增材和減材製造過程中的乾燥的製作方法

2024-04-15 18:44:05

增材和減材製造過程中的乾燥
相關申請的交叉引用
1.本技術要求於2020年8月14日提交的美國臨時申請63/065,950的權益，其全部內容通過引用併入本文。
技術領域
2.本發明涉及製造由金屬和其他材料製成的複雜部件。


背景技術：

3.減材加工從坯料中去除材料，以製造具有嚴格公差、最小殘餘應變和光滑表面但對單個部件的複雜程度有限制的部件。例如，通過加工進行減材製造無法製造內部結構無法被減材機械元件接觸的部件，例如冷卻通道或中空、封閉的腹板芯。增材製造，即通過添加原料(例如金屬、聚合物、陶瓷和複合材料等材料的可燒結粉末糊劑或線材)或在原料粉末床中進行雷射燒結或粘合劑印刷來構建部件，能夠製造具有複雜內部形狀的部件但缺少部分或全部的(1)由於外部溶劑去除和粘合劑洗滌過程中的收縮和翹曲導致的嚴格公差，(2)由於原位增材燒結過程中建立的溫度梯度引起的最小殘餘應變，和(3)由於離散增材步驟的空間尺寸有限而導致的光滑表面。增材製造還具有其他優勢，例如快速原型製作和減少材料浪費。然而，增材製造的缺點往往導致需要進行退火和加工等後處理。
4.將增材製造和減材加工的各個方面結合到一個混合過程和平臺中的價值已得到認可。例如，dmg mori提供了一種雷射燒結金屬粉末噴射裝置，該裝置與單一平臺上的5軸銑削設備相混用，可以在不鬆開工作部件的情況下交替進行增材和減材步驟。這種混合解決方案可提供光滑的成品表面，但燒結產生的高溫可能會導致成品部件產生高殘餘應力和翹曲。
5.本公開的實施例提供了一種增材製造方法，該方法具有增材製造的所有優點，並且通過減材製造，該方法具有其已知的優點，但沒有另外上述任何增材製造的突出缺點。


技術實現要素：

6.下文給出了簡化概述，以提供對本發明一個或多實施例的一些方面的基本理解。該概述不是廣泛的概述，也不是旨在標識本教導的關鍵或關鍵要素，也不是描繪本發明的範圍。相反，其主要目的僅僅是以簡化的形式呈現一個或多個概念，作為稍後呈現的詳細描述的前序。
7.公開了一種形成完整物理部件的方法。所述的形成物理部件的方法包括通過第一道工序增材製造部件，通過第二道工序轉化部件，該第二道工序包括轉化過程以產生轉化部件，通過第三道工序操縱轉化部件以生產操縱部件，和重複增材製造、轉化或操縱步驟中的至少一個以形成完整的物理部件。
8.所述的形成物理部件的方法可包括，其中所述第一道工序進一步包括沉積、印刷、噴射或其組合。所述第一道工序可包括擠壓、放置或其組合。所述第二道工序可進一步包括
加熱部件的一部分。所述第二道工序可包括移除、升華、蒸發、乾燥、烘烤或其組合。所述第二道工序還可包括將部件暴露於真空、熱源或其組合中。所述第二道工序還可包括輻射加熱、對流加熱、分壓蒸發和傳導加熱。所述第二道工序可包括感應加熱。所述第三道工序可包括去除轉化部件的一部分。所述第三道工序可包括銑削、切割、燒蝕、研磨或其組合。所述的形成物理部件的方法可包括將完整物理部件傳送到二次加工以形成成品部件。還公開了由該方法形成的成品物理部件。
9.還公開了一種控制轉化過程的方法。控制轉化過程的方法還包括評估第一部件以產生第一測量結果，將第一測量結果與一個或多個已知標準進行比較，並且基於第一測量結果與一個或多個已知標準之間的比較來調整轉化過程的參數。
