本發(fā)明大體上涉及添加制造設(shè)備，且更具體而言，涉及用于構(gòu)件的大量生產(chǎn)的設(shè)備。

背景技術(shù)：

“添加制造”是在本文中用于描述如下過程的用于，該過程涉及逐層構(gòu)造或添加制作(與常規(guī)加工過程的情況下的材料移除相反)。這種過程還可稱作“快速制造過程”。添加制造過程包括但不限于：直接金屬激光熔化(DMLM)、激光凈形制造(LNSM)、電子射束燒結(jié)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、3D打印(諸如通過噴墨打印和激光打印)、立體光刻(SLA)、電子射束熔化(EBM)、激光工程化凈成形(LENS)和直接金屬沉積(DMD)。

當(dāng)前，粉末床技術(shù)已證明現(xiàn)有技術(shù)金屬添加制造技術(shù)的最佳分解能力。然而，因為建造需要發(fā)生在粉末床中，所以常規(guī)的機器使用大量粉末，例如粉末裝載量可超過130 kg(300 lbs)。當(dāng)考慮使用許多機器的工廠環(huán)境時，這是昂貴的。不直接熔化(melt)成部件而是儲存在鄰近的粉末床中的粉末是有問題的，因為它增加升降機系統(tǒng)的重量，使密封和室壓力問題復(fù)雜，對于在部件建造的結(jié)束時的部件修補是有害的，且在當(dāng)前設(shè)想用于大型構(gòu)件的大床系統(tǒng)中變得難以處理。

此外，當(dāng)前可用的添加制造系統(tǒng)適合用于原型制作和非常低體積的制造。在部件與部件之間可存在顯著的差異。當(dāng)前系統(tǒng)的一些元件由于重量而是操縱起來不方便的，且可能需要過多的手動、實用的交互作用。多個機械的與制造多個部件對應(yīng)的重復(fù)導(dǎo)致昂貴的構(gòu)件重復(fù)和維護，諸如控制和冷卻以及環(huán)境控制。

因此，仍然需要可以以大規(guī)模生產(chǎn)為基礎(chǔ)來生產(chǎn)構(gòu)件的添加制造設(shè)備和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

通過本文中描述的技術(shù)來解決此需求，該技術(shù)提供添加制造設(shè)備，該提供添加制造設(shè)備利用與中央地提供或在建造模塊之間共用的一個或更多個公共構(gòu)件結(jié)合的一個或更多個簡化建造模塊。

根據(jù)本文中描述的技術(shù)的一個方面，添加制造設(shè)備包括：建造模塊，其具有建造室、和下列元件中的至少一個但少于全部：(a)定向能量源；(b)粉末供應(yīng)件；(c)粉末回收容器；和(d)粉末應(yīng)用器；和工作站，其具有元件(a)-(d)中的不包括在建造模塊中的其余元件。

根據(jù)本文中描述的技術(shù)的另一方面，添加制造設(shè)備包括：工作站，其包括定向能量源；建造模塊，包括：第一建造室；和外圍壁，其與第一建造室相反地延伸越過工作表面以限定工作空間；和輸送機構(gòu)，其能夠操作以使建造模塊移動到工作站中和外。

根據(jù)本文中描述的技術(shù)的另一方面，添加制造方法包括：使具有建造室的建造模塊移動到工作站中；使粉末堆積到建造平臺上，該建造平臺配置在建造室中；引導(dǎo)來自定向能量源的射束以熔合(fuse)粉末；使平臺按照粉末的層增量在建造室內(nèi)豎直朝下地移動；和以循環(huán)的形式重復(fù)堆積、引導(dǎo)、和移動的步驟，以用逐層的方式建立部件，直到該部件完成。

方案1：一種添加制造設(shè)備，包括：

建造模塊，其包括建造室、和下列元件中的至少一個但少于全部：

(a)定向能量源；

(b)粉末供應(yīng)件；

(c)粉末回收容器；和

(d)粉末應(yīng)用器；和

工作站，其包括元件(a)-(d)中的不包括在所述建造模塊中的其余元件。

方案2：根據(jù)方案1所述的設(shè)備，還包括輸送機構(gòu)，所述輸送機構(gòu)構(gòu)造成使所述建造模塊移動到所述工作站中和外。

方案3：根據(jù)方案2所述的設(shè)備，其中，所述輸送機構(gòu)是傳送裝置。

方案4：根據(jù)方案2所述的設(shè)備，其中：

所述工作站包括封殼，所述封殼在尺寸方面設(shè)定為包封一個或更多個建造模塊；且

所述輸送機構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺，所述轉(zhuǎn)臺部分地配置在所述封殼內(nèi)且限定工作表面，所述工作表面構(gòu)造成將所述建造模塊接收在其中。

