CN116507437A - 包括环境系统的增材制造设备及其使用方法 - Google Patents

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卡洛斯·H·博尼拉
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刘振
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Abstract

根据各种实施例，一种增材制造设备，包括围绕打印头、重涂头和线性运动平台的处理室，打印头和重涂头联接到线性运动平台。打印头和重涂头在处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体。增材制造设备还包括冷凝器系统，冷凝器系统流体联接到处理室，以从处理室接收具有第一蒸气含量的气体流并将具有第二蒸气含量的气体流提供给处理室。第二蒸气含量小于第一蒸气含量。此外，增材制造设备包括鼓风机，鼓风机流体联接到处理室和冷凝器，以使气体流流过包括鼓风机、处理室和冷凝器的闭合环路。

Description

包括环境系统的增材制造设备及其使用方法
相关申请的交叉引用
本说明书要求2020年10月29日提交的题为“包括环境系统的增材制造设备及其使用方法”的美国临时专利申请序列号63/107,161的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书大体涉及增材制造设备及其使用方法，并且更具体地，涉及包括环境系统的增材制造设备及其使用方法。
背景技术
增材制造设备可以用于以逐层方式从构建材料(例如有机或无机粉末)“构建”物体。某些构建材料(例如化学反应性粉末)需要惰性气氛来进行打印。另外，增材制造处理期间的稳定边界条件能够实现可重复处理。例如，构建区域内的温度、湿度、氧含量、颗粒含量以及压力和流率的波动会影响物体的质量，并在使用化学反应性粉末时造成危险情况。
因此，存在对其中构建区域中的环境可以被仔细控制的增材制造设备的需求。
发明内容
第一方面A1包括一种增材制造设备，该增材制造设备包括：处理室，处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，打印头和重涂头联接到线性运动平台，其中打印头和重涂头在处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；冷凝器系统，冷凝器系统流体联接到处理室，以从处理室接收具有第一蒸气含量的气体流并将具有第二蒸气含量的气体流提供给处理室，其中第二蒸气含量小于第一蒸气含量；以及鼓风机，鼓风机流体联接到处理室和冷凝器系统，以使气体流流过包括鼓风机、处理室和冷凝器系统的闭合环路。
第二方面A2包括根据方面A1的增材制造设备，进一步包括：浓缩器，浓缩器流体联接到冷凝器系统和处理室。
第三方面A3包括根据方面A1-A2中任一方面的增材制造设备，进一步包括：挥发性有机化合物(VOC)传感器，挥发性有机化合物(VOC)传感器沿着通过闭合环路的气体流的流动路径。
第四方面A4包括根据方面A1-A3中任一方面的增材制造设备，进一步包括：爆炸下限(LEL)传感器，爆炸下限(LEL)传感器沿着通过闭合环路的气体流的流动路径。
第五方面A5包括根据方面A1-A4中任一方面的增材制造设备，进一步包括：颗粒分离系统，颗粒分离系统定位在闭合环路内，以接收来自处理室的气体流并将气体流提供给鼓风机，其中颗粒分离系统被构造为从气体流中去除颗粒。
第六方面A6包括根据方面A5的增材制造设备，其中，颗粒分离系统包括布置成多个阵列的多个旋风分离器。
第七方面A7包括根据方面A6的增材制造设备，其中，多个旋风分离器包括大于或等于12个旋风分离器。
第八方面A8包括根据方面A5-A7中任一方面的增材制造设备，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，颗粒分离系统上的压降小于约1.5psi。
第九方面A9包括一种增材制造设备，该增材制造设备包括：处理室，处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，打印头和重涂头联接到线性运动平台，其中打印头和重涂头在处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；第一多个传感器，第一多个传感器定位在处理室内，其中第一多个传感器至少包括温度传感器和压力传感器；颗粒分离系统，颗粒分离系统流体联接到处理室以从处理室接收载有颗粒的流，其中颗粒分离系统从载有颗粒的流中分离出至少一些颗粒以产生颗粒减少的流；过滤器，过滤器流体联接到颗粒分离系统以从颗粒分离系统接收颗粒减少的流，其中过滤器从颗粒减少的流中去除附加颗粒以提供清洁气体流；鼓风机，鼓风机接收清洁气体流；温度控制单元，温度控制单元用于冷却清洁气体流；冷凝器系统；以及第二多个传感器，第二多个传感器定位在处理室外部，并且沿流体再循环路径在颗粒分离系统、过滤器、鼓风机、温度控制单元和冷凝器系统之后并且在处理室之前，其中第二多个传感器至少包括温度传感器、压力传感器，以及挥发性有机化合物(VOC)传感器、爆炸下限(LEL)传感器、湿度传感器和蒸气传感器中的一个或多个；其中处理室、颗粒分离系统、过滤器、鼓风机、冷凝器系统和温度控制单元形成闭合环路。
第十方面A10包括根据方面A9的增材制造设备，其中，过滤器是高效微粒空气(HEPA)过滤器。
第十一方面A11包括根据方面A9-A10中任一方面的增材制造设备，进一步包括第一阀和第二阀，第一阀沿流体再循环路径定位在颗粒分离系统与过滤器之间，第二阀沿流体再循环路径定位在过滤器与鼓风机之间，其中关闭第一阀和第二阀将过滤器与闭合环路流体隔离。
第十二方面A12包括根据方面A9-A11中任一方面的增材制造设备，其中，冷凝器系统沿流体再循环路径定位在泵之后并且在处理室之前。
第十三方面A13包括根据方面A9-A12中任一方面的增材制造设备，其中，温度控制单元包括热交换器，并且冷凝器系统将清洁气体流传送到热交换器。
第十四方面A14包括根据方面A9-A13中任一方面的增材制造设备，进一步包括阀，阀使得冷凝器系统能够沿流体再循环路径被绕过。
第十五方面A15包括根据方面A9-A14中任一方面的增材制造设备，其中，清洁气体流包括惰性气体。
第十六方面A16包括根据方面A9-A15中任一方面的增材制造设备，其中，处理室内的环境是惰性的。
第十七方面A17包括根据方面A9-A16中任一方面的增材制造设备，其中，处理室包括入口扩散器，清洁气体流通过入口扩散器进入处理室，其中入口扩散器降低清洁气体流的流动速度。
第十八方面A18包括一种控制处理室内的环境的方法，该方法包括：从位于处理室内的至少一个传感器接收关于处理室内的温度、压力和蒸气含量的信息；从处理室中去除载有颗粒的流；从载有颗粒的流中分离颗粒以提供清洁气体流；基于所接收的信息，降低清洁气体流的温度、蒸气含量或两者，以在处理室内实现预定的温度、压力和蒸气含量；以及将清洁气体流泵入处理室。
第十九方面A19包括根据方面A18的方法，其中，从载有颗粒的流中分离颗粒包括引导载有颗粒的流通过颗粒分离系统、HEPA过滤器或两者。
第二十方面A20包括根据方面A18-19中任一方面的方法，进一步包括：从定位在处理室外部的压力传感器接收关于清洁气体流的压力的信息；以及基于清洁气体流的压力与处理室内的压力之间的差，识别颗粒分离系统、HEPA过滤器或两者处的错误。
第二十一方面A21包括根据方面A18-A20中任一方面的方法，其中，清洁气体流基本上不含氧。
本文所述的增材制造设备、其部件及其使用方法的附加特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且对于本领域的技术人员来说，部分内容根据该描述将是显而易见的，或者通过实践本文描述的实施例(包括以下的详细描述、权利要求以及附图)，部分内容将被认识到。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。附图被包括在内以提供对各种实施例的进一步理解，并且结合到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的增材制造设备的部件；
图2A示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于增材制造设备的致动器组件的实施例；
图2B示意性地描绘了图2A的致动器组件的横截面；
图2C示意性地描绘了图2A的致动器组件的横截面；
图3示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的增材制造设备的控制系统的一部分；
图4示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的增材制造设备的示例环境系统；
图5示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的增材制造设备的另一个示例环境系统；
图6示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于增材制造设备的示例颗粒分离系统；
图7示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于增材制造设备的另一个示例颗粒分离系统；和
图8示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于颗粒分离系统的旋风分离器的横截面。
具体实施方式
现在将详细参考增材制造设备及其部件的实施例，其示例在附图中示出。只要有可能，相同的附图标记将在整个附图中用于指代相同或相似的部分。增材制造设备可以包括监测和控制增材制造设备的处理室内的环境的闭环环境系统。闭环环境系统可以使处理室内的环境在惰性状态和非惰性状态之间转换，并且在物体的构建期间以及不同物体的构建之间维持该状态。因此，当处理室内的环境处于惰性状态时，增材制造设备可以使用化学反应性构建材料来构建物体，同时维持稳定的边界。增材制造设备及其使用方法的各种实施例将在本文中具体参考附图进行更详细的描述。
除非另有明确说明，否则本文使用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部、上部、下部——仅参考所绘的图而作出，并不旨在暗示绝对取向。除非另有说明，否则连接引用(例如附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，连接引用并不一定意味着两个元件是直接连接的并且彼此具有固定关系。示例性附图仅用于说明目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在10％的裕度内。
在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
除非另有明确说明，否则绝无意将本文阐述的任何方法解释为要求其步骤以特定顺序进行，也不意味着要求任何设备特定取向。因此，如果方法权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求实际上没有叙述单个部件的顺序或取向，或者在权利要求或说明书中没有特别声明步骤限于特定顺序，或者没有叙述设备的部件的特定顺序或取向，则在任何方面都无意推断出顺序或取向。这适用于任何可能的非明示解释基础，包括：有关步骤安排、操作流程、部件顺序或部件取向的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的简单含义；以及说明书中描述的实施例的数量或类型。
现在参考图1，示意性地描绘了增材制造设备100的实施例。设备100包括清洁站110、构建平台120和致动器组件102。设备100可以可选地包括供应平台130。除了其他元件之外，致动器组件102包括用于分布构建材料400的重涂头140和用于沉积粘合剂材料500的打印头150。在实施例中，重涂头140还可以包括用于固化粘合剂材料500的能量源，如将在本文中进一步详细描述的。致动器组件102可以被构造为促进沿设备100的工作轴线116独立控制重涂头140和打印头150。这允许重涂头140和打印头150在相同方向上和/或在相反方向上横穿设备100的工作轴线116，并且允许重涂头140和打印头150以不同速度和/或相同速度横穿设备100的工作轴线。独立致动和控制重涂头140和打印头150进而允许同时进行增材制造处理的至少一些步骤，从而将增材制造处理的总循环时间减少到小于每个单独步骤的循环时间的总和。在本文描述的设备100的实施例中，设备100的工作轴线116平行于图中描绘的坐标轴的+/-X轴。应当理解，增材制造设备100的横穿工作轴线116的部件(例如重涂头140、打印头150等)不需要以工作轴线116为中心。然而，在本文所述的实施例中，增材制造设备100的至少两个部件相对于工作轴线116布置，使得当部件横穿工作轴线时，如果没有适当控制，则部件可以沿工作轴线占据相同或重叠的体积。
在图1描绘的实施例中，设备100包括清洁站110、构建平台120、供应平台130和致动器组件102。然而，应当理解，在其他实施例中，例如在构建材料利用例如但不限于构建材料料斗供应到构建平台120的实施例中，设备100不包括供应平台130。在图1描绘的实施例中，清洁站110、构建平台120和供应平台130沿设备100的工作轴线116串行定位在打印头150的打印起始位置158和重涂头140的重涂起始位置148之间，打印起始位置158定位成接近工作轴线116在-X方向上的一端，重涂起始位置148定位成接近工作轴线116在+X方向上的一端。也就是说，打印起始位置158和重涂起始位置148在平行于图中描绘的坐标轴的+/-X轴的水平方向上彼此间隔开，并且清洁站110、构建平台120和供应平台130定位在它们之间。在本文描述的实施例中，构建平台120沿设备100的工作轴线116定位在清洁站110和供应平台130之间。
