專利名稱：用于形成物體的方法、裝置、計算機可讀的存儲介質和計算機程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施方式涉及用于形成物體(對象，目標，object)的方法、裝置(設備)、計算機可讀的存儲介質(計算機可讀存儲介質)和計算機程序。
背景技術：
實體自由成形制造(SFF)是能夠通過材料(例如，粉末形式)的連續(xù)層狀成形和凝固來生產3D實體部件的一組制造技術?？梢杂捎嬎銠C輔助設計(CAD)模型直接獲得部分幾何數據并對其進行處理以形成物體而不需要任何模具或工具?？梢愿鶕玫姆椒▽Ω鞣N材料以及諸如塑料、蠟、金屬和陶瓷的材料的組合進行處理。在單一步驟中生產具有高密度的全功能部件通常需要粉末顆粒(粒子)的完全熔化。這可以利用高能量密度(例如，激光束或電子束)實現(xiàn)，所述高能量密度可產生能夠將創(chuàng)建熔體池的粉末顆粒完全液化的溫度。一旦從新產生的熔體池中除去熱，則熔融材料凝固而形成大的塊體，所述大的塊體通常在其結構中產生有新的晶粒(細粒，grains)。當應用至金屬粉末時，上述方法通常誘導材料的快速熔化和再凝固，這導致大的內部熱應力，所述大的內部熱應力可能在凝固期間和在凝固之后導致部件翹曲。由于翹曲， 特定的幾何形狀(如在模型中比較常見的懸垂/無載體(無支撐)特征)需要利用在建筑期間制造的錨而強制壓向基底(襯底，基板，substrate)。這些錨通常由用于生產部件的相同金屬制成，并且在制造部件之后除去通常麻煩且耗時或不可能。錨的除去還可以損壞組件，從而導致部件不穩(wěn)定。因此，期望提供用于形成物體的替代方法和裝置。

發(fā)明內容
根據各方面但不必根據全部方面，本發(fā)明的實施方式是提供用于形成物體的方法，所述方法包括至少提供具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料；在高于所述第一溫度和第二溫度下對所述第一材料和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料(基本固體的其他材料)，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點；以及在高于所述另外的材料的熔點的溫度下對所述基本固體的另外的材料的至少一部分進行加熱。當向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料時，所述基本熔融的合金可以具有這樣的溫度，在高于所述溫度下，合金化材料基本上不翹曲。所述方法還可以包括重復提供所述另外的材料和加熱所述另外的材料的步驟以形成物體。所述物體可以是基本熔融的且所述方法還可以包括控制所述物體的冷卻從而形成包含受控的微結構的凝固物體?？刂扑鑫矬w的冷卻可形成包含單晶的凝固物體。所述方法還可以包括控制所述基本熔融的合金的加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一和第二材料的熔點溫度。所述方法還可以包括檢測所述熔融合金的溫度并使用所檢測的溫度控制所述熔融合金的加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一和第二材料的熔點溫度。所述方法還可以包括在提供所述第一材料之前，將所述第一材料加熱至低于所述第一溫度的溫度和/或在提供所述第二材料之前，將所述第二材料加熱至低于所述第二溫度的溫度和/或將所述另外的材料加熱至低于所述另外的材料的熔點溫度的溫度?？梢砸詫拥男问教峁┧龅谝徊牧虾退龅诙牧锨铱梢砸詫拥男问教峁┧隽硗獾牟牧?。所述層可以通過未混合材料的依次沉積和/或混合材料的沉積而形成?？梢砸苑勰┑男问教峁┧龅谝徊牧?、所述第二材料和所述另外的材料。所述基本固體的另外的材料可以至少包含所述第一材料和所述第二材料?？梢砸孕纬晒簿Щ旌衔?低共熔混合物)的比例提供所述第一材料和所述第二材料并且加熱所述第一和第二材料可以形成基本熔融的共晶合金(低共熔合金)?？梢砸允沟眉訜崴龅谝缓偷诙牧闲纬苫救廴诘倪^共晶合金或基本熔融的亞共晶合金的比例提供所述第一材料和所述第二材料。根據各方面但不必根據全部方面，本發(fā)明的實施方式是提供用于形成物體的裝置 (設備)，所述裝置包括沉積器，所述沉積器包括具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料，所述沉積器被構造成至少沉積所述第一材料和所述第二材料；加熱器，所述加熱器被構造成在高于所述第一和第二溫度下對所述第一和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；且其中所述沉積器被構造成向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點。當向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料時，所述基本熔融的合金可具有這樣的溫度，在高于所述溫度下，合金化材料基本上不翹曲。