10.所述控制轉化過程的實施方式的實現可包括，其中第一測量結果包括一段時間內的若干次測量。評估第一部件可進一步包括評估第一部件的一個或多個離散部分。所述第一測量結果可為從第一部件的一個或多個離散部分獲得的一個或多個測量結果的比較。評估第一部件以產生第一測量結果和評估第二部件所產生第二測量結果可基本同時完成。所述控制轉化過程的方法可包括用評估第二部件包括用與評估第一部件不同的測量來評估第二部件，並且可包括物理接觸第二部件。所述控制轉化過程的方法可包括評估第二部件以產生第二測量結果。評估第一部件還可包括測量構建材料的一種或多種組分的濃度。所述構建材料的一種或多種組分可包括蒸汽或溶劑。評估第一部件可包括物理接觸第一部件。評估所述部件可進一步包括從傳感系統接收信號。所述傳感系統可包括可見光相機、熱敏相機或其組合。所述傳感系統可包括離散傳感器。所述相機系統能夠在紅外光譜和可見光光譜中工作。所述一個或多個已知標準可基於第一部件的計算機輔助設計(cad)模型。所述控制轉化過程的方法可包括，其中所述已知標準基於第一部件的幾何形狀。所述第一部件的幾何形狀可基於部件的計算機輔助設計(cad)模型。所述一個或多個已知標準基於傳感系統的測量結果，並且所述測量結果可以是第一部件的一個或多個離散溫度或溫度圖。所述一個或多個已知標準可基於轉化過程的校準。調整轉化過程的參數可包括調整部件的溫度。調整轉化過程的參數可包括調整輻射源、氣體埠、構建表面或其組合。所述控制轉化過程的方法可包括基於測量結果與一個或多個已知標準之間的比較來停止轉化過程。所述控制轉化過程的方法可包括將第一部件的底部保持在第一溫度，並且將第一部件的頂部保持在第二溫度。所述第一溫度可低於第二溫度。所述第二溫度為約0℃至約300℃。所述第一溫度為約0℃至約150℃。所述控制轉化過程的方法可包括在評估第一部件以產生第一測量結果之前，照射第一部件的第一部分、將第一部件的第一部分暴露於加熱氣體或其組合中。
11.公開了一種形成完整物理部件的方法。所述形成物理部件的方法可包括通過第一道工序增材製造部件，通過第二道工序轉化部件，該第二道工序包括轉化過程以產生轉化部件，控制轉化過程可包括評估部件以產生測量結果，將測量結果與一個或多個已知標準進行比較，並且基於測量結果與一個或多個已知標準之間的比較來調整轉化過程的參數。所述的形成物理部件的方法可包括通過第三道工序操縱轉化部件以生產操縱部件，以及重複增材製造、轉化或操縱步驟中的至少一個以形成完整的物理部件。還公開了由該方法形成的成品物理部件。附圖的簡要說明
12.圖1根據所公開的實施例示出了一種包括多周期製造工藝的單周期步驟。
13.圖2根據所公開的實施例示意性地示出了在構建過程中通過乾燥來轉化部分部件的方法，包括對流、分壓蒸發、輻射和傳導。
14.圖3根據所公開的實施例示出了配置成吹掃或排氣的可選乾燥埠。
15.圖4根據所公開的實施例示出了一種創建和控制乾燥區域的方法。
16.圖5根據所公開的實施例描述了用於建立與部件相鄰的流動區的氣體埠的配置。
17.圖6根據所公開的實施例示出了控制乾燥轉化步驟的方法。
18.圖7根據所公開的實施例示出了用於控制乾燥轉化步驟的數字軟體計算機算法。詳細說明
19.相關領域的技術人員將認識到，在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語糊劑、多組分原料、原料、金屬糊劑、金屬粉末糊劑、材料載體、構建材料、無粘合劑糊劑和工作材料可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語支撐材料糊劑、多組分原料、原料、惰性支撐糊劑、支撐材料、(材料用於)支撐可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語構建板、構建表面和襯底可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語分配糊劑、沉積糊劑、材料沉積、添加劑和包括擠出、分配沉積、印刷、噴射和放置的增材可有時使用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語使用的術語乾燥糊劑、增材去除劑和轉化劑或包括乾燥、蒸發和去除的轉化可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