用于熔合工件的方法与流程

本发明的各种实施例涉及一种用于焊接工件的方法以及一种用于形成三维物件的方法。

背景技术：

形式自由的制作或增材制造是一种用于通过被应用于工作台的粉末层的所选部分的接续熔合来形成三维物件的方法。根据该技术的方法和设备在US 2009/0152771中公开。

这样的设备可以包括：工作台，要在其上形成三维物件；粉末撒布器，被布置成敷设薄粉末层在工作台上以形成粉末床；射线枪，用于将能量递送到粉末，由此，粉末的熔合发生；元件，用于控制由射线枪在粉末床之上发出的射线，以通过粉末床的部分的熔合来形成三维物件的横截面；以及控制计算机，其中存储与三维物件的连续横截面有关的信息。通过由粉末撒布器接续地敷设的粉末层的连续形成的横截面的连续熔合来形成三维物件。

始终存在针对在增材制造中或当将多个件焊接在一起时减少或最小化用于熔合粉末材料的时间的需求。一种用于在AM中或当焊接时提高效率和速度的方式一般是：提高能量射束的功率且同时提高所述能量射束的偏转速度。每表面单位所安置的功率从而可以被保持恒定但在要熔合或焊接的表面之上被更快地分配。然而，这仅适用直到所述能量射束的预定功率和偏转速度。如果提高功率超过预定值，则偏转速度将太快以使得来自能量射束的热量将不具有足够的时间来渗入到要熔合或焊接的材料中。在所述能量射束的功率太高且从而偏转速度太快的情况下，表面温度将变得太高以使得要熔合或焊接的材料取而代之被蒸发。

本领域中存在在焊接中超出该预定功率和偏转速度而不蒸发要熔合或焊接的材料的需要。

技术实现要素：

具有该背景技术，则本发明的目的是提供一种用于具有改进效率的焊接或增材制造的方法。上述目的由根据本文包含的权利要求的特征实现。

根据各种实施例，提供了一种用于焊接工件的方法。该方法包括下述步骤：利用高能量射束在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上；利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

本发明的优势是：随着提高散光和扫描速度、同时仍熔合粉末或将多个件焊接在一起到足够深度、同时避免由于过度温度而引起的蒸发，可以大幅或非常大幅提高射束功率。这还可能导致构建时间减少。本发明的另一优势是：与扫描方向垂直的熔合准确度或熔化宽度可以被保持恒定，不管所使用的射束功率和扫描速度如何。

在本发明的示例实施例中，所述能量射束是激光束或电子束。至少该实施例的非限制性优势是：本发明与所使用的能量射束源无关。

在本发明的再一示例实施例中，所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还可以作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。至少该实施例的非限制性优势是：射束斑的伸长不仅可能是依赖于射束功率的，而且可能依赖于要熔合的图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种在用于通过利用高能量射束而对在工作台上提供的至少一个粉末床层的部分的接续熔合来形成三维物件的增材制造中使用散光透镜的方法，这些部分对应于三维物件的接续横截面，所述散光透镜可以用于与在与偏转方向垂直的方向上相比，在与所述偏转方向平行的方向上更多地延长所述粉末床层上高能量射束的大小，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

至少该实施例的非限制性优势是：使用散光透镜的方法可以从正常使用展宽，在该正常使用中，由于能量射束源与目标表面之间透镜系统中引入的失真，射束斑形状被校正回到其原始形状。根据本发明，散光透镜系统（在激光束的情况下，其可以真正透镜系统，而在电子束的情况下，其可以是电气线圈系统）可以用于对射束进行成形，以便在给出相比于与扫描方向垂直的方向而言在与所述扫描方向平行的方向上更长的射束形状的情况下在与偏转方向平行的方向上伸长射束大小。所述伸长的程度至少作为所述能量射束的功率的函数而变化。

在本发明的再一方面中，提供了一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的方法，所述方法包括下述步骤：提供用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个的至少一个高能量射束源；提供用于在所述粉末材料上偏转高能量射束的偏转源；提供用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上的聚焦透镜；利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述粉末层上，使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

本发明的各种实施例的非限制性优势是：可以大幅或非常大幅提高功率，功率越高，则散光越大且扫描速度越快。这还导致针对增材制造的部分的构建时间减少。本发明的另一优势是：与扫描方向垂直的熔合准确度或熔化宽度可以被保持恒定，不管所使用的射束功率和扫描速度如何，这意味着：根据本发明，当减少针对增材制造的部分的构建时间时，准确度不受影响。

在本发明的示例实施例中，所述能量射束是激光束或电子束。至少该实施例的非限制性优势是：本发明与所使用的能量射束源无关。

在本发明的再一示例实施例中，所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。至少该实施例的非限制性优势是：射束斑的伸长不仅是依赖于射束功率的，而且依赖于要熔合的图案。

在本发明的又一示例实施例中，对于全扫描长度、全横截面和/或对于全3维物件，与扫描方向垂直的方向上所述工件上的平均斑大小小于与扫描方向平行的方向上所述工件上的平均斑大小。至少该实施例的非限制性优势是可以选择：针对构建的哪个部分，与扫描方向平行的方向上的平均斑大小长于与扫描方向垂直的方向上的平均斑大小。

