CN112703074B - 粉末床熔融设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤粉末床熔融设备中的气体的方法,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,并且涉及一种用于执行所述方法的粉末床熔融设备。所述粉末床熔融设备包括:构建腔室(101),用于容纳所述粉末床(104);气体回路,用于使气体再循环,包括使气体在构建腔室内的粉末床上方通过;气体回路中的多个过滤器组件(230a,230b),用于从穿过气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;以及阀系统(123a,124a,123b,124b),可操作来调节流向过滤器组件(230a,230b)中的每个过滤器组件的气体的流量。所述方法可以包括控制阀系统(123a,124a,123b,124b)以在过滤器组件(230a,230b)中的容纳未使用过的过滤元件的第一过滤器组件与过滤器组件(230a,230b)中的容纳使用过的过滤元件的至少一个第二过滤器组件之间分配气流,使得流过第一过滤器组件(230a,230b)的气体比所述第二过滤器组件(230a,230b)或每个第二过滤器组件的少。所述方法可以包括控制阀系统(123a,124a,123b,124b),使得过滤器组件(230a,230b)中的容纳未使用过的过滤元件的第一过滤器组件与过滤器组件(230a,230b)中的容纳使用过的过滤元件的至少一个第二过滤器组件串联连接在气体回路中,使得气体穿过第一过滤器组件和第二过滤器组件(230a,230b)两者的过滤元件。

Description

粉末床熔融设备和方法
技术领域
本发明涉及一种将粉末床的选定区域以逐层方式凝固以形成工件的粉末床熔融设备和方法。本发明具体地但非排他性地应用于选择性激光熔化(SLM)与选择性激光烧结(SLS)设备。
背景技术
粉末床熔融设备通过使用比如激光束等高能束来将比如金属粉末材料等材料逐层凝固来产生物体。通过以下方式在包含于构建套筒中的粉末床上形成粉末层:使构建套筒中的构建平台下降以使粉末床下降,将一堆粉末投放到下降的粉末床附近,并用再涂器将这堆粉末(从粉末床一侧到另一侧)铺展在粉末床上以形成层。然后通过用束照射这些区域来使与待形成工件的截面相对应的粉末层部分凝固。该束使粉末熔化或烧结以形成凝固层。在层的选择性凝固之后,使粉末床下降新凝固的层的厚度,并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其凝固。
在对材料(特别是金属)进行SLM期间,熔池会散发出热的高速蒸气羽流,所述蒸气羽流冷却后会形成金属‘冷凝物’纳米颗粒的细雾。另外,较大的不规则飞溅颗粒从沸腾的熔池中喷出。此外,由蒸气羽流的运动引起的压降吸引熔池附近的粉末,从而将其向上推离粉末床。
应将这些加工排放物从构建腔室中去除,以防止产生不良影响,比如气体悬浮颗粒干扰激光束传到粉末床。已知通过将气流引入穿过其中夹带有冷凝物、飞溅物和其他颗粒的腔室来将加工排放物从构建腔室中去除,所述颗粒随气流一起穿过排气口离开腔室。
排气口收集的气体在泵的控制下穿过气体回路再循环回到喷嘴。气体回路中的过滤器从再循环气体中过滤出冷凝物。
WO 2010/007394披露了一种过滤器装置,所述过滤器装置包括并联的过滤器组件,从而允许在设备的操作期间更换每个过滤器组件中的过滤元件,而另一个过滤器组件在运作中。这样的系统可以允许在不中断的情况下完成制造操作。
WO 2016/079494披露了一种过滤器装置,所述过滤器装置包括并联的过滤器组件,其中,将空气从每个过滤器组件中清除,然后将过滤器组件连接在通向构建腔室的气体回路中。以这种方式,在制造操作期间转换过滤元件不会将氧气和/或湿气引入到构建腔室中,引入氧气和/或湿气会改变构建腔室中的处理条件。
US 2018/0133637披露了用于增材制造三维物体的设备,所述设备包括在增材建造过程中产生的过程气体可以流过的管结构和可互换地连接至管结构布置的过滤器模块。连接到管结构的过滤器模块可以通过分配给过滤器装置的切换装置分开地、即单独地或成组地或共同地切换到相应的操作状态、和相应的非操作状态,在所述操作状态下,相应的过滤器模块连接到管结构,使得过程气体流过所述过滤器模块,在所述非操作状态下,相应的过滤器模块连接到管结构,使得过程气体不能流过所述过滤器模块。切换装置的相应的切换位置例如可以被实现为使得过程气体在第一示例性切换位置仅流过一个单个过滤器模块,而在第二示例性切换位置流过至少两个、可能是所有过滤器模块。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供了一种过滤粉末床熔融设备中的气体的方法,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使所述气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;以及阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的所述气体的流量。
