CN1729069A - 用于制造三维产品的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造三维产品的装置，所述装置包括：在其上构造所述三维产品的工作台、设置用以把粉末薄层分配到所述工作台上以形成粉末层的粉末分配器、用于输送能量给粉末以使粉末熔合在一起的辐射枪、用于把所述辐射枪放射的射束引导到所述粉末层上以通过使部分的所述粉末层熔合在一起来形成所述三维产品的横截面的装置、以及其内储存与所述三维产品的相继横截面有关的信息的控制计算机，所述横截面构成所述三维产品，其中，所述控制计算机用于依据一种用于形成所述三维物体的横截面的操作方案来控制所述用于在所述粉末层上引导所述辐射枪的装置，通过把由所述粉末分配器相继形成的横截面相继熔合在一起来制造所述三维物体。以及采用这种装置制造三维产品的方法。

Description

用于制造三维产品的装置和方法

技术领域

本发明涉及这样一种装置和方法，该装置和方法通过使覆加在工作台上的粉末层的选定部分相继熔合在一起来制造三维产品。

背景技术

以前可从例如US4863538获知一种通过使覆加在工作台上的粉末层的选定部分相继熔合在一起来制造三维产品的装置。该装置包括：在其上构造所述三维产品的工作台、设置用以把一薄层粉末分配到该工作台上以形成粉末层的粉末分配器、用于输送能量给该粉末以使该粉末之后熔合在一起的辐射枪、用于把该辐射枪的射束引导到所述粉末层上以通过使部分的所述粉末层熔合在一起来形成所述三维产品的横截面的装置、以及其内储存与该三维产品的相继横截面有关的信息的控制计算机。通过使所覆加的相继粉末层的选定部分熔合在一起来构造三维产品。控制计算机旨在控制偏转装置，该偏转装置用于依据一种再现预定图形的操作方案把由辐射枪产生的射束偏转到粉末层上。当该操作方案已经把粉末层的预期区域熔合在一起时，所述三维产品的横截面就已经形成。使利用粉末分配器相继覆加的粉末层相继形成横截面，通过把该相继形成的横截面相继熔合在一起来形成三维产品。

从SE0001557-8已知这样一种用于制造三维产品的装置，其中，允许在制造过程中测量所制得三维物体的表面结构和表面温度。通过采用其中所述的装置，可以提高所制得三维物体的形状相对于预期形状的一致性。然而，已经发现在制造三维产品的过程中所制得产品中的表面应力会导致形状偏差，且该产品中的内应力会引发形成裂纹。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于制造三维物体的方法，其中，可减少出现表面应力以及由这些表面应力导致的形状偏差，还可减少最终产品内出现内应力。此目的利用一种依据本发明权利要求1的特征部分的装置来实现。

依据所提出的方法，对每个粉末层内将要熔合在一起的选定区域计算能量平衡，在该计算中确定输入该粉末层内的能量是否足以维持下一层的规定工作温度。能量平衡计算包括与有多少能量从下面的已处理表面辐射到将要处理表面内有关的信息以及与有多少能量从将要处理区域辐射出去有关的信息。自一种为粉末层确定的操作方案获得与从该装置中采用的辐射枪供应给下一粉末层的能量有关的信息。该操作方案包括与输出，扫描速度和扫描图形有关的信息。经由能量平衡计算获得使其可在对表面进行处理时维持规定工作温度的信息。通过维持规定工作温度，即表面温度在给定的规定温度范围内，可在所有层的制造过程中，确保减少在三维物体过度冷却时出现表面应力。这反过来可减少最终产品出现形状偏差，还减少该最终产品内出现的内应力的大小。

本发明的另一目的是提供一种用于制造三维物体的装置，其中，可减少出现表面应力以及由这些表面应力导致的形状偏差，还可减少最终产品内出现内应力。此目的利用一种依据本发明权利要求8的特征部分的装置实现。

在一种提出的装置中，控制计算机设置用以为每个粉末层计算能量平衡，在该计算中确定输入该粉末层内的能量是否足以维持下一层的规定工作温度。经由该计算获得使其可维持规定工作温度的信息。通过维持规定工作温度，即表面温度在给定的规定温度范围内，可在所有层的制造过程中，确保减少在三维物体过度冷却时出现表面应力。这反过来可减少最终产品出现形状偏差，还减少该最终产品内出现内应力。

