旋转式增材制造系统和方法与流程

本公开总体上涉及增材制造，并且更具体地，涉及旋转式增材制造系统和方法。

背景技术：

1、三维(3-d)打印，也被称为增材制造(am)，最近为更有效地建造诸如汽车、飞机、船只、摩托车、公共汽车、火车等复杂的运输结构提供了新的机会。am技术能够用各种各样的材料制作复杂的部件。将am工艺应用于生产这些产品的行业已被证明可以产生结构上更高效的运输结构。例如，使用3d打印部件生产的汽车可以变得更坚固、更轻，从而更省油。此外，am使制造商能够3d打印比经由传统机械加工和铸造技术制造的部件更复杂以及配备有更先进功能的部件。可以使用基于对象的数字模型数据的材料层来形成3d对象。3d打印机可以通过一次打印一层结构来形成由数字模型数据定义的结构。

2、3d打印机可以在操作表面上沉积粉末层(例如，粉末金属)。3d打印机然后可以将粉末层的特定区域固结成对象的层，例如通过使用激光将粉末层中的粉末熔化或烧结在一起。可以重复这些步骤以顺序地形成每一层。因此，可以逐层构建3d打印对象。

3、3d打印是非特定设计的，它提供了传统制造工艺无法提供的几何和设计灵活性。此外，3d打印技术可以生产具有小特征尺寸和几何形状的零件，其是使用传统制造工艺生产非常困难或不可能的。

4、然而，am工艺可能很耗时。打印一层和为下一层沉积粉末材料之间的时间会降低am系统的总吞吐量。

技术实现思路

1、下文将参照三维打印技术更全面地描述用于增材制造系统和架构的装置的几个方面。

2、根据本公开的一个方面的装置包括：构建底板，沉积器系统，其被配置为在构建底板上沉积粉末层，电机系统，其被配置为引起沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中，沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，容器壁，其被配置为在构建底板上容纳粉末，能量束源，其被配置为在粉末层的活动区域(即扫描区域)中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末以形成构建件的一部分，以及气流系统，其被配置为在能量束选择性地融合活动区域中的粉末层的一部分的同时提供穿过活动区域的气流。

3、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统来引起旋转运动，容器壁被配置为在旋转运动期间保持静止，气流系统提取由粉末的融合产生的气体，盖被配置为覆盖粉末除了活动区域之外的第二区域，盖包括加热器，该加热器被配置为加热盖下的粉末，并且盖包括传感器，该传感器被配置为感测盖下的粉末的特性。

4、这种装置还可以可选地包括一个或多个以下特征：气流系统包括布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，该气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，气体入口被配置为提供气流，气流系统包括布置在旋转运动的旋转轴线处的气体提取器，气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置在容器壁的一部分处的气体入口，该气体入口被配置为提供气流，并且气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口。

5、这种装置还可以可选地包括一个或多个以下特征：能量束源包括一个或多个能量束发生器，能量束源被配置为在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，并且气流系统被配置为在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，气流系统包括漏斗型气体歧管，气流系统还被配置为旋转气流的方向，气流系统包括多个气体入口和多个气体提取器，并且气流系统通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，被选择性融合的沉积粉末的层厚度在构建件的构建期间变化，旋转运动的速度基于几何特征密度而变化，并且沉积器系统包括多个沉积器，并且沉积器系统被配置为同时沉积多个粉末层。

6、根据本公开的一个方面的装置包括构建底板，沉积器系统，其被配置为在构建底板上沉积粉末层，电机系统，其被配置为引起沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，容器壁，其被配置为在构建底板上容纳粉末，以及能量束源，其被配置为在粉末层的活动区域中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末，以形成构建件的一部分，其中，电机系统还被配置为基于包括构建件的构建的信息来改变旋转运动的速度。在各种实施例中，构建的信息可以包括几何特征密度。

