CN112638621A - 用于增材制造系统的导流系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造(AM)系统(10)，包括：壳体(18)，其限定室(20)；构建平台(22)，其设置在室(20)内；和上部气体入口(76)，其被构造为在平行于构建平台(22)的第一方向(11)上供应上部气体流(72)。AM系统(10)包括：下部气体入口(84)，其设置在室(20)中，并且被构造为在朝向室(20)的底壁(24)的第二方向(15)上供应下部气体流(92)；和导流系统(96)，其被构造为接收下部气体流(92)并且在平行于构建平台(22)的第一方向(11)上重定向下部气体流(92)。AM系统(10)包括：一个或多个气体输送装置(66、82)，其流体地联接到上部气体入口(76)和下部气体入口(84)，并且被构造为调节上部气体流(72)和下部气体流(92)的一个或多个流动特性；和气体出口(112)，其被构造为从室(20)排放上部气体流(72)和下部气体流(92)。

Description

用于增材制造系统的导流系统和方法
优先权信息
本申请要求于2018年8月21日提交的美国专利申请序列号16/107,709的优先权。
技术领域
本文公开的主题大体涉及增材制造系统和方法，并且更具体地，涉及采用聚焦能量以选择性地熔融粉末材料从而产生物体的直接激光烧结(DLS)或直接激光熔化(DLM)系统和方法。
背景技术
与从初始形式中选择性地去除材料以制作物体的减材制造方法相反，增材制造(AM)处理通常涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形的物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但它包含以各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由形式制作，3D打印和快速原型/工具。特殊类型的AM处理使用聚焦能量源(例如，电子束，激光束)来烧结或熔化沉积在室内构建平台上的粉末材料，从而形成其中粉末材料的颗粒粘结在一起的固体三维物体。
如在直接激光烧结(DLS)和/或直接激光熔化(DLM)中使用的激光烧结/熔化是通用的行业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体的方法。特别地，激光烧结/熔化技术通常需要将激光束投射到基底上的受控量粉末(例如粉末床)上，以便在其上形成熔融颗粒或熔化材料层。当激光束在粉末床处与粉末相互作用时，在室内会产生烟雾和/或颗粒物(例如冷凝物，飞溅物)。烟雾和/或特定物质可能对所得物体的质量有害。例如，室内的悬浮烟雾和/或特定物质会干扰激光束，并在激光束到达粉末床之前降低其能量或强度。作为另一个示例，烟雾和/或特定物质可能沉积在粉末床上，并可能并入所得物体中。
在某些激光烧结/熔化(或DLS/DLM)系统中，为了去除烟雾和/或颗粒物并防止沉积，气体流被引入室的上部部分(例如，在z方向上朝向室的顶部并远离构建平台)中以大致上平行于构建平台流动。然而，该上部气体流可能不能有效地去除室的下部部分(例如，在z方向上朝向构建平台并远离室的顶部)中的烟雾和/或颗粒物。因此，颗粒物可能被捕获或沉积在室的下部部分内，这会降低DLS/DLM处理的所得物体的质量。
发明内容
在一个实施例中，一种增材制造系统，包括：壳体，其限定室；构建平台，其设置在室的下部部分中；和上部气体入口，其设置在室的第一侧壁中。上部气体入口被构造为在平行于构建平台的第一方向上供应上部气体流。增材制造系统包括下部气体入口，该下部气体入口设置在室中并且被构造为在至少初始地朝向室的底壁的第二方向上供应下部气体流。增材制造系统还包括导流系统，该导流系统设置在底壁附近并且被构造为接收下部气体流，其中，导流系统在平行于构建平台的第一方向上重定向下部气体流。增材制造系统还包括：一个或多个气体输送装置，其流体地联接到上部和下部气体入口并且被构造为调节上部和下部气体流的一个或多个流动特性；和气体出口，其设置在室的第二侧壁中，其中，气体出口被构造为从室排放上部和下部气体流。
在另一个实施例中，一种操作增材制造系统的方法，该方法包括：在室内的构建平台上沉积粉末材料的床；将上部气体流供应到构建平台水平上方的室中；以及在不平行于构建平台的第一方向上并且朝向靠近室的底壁设置的导流系统，将下部气体流供应到室中。该方法还包括：经由导流系统在平行于构建平台的第二方向上朝向构建平台重定向下部气体流；并且在供应上部气体流以及供应和重定向下部气体流的同时，将聚焦能量束施加到沉积在构建平台上的粉末材料的床的至少一部分上，以形成固化层。
在另一个实施例中，一种增材制造系统，包括：壳体，其限定室；构建平台，其设置在室中；和粉末施加装置，其被构造为相对于构建平台平移并将粉末材料床沉积在构建平台上。增材制造系统还包括上部气体入口，该上部气体入口设置在构建平台上方的室的第一侧壁中，其中，上部气体入口被构造为在平行于构建平台的第一方向上供应上部气体流。增材制造系统还包括室中的下部气体入口，该下部气体入口被构造为在朝向粉末施加装置的第二方向上供应下部气体流。粉末施加装置包括导流元件，该导流元件被构造为接收下部气体流并在平行于构建平台的第一方向上重定向下部气体流。增材制造系统还包括：一个或多个气体输送装置，其流体地联接到上部和下部气体入口，并且被构造为调节上部和下部气体流的一个或多个流动特性；和气体出口，其设置在室的第二侧壁中，其中，气体出口被构造为从室排放上部和下部气体流。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是根据本实施例的具有制造室的增材制造(AM)系统的实施例的示意图；
图2是示出根据本实施例的具有上部气体流布置以及下部气体流布置的图1的AM系统的制造室的实施例的示意立体图，该下部气体流布置具有被构造为导向下部气体流的导流系统；
图3是根据本实施例的包括在图2的AM系统中的导流系统的实施例的横截面示意图；
图4是根据本实施例的包括在图2的AM系统中的导流系统的另一实施例的横截面示意图；和
图5是根据本实施例的用于操作图2的AM系统的处理的实施例的流程图。
具体实施方式
以下将描述本公开的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中(例如在任何工程或设计项目中)，都必须做出许多特定于实施方式的决策，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能因实施方式而有所不同。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计，制作和制造的例行工作。
在下面的说明书和权利要求书中，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则术语“或”并不意味着是排他的，并且是指存在所引用部件中的至少一个，并且包括其中可以存在所引用部件的组合的实例。如本文中所使用的，术语“均匀气体流”是指气体流的流动速度跨气体流的宽度和/或气体流的长度没有显著变化。如本文中所使用的，术语“增材制造”或AM涉及任何合适的激光烧结/熔化增材制造技术，包括但不限于：直接金属激光熔化，直接金属激光烧结，直接金属激光沉积，激光工程净形，选择性激光烧结，选择性激光熔化，选择性热烧结，熔融沉积建模，混合系统或其组合。
本公开大体包括用于使用基于激光烧结/熔化的增材制造方法来制作物体的系统和方法。如上所述，对于这种增材制造技术，当激光束在封闭的制造室内烧结或熔化粉末床时，烟雾和/或颗粒物(例如，冷凝物，飞溅物)会积聚在室内。如所提及的，该烟雾和/或颗粒物可能与激光束和/或正在被打印的物体相互作用并干扰制作处理。这样，可能期望从室中去除烟雾和/或颗粒物以改善制造处理和/或所得物体的质量。