所述过滤器组件可以并联连接或可并联地连接在所述气体回路中。所述方法可以包括控制所述阀系统以在所述过滤器组件中的容纳未使用过的过滤元件的第一过滤器组件与所述过滤器组件中的容纳使用过的过滤元件的至少一个第二过滤器组件之间分配气流,使得流过所述第一过滤器组件的气体比所述第二过滤器组件或每个第二过滤器组件的少。穿过所述第一过滤器组件的气流可以小于穿过所述第二过滤器组件或每个第二过滤器组件的气流的一半、并且优选地小于其四分之一。可以在初始时间段内维持这个气流方案,在该初始时间段之后,例如通过增大流向所述第一过滤器组件的气流和/或减小或停止流向所述第二过滤器组件的气流来改变流向所述第一过滤器组件和所述第二过滤器组件的气体的流量。例如,可以将穿过所述第一过滤器组件的气流增大到等于或大于穿过所述第二过滤器组件或每个第二过滤器组件的气流(如果有的话)。
所述过滤器组件可以连接成使得所述过滤器组件中的过滤器组件串联连接在所述气体回路中。所述方法可以包括控制所述阀系统,使得所述过滤器组件中的容纳未使用过的过滤元件的第一过滤器组件与所述过滤器组件中的容纳使用过的过滤元件的至少一个第二过滤器组件串联连接在所述气体回路中,使得所述气体穿过所述第一过滤器组件和所述第二过滤器组件两者的过滤元件。所述方法可以包括控制所述阀系统,使得在初始时间段之后,穿过所述至少一个第二过滤器组件的气流被减小或完全停止。
已经发现,未填充有加工排放物的颗粒的未使用过的过滤元件不能将所述气流中的所述加工排放物过滤到低得足以避免对穿过这种过滤后的气体的辐射(比如激光束)的不良影响的水平。据信这是因为收集在过滤元件本身上的加工排放物起到将加工排放物从气体中过滤出的作用。相应地,一旦过滤元件中填充了加工排放物,所述过滤元件的过滤效率就可以更高。所述方法通过将未使用过的过滤元件暴露于加工排放物以用加工排放物填充所述过滤元件,同时使用另一过滤器组件中的部分使用过的过滤元件将再循环回到构建腔室的气体中的加工排放物保持得足够低来减轻或甚至消除由更换过滤元件引起的对粉末床熔融过程的不利影响。一旦第一过滤器组件的过滤元件已经充分填充了加工排放物,就可以改变流向过滤器组件的气流,例如使得第一过滤器组件被单独使用。
所述初始时间段可以是使用所述粉末床熔融设备使粉末凝固并且通过所述气流带走加工排放物的时间段。所述初始时间段可以包括完成构建物的一层或多层,比如两层、三层或四层的时间段。以这种方式,粉末凝固产生的加工排放物可以用于填充未使用过的过滤元件。
每个过滤器组件的过滤元件可以包括网状过滤元件,例如纸过滤元件。
一种方法可以包括在所述至少一个第二过滤器组件与所述第一过滤器组件之间的混合切换,其中逐渐增大流向所述第一过滤器组件的气流,并且逐渐减小流向所述第二过滤器组件或每个第二过滤器组件的气流,例如以分步或连续变化的方式。所述设备可以包括用于检测穿过所述气体回路的气流的特征的检测器,并且所述方法可以包括操作所述阀系统来在检测到所述气流的特征处于预定水平时将所述气流从至少一个第二过滤器组件切换到第一过滤器组件。例如,所检测的特征可以是过滤器组件中的一个或多个过滤器组件两侧的压差,或者是维持例如由质量流率传感器测量的穿过气体回路的恒定流率所需的泵状态。
所述方法可以包括控制所述阀系统以:在物体的构建的第一时间段期间将气流引导至所述过滤器组件中的第一过滤器组件,从而得到第一部分使用过的过滤元件;在所述构建的第二时间段(不同于第一时间段)期间将所述阀系统切换为将所述气流引导至所述过滤器组件中的第二过滤器组件,从而得到第二部分使用过的过滤元件;以及在所述构建的第三时间段(不同于第一时间段和第二时间段)期间将所述阀系统切换为在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流。当部分使用过的过滤元件已经被充分阻塞使得单独使用所述第一过滤元件不再能实现所需性能时,它在与另一部分使用过的过滤元件结合使用时仍可以提供令人满意的性能。相应地,在第三时段期间将阀系统切换为在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流可以延长所述过滤元件的使用寿命。
所述方法可以包括在检测到的值超过阈值时切换所述气流。所述检测到的值可以是所述过滤器组件两侧的压差和/或穿过所述气体回路的气体流速的测量值。所述第一过滤器组件与所述第二过滤器组件之间的切换可以是如上所述的混合切换。
根据本发明的第二方面,提供了一种用于控制粉末床熔融设备的控制器,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;以及阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流,所述控制器包括被布置为执行本发明的第一方面的方法的处理器。
根据本发明的第三方面,提供了一种粉末床熔融设备,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流;以及根据本发明的第二方面的控制器,用于控制阀系统。
