阅读说明：本技术 增材制造系统和方法 (Additive manufacturing system and method ) 是由 K·T·斯莱特瑞 于 2019-07-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及增材制造系统和方法。增材制造系统(100)和方法包括：粉末床(110、136)；增材制造头(116),其被配置为将第一能量(151、154)发射到粉末床(110、136)中以形成部件(114)的至少一个层(128、130)；零件暴露机构(112),其被配置为操作使得部件(114)在粉末床(110,136)内在第一时间处于第一位置以及在第二时间处于第二位置,在所述第二位置部件(114)的一部分(132)暴露于粉末床(110、136)的外部；和表面平滑头(120),其被配置为在第二位置中将第二能量(151、154)发射到部件(114)的部分(132)上,以使部件(114)的部分(132)平滑。(The invention relates to an additive manufacturing system and a method. An additive manufacturing system (100) and method includes: a powder bed (110, 136); an additive manufacturing head (116) configured to emit first energy (151, 154) into a powder bed (110, 136) to form at least one layer (128, 130) of a component (114); a part exposure mechanism (112) configured to operate such that a part (114) is in a first position at a first time within a powder bed (110, 136) and in a second position at a second time, a portion (132) of the part (114) being exposed to an exterior of the powder bed (110, 136); and a surface smoothing head (120) configured to emit second energy (151, 154) onto the portion (132) of the component (114) in the second position to smooth the portion (132) of the component (114).)

增材制造系统和方法

技术领域

本公开的示例一般涉及增材制造系统和方法，且更具体地，涉及平滑粉末床熔融(smoothing powder bed fusion)增材制造的部件的系统和方法。

背景技术

增材制造系统和方法用于通过多层材料制造部件(例如零件或产品)。例如，已知的增材制造系统和方法通过逐层添加材料而形成部件。增材制造系统和方法可以包括或以其他方式使用三维(3D)建模(例如，计算机辅助设计或CAD)软件、计算机控制的增材制造设备和粉末或液体形式的原材料。

增材制造包含各种各样的工艺并且结合各种各样的技术，诸如例如激光自由成型制造(laser freeform manufacturing，LFM)、激光沉积(laser deposition，LD)、直接金属沉积(direct metal deposition，DMD)、激光金属沉积、激光增材制造、激光工程净成形(laser engineered net shaping，LENS)、立体光刻(stereolithography，SLA)、选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)、熔融沉积建模(fused deposition modeling，FDM)、多喷射建模(multi jet modeling，MJM)、3D打印、快速原型开发、直接数字制造、分层制造和增材制造。此外，各种原材料可用于增材制造以产生产品。这种材料的示例包括塑料、金属、混凝土和玻璃。

增材制造系统的一个示例是激光增材制造系统。激光增材制造包括在受控的大气条件下将粉末或液体喷洒或以其它方式喷射到高功率激光的聚焦光束或多个高功率激光器的关联部(nexus)中，从而形成熔池。然后，所得沉积物可用于构建或修复用于各种各样的应用的制品。喷射到高功率激光束中的粉末可以包括各种各样的材料，例如金属、塑料和/或类似物。

通过增材制造形成的制品可能需要表面处理以提供更理想的产品。表面处理的一个示例包括平滑或以其他方式减少产品表面的粗糙度。由已知的增材制造系统和方法生产的表面可能具有粗糙的表面光洁度，例如，约600-1000微英寸R_a的数量级。这种粗糙表面可能具有若干不良影响。例如，由于通常与高表面粗糙度相关联的应力上升，具有粗糙表面光洁度的部件在循环加载环境中具有有限的应用。此外，粗糙的表面可能会妨碍使用节省成本的非破坏性检查系统，因为粗糙的表面处理在这种系统中产生高水平的噪音。当用于具有相对平滑表面的零件时，非破坏性检查方法被广泛认为是用于识别这些零件中的结构缺陷的成本有效且准确的工具。

为了改善用增材制造设备制造的部件的表面光洁度，通常使用传统的表面精加工设备和技术在加工位置处进行单独的后处理步骤。然而，由于某些零件的复杂性，表面的后处理可能是麻烦的、昂贵的且耗时的。另外，传统的后处理表面精加工方法对于降低一些复杂零件的内表面的表面粗糙度可能是无效的，从而导致产品具有不太理想的性能。

某些增材制造方法包括形成具有材料的粉末床的部件，所述材料例如金属、塑料和/或类似物。通常，部件在粉末床内形成。因此，不能使用某些已知的平滑系统和方法，因为粉末床的周围材料阻挡了表面处理装置的操作区。也就是说，平滑激光器不能将能量发射到待平滑的部分上，因为部件的一部分被粉末床嵌入或以其他方式覆盖。

