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CN108273995A - 制造方法和装置 - Google Patents

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CN108273995A CN201810010970.8A CN201810010970A CN108273995A CN 108273995 A CN108273995 A CN 108273995A CN 201810010970 A CN201810010970 A CN 201810010970A CN 108273995 A CN108273995 A CN 108273995A
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Abstract

本发明涉及制造方法和装置。本发明涉及通过加层制造形成三维部件的方法。所述方法包括：使具有熔融束焦斑的熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描过粉末材料的层，以熔融粉末材料来形成熔融材料的层，同时使具有加热束焦斑的加热能量束沿一系列加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的材料。熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心从彼此偏移且间隔开多达等于加热束焦斑的半径（y）和两倍熔融束焦斑的半径（x）的和的量。

Description

制造方法和装置
技术领域
本发明涉及用于生产三维部件的加层制造方法（additive layer manufacturingmethod）和装置。尤其，本发明涉及用于减少由于在所得到的部件中的残余应力而引起的开裂的加层制造方法。
背景技术
在航天工业中，相比通过更传统的方法制造的部件，通过加层制造（ALM）方法制造的部件能够具有显著的性能和重量优势。
粉末床ALM方法通过如下逐层构造部件：将粉末沉积在构建板（还称为底板）上，且然后使用激光或其他加热源，诸如电子束选择性地使粉末合成一体或者熔融粉末。重复这些步骤以层叠生产三维部件。
图1示出标准单束ALM系统1的侧视图，其中，粉末层2沉积在位于构建板（未示出）上的先前熔融的材料3上。诸如激光束4的能量束在粉末层2上扫描，且熔化粉末层以形成熔体池5，熔体池5然后凝固以熔融粉末材料来形成凝固层6，从而形成部件的部分。另外的层沿构建方向Z在凝固层6的顶部上形成，以形成三维部件。
使用ALM方法生产的部件不可避免地包含内在残余应力，所述残余应力是由于在熔体池5和凝固层6之间的大的热梯度和熔体池5中的材料所得到的快速冷却。为了管理和最小化这些应力，在制造期间控制部件的冷却速率且因此控制凝固速率。控制冷却速率还能帮助确定在凝固的材料中的晶粒大小，且这继而能够用于定制部件的机械性能。例如，大的晶粒大小赋予更好的蠕变抗性，而更小的晶粒大小给出改善的高周和低周疲劳抗性。
能够通过在制造期间加热构建室以减小局部热梯度或通过在熔融之前局部预-加热粉末来控制冷却速率。还已知使用脉冲激光系统来控制在ALM期间输入到构建层内的能量的量。
然而，此类方法不解决与开裂相关联的主要问题，开裂是与通过激光提供的高强度加热源相关联的大的热梯度和与快速加热和冷却相关联的高的热梯度。
在确定部件的机械性能方面还重要的是固态材料中的晶粒取向。在图1中示出的已知单束系统中，热通量矢量7直接指向远离激光束4，因为热量通过凝固材料3朝构建板传导。晶粒生长矢量8沿相对方向，且在每一层中相同。这在构建部件中导致大角度柱状晶粒晶界，其增大了开裂的可能性。
期望提供一种方法，其最小化在通过ALM方法制造的部件中的残余应力，同时改善了与现有方法相关联的问题中的至少一些。
发明内容
在第一方面，本发明提供通过加层制造形成三维部件的方法，所述方法包括：
使具有熔融束焦斑的熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描过粉末材料的层，以熔融粉末材料来形成熔融材料的层，同时使具有加热束焦斑的加热能量束沿一系列加热扫描线扫描过通过熔融能量束熔融的材料，
其中，所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心从彼此偏移且间隔开多达等于所述加热束焦斑的半径（y）和两倍所述熔融束焦斑的半径（x）的和的量。