語生坯、乾燥膜、乾燥糊劑、部件前體、部件、部分部件、物理部件、完整部件、完整物理部件、適於進一步加工的完整部件、頂部、底部和操縱的底部可有時用於指代相同物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語燒結體、部件、物理部件、燒結工件、成品部件和成品物理部件可有時用來指代相同的物品或相同類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語粘合劑、溶劑、添加劑、組分、其他流化劑和載體可有時用來指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開中使用的術語分配工具和沉積機制可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語加熱工具和增材去除機制可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語加工工具和材料操縱機制可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開內容中使用的術語加工和操縱包括銑削、切割、研磨、打磨、拋光、磨光、蝕刻和燒蝕可有時用來指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本
公開中使用的術語熔爐、燒結工具和燒結機制可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。此外，相關領域的技術人員將認識到在本公開和在此通過引用包含在本公開中使用的術語計算機輔助設計模型、cad模型、虛擬部件模型和構建模型可有時用於指代相同的物品或同一類別的類似物品。
20.公開了一種形成物理部件的製造工藝和實現所述製造工藝的方法。所述形成物理部件的製造工藝是通過重複應用以下周期100的步驟來完成的，增材步驟101：將材料添加到部件中，轉化步驟102：將最近添加到部件的材料進行轉化，使得其呈現出適合於操縱工序的形式，以及操縱步驟103。增材可以通過沉積、分配、擠出、印刷、噴射或放置，也可以通過其他物理和化學工序。添加材料的轉化主要通過蒸發(例如乾燥)去除所添加材料的一個組分以及其他物理或化學方式例如升華、固化、反應、氧化、塗覆、烘烤、擴散、植入、冷凍、或聚合，或它們的組合。操縱主要是通過減材，其中，添加材料可以優選地通過銑削工序並且主要通過切割工序被物理去除，儘管不必去除實質淨材料的其他物理、化學或能量工藝(諸如研磨、打磨、拋光、磨光、蝕刻和燒蝕)也可能是有利的。單個周期的每個應用可以包括上述三個概述步驟中的一個、兩個或全部三個。這些周期重複一次或多次，從而足以完全形成一個部件，在此稱為完整部件。所述完整部件通常會被傳送到其他二次工藝，例如脫脂、二次返工加工(例如研磨、銑削)和燒結以形成成品部件。
21.增材步驟101可通過包括分配、沉積、擠出、噴射、印刷或放置多組分原料來實現，所述多組分原料包括主要原料如金屬和金屬合金、聚合物、複合材料和陶瓷，包括作為成品部件的主要成分和任何相關的惰性支撐結構和輔助材料，例如溶劑、粘合劑、改善流動性能的組分、改善增材步驟101、轉化步驟102、操縱步驟103、或完成最後的操縱步驟103之後的任何後處理步驟的組分、提高多組分原料的自身穩定性的組分以及賦予多組分原料其它所需性能的組分。主要材料和輔助材料都可包括但不限於金屬、金屬合金、氧化物、硫化物、氮化物、磷化物、聚合物和各種陶瓷。金屬的實例包括但不限於鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、錳、鎂、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、硼、鋁、碳、矽、錫、磷及其混合物、合金或它們的複合材料。