清洁站110定位成接近设备100的工作轴线116的一端，并且与打印头150在将粘合剂材料500沉积在定位在构建平台120上的一层构建材料400上之前和之后所在或“停放”的打印起始位置158位于同一位置。清洁站110可以包括一个或多个清洁区段(未示出)，以促进在沉积操作之间清洁打印头150。清洁区段可以包括例如但不限于，包含用于溶解打印头150上的过量粘合剂材料的清洁溶液的浸泡站、用于从打印头150去除过量粘合剂材料和过量构建材料的擦拭站、用于从打印头150清除粘合剂材料和清洁溶液的喷射站、用于维持打印头150的喷嘴中的水分的停放站，或其各种组合。打印头150可以通过致动器组件102在清洁区段之间过渡。
构建平台120联接到升降系统800，升降系统800包括构建平台致动器122，以促进相对于设备100的工作轴线116在竖直方向(即，平行于图中描绘的坐标轴的+/-Z方向的方向)上升高和降低构建平台120。构建平台致动器122可以是例如但不限于机械致动器、机电致动器、气动致动器、液压致动器或适合于在竖直方向上向构建平台120施加线性运动的任何其他致动器。合适的致动器可包括但不限于蜗杆驱动致动器、滚珠丝杠致动器、气动活塞、液压活塞、机电线性致动器等。构建平台120和构建平台致动器122定位在构建容器124中，构建容器124位于设备100的工作轴线116下方(即，在图中描绘的坐标轴的-Z方向上)。在设备100的操作期间，在每层粘合剂材料500沉积在位于构建平台120上的构建材料400上之后，构建平台120通过构建平台致动器122的作用缩回到构建容器124中。
供应平台130联接到升降系统800，升降系统800包括供应平台致动器132，以促进相对于设备100的工作轴线116在竖直方向(即，平行于图中描绘的坐标轴的+/-Z方向的方向)上升高和降低供应平台130。供应平台致动器132可以是例如但不限于机械致动器、机电致动器、气动致动器、液压致动器或适合于在竖直方向上向供应平台130施加线性运动的任何其他致动器。合适的致动器可包括但不限于蜗杆驱动致动器、滚珠丝杠致动器、气动活塞、液压活塞、机电线性致动器等。供应平台130和供应平台致动器132定位在供应容器134中，供应容器134位于设备100的工作轴线116下方(即，在图中描绘的坐标轴的-Z方向上)。在设备100的操作期间，在将一层构建材料400从供应平台130分布到构建平台120之后，供应平台130通过供应平台致动器132的作用相对于供应容器134并朝向设备100的工作轴线116升高，如将在本文中更详细描述的。
现在参考图1和图2A，图2A示意性地描绘了图1的增材制造设备100的致动器组件102。致动器组件102大致包括重涂头140、打印头150、重涂头致动器144、打印头致动器154和支撑件182。在本文描述的实施例中，支撑件182在平行于设备100的工作轴线116(图1)的水平方向(即，平行于图中描绘的坐标轴的+/-X方向的方向)上延伸。如图1所示，当致动器组件102组装在清洁站110、构建平台120和供应平台130上方时，支撑件182在水平方向上至少从清洁站110延伸到供应平台130之外。
在一个实施例中，支撑件182是在水平方向上延伸的导轨180的一侧。例如，在一个实施例中，导轨180的竖直横截面(即，图中描绘的坐标轴的Y-Z平面中的横截面)可以为矩形或正方形，其中矩形或正方形的侧表面形成支撑件182。然而，应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的。例如但不限于，导轨180可以具有其他横截面形状(例如八边形等)，其中支撑件182是导轨180的小面(facet)的一个表面。在实施例中，支撑件182定位在竖直平面(例如，平行于图中描绘的坐标轴的X-Z平面的平面)中。然而，应当理解，在其他实施例中，支撑件182定位在竖直平面以外的平面中。
在本文所述的实施例中，重涂头致动器144和打印头致动器154联接到支撑件182。
在本文所述的实施例中，重涂头致动器144可沿重涂运动轴线146双向致动，并且打印头致动器154可沿打印运动轴线156双向致动。也就是说，重涂运动轴线146和打印运动轴线156分别限定重涂头致动器144和打印头致动器154沿其可致动的轴线。在实施例中，重涂头致动器144和打印头致动器154可相互独立地双向致动。重涂运动轴线146和打印运动轴线156在水平方向上延伸并且与设备100的工作轴线116(图1)平行。在本文描述的实施例中，重涂运动轴线146和打印运动轴线156是共线的。通过这种构造，由于重涂运动轴线146和打印运动轴线156沿同一条线放置，因此重涂头140和打印头150可以在不同时间沿设备100的工作轴线116占据相同空间(或相同空间的部分)。在图2A-2C描绘的致动器组件102的实施例中，重涂运动轴线146和打印运动轴线156位于同一竖直平面中。在支撑件182定位在竖直平面中的实施例中，重涂运动轴线146和打印运动轴线156位于平行于支撑件182的竖直平面的竖直平面中，如图2A-2C中描绘的。然而，应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的，例如重涂运动轴线146和打印运动轴线156位于与支撑件182的平面不平行的竖直平面中的实施例。
在本文所述的实施例中，重涂头致动器144和打印头致动器154可以是例如但不限于机械致动器、机电致动器、气动致动器、液压致动器或适合提供线性运动的任何其他致动器。合适的致动器可以包括但不限于蜗杆驱动致动器、滚珠丝杠致动器、气动活塞、液压活塞、机电线性致动器等。在一个特定实施例中，重涂头致动器144和打印头致动器154是由宾夕法尼亚州匹兹堡的Inc.制造的线性致动器，例如PRO225LM机械轴承、线性电动机级。
例如，致动器组件102可包括固定到导轨180的支撑件182的引导件184。重涂头致动器144和打印头致动器154可以可移动地联接到导轨180，使得重涂头致动器144和打印头致动器154可以独立地横穿引导件184的长度。在实施例中，例如，横穿重涂头致动器144和打印头致动器154的原动力(motive force)由直接驱动线性电动机(例如无刷伺服电动机)提供。
在实施例中，例如，诸如当重涂头致动器144和打印头致动器154类似于PRO225LM机械轴承、线性电动机级时，重涂头致动器144、打印头致动器154和引导件184可以是固定到导轨180的内聚子系统。然而，应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的，例如重涂头致动器144和打印头致动器154包括多个部件的实施例，这些部件被单独组装到导轨180上以分别形成重涂头致动器144和打印头致动器154。
仍然参考图2A-2C，重涂头140联接到重涂头致动器144，使得重涂头140位于增材制造设备100的工作轴线116(图1)附近。因此，重涂头致动器144沿重涂运动轴线146的双向致动影响重涂头140在增材制造设备100的工作轴线116上的双向运动。在图2A-2C描绘的致动器组件102的实施例中，重涂头140通过支柱212联接到重涂头致动器144，使得重涂头140从支撑件182悬臂伸出并定位在增材制造设备100的工作轴线116(图1)上。重涂头140从支撑件182悬臂伸出允许重涂头致动器144和引导件184与例如增材制造设备100的构建平台120间隔开，从而降低重涂头致动器144、引导件184和相关联电气部件将被构建材料400弄脏或以其他方式污染的可能性。这增加了重涂头致动器的维护间隔，增加了重涂头致动器的使用寿命，减少了机器停机时间，并且减少了由于重涂头致动器144的结垢造成的构建错误。此外，将重涂头致动器144与设备100的构建平台120间隔开允许改进对构建平台120和供应平台130的视觉和物理访问，提高维护的便利性并允许增材制造处理的更好视觉观察(来自人工观察、相机系统等)。在本文所述的一些实施例中，重涂头140可以固定在正交于重涂运动轴线146和工作轴线116的方向上(即，沿+/-Z轴固定和/或沿+/-Y轴固定)。
在实施例中，重涂头140可枢转地联接到重涂头致动器144。例如但不限于，在图2A-2C描绘的致动器组件102的实施例中，支柱212联接到重涂头140并且在枢轴点214处枢转地联接到重涂头致动器144。这允许重涂头140相对于重涂头致动器144远离设备100的工作轴线116(图1)枢转，以促进例如维护或移除定位在重涂头140下方的设备的部件(例如，构建容器、供应容器等)。在实施例中，枢轴点214可包括致动器(例如电动机等)，以促进重涂头140的自动枢转。在实施例中，可以在重涂头140和重涂头致动器144之间设置单独的致动器(未描绘)以促进重涂头140的自动枢转。虽然图2C描绘了枢轴点214定位在支柱212和重涂头致动器144之间，但应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的，例如枢轴点214定位在支柱212和重涂头140之间的实施例。
仍然参考图2A-2C，打印头150联接到打印头致动器154，使得打印头150位于增材制造设备100的工作轴线116(图2)附近。因此，打印头致动器154沿打印运动轴线156的双向致动影响打印头150在增材制造设备100的工作轴线116上的双向运动。在图2A-2C描绘的致动器组件102的实施例中，打印头150通过支柱216联接到打印头致动器154，使得打印头150从支撑件182悬臂伸出并且定位在增材制造设备100的工作轴线116(图1)上。从支撑件182悬臂伸出打印头150允许打印头致动器154和引导件184与例如增材制造设备100的构建平台120间隔开，从而降低打印头致动器154、引导件184和相关联电气部件将被构建材料400弄脏或以其他方式污染的可能性。这增加了打印头致动器的维护间隔，增加了打印头致动器的使用寿命，减少了机器停机时间，并且减少了由于打印头致动器154的结垢造成的构建错误。此外，将打印头致动器154与设备100的构建平台120间隔开允许改进对构建平台120和供应平台130的视觉和物理访问，提高维护的便利性并允许增材制造处理的更好视觉观察(来自人工观察、相机系统等)。在本文所述的一些实施例中，打印头150可以固定在正交于重涂运动轴线146和工作轴线116的方向上(即，沿+/-Z轴固定和/或沿+/-Y轴固定)。
在实施例中，打印头150可以枢转地联接到打印头致动器154。例如但不限于，在图2A-2C描绘的致动器组件102的实施例中，支柱216联接到打印头150并且在枢轴点218处枢转地联接到打印头致动器154。这允许打印头150相对于打印头致动器154远离设备100的工作轴线116(图1)枢转，以促进例如维护或移除定位在打印头150下方的设备的部件(例如，构建容器、供应容器等)。在实施例中，枢轴点218可以包括致动器(例如电动机等)，以促进打印头150的自动枢转。在实施例中，可以在打印头150和打印头致动器154之间设置单独的致动器(未描绘)，以促进打印头150的自动枢转。虽然图2B描绘了枢轴点218定位在支柱216和打印头致动器154之间，但应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的，例如枢轴点218定位在支柱216和打印头150之间的实施例。
在实施例中，重涂头致动器144和打印头致动器154在构建容器124上方重叠。因此，重涂头致动器144(和附接的重涂头140)与打印头致动器154(和附接的打印头150)的运动范围也在构建容器124上方重叠。在实施例中，重涂头致动器(和附接的重涂头140)的运动范围大于打印头致动器154(和附接的打印头150)的运动范围。例如，当设备100包括定位在构建容器124和重涂初始位置148之间的供应容器134时，这是正确的。然而，应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的。例如，在实施例(未描绘)中，重涂头致动器144和打印头致动器154可以沿设备100的工作轴线116的整个长度重叠。在这些实施例中，重涂头致动器144(和附接的重涂头140)与打印头致动器154(和附接的打印头150)的运动范围在设备100的工作轴线116上共同延伸。
如上所述，在本文所述的实施例中，重涂头140和打印头150都位于设备100的工作轴线116上。因此，重涂头140和打印头150在工作轴线116上的运动沿相同轴线发生并因此是共线的。通过这种构造，重涂头140和打印头150可以在单个构建循环期间的不同时间沿设备100的工作轴线116占据相同空间(或相同空间的部分)。重涂头140和打印头150可以以协调的方式、在相同的方向和/或相反的方向上、以相同的速度或不同的速度同时沿设备100的工作轴线116移动。这进而允许增材制造处理的各个步骤(例如分布步骤(本文也称为重涂步骤)、沉积步骤(本文也称为打印步骤)、固化(或加热)步骤、和/或清洁步骤)以重叠循环时间进行。例如，分布步骤可以在清洁步骤完成的同时开始；沉积步骤可以在分布步骤完成的同时开始；和/或清洁步骤可以在分布步骤完成的同时开始。这可以将增材制造设备100的总循环时间减少到小于分布循环时间(本文也称为重涂循环时间)、沉积循环时间(本文也称为打印循环时间)和/或清洁循环时间的总和。
例如，作为致动器组件102的替代，致动器组件(未示出)的其他实施例可以在图1描绘的增材制造设备100的实施例中实施。因此，应当理解，致动器组件的其他实施例可以用于以与本文关于图1-2C描述的类似的方式在构建平台120上构建物体。