在本发明的又一示例实施例中，可以至少部分地经由一个或多个计算机处理器的执行来执行所描述的方法中的任一个。

在本发明的又一示例实施例中，提供了一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的设备。该设备包括：至少一个高能量射束源，用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个；偏转源，用于在所述粉末材料上偏转高能量射束；聚焦透镜，用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上；至少一个散光透镜；以及至少一个控制器，被配置成控制所述至少一个散光透镜以将高能量射束成形在所述粉末层上，使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

在本发明的又一示例实施例中，提供了一种用于焊接工件的设备。在某些实施例中，该设备包括：高能量射束，被配置成在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；至少一个偏转透镜，被配置成偏转高能量射束以使高能量射束在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；至少一个聚焦透镜，被配置成将高能量射束聚焦在所述工件上；以及至少一个散光透镜；以及至少一个控制器，被配置成：利用所述至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

在本发明的又一示例实施例中，提供了一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的计算机程序产品。该计算机程序产品包括其中存储有计算机可读程序代码部分的至少一个非瞬变计算机可读储存介质。该计算机可读程序代码部分包括：被配置成提供用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个的至少一个高能量射束源的可执行部分；被配置成提供用于在所述粉末材料上偏转高能量射束的偏转源的可执行部分；被配置成提供用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上的聚焦透镜的可执行部分；以及被配置成利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述粉末层上使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长的可执行部分，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

在本发明的又一示例实施例中，提供了一种用于焊接工件的计算机程序产品。该计算机程序产品包括其中存储有计算机可读程序代码部分的至少一个非瞬变计算机可读储存介质。该计算机可读程序代码部分包括：被配置成利用高能量射束在所述工件上的第一位置处进行第一焊接的可执行部分；被配置成利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接的可执行部分；被配置成利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上的可执行部分；被配置成利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长的可执行部分，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

附图说明

由此总体上描述了本发明，那么现在将参考附图，附图不必然是按比例绘制的，且其中：

图1描绘了射束功率作为扫描速度的函数的示意曲线图；

图2描绘了增材制造过程的从上面看的视图，具有射束斑配置的放大视图；

图3描绘了其中可实现该方法的形式自由的制作或增材制造设备的示例实施例；

图4A描绘了根据现有技术的射束斑配置；

图4B描绘了根据本发明的射束斑配置的示例实施例；

图5A-5C描绘了针对不同的射束功率的三个不同射束斑配置；

图6描绘了用于在基于激光束的系统中实现适当射束斑形状的示例实施例；

图7描绘了用于在基于电子束的系统中实现适当射束斑形状的示例实施例；

图8描绘了根据本发明的方法的示意流程图；

图9是根据各种实施例的示例性系统1020的框图；

图10A是根据各种实施例的服务器1200的示意框图；以及

图10B是根据各种实施例的示例性移动设备1300的示意框图。

具体实施方式

现在，将在下文中参考附图来更全面地描述本发明的各种实施例，在附图中，示出了本发明的一些但不是所有实施例。的确，本发明的实施例可以以许多不同形式体现，而不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使得本公开将满足适用的法律要求。除非以其他方式定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常知道和理解的含义相同的含义。本文在可替换和起连接作用这两种意义上使用术语“或”，除非以其他方式指示。自始至终，相似的编号指代相似的元素。

更进一步，为了促进本发明的理解，下面定义多个术语。本文定义的术语具有如本发明相关领域技术人员通常理解的含义。诸如“一”、“一个”和“该”之类的术语不意图指代仅单数实体，而是包括一般类别，其具体示例可以用于说明。本文的术语被用于描述本发明的具体实施例，但其使用并不给本发明划界，除了如权利要求书中所概括的那样。

如本文使用的术语“三维结构”等一般指代意图用于特定目的的所意图的或实际制作的（例如，一种或多种材料的）三维配置。这样的结构等可以例如借助于三维CAD系统加以设计。

如本文在各种实施例中使用的术语“电子束”指代任何带电粒子束。带电粒子束的源可以包括电子枪、线性加速器等等。

图3描绘了其中可实现本方法的形式自由的制作或增材制造设备300的实施例。设备300包括：电子枪302；两个粉末料斗306、307；起始盘316；构建罐312；粉末分配器310；构建平台314；射束管理光学器件305；以及真空室320。

真空室320能够凭借真空系统来维持真空环境，该系统可以包括涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵和一个或多个阀，它们是本领域技术人员公知的且因此不需要在该上下文中进一步解释。真空系统由控制单元340控制。

电子枪302生成用于将在起始盘316上提供的粉末材料318熔化或熔合在一起的电子束。电子枪302可以是在真空室320中或关于真空室320提供的。控制单元340可以用于控制和管理从电子束枪302发射的电子束。射束管理光学器件可以包括至少一个聚焦线圈、至少一个偏转线圈和至少一个散光线圈，它们可以电连接到控制单元340。在本发明的示例实施例中，电子枪可以利用约60kV的加速电压以及利用0-10kW范围内的射束功率生成可聚焦电子束。当通过利用能量射束逐层熔合粉末来构建三维物件时，真空室中的压强可以处于1×10^-3–1×10^-6毫巴的范围内。