附图说明

以下将结合附图更详细地说明本发明，其中：

图1表示依据本发明的一种装置的横截面，

图2示意性表示一种由若干粉末层形成的三维物体的横截面层以及一顶粉末层，

图3表示一种具有内部区域和边缘且将被熔合在一起的区域，

图4表示该所要熔合在一起的区域被进一步分割为一组具有各自的内部区域和边缘的单独区域，

图5表示一种用于计算能量平衡的示意性模型，

图6表示另一种用于计算能量平衡的示意性模型，

图7表示一组具有一维干涉项的不同曲线形状，

图8示意性表示在存在和不存在干涉项的情况下物体内呈现的热量分布，这里，辐射枪的直径为D的焦点已加热该物体，

图9表示相对于焦点沿主运动方向的运动的该焦点的一种运动例子，

图10表示一组具有二维干涉项的不同曲形，

图11表示依据本发明一种优选实施例的焦点运动图形，

图12表示焦点的定位以及其内发生熔合的加宽区域，

图13表示包括在本发明一种实施例中的用于检测表面特性的装置，

图14表示从一种提供有透明窗口的室的侧面看的示图，

图15表示一种用于输送并固定保护膜以维持该窗口的透明度的装置，

图16表示生成原始操作方案的流程图，

图17表示该装置的操作方案的流程图，

图18表示用于修订所述操作方案的流程图，

图19示意性表示这样一种步骤，该步骤包括借助于从用于测量粉末层表面上的温度分布的摄影机获取的信息来修正操作方案，

图20示意性表示一种用于修订操作方案的过程，

图21表示一种三维物体的示意性构造，以及

图22表示取自图21若干横截面。

具体实施方式

图1表示一种用于制造三维产品且通常标识为1的装置。该装置包括：在其上构造三维产品3的工作台2、设置用以把粉末薄层分配到该工作台2上以形成粉末层5的一个或多个粉末分配器4以及装置28、用于输送能量给该粉末层以使部分粉末层之后熔合在一起的辐射枪6、用于把该辐射枪6的射束引导到所述工作台上以通过所述粉末熔合在一起来形成所述三维产品的横截面的装置7、以及其内储存与该三维产品的相继横截面有关的信息的控制计算机8，其中，该横截面构成该三维产品。依据所示的优选实施例，在工作周期中，覆加每个粉末层之后，工作台将相对于辐射枪逐渐下降。为使这种移动成为可能，在本发明的一种优选实施例中，工作台被设置成可在垂直方向即箭头P所示的方向移动。这意味着该工作台起初位于起始位置2’，在该起始位置2’覆加所需厚度的第一粉末层。为了不损坏下面的工作台以及为了给此层提供足够的质量，此层比所覆加的其它层要厚，从而避免此第一层被透熔。与分配用于形成三维产品的新横截面的新粉末层相关联的，之后降低该工作台。为此在本发明的一个实施例中，工作台经由一种支架9支承，该支架9包括至少一个具有齿11的滚珠螺杆10。一种具有齿轮13的步进马达或伺服马达12把工作台2设定在预定垂直位置。也可采用专业人员已知的用于设定工作台的工作高度的其它装置。例如，可采用调节螺钉来代替齿条。依据本发明的一种可供选择的实施例，能够逐渐提升包括在该装置内且用于分配粉末的装置，以取代像上述实施例中那样使工作台下降。

装置28设置用以与所述用于补充材料的粉末分配器相协作。此外，利用一种伺服马达(未表示)按照已知方式驱使装置28在工作面上扫过，该伺服马达沿着离开粉末层的导轨29移动该装置28。

当覆加一新粉末层时，利用工作台已经相对于前一层下降了多少来确定该新粉末层的厚度。这意味着可依据需要改变层厚。因此，可在相邻层之间的横截面形状有较大变化时形成较薄的粉末层，从而实现较高的表面精度，以及在形状几乎没有或者完全没有变化时，使粉末层对于射束具有最大穿透厚度。

在本发明的一种优选实施例中，辐射枪6由电子枪组成，用于引导该辐射枪的射束的装置7由偏转线圈7”组成。该偏转线圈7”生成磁场，该磁场引导该电子枪产生的射束，然后该射束就可以使位于预期位置的粉末层的表面层熔合。辐射枪还包括用于按已知方式给该辐射枪内的发射电极21提供加速电压的高压电路20。该发射电极按照已知方式与用于加热该发射电极21的电源22连接，于是电子就被释放。辐射枪的功能和构造对本领域专业人员来说是公知的。

利用控制计算机8且依据为将要熔合在一起的每一层所设计的操作方案来控制偏转线圈，于是该偏转线圈就可以依据预期操作方案引导射束。

还存在至少一个聚焦线圈7’，该聚焦线圈7’设置用以把射束聚集在工作台上粉末层的表面上。可依据专业人员公知的大量可供选择方式设置偏转线圈7”和聚焦线圈7’。

该装置被封闭在外壳15中，该外壳15封闭辐射枪6和粉末层2。外壳15由包围粉末层的第一室23和包围辐射枪6的第二室24组成。第一室23和第二室24经由通道25连通，该通道25允许第二室内已在高压电场中加速的发射电子继续进入第一室并随后撞击工作台2上的粉末层。

在一种优选实施例中，第一室与真空泵26连接，该真空泵26把该第一室23内的压强降低至优选大约10^-3-10^-5毫巴。第二室24优选与真空泵27连接，该真空泵27把该第二室24内的压强降低至优选大约10^-4-10^-6毫巴。在一种可供选择的实施例中，第一和第二室都与同一真空泵连接。

此外，控制计算机8优选与辐射枪6连接以调节该辐射枪的输出，以及与步进马达12连接以在相继覆加粉末层之间调节工作台2的垂直位置，于是就可改变该粉末层的各自厚度。

控制计算机还与所述用于在工作面上分配粉末的装置28连接。此装置设置用以扫过工作面并分配一层粉末。利用受所述控制计算机8控制的伺服马达(未表示)驱动该装置28。该控制计算机控制该扫过操作并确保根据需要补充粉末。为此，可在装置28中设置负载传感器，于是控制计算机就能够获得有关该装置是排空还是阻塞的信息。

依据本发明，控制计算机8还设置用以为每个粉末层内的至少一个选定区域计算能量平衡，通过计算确定从局部区域周围辐射到该局部区域内的能量是否足以维持该局部区域的规定工作温度。

为粉末层计算能量平衡的目的是要计算为保持物体表面在给定温度而需要的能量。假定该能量在整个表面上不变。

以下说明在本发明的一种实施例中如何执行能量平衡计算，其中，为每层执行一次该计算过程。

为了可以实时地计算能量，以下简化是有必要的：

1.我们假定温度在x和y方向不变，其仅在z方向变化，换句话说，整个表面具有相同温度。

2.温度在z方向变化jLt，其中，j是层数且Lt是层厚。

3.假定温度分布在熔合过程中不变。

以下参数对计算过程有影响。

各种索引：

i＝顶层的索引

j＝从1至i的层索引

对象数据：

Lt＝所要熔合的层厚[m]

Lcont(j)＝层j的伸直长度(contour length)[m]

Apowt(z)＝Apow(j)＝层j覆盖粉末的面积[m²]

A(z)＝A(j)＝层j所要熔合的总表面积[m²]

材料特性：

λ_met＝材料的导热性[W/mK]

σ_met＝对金属表面的辐射常数[W/m²K]

σ_metpow＝对覆盖以粉末的金属表面的辐射常数[W/m²K]

σ_pow＝对粉末表面的辐射常数[W/m²K]

λ_pow＝粉末的导热性[W/mK]

h_pow(z)＝从对象至粉末的热传递系数[W/m²K]

α＝被材料吸收的辐射能量的比率

温度[K]：

Tsur(i)＝在层i被熔合时影响表面的周围温度(可在热挡板上测量)

Tpow(z)＝粉末的温度

T(z)＝对象的温度

Tsurf(i)＝T(iLt)＝在层i被熔合时对象表面上的理想温度(被设定在AMA中)

Tbott(i)＝在层i开始熔合之前对象底部的温度(恰在集堆之前测量的温度或者计算的温度。参见以下)

为确定温度在对象内如何分布，我们解一维静态导热方程，该方程包括考虑到粉末内的热损耗的源项：

$-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}\frac{{\∂}^{2}T\left(z\right)}{{\∂z}^2}=\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(z\right)\mathrm{Apow}\left(z\right)}{A\left(z\right)\mathrm{Lt}}(\mathrm{Tpow}\left(z\right)-T\left(z\right))$