如以下详细讨论的，本公开的一些实施例包括增材制造(AM)系统和方法，其采用室的上部部分中的上部气体流和室的下部部分中的下部气体流的组合，其中，下部气体流通常基本上平行于室的构建平台被引导。更具体地，AM系统的导流系统通常将下部气体流从下部气体入口朝向构建平台并且在基本上平行于构建平台的方向上导向。通过更有效地从室中去除烟雾和/或颗粒物以及抑制AM系统的室内的烟雾和/或颗粒物的再循环，下部气体流的添加可以有利地克服仅具有上部气体流的AM系统的上述缺点。这样，可以显著减少或消除室内部各个位置上的烟雾和/或颗粒物的积聚和/或沉积，从而可以提高AM处理的所得物体的质量。在一些实施例中，下部气体流可以包括具有不同流动特性的多个流。流动特性可以包括流动分布，流动速率(例如，质量流动速率，体积流动速率)，流动速度(例如，以米每秒(m/s)为单位)，流动方向或角度，流动温度或其任何组合。多个流的流动速度和/或其他流动特性可以被控制或调节到期望的水平，以从室内基本上去除烟雾和/或颗粒物。
图1示出了AM系统10(例如，激光烧结/熔化AM系统10)的示例实施例，该AM系统10用于使用聚焦的能量源(例如，激光)或光束来生产物品或物体。为了便于讨论，将参考x轴或方向11，y轴或方向13以及z轴或方向15描述AM系统10及其部件。在所示的实施例中，AM系统10包括控制器12，该控制器12具有存储指令的存储器电路14(例如，软件，应用程序)，以及被构造为执行这些指令以控制AM系统10的各种部件的处理电路16。AM系统10包括壳体18，该壳体18限定制造室20(在本文中也称为室20)，该制造室20限定内部容积21。室20被密封以包含惰性气氛并保护构建处理不受室20外部的环境大气23的影响。AM系统10包括构建平台22，该构建平台22设置在壳体18的基部或底壁24上的室20内部。因此，所示的构建平台22被定向为基本上平行于壳体18的底壁24。例如，构建平台22和底壁24之间的角度可以小于5度(°)，小于3°或小于1°。在一些实施例中，构建平台22可具有在约0.01平方米(m2)和约1.5m2之间的范围内的工作区域(例如，构建平台22的顶表面)。如下所述，在构建平台22上制作AM处理的物品或物体。
AM系统10包括粉末施加装置26，该粉末施加装置26可以布置在室20内，以将一定量粉末材料(例如，粉末材料层或粉末材料床)重复地沉积到构建平台22上。粉末施加装置26将粉末材料沉积到构建平台22上的整个时间段在本文中将被称为粉末施加装置26的沉积时间段。如本文中更详细描述的，粉末施加装置26可以在粉末施加装置26的连续沉积时间段之间设置在与构建平台22相邻的静止位置中。沉积在构建平台22上的粉末材料通常形成粉末床28。粉末材料可以包括但不限于聚合物，塑料，金属，陶瓷，沙子，玻璃，蜡，纤维，生物物质，复合材料或这些材料的混合物。这些材料可以以适合于给定材料和方法的多种形式(包括例如固体，粉末，片材，箔，带，细丝，粒料，线，雾化以及这些形式的组合)来使用。
AM系统10包括可以布置在室20的内部或外部的能量生成系统30，用于生成并选择性地将聚焦能量束31(例如激光)引导到设置在构建平台22上的粉末床28的至少一部分上。对于图1所示的实施例，能量生成系统30被布置在室20的外部，靠近壳体18的顶部部分或顶壁32，与基部或底壁24相对。聚焦能量束31通过设置在顶壁32内的窗口34进入室20。取决于物品的期望几何形状，设置在构建平台22上的粉末床28以由控制器12控制的选择性方式经受聚焦能量束31。在一些实施例中，能量生成系统30包括用于生成聚焦能量束31的聚焦能量源。在一些实施例中，聚焦能量源包括激光源，并且聚焦能量束31是激光束。在一些实施例中，激光源包括生成脉冲激光束的脉冲激光源。与连续的激光照射相反，脉冲激光束不是连续发射的，而是以脉冲方式(例如以时间间隔有限的脉冲)发射的。在一些实施例中，能量生成系统30包括多个聚焦能量源，该多个聚焦能量源被构造为使用聚焦能量束31选择性地照射粉末床28。
AM系统10包括定位系统36(例如，机架或其他合适的定位系统)，该定位系统36可以布置在室20内部。定位系统36可以是任何多维定位系统，例如德尔塔机器人，电缆机器人，机器人臂或其他合适的定位系统。定位系统36可以操作地联接到粉末施加装置26，能量生成系统30，构建平台22或其组合。定位系统36可以在x方向11、y方向13、z方向15或其组合中的任何方向上相对于彼此移动粉末施加装置26，能量生成系统30，构建平台22或其组合。
AM系统10还被构造为将上部气体流和下部气体流供应到室20中，以及从室20排放气体流，如将在图2中讨论的。从室20排放或排出的气体流包括上部气体流，下部气体流，以及在形成期望的物品期间施加聚焦能量束31以选择性熔化或烧结粉末床28时生成的大部分任何烟雾和/或颗粒物。通过采用本文所述的上部气体流和下部气体流的组合，可以显著减少或消除室内的烟雾和/或颗粒物的再循环，从而显著提高构建处理和/或正在打印的物品的质量。
图2是示出根据本方法的AM系统10的室20的实施例的示意性立体图。如图所示，AM系统10包括由气室侧壁42和气室分隔壁44限定的气室40，气室侧壁42和气室分隔壁44各自在y方向13上沿着室20的整个宽度52从壳体18的侧壁48延伸到侧壁50。因此，气室分隔壁44和气室侧壁42在室20的后壁54和顶壁32之间封闭室20的内部容积21的一部分。封闭的容积与室20的其余容积分开，并且在本文中将被称为气室腔室56。在所示的实施例中，气室腔室56设置在室20的上部部分60内，该上部部分60包括任何部分或竖直地设置在气室分隔壁44上方(例如，相对于z方向15)的室20的部分。例如，在一些实施例中，气室40的高度62(例如，顶壁32和气室分隔壁44之间的距离)可以包括室20的总高度64的40％，50％，60％或70％。因此，取决于不同实施例中的气室分隔壁44的竖直位置，室20的上部部分60可包括室20的上部40％，上部50％，上部60％或上部70％。
在所示的实施例中，气室腔室56经由限定在壳体18的后壁54内的孔口68流体地联接至上部气体输送装置66。如所示的实施例中示出的，孔口68限定在气室分隔壁44的竖直上方的后壁54的一部分内。上部气体输送装置66可以联接至气体供应管线或任何其他合适的气体源，这使得上部气体输送装置66能够将气体流供应至气室腔室56，并且在一些情况下，对气室腔室56加压(例如，相对于室20内的环境压力)。如本文更详细描述的，上部气体输送装置66可包括一个或多个合适的传送装置和/或流生成装置(例如一个或多个流体阀，一个或多个泵或鼓风机或其组合)，其生成和/或调节进入气室腔室56的气体流的流动速率和/或压力。上部气体输送装置66和气室40共同形成上部气体输送系统70，该上部气体输送系统70被构造为将上部气体流72供应到室20中。
例如，如图所示，气室40包括限定在气室侧壁42内的多个开口74，多个开口74共同限定进入室20的上部气体入口76。因此，多个开口74使得气室腔室56内的加压气体能够流过气室侧壁42并进入室20。多个开口74可包括开口阵列，该开口阵列使得上部气体流72能够沿着x方向11(例如，基本上平行于构建平台22的顶表面79，大致垂直于z方向15的第一方向)基本上均匀地流动。换句话说，跨构建平台22水平地引导上部气体流72。应当注意，本文所用的术语“水平地”是指平行于x轴11的方向，或者基本上平行于x轴11(例如，相对于x轴11的公差为±10度)的方向。多个开口74的尺寸可设置为调节上部气体流72的某些流动特性，诸如流动分布，流动速率(例如，质量流动速率，体积流动速率)，流动速度(例如，以米每秒(m/s)为单位)，流动方向或角度或其任何组合。例如，在一些实施例中，多个开口74的尺寸可设置为基本上有利于上部气体流72沿着室20的上部部分60的层流。在某些实施例中，多个开口74可以是圆孔的形式，如图2所示。然而，在其他实施例中，多个开口74可以以蜂窝状结构，海绵状结构或任何其他合适的几何布置来布置和成形，以有助于生成上部气体流72的期望的流动特性。在另外的实施例中，多个开口74可以包括单个开口，该单个开口例如沿着室20的宽度52的一部分或宽度52的基本上全部延伸。