取代使用一个或多个电子束源，根据本发明，可以使用一个或多个激光束源以生成用于熔化粉末材料或用于将多个件焊接在一起的一个或多个激光束。

粉末料斗306、307包括要在构建罐312中起始盘316上提供的粉末材料。粉末材料可以例如是纯金属或金属合金，诸如钛、钛合金、铝、铝合金、不锈钢、Co-Cr-W合金等。取代使用两个粉末料斗，可以使用一个粉末料斗。在另一示例实施例中，可以使用另一种已知类型的粉末馈送器和/或粉末储存器。

粉末分配器310被布置成敷设薄的粉末材料层在起始盘316上。在工作周期期间，在每一个所添加的粉末材料层之后，将接续地关于射线枪、基于电子束或基于激光束降低构建平台314。为了使该移动成为可能，在本发明的一个实施例中在垂直方向上（即，在由箭头P指示的方向上）可移动地布置构建平台314。这意味着：构建平台314在初始位置中开始，在该初始位置中，必要厚度的第一粉末材料层已经被敷设在起始盘316上。此后，关于敷设新粉末材料层以形成三维物件的新横截面来降低构建平台。用于降低构建平台314的手段可以例如是通过配备有齿轮、调整螺钉等的伺服引擎。

通过粉末床的部分的接续熔合而形成的三维物件（这些部分对应于三维物件的接续横截面）包括提供三维物件的模型的步骤。该模型可以经由CAD（计算机辅助设计）工具而生成。

可以通过根据若干方法在工作台之上均匀地分配粉末来在工作台316上提供第一粉末层。一种分配粉末的方式是：通过耙子系统来收集从料斗306、307落下的材料。在构建罐之上移动耙子，从而在起始盘之上分配粉末。耙子的下部分与起始盘或前一粉末层的上部分之间的距离确定在起始盘之上分配的粉末的厚度。粉末层厚度可以是通过调整构建平台314的高度来容易地调整的。

在工作台316之上导向能量射束，从而使第一粉末层在所选位置中熔合以形成三维物件的第一横截面。能量射束可以是电子束或激光束。根据由控制单元340给出的指令来在工作台316之上导向射束。在控制单元中，存储针对如何针对三维物件的每一层控制射束枪的指令。

在完成第一层（即，用于制成三维物件的第一层的粉末材料的熔合）之后，在工作台316上提供第二粉末层。第二粉末层优选地根据与前一层相同的方式而分配。具有单个耙子系统的形式的粉末分配器，即，其中一个耙子捕捉从左粉末料斗306和右粉末料斗307两者落下的粉末，如此的耙子可以改变设计。

在已经在工作台316上分配第二粉末层之后，在工作台之上导向能量射束，从而使第二粉末层在所选位置中熔合以形成三维物件的第二横截面。第二层中的熔合部分可以接合到第一层的熔合部分。可以通过不仅熔化最上层中的粉末而且再熔化最上层直接下面的层的厚度的至少一小部分来将第一和第二层中的熔合部分熔化在一起。

图1描绘了射束功率作为扫描速度的函数的示意曲线图175。对于低于预定值的射束功率，可以使用基本上圆形的射束斑以融合粉末材料或将多个件焊接在一起。如果提高射束功率超过预定值且从而提高扫描速度超过预定值，则材料将开始沸腾而不是熔化。材料的这种沸腾的原因是：能量射束的偏转或扫描速度将太快，使得来自能量射束的热量将不具有足够的时间来渗入到要熔合或焊接的材料中。在所述能量射束的功率太高且从而偏转速度太快的情况下，表面温度将变得太高以使得要熔合或焊接的材料取而代之被蒸发。

本发明通过伸长该斑（即，延伸与扫描方向平行的斑尺寸并基本上保持与扫描方向垂直的其尺寸）来解决该问题。在图1中，基本上圆形的斑可以用于分别处于P1和S1以下的射束功率和扫描速度。对于分别处于P1和S1以上的射束功率和扫描速度，在与扫描方向平行的方向上伸长射束斑。通过使射束斑平行于扫描方向而伸长，可以降低表面温度，这是由于在更大区域之上分配所述射束中的功率。来自射束斑的热量可以由于更大区域之上的该射束功率分配而具有足够的时间来渗入到材料中，且从而最小化来自熔化工具的辐射能量，且从而最小化材料的沸腾或蒸发。通过与扫描方向平行地伸长射束斑，可以使用与将已经与熔合或焊接的所维持的分辨率一起使用圆形斑的情况相比更大的射束功率。经伸长的射束斑可以遵循所意图的扫描路径，使得所述射束斑的更长尺寸遵循射束路径，即，与扫描方向垂直的尺寸小于与扫描方向平行的尺寸，不管所意图的射束路径的方向如何。

图2描绘了增材制造过程的从上面看的视图，具有射束斑配置的放大视图200。在图2中，通过利用能量射束210熔化构建室290内部的粉末材料来构建三维物件的横截面270。能量射束210根据存储在控制单元中的预定指令来熔化材料。图2中的扫描方向由箭头240表示。多个扫描线250已经被提供到粉末材料上以便构建三维物件的横截面。一个扫描线220被提供到粉末材料上，并且射束斑230的放大视图200图示出：与扫描方向240平行的射束斑230的实际长度L大于由H表示的与扫描方向垂直的射束斑230的尺寸。

