加成制造(Additive manufacturing(AM))是通過添加材料對產品或產品的至少部分進行制造、維修等的技術。這可以使用機器人、機床等經由獨立的3D打印機、專用AM系統或沉積。以Ex Scintilla Ltd的名義在WO2014/013247中示出了用于提供這樣的加成制造的合適的裝置。

材料移除技術(諸如，銑(milling)等)也是已知的。通常，可以通過使用使材料移除處理自動化的計算機數控(CNC)機器幫助實現這樣的材料移除。

AM和CNC可以結合使得可以使用AM制造或維修產品并通過使用材料移除(諸如，CNC材料移除)使表面得到處理而進行精加工并且參考圖1來說明這個過程。

已知使用具有永久連接至工具的多個頭的并可選擇以對工件進行處理的機器。這樣的布置增加加工頭所占據的大小和體積，這限制了加工頭的操作。將工件從一個工作站移動到另一個工作站也是已知的，每個工作站執行特定的操作，包括添加步驟和后沉積加工以及切割。

已知提供處理頭的布置可被裝配至現有的機床，諸如多軸CNC銑床(milling machines)。然而，這樣的現有技術處理頭的能力可以根據需要進行擴展并且在公布的申請號WO/2014/013247以及本申請要求優先權的未公布的申請號：GB 1412843.3和GB 1423407.4中描述了改進的頭。

在先前的機器中，已設計了合適的頭并在如在先前的申請中描述的現有CNC機器中使用。然而，應理解為銑設計的現有機床用于加成制造存在缺點。這些缺點的特征可在于銑床是為僅使部件的外表面成形而設計的。這并不奇怪，因為通過制備部件被切割的初始坯段確定部件的內部特性。在加成制造或3D打印期間材料的添加不僅使外表面成形，而且也形成了實際制成的部件(包括微觀結構)的內部容積的主要特性。因而，希望能夠盡可能保持最干凈的環境以避免在構建過程中避免引入缺陷。此外，為了能夠提供質量保證，由于實時或者至少原位制造部件或產品，希望以納米(nano)尺度、微觀(micro)尺度、中位(meso)尺度以及宏觀(macro)尺度評估部件(包括微觀結構)的內部容積以及表面拓撲和化學性質。

根據本發明的第一方面，提供一種適于并布置為對位于工作站中的工件工件上的材料執行移除和添加的機器，機器具有布置為從工件移除材料的第一設備和布置為處理工件的第二設備，第一設備和第二設備中的每一個中的每一個布置為可在至少兩個軸線上移動。

在一些實施方式中，第一設備和第二設備可以各自在3個軸線、4個軸線或5個軸線上移動。

優選地，第一設備是包括第一支架的機構，在第一支架上，多個能互換輸送頭是在使用中能夠可移除地安裝的處理頭和可存儲在第一工具更換器中的能互換處理頭。期望地，第二設備是包括第二支架的機構，在第二支架上，多個能互換輸送頭是能夠可移除地安裝的處理頭和加工頭，第二設備的可移除處理頭可存儲在第二工具更換器中。

申請人已研發了新的改進處理頭以及在現有機器中使用那些頭的方法。申請人還實現了處理頭在具體設計成能利用頭的特征的機器中和使用已研發的頭的方法中可能特別有用。

將理解的是，處理頭或者布置為從工件移除材料或者可另外布置為通過添加或沉積材料處理工件或者可以布置為檢查或監控工件。這樣的頭可以泛泛地稱為處理頭。在一些情況下，將理解的是處理頭可以布置為通過熱加工處理工件并且可在處理中移除工件的一些材料。其他處理頭布置為從工件移除材料。

期望地，每個工具更換器中均存儲有多個處理頭。第一工具更換器優選地存儲設計成能從工件移除材料的處理頭。這樣的頭可以布置為執行銑、研磨(grinding)、平整(planning)、打孔、切除(ablation)、機械加工以及如本領域公知的其他材料移除處理。機械加工可以是激光輔助的并且處理頭可以利用同軸激光傳輸或離軸激光傳輸。第二工具更換器優選地存儲設計并布置為處理工件上的材料的處理頭。這樣的頭在以上提及的較早的申請中已有所描述并且包括布置為諸如通過以下方式處理工件的材料的頭，即，沉積或修改材料或諸如利用檢流計激光器檢查、檢測或標記待制造的工件、諸如利用激光熔覆頭或90°激光熔覆頭進行熔覆、諸如通過包含90°的擠出頭的材料的擠出進行沉積、熱加工、錘打、拋毛(scarifying)、噴丸清理、錘擊或微錘擊、針錘擊、激光錘擊、或軋制。頭可以布置為執行感應加熱、金屬極惰性氣體保護焊(氣體保護金屬電極電弧焊)、等離子轉移弧焊接(PTA焊接)、施加真空、將空氣吹至工件、執行激光輔助機械加工、諸如用HVOF涂層或者使用放電加工機床(EDM)將涂層涂覆到工件上。頭還可以布置為使用3D制造過程鋪設材料。此外，第二工具更換器可以包含可以是以下中任意一個或多個的頭：圖像記錄設備、固定或移動的照明設備、觸摸探頭、3D表面(包括激光器和結構光種類)以及容積掃描儀(包括共聚焦、焦點變化、干涉測量和結構光掃描儀)、攝影測量系統、傳感器(諸如，氧傳感器、熱傳感器、熱感攝像機)渦流發電機、超聲換能器(對于空氣、凝膠、以及液體連接的)、電磁式波發生器、感應加熱線圈、電磁體、諸如共聚焦顯微鏡的放大器件、板材漸進成形工具、熱風器、真空裝置、感應加熱器、檢流計、示波器、數字鏡裝置、結構光掃描儀、研磨機、磨料、頭的直角變化、共聚焦或可變顯微鏡、包括伽馬和X射線的電磁探測器、攝譜儀等。

優選地，每個工具更換器適于存儲5到50個頭，或者更優選地，10到40個頭或者最優選地25到35個頭。然而將理解，如果需要的話，如所常見的那樣，工具更換器可以擴大以存儲更多的頭。

優選地，相應工具更換器存儲遠離工件的處理頭。這樣在遠離工件的位置存儲頭使得能夠存儲更多的頭并可供選擇，并且防止它們被工件污染。另外，由于僅附接“使用中”的頭，相對于工件，頭能夠移動的更大的范圍。

在優選實施方式中，第一支架停止而第二支架在使用中，反之亦然。

優選地，機器包括具有凈側和臟側的主體。每側均可包括可以密封的腔室。優選地，至少凈側包括可密封的腔室。凈側可包括腔室(諸如，工具更換器)，其中存儲有干凈的頭。臟側可包括腔室(諸如，工具更換器)，其中存儲有臟的頭。可以使用這樣的“臟”頭來從工件移除材料。第一工具更換器和第二工具更換器優選遠離工作站。

期望地，機器布置為控制工作站的環境。

期望地，工作站位于凈側與臟側之間。在優選實施方式中，工作站至少是半保護的。工作站可以設置在腔室中。腔室可以密封或可以是可密封的或者部分可密封的。

可以根據正在執行的處理將工作站的腔室中的環境改變成干凈的環境。在一些實施方式中，工作站可以設置在可充滿惰性氣體(諸如，氬氣或氮氣)的腔室中。在一些實施方式中，可以控制腔室中的大氣以具有低氧含量和/或具有低水平的顆粒雜質。惰性氣體可以流過腔室。在其他實施方式中，腔室可以是可密封的，并且工件可以浸沒在惰性氣體中。惰性氣體還可以作為冷卻劑提供。

在一些實施方式中，支架可以提供將流體供應至腔室或工件的裝置。流體可以是氣體。氣體可以是惰性的和/或可以表現為冷卻劑。在一些情況下，氣體可以幫助提取廢料。在其它情況下，可以提供惰性大氣并且此外冷卻劑氣體可以供應至工件。其中，工件浸沒在惰性氣體中，任意廢料或冷卻劑提取優選地上升到惰性氣體的水平面之上使得在提取冷卻劑和廢料時，惰性氣體不會從腔室中排出。可以提供廢棄物提取裝置。在優選實施方式中，設置連接至機器中的管道的抽汽口。優選地，通過管道中的阿基米德螺桿(Archimedes screw)操作移除廢棄物。該布置優選地將冷卻劑直接提取到螺桿的中心并提取到腔室之外，但總是將惰性氣體和流體的柱留在管道中，這將在腔室與大氣之間提供天然氣密的屏障。

管理工件中的熱量是期望的。由于材料(尤其金屬)沉積在工件中熱量會增加并且這會引起諸如最終部件失真的問題。

可以通過利用具有冷卻劑的金屬的沉積與金屬的機械加工之間交替來管理工件中的熱量。工件中的至少一部分熱量傳遞至冷卻劑，冷卻劑可以是氣態的或液態切削流體。將理解的是，該操作方法是有效的并可以將工件維持在近似1/3的材料熔點之下的溫度，其保持大部分材料的穩定性水平。步驟中這樣的交替可能不是最高生產率的最佳序列但確實管理工件的溫度并且可以用在后安裝有處理頭的現有機床中。

在一些實施方式中，腔室可以至少部分可密封。理想的是，管理工作站是液體冷卻的的工件中的熱量。通常，工件將會固定在工作站中的平臺上的工件固定裝置中。可以用冷卻液或氣體冷卻平臺或至少工件固定裝置使得工件上由材料沉積產生的熱量通過傳導到工件固定裝置并進入冷卻系統而移除。已發現優點在于冷卻使得能夠保持更高的沉積工作周期。此外，機器與工件的熱量絕緣，其幫助機器的軸保持設計成能固定并防止由于活動部分的熱膨脹引起的損壞的準確度。

在其他實施方式中，腔室可以是可密封的并且真空可以施加于密封室使得在真空中或在大氣減少的壓力下執行材料處理。可替換地，期望將腔室中的壓力提高到高于大氣壓力。

在一些實施方式中，腔室在至少兩側、三側、四側或五側上均可以是單個的。可以設置蓋或其他密封機構以密封腔室。在其他實施方式中，可以設置密封門。優選地，引入氣體或施加真空的裝置設置在腔室的至少一面或門中。

在其他實施方式中，腔室可以部分地打開并且可以設置有局部屏蔽。這樣的局部屏蔽可以開放地排出，或者優選地，可以通過使用袋子(諸如，塑料袋)或者在處理期間可定位在工件周圍的裙部限制。裙部可以支撐在活塞上并且工件周圍的裙部的定位可以是自動化的。

在優選實施方式中，第一設備和第二設備在至少x、y以及z軸線上是可移動的。在優選實施方式中，設備在至少x、y以及z軸線中至少一個上是可移動的。優選地，可滑動的軸中的一個在x方向上并且設置軌道，軌道為第一設備和第二設備共用。在一些實施方式中，第一支架和第二支架各自安裝在第一支撐件和第二支撐件上。第一支撐件和第二支撐件優選地可各自在軌道中滑動，因此為第一支架和第二支架提供在x方向上的移動。在優選實施方式中，每個支架可相對于支撐件在z方向上移動。期望地，第一支架和第二支架在第一支撐件和第二支撐件上沿y方向的移動是平行的。

在一些實施方式中，通過控制支撐工件的平臺的方位，機器可以設置有進一步的變型。平臺可以是固定的從而提供平坦的工作臺或者可以旋轉或者在一些情況下可以布置為傾斜以及旋轉。

平臺和腔室有利地布置為容納具有如在機床的領域中已知的尺寸的工件。

通常，機器是立方體的并且機器所占的總尺寸從lm至5m，或者更優選地，從2m至4m，或者最優選大約3m。

由于接近最終目標形狀的材料的增加并且因此工件將會大多需要“精加工”，重切削(傳統上稱為“粗制”)的量將會減少，該機器優選地優化輕壓道次(light passes)的高速加工。

歷史上，迄今使用的很多處理和移除頭已利用側對接系統。

優選地，機器提供整體的對接系統。整體的對接系統可以將材料和能量輸送至第一支架或第二支架上的處理頭，該處理頭可以布置為從工件移除材料或者可以布置為處理工件。

在優選實施方式中，對接系統布置為在處理頭與機器上的對接歧管之間提供干凈的連接。可操作的密封件可以設置在配合歧管的兩半上。此外，頭中對雜質敏感的部分(諸如，激光能量的光學窗口)可以由僅在頭歧管和對接歧管匹配之后打開的滑動門或旋轉門覆蓋，從而當頭或對接基座在存儲位置中時，消除了污染物積聚到所述敏感區上的機會。另外，氣刀的定位可以用于在門關閉之后吹掉任何污染物以確保粉末端口和其他對接歧管連接可以保持清潔。