应该注意的是，尽管在图2所示的实施例中，上部气体入口76限定在气室侧壁42内，但是在其他实施例中，上部气体入口76可以限定在室20的任何其他合适部分或室20的一些部分内。例如，在一些实施例中，多个开口74被限定在除了气室侧壁42之外或代替气室侧壁42的壳体18的顶壁32，侧壁48，侧壁50，前壁78或其组合内。因此，在某些实施例中，上部气体入口76可以相对于x方向11以一定角度将上部气体流74供应到室20中。在这样的实施例中，AM系统10可以包括一个或多个导流元件，该一个或多个导流元件被设置在室20的上部部分60内，并且被构造为从多个开口74接收上部气体流74并在大致平行于x方向11的方向上重定向上部气体流74。导流元件可包括一个或多个小翼，一个或多个翼型件或被构造(例如，成形，定向)为重定向上部气体流74的流动方向的任何其他合适的导流系统。在某些实施例中，可以从AM系统10中省略气室40，使得多个开口74被限定在壳体18的后壁54内，而不是气室40的气室侧壁42内。在这样的实施例中，上部气体输送装置66可以直接流体地联接到多个开口74，从而使得能够通过多个开口74供应上部气体流74。如本文中更详细描述的，在AM系统10的进一步实施例中，上部气体输送系统72可以完全从AM系统10中省略。在这样的实施例中，AM系统10不包括上部气体流74。
图2所示的AM系统10的实施例还包括下部气体输送系统80，该下部气体输送系统80包括下部气体输送装置82，类似于上面讨论的上部气体输送装置66，该下部气体输送装置82可以包括调节来自合适气体源(诸如气体供应管线)的气体流的流动速率和/或压力的任何合适的传送装置和/或流生成装置。下部气体输送系统80包括至少一个导管(如图3所示)，该至少一个导管将下部气体输送装置82流体地联接至设置在气室分隔壁44内的下部气体入口84。例如，壳体18的后壁54(例如，沿着气室40的高度62的后壁54的一部分)包括一个或多个附加孔口86，其使得至少一个导管能够从下部气体输送装置82延伸通过后壁54和气室腔室56，并联接到下部气体入口84。
为了清楚起见，应当注意，在图2所示的实施例中，下部气体输送装置82和下部气体入口84之间的流动路径与上部气体输送装置66和上部气体入口76之间的流动路径是分开的。换句话说，气体流从气室腔室56被阻挡到下部气体入口84，反之亦然。然而，如本文中更详细描述的，在AM系统10的某些实施例中，下部气体入口84可以流体地联接至气室腔室56。另外，在一些实施例中，上部气体输送装置66和下部气体输送装置82可以是单个气体输送装置，该单个气体输送装置被构造为将气体流供应到气室腔室56和下部气体入口84。
下部气体入口84将下部气体流92排放到室20的下部部分94中，该下部部分94包括室20的任何部分或竖直地设置在气室分隔壁44下方(例如，相对于z轴15)的室20的部分。例如，在一些实施例中，取决于气室分隔壁44相对于z轴15的位置，下部部分94可包括室20的下部50％，下部40％，下部30％或下部20％。下部气体流92被从下部气体入口84引向设置在室20的下部部分94内靠近底壁24的导流系统96。在一些实施例中，诸如在图2所示的实施例中示出的，下部气体入口84包括沿着室20的宽度52或宽度52的大部分延伸的大致矩形狭槽。然而，在其他实施例中，下部气体入口84可包括多个单独的孔或孔口，其被构造为调节下部气体流92的某些流动参数，类似于上面讨论的上部气体入口76的多个开口74。如本文中更详细描述的，在某些实施例中，下部气体入口84可包括相对于x轴11彼此交错的多个气体入口。因此，下部气体入口84可被构造(例如，成形，设计，布置)为排放彼此分离的多个单独的下部气体流，其中多个气体流中的每个气体流沿着x轴11和/或y轴13彼此分隔开。例如，第一下部气体流可在气室40的前部部分98附近从下部气体入口84排放，而第二分离的下部气体流可在气室40的后部部分100附近从下部气体入口84排放。
在图2所示的实施例中，尽管下部气体流92被示出为在垂直于气室分隔壁44(例如，在不平行于构建平台22的第二方向上相对于气室分隔壁44横向或垂直于x方向11偏移90度)的z方向15上从下部气体入口84排放，但是应当注意的是，下部气体流92的流动方向可以与气室分隔壁44形成任何合适的角度。例如，在某些实施例中，下部气体入口84可设置在气室40的后部部分100内，而导流系统96设置在气室40的前部部分98下方。因此，在下部气体流92的流动方向与气室分隔壁44之间形成的流动角度104(例如，x-z平面内的角度)可以小于90度，使得下部气体流92可以从后部部分100附近的下部气体入口84朝向气室40的前端部分98附近的导流系统96流动。相反，在下部气体入口84设置在气室40的前部部分98附近而导流系统96设置在气室40的后部部分100附近的实施例中，在下部气体流92的流动方向和气室分隔壁44之间形成的流动角度104可大于90度。
不管怎样，下部气体流92从下部气体入口84被导向到导流系统96，如本文中更详细描述的，该导流系统96将下部气体流92从初始流动方向(例如，z方向15)重定向到后续流动方向(例如，x方向11)。因此，从导流系统96排放的下部气体流92可以沿着x方向11平行于构建平台22的顶表面79流动，这可以减轻下部气体流92和设置在构建平台22上的粉末床28之间的相互作用。换句话说，因为下部气体流92被平行或水平地跨构建平台22引导，而不是被朝向构建平台22以一定角度引导，所以下部气体流92可能不会干扰粉末床28(例如，由于下部气体流92生成的涡流和/或压力)。然而，应当注意，在AM系统10的一些实施例中，导流系统96可以在基本上平行(例如，近似地平行)于x方向11的方向上跨构建平台22引导下部气体流92。例如，在一些实施例中，导流系统96可以在相对于x方向11成±10度的角度的方向上跨构建平台22引导下部气体流92。因此，应当注意，本文中使用的术语“平行”是指平行于x轴11，y轴13或z轴15的方向，或分别基本上平行于x轴11，y轴13或z轴15(例如，相对于x轴11，y轴13或z轴15的公差为±10度)的方向。
如本文中更详细描述的，导流系统96减小了室20内的下部气体输送系统80占用的空间容积。例如，导流系统96的长度106(例如，相对于x轴11)可以相对较小，使得导流系统96占用室20的总长度108的边缘部分(例如，小于10％，小于5％，小于1％)。因此，构建平台22可以基本上跨室20的所有长度108延伸，这可以使AM系统10能够制造相对较大的物体，而在导流系统96和正在制造的物体之间没有干扰。此外，由于导流系统96的长度106相对较小，因此导流系统96可以减小在其下方设置有导流系统96的气室40的长度110。这样，减小气室40的长度110可以进一步增加AM系统10的室20的可用长度和/或减小AM系统10的尺寸。
图2所示的AM系统10还包括用于从室20排放气体流114的气体出口112。排放的气体流114可以包括上部气体流72，下部气体流92，以及在AM处理期间生成的任何烟雾和/或颗粒物的大部分。在所示的实施例中，气体出口112布置在壳体18的前壁78中，前壁78与后壁54相对。气体出口112可以朝向室20的上部部分60布置，使得上部气体流76切向地在构建平台22上方行进并且通过气体出口112。然而，在其他实施例中，气体出口112可设置在室20的下部部分94内。尽管为简单起见在图2中将气体出口112的形状示为圆形，但气体出口112可以是使得能够充分排放气体流114的任何合适的形状(例如矩形，多边形，椭圆形)。此外，在一些实施例中，气体出口112可包括限定在壳体18的前壁78内的多个开口，该多个开口可以定位在室20的上部部分60，室20的下部部分94或两者附近。气体出口112可以联接至抽吸机构以从室20汲取和排放气体流114。在一些实施例中，抽吸机构还可以包括过滤系统，该过滤系统被构造为例如通过去除已经从室20去除的悬浮在气体流114内的任何烟雾和/或颗粒物来过滤气体流114。在过滤气体流114之后，可将气体流朝向上部气体输送装置66和/或下部气体输送装置82引导，以在上部和下部气体输送系统70、80中重新使用。应当注意的是，上部和下部气体流72、92可以包括惰性气体(例如氩气或氮气)，而是可以另外包括被构造为有助于从室20中去除在AM系统10的操作期间生成的烟雾和/或颗粒物的任何其他合适的气体。