发明内容

需要一种增材制造系统和方法，其允许部件的多个部分的有效平滑。此外，需要一种增材制造系统和方法，其被配置为暴露要被平滑的部件的至少一部分。

考虑到这些需求，本公开的某些示例提供了一种增材制造系统，其包括：粉末床；增材制造头，其被配置为将第一能量发射到所述粉末床中以形成部件的至少一个层；零件暴露机构，其被配置为操作使得所述部件在所述粉末床内在第一时间处于第一位置，并且在第二时间处于第二位置，在所述第二位置所述部件的一部分暴露于所述粉末床的外部；和表面平滑头，其被配置为在所述第二位置中将第二能量发射到所述部件的所述部分上，以使所述部件的所述部分平滑。

在至少一个示例中，容器限定成形室。所述零件暴露机构可以在所述容器上或内。

所述增材制造头可以被固定在适当位置。任选地，所述增材制造头可以是可移动的。在至少一个示例中，所述增材制造头被配置为将所述第一能量作为一个或多个激光束发射。

所述表面平滑头可以被固定在适当位置。任选地，所述表面平滑头可以是可移动的。在至少一个示例中，所述表面平滑头被配置为将所述第二能量作为一个或多个激光束发射。

所述第一能量和所述第二能量可以是相同类型的能量(诸如激光束)。替代地，所述第一能量与所述第二能量可以是不同类型的能量。

所述表面平滑头可以被联接到所述增材制造头。在至少一个示例中，所述表面平滑头可以被可移动地联接到所述增材制造头。

成型控制单元可以与所述增材制造头、所述零件暴露机构和所述表面平滑头通信。所述成型控制单元可以被配置为控制所述增材制造头、所述零件暴露机构和所述表面平滑头。

在至少一个示例中，所述零件暴露机构包括致动组件，所述致动组件被配置为将所述部件向上移动到所述第二位置中，使得所述部件的所述部分向上延伸超过所述粉末床的顶表面。所述致动组件可以包括支撑所述部件的成形床，以及可操作地联接到所述成形床的致动器。所述致动组件还可以包括可操作地联接到所述致动器的马达。

在至少一个示例中，所述零件暴露机构包括排出组件，所述排出组件被配置为在关闭位置和打开位置之间选择性地移动，粉末的至少第一部分在所述打开位置通过所述排出组件排出，以在所述第二位置中暴露所述部件的所述部分。所述排出组件可以包括可移动盖，所述可移动盖靠近通过保持所述粉末床的容器形成的出口。所述可移动盖在所述关闭位置中关闭所述出口，并且在所述打开位置中远离所述出口移动以打开所述出口。当所述可移动盖处于所述打开位置时，至少一些所述粉末床从所述出口排出。

本公开的某些示例提供了一种增材制造方法，其包括：从增材制造头向粉末床中发射第一能量，以形成部件的至少一个层；操作零件暴露机构使得所述部件在所述粉末床内在第一时间处于第一位置，并且在第二时间处于第二位置，在所述第二位置所述部件的一部分暴露于所述粉末床的外部；和在所述第二位置将第二能量从表面平滑头发射到所述部件的所述部分上，以平滑所述部件的所述部分。

附图说明

图1示出了根据本公开的示例的增材制造系统的示意图。

图2示出了根据本公开的示例的零件暴露机构的示意图。

图3示出了根据本公开的示例的零件暴露机构的示意图。

图4示出了根据本公开的示例的处于层形成状态的增材制造系统的示意图。

图5示出了根据本公开的示例的处于部件平滑状态的增材制造系统的示意图。

图6示出了根据本公开的示例的处于层形成状态的增材制造系统的示意图。

图7示出了根据本公开的示例的处于部件平滑状态的增材制造系统的示意图。

图8示出了根据本公开的示例的固定到结构的增材制造头的示意图。

图9示出了根据本公开的示例的固定到安装组件的增材制造头的示意图。

图10示出了根据本公开的示例的固定到轨道的增材制造头的示意图。

图11示出了根据本公开的示例的固定到铰接臂的增材制造头的示意图。

图12示出了根据本公开的示例的固定到结构的表面处理头的示意图。

图13示出了根据本公开的示例的固定到安装组件的表面处理头的示意图。

图14示出了根据本公开的示例的固定到轨道的表面处理头的示意图。

图15示出了根据本公开的示例的固定到铰接臂的表面处理头的示意图。

图16示出了根据本公开的示例的联接到增材制造头的表面处理头的示意图。

图17示出了根据本公开的示例的增材制造方法的流程图。

具体实施方式

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及某些示例的以下详细描述。如本文所使用的，以单数形式且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应理解为不必排除多个元件或步骤。此外，对“一个示例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加示例的存在。此外，除非明确相反地陈述，否则“包括”或“具有”带有特定条件的一个元件或多个元件的示例可以包括不具有该条件的附加元件。

