树脂一起使用。
图12-16显示了粉末注入平台。这是在其上构建三维物体的平台。在图示的构造中，平台由基座(202)、多孔工作表面(204)、流量控制致动器(206、208、210)、流量抑制器(214、216、218)和树脂输入歧管(212)组成。在粉末沉积在工作表面(204)上之后，树脂被供应到树脂输入歧管(212)。然后，树脂可以通过三个端口(220、222、224)流入基座(202)的三个区域。在一些实施例中，通过这三个端口(220、222、224)的流动由三个流量抑制器(214、216、218)控制。流量抑制器(214、216、218)的位置可以由三个流量控制致动器(206、208、210)控制。基座(202)具有支撑工作表面(204)的销特征阵列，同时基座(202)内的大部分剩余体积保持开放，允许树脂自由流动到工作表面(204)的所有区域。在这点上，销特征为工作表面(204)提供结构稳定性，而不抑制树脂通过基座(202)的分散。例如，在图12-16所示的特定实施例中，基座(202)有效地提供了三个大的开口腔，每个开口腔与三个端口(220、222、224)中的一个相关联。
这种布置起到多通道针阀系统的作用，以控制树脂流动。虽然这里显示了三个不同的流体路径，但是通常可以实现任何数量的流体路径，在任何构造中，以受控的方式向工作表面(204)供应树脂。虽然对应于三个输入端口(220、222、224)处的树脂流动的基座(202)和工作表面(204)的三个区域在很大程度上是分开的，但是基座(202)的结构通常可以被设计成允许具有独立受控的流动的区域进行混合。流动可以如在本实施方式中由具有多个调节阀的单个源控制，或者可以利用任意数量的泵送源和调节阀。另外，可以对构建区域施加真空压力，同时保持树脂源处于大气压下。这种压差可以是提供树脂流动的主要手段，而调节阀在构建过程中控制在精确区域的流动。此外，在构建区域内使用真空可以有助于粉末沉积，因为用于高精度制造的小粉末在搅动时具有自雾化的趋势。此外，树脂可以通过在工作容积外部的供给料斗依靠重力供给。(从重力供给容器的高度得出的)静态压力、真空压力和通过泵系统施加的压力可以以任何组合的方式用于在构建过程中输送树脂。
不管具体构造如何，工作表面(204)是多孔的，并且允许树脂流过工作表面(204)并进入沉积在其上的粉末层。这种树脂可以用光来固化，将粉末固定成特定的几何形状，以便构建三维物体。固化树脂和以分层方式构建物体的精确手段将在后面详细描述。通常，可以从制造装置中移除该平台系统的一部分或全部，以便促进托盘化制造(palletizedfabrication)，在托盘化制造中，一个构建过程的结果可以进行后处理，同时另一个制造过程正在进行。
在前面讨论的所有实施例中，制造过程包括粉末沉积和用可光固化树脂注入粉末的步骤。粉末和可光固化树脂的组合对这种树脂的组成有一些限制，这取决于正在使用的粉末的光学性质。一般来说，考虑到作为光学抑制器的粉末的存在，复合材料的光学渗透率将低于常规立体光刻树脂。为了改善可光固化材料的固化，在一些实施例中，可光固化材料包括至少一种树脂材料，该树脂材料包括至少一种反应性单体或低聚物，并且可光固化材料还可以包括光引发剂，该光引发剂被配置成当受到辐射刺激时聚合单体或低聚物成分。与该系统一起使用的树脂通常可以包含几种类型的单体中的任何一种，包括但不限于丙烯酸酯、聚乙烯的单体和/或低聚物、聚丙烯的单体和/或低聚物等等。与该系统一起使用的树脂可以利用光引发剂来引发自由基和/或阳离子聚合反应，但是在使用金属粉末时，光引发剂的质量浓度可能大于1％，这可以有助于补偿作为光抑制剂的粉末的存在。在一些实施例中，例如，光引发剂的质量浓度可以在大约1％和大约50％之间。在一些特定实施例中，约3％至约35％的质量浓度范围提供了有效克服粉末光学抑制的组合物，并且约5％至20％的范围提供了在最大化粉末量和改善自由基和/或阳离子聚合的引发之间的平衡。
在许多情况下，希望通过将粉末烧结成固态物体，来加工用这种方法构建的零件。在这些实例中，在树脂配方中可以包含添加剂，以帮助后处理。在使用热后处理将粉末复合材料零件烧结成固体整体部件的其它复合材料制造过程中(诸如金属注入成型(mim))，通常存在脱粘步骤，其中在零件烧结之前去除大部分粘合剂。这些脱粘过程通常涉及以下三种方法之一：催化脱粘、溶剂脱粘或热脱粘。