通过使焦斑的中心偏移（使得其不一致）并且使它们间隔开多达等于y+2x的量（其中，y是加热束焦斑的半径，且x是熔融束焦斑的半径），加热束焦斑（其定位在先前通过熔融束熔融的熔融材料上）邻接或叠置通过熔融束形成的熔体池（其通常在熔融束斑大小的大小的1.5和2倍之间）。相应地，加热束焦斑加热邻近熔体池的熔融材料。因此，通过在熔融材料的层上扫描加热能量束（例如，激光或电子束），同时在粉末材料的层上沿一系列扫描线扫描熔融能量束（其还可以是激光或电子束），能够减小在熔体池中熔化的粉末材料和邻近的熔融材料之间的热梯度，且因此减小熔化材料的冷却速率。这在熔融材料中导致更均匀的等轴晶粒结构，这继而减小在所得到的部件中的残余应力和开裂。热梯度和残余应力的减小还减小延展性下降开裂，其被认为是在使用ALM构建的抗蠕变镍合金中的重要裂缝形成机制。
通过减小熔体池中的热梯度并因此减小由熔体池内的粘度梯度引起的对流，熔化材料的冷却速率的减小还减小了表面张力-驱动的显微偏析的影响。影响是凝固开裂的倾向性减小，因为除了其他有害影响外，已知偏析导致断裂和应力消除开裂。
此外，偏移的加热束焦斑改变了热通量矢量和晶粒生长矢量的方向和大小。主要冷却机制由于通过熔融材料的传导仍然朝向构建板，但是因为通过加热能量束进行加热，所以热通量矢量不直接指向远离熔融能量束，而是作为替代与其成一定角度（小于90°）。继而，这意味着，晶粒生长矢量还与热通量矢量成一定角度、不平行于热通量矢量，这减少了在构建部件中的大角度柱状晶粒晶界，这减少了开裂的可能性。
现在将陈述本发明的可选特征。这些特征可单个应用，或者以与本发明的任一方面的任何组合应用。
加热能量束提供充分的能量以加热熔融材料，但是不重新熔化其。相比熔融束焦斑，其可以具有更大的焦斑。
焦斑的中心是偏移的（其中，加热束焦斑的中心定位在通过熔融束先前熔融的材料上）。在一些实施例中，焦斑的中心间隔开等于y-x的最小量（其中，y和x如上文限定）。在该实施例中，加热束焦斑将通常包含熔融束焦斑（尽管其将不一致）。
在一些实施例中，焦斑的中心可以间隔开大约（x+y）的最大量（其中，x和y如上文限定）。在该间隔处，焦斑将彼此邻接。
在一些实施例中，熔融束焦斑可以是圆形的，且可以具有在25和125微米之间的半径。
在一些实施例中，加热束焦斑可以是圆形的，或者其可以是椭圆形的，且可以具有在熔融束焦斑的半径的2至4倍之间的半径。
其中，加热束焦斑是椭圆形的，熔融束焦斑的中心将与椭圆形加热束焦斑的主要（长）尺寸的半径对准，且用于计算在焦斑的中心之间的间隔的加热束焦斑的半径y将在该主要尺寸中。
熔融扫描线可以在粉末材料上方形成任何模式，例如，可以存在跨整个粉末材料的层延伸的一系列直的、平行熔融扫描线，或者其可以形成岛或棋盘模式，诸如在US2014/0154088中示出的那样。加热扫描线将具有与熔融扫描线相同的模式，且将在熔融扫描线后方、在其前方或者邻近于其延伸，其中，加热束焦斑的至少一部分在已经通过熔融能量束熔融的材料上。
在一些实施例中，方法还可包括：在两个相继的扫描线之间改变在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度。换言之，熔融能量束和加热能量束二者将以第一角度关系扫描过其第一相应的熔融/加热扫描线，且然后将以第二（不同）角度关系扫描过其第二相应的熔融/加热扫描线。
通过在相继的扫描线之间改变在熔融束焦斑和加热束焦斑之间的角度关系，热通量矢量能够跨熔融材料层改变。晶粒生长矢量总是指向不平行于热通量矢量。在相继的扫描线之间改变热通量矢量产生一种结构，在其中，跨层的晶粒具有不同的取向，从而破坏取向附生的晶粒生长和微结构的织构。
通过调整加热束焦斑相对于熔融束焦斑的位置，实现角度关系的改变。
在一些实施例中，方法可包括：在零度和180度之间以增量改变在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度，每一个增量应用在相继的熔融/加热扫描线之间。在一些实施例中，方法可包括：在180和零度之间以增量改变在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度，每一个增量应用在相继的熔融/加热扫描线之间。
注意到，零度的角度关系是其中矢量沿与熔融扫描线相对的方向的关系（其中，加热扫描线实际上跟随熔融扫描线）。180度的角度关系是其中矢量沿与熔融扫描线相同的方向的关系（其中，熔融扫描线实际上跟随加热扫描线）。90度的角度关系是其中矢量垂直于熔融扫描线的关系（其中，加热扫描线和熔融扫描线邻近且平行）。
在一些实施例中，方法包括：在相继的扫描线之间，将在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变±90度。
在一些实施例中，方法包括：在相继的扫描线之间，将在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变±135度。