本公开的某些示例提供了一种增材制造系统和方法，其包括零件暴露机构，该零件暴露机构被配置成通过增材制造暴露粉末床内形成的部件的一部分。在至少一个示例中，零件暴露机构包括致动组件，该致动组件在增材制造头形成部件的至少一层之后将部件的至少一部分移出粉末床。在至少一个其他示例中，零件暴露机构包括排出组件，该排出组件被配置成将粉末床的至少一部分排出成形室，从而暴露部件的至少一部分。当部件的(一个或多个)部分暴露于粉末床的表面上方时，操作表面处理头以使(一个或多个)部分平滑，例如通过熔化(一个或多个)部分的粗糙表面。

本公开的某些示例提供了一种增材制造系统，其包括增材制造头(诸如用于在现有材料层上选择性激光烧结新材料层的装置)，以及表面处理头，其可以被联接到增材制造头，用于选择性激光烧结。表面处理装置包括激光发射装置，该激光发射装置被配置为发射激光束，该激光束使新材料层和现有材料层中的至少一个的相邻表面平滑。

本公开的某些示例提供了一种增材地制造部件的方法。该方法包括熔化第一层粉末以产生构建部分和金属粉末，将构建部分与未使用的粉末分离，发射激光束(例如从激光发射装置发射的能量)以使构建部分平滑，从而生成平滑的构建部分，将平滑的构建部分定位在未使用的粉末内，并且将第二层金属粉末烧结到平滑的构建部分上。

图1示出了根据本公开的示例的增材制造系统100的示意图。增材制造系统100包括容器102，容器102包括基部104和从基部104直立的壁106。基部104和壁106限定成形室108。成形室108保持粉末床110，例如由金属、聚合物或其他此类材料形成的粉末床110。

零件暴露机构112定位在容器102上和/或容器102内，例如在成形室108内。零件暴露机构112提供粉末床管理系统，该粉末床管理系统被配置成在形成部件114的一个或多个层的增材制造过程期间暴露部件114的至少一部分。

增材制造头116相对于成形室108被固定就位或可移动。增材制造头116包括能量发射器118。在至少一个示例中，增材制造头116是通过能量发射器118发射一个或多个激光束的激光扫描器，能量发射器118可以是激光输出、阵列和/或类似物。可选地，增材制造头116可以是通过能量发射器118发射一个或多个电子束的电子束扫描器，其可以是电子束输出、阵列和/或类似物。作为另一示例，增材制造头116可以是通过能量发射器118发射电弧能量的电弧扫描器，其可以是电弧输出、阵列和/或类似物。标题为“AdditiveManufacturing Systems，Apparatuses，and Methods(增材制造系统、装置和方法)”(“260专利”)的美国专利No.9.751,260公开了增材制造头的示例。该260专利在此通过引用整体并入。

增材制造头116被配置为将能量(例如一个或多个激光束)发射到粉末床110中以形成部件114的层。例如，增材制造头116被配置为将粉末床110的材料层选择性地激光烧结到现有材料层上以形成部件114。

表面平滑头120相对于成形室108固定就位或可移动。表面平滑头120提供光洁装置(glazing device)，该光洁装置被配置为在通过增材制造头116的操作形成部件114的一个或多个层之后使部件114的部分平滑。表面平滑头120包括能量发射器122。表面平滑头120可以被配置成发射与增材制造头116相同类型的能量。例如，增材制造头116可以被配置成将第一能量发射到粉末床110中以形成部件114的层，而表面平滑头120被配置成将第二能量发射到部件114的暴露部分上以使暴露部分平滑。第一能量和第二能量可以是相同类型的能量。在至少一个其他示例中，第一能量和第二能量可以是不同类型的能量。例如，第一能量可以是激光束，而第二能量可以是电子束。

在至少一个示例中，表面平滑头120是激光发射器，激光发射器通过能量发射器122发射一个或多个激光束。可选地，表面平滑头120可以是电子束扫描器，电子束扫描器通过能量发射器122发射一个或多个电子束。作为另一示例，表面平滑头120可以被配置成通过能量发射器122发射电弧能量。在至少一个示例中，表面平滑头120可以与在260专利中描述的表面处理装置相同或相似。

增材制造头116可以被联接到表面平滑头120。例如，表面平滑头120可以诸如通过(一个或多个)铰接臂、托架、龙门架、轨道、支架和/或类似物被可移动地联接到增材制造头116。在至少一个其他示例中，表面平滑头120不被直接地联接到增材制造头116。

在至少一个示例中，增材制造系统100包括成型控制单元124，成型控制单元124可以被配置为控制(例如，操作)增材制造系统100。成型控制单元124可以与零件暴露机构112、增材制造头116和表面平滑头120诸如通过一个或多个有线或无线连接而通信。成型控制单元124可以被配置成通过存储在存储器中的预编程指令来操作增材制造系统100。