方案5：根據(jù)方案1所述的設(shè)備，其中，所述建造模塊或所述工作站包括平面工作表面，所述平面工作表面包括與所述建造室連通的建造室開口。

方案6：根據(jù)方案1所述的設(shè)備，其中，所述建造模塊包括：

平面工作表面，其具有與所述建造室連通的建造室開口；

外圍壁，其與所述建造室相反地延伸越過工作表面，以限定工作空間；和

窗，其對輻射能量而言是可透過的，所述窗跨越所述外圍壁，以封閉所述工作空間。

方案7：根據(jù)方案6所述的設(shè)備，其中，所述工作站包括封殼，所述封殼在尺寸方面設(shè)定為包封所述建造模塊中的一個，所述封殼包括一個或更多個密封件，所述一個或更多個密封件構(gòu)造成允許建造模塊行進穿過其。

方案8：一種添加制造設(shè)備，包括：

根據(jù)方案1的多個工作站和建造模塊；和

電子中央控制器，其可操作地連接于所述工作站中的各個。

方案9：一種添加制造設(shè)備，包括：

根據(jù)方案1的多個工作站和建造模塊；和

中央防護氣體供應(yīng)件，其聯(lián)接于所述工作站中的各個。

方案10：一種添加制造設(shè)備，包括：

根據(jù)方案1的多個工作站和建造模塊；和

中央冷卻流體供應(yīng)件，其聯(lián)接于所述工作站中的各個。

方案11：一種添加制造設(shè)備，包括：

根據(jù)方案1的多個工作站和建造模塊；和

中央通風(fēng)系統(tǒng)，其聯(lián)接于所述工作站中的各個。

方案12：一種添加制造設(shè)備，包括：

工作站，其包括定向能量源；

建造模塊，包括：

第一建造室；和

外圍壁，其與所述第一建造室相反地延伸越過工作表面，以限定工作空間；和

輸送機構(gòu)，其能夠操作以使所述建造模塊移動到所述工作站中和外。

方案13：根據(jù)方案12所述的設(shè)備，其中，所述建造模塊包括平面工作表面，所述平面工作表面具有與所述第一建造室連通的第一建造室開口。

方案14：根據(jù)方案12所述的設(shè)備，其中，各模塊包括窗，所述窗對輻射能量而言是可透過的，所述窗跨越所述外圍壁，以封閉所述工作空間。

方案15：根據(jù)方案12所述的設(shè)備，其中，所述工作站包括封殼，所述封殼在尺寸方面設(shè)定為包封所述建造模塊中的一個，所述封殼包括一個或更多個密封件，所述一個或更多個密封件構(gòu)造成允許建造模塊行進穿過其。

方案16：根據(jù)方案12所述的設(shè)備，其特征在于，所述輸送機構(gòu)是傳送裝置。

方案17：根據(jù)方案12所述的設(shè)備，其中：

所述工作站包括封殼，所述封殼在尺寸方面設(shè)定為包封所述建造模塊中的一個或更多個；且

所述輸送機構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺，所述轉(zhuǎn)臺部分地配置在所述封殼內(nèi)且限定工作表面，所述工作表面構(gòu)造成將所述建造模塊接收在其中。

方案18：根據(jù)方案17所述的設(shè)備，其中，所述封殼容納粉末供應(yīng)件，所述粉末供應(yīng)件構(gòu)造成使粉末掉落到所述工作表面上。