现在参考图1-2C，在本文所述的实施例中，打印头150可以通过位于打印头150的下侧(即，打印头150的面向构建平台120的表面)上的喷嘴阵列172将粘合剂材料500沉积在分布在构建平台120上的一层构建材料400上。在实施例中，喷嘴阵列172在空间上分布在图中描绘的坐标轴的XY平面中。在一些实施例中，打印头还可以限定正在构建的零部件的几何形状。在实施例中，喷嘴172可以是压电打印喷嘴，并因此打印头150是压电打印头。在替代实施例中，喷嘴172可以是热打印喷嘴，并因此打印头150是热打印头。在替代实施例中，喷嘴172可以是喷雾喷嘴。
除了喷嘴172之外，在一些实施例中，打印头150还可以包括一个或多个传感器(未描绘)，用于检测分布在构建平台120上的构建材料400和/或沉积在构建平台120上的粘合剂材料500的特性。传感器的示例可以包括但不限于图像传感器，例如相机、热检测器、高温计、轮廓仪、超声检测器等。在这些实施例中，来自传感器的信号可以被反馈到增材制造设备的控制系统(本文进一步详细描述)，以促进增材制造设备的一个或多个功能的反馈控制。
替代地或附加地，打印头150可以包括至少一个能量源(未描绘)。能量源可以发射适合于固化(或至少引发固化)沉积在分布在构建平台120上的构建材料400上的粘合剂材料500的电磁辐射的波长或波长范围。例如，能量源可以包括红外加热器或紫外灯，其发射适合于固化先前沉积在分布在构建平台120上的构建材料400层上的粘合剂材料500的红外或紫外电磁辐射的波长。在能量源是红外加热器的情况下，能量源还可以在构建材料400从供应平台130分布到构建平台120时预热构建材料400，这可以有助于加速随后沉积的粘合剂材料500的固化。
如本文所述，重涂头140在增材制造设备100中用于分布构建材料400，并且更具体地，将构建材料400从供应平台130分布到构建平台120。即，重涂头140用于利用构建材料400“重涂”构建平台120。设想重涂头140可以包括辊、叶片或刮刀中的至少一个，以促进将构建材料400从供应平台130分布到构建平台120。
构建材料通常包括可铺展或可流动的粉末材料。合适粉末材料的类别包括但不限于干粉材料和湿粉材料(例如，夹带在浆料中的粉末材料)。在实施例中，构建材料能够与粘合剂材料结合在一起。在实施例中，构建材料也能够例如通过烧结熔融在一起。在实施例中，构建材料可以是无机粉末材料，包括例如但不限于陶瓷粉末、金属粉末、玻璃粉末、碳粉、沙子、水泥、磷酸钙粉末，及其各种组合。在实施例中，构建材料可包括有机粉末材料，包括例如但不限于塑料粉末、聚合物粉末、肥皂、由食物形成的粉末(即，可食用粉末)，及其各种组合。在实施例中，构建材料可以是不锈钢(例如，SS316、17-4、HK-30和304粉末)、钢(例如，4140、4605、8620和工具钢粉末)、铜合金、镍合金(例如，Rene 65)，或其他合金粉末。在一些实施例中，例如当构建材料是药物或包含药物时，构建材料可以是(或包括)药物活性成分。在实施例中，构建材料可以是无机粉末材料和有机粉末材料的组合。在实施例中，构建材料可以是化学反应性或可燃性粉末，例如铝粉或钛粉。
构建材料的尺寸可以是均匀的或不均匀的。在实施例中，构建材料可以具有粉末尺寸分布，例如但不限于双模态或三模态粉末尺寸分布。在实施例中，构建材料可以是纳米颗粒或可以包括纳米颗粒。
构建材料可以是规则的或不规则的形状，并且可以具有不同的纵横比(aspectratio)或相同的纵横比。例如，构建材料可以采用小球体或颗粒的形式，或者可以成形为小棒或纤维。
在实施例中，构建材料可以涂有第二材料。例如但不限于，构建材料可以涂有蜡、聚合物或有助于将构建材料粘合在一起(与粘合剂结合)的另一种材料。替代地或附加地，构建材料可以涂有烧结剂和/或合金剂以促进熔融构建材料。
粘合剂材料可包含辐射能可固化的材料，并且当粘合剂材料处于固化状态时，该材料能够将构建材料粘附或粘合在一起。如本文所用，术语“辐射能可固化”是指响应于特定波长和能量的辐射能的应用而凝固的任何材料。例如，粘合剂材料可包括已知的光聚合物树脂，其包含用于引发聚合反应的光引发剂化合物，导致树脂从液态变为固态。或者，粘合剂材料可包括含有可通过施加辐射能蒸发掉的溶剂的材料。未固化的粘合剂材料可以以固体(例如，颗粒)形式、液体形式(包括糊状物或浆料)或与打印头兼容的低粘度溶液提供。可以选择粘合剂材料，以在进一步处理期间(例如在构建材料的烧结期间)具有排出气体或烧掉的能力。在实施例中，粘合剂材料可以如题为“用于粘合剂喷射增材制造技术的可逆粘合剂”并转让给纽约州斯克内克塔迪的通用电气公司的美国专利公开第2018/0071820号中所述。然而，应当理解，其他粘合剂材料是可以设想的并且是可能的，包括各种粘合剂材料的组合。
在实施例中，重涂头140还可以包括至少一个能量源。在这些实施例中，能量源可以发射适合固化(或至少引发固化)沉积在分布在构建平台120上的构建材料400上的粘合剂材料500的电磁辐射的波长或波长范围。例如，能量源可以包括红外加热器或紫外灯，它们分别发射适合固化先前沉积在分布在构建平台120上的构建材料400层上的粘合剂材料500的红外或紫外电磁辐射的波长。在能量源是红外加热器的情况下，能量源还可以在构建材料400从供应平台130分布到构建平台120时预热构建材料400，这可以有助于加速随后沉积的粘合剂材料500的固化。
在一些实施例中，重涂头140还可以包括至少一个传感器，例如用于检测分布在构建平台120上的构建材料400和/或沉积在构建平台120上的粘合剂材料500的特性的至少一个传感器。传感器的示例可以包括但不限于图像传感器(例如相机)、热检测器、高温计、轮廓仪、超声检测器等。在这些实施例中，来自传感器的信号可以被反馈到增材制造设备的控制系统(本文进一步详细描述)，以促进增材制造设备的一个或多个功能的反馈控制。
现在参考图1和图3，图3示意性地描绘了用于控制具有如图2A-2C中描绘的致动器组件的图1的增材制造设备100的控制系统200的一部分。控制系统200通信地联接到重涂头致动器144、打印头致动器154、构建平台致动器122和供应平台致动器132。控制系统200也可以通信地联接到打印头150和重涂头140。在包括附加附件或部件(例如处理附件、处理附件致动器和传感器(未描绘))的实施例中，控制系统200也可以通信地联接到附加部件。在本文描述的实施例中，控制系统200包括通信地联接到存储器204的处理器202。处理器202可以包括被构造为接收和执行存储在例如存储器204中的计算机可读和可执行指令的任何处理部件，例如中央处理单元等。在本文所述的实施例中，控制系统200的处理器202被构造为将控制信号提供到(并由此致动)重涂头致动器144、打印头致动器154、构建平台致动器122、供应平台致动器132，以及任何附加部件(当包括时)。处理器202还可以被构造为将控制信号提供到(并由此致动)打印头150和重涂头140。控制系统200还可以被构造为从重涂头140的一个或多个传感器接收信号，并基于这些信号致动重涂头致动器144、打印头致动器154、构建平台致动器122、供应平台致动器132、打印头150和/或重涂头140中的一个或多个。
在本文描述的实施例中，用于控制增材制造设备100的计算机可读和可执行指令存储在控制系统200的存储器204中。存储器204是非暂时性计算机可读存储器。存储器204可以被构造为例如但不限于易失性和/或非易失性存储器，并且因此可以包括随机存取存储器(包括SRAM、DRAM和/或其他类型的随机存取存储器)、闪存、寄存器、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他类型的存储部件。
参考图1，示意性地描绘了在构建循环开始时的增材制造设备100。如本文所用，短语“构建循环”是指在构建平台120上构建物体的单个层的处理。在本文描述的实施例中，“构建循环”可以包括一次迭代升高供应平台130、降低构建平台120、将新的一层构建材料400从供应平台130分布到构建平台120、将粘合剂材料500沉积在分布在构建平台120上的该新的一层构建材料400上、以及可选地清洁打印头150中的每一个。
虽然图1描绘了增材制造设备100，其包括与致动器组件102的重涂头140结合使用以将构建材料400供应到构建容器124的构建平台120的供应容器134，但应当理解，其他实施例是可以设想的并且是可能的。例如，在实施例中，设备100可以包括构建材料料斗而不是供应容器。在此类实施例中，构建材料料斗可以联接到重涂头致动器144或固定在构建平台120上方。此外，虽然图1描绘了包括如图2A-2C中描绘的致动器组件的增材制造设备100，但应当理解，致动器组件的其他构造是可以设想的并且是可能的。
此外，应当理解，尽管本文描述的各种实施例是参考将粘合剂材料沉积到粉末床上的打印头来描述的，但是其他增材制造模态是可以设想的并且是可能的。例如，本文描述的打印头可以用激光或其他能量束或另一固结设备代替。
前面的描述包括增材制造设备的部件及其使用方法的各种实施例。应当理解，这些部件(包括打印头150、重涂头140、以及联接到打印头致动器154和重涂头致动器144的线性运动平台)的各种组合设置在处理室内，其中环境由闭环环境系统控制。环境系统使处理室能够在惰性状态(例如，其中化学反应性粉末可以用作构建材料)和非惰性状态之间变化。因此，增材制造系统的各种实施例能够使用范围更广的构建材料，以及对处理室中的环境进行附加控制，这可以提高构建之间的精度。
在各种实施例中，某些部件被描述为在彼此“上游”或“下游”。如本文所用，术语“上游”是指在朝向处理室的出口的方向上移动，或者与在流体流动的方向上沿流动路径的另一部件相比，部件相对更靠近处理室的出口。与“上游”结合使用的术语“下游”是指朝向处理室的入口的方向，或者与另一部件相比相对更靠近处理室的入口。大体上，通过环境系统的流体流动是从上游到下游。如本文所用，当与“上游”或“下游”结合使用时，术语“直接”是指其中气体流从第一部件流到第二部件而不通过中间部件的布置。然而，设想气体流可以经过一个或多个传感器，或通过一个或多个阀而不影响部件之间的直接关系。
作为示例参考图4和图5，示意性地描绘了增材制造设备的环境系统401、501的实施例。大体上，环境系统401、501包括围绕打印头150、重涂头140和线性运动平台420的处理室300。线性运动平台420联接到打印头致动器154和重涂头致动器144，如上所述。如上所述，打印头150和重涂头140在处理室300内操作，以通过沉积构建材料400和粘合剂材料500来构建三维物体。环境系统401、501中存在许多阀(通常并统称为阀40，或由参考数字40后接字母指示符(例如，40a、40b等)单独指代)，这些阀可操作以控制进出构成环境系统401、501的闭合环路的各种部件的气体流。此外，许多传感器(通常并统称为传感器44，或由参考数字44后接字母指示符(例如，44a、44b等)单独指代)位于遍及环境系统的闭合环路的各个点处。在实施例中，一个或多个阀40可以基于由一个或多个传感器44提供给控制系统(例如图2中的控制系统200)的信息来操作。
在下面的描述中，遍及闭环环境系统定位的传感器44可以包括指示传感器44的每个位置处的一个或多个传感器。合适的传感器可以包括例如但不限于，压力传感器、温度传感器、湿度传感器、蒸气传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、爆炸下限(LEL)传感器、氧传感器等。
如图4和图5所示，颗粒分离系统402流体联接到处理室300以从处理室300接收载有颗粒的流。例如，在实施例中，当阀40a和40b打开时，从处理室300提取包括构建材料400的颗粒和由清洁流体和粘合剂材料500的挥发生成的水和/或溶剂蒸气的气态流。
在图4和图5中，阀40a定位在重涂头140和颗粒分离系统402之间。阀40a可以用于例如通过联接到重涂头140的真空系统控制由重涂头140接收的气体流。在实施例中，真空系统以大于约20立方英尺/分钟(CFM)的流率抽吸通过重涂头140的气体流。因此，真空系统可以包括联接到重涂头140中的入口的管，该管抽吸通过重涂头140的气体流以去除由于重涂头140在其通过构建表面或覆盖有粉末的任何其他表面期间扰动构建材料而被雾化的构建材料。真空系统可以取决于特定实施例而变化，但前提是它能有效去除在处理室300内雾化或流化的构建材料。适用的真空系统的一个示例在2020年5月22日提交的题为“包括真空的增材制造重涂组件及其使用方法”的专利申请号PCT/US20/34204中更详细地描述，其内容通过引用并入本文。设想在一些实施例中，重涂头140可以不包括这样的真空系统，并且因此在这样的实施例中可以不包括阀40a。在实施例中，当包括时，阀40a是节流阀，其使得来自重涂头140的气体流能够被打开、关闭或调节，但设想可以使用其他类型的阀。
另一个阀(阀40b)定位在处理室300和颗粒分离系统402之间，用于控制离开处理室300的气体流。在实施例中，阀40b是节流阀，其使得来自处理室300的气体流能够被打开、关闭或调节，但设想可以使用其他类型的阀。
如图4和图5所示，当包括时，通过阀40a的流在颗粒分离系统402的上游与通过阀40b的流汇合。在实施例中，文丘里管(未示出)被包括在流动路径中，其中通过阀40a的流与通过阀40b的流汇合。当包括时，文丘里管在文丘里管的喉部生成低压区，这有效地驱动来自重涂头140的抽吸流。在实施例中，文丘里管具有经选择以满足环境系统的最小流率的几何形状，该最小流速可以例如基于重涂头140的体积和通过重涂头140吸入的气体的抽吸流而变化。
至少一个传感器44a定位成紧邻颗粒分离系统402的上游。尽管描绘了单个传感器44a，但是设想任何数量的传感器44可以沿流动路径定位在颗粒分离系统402的上游。例如，在一些实施例中，传感器44a可以包括温度传感器、压力传感器或两者。温度传感器测量载有颗粒的流的温度，而压力传感器测量载有颗粒的流的压力。当包括时，从压力传感器接收的信息可用于确定环境系统的闭合环路中是否存在泄漏。