图4A图示了当使用低于预定值的射束功率时的射束斑形状。在图4A中，与扫描方向平行的射束斑的水平大小L1基本上等于与扫描方向垂直的射束斑的垂直大小H1。

图4B图示了当使用高于所述预定值的射束功率时的射束斑形状。在图4B中，与扫描方向平行的射束斑的水平大小L2充分大于与扫描方向垂直的射束斑的垂直大小H1。如可以看出的那样，与扫描方向垂直的射束斑的垂直大小H1在图4A和4B中相等。可以使用任何扫描方向，即，不仅是如已经在图中图示的水平扫描方向。对于任何扫描方向，针对大于预定值的射束功率的射束斑大小可以在与扫描方向平行的方向上比在与扫描方向垂直的方向上更大。

图5A-5C描绘了针对三个不同射束功率的三个不同射束斑配置。图5A中的第一射束斑510具有第一射束功率。图5B中的第二射束斑520具有比所述第一射束功率高的第二射束功率。图5C中的第三射束斑530具有比所述第二射束功率高的第三射束功率。所述第一射束斑510的第一长度L3短于所述第二射束斑520的所述第二长度L4，所述第二长度L4短于所述第三射束斑530的第三长度L5。第一、第二和第三射束斑具有与扫描方向垂直的所有相同大小H1。在图5A-5C中，射束斑的形状被图示为椭圆形的。然而，可以使用任何伸长形状的射束斑，诸如矩形或多边形或任何其他合适数学函数，其中相比于与扫描方向垂直的大小，在扫描方向上伸长射束斑的大小。

图6描绘了基于激光束的系统中的射束管理光学器件的示例实施例。激光束605从激光束源610发出。在到达可作为基于层的增材制造过程中的粉末层或者将要被焊接在一起的固体件的目标表面660之前，所述激光束605经过散光透镜系统620、聚焦透镜系统630、偏转透镜系统640和可选的反射表面650。控制单元680可以控制激光束源610和所述透镜系统620、630、640。聚焦透镜630系统可以包括可以关于光轴可旋转和/或可倾斜和/或可平移（沿光轴可移动）的一个或多个透镜。聚焦透镜系统630可以在目标表面660上创建预定射束斑大小。聚焦透镜系统630中的透镜可以是完全或部分透明的。偏转透镜系统640可以包括可以关于光轴可旋转和/或可倾斜和/或可平移（沿光轴可移动）的一个或多个透镜。偏转透镜系统640可以将射束斑定位在所述目标表面660处的给定限制内的任何预定位置处，该给定限制由射束斑的最大偏转定义。

散光透镜系统620可以包括可以关于光轴可旋转和/或可倾斜和/或可平移（沿光轴可移动）的一个或多个透镜。当射束被偏转时，将某些异常引入到依赖于偏转程度的射束斑中。依赖于可被散光透镜系统620补偿的偏转程度，射束或多或少地失真。根据本发明，所述射束斑可能不仅针对可由其他透镜系统引入的失真而补偿，而且所述散光透镜系统620可以有意地使射束斑形状失真以在与射束偏转的方向平行的方向上伸长射束斑。所述与所述偏转方向平行的方向上的伸长的程度可以至少依赖于所述能量射束的射束功率。在示例实施例中，所述射束斑形状作为所述处于预定射束功率以上的射束功率的线性函数而与所述偏转方向平行地伸长。在另一示例实施例中，所述射束斑形状作为所述处于预定射束功率以上的射束功率的多项式函数而与所述偏转方向平行地伸长。

图7描绘了基于电子束的系统中的射束管理光学器件的示例实施例。电子束750从电子束源710发出。在到达可作为基于层的增材制造过程中的粉末层或者将要被焊接在一起的固体件的目标表面760之前，所述电子束750可以经过散光透镜系统720、聚焦透镜系统730、偏转透镜系统740。控制单元680可以控制电子束源和所述射束成形光学器件。聚焦透镜系统730可以包括一个或多个聚焦线圈。聚焦透镜系统730可以在目标表面760上创建预定射束斑大小。

偏转透镜系统740可以包括一个或多个偏转线圈。偏转透镜系统740可以将射束斑定位在所述目标表面760处的给定限制内的任何预定位置处，该给定限制由射束斑的最大偏转定义。

散光透镜系统720可以包括一个或多个散光线圈。当射束被偏转时，将某些异常引入到依赖于偏转程度的射束斑中。依赖于可被散光透镜系统720补偿的偏转程度，射束可能或多或少地失真。根据本发明，所述射束斑不仅针对可由其他透镜系统引入的失真而补偿，而且所述散光透镜系统720可以有意地使射束斑形状失真以在与射束偏转的方向平行的方向上伸长射束斑。所述与所述偏转方向平行的方向上的伸长的程度可以至少依赖于所述能量射束的射束功率。在示例实施例中，所述射束斑形状可以作为所述处于预定射束功率以上的射束功率的线性函数而与所述偏转方向平行地伸长。在另一示例实施例中，所述射束斑形状可以作为所述处于预定射束功率以上的射束功率的多项式函数而与所述偏转方向平行地伸长。在示例实施例中，多个散光透镜可以用于在工件的任何位置中生成所述伸长射束的任意取向。