在催化脱粘过程中，树脂材料包括使用催化分解过程可去除的成分，并且可光固化材料通常不与催化分解过程中所使用的催化剂反应，或者特别地反应性单体或低聚物不与催化分解过程中所使用的催化剂反应。在一些实施例中，硝酸蒸汽用于去除混合粘合剂的一种成分，该混合粘合剂通常包括缩醛均聚物和烯烃。缩醛被硝酸去除，留下烯烃粘合剂，烯烃粘合剂可以在烧结过程中去除。在溶剂脱粘过程中，树脂材料包括可溶于溶剂中的成分，光固化材料不溶于该溶剂。在一些实施例中，再次使用混合粘合剂，其中一种成分可溶于特定的溶剂，这在脱粘期间去除了该成分。这种方法的常见实施方式是缩醛和聚乙二醇(peg)的混合物。peg可溶于水，并且通常在脱粘期间在热水浴中被去除。在热脱粘过程中，树脂材料包括添加的成分，该成分的第一熔点通常低于可光固化材料的第二熔点，并且该过程在高于第一熔点的温度下进行。在一些实施例中，再次利用混合粘合剂，其中一种成分通常是低熔点蜡，低熔点蜡可以在脱粘过程期间熔化。一般来说，其中两种成分具有明显不同的熔点的任何二元粘合剂系统都可以用于热脱粘系统。
在任何前述实施例中利用的过程中，可以使用类似的混合材料。例如，可以将缩醛的单体或低聚物掺入到丙烯酸酯树脂混合物中，以产生混合材料，该混合材料可以使用硝酸蒸汽从印刷部件中被部分地去除。一般来说，至少包括光引发剂、反应性光聚合物的单体和/或低聚物以及可利用催化分解过程去除的另一种成分的任何材料混合物对于使用该方法脱粘都是有效的。也可以使用对催化分解敏感的光聚合物，以及在制造系统的运行温度下为液体并且在催化分解可以发生的温度下为固体的成分。
类似地，至少由光引发剂、反应性光聚合物的单体和/或低聚物以及可溶于特定溶剂的另一种成分组成的混合材料(其中固化的光聚合物不溶于该特定溶剂)可用于产生可在溶剂脱粘过程中受到处理的成分。另外，可溶于特定溶剂的光聚合物可与在制造系统的运行温度下是液体并且在溶剂脱粘发生的温度下是固体的成分一起使用。
类似地，至少由光引发剂、反应性光聚合物的单体和/或低聚物以及其熔点低于固化光聚合物的另一种成分组成的混合材料可用于热脱粘系统中，其中制造过程在高于所添加的成分的熔点的温度下进行，并且在降低制造零件的温度以进行处理和进一步的后处理之前去除多余的材料。
图17描绘了投影模块(300)。该模块由安装在基座(304)上的显示单元(302)、准直透镜(306)、折射像素移位器(308、310)和去准直透镜(312)组成。如图18中示意性显示的，显示单元(302)投影由名义上从奇点发出的多个像素组成的图像。形成这些像素的光束被准直透镜(306)准直，使得所有光束平行。通过将折射像素移位器(308)旋转特定角度，这些平行光束可以以极高的精度移动。众所周知，穿过与周围介质相比具有更高折射率的物体的光将会横向移动的量取决于该物体的折射率、厚度和角位置；与标准反射像素移位系统相比，该系统可以容易地实现投影表面上的像素移位的纳米级精度。与以前的任何成像系统相比，该系统显然能够更大程度的实现超高精度数字化制造。在图17所示的实施例中，投影系统(300)使用两个像素移位器(308、310)，使得图像可以在投影平面内移位任意量。第一折射像素移位器(308)可绕第一旋转轴枢转，并且第二折射像素移位器(310)可绕不同于第一旋转轴的第二旋转轴枢转。在一些实施例中，第二旋转轴基本垂直于第一旋转轴。不管具体构造如何，一个或更多个辐射束通过折射像素移位器(308、310)传输，以产生指向投影表面的一个或更多个精准辐射束(exigentbeam)。去准直透镜(312)将图像聚焦到投影表面上的期望尺寸。
这种投影系统的另一种实施方式如图19所示。在该版本中，省略了准直透镜(306)和去准直透镜(312)。这具有在移动图像之前不准直图像的缺点，这将导致不均匀的移位效果。这可以在软件中通过映射像素移位效应以便确定逆向函数来补偿。该逆向函数将成像表面上任何像素的物理位置作为输入，并计算在移位效应之前由显示单元(302)产生的图像中该像素的对应位置。该函数可应用于cad数据，以便确定为了构建给定物体而必须投影和移位的所需图像。
图20-22描绘了数字微镜器件(dmd)的几种构造和实施例。dmd是显示单元(302)中的关键元件。安装在芯片(322)上的微镜(320)可以处于如图20所示的“开”状态，或者如图21所示的“关”状态。光源向dmd提供入射光束，如果微镜处于“开”状态，那么以一定角度反射以允许这些光束离开显示单元(302)，或者如果微镜处于“关”状态，那么这些光束被反射到光吸收器中。通过选择各镜子来处于“开”或“关”状态，可以投影图像。在本系统的一些实施方式中，可能希望每个像素(320)的仅中心区域(324)是反射性的，如图22所示。