方案19：根據(jù)方案17所述的建造模塊，還包括可移動粉末應(yīng)用器，所述可移動粉末應(yīng)用器配置在所述工作空間中且接觸所述工作表面。

方案20：一種添加制造方法，包括：

使具有建造室的建造模塊移動到工作站中；

將粉末堆積到建造平臺上，所述建造平臺配置在所述建造室中；

引導(dǎo)來自定向能量源的射束，以熔合所述粉末；

使所述平臺按照粉末的層增量在所述建造室內(nèi)豎直朝下地移動；和

以循環(huán)的形式重復(fù)堆積、引導(dǎo)、和移動的步驟，以用逐層的方式建立部件，直到所述部件完成。

方案21：根據(jù)方案20所述的方法，還包括：

使所述建造模塊移動到所述工作站外；

使具有建造室的另一建造模塊移動到所述工作站中；

以循環(huán)的形式執(zhí)行堆積、引導(dǎo)、和移動的步驟，以用逐層的方式建立隨后的部件，直到所述隨后的部件完成。

方案22：根據(jù)方案21所述的方法，其中，使用傳送裝置將所述建造模塊移動到所述工作站中和外。

方案23：根據(jù)方案21所述的方法，其中，使用轉(zhuǎn)臺將所述建造模塊移動到所述工作站中和外。

方案24：根據(jù)方案20所述的方法，還包括：

提供多個工作站；和

使用電子中央控制器來控制所述多個工作站的操作。

方案25：根據(jù)方案20所述的方法，還包括：

提供多個工作站；和

使用中央冷卻系統(tǒng)來冷卻各工作站的定向能量源。

方案26：根據(jù)方案20所述的方法，還包括：

提供多個工作站；和

使用中央氣體供應(yīng)系統(tǒng)來對所述多個工作站提供防護氣體。

方案27：根據(jù)方案20所述的方法，還包括：

提供多個工作站；和

使用中央通風(fēng)系統(tǒng)對所述多個工作站提供通風(fēng)。

技術(shù)方案1：一種添加制造設(shè)備，包括：

建造模塊10, 100, 200，其包括建造室18, 118, 150, 218、和下列元件中的至少一個但少于全部：

a定向能量源72, 372；

b粉末供應(yīng)件14, 114, 314；

c粉末回收容器22, 122, 154, 222；和

d粉末應(yīng)用器16, 116, 316；和

工作站71, 71'，其包括元件a-d中的不包括在所述建造模塊10, 100, 200中的其余元件。

技術(shù)方案2：根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括輸送機構(gòu)70, 370，所述輸送機構(gòu)70, 370構(gòu)造成使所述建造模塊10, 100, 200移動到所述工作站71, 71'中和外。

技術(shù)方案3：根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中：

所述工作站71, 71'包括封殼，所述封殼71, 71'在尺寸方面設(shè)定為包封一個或更多個建造模塊10, 100, 200；且

所述輸送機構(gòu)70, 370包括傳送裝置70或轉(zhuǎn)臺370，所述傳送裝置70或轉(zhuǎn)臺370部分地配置在所述封殼內(nèi)且限定工作表面312，所述工作表面312構(gòu)造成將所述建造模塊10, 100, 200接收在其中。

技術(shù)方案4：根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述建造模塊包括：

平面工作表面12, 112, 212，其具有與所述建造室18, 118, 150, 218連通的建造室開口；

外圍壁30, 130，其與所述建造室18, 118, 150, 218相反地延伸越過工作表面12, 112, 212，以限定工作空間32, 132；和

窗34,134，其對輻射能量而言是可透過的，所述窗34,134跨越所述外圍壁30, 130，以封閉所述工作空間32, 132。

技術(shù)方案5：根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述工作站71, 71'包括封殼，所述封殼在尺寸方面設(shè)定為包封所述建造模塊10, 100, 200中的一個，所述封殼包括一個或更多個密封件82, 84，所述一個或更多個密封件82, 84構(gòu)造成允許建造模塊10, 100, 200行進穿過其。

技術(shù)方案6：一種添加制造設(shè)備，包括：

根據(jù)權(quán)利要求1的多個工作站71, 71'和建造模塊10, 100, 200；和

聯(lián)接于所述工作站71, 71'中的各個的以下中的至少一者的中央供應(yīng)：電子中央控制器、防護氣體、冷卻流體、或通風(fēng)。

技術(shù)方案7：一種添加制造方法，包括：

使具有建造室18, 118, 150, 218的建造模塊10, 100, 200移動到工作站71, 71'中；

將粉末堆積到建造平臺20, 120, 152上，所述建造平臺20, 120, 152配置在所述建造室18, 118, 150, 218中；

引導(dǎo)來自定向能量源72, 372的射束，以熔合所述粉末；

使所述平臺20, 120, 152按照粉末的層增量在所述建造室18, 118, 150, 218內(nèi)豎直朝下地移動；和

以循環(huán)的形式重復(fù)堆積、引導(dǎo)、和移動的步驟，以用逐層的方式建立部件，直到所述部件完成。

技術(shù)方案8：根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

使所述建造模塊10, 100, 200移動到所述工作站71, 71'外；

使具有建造室18, 118, 150, 218的另一建造模塊10, 100, 200移動到所述工作站71, 71'中；

以循環(huán)的形式執(zhí)行堆積、引導(dǎo)、和移動的步驟，以用逐層的方式建立隨后的部件，直到所述隨后的部件完成。

技術(shù)方案9：根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用傳送裝置（70）或轉(zhuǎn)臺（370）將所述建造模塊10, 100, 200移動到所述工作站71, 71'中和外。

技術(shù)方案10：根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

提供多個工作站71, 71'；和

使用中央系統(tǒng)來執(zhí)行以下中的至少一者：控制所述多個工作站71, 71'的操作、冷卻各工作站71, 71'的定向能量源72, 372、對所述多個工作站71, 71'提供防護氣體、對所述多個工作站71, 71'提供通風(fēng)。

附圖說明

可通過參考結(jié)合附圖作出的下列描述來最佳地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)本文中描述的技術(shù)的一個方面構(gòu)造的添加制造建造模塊的截面圖；