輸送至處理頭的材料可以是粉末、流體、或纖絲(filaments)的形式。在一些實施方式中，材料可包括聚合物材料。在其他實施方式中，材料可以選自包括以下項的組：粉末形式的金屬材料、非金屬材料、聚合物材料、陶瓷材料、粘土材料、鹽材料、導電的材料、電容的材料或絕緣的材料、固態或半液態到全液態形式的纖絲、桿、纖維(短的、截斷的、長的、或連續的)板材、或線纜。可替換地，材料可以設置在液體、乳液、氣體、氣霧劑或漿料中的懸浮物中。與基板材料相結合，連續纖維或不連續纖維也可以沉積以形成復合材料。在優選實施方式中，介質可包括聚合物顆粒或纖絲。通常這種原料可由能量源加熱至一溫度，使得材料能以可控的方式被供給、引導、擠壓、噴射或以其他方式沉積。可替換地，流體材料可以從可以設置在機器中的介質儲存器供應至處理頭。材料可以由能量源加熱直到儲存器中的所有的材料都是流體并且以可控的方式擠壓出。在一些實施方式中，材料還可包括導電的材料、半導的材料、電容的材料、壓電的材料以及絕緣的材料，這樣使得電路能在工件形成過程中鋪設。

在另一優選的實施方式中，介質可包括可以粉末或線纜的形式設置的金屬。這樣的金屬可以用于形成工件的主體或者可以施加于工件的一部分以便鋪設電子電路。

機器的特別優勢在于可以提供各種各樣的頭并且這些頭能夠沉積材料以便生產用嵌入電子、生物以及其他功能子系統而完成的工件。

可設想機器可以用于制備原型、最終使用的產品和整個產品。

在優選實施方式中，整體的對接系統布置為能夠在需要時將材料和能量供應至處理頭。優選地，進行處理所需的激光能量平行于z軸輸送，但來自緊靠工作區移除的點。將理解的是，源于激光束路徑的優點可是直接的并且因此與需要在射束路徑中使用反射鏡的激光功率的側面對接輸送相比，由于很少的反射器和光學器件，所以輸送的激光功率的衰減很少。

在一個優選的實施方式中，對接裝置可以設置在處理頭的頂面上并且支架中的整體對接基座布置為與具有處理頭的支架上的歧管對齊并匹配。

在其他實施方式中，歧管和對接裝置可以設置在支架的軸環中。支架可包括布置為能在z方向上移動的主軸并且對接歧管可以設置在主軸的軸環上。

在機器中提供一體的能量源具有很多優點。在一些實施方式中，能量源可以是以工件作為目標的射束。控制組件可以設置成控制所施加的能量束并且源可以選自激光器，諸如，紅外激光器、可見光激光器、以及UV激光器。可以控制脈沖持續時間以在阿秒(as)至至多飛秒(fm)直到連續波(CW)持續時間之間變化。可以根據執行的處理(移除材料、添加材料還是變更材料)選擇所選擇的能量源。還可以選擇能量源和脈沖持續時間以通過待處理的材料優化能量的吸收率。束開關還可以用于在不同的激光束源之間進行改變。

在一些實施方式中，能量源可以供應至工件或者處理頭，具體地，使用布置為由支架運送至處理頭的纖維光纜供應至處理頭。將理解的是，在一些情況下，由于能量密度可能需要中空型芯。

如已論述，機器具有凈側和臟側并且工件可以位于腔室中。優選地，處理頭或沉積頭保持處于干凈的狀態。將理解的是，在沉積或處理工件的過程中，工件的雜質可導致加工質量差或者材料有瑕疵。因此，重要的是保持在凈側上使用的處理頭沒有雜質或者使可出現的雜質最小化。

優選地，機器(并且特別地冷卻處理頭)使用低溫冷卻系統冷卻。在特別優選的實施方式中，使用有機冷卻劑并且有機冷卻劑不會在后面留下殘余物，有機冷卻劑蒸發、汽化、氣脹(flatulises)或以另外的方式燃燒以形成具有非常低的含濕量的產品。將理解的是，可以使用其他冷卻劑，諸如，液態氮。

在一些實施方式中，冷卻劑可以供應至腔室或者冷卻劑可以供應至工件或處理頭。

可以通過在腔室與干凈的工具更換器之間提供密封件保持凈側。用于沉積或處理的任何處理頭可以存儲在第二工具更換器中并且第二工具腔室可以適當密封。用于銑的處理頭不需要保持在干凈的環境中并且當不使用時存儲在第一工具更換器中。由于第一工具更換器在“臟”側上，第一工具更換器不需要與腔室或工件密封隔離。

在特別優選的實施方式中，機器設置有布置為在z方向上移動的重復的(duplicated)支撐件和支架。在一些情況下，支撐件和支架是相同的。在其他情況下，優選地可以在支撐件和相應支架中的每一個上提供專用對接歧管。如上文討論的，支撐件和支架中的一個專門用于進行干凈處理并且另一支撐件和支架專門用于“臟”處理。

優選地，支架和支撐件上的頭的對接布置為維持干凈的環境。優選地，激光處理頭的光學器件沒有暴露于空氣并始終保持處于干凈的環境中。在一些實施方式中，提供自動蓋系統，借此對接基座上的蓋的自動打開所選擇的處理頭上的相應門。一旦支架上的頭的對接已完成，系統密封。對接過程的自動化使得不需要肉眼檢查能夠發生處理。因此，將理解，由于不再需要提供用于檢查的激光器安全窗口，配備有自動對接且不需要肉眼檢查的機器可以使用更高功率的激光器。

在一些實施方式中，可以通過使用氣刀和空氣凈化將環境保持為干凈的環境。這在用于更換頭和頭與支架對接的區域周圍可能是特別期望的。

期望第二處理頭在存儲在第二工具更換器期間保持在干凈的環境中。優選地，為處理頭設置獨立的存儲區。在一些優選實施方式中，處理頭倒置在工具更換器中使得處理頭的面對著工具更換器槽體的表面被密封。

另一重要的區域是在工件的加成制造中對使用的粉末的控制。通常，將粉末施加于工件的表面上。通常，一部分粉末不會保留在工件上是一個問題。在一些情況下，將會超噴(overspray)。

期望地，機器包括廢棄物提取器。這可以用于從其中其聚集切削液的工作區域的底部中移除細屑。此外，可以使用合適的過濾、提取以及除濕從工作區域中移除煙霧和濕度。這樣的空氣過濾/除濕系統防止空氣污染物和濕度影響工作區域的清潔。

在優選實施方式中，存在噴涂過量的粉末的集成捕捉。在一些情況下，可以在機器中設置能夠滑入腔室中以捕捉噴涂過量的粉末的托盤。優選地，可以收集通過托盤捕捉的材料并可以直接重新使用或者可以重調節并重新使用。一些材料可逸出粉末收集托盤。這樣的材料通常利用冷卻劑從腔室中移除并且可以從冷卻劑中過濾并重新使用。

機器的重要方面是提供工件和處理頭或頭的整體監控。

在已知的系統中，其中對工件進行銑或切割或通過移除材料處理，工件通常被認為是優質的。然而，在加成制造中，已實現了對于工件質量來說重要的是確保高標準執行處理以確保任何加成制造都是優質的。因此，監控過程和工件以確保檢測到任何不完善是重要的。

優選地，可以在機器上設置以下監控方法中至少一個。可以監控處理中或加成制造中的熔池。可以使用熱感攝像機監控并記錄工件的熱歷程。氧傳感器可以設置在腔室中。波譜成像可以用于分析處理中的工件的部分。這樣的監控可以設置在支架上或者可以單獨設置在機器的腔室中。

另外地或可替換地，可以通過利用處理頭中的加速計監控處理。可以使用定位在腔室中的檢測器執行校準程序。這樣的程序可以布置為監控該處理頭或每個處理頭和/或工件。期望地，使得能夠在處理頭與機器中的控制器之間進行無線通信。還可以提供與遠程控制器或輸出的通信。這樣的通信可以使用IR或無線數據傳輸。另外，可以利用使用MT連接或其他建立的無線協議處理數據的通信。

在一些實施方式中，可以監控任何光學元件的焦距并且進行數據輸出。

在一個實施方式中，傳感器和電路可以照其制成的樣子嵌入工件以形成可監控使用中的部件的情況和健康狀態的監控設備。優選地，待打印到工件中和打印到工件上的這樣的傳感器和監控設備可以設置成在所述部件完成之前起作用并向用戶給出反饋。可設想監控設備可以繼續在部件的整個使用壽命期間都起作用。這樣的監控設備的示例將會成為應變監控電路，其可以檢測到設備何時被加載超過安全狀態。

在一些優選實施方式中，可以將來自機器和來自處理頭的數據輸出到遠程監控裝置。優選地，監控機器和輸送頭的性能以及來自腔室和工件的數據并實時報告。在一些實施方式中，可以實時執行分析。優選地，可以執行統計分析以預測工件的故障。在一些實施方式中，可以對處理頭進行分析以識別處理頭的潛在故障。在所有情況下，檢測優選地形成閉環反饋系統以確保部件的優質品生產并且如果需要的話允許不滿足合格的質量標準的部件的區域進行原位補救重做以避免刮擦部件。

根據本發明的一方面，提供一種根據本發明的一方面的機器，其中，至少一個支架設置有集成對接系統。

優選地，對接系統布置成使得在處理頭的頂面處進行支架與頭之間的對接。

期望地，與支架的整體對接對齊并且使支架上的歧管與處理頭中的配合歧管配合。在一些優選實施方式中，歧管垂直于輸送頭加載軸定向。這可以消除或減少移動供應對接歧管的需要，因為處理頭對接動作還實現了歧管的對接。已發現此舉特別適合不需要視線的能量源但其也可以和激光器以及其他能量源一起使用。

在優選實施方式中，支架與處理頭之間的連接布置成能密封的以便優選地隔離污染物。

在一些實施方式中，處理頭歧管布置為固定。然而，在一些優選實施方式中，歧管布置為從處理頭向外移動到對接位置。已發現這在當處理頭在工具更換器中占用更少的空間時是特別有利的。此外，在存儲位置中，可以在歧管上方設置密封件。這對在凈側上使用的處理頭是尤其有利的并且希望盡可能將所有的元件保持處于干凈的狀態。可以通過滑動門提供這樣的密封件。

沉積頭包括將能量提供至工件和介質進料機的電極，其中，頭包括布置成使電極與工件之間的電弧彎曲的集成電磁場。

將加成制造技術集成到CNC機器中已促使新的光束輸送方式，從而使結合的實用性最大化。這也為CNC機器的激光束輸送引入新的方式，包括在不同組的光學器件甚至沉積技術之間自動進行切換的能力。

根據本發明的另一方面，提供一種機器，機器設置為在位于工作站的工件上執行材料的移除和添加，工作站具有布置成處理工件的至少一個設備，設備布置為可在至少兩個軸線上可移動并且其中在能密封的腔室中處理工件。

根據本發明的另一方面，提供一種布置為在位于工作站中的工件上執行材料的移除和沉積的機器，機器具有布置為處理工件的至少一個設備，設備布置為可在至少兩個軸線上移動并具有凈側和臟側并且其中在干凈的環境中執行將材料沉積到工件上或處理工件。

根據本發明的又一方面，提供一種在工件上工作的方法，該方法包括將工件放入根據本發明的一方面的機器的腔室中并通過移除材料處理工件，通過從腔室和工件中移除廢棄物清潔腔室，在腔室中在干凈的環境中處理工件以及從腔室中移除工件。

在一些實施方式中，可以提供自動裝置以將工件放在工作站上。優選地，自動裝置可包括取放夾。這樣的夾可以在工作平臺上將工件從第一位置移動到第二位置或者可以將工件移動到工作區域中和工作區域之外。在優選實施方式中，夾選擇并放置物體，該物體包括照它們制成的樣子嵌入部件中的有關電的物體。工作區域可以是腔室或者可以是工作平臺。

AM和CNC可以結合使得可以使用AM制造或維修產品并通過使用材料移除(諸如，CNC材料移除)使表面得到處理而完成并且參考圖1來說明這個過程。已知使用具有永久連接至工具的多個頭的并可選擇以對工件進行處理的機器。這樣的布置增加加工頭所占據的總體積，這限制了加工頭的操作。將工件從一個工作站移動到另一個工作站也是已知的，每個工作站執行特定的操作，包括添加步驟和后沉積處理以及切割。