颗粒分离系统402分离出至少一些颗粒并将颗粒传送到材料处理系统403。在实施例中，阀40c控制颗粒从环境系统流出到材料处理系统403。如将在下面更详细描述的，在实施例中，阀40c是开/关阀，其在处于打开位置时使颗粒能够从颗粒分离系统402传送到材料处理系统403，并且在处于关闭位置时防止颗粒从颗粒分离系统402传送到材料处理系统403。然而，可以使用其他类型的阀。通过颗粒分离系统402将至少一些颗粒从载有颗粒的流中分离出来导致颗粒减少的流，该颗粒减少的流被传送到与颗粒分离系统402流体联接的过滤器404。在实施例中，颗粒分离系统402是在图6-8中的任一个中示出和描述的颗粒分离系统，但设想取决于特定实施例可以使用其他颗粒分离系统。
在各种实施例中，颗粒分离系统402有效去除大于约50wt％、大于75wt％、大于80wt％、大于85wt％、大于90wt％、大于95wt％，或甚至大于97wt％的载有颗粒的流中的颗粒。在实施例中，颗粒分离系统402从载有颗粒的流中分离大于约5.0微米(μm)、大于约4.0μm、大于约3.5μm、大于约3.0μm、大于约2.5μm、大于约2.0μm、大于约1.5μm，或甚至大于约1.0μm的颗粒。因此，在实施例中，颗粒分离系统402通过从载有颗粒的流中去除大部分颗粒来减少过滤器404上的负载。
如图4和图5所示，在实施例中，传感器44b沿流动路径定位在颗粒分离系统402和过滤器404之间。尽管描绘了单个传感器44b，但设想任何数量的传感器44可以沿流动路径定位在颗粒分离系统402和过滤器404之间。例如，在一些实施例中，传感器44b可以包括温度传感器、压力传感器或两者。在一个特定实施例中，压力传感器和温度传感器定位在颗粒分离系统402和过滤器404之间。在另一个实施例中，压力传感器在颗粒分离系统402和过滤器404之间。当传感器44b包括压力传感器时，它可以用于确定环境系统的闭合环路中是否存在泄漏。附加地或替代地，结合传感器44a(当传感器44a包括压力传感器时)，来自传感器44b的信息可以用于确定颗粒分离系统402是否存在问题。此类问题可以例如由大于预期(例如，阈值压差)的压降(例如，由传感器44a感测到的压力与由传感器44b感测到的压力之间的压差)指示。
在实施例中，过滤器404是高效微粒空气(HEPA)过滤器(如由美国能源部限定的)。例如，在实施例中，过滤器404是能够去除至少99.97％的直径为0.3μm的颗粒的HEPA过滤器。可以使用其他类型的过滤器，前提是它们能够从颗粒减少的流中去除剩余颗粒。例如，当使用具有较大颗粒尺寸的构建材料时，可以使用其他类型的过滤器。附加地或替代地，可以取决于其他系统部件和要求(例如可用压降和流率)而使用不同类型的过滤器。在实施例中，构建材料400具有大于或等于3.5μm的d10，并且HEPA过滤器用作过滤器404。在各种实施例中，过滤器404从颗粒减少的流中去除构建材料400的剩余颗粒并提供清洁气体流。
如图4和图5所示，在实施例中，阀40d和40e分别设置成紧邻过滤器404的上游和下游，以使过滤器404能够被流体隔离。因此，在这样的实施例中，过滤器404可以被移除、清洁或更换而不使环境系统401、501内的气体泄漏出闭合环路。在实施例中，阀40d和40e是手动开/关阀，其可以由操作者在气体可以流过过滤器404的打开位置和防止气体流过过滤器404的关闭位置之间操作。然而，其他类型的阀(包括自动阀)是可以设想的并且是可能的。
如图4和图5所示，过滤器404流体联接到鼓风机406。尽管图4和图5被示出为仅包括单个鼓风机406，但设想在实施例中，还可以包括一个或多个附加鼓风机。例如，颗粒分离系统402可以包括鼓风机。在图4中，过滤器404将清洁气体流直接传送到鼓风机406，但在图5中，至少一些清洁气体流在提供给鼓风机406之前通过除湿器502(在下面更详细地讨论)。鼓风机406使清洁气体流循环通过环境系统。可包括许多市售鼓风机中的任何一个作为鼓风机406，包括但不限于可作为HRD 2T FU ATEXTM获得的鼓风机(例如具有变频驱动器(VFD)的HRD 2T FU-95/2.2)，可从Elektror Airsystems Gmbh(Germany)获得的鼓风机，或可从Airtech Vacuum获得并配备VFD的3TA系列离心鼓风机。可以使用其他鼓风机，前提是它们能够提供系统所需的压力和流率。例如，在实施例中，鼓风机406为流过环境系统的气体提供大于或等于70毫巴、大于或等于75毫巴、大于或等于80毫巴、或甚至大于或等于85毫巴的驱动压力。鼓风机406也可以例如基于鼓风机特性速度、绝热效率、功率、最大流率等来选择。应当理解，鼓风机406的选择能够并且将会影响系统中的其他部件(包括但不限于颗粒分离系统402和过滤器404)的选择。具体地，系统中的各种部件(包括文丘里管、颗粒分离系统402和过滤器404)上的可接受压降将取决于鼓风机406的压力容限。
尽管本文描述为定位在鼓风机406的上游，但设想在实施例中，除湿器502可以定位在鼓风机406的下游。应当理解，部件的顺序可以取决于所选的特定部件以及其他系统操作参数而变化。例如，使用对来自粘合剂和清洁流体的蒸气呈惰性的鼓风机可以使气体能够通过鼓风机而无需从其中提取蒸气。此外，处理室内使用的蒸气含量和特定气体不会造成燃烧风险的实施例和/或鼓风机不在冷凝环境中操作的实施例可以使气体能够通过鼓风机而无需从其中提取蒸气。因此，应当理解，取决于环境、操作参数、气体含量和所选的特定鼓风机，气体可以在鼓风机的上游或下游被调节或处理。
在实施例(例如图4所示的实施例)中，传感器44c沿流动路径定位在过滤器404和鼓风机406之间。例如，传感器44c定位在过滤器404和阀40e的下游，以及鼓风机406的上游。尽管描绘了单个传感器44c，但设想任何数量的传感器44可以沿流动路径定位在过滤器404和鼓风机406之间。例如，在一些实施例中，传感器44c可以包括温度传感器、压力传感器或两者。在一个特定实施例中，压力传感器和温度传感器定位在过滤器404和鼓风机406之间。
在实施例中，传感器44b和44c各自包括压力传感器。因此，传感器44b和44c一起可以提供关于过滤器404的容量的信息，以及指示过滤器404何时需要更换。
在图4所示的实施例中，来自鼓风机406的清洁气体流可以可选地传送到浓缩器408。当包括时，浓缩器408浓缩清洁气体流中的蒸气(例如，从清洁流体和/或粘合剂材料500释放的蒸气)，以减少通过冷凝器系统410的气体流量。例如，浓缩器408可以将清洁气体流中存在的蒸气浓缩成小于约50％(v/v)的体积，其被传送到冷凝器系统410，而清洁气体流的剩余体积在冷凝器系统410下游的点处被传送回到环路中。因此，当包括时，浓缩器408可以提高系统的整体效率。当包括并使用浓缩器408时，可以关闭阀40f和40g以迫使清洁气体流通过浓缩器408，并且可以打开阀40s以实现与浓缩器408的流体连通。
如图4所示，传感器44d定位在鼓风机406的下游。在实施例中，虽然被描绘为单个传感器44d，但是传感器44d可以包括压力传感器、温度传感器和/或湿度传感器。在一些实施例中，可以使用VOC或LEL传感器代替湿度传感器。因此，在实施例中，压力传感器、温度传感器和VOC传感器定位成紧邻鼓风机406的下游。在实施例中，压力传感器、温度传感器和LEL传感器定位成紧邻鼓风机406的下游。在实施例中，压力传感器、温度传感器和湿度传感器定位成紧邻鼓风机406的下游。来自传感器44d的信息可以用于例如确定阀40f、阀40g、或阀40f和40g两者是否应关闭，以及确定阀40s是否应打开以改变离开鼓风机406的清洁气体流的路径。例如，来自湿度传感器、VOC传感器、LEL传感器和温度传感器中的一个或多个的信息可以用于确定清洁气体流具有温度T1和蒸气浓度V1，以及确定清洁气体流中存在不期望的蒸气水平(例如，V1>Vthreshold，其中Vthreshold是蒸气的阈值水平)。因此，可以调整阀40f、40g和/或40s(例如，阀40f和40g关闭并且阀40s打开)，以使清洁气体流流过浓缩器408。或者，来自湿度传感器、VOC传感器、LEL传感器和温度传感器中的一个或多个的信息可以用于确定清洁气体流具有温度T1和蒸气浓度V1，以及确定清洁气体流中存在的蒸气水平是可接受的(例如，V1≤Vthreshold)。因此，可以调整阀40f、40g和/或40s(例如，阀40f和/或40g打开并且阀40s关闭)，以使清洁气体流绕过浓缩器408。附加地或替代地，当浓缩器408和阀40s不存在时，来自湿度传感器、VOC传感器、LEL传感器和温度传感器中的一个或多个的信息可以用于确定清洁气体流具有温度T1和蒸气浓度V1，确定清洁气体流中存在的蒸气水平是可接受的(例如，V1≤Vthreshold)，并且可以调整阀40f和/或40g(例如，阀40f关闭并且阀40g打开)，以使清洁气体流绕过冷凝器系统410。附加地或替代地，当浓缩器408和阀40s不存在时，来自湿度传感器、VOC传感器、LEL传感器和温度传感器中的一个或多个的信息可以用于确定清洁气体流具有温度T1和蒸气浓度V1，以及确定清洁气体流中存在不期望的蒸气水平(例如，V1>Vthreshold)，并且可以调整阀40f和/或40g(例如，阀40f打开并且阀40g关闭)，以使清洁气体流流向冷凝器系统410。
在实施例中，阀40f和40g中的一个或两个是节流阀，其可以用于打开清洁气体流的流动、关闭清洁气体流的流动或调节清洁气体流的流动。因此，应当理解，虽然对阀40f和40g的操作的先前描述仅是指打开和关闭阀，但是可以通过使用节流阀进一步控制通过浓缩器和/或冷凝器系统的清洁气体流的流动。然而，其他类型的阀是可能的并且是设想的。
在不包括浓缩器408的实施例中，或者当包括浓缩器408并绕过时，清洁气体流从鼓风机406传送到冷凝器系统410。在各种实施例中，冷凝器系统410包括冷凝单元和蒸发器盘管，并且可操作以从清洁气体流中提取蒸气，包括例如但不限于由清洁站110(图1)中的清洁流体释放到环境中的水和其他溶剂蒸气，以及来自沉积和固化在处理室内的粘合剂材料的蒸气。作为示例和限制，冷凝器系统410可以是常规地用于商用HVAC系统的空气调节器，例如由Trane Technologies制造并可从其商购的空气调节器。在实施例中，冷凝器系统410可以是2.5吨或更大的商用HVAC系统，例如来自Mitsubishi Electric Trane HVAC USLLC(Suwanee,GA)的PUY-A30NHA7冷凝单元和来自Coilmaster Corporation(Moscow,TN)的DXG07C15蒸发器盘管。
冷凝器系统410从清洁气体流中去除蒸气，并且在实施例中，将流体(例如，冷凝蒸气)提供给清洁流体贮存器412，其中流体可以通过清洁流体再循环环路(未示出)被再利用(recycled)。在其他实施例中，冷凝蒸气可以从系统中去除或发送到废物贮存器(未示出)。在实施例中，冷凝蒸气可以被分离、清洁和/或处理以用于再循环和/或发送到废物贮存器。设想处理冷凝蒸气的其他方法。已去除蒸气的清洁气体流然后从冷凝器系统410传送到可选的加热盘管414。
在实施例中，传感器44e位于紧邻冷凝器系统410下游的路径中。在实施例中，虽然被描绘为单个传感器44e，但是传感器44e可以包括压力传感器和/或温度传感器。来自传感器44e的信息可包括关于来自冷凝器系统410的清洁气体流的压力的信息和/或关于来自冷凝器系统410的清洁气体流的温度的信息，其可以用于例如识别环境系统的闭合环路中的泄漏，识别冷凝器系统410的功能问题等。在包括温度传感器作为传感器44e的实施例中，当包括时，来自传感器的信息可以用于调整加热盘管414的一个或多个参数。在实施例中，从冷凝器系统410接收的清洁气体流具有温度T2和蒸气浓度V2，其中T2<T1，并且其中V2<V1。因此，冷凝器系统从处理室接收具有第一蒸气含量V1的气体流，并且将具有第二蒸气含量V2的气体流提供给处理室。
当包括时，加热盘管414可用于增加清洁气体流的温度。例如，如果来自冷凝器系统410的清洁气体流的温度低于预期(例如，低于阈值温度)，则可以调整加热盘管414以使清洁气体流达到期望温度。合适的加热盘管414的一个示例是翅片式跳闸加热器，其型号为CSF00131，可从Tempco Electric Heater Corporation(WoodDale,IL)商购。当包括时，清洁气体流从加热盘管414流向气室416。因此，在实施例中，离开加热盘管414的清洁气体流具有温度T3和蒸气浓度V3，其中T3>T2，并且其中V3≈V2。
虽然图4中所示的实施例包括鼓风机406、可选的浓缩器408、冷凝器系统410和可选的加热盘管414，但设想其他部件可用于处理和调节离开过滤器404的清洁气体流。例如，在图5所示的实施例中，环境系统501包括除湿器502、鼓风机406和热交换器504。
在图5中，阀40e定位成紧邻过滤器404的下游。传感器44i位于阀40e的下游。在实施例中，虽然被描绘为单个传感器44i，但是传感器44i可以包括压力传感器、湿度传感器、VOC传感器和/或LEL传感器。在实施例中，传感器44i包括压力传感器和湿度传感器。在实施例中，传感器44i包括压力传感器和VOC传感器。在实施例中，传感器44i包括压力传感器和LEL传感器。来自传感器44i的信息可包括关于来自过滤器404的清洁气体流的压力的信息和/或关于清洁气体流的蒸气含量的信息，其可以用于例如确定清洁气体流具有温度T1和蒸气含量V1，以及确定清洁气体流是否应该转移到除湿器502或直接传送到鼓风机406。在实施例中，可以操作阀40f和40q以基于来自传感器44i的信息引导清洁气体流。
例如，在实施例中，响应于来自传感器44i的指示清洁气体流的蒸气含量大于期望(例如，V1>Vthreshold，其中Vthreshold是阈值蒸气含量值)的信息，可以关闭阀40f并且可以打开阀40q以使清洁气体流流向除湿器502。作为另一个示例，在实施例中，响应于来自传感器44i的指示清洁气体流的蒸气含量在期望范围内(例如，V1≤Vthreshold)的信息，可以打开阀40f并且可以关闭阀40q以使清洁气体流绕过除湿器502并流向鼓风机406。在实施例中，阀40f和40q是允许或阻止清洁气体流沿流动路径通过的开/关阀，但其他类型的阀是可能的和设想的。