所述加熱器可以被構造成在高于所述另外的材料的熔點的溫度下對所述基本固體的另外的材料的至少一部分進行加熱。 所述裝置還可以包括控制器，所述控制器被構造成控制通過所述裝置生產的物體的冷卻從而形成包含受控的微結構的凝固物體。所述控制器可被構造成控制冷卻從而形成包含單晶的凝固物體。所述裝置還可以包括其他加熱器，所述其他加熱器被構造成對所述基本熔融的合金進行加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一和第二材料的熔點溫度。所述裝置還可以包括檢測器和控制器，所述檢測器被構造成檢測所述熔融合金的溫度，所述控制器被構造成使用所檢測的溫度控制所述熔融合金的加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一和第二材料的熔點溫度。所述裝置還可以包括另一加熱器，所述另一加熱器被構造成在提供所述第一材料之前，將所述第一材料加熱至低于所述第一溫度的溫度和/或在提供所述第二材料之前， 將所述第二材料加熱至低于所述第二溫度的溫度和/或將所述另外的材料加熱至低于所述另外的材料的熔點溫度的溫度。所述沉積器可被構造成以層的形式提供所述第一材料和所述第二材料且可以被構造成以層的形式提供所述另外的材料。所述層可通過未混合材料的依次沉積或混合材料的沉積而形成?？梢砸苑勰┑男问酵ㄟ^所述沉積器來提供所述第一材料、所述第二材料和所述另外的材料。所述基本固體的另外的材料可以包含所述第一材料和所述第二材料?？梢砸孕纬晒簿Щ旌衔锏谋壤峁┧龅谝徊牧虾退龅诙牧喜⑶壹訜崴龅谝缓偷诙牧峡梢孕纬苫救廴诘墓簿Ш辖??？梢砸允沟眉訜崴龅谝缓偷诙牧闲纬苫救廴诘倪^共晶合金或基本熔融的亞共晶合金的比例提供所述第一材料和所述第二材料。根據各方面但不必根據全部方面，本發(fā)明的實施方式是提供計算機可讀的存儲介質，其以如下指令編碼當通過控制器執(zhí)行時，進行如在前述段落的任一個中所述的方法。根據各方面但不必根據全部方面，本發(fā)明的實施方式是提供計算機程序，所述程序當通過控制器執(zhí)行時，進行如在前述段落的任一個中所述的方法。根據各方面但不必根據全部方面，本發(fā)明的實施方式是提供用于形成物體的方法，所述方法包括通過重復地沉積材料并在高于所述材料的熔點的溫度下對所述材料的至少一部分進行加熱而形成基本熔融的物體；以及控制所述熔融物體的冷卻以形成包含受控的微結構的凝固物體?？梢砸远ㄏ?直接)的方式進行控制冷卻(受控冷卻)。所述方法還可以包括以使得所述固化物體或凝固物體的受控微結構遵循晶種的微結構的方式提供與所述基本熔融的物體接觸的晶種。所述晶種可以是具有預定微結構的固體物體(固態(tài)物體，實心物體)。所述晶種可以是其上附著有材料的平臺(platform)?？梢栽谒龌救廴诘奈矬w的制造期間或者在其制造之后，將所述晶種提供至所述基本熔融的物體。所述控制冷卻可以從所述基本熔融的物體上的單個點開始。所述控制冷卻可以確保，所述基本熔融的物體的凝固僅源自(emanates from)所述晶種且所述凝固并不源自不是晶種的點。所述方法還可以包括以使得固化物體或凝固物體的受控微結構遵循晶種的微結構的方式提供與所述基本熔融的物體接觸的多個晶種，且其中所述控制冷卻可以從所述基本熔融的物體上的多個點開始。所述控制冷卻可以確保，所述基本熔融的部件的凝固僅源自所述多個晶種且所述凝固并不源自不是晶種的點。所述熔融物體的控制冷卻可以形成包含單晶的凝固物體。


為了更好地理解本發(fā)明實施方式的各個實施例，現(xiàn)在將參考附圖僅通過舉例來進行說明，在附圖中圖1示出了根據本發(fā)明的各實施方式的裝置的示圖；圖2示出了根據本發(fā)明各實施方式的形成物體的方法的流程圖；圖3示出了當使它們合金化時，在不同的材料比例范圍內兩種不同材料的熔點溫度的曲線圖。圖4示出了顯示差示掃描量熱法(DSC)圖上的關鍵點的示意圖，所述差示掃描量熱法(DSC)圖示出了 Bi、Si以及Bi-Si合金的熔點；圖5示出了根據本發(fā)明各實施方式的控制熔融合金的溫度的方法的流程圖；以及圖6示出了根據本發(fā)明各實施方式的形成物體的另一種方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出了用于形成物體的裝置10，包括沉積器20，所述沉積器20包括具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料，所述沉積器20被構造成至少沉積所述第一材料和所述第二材料；加熱器22，所述加熱器被構造成在高于所述第一和第二溫度的溫度下對所述第一和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；并且其中所述沉積器20被構造成向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點。在以下描述中，詞“連接”和“結合(couple) ”及其衍生物是指操作性地連接/結合。