换言之，熔融能量束和加热能量束二者将以第一角度关系扫描过其第一相应的熔融/加热扫描线，且然后将以第二角度关系扫描过其第二相应的熔融/加热扫描线，第一和第二角度关系相差±90度或±135度。在一些实施例中，当沿第一熔融/加热扫描线，在熔融束焦斑和加热束焦斑之间延伸的矢量与熔融扫描线垂直（90度）或成45度时，方法可以包括第一步骤：在第一和第二扫描线之间将在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变+90度，以及第二步骤：在第二和第三扫描线之间将在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变-135度。
在一个实施例中，当沿第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的矢量相对于熔融扫描线处于零度处时，所述方法可以包括：
第一步骤：在第一和第二扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变+90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在90度处）；
第二步骤：在第二和第三扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在180度处）；
第三步骤：在第三和第四扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-135度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在45度处）；
第四步骤：在第四和第五扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在135度处）；以及
第五步骤：在第五和第六扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-135度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑返回到零度处）。
然后可以重复这些步骤。
在一些实施例中，当沿所述第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的所述矢量相对于所述熔融扫描线处于零度或45度时，方法可以包括第一步骤：在第一和第二扫描线之间将在所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变+135度，以及第二步骤：在第二和第三扫描线之间将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度。
在一个实施例中，当沿第一熔融/加热扫描线，在熔融束焦斑和加热束焦斑之间延伸的矢量相对于所述熔融扫描线在零度处时，所述方法可以包括：
第一步骤：在第一和第二扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变+135度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在135度处）；
第二步骤：在第二和第三扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在45度处）；
第三步骤：在第三和第四扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+135度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在180度处）；
第四步骤：在第四和第五扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑在90度处）；以及
第五步骤：在第五和第六扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度（使得所述加热束焦斑相对于所述熔融束焦斑返回到零度处）。
然后可以重复这些步骤。这些系列步骤最大化在晶粒取向之间的角度改变，因此最大化期望的各向同性。
在一些实施例中，方法还可包括：
通过使所述熔融能量束沿另外系列的熔融扫描线扫描过可熔融粉末材料的另外一层来形成熔融材料的另外一层，同时使所述加热能量束沿另外系列的加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的另外的材料；以及
在形成熔融材料的所述层和熔融材料的所述另外一层之间，方法包括改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的矢量的角度。
换言之，熔融能量束和加热能量束二者将以第一（固定）角度关系扫描过其相应的熔融/加热扫描线以形成熔融材料的所述层，且然后将以第二（不同的、固定）角度关系扫描过其相应的熔融/加热扫描线以形成熔融材料的所述另外一层。