在实施例中，除湿器502可操作以从清洁气体流中去除蒸气或水分。在一些实施例中，除湿器是基于干燥剂的除湿器，例如可从Trotec,Gmbh(Heinsberg,Germany)商购的TTR-400DTM干燥剂除湿器。其他类型的除湿器(包括基于冷却的除湿器)可以在实施例中使用，只要它们能够将闭环系统的湿度维持在根据该实施例可接受的范围内。然而，在应该从清洁气体流中去除相对大量水分(例如，大于约1kg/小时)的实施例中，基于干燥剂的除湿器可以提供改进的水分去除。在实施例中，离开除湿器502的清洁气体流具有蒸气含量V2，其中V2<V1。
在清洁气体流通过(或绕过)除湿器502之后，清洁气体流流向鼓风机406。在实施例中，传感器44j定位成紧邻鼓风机406的上游。在实施例中，虽然被描绘为单个传感器44j，但是传感器44j可以包括压力传感器、温度传感器和/或氧传感器。在实施例中，传感器44j包括压力传感器、温度传感器和一对氧传感器。
在图5中，在鼓风机406之后，清洁气体流流过传感器44e(上文关于图4描述的)到热交换器504。例如基于将从清洁气体流中去除的估计热负载来选择热交换器504，以达到期望的温度。在实施例中，热负载可以基于处理室300内的热量、来自鼓风机406的热量和来自除湿器502的热量来估计，并且可以基于包括在清洁气体流中的气体类型(例如，空气、N2或氩气)而变化。适用的市售热交换器504的一个示例是可从Becker GmbH(Germany)获得的RV 1.17-0-114.12。在实施例中，热交换器504联接到冷却器(未示出)。因此，热交换器504连同冷却器一起操作以从清洁气体流中去除热量，并将其通过冷却器传送出系统。尽管在各种实施例中热交换器504用于从清洁气体流中去除热量(例如，降低清洁气体流的温度)，但设想在实施例中，热交换器504可用于加热清洁气体流(例如，增加清洁气体流的温度)，例如通过使热水运行通过冷却器，并将热量从热水传递到清洁气体流。
在热交换器的下游，阀40p和40r操作以将清洁气体流的流动引导回鼓风机406或朝向气室416。例如，可以关闭阀40p并且可以打开阀40r，以使清洁气体流从热交换器504再循环到鼓风机406。例如，这种再循环可以通过允许气体绕过处理室、颗粒分离器和过滤器来防止鼓风机过热。替代地，可以打开阀40p并且可以关闭阀40r以将清洁气体流引向气室416。在实施例中，阀40r是调节或防止清洁气体流流回鼓风机406的节流阀。因此，在实施例中，可以打开阀40p和40r，使得清洁气体流的一部分可以再循环到鼓风机406，而清洁气体流的剩余部分被传送到气室416。例如，这样的构造可以使系统能够补偿以高于可能需要的速度运行鼓风机。在实施例中，阀40p是开/关阀，其操作以允许或防止清洁气体流的流动沿流动路径流动。在一些实施例中，阀40p和40r中的一个或两个可以响应于从传感器44f接收到的信息而操作。
在图4所示的实施例中，传感器44f定位在气室416的上游和加热盘管414(当包括时)或冷凝器系统410的下游。在图5的实施例中，传感器44f定位在热交换器504的下游。传感器44f是最终检查传感器，其确定清洁气体流是否适合提供给处理室300。在实施例中，虽然被描绘为单个传感器44f，但是传感器44f可以包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器和/或氧传感器。在一些实施例中，可以使用VOC或LEL传感器代替湿度传感器。因此，在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器、氧传感器和湿度传感器。在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器、氧传感器和VOC传感器。在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器、氧传感器和LEL传感器。在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器。在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器和VOC传感器。在实施例中，传感器44f包括温度传感器、压力传感器和LEL传感器。传感器的其他组合是可以设想的并且是可能的。
如图4和图5所示，安全阀40h沿流动路径定位在气室416的上游。安全阀40h使得一定体积的清洁气体流能够从环境系统401、501中排出，这可能是防止处理室300过压所需要的。在实施例中，安全阀40h是当压力超过阈值压力水平时打开的机械阀。例如，处理室的壁被设计为承受一定的压力，并且可以基于处理室的限制来设置阈值压力水平。因此，当鼓风机下游的压力超过阈值压力水平时，安全阀40h将打开并降低整个系统的压力。
气室416向线性运动平台420以及打印头150和重涂头140提供清洁气体流的流动。特别地，在各种实施例中，线性运动平台420通过阀40i和流量计42a联接到气室416。在实施例中，阀40i是夹管阀，但是其他类型的阀也是可以设想的并且是可能的。流向线性运动平台420的清洁气体流向线性运动平台420提供正压，这可以防止污染物(例如，构建材料)进入线性运动平台420的腔。
打印头150通过阀40j和40k以及流量计42b和42c联接到气室416。在实施例中，阀40j和流量计42b沿流动路径定位在气室416和打印头150内的歧管之间，该歧管提供气体流以冷却打印头150内的电子设备，包括打印头电路板等。在实施例中，阀40k和流量计42c沿流动路径定位在气室416和气体流出口之间，该气体流出口使清洁气体流流过定位在打印头150上的IR灯，以冷却IR灯和/或吹扫IR灯周围的腔，例如清除污染物等。设想在打印头不包括IR灯的实施例中，可以省略阀40k和流量计42c。在实施例中，阀40j和40k是夹管阀，但是其他类型的阀也是可以设想的并且是可能的。然而，夹管阀的使用使得阀40j和40k能够被精确地控制以实现预定的流率。流率可以取决于例如定位在打印头150上的IR灯的数量、IR灯输出的热量等。在实施例中，用于冷却打印头150内的电子设备的清洁气体流的流量为约10立方英尺/分钟(CFM)至约15CFM。在实施例中，用于冷却IR灯的清洁气体流的流量为每灯约3CFM至约5CFM。
如图4和图5所示，重涂头140通过阀40l和流量计42d联接到气室416。特别地，清洁空气流通过阀40l传送到重涂头140到气体流出口，气体流出口使清洁气体流流过定位在重涂头140上的IR灯以冷却IR灯和/或吹扫IR灯周围的腔，例如清除污染物等。设想在重涂头不包括IR灯的实施例中，可以省略阀40l和流量计42d。在实施例中，阀40l是夹管阀，但是其他类型的阀也是可以设想的并且是可能的。如上所述，夹管阀的使用使得阀40l能够被精确地控制以实现预定的流率。流率可以取决于例如定位在重涂头140上的IR灯的数量、IR灯输出的热量等。在实施例中，用于冷却电子设备的流量为约10CFM至约15CFM。在实施例中，用于冷却IR灯的清洁气体流的流量为每灯约3CFM至约5CFM。
虽然清洁气体流通过线性运动平台420、打印头150和重涂头140进入处理室300，但是在实施例中，气室416还向处理室300提供清洁气体流的单独流。在实施例中，流量计42e和阀40m定位在气室416和处理室300之间。在阀40m的下游，包括阀40n以允许或防止气体流向排气口。在实施例中，阀40m和40n中的一个或两个是节流阀，但是其他类型的阀是可能的并且是可以设想的。当阀40m和40n都打开时，来自气室416的至少一些清洁气体流通过阀离开系统。清洁气体流的剩余流通过入口进入处理室300。
图4和图5进一步描绘了控制来自惰性气动装置422和/或来自非惰性气动装置424的新鲜气体流的质量流量控制器418。在实施例中，质量流量控制器418控制添加到流过阀40m并提供给处理室300的清洁气体流的新鲜气体量。例如，当处理室300内的环境正在转变为惰性环境时，当处理室300内的环境正在转变为非惰性环境时，或者当到达气室416的清洁气体流不足以维持环境系统的闭合环路内的压力时，可以添加新鲜气体。
在各种实施例中，处理室300的入口联接到扩散器(未示出)。尽管其他入口结构也是可能的，但使用扩散器可以最小化压降并使气体均匀流入处理室，而不会不利地影响粉末床直接上方的气体流。例如，在实施例中，处理室300的入口可以位于粉末床的竖直上方(例如，在图1中的+Z方向上)并且与粉末床充分间隔开，使得在粉末床的约2英寸内的气体流速度小于约1米/秒(m/s)。例如，在实施例中，对于以200CFM-320CFM进入室的气体(例如，空气或氩气)流，粉末床的2英寸内的气体的最大速度小于1m/s，小于0.9m/s，或小于0.85m/s。另外，在实施例中，处理室300的入口可以朝向处理室300的一侧(例如，在图1中的清洁站110上方)定位，以进一步将入口流与处理室300内的存在构建材料400的区域分开。尽管入口的位置和形式可以取决于特定实施例而变化，但在实施例中，入口与存在构建材料400的区域物理地隔开，这可以减少在处理室300内流化的构建材料的量。
如图4和图5所示，在实施例中，处理室300包括至少一个传感器44g。尽管在图4和图5中描绘为单个传感器，但在实施例中，传感器44g可包括例如一个或多个温度传感器、一个或多个压力传感器、一个或多个氧传感器、一个或多个湿度传感器、一个或多个VOC传感器、一个或多个LEL传感器或其任何组合。在实施例中，处理室300至少包括温度传感器和压力传感器。在实施例中，处理室300包括至少两个压力传感器、至少两个氧传感器、四个温度传感器以及湿度传感器、VOC传感器或LEL传感器。处理室300内的每个传感器的特定位置可以取决于特定实施例而变化。例如，处理室300内的传感器的位置可以取决于所包括的传感器的数量、所包括的传感器的类型、所包括的传感器的灵敏度等而变化。在实施例中，处理室300内的温度传感器与粉末床间隔开大于约2英寸。
在实施例中，传感器44g可以提供关于处理室300内的环境的信息，该信息可以用于改变闭环环境系统401、501内的一个或多个参数，例如改变处理室300内的环境可能需要的。例如，根据实施例，处理室300可以维持在约25℃至约40℃，或27℃至约35℃的温度，约15％至约40％的相对湿度，以及约0毫巴至约20毫巴的压力。根据实施例，处理室300在处于惰性状态时可以具有按体积计小于2％的氧含量，并且在处于非惰性状态时可以具有按体积计约15％至约22％的氧含量。尽管处理室300内的特定操作参数可以取决于特定实施例而变化，但应当理解，本文描述的环境系统的各种部件一起操作以在增材制造设备的操作期间实现并维持特定操作参数。例如，取决于特定实施例，通过使用沿闭合环路位于不同位置的传感器44和使用来自传感器44的信息来调整一个或多个阀40以控制气体流向环境系统的一个或多个部件，和/或调整鼓风机406、浓缩器408、冷凝器系统410、加热盘管414、除湿器502和/或热交换器504的操作参数，可以实现操作参数并且因此处理室300内的环境的这种维护。应当理解，来自传感器44的信息(例如，数据)的接收和处理，以及对环境系统401、501内进行何种调整的确定，可以由控制系统200或被包括为增材制造设备的一部分的另一个计算装置进行。
此外，在实施例中，来自沿闭合环路位于不同位置的一个或多个传感器44的信息可以用于生成关于环境系统的状态的警报。例如，来自传感器中的一个的信息可以首先被使用(例如，由控制系统200使用)，以调整一个或多个阀从而对环境系统进行调整。在调整之后，如果来自一个或多个传感器的信息继续指示环境系统在预定范围之外，则控制系统200可以生成警报、暂停增材制造设备的操作等。
在图4和图5所示的实施例中，描述了各种传感器44和阀40。设想在实施例中，取决于特定实施例，可以在整个环境系统中包括附加的传感器44和阀40。此外，在实施例中，可以省略图4和图5中描述的传感器44和阀40中的一个或多个。传感器44和阀40还可以是除上文描述的类型之外的其他类型。例如，已经被描述为开/关阀的阀40可以是节流阀，反之亦然，并且传感器44可以包括本文公开的不同类型的传感器中的任何一种或多种。在实施例中，阀40由不锈钢制成并且可以与弹簧复位致动器联接，以控制每个阀40的失效位置。此外，在实施例中，一个或多个阀联接到装置(例如，位置传感器)，以向控制系统200提供关于阀40的位置的反馈。
环境系统401、501的闭合环路还包括将系统中的每个部件流体联接到相邻部件的管道或管。在实施例中，管道可以由不锈钢或另一种非反应性材料制成。连同阀40，管道的尺寸被设计成最小化整个系统的压力损失。在实施例中，管道尺寸还可以取决于例如粉末输送的流率、嵌入式传感器/装置的选择等。
现在转向图6-7，示出了颗粒分离系统402的各种实施例。在图6和图7中，颗粒分离系统402包括至少第一入口歧管602a和第二入口歧管602b。如本文所述，入口歧管可以大体上和/或共同地由参考数字602指示，或者可以由后跟字母标识符的参考数字602具体指代。图6中的实施例包括两个入口歧管602a和602b。图7中的实施例还包括两个入口歧管602a和602b，尽管它们在图7中都被遮蔽并且未示出。设想可以包括更多或更少数量的入口歧管，这取决于特定实施例。此外，尽管在图6中描绘为具有矩形横截面，但设想在实施例中，取决于预期的流率和体积，以及将颗粒分离系统402连接到载有颗粒的流的输入源的管道施工方面和制造方面的考虑，入口歧管602可以具有任何形状的横截面，只要单个歧管向多个旋风器提供气体流，如下文将更详细描述的。
在各种实施例中，颗粒分离系统402进一步包括至少第一排气歧管604a和第二排气歧管604b。如本文所述，排气歧管可以大体上和/或共同地由参考数字604指示，或者可以由后跟字母标识符的参考数字604具体指代。图6和图7中的实施例各自包括两个排气歧管604a和604b。设想可以包括更多或更少的排气歧管，这取决于特定实施例。在实施例中，排气歧管604的数量等于入口歧管602的数量。此外，尽管在图6中描绘为具有矩形横截面并且在图7中描绘为具有梯形横截面，但设想在实施例中，取决于预期的流率和体积，以及将颗粒分离系统402连接到颗粒减少的流的接收器的管道施工方面和制造方面的考虑，排气歧管604可以具有任何形状的横截面，只要单个歧管从多个旋风器接收气体流，如下文将更详细描述的。