如以上簡要地提及的，機器具體適于使頭及頭的使用方法的優勢最大化，但是將理解的是，可以將頭改造成現有的CNC機器以允許使用現有CNC機器進行加成制造和后沉積處理及切割。因此，本文中公開了本發明的進一步的方面，該方面涉及頭的特征和使用頭和執行制造方法的方法。

根據本發明的一方面，提供了制造產品的方法，該方法包括下列步驟中的至少一個：

i)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)將第一處理頭更換成第二機頭，第二機頭可具有與第一沉積特性不同的第二沉積特性；

iii)進一步鋪設具有第二組性能的材料。

根據本發明的另一方面，提供了制造產品的方法，該方法包括下列步驟中的至少一個：

i)使用具有工作站的機床，第一處理頭可連接至機床；工具更換器和存儲位置布置成存儲多個進一步的處理頭；

ii)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)將第一處理頭更換成第二處理頭，第二處理頭可具有與第一沉積特性不同的第二沉積特性；以及

iii)進一步鋪設具有第二組性能的材料。

優選地，存儲位置是機器的一部分但遠離工作站。優選地，未使用的任意處理頭均存儲在遠離的存儲位置中并且當不使用時不連接至機床。

提供以上方面的特征的實施方式的有利之處在于它們使得能夠在單個站執行對制造的產品(即，工件)執行的處理類型且不需要在站之間移動工件。因此，這方面可以被認為提供制造過程的單件或偽單件流程。將理解的是，選擇合適的處理頭并移動至工件。

在至少一些實施方式中，固定處理頭的機床可以自動將處理頭從第一頭更換成第二頭，從而提供可幾乎不或不與操作員交互的方法。

優選地，該方法包括使用具有制造產品的工作站的機床，第一處理頭可連接至機床；工具更換器和存儲位置布置成存儲多個進一步的處理頭。工具更換器可以布置為從機床移除第一處理頭，將第一處理頭放置在存儲位置中，從存儲位置移除第二處理頭并將第二處理頭連接至機床。

方便地，當與第一沉積特性相比時，第二沉積特性改變以下參數中的一個或多個：

(相對于構建表面)沉積角度、材料類型、沉積的材料的混合物、沉積速率、珠子大小、沉積的截面形狀、能量輸入、材料的納米/微米特性(包括硬度、延展性、耐化學性、強度、耐磨性、導電率和導熱率、絕緣強度、或任何其他材料性能)、材料的顏色和透明性、表面光潔度的紋理。

在一些實施方式中，第二沉積特征布置為提高將產品制造為期望產品的保真度，從而移除或至少減少對產品的表面光潔度的需要。實施方式可以提高產品的內表面和外表面中至少一個的保真度。

一些實施方式可以布置為用第一處理頭和第二處理頭中至少一個沉積犧牲材料。

至少一些實施方式布置為分階段制造產品使得多次使用第一處理頭和第二處理頭中至少一個。

至少一些實施方式使用可以用于從產品中移除材料的第三處理頭。第三處理頭可以是銑頭或其他機床。

在至少一些實施方式中，方法可以包括使用處理頭，該處理頭布置為在至少第一層材料已沉積之后處理工件的表面。也可以處理第二層或進一步的層的表面。

通常，處理頭可以連接至機床上的主軸。將理解的是，主軸被認為是機床的一部分。

在一些實施方式中，機床可包括供應單元，供應單元布置為將電源供應至或者能夠將電源供應至該處理頭或者每個處理頭。處理頭可以包括布置為連接至供應單元以將電力供應至處理頭的對接歧管。對接歧管可以布置在主軸旁邊或附近。在一些實施方式中，對接歧管可以布置為沿著橫向于主軸的軸連接。在其他實施方式中，對接歧管可以布置為沿著平行于主軸的軸線連接。在其他布置中，歧管可以旋轉就位。在其他布置中，歧管可以合并到主軸柱、主軸殼體或方便為主軸提供接入的軸線(諸如，許多機器配置的Z軸線)中的一個中。例如，歧管中的端口可以布置成圍繞主軸的軸環的模式。

電源可以是激光能量。每個處理頭可被配置為從頭中實現唯一的空間模式和能量分布。可以通過使用光學系列部件實現模式，諸如，孔徑、固定的或可變衍射或反射光學器件以及如本領域已知的輔助導向機構。

優選地，除了將電力供應至處理頭之外或者代替將電力供應至處理頭，對接歧管布置為將處理介質供應至處理頭。處理介質可以是粉末或纖絲形式的金屬材料、塑料材料、聚合物材料或陶瓷材料的一種或更多種、冷卻冷卻或處理流體、包括其混合物的氣體等。

根據本發明的另一方面，提供了制造產品的方法，該方法包括下列步驟中的至少一個：

i)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)將第一處理頭更換為第二處理頭，其中，第二處理頭布置為分析待制造的產品和處理頭的功能中至少一個。

優選地，方法進一步包括使用分析的信息選擇要執行的進一步的加工或處理步驟。

優選地，方法包括使用具有制造產品的工作站的機床，第一處理頭可連接至機床；工具更換器和存儲位置(或僅僅是如在本領域中已知的用于改變傳統的轉動切削工具的利用主軸可獲得的工具的存儲位置)布置為存儲多個另外的處理頭。工具更換器可以布置為從機床移除第一處理頭，將第一處理頭放置在存儲位置中，從存儲位置移除第二處理頭并將第二處理頭連接至機床。

方便地，第二處理頭是以下中任意一個或更多個：圖像記錄設備、照明設備、觸摸探頭、3D表面和容積掃描儀、攝影測量系統、傳感器(諸如，氧傳感器、熱傳感器、熱感攝像機)渦流發電機、超聲換能器(對于空氣、凝膠、以及液體連接的)、電磁式波發生器、感應加熱線圈、電磁體、放大器件、板材漸進成形工具、熱風器、真空裝置、感應加熱器、檢流計、示波器、數字鏡裝置、結構光掃描儀、研磨機、磨料、頭的直角變化、共聚焦或可變顯微鏡、包括伽馬和X射線的電磁探測器、攝譜儀等。

優選地，對接歧管布置為將電力從供應單元供應至第二處理頭并將數據發送到第二處理頭及從第二處理頭接收數據。

有利地，提供一種控制器，控制器布置為控制機床和工具更換器。優選地，控制器具有數據存儲部件并且處理頭的參數存儲在數據存儲部件中。優選地，控制器布置為控制第一處理頭以沉積材料并且然后布置為根據所沉積的材料和所制造的工件選擇第二處理頭。控制器可以使用來自分析的數據以選擇要使用的進一步的處理頭。

可以使用來自第二處理頭的數據用于對工件的處理進行質量控制。數據還可以用于或者可替換地用于確保工件滿足期望質量標準。來自第二處理頭的數據可以另外提供有關處理頭的功能的信息。這樣的數據可以允許對待估計的處理頭進行校準或者表明處理頭需要替換或維修。

根據本發明的另一方面，提供一種機床，機床布置為提供本發明的第一方面中的至少一個的方法。

機床可以適于提供本發明的方法。機床可以用處理頭改造，并且控制器布置為執行所公開的方法中的一個或多個。

根據本發明的另一方面，提供一種機器可讀介質，機器可讀介質包含當由計算機讀取時使得計算機執行本發明的方面中至少一個的方法的指令。

根據本發明的另一方面，提供了檢查正制造的產品的方法，該方法包括下列步驟中的至少一個：

i)將來自第一處理頭的流體噴射到待檢查的產品上；

ii)經由所述流體將第二處理頭耦接到待檢查的產品上；以及

iii)經由所述流體輸送信號以便檢查產品。

在一個實施方式中，第一處理頭和第二處理頭是相同的頭并且該方法因此提供用于檢查產品的高效手段。

流體可以是冷卻流體，冷卻流體可以是通過主軸冷卻流體，從而提供允許處理頭適于現有的機床的方法。在這種實施方式中，流體可以是布置為在材料移除處理期間使用的機床冷卻流體。

在可替換的或另外的實施方式中，流體可以是凝膠等。這樣的流體可以被認為犧牲流體，因為后面將會從正檢查的產品中移除。

在其他實施方式中，第一處理頭和第二處理頭是不同的并且其中第一處理頭布置為沉積犧牲材料。

根據本發明的另一方面，提供一種布置為執行本發明的另一方面的方法的機床和/或處理頭。

根據本發明的另一方面，提供一種機器可讀介質，機器可讀介質包含當由計算機讀取時使得計算機執行本發明的另一方面中的方法的指令。

在本發明的以上任意方面提及的機器可讀介質可以是以下中任何一個：CDROM、DVD ROM/RAM(包括R/-RW或+R/+RW)、硬盤驅動器、存儲器(包括USB驅動器、SD卡、緊湊的閃存卡等)、傳輸信號(包括互聯網下載、同類的東西的ftp文件傳輸)、線纜等。

根據本發明的另一方面，提供了一種處理工件的方法，該方法包括：

i)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)通過以下中至少一種處理正制造的產品：激光器切除、鉆孔、標記、熔覆、檢查、3D掃描、熱加工、錘打、拋毛、噴丸清理、錘擊或微錘擊、針錘擊、或軋制，方法包括在工件上執行的多個處理步驟。

在優選的方法中，通過進一步的處理頭或多個頭執行一系列處理。優選地，每個處理頭布置為優化特定處理。

方法包括在工件上執行的多個處理步驟。方法可以包括兩個、三個、四個、五個或更多個處理步驟。

優選地，處理步驟中的至少一個包括工件的檢查和或分析。期望地，使用來自工件的分析的數據選擇進一步的處理步驟中至少一個。

根據本發明的另一方面，提供一種布置為同時執行兩個處理過程的處理頭。

在一個實施方式中，由相同的頭執行加熱和加壓處理。在其他實施方式中，可替換處理或加工可以結合。下面陳述了可以結合的示例性過程列表。要強調的是，列表是示例性的而不是窮舉的。

感應加熱和激光金屬沉積，諸如，熔覆或焊接等；

感應加熱和錘擊；

感應加熱和激光處理(諸如，熱加工)等；

激光加熱和錘擊；

激光加熱和軋制(rolling)；

激光加熱和鑿(chiseling，以移除材料)；

激光加熱和壓力銷；

激光材料沉積和感應間隔距離測量

激光拋光(或其他處理)和攝像機以評估處理的有效性

僅在激光處理之前噴砂或磨砂以清潔/粗化表面

僅在激光淀積之后，噴丸錘擊以將壓縮應力傳給以前的層

在空氣吹出后沉積脫脂劑以制備表面

僅在基于電弧的金屬沉積頭前面沉積基于礦物的焊劑的沉積噴嘴(其中焊劑制造溶渣以保護冷卻熔池以防氧化)

空氣吹出加上激光金屬沉積頭

使用攝像機，例如用噴墨噴嘴在基準符號上對準；

使用一個或多個攝像機(可見的、HDR、IR等)和程序(過程，porocess)以檢查所述處理；

激光金屬沉積和檢測裝置以識別表面和/或子表面缺陷，諸如，通過渦流探傷；

渦流探傷和3D掃描(用于表面形式)；

激光金屬沉積和3D掃描；

激光金屬沉積和多攝像機(攝影測量法)；

噴墨頭和攝像機；

必要時利用切割裝置以切割纖維的增強纖維的沉積

銑和攝像機(用于測量)

顯微鏡(多個顯微鏡，共聚焦、立體聲等)-以及照明裝置。

將進一步理解的是，除了以上陳述的那些之外，處理頭可以布置成執行其他過程的結合。在一些實施方式中，處理頭可以布置成執行多個過程。

在一些實施方式中，可以對工件進行檢查或分析。在一些實施方式中，處理頭還可以布置為分析。這樣的分析可以提供與處理頭的狀態有關的數據。

在優選實施方式中，同時執行加熱和加壓處理。優選地，加壓處理是間歇的。在優選實施方式中，加壓處理是錘擊。

在一些實施方式中，處理頭可以布置為優化以同時執行兩個過程，諸如，激光熔覆和熱軋。在其他實施方式中，處理頭布置為同時執行激光沉積(或焊接、冷噴涂、定向能量沉積等的其他形式)和錘擊。優選地，具有錘擊銷的頭的一部分布置為遵循工件上材料的沉積使得在熱時處理沉積材料。在其他實施方式中，激光沉積頭可以與具有輥的一部分結合。