所述阀系统可以能够调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流的比例。所述阀系统可以包括能够维持在多个位置的至少一个阀、并且优选地每个过滤器组件有一个阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件中的至少一个过滤器组件。
根据本发明的第四方面,提供了一种在其上具有指令的数据载体,所述指令在由用于控制粉末床熔融设备的控制器的处理器执行时使所述控制器执行本发明的第一方面的方法。
附图说明
现将仅以示例方式参照附图来描述本发明的实施例,在附图中:
图1是根据本发明的实施例的粉末床熔融设备的示意图;以及
图2是图1所示的粉末床熔融设备的过滤器组件的立体图。
具体实施方式
参照图1和图2,根据本发明的实施例的粉末床熔融设备包括可密封以隔绝外部环境的构建腔室101,以在粉末床104的工作表面104a处维持受控的气氛。构建腔室101内包含有用于支撑粉末床104和通过选择性地激光熔化粉末床104的粉末而构建的物体103的构建平台102。当物体103的相继层形成时,平台102可在套筒117中下降。当通过粉末分配设备和擦拭器(未示出)构建物体103时,形成粉末104的层。例如,粉末分配设备可以是如WO 2010/007396中描述的设备。激光模块105产生用于熔化粉末104的激光,所述激光由呈光学模块106的形式的扫描器按要求引导。激光经由窗口107进入构建腔室。
设置有气体回路,以用于在形成在构建平台102上的粉末床上产生气流。所述气体回路包括布置在构建套筒117的两侧的气体喷嘴112和排气口110,以用于在粉末床104上产生气刀。气体喷嘴112和排气口110被布置成在粉末床104的工作表面104a局部产生层状气刀。应理解,可以在构建腔室101中设置多于一个气体入口112。在这个实施例中,在构建腔室101的顶部中设置孔口阵列150,以提供背离窗口107的稳定的向下气流。通过激光熔化过程产生的加工排放物被气流携带到排气口110。
气体回路由气体再循环环路111完成,所述气体再循环环路使气体从排气口110再循环到气体喷嘴112。气体再循环环路111包括用于驱动气体在气体回路中运动的泵113和在泵113上游用于从气流中过滤出颗粒的过滤器系统114。在这个实施例中,过滤器系统包括:将加工排放物中的较大颗粒与较小的“冷凝物”颗粒分离的旋风分离器115;以及以并联关系布置在气体回路中的一对过滤器组件230a、230b。旋风分离器115位于过滤器组件230a、230b的上游,使得在气流到达过滤器组件230之前将加工排放物中的较大颗粒从气流中去除。
泵的下游是冷却装置118,用于在气体重新进入构建腔室101之前对其进行冷却。
参照图2,每个过滤器组件230a、230b包括具有气体入口210和气体出口220的过滤器壳体260以及位于过滤器壳体260内的、在气体入口210和气体出口220任一侧的过滤元件250。过滤器壳体260由可分离的上部231和下部232形成。为了清楚地示出内部的过滤元件250和导流器240,上部在图2中被示出为透明的。壳体是大致圆柱形的,并且在使用时上部231和下部232在夹紧边缘233处被牢固地夹紧。夹紧边缘包括在组装时用于影响两个部分的夹紧的螺钉和用于密封壳体的O形圈。
导流器240包括在过滤器壳体的上部231中。导流器240向下压在圆柱形过滤元件250的端部,并将气流引导至所述圆柱形过滤元件的侧面。当组装壳体时,过滤元件250通过围绕壳体的下部232中的气体出口的塞子定位并且通过从上部231的导流器240施加的压力牢固地夹紧在位。
返回参考图1,每个过滤器组件230a;230b进一步包括阀121a、122a;121b、122b,以用于将气体入口210和气体出口220密封隔开气流并允许过滤器组件在密封状态下从气体回路中移除。虚线指示过滤器组件230a、230b可以从气体回路中拆下的位置。以这种方式,可以更换过滤元件250。过滤元件250的更换可以按WO 2010/026396 A2中描述的方式进行。
气体回路包括阀系统,以用于调节流向每个过滤器组件230a、230b的气流。所述阀系统包括处于控制器125的控制下的阀123a、124a、123b、124b。阀123a、124a;123b、124b可操作来:在对应的过滤器组件230a、230b不使用时,例如,当其从气体回路中拆下时切断气流;以及调节流向对应的过滤器组件230a、230b的气流量。阀123a、123b可以被设定到多个部分打开的位置,以调节流向对应的过滤器组件230a、230b的气流量,并且可以同时打开,使得气体同时流过两个过滤器组件230a、230b。设置有传感器126以测量过滤器系统114两侧的气压差。
控制器125如下文所描述操作阀123a、124a;123b、124b。