在基于激光束和基于电子束的系统中，所述与偏转方向平行的伸长可以不仅依赖于所述能量射束的功率，而且依赖于所述目标表面上的位置。更特别地，除所述能量射束功率外，所述能量射束的所述伸长可以依赖于所述能量射束斑在所述目标表面上的实际熔合或焊接位置。在增材制造过程中，所述伸长可以依赖于所述能量射束斑关于所述要熔合的图案的实际位置，即，与在扫描线的起始或停止位置处相比，可以在扫描长度的中间段中使用更加伸长的射束斑。如果熔化轮廓，则可以依赖于轮廓导数和到所述轮廓导数的距离在所述轮廓的熔化期间更改伸长。在示例实施例中，所述工件上的射束斑的伸长、功率和扫描速度可以被选择以优化构建时间。

图8描绘了根据本发明的用于焊接工件或用于根据用于逐层构建三维物件的预定方案将粉末材料熔合在一起的方法的示意流程图。在表示为810的第一步骤中，利用高能量射束在所述工件或粉末表面上的第一位置处进行第一焊接。在表示为820的第二步骤中，利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件或所述粉末表面上的第二位置处进行第二焊接。在表示为830的第三步骤中，利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上。在表示为840的第四步骤中，利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件或粉末表面上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。射束斑在所述工件上的提高的功率将需要所述射束斑在所述工件上的更高扫描速度。

关于所述能量射束的所述偏转方向的所述平行方向上的所述长度与关于所述能量射束的所述偏转方向的所述垂直方向上的所述长度之比可以是5、10、15或20的组中的一个。在示例实施例中，对于处于预定值以下的不会导致材料的蒸发以便以预定焊接或熔合宽度进行熔合的射束功率，所述平行方向和所述垂直方向上的所述长度基本上相等，这是由于所述射束斑在所述工件上的速度和功率不会导致工件材料的蒸发。

在本发明的示例实施例中，对于全扫描长度、全横截面和/或对于全3维物件，与扫描方向垂直的方向上所述工件上的平均斑大小小于与扫描方向平行的方向上所述工件上的平均斑大小。

以经伸长的射束斑进行熔合或焊接可以具有使用更高射束斑功率和更高射束扫描速度的效果。与具有相同功率和与经伸长的射束斑的更小尺寸相等的直径的圆形斑相比，经伸长的射束斑可以降低针对给定扫描速度的表面温度。经伸长的射束斑可以允许与具有与经伸长的射束斑的更小尺寸相等的直径的圆形斑相比在与扫描方向垂直的方向上具有所保持的分辨率的更高扫描速度。经伸长的射束斑可以允许热量渗入到材料中，而不是如可能是关于圆形斑的情况那样蒸发材料。与具有相同功率和与经伸长的射束斑的更小尺寸相等的直径的圆形斑相比，经伸长的射束斑可以减少针对增材制造的3维物件的制造时间。

在本发明的另一方面中，提供了一种程序元件，在计算机上执行时被配置和布置成实现用于通过粉末床的部分的接续熔合来形成至少一个三维物件的方法，这些部分对应于三维物件的接续横截面，该方法包括下述步骤：提供该至少一个三维物件的模型；在工作台上施加第一粉末层；在工作台之上导向来自第一能量射束源的第一能量射束，以使第一粉末层根据对应模型在第一所选位置中熔合，以形成三维物件的第一横截面，其中第一能量射束被配置成在第一方向上利用两个或更多个平行扫描线熔合第一横截面的至少第一区；以及作为该两个或更多个平行扫描线中的两个相邻平行扫描线中的至少一个的长度的函数，确定该两个相邻平行扫描线之间的距离，该两个相邻平行扫描线用于熔合粉末层。该程序元件可以被安装在计算机可读储存介质中。该计算机可读储存介质可以是如本文其他地方描述的任何控制单元或者另一分离且独特的控制单元。该计算机可读储存介质和该程序元件（其可以包括本文体现的计算机可读程序代码部分）可以进一步被包含在非瞬变计算机程序产品内。下面进而提供关于这些特征和配置的进一步细节。

如所提及的那样，本发明的各种实施例可以以各种方式实现，该各种方式包括被实现为非瞬变计算机程序产品。计算机程序产品可以包括存储应用、程序、程序模块、脚本、源代码、程序代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等等（本文中也称作可执行指令、用于执行的指令、程序代码和/或本文中可互换地使用的类似术语）的非瞬变计算机可读储存介质。这样的非瞬变计算机可读储存介质包括所有计算机可读介质（其包括易失性和非易失性介质）。

在一个实施例中，非易失性计算机可读储存介质可以包括软盘、柔性盘、硬盘、固态储存器（SSS）（例如，固态驱动器（SSD）、固态卡（SSC）、固态模块（SSM））、企业闪速驱动器、磁带或者任何其他非瞬变磁介质等等。非易失性计算机可读储存介质还可以包括穿孔卡、纸带、光学标志片（或者具有孔图案或其他光学可辨认标记的任何其他物理介质）、压缩盘只读存储器（CD-ROM）、压缩盘压缩盘可重写装置（CD-RW）、数字多功能盘（DVD）、蓝光盘（BD）、任何其他非瞬变光学介质等等。这样的非易失性计算机可读储存介质还可以包括只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器（例如，串行、与非、或非等等）、多媒体存储器卡（MMC）、安全数字（SD）存储器卡、智能媒体卡、压缩闪速（CF）卡、存储器棒等等。进一步，非易失性计算机可读储存介质还可以包括导电桥接随机存取存储器（CBRAM）、相变随机存取存储器（PRAM）、铁电随机存取存储器（FeRAM）、非易失性随机存取存储器（NVRAM）、磁阻随机存取存储器（MRAM）、电阻性随机存取存储器（RRAM）、硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅存储器（SONOS）、浮动结栅随机存取存储器（FJG RAM）、千足虫存储器、赛道存储器等等。