金屬合金的實例包括但不限於碳鋼、不鏽鋼和工具鋼。氧化物、硫化物、氮化物、磷化物和陶瓷的實例包括但不限於氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氧化矽、鋁矽氧化物、氧化鈰、氮化硼、碳化矽、氮化鈦、碳化鈦、氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、氧化鋯、釔穩定的氧化鋯、氧化鉿、氧化鎢、碳化鎢、碳纖維和石墨。聚合物的實例包括但不限於聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚碸、聚苯碸、聚醚酮和聚醚醚酮、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素和液晶聚合物。所述多組分原料在增材步驟之前採用的具體物理形式可包括糊劑、線材、油墨、錠、剛玉、丸粒、顆粒、漿液、凝膠、懸浮液、聚集體等。
22.所述多組分原料形式可為包含金屬顆粒、一種或多種溶劑或其他流化劑、粘合劑和添加劑的金屬糊劑，這些添加劑通過改變金屬糊劑的流動性能，以及在乾燥過程中影響凝固和緻密化的性能充當金屬顆粒的載體，即在轉化步驟102中蒸發或以其他方式去除溶劑和其他次要成分，以及其他重要因素，例如自身穩定性。也可以添加包括溶劑的其他多組分原料，所述溶劑有利地可以通過所述乾燥工序去除，例如用於支撐結構的陶瓷糊劑和其它惰性載體糊劑。增材步驟也可用線材形式的原料來完成，線材形式的原料可被設計成以另一種方式乾燥或轉化，或以任何其他合適的形式包含所需的主要材料和次要材料乾燥或轉化。溶劑的實例包括但不限於水、乙二醇、二甘醇、二甘醇單丁醚、三甘醇單丁醚、甲醇、乙
醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、萜品醇、十二碳醇酯、礦物醇、碳酸丙烯酯、戊烷、己烷、環己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、甲苯、苯、二甲苯、均三甲苯、四氫呋喃、乙醇胺和n-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、酮類、二甲基乙醯胺、丙酮、甲基乙基酮、環己酮、乙酸甲酯和乙酸正丁酯。添加劑和粘合劑的實例包括但不限於聚環氧乙烷、乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、硝化纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈共聚物、馬來酸、馬來酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚碳酸酯、聚丙烯酸、松香、改性松香、萜烯樹脂、酚醛樹脂、石蠟、乙烯乙烯醇、聚己內醯胺及其組合。
23.所述用於操縱步驟103的物理過程，例如切割，研磨，打磨，拋光和磨光，對正在構造的部件有特定的要求。能夠創建精確、光滑和穩定表面的理想銑削工藝要求部件的材料基本上是可加工的。應用於不夠堅固或乾燥或可能在機械加工期間和之後變形或破裂的表面的此類過程導致劣質的成品表面和較低的最終公差並且因此進一步需要中間轉化步驟102。