图3是示出根据本实施例的AM系统10的室20的实施例的示意侧视图。在所示的实施例中，AM系统10包括上部流生成装置120(例如，泵或鼓风机)，该上部流生成装置120形成上部气体输送装置66的一部分和/或设置在上部气体输送装置66内。导管122在上部流生成装置120与气室40之间延伸，使得上部流生成装置120可将气体71(例如，形成上部气体流72的气体)从上部气体输送装置66引导至气室腔室56(例如，通过设置在后壁54内的孔口68)。在某些实施例中，上部流生成装置120可调节供应到气室腔室56的气体71的流动速率和/或气室腔室56内的气体71的压力，这可以影响上部气体流72的某些流动特性。因此，除了多个开口74之外或代替多个开口74，上部流生成装置120可用于调节上部气体流72的这种流动特性。
例如，气室腔室56内的气体71的目标压力可以对应于上部气体流72的预定流动速率和/或预定流动速度。因此，可以调节气室腔室56内的目标压力，以实现从多个开口74排放的上部气体流72的期望流动速率和/或期望流动速度。可以使用计算机建模模拟(例如，计算流体动力学软件)和/或经验测试来预先确定与上部气体流72的期望流动速率和/或期望流动速度相对应的目标压力的大小。
如图示的实施例中所示，气室40包括设置在气室腔室56内的一个或多个传感器126，其被构造为测量指示气室腔室56内的气体71的压力的参数。传感器126可以包括压力感测器，压力计或任何其他合适的压力测量仪器。上部流生成装置120和传感器126经由一个或多个控制传递装置(诸如电线，电缆，无线通信装置等)通信地联接至控制器12。因此，控制器12可以从传感器126接收指示气体71的实际压力的反馈。在一些实施例中，控制器12将实际压力与目标压力(例如，先前存储在存储器电路14中的目标压力)进行比较，并当实际压力偏离目标压力预定阈值量(例如，目标压力的±10％，目标压力的±5％，目标压力的±1％)时，指示上部流生成装置120增加或减少流入气室腔室56的气体71的流动速率。因此，控制器12可以确保从多个开口74排放的上部气体流72的流动速率和/或流动速度保持基本上类似于上部气体流72的预定流动速率和/或预定流动速度。例如，在一些实施例中，预定流动速率可以在约20立方米每分钟(m3/min)至1200m3/min之间，在约80m3/min至800m3/min之间或在约200m3/min至400m3/min之间，并且预定流动速度可以在0.5米每秒(m/s)至约10m/s之间，在约2m/s至约8m/s之间或在约3m/s至约5m/s之间。
应当注意，传感器126不限于压力传感器，而是可以包括使控制器12能够监测和调节上部气体流72的流动特性的任何合适类型的传感器或传感器阵列。例如，传感器126可以附加地或以其他方式包括流动速率传感器，温度传感器，质量流量传感器或被构造为向控制器12提供指示上部气体流72的流动特性的反馈的任何其他合适的传感器。在某些实施例中，传感器126可以设置在气室腔室56的外部，例如在室20内，在多个开口74附近或在上部气体输送装置66的合适部分内。控制器12可以根据以上讨论的技术使用由传感器126获取的反馈来控制上部流生成装置120的操作。另外，应当注意，尽管图3的所示实施例示出了流体地联接到气室腔室56的单个流生成装置(例如，上部流生成装置120)，但是AM系统10可以包括两个或更多个流生成装置，每个流生成装置被构造为有助于气体从上部气体输送装置66流入气室40的气室腔室56中。
如上所述，下部气体入口84可以包括多个分离的气体入口，这些气体入口沿着气室分隔壁44在y方向13上延伸，并且沿着气室分隔壁44相对于x方向11顺序地彼此间隔开。例如，下部气体入口84可包括从下部气体入口84集中的第一下部气体入口130和第二下部气体入口132。如图3示出的实施例中所示，第一下部气体入口130沿着室20的宽度52的一部分(如图2所示)延伸，或者沿着室20的基本上全部宽度52延伸，并且设置在气室40的前部部分98附近。第二下部气体入口132沿着室20的宽度52的一部分延伸，或者沿着室20的基本上全部宽度52延伸，并且设置在气室40的后部部分100附近。
如示出的实施例中所示，AM系统10包括一对下部流生成装置140，其包括第一下部流生成装置142和第二下部流生成装置144。一对下部流生成装置140形成下部气体输送装置82的一部分和/或设置在下部气体输送装置82内。与上面讨论的上部流生成装置120类似，该对下部流生成装置140可以包括被构造为将气体(例如，下部气体流92)从下部气体输送装置82引导至室20的任何合适的泵或鼓风机。
对于所示的实施例，第一下部流生成装置142和第二下部流生成装置144分别经由第一导管150和第二导管152流体地联接至第一下部气体入口130和第二下部气体入口132。因此，第一和第二导管150、152将下部气体输送装置82流体地联接至下部气体入口84，使得下部气体输送装置82可向其供应气体流。在一些实施例中，密封材料(例如，垫圈，硅树脂等)可以设置在第一和第二导管150、152与附加孔口86之间，这可以阻止加压气体71通过在第一和第二导管150、152与附加孔口86之间形成的间隙空间从气室腔室56内泄漏到环境大气23中。如示出的实施例中所示，第一导管150和第二导管152延伸通过气室腔室56的一部分，使得第一和第二导管150、152不占用设置在气室40下方的工具区域151或存储区域内的空间。有利地，将第一和第二导管150、152以及下部气体入口84集成在气室40内可以使工具区域151能够保持基本上没有下部气体输送装置82的部件，使得下部气体输送装置82不妨碍可以设置在工具区域151内的某些部件(例如粉末施加装置26)的操作。
如本文中更详细描述的，第一下部流生成装置142调节通过第一导管150和第一下部气体入口130的气体153的流动(例如，体积流动速率，质量流动速率，流动速度)。类似地，第二下部流生成装置144调节通过第二导管152和第二下部气体入口132的气体155的流动(例如，体积流动速率，质量流动速率，流动速度)。因此，第一和第二下部流生成装置142、144使得能够将共同形成下部气体流92的第一下部气体流146(例如，由气体153形成的气体流)和第二下部气体流148(例如，由气体155形成的气体流)竖直地排放到室20中。应当注意，本文中使用的术语“竖直地”是指平行于z轴15的方向，或者基本上平行于z轴15(例如，相对于z轴15的公差为±10度)的方向。因此，第一和第二下部气体流146、148最初在不平行于构建平台22的方向上排放到室20中。
尽管图3所示的实施例示出了该对下部流生成装置140，每个下部流生成装置与第一下部气体入口130和第二下部气体入口132中的相应一个相关联，但是应当注意，AM系统10可以包括与下部气体入口84的各个气体入口相关联的任何合适数量的流生成装置。例如，AM系统10可以包括2个，3个，4个，5个或更多个流生成装置，每个流生成装置与包括在下部气体入口84中的2个，3个，4个，5个或更多个下部气体入口中的相应一个相关联。在其他实施例中，单个流生成装置可以用于将气体从下部气体输送装置82供应到下部气体入口84的每个入口。例如，第一和第二下部气体入口130、132可各自流体地联接至第一下部流生成装置142，使得第二下部流生成装置144可以从AM系统10中省略。在进一步实施例中，单个流生成装置可以将气体供应到气室腔室56，第一下部气体入口130和第二下部气体入口132。例如，在这样的实施例中，下部气体入口84可以流体地联接到气室40的气室腔室56，而流生成装置将气体供应到气室腔室56。
