增材制造方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種增材制造方法和設備，并且具體而言但非排他地涉及一種構建物體的支撐物的方法和設備，所述物體是使用增材制造構建的使得在構建結束時可以輕易地從支撐物上釋放所述物體。本發明尤其可以應用于由金屬粉末構建物體和相關聯的支撐結構。
【背景技術】
[0002]在增材制造過程中，例如在選擇性激光熔化(SLM)或選擇性激光燒結(SLS)中，物體是使用例如激光束或者電子束等聚焦高能量束通過例如粉末材料等材料的固結而逐層構建。在SLM或SLS中，粉末的連續層沉積到構建平臺上，并且聚焦激光束跨越對應于所構建的物體的截面的每一層的部分進行掃描，使得在激光掃描到的點處的粉末是固結的。在US6042774和W02010/007394中描述了增材制造過程的實例。
[0003]為了將物體錨定在適當的位置并且為了防止或至少減少物體的變形(例如，卷曲)，在構建期間，已知的是構建從構建平臺到物體的下表面延伸的相同材料的支撐物。典型的支撐結構包括一系列薄支柱，所述支柱從構建平臺延伸到物體。在構建結束時，從物體中移除支撐物以提供成品物品。然而，已發現難以以可重復方式移除這些支撐物使得每個物體(例如，在一系列名義上相同的物體中)看起來是相同的。
[0004]作為一個實例，圖1a到Ic示出了布置成網格圖案的支撐物I，所述支撐物可以使用Magics(由Materialise股份有限公司銷售的軟件包)創建。在此實例中，物體2是具有中心凹陷3的嵌齒。支撐物I延伸到凹陷3中以在凹陷3內支撐物體2的面朝下的表面4。移除位于凹陷3中的支撐物I a是非常困難的。此外，高支撐物，例如，延伸到凹陷3中的支撐物Ia，在粉末層的鋪展期間在接觸弧刷時可能發生彎曲。
[0005]已知的是在支撐物的頂部處提供減弱的斷裂點，例如，如在EP0655317、EP1120228和EP1358855中所公開的，所述減弱的斷裂點有助于從物體釋放支撐物。然而，支撐物的區域的減弱可能引起物體的不充分的支撐。舉例來說，在構建期間促進物體發生卷曲的熱所產生的力可以引起物體在這些減弱斷裂點處從支撐物脫離而造成構建的扭曲和可能的失敗。
[0006]W02012/131481公開了一種具有預定義斷裂點和充當散熱器的體積元件的支撐物。
[0007]US5595703公開了一種用于光固化立體造型術中的支撐物，所述支撐物的直徑朝向頂部增大使得在物體的頂部處獲得最大支撐物，而在底部處使用最少量的材料。
【發明內容】
[0008]根據本發明的第一方面提供一種增材制造方法，所述方法包括通過在構建平臺上重復地提供材料的層并且跨越所述層掃描波束以使材料固結來逐層構建物體，其中提供多個支撐物以用于在構建期間支撐物體，每個支撐物包括通過易碎結構的2維圖案附接到物體的主體，所述方法進一步包括將輸入力施加到主體以引起主體的位移以使易碎結構斷
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[0009]易碎結構確保在可重復位置處物體可以從支撐物分離，而支撐物的2維圖案可以確保提供足夠的支撐物以防止在構建期間易碎結構從物體分離。具體而言，易碎結構的圖案在兩個維度中提供強度。提供支撐結構作為多個間隔開的主體允許更輕易地從物體移除支撐物。主體可以提供足夠的剛度以避免較高支撐物通過與刮片的接觸而彎曲。此外，與參考圖1a到Ic所描述的網格狀結構相比，該主體可充當更好的散熱器。
[0010]可以在主體上的位置處施加輸入力使得主體的杠桿作用在每個易碎結構上提供大于輸入力的合力。
[0011]本發明有助于通過杠桿作用而從物體移除支撐物的同時，確保支撐物在由易碎結構界定的可重復位置處間隔開。
[0012]易碎結構具有與主體不同的結構，以使得在輸入力下，易碎結構與主體相比更易于斷裂。主體可以具有足夠的結構整體性，使得可以施加輸入力來引起主體樞轉以使易碎結構斷裂而不會使主體發生顯著變形，例如，當從物體上釋放時主體的結構基本上與在構建期間相同。使主體顯著變形所需的力可以比使易碎結構斷裂所需的輸入力大的多。
