在加熱表面過程中，例如在建造物體過程中，例如在基于逐層產(chǎn)生3-D物體的增材制造過程中，或者在為了改變物體的多個部分的特性的目的而加熱物體的表面的多個部分的過程中，加熱過程影響最終的物體的品質(zhì)。

附圖說明

為了更全面理解，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖的以下說明書，其中：

圖1是控制表面的加熱的方法的示例的流程圖；以及

圖2是控制表面的加熱的方法的另一示例的流程圖；

圖3是用于控制表面的加熱的設(shè)備的示例的簡化示意圖；以及

圖4是將要由圖1的示例的方法所加熱的物體的表面的示例。

具體實施方式

在加熱表面過程中，例如在通過基于逐層產(chǎn)生3-D物體的增材制造而構(gòu)造3-D物體過程中，或者在為了改變物體的多個部分的特性而加熱具有采用合適的試劑處理過的部分的物體的表面過程中，跨越被加熱表面的穩(wěn)定和均勻的溫度分布實現(xiàn)構(gòu)造的品質(zhì)或者物體的一部分的特性。

例如，在通過基于逐層構(gòu)造材料的固化而產(chǎn)生3-D物體的增材制造過程中，最終物體的品質(zhì)可以至少部分地取決于跨越每個層的溫度分布。維持穩(wěn)定和均勻的溫度分布提高所產(chǎn)生的3-D物體的品質(zhì)和精確度。

存在用于進(jìn)行3-D物體的增材制造的許多不同技術(shù)，例如燒結(jié)。在增材制造的該示例中，通過添加構(gòu)造材料的連續(xù)層而產(chǎn)生3-D物體。構(gòu)造材料可以由液體、粉末或薄片材料形成。試劑被分配在構(gòu)造材料的每個層的表面上。所分配的試劑形成的圖案限定了被產(chǎn)生的3-D物體的對應(yīng)切片。施加能量至構(gòu)造材料的每個層。這使得被試劑涂覆的構(gòu)造材料比沒有涂試劑的部分升溫更多。結(jié)果，被試劑涂覆的區(qū)域聚結(jié)并且一旦冷卻則固化以形成3-D物體的切片。系統(tǒng)依賴于溫度將要被精確地控制以實現(xiàn)3-D物體的品質(zhì)的能力，該溫度通過加熱構(gòu)造材料的上層的表面，或者至少加熱到構(gòu)造材料的上層或多層(例如深入表面50mm)的一部分產(chǎn)生。主要挑戰(zhàn)是在構(gòu)造材料的上層(或多層)的整個表面上達(dá)到均勻且穩(wěn)定的溫度分布，而不論位置和/或表面上是否存在試劑或熔化的材料。

參照圖1，示出了控制表面的加熱的方法的示例。這參照使用燒結(jié)系統(tǒng)的增材制造的以上示例而描述。然而，應(yīng)該知曉的是，這是為了示意說明的目的，并且以下描述的方法和設(shè)備等同地可應(yīng)用于其他增材制造過程并且也可以適用于加熱物體的表面以改變物體的特性以及加熱物體的表面的多個部分以改變物體的多個部分的特性以及其組合。

監(jiān)控101表面的多個區(qū)域的溫度，以輸出針對該多個區(qū)域中的每一個的至少一個溫度讀數(shù)?？缭蕉鄠€區(qū)域的至少一部分設(shè)置的圖案可被輸入(提供)103，或者至少使該圖案可用于圖1的示例中的后續(xù)工序。該圖案可以包括將要在表面上形成的圖案。在由構(gòu)造材料的連續(xù)層形成3-D物體的示例中，圖案可以包括將要在構(gòu)造材料的當(dāng)前層的表面上形成的圖案，或者在構(gòu)造材料的至少一個之前層的表面上形成的圖案，或者將要在當(dāng)前層的表面上形成的圖案與在構(gòu)造材料的至少一個之前層的表面上形成的圖案的組合?？梢砸詳?shù)據(jù)的形式提供圖案，該數(shù)據(jù)表示被參照圖2更詳細(xì)地描述的預(yù)定圖案。在另一示例中，圖案可以是表示將要在當(dāng)前層的表面上形成的預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)的形式，或者圖案可以是表示已經(jīng)在至少一個之前層的表面上形成的預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)的形式，或者圖案可以是表示將要在構(gòu)造材料的當(dāng)前層的表面上形成的預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)、與表示已經(jīng)在構(gòu)造材料的至少一個之前層的表面上形成的預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)的組合的形式。在又一示例中，圖案可以由在至少一個之前層的表面上形成的實際圖案而提供。在又一示例中，以表示將要在當(dāng)前層的表面上形成的預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)為形式的圖案、與在構(gòu)造材料的至少一個之前層的表面上形成的實際圖案的組合可以提供圖案。在至少一個之前層的表面上形成的實際圖案可以由至少一個高分辨率圖像捕捉裝置諸如例如熱成像相機或掃描儀所捕獲的圖案來提供，并且裝置所捕捉的圖像提供在至少一個之前層的表面上形成的圖案的信息。