第一和第二下部气体入口130、132被定向为分别将第一和第二下部气体流146、148引向设置在气室40下方的室20的下部部分94内的导流系统96。在所示的实施例中，导流系统96包括第一导流元件154和第二导流元件154，第一导流元件154和第二导流元件154被构造为分别接收第一下部气体流146和第二下部气体流148。第一导流元件154设置在第一下部气体入口130的下方，并且与第一下部气体入口130基本上对准(例如，相对于沿着x轴11的位置)。类似地，第二导流元件156设置在第二下部气体入口132下方，并且与第二下部气体入口132基本上对准(例如，相对于沿着x轴11的位置)。因此，第一下部气体流146和第二下部气体流148可分别沿着z方向15从第一下部气体入口130和第二下部气体入口132流到第一导流元件154和第二导流元件156。
应当注意，在某些实施例中，第一和第二导流元件154、156没有直接设置在第一和第二下部气体入口130、132下方。例如，第一导流元件154可基本上设置在气室40的前部部分98附近，而第二导流元件156可基本上设置在气室40的后部部分100附近。在这样的实施例中，第一下部气体入口130和第二下部气体入口132可以是成角度的(例如，相对于z轴15，沿着x-z平面)，使得从第一下部气体入口130和第二下部气体入口132排放的第一下部气体流146和第二下部气体流148被分别引向第一和第二导流元件154、156。
第一和第二导流元件154、156各自包括弯曲轮廓或表面，该弯曲轮廓或表面被构造为接收第一和第二下部气体流146、148中的相应一个。例如，在说明性实施例中，第一导流元件154包括沿着z轴15定向的第一端部158和沿着x轴11定向的第二端部160。第一和第二端部158、160经由在它们之间延伸的轮廓外形或表面161切向连接，这形成了第一导流元件154。第一端部158设置在气室分隔壁44下方(相对于z方向15)的第一距离162处，而第二端部160设置在底壁24上方的高度164处。因此，第一下部气体流146可沿着第一导流元件154的轮廓表面161从第一下部气体入口130流到第一导流元件154的第一端部158，并沿着x方向11(例如，大致垂直于z方向15)从第一导流元件154的第二端部160排放。第一下部气体流146在第一流高程处从第一导流元件154排放，该第一流高程取决于第一导流元件154的厚度而大致对应于第一导流元件154的高度164。因此，第一下部气体流146可在第一导流元件154的大致高度164处流向构建平台22，并在第一导流元件154的大致高度164处跨构建平台22平行。
类似于以上讨论的第一导流元件154，第二导流元件156包括第一端部170和第二端部172，其中轮廓表面173在第一端部170和第二端部172之间切向延伸。第二导流元件156的第一端部170设置在气室分隔壁44下方的第二距离174处，在所示的实施例中，该第二距离174等于第一距离162。如图3示出的实施例中所示，第二导流元件156的第一端部170沿着z方向15定向，使得第二导流元件156的第一端部170和第一导流元件154的第一端部158彼此平行地定向。然而，在所示实施例中，第二导流元件156的第二端部172不平行于第一导流元件154的第二端部160定向。相反，第二导流元件156的第二端部172相对于第二导流元件156的第一端部170以角度180(例如，在x-z平面上相对于z轴15的角度)定向。
例如，在一些实施例中，角度180可以在约30度至约85度之间，在约45度至约60度或约50度之间。将第二导流元件156的第二端部172以角度180定向使得第二导流元件156能够在第一导流元件154下方导向第二下部气体流148。例如，第二下部气体流148可在从第二导流元件156排放之后撞击在室20的底壁24上，使得底壁24可在x方向11上重定向第二下部气体流148。因此，第二下部气体流148沿着底壁24在x方向11上被朝向构建平台22导向。因此，第二下部气体流148可以在基本上平行于构建平台22的顶表面79的流动方向上定向，这可以减轻第二下部气体流148和设置在构建平台22上的粉末床28之间的相互作用(例如，由于第二下部气体流148生成的涡流引起的干扰)。因此，第二下部气体流148以小于第一流高程的第二流高程(例如，相对于室20的底壁24)在第一下部气体流146下方流动。因此，第二导流元件156的高度182可以基本上等于第一导流元件154的高度164，而不会将第二下部气体流148撞击到第一导流元件154上。然而，如本文中更详细讨论的，在导流系统96的某些实施例中，第二导流元件156的高度182可以大于或小于第一导流元件154的高度164。
在一些实施例中，第一和第二导流元件154、156可各自包括类似的横截面形状，诸如图3中所示的第一导流元件156的大致四分之一圆的横截面形状。在这样的实施例中，第一和第二导流元件154、156均被构造为分别在z方向15上接收第一和第二下部气体流146、148，并在横向于(例如，垂直于)z方向15的x方向11上排放第一和第二下部气体流146、148。换句话说，在这样的实施例中，第二导流元件156的角度180可以基本上等于90度。应当注意，在AM系统10的某些实施例中，第一和第二导流元件154、156的形状可以彼此不同地成比例或缩放。例如，第一导流元件154的轮廓表面161的曲率半径和/或长度可以小于或大于第二导流元件156的轮廓表面173的曲率半径和/或长度。
在一些实施例中，为了避免第二下部气体流148撞击到第一导流元件154上，第二导流元件156的高度182可以小于第一导流元件154的高度164。因此，第二下部气体流148可以在第一导流元件154下方(例如，在x方向11上)流动，而不与第一导流元件154相互作用(例如，撞击)。在一些情况下，除了减小第二导流元件156的高度182之外或代替减小第二导流元件156的高度182，可以增加第一导流元件154的高度164，以进一步促进第二下部气体流148在第一导流元件154下方流动，并流过第一导流元件154。
如上所述，导流系统96可以位于设置在气室40下方(例如，气室分隔壁44下方)的工具区域151中。在这样的实施例中，导流系统96可以被定位成使得第一和第二导流元件154、156不妨碍可以设置在工具区域151内和/或在工具区域151内操作的AM系统10的某些工具(例如粉末施加装置26)的操作。例如，第一和第二导流元件154、156的高度164、182被调节到足够的值，以允许粉末施加装置26沿着室20的底壁24在第一和第二导流元件154、156下方轴向地(例如，沿着x方向11)平移。换句话说，第一和第二导流元件154、156可被定位成使得高度164、182中的较小者大于粉末施加装置26的总高度190(例如，底壁24和粉末施加装置26的顶表面之间的距离)。
在图3所示的实施例中，导流系统96还包括一对致动器210，其被构造为调节第一和第二导流元件154、156的取向。例如，该对致动器210中的第一致动器212经由传递机构213(例如，连杆，螺杆，紧固件)联接至第一导流元件154，而该对致动器210中的第二致动器214经由传递机构215(例如，连杆，螺杆，紧固件)联接至第二导流元件156。第一致动器212和第二致动器214可包括线性致动器，伺服机构，气动致动器或被构造为调节第一和第二导流元件154、156的取向的任何其他合适的致动器。该对致动器210可以被构造为使第一和第二导流元件154、156(例如，在由x轴11和z轴15形成的平面中)分别绕第一中心线218(例如，平行于y轴13的旋转轴线)和第二中心线220(例如，平行于y轴13的旋转轴)旋转。如示出的实施例中所示，第一和第二中心线218、220延伸通过第一和第二导流元件154、156的本体。然而，在其他实施例中，第一和第二中心线218、220可以分别在第一和第二导流元件154、156的任何其他合适的部分(例如第一导流元件154的第一端部158和第二导流元件158的第一端部170)附近延伸。在任何情况下，第一和第二致动器212、214可以使第一和第二导流元件154、156绕第一和第二中心线218、220旋转。在一些实施例中，控制器12基于由一个或多个传感器126获取的反馈，指示第一和第二致动器212、214旋转第一和第二导流元件154、156。例如，控制器12可以分别响应于第一下部气体流146和第二下部气体流148的流动速度的增加或减小，或基于AM系统10的任何其他合适的操作参数来调节第一导流元件154和第二导流元件156的取向。应当注意，在某些实施例中，可以使用单个致动器来调节第一和第二导流元件154、156的位置。此外，尽管已将该对致动器210描述为使第一和第二导流元件154、156绕轴线旋转，但是应当注意，在AM系统10的某些实施例中，该对致动器210也可以使第一和第二导流元件154、156轴向地(例如，沿着x轴11，y轴13和/或z轴15)平移。