图23-25显示了从属于几个前述成像系统的投影表面(328)。图23显示了使所有像素都处于“开”状态的效果。如果矩形区域(326)是期望的图像，那么只有图24所示的像素将处于“开”状态。这不能准确地表示矩形区域(326)，因此可以利用像素移位来实现更真实的表示。图25显示了执行多次曝光的效果，在每次曝光之间移动像素，以便更准确地成像矩形区域(326)。虽然这使得区域的边缘更好地限定(即，能够填充像素边缘之间的空间，以产生具有与该像素尺寸固有的精度水平相比更精确的有效分辨率的表面特征)，但是它不能完全解决拐角处的像差；这是图22中描述的dmd系统提供一些优势的一个实例。通过在dmd芯片上将微镜单元间隔得更远，并将所得图像聚焦到更小的区域，可以获得类似的优点。整体效果将会是使以通常大于小像素的宽度的距离间隔开的小像素的阵列移位，以共同使目标区域完整地成像。
图26a和26b描绘了可以使用前述系统构建的物体。它包括圆柱体(340)和突出部分(342)。如前所述，粉末将被扩散在平台上并被注入树脂，使得所有的间隙空间都被树脂占据。树脂将使用光来固化，以形成所需物体的横截面，使得所有横截面的聚集形式是所需物体。这呈现了明显的限制；由成像系统固化的任何部分限制物体的一层中的树脂注入后续层。
图27-32描述了减轻这种影响并利用这种影响来提高系统性能的手段。虽然固化固体横截面会对树脂流动造成显著限制，但是可以利用晶格结构(352)，晶格结构(352)将粉末粘合在一起并且仍然允许树脂流向后续层。图27显示了由所描述的系统正在构建的图26a中的物体的层。晶格图案(352)的第一部件被投影到构建区域(350)，以产生该层。在额外的粉末被沉积并且注入树脂之后，晶格图案(354)的第二部件被投射到构建区域(350)。这两个部件可以被投影在交替的层中，以构建晶格结构。一般来说，可以利用将粉末牢固地粘合在一起同时仍允许树脂流向后续粉末层的任何结构。
图29显示了产生正在构建的物体(340)的突出特征(342)的一种可能方法。晶格图案(356)的较密集区域可用于突出特征(342)的朝下的表面，而较低密度的晶格图案(358)用于该层的其他部分。如果较高密度部分(356)中的间隙小于颗粒直径，那么粉末将被粘合在固体层中，即使仍然存在未固化的间隙空间以便树脂流入后续层中。该密度较大的区域(356)提供了比密度较低的区域(358)更具限制性的流动限制，其可以如下所述进行管理。
图30a和30b显示了一种补偿由朝下的表面呈现的流动限制的方法。表层(360)可以构建在表面(342)下面，以便将树脂流引导到表面(342)中。根据注入平台(200)的构造，通过该表层(360)的流的压力可以与通过物体(340)本身的流的压力无关地受到控制。因此，可以通过压差控制，使流速均衡。
通过这种技术产生的零件可以通过热处理、化学处理或机械处理来去除树脂粘合剂并将粉末材料凝结成固体。实现这一效果最常见的技术是烧结。在许多实例中，用金属或陶瓷粉末和固体聚合物粘合剂产生烧结物体，并且烧结物体受到化学或热处理，以去除大部分粘合剂。这产生了多孔粘合剂结构，使得剩余的粘合剂可以在烧结期间被均匀地去除。借助于在构建过程期间创建多孔物体，这种化学或热处理过程可以被加速或消除，从而提高整体处理速度。
通过固化如图30a和30b所示的流控制结构来限定不同流动路径的方法可以通过在构建平台中的不同注入区向不同区域提供多种树脂材料来进一步外推。在某些情况下，这种技术可用于在正在构建的物体的边界处产生氧化的金属颗粒，同时使物体内的颗粒具有最小的氧化，以促进后处理期间的烧结。在用于将未氧化的金属颗粒烧结在一起的温度下，氧化的金属颗粒不会彼此烧结，并且因此，氧化可以用作分离材料区域的手段，该材料区域在烧结过程中将内部结合，但不会跨越由氧化的颗粒限定的边界结合。这可以用于在单一构造过程中制造具有独立地移动的零件的完整组件，或者可以用于产生可去除的支撑材料，该支撑材料将有助于在烧结过程期间稳定零件。
图31和32进一步示出了这一过程的优点。在许多sff过程中，精度在很大程度上受限于制造中所使用的材料层厚度。如在图31可见的，如果材料在完全注入粉末层之前固化，原则上可以实现分数层(fractionallayer)。部分注入的树脂(374)可以被固化，以粘合粉末(372)。类似地，可以调整固化参数，来限制固化深度，如图32所示。可以产生仅部分渗入粉末层(372)的固体化区域(376)，在下面留下未固化的树脂(378)。因此，可以实现与给定层不完全对齐的朝上的和朝下的表面。这种方法也可用于提高轮廓表面的质量，以及零件的总体精度。