[0013]主體可以是用于支撐物體的支柱或腳柱，所述支柱或腳柱通過易碎結構連接到物體。主體可以是固體塊/整體、具有固體壁或晶格結構的殼體。主體在它所占據的整個體積中可以具有基本上均質的結構。
[0014]舉例來說，在主體包括晶格結構的情況下，晶格結構的框架可以由在主體的整個體積中重復的3維晶胞形成。
[0015]易碎結構的2維圖案可以是規則圖案，例如，易碎結構的網格，或可以是易碎結構的不規則圖案。易碎結構的圖案是2維圖案，并且因此并非是經減弱的斷裂點的單條線，如EP0655317和E1S7084370中所揭示。經減弱的斷裂點的單條線可能不能提供足夠的橫向支撐，使得支撐物在構建期間出現的橫向力作用下，在垂直于經減弱的斷裂點的線的方向上發生塌陷。易碎結構的2維圖案可通過增大在構建期間發生的橫向力的阻力而改善這一問題。
[0016]易碎結構的2維圖案可以包括多個重復單元。易碎結構可以包括布置成2維圖案的多個單獨的易碎單元，例如，各自具有足夠小的截面的單獨的列以在施加輸入力時斷裂，或單獨的圓錐或窄到此類足夠小的截面的其它形狀。可替代地，易碎結構可以包括結合以形成一個或多個較大結構的易碎單元。舉例來說，易碎結構可以包括在輸入力的施加下發生斷裂的薄的壁狀區段的網格。
[0017]易碎結構可以經布置以在平行于物體的表面的第一方向上在兩個或兩個以上間隔開的位置處提供支撐并且在平行于物體的表面且垂直于第一方向的第二方向上的兩個或兩個以上間隔開的位置處提供支撐。間隔開的位置之間的距離可以小于0.8mm并且優選地是0.6mm。間隔開的位置之間的距離可以大于0.2mm并且優選地是0.4mm。
[0018]優選地，在最接近于物體的位置處，在主體之間的間隙小于易碎結構的元件之間的最大距離。舉例來說，間隙可以小于0.5mm并且優選地小于0.4mm。
[0019]輸入力可以施加到遠離易碎結構的主體的遠端。輸入力可以通過例如錘或類似物等工具施加。
[0020]所述方法可以包括使用增材制造過程構建支撐物。
[0021]根據本發明的第二方面，提供一種用于在增材制造期間支撐物體的支撐結構，其中物體是通過在構建平臺上重復地提供材料的層并且跨越所述層掃描波束以使材料固結來逐層構建的，所述支撐結構包括用于支撐物體的多個支撐物，每個支撐物包括通過易碎結構的2維圖案附接到物體的主體。
[0022]支撐物可以經布置以使得主體在其間界定間隙，主體中的至少一個可以通過輸入力樞轉到所述間隙中以使易碎結構斷裂。可以設定間隙的尺寸，以使得主體具有足夠的擺幅以使易碎結構斷裂。
[0023]主體的形狀可允許輸入力施加到主體上的位置以引起每個易碎結構上的合力大于輸入力。
[0024]主體可以具有遠端(底部)部分，輸入力可以施加到所述遠端部分以使主體圍繞樞轉點樞轉，在垂直于關于樞轉點的旋轉軸的方向上，該遠端部分，與距離樞轉點最遠的易碎的結構相比，距離所述樞轉點更遠。以此方式，圍繞樞轉點的相對力矩使得施加到易碎結構的合力大于輸入力。
[0025]主體中的至少一個可從物體朝向構建平臺逐漸變窄，以在主體與其它支撐物中的一個的鄰近主體之間提供足夠的空間，以允許所述主體或所述鄰近主體樞轉移動到所述空間中以使易碎結構斷裂。
[0026]每個主體的頂部可遵循物體的輪廓以在主體與物體之間提供由易碎結構橫跨的設定間隙。易碎結構的高度(并且因此是經設定的間隙的大小)可以小于1mm，并且優選地小于0.5mm并且最優選地小于0.3mm。
[0027]支撐物中的一個的主體可以包括底切，該支撐物中的一個的主體鄰近另一支撐物的主體，該另一支撐物的主體的頂部突出到所述底切中。
[0028]主體中的一個或多個可以是中空的(充滿未融化的和/或未燒結的粉末)和/或在其中包括孔口。這可以減少主體的體積以在構建期間保存材料。形成主體中的一個或多個固化材料可能不是完全致密的。使用增材制造過程制作不是完全致密的支撐物與使用所述過程制作完全致密的支撐物相比可以是更快速的。
[0029]每個支撐物可以包括將主體附接到構建平臺的其它易碎結構。
[0030]根據本發明的第三方面提供用于