應理解，可以存在任何數量的中間組件或其組合(包括無中間組件)。圖1示出了根據本發(fā)明各實施方式的用于形成物體的裝置10的示圖。所述裝置 10包括控制器12、存儲器14、支持體16、基底(襯底，基板)18、壁19、沉積器20、第一加熱器22、檢測器M和第二加熱器26?？刂破?2的實施可以僅在硬件(例如電路、處理器等)中、在僅包括固件的軟件中具有特定方面或者可以為硬件和軟件(包括固件)的組合?？梢允褂萌缦轮噶顏韺嵤┛刂破?2，所述指令例如通過在通用或專用處理器中，使用可執(zhí)行的計算機程序指令而使得能夠實現(xiàn)硬件功能，所述通用或專用處理器可以存儲在將被這種處理器執(zhí)行的計算機可讀的存儲介質(硬盤、存儲器等)中?？刂破?2被構造成從存儲器14讀取和寫入至存儲器14。所述控制器還可以包括輸出界面和輸入界面，通過所述輸出界面，通過控制器12將數據和/或命令輸出，通過所述輸入界面，將數據和/或命令輸入到控制器12中。存儲器14可以是任何合適的存儲器且可以是例如永久的嵌入式存儲器如閃速存儲器(閃存)或者其可以是可拆式存儲器如硬盤、安全數字(SD)卡或微型驅動器。存儲器 14存儲包括計算機程序指令的計算機程序觀，所述計算機程序指令在載入到控制器12中時控制裝置10的操作。計算機程序指令觀提供邏輯和程序(例程，routines)，所述邏輯和程序使得裝置10能夠進行圖2和圖5中所示的方法的至少一些步驟。通過讀取存儲器 14的控制器能夠裝載并執(zhí)行計算機程序觀。計算機程序可通過任何合適的傳送機構30到達裝置10。所述傳送機構30可以是例如計算機可讀的存儲介質、計算機程序產品、存儲裝置、記錄介質如藍光光盤、CD-ROM、DVD或者使計算機程序28可觸知地具體化的制造的任何物體(物品)。所述傳送機構可以是被構造成可靠地傳輸計算機程序觀的信號。裝置10可以作為計算機數據信號來傳播或傳送計算機程序觀。盡管將存儲器14示出為單一組件(部件)，但是可以以一種或多種單獨的部件來實施其，所述組件的一些或全部可以是一體化的/可拆除的和/或可以提供永久存儲/半永久存儲/動態(tài)存儲/超高速緩沖存儲。參考“計算機可讀的存儲介質”，應該將“計算機程序產品”、“使計算機程序可觸知地具體化”等或者“控制器”、“計算機”、“處理器”等理解為不僅包括具有不同構造如單 /多處理器構造和連續(xù)/平行構造的計算機，而且還包括專用電路如現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、專用電路(ASIC)、信號處理裝置和其他裝置。參考計算機程序，應該將指令、代碼等理解為包括用于可編程的處理器或固件的軟件，諸如例如硬件裝置的可編程內容，不管是用于處理器的指令還是用于固定功能裝置、門陣列或可編程的邏輯裝置等的配置設定。支持體16具有用于支持基底18的基本水平的平坦上表面。所述支持體16可以具有任何合適的形狀且可以具有例如基本矩形的橫截面和深度。所述支持體16可以包括在相對高溫(例如高于700°C )下保持固體的任何合適材料且例如可包含陶瓷。在各實施方式中，支持體16可以被稱為處理臺?；?8被支持體16支持且被布置為從沉積器20接收材料。所述基底18可以具有與支持體16類似的形狀，且可以具有例如基本矩形的橫截面和深度。所述基底18可以包括在相對高溫(例如高于700°C )下保持固體的任何合適材料且例如可包含陶瓷。在各實施方式中，裝置10可以不包括基底18。在這些實施方式中，可以通過首先沉積未合金化/接合的多個(η)層，然后將其沉積在層(η+1)上來形成物體，所述裝置10 開始圖2中所示的方法并在以下段落中進行討論。壁19繞支持體16的外周的至少一部分布置并且從所述支持體16和基底18垂直延伸。布置所述壁19以防止沉積的材料從所述基底18上掉落。支持體16通過使所述支持體16能夠相對于壁19垂直移動的機構(在圖中未示出)而結合至壁19。從以上說明應理解，支持體16、基底18和壁19形成了其中可以形成物體的容器。沉積器20包括用于存儲待沉積的材料的存儲構件以及一個或多個用于使存儲的材料沉積的孔(apertures)?？刂破?2可以被構造成控制沉積器20在基底18上的移動， 使得沉積器20可以在基底18的至少一部分上沉積材料。在其他實施方式中，沉積器20可以通過裝置10的使用者來手動操作。沉積器20還可以被構造成使沉積材料的表面平坦。 例如，沉積器可以包括在表面各處散布材料的刀片(blade)。第一加熱器22被構造成為沉積在基底18上的材料提供熱。第一加熱器22可以是用于在期望的溫度之上(例如600°C)加熱材料的任何合適的加熱器且可以為例如激光器、電子發(fā)射器、紅外燈或電感加熱器?？刂破?2可以被構造成控制第一加熱器22在基底 18上的移動，使得對沉積材料的至少一部分進行加熱。例如，控制器12可以從存儲器14讀取數據(例如，計算機輔助設計(CAD)文件)且將所述數據用于控制第一加熱器22，使得形成的物體表示CAD文件中的模型。在其他實施方式中，第一加熱器22可以通過裝置10的使用者來手動操作。