響應(yīng)于跨越多個區(qū)域設(shè)置的圖案而調(diào)制溫度讀數(shù)。可以通過過濾、平滑或調(diào)節(jié)溫度讀數(shù)而調(diào)制溫度讀數(shù)。在一個示例中，設(shè)置圖案以使得通過將試劑選擇性輸送至構(gòu)造材料的上層的表面來形成跨越多個區(qū)域的至少一部分的圖案。當(dāng)施加能量至構(gòu)造材料的表面時，構(gòu)造材料被加熱。構(gòu)造材料的表面的被試劑覆蓋的多個部分的提高的輻射溫度使得這些部分加熱升溫至比表面的未被試劑覆蓋的那些部分更高的溫度。通過調(diào)制構(gòu)造材料的表面的這些部分的溫度讀數(shù)來補償被試劑覆蓋的部分的更高溫度。

響應(yīng)于已經(jīng)形成的圖案而調(diào)制溫度讀數(shù)，也即考慮在構(gòu)造材料的當(dāng)前層的表面上的圖案，也即在一個示例中，考慮試劑輻射的效應(yīng)造成的試劑的輸送所引起的圖案變化，或者在之前形成的層內(nèi)的已經(jīng)燒結(jié)的部分，或者兩者的組合。

隨后基于調(diào)制后溫度讀數(shù)而控制109輸送至多個區(qū)域中的每一個的能量，以維持跨越多個區(qū)域的基本上均勻的溫度分布。這可以通過將溫度讀數(shù)與針對多個區(qū)域中的每一個的閾值或目標(biāo)溫度進(jìn)行比較來實現(xiàn)，或者如果已被調(diào)制，可以通過將調(diào)制后溫度讀數(shù)與針對每個區(qū)域的閾值或目標(biāo)溫度進(jìn)行比較來實現(xiàn)。如果針對特定區(qū)域的溫度讀數(shù)低于閾值或目標(biāo)溫度，增大輸送至該特定區(qū)域的能量以在閾值目標(biāo)溫度的預(yù)定范圍內(nèi)，例如在±1℃的范圍內(nèi)，提升溫度。進(jìn)一步，如果針對特定區(qū)域的溫度讀數(shù)在閾值或目標(biāo)溫度之上，減小輸送至該特定區(qū)域的能量以降低溫度至閾值或目標(biāo)溫度，或者至少在閾值或目標(biāo)溫度的預(yù)定范圍內(nèi)。

響應(yīng)于跨越多個區(qū)域設(shè)置的圖案，如果已經(jīng)建立了覆蓋特定區(qū)域的全部或一部分的圖案，通過例如基于例如3-D物體的構(gòu)造材料的類型、沉積在構(gòu)造材料上的試劑的類型以及所沉積的試劑的量而以預(yù)定量減小溫度讀數(shù)，來調(diào)制107該特定區(qū)域的至少一個溫度讀數(shù)。調(diào)制后溫度讀數(shù)隨后與閾值或目標(biāo)溫度比較。如果針對特定區(qū)域的調(diào)制后溫度讀數(shù)低于閾值或目標(biāo)溫度，增大輸送至該特定區(qū)域的能量以在閾值目標(biāo)溫度的預(yù)定范圍內(nèi)提升溫度。進(jìn)一步，如果調(diào)制后溫度讀數(shù)在閾值或目標(biāo)溫度之上，減小輸送至該特定區(qū)域的能量以在閾值或目標(biāo)溫度的預(yù)定范圍內(nèi)降低溫度。