表面上和底部处的边界条件为：

$-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}\frac{\∂T\left(z\right)}{\∂z}{|}_{z=\mathrm{iLt}}=\frac{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{met}}+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pow}})}{2}(T{\left(\mathrm{iLt}\right)}^4-\mathrm{Tsur}{\left(i\right)}^4)-\frac{P_{\mathrm{in}}}{A\left(\mathrm{iLt}\right)}$

$-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}\frac{\∂T\left(z\right)}{\∂z}{|}_{z=0}=h_{\mathrm{pow}}(\mathrm{Tbott}\left(i\right)-T\left(0\right))$

这里，A和B是两个常数。

把该公式改写为替换的微分公式并使j为每层的索引。

$-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}\frac{T(j+2)-2T(j+1)+T\left(j\right)}{{\mathrm{Lt}}^2}=\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(j\right)\mathrm{Apow}\left(j\right)}{A\left(j\right)\mathrm{Lt}}(\mathrm{Tpow}\left(j\right)-T\left(j\right))$

$-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{\mathrm{Lt}}(T\left(i\right)-T(i-1))=\frac{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{met}}+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pow}})}{2}(T{\left(i\right)}^4-\mathrm{Tsur}{\left(i\right)}^4)-\frac{P_{\mathrm{in}}}{A\left(i\right)}$

$-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{\mathrm{Lt}}(T\left(2\right)-T\left(1\right))=h_{\mathrm{pow}}(\mathrm{Tbott}\left(i\right)-T\left(1\right))$

这里

1≤j≤i-2

当表面温度由T(i)确定时，关于对象内的温度分布，表面上的边界条件实际上未给我们提供任何信息。但为确定Pin其是需要的，Pin是为维持表面上的温度在T(i)所需要的能量。T(j)现在从以下方程系统中获得：

$\mathrm{\Δ}\left(j\right)=-\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(j\right)\mathrm{Apow}\left(j\right)\mathrm{Lt}}{A\left(j\right){\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}$

T(j+2)-2T(j+1)+T(j)(1+Δ(j))＝Δ(j)Tpow(j)

$T\left(1\right)=\mathrm{Tbott}\left(i\right)\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}+T\left(2\right)\frac{1}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}$

插入T(1)的表达式并用公式把问题表示为线性方程系统：

$1.T\left(3\right)-2T\left(2\right)+T\left(2\right)\frac{(1+\mathrm{\Δ}\left(1\right))}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}=\mathrm{\Δ}\left(1\right)\mathrm{Tpow}\left(1\right)-\mathrm{Tbott}\left(i\right)\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}(1+\mathrm{\Δ}\left(1\right))$

2.T(4)-2T(3)+T(2)(1+Δ(2))＝Δ(2)Tpow(2)

i-2.-2T(i-1)+T(i-2)(1+Δ(i-2))＝Δ(i-2)Tpow(i-2)-T(i)

在矩阵式中，其变成：

Ax＝b

于是其中：

$A_{\mathrm{jk}}=\mathrm{\δ}(j+1-k)-2\mathrm{\δ}(j-k)+\mathrm{\δ}(j-1-k)(1+\mathrm{\Δ}\left(j\right))+\mathrm{\δ}(1-k)\mathrm{\δ}(1-j)\frac{(1+\mathrm{\Δ}\left(1\right))}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}$

x₁＝T(2)，……，x_i-2＝T(i-1)

$b_j=\mathrm{\Δ}\left(j\right)\mathrm{Tpow}\left(j\right)-\mathrm{\δ}(j-1)\mathrm{Tbott}\left(i\right)\frac{h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{(1+h_{\mathrm{pow}}\left(1\right)\mathrm{Lt}/{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}})}(1+\mathrm{\Δ}\left(1\right))-\mathrm{\δ}(j-i+2)T\left(i\right)$

为了可以解方程，必须知道粉末的温度Tpow(j)和热传递系数h_pow(j)。在程序中，Tpow(z)被设定为：

Tpow(j)＝AT(j)_i-1＝BTsur(i-1)

i-1意味着为确定Tpow(j)要采用前一层的温度。

用于h_pow(j)的函数像这样：

值L1和L2已假定独立于面积，而hconst1，hconst2和hconst3假定取决于A(j)。通过用简单几何在对象上进行从1D模型上至3DFEM的计算，已获得用于Tpow和hpow的表达式中的所有常数。

用于源项的表达式中包括Apow(j)，其实际上是每层覆盖粉末的总面积。在大面积过渡的情况中，该值可能相当大，这意味着源项的值会跳变。这种不连续的跳变使得解不稳定。为防止这种现象，依据一种优选实施例，Apow(j)被设定为Lcont(j)*Lt。随后附加由于面积过渡导致的能量损耗。能量损耗的多少取决于面积过渡的各个底层面积有多大以及该底层位于顶层下方有多远。已利用3D FEM模拟获得用于不同面积过渡和不同深度的值。利用内插法获得任意面积过渡的附加能量。

在计算能量之前，程序读取用于每层的Lcont(j)*Lt和A(j)的不同值。借助于文件原本，可以各种各样的方式影响这些值。这样就可以控制用于每层的能量。从文件原本如何发挥作用的描述中显现出各个几何参数如何受到影响。

在解上述方程系统时，由表面的边界条件获得为维持表面在Tsurf(i)所需要的总能量：

$P_{\mathrm{in}}=A\left(i\right)(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{met}}}{\mathrm{Lt}}(T\left(i\right)-T(i-1))+\frac{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{met}}+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pow}})}{2}(T{\left(i\right)}^4-\mathrm{Tsur}{\left(i\right)}^4))$

在熔合一层时，在表面上使用不同的电流和速度。为了可以计算所需的不同电流，将所采用全部能量的平均值设定为等于Pin。如果采用n_i种不同电流熔合一层，那么：

$P_{\mathrm{in}}=\mathrm{\αU}\frac{\underset{k=1}{\overset{k=n_i}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ik}}{t}_{\mathrm{ik}}}{T_{\mathrm{tot}}}$

$t_{\mathrm{ik}}=\frac{l_{\mathrm{ik}}}{v_{\mathrm{ik}}}$

$T_{\mathrm{tot}}=\underset{k=l}{\overset{k=n_i}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ik}}$