通过在相继的层之间改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间的角度关系，能够在层之间改变热通量矢量。晶粒生长矢量总是指向不平行于所述热通量矢量。在相继的构建层之间改变热通量矢量产生分层结构，在其中，在相继的层中的晶粒具有不同取向，从而破坏取向附生的晶粒生长和微结构的织构。这继而减小了通过大角度柱状晶粒晶界引起的内部应力，且因此减少在所得到的部件中的开裂/断裂。
在一些实施例中，方法包括：在形成熔融材料的所述层和熔融材料的所述另外一层之间将在熔融束焦斑和加热束焦斑之间延伸的矢量的角度改变90或135度。换言之，熔融能量束和加热能量束两者将以第一角度关系扫描过其相应的熔融/加热扫描线以形成熔融材料的所述层，且然后将以第二角度关系扫描过其相应的熔融/加热扫描线，第一和第二角度关系相差90度或135度。
方法可以包括：例如通过旋转，例如通过转过67度，在熔融材料的所述层和熔融材料的所述另外一层的形成之间，改变熔融和加热扫描线的定向。
方法可以包括调制加热能量束。熔化粉末材料的更缓慢的冷却速率导致网状枝晶结构在熔融材料中的形成。加热能量束的调制导致熔融材料的振动，因此使网状枝晶微结构断裂，且促进晶粒以随机枝晶取向的二次成核。
在一些实施例中，方法包括在通过熔融能量束扫描之前和/或在扫描期间，加热可熔融粉末材料的所述层或每一层。可熔融粉末可例如使用电阻或感应加热被加热。
在一些实施例中，在制造之后例如使用HIP、退火或析出硬化对三维部件进行热处理。
在一些实施例中，方法包括使用选择性激光熔融（SLM）或选择性激光烧结（SLS）来形成三维部件。
在一些实施例中，方法包括形成用于燃气涡轮机的热气体路径部件。例如，方法可包括形成燃烧器衬垫、密封区段、喷嘴导叶、预旋喷嘴、OGV环或涡轮机叶片。
在一些实施例中，粉末材料可以从金属或金属合金形成，例如从镍、铜、铁、钢、镍合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、钒、锆、铪、或诸如铌、钼、钽、钨和铼的耐火金属形成。粉末材料可以是金属基质复合材料，或者诸如TiAl或NiAl的金属间化合物。尤其，粉末材料可以是粉末状超级合金，诸如镍基超级合金，诸如MARM002、CM247LC或IN738。
在第二方面中，本发明提供用于通过加层制造形成三维部件的装置，所述装置包括：
熔融能量束发生器，其适于生成具有熔融束焦斑的熔融能量束；
加热能量束发生器，其适于生成具有加热束焦斑的加热能量束，其中，所述熔融束焦斑直径比所述加热束焦斑小，
其中，熔融能量束发生器适于使所述熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描过粉末材料的层以熔融该粉末材料来形成熔融材料的层，同时加热能量束发生器适于使所述加热能量束沿一系列加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的材料，使得所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心从彼此偏移且间隔开多达等于加热束焦斑的半径（y）和两倍熔融束焦斑的半径（x）的和的量。
在一些实施例中，所述熔融能量束发生器和所述加热能量束发生器适于产生所述熔融能量束和所述加热能量束，使得焦斑的中心间隔开等于y-x的最小量（其中，y和x如上文限定）。在该实施例中，所述加热束焦斑将通常包含所述熔融束焦斑（尽管其将不一致）。
在一些实施例中，所述熔融能量束发生器和所述加热能量束发生器适于产生所述熔融能量束和所述加热能量束，使得焦斑的中心间隔开等于x+y的最大量（其中，y和x如上文限定）。在该间隔处，焦斑将彼此邻接。
在一些实施例中，熔融能量束发生器可以适于生成熔融束焦斑，其是圆形的且可以具有在25和125微米之间的半径。
在一些实施例中，加热能量束发生器可以适于生成加热束焦斑，其是圆形的或者椭圆形的且可以具有在熔融束焦斑的半径的2至4倍之间的半径。
其中，加热能量束发生器适于生成椭圆形加热束焦斑，熔融能量束发生器适于生成与所述椭圆形加热束焦斑的主要（长）尺寸的半径对准的熔融束焦斑的中心，且用于计算在焦斑的中心之间的间隔的加热束焦斑的半径y将沿主要尺寸。
在一些实施例中，熔融能量束发生器适于使熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描，所述熔融扫描线可以在粉末材料上形成任何模式，例如，其可以适于使熔融能量束沿跨粉末材料的整个层延伸的一系列直的、平行熔融扫描线扫描，或者沿形成岛或棋盘模式的一系列线（诸如在US2014/0154088中示出的那样）扫描。加热能量束发生器将适于使加热能量束沿一系列加热扫描线扫描，所述加热扫描线将具有与熔融扫描线相同的模式，且将在熔融扫描线后方、在其前方或者邻近于其延伸，其中，加热束焦斑的至少一部分在已经通过熔融能量束熔融的材料上。