在操作中，增材制造头116将能量(例如一个或多个激光束)发射到粉末床110中以形成部件114的层128。例如，增材制造头116将来自粉末床110内的材料的层128选择性地激光烧结到部件114的现有层130上。成型控制单元124可以在成形过程期间控制增材制造头116。

在已经通过增材制造头116将能量发射到粉末床110中而形成部件114的层128之后，操作零件暴露机构112以使部件114的至少一部分132暴露于粉末床110之外。部分132可以是部件114的边缘。部分132可以是部件114的一半或更多。在至少一个其他示例中，部分132可以是部件的整体。在至少一个示例中，成型控制单元124操作零件暴露机构112以将部件114的(一个或多个)部分132暴露于粉末床110之外。(一个或多个)部分132可以是先前通过增材制造头116将能量发射到粉末床110中而形成的层128(或其至少一部分)。

在(一个或多个)部分132暴露于粉末床110外部之后，可以操作表面平滑头120以熔化(一个或多个)部分132的粗糙表面部分，该粗糙表面部分可以包括层128的部分、现有层130和/或部件114的各种其他部分。例如，成型控制单元124可以控制表面平滑头120的操作以发射能量(例如激光束)以使粉末床110外部的(一个或多个)部分132平滑。在通过表面平滑头120使(一个或多个)部分132平滑之后，操作零件暴露机构112以将部件114移回粉末床110中，使得部件114浸没在其中或以其他方式覆盖。在至少一个示例中，可以将额外的材料添加到粉末床110以将部件114浸没在其中。当部件114浸没在粉末床110内或以其他方式被粉末床110覆盖时，该过程可以重复，使得增材制造头116将能量发射到粉末床110中以在层128上形成另一层，之后操作零件暴露机构112以暴露由表面平滑头120平滑的部件114的至少一部分。该过程继续重复，直到形成部件114的所有层，并且使要被表面平滑头120平滑的所有部分平滑。

如所描述的，本公开的示例提供了增材制造系统100，其包括：粉末床110；增材制造头116，其被配置为将第一能量(例如一个或多个激光束)发射到粉末床110中以形成部件114的至少一个层128；零件暴露机构112，其被配置成操作使得部件114在粉末床110内在第一时间处于第一位置(例如被覆盖或浸没的位置)，以及在第二时间(例如在第一时间之后)处于第二位置，在第二位置处部件114的部分132暴露于粉末床110的外部；表面平滑头120，其被配置为在第二位置中将第二能量(例如，一个或多个激光束)发射到部件114的部分132上，以使部件114的部分132平滑。

在至少一个示例中，零件暴露机构112是致动组件或者包括致动组件，该致动组件使部件114在成形室108内向上移动，使得(一个或多个)部分132暴露于粉末床110的顶表面134上方。在至少一个其他示例中，零件暴露机构112是排出组件或者包括排出组件，该排出组件被配置成选择性地关闭和打开。在打开位置中，粉末床110的一部分从成形室108排出，直到部分132被暴露于顶表面134上方。

如本文所使用的，术语“控制单元”、“中央处理单元”、“单元”、“CPU”、“计算机”等可以包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括：使用微控制器的系统、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所述功能的包括硬件、软件或其组合的任何其他电路或处理器。这些仅是示例性的，因此不旨在以任何方式限制这些术语的定义和/或含义。例如，成型控制单元124可以是一个或多个处理器或包括一个或多个处理器，其被配置为控制增材制造系统100的操作，如本文所述。

成型控制单元124被配置为执行存储在一个或多个数据存储单元或元件(例如一个或多个存储器)中的一组指令，以便处理数据。例如，成型控制单元124可以包括或被联接到一个或多个存储器。数据存储单元还可以根据期望或需要存储数据或其他信息。数据存储单元可以是处理机器内的信息源或物理存储器元件的形式。

该组指令可以包括指示成型控制单元124作为处理机器来执行特定操作的各种命令，所述特定操作诸如本文描述的主题的各种示例的方法和过程。该组指令可以是软件程序的形式。该软件可以是各种形式，例如系统软件或应用软件。此外，软件可以是单独程序的集合，较大程序内的程序子集或程序的一部分的形式。该软件还可以包括面向对象编程形式的模块化编程。处理机器对输入数据的处理可以是响应于用户命令，或者响应于先前处理的结果，或者响应于另一处理机器做出的请求。