7、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：电机系统被配置为当几何特征密度较低时通过增加速度和当几何特征密度较高时通过增加转速来改变速度，电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统来引起旋转运动，容器壁被配置成在旋转运动期间保持静止，气流系统提取由粉末的融合产生的气体，盖被配置为覆盖粉末的除了活动区域之外的第二区域，盖包括加热器，加热器被配置为加热盖下的粉末，并且盖包括传感器，传感器被配置为感测盖下的粉末的特性。

8、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：气流系统包括布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，该气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，该气体入口被配置为提供气流，气流系统包括布置在旋转运动的旋转轴处的气体提取器，气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置在容器壁的一部分处的气体入口，该气体入口被配置为提供气流，并且气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口。

9、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：能量束源包括一个或多个能量束发生器，能量束源被配置为在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，并且气流系统被配置为在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，气流系统包括漏斗型气体歧管，气流系统还被配置为旋转气流的方向，气流系统包括多个气体入口和多个气体提取器，并且气流系统通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，被选择性融合的沉积粉末的层厚度在构建件的构建期间变化，旋转运动的速度基于几何特征密度而变化，并且沉积器系统包括多个沉积器，并且沉积器系统被配置为同时沉积多个粉末层。

10、根据本公开的一个方面的装置包括构建底板，沉积器系统，其被配置为将粉末沉积到构建底板上，电机系统，其被配置为引起在沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中，沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，容器壁，其被配置为在构建底板上容纳粉末，以及能量束源，其被配置为在粉末层的活动区域中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末，以形成构建件的一部分，其中，被选择性融合的沉积粉末的层厚度在构建件的构建期间变化。

11、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：沉积器系统包括多个沉积器，活动区域包括多个活动区域，每个活动区域布置在多个沉积器中的不同沉积器之后，多个沉积器中的第一沉积器被布置为相对于旋转运动与第二沉积器相隔180度，其中，第一沉积器与布置在第一沉积器之后的多个活动区域中的第一活动区域相关联，并且第二沉积器与布置在第二沉积器之后的多个活动区域中的第二活动区域相关联，通过能量束源在第一活动区域和第二活动区域中融合粉末层的一些部分并且仅在第一活动区域或第二活动区域中融合粉末层的其他部分来改变被选择性融合的沉积粉末的层厚度，能量束源被配置为通过在第一活动区域和第二活动区域中融合来融合构建件边缘附近的构建件的一部分，并且被配置为仅在第一活动区域或第二活动区域中融合构建件的内部主体(interior bulk)中的构建件的一部分，能量束源还被配置为在多个活动区域中同时施加多个能量束。

12、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：沉积器系统包括多个沉积器，能量束源包括多个能量束，并且活动区域包括多个活动区域，多个沉积器中的第一沉积器沉积第一厚度的粉末，并且多个沉积器中的第二沉积器沉积第二厚度的粉末。多个能量束中的第一能量束在多个活动区域中的第一活动区域中融合第一厚度的粉末，多个能量束中的第二能量束在多个活动区域中的第二活动区域中融合第二厚度的粉末，以及多个能量束中的第一能量束在多个活动区域中的第一活动区域中融合第一厚度的粉末和第二厚度的粉末。

13、这种装置还可选地包括一个或多个以下特征：电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统来引起旋转运动，容器壁被配置为在旋转运动期间保持静止，气流系统提取由粉末的融合产生的气体，盖被配置为覆盖粉末除了活动区域之外的第二区域，盖包括加热器，该加热器被配置为加热盖下的粉末，并且盖包括传感器，该传感器被配置为感测盖下的粉末的特性。

14、这种装置还可以可选地包括一个或多个以下特征：气流系统包括布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，气体入口被配置为提供气流，气流系统包括布置在旋转运动的旋转轴线处的气体提取器，气体提取器被配置为提取气流，气流系统还包括布置在容器壁的一部分处的气体入口，该气体入口被配置为提供气流，并且气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口。