其中t_ik是每种电流I_ik的熔合时间

l_ik是熔合长度

v_ik是熔合速度

T_tot是层的总熔合时间

U是加速电压

因而，为了可以计算电流，速度必须是已知的。这些由公知为表示电流与速度之间关系的速度函数获得。因为这些函数不是解析的，所以必须采用迭代过程以确定所有电流和速度。在计算程序中，每个L_ik的初始值是假定的。然后，获得各个速度。接着，增大电流值直至能量平均值刚好超过所算得的Pin值。

现在假定我们需要以这种速度和电流来熔合各个局部区域，在该速度和电流下，输送给材料的能量少于为维持表面在Tsurf(i)所需要的能量。于是，必须给该表面加热。这样获得为加热该表面所需要的次数，通过向能量平均值的表达式中加入加热项：

$P_i^{\mathrm{heat}}=\frac{\mathrm{n\αU}{l}_i^{\mathrm{heat}}{I}_i^{\mathrm{heat}}}{v_i^{\mathrm{heat}}}$

并在用于时间T_tot的表达式中加入加热次数：

$t_i^{\mathrm{heat}}=\frac{n{l}_i^{\mathrm{heat}}}{v_i^{\mathrm{heat}}}$

其中，n表示该表面必须被加热多少次。

上述计算过程可用于整个粉末层。在一种可供选择的实施例中，对粉末层的各个局部区域执行该计算。在这种情况下同样可采用上述方程。但是，需要为靠近熔合体的内边缘提供不同的边界条件。

图2表示一种熔合体30的侧视图，该熔合体30通过把相继粉末层i-1，i-2，i-3，i-4中的局部区域31-34熔合在一起而构成。毫无疑问的，依据本发明制造的实际物体可具有比此例所示更多的层。

顶粉末层i分配在该熔合体上。选定区域35位于此顶粉末层内。依据操作方案，该选定区域35由将要熔合在一起的区域组成。层i内的选定区域35由外边缘36界定。毫无疑问的，选定区域可能不仅包括外边缘，还包括内边缘。在整个选定区域35上执行能量平衡计算。这里适当的，此区域被分割成多个较小的局部区域以单独计算。在选定区域35内，表示了将要计算其能量平衡的局部区域37。局部区域37可如图5所示包括选定区域的一部分，或者选择性地可包括整个选定区域。选定区域35优选如图4所示被分成多个较小的局部区域。

图3示意性表示所要熔合在一起的区域35。该区域包括一种由边缘R界定的内部区域I。

图4示意性表示所要熔合在一起的区域35。该区域被分割成若干局部区域80-91，每个局部区域都具有内部区域和边缘。

依据本发明的一种优选实施例，对所述单独区域组80-91中的每个都单独计算能量平衡。选定区域由外边缘72界定。当然，选定区域还可包括内边缘。依据本发明的另一种优选实施例，所述单独区域组80-91包括边缘完全位于选定区域35内的第一组区域80-81和其边缘与该选定区域的边缘R至少部分重合的第二组区域82-91。这里适当的是，包括在所述第二组内的区域可被分割成子区域。构成所述第一组区域的每个局部区域80-81优选具有相同形状。在所示例子中，该区域为正方形。优选采用矩形、三角形和六角形的区域。因为这一组不存在与非熔合粉末层接触的外边缘，所以该组内的边界条件也类似。因为采用相似形状可以执行部分的公共计算，所以允许简化计算程序。

原则上依据Eⁱⁿ(i)＝E^out(i)+E^heat(i)计算能量平衡，这里，Eⁱⁿ(i)代表输入局部区域内的能量，E^out(i)代表从该局部区域散逸和辐射的能量损耗，以及E^heat(i)代表存入该局部区域内的能量。所输入的能量一方面包括已经由热传导从计算其能量平衡的局部区域35周围辐射入或者流入的能量E^in(c)，另一方面包括已从辐射枪6辐射入的能量E^in(s)。因此，若在能量供应给局部区域35之前计算能量平衡，则E^in(s)＝0。依据本发明的一种优选实施例，在经由辐射枪6供应能量之前，对局部区域35执行至少第一能量平衡计算，从而可以确定用以维持适当工作温度所需的能量。

图5示意性表示一种模型，基于该模型计算局部区域Δ1的能量平衡。在这种情况中，局部区域Δ1对应于粉末层i的选定区域的一部分。在这种情况中，用于计算能量平衡的方程表现为Eⁱⁿ(Δ₁)＝E^out(Δ₁)+E^heat(Δ₁)，这里，Eⁱⁿ(Δ₁)代表输入局部区域内的能量，E^out(Δ₁)代表从该局部区域Δ1散逸和辐射的能量损耗，以及E^heat(Δ₁)代表存入该局部区域Δ₁内的能量。所输入的能量一方面包括已经由热传导从局部区域Δ₁周围辐射入或者流入的能量E^in(c)(Δ₁)，另一方面包括已从辐射枪6辐射入的能量E^in(s)(Δ₁)。

图6示意性表示一种模型，基于该模型计算选定区域35内的第二局部区域Δ₂的能量平衡。在这种情况中，局部区域Δ₂对应于粉末层i的选定区域的这样一部分，该部分还没有熔合在一起且与粉末层i内的第一局部区域Δ₁相邻，这里，从所述第一局部区域至所述第二局部区域发生辐射传导或热传导。在这种情况中，用于计算能量平衡的方程表现为Eⁱⁿ(Δ₂)＝E^out(Δ₂)+E^heat(Δ₂)，这里，Eⁱⁿ(Δ₂)代表输入局部区域内的能量，E^out(Δ₂)代表从该局部区域Δ2散逸和辐射的能量损耗，以及E^heat(Δ₂)代表存入该局部区域Δ₂内的能量。所输入的能量一方面包括已经由热传导从局部区域Δ₂周围辐射入或者流入的能量E^in(c)(Δ₂)，另一方面包括已从辐射枪6辐射入的能量E^in(s)(Δ₂)。该经由热传导供应的能量E^in(c)(Δ₂)包括分量E^in(s)(Δ₂，i-1)和E^out(Δ₁，Δ₂)，该分量E^in(s)(Δ₂，i-1)对应于从前一层供应的能量，分量E^out(Δ₁，Δ₂)对应于从第一局部区域Δ₁散逸或辐射并供应给第二局部区域Δ₂的能量。