在本系统的先前描述的实施方式中，投影模块(300)的阵列用于共同对构建区域完全地成像。前述像素移位系统的优点之一是它在保持由给定模块成像的区域的尺寸的同时，对系统分辨率具有倍增效应。这对于微米级和纳米级图像分辨率非常有用、但成像的物体是中尺度或大尺度的系统尤其重要。在具有这些要求的系统中，可能难以将投影图像聚焦到具有足够小到产生期望分辨率的像素的尺寸，并且即使这是可能的，得到的图像也将比显示单元的物理尺寸小得多。这使得能够有效成像整个构建区域的成像阵列变得困难或不可能。为了优化速度，能够对整个构建区域进行成像可能是合乎需要的。
替代系统由显示单元的线性阵列组成，该线性阵列在垂直于阵列排列的方向上横过构建区域。图33显示了一个这样的阵列。通过以投影单元(302)的法线向量的偏离角度投影图像(380、382、384、386)，阵列克服了必须使显示单元大于投影图像的问题。阵列沿着构建区域在指定方向(388)上移动，以便顺序地对整个构建区域成像。一般来说，假设注入速度足够高以跟上该过程，则该操作可以在粉末沉积之后完成。因此，在一些实施方式中，随着粉末沉积模块和成像阵列一起横过平台，粉末沉积、注入和成像可以快速顺序发生。
在这个实例中，显示单元的聚焦分辨率是正在构建的物体的有效分辨率。图34描绘了投影模块(300)的可选实施例，其增加了利用模块的线性阵列横过平台的方法的精度。在这个实例中，以相对于图像投影到的表面不同的角度布置多个静态折射元件(390)。这些静态折射元件(390)用于将图像分割成相对于彼此稍微偏移的部分。这增加了系统的有效分辨率。可以使用任意数量的折射元件，以便获得期望的分辨率。
图35显示了本发明的可选视图。如前所述，在该系统中实现的制造方法涉及沉积粉末、用树脂注入粉末以及将树脂固化成特定图案的过程。虽然在某种程度上注入是自动的，通过毛细管作用驱动，但是流控制也可以与如前所述的各种泵送系统中的任何一种一起使用。在这种情况下，用反馈来控制泵送系统是有用的。摄像机(392)可用于视觉反馈，以监测注入过程并控制树脂供应系统。同样的硬件也可以用于故障检测和各种各样的系统自动化应用中的任何一种，包括但不限于通过结构光或激光扫描系统测量层的形貌，以及投影模块的校准和同步。
如前所述，可以利用投影模块(300)的多种实施方式。在许多这样的实施方式中，实现了折射像素移位。在某些实例中，像素移位的程度是非均匀的或非线性的。在这些情况下，可能需要软件校准和补偿来实现最佳精度。图36描述了使用如前所述的视觉反馈系统来补偿这些像差中的任何像差的方法。首先，视觉反馈系统可以被用于使用折射移位系统在所有可能的移位位置映射出所有投影模块的所有像素的位置。在像素过度重叠的地方，然后可以确定灰度值，以使成像区域中所有位置的光强度均匀化。根据该映射，可以计算逆向像素移位函数，或者简单地将逆向像素移位函数实现为反向查找表。然后，该逆向函数可以应用于cad数据，以确定成像参数，从而产生期望的物体。
这种制造系统可推广到各种粉末材料。视觉系统检测树脂注入特定的粉末材料层的程度的能力可能随着所关注的粉末的光学性质而有所不同。图37显示了一种补偿这种行为的方法。视觉反馈系统通常可以感测宽光谱的波长，并且提供产生一个或更多个这样的波长的一个或更多个照明源可能是有利的，该波长不会在树脂中引发作为注入的指示符的化学反应。对于新的粉末材料，可以通过在注入过程期间将粉末曝光于各种潜在的指示符波长中的每一种波长，来确定最佳的指示符波长。通过测量在注入期间反射率和吸光度的变化，可以选择行为发生最大变化的波长，以便使信噪比最大化。
虽然许多先前描述的粉末沉积系统能够以高度的可靠性产生高度均匀的粉末层，但是在一些实施方式中，可能有利的是允许粉末层在其均匀性上偏离，并且通过在产生粉末层时测量层来补偿，并且调整成像数据来进行补偿。这可以允许在没有刮刀(118)或用于平面化粉末层的其他物体的情况下发生粉末沉积，这可以提高沉积速度。图38描述了实现这一点的一种方法。在制造物体之前，它可以被分成三维像素(也称为“体素(voxel)”)，并且可以分析每个体素到部件的期望边界(例如，朝上或朝下的表面)的接近度。一般来说，粉末沉积中的像差是无关紧要的，除非它们发生在朝上的表面或朝下的表面附近。例如，如果层的一部分具有太多的材料(其中该部分的标称高度处于朝上的表面的位置)，则多余的材料将产生高于标称位置的表面。为了避免这种情况，可以使用评估实际层的形貌并且补偿像差的快速手段。