在实施例中，入口歧管602竖直地位于排气歧管604的下方(例如，在-Z方向上)。多个旋风分离器605沿流体流动路径设置在每个入口歧管602和对应的排气歧管604之间。在各种实施例中，多个旋风分离器605布置成多个阵列606。如本文所述，阵列可以大体上和/或共同地由参考数字606指示，或者可以由后跟字母标识符的参考数字606具体指代。图6中的实施例包括八个阵列，606a、606b、606c、606d、606e、606f、606g和606h，其中四个阵列定位在每个入口歧管602与其对应的排气歧管604之间，而图7中的实施例包括两个阵列606a和606b，其中一个阵列定位在每个入口歧管602与其对应的排气歧管604之间。在实施例中，每个阵列606是沿对应的入口歧管602和排气歧管604的长度布置的旋风分离器605的基本线性布置。在图6中，每个阵列中的旋风分离器605呈线性布置，而在图7中，每个阵列中的旋风分离器605沿线性轴线交错。设想每个阵列内的旋风分离器605的其他布置，只要每个旋风分离器605流体地联接到入口歧管602和排气歧管604。
在实施例中，多个阵列606相对于联接到对应的入口歧管602和排气歧管604的其他阵列平行布置。例如，在图6中，阵列606a和阵列606b彼此平行布置。类似地，在图7中，阵列606a和阵列606b彼此平行布置。阵列606相对于入口歧管602和排气歧管604的平行布置使得多个阵列606能够接收等体积的流过入口歧管602的气态流。然而，设想在实施例中，一个或多个阵列606可以接收与其他阵列606不同体积的气态流。
设想可以包括任何数量的入口歧管、出口歧管和旋风分离器阵列，这取决于特定实施例。此外，设想每个阵列可包括任何数量的单独旋风分离器。例如，每个阵列606可以包括大于或等于5个旋风分离器、大于或等于6个旋风分离器、大于或等于8个旋风分离器、大于或等于10个旋风分离器、大于或等于12个旋风分离器、或大于或等于15个旋风分离器。在实施例中，颗粒分离系统中的旋风分离器的总数大于或等于12个、大于或等于15个、大于或等于18个、大于或等于20个、或甚至大于或等于25个旋风分离器。包括在颗粒分离系统402中的总旋风分离器的数量可以取决于例如颗粒分离系统上的可允许压降、要分离的目标颗粒尺寸、以及增材制造设备100的制造和尺寸考虑而变化。例如，如下文将更详细描述的，尽管可能期望增加数量的旋风分离器以减少压降，但是空间考虑可能会限制在实践中可以包括的数量。在实施例中，多个旋风分离器中的每一个接收基本相等体积的气态流。
图8是适用于本文所述的颗粒分离系统402的旋风分离器605的一个实施例的横截面视图。如图8所示，每个旋风分离器605包括用于载有颗粒的流的一个或多个入口802、用于颗粒减少的流的出口804、颗粒出口806以及由分离器本体810界定的内部分离室808。分离器本体810具有第一端812、第二端814和在它们之间延伸的周壁816。周壁816具有轴对称形状并且限定具有中心线轴线818的分离室808。提供颗粒收集容器706来收集分离的颗粒以供最终处理，并提供对旋风分离器605的第二端814的封闭。如图7所示，颗粒收集容器706是由阵列606(并且在实施例中，多个阵列606)中的各种旋风分离器605共享的公共颗粒收集容器706。周壁816的轴对称形状包括圆柱形、截头圆锥形和其他旋转形状。尽管本文描述为旋风分离器605，但其他类型的分离器可以用于本文描述的颗粒分离系统402。
图8中还示出了分离器本体810的周壁816的轴对称形状，周壁816的内表面限定分离室808。在所示的实施例中，周壁具有圆柱形部分820和圆锥形或截头圆锥形部分822。这为分离室808提供了锥形的会聚形状，其加速进入的载有颗粒的流的循环流动以增强颗粒的分离。
参考图6-8，在操作中，所有进入的载有颗粒的流通过公共流体入口702进入颗粒分离系统402，如图7所示。虽然流体入口702未在图6中示出，但设想流体入口可以以与图7中所示类似的方式联接到图6的颗粒分离系统。例如，流体入口702可以联接到管道或管，以接收来自处理室300和重涂头140的载有颗粒的流，如图4和图5所示。流体入口702与入口歧管602流体连通，并且在实施例中，载有颗粒的流的流动在流体入口702中被分开，以提供通过每个入口歧管602的流。特别地，一定体积的载有颗粒的流流入每个入口歧管602。载有颗粒的流的体积的一部分从对应的入口歧管602或通过入口802的其他源进入每个旋风分离器605。在实施例中，入口802可以采用与分离器本体810的内圆柱形壁相切的螺旋(平面)入口的形式。取决于特定实施例，可以使用其他入口构造(例如，螺旋入口)。在实施例中，入口处载有颗粒的流的速度大于或等于5m/s、大于或等于10m/s、大于或等于12m/s、或大于或等于15m/s。在实施例中，入口处载有颗粒的流的速度为5m/s至20m/s。然后流入流在分离器本体810的第一端812附近或邻近分离器本体810的第一端812进入分离室808。载有颗粒的流P的流动穿过分离室的后部从入口802进入页面，然后开始以螺旋路径环绕分离室808的内部，并且然后在进入的空气的连续流动的激励下逐渐移向分离器本体的第二端814。这种螺旋流动模式倾向于迫使悬浮颗粒径向向外朝向分离室808的壁。
在图8所示的构造中，分离室808包括分离器本体810的第一端812附近的圆柱形部分820和分离器本体810的第二端814附近的锥形的圆锥形部分822。通过使用圆锥形部分822使分离室808逐渐变细有助于加速流动，并将悬浮颗粒径向向外引向分离室808的壁。由于出口804在第一端812附近，所以在分离室808内循环的气流最终到达第二端814并转向第一端812。朝向分离室808的周壁径向向外抛出的悬浮颗粒无法转向出口804，并且因此脱离悬浮并沉积到封闭分离器本体810的第二端814的颗粒收集容器706中，如图7中可以看到的。涡流仪824从出口804轴向向内延伸，并且有助于维持来自入口802的流入流与通过出口804的流出流之间的分离。
在图8的实施例中，出口804可以竖直向上(也就是说，在与重力相对的方向上)定向，以利用重力将分离的颗粒引导到颗粒收集容器706中。然而，取决于管道施工和其他安装考虑，在某些情况下可能期望以不同于竖直的角度定向旋风分离器605，并且使出口804处于不同于竖直向上的位置。
一定体积的颗粒减少的流通过出口804从旋风分离器605流到排气歧管604，排气歧管604收集来自一个或多个阵列606中的旋风分离器605的一定体积的颗粒减少的流。从排气歧管604，一定体积的颗粒减少的流离开旋风分离器605，流向流体出口704。与流体入口702一样，流体出口704在图6中已被省略，但应当理解，流体出口704可以以与图7中描绘的类似的方式联接到图6的颗粒分离系统402。来自各种排气歧管604的一定体积的颗粒减少的流在流体出口704中组合，这将颗粒减少的流提供给环境系统中的下一个部件，例如过滤器404。
如上所述，用于环境系统的特定颗粒分离系统402可以取决于特定系统要求而变化。在实施例中，至少部分地基于跨颗粒分离系统的压降和/或颗粒分离系统402的切割尺寸来选择颗粒分离系统402。如本文所用，术语“压降”是指静态压降，或对于相同的气体含量、热吸收和鼓风机速度，颗粒分离系统上的静态压力的下降。如本文上文所述，在操作中，可以通过将颗粒分离系统402直接上游的载有颗粒的流的测量压力(例如，使用传感器44a)与颗粒分离系统直接下游的颗粒减少的流的测量静态压力(例如，使用传感器44b)进行比较来获得颗粒分离系统402上的压降。在实施例中，使用230CFM的空气或N2气体流测量压降。在实施例中，颗粒分离系统402具有小于或等于1.5psi、小于或等于1.0psi、小于或等于0.5psi、或小于或等于0.3psi的最大压降。在实施例中，颗粒分离系统402具有约0.5psi至约0.3psi的最大压降。取决于环境系统内的其他部件，更大的压降是可以设想的并且是可能的。
在一些实施例中，颗粒分离系统上的压降小于或等于鼓风机所容许的最大压降的约30％、小于或等于鼓风机所容许的最大压降的约25％、或小于或等于鼓风机所容许的最大压降的约20％。在实施例中，颗粒分离系统具有小于约200空气瓦特(AW)、小于约195AW或小于约190AW的空气瓦数，如根据ASTM F558-13测量的。
在可用于控制压降的其他参数中，据信增加颗粒分离系统402中的旋风分离器605的总数可以减小压降，因为可以增加从分离室808内的第一端812到分离室808内的最窄直径测量的旋风分离器605的总高度(H)与圆柱形部分820的直径(D)之比(例如，H/D)。在实施例中，H/D之比大于或等于4.0、大于或等于4.1、大于或等于4.2、大于或等于4.3、大于或等于4.4、或大于或等于4.5。在实施例中，每个旋风分离器605的高度H小于或等于1.0m、小于或等于0.9m、小于或等于0.8m、小于或等于0.7m、小于或等于0.6mm、小于或等于0.5m、或小于或等于0.4m。在实施例中，每个旋风分离器的高度H大于或等于0.1m、大于或等于0.2m、大于或等于0.3m、或大于或等于0.4m。在实施例中，直径(D)小于或等于0.25m、小于或等于0.2m、小于或等于0.15m、或小于或等于0.1m。在实施例中，直径(D)大于或等于0.05m、大于或等于0.1m、大于或等于0.15m、或大于或等于0.2m。
如本文所用，术语“切割尺寸”是指以0.5的分级效率分离的颗粒尺寸。在实施例中，颗粒分离系统402具有5μm或更大的切割尺寸。换句话说，在实施例中，颗粒分离系统402分离出大于95％、大于99％或甚至大于99.5％的具有5μm或更大颗粒尺寸的颗粒。在实施例中，颗粒分离系统402具有3.5μm或更大的切割尺寸。换句话说，在实施例中，颗粒分离系统402分离出大于95％、大于99％或甚至大于99.5％的具有3.5μm或更大的颗粒尺寸的颗粒。在实施例中，颗粒分离系统402具有1μm或更大的切割尺寸，如使用Muschelknautz Method计算的。换句话说，在实施例中，颗粒分离系统402分离出大于95％、大于99％或甚至大于99.5％的具有1μm或更大的颗粒尺寸的颗粒。其他切割尺寸是可以设想的并且是可能的，并且可以取决于例如要在增材制造设备100中使用的构建材料400而变化。在实施例中，可以通过将进入颗粒分离系统402和离开颗粒分离系统402的颗粒的颗粒尺寸分布进行比较来确定切割尺寸(例如，确定通过颗粒分离系统402的颗粒的颗粒尺寸分布)。可以根据ASTMB822使用光散射法来测量颗粒尺寸分布。颗粒尺寸分布可以使用例如可从Microtrac Inc.(Montgomeryville,PA)获得的S3500颗粒尺寸分析仪测量。
如上所述，通过颗粒分离系统402从气体流中分离出的颗粒被收集在颗粒收集容器706(图6中省略)中。如图7所示，多个旋风分离器605联接到公共的颗粒收集容器706。在实施例中，用于一个或多个阵列606的旋风分离器605可以联接到公共的颗粒收集容器706。此外，每个颗粒分离系统402可以包括一个或多个颗粒收集容器706。例如，如图7所示，颗粒分离系统402包括两个颗粒收集容器706，但是在实施例中可以使用单个颗粒收集容器，或者可以使用三个或更多个颗粒收集容器706。尽管包括附加的颗粒收集容器可以限制联接到每个颗粒收集容器的旋风分离器605的数量，从而减少“串扰”，但还应当理解，附加的颗粒收集容器导致更多数量的阀和致动器，并且会增加其控制的复杂性，如将在下面更详细描述的。
在各种实施例中，颗粒分离系统402可以使用增材制造处理(诸如由增材制造设备100进行的增材制造处理)来制造。增材制造处理的使用可以使更多数量的旋风分离器605和更复杂的流动路径能够结合到颗粒分离系统402中。可以通过使用增材制造处理打印颗粒分离系统402来实现其他优点。
在实施例中，颗粒收集容器706具有至少一个成角度的表面，以将颗粒引向颗粒收集容器706的出口709。颗粒收集容器706的其他形状是可以设想的并且是可能的，只要颗粒收集容器706能够容纳一定体积的颗粒。在实施例中，颗粒收集容器706内的体积大于或等于增材制造设备用于完整构建的构建材料的体积的约10％。在实施例中，颗粒收集容器706的出口709位于颗粒收集容器706的底表面中，但其他布置也是可能的并且是可以设想的。出口709将颗粒收集容器706联接到阀40c，阀40c可操作以使颗粒能够返回材料处理系统，例如图4和图5中的材料处理系统403。
在实施例中，阀40c联接到致动器(未示出)，该致动器被构造为在颗粒流过阀40c的打开状态和防止颗粒流过阀40c的关闭状态之间移动阀40c。当阀40c关闭时，颗粒可以收集在颗粒收集容器706中。
在图7中，颗粒收集容器706通过阀40c流体联接到导管708。在实施例中，导管708在阀40c和阀712之间延伸。在实施例中，导管708的靠近阀40c的第一直径大于靠近阀712的第二直径。因此，在实施例中，导管708的直径沿其长度在阀40c和阀712之间减小。然而，设想在一些实施例中，导管708可以具有基本恒定的体积。
在实施例中，阀712联接到致动器(未示出)，该致动器被构造为在颗粒流过阀712的打开状态和防止颗粒流过阀712的关闭状态之间移动阀712。当阀712关闭时，通过阀712进入导管708的颗粒收集在导管708中。
导管708通过阀712流体联接到颗粒输送器710。在实施例中，与颗粒分离系统402一起，颗粒输送器710可以形成颗粒处理系统。在实施例中，颗粒输送器710是流化气体流流过的管道或管。在实施例中，流化气体流夹带进入颗粒输送器710的颗粒，并将它们运送到材料处理系统403。在一些实施例中，颗粒从颗粒分离系统402返回到材料处理系统403可以在增材制造设备100的正常操作期间(例如，在构建物体时)进行，而不会至少部分地由于阀40c和阀712而产生压力下降。