如上所述，能量平衡计算所基于的信息包括从以下所有参数中选择的信息：局部区域的总面积；局部区域的总体积；局部区域的边缘总长；粉末层的环境温度；顶粉末层的温度；顶层选定区域内的被熔合区域的温度；被熔合选定区域的预期表面温度；三维物体底部的温度；三维物体顶面的温度；三维物体在能量供应给顶层内的选定区域之前的温度。

依据本发明的一种优选实施例，利用辐射枪的射束焦点的移动图形把内部区域I熔合在一起，该移动图形具有主移动方向和干涉项，该干涉项附加给所述主移动方向且具有其方向垂直于该主移动方向的分量。干涉项改变方向并具有与主移动方向的零点偏移相对应的时间平均值。图7表示三种不同干涉项表现的不同例子，该三种干涉项导致呈三角波、正弦波和矩形波形式的运动。

图8示意性表示物体内呈现的热量分布，这里，辐射枪的直径为D的焦点已加热该物体。焦点周围的热量分布具有高斯钟(Gaussianbell)的形状。利用由(α)标识的曲线表示无干涉项时焦点周围的温度分布。利用干涉项，加宽射束传播过程中沿主移动方向处理的轨迹。利用由(β)标识的曲线表示加宽轨迹。该加宽轨迹的温度分布还具有较小的最大值。因而这降低了由于过热而导致成形不规则的风险。

干涉项优选具有这样一种特征，其使得所形成熔合区的宽度基本等于该干涉项在垂直于主移动方向的方向上的分量幅值的两倍。焦点在干涉项方向上运动的绝对值平均速度优选超过材料内的热传播速度。主移动方向上的速度优选等于材料内的热传播速度。干涉项的幅值和频率优选这样匹配，使得焦点能够从干涉项具有零值的其初始位置起移动、经过该干涉项的最小和最大值、然后返回至其使热传播的波前从第一零位置移动至第二零位置的位置。这示意性地表示在图9中。图9表示了焦点如何沿着曲线50从第一位置51起经过干涉项的最大值52、该干涉项的最小值53，然后占据该干涉项为零值的第二位置54。在这期间，热传播的波前已从第一位置51传播至第二位置。如果干涉项的平均速度过低，就形成一种曲线熔合轨迹而不是加宽轨迹，该曲线熔合轨迹在由干涉项的端点所限定的通路内延伸。

依据一种优选实施例，干涉项还具有在平行于主移动方向的方向上的分量。在这种情况中，干涉项是两维的。图10中给出了具有二维方向的干涉项的例子。

优选在辐射枪射束的大体直线运动过程中将边缘R熔合在一起。

该辐射枪的射束焦点的移动图形包括主移动方向和附加给所述主移动方向且具有垂直于该主移动方向的方向分量的干涉项，采用这种移动图形来进行操作的目的是利用加宽轨迹可以更缓慢地移动熔合区，而该熔合区仍然能以与传统操作相比较快的速度熔合。熔合区的缓慢移动使得蒸发减少，并减少发生熔合材料沸腾和飞溅的可能性。采用连续大体直线运动把边缘熔合在一起的目的是为了给最终产品生成光滑表面结构。

以下在本发明的一种优选实施例中给出对具有两维干涉项的辐射枪的焦点移动图形的分析，该两维干涉项导致该焦点进行一种螺旋状运动。

由以下方程1可获得绕x轴转动并沿同一轴以速率V_x移动的焦点的位置：

r(t)＝(V_xt+A_xcos(ωt)) x+A_ysin(ωt) y    Equ.1

这里，A_x和A_y分别是x和y方向的幅值。

一种典型的“旋转曲线”可像图11所示的那样。

若按以下方程2设定ω，获得图7所示图形：

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}{V}_x}{A_x}---\mathrm{Equ}.2$

焦点的速度由以下方程3给出：

$\frac{d\stackrel{\‾}{r\left(t\right)}}{\mathrm{dt}}=(V_x-A_x\mathrm{\ω}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right))\stackrel{\‾}{x}+A_y\mathrm{\ω}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\stackrel{\‾}{y}---\mathrm{Equ}.3$

因此，其绝对速度为：

$\left|\frac{d\stackrel{\‾}{r\left(t\right)}}{\mathrm{dt}}\right|=\sqrt{{(V_x-A_x\mathrm{\ω}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right))}^2+{\left(A_y\mathrm{\ω}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\right)}^2}---\mathrm{Equ}.4$

若焦点依据上述公式移动，其速度将发生变化，可在x轴下方最大、上方最小或者依据旋转方向反过来也可以。为获得沿着图11中的旋转曲线以恒定速度移动的焦点，首先计算其平均速度：

$V_{\mathrm{average}}=\frac{\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\left|\frac{d\stackrel{\‾}{r\left(t\right)}}{\mathrm{dt}}\right|\mathrm{dt}}{T}---\mathrm{Equ}.5$

这里：

$T=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}$

V_average是焦点的移动速度。在时间t时，焦点已移动距离：

s＝t*V_averge

此距离必须等于在时间t’时的旋转曲线长度。

因此：

$s=t*V_{\mathrm{average}}=\underset{0}{\overset{t^{\′}}{\∫}}\left|\frac{d\stackrel{\‾}{r\left(t\right)}}{\mathrm{dt}}\right|\mathrm{dt}---\mathrm{Equ}.6$

对于0＜t＜T求解方程6，给出作为t的函数的t’。然后，将t’用在方程1中，该方程1给出作为时间t的函数的焦点位置。

采用不同速度和Ay的若干模拟已经显示位于表面下方0.1-0.15mm的熔合区具有大约1.8Ay的宽度。因此，两旋转线之间的跳距应该是：

Hop spin＝1.8Ay-0.3

从边缘至起点的距离近似为：

Starting hop＝0.8Ay-0.15

图12表示了沿图中箭头标识的x方向扩散的连续加宽熔合边缘。图中标识了直径为D的焦点。重叠区域确保熔合发生在焦点外部的区域中。用符号δ表示并标识此区域。这些区域共同形成了沿箭头x标识的方向扩散的总区域。