檢測器M被構造成檢測沉積在基底18上的材料的溫度并對用于處理的控制器12 提供檢測的溫度。例如，所述檢測器M可以是電子溫度計或熱電偶或高溫計或紅外熱成像攝像機。在本實施方式中，將檢測器M示出為定位在裝置10的壁19的一個中。在其他實施方式中，檢測器M可以位于其他地方(例如在基底18上，或者在沉積的材料上方)，且在其他實施方式中，裝置10可以包括可位于裝置10的不同位置(例如在壁19上和在基底 18上)的多個檢測器M。第二加熱器沈被構造成對沉積在基底18上的材料提供熱并且還可以對支持體16 和/或基底18和/或壁19進行加熱。所述第二加熱器沈可以是用于將沉積在基底18上的材料的溫度保持在期望溫度下的任何合適的加熱器?？刂破?2被構造成處理從檢測器 24接收的檢測溫度并且使用所述檢測溫度控制第二加熱器26。在本實施方式中，將第二加熱器沈示出為設置在裝置10的壁19的一個中。在其他實施方式中，第二加熱器沈可以位于其他地方(例如在基底18)，且在其他實施方式中，裝置10可以包括可位于裝置10的不同位置(例如在壁19上和在基底18上)的多個第二加熱器沈。在各實施方式中，第二加熱器沈可以通過裝置10的使用者來手動操作。所述第二加熱器可通過輻射(例如，在沉積的材料上方使用紅外線加熱器)來提供熱。在各實施方式中，裝置10可以不包括第二加熱器10。在這些實施方式中，沉積在基底18上的材料可具有相對低的凝固點溫度并且可以不需要加熱。此外，第一加熱器22 可以被構造成提供與第二加熱器26相同的功能(即，對沉積在基底18上的材料提供熱)。 例如，第一加熱器22可以提供電子束，所述電子束可以快速地掃過沉積材料以保持沉積材料的溫度而不使所述材料接合/合金化?？梢愿鶕枰貌煌乃俣?功率等來對沉積材料進行掃描以將沉積材料接合/合金化。現(xiàn)在將參考圖1、圖2、圖3和圖4對用于形成物體的裝置10的操作進行描述。在處理開始時(步驟3 ，對裝置10進行設置，使得支持體16靠近壁19的頂部垂直定位。沉積器20在基底18上提供至少第一材料和第二材料且使第一材料和第二材料平坦而與壁19的頂部基本齊平(通過沉積器20將額外的材料從裝置10掃除)。如上所述， 裝置10可以不包括基底18且可以開始反而沉積材料的多個未合金化層，然后在所述多個層上提供第一材料和第二材料。在本實施方式中，通過沉積器20以粉末的方式提供第一材料且通過沉積器20以粉末的方式提供第二材料?？梢詫⒌谝徊牧虾偷诙牧项A混合并一起沉積?？商鎿Q地，可以依次沉積第一材料和第二材料，使得將第一材料沉積為第一層并在第一層上沉積第二材料以形成第二層。在其他實施方式中，第一和第二材料可以為與粉末不同的形式(例如，塊或線狀)。應當理解，在步驟32中可以與第一和第二材料一起沉積任何數目的不同材料。例如，步驟32可以包括沉積第一和第二材料以及另外的第三和第四材料。參考圖3和圖4，在以下段落中討論用于第一和第二材料的材料的選擇和這些材料的相對比例。通常，第一和第二材料為可以以形成凝固點溫度低于第一材料的熔點溫度和第二材料的熔點溫度的合金的比例提供的任何材料。圖3示出了具有橫⑴軸42、縱⑴軸44和跡線46的曲線圖，所述橫軸42用于作為總合金化材料的百分比的第一材料(曲線圖中的標記材料A)和第二材料(圖中的標記材料B)的比例，所述縱軸44用于第一和第二材料的溫度，所述跡線46表示當以不同比例將第一和第二材料合金化時它們的凝固點。圖3基本上是相圖，且線46實際上是固相線。 線46之上的溫度表示基本上為液體的材料，而線46之下的溫度不是基本為液體并且可以包括諸如半液體或固體的狀態(tài)。跡線46開始于僅對應于第一材料的熔點/凝固點的第一溫度。隨著沿X軸的位置增大，跡線46具有負梯度，直至在跡線46上形成最低點的特定材料比例(在本實施例中為50% )。然后，隨著沿X軸的位置增大，跡線46具有正梯度且終止于僅對應于第二材料的熔點/凝固點的第二溫度。從圖3中應理解，在第一和第二材料的特定比例(在本實施例中為50% )下，跡線 46具有最低點(即，合金化的第一和第二材料的最低熔點/凝固點)。該最低點通常被稱為“共晶點”且材料的這種組合通常被稱為共晶合金。共晶點具有低于第一材料的熔點溫度和第二材料的熔點溫度的熔點/凝固點。在一個實施方式中，第一材料可以為具有在271°C下的熔點的鉍(按重量計全部組合物的97% )，并且第二材料可以為具有在419°C下的熔點的鋅(全部組合物的3% )。圖 4示出了指示在DSC圖上的關鍵點的示意圖，所述DSC圖為這兩種材料以及它們因在419°C 之上進行加熱而隨后形成的共晶合金的DSC圖。所述示意圖包括用于溫度的橫(X)軸和用于熱流的縱(Y)軸。所述曲線圖示出了，在加熱時，鉍在271°C下熔化且鋅在419°C下熔化。 然而，在冷卻時，共晶的鉍-鋅合金在253°C下發(fā)生凝固。在另一個實施方式中，第一材料可以為具有660°C的熔點的鋁(所述組合物的 32.3%)，并且第二材料可以為具有649°C的熔點的鎂(所述組合物的67.7%)。