圖2是圖1的建造模塊的頂部平面圖；

圖3是備選添加制造建造模塊的截面圖；

圖4是圖3的建造模塊的頂部平面圖；

圖5是組裝線中的圖1的建造模塊的示意側(cè)視圖；

圖6是組裝線中的備選建造模塊的示意側(cè)視圖；

圖7是組裝線中的圖3的建造模塊的示意側(cè)視圖；

圖8是備選添加制造建造模塊的截面圖；且

圖9是在旋轉(zhuǎn)組裝中心中的圖8的建造模塊的示意頂部平面圖。

部件列表

10 建造模塊

12 工作表面

14 粉末供應(yīng)件

16 應(yīng)用器

18 建造室

20 建造平臺

22 粉末回收容器

24 建造室開口

26 供應(yīng)開口

28 回收開口

30 外圍壁

32 工作空間

34 窗

36 促動器

38 供應(yīng)容器

40 升降機

42 促動器

44 促動器

62 氣體端口

64 真空端口

70 傳送裝置

71 工作站

71' 工作站

72 定向能量源

74 射束操縱設(shè)備

78 中央通風(fēng)系統(tǒng)

79 中央冷卻系統(tǒng)

80 電子中央控制器

82 密封元件

84 密封元件

86 部件

88 第一起動場所

90 第二起動場所

100 建造模塊

112工作表面

114 粉末供應(yīng)件

116 應(yīng)用器

118 第一建造室

120 第一建造平臺

122 第一粉末回收容器

124 第一建造室開口

126 中央供應(yīng)開口

128 第一回收開口

130 外圍壁

132工作空間

134 窗

136 促動器

138 供應(yīng)容器

140 升降機

142 促動器

144 促動器

150 第二建造室

152 第二建造平臺

154 第二粉末回收容器

156 第二建造室開口

158 第二回收開口

160 促動器

162 氣體端口

164 真空端口

186 部件

200 建造模塊

212 工作表面

218 建造室

220 建造平臺

222 粉末回收容器

224 建造室開口

228 回收開口

244 促動器

300 添加制造設(shè)備

310 建造封殼

312 工作表面

314 粉末供應(yīng)件

316 應(yīng)用器

316 應(yīng)用器

336 促動器

338 供應(yīng)容器

370 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺

372 定向能量源

374 射束操縱設(shè)備

392 建造模塊開口

394 狹窄管口

396 計量閥。

具體實施方式

大體而言，本文中描述的技術(shù)的方面提供添加制造設(shè)備和方法，其中，在組裝線過程中使用多個建造模塊。單獨的建造模塊與現(xiàn)有技術(shù)添加機器相比得到簡化，且可構(gòu)造成僅包括制造特定部件或選定的部件組所需的構(gòu)件，同時中央地提供或在建造模塊之間共用公共構(gòu)件。

現(xiàn)在，參考附圖，在附圖中，相同的參考標(biāo)號標(biāo)識貫穿各種視圖的相同元件，圖1和2例示示范添加制造建造模塊10，其用于實現(xiàn)根據(jù)本文中描述的技術(shù)的一個方面的制造方法。建造模塊10包括工作表面12、粉末供應(yīng)件14、應(yīng)用器16、包圍建造平臺20的建造室18、和粉末回收容器22。將在下面更詳細地描述這些構(gòu)件中的各個。

工作表面12是剛性結(jié)構(gòu)且與假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括與建造室18連通的建造室開口24、與粉末供應(yīng)件14連通的供應(yīng)開口26、和粉末回收容器22連通的回收開口28。模塊10包括延伸越過工作表面12的外圍壁30，以便限定工作空間32。工作表面12由建造模塊10的外圍壁30包圍。可選地，如在圖1中所示，工作空間32由可移除或可打開的窗34封閉，該窗34對輻射能量而言是可透過的，例如，窗34可由玻璃制成。如圖6中所示，可取決于期望的過程構(gòu)造來除去窗34。

應(yīng)用器16是剛性、側(cè)向地伸長的結(jié)構(gòu)，其置于工作表面12上或接觸其，且能夠在定位在工作表面12上方的工作空間32中移動。其連接于促動器36，促動器36能夠操作以平行于工作表面12選擇性地移動應(yīng)用器16。在圖1中示意地描繪促動器36，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。如所描繪的，應(yīng)用器16從右至左移動，以將粉末從粉末供應(yīng)件14移動至建造室18，而過量的粉末被移動至粉末回收容器22。應(yīng)當(dāng)理解的是，粉末供應(yīng)件14和粉末回收容器22可對換，且應(yīng)用器16可從左至右移動，以將粉末從粉末供應(yīng)件14供應(yīng)至建造室18。