该对致动器210通信地联接至控制器12，使得控制器12可基于AM系统10的某些操作参数来指示该对致动器210调节第一和第二导流元件154、156的位置。例如，控制器12可以在将下部气体流92朝向构建平台22，能量生成系统30，气体出口112或AM系统10的任何其他合适的部件引导的取向上调节第一导流元件154的位置，第二导流元件156的位置或两者。因此，控制器12可以调节第一和第二导流元件154、156的操作位置。此外，控制器12可指示该对致动器210在AM系统10的工具进入或离开设置在气室40下方的工具区域151的同时，将第一和第二导流元件154、156移动到气室40附近的缩回位置。例如，控制器12可将第一和第二导流元件154、156定位成使得在粉末施加装置26移入或移出工具区域151(例如，沿着x轴11平移)的同时，底壁24与第一和第二导流元件154、156之间的竖直距离(例如，沿着z轴15的距离)处于最大值。换句话说，控制器12将第一和第二导流元件154、156定位成使得第一导流元件154的高度164的大小和第二导流元件156的高度182的大小分别为增加或设置到最大值。因此，导流系统96可以促进将工具移入或移出相对较大的工具区域151，并且将不会用其他方式安装在第一和第二导流元件154、156与室20的底壁24之间。
在图3所示的实施例中，第一传感器200和第二传感器202分别邻近第一下部气体入口130和邻近第二下部气体入口132设置。应当注意，第一传感器200和第二传感器202形成多个传感器126的一部分。第一传感器200和第二传感器202通信地联接到控制器12，并且被构造为向控制器12提供指示第一下部气体流146和第二下部气体流148的某些参数的反馈。例如，第一传感器200和第二传感器202可以向控制器12提供反馈，该反馈指示第一下部气体流146和第二下部气体流148的流动速率，第一导管150和第二导管152内的压力，第一和第二下部气体流146、148的温度，或第一和第二下部气体流146、148的任何其他合适的参数。第一传感器200和第二传感器202可包括但不限于流动速率传感器(例如质量流量传感器，转子流量计)，压力传感器(例如压力感测器)，热传感器(例如电阻温度检测器，热电偶)，或任何其他合适的传感器。在一些实施例中，控制器12可以响应于由多个传感器126接收到的反馈指示第一下部流生成装置142和第二下部流生成装置144分别调节第一下部气体流146和第二下部气体流148的某些参数。
例如，控制器12可以使用第一传感器200和第二传感器202测量第一下部气体流146和/或第二下部气体流148的实际流动速度。控制器12可以将测量到的实际流动速度与第一下部气体流146和第二下部气体流148中的每一个的目标流动速度进行比较，该目标流动速度可以预先确定并存储在控制器12的存储器电路14中。如果第一下部气体流146和/或第二下部气体流148的实际流动速度偏离各自的目标值预定量或阈值，则控制器12可以指示第一下部流生成装置142和/或第二下部流生成装置144分别增大或减小第一下部气体流146和/或第二下部气体流148的流动速度。因此，控制器12可以确保第一下部气体流146的流动速度和第二下部气体流148的流动速度保持基本上接近(例如，目标速度的±10％，目标速度的±5％，目标速度的±1％)第一和第二下部气体流146、148的相应目标速度。
控制器12可以指示该对下部流生成装置140以特定的流动速度和/或流动速率通过下部气体入口(例如，第一下部气体入口130和第二下部气体入口132)中的每一个排放气体，并且因此，沿着z轴15跨下部气体流92生成期望的速度梯度。例如，在AM系统10的某些实施例中，下部气体流92的上部部分226的流动速度(例如，第一下部气体流146在第一流高程处的流动速度)可以大于或小于下部气体流92的下部部分228的流动速度(例如，第二下部气体流148在第二流高程处的流动速度)。作为非限制性示例，第一下部气体流146的目标流动速度可以在约1m/s至约20m/s之间，或者在约5m/s至约15m/s之间，而第二下部气体流148的目标流动速度可以在约0.5m/s至约10m/s之间，或者在约3m/s至约8m/s之间。因此，下部气体流92的流动速度可以从下部气体流92的上部部分226到下部气体流92的下部部分228增加或减小。然而，在其他实施例中，该对下部气体流生成装置140可用于跨下部气体流92生成任何其他合适的速度梯度。例如，第一下部气体流146的目标流动速度可以基本上等于第二下部气体流148的目标流动速度，使得下部气体流92的速度基本上是均匀的。在一些实施例中，第一下部气体流146的目标流动速率和第二下部气体流148的目标流动速率可各自在约20立方米每分钟(m3/min)至400m3/min之间，在约50m3/min至300m3/min之间，或在约80m3/min至200m3/min之间。如上所述，在AM系统10的各种实施例中，第一下部气体流146的目标流动速率可以大于，小于或等于第二下部气体流148的目标流动速率。
图4是示出根据本方法的另一实施例的AM系统10的室20的实施例的示意侧视图。在所示的实施例中，AM系统10包括第一下部流生成装置142，其被构造(例如，设计，布置)为经由下部气体入口84将下部气体流92供应到室20。如示出的实施例中所示，导流系统96与粉末施加装置26集成在一起。例如，粉末施加装置26包括可移动导流元件230，该可移动导流元件230设置在粉末施加装置26的顶部部分232附近，并且被构造为接收从下部气体入口84排放的下部气体流92。在一些实施例中，可移动导流元件230可以包括与粉末施加装置26分离并且经由合适的紧固件和/或粘合剂联接到粉末施加装置26的部件。然而，在其他实施例中，可移动导流元件230可与粉末施加装置26和/或粉末施加装置26的壳体一体地形成(例如，作为整体部件)。在任何情况下，可移动导流元件230被构造为在AM系统10的操作期间(例如，在粉末沉积时间段期间)与粉末施加装置26一起平移。
控制器12可以指示粉末施加装置26在AM系统10的某些操作时间段期间(例如，当能量生成系统30将聚焦能量束31引导到粉末床28上时)保持设置在静止位置236。例如，粉末施加装置26可以设置在粉末施加装置26的连续沉积时间段之间的静止位置236，在该连续沉积时间段期间粉末施加装置26将粉末沉积到构建平台22上。静止位置236可对应于粉末施加装置26的位置，其中粉末施加装置26基本上设置在下部气体入口84下方(例如，相对于沿着x轴11的位置)。例如，在一些实施例中，控制器12可以将粉末施加装置26定位成使得后壁54与可移动导流元件230的第一端部242(例如，轮廓表面245或轮廓的起点)之间的距离240基本上等于后壁54与下部气体入口84之间的距离244。因此，当粉末施加装置26设置在静止位置236时，可移动导流元件230可在第一端部242处接收下部气体流92。
类似于以上讨论的第一导流元件154的第一端部158和第二端部160，可移动导流元件230的第一端部242沿着z轴15定向，而可移动导流元件230的第二端部246沿着x轴11定向。因此，可移动导流元件230可以在z方向15上接收下部气体流92，沿着在可移动导流元件230的第一端部242和第二端部246之间延伸的轮廓表面245或轮廓重定向下部气体流92，并且在x方向11上(例如，基本上平行于构建平台22，垂直于z方向15)朝向构建平台22排放下部气体流92。然而，应当注意，在其他实施例中，可移动导流元件230的第一和第二端部242、246可沿着任何合适的方向定向。换句话说，可移动导流元件230的第一端部242和可移动导流元件230的第二端部246不需要彼此垂直地延伸。