依据本发明的一种优选实施例，这样设计操作方案，使得将所要熔合在一起的区域即选定区域分割成一个或多个内部区域I，每个内部区域I都具有边缘R。

如上所述，图4示意性表示了所要熔合在一起的区域35。该区域被分割成若干局部区域80-91，每个局部区域都具有内部区域和边缘。依据本发明的一种优选实施例，这样设计操作方案，使得在辐射枪射束焦点按一种运动图形移动的过程中，一组相邻局部区域的内部区域I熔合在一起，该运动图形包括主移动方向和附加给所述主移动方向且具有垂直于该主移动方向的方向分量的干涉项。优选的，至少用于形成最终物体的内侧面或外侧面的边缘在一种遵循该边缘而不附加干涉项的运动过程中熔合在一起。依据本发明的一种实施例，内部区域I在第一处理步骤中熔合在一起，接着在随后的处理步骤中边缘把该内部区域连接在一起。利用此过程，减少冷却后三维物体内出现弯曲应力。在一种可供选择的实施例中，可在第一处理步骤中把边缘熔合在一起，在随后的处理步骤中把内部区域熔合在一起。这有利的是在分配非常薄的粉末层以生成固体侧面时，适当地形成若干内部支承隔离件。然后，在随后的处理步骤中把内部区域熔合在一起，在此，若干粉末层在辐射枪同时扫过若干层时熔合在一起。这使得内部区域略微熔结，对于特定产品而言这是有利的。

依据图13，该装置还根据本发明的一种优选实施例包括用于检测粉末层内的表面层的表面特性的装置14。此用于检测粉末层5内的表面层的温度分布的装置14优选由摄影机组成。在本发明的一种优选实施例中，该摄影机一方面用于测量表面层上的温度分布，另一方面用于通过表面不规则引发形成的阴影来测量该表面不规则的发生。一方面，有关温度分布的信息用于在表面层的所要熔合的那些部分上生成尽可能均匀的温度分布，另一方面，因为温度分布反映产品的形状，该信息可用以检测所生成的三维产品与原始设计之间的任何尺寸偏差。在本发明的一种优选实施例中，图像摄影机安装在用于封闭粉末层5和辐射枪6的外壳15的外部上。为使温度测量成为可能，该外壳提供有透明窗口16。摄影机经由此窗口可看到粉末层5。

在本发明的一种优选实施例中，如图14所示，窗口16由一种保护膜17覆盖。该保护膜由输出单元18输送给收集单元19，由此逐渐更换该膜，这意味着能够维持透明度。作为熔合处理的结果，保护膜必然成为涂层形式。

以下是结合附图15对生成和修订操作方案的详细说明。

图15示意性表示一种依据本发明制造三维物体的方法。通过把与三维物体的相继横截面对应的粉末层的选定区域相继熔合在一起来形成该三维物体。

在第一方法步骤100中，给工作台覆加粉末层。利用上述把一薄层粉末分配在工作台2上的装置28来实现覆加操作。

在第二方法步骤110中，依据为该粉末层确定的操作方案由辐射枪6给该粉末层内的选定区域供应能量，把依据所述操作方案选定的该粉末层的区域熔合在一起以形成所述三维物体的一横截面。通过把由相继覆加的粉末层相继形成的横截面相继熔合在一起来形成三维物体。依据一种优选实施例，相继横截面被分割成一个或多个内部区域I，每个内部区域I都具有边缘R，这里依据本发明，该内部区域I在辐射枪射束焦点按一种运动图形移动的过程中熔合在一起，该运动图形包括主移动方向和附加给所述主移动方向且具有垂直于该主移动方向的方向分量的干涉项。依据另一种优选实施例，边缘在辐射枪射束的大体直线运动过程中熔合在一起。

在第三方法步骤120中对每个粉末层内的至少一个局部区域计算能量平衡，在计算中确定从该局部区域周围辐射到该局部区域内的能量是否足以维持该局部区域的规定工作温度。依据上述模型执行计算。

图16示意性表示产生原始操作方案的过程。在第一步骤40中，在例如CAD程序中生成所要制造产品的3D模型，或者选择性地把所要制造产品的预备3D模型输入控制计算机8。然后，在第二步骤41中，生成一种矩阵，该矩阵包含与产品横截面的外部特征有关的信息。图21表示一种具有相关横截面31-33例子的锤子模型。这些横截面还表示在图22a-22c中。这些横截面按照一定的密度分布以形成最终产品，该密度对应与所要熔合的各层厚度。该厚度优选可在各层之间变化。尤其优选的是使得在相邻层之间横截面外部特征变化较大的区域内的层较薄。因此，在生成横截面时，创造这样一种矩阵，该矩阵包含了与共同构成三维产品的所有横截面的外部特征有关的信息。

一旦生成横截面，就在第三步骤42中为每个横截面生成原始操作方案。一方面基于构成横截面的部分的形状识别，另一方面基于该操作方案如何影响横截面的局部部分的冷却温度的知识，来生成原始操作方案。目的是生成这样一种操作方案，该操作方案使得在覆加下一层之前冷却温度在所要熔合的部分内尽可能均匀，同时维持该冷却温度在预期范围内，以降低产品内出现收缩应力的风险并减小由于该产品变形而出现在该产品内的收缩应力的大小。

首先，基于横截面的各个组成部分的形状生成原始操作方案。在生成原始操作方案时，识别每个横截面的边缘和内部区域。这里适当的，形成一组每个都具有边缘的内部区域。依据本发明，为内部区域生成操作方案，依据执行的能量平衡计算来修正射束的扫描输出速度，以确保被处理物体的表面保持在给定温度范围内。除了输出使区域直接熔合或者通过重复扫过表面使该区域熔合的功率外，该操作方案还设置用以在部分表面上以较低功率进行预热和/或后热。利用所执行的能量平衡计算确定为维持表面温度在给定温度范围内供应的能量。

依据本发明的一种实施例，生成为辐射枪的焦点提供这样一种运动图形的操作方案，该运动图形如上所述包括主移动方向和附加给所述主移动方向且具有垂直于该主移动方向的方向分量的干涉项。在边缘处，辐射枪的焦点按大体直线运动图形移动。这意味着辐射枪遵循边缘的形状。

因此，在本发明的一种优选实施例中，基于某种操作方案能为横截面的冷却温度提供良好温度分布的经验来制订原始操作方案，于是可以缩小由于产品变形而导致该产品内出现收缩应力的风险。为此，一组用于不同形状区域的操作方案储存在存储器中。这样设计依据本发明的操作方案，使得在内部区域I内，辐射枪的焦点按照这样一种运动图形移动，该运动图形包括主移动方向和附加给所述主移动方向且具有垂直于该主移动方向的方向分量的干涉项。除此信息外，操作方案还包括所要处理的一组内部区域的顺序列表、与加热不同区域有关的信息及与能量供应和扫描速度有关的信息。在一种优选实施例中，作为对操作方案的修订进行评估的结果，更新此存储器，从而获得一种自学系统。