本文示例的图示可以示出一个或多个控制或处理单元，例如成型控制单元124。应当理解，处理或控制单元可以表示可以被实现为具有执行本文所述的操作的相关指令(例如，存储在有形和非暂时性计算机可读存储介质上的软件，例如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM等)的硬件的电路、电路系统或其部分。硬件可以包括硬连线的状态机电路以执行本文描述的功能。可选地，硬件可以包括电子电路，该电子电路包括和/或连接到一个或多个基于逻辑的装置，例如微处理器、处理器、控制器等。可选地，成型控制单元124可以表示处理电路，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、(一个或多个)微处理器和/或类似物中的一个或多个。各种示例中的电路可以被配置为执行一个或多个算法以执行本文描述的功能。一个或多个算法可以包括本文公开的示例的方面，无论是否在流程图或方法中明确地标识。

如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在数据存储单元(例如，一个或多个存储器)中的任何计算机程序，用于由计算机执行，所述数据存储单元包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述数据存储单元类型仅是示例性的，因此不限制可用于存储计算机程序的存储器类型。

图2示出了根据本公开的示例的零件暴露机构112的示意图。在该示例中，零件暴露机构112是致动组件135，致动组件135包括成形床136和可操作地联接到成形床136的致动器138。马达140被可操作地联接到致动器138。

参照图1和图2，部件114被支撑在成形床136的顶表面142上。致动器138可以是或包括一个或多个电动、气动、液压和/或类似的活塞，凸轮，提升支架和/或类似物，它们被马达140移动。马达140被激活以移动致动器138并且选择性地提升和降低成形床136，并且因此相对于粉末床110向上和向下提升和降低部件114。可选地，致动器138可以包括整体式马达或其他形式的动力致动，而不是联接到单独且不同的马达。成型控制单元124可以与马达140通信，例如通过一个或多个有线或无线连接，以控制零件暴露机构112的操作。在至少一个其他示例中，致动组件可以包括被配置为将粉末床材料从部件114上抖动下去的振动装置或类似物。

图3示出了根据本公开的示例的零件暴露机构112的示意图。在该示例中，零件暴露机构112是被联接到容器102的一部分的排出组件144。例如，排出组件144可以被固定到容器102的基部104。在至少一个其他示例中，排出组件144可以被固定到容器102的壁106(如图1所示)，位于粉末床110的顶表面134下方。

排出组件144包括靠近通过容器102形成的出口148(例如开口)的可移动盖146。盖146被可移动地联接到致动器150(例如可移动的铰链、柱子或类似物)。在关闭位置中，盖146关闭出口148。例如，在关闭位置中，盖146可以定位在出口148的下方、上方或内部，以防止材料从出口148排出。在打开位置中，致动器150使盖146远离出口148移动，从而允许材料从出口148排出。成型控制单元124可以与致动器150通信，例如通过一个或多个有线或无线连接，以控制零件暴露机构112的操作。

图4示出了根据本公开的示例的处于层形成状态的增材制造系统100的示意图。如图所示，部件114被支撑在成形室108内的成形床136(例如板)上。在层形成状态下，零件暴露机构112处于第一位置，其中致动器138被缩回。在层形成状态中，部件114浸没在粉末床110内或以其他方式被粉末床110覆盖。在层形成阶段期间，部件114的任何部分都不会暴露于顶表面134上方。

在层形成状态期间，增材制造头116将能量151(例如一个或多个激光束)发射到粉末床110中以形成部件114的层，如本文所述。在层形成状态期间，表面平滑头120位于增材制造头116的能量发射封套152之外。在通过增材制造头116将能量151发射到粉末床110中形成部件114的期望层之后，操作零件暴露机构112以使部件114的部分132移动到粉末床110的顶表面134上方。

图5示出了根据本公开的示例的处于部件平滑状态的增材制造系统100的示意图。如图所示，在部件平滑状态下，零件暴露机构112处于第二位置，其中致动器138延伸以使部件114向上移动通过粉末床110。在部件平滑状态下，增材制造头116被停用，并且致动器138被移动以推动粉末床110的顶表面134上方的(一个或多个)部分132。这样，表面平滑头120然后可以移动到期望的位置以发射聚焦的能量154(例如聚焦的激光束)到部件114的(一个或多个)部分132上以熔化并由此使(一个或多个)部分132平滑。随着零件暴露机构112在成形室108内向上移动部件114时，过量粉末156可溢出成形室108。可以将过量粉末156沉积回到成形室108内。

图6示出了根据本公开的示例的处于层形成状态的增材制造系统100的示意图。在层形成状态下，排出组件144处于第一位置，例如关闭位置，从而确保粉末床110内的材料保留在成形室中。

图7示出了根据本公开的示例的处于部件平滑状态的增材制造系统100的示意图。在部件平滑状态下，排出组件144移动到第二位置，例如打开位置，从而允许粉末床110的未使用部分160排出成形室108。当未使用部分160排出成形室108时，部件114的(一个或多个)部分132暴露于成形室108内的粉末床110的顶表面134上方。然后可以通过表面平滑头120使(一个或多个)部分132平滑，如本文所述。