優選地，對接歧管布置為將處理頭連接至供應單元并將電力和介質供應至處理頭。

在實施方式中，同時執行激光熔覆和熱軋，對接歧管優選地布置為將處理頭連接至供應單元以供應激光熔覆的電力和冷卻液以在熱軋操作中冷卻輥。對接歧管還可以布置為將介質供應至處理頭。

在特別優選的實施方式中，方法包括通過錘擊對工件進行的表面加工。期望將壓力施加于工件的一層的部分或在一層上的局部區域以減少層中的應力。在一些情況下，當材料的層熱沉積時，快速冷卻會使得其在拉伸應力之下。期望通過將壓力施加于一些層或全部層減少或消除拉伸應力。這可稱為錘擊或微錘擊。可以逐漸地進行以便利用殘余應力實現區域的部分覆蓋、全部覆蓋或重復覆蓋。

在一些實施方式中，可以通過將處理頭轉換角度(indexing)以遵循沉積線來實現錘擊。在優選實施方式中，頭可以布置為激活一個或多個錘擊銷以在由處理頭處理的區域的痕跡(wake)中增加壓力。可以通過裝置(諸如，激光器)進行處理。期望地，可以激活多個銷。在優選實施方式中，銷的激活布置為與激光脈沖頻率反周期。在其他實施方式中，能量源極可以是電弧、電子束、微波、感應加熱器或者其他類似的能量源。可以通過選擇構建策略增強這些應力減低技術，構建策略以平衡的方式分配應力，諸如，(其中，所希望的端部的幾何形狀適于)使用薄壁的且對稱的構建圖案。部分還可以模擬種子構建，其中層之間是不平的，但基本上是球形的-實質上在小芯周圍開始并且以層的方式向外生長(以珍珠通過球形層如何生長層的相似的方式)。

在一些實施方式中，可以設置處理頭，其中，介質供應至工件并且能量源將能量施加于工件。在優選實施方式中，處理頭可以布置為控制能量指向工件的方向。

在優選實施方式中，能量源和介質進料機可以通過處理頭上的接收歧管連接至處理頭。接收歧管可以布置為連接至承載處理頭的支架上的供應歧管。介質進料機優選地基本上平行于電極。這樣的布置有助于自動化。

期望地，能量源布置為產生熔池。優選地，能量源是處理頭與工件之間的電弧。可替換地，還可以使用穿過等離子體“窗”的電子束。優選地，介質直接供給至熔池中。最好是，處理頭包括布置為控制能量朝向工件的方向的裝置并且在優選實施方式中處理頭包括產生電磁場的裝置。期望地，電磁場可以控制成使得可以控制熔池相對于介質進料機的位置。為了使全方位材料沉積期間沉積物特性的可變性最小化，期望允許主軸中心線上的材料同軸進料并將熔池有效地定位成在相同的同軸線上。

在一些實施方式中，可以提供自動裝置以將工件放在工作站上。優選地，自動裝置可包括取放夾。這樣的夾可以在工作平臺上將工件從第一位置移動到第二位置或者可以將工件移動到工作區域中和工作區域之外。在優選實施方式中，夾選擇并放置物體，該物體包括照它們制成的樣子嵌入部件中的有關電的物體。在一些情況下，部件的匣可以整合到如在圖40和圖41中示出的取放頭中。工作區域可以是腔室或者可以是工作平臺。

根據本發明的另一方面，提供一種布置為執行處理工件的步驟的機床，包括：

i)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)處理要通過加壓處理制造的產品。

根據本發明的進一步的方面，提供一種處理頭，該處理頭布置為將壓力施加于通過加成制造形成的工件的至少一部分上。

根據本發明的另一方面，提供了制造產品的方法，該方法包括處理工件的下列步驟中的至少一個，包括：

i)使用第一處理頭，該第一處理頭具有第一沉積特性以鋪設具有第一組性能的材料；

ii)處理要通過加壓處理制造的產品。

在一些優選實施方式中，加壓處理是間歇的。優選地，加壓處理是通過沉積材料的表面上的一個或多個沖擊進行的。該運動可以是機械的或者可以是超聲波的。可以由機床或者由處理頭產生機械運動。可以通過頭中的銷的致動產生運動。可以同時或依次進行銷的致動。優選地，冷卻液流體供應至處理頭以使銷保持冷卻。

優選地，頭可包括一個或更多個輥、至少一個輥的陣列、一個或更多個開槽輥。在其他實施方式中，頭可包括銷、鑿或錘或者多個銷、多個鑿、或多個錘。優選地，電源連接至處理頭。在一些實施方式中，通過使用機械運動執行微錘擊。可機床中產生該運動。優選地，在處理頭中產生機械運動。可替換地，可以超聲地產生該運動。在特別優選的實施方式中，處理頭包括銷的陣列。可以考慮到正在應力消除的工件的幾何形狀選擇陣列的配置。可以選擇處理頭的序列以適配特定幾何形狀。這可由操作者基于他們的經驗或者優選地通過CAM軟件中的算法完成。

控制器可以選擇處理頭以分析工件并使用來自分析的數據以選擇進一步的處理頭。

根據本發明的另一方面，提供一種具有接收歧管的處理頭，接收歧管具有密封開口的能打開的閉合件以及布置為在打開和關閉位置之間移動閉合件的致動器。

優選地，接收歧管布置為當接收歧管連接至供應歧管時打開閉合件。期望地，該布置使得處理頭的內部不暴露于一般環境。

在優選實施方式中，處理頭的內部可以包含激光路徑并且激光路徑不暴露于對接/非對接過程中的環境污染。一旦處理頭已對接并且頭牢固地連接至供應歧管就可以連接到激光路徑的電源。電源可以是激光束。

優選地，供應歧管還設置有第二能打開的閉合件并且第二致動器布置為在打開位置與關閉位置之間移動第二閉合件。第一閉合件和第二閉合件可以布置為能一起打開以允許從供應歧管連接至處理頭。

如上所述，處理頭可以儲存在并用在干凈的環境中并且頭的內部和外部的保護提供超過現有頭和頭的使用環境的重大的優點，將理解的是，當頭與現有的CNC機器一起使用時在處理頭與供應歧管之間干凈的連接的提供提供了顯著的優點。

在一些實施方式中，根據本發明的一方面，接收歧管可以設置在處理頭中并且可以布置為與機器中的供應歧管對接。優選地，接收歧管布置為連接至支架，在支架上處理頭在所描述的機器中接合。在傳統的機器中，接收歧管可以布置為連接至設置在機器上的供應歧管。接收歧管可具有可以與供應歧管連接的打開位置和保護接收歧管中的連接不受污染的關閉位置。

開口可以設置在處理頭的一側上并布置為與供應歧管上安裝開口的相應側連接。可替換地，如上所述，特別地但不排除地與機器接合，接收歧管可以設置在處理頭的上面上。在一些實施方式中，歧管可以從縮回位置移動到連接位置。在一些優選的情況下，可縮回的歧管可以設置在處理頭的一側上。

技術人員應理解關于本發明的任何一個方面和/或實施方式描述的特征加以必要的變更可以用于本發明的任何其他方面/實施方式。

現在將僅通過舉例并參照附圖來進一步描述本發明，其中：

圖1是根據本發明的機器的部分剖視圖和立體圖；

圖2是穿過圖1的機器的截面；

圖3是與圖2的截面成直角的機器的剖視圖；

圖4是圖3的截面的不同的視圖；

圖5是穿過機器的臟側的截面；

圖6是現有技術處理頭；

圖7是機器中使用的處理頭；

圖8是圖7中的示出了處于用于存儲的關閉位置和打開位置的頭的處理頭的細節；

圖9示出了取放處理頭的示例；

圖10a和圖10b(現有技術)示出了移除的材料如何用于完成由添加處理制造的產品；

圖11a和圖11b(現有技術)示出了在制造產品中改變層厚度的效果；

圖12示出了示例機床；

圖13(現有技術)示意性地示出了穿過機床頭的截面；以及

圖14示出了各種不同的機床頭；

圖15示出了具有相關聯的空間和電源輸出的各種不同的機床頭；

圖16示出了概括實施方式的流程圖；

圖17a至圖17c示出了在圖16中描述的方法的效果；

圖18示出了使用圖16的具有不同的期望加工的流程圖的另一示例的結果；

圖19示出了用于處理工件的內部特征的實施方式；

圖20a和圖20b示出了使用支撐材料的實施方式；

圖21示出了使用支撐材料的進一步的實施方式；

圖22示出了處理頭的進一步的示例；

圖23示出了用于將工件耦接至處理頭的材料的進一步的實施方式；

圖24示出了穿過關于圖23概述的方法中使用的處理頭的剖視圖；

圖25a至圖25e示出了可選擇的能量分布的示例；

圖26a至圖26e示出了可以實現的空間功率輸出；

圖27示出了具有鑿尖的處理頭；

圖28示出了具有用于錘擊的單個銷尖的處理頭；

圖29a至圖29d示出了用于錘擊的可替換銷尖；

圖30a至圖30e示出了適于錘擊的輥尖的選擇；

圖31示出了具有尖的處理頭，該尖具有垂直與水平輥；

圖32是圖31的頭的側視圖；

圖33示出了具有激光處理和軋制的結合的處理頭的變型；

圖34示出了具有激光淀積和錘擊尖的結合的處理頭的變型；

圖35是圖34的處理頭的變型；

圖36是可替換的錘擊頭；

圖37是現有技術沉積頭；

圖38是修改的沉積頭；

圖39示出了所實現的熔池的移動；

圖40是布置為供應多個部件并且其中通過對接基座再裝滿部件的處理頭；以及

圖41是與圖40的處理頭相似的處理頭，其中，將部件存儲在處理頭中的儲存器中；

圖42示出了具有側開口且具有可在打開位置與關閉位置之間移動的閉合件的處理頭的立體圖；

圖43是圖42的處理頭的側視圖；

圖44是用于添加材料并施加壓力的處理頭的示意性截面圖；

圖45是可替換的頭的示意性截面圖；

圖46是對接的激光處理頭的示意圖；

圖47是具有激光束輸送和用于反饋和監控的傳感器的處理頭的側視圖；以及

圖48是修改圖47的頭以包括多個攝像機的示意圖。

圖1示出了根據本發明的一方面的機器1的局部截面和立體圖，其中，機器布置為在工件2上執行材料的移除和添加。工件2位于工作站中，工作站在腔室4中。機器具有布置為從工件移除材料的第一設備6。第一設備包括布置為在第一支撐件10上移動的第一支架8。支撐件10能夠在第一軌道12和第二軌道(未示出)上沿x方向滑動。支架8可在支撐件10上沿y方向移動。支架可在支撐件10與工件2之間沿z方向移動。

在這個實施方式中，工作站包括工作平臺14(也就是，固定臺)。

機器包括布置為處理工件的第二設備16。第二設備16或機構包括安裝在第二支撐件20上的支架18。第二支撐件20也布置為在第一軌道12和第二軌道上沿x方向滑動。第二支架18適于在第二支撐件20上沿y方向移動。

提供了第一工具更換器22和第二工具更換器24。多個第一處理頭存儲在第一工具更換器22中。第一處理頭是布置為對工件2的材料進行銑(mill)、切割、鉆孔、刨平的頭。這些處理被認為是“臟的”并通常產生廢料。在這些處理期間使工件2保持干凈并沒那么重要。

機器1布置成使得在使用中第一支架8鄰近第一工具更換器22移動并且選擇合適的處理頭。處理頭移動至對接位置并與支架8對接。支架8移動至腔室4并在z方向上移動以使第一處理頭就位以對工件進行處理。

如在圖3中可以看到，粉末收集托盤26被放入工作平臺14下方的腔室4中以收集從工件2落下的任何廢棄物。冷卻劑和廢物移除流體通過第一支架8中的通道被提供至工件。冷卻劑流體通過機器1中的管道從腔室4移除。腔室具有傾斜至通道30的地板28，該通道連接至管道。從工件落下的細屑或其他廢料可沿著通道30和管道與冷卻劑材料一起從腔室4中移除。

一旦第一處理頭已完成工件2的處理，第一支架8在z方向上移動以從工件移除處理頭。第一支架然后在y方向和x方向上移動以將第一支架8帶到第一工具更換器22。將第一處理頭從第一支架上拆卸下來并移動到第一工具更換器中。第一支架在使用中而第二支架處于不起作用的位置。