在一些实施例中，控制器12可以在粉末施加装置26将一定量的粉末材料沉积到构建平台22上时(例如，在粉末施加装置26的沉积时间段期间)，暂时中止第一下部流生成装置142的操作。因此，在粉末施加装置26未设置在静止位置236时(例如，在粉末施加装置26将粉末材料沉积到构建平台22上时)，下部气体流92不撞击在室20的底壁24上(例如，在z方向15上)。在粉末施加装置26的每个沉积时间段期间暂时禁用下部气体流92可以确保下部气体流92不在室20内生成可能会干扰粉末床28的粉末的涡流(例如，当下部气体流92撞击在底壁24上时)。在一些实施例中，控制器12还可以在粉末施加装置26将一定量的粉末材料沉积到构建平台22上的同时暂时中止上部流生成装置120的操作。因此，控制器12可以确保上部气体流72不会干扰粉末床28上的粉末。
尽管在图4所示的实施例中粉末施加装置26被示出为具有单个导流元件(例如，可移动导流元件230)，但是应当注意，在其他实施例中，粉末施加装置26可包括2个、3个、4个或多于4个导流元件，其可以各自对应于下部气体入口84的2个、3个、4个或多于4个下部气体入口。因此，每个导流元件可以被构造为接收来自下部气体入口84的相应气体流，并且根据上述技术将相应气体流从z方向15重定向到x方向11。有利地，将导流系统96与粉末施加装置26结合在一起可以减小由导流系统96在工具区域151中占用的空间容积，这可以有助于将AM系统10的工具移入和移出工具区域151。
在一些实施例中，AM系统10可以包括第一和第二导流元件154、156中的一个或两个，以及粉末施加装置26的可移动导流元件230。作为非限制性示例，第一下部流生成装置142可以在z方向15上将下部气体流92从下部气体入口84朝向第一导流元件154排放。第一导流元件154可以接收下部气体流92，并且在中间方向上朝向可移动导流元件230重定向下部气体流。因此，可移动导流元件230可在中间方向上接收下部气体流92，并且随后沿着x方向11朝向并平行于构建平台22的顶表面79重定向下部气体流92。
考虑到前述，图5是用于操作AM系统10的处理270的实施例的流程图。以下讨论参考了整个图1-4中使用的元件编号。应当注意，可以使用存储在存储器电路14中并且由控制器12的处理电路16执行的例程或代码来实施处理270的一个或多个步骤。处理270开始于(步骤272)将一定量的粉末材料沉积到AM系统10的室20内的构建平台22上。例如，控制器12指示粉末施加装置26将粉末材料沉积到构建平台22上。控制器12指示定位系统36沿着x轴11，y轴13，z轴15或其组合将粉末施加装置26和/或平台22相对于彼此移动到任何合适的位置，从而在粉末施加装置26的每个沉积时间段期间以逐层方式沉积粉末材料。粉末施加装置26可在x方向11，y方向13，z方向15或其组合上横穿室20的同时将粉末材料沉积到构建平台22上。应该注意的是，在某些实施例中，控制器12在粉末施加装置26将粉末材料沉积到构建平台22上的同时(例如，在粉末施加装置26的沉积时间段期间)，中止上部气体输送装置66和下部气体输送装置82的操作。因此，控制器12可以确保在粉末施加装置26的沉积时间段期间上部气体流72和下部气体流92不会干扰粉末材料(例如，由于经由粉末施加装置26与上部气体流72和/或下部气体流92之间的相互作用而生成的涡流)。
在所示的实施例中，处理270继续(步骤274)将上部气体流供应到室20中。例如，控制器12指示相关联的气体输送机构(例如，上部气体输送系统70)将上部气体流72供应到室20中。通过特定示例，控制器12指示相关联的气体输送机构以控制上部气体流72的流动特性，诸如流动分布，流动速率(例如，质量流动速率，体积流动速率)，流动温度或其任何组合。在某些实施例中，控制器12指示相关联的气体输送机构以控制上部气体流72的含量(例如，氩气，氮气，任何其他合适的惰性气体或其组合)。
处理270的所示实施例还包括(步骤276)将下部气体流92供应到室20中。例如，控制器12指示相关联的气体输送机构(例如，下部气体输送系统80)以将下部气体流92供应到室20中(例如，经由下部气体入口84)。通过特定示例，控制器12指示一个或多个相关联的气体输送机构(例如，气体输送装置66，气体输送装置82)以控制下部气体流92的流动特性，例如流动分布，流动速率(例如，质量流动速率，体积流动速率)，流动温度或其任意组合。该方法包括(步骤278)经由导流系统96重定向下部气体流92。作为非限制性示例，导流系统96在z方向15上从下部气体入口84接收下部气体流92，并且在x方向11上重定向下部气体流92(例如，经由第一导流元件154，第二导流元件156，可移动导流元件230或其任意组合)。在一些实施例中，控制器12指示相关联的气体输送机构以控制下部气体流92的流动特性，从而在下部气体流92中生成流动梯度(例如，就流动速度或流动速率而言的梯度)。通过特定示例，控制器12可以指示该对下部流生成装置140以不同的流动速度和/或不同的流动速率通过下部气体入口84的相应入口排放下部气体流92。因此，靠近室20的底壁24的下部气体流92的流动速率和/或流动速度可以大于或小于靠近下部气体流92的上部部分226的下部气体流92的流动速率和/或流动速度。在某些实施例中，控制器12指示相关联的气体输送机构以控制下部气体流92的含量(例如，氩气，氮气，任何其他合适的惰性气体或其组合)。
在一些实施例中，控制器12可以指示AM系统10的相关联的气体输送机构和/或其他气体流动控制机构以控制上部气体流72和下部气体流92的流动速率，使得两种气体流动速率之间的比率被控制在期望的值或范围。例如，上部气体流72的流动速率可以在下部气体流92的流动速率的约0.2倍至约2.5倍之间的范围内，在下部气体流92的流动速率的约0.5倍至约2.2倍之间的范围内，或者在下部气体流92的流动速率的约0.8倍至约1.5倍的范围内。
处理270的所示实施例包括(步骤280)将聚焦能量束选择性地施加到沉积在构建平台22上的一定量的粉末材料上。例如，控制器12指示能量生成系统30将聚焦能量束31(例如激光束)施加到粉末床28的部分上。聚焦能量束31以预定方式选择性地熔化和/或烧结粉末床28的粉末材料以形成固化层。
在一些实施例中，在步骤274和276中供应上部气体流72和供应下部气体流92可以同时进行。在一些实施例中，可以在步骤276中供应下部气体流92之前或之后进行在步骤274中供应上部气体流72。在一些实施例中，在步骤280中施加聚焦能量束31可以与在步骤274中供应上部气体流72，在步骤276中供应下部气体流92和/或在步骤278中重定向下部气体流同时进行。在一些实施例中，可以在步骤274中供应上部气体流72之前或在步骤276中供应下部气体流92之前进行在步骤280中施加聚焦能量束31。在一些实施例中，处理270可以重复步骤272、274、276、278和280，以在先前形成的固化层上形成附加固化层。在一些实施例中，处理270可包括每次在进行步骤280以施加聚焦能量束31之后进行步骤274和276以供应上部和下部气体流72、92。在一些实施例中，处理270可以包括多次重复步骤272、274、276、278和280以形成连续的附加固化层，从而形成期望的物品(例如，在连续地执行步骤274和276以供应上部和下部气体流72、92的同时执行在步骤280中供应聚焦能量束31)。