当分析体素到朝上和朝下的表面的接近度时，在到这些表面之一的阈值距离内的任何体素都可以被分配与该体素和所关注的表面之间的实际距离相对应的值。通常，体素可以不被赋值，被赋一个值(如果接近一个表面)或被赋两个值(如果接近两个表面，在薄水平特征的情况下)。随着粉末层的产生，可以扫描每一层以评估其形貌，并测量粉末高度与标称高度的偏差。当层被成像时，基于所关注的层中所包括的体素来生成像素阵列。可以将层偏差测量值放置在对应于正在制造的层中的体素的位置的表格中。在对层进行成像之前，如果粉末表面中的测量偏差超过了对应于其原始体素的距离测量值，则可以消除层图像中的像素。可选地，像素阵列可以用元数据进行修改，以在前述的制造分数层的方法中得到使用。以这种方式，粉末沉积过程中的像差不会影响整体制造精度。结果，对层偏差的这种校正可以使与期望结构(例如，由cad模型定义的结构)的偏差最小化。
为了在大规模生产中利用数字化制造，需要高吞吐量。在许多情况下，这需要印刷成批的零件，以便使生产效率最大化。图39显示了这种情况的一个示例。零件(232)的阵列印刷在平台基座(202)顶部的工作表面(204)上。在该图中，过量的未固化树脂和未粘合的粉末已大部分被去除。这可以通过各种清洗系统中的任何一种来实现，该清洗系统涉及喷洒装置和能够溶解未固化树脂的溶剂。支撑材料(230)已被制造成在粉末沉积期间抵抗施加在零件(232)上的任何剪切力。取决于粉末沉积的方法，可能需要或可能不需要该支撑材料(230)，但是在任何情况下都不需要该支撑材料连接到零件(232)。这种非接触支撑材料(230)通过其到零件(232)的接近来固定零件(232)，但是在后处理期间不会干扰零件的处理。
虽然从一批零件的顶部和周围去除多余的材料通常是微不足道的，但是处理这些零件需要额外的自动化系统。虽然先前显示的零件(232)具有平坦表面，便于通过真空夹具或机械夹具系统进行处理，但并非所有零件都具有便于自动处理的特征。图40显示了一批具有不平坦上表面的零件(234)，这些零件不容易被标准真空夹具处理。相反，为这些部件增加了额外的特征，以便于操纵。
图41a和41b更详细地显示了具有操纵特征(236)的零件(234)。这些操纵特征(236)提供平坦的表面，该表面可以由如图42所示的真空夹具(252)或者由拾取和放置系统(250)驱动的任何其他夹具接合。后处理零件的关键操作包括去除多余的材料、去除操纵特征以及放置在托盘上进行烧结，其中零件由金属或陶瓷粉末组成，并且期望的最终产品是固体金属或陶瓷零件。自动化这些操作有显著的价值，因为这些操作通常是非常劳动密集型的。
虽然操纵特征(236)对于自动化零件操纵是有利的，但是操纵特征(236)必须在烧结之前被移除，否则它们将需要用于去除的二次加工过程，这将使得整个生产过程效率较低。图43显示了一种便于容易地去除操纵特征(236)的方法。存在于零件(234)和操纵特征(236)之间的边界处的粉末(264)可以被粘合，使得其切向地固定到零件(260)上的材料，并且也切向地固定到操纵特征(266)上的材料。因此，操纵特征(236)名义上连接到零件(234)以帮助自动处理，然而没有连续区域的固化聚合物粘合剂连接它们。这使得操纵特征(236)能够在烧结之前被剪切掉，而不会损坏零件(234)。
所关注的零件(234)具有多个螺纹孔(238、240、242)，这通常会使零件(234)难以或不可能成型，并产生额外的空间，材料可能被截留在该空间中，并且在任何额外的后处理之前必须从该空间去除材料。如前面讨论的情况，其中金属或陶瓷粉末在构建过程期间粘合在一起，目的是被烧结以形成不含聚合物的固体金属或陶瓷零件，在烧结之前必须去除多余的材料，否则它将粘合到零件(234)上，并且将损害整个生产过程的准确性。图44a和44b显示了标识封闭区域入口点的矢量。这些矢量可以用作基于喷嘴的清洗系统的清洗矢量，以去除多余的材料。一般来说，识别清洗矢量的方法可用于处理使用前述系统制造的零件，清洗矢量是固体零件中受限体积的入口的质心的法向矢量，使用这些清洗矢量来确定零件相对于喷嘴清洗系统的方位，并以一系列方位将该零件暴露于清洗系统，以确保彻底去除所有多余的材料。
图45-47描绘了后处理印刷零件的另一种手段。支撑材料(270、272)可以与零件(234)一起构建，使得零件(234)被包含在支撑材料(270、272)内，但是支撑材料允许材料在二次清洗操作期间流出零件(234)。在这个实例中，零件(234)可保持在支撑材料(270、272)内，同时整个组件暴露于溶剂清洗过程，可能涉及声波或其他机械搅拌，同时改变组件方位以允许材料流出任何受限空间。这将以前的单个单元清洗过程转化为批处理过程，这对于大规模生产可能更有效。