優選地，第一設備6包括第一支架8，在使用中多個能互換的處理頭能夠可移除地安裝在第一支架上并且能互換的處理頭可存儲在第一工具更換器22中。第二設備包括多個能互換的處理頭能夠可移除地安裝在其上的第二支架18，第二設備的可移除處理頭可存儲在第二工具更換器20中。

期望地，每個工具更換器在其中存儲有多個處理頭。第一工具更換器優選地存儲設計成能從工件移除材料的處理頭。這樣的頭可以布置成執行銑、研磨、平整、打孔、切除、機械加工以及如本領域公知的其他材料移除處理。機械加工可以是激光輔助的并且處理頭可以利用同軸激光傳輸或離軸激光傳輸。第二工具更換器24存儲第二處理頭32。第二處理頭32用于處理以及用于添加過程，并且在環境清潔狀態中被保持和使用。

現在轉向示出了穿過機器1的截面的圖2，能夠看出工件2放置在腔室4中的平臺14上。粉末捕捉托盤26處于粉末再循環排氣罩34下方的縮回位置，從該位置可以提取粉末并回收再使用。在縮回位置或回收位置中，粉末捕捉托盤位于凈側并且來自排氣罩的管道36位于干凈的工具更換器24下方。

圖3是機器的截面圖并且該截面與圖2的截面成直角。粉末捕捉托盤26被示出為在工件下方的腔室4中的位置。腔室4設置有引導至地板的底座中的提取通道30的傾斜地板28。當粉末捕捉托盤26在腔室中未就位時，細屑或其他廢料從工件2落到地板28上并在坡道上下降到在底部處的通道30。細屑和其他廢棄物可經由如以下將描述的提取管道38從通道中移除。

在這個實施方式中，腔室4設置有可氣密地密封的進入門40。

腔室中工件的平臺14可在2個軸線A和B上移動。將理解的是如果需要平臺14可以布置成在更多的軸線上移動。

可以容易地看到，機器具有與腔室相鄰的電氣柜42。電氣柜42容納所需的連接件并控制機器。

將理解的是，工作站或者至少工件固定裝置將與到地面具有單獨的路徑的其余的機器電隔離。工作站的隔離使電弧能夠用作熱源且不會給機器帶來電風險。

在一個實施方式中，使用3個軸線的機器的柔性接地帶來實現電隔離，該3個軸線的機器具有其間安裝有聚合物混凝土或陶瓷間隔件并且下面的機器支架(軸線)使其隔離的工作臺。在很多情況下，在3個軸線的機器上，足以僅使工件固定裝置隔離并接地。然而，5個軸線的機器可能更困難并且可能很難使傾斜的回轉工作臺隔離并接地。在優選實施方式中，工作平臺是通過其間的陶瓷或聚合物混凝土絕緣體及下面的支架隔離的。通過使用包圍總體上圓形的或者基本上圓形的整個平臺的一組炭刷來實現接地，使得其能夠連續自由旋轉但總是存在通過一直圍繞的炭刷通向地面的路徑。

可以看到機器上部上的第一軌道12以及定位成與第一軌道相對并與其平行的第二軌道44。每個支撐件均可在第一軌道和第二軌道上移動。可以容易看到，第一支架8被布置為可沿著第一支撐件10在y方向上移動。第一支架8在“臟”側上并被布置為從在機器的后面可見的第一工具更換器22中選擇第一處理頭。第一支撐件10和第二支撐件20可以在容納在第一軌道12和第二軌道44中的滾珠螺桿上移動。

圖4是圖3的截面的不同的視圖并示出了在工件2上就位的第一支架8。在這種情況下，第一支架8在使用中并且從工件移除材料。照這樣，期望將從工件2移除細屑或其他廢料并且將存在于腔室4中。為了便于移除，移去粉末捕捉托盤26并且通過通道30和管道38將脫離工件并落到地板28上的廢料從腔室4中移除。

圖5是穿過機器的臟側的截面并示出了第一工具更換器22和連接至腔室4中的通道30的通路46。通路46通向具有廢料提升螺桿48的傾斜管道38，廢料提升螺桿可以是阿基米德螺桿或者可以使用的其他已知提升螺桿或運輸裝置。用于操作廢料提升螺桿48的電動機50設置在傾斜管道38的上端。一旦廢料已提升至管道38的上端，其運輸到廢料收集部52。到廢料收集部的輸送是自動化的。

盡管未示出，但冷卻劑是通過管道38并通過設置在細屑提升螺桿48中的通道從腔室中提取的。

在機器上設置頂板，但為了清楚未示出，并且頂板布置為能夠滑動回來以允許起重機進入機器1并且也允許機器人操作(robotic handling)的進入。

同樣未示出的是在腔室中使用的并通常包括罩(cover)或雙重密封的波紋管(bellows)的內襯。

機器可以建造在聚合物混凝土基礎上以提供穩定性和穩健性，且沒有不當的重量。

如已描述的，通常機器可以與已經已知的處理頭一起使用并且這樣的處理頭已經與加成制造結合使用或與CNC機械加工結合使用。這樣的處理頭已在申請人早期的申請諸如WO/2014/013247和未公布的申請號：GB1412843.3和GB 1423407.4中有所描述。

圖6是處理頭的示意圖，該處理頭是現有技術處理頭。其包括具有介質進料機62和能量源63的頭60，該能量源通過歧管66將能量輸送至連接至合適的機器的電極64。歧管66從處理頭60中分離出來并且必須將歧管布置為通過處理頭的移動而對接并支撐起來。

圖7是修改的基本上改進的處理頭的示意圖。處理頭包括被布置為將能量71輸送至電極72的頭70。電極在工件73上產生熔池。處理頭還以纖絲74的形式將介質提供至鄰近熔池的工件。能量和介質是從供應歧管75供應的，供應歧管通過固定至其上嚙合有處理頭70的支架76的連接件而連接至機器。處理頭70具有適于與供應歧管75配合的接收歧管77。接收歧管77和供應歧管75配合并且當支架76拾取處理頭70時對接在一起。

現在將關于圖8更詳細地描述處理頭上的歧管。圖8示意性地示出了處于圖8a中的關閉位置中的接收歧管77。在這個實施方式中，如在圖8a中可以看到的，門80旋轉至關閉位置。在這個位置中，保護連接件不受雜質污染。在圖8b中，門80示出為處于打開位置中并且可接近接收歧管的上表面81上的連接件以連接供應歧管75。

圖46示出了激光處理頭460上的歧管。通過對接歧管界面(通常用464表示)將平行激光束462供應至激光處理頭460。對接界面464布置為允許隨著工具安裝運動而實現對接運動并且接收對接歧管466具有通常被向上指向的上表面468使得當處理頭移動以與機器上的主軸接觸時接收對接歧管466的上表面與供應對接歧管472的下表面470接觸，其中機器上安裝有處理頭。平行激光束通過激光處理頭向下指向并且施加于工件(通常用474表示)。

下面參考圖42和圖43來描述可替換的歧管。

圖9示出了多個取放夾(pick and place grabbers)。這些端工具可以固定到處理頭上并可在處理步驟之間利用以將材料放置到工件上、從工件移除一部分、添加或移動部件。它們對于通過構建過程將部件添加到工件部分的方式特別有用。它們對于提高構建過程的自動化并減少要發生的人員干涉的次數特別有用。提高的自動化還使得能夠保持并改進干凈的環境。

取放夾特別適于與具有可應用于工件的組件的匣(magazine)的頭結合。傳感器或芯片可由匣分配并且然后通過如在圖40和圖41中示出的合適的取放夾放入工件上或工件中的位置。

附圖10a和圖10b示出了使用與材料移除技術相結合的加成制造(AM)制作的產品100的一部分。具體地，圖10a示出了如同在AM中的情況下將產品100構建成一系列層而導致的臺階表面102，在AM中，工藝過程使用一系列層進行制作。產品的最終預期表面在圖10a中被示出為連接臺階102的內角的臺階線104。因此，為了制造預期表面104，那么必須從產品100移除延伸到預期表面104以外的材料。

圖10b示出了在這個實施方式中使用計算機數字控制的(CNC)機頭106移除材料108以提供完成的預期表面的過程。還可以制造產品，或至少部分產品，其中材料不遵循在AM中使用的沉積步驟并且對其的簡要論述如下參考圖11。本文中對產品的引用應當解釋為不僅是指整個產品，而且還指產品的一部分。

圖11示出了隨著在AM處理的單獨道次中鋪設的深度的增加，完成表面的粗糙度增大，但制作制造產品的速度通常隨著在單獨道次中鋪設更多的材料而增加。因此，在圖11a中，能夠看出，與如在圖11b中示出的其中在AM過程的每道次中已鋪設更少的材料的產品206的預期表面204相比，產品202的預期表面200中具有更大的臺階。因此，在現有技術中，除非移除的后期處理材料還要使用，否則關于是否通過在每道次中鋪設更多的材料而快速地制造產品，或者是否需要改進的表面光潔度從而減小可制作產品的速度做出選擇。

技術人員將會理解，無論所使用的步長(即，在AM過程的每道次中鋪設的材料量)如何，均可以移除材料以提供如關于圖10描述的加工表面。然而，材料的量并且因此廢棄物的量以及所需移除材料的時間將由制造產品、或產品的一部分的步長(即，在AM過程的每道次中鋪設的材料量)來決定。

圖12示意性地示出了機床300，該機床通常包括保持在機床300的夾持機構中的處理頭302以及布置為處理保持在工作空間(work volume)中的工件304(諸如，圖10的產品100)。通常，工件304由附加夾持機構(諸如，虎鉗等)保持在工作空間中。此外，機床300通常由控制器306(控制器可以被認為計算機)控制，控制器控制處理頭302的位置就像其處理工件304一樣。

大部分機床300布置成使得處理頭302可與其他處理頭302互換以便為即將到來的(at hand)的任務提供正確的處理頭302。以銑床為例，那么第一處理頭可被提供用于移除粗料，而第二處理頭可被提供用于移除細料。在移除材料的情況下，諸如，銑，那么處理頭通常可以稱為加工頭或銑刀。

因此，機床300具有工具變換器308，該工具變換器通常可以在控制器306的控制下自動更換機床100正使用的處理頭302以處理工件304。通常，工具更換器也將在控制器306的控制之下。在所示出的圖中，除了處理頭302已經在機床300中之外，進一步的四個處理頭(其可以是機械加工頭)310、312、314、316被示出為在存儲位置308。

圖13示出了處理頭400，該處理頭通過使用機床100的夾持機構402而連接至機床100，并且該處理頭可存儲在處理頭308(即，工具更換器)的存儲間中，并且自動地連接至具有其工具更換器的機床100。在此，工具更換器308可提供用于機床100當前不使用的處理頭、加工頭等的存儲位置。本文的討論涉及一種夾持機構402，并且假定與夾持機構402連接的主軸是機床100的一部分。

在所描述的實施方式中，處理頭400被布置為將激光束406聚焦到工件304上。在其他實施方式中，可使用其他能量源代替激光。因此，處理頭布置成在控制器306的控制下用聚焦的激光束406(或其他能量源)處理工件304。

在圖13中，示出穿過處理頭400的截面并且能夠看出反射件(諸如，反射鏡408)布置為通過九十度角移動入射激光束410以入射到聚焦透鏡412上用于形成聚焦的激光束406。

除激光束和光學部件之外，處理頭400還包括一個或多個管道以輸送介質。例如，介質可包括在傳輸流體中的布置成被能量源熔化的聚合物、陶瓷和/或金屬粉末。處理布置成使得通過處理頭輸送介質，并且使介質經過能量源從而使介質在到達工件304之前被熔化或至少半熔化。同樣地，能使用處理頭將材料沉積到工件上，并且提供了沉積系統，該沉積系統例如可用于對部件進行修復。因此，在加成制造過程中可以利用處理頭。

機床(包括主軸)和夾持機構402具有在圖13中由虛線XX表示的縱向軸線。加工頭(例如，銑刀)應存在于夾持機構402內，因此加工頭圍繞軸線XX旋轉。方便地，能量源(在實施方式中被描述為激光束406)被聚焦到大致位于在工件304的表面上的軸線XX上的點、區域等413。

在其他實施方式中，聚焦透鏡412實際上可以布置成引起發散光束，諸如，將會是預加熱基板(如在圖14中的D中的處理頭316所示)、熱加工工件或者在熱噴涂中的一些類型等情況。