在660°C 之上加熱時，鋁和鎂形成凝固點溫度為437°C的共晶鋁-鎂合金。從圖3中還應理解，存在其中合金化的第一和第二材料的凝固點溫度低于第一材料的熔點溫度和第二材料的熔點溫度的第一和第二材料的比例范圍。根據與特定的共晶合金組合物相比，組合物中的每種材料是多還是少，通常將第一和第二材料的這些組合物稱為過共晶或亞共晶。在這些實施方式中，應當理解，合金化的第一和第二材料的凝固點溫度是所形成合金的固相線。例如，鋁(組合物的65% )和鎂(組合物的35% )的合金形成熔點為451°C的亞共晶合金。應理解，該亞共晶合金的凝固點溫度低于鋁和鎂兩者的熔點溫度。因此，第一材料和第二材料可以是以形成凝固點溫度低于第一材料的熔點溫度和第二材料的熔點溫度的合金的比例提供的任何材料?；氐綀D2，在步驟34時，控制器12控制第一加熱器22以對沉積在基底18上的第一和第二材料的至少一部分提供熱。第一加熱器22在第一和第二材料各自的熔點溫度之上對它們進行加熱，使得它們熔化并形成熔融合金。如上文所詳細描述的，所述合金具有低于第一材料和第二材料的熔點溫度的凝固點溫度。當步驟32包括提供另外的不同材料(例如第三材料、第四材料等)時，應理解，所述另外的不同材料的至少一些可以具有低于合金化的第一和第二材料的凝固點溫度的熔點溫度。例如，第一材料可以為鋁，第二材料可以為鎂，且在步驟32中提供的第三材料可以為鋰。鋰具有180°C的熔點溫度，其低于形成的鋁、鎂、鋰合金的最低凝固點溫度(約450°C，取決于材料的比例)。本發(fā)明人認為，這會將鋰符合邏輯地熔化，但是當以非常小的比率提供鋰時，這可仍然使得制備部件并從未通過加熱器22合金化的周圍材料中釋放。還應理解，在步驟32中提供的所述另外的不同材料的至少一些可以具有相對高的熔點溫度且當在步驟34中提供熱時可以不熔化。在步驟36時，控制器12控制沉積器20以在基底18上提供基本固體的另外的材料并由此將其提供至熔融合金的至少一部分。支持體16也垂直向下移動，使得所述基本固體的另外的材料與裝置10的壁19齊平。所述另外的材料具有大于熔融合金的凝固點溫度的熔點溫度。因此，當沉積在基本熔融的合金上時所述基本固體的另外的材料仍然為固體。當對基本熔融的合金提供另外的材料時，應理解，所述基本熔融的合金可以為液體、半液體、部分熔融或部分凝固的(例如熔融合金的頂面可以形成凝固膜)。在各實施方式中，合金化的材料應不冷卻至如下溫度，在低于所述溫度時，熱誘導的應力會造成充分的翹曲而導致物體不合格(例如，使合金化材料顯著/破裂地卷起)。因此，所述基本熔融的合金應保持在其可能顯著/破裂地翹曲的溫度之上。在被沉積在熔融合金上之前，可以將所述另外的材料加熱至小于所述另外的材料的熔點溫度的溫度。這可以提供以下優(yōu)勢向熔融合金添加所述另外的材料可以基本上不冷卻所述熔融合金。所述另外的材料可包含第一材料和/或第二材料且可以為粉末。在其他實施方式中，所述基本固體的另外的材料可以包含與第一和第二材料不同的一種材料/多種材料且可以為與粉末不同的形式(例如，塊或線狀)。在各實施方式中，步驟36可以包括提供與所述另外的材料不同的另外的一種或多種材料。在步驟36包括提供多于一種材料的情況下， 可以將沉積的材料預混合并以層的方式提供或者可以依次提供。所述另外的一種或多種材料可以具有低于所述熔融合金的凝固點溫度的熔點溫度。所述另外的一種或多種材料可以具有相對高的熔點溫度且在物體的形成期間可以保持固體。在步驟38時，控制器12控制第一加熱器22以對所述基本固體的另外的材料的至少一部分提供熱。所述第一加熱器22在高于所述另外的材料的熔點溫度對所述基本固體的另外的材料進行加熱，從而使所述另外的材料熔化。如果將熔融的另外的材料布置在于步驟34中形成的熔融合金的頂部上，則所述熔融的另外的材料與所述熔融合金接合。然后，重復步驟36和38，直至從受熱的材料形成期望的物體。應理解，可以通過對材料的各連續(xù)層的不同區(qū)域進行加熱和熔化來形成具有相對復雜三維形狀的物體而不需要錨。如圖1中所示，步驟32至38可以在基底18上形成粉末狀材料的多個層52 (通常稱為粉末層)和物體討。未被加熱和熔化的包圍物體M的材料保持為粉末。一旦通過第一加熱器22將物體的所有層合金化，則在所述一個或多個部件的冷卻和完全凝固之前將多個層沉積在所述一個或多個部件的頂部上可以是有利的。裝置10可另外包括用于將物體M冷卻并凝固的冷卻器(例如風扇)。一旦冷卻并凝固，則可以將物體M從基底18除去(如果附著至基底18)且可以將在所述多個層52 中的殘留材料丟棄或者保存以用于形成另外的物體。在其他實施方式中，物體討可以在步驟32至38期間至少部分凝固且一旦沉積了材料的最終層，則可不需要冷卻。在本發(fā)明的各實施方式中且如圖5中所示，控制器12可以從檢測器M接收在步驟32、34、36和38期間的熔融合金的檢測溫度(步驟56)。所述控制器可以從未熔融的材料接收檢測溫度。然后，所述控制器12可以控制第二加熱器沈以對熔融合金提供熱，從而將熔融合金的溫度保持在高于熔融合金的凝固點溫度，但是小于所述另外的材料的熔融點溫度下(步驟58)?？