在一些实施例中，加热能量束发生器可以适于在两个相继的扫描线之间或在形成熔融材料的相继的层之间，改变在熔融束焦斑和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度。
为了实现角度关系的改变，加热能量束发生器可以适于调整加热束焦斑相对于熔融束焦斑的位置。
在一些实施例中，加热束发生器可以适于在零度和180度之间以增量改变在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度，每一个增量被应用在相继的熔融/加热扫描线之间。在一些实施例中，加热束发生器可以适于在180和零度之间以增量改变在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度，每一个增量被应用在相继的熔融/加热扫描线之间。
在一些实施例中，加热束发生器可以适于在相继的扫描线之间，使在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变±90度。
在一些实施例中，加热束发生器可以适于在相继的扫描线之间，使在熔融束焦斑的中心和加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度改变±135度。加热束发生器可以适于通过脉冲发送加热能量束来调制加热能量束。
装置还可包括加热器，例如感应加热器或电阻加热器，用于加热可熔融粉末材料。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出标准的现有技术单束ALM系统的侧视图；
图2示出本发明的第一实施例的侧视图；
图3示出本发明的第一实施例的俯视图；
图4示出焦斑的第二、替代间隔；
图5示出焦斑的第三、替代间隔；
图6示出焦斑与椭圆形加热束焦斑的第四、替代间隔；以及
图7示出在熔融能量束和加热能量束之间的角度改变的示意性表示。
具体实施方式
图2和图3示出根据本发明的第一实施例的加层制造装置/方法的侧视图和俯视图，其中，粉末材料（诸如粉末状镍基超级合金）的层2’沉积在位于构建板（未示出）上的先前熔融的材料3’上。
熔融能量束，诸如激光束4’，被提供且被聚焦在粉末层2’上，并且使粉末层熔化以形成熔化材料的熔体池5’，熔化材料然后凝固以使粉末材料熔融来形成熔融材料层6’的层，从而形成部件的部分（连同熔融材料3’）。熔融能量激光束4’沿一系列熔融扫描线扫描过粉末层2’。
还提供诸如激光束9的加热能量束。加热能量束9被调制。其与熔融能量束4’同时扫描过熔融材料层6’。如在图3中所示，相比加热束焦斑11，熔融束焦斑10直径更小。
熔融束焦斑10和加热束焦斑11彼此偏移且间隔开等于焦斑10、11的半径的和的量，使得加热束焦斑11的圆周邻接通过熔融能量束4’形成的熔化材料的熔体池5。
在图4-图6中示出替代实施例。
在图4中，熔融束焦斑10和加热束焦斑11间隔开等于y-x的量，其中，y是加热束斑的半径，并且x是熔融束斑的半径。在该实施例中，熔融束焦斑在加热束焦斑内（但是与其不一致）。
在图5中，熔融束焦斑10和加热束焦斑11间隔开等于y+2x的量，其中，y是加热束斑的半径，且x是熔融束斑的半径。在该实施例中，加热束焦斑邻接围绕加热束焦斑形成的熔体池5。
在图6中，加热束焦斑是椭圆形的，且熔融束焦斑10和加热束焦斑11间隔开大于y-x的量，其中，y是加热束斑的主要半径，且x是熔融束斑的半径。在该实施例中，熔融束焦斑和加热束焦斑叠置。
通过使焦斑10、11的中心偏移，以及使它们间隔开多达等于加热束焦斑11的半径和两倍熔融束焦斑10半径的和的量，加热束焦斑11邻接或叠置通过熔融束4’形成的熔体池5（其通常在熔融束斑大小的大小的1.5和2倍之间）。
通过在熔融材料6’上扫描加热能量束9，同时在粉末层2’上沿一系列扫描线扫描熔融能量束4’，能够减小在熔化材料和熔融材料层6’之间的热梯度，以及因此减小熔化材料的冷却速率。这在熔融材料3’中导致更均匀的等轴晶粒结构，这继而减小在所得到的部件中的残余应力和开裂。热梯度和残余应力的减小还减小了延展性下降开裂。
此外，加热能量束9改变了热通量矢量7’和晶粒生长矢量8’的方向和大小。主要冷却机制由于通过熔融材料3的传导仍然朝向构建板，但是因为通过加热能量束9进行加热，所以热通量矢量7’不直接地对准远离熔融能量束4’，而是作为替代与其成一定角度（小于90°）。继而，这意味着，晶粒生长矢量8’也与热通量矢量7’成一定角度、不平行于热通量矢量7’，这减少了在构建部件中的大角度柱状晶粒晶界，这减小了开裂的可能性。