24.轉化102例如乾燥金屬粉末糊劑使得該部件能夠通過滿足固化和緻密化的基本要求來進行操縱步驟。可以通過對金屬糊劑進行對流加熱、輻射加熱、傳導加熱、分壓蒸發和部分真空中的一種或多種的組合來實現金屬粉末糊劑的乾燥。這些中的兩種或更多種的獨特組合顯示出僅應用一種這樣的方法時不存在的有利的乾燥性能。例如，對流加熱可以配置部分真空以加速蒸發，然後收集和排出溶劑以及控制機腔溫度，或者輻射加熱可以配置對流加熱以快速蒸發和控制高溫，或者來自構建表面210的傳導加熱可以配置有輻射加熱以控制構建表面之間的溫度梯度和新添加材料的體積。構建表面210可以是許多類型的表面，包括襯底、構建板或現有部件。當乾燥金屬糊劑時，部件的乾燥部分的溫度可保持在0℃至200℃之間，更有利地在0℃至150℃之間，甚至更有利地在0℃至100℃之間。對於金屬糊劑的另一種成分，部件的乾燥部分的溫度可以保持在0℃至80℃之間，或40℃至100℃之間，或40℃至80℃之間，具體取決於確切的成分。新添加的金屬糊劑的溫度可以保持在約0℃至約350℃之間，或更高或約0℃至約300℃之間，或約0℃至約250℃之間，這取決於成分，以改善分散特性，加快多組分原料的目標物質的揮發，並在完全形成後有助於產生均勻緻密的部件。應當理解，將新添加的金屬糊劑保持在比部件的乾燥部分更高的溫度下可能是有利的。還應當理解，最有利的乾燥溫度取決於組分溶劑、金屬和糊劑中的其他添加劑的性質、其他同時進行的乾燥(例如對流乾燥)、部件幾何形狀及其熱性質(例如比熱、最佳所需乾燥速率和乾燥終點)以及本領域技術人員顯而易見的一些其他工藝參數。
25.在如圖2所示的一個實施例中，一個部件包括支撐結構201、待完成部件的底部202(在一個實施例中由已經乾燥和加工的金屬糊劑製成)以及頂部203(已經被添加和乾燥過程還沒有優選地通過加工進行操作)，依賴於並固定到加熱和溫度受控的構建表面210。構建表面溫度控制允許通過部分完成的部件的傳導加熱來控制頂部的加熱，從而實現熱驅動乾燥。所述構建表面可以與機器室211熱絕緣。所述機器室是溫度控制的，以便於機器室內的氣氛200的溫度控制。所述機器室基本上是密封的，以防止向環境氣氛的滲漏，並且優選地實現相對於環境氣氛的負壓或低至0.5大氣壓、0.1大氣壓、0.01大氣壓或0.001大氣壓的真空度。所述機器室氣氛的組成和壓力可以分別通過出口212和入口213改變。機器室的排氣或抽空，隨著吹掃機器室內氣氛較低的揮發性溶劑或溶劑被從部件中除去，會通過分壓
蒸發增加部件乾燥。乾燥託架220相對於構建表面直線移動或以光柵方式移動，或者構建表面相對於乾燥託架移動或者乾燥託架和構建表面兩者都移動以實現兩者之間的相對運動。所述乾燥託架影響頂部的乾燥，如下所示：加熱的清潔乾燥空氣或其他惰性氣體被供應到埠224並從部件附近的埠225排出。惰性氣體的實例包括但不限於氮氣和氬氣。此時載有溶劑的流隨後可基本上通過埠223離開並且通過埠222被帶離該室。該對埠沿部件頂部的周邊產生橫向流226，從而通過去除緊鄰部件的氣氛中的揮發溶劑來提供對流加熱和分壓蒸發，以乾燥頂部周邊。在該實施例中，靠近工作部件的單對埠222和224以及伴隨的埠223和225、雙對埠或三對或更多這樣的埠可連接到乾燥託架上以提供加熱清潔乾燥空氣或其他惰性氣體，從而形成緊鄰頂部的流動區域，並促進部件的均勻且可控的乾燥。根據去除的溶劑廢物的性質的需要，可以在排出氣體的下遊採用合適的減排系統。由於乾燥託架和機器室的潛在相對運動，埠222和224可通過機器室靈活地聯接。或者，出口和入口可根據乾燥託架和構建表面之間的相對運動互換。輻射源227提供頂部的額外加熱。乾燥託架內的輻射源可以是幾種合適的輻射源中的一種，包括但不限於提供峰值強度在大約為1μm光譜波長處的基本黑體輻射的紅外燈絲燈、紅外發光二極體(led)、可詳細控制包含部件的構建表面區域的加熱空間足跡的led透鏡陣列、可以提供光譜強度峰值波長＜0.5μm的黑體輻射能的高強度弧光燈以及可以提供峰值從約4μm到約15μm的更長光譜波長處的黑體輻射能的碳化矽棒。