粉末供應(yīng)件14包括供應(yīng)容器38和升降機40，供應(yīng)容器38在供應(yīng)開口26下面且與其連通。升降機40是板狀結(jié)構(gòu)，其能夠在供應(yīng)容器38內(nèi)豎直地滑動。其連接于促動器42，促動器42能夠操作，以選擇性地向上或向下移動升降機40。在圖1中示意地描繪促動器42，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。當(dāng)升降機40降低時，可將具有期望的合金成分的粉末“P”的供應(yīng)裝載到供應(yīng)容器38中。當(dāng)升降機40升高時，其將粉末P暴露在工作表面12上方，以允許應(yīng)用器16將暴露的粉末刮到建造室18中。應(yīng)當(dāng)理解的是，在本文描述的技術(shù)中使用的粉末可為用于用于添加制造的任何合適的材料。例如，粉末可為金屬粉末、聚合物粉末、有機粉末、或陶瓷粉末。

建造平臺20是板狀結(jié)構(gòu)，其能夠在開口24下面的建造室18中豎直地滑動。建造平臺20固連于促動器44，促動器44能夠操作，以選擇性地向上或向下移動建造平臺20。在圖1中示意地描繪促動器44，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。

粉末回收容器22位于回收開口28下面且與其連通，且用作過量粉末P的貯藏室。

可以以不同構(gòu)造實現(xiàn)建造模塊10。例如，圖3-4的建造模塊100包括工作表面112、粉末供應(yīng)件114、應(yīng)用器116、包圍第一建造平臺120的第一建造室118、包圍第二建造平臺152的第二建造室150、第一粉末回收容器122、和第二粉末回收容器154。

工作表面112是剛性結(jié)構(gòu)，且與假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括與建造室118連通的第一建造室開口124、與建造室150連通的第二建造室開口156、與粉末供應(yīng)件114連通的中央供應(yīng)開口126、與第一粉末回收容器122連通的第一回收開口128、和與第二粉末回收容器154連通的第二回收開口158。模塊100包括延伸越過工作表面112的外圍壁130，以便限定工作空間132。工作表面112由建造模塊100的外圍壁130包圍?？蛇x地，如在圖1中所示，工作空間132可由可移除或可打開的窗134封閉，窗134對輻射能量而言是可透過的，例如，窗134可由玻璃制成。如上所述，取決于期望的設(shè)定，可去除窗134。

應(yīng)用器116是剛性、側(cè)向地伸長的結(jié)構(gòu)，其置于工作表面112上且能夠在定位在工作表面112上方的工作空間132中移動。其連接于促動器136，促動器136能夠操作以沿工作表面112選擇性地移動應(yīng)用器116。在圖3中示意地描繪促動器136，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等裝置可用于此目的。應(yīng)用器116以與應(yīng)用器16相似的方式操作，只是應(yīng)用器116從第一起動場所88往右移動，以使粉末從粉末供應(yīng)件114移動至建造室118，且從第二起動場所90往左移動，以使粉末從粉末供應(yīng)件114移動至建造室150。

粉末供應(yīng)件114包括供應(yīng)容器138和升降機140，供應(yīng)容器138在供應(yīng)開口126下面且與其連通。升降機140是板狀結(jié)構(gòu)，其能夠在供應(yīng)容器138內(nèi)豎直地滑動。其連接于促動器142，促動器142能夠操作以選擇性地向上或向下移動升降機140。在圖3中示意地描繪促動器142，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。當(dāng)升降機140降低時，可將具有期望的合金成分的粉末“Ｐ”的供應(yīng)裝載到供應(yīng)容器138中。當(dāng)升降機140升高時，其將粉末P暴露在工作表面112上方。應(yīng)當(dāng)理解的是，在本文描述的技術(shù)中使用的粉末可為用于添加制造的任何合適的材料。例如，粉末可為金屬粉末、聚合物粉末、有機粉末、或陶瓷粉末。

建造平臺120和152是板狀結(jié)構(gòu)，它們能夠在分別在開口124和156下面的建造封殼118和150中豎直地滑動。建造平臺120和152固連于促動器144和160，促動器144和160能夠操作，以選擇性地向上或向下移動建造平臺120和152。在圖3中示意地描繪促動器144和160，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。

粉末回收容器122和154分別置于溢流開口128和158下面且與它們連通，且用作用于過量粉末P的貯藏室。

建造模塊10和建造模塊100可各自包括延伸穿過外圍壁30、130的相應(yīng)的氣體端口62、162和相應(yīng)的真空端口64、164。氣體端口62、162允許利用合適的防護氣體來吹掃工作空間32和132，而真空端口64、164允許從工作空間32和132清除容納在工作空間32、132的容積中的松散粉末。這確保了工作空間32和132和窗34和134在操作期間保持清潔。

如在圖5-7中例示的，建造模塊10和100構(gòu)造成生產(chǎn)單個部件或在小包裝中的有限數(shù)量的部件，使得建造模塊10和100可容易地提升且放置在傳送裝置70或其他合適的輸送機構(gòu)上，從而允許多個建造模塊定位在組裝線中，以順次制造多個部件。在操作中，傳送裝置70用于將建造模塊移動到工作站71中。如在圖5中例示的，工作站71可限定為整個添加制造系統(tǒng)內(nèi)的實際位置。在工作站71處，定位在傳送裝置70上方的定向能量源72可用于使粉末P熔化且形成部件86。

