阅读说明：本技术 增材制造系统和方法 (Additive manufacturing system and method ) 是由 詹姆斯·A·德姆斯 海纳·费斯 埃里克·图姆尔 尤金·伯蒂切夫斯基 弗朗西斯·L·利尔德 于 2016-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及增材制造系统和方法。公开了包括用于使粉末床成像的二维能量图案化系统的增材制造系统。描述了支持射束组合、射束调向以及图案化和未图案化射束回收和再利用的改进的光学系统。(The invention relates to an additive manufacturing system and a method. An additive manufacturing system including a two-dimensional energy patterning system for imaging a powder bed is disclosed. Improved optical systems supporting beam combining, beam steering, and patterned and unpatterned beam recovery and reuse are described.)

增材制造系统和方法

本申请是申请日为2016年10月27日，申请号为201680067983.8，发明名称为“增材制造系统和方法”的申请的分案申请。

相关专利申请的交叉引用

本公开是要求下列申请的优先权权益的非临时专利申请的一部分：

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,758，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,765，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,770，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,776，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,783，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,791，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,799，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,966，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,968，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,969，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,980，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,989，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,780，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,787，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,795，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,821，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,829，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,833，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,835，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,839，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,841，

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,847，以及

2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,848，上述美国专利申请通过引用以其整体并入。

技术领域

本公开总体上涉及用于增材制造的系统和方法。在一个实施例中描述了具有二维能量图案化和能量束再利用的粉末床熔融制造。

背景

传统的部件加工通常依靠通过钻孔、切割或磨削移除材料来形成零件。相反，增材制造(也被称为3D打印)通常涉及通过材料的顺序的逐层添加来构建零件。从3D计算机模型开始，可以使用增材制造系统来从各种各样的材料中创建复杂的零件。

一种被称为粉末床熔融(PBF)的增材制造技术使用一种或更多种聚焦能量源(例如激光或电子束)，来通过熔化粉末并将其粘合到下面的层来在薄层粉末中绘制图案。粉末可以是塑料、金属或陶瓷。这种技术是高度精确的，通常可以实现小至150-300微米的特征尺寸。然而，粉末床熔融增材制造机器制造商努力创造能够产生超过1kg/hr的打印材料的机器。由于这种粉末到固体的转换速度很慢，机器尺寸由于打印较大的零件需要时间长度而相对较小。今天最大的机器的可打印零件体积通常小于64L(40cm)³。虽然这些打印机能够打印几乎任意几何形状的零件，但由于机器成本高和粉末转换率低，机器的摊销成本以非常高而告终，导致昂贵的零件。

不幸的是，通过简单地放大机器来增加零件尺寸或降低制造成本并不是一个可接受的解决方案。作为最低限度，为了熔化给定体积的材料，激光必须提供足够的能量以使其达到熔化温度，并且提供熔化所需的相变能量。如果在这个过程中没有热能耗散，那么随着时间的推移沉积的激光能量(激光功率)与材料生产率之间存在线性缩放。如果粉末床熔融增材制造机器制造商想要提高材料生产率，他们就必须增加激光功率。不幸的是，激光器功率的增加与激光器的成本的增加成比例，并且规模的增大大大增加了当今已经昂贵的机器的成本。

即使激光成本不是一个因素，缩放激光的功率也会产生其他不利影响。每种粉末化材料都具有最佳的熔化属性，这取决于功率通量。如果功率太低，粉末不会熔化，如果太高，激光会钻入材料(穿孔(key-holing))。增加已经在这些最佳点之一运行的机器的激光功率导致必然需要增加激光面积(光斑尺寸)以保持最佳的功率通量。简单地增加光斑尺寸会降低可打印的分辨率，同时将激光分成多个射束会增加系统的复杂性。

实际上，目前可用的粉末床增材制造机器可能受限于零件尺寸、零件制造成本、零件细节分辨率和零件制造产量。