图48-50描绘了粉末分配机构的可选实施例。粉末沉积模块(500)包括料斗(502)、辊致动器(504)、辊(506)、粉末剪切构件(510)、粉末剪切致动器(508)和筛网(512)。如前所述，虽然这里采用辊(506)来调节沉积粉末层，但是也可以实现刀片或其他手段。在这种沉积方法中，通常不允许粉末通过由多个孔组成的网(512)，这些孔的尺寸相对于所使用的粉末来说是适当的，以便创建前述的拱形行为。在这个实例中，不是使用振动来搅动拱形粉末，而是由剪切致动器(508)驱动的剪切构件(510)施加剪切力来破坏拱形并允许粉末流过筛网(512)。在该特定实施例中，使用两个辊(506)，使得当模块(500)沿向前或向后的方向横过构建区域时，粉末可以沉积。
在不脱离本主题的精神和基本特征的情况下，本主题可以以其他形式体现。因此，所描述的实施例将在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管已经根据某些优选实施例描述了本主题，但是对本领域普通技术人员显而易见的其他实施例也在本主题的范围内。
1.一种用于产生高分辨率图像的装置，包括：
显示单元，所述显示单元被配置用于将包括一个或更多个辐射束的图像投影到表面上；
至少一个折射元件，所述至少一个折射元件包括位于所述显示单元和所述表面之间的透明材料，其中所述至少一个折射元件被配置成将所述一个或更多个辐射束作为一个或更多个精准辐射束透射，并且其中所述至少一个折射元件能够旋转，以相对于所述表面移动所述图像的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示单元包括数字微镜器件。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示单元包括多个像素，所述多个像素以大于所述像素的宽度的距离彼此隔开。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个折射元件包括：
第一折射像素移位器，所述第一折射像素移位器能够围绕第一旋转轴枢转；和
第二折射像素移位器，所述第二折射像素移位器能够围绕不同于所述第一旋转轴的第二旋转轴枢转。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二旋转轴基本上垂直于所述第一旋转轴。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个折射元件包括相对于所述表面以不同角度布置的多个静态折射元件。
7.根据权利要求1所述的装置，包括位于所述显示单元和所述至少一个折射元件之间的准直光学器件，其中，所述准直光学器件被配置用于准直所述辐射束。
8.根据权利要求1或权利要求7中任一项所述的装置，包括投影光学器件，所述投影光学器件被配置成聚焦来自所述至少一个折射元件的精准辐射束，以调节所述表面上的所述图像的尺寸。
9.一种用于产生高分辨率图像的方法，所述方法包括：
从显示单元向表面投影图像，所述图像包括一个或更多个辐射束；
将至少一个折射元件定位在所述显示单元和所述表面之间；
通过所述至少一个折射元件透射所述一个或更多个辐射束，以产生指向所述表面的一个或更多个精准辐射束；和
改变所述至少一个折射元件的旋转位置，以调节所述图像相对于所述表面的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述显示单元包括数字微镜器件，并且其中投影图像包括将所述数字微镜器件的一个或更多个像素定位在“开”状态。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，改变所述至少一个折射元件的旋转位置包括旋转所述至少一个折射元件，以相对于所述表面移动所述图像的位置。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，定位所述至少一个折射元件包括：
将第一折射像素移位器定位在所述显示单元和所述表面之间，其中，所述第一折射像素移位器围绕第一旋转轴枢转到期望位置；和
将第二折射像素移位器定位在所述第一折射像素移位器和所述表面之间，其中，所述第二折射像素移位器围绕不同于所述第一旋转轴的第二旋转轴枢转到期望位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二旋转轴基本上垂直于所述第一旋转轴。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，定位所述至少一个折射元件包括在所述显示单元和所述表面之间定位多个静态折射元件；并且
其中，改变所述至少一个折射元件的旋转位置包括以相对于所述表面不同的角度布置所述多个静态折射元件。