定向能量源72可包括能夠操作以生成具有合適的功率和其他操作特性的射束以使粉末在建造過程期間熔化和熔合的任何裝置，這在下面更詳細地描述。例如，定向能量源72可為激光器。其他定向能量源(諸如電子射束槍)是激光器的合適備選方案。

射束操縱設(shè)備74用于引導(dǎo)能量源且包括一個或更多個反射鏡、棱鏡、和/或透鏡，且設(shè)有合適的促動器，且布置成以便來自定向能量源72的射束“B”可聚集至期望的點大小，且被操縱至X-Y平面中與工作表面12、112一致的的期望位置。

在采用窗34和134的情形中，工作站71可為開放區(qū)域，如在圖5和7中看到的。這是可能的，因為建造模塊10、100被完全地包封且包括上述氣體和真空端口。

整個系統(tǒng)可包括一個或更多個中央服務(wù)，諸如：中央通風(fēng)系統(tǒng)78，其供應(yīng)防護氣體和/或強制通風(fēng)，以對建造過程進行防護且吹掃夾帶在建造封殼76中的粉末；中央冷卻系統(tǒng)79，其對定向能量源72提供冷卻流體；和/或電子中央控制器80，其例如通過驅(qū)動定向能量源72和工作站71和/或建造模塊10的各種功能來提供用于建造過程的控制。中央服務(wù)78、79、80可作為整個生產(chǎn)系統(tǒng)的部分而聯(lián)接于多個工作站71。當(dāng)將建造模塊10、100移動到工作站71中的合適位置中時，可手動地或使用自動連接裝置來進行對中央服務(wù)的單獨連接。

備選地，如果在沒有窗34、134的情況下采用建造模塊10、100，則傳送裝置70可用于將建造模塊10、100輸送到具有建造封殼76的工作站71'中，建造封殼76提供封閉的環(huán)境。建造封殼76可包括密封元件82、84(例如，簾、擋板、或門)，以允許建造模塊10、100行進穿過其且一旦建造模塊10、100已進入或離開建造封殼76就密封建造封殼76。上述中央服務(wù)(例如，中央通風(fēng)系統(tǒng)78、中央冷卻系統(tǒng)79、和/或中央控制器80)將聯(lián)接于封殼76。

出于清晰性的目的，在下面將僅論述建造模塊10。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管建造模塊100具有與建造模塊10不同的構(gòu)造，但建造模塊100的建造過程本質(zhì)上是相同的過程，除了應(yīng)用器116的移動(其從中央往右移動和從中央往左移動，其中中央位置是起動位置)和利用多于一個建造室以在單個建造模塊中形成多個部件的事實。

使用上述建造模塊10的部件86的建造過程如下。通過對粉末供應(yīng)件14裝載粉末P來準(zhǔn)備建造模塊10。這是通過使用促動器42將升降機40降低至在工作表面12下面的位置，且將足夠的粉末P裝載到升降機40上以建造部件86來實現(xiàn)的。一旦準(zhǔn)備好建造模塊10，則將建造模塊10定位在傳送裝置70上，以用于輸送至定向能量源72。因為建造模塊10是自持單元(self-contained unit)，且容易移動到傳送裝置70上且離開其，所以多個建造模塊可定位到傳送裝置70上，以提供建造模塊的組裝線。

如圖5-6，一旦傳送裝置70已將建造模塊10輸送至定向能量源72，則建造過程可開始。建造平臺20被移動至初始的高位置。該初始高位置按照選定的層增量位于工作表面12的下面。該層增量影響添加制造過程的速度和部件86的分解。作為示例，層增量可為大約10至50微米(0.0003至0.002英寸)。然后使粉末“P”堆積在建造平臺20上方。例如，可使供應(yīng)容器38的升降機40升高，以將粉末推動穿過供應(yīng)開口26，從而使其暴露在工作表面12上方。應(yīng)用器16移動跨過工作表面12，以在建造平臺20的上方水平地鋪開升高的粉末P。在應(yīng)用器16從右往左行進時，任何過量的粉末P被沿工作表面12推且掉落到粉末回收容器22中。應(yīng)當(dāng)理解的是，建造模塊10的構(gòu)造可顛倒，即，通過轉(zhuǎn)換粉末供應(yīng)件14和粉末回收容器22的場所。隨后，應(yīng)用器16可收回至起動位置。