15、这种装置还可以可选地包括一个或多个以下特征：能量束源包括一个或多个能量束发生器，能量束源被配置为在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，并且气流系统被配置为在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，气流系统包括漏斗型气体歧管，气流系统还被配置为旋转气流的方向，气流系统包括多个气体入口和多个气体提取器，并且气流系统通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，被选择性融合的沉积粉末的层厚度在构建件的构建期间变化，旋转运动的速度基于几何特征密度而变化。

16、根据本公开的一个方面的方法包括，控制沉积器系统将粉末层沉积到构建底板上，控制电机系统以引起在沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中，沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，并且容器壁在构建底板上容纳粉末，控制能量束源以在粉末层的活动区域中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末，以形成构建件的一部分，以及控制气流系统以在能量束选择性地融合活动区域中的粉末层的一部分的同时提供穿过活动区域的气流。

17、这种方法还可以可选地包括一个或多个以下特征：控制电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，控制电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统来引起旋转运动，容器壁被配置为在旋转运动期间保持静止，控制气流系统提取由粉末的融合产生的气体，用盖覆盖粉末除了活动区域之外的第二区域，控制加热器，该加热器被配置为加热盖下的粉末，其中，加热器被布置在盖中，控制传感器以感测盖下的粉末的特性，其中，传感器被布置在盖中，控制气流系统包括控制布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，该气体提取器被控制以提取气流，控制气流系统还包括控制布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，该气体入口被控制以提供气流，控制气流系统包括控制布置在旋转运动的旋转轴线处的气体提取器，该气体提取器被控制以提取气流，控制气流系统还包括控制布置在容器壁的一部分处的气体入口，该气体入口被控制以提供气流，气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口，能量束源包括一个或多个能量束发生器，控制能量束源包括在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，并且控制气流系统包括在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，气流系统包括漏斗型气体歧管，控制气流系统包括旋转气流的方向，气流系统包括多个气体入口和多个气体提取器，并且控制气流系统包括通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，在构建件的构建期间改变被选择性融合的沉积粉末的层厚度，获得几何特征密度的信息，其中，控制电机系统包括基于几何特征密度改变旋转运动的速度，沉积器系统包括多个沉积器，并且控制沉积器系统包括同时沉积多个粉末层。

18、根据本公开的一个方面的方法包括，获得包括构建件的构建的信息，控制沉积器系统以将粉末层沉积到构建底板上，控制电机系统以引起在沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中，沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，并且容器壁在构建底板上容纳粉末，其中，控制电机系统还包括在构建件的构建期间基于构建的信息来改变旋转运动的速度，以及控制能量束源以在粉末层的活动区域中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末，以形成构建件的一部分。

19、这种方法还可以可选地包括一个或多个以下特征：构建的信息包括几何特征密度，并且控制电机系统包括基于几何特征密度改变速度，控制电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，控制电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统而引起旋转运动，容器壁被配置为在旋转运动期间保持静止，控制气流系统以提取由粉末的融合产生的气体，用盖覆盖粉末的除了所述活动区域之外的第二区域，控制加热器以加热盖下的粉末，其中，加热器被布置在盖中，控制传感器以感测盖下的粉末的特性，其中，传感器被布置在盖中，控制气流系统包括布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，该气体提取器被控制以提取气流，气流系统还包括布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，控制气流系统还包括控制气体入口以提供气流，控制气流系统包括布置在旋转运动的旋转轴线处的气体提取器，其中，气体提取器被控制以提取气流，气流系统还包括布置在容器壁的一部分处的气体入口，控制气流系统还包括控制气体入口以提供气流，气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口，能量束源包括一个或多个能量束发生器，控制能量束源包括在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，该方法还包括控制气流系统以在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，气流系统包括漏斗型气体歧管，控制气流系统以旋转气流穿过活动区域的方向，控制气流系统包括控制多个气体入口和多个气体提取器，使得气流系统通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，在构建件的构建期间改变被选择性融合的沉积粉末的层厚度，构建的信息包括几何特征密度，并且改变旋转运动的速度包括当几何特征密度低时增加速度，并且当几何特征密度高时降低速度，沉积器系统包括多个沉积器，并且控制沉积器系统包括同时沉积多个粉末层。