本公开的技术效果包括通过从室中去除在AM处理期间生成的烟雾和/或其他颗粒物来改善AM系统的性能和效率。所公开的AM系统采用上部气体流和下部气体流的组合，该上部气体流从室的上部部分中的一侧供应并平行于构建平台引导，该下部气体流在初始流动方向上从室的分隔壁供应并且由导流系统在朝向构建平台并平行于构建平台的方向上重定向。引导下部气体流平行于构建平台可以减轻下部气体流与设置在构建平台上的粉末床之间的相互作用。下部气体流可以包括一个或多个平行流，每个平行流包括相同或不同的流动速度或流动速率。上部和下部气体流的组合以及它们的相对流动速度的微调可以显著减少或消除室内的气体夹带，并有助于通过AM系统的排气口将室内的烟雾和/或颗粒物排出。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种增材制造系统(10)，其特征在于，包括：
壳体(18)，所述壳体(18)限定室(20)；
构建平台(22)，所述构建平台(22)设置在所述室(20)的下部部分(94)中；
上部气体入口(76)，所述上部气体入口(76)设置在所述构建平台(22)上方的所述室(20)的第一侧壁(42)中，其中所述上部气体入口(76)被构造为在平行于所述构建平台(22)的第一方向(11)上供应上部气体流(72)；
下部气体入口(84)，所述下部气体入口(84)设置在所述室(20)中，并且被构造为在至少初始地朝向所述室(20)的底壁(24)的第二方向(15)上供应下部气体流(92)；
导流系统(96)，所述导流系统(96)设置在所述底壁(24)附近，并且被构造为接收所述下部气体流(92)，其中，所述导流系统(96)在平行于所述构建平台(22)的所述第一方向(11)上重定向所述下部气体流(92)；
一个或多个气体输送装置(66、82)，所述一个或多个气体输送装置(66、82)流体地联接到所述上部气体入口(76)和所述下部气体入口(84)，并且被构造为调节所述上部气体流(72)和所述下部气体流(92)的一个或多个流动特性；和
气体出口(112)，所述气体出口(112)设置在所述室(20)的第二侧壁(78)中，其中，所述气体出口(112)被构造为从所述室(20)排放所述上部气体流(72)和所述下部气体流(92)。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述导流系统(96)包括导流元件(154)，所述导流元件(154)包括弯曲轮廓(161)，所述弯曲轮廓(161)在所述导流元件(154)的第一端部(158)和所述导流元件(154)的第二端部(160)之间切向延伸。
3.根据权利要求2所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述第一端部(158)沿着所述第二方向(15)定向，并且所述第二端部(160)沿着所述第一方向(11)定向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述第一方向(11)垂直于所述第二方向(15)延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造系统(10)，其特征在于，包括粉末施加装置(26)，所述粉末施加装置(26)设置在所述室(20)内，并且被构造为将粉末床(28)沉积到所述构建平台(22)上，其中，所述室(20)的所述底壁(24)与所述导流系统(96)之间的竖直距离(182)超过所述粉末施加装置(26)的高度(190)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述导流系统(96)包括：
导流元件(154)，其中所述导流元件(154)被构造为绕轴线(218)旋转；和
致动器(212)，所述致动器(212)联接到所述导流元件(154)；并且其中，所述增材制造系统(10)包括：
控制器(12)，所述控制器(12)通信地联接到所述致动器(212)和传感器(126)，其中，所述控制器(12)被构造为基于由所述传感器(126)提供的反馈来指示所述致动器(212)使所述导流元件(154)绕所述轴线(218)旋转，并且其中，所述反馈指示所述增材制造系统(10)的操作参数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述下部气体入口(84)包括多个下部气体入口(130、132)，所述多个下部气体入口(130、132)被构造为在朝向所述室(20)的所述底壁(24)的所述第二方向(15)上供应多个下部气体流(146、148)，其中，所述导流系统(96)包括多个导流元件(154、156)，每个所述导流元件(154、156)被构造为接收所述多个下部气体流(146、148)中的相应的下部气体流，并且其中，所述多个导流元件(154、156)中的每个导流元件在平行于所述构建平台(22)的所述第一方向(11)上重定向所述相应的下部气体流(92)。
8.根据权利要求7所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述一个或多个气体输送装置(66、82)通信地联接至控制器(12)，其中，所述控制器(12)被构造为经由相应的传感器(200、202)接收指示所述多个下部气体流(146、148)中的至少一个下部气体流的流动参数的反馈，并且其中，所述控制器(12)被构造为基于所述反馈来指示所述一个或多个气体输送装置(66、82)调节所述至少一个下部气体流的所述流动参数，其中所述流动参数包括流动速度，流动温度，流动速率或其任意组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造系统(10)，其特征在于，包括设置在所述壳体(18)内的粉末施加装置(26)，其中，所述导流系统(96)与所述粉末施加装置(26)成一体。
10.根据权利要求9所述的增材制造系统(10)，其特征在于，包括可操作地联接到所述粉末施加装置(26)的控制器(12)，其中，所述控制器(12)被构造为指示所述粉末施加装置(26)在所述粉末施加装置(26)的连续沉积时间段期间将粉末床(28)沉积到所述构建平台(22)上，并且指示所述粉末施加装置(26)在所述粉末施加装置(26)的所述连续沉积时间段之间过渡到所述下部气体入口(84)下方的静止位置(236)。
11.根据权利要求10所述的增材制造系统(10)，其特征在于，其中，所述控制器(12)被构造为指示所述一个或多个气体输送装置(66、82)在所述连续沉积时间段的每个沉积时间段期间中断所述上部气体流(72)，所述下部气体流(92)或两者的所述供应。
12.一种操作增材制造系统(10)的方法，其特征在于，包括：
在室(20)内的构建平台(22)上沉积(272)粉末材料(28)的床；
将上部气体流(72)供应(274)到所述构建平台(22)水平上方的所述室(20)中；
在不平行于所述构建平台(22)的第一方向(15)上并且朝向靠近所述室(20)的底壁(24)设置的导流系统(96)，将下部气体流(92)供应(276)到所述室(20)中；
经由所述导流系统(96)在平行于所述构建平台(22)的第二方向(11)上重定向(278)所述下部气体流(92)；以及
在供应所述上部气体流(72)以及供应和重定向所述下部气体流(92)的同时，将聚焦能量束(31)施加(280)到沉积在所述构建平台(22)上的所述粉末材料(28)的所述床的至少一部分上，以形成固化层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，供应(274)所述上部气体流(72)包括以在0.5米每秒至10米每秒之间的第一流动速度供应所述上部气体流(72)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，供应(276)所述下部气体流(92)包括以在1米每秒至20米每秒之间的第二流动速度供应所述下部气体流(92)。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，水平地重定向(278)所述下部气体流(92)包括沿着所述导流系统(96)的至少一个导流元件(154)的弯曲轮廓(161)引导所述下部气体流(92)。
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