關(guān)于建造模塊100，建造平臺120和152被移動至初始高位置，且使升降機140升高，以推動粉末穿過供應(yīng)開口126。應(yīng)用器116從第一中央位置88移動跨過工作表面112，以在建造平臺120上方水平地鋪開粉末P，而過量的粉末P堆積在粉末回收容器122中。應(yīng)用器116移動至第二中央位置90，使升降機140升高，以推動粉末P穿過供應(yīng)開口126，且應(yīng)用器116移動跨過工作表面112，以在建造平臺152上方鋪開粉末P，而過量的粉末堆積在粉末回收容器154中。應(yīng)用器往回移動至第一中央位置88。在下面關(guān)于建造平臺20描述的步驟也適用于建造平臺120和152。

定向能量源72用于熔化所建造的部件86的二維截面或?qū)?。定向能量?2發(fā)射射束“B”，且射束操縱設(shè)備74用于以適當(dāng)?shù)臉邮皆诒┞兜姆勰┍砻嫔戏讲倏v射束B的焦點“S”。粉末P的暴露層通過射束B而被加熱至允許其熔化、流動、且固化的溫度。該步驟可稱為熔合粉末P。

使建造平臺20按照層增量豎直朝下地移動，且以類似的厚度應(yīng)用粉末P的另一層。定向能量源72再次發(fā)射射束“B”，且射束操縱設(shè)備74用于以適當(dāng)?shù)臉邮皆诒┞兜姆勰┍砻嫔戏讲倏v射束B的焦點“S”。粉末P的暴露層通過射束B而被加熱至允許其在頂層和較低、之前凝固的層二者內(nèi)熔化、流動、和固化的溫度。

重復(fù)使建造平臺20移動、應(yīng)用粉末P、且然后定向能量熔化粉末P的該循環(huán)，直到整個部件86完成。

一旦部件86完成，則傳送裝置70將建造模塊10從定向能量源72移離，以允許使用者從傳送裝置70移除建造模塊10、從建造模塊10移除部件86，且準(zhǔn)備建造模塊10以建造另一部件86。應(yīng)當(dāng)理解的是，多個建造模塊可置于傳送裝置70上，以便當(dāng)一個部件86完成時，傳送裝置將另一建造模塊10移動到合適的位置，以完成另一部件86。

備選建造模塊在圖8中例示且大體在參考標(biāo)號200處示出。建造模塊200表示建造模塊10的另一構(gòu)造。建造模塊200包括工作表面212、包圍建造平臺220的建造室218、和粉末回收容器222。

如在上面關(guān)于建造模塊10論述的，工作表面212是剛性結(jié)構(gòu)，且與假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括建造室開口224和回收開口228，建造室開口224用于與建造室218連通且使建造平臺220暴露、回收開口228與粉末回收容器222連通。

建造平臺220是板狀結(jié)構(gòu)，其能夠在開口224下面的建造室218中豎直地滑動。建造平臺220固連于促動器244，促動器244能夠操作，以選擇性地向上或向下移動建造平臺220。在圖8中示意地描繪促動器244，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。

粉末回收容器222位于回收開口228下面且與其連通，且用作過量粉末P的貯藏室。

建造模塊設(shè)計成與添加制造設(shè)備300一起工作，在圖8和9中，添加制造設(shè)備300具有建造封殼310和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370。建造封殼310容納粉末供應(yīng)件314、應(yīng)用器316、定向能量源372、和射束操縱設(shè)備374。建造封殼310包封旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370的一部分。

旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370包括工作表面312，工作表面312提供剛性結(jié)構(gòu)且與工作表面212共面，以限定假想工作平面。在例示的示例中，其包括圍繞旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370間隔的多個建造模塊開口392，以用于準(zhǔn)許由使用者將建造模塊200定位在多個建造模塊開口392中的各個中?？墒褂靡阎姆椒?諸如齒輪、馬達和其他合適的方法)使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370旋轉(zhuǎn)。

粉末供應(yīng)件314包括處于具有狹窄管口39的漏斗的形式的供應(yīng)容器338，以用于使粉末P掉落到工作表面312上。計量閥396定位在狹窄管口394中，且構(gòu)造成使預(yù)定量的粉末P掉落。通過計量閥396掉落的粉末P的量基于建造平臺220的大小和在建造過程期間使用的(在上面參照建造模塊10描述的)層增量。

應(yīng)用器316是剛性、側(cè)向地伸長的結(jié)構(gòu)，其置于工作表面212和312上且橫向于其。其連接于促動器336，促動器336能夠操作以沿工作表面選擇性地移動應(yīng)用器316。在圖8中示意地描繪促動器336，應(yīng)理解，諸如氣動或液壓缸、滾珠絲杠或線性電動促動器等的裝置可用于此目的。如所描繪的，應(yīng)用器316從左往右移動，以將粉末從粉末供應(yīng)件314移動至建造室218，而過量的粉末被移動至粉末回收容器222。應(yīng)當(dāng)理解的是，粉末供應(yīng)件314、定向能量源372、建造室218、和粉末回收容器222的構(gòu)造可對換，且應(yīng)用器316可從右往左移動，以粉末從來自粉末供應(yīng)件314供應(yīng)至建造室218。