例如，在实施例中，可以操作阀40c和阀712(例如，通过它们对应的致动器)以在颗粒分离系统402和颗粒输送器710之间产生压力锁。阀40c和阀712及其对应的致动器的操作可以例如由图2所示的控制系统200或通信地联接到致动器和阀的另一计算装置控制。假设增材制造设备100正在构建物体，如上文所述。此外，假设阀40c和阀712处于关闭位置，使得在颗粒收集容器706和导管708之间没有颗粒流，并且在导管708和颗粒输送器710之间没有颗粒流。因此，导管708与颗粒收集容器706和颗粒输送器710流体隔离。气体流被引导通过颗粒分离系统402下游的颗粒输送器。在增材制造设备的操作期间，载有颗粒的流被引导到多个旋风分离器605中，如上文更详细描述的。特别地，载有颗粒的流通过流体入口702和入口歧管602被引导到多个旋风分离器605中。至少一些颗粒从载有颗粒的流中分离以产生颗粒减少的流，颗粒减少的流通过排气歧管604和流体出口704被引导出颗粒分离系统402。从载有颗粒的流分离的至少一些颗粒被引导至颗粒收集容器706，如上文详细描述的。当阀40c处于关闭位置时，颗粒积聚在颗粒收集容器706内。
在实施例中，阀40c被打开以使颗粒收集容器706与导管708流体联接，并且使得颗粒能够从收集容器流入导管708。在实施例中，导管708在阀40c的竖直下方，使得重力有助于颗粒从颗粒收集容器706流到导管708。当阀712关闭时，颗粒积聚在导管708内。
在导管708内积聚了一定体积的颗粒之后，关闭阀40c，将颗粒收集容器706与导管708流体隔离。随着增材制造设备继续操作，来自颗粒分离系统402的颗粒再次积聚在颗粒收集容器706内。一旦阀40c关闭，阀712打开以使导管中的颗粒能够进入颗粒输送器710的气体流。在各种实施例中，在将载有颗粒的流引导到多个旋风分离器605中期间，阀40c关闭并且阀712打开。换言之，颗粒分离系统402在颗粒从导管708流到颗粒输送器710期间连续操作。
在实施例中，阀712保持在打开位置，直到导管708排空并且先前收集在导管708中的颗粒已经进入通过颗粒输送器710的气体流中。一旦导管708排空，阀712就关闭。然后可以再次打开阀40c以使来自颗粒收集容器706的附加颗粒能够流入导管708。在各种实施例中，在将载有颗粒的流引导到多个旋风分离器605中期间，阀712关闭并且阀40c打开。换句话说，颗粒分离系统402在颗粒从颗粒收集容器706流入导管708中期间连续操作。
尽管在颗粒从颗粒收集容器流入导管708和从导管708流入颗粒输送器710期间颗粒分离系统402处于连续操作，但应当理解，在各种实施例中，在将载有颗粒的流引导到多个旋风分离器605中期间，阀40c和阀712中的至少一个是关闭的。换言之，阀40c和阀712中的至少一个保持关闭以将颗粒分离系统402，并且具体地，将多个旋风分离器605与颗粒输送器710流体隔离。颗粒分离系统402与颗粒输送器710的流体隔离维持颗粒分离系统402内的压力，并且因此维持环境系统内的压力。
已经详细描述了包括环境系统的增材制造设备，应当理解，在实施例中，环境系统可以用于实现或改进增材制造设备的操作。特别地，例如，当本文描述的各种实施例的环境系统被结合到增材制造设备中时，环境系统可以建立和维持稳定的环境，包括惰性环境，这进而可以使增材制造设备能够与化学反应性构建材料结合使用。例如，在实施例中，本文描述的环境系统使得处理室内的环境能够在增材制造设备的操作期间被小心地控制。
在实施例中，可以操作增材制造设备，并且具体地，操作环境系统，以将处理室内的环境从非惰性环境转变为惰性环境。在这样的实施例中，该方法包括使增材制造系统内的所选电气部件断电。所选电气部件可以包括例如未经认证可用于危险环境的电气部件。这些电气部件可以包括，例如但不限于，在大于或等于约5V下操作并且位于处理室内的非Atex电气部件。
接下来，该方法包括将反应性粉末添加到增材制造系统的粉末供应部。例如，可将钛粉或铝粉添加到构建供应平台或联接到重涂头140的料斗。在实施例中，可通过材料处理系统(例如材料处理系统403)将反应性粉末供应到构建供应平台或料斗。
该方法还包括打开增材制造系统的环境系统中的至少一个阀，以使气体能够从环境系统中排出。在实施例中，阀40n(图4和图5)可以打开以使气体能够从环境系统中排出。
接下来，该方法包括将增材制造系统内的处理室与处理室周围的环境隔离。在实施例中，例如，围绕处理室的联锁装置可以接合以密封处理室。
一旦处理室被密封，惰性气体就可以被引入处理室中。例如，质量流量控制器418可以使来自惰性气动装置422的新鲜气体流能够向处理室提供惰性气体(例如，氮气或氩气)流。在实施例中，可以以低速(例如约5至约10CFM)提供惰性气体流。
在各种实施例中，激活鼓风机406以减少环境系统内的氧含量。例如，鼓风机可以以小于或等于约50CFM的速度操作，以使气体在环境系统内循环。在实施例中，鼓风机406和惰性气动装置422以这种方式操作，直到环境系统内的所有氧传感器指示环境系统内的氧含量小于或等于特定反应性粉末的预定阈值量。例如，在实施例中，鼓风机406和惰性气动装置422操作直到整个环境系统的氧含量按体积计小于约2％。换句话说，在实施例中，从环境控制系统内的氧传感器接收关于环境控制系统内的氧含量的信息。响应于确定环境控制系统内的氧含量低于阈值，关闭至少一个阀(例如，阀40n)。
在实施例中，处理室内的氧含量被维持。例如，当达到期望的氧含量时，在实施例中，可以关闭排气阀(例如，阀40n)以防止气体离开环境系统。
最后，调控环境系统内的惰性气体(例如，惰性气动装置)的入口和一个阀(例如，阀40n)，以在处理室内获得预定压力。
一旦处理室内的环境处于期望的氧含量和压力，增材制造设备就可以被操作以利用重涂头在处理室内的构建表面上沉积一层反应性粉末；并且将粘合剂流体选择性地喷射到该层反应性粉末上以熔融三维物体的一层。在实施例中，在惰化处理开始时断电的电气部件(例如，非Atex部件)可以在处理室处于期望的氧含量和压力时被通电。鼓风机406的速度可以增加到约150CFM或200CFM或更大。其他速度可能是合适的，只要鼓风机的速度能够在处理室300内维持期望的环境。在实施例中，定位在环境系统内的一个或多个氧传感器可以用于监测整个环境系统的氧含量。应当理解，在增材制造设备构建三维物体的操作期间，控制系统(例如，控制系统200)可以调整环境系统内的一个或多个部件(例如，鼓风机、冷凝器、热交换器等)的各种阀和/或参数，以维持处理室内的环境中的蒸气含量、温度和氧含量。
在实施例中，当增材制造机器处于惰性状态(例如，处理室内的环境是惰性环境)时，环境系统内的部件可以被操作以将处理室内的环境转换为非惰性环境。例如，在实施例中，所选电气部件(例如，上述非Atex部件)被断电，环境系统中的至少一个阀被打开以使气体能够被排出，并且非惰性气动装置424被用于将非惰性气体泵入处理室。在一些实施例中，在惰性环境中完成构建之后，鼓风机可以运行几分钟以确保环境系统内的气体已被完全过滤，从而确保反应性粉末不会排出到增材制造设备周围的环境中。如在惰性化处理中，操作非惰性气动装置和鼓风机以使非惰性气体流入处理室和环境系统，直到达到预定的氧含量。
在本文描述的实施例中，许多部件被描述为包括在环境系统中。设想可以包括附加的或更少的部件，只要处理室内的环境可以控制在预定公差内，例如增材制造设备内的其他部件、构建材料、或实现增材制造设备构建的三维物体的特定质量可能需要的。因此，应当理解，可以使用不同类型的阀和传感器，并且本文描述的传感器、阀和部件可以位于整个环境系统的不同位置。
基于上文，应当理解，环境系统和包括该环境系统的增材制造设备的各种实施例可以使增材制造设备能够使用反应性和非反应性材料进行打印，并在惰性和非惰性环境下操作。此外，本文所述的各种实施例使得构建材料能够被捕获和再利用，并且使得环境系统中的气体能够被再循环以降低操作成本。取决于所选的特定实施例，可以实现其他优点。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种增材制造设备，包括：处理室，所述处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，所述打印头和所述重涂头联接到所述线性运动平台，其中所述打印头和所述重涂头在所述处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；冷凝器系统，所述冷凝器系统流体联接到所述处理室，以从所述处理室接收具有第一蒸气含量的气体流并将具有第二蒸气含量的所述气体流提供给所述处理室，其中所述第二蒸气含量小于所述第一蒸气含量；以及鼓风机，所述鼓风机流体联接到所述处理室和所述冷凝器系统，以使所述气体流流过包括所述鼓风机、所述处理室和所述冷凝器系统的闭合环路。
2.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括：浓缩器，所述浓缩器流体联接到所述冷凝器系统和所述处理室。
3.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括：挥发性有机化合物(VOC)传感器，所述挥发性有机化合物(VOC)传感器沿着通过所述闭合环路的所述气体流的流动路径。
4.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括：爆炸下限(LEL)传感器，所述爆炸下限(LEL)传感器沿着通过所述闭合环路的所述气体流的流动路径。
5.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括：颗粒分离系统，所述颗粒分离系统定位在所述闭合环路内，以接收来自所述处理室的所述气体流并将所述气体流提供给所述鼓风机，其中所述颗粒分离系统被构造为从所述气体流中去除颗粒。
6.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述颗粒分离系统包括布置成多个阵列的多个旋风分离器。
7.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述多个旋风分离器包括大于或等于12个旋风分离器。
8.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，所述颗粒分离系统上的压降小于约1.5psi。
9.一种增材制造设备，包括：处理室，所述处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，所述打印头和所述重涂头联接到所述线性运动平台，其中所述打印头和所述重涂头在所述处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；第一多个传感器，所述第一多个传感器定位在所述处理室内，其中所述第一多个传感器至少包括温度传感器和压力传感器；颗粒分离系统，所述颗粒分离系统流体联接到所述处理室以从所述处理室接收载有颗粒的流，其中所述颗粒分离系统从所述载有颗粒的流中分离出至少一些颗粒以产生颗粒减少的流；过滤器，所述过滤器流体联接到所述颗粒分离系统以从所述颗粒分离系统接收所述颗粒减少的流，其中所述过滤器从所述颗粒减少的流中去除附加颗粒以提供清洁气体流；鼓风机，所述鼓风机接收所述清洁气体流；温度控制单元，所述温度控制单元用于冷却所述清洁气体流；冷凝器系统；以及第二多个传感器，所述第二多个传感器定位在所述处理室外部，并且沿流体再循环路径在所述颗粒分离系统、所述过滤器、所述鼓风机、所述温度控制单元和所述冷凝器系统之后并且在所述处理室之前，其中所述第二多个传感器至少包括温度传感器、压力传感器，以及挥发性有机化合物(VOC)传感器、爆炸下限(LEL)传感器、湿度传感器和蒸气传感器中的一个或多个；其中所述处理室、所述颗粒分离系统、所述过滤器、所述鼓风机、所述冷凝器系统和所述温度控制单元形成闭合环路。
10.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述过滤器是高效微粒空气(HEPA)过滤器。
11.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括第一阀和第二阀，所述第一阀沿所述流体再循环路径定位在所述颗粒分离系统与所述过滤器之间，所述第二阀沿所述流体再循环路径定位在所述过滤器与所述鼓风机之间，其中关闭所述第一阀和所述第二阀将所述过滤器与所述闭合环路流体隔离。
12.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述冷凝器系统沿所述流体再循环路径定位在所述泵之后并且在所述处理室之前。
13.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，温度控制单元包括热交换器，并且所述冷凝器系统将所述清洁气体流传送到所述热交换器。
14.根据任何前述条项所述的增材制造设备，进一步包括阀，所述阀使得所述冷凝器系统能够沿所述流体再循环路径被绕过。
15.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述清洁气体流包括惰性气体。
16.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述处理室内的环境是惰性的。
17.根据任何前述条项所述的增材制造设备，其中，所述处理室包括入口扩散器，所述清洁气体流通过所述入口扩散器进入所述处理室，其中所述入口扩散器降低所述清洁气体流的流动速度。
18.一种控制处理室内的环境的方法，所述方法包括：从位于所述处理室内的至少一个传感器接收关于所述处理室内的温度、压力和蒸气含量的信息；从所述处理室中去除载有颗粒的流；从所述载有颗粒的流中分离颗粒以提供清洁气体流；基于所接收的信息，降低所述清洁气体流的温度、蒸气含量或两者，以在所述处理室内实现预定的温度、压力和蒸气含量；以及将所述清洁气体流泵入所述处理室。