可选地，图4-7中所示的示例可以被组合成单个示例。例如，增材制造系统100可包括致动系统，致动系统可包括图4和图5中所示的致动器138，以及图6和图7中所示的排出组件144。

图8示出了根据本公开的示例的被固定到结构170的增材制造头116的示意图。参照图1和图8，增材制造头116可以位于粉末床110上方的固定位置。例如，增材制造头116可以(例如通过紧固件、一个或多个中间结构、粘合剂和/或类似物)被牢固地安装到结构170。结构170可以是壁、天花板或类似物。

图9示出了根据本公开的示例的固定到安装组件172的增材制造头116的示意图。安装组件172包括基部174和从其延伸的安装臂176。基部174可以被支撑在地板178上。增材制造头116被固定到安装臂176的远端180。安装组件172可以被配置成将增材制造头116固定在粉末床110上方(图1中示出)。可选地，安装组件172可以被配置成可移动地定位增材制造头116。

图10示出了根据本公开的示例的固定到轨道182的增材制造头116的示意图。轨道182可以被固定到壁、天花板、地板和/或类似物。轨道182包括导轨184，导轨184保持增材制造头116的可移动部分。例如，增材制造头116可以包括保持在导轨184内的辊。以这种方式，增材制造头116可相对于粉末床110(如图1所示)移动。轨道182可包括比所示更多或更少的导轨。增材制造头116可以通过其他接口(例如铰接或伸缩构件、轮式组件和/或类似物)被可移动地联接到结构(例如壁、地板、天花板或类似物)。

图11示出了根据本公开的示例的固定到铰接臂188的增材制造头116的示意图。铰接臂188包括允许增材制造头116通过各种自由度移动的一个或多个可移动段190。铰接臂188可包括比所示更多或更少的可移动段190。

图12示出了根据本公开的示例的固定到结构192的表面平滑头120的示意图。参照图1和图12，表面平滑头120可以位于粉末床110上方的固定位置。例如，表面平滑头120可以(例如通过紧固件、一个或多个中间结构、粘合剂和/或类似物)被牢固地安装到结构192。结构192可以是壁、天花板或类似物。

图13示出了根据本公开的示例的固定到安装组件194的表面平滑头120的示意图。安装组件194包括基部196和从其延伸的安装臂198。基部196可以被支撑在地板199上。表面平滑头120被固定到安装臂198的远端200。安装组件194可以被配置成将表面平滑头120固定在粉末床110上方(在图1中示出)。可选地，安装组件194可以配置成可移动地定位表面平滑头120。

图14示出了根据本公开的示例的固定到轨道202的表面平滑头120的示意图。轨道202可以被固定到壁、天花板、地板和/或类似物。轨道202包括导轨204，导轨204保持表面平滑头120的可移动部分。例如，表面平滑头120可包括保持在导轨204内的辊。以这种方式，表面平滑头120可相对于粉末床110移动(如图1所示)。轨道202可包括比所示更多或更少的导轨。表面平滑头120可以通过其他接口(例如铰接或伸缩构件、轮式组件和/或类似物)被可移动地联接到结构(例如壁、地板、天花板或类似物)。

图15示出了根据本公开的示例的固定到铰接臂206的表面平滑头120的示意图。铰接臂206包括允许表面平滑头120通过各种自由度移动的一个或多个可移动段208。铰接臂206可包括比所示更多或更少的可移动段208。

图16示出了根据本公开的示例的联接到增材制造头116的表面平滑头120的示意图。安装联接器210将表面平滑头120连接到增材制造头116。例如，安装联接器210可以将表面平滑头120可移动地联接到增材制造头116，例如通过铰接臂段、可移动托架、轨道和/或类似物。在至少一个其他示例中，表面平滑头120可以以固定关系被联接到增材制造头116。

图17示出了根据本公开的示例的增材制造方法的流程图。参考图1和图17，成型控制单元124可以被编程以根据本文示出和描述的方法操作。

在300处，能量(例如一个或多个激光束)从增材制造头116发射到粉末床110中以形成部件114的层128。在302处，确定层128是否已经完全形成。如果否，则该过程返回到300。该过程可以继续在300和302之间循环，直到一个或多个层已经形成期望的深度、高度等。然而，如果层128已经在302处完全形成，则该方法进行到304，在304处，增材制造头116被停用。

在306处，操作零件暴露机构112以暴露要被平滑的部件114的至少一部分132。在308处，确定(一个或多个)部分132是否暴露于粉末床110的顶表面134上方。如果否，则该方法返回到306，在306处，零件暴露机构继续***作以暴露(一个或多个)部分132。