26.在類似的實施例中，構建表面210能夠產生電磁場，該電磁場誘導加熱部件202的底部、部件203的頂部或其組合。所述的感應加熱有利地導致構建材料的揮發性組分的蒸發。本領域的普通技術人員能立即認識到只有導電材料才能通過誘導加熱。在本實施例中，部件的主要成分是本文所述的金屬顆粒。金屬的實例包括但不限於鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、錳、鎂、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、硼、鋁、碳、矽、錫及其混合物、合金或它們的複合材料。金屬合金的實例包括但不限於碳鋼、不鏽鋼和工具鋼。在該特定實施例中，感應加熱的金屬顆粒通過熱傳導將部分熱量傳遞給剩餘的構建材料，包括揮發性組分。
27.在圖3所示的另一個實施例中，埠222和224均被配置為將加熱的清潔乾燥空氣或其他氣體(包括惰性氣體)輸送到機器室中或從機器室排出載有溶劑的氣氛。在圖3所示的實施例中，當乾燥託架相對於構建表面移動時，埠223和225都向部件和構建表面區域提供加熱的清潔乾燥空氣或其他氣體。這提供了直接衝擊工作部件的流228和包括頂部的構建表面區域，從而有助於通過對流加熱和分壓蒸發來乾燥部件。在該實施例中，出口埠212必須排放238機器室內的過量壓力，以便將溶劑的分壓保持在所需範圍內。在該實施例中，僅埠222和224中的一個、它們中的兩個、或三個或更多這樣的埠可附接至乾燥託架，並在部件附近附接一組伴隨的埠，例如埠223和225，以便提供加熱清潔乾燥空氣或其他氣體，從而有利於部件的乾燥。相反，同樣如圖3所示，埠223和225均被配置為從機器室排出載有溶劑的氣氛，提供緊鄰部件和構建表面區域的排氣流229，同時新鮮的淨化氣體可通過入口埠213供應239。一個、兩個或更多個埠都可以配置用於排氣。
28.在另一個實施例中，如圖4所示，輻射加熱、對流加熱、分壓蒸發和傳導加熱相結合以控制乾燥過程的空間和時間。部件400在附接到構建表面210時正在進行製造。輻射源陣列413包括輻射源410的集合，例如具有輻射分布411的紅外led或白熾燈陣列，輻射源陣列413布置成使得陣列中的每個單獨的輻射源基本上僅影響到一部分構建表面區域，相鄰源
之間的輻射密度重疊減小。單個輻射源可以配備有透鏡和其他光學裝置，例如檔栓和擋板，以確保特定的輻射分布，並且它們的輻射分布中具有固有的方向性，以便每個單個輻射源在構建表面的平面上產生單獨可控的輻射加熱區。輻射源陣列由控制器499通過連接412控制，由此陣列中每個單獨輻射源的強度可根據乾燥託架相對於部件的位置、正在進行的製造周期的哪個步驟(例如乾燥與增材與減材)，以及其他環境條件(例如部件溫度、構建表面溫度或其可能影響乾燥的機器的其他組件的溫度)來調節。這種控制能力可用於補償部件邊緣和角落等區域的局部冷卻，以及構建表面和由於靠近機器室中的冷卻點而導致輻射損失更快的區域。它還可以用來補償由於某些幾何形狀或表面而導致的部件上較高或較低的輻射吸收。這種表面可通過從物理部件的虛擬部件模型生成層沉積指令和層操縱指令來預先確定，或者它們可通過經由連接451連接到控制器的傳感系統450實時確定。在一優選實施例中，傳感系統是相機系統、一個或多個離散傳感系統或其組合。離散傳感系統能夠評估部件的離散部分。離散傳感系統的一個實例是高溫計，它可以測量部件的一個或多個離散部分的溫度。這種高溫計的一個實例是來自omega(norwalk，ct)的os130a系列微型紅外傳感器。所述相機系統可在波長為約7μm至約15μm的紅外光譜中工作，在波長為約900nm至約400nm的可見光譜中工作，並且能夠通過其有利的視野452將溫度異常與構建結構區域和附近的物理點精確關聯。所述相機系統可確定在紅外光譜中收集的部件的溫度圖，並將其疊加到可見光譜中收集的部件的圖像中。相機系統可以包括一臺相機，該相機包括單個圖像傳感器(例如cmos或微測輻射熱計陣列)和一個能夠達到一個或多個光譜範圍的鏡頭系統(例如商用35mm c型鏡頭)，或者一個以上能夠達到一個或多個光譜範圍的相機。