依据本发明的一种可供选择的实施例，把已利用独立计算机生成的预备完成横截面输入控制计算机的存储器内，从而生成所述原始操作方案。在这种情况中，信息直接经由外部信源40a提供给第三步骤42。

图17示意性表示一种用于生成三维物体的过程，该过程包括为粉末层计算能量平衡的方法步骤。在第一方法步骤130中，确定参数，基于该参数计算能量平衡。在第二方法步骤140中，对选定区域35的至少一个局部区域计算能量平衡。依据前述方法执行计算。

在第三方法步骤150中，依据所算得的能量平衡更新操作方案。若能量平衡的结果是储存在局部区域内的热量足以维持预期工作温度，就不需要额外的能量供应。依据本发明的一种实施例，如果能量平衡的结果是局部区域内储存的热量不足以维持预期工作温度，那么就以在熔合之前预热该局部区域的形式额外供应能量。这种预热可通过辐射枪非常迅速地扫过该区域、或者该辐射枪以比平常低的能量扫过该区域、或者两者的结合来实现。在第四方法步骤160中进行此预热。还可对已熔合区域进行后加热，这样它们不会冷却至给定限值以下的温度。

在第五方法步骤170中，利用扫过局部区域的辐射枪实现熔合。

图18示意性表示本发明的一种实施例，其中适当采用上述用于生成和修订操作方案的方法。在第一方法步骤180中，识别选定区域的一个或多个内部区域I。在第二方法步骤190中，识别与所述内部区域相关且围绕每个所述内部区域的一个或多个边缘R。在第三方法步骤200中，所述内部区域I在辐射枪射束的部分重叠循环运动过程中熔合在一起。在第四方法步骤210的过程中，所述边缘在射束的直线运动过程中熔合在一起。对于采用依据本发明方法的处理以及对于执行能量平衡计算的处理，修正幅度较小，其中，本发明方法的运动图形具有干涉项。然而，修正还用于改进最终结果。

依据本发明的一种实施例，这样安排操作方案以连续地每次把位于所述内部区域中的一个区域内的粉末熔合在一起。

依据本发明的一种优选实施例，控制计算机设置用以把每个粉末层内的表面分割成一组单独区域，所述单独区域组包括完全位于所述选定区域的边缘内的第一组区域和其边缘与所述选定区域的边缘部分重叠的第二组区域，控制计算机还设置用以确保在辐射枪射束的部分重叠循环运动过程中把位于所述第一组区域内的区域组的所述内部区域熔合在一起。

在本发明的一种实施例中，利用一种包括如上所述干涉项的焦点运动使所述第二组区域内的内部区域熔合在一起。在本发明的一种可供选择的实施例中，利用大体直线运动，使所述第二组区域内的内部区域熔合在一起。

依据本发明的一种优选实施例，在上述涉及把选定表面分割成较小局部表面的实施例情况中，采用上述能量平衡计算，以在射束能量校正和最终熔合前用以加热粉末层的能量供应方面对操作方案加以控制。

图19示意性表示这样一种过程，该过程还包括借助于由用于测量粉末层表面上的温度分布的摄影机所获得的信息来修订操作方案。依据该过程，把来自辐射枪的射束引导到粉末层上以生成产品的横截面。在第一步骤50，开始依据步骤42中限定的原始操作方案把射束引导到粉末层上。在下一步骤51，利用摄影机测量该粉末层的表面层上的温度分布。然后，由所测得的温度分布生成一种温度分布矩阵T_ij-measured，其中储存该粉末层的表面层的小局部区域的温度，将该矩阵内的每个温度值T_ij-measured与一种预期值矩阵内的预期值T_{ij-desired value}比较。粉末层的表面层可粗略分为三类。首先是经由辐射枪的处理发生熔合的区域。在这些区域中，最大熔合温度T_ij-max是所关心的。第二是已经熔合并由此冷却的区域。在这些区域中，允许的最小冷却温度T_{ij-cooling-min}是所关心的，因为冷却温度过冷会导致应力并由此导致表面层变形。第二是还没有被辐射枪处理的区域。在这些区域中，层温T_ij-bed是所关心的。也可仅比较经处理区域内的温度，因此不需要储存和/或检测T_ij-bed。

在第三步骤52中，判断T_ij-measured是否偏离预期值T_{ij-desired value}以及偏差是否大于允许的限值。与三种不同类型相关的限值ΔT_ij-max，ΔT_ij-cooling和ΔT_ij-bed储存在控制计算机8中。也可以不检测层温。在这种情况中，不存储与其相关的限值。若T_ij-measured与T_{ij-desired value}之间的偏差超过此限值，就在第四步骤53判断表面层是否已全部处理。若还没有全部处理，则继续依据当前操作方案的操作，再次运行上述方法步骤50-53。

若T_ij-measured与T_{ij-desired value}之间的偏差超过所述限值之一，则在第五步骤中修订操作方案42。在一种优选实施例中，依据图20所示的系统执行所述修订。

在本发明的一种优选实施例中，仅在完成每层之后分配新粉末层，通过相继熔合该粉末层来构造产品直至完成该产品。在这种情况中，当在第四步骤53中确定用于一层的操作方案已经结束时，在第六步骤55之后，若作为整体的产品还没有完成，则开始新的一层。

在一种优选实施例中，操作方案的修订包括以下方法步骤：

在第一步骤56，比较T_ij-max与T_{ij-max-desired value}。若T_ij-max相对于T_{ij-max-desired value}的偏差大于ΔT_ij-max，就通过改变射束的能量或者改变该射束的扫描速度来校正对粉末层的能量供应。

在第二步骤58，比较T_ij-cooling与T_{ij-cooling-desired value}。若T_ij-cooling相对于T_{ij-cooling-desired value}的偏差大于ΔT_ij-cooling，就在步骤58a改变射束的操作方案。存在许多用于改变射束的操作方案的方法。一种用于改变操作方案的方法是在区域已过度冷却之前允许射束再加热该区域。于是，辐射枪可以较低的能量强度和/或以较快的扫描速度扫过已经熔合在一起的区域。