在粉末床熔融设备中构建物体期间,到过滤器组件230a、230b中的一个过滤器组件的阀123a、124a;123b、124b被打开;而到另一个过滤器组件230b、230a的阀123b、124b;123a、124a被关闭,使得气体仅流过过滤器组件230a、230b中的一个过滤器组件。在构建期间,颗粒通过向气流打开的过滤器组件230a、230b的过滤元件250而从气流中被过滤出并积累在过滤元件250的表面上。一段时间之后,过滤元件250可能会开始被积累在其上的颗粒所堵塞。当由传感器126检测到的过滤器组件230a、230b两侧的压差超过阈值时(或当泵113不再能够维持穿过过滤器组件230a、230b/构建腔室101的所需气体流率时),启动过滤器组件230a、230b的切换。
切换包括逐渐关闭到包括(部分)使用过的过滤元件250的过滤器组件230b、230a的阀123a、124a;123b、124b,同时逐渐打开到包括未使用过的过滤元件250的过滤器组件230b、230a的阀123b、124b;123a、124a。在这个实施例中,阀123a、124a;123b、124b以9度的10步关闭和打开。
相应地,在切换期间,最初,大部分气体流过使用过的过滤元件250,而只有相对较小的比例流过未使用过的过滤元件250。以这种方式,流过新过滤元件250的可能未被新过滤元件充分过滤掉加工排放物的气体被流过使用过的过滤元件250的较大体积的气体(已被充分过滤)稀释。由于这种稀释,在切换期间被带回穿过构建腔室101的颗粒的密度不足以对构建产生不利影响。此外,据信穿过未使用过的过滤元件250的气体速度与当对应的阀123a、124a;123b、124b完全打开时的气体速度相比较低,这有助于从气流中过滤出颗粒,从而与非混合切换相比进一步减小穿过过滤器组件230a、230b的颗粒量。
混合切换的时间段是基于累积的激光发射时间。这个时间段可以是用户设定的。然而,通常将其设定为大于单层的激光发射时间的值。例如,用于混合切换的累积的激光发射时间可以大于5秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒或60秒。
通过使用混合切换,通过用气流中的颗粒涂覆来对未使用过的过滤元件250进行“预处理”,然后(现在部分使用过的)过滤元件250在混合切换结束时暴露于全部/较高气流。这确保了当过滤元件250暴露于全部/较高气流时存在对气流进行令人满意的过滤所需的颗粒。
一旦过滤器组件230a、230b之间的完全切换已完成,就可以移除包含“完全”使用过的过滤元件250的过滤器组件230a、230b并且可以使用WO 2010/007394中描述的过程来更换过滤元件250。
控制器125还可以操作阀123a、124a;123b、124b来延长过滤元件250的使用寿命。如果没有新的过滤元件250可用(因为使用过的过滤元件250尚未被更换),则当由传感器126检测到的过滤器组件230a、230b两侧的压差超过阈值时,控制器125操作阀123a、124a;123b、124b来使两个过滤器组件230a、230b完全向气流打开。阀123a、124a;123b、124b可以以最大速度切换到这种状态,而不是混合切换中发生的逐渐切换,因为不需要预处理。通过向气流打开两个过滤器组件230a、230b,流向过滤器组件的流速减半,从而在两个过滤器都很脏且接近寿命末期的情况下使压差大大降低(将近四分之一)。这在没有更多的干净的过滤元件250可用时提供了停止构建的替代过程,并且允许构建继续进行直到穿过并联的两个过滤器组件230a、230b的气流超过压差阈值时为止。阀系统的这种操作可以充分地延长过滤元件250的使用寿命以完成构建,使得在构建期间不需要更换过滤元件250。当使用一个或多个未使用过的过滤元件250时,在构建开始时在构建腔室101中的非理想气氛条件是可以接受的,因为构建的开始可以包括比如支撑件等非关键结构的构建,对此非理想的熔化条件是可接受的。相应地,在构建开始时存在的未使用过的过滤元件250可以有时间在构建关键结构之前进行预处理。
应理解,在不脱离本文所限定的本发明的情况下,可以对上述实施例进行改变和修改。例如,可以使用多于两个过滤器组件。过滤器组件可以串联以及并联连接。混合切换的时间段可以基于要处理的层数或过滤元件上的颗粒量的测量值,而不是累积的激光发射时间。

Claims (21)

1.一种过滤粉末床熔融设备中的气体的方法,在粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使所述气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的所述气体中过滤出加工排放物,所述过滤器组件并联连接在所述气体回路中;以及阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的所述气体的流量,所述阀系统包括能够维持在多个位置的至少一个阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件中的至少一个过滤器组件,