图7示出在相继的扫描线期间，加热束焦斑11A-11E和熔融束焦斑10的相对定位的示意性表示。
最初，在熔融束焦斑10和加热束焦斑11A之间延伸的矢量相对于熔融扫描线在零度处。在第一和第二扫描线之间，矢量的角度改变+90度（使得加热束焦斑11C相对于熔融束焦斑10处于90度处）。接下来，在第二和第三扫描线之间，矢量的角度改变+90度（使得加热束焦斑11E相对于熔融束焦斑10处于180度处）。在第三和第四扫描线之间，矢量的角度改变-135度（使得加热束焦斑11B相对于熔融束焦斑10处于45度处）。接下来，在第四和第五扫描线之间，矢量的角度改变+90度（使得加热束焦斑11D相对于熔融束焦斑10处于135度处），且最后，在第五和第六扫描线之间，矢量的角度改变-135度（使得加热束焦斑11A相对于熔融束焦斑10返回到零度处）。
然后可以重复这些步骤。
通过在相继的扫描线之间改变在熔融束焦斑10和加热束焦斑（11A-11E）之间的角度关系，能够跨所使用的材料的层6’改变热通量矢量7’。晶粒生长矢量8’总是指向不平行于热通量矢量T。在相继的扫描线之间改变热通量矢量7’产生一种结构，在其中，晶粒具有不同的取向，从而破坏取向附生的晶粒生长和微结构的织构。这继而减小了通过大角度柱状晶粒晶界引起的内部应力，且因此减少在所得到的部件中的开裂/断裂。
为了构建部件，如上面所描述的那样沿构建方向Z层叠地构建多层。在相继的层之间，熔融扫描线的定向可以改变67度。
虽然已经结合上文中描述的示例性实施例描述了本发明，但是当给定本公开时，许多等同的修改和变型将对本领域技术人员显而易见。因此，在上文中陈述的本发明的示例性实施例被认为是例示的，且不是限制性的。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所述实施例做出许多改变。

Claims (15)

1.一种通过加层制造形成三维部件的方法，所述方法包括：
使具有熔融束焦斑的熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描过粉末材料的层，以熔融所述粉末材料来形成熔融材料的层，同时使具有加热束焦斑的加热能量束沿一系列加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的材料，
其中，所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心从彼此偏移且间隔开多达等于所述加热束焦斑的半径（y）和两倍所述熔融束焦斑的半径（x）的和的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦斑的中心间隔开等于y-x的最小量（其中，y和x如上文限定）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦斑的中心间隔开x+y的最大量（其中，x和y如上文所描述）。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在两个相继的扫描线之间改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的矢量的角度。
5.根据权利要求4所述的方法，其包括：在零度和180度之间以增量改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度，每一个增量应用在相继的熔融/加热扫描线之间，和/或，在180和零度之间以增量改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度，每一个增量应用在相继的熔融/加热扫描线之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当沿第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的所述矢量与所述熔融扫描线垂直（90度）或成45度时，所述方法包括第一步骤：在第一和第二扫描线之间将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度，以及第二步骤：在第二和第三扫描线之间将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-135度。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当沿第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的所述矢量相对于所述熔融扫描线在零度处时，所述方法包括：
第一步骤：在第一和第二扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度；