盡管附圖中未示出，本發明的一些實施方式可以布置成沿著軸線XX通過機床的主軸發送能量源，即，從圖11中示出的點407的區域。在這種實施方式中，供應單元將向處理頭400供應介質。

在其他實施方式中，無論是否從區域407或從別處提供能量源，可以優選地從離開軸線XX的位置進行沉積。

鄰近于處理頭400和夾持機構402而設置有供應單元414，該供應單元提供了用于容納多個部件的殼體。處理頭400包括處理頭對接歧管401并且供應單元414包括供應對接歧管，處理頭對接歧管和供應對接歧管被布置為彼此緊密配合以在如在圖13中示出的狀態下將供應單元414連接至處理頭400。

在供應單元414的頂部上設置有能量源416，該能量源在實施方式中描述為激光器。激光器416生成被發送至供應單元414中并穿過分別包括第一透鏡418和第二透鏡420的光束擴展器417的光束。光束擴展器417用于增大激光束的直徑以便實現在工件304上更好的聚焦并且減小光學器件上的熱負荷。

供應單元414還包括另一反射件422，該反射件布置成將來自激光器的光束以90°朝向處理頭400和該處理頭中的反射件408反射。如所提及的，光束可以通過利用可變光學器件或固定光學器件或這些光學器件的組合或排列來控制。在圖26a至圖26e中示出了激光束的空間分布的示例。激光束的功率分布也可以改變并且在圖25a至圖25e中示出了示例。

當供應單元414連接于此時，供應單元414還包括通過歧管連接至處理頭400的各種介質424的供應。將理解的是，可以通過與供應單元的供應歧管對接供應介質。可替換地，可以從處理頭中的內部容器或筒供應介質。

在一些實施方式中，介質可以是合適的粉末并且可以通過端口或環形供應管線從處理頭的側部供應。可以通過側部進料機或者優選地通過同軸指向的端口或同軸環形出口將粉末供應至工件。

可替換地，介質可以金屬絲或聚合物纖絲的形式提供并且可以從供應單元提供。絲可以沿著與工件同軸的引導件進料或者可以設置在從處理頭到工件的多進料機中。

在一些情況下，介質可以是流體并且可以是用于工件的惰性屏蔽或成形的氣體。可以將氣體從供應單元提供至處理頭。液態流體可以用于冷卻如以下將更詳細地描述的處理頭。液體還可以用于將處理頭與工件進行耦接，以用于進行超聲波清洗、摩擦或檢查。在一些其他實施方式中，液體可以用作限制如在工件的激光沖擊錘擊中使用的能量脈沖的介質。

技術人員將認識到圍繞工件304的區域426通常是指機床的工作區(或空間)。

圖25示出了所描述的實施方式中的保持在工具更換器308中的各種處理頭310-316。技術人員將會理解被選擇以示出該實施方式的特定頭僅是示例并且其他實施方式將很可能使用其他處理頭和/或加工頭。

因此圖12的實施方式可以用在混合方法論中，混合方法論中將工具更換器作為自動化系統以允許提供兩個AM以及材料移除、檢查等。這樣的混合方法論降低成本并減少了通常通過人工操作員、機器人、或其他自動化解決方案的迄今已進行的技術之間進行工件304傳輸相關聯的復雜化。對現在可以混合并部署包括多個添加、減去以及檢查技術的技術的類型沒有固定的限制。

工具更換器308的使用使得能夠方便地轉換各種激光處理頭，其中每個都是特定任務的最恰當的光學器件、粉末焦點、以及屏障氣體(如關于在圖13中示出的頭所示出的)。使用不同的頭的選擇開啟了比使用單個處理頭通常實現的更寬的有效操作范圍。其他實施方式可以使用處理頭，該處理頭使用除激光器以外的能量源，或者使用提供除如本文中描述的以外的功能的基于激光器的處理頭。

圖14更詳細地示出了所描述的實施方式的處理頭310-316。其他實施方式當然可以是其他頭。第一頭310是傳統的同軸激光熔覆頭。第二頭312是具有用于優化高功率多模式激光器的激光聚集中的能量分布的光學器件的激光熔覆頭。第三頭是具有優化的輪廓和高壓/速度惰性輔助氣體314的激光切割頭。第四頭316具有用于清潔(包括移除冷卻劑殘余物)、預熱、退火、熱加工等的平行或發散聚集頭。使用這組頭310-316，所描述的實施方式可以用各種方式處理工件304。例如，在渦輪葉片的修復/恢復中，在熔覆期間覆蓋的任何孔都可以通過改變機床100使用的處理頭310-316由相同的裝備中的激光鉆孔重新打開。

圖15更詳細地示出了處理頭和一些可替換的空間分布以及可以選擇的相關聯的功率輸出。可以通過選擇激光處理頭中的光學器件來控制空間輸出。光學器件可以是可變的或固定的。可變的光學器件可以選自鏡(多個鏡)、檢流計(多個檢流計)以及數字鏡裝置的自由形式。

這是如何混合提高當前工具的靈活性的示例。那么將激光處理與在機器中檢查結合在系統中構建處理中質量保證的另一層，能夠在部分完全變成浪費的廢料之前真正糾正(通過檢測、移除和重新添加材料)所引發的問題。

在圖47和圖48中示出了將激光處理和檢查相結合的處理頭。圖47示出了對應于參考圖13描述的激光處理頭。在這個實施方式中，處理頭4700以攝像機或傳感器4702的形式設置有第二處理功能。盡管定位成觀察熔池的攝像機的使用在本領域中是已知的，但將攝像機引入工作區中以通過可對接的歧管增強一個或多個沉積頭提供了通過頭進行監控的能力，這些頭能夠這樣，在不使用時將其從工作區中安全地移除。攝像機4702設置為與激光束4704的進料機相鄰。激光束4704指向部分反射件4706，反射件朝向主軸的軸線引導激光束能量。部分反射件4706允許通過反射件同軸觀察。

設置有第二反射件4708并且這允許攝像機在激光束輸送中的同軸視線。攝像機被設計成在過程反饋和工件的監控中提供并且可適于在激光處理頭的功能上的過程反饋中提供。

將理解的是，可以通過將攝像機安裝成具有到部分反射件的直接視線來安裝攝像機，而不使用第二反射件。任選地，多個攝像機可以用于監控不同的光譜。將理解的是，如在圖48中示意性地示出的，在頭上安裝可替換的傳感器以監控來自工件或者來自頭的其他數據是簡單的。第一攝像機4702鄰近激光束進料機安裝并具有通過反射件4708和部分反射件4706具有激光束的同軸視線。第二攝像機4710鄰近第一攝像機4702安裝。第二反射件4712提供從第二攝像機到激光束進料機的同軸視線。

本發明的一些實施方式可以設置成或許通過提供每種材料的不同的處理頭而將異質材料沉積到工件304上。

因此，關于圖16的流程圖描述了可以如何使用所描述的實施方式的示例。

作為第一步驟600，機床300被布置為從工具更換器308中選擇第一處理頭312(激光熔覆頭)。這個頭與圖13中描述的相似并被布置為將材料(在這種情況下，金屬)沉積到工件304上。

如本領域中已知的，控制器306被編程為控制機床300和處理頭312以沉積材料(步驟602)以制造期望的產品。技術人員將會理解本文中描述的技術將適于制造整個產品或修改現有的產品。現有的產品的修改將會包括對該產品的修復。

如以上關于圖10和圖11描述的，在層中構建通過處理頭312沉積的材料，這使得工件306的外表面上臺階明顯。這樣的臺階將還會出現在任何內表面上。

因此，一旦控制器306執行預定點的程序，機床被布置為將處理頭312對接回到工具更換器308(步驟604)中。技術人員將理解預定點將通過程序確定。在一些實施方式中，當用于產品的大部分材料正在制造時，預定點可以是已沉積的。在其他實施方式中，產品的材料的沉積可以重復的(迭代的，iterative)方式進行：即，沉積一些材料、更換處理頭、執行其他處理、將沉積頭返回并進一步進行材料沉積，并且關于圖19描述了這樣的處理流程。

控制器306然后使機床選擇第二處理頭(步驟606)，在這個示例中，第二處理頭是處理頭310。參見圖14，能夠看出激光束從處理頭310聚集到其上的區域小于處理頭312的區域。因此，當與處理頭312相比時，處理頭310將會更少量地沉積材料。因此，然后可以控制處理頭310以更精細的量沉積材料(步驟608)。

控制器具有數據存儲部件，數據存儲部件被布置為將有關處理頭的參數的信息存儲在存儲位置并被布置為基于期望產品選擇合適的處理頭。

此外，控制器可以選擇適于檢查或者分析工件的處理頭。控制器被布置為選擇合適的處理頭以根據來自分析頭的數據進行進一步的處理。

圖17示出了通過頭312沉積的層700a-d的厚度是如何比通過頭310沉積的層702a-c厚。例如，過程步驟602可以用于沉積層700并且過程步驟604可以用于沉積層702。技術人員將理解雖然圖16僅示出了處理頭的一次更換，但其他實施方式可以提供處理頭的多次更換以便繼續加工工件。每個所選擇的順序處理頭可由控制器使用來自檢查頭或分析頭的信息并根據要制造的工件來控制。

然而，還將會看到，頭310已用于填充正制造的表面部分704(即，工件)的臺階特性。因此，部分的表面變得更接近期望表面706并且步驟606中的第二處理頭已用于改善將產品制成期望產品的保真度從而移除或者至少減少對產品的表面加工的需要。根據進一步的頭的特性，如在圖17b和圖17c中示出的，可以實現期望表面的更高的保真度。

圖17b示出了實施方式，其中第二處理頭允許材料710a-e以最終期望表面706基本上可以實現的足夠的分辨率沉積且不需要進行進一步的處理。

圖17c示出了實施方式，其中，由第二處理頭沉積液體，并且由于液體(在凝固之前)中的表面張力，沉積且凝固的材料712a-e形成稍微延伸到期望最終表面706以外的凸面。

一旦處理頭310已用于在層702a-c、710a-e、712a-e中沉積較少量的材料，那么表面可具有可接受的表面光潔度。如果情況不是這樣，那么可以使用進一步的處理和/或加工頭進一步加工工件。例如，可以在剩余的步驟(例如，708)中在層700與702之間沉積較少量的材料以使表面更接近期望表面706。

在可替換的或另外的實施方式中，可以選擇銑頭等移除材料以提供期望表面。將理解的是，當與沒有通過處理頭310沉積材料層702a-c的實施方式相比，在這種實施方式中，將需要移除較少量的材料。因此，將理解的是，當與層702a-c沒有沉積的實施方式相比時，提供關于圖17概述的方法的實施方式提供表面光潔度，該表面光潔度或者i)在不用移除任何材料的情況下是可接受的；或者2)需要移除更加少量的材料以提供完成的表面。在圖17的示例中，在層700和702中沉積的材料基本上是相同的但在層700與702之間材料沉積的比率/量是可變的。

圖18用于舉例說明圖16的另一示例，在圖16中，材料在步驟602與606之間變化。將理解的是，除了改變所述材料的組成成分之外，還可以改變沉積的材料的比率/量。

如在圖17中，過程步驟602用于沉積層700a-d并且步驟604用于改變處理頭。

在步驟606中，當與層700a-d相比時，第二處理頭用于在層800a-d中沉積具有不同的特性的材料。技術人員將理解的是，雖然示出了層800a-d，但在這個實施方式中，如在層700a-d的面上，不需要這種情況。

在圖18的實施方式中，由不同微結構的材料提供不同的特性。具體地，沉積在層800a-d中的材料具有不同的熱加工，雖然其與在層700a-d中的材料可基本上相同，并且因此具有不同的硬度。例如，層800a-d可以構成硬化軸承面、類似物的氣缸套。本領域普通技術人員將理解通過改變處理參數，包括能量輸入、進料、添加劑、屏蔽體，可以改變各種各樣的納米和微米性能，包括對硬度、耐化學性、磁性、殘余應力、尺寸穩定性、導熱性、導電性等具有相應的效果的顆粒尺寸、晶體結構、晶體取向、以及化學性質。

在其他實施方式中，可以在步驟602與606之間改變材料。例如，步驟602可以用于沉積金屬并且步驟606可以用于沉積塑料。

在其他實施方式中，與圖18中示出的相似，層800a-d可以不通過另外的材料設置并且可以僅僅通過熱加工提設置到層700a-d的表層區。這樣的表層區加工可以由熱源(諸如，激光器等)設置。下面將更詳細地描述可替換的加工。