15.根据权利要求9所述的方法，包括在通过所述至少一个折射元件透射所述一个或更多个辐射束之前，准直所述一个或更多个辐射束。
16.根据权利要求9所述的方法，包括聚焦来自所述至少一个折射元件的精准辐射束，以调节所述表面上所述图像的尺寸。
17.一种用于制造三维物体的装置，包括：
构建平台；
粉末转移设备，所述粉末转移设备被配置成将粉末材料输送到所述构建平台，所述粉末转移设备包括：
粉末料斗；和
粉末计量系统，所述粉末计量系统与所述粉末料斗连通，并被配置成选择性地将来自所述粉末料斗的粉末材料分配到所述构建平台；
可光固化材料供应系统，所述可光固化材料供应系统被配置成将至少一种可光固化材料输送到沉积的粉末材料的至少一部分内；和
成像设备，所述成像设备被配置成选择性地辐射所述可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述粉末计量系统包括：
粉末歧管，所述粉末歧管被配置成接收来自所述粉末料斗的粉末，所述粉末歧管具有一个或更多个狭窄路径，所述一个或更多个狭窄路径被配置成将所述粉末材料输送到所述构建平台；和
一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器被配置成选择性地通过一个或更多个窄路径供给所述粉末材料。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述一个或更多个致动器被配置成搅动在所述一个或更多个狭窄路径中的至少一个狭窄路径处或其附近的粉末材料，以使所述粉末材料流过所述一个或更多个狭窄路径中的相应的至少一个狭窄路径。
20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述粉末歧管在第一方向上线性延伸，并且被配置成在基本垂直于所述第一方向的第二方向上平移，以在所述构建平台上分配所述粉末材料的层。
21.根据权利要求17所述的装置，其中，所述粉末计量系统包括反馈系统，所述反馈系统被配置用于在粉末沉积时测量粉末的累积，其中，所述粉末计量系统被控制以基于从所述反馈系统接收的输入来改变所述粉末材料的分布。
22.根据权利要求17所述的装置，包括整平设备，所述整平设备被构造用于当所述粉末材料沉积在所述构建平台上时使所述粉末材料平面化。
23.一种用于将粉末材料输送到粉末复合材料制造机的构建平台的方法，所述方法包括：
选择性地将来自粉末料斗的粉末材料分配到所述构建平台；和
使用与所述粉末料斗连通的粉末计量系统来控制所述粉末材料的输送。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，使用粉末计量系统控制所述粉末材料的输送包括：
将来自所述粉末料斗的所述粉末材料输送到粉末歧管，所述粉末歧管具有一个或更多个狭窄路径，所述一个或更多个狭窄路径被配置成将所述粉末材料输送到所述构建平台；和
操作一个或更多个致动器，以选择性地通过所述一个或更多个狭窄路径供给所述粉末材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，操作一个或更多个致动器包括搅动在所述一个或更多个狭窄路径中的至少一个狭窄路径处或其附近的粉末材料，以使所述粉末材料流过所述一个或更多个狭窄路径中的相应的至少一个狭窄路径。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述粉末歧管在第一方向上线性延伸；并且
其中，在操作所述一个或更多个致动器的同时，所述粉末歧管在基本垂直于所述第一方向的第二方向上平移，以在所述构建平台上分配所述粉末材料的层。
27.根据权利要求23所述的方法，其中，使用粉末计量系统控制所述粉末材料的输送包括施加静电荷来移动粉末，以产生所述层。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述粉末材料包括金属材料，所述金属材料被处理以产生用于促进静电处理的氧化物层。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述粉末材料涂覆有聚合物膜，以促进静电处理。
30.根据权利要求23所述的方法，其中，选择性地分配来自粉末料斗的粉末材料包括在流体悬浮液中输送所述粉末材料。
31.根据权利要求23所述的方法，包括：
测量粉末沉积时粉末的累积；和
基于所述测量的累积，改变对所述粉末材料的输送。
32.根据权利要求23所述的方法，包括当所述粉末材料沉积在所述构建平台上时，将所述粉末材料平面化。