第二步骤：在第二和第三扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度；
第三步骤：在第三和第四扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-135度；
第四步骤：在第四和第五扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+90度；以及
第五步骤：在第五和第六扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-135度。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当沿第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的所述矢量相对于所述熔融扫描线在零度或45度处时，所述方法包括第一步骤：在第一和第二扫描线之间将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+135度，以及第二步骤：在第二和第三扫描线之间将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当沿第一熔融/加热扫描线，在所述熔融束焦斑和所述加热束焦斑之间延伸的所述矢量相对于所述熔融扫描线在零度处时，所述方法包括：
第一步骤：在第一和第二扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+135度；
第二步骤：在第二和第三扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度；
第三步骤：在第三和第四扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变+135度；
第四步骤：在第四和第五扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度；以及
第五步骤：在第五和第六扫描线之间，将在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的所述矢量的所述角度改变-90度。
10.根据权利要求1所述的方法，其包括：
通过使所述熔融能量束沿另外系列的熔融扫描线扫描过可熔融粉末材料的另外一层来形成熔融材料的另外一层，同时使所述加热能量束沿另外系列的加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的另外的材料；以及
在形成熔融材料的所述层和熔融材料的所述另外一层之间，所述方法包括改变在所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心之间延伸的矢量的角度。
11.一种用于通过加层制造形成三维部件的装置，所述装置包括：
熔融能量束发生器，其适于生成具有熔融束焦斑的熔融能量束；
加热能量束发生器，其适于生成具有加热束焦斑的加热能量束，
其中，所述熔融能量束发生器适于使所述熔融能量束沿一系列熔融扫描线扫描过粉末材料的层，以熔融所述粉末材料来形成熔融材料的层，同时所述加热能量束发生器适于使所述加热能量束沿一系列加热扫描线扫描过通过所述熔融能量束熔融的材料，使得所述熔融束焦斑的中心和所述加热束焦斑的中心从彼此偏移且间隔开多达等于所述加热束焦斑的半径（y）和两倍所述熔融束焦斑的半径（x）的和的量。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述熔融能量束发生器和所述加热能量束发生器适于产生所述熔融能量束和所述加热能量束，使得所述焦斑的中心间隔开等于y-x的最小量（其中，y和x如上文限定）。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述熔融能量束发生器和所述加热能量束发生器适于产生所述熔融能量束和所述加热能量束，使得所述焦斑的中心间隔开等于x+y的最大量（其中，y和x如上文限定）。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述加热能量束发生器适于在两个相继的扫描线之间或在形成熔融材料的相继的层之间，改变在所述熔融束焦斑的所述中心和所述加热束焦斑的所述中心之间延伸的矢量的角度。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述加热束发生器适于通过脉冲发送所述加热能量束来调制所述加热能量束。
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