在一个实施例中，易失性计算机可读储存介质可以包括随机存取存储器（RAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、快速页面模式动态随机存取存储器（FPM DRAM）、扩展数据输出动态随机存取存储器（EDO DRAM）、同步动态随机存取存储器（SDRAM）、双数据速率同步动态随机存取存储器（DDR SDRAM）、双数据速率类型二同步动态随机存取存储器（DDR2 SDRAM）、双数据速率类型三同步动态随机存取存储器（DDR3 SDRAM）、Rambus动态随机存取存储器（RDRAM）、双晶体管RAM（TTRAM）、晶闸管RAM（T-RAM）、零电容器（Z-RAM）、Rambus内联存储器模块（RIMM）、双内联存储器模块（DIMM）、单内联存储器模块（SIMM）、视频随机存取存储器VRAM、高速缓冲存储器（包括各种级别）、闪速存储器、寄存器存储器等等。将意识到，在实施例被描述成使用计算机可读储存介质的情况下，可以用其他类型的计算机可读储存介质代替上述计算机可读储存介质或者除上述计算机可读储存介质外还可以使用其他类型的计算机可读储存介质。

如应当意识到，本发明的各种实施例还可以被实现为方法、设备、系统、计算设备、计算实体等等，如本文中其他地方已经描述的那样。由此，本发明的实施例可以采取执行存储在计算机可读储存介质上的指令以执行某些步骤或操作的设备、系统、计算设备、计算实体等等的形式。然而，本发明的实施例还可以采取执行某些步骤或操作的完全硬件的实施例的形式。

下面参考设备、方法、系统和计算机程序产品的框图和流程图图示来描述各种实施例。应当理解，框图和流程图图示中的任一个的每一个框分别可以部分地由计算机程序指令实现，例如实现为在计算系统中的处理器上执行的逻辑步骤或操作。这些计算机程序指令可以被加载到计算机（诸如专用计算机或者产生具体配置的机器的其他可编程数据处理设备）上，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令实现在一个或多个流程图框中指定的功能。

这些计算机程序指令还可以存储在可引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式起作用的计算机可读存储器中，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实现在一个或多个流程图框中指定的功能的计算机可读指令的制造物件。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行，以产生计算机实现过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图框中指定的功能的操作。

相应地，框图和流程图图示的框支持用于执行指定功能的各种组合、用于执行指定功能的操作和用于执行指定功能的程序指令的组合。还应当理解，框图和流程图图示的每一个框以及框图和流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或操作或者专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的计算机系统来实现。

图9是可结合本发明的各种实施例使用的示例性系统1020的框图。在至少所图示的实施例中，系统1020可以包括一个或多个中央计算设备1110、一个或多个分布式计算设备1120和一个或多个分布式手持或移动设备1300，全部被配置为经由一个或多个网络130与中央服务器1200（或控制单元）通信。尽管图9将各种系统实体图示为分离、独立的实体，但各种实施例不限于该特定架构。

根据本发明的各种实施例，一个或多个网络1130可能能够根据多个第二代（2G）、2.5G、第三代（3G）和/或第四代（4G）移动通信协议等等来支持通信。更特别地，一个或多个网络1130可能能够根据2G无线通信协议IS-136（TDMA）、GSM和IS-95（CDMA）来支持通信。此外，例如，一个或多个网络1130可能能够根据2.5G无线通信协议GPRS、增强数据GSM环境（EDGE）等等来支持通信。另外，例如，一个或多个网络1130可能能够根据诸如采用宽带码分多址（WCDMA）无线电接入技术的通用移动电话系统（UMTS）网络之类的3G无线通信协议来支持通信。一些窄带AMPS（NAMPS）以及（一个或多个）TACS网络也可以受益于本发明的实施例，如双模或更高模移动站（例如，数字/模拟或TDMA/CDMA/模拟电话）所应当的那样。作为又一示例，系统1020的部件中的每一个可以被配置成根据诸如例如射频（RF）、蓝牙（Bluetooth™）、红外（IrDA）、或者多种不同有线或无线联网技术（包括有线或无线个域网（“PAN”）、局域网（“LAN”）、城域网（“MAN”）、广域网（“WAN”）等等）中的任一种之类的技术来彼此通信。

尽管在图9中将（一个或多个）设备1110-1300图示为在相同网络1130之上彼此通信，但这些设备同样可以在多个分离的网络之上通信。

根据一个实施例，除了从服务器1200接收数据外，分布式设备1110、1120和/或1300可以进一步被配置成独自地收集和传输数据。在各种实施例中，设备1110、1120和/或1300可能能够经由诸如键区、触摸板、条形码扫描仪、射频标识（RFID）读取器、接口卡（例如调制解调器等）或接收机之类的一个或多个输入单元或设备来接收数据。设备1110、1120和/或1300可能进一步能够将数据存储到一个或多个易失性或非易失性存储器模块，并例如通过将数据显示给操作设备的用户或通过例如在一个或多个网络1130之上传输数据来经由一个或多个输出单元或设备输出数据。