如圖2中所示，示出了控制表面(例如構(gòu)造材料的上層的表面)的加熱的方法的另一示例。監(jiān)控201表面的多個區(qū)域的溫度，并且輸出針對每個區(qū)域的至少一個溫度讀數(shù)。接收203表示預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)，例如表示3-D物體的一部分(例如切片)的數(shù)據(jù)。將試劑例如聚結(jié)劑、聚結(jié)改性劑或其組合選擇性地輸送205至表面的多個部分上，以根據(jù)從所接收的數(shù)據(jù)導(dǎo)出的控制數(shù)據(jù)形成跨越多個區(qū)域的預(yù)定圖案。預(yù)定圖案限定構(gòu)造材料的區(qū)域，該區(qū)域?qū)⒁痪劢Y(jié)且固化以形成所產(chǎn)生的3-D物體的單獨切片。響應(yīng)于所接收的數(shù)據(jù)，也即根據(jù)預(yù)定的圖案，調(diào)制207溫度讀數(shù)。例如，構(gòu)造材料的表面被試劑覆蓋的部分的提高的輻射溫度可以通過調(diào)制表面的該部分的溫度讀數(shù)來補償。隨后基于調(diào)制后溫度讀數(shù)控制109輸送至多個區(qū)域中的每一個的能量，以維持基本上均勻的跨越表面的溫度分布，如上參照圖1所述。

用于控制表面的加熱的設(shè)備可以包括至少一個傳感器以監(jiān)控表面的多個區(qū)域的溫度以輸出針對多個區(qū)域中的每一個的至少一個溫度讀數(shù)。該設(shè)備進(jìn)一步包括溫度控制器以響應(yīng)于跨越多個區(qū)域的一部分設(shè)置的圖案而調(diào)制溫度讀數(shù)，并且基于調(diào)制后溫度來控制輸送至多個區(qū)域中的每一個的能量以維持基本上均勻的跨越表面的溫度分布。

參照圖3，示出了用于控制表面303(例如構(gòu)造材料的上層的表面)的加熱的設(shè)備300的示例。跨越處理基床301沉積構(gòu)造材料。處理基床301(以及因此被沉積的構(gòu)造材料的表面)被劃分為多個區(qū)域。能量源305加熱表面303。能量源305可以包括沿x和y(正交)方向在每個層的構(gòu)造材料的表面上進(jìn)行掃描的能量源，或者可替代地，能量源305可以包括完全跨越表面303的一維，比如x維度成直線設(shè)置的多個能量源，并且沿跨越表面303的y方向掃描，或者可替代地，能量源305可以包括跨越表面303的一維的一部分、比如x維度的一部分成直線設(shè)置的多個能量源，并且跨越整個表面沿x和y方向掃描，或者可替代地，能量源305可以包括沿x和y方向在表面303上掃描的能量源的2-D陣列。

設(shè)備300進(jìn)一步包括至少一個傳感器307。至少一個傳感器307可以包括IR傳感器，熱成像相機，掃描儀，IR傳感器陣列，熱電偶(thermocouple)傳感器等等。至少一個傳感器307可以包括單獨傳感器或者在表面303上掃描的傳感器的陣列以監(jiān)控表面303的多個區(qū)域中的每一個的溫度。在另一示例中，至少一個傳感器307可以包括多個單獨傳感器或多個傳感器陣列。每個單獨傳感器或傳感器陣列可以在固定位置并且被設(shè)置為監(jiān)控特定區(qū)域的溫度。

設(shè)備300進(jìn)一步包括試劑輸送控制器309以控制將試劑選擇性地輸送至表面303的多個部分上以形成跨越多個區(qū)域的圖案。試劑可以經(jīng)由試劑分配器311輸送。試劑可以為流體的形式并且試劑分配器311可以包括用于將試劑流體的微滴噴射至表面303上的噴嘴陣列。噴嘴陣列在試劑分配器控制器309的控制下在表面303上掃描。在一些示例中，試劑分配器311可以是設(shè)備300的組成部分。在一些示例中，試劑分配器311可以是用戶可更換的，在該情形中它們可以可移除地可插入至合適的試劑分配器接收器或接口(在此未示出)中。試劑分配器311可以安裝以使試劑分配器311沿著軸線雙向地掃描，例如跨越構(gòu)造材料的表面303的x軸線(其中構(gòu)造材料的表面303定義在x-y平面中并且沿z方向構(gòu)建層，x、y和z相互正交)。處理基床301可以沿著y軸移動，以使得試劑分配器311將試劑流體的微滴沉積在構(gòu)造材料的表面的任意部分上。當(dāng)試劑分配器沿x軸向前方向或向后方向移動時或者當(dāng)沿向前方向和向后方向移動時或者其組合時，試劑分配器311能夠輸送試劑流體。