定向能量源372可包括能夠操作以產(chǎn)生具有合適的功率和其他操作特性的射束，以在構(gòu)造過程期間熔化且熔合粉末的任何已知的裝置，在下面更詳細地描述。例如，定向能量源372可為激光器。其他定向能量源(諸如電子射束槍)是激光器的合適備選方案。射束操縱設(shè)備374用于引導(dǎo)能量源且包括一個或更多個反射鏡、棱鏡、和/或透鏡，且設(shè)有合適的促動器，且布置成以便來自定向能量源372的射束“B”可聚集至期望的點大小，且被操縱至X-Y平面中的與工作表面212、312一致的的期望位置。

通過將建造模塊200定位到多個建造模塊開口392中的一個中來開始用于部件186的建造過程?？赏ㄟ^將建造模塊200定位在各建造模塊開口392中而將多個建造模塊定位在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370上。如所例示的，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370包括八個建造模塊開口392。應(yīng)當(dāng)理解的是，可基于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370的大小和應(yīng)用來改變建造模塊開口的數(shù)量。

圖8，在建造模塊200定位在建造模塊開口392中的情況下，使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370旋轉(zhuǎn)以將建造模塊200定位在建造位置中，以便允許應(yīng)用器316、粉末供應(yīng)件314、和定向能量源372形成部件186。如上所述，建造平臺220被移動至初始的高位置。初始高位置按照選定的層增量位于工作表面212的下面。促動粉末供應(yīng)件314的計量閥396，以使預(yù)定量的粉末P從粉末供應(yīng)件314掉落到工作表面312上。使應(yīng)用器316移動跨過工作表面312和工作表面212，以在建造平臺220的上方水平地鋪開掉落的粉末P。任何過量的粉末P被沿工作表面212推且掉落到粉末回收容器222中。應(yīng)用器316可被移動回至其初始位置。

定向能量源372用于熔化被建造的部件186的二維截面或?qū)?。定向能量?72發(fā)射射束“B”，且射束操縱設(shè)備374用于以適當(dāng)?shù)臉邮皆诒┞兜姆勰┍砻嫔戏讲倏v射束B的焦點“Ｓ”。通過射束B將粉末P的暴露層加熱至允許其熔化、流動和固化的溫度。該步驟可稱作使熔合粉末P。

按照層增量豎直朝下地移動建造平臺220，且以類似的厚度應(yīng)用粉末P的另一層。定向能量源372再次發(fā)射射束Ｂ，且射束操縱設(shè)備374用于以適當(dāng)?shù)臉邮皆诒┞兜姆勰┍砻嫔戏讲倏v射束B的焦點Ｓ。通過射束B將粉末P的暴露層加熱至允許其在頂層和較低的、之前凝固的層二者內(nèi)熔化、流動、和固化的溫度。

重復(fù)使建造平臺220移動、應(yīng)用粉末P、且然后定向能量熔化粉末P的該循環(huán)，直到整個部件186完成。

一旦部件186完成，則使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370旋轉(zhuǎn)，以使建造模塊200移離定向能量源372，以允許使用者從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370移除建造模塊200且用另一建造模塊200替換其。將部件186從建造模塊200移除，且可準(zhǔn)備建造模塊200以建造另一部件186。應(yīng)當(dāng)理解的是，可將多個建造模塊置于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370上，以便當(dāng)一個部件186完成時，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺370將另一建造模塊200旋轉(zhuǎn)到合適的位置，以完成另一部件186。

上述添加制造設(shè)備和方法具有勝過當(dāng)前技術(shù)的若干優(yōu)點。其與封閉的粉末處理系統(tǒng)兼容，消除對制作多個部件的大的開放粉末貯存器的需求，且在建造循環(huán)之后處理過量粉末時節(jié)省大量的勞動。

前面已描述添加制造設(shè)備和方法。在本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、說明書摘要和附圖)中公開的所有特征，和/或由此公開的任何方法或過程的所有步驟可以以任何結(jié)合(除了此種特征和/或步驟中的至少一些互斥的結(jié)合之外)的方式結(jié)合。

在本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、說明書摘要和附圖)中公開的各特征可由用作相同、等同或類似目的的備選特征替換，除非以其他方式特別地規(guī)定。因此，除非另外清楚地規(guī)定，否則公開的各特征僅為同等或類似特征的一般系列中的一個示例。

本發(fā)明不限于前述實施例限制的細節(jié)。本發(fā)明擴展在本說明書(包括任何附隨的權(quán)利要求、說明書摘要和附圖)中公開的特征中的任何新穎特征或任何新穎的結(jié)合，或擴展至由此公開的任何方法或過程的步驟中的任何新穎步驟或任何新穎的結(jié)合。