梢灾貜筒襟E56和58，直至形成物體M并準備將其冷卻。控制器12可以控制第二加熱器沈和冷卻器，使得在從物體的一端到另一端(例如，從頂部到底部)的控制方向上將熔融物體M定向(直接)冷卻并凝固。定向(直接) 冷卻使得能夠控制凝固/重結晶正面，使得能夠控制晶粒結構的形成，且控制晶粒結構可使得能夠形成期望的晶粒結構(例如單晶結構)。因此，這種定向(直接)冷卻形式可使得裝置10能夠形成包含單晶的物體M (步驟40)。所述一個或多個部件的控制冷卻還可以使得形成不是單晶的其他結構。單晶金屬的形成在冶金領域中是已知的并且因此在此不再更詳細地進行描述。圖6示出了根據本發(fā)明各實施方式的用于形成物體的另一種方法的流程圖。圖6 中所示的方法與圖2中所示的方法類似且在步驟類似的情況下，使用相同的附圖標記。圖 6中所示的方法提供了如何可以形成具有期望晶粒結構的物體的示例性實施方式。圖6中所示的方法與圖2中所示的方法的不同之處在于，所述方法還包括以使得固化物體或凝固物體的受控微結構遵循晶種的微結構的方式提供與所述基本熔融的物體接觸的晶種。所述晶種是具有預定/已知微結構的固體物體且可以具有任何合適的形狀?？梢栽诓襟E32之前，在步驟60中提供晶種并因此提供其上附著有材料的平臺 (platform)?？商鎿Q地，可以在基本熔融的物體的制造期間(步驟62，在步驟34與36之間或者在步驟36與38之間)或者在基本熔融的物體的制造之后(步驟64，在步驟38與40 之間)向所述基本熔融的物體提供晶種。當提供單一晶種時，控制冷卻從所述基本熔融的物體上的單個點開始。所述控制冷卻確保了，所述基本熔融的物體的凝固僅源自所述晶種并且所述凝固并不源自不是晶種的點。當提供多個與基本熔融的物體接觸的晶種時，所述固化物體或凝固物體的受控微結構遵循所述晶種的微結構。在本實施方式中，所述控制冷卻從所述基本熔融的物體上的多個點開始。再次，所述控制冷卻確保了，所述基本熔融的部件的凝固僅源自所述多個晶種且所述凝固并不源自不是晶種的點。本發(fā)明的實施方式提供了幾個優(yōu)勢。一個這樣的優(yōu)勢是，因為熔融合金具有較低的熔點溫度，所以延遲了物體M的凝固且可以在物體/部分完成的物體凝固之前沉積大量厚度的材料。這可以在凝固時幫助降低材料的翹曲并獲得與CAD文件中的模型更加相似的成形物體。檢測器M和第二加熱器沈的操作可幫助將物體保持為熔融形式，直至完成物體。由于降低了材料的翹曲，所以在模型中可以不必包括錨結構以將物體的懸垂部分強制固定在適當的位置。因此，本發(fā)明的實施方式可降低隨后的后處理操作如對物體進行加工以除去這種支持結構。圖2、圖5和圖6中所示的塊(blocks)可表示方法中的步驟和/或計算機程序28 中的代碼部分。對塊的特定順序的說明不是必須指對于所述塊存在必需的或優(yōu)選的順序， 且可以改變所述塊的排列。此外，可以省略一些步驟。盡管已經參考各實施例在前述段落中對本發(fā)明的實施方式進行了描述，但是應理解，在不背離如所要求的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對給定的實施例進行修改。例如，可以在圖2的步驟32和36中提供多于兩種材料以形成共晶/過共晶/亞共晶合金。所述第一材料可以是元素(例如鋁)或合金。所述第一材料可以是純的或者可以包含雜質。所述第二材料可以是元素(例如鎂)或合金。所述第二材料可以是純的或者可以包含雜質。所述另外的材料可以是元素(例如鎂)、材料(例如鋁粉末和鎂粉末)的組合或合金。所述第二材料可以是純的或者可以包含雜質。所述第一材料、第二材料和所述另外的材料可包含金屬、聚合物、陶瓷和/或有機組分。在本發(fā)明的各實施方式中，裝置10可通過重復沉積材料并在高于所述材料的熔點下對所述材料的至少一部分進行加熱而形成基本熔融的物體。所述材料可包含任何金屬材料且可不必包含共晶合金、過共晶合金或亞共晶合金。所述裝置10可被構造成控制熔融物體的冷卻(例如，通過使用冷卻器如風扇和如上所述的其他加熱器)以形成包含期望晶粒結構(例如，單晶)的凝固物體。如在上述段落中所描述的，所述凝固物體可以由一個或多個晶種形成。除了明確描述的組合之外，還可以組合使用在前述說明中描述的特征。盡管已經參考特定特征對功能進行了描述，但是可以通過描述或未描述的其他特征來實施這些功能。盡管已經參考特定實施方式對特征進行了描述，但是不管是否進行了描述，在其他實施方式中也可以存在這些特征。盡管在上述描述中努力關注了認為具有特殊重要性的本發(fā)明的那些特征，但是應理解，申請人要求保護在上文中提及的和/或在圖中示出的任何可取得專利的特征或特征的組合，不管是否對它們進行了特殊強調。
權利要求