所述方法包括控制所述阀系统以在所述过滤器组件中的容纳未使用过的过滤元件的第一过滤器组件与所述过滤器组件中的容纳使用过的过滤元件的至少一个第二过滤器组件之间分配气流,使得流过所述第一过滤器组件的气体比所述第二过滤器组件或每个第二过滤器组件的少,以及
在初始时间段之后,通过增大流向所述第一过滤器组件的气流,并且减小或停止流向所述第二过滤器组件的气流来改变流向所述第一过滤器组件和所述第二过滤器组件的所述气体的流量,所述初始时间段是使用所述粉末床熔融设备使粉末凝固并且通过气流带走加工排放物的时间段。
2.根据权利要求1所述的方法,包括在所述第二过滤器组件与所述第一过滤器组件之间的混合切换,其中逐渐增大流向所述第一过滤器组件的气流,并且逐渐减小流向所述第二过滤器组件的气流。
3.根据权利要求2所述的方法,包括控制所述阀系统,使得在初始时间段之后,穿过所述至少一个第二过滤器组件的气流被减小或完全停止。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述初始时间段包括完成构建物的一层或多层的时间段。
5.根据权利要求2所述的方法,其中,所述初始时间段包括完成构建物的一层或多层的时间段。
6.根据权利要求3所述的方法,其中,所述初始时间段包括完成构建物的一层或多层的时间段。
7.根据权利要求1所述的方法,包括控制所述阀系统以:在物体的构建的第一时间段期间将气流引导至所述过滤器组件中的第一过滤器组件,从而得到第一部分使用过的过滤元件;在所述构建的第二时间段期间切换所述阀系统以将所述气流引导至所述过滤器组件中的第二过滤器组件,从而得到第二部分使用过的过滤元件;以及在所述构建的第三时间段期间切换所述阀系统以在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流。
8.根据权利要求2所述的方法,包括控制所述阀系统以:在物体的构建的第一时间段期间将气流引导至所述过滤器组件中的第一过滤器组件,从而得到第一部分使用过的过滤元件;在所述构建的第二时间段期间切换所述阀系统以将所述气流引导至所述过滤器组件中的第二过滤器组件,从而得到第二部分使用过的过滤元件;以及在所述构建的第三时间段期间切换所述阀系统以在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流。
9.根据权利要求3所述的方法,包括控制所述阀系统以:在物体的构建的第一时间段期间将气流引导至所述过滤器组件中的第一过滤器组件,从而得到第一部分使用过的过滤元件;在所述构建的第二时间段期间切换所述阀系统以将所述气流引导至所述过滤器组件中的第二过滤器组件,从而得到第二部分使用过的过滤元件;以及在所述构建的第三时间段期间切换所述阀系统以在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流。
10.根据权利要求4所述的方法,包括控制所述阀系统以:在物体的构建的第一时间段期间将气流引导至所述过滤器组件中的第一过滤器组件,从而得到第一部分使用过的过滤元件;在所述构建的第二时间段期间切换所述阀系统以将所述气流引导至所述过滤器组件中的第二过滤器组件,从而得到第二部分使用过的过滤元件;以及在所述构建的第三时间段期间切换所述阀系统以在容纳所述第一部分使用过的过滤元件的所述第一过滤器组件与容纳所述第二部分使用过的过滤元件的第二过滤器组件之间分配所述气流。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
12.根据权利要求2所述的方法,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
13.根据权利要求3所述的方法,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
14.根据权利要求4所述的方法,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
15.根据权利要求7所述的方法,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
16.一种用于控制粉末床熔融设备的控制器,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;以及阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流,所述阀系统包括能够维持在多个位置的至少一个阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件中的至少一个过滤器组件,所述控制器包括被布置为执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的处理器。