因此，圖18用于舉例說明實施方式，其中，當與在步驟602中沉積的材料相比，步驟606用于沉積不同的特性的材料(大體結構還是納米/微結構)。

圖19用于舉例說明關于圖16概述的過程的另一示例。在此，第一處理頭用于沉積一系列基本上環形的層900a-d。示出了每一層并且因此在圖中每一層之間的界面是可見的。技術人員將理解在層900a-d之間的該界面將會存在于每個層的環形外部上也會存在于每個層的內部。

在此，在步驟606中使用的第二處理頭是移除材料的頭部，諸如，銑床等。然而，材料移除不僅用于使層的外表面光滑(如902示出的)而且也以類似方式使環面內部光滑。

在其他實施方式中，可以使用第二處理頭沉積進一步的材料以便按與關于圖17中的外表面描述的方式相類似方式提高要生產的期望產品的產品的內表面的保真度。

因此，技術人員將理解，在這樣的實施方式中，在步驟602中使用第一處理頭沉積的層數受在步驟606中使用的第二處理頭在工件902內部可以到達足夠深(遠，far)的程度的限制。

然而，通過多次使用第一處理頭和第二處理頭兩者，從而分階段形成產品，可以構建具有平滑的內表面的更大的工件。

因此，在圖19的示例中，能夠看出在步驟606中一旦第二處理頭已結束，再次使用第一處理頭將另外四層904a-d沉積到工件902的頂部上。隨后，在步驟606中再次使用第二處理頭并且對新的層904a-d的內表面和外表面兩者進行處理以產生工件906。

內表面以這種方式平滑的實施方式可用于有用的應用中，其中，由于將理解的是光滑內表面可使得更好的流體流動，氣體、液體、或其他流體或流態化材料流動通過工件906。這樣的結構可以有用的示例包括燃料管線、液壓管線、冷卻通道、流管等。

技術人員還將理解的是，可以提供進一步的處理頭更換以便在每一層900a-d、904a-d等的內表面區域周圍提供宏觀或微觀材料的改變。另外，可以通過使用不同尺寸的沉積頭來實現基本平滑的內表面且不用進行認為更合適的機械加工。

圖20用于說明圖16的過程可以如何使用的另一示例。

在步驟602中，沉積第一材料。在圖20a的示例中，以第一材料為材料沉積圓柱體1000的一半。這個圓柱體1000將是如在下文中描述的犧牲材料。

在第二處理步驟中，將進一步的材料1002沉積在犧牲材料1000的上方。因此，犧牲材料1000支撐拱形件1004使得可以制造拱形件1004并且因此，犧牲材料1000為在隨后的處理步驟中沉積的材料提供支撐。一旦第二處理頭已結束并且另一材料1002已凝固等，可以移除犧牲材料1000。技術人員將理解，可以在移除犧牲材料1000之前完成進一步的處理步驟。

在這種實施方式中，材料1002的部分可以是用作支撐件的任何合適的材料。然而，可被認為是支撐材料的材料1002的部分通常可以是可溶性聚合物材料或者松散結合的/限定的微粒或粉末。根據定向能量沉積的領域中已知的限制，其可以在填充空隙的固體部分中或者可以形成為中空自支撐結構。例如，可以類似于教堂(類似拱形件)的形式制成支撐結構。其還可以通過其容易通過機械加工移除的方式作出。

圖21提供了其中支撐材料或者犧牲材料沉積以便于制造或修復下面的產品的又一示例。在此，制造的產品是渦輪葉片1100。在渦輪葉片的下部，存在在制造步驟期間難以保持的杉樹根部分1102。

因此，一些實施方式設置成將該杉樹根部分1102裝入一塊犧牲材料1104(在此用虛線示出)中。然后，可以夾持該犧牲材料1104以便在隨后的步驟期間保持渦輪葉片1100。因此，犧牲材料1104提供輔助工件的物理位置的臨時的犧牲材料。

將理解的是，部件可以得益于以多于一個點支撐。因此，在圖21的背景下，一個實施方式提供朝向與杉樹根部分1102相對的端部區域的犧牲材料1106的進一步的部分。該進一步的部分1106允許葉片1100固定在犧牲材料1104、1106的區域中的兩個點處并保護葉片1100不受夾持裝置(諸如，虎鉗等)的損壞。

技術人員將理解的是，盡管已使用渦輪葉片的示例，但任何其他部分可以這樣處理。

在一些實施方式中，處理頭可以用于提供布置為保護工件的表層區的保護材料。如同支撐材料一樣，保護材料可以(或者可以不)是在產品的制造中隨后移除的犧牲材料。

在又一實施方式中，如以上簡要地提及的，處理頭可以用于檢查產品。在這種實施方式中，處理頭可包括以下中任意一個或多個：圖像記錄設備、照明設備、觸摸探頭、3D表面和容積掃描儀、攝影測量系統、傳感器(諸如，氧傳感器、熱傳感器、熱感攝像機)、渦流發電機、超聲換能器(對于空氣、凝膠、以及液體連接的)、電磁式波發生器等。檢查數據可以從處理頭傳輸到控制器并從控制器傳輸到處理頭以控制檢查。

因此，從上述可以看出，本發明的實施方式提供可以應用于工件的各種處理步驟。技術人員將理解的是，關于任一個實施方式描述的特征加以必要的變更可以用于其他所描述的實施方式的任一個。

一些實施方式可以沖洗處理頭。這樣的實施方式是有利的，因為它們有助于確保對于處理頭的下一次使用處理頭是干凈的并且有助于避免材料被污染。此外，這樣的實施方式通過在處理頭中和/或處理頭上左邊的材料的粒子有助于防止部件磨損。具體地，在所描述的實施方式中，當處理頭返回至工具更換器308時，用壓縮空氣進行沖洗。在其他實施方式中，可以使用其他氣體(例如，惰性氣體(諸如，氮等))。

在一個具體的實施方式中，從供應單元414至處理頭400包括四個材料進料機。其他實施方式可具有更少的或更多的材料進料機，這些材料進料機每次使用一個或結合使用以提供加工過程中的合金形成。然而，四個進料機可用于在材料如何從供應單元414輸送至處理頭400上提供靈活性并可用于提高進行材料更換速度并且同時減小污染的可能性。

在一個示例中，可以使用兩個進料機將第一種材料進料到處理頭400。然后，希望交換材料并且因此料流停止，或者至少使用旁通回路，轉移離開處理頭400。在所描述的實施方式中，據發現有利的是，將材料轉移回到料斗使得其不被浪費，從而收集從處理頭沖洗/轉移的介質。在此，轉移而不是使進料機停止有助于確保材料進料機中的壓力不會升得過高。

一旦第一材料已轉移(即，停止進入處理頭)，用空氣沖洗處理頭并且隨后先前未被使用的兩個進料機現在用于將第二材料供應至處理頭。這樣的實施方式的有利的，因為其允許所供應的材料從第一材料迅速切換到第二材料而不需要更換處理頭400或更換供應單元414同時確保材料中不會出現雜質。

可以執行各種動作以幫助從第一處理頭更換成第二處理頭。

此外，并且在所描述的實施方式中，載入與待使用的處理頭相關聯的參數以便用在控制器306中。因此，參考圖16，然后當第一處理頭被更換為第二處理頭時，那么在某點，在與第二處理頭相關聯的兩個頭參數之間的變化期間裝載以供在控制器306中使用。

存儲用于每個沉積頭的廣泛種類的處理參數(包括功率、進給速度、氣流等)以及通過幾何學要求觸發的這些中的每一個的更換比率。這些設定可以是存儲在分離的控制器中的數據庫表中并根據需要調用或者它們可以完全整合到機床控制器中并使用M代碼或者其他合適的信號調用。在一些情況下，沉積頭的參數可以與控制器中已與常規切削工具(諸如補償(offsets))相關聯的功能一起使用。實施方式可以再利用存儲在關聯加工頭(例如，銑刀頭等)中的參數以使得那些參數能夠與非加工處理頭(諸如，沉積頭、探頭等)一起使用。例如，對于處理頭，可以存儲以下參數中至少一個：

用于每個處理頭長度的刀具長度補償。通常沿著(將會稱為)Z軸測量工具長度，其在關于圖13描述的實施方式中是沿著軸線XX的。將理解的是，大部分機床300具有參數(通常稱為G代碼)，該參數用于調整測量的原點并存儲比特的長度或者其他材料移除器。這個參數可以用于存儲處理頭的長度。存儲處理頭的長度的實施方式的優點在于它們減小處理頭與工件304碰撞的可能性。實施方式可以調整處理頭的原點以允許處理頭在相同的機床300處在多個工作空間之間移動。該參數允許對機床300的原點進行調整以補償表上固定裝置的數據，諸如，當CNC表上存在兩個虎鉗(例如，兩個工作空間)時。在所描述的實施方式中，參數用于記錄從中心線的任意補償(進行微調以將機床300要使用的所有的處理頭都布置在中心線上和/或在一些情況下進行期望偏移)。

固定裝置補償可用于進行精密調整以確保頭位置基本保持在主軸的中心線上，或者指定從所述中心線期望的補償。這些補償通常將在X軸線或Y軸線上涉及，其在關于圖13描述的實施方式中將垂直于軸線XX。

在一些實施方式中，包括所描述的實施方式，可以修改或補償(compensated)所存儲的工具長度使得處理頭長度增加到超出其實際長度，以包括所設計的處理頭距構建表面(即，工件304的表面)之間的間隔距離。在此，間隔距離是處理頭與工件304之間所需的距離并且可以被調整以便控制(manipulate)沉積寬度。

在這個實施方式中，控制器306被布置為改變間隔距離，并且因此改變所存儲的處理頭的長度，以便改變施加到工件304上的激光束功率的分布狀態。技術人員將理解隨著激光器朝向工件移動或者遠離工件移動，那么其將會移動到標稱焦點內或者移動到標稱焦點之外。因此，使用包括間隔距離的處理頭長度可以允許由處理頭提供的任何能量源聚焦，其在所描述的實施方式中是激光器。

一些實施方式可以測量激光器從工件304的表面的反射的量并且旨在使這個量最小化，因此，處理頭被布置為測量從處理頭朝向工件，指向工件的能量(即，激光器)中從工件返回的能量。將理解的是，一旦激光器聚集，那么最大功率將會連接到工件304中，并且因此，從表面反射的激光量將最小。確定理想聚焦的這個過程可以是將頭移動通過大范圍的間隔距離以建立理想聚焦的存儲程序并且然后該過程的優化結果可存儲在如上所述的CNC工具長度表中，或相反。

此外，沉積或處理點不在主軸中心線上的任何處理頭可以存儲為固定裝置補償并且當將頭加載到主軸中時進行調用，因此重新利用標準的CNC特征來容納多頭的使用。

此外，實施方式可以存儲處理頭的進一步的參數。例如，可以存儲確定任何介質424的流動速率、任何屏蔽氣體的流動速率等的參數，確定任何能量源(諸如，激光器416)的功率的參數。在該段落中提到的參數可以表示它們應當如何根據處理頭的運動改變。例如，將理解的是，由于處理頭接近其路線中的轉彎，然后它可能需要減慢以便來實現那個轉彎。因此，由于處理頭減慢，對于實施方式來說減少介質424的流動，減少保護氣體的流動，并降低任何能量源的功率(例如，激光器416)將變得有利。

一些實施方式可以使用處理頭1200以將材料1204從頭1200中噴出或擠壓出，該處理頭使用機械裝置，諸如，注射器1202或一個或多個阿基米德螺桿(未示出)。這樣的實施方式可用于來自供應單元414的材料進料機或者可以另外供應來自處理頭1206中的儲存器的介質。

一些實施方式可以使用(機床的)主軸旋轉以直接地控制擠壓出的材料量。例如，在所描述的圖中的使用基于注射器的沉積的處理頭1200中，在注射器1202中引起位移的活塞或者其他裝置耦接至具有刀架的主軸并且因此控制主軸運動的命令改變控制沉積速率的位移。

在一個實施方式中，存在一種或兩種阿基米德螺桿，阿基米德螺桿布置為交互以增塑處理頭中的材料(通常通過已知的方式在注射模制之后剪切材料)，該材料通常是聚合物。使螺桿旋轉的能量可以直接來自主軸旋轉。可以另外設置加熱器以便幫助材料增塑。加熱器可以由從主軸運動中產生的電力供電。