在各种实施例中，服务器1200包括用于执行根据本发明的各种实施例的一个或多个功能的各种系统，该一个或多个功能包括本文更特别地示出和描述的那些功能。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，服务器1200可能包括用于执行一个或多个相似功能的多种可替换设备。例如，在某些实施例中，服务器1200的至少部分可以位于（一个或多个）分布式设备1110、1120和/或（一个或多个）手持或移动设备1300上，如可针对特定应用而期望的那样。如下面将进一步详细描述的那样，在至少一个实施例中，（一个或多个）手持或移动设备1300可以包含可被配置以提供用于与服务器1200通信的用户接口的一个或多个移动应用1330，全部如下面同样将进一步详细描述的那样。

图10A是根据各种实施例的服务器1200的示意图。服务器1200包括经由系统接口或总线1235与服务器内的其他元件通信的处理器1230。在服务器1200中还包括用于接收和显示数据的显示/输入设备1250。该显示/输入设备1250可以是例如与监视器组合使用的键盘或指点设备。服务器1200进一步包括存储器1220，存储器1220优选地包括只读存储器（ROM）1226和随机存取存储器（RAM）1222两者。服务器的ROM 1226用于存储基本输入/输出系统1224（BIOS），基本输入/输出系统1224（BIOS）包含有助于在服务器1200内的元件之间传送信息的基本例程。本文中先前已经描述各种ROM和RAM配置。

另外，服务器1200包括用于将信息储存在各种计算机可读介质（诸如硬盘、可移除磁盘或CD-ROM盘）上的至少一个储存器设备或程序储存器210，诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、CD Rom驱动器或光盘驱动器。如本领域技术人员将意识到，这些储存器设备1210中的每一个通过适当接口而连接到系统总线1235。储存器设备1210及其关联计算机可读介质提供针对个人计算机的非易失性储存。如本领域技术人员将意识到，上述计算机可读介质可以被本领域中已知的任何其他类型的计算机可读介质替换。这样的介质包括例如磁带盒、闪速存储器卡、数字视频盘和伯努利盒式磁带。

尽管未示出，但根据实施例，服务器1200的储存器设备1210和/或存储器可以进一步提供数据储存器设备的功能，该数据储存器设备可以存储可由服务器1200接入的历史和/或当前递送数据和递送条件。在这点上，储存器设备1210可以包括一个或多个数据库。术语“数据库”指代存储在计算机系统中（诸如经由关系数据库、层级数据库或网络数据库）的数据或记录的结构化集合，且由此不应以限制的方式解释。

包括例如处理器1230可执行的一个或多个计算机可读程序代码部分的多个程序模块（例如，示例性模块1400-1700）可以由各种储存器设备1210且在RAM 1222内存储。这样的程序模块还可以包括操作系统1280。在这些和其他实施例中，各种模块1400、1500、1600、1700在处理器1230和操作系统1280的辅助下控制服务器1200的操作的某些方面。在另外其他实施例中，应当理解，在不脱离本发明的范围和性质的情况下，还可以提供一个或多个附加和/或可替换模块。

在各种实施例中，程序模块1400、1500、1600、1700由服务器1200执行且被配置成生成一个或多个图形用户接口、报告、指令和/或通知/报警，全部是对系统1020的各种用户来说可接入和/或可传输的。在某些实施例中，用户接口、报告、指令和/或通知/报警可以经由一个或多个网络1130而可接入，该一个或多个网络1130可以包括因特网或其他可行通信网络，如先前讨论的那样。

在各种实施例中，还应当理解，模块1400、1500、1600、1700中的一个或多个可以可替换地和/或附加地（例如，双份）本地存储在设备1110、1120和/或1300中的一个或多个上并可以由设备1110、1120和/或1300的一个或多个处理器执行。根据各种实施例，模块1400、1500、1600、1700可以向一个或多个数据库发送数据，从一个或多个数据库接收数据，并利用一个或多个数据库中包含的数据，该一个或多个数据库可以由一个或多个分离、链接和/或联网的数据库组成。

在服务器1200内还定位了用于与一个或多个网络1130的其他元件对接和通信的网络接口1260。本领域技术人员将意识到，服务器1200部件中的一个或多个可以是地理上远离其他服务器部件而定位的。此外，服务器1200部件中的一个或多个可以是组合的，和/或执行本文描述的功能的附加部件也可以被包括在服务器中。

尽管前面描述了单个处理器1230，但如本领域技术人员将认识到，服务器1200可以包括彼此结合进行操作以执行本文描述的功能的多个处理器。除存储器1220外，处理器1230还可以连接到用于显示、发射和/或接收数据、内容等等的至少一个接口或其他装置。在这点上，（一个或多个）接口可以包括用于发射和/或接收数据、内容等等的至少一个通信接口或其他装置以及可包括显示器和/或用户输入接口的至少一个用户接口，如下面将进一步详细描述的那样。用户输入接口进而可以包括允许实体从用户接收数据的多种设备（诸如键区、触摸显示器、操纵杆或其他输入设备）中的任一种。