17.一种粉末床熔融设备,在所述粉末床熔融设备中,通过选择性地凝固粉末床来逐层构建物体,所述粉末床熔融设备包括:构建腔室,用于容纳所述粉末床;气体回路,用于使气体再循环,包括使所述气体在所述构建腔室内的所述粉末床上方通过;所述气体回路中的多个过滤器组件,用于从穿过所述气体回路再循环的气体中过滤出加工排放物;阀系统,可操作来调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流,所述阀系统包括能够维持在多个位置的至少一个阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件中的至少一个过滤器组件;以及根据权利要求16所述的控制器,用于控制所述阀系统。
18.根据权利要求17所述的粉末床熔融设备,其中,所述阀系统能够调节流向所述过滤器组件中的每个过滤器组件的气流的比例,所述阀系统包括能够维持在多个位置的至少一个阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件中的至少一个过滤器组件。
19.根据权利要求17或18所述的粉末床熔融设备,其中,所述阀系统包括用于每个过滤器组件且能够维持在多个位置的阀,其中,在每个位置,所述阀提供不同大小的开口,以供气流流向所述过滤器组件。
20.根据权利要求17或18所述的粉末床熔融设备,所述第一过滤器组件并联地连接在所述气体回路。
21.一种在其上具有指令的数据载体,所述指令在由用于控制如权利要求17所述的粉末床熔融设备的控制器的处理器执行时使所述控制器执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113618088A (zh) * 2021-08-30 2021-11-09 湖南华曙高科技有限责任公司 一种增材制造设备及其风场结构
DE102022204255A1 (de) * 2022-04-29 2023-11-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Filtersystem mit individuell abtrennbaren Filterkammern

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102186554A (zh) * 2008-09-05 2011-09-14 Mtt科技有限公司 过滤器组件
CN104507601A (zh) * 2012-05-28 2015-04-08 瑞尼斯豪公司 金属制品的制造
CN105382257A (zh) * 2014-09-03 2016-03-09 Slm方案集团股份公司 具有改进气体回路的用于生产工件的装置
CN105658356A (zh) * 2013-08-22 2016-06-08 瑞尼斯豪公司 用于通过粉末材料的选择性固化建造物件的设备和方法
CN107107193A (zh) * 2014-11-21 2017-08-29 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0813242D0 (en) 2008-07-18 2008-08-27 Mcp Tooling Technologies Ltd Powder dispensing apparatus and method
GB0813241D0 (en) 2008-07-18 2008-08-27 Mcp Tooling Technologies Ltd Manufacturing apparatus and method
CN105142826B (zh) * 2013-03-13 2018-01-30 联合工艺公司 用于选择性激光熔化粉床增量制造工艺的不间断过滤系统
KR101795994B1 (ko) * 2014-06-20 2017-12-01 벨로3디, 인크. 3차원 프린팅 장치, 시스템 및 방법
US20180126460A1 (en) * 2016-11-07 2018-05-10 Velo3D, Inc. Gas flow in three-dimensional printing
DE102016121783A1 (de) 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102186554A (zh) * 2008-09-05 2011-09-14 Mtt科技有限公司 过滤器组件
CN104507601A (zh) * 2012-05-28 2015-04-08 瑞尼斯豪公司 金属制品的制造
CN105658356A (zh) * 2013-08-22 2016-06-08 瑞尼斯豪公司 用于通过粉末材料的选择性固化建造物件的设备和方法
CN105382257A (zh) * 2014-09-03 2016-03-09 Slm方案集团股份公司 具有改进气体回路的用于生产工件的装置
CN107107193A (zh) * 2014-11-21 2017-08-29 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法

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