20、根据本公开的一个方面的方法包括，控制沉积器系统以将粉末层沉积到构建底板上，控制电机系统以引起在沉积器系统和构建底板之间的旋转运动，其中，沉积器系统在旋转运动期间沉积粉末层，并且容器壁在构建底板上容纳粉末，控制能量束源以在粉末层的活动区域中施加能量束，以选择性地融合活动区域中的一部分粉末以形成构建件的一部分，并且在构建件的构建期间改变被选择性融合的沉积粉末的层厚度。

21、这种方法还可以可选地包括一个或多个以下特征：沉积器系统包括多个沉积器，其中，控制沉积器系统包括控制多个沉积器同时沉积粉末层，活动区域包括多个活动区域，每个活动区域被布置在多个沉积器中的不同沉积器之后，多个沉积器中的第一沉积器被布置为相对于旋转运动与第二沉积器相隔180度，其中，第一沉积器与布置在第一沉积器之后的多个活动区域中的第一活动区域相关联，并且第二沉积器与布置在第二沉积器之后的多个活动区域中的第二活动区域相关联，改变被选择性融合的沉积粉末的层厚度包括控制能量束源以在第一活动区域和第二活动区域中融合粉末层的一些部分，并且仅在第一活动区域或第二活动区域中融合粉末层的其他部分，控制能量束源包括通过在第一活动区域和第二活动区域中融合来融合构建件边缘附近的构建片的一部分，并且仅在第一活动区域或第二活动区域中融合构建件的内部主体中的构建件的一部分，控制能量束源还包括在多个活动区域中同时施加多个能量束，控制电机系统至少部分地通过旋转构建底板引起旋转运动，沉积器系统被配置为在旋转运动期间保持静止，控制电机系统至少部分地通过在构建底板上以弧形移动沉积器系统来引起旋转运动，容器壁被配置为在旋转运动期间保持静止，控制气流系统以提供穿过活动区域的气流，气流系统提取由粉末的融合产生的气体，用盖覆盖粉末的除了活动区域之外的第二区域，控制加热器以加热盖下的粉末，其中，加热器被布置在盖中，控制传感器以感测盖下的粉末的特性，其中，传感器被布置在盖中，控制气流系统包括布置为邻近活动区域的第一边界的气体提取器，使得气体提取器提取气流，气流系统还包括布置为邻近活动区域的第二边界的气体入口，气体入口被配置为提供气流，控制气流系统包括布置在旋转运动的旋转轴线处的气体提取器，使得所述气体提取器提取气流，气流系统还包括布置在容器壁的一部分处的气体入口，该气体入口被配置为提供气流，气体入口包括共同围绕构建底板的多个开口，能量束源包括一个或多个能量束发生器，并且控制能量束源包括在粉末层的多个活动区域中施加一个或多个能量束，以选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末，以及控制气流系统以在一个或多个能量束选择性地融合每个活动区域中的一部分粉末的同时提供穿过每个活动区域的气流，活动区域是不重叠的，控制气流系统包括漏斗型气体歧管以提供穿过活动区域的气流，控制气流系统以旋转气流穿过活动区域的方向，气流系统包括多个气体入口和多个气体提取器，并且控制气流系统包括通过打开和关闭气体入口和气体提取器来旋转气流，基于几何特征密度改变旋转运动的速度。

22、可以理解，根据以下详细描述，用于增材制造系统的装置的其他方面对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中仅通过图示方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将认识到的，用于桥接的装置能够具有其他和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种其他方面进行修改，所有这些都不脱离本公开的范围。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。