在第三步骤60中，判断T_ij-bed是否偏离T_{ij-bed-desired value}。在本发明的一种实施例中，若偏差大于ΔT_ij-bed，可在步骤60a中例如通过使射束扫过粉末层以供应能量来修正该层的温度。也可使单独的层加热设备与该装置连接。

还可以利用安装在该装置内的热摄影机对所制造的物体执行尺寸检测。如上所述，测量已熔合在一起的粉末层和部分。所测得的热量分布充分反映所要生成的三维物体的一部分的物体形状。按照这种方式在第四步骤62对物体执行尺寸检测，从而可以反馈辐射枪射束的X-Y偏转。在本发明的一种优选实施例中，在步骤62a检测横截面尺寸之间的偏差，若偏差大于允许偏差，就修订辐射枪的X-Y偏转。

此外，来自摄影机的输入信息可用于识别是否出现表面不规则，例如，呈焊接火花形式的表面不规则。在已识别表面不规则的坐标后，可更新操作方案，使辐射枪朝向所识别的坐标以熔毁该表面的不规则。

本发明不限于上述示意性实施例；辐射枪可包括例如激光，在这种情况中偏转装置包括可引导的反射镜和/或透镜。

本发明还用在一种利用从能源至产品原材料的能量传递来制造三维物体的装置中，该装置包括：在其上构造所述三维产品的工作台、设置用以把一薄层的产品原材料分配到该工作台上以形成产品层的分配器、用于输送能量给该产品层表面的选定区域并允许该产品原材料发生相变以在所述区域内形成固定横截面的装置、以及用于管理存储器的控制计算机，该存储器内储存与该三维产品的相继横截面有关的信息，该横截面构成该三维产品，这里，该控制计算机旨在控制所述用于输送能量的装置以将该能量供应给所述选定区域，通过把由分配器相继覆加的产品原材料相继形成的横截面相继连接在一起来形成所述三维产品。

在这种情况中，该实施例不限于利用对粉末层表面进行辐射的辐射枪把粉末熔合在一起。产品原材料可包括在相变之后形成固体例如在熔融或淬火之后固化的任何材料。能量输送装置可包括电子枪、或者引导到工作面上的激光、或者选择性的一种能直接在产品层上投影横截面的能量输送装置。

此外，上述实施例具有相对于前述实施例所述的全部特征。

Claims (12)

1.一种通过把粉末层的选定区域相继熔合在一起来制造三维物体的方法，所述粉末层的所述选定区域部分对应于所述三维物体的相继横截面，所述方法包括以下方法步骤：

把粉末层覆加给工作台，

依据确定用于所述粉末层的操作方案从辐射枪给所述粉末层内的所述选定区域供应能量，

把依据用于形成所述三维物体的横截面的所述操作方案选定的所述粉末层的区域熔合在一起，

通过把由所述相继覆加的粉末层相继形成的所述横截面相继熔合在一起来制造所述三维物体，

其特征在于，为所述选定区域计算能量平衡，在所述计算中确定从所述选定区域周围辐射入所述选定区域的能量是否足以维持所述选定区域的规定工作温度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除了使所述选定区域熔合在一起的能量外，若所述能量平衡计算的结果是没有用以维持所述选定区域的预定工作温度的足够能量，则供应用于加热所述选定区域的能量，从而实现所述选定区域的规定工作温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，依据Eⁱⁿ(i)＝E^out(i)+E^heat(i)计算用于每个粉末层的能量平衡，这里，Eⁱⁿ(i)代表输入所述选定区域内的能量，E^out(i)代表从所述选定区域散逸和辐射的能量损耗，以及E^heat(i)代表存入所述选定区域内的能量。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述选定区域被分割成一组单独区域，为所述单独区域组中的每个计算能量平衡。

5.如权利要求4所述的方法，其中，每个单独区域都包括内部区域和边缘，其特征在于，在第一处理步骤中将一组相邻的所述单独区域的内部区域熔合在一起，之后把所述单独区域之间的所述边缘熔合在一起。

6.一种用于制造三维产品的装置，所述装置包括：在其上构造所述三维产品的工作台、设置用以把粉末薄层分配到所述工作台上以形成粉末层的粉末分配器、用于输送能量给粉末以使粉末熔合在一起的辐射枪、用于把所述辐射枪放射的射束引导到所述粉末层上以通过使部分的所述粉末层熔合在一起来形成所述三维产品的横截面的装置、以及其内储存与所述三维产品的相继横截面有关的信息的控制计算机，所述横截面构成所述三维产品，其中，所述控制计算机用于依据一种用于形成所述三维物体的横截面的操作方案来控制所述用于在所述粉末层上引导所述辐射枪的装置，通过把由所述粉末分配器相继形成的横截面相继熔合在一起来制造所述三维物体，其特征在于，所述控制计算机还设置用以对每个粉末层内的至少一个局部区域计算能量平衡，在计算中确定从所述局部区域周围辐射入所述局部区域内的能量是否足以维持所述局部区域的规定工作温度。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制计算机设置用于控制所述操作方案，以除了供应使所述粉末层熔合在一起的能量外，若所述能量平衡计算的结果是所述操作方案没有提供用以维持所述局部区域的预期工作温度的足够能量，则还供应用于加热所述粉末层的能量，从而维持所述局部区域的规定工作温度。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述控制计算机设置用于依据Eⁱⁿ(i)＝E^out(i)+E^heat(i)计算用于每个粉末层的能量平衡，其中，Eⁱⁿ(i)代表输入所述局部区域内的能量，E^out(i)代表从所述局部区域散逸和辐射的能量损耗，以及E^heat(i)代表存入所述局部区域内的能量。

9.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制计算机设置用于把每个粉末层内的表面分割成一组单独区域，对所述单独区域组中的每个计算能量平衡。

10.如权利要求9所述的装置，其中，每个单独区域都包括内部区域和边缘，其特征在于，所述控制计算机设置用于依据所述操作方案引导来自所述辐射枪的能量传送射束以允许在第一处理步骤中将一组相邻的所述单独区域的内部区域熔合在一起，之后把所述单独区域之间的边缘熔合在一起。

11.如权利要求9-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制计算机设置用于依据所述操作方案引导来自所述辐射枪的能量传送射束以允许在所述辐射枪的射束的部分重叠循环运动过程中把所述内部区域熔合在一起。

12.如权利要求6-11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于检测所述粉末层内的表面层的温度分布的装置。

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