在一個實施方式中，處理頭被布置為感測其所附接的機床的主軸轉速并使用該主軸轉速控制頭中的機械裝置。例如，從旋轉的第一速度轉換到旋轉的第二速度可以表示該流動應當開始。從高速轉換到低速可以表示該流動應當停止。

其他實施方式可以使用旋轉的其他速度以便將進一步的信息輸送到處理頭。

圖23示出了處理頭1300定位在正在檢查的產品1302上方的進一步的實施方式。該產品仍可以處于制造的過程中并且可以執行檢查步驟作為關于以上圖中任一個描述的過程的一部分。產品1302還可以是待檢查的成品。

圖23示出了從處理頭1300噴出并沖擊產品1302的表面的流體1304。在圖23的實施方式中，流體是安裝有處理頭以冷卻待銑、鉆孔、或類似處理的產品的機床通常使用的冷卻流體。因此，將會看到，如在圖中示出的，流體從表面1302噴射離開1306。為了便于使冷卻流體流到產品，沿著處理頭1300的中央區域設置通道1308。通道設置為盡可能確保流體1304具有層流，因為流體流中的紊流會減小到產品1302的耦接。

在一些實施方式中，流體1304為穿過主軸冷卻劑。

盡管如此，流體1304為設置在通道1308中并與在其中流動的流體1304連通的超聲換能器1310充分耦接，以便由換能器1310超聲輸送以與產品1302耦接。

因此，如關于圖23描述的實施方式可用于使用超聲波檢查產品1302。技術人員將理解的是，這樣的檢查可以用于確定產品1302中空隙等的存在。

在其他實施方式中，流體可以沉積到表面上并后來由處理頭用于將該處理頭耦接至部件以通過將流體用作耦合介質進行檢查(諸如，超聲波檢查)。其中，CNC機器配備有泛流冷卻劑能力并且冷卻劑足夠干凈，希望將其用作耦合介質，然而，其中，其不適于另一流體可以提供的目的。進行檢查的處理頭可以與沉積流體的處理頭相同或不同。在此，流體可以是凝膠等。凝膠可以稱為犧牲材料，由于其不會最終成為最終產品并用作檢查過程的一部分。

在圖27中以鑿的形式示出了具有1702的可替換的處理頭1700。可以用鑿尖處理工件的表面以減小工件或者工件的一部分的應力。鑿尖可以保持靜止不動或者可以通過主軸的移動來移動。可替換地，它們可以通過設置在處理頭中的機械裝置或超聲波裝置致動。

在圖28中，處理頭1800以銷1802的形式具有尖部。銷可用于消除工件中的應力和張力，具體地，拉伸應力。在圖29a至圖29d中示出了處理頭的尖部的可替換的配置。尖部可具有一個、兩個、三個或更多的銷。如在圖29c和圖29d中可以看出，可以使用銷的陣列。控制器可以選擇具有特定排列的銷的頭以將壓力施加于工件的所需部分并且所選擇的布置適于工件的幾何形狀。可替換地，可以提前使用平整軟件(諸如，CAM軟件)預先確定頭的選擇。

在圖29a至圖29d中，銷具有圓形截面，但技術人員將理解銷可以可替換地具有矩形、六邊形、正方形或者其他截面。如果需要其中不存在間隙或重疊的陣列，可以使用這樣的截面。致動該處理頭以沖擊工件或向工件施加壓力。這個過程被稱作錘擊。施加壓力釋放拉伸應力并且將壓縮應力施加于工件，因此改善工件的特性。該力導致材料壓縮，這在很多材料中有利于更好的疲勞壽命并且不那么容易傳播裂紋，且改進了耐金屬腐蝕性、耐腐蝕疲勞、以及耐空隙腐蝕。將理解的是，本領域技術人員將會看出，在這些示意圖中示出的錘擊方法是可與所有錘擊種類互換的，包括，噴丸、錘、連枷(羅托(roto))、振搗、撞錘、打點、針狀物、超聲波、微米、納米、以及激光沖擊錘擊。

在圖30a至圖30e中示出了可用于針狀地或超聲地錘擊工件的表面的可替換的頭。圖30a示出了具有連續輪或輥的頭并且可以引起施加連續壓力。圖30b和圖30c中的非連續輥可用于間歇性地施加壓力并且可以優選地減小機床所需的穩定性。最好是，機床或處理頭設置有力反饋機構以將期望量的壓力施加于工件并且實時理想地調整處理以確保每個工件的一致處理，其中該期望量的壓力可以被記錄下來并在監控反饋(包括力和工件溫度梯度)的計量回路中使用。

圖30d和圖30e示出了使用輪或輥的陣列的變化。技術人員將理解輥可布置為具有單獨的行程使得輥可順應它們所行進的表面。

圖31示出了處理頭包括輥陣列系列的實施方式。一對陣列布置為繞平行于主軸的軸線旋轉并且輥陣列布置為繞垂直于主軸的軸線的軸線旋轉。可以看出輥布置為作用于在工件上形成的壁部分的上表面和側表面。

在圖32中，圖32是處理頭的側視圖，在其中，可以更清楚地看到輥的系列布置為繞主軸軸線旋轉。

圖33至圖34示出了圖13的實施方式的變型并且相同的參考標號用于相同的特征。在圖33中，輥與激光熔覆頭相結合。這允許在工件上沉積后立即對材料進行熱軋。工件的熱軋能夠使沉積材料的微結構具有益處并且能夠減少影響材料的性質所需的力的量。如以上所提及，歧管和處理頭布置為將冷卻流體供應至頭中的內部通道并供應至輪或輥以防止過熱。輥環繞主軸轉換角度(indexed)以確保軋制動作與沉積的方向基本平行。

圖34示出了具有激光沉積頭和集成在頭周圍的錘擊銷的處理頭。這種布置允許對工件進行熱錘擊、錘打、拋毛、以及鑿刻。如前所述，冷卻劑供應至處理頭并在頭周圍循環以保持銷冷卻。通過撞擊表面熱的部分的表面執行錘擊，類似于鍛錘的使用，并且與冷錘擊相比，當力減少時，銷對在軟化狀態下的加熱的金屬的沖擊最大化。銷的動作是機械式的并由處理頭控制，但可以設想備選方案，諸如，通過機床或者通過利用超聲傳遞動作。如同先前的頭一樣，其可以環繞轉換角度以便從激光器喚醒加熱區域時增加壓力。銷可以附接使得一旦它們施加合適的力它們可以移位幾mm的行程。為了使得頭進行一定的行程，如果銷的運動取決于CNC機器的Z軸線，銷致動可以與激光脈沖頻率反周期以便不使激光器散焦。還將理解，此處已舉例示出了激光熱源，但也可以使用電子束、微波、感應加熱器等。

當力大(高，high)時并且尤其當力在主軸中心線周圍基本不對稱時，如本領域已知的，希望主軸具有防旋轉/扭矩塊和/或推力輔助軸環和/或整流罩安裝以輔助90度或其他角度的頭。在一些情況下，希望當承擔壓力、沖擊、或應力消除操作時旋轉主軸以幫助防止軸承表面由于不均勻負載而損壞(諸如，通過凹陷)。

將理解的是，上述錘擊頭可以獨立于激光頭使用。當冷或者至少不熱時，然后對工件執行錘擊。

圖35是圖34的處理頭的變型并具有擁有激光沉積頭和錘擊銷的處理頭。相同的參考標號用于相同的特征。在圖36中更詳細地示出頭。如在圖34的頭中，錘擊銷集成在頭周圍。然而，在圖34的頭中，頭環繞轉換角度以遵循沉積的線，在這個頭中，可以激活不同的銷以便在喚醒激光器加熱的區域時添加壓力。可以通過致動該錘擊銷或者通過增加單獨的銷的長度來激活使得在其他銷之前接觸表面。在另一種布置中，一旦將合適的力施加于銷上，銷附接至處理頭使得它們能夠位移幾mm的行程。已經發現，希望使銷致動與防止激光器離焦的激光脈沖頻率反周期，銷的運動取決于CNC機器的z軸線。將理解的是，能量源可以與代用能量源(諸如，電弧放電、電子束、微波、感應加熱器、或者其他等同能量源)互換。

圖44和圖45示出了適于執行兩個過程的可替換處理頭。圖44和圖45中的頭將聚合物擠出涂覆于工件。在圖44中，處理頭包括附接至刀架4402的聚合物擠出頭4400。擠出頭包括主體4404和噴嘴4406。噴嘴4406由緊密的框架4408圍繞。加熱器4410位于擠出頭的主體4404周圍。連接至刀架4402的螺桿4412在頭的孔4414中旋轉以使注射模制顆粒4416從介質進料機4418朝向噴嘴移動。由于顆粒沿著孔4414向下移動，顆粒被來自主體周圍的加熱器4410的熱熔化。由于顆粒熔融，由主軸驅動的螺桿4412增塑準備用于從噴嘴擠出的顆粒料。由于從噴嘴4406擠出材料，緊密的框架4408上下往復運動，從而將壓力施加到軟材料4420上，以便實現擠壓材料的真密度(全密度，full density)。

圖45示出了圖44的頭的變型。相同的參考標號用于相同的特征。在圖45中，另外的特征是連續纖維4422在同軸方向上進料至頭。纖維4422進料通過熔化的聚合物并與擠出聚合物4420通過噴嘴4406擠出。刀4424設置成一旦纖維被擠壓出就操作以周期性地切割纖維。當每次連續進料結束時，刀可以切割纖維。在其他實施方式中，周期性地短切纖維以產生擠壓材料的短切纖維增強的擠壓材料。

將理解的是，在可替換布置中，聚合物和紆維可以從相同的頭上的單獨噴嘴進料或者可以由不同的隨著處理頭在沉積步驟之間切換的頭應用。

技術人員將理解螺桿不需要連接至工具保持器但可以位于接收處或者甚至供給處。聚合物可以在機床中熔化并且僅通過連接至或可連接至處理頭的主體的加熱管進料至處理頭。

圖37示出了現有技術沉積處理頭，其中，電極3701將能量供應至工件3702并且線纜3703饋入熔池3704中。通常，這僅在電極前面完成，因為在電極前面饋入線纜防止線纜纏到基板上。通常用3705表示的區域是稀釋層和熱影響區。

圖38示出了新沉積頭，新沉積頭包括將能量提供至工件3802和介質進料機3803的電極3801。頭包括用于產生整個電磁場3804的裝置，該電磁場布置為使在電極與工件之間延伸的電弧3805彎曲。

電磁場3804將電弧3805彎曲成略微在電極3801的前面。線纜形式的介質進料機3803可以基本上平行地進料到電極從而便于自動化。線纜總是直接饋入熔池3806中并不受進料方向變化的影響。如果有必要，可以通過改變施加于電弧的電磁場控制電弧的彎曲。電磁場3804可以通過改變用于產生場的電的模式來控制或者可以通過控制一個磁體或多個磁體的位置來改變。

圖39示出了使用圖38的頭在熔池的位置中能夠實現的控制。電極的位置沒有改變但為電磁體供電的場的極性相反。在這種情況下，熔池位置移動大約10mm。熔池的位移允許線纜與電極同軸進料。將理解的是，如果需要，除了線纜的軸向位置以外，電弧可以有意轉移至可替換的位置。

圖40和圖41示出了可固定各種部件4002的處理頭4001。在圖41中，部件4002被固定在儲存器或存儲設施4004中的處理頭4001中并且頭4001被布置為根據需要分配部件4002。在圖41的實施方式中，如用4008示意性地表示，可通過對接基座4006對處理頭4001再加料。

圖42示出了具有主體4600和噴嘴4602的可替換處理頭。處理頭可連接至支架并具有位于主體的側面4606的接收歧管4604。如在圖42和圖43中可以看出，接收歧管4604包括開口4608，該開口具有布置為可在閉合件在開口上的關閉位置與打開位置4614之間的軌道4612上移動的閉合件4610。致動器(不可見)被布置為在對接操作中將閉合件從關閉位置移動到打開位置并在非對接操作中將閉合件從打開位置移動到關閉位置。在關閉位置中，處理頭的內部與環境隔離。在打開位置中，可通過開口布置電力和介質供應的對接。在對接位置中，通過開口將電力和介質供應到處理頭的路徑與環境隔離。

將理解的是，已在本文中描述了多個不同的概念。技術人員將理解這些可以單獨使用或者與本文中描述的其他概念結合使用。