這種相機系統的一個實例包括微測輻射熱計陣列，從flir系統公司(wilsonville，or)獲得。根據來自物理部件和層指令的虛擬部件模型(cad模型)的預測以及來自相機系統的實時圖像，控制器可以對輻射源陣列413、氣體埠陣列420、構建表面201和任何其他相關的過程參數進行調整，以便優化構建過程，特別是乾燥過程。所述控制器還允許預測和調整未來的加熱要求，例如在開始添加更多材料之前預熱部件或調整其溫度。這種溫度調節可通過控制來自氣體埠陣列的氣體的溫度和流量來實現。構建表面溫度可通過連接401從控制器進一步控制以便為部件提供偏置溫度。此外，氣體埠陣列420包括一對具有選擇閥426的歧管，在控制器的控制下通過連接425和通過埠如埠431使用由控制器通過連接423控制的閥門和致動器422，可用於注入加熱的清潔乾燥空氣或其他惰性空氣，或從乾燥過程中排出載有溶劑的氣體。如圖5所示，埠431、432、433、434、435、436的陣列可成對線性排列，橫向或與乾燥託架的直線相對運動一致，以提供可定義的對流加熱和分壓蒸發區域501、502和503。埠可配備擴散器或擋板500，以改善流出和流入埠的流動特性。如圖所示，成對的埠431和434形成區域501，成對的埠432和435形成區域502，成對的埠433和436形成區域503，從而建立一個中間區域和兩個邊緣區域以允許調節空氣流動以實現均勻乾燥。許多其他區域布置也是可能的。
29.在另一個實施例中，傳感系統能夠測量由部件的一個或多個部分發射或反射的光譜。在本實施例中，傳感系統優選為光譜儀，例如紅外光譜儀、拉曼光譜儀、紫外-可見光譜儀等。光源可以是單色或多色的，可以是雷射器、多雷射器、led、濾光燈、無濾光燈等。在本實施例中，傳感系統用於測量部件中分子、化合物或組分的存在或濃度，優選地用於測量部件頂部中的分子、化合物或成分的存在或濃度。
30.在進一步的實施例中，轉化過程可在操縱步驟之前通過物理測試來監控，如圖6所示。物理測試可用作「通過或不通過」類型的測試，以確定添加的材料是否已適當轉化以開始操縱步驟。當物理測試顯示轉化不完全時，可以進行額外的轉化，例如乾燥，然後進行更多的測試和處理。或者，來自一個或多個物理測試的度量以及測量或設置的其他過程參數可用於通過模型或校準來預測在進入操縱步驟之前所需的額外轉化處理。在圖6中，致動器600在控制器499的控制下致動探頭601。所述探頭可以是壓痕探頭，也可以是劃痕探頭或者是被設計成產生標記603的任何合適的探頭，例如壓痕或劃痕，其將指示轉化程度。探頭在包括頂部和已經轉化和操縱的部件202的底部和部件203的頂部產生標記。標記的特性可能取決於幾個工藝因素，例如探頭的特定形狀和硬度、標記期間致動器施加的力、增材步驟中使用的原料、增材原料的工藝參數以及所有轉化步驟例如乾燥溫度設置和測量、可優選通過安裝在出口埠212下遊的濃度監測器250測量的分壓溶劑濃度、來自各個埠的各個區域上的流動溫度和體積，以及乾燥時間，僅舉幾例。濃度監測器可以是電化學氣體傳感器、紅外分光光度計或其他一些合適的傳感器，可以測量分子、化合物或組分的濃度。在具體實施例中，濃度監測器測量構建材料的揮發性成分的濃度，例如溶劑。類似地，當它們用於帶走載有溶劑的流時，濃度監測器可以安裝在埠222或223的下遊。或者，濃度監測器可以安裝在機器室211內，以其可以監測部件203頂部、其表面或剛好在其上方的蒸汽中的分子或化合物的濃度的方式定位。本領域普通技術人員將立即認識到，部件203頂部的乾燥程度與出口埠212、222、223，部件203的頂部，部件203的頂部上方的蒸汽，或其組合中的溶劑濃度成反比。