試劑可以包括例如被選擇性地輸送至表面303上可選擇部分的第一集合上的聚結(jié)劑以形成圖案的至少一部分。此外或可替代地，試劑可以包括被選擇性地輸送至表面303的多個部分的第二集合上的聚結(jié)改性劑以形成跨越多個區(qū)域的第二圖案以形成圖案的至少一部分。聚結(jié)劑用于使得構(gòu)造材料的多個部分的第一集合聚結(jié)并固化。聚結(jié)改性劑用于改變構(gòu)造材料的多個部分的第二集合的材料的特性。聚結(jié)改性劑可以與聚結(jié)劑結(jié)合使用，以使得當(dāng)物體的構(gòu)造材料被聚結(jié)和固化時修改特性?？商娲兀梢苑峙涓男詣?例如合適的試劑)以當(dāng)經(jīng)受熱量時改變物體的多個部分的特性。

設(shè)備300進(jìn)一步包括溫度控制器313以響應(yīng)于跨越多個區(qū)域設(shè)置的圖案而調(diào)制溫度讀數(shù)，并且控制能量源305輸送至多個區(qū)域中的每一個的能量以維持基本上均勻的跨越多個區(qū)域的溫度分布，如參照圖1以上更詳細(xì)所述。

在一個示例中，溫度控制器313可以包括比例-積分-微分(PID)控制回路。除了響應(yīng)于圖案而調(diào)制溫度之外，也可以調(diào)制溫度讀數(shù)以考慮歷史誤差以及這些誤差隨時間的變化。這使得能夠補償當(dāng)圖案形成時可能出現(xiàn)在圖案中的任何誤差，例如由試劑分配器311的噴濺或堵塞引起的誤差。

在另一示例中，溫度控制器313通過比較針對第一區(qū)域的曾被調(diào)制的溫度讀數(shù)與預(yù)定的閾值或目標(biāo)溫度而控制輸送至第一區(qū)域的能量。在另一示例中，溫度控制器313通過將曾被調(diào)制的第一區(qū)域的溫度讀數(shù)和第一區(qū)域的至少一個相鄰區(qū)域的溫度讀數(shù)、與預(yù)定閾值或目標(biāo)溫度進(jìn)行比較而控制輸送至第一區(qū)域的能量?？梢约訖?quán)以及組合至少一個相鄰區(qū)域的溫度讀數(shù)以提供針對第一區(qū)域的溫度讀數(shù)，該第一區(qū)域的溫度讀數(shù)響應(yīng)于圖案而被調(diào)制，并且通過至少一個相鄰區(qū)域的加權(quán)溫度讀數(shù)而被進(jìn)一步的調(diào)制。在另一示例中，也可以在加權(quán)和組合之前響應(yīng)于圖案而進(jìn)一步調(diào)制至少一個相鄰區(qū)域的溫度讀數(shù)，以提供針對第一區(qū)域的溫度讀數(shù)。

設(shè)備300進(jìn)一步包括接收器315以接收表示預(yù)定圖案的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以存儲在存儲裝置317中，存儲裝置317可以與設(shè)備300(圖3中未示出)整體成型或者可以在設(shè)備300的外部，如圖3中所示。存儲裝置317可以包括ROM或RAM或任何其他合適的存儲裝置。在另一示例中，接收器315可以接收感測(sensory)輸出，該感測輸出提供跨越多個區(qū)域的一部分所形成的實際圖案或多圖案的測量值或圖像數(shù)據(jù)。在又一示例中，接收器315可以接收來自存儲裝置317的預(yù)定圖案與提供所形成的實際圖案的測量值的感測輸出的組合。試劑輸送控制器309處理接收的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)以選擇性地輸送試劑以在物體301的表面303上形成預(yù)定的圖案。

通過聚結(jié)劑的存在而實現(xiàn)在構(gòu)建3-D物體的每個切片過程中每個層的構(gòu)造材料的多個部分的選擇性聚結(jié)和固化，該聚結(jié)劑具有更高溫度輻射率并且因此給予相同量的能量施加能夠達(dá)到更高的溫度，因此，僅試劑所覆蓋的區(qū)域被聚結(jié)并固化。施加至表面的能量源提供目標(biāo)溫度。由閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)溫度，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中至少一個傳感器307監(jiān)控跨越表面的多個區(qū)域的溫度。溫度控制器313調(diào)制107至少一個傳感器307的溫度讀數(shù)，以補償由如上參照圖1所述的試劑所覆蓋的表面的區(qū)域所提供的提升溫度。