然而，如果(一个或多个)部分132在308处暴露于粉末床110的顶表面134上方，则方法进行到310，在310处，能量(诸如聚焦的激光束)从表面平滑头120发射到(一个或多个)部分132上以熔化并平滑(一个或多个)部分132。在312处，确定(一个或多个)部分132是否是期望的平滑度。如果否，则该方法返回到310，在310处，能量继续从表面平滑头120被发射到(一个或多个)部分132上。

然而，如果(一个或多个)部分132在312处是期望的平滑度，则方法进行到314，在314处，确定部件114是否完全形成。如果部件114完全形成，则部件114从成形室108移除，并且该方法在315处结束。然而，如果部件114未在314处完全形成，则方法进行到316，在316处，零件暴露机构112被接合以将部件114浸没回粉末床110内。该方法然后返回到300。

如本文所述，本公开的某些实施例提供了一种增材制造系统，其包括：容器，其限定保持粉末床(其包括粉末)的成形室；增材制造头，其被配置为将第一能量发射到所述粉末床中以形成部件的至少一个层；和在所述容器上或内的零件暴露机构。所述零件暴露机构被配置为操作使得所述部件在所述粉末床内在第一时间处于第一位置，并且在第二时间处于第二位置，在所述第二位置所述部件的一部分暴露于所述粉末床的外部。表面平滑头被配置为在所述第二位置中将第二能量发射到所述部件的所述部分上，以使所述部件的所述部分平滑。成型控制单元与所述增材制造头、所述零件暴露机构和所述表面平滑头通信。所述成型控制单元被配置为控制(例如操作)所述增材制造头、所述零件暴露机构和所述表面平滑头。在至少一个示例中，所述表面平滑头被联接到所述增材制造头。

所述零件暴露机构可以包括致动组件，所述致动组件被配置为将所述部件向上移动到所述第二位置中，使得所述部件的所述部分向上延伸超过所述粉末床的顶表面。所述致动组件可以包括支撑所述部件的成形床，以及可操作地联接到所述成形床的致动器。

所述零件暴露机构包括排出组件，所述排出组件被配置为在关闭位置和打开位置之间选择性地移动。粉末的至少第一部分在所述打开位置通过所述排出组件排出，以在所述第二位置中暴露所述部件的所述部分。所述排出组件可以包括可移动盖，所述可移动盖靠近通过保持所述粉末床的容器形成的出口。所述可移动盖在所述关闭位置中关闭所述出口，并且在所述打开位置中远离所述出口移动以打开所述出口。当所述可移动盖处于打开位置时，粉末的至少第一部分从所述出口排出。

如本文所述，本公开的示例提供增材制造系统和方法，其允许部件的部分的有效平滑。此外，增材制造系统和方法被配置为至少暴露待平滑的部件的形成部分。

虽然可以使用诸如顶部、底部、下部、中部、横向、水平、竖直、前部等的各种空间和方向术语来描述本公开的示例，但是应当理解，这些术语仅相对于附图中所示的取向使用。取向可以被反转、旋转或以其他方式改变，使得上部是下部，且反之亦然，水平变为竖直等等。

如本文所使用的，“被配置为”执行任务或操作的结构、限制或元件在特定结构上以对应于任务或操作的方式形成、构造或调整。出于清楚和避免疑问的目的，仅能够被修改以执行任务或操作的对象不“被配置为”执行如本文所使用的任务或操作。

应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的各种示例的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开的各种示例的参数，但是这些示例决不是限制性的而是示例性示例。在阅读以上描述后，许多其他示例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本公开的各种示例的范围。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通术语等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。此外，随附权利要求的限制不是用装置加功能格式撰写的，并且不旨在基于35 U.S.C§112(f)来解释，除非并且直到此类权利要求限制明确使用短语“用于……的装置”之后是功能陈述而没有进一步的结构陈述。

此外，本公开包括根据以下条款的示例：

条款1.一种增材制造系统(100)，包括：

粉末床(110、136)；

增材制造头(116)，其被配置为将第一能量(151、154)发射到所述粉末床(110、136)中以形成部件(114)的至少一个层(128、130)；

零件暴露机构(112)，其被配置为操作使得所述部件(114)在所述粉末床(110、136)内在第一时间处于第一位置，并且在第二时间处于第二位置，在所述第二位置所述部件(114)的一部分(132)暴露于所述粉末床(110、136)的外部；和

表面平滑头(120)，其被配置为在所述第二位置中将第二能量(151、154)发射到所述部件(114)的所述部分(132)上，以使所述部件(114)的所述部分(132)平滑。

条款2.根据条款1所述的增材制造系统(100)，其还包括限定成形室(108)的容器(102)。

条款3.根据条款2所述的增材制造系统(100)，其中所述零件暴露机构(112)在所述容器(102)上或内。

条款4.根据条款1-3中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述增材制造头(116)为以下中的一者：固定在适当位置或可移动。