再进一步，尽管参考了“服务器”1200，但如本领域技术人员将认识到，本发明的实施例不限于传统地定义的服务器架构。再进一步，本发明的实施例的系统不限于单个服务器或者类似网络实体或大型计算机系统。在不脱离本发明的实施例的精神和范围的情况下，同样可以使用包括彼此结合进行操作以提供本文描述的功能的一个或多个网络实体的其他类似架构。例如，在不脱离本发明的实施例的精神和范围的情况下，同样可以使用彼此协作以与服务器1200相关联地提供本文描述的功能的两个或更多个个人计算机（PC）、类似电子设备或手持便携式设备的网状网络。

根据各种实施例，可以或可以不利用本文描述的计算机系统和/或服务器来实施过程的许多个体步骤，并且计算机实现的程度可以不同，如可针对一个或多个特定应用期望和/或有益的那样。

图10B提供了表示可结合本发明的各种实施例使用的移动设备1300的图示示意图。移动设备1300可以由各方操作。如图10B中所示，移动设备1300可以包括天线1312、发射机1304（例如，无线电）、接收机1306（例如，无线电）、以及分别将信号提供给发射机1304和接收机1306且从发射机1304和接收机1306接收信号的处理元件1308。

分别被提供给发射机1304和接收机1306且从发射机1304和接收机1306接收的信号可以包括根据适用的无线系统的空中接口标准来发信号通知数据以与各种实体（诸如服务器1200、分布式设备1110、1120等等）通信。在这点上，移动设备1300可能能够利用一种或多种空中接口标准、通信协议、调制类型和接入类型来进行操作。更特别地，移动设备1300可以根据多种无线通信标准和协议中的任一种来进行操作。在特定实施例中，移动设备1300可以根据诸如GPRS、UMTS、CDMA2000、1xRTT、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、E-UTRAN、EVDO、HSPA、HSDPA、Wi-Fi、WiMAX、UWB、IR协议、蓝牙协议、USB协议和/或任何其他无线协议之类的多种无线通信标准和协议来进行操作。

经由这些通信标准和协议，移动设备1300可以根据各种实施例、使用诸如非结构化补充服务数据（USSD）、短消息服务（SMS）、多媒体消息传递服务（MMS）、双音多频信令（DTMF）和/或订户标识模块拨号器（SIM拨号器）之类的构思来与各种其他方通信。移动设备1300还可以将改变、附加物和更新下载到例如其固件、软件（例如，包括可执行指令、应用、程序模块）和操作系统。

根据一个实施例，移动设备1300可以包括位置确定设备和/或功能。例如，移动设备1300可以包括被适配成获取例如纬度、经度、海拔、地理编码、路程和/或速度数据的GPS模块。在一个实施例中，GPS模块通过识别看得见的卫星的数目和那些卫星的相对位置来获取数据，有时被称为星历数据。

移动设备1300还可以包括用户接口（其可以包括耦合到处理元件1308的显示器1316）和/或用户输入接口（耦合到处理元件308）。用户输入接口可以包括允许移动设备1300接收数据的多种设备（诸如键区1318（硬或软）、触摸显示器、语音或运动接口、或者其他输入设备）中的任一种。在包括键区1318的实施例中，键区可以包括（或使得显示）传统数字键（0-9）和相关键（#、*）以及用于操作移动设备1300的其他键，并可以包括字母键的全集或者可被激活以提供字母数字键的全集的键集合。除了提供输入外，可以使用用户输入接口，例如以便激活或去激活某些功能，诸如屏幕保护程序和/或休眠模式。

移动设备1300还可以包括易失性储存器或存储器1322和/或非易失性储存器或存储器1324，其可以是嵌入式的和/或可以是可移除的。例如，非易失性存储器可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪速存储器、MMC、SD存储器卡、存储器棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、RRAM、SONOS、赛道存储器等等。易失性存储器可以是RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、高速缓冲存储器、寄存器存储器等等。易失性和非易失性储存器或存储器可以存储数据库、数据库实例、数据库映射系统、数据、应用、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等等以实现移动设备1300的功能。

移动设备1300还可以包括摄像机1326和移动应用1330中的一个或多个。摄像机1326可以根据各种实施例被配置为附加和/或可替换的数据收集特征，由此一个或多个项目可以由移动设备1300经由摄像机来读取、存储和/或传输。移动应用1330可以进一步提供可利用经由其、利用移动设备1300执行各种任务的特征。可以提供各种配置，如可针对作为整体的移动设备1300和系统1020的一个或多个用户而期望的那样。

本发明不限于上述实施例，并且许多修改在所附权利要求书的范围内是可能的。这样的修改可以例如涉及使用与所例证的电子束不同的能量射束源，诸如激光束。可以使用除金属粉末外的材料，诸如下述各项的非限制性示例：导电聚合物以及导电陶瓷的粉末。的确，本领域技术人员将能够使用前文中包含的信息来以未字面描述然而却被所附权利要求书涵盖的方式修改本发明的各种实施例，因为它们实现实质相同的功能以达到实质相同的结果。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例意图被包括在所附权利要求书的范围内。尽管本文采用了具体术语，但这些具体术语仅在一般且描述性的意义上使用，而非用于限制的目的。