1.一種用于形成物體的方法，包括至少提供具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料；在高于所述第一溫度和第二溫度下對所述第一材料和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；向所述熔融合金的至少一部分提供基本為固體的另外的材料，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點；以及在高于所述另外的材料的熔點的溫度下對所述基本為固體的另外的材料的至少一部分進行加熱。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，當向所述熔融合金的至少一部分提供所述基本為固體的另外的材料時，所述基本熔融的合金具有以下溫度，在高于所述溫度下，合金化材料基本上不翹曲。
3.根據權利要求1或2所述的方法，還包括重復提供另外的材料和加熱所述另外的材料以形成物體的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述物體是基本熔融的并且所述方法還包括控制所述物體的冷卻以形成包括受控的微結構的凝固物體。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，控制所述物體的冷卻形成包括單晶的凝固物體。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，還包括控制所述基本熔融的合金的加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一材料和第二材料的熔點的溫度。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括檢測所述熔融合金的溫度并使用所檢測的溫度控制所述熔融合金的加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一材料和第二材料的熔點的溫度。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，還包括在提供所述第一材料之前，將所述第一材料加熱至低于所述第一溫度的溫度和/或在提供所述第二材料之前，將所述第二材料加熱至低于所述第二溫度的溫度和/或將所述另外的材料加熱至低于所述另外的材料的熔點溫度的溫度。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，以層的形式提供所述第一材料和所述第二材料并且以層的形式提供所述另外的材料。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述層通過未混合材料的依次沉積和/或混合材料的沉積而形成。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，以粉末的形式提供所述第一材料、 所述第二材料和所述另外的材料。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述基本為固體的另外的材料至少包含所述第一材料和所述第二材料。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，以形成共晶混合物的比例提供所述第一材料和所述第二材料，并且加熱所述第一材料和第二材料形成基本熔融的共晶合金。
14.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其中，以使得加熱所述第一材料和第二材料形成基本熔融的過共晶合金或基本熔融的亞共晶合金的比例提供所述第一材料和所述第二材料。
15.一種基本上如參考附圖在上文中所描述的和/或如在附圖中所示出的方法。
16.一種用于形成物體的裝置，包括沉積器，所述沉積器包括具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料，所述沉積器被構造成至少沉積所述第一材料和所述第二材料；加熱器，所述加熱器被構造成在高于所述第一溫度和第二溫度下對所述第一材料和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；并且其中，所述沉積器被構造成向所述熔融合金的至少一部分提供基本為固體的另外的材料，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點。
17.根據權利要求16所述的裝置，其中，當向所述熔融合金的至少一部分提供所述基本為固體的另外的材料時，所述基本熔融的合金具有以下溫度，在高于所述溫度下，合金化材料基本上不翹曲。
18.根據權利要求16或17所述的裝置，其中，所述加熱器被構造成在高于所述另外的材料的熔點的溫度下對所述基本為固體的另外的材料的至少一部分進行加熱。
19.根據權利要求16、17或18所述的裝置，還包括控制器，所述控制器被構造成控制通過所述裝置生產的物體的冷卻從而形成包括受控的微結構的凝固物體。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述控制器被構造成控制冷卻從而形成包含單晶的凝固物體。