条款5.根据条款1-4中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述增材制造头(116)被配置为将所述第一能量(151、154)作为一个或多个激光束发射。

条款6.根据条款1-5中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述表面平滑头(120)为以下中的一者：固定在适当位置或可移动。

条款7.根据条款1-6中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述表面平滑头(120)被配置为将所述第二能量(151、154)作为一个或多个激光束发射。

条款8.根据条款1-7中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述第一能量(151、154)和所述第二能量(151、154)是相同类型的能量(151、154)，或其中所述第一能量(151、154)与所述第二能量(151、154)是不同类型的能量(151、154)。

条款9.根据条款1-8中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述表面平滑头(120)被联接到所述增材制造头(116)。

条款10.根据条款9所述的增材制造系统(100)，其中所述表面平滑头(120)被可移动地联接到所述增材制造头(116)。

条款11.根据条款1-10中任一项所述的增材制造系统(100)，其还包括与所述增材制造头(116)、所述零件暴露机构(112)和所述表面平滑头(120)通信的成型控制单元(124)，其中所述成型控制单元(124)被配置为操作所述增材制造头(116)、所述零件暴露机构(112)和所述表面平滑头(120)。

条款12.根据条款1-11中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述零件暴露机构(112)包括致动组件(135)，所述致动组件(135)被配置为将所述部件(114)向上移动到所述第二位置中，使得所述部件(114)的所述部分(132)向上延伸超过所述粉末床(110、136)的顶表面(134、142)。

条款13.根据条款12所述的增材制造系统(100)，其中所述致动组件(135)包括支撑所述部件(114)的成形床(136)，以及可操作地联接到所述成形床(136)的致动器(138、150)。

条款14.根据条款1-13中任一项所述的增材制造系统(100)，其中所述零件暴露机构(112)包括排出组件(144)，所述排出组件被配置为在关闭位置和打开位置之间选择性地移动，其中粉末的至少第一部分(132)在所述打开位置通过所述排出组件(144)排出，以在所述第二位置中暴露所述部件(114)的所述部分(132)。

条款15.根据条款14所述的增材制造系统(100)，其中所述排出组件(144)包括可移动盖(146)(146)，所述可移动盖(146)靠近通过保持所述粉末床(110、136)的容器(102)形成的出口(148)，其中所述可移动盖(146)被配置为在所述关闭位置中关闭所述出口(148)，并且在所述打开位置中远离所述出口(148)移动以打开所述出口(148)，并且其中当所述可移动盖(146)处于所述打开位置时，至少一些所述粉末床(110)(136)从所述出口(148)排出。

条款16.一种增材制造方法，包括：

从增材制造头(116)向粉末床(110)(136)中发射第一能量(151、154)，以形成部件(114)的至少一个层(128、130)；

操作零件暴露机构(112)使得所述部件(114)在所述粉末床(110、136)内在第一时间处于第一位置，并且在第二时间处于第二位置，在所述第二位置所述部件(114)的一部分(132)暴露于所述粉末床(110、136)的外部；并且

在所述第二位置将第二能量(151、154)从表面平滑头(120)发射到所述部件(114)的所述部分(132)上，以平滑所述部件(114)的所述部分(132)。

条款17.根据条款16所述的增材制造方法，其中所述操作包括使用致动组件(135)，所述致动组件将所述部件(114)向上移动到所述第二位置中，使得所述部件(114)的所述部分(132)向上延伸超过所述粉末床(110、136)的顶表面(134、142)。

条款18.根据条款16或17所述的增材制造方法，其中所述操作还包括将所述部件(114)支撑在成形床(136)上，所述成形床(136)可操作地联接到致动器(138、150)。

条款19.根据条款16-18中任一项所述的增材制造方法，其中所述操作包括选择性地将排出组件(144)在关闭位置和打开位置之间移动，其中所述粉末床(110，136)的粉末的至少第一部分(132)在所述打开位置通过所述排出组件(144)排出，以在所述第二位置暴露所述部件(114)的所述部分(132)。

条款20.根据条款19所述的增材制造方法，其中所述操作还包括：

在可移动盖(146)处于所述关闭位置的情况下，关闭通过容器(102)的出口(148)，所述容器(102)保持所述粉末床(110)(136)；和

在所述打开位置中将所述可移动盖(146)移动远离所述出口(148)以打开所述出口(148)，其中当所述可移动盖处于所述打开位置时，粉末的至少第一部分(132)从所述出口(148)排出。

该书面描述使用示例来公开本公开的各种示例(包括最佳模式)并且还使本领域技术人员能够实践本公开的各种示例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并方法。本公开的各种示例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示例。如果示例具有与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果示例包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。