參照圖4，示出了圖3的設(shè)備300將要加熱的物體403_1、403_2、403_3的示例。物體可以是逐層產(chǎn)生的3-D物體，其中圖4示出了產(chǎn)生3-D物體的切片的層的表面。在處理基床400、例如圖3的處理基床301上沉積構(gòu)造材料的連續(xù)層。處理基床400被劃分為多個區(qū)域401。多個區(qū)域中的每一個可以是基本上大小相同或者可以大小變化。多個區(qū)域形成區(qū)域401_1_1至401_m_n的m×n陣列。在圖4中所示的示例中，第一物體403_1占據(jù)5個區(qū)域。占據(jù)特定區(qū)域的物體的面積確定為區(qū)域的總面積的百分比。例如，第一區(qū)域401_1_3由第一物體403_1的一部分所占據(jù)，例如約第一區(qū)域401_1_3的4％，而第二物體403_2的一部分占據(jù)第二區(qū)域401_3_4的大部分，例如第二區(qū)域401_3_4的86％。因此，在產(chǎn)生第一物體403_1的3-D物體的切片中，對于圖4中所示3-D物體的切片，確定第一區(qū)域401_1_3例如具有聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑的4％的覆蓋范圍。在產(chǎn)生第二物體403_2的3-D物體中，對于圖4中所示3-D物體的切片，確定第二區(qū)域401_3_4具有例如聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑的86％的覆蓋范圍。

至少一個傳感器監(jiān)控第一區(qū)域401_1_3的溫度，并且溫度讀數(shù)將稍微提升，這是由在第一區(qū)域401_1_3內(nèi)第一物體403_1的表面的4％的較高溫度輻射率引起的，而對于第二區(qū)域401_3_4，因為第二區(qū)域401_3_4內(nèi)的第二物體403_2的表面的86％引起較高的溫度輻射率，所以溫度讀數(shù)將提升比第一區(qū)域更大的量。結(jié)果，與針對第一區(qū)域401_1_3的溫度讀數(shù)進(jìn)行的調(diào)節(jié)相比，針對第二區(qū)域401_3_4進(jìn)行的溫度讀數(shù)的調(diào)節(jié)更大。可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)圖案的面積百分比確定區(qū)域的溫度讀數(shù)的調(diào)節(jié)(調(diào)制)的量。

結(jié)果實現(xiàn)了最佳能量源控制和配置。進(jìn)一步，實現(xiàn)了所輸送能量的動態(tài)調(diào)節(jié)，而不論物體、試劑圖案和處理基床位置。這避免了表面上的熱點區(qū)域或偽熱點區(qū)段，并且提供了跨越被加熱的整個表面的穩(wěn)定和基本上均勻的溫度分布。

設(shè)備可以進(jìn)一步包括位置校準(zhǔn)器319。位置校準(zhǔn)器319用于使每個溫度讀數(shù)與每個區(qū)域匹配。在示例中，為位置校準(zhǔn)器319提供指示處理基床301的大小和位置(其是固定的)的數(shù)據(jù)。隨后可以相對于處理基床301的邊緣定位每個傳感器。試劑輸送控制器309相對于處理基床301的邊界控制試劑的輸送。因此獲取每個溫度讀數(shù)的位置可以容易地與圖案、處理基床301的位置以及因此每個區(qū)域的位置相關(guān)聯(lián)。此外圖案可以由對準(zhǔn)軌跡形成，對準(zhǔn)軌跡可以被位置校準(zhǔn)器用于校準(zhǔn)設(shè)備以使得獲取每個溫度讀數(shù)的位置與實際獲取溫度讀數(shù)的區(qū)域相關(guān)聯(lián)。位置校準(zhǔn)器319的輸出提供至溫度控制器315以將溫度讀數(shù)與每個區(qū)域匹配，并且因此提高溫度讀數(shù)的調(diào)制的精確度，并且因此提高輸送至每個區(qū)域的能量的控制的精確度。

在過程期間的溫度穩(wěn)定性被改進(jìn)。采用減少表面過熱而實現(xiàn)優(yōu)化的能耗。提供有利于部件品質(zhì)和機械特性的穩(wěn)定溫度?？梢詸z測類似非均勻熔化/固化和非均勻材料擴(kuò)散的問題。

應(yīng)該注意的是上述示例說明而非限制在此所述的內(nèi)容，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替代的實施方式而并未脫離所附權(quán)利要求的范圍。詞語“包括”并未排除權(quán)利要求中所列出之外的其他要素的存在，“一”并未排除多個，以及單獨處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中所述數(shù)個單元的功能。