21.根據權利要求16至20中任一項所述的裝置，還包括其他加熱器，所述其他加熱器被構造成對所述基本熔融的合金進行加熱從而將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一材料和第二材料的熔點的溫度。
22.根據權利要求21所述的裝置，還包括檢測器和控制器，所述檢測器被構造成檢測所述熔融合金的溫度，所述控制器被構造成使用所檢測的溫度控制所述熔融合金的加熱以將所述熔融合金的溫度保持在高于所述第三溫度并且低于所述第一材料和第二材料的熔點的溫度。
23.根據權利要求16至22中任一項所述的裝置，還包括另一加熱器，所述另一加熱器被構造成在提供所述第一材料之前，將所述第一材料加熱至低于所述第一溫度的溫度和/ 或在提供所述第二材料之前，將所述第二材料加熱至低于所述第二溫度的溫度和/或將所述另外的材料加熱至低于所述另外的材料的熔點溫度的溫度。
24.根據權利要求16至23中任一項所述的裝置，其中，所述沉積器被構造成以層的形式提供所述第一材料和所述第二材料并且以層的形式提供所述另外的材料。
25.根據權利要求M所述的裝置，其中，所述層通過未混合材料的依次沉積或混合材料的沉積而形成。
26.根據權利要求16至25中任一項所述的裝置，其中，以粉末的形式通過所述沉積器來提供所述第一材料、所述第二材料和所述另外的材料。
27.根據權利要求16至沈中任一項所述的裝置，其中，所述基本為固體的另外的材料包含所述第一材料和所述第二材料。
28.根據權利要求16至27中任一項所述的裝置，其中，以形成共晶混合物的比例提供所述第一材料和所述第二材料并且加熱所述第一材料和第二材料形成基本熔融的共晶合金。
29.根據權利要求16至28中任一項所述的裝置，其中，以使得加熱所述第一材料和第二材料形成基本熔融的過共晶合金或基本熔融的亞共晶合金的比例提供所述第一材料和所述第二材料。
30.基本上如參考附圖在上文中所描述的和/或如在附圖中所示出的裝置。
31.一種計算機可讀的存儲介質，所述計算機可讀的存儲介質以下述指令編碼當通過控制器執(zhí)行時，進行根據權利要求1至15中任一項所述的方法。
32.—種計算機程序，當通過控制器執(zhí)行時，所述計算機程序進行根據權利要求1至15 中任一項所述的方法。
33.一種用于形成物體的方法，包括通過重復地沉積材料并在高于所述材料的熔點下對所述材料的至少一部分進行加熱來形成基本熔融的物體；以及控制所述熔融物體的冷卻以形成包括受控的微結構的凝固物體。
34.根據權利要求33中任一項所述的方法，其中，所述控制冷卻以定向方式進行。
35.根據權利要求33或34所述的方法，還包括提供與所述基本熔融的物體接觸的晶種，使得固化物體或凝固物體的受控微結構遵循所述晶種的微結構。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，所述晶種是具有預定微結構的固體物體。
37.根據權利要求35或36所述的方法，其中，所述晶種是其上附著有所述材料的平臺。
38.根據權利要求35或36所述的方法，其中，在所述基本熔融的物體的制造期間或者制造之后，將所述晶種提供給所述基本熔融的物體。
39.根據權利要求33至38中任一項所述的方法，其中，所述控制冷卻從所述基本熔融的物體上的單個點開始。
40.根據權利要求35至39中任一項所述的方法，其中，所述控制冷卻確保了，所述基本熔融的物體的凝固僅源自所述晶種且凝固并不源自不是晶種的點。
41.根據權利要求33或；34所述的方法，還包括提供與所述基本熔融的物體接觸的多個晶種，使得固化物體或凝固物體的受控微結構遵循所述晶種的微結構，并且其中所述控制冷卻從所述基本熔融的物體上的多個點開始。
42.根據權利要求41所述的方法，其中，所述控制冷卻確保了，所述基本熔融的部件的凝固僅源自所述多個晶種且凝固并不源自不是晶種的點。
43.根據權利要求33至42中任一項所述的方法，其中，控制所述熔融物體的冷卻形成包含單晶的凝固物體。
44.包括所公開的新穎主題的任何新穎主題或組合，不管是否在與前述權利要求相同的發(fā)明的范圍內或者涉及與前述權利要求相同的發(fā)明。
全文摘要
一種用于形成物體的方法，包括至少提供具有在第一溫度下的熔點的第一材料和具有在第二溫度下的熔點的第二材料；在高于所述第一溫度和第二溫度下對所述第一材料和第二材料的至少一部分進行加熱，從而形成基本熔融的合金，所述熔融合金具有在第三溫度下的凝固點，所述第三溫度低于所述第一溫度和所述第二溫度；向所述熔融合金的至少一部分提供基本固體的另外的材料，所述另外的材料具有在大于所述第三溫度的溫度下的熔點；以及在高于所述另外的材料的熔點的溫度下對所述基本固體的另外的材料的至少一部分進行加熱。
文檔編號C22C1/03GK102549178SQ201080037199
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權日2009年8月21日
發(fā)明者卡姆蘭·阿米爾·穆姆塔茲, 尼爾·霍普金森, 米歇爾·托馬斯·弗爾隆 申請人:謝菲爾德大學