31.在一個實施例中，相機系統450用於在製作標記時或製作標記後測量標記的度量，例如物理尺寸和漫反射率。所述相機系統可以有利地以傾斜角度453和視野452放置，以優化對特定度量的靈敏度例如壓痕的深度或劃痕的長度，這些度量與感興趣的參數(如進入操縱步驟的準備狀態)有最強的關聯。傾斜角度優選地可以選擇在5度和85度之間，並且在一些實施例中有利地在25度和55度之間。視野應該佔據整個構建表面，但有利地避免觀看熱區域(例如燈和加熱器)及其鏡面反射和漫反射。本領域普通技術人員將認識到，物理標記603可以有利地創建在該部件的區域中，該區域不會在最終部件中造成永久性缺陷。甚至更有利的是，物理標記將在單獨的犧牲部件中產生，該犧牲部件使用完全相同的成形工藝與「真實」部件同時形成，但是其唯一目的是作為見證部件來監控轉化過程的完整性。來自相機系統的測量值被發送到控制器，然後控制器根據從測量結果(例如溶劑分壓、濃度、溫度)或構建模型得出的所有其他過程參數信息，確定轉化步驟是否充分完成，以及是否未完成，可能會確定額外的轉化處理和可能的確認測試。轉化過程的完整性由分配給所執行的測量的目標值或值範圍來定義，在此描述為已知標準。控制器基於一個或多個測量結果和已知標準之間的比較來確定轉化過程的完整性。連續地或以確定的間隔進行標準測量，並與已知標準進行比較，直到控制器確定轉化步驟完成。例如，連續測量部件的溫度和溶劑濃度，直到它們達到已知值或直到它們在已知值範圍內保持已知時間量。在另一實施例中，部件的溫度和溶劑濃度僅在不連續的時間間隔測量，例如10秒、1分鐘、5分鐘等，如果測量值在已知範圍內，則停止轉化過程。所述測量間隔可保持不變或根據測量值和已知標準值之間的差異進行調整。用於比較的測量可以是整個部件的測量或一個或多個部分的加權測量。例如，停止轉化步驟的決定可基於整個部件的平均溫度、最低溫度和最高溫度之間的差
值、溫度測量的絕對方差(例如標準偏差)、相對差異或方差(即百分比)或其他標準。
32.此外，從先前周期的先前測試中獲取的測試數據可以存儲在資料庫中，並納入模型中以通知和校準後續的轉化處理，例如乾燥過程、最佳流量和溫度、構建表面和腔室溫度、乾燥託架相對速度、光柵圖案密度、頻率、輻射源或輻射源時間、時間和強度，以及供應到機器室的排氣和淨化氣體。獲取的測試數據也可用於修改增材步驟和操縱步驟，例如，增材過程中的沉積速率或操縱過程中的切割速率，以進一步優化製造過程、部件的最終性能或兩者兼而有之。
33.乾燥過程的控制和校準可以通過駐留在控制器499上並在其上執行的數字軟體計算機算法來進行，所述控制器包括計算機系統。或者，數字軟體算法可以駐留在遠程計算機系統上並執行，該遠程計算機系統是網絡的一部分，控制器499與所述遠程計算機系統通信，可以由所述遠程計算機系統控制。在一實施例中，所述數字軟體計算機算法控制轉化步驟102，如圖7所示。首先，兩個可應用的轉化步驟，例如燈加熱、吹氣、抽空腔室和去除載有溶劑的氣體，在獲取工藝參數的同時或之前開始，所述工藝參數的獲得例如經過的工藝時間、設定點例如流速、輻射源設置和連續監測的工藝度量，包括但不限於從相機系統450、溫度傳感器獲得的溫度和尺寸，以及從濃度監測器250獲得的溶劑濃度。所述工藝參數和工藝度量的獲取可用於在數字計算機控制下通過算法調整工藝參數。例如，可以調整輻射加熱元件的強度以優化乾燥過程，使其超出初始設置的參數。繼續處理，直到滿足一組配方確定的或算法確定的標準。該標準可以基於合適的方法，包括但不限於主成分回歸(pcr)和主成分分析(pca)、k-鄰近和人工神經網絡(ann)模式匹配。一旦滿足標準，就可以停止處理，或者可選地，可以在控制器499的控制下由致動器600、致動探頭601和相機系統450執行物理測試。如果所述物理測試通過，則可認為轉化步驟完成，否則可開始進一步處理。
34.本領域的普通技術人員將清楚，除了優選實施例之外的許多其他擴展和配置也是可能的，並且本文中這些優選實施例的示例不排除出於本公開目的的此類其他實施例。