33.一种用于粉末复合材料制造的方法，所述方法包括：
将粉末材料输送到构建平台；
将可光固化材料注入所述粉末材料；和
选择性地激活成像设备，以辐射所述可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层；
其中，所述可光固化材料包含至少一种树脂材料以及光引发剂，所述至少一种树脂材料至少包括反应性单体或低聚物，所述光引发剂被配置用于当受到辐射刺激时聚合所述单体或低聚物成分。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述光引发剂的质量浓度大于所述光固化材料的1％。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少一种树脂材料包括使用催化分解过程能够去除的成分；并且
其中，所述反应性单体或低聚物与在所述催化分解过程中使用的催化剂不反应。
36.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少一种树脂材料包括使用催化分解过程能够去除的成分；并且
其中，所述可光固化材料与在所述催化分解过程中使用的催化剂不反应。
37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少一种树脂材料包括能够溶于溶剂的成分，所述可光固化材料不溶于所述溶剂。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少一种树脂材料包括添加的成分，所述添加的成分具有第一熔点，所述第一熔点低于所述可光固化材料的第二熔点；并且
其中，所述方法在高于所述第一熔点的温度下进行。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述可光固化材料被配置成在催化分解过程中分解；并且
其中，所述添加的成分与在催化分解过程中使用的催化剂不反应。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述可光固化材料能够溶解于溶剂中，所述添加的成分不溶于所述溶剂。
41.一种用于制造三维物体的装置，包括：
粉末转移设备，所述粉末转移设备被配置成将粉末材料输送到构建平台；
可光固化材料供应系统，所述可光固化材料供应系统与所述构建平台连通，并被配置成将至少一种可光固化材料输送到沉积的粉末材料的至少一部分内；
成像设备，所述成像设备被配置成选择性地辐射所述可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层；以及
视觉反馈系统，所述视觉反馈系统被配置为监测所述至少一种可光固化材料到所述沉积的粉末材料内的输送。
42.根据权利要求41所述的装置，其中，所述视觉反馈系统被校准到对应于用于给定粉末材料的注入的波长。
43.一种用于制造三维物体的方法，所述方法包括：
将粉末材料输送到构建平台；
将至少一种可光固化材料注入到沉积的粉末材料的至少一部分内；
选择性地激活成像设备，以辐射所述可光固化材料，以至少部分地固化粉末复合材料部件的层；
监测所述至少一种可光固化材料到所述沉积的粉末材料内的注入；以及
响应于所述监测，控制所述粉末材料的注入或选择性激活所述成像设备中的一个或更多个。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，监测所述粉末材料的注入包括定位用于视觉监测所述注入的一个或更多个摄像机。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，监测所述注入被校准到对应于用于给定粉末材料的注入的波长。
46.根据权利要求43所述的方法，包括测量沉积的粉末材料与所述粉末复合材料部件的期望边界的接近度；并且
其中，选择性地激活所述成像设备包括调节所述可光固化材料的哪一部分被辐射，以实现所述粉末复合材料部件的期望形状。
47.一种制造三维物体的方法，包括：
将粉末材料输送到构建平台；
将至少一种可光固化材料注入到沉积的粉末材料的一部分内；以及
在将所述可光固化材料注入到所述沉积的粉末材料中时，至少部分地固化所述可光固化材料的一部分，以粘合材料的分数层。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，至少部分地固化所述可光固化材料的一部分包括调节一个或更多个固化参数，以限制所述可光固化材料的所述一部分被固化的深度。
技术总结