19.根据任何前述条项所述的方法，其中，从所述载有颗粒的流中分离所述颗粒包括引导所述载有颗粒的流通过颗粒分离系统、HEPA过滤器或两者。
20.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：从定位在所述处理室外部的压力传感器接收关于所述清洁气体流的压力的信息；以及基于所述清洁气体流的所述压力与所述处理室内的所述压力之间的差，识别所述颗粒分离系统、所述HEPA过滤器或两者处的错误。
21.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述清洁气体流基本上不含氧。
22.根据任何前述条项所述的方法，其中，从所述处理室去除所述载有颗粒的流包括通过所述处理室中的出口端口去除所述载有颗粒的流。
23.根据任何前述条项所述的方法，其中，从所述处理室去除所述载有颗粒的流包括通过在所述处理室内操作的重涂头去除所述载有颗粒的流。
24.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：从定位在所述处理室和除湿器之间的湿度传感器接收关于所述清洁气体流的湿度水平的信息；以及基于从定位在所述处理室内的所述湿度传感器接收的关于所述处理室内的所述湿度水平的信息和关于所述清洁气体流的所述湿度水平的信息致动至少一个阀，以使所述清洁气体流能够绕过所述除湿器。
25.根据任何前述条项所述的方法，其中，将所述清洁气体流泵送到所述处理室中包括：致动节流阀以允许预定体积的所述清洁气体流进入所述处理室。
26.一种操作增材制造系统的方法，所述方法包括：将所述增材制造系统内的所选电气部件断电；将反应性粉末添加到所述增材制造系统的粉末供应部；打开所述增材制造系统的环境控制系统中的至少一个阀，以使气体能够从所述环境控制系统中排出；将所述增材制造系统内的处理室与所述处理室周围的环境隔离；将惰性气体引入所述处理室；激活所述环境控制系统中的鼓风机以降低所述环境控制系统内的氧含量；以及调控所述惰性气体的入口和所述至少一个阀以获得所述处理室内的预定压力。
27.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：从所述环境控制系统内的氧传感器接收关于所述环境控制系统内的所述氧含量的信息；以及响应于确定所述环境控制系统内的所述氧含量低于阈值，关闭所述至少一个阀。
28.根据任何前述条项所述的方法，其中，所选电气部件包括未经认证可用于危险环境的电气部件。
29.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：从定位在所述处理室内的氧传感器接收关于所述处理室内的氧含量的信息；以及维持所述处理室内的所述氧含量。
30.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：利用重涂头在所述处理室内的构建表面上沉积一层所述反应性粉末；以及将粘合剂流体选择性地喷射到所述一层所述反应性粉末上以熔融三维物体的一层。
31.一种用于从气态流中去除颗粒的微粒分离系统，所述微粒分离系统包括：入口歧管；排气歧管；流体入口，所述流体入口与所述入口歧管流体连通；流体出口，所述流体出口与所述排气歧管流体连通；以及多个旋风分离器，所述多个旋风分离器包括设置在所述入口歧管和所述排气歧管之间的至少一个旋风分离器阵列。
32.一种用于从气态流中去除颗粒的微粒分离系统，所述微粒分离系统包括：第一入口歧管和第二入口歧管；第一排气歧管和第二排气歧管；流体入口，所述流体入口与所述第一入口歧管和所述第二入口歧管流体连通；流体出口，所述流体出口与所述第一排气歧管和所述第二排气歧管流体连通；以及多个旋风分离器，所述多个旋风分离器包括第一旋风分离器阵列和第二旋风分离器阵列，所述第一旋风分离器阵列设置在所述第一入口歧管和所述第一排气歧管之间，并且所述第二旋风分离器阵列设置在所述第二入口歧管和所述第二排气歧管之间。
33.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，所述多个旋风分离器中的每一个接收等体积的所述气态流。
34.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，所述多个旋风分离器产生颗粒减少的流，并且将所述颗粒减少的流输送到所述流体出口。
35.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，所述第一旋风分离器阵列和所述第二旋风分离器阵列平行布置。
36.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，进一步包括收集容器，其中所述多个旋风分离器将颗粒输送到所述收集容器。
37.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，进一步包括导管和第一阀，其中所述收集容器经由所述第一阀流体联接到所述导管。
38.一种微粒处理系统，包括任何前述条项所述的微粒分离系统和微粒输送器，其中所述导管经由第二阀流体联接到所述微粒输送器。
39.根据任何前述条项所述的微粒处理系统，进一步包括第一收集容器和第二收集容器，其中所述第一旋风分离器阵列将颗粒输送到所述第一收集容器，并且所述第二旋风分离器阵列将颗粒输送到所述第二收集容器。
40.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，跨所述微粒分离系统的压降小于0.5psi。
41.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，跨所述微粒分离系统的压降小于0.3psi。
42.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，所述多个旋风分离器包括多于15个旋风分离器。
43.根据任何前述条项所述的微粒分离系统，其中，所述多个旋风分离器包括多于20个旋风分离器。
44.一种从载有颗粒的气态流中去除颗粒的方法，包括：使所述载有颗粒的气态流流入根据任何前述条项的微粒分离系统；使用流体联接到所述第一入口歧管的第一旋风分离器阵列从第一体积的所述载有颗粒的气态流中分离至少一些颗粒，以产生第一体积的颗粒减少的气态流；使用流体联接到所述第二入口歧管的第二旋风分离器阵列从第二体积的所述载有颗粒的气态流中分离至少一些颗粒，以产生第二体积的所述颗粒减少的气态流；将第一体积的所述颗粒减少的气态流输送到联接到所述第一旋风分离器阵列的第一排气歧管中；将第二体积的所述颗粒减少的气态流输送到联接到所述第二旋风分离器阵列的第二排气歧管中；通过联接到所述第一排气歧管和所述第二排气歧管的流体出口从所述微粒分离系统中去除所述颗粒减少的气态流。
45.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：在流体联接到所述第一旋风分离器阵列的第一收集容器中收集从第一体积的所述载有颗粒的气态流中分离的所述至少一些颗粒；以及在流体联接到所述第二旋风分离器阵列的第二收集容器中收集从第二体积的所述载有颗粒的气态流中分离的所述至少一些颗粒。
46.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述多个旋风分离器中的每一个接收等体积的所述气态流。
47.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述第一旋风分离器阵列和所述第二旋风分离器阵列平行布置。
48.根据任何前述条项所述的方法，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，跨所述微粒分离系统的压降小于0.5psi。
49.根据任何前述条项所述的方法，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，跨所述微粒分离系统的压降小于0.3psi。
50.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述多个旋风分离器包括多于15个旋风分离器。
51.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述多个旋风分离器包括多于20个旋风分离器。
52.一种从载有颗粒的气态流中收集颗粒的方法，包括：通过根据任何前述条项的微粒分离系统下游的微粒输送器引导气体流，所述微粒分离系统进一步包括收集容器；第一阀，所述第一阀联接到所述收集容器；导管，所述导管经由所述第一阀流体联接到所述收集容器；以及第二阀，所述第二阀将所述导管联接到所述微粒输送器；关闭所述第一阀和所述第二阀以将所述导管与所述收集容器和所述微粒输送器流体隔离；通过所述流体入口和所述入口歧管将所述载有颗粒的气态流引导到所述多个旋风分离器中；从所述载有颗粒的气态流中分离至少一些颗粒以产生颗粒减少的气态流；将至少一些颗粒引导到所述收集容器；以及打开所述第一阀以使所述收集容器中的所述至少一些颗粒能够流入所述导管中。
53.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：关闭所述第一阀以将所述收集容器与所述导管流体隔离；以及打开所述第二阀以使所述导管中的所述至少一些颗粒能够进入所述微粒输送器的所述气体流；其中所述第一阀的关闭和所述第二阀的打开发生在将所述载有颗粒的气态流引导到所述多个旋风分离器中期间。
54.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：关闭所述第二阀以将所述导管与所述微粒输送器流体隔离；以及打开所述第一阀以使所述收集容器中的所述至少一些颗粒能够流入所述导管；其中所述第二阀的关闭和所述第一阀的打开发生在将所述载有颗粒的气态流引导到所述多个旋风分离器中期间。
55.根据任何前述条项所述的方法，其中，在将所述载有颗粒的气态流引导到所述多个旋风分离器中期间关闭所述第一阀和所述第二阀中的至少一个。
56.根据任何前述条项所述的方法，其中，将所述载有颗粒的气态流引导到所述多个旋风分离器中包括操作与所述微粒分离系统流体连通的鼓风机，并且其中当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，所述微粒分离系统上的压降小于所述鼓风机所容许的最大压降的约20％。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施例的修改和变化，只要此类修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (21)

1.一种增材制造设备，其特征在于，包括：
处理室，所述处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，所述打印头和所述重涂头联接到所述线性运动平台，其中所述打印头和所述重涂头在所述处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；
冷凝器系统，所述冷凝器系统流体联接到所述处理室，以从所述处理室接收具有第一蒸气含量的气体流并将具有第二蒸气含量的所述气体流提供给所述处理室，其中所述第二蒸气含量小于所述第一蒸气含量；以及
鼓风机，所述鼓风机流体联接到所述处理室和所述冷凝器系统，以使所述气体流流过包括所述鼓风机、所述处理室和所述冷凝器系统的闭合环路。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括：
浓缩器，所述浓缩器流体联接到所述冷凝器系统和所述处理室。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括：
挥发性有机化合物(VOC)传感器，所述挥发性有机化合物(VOC)传感器沿着通过所述闭合环路的所述气体流的流动路径。
4.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括：
爆炸下限(LEL)传感器，所述爆炸下限(LEL)传感器沿着通过所述闭合环路的所述气体流的流动路径。
5.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括：
颗粒分离系统，所述颗粒分离系统定位在所述闭合环路内，以接收来自所述处理室的所述气体流并将所述气体流提供给所述鼓风机，其中所述颗粒分离系统被构造为从所述气体流中去除颗粒。
6.根据权利要求5所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述颗粒分离系统包括布置成多个阵列的多个旋风分离器。
7.根据权利要求6所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述多个旋风分离器包括大于或等于12个旋风分离器。
8.根据权利要求5所述的增材制造设备，其特征在于，其中，当使用230CFM的空气或N2气体流测量时，所述颗粒分离系统上的压降小于约1.5psi。
9.一种增材制造设备，其特征在于，包括：
处理室，所述处理室围绕打印头、重涂头和线性运动平台，所述打印头和所述重涂头联接到所述线性运动平台，其中所述打印头和所述重涂头在所述处理室内操作，以通过沉积构建材料和粘合剂材料来构建三维物体；
第一多个传感器，所述第一多个传感器定位在所述处理室内，其中所述第一多个传感器至少包括温度传感器和压力传感器；
颗粒分离系统，所述颗粒分离系统流体联接到所述处理室以从所述处理室接收载有颗粒的流，其中所述颗粒分离系统从所述载有颗粒的流中分离出至少一些颗粒以产生颗粒减少的流；
过滤器，所述过滤器流体联接到所述颗粒分离系统，以从所述颗粒分离系统接收所述颗粒减少的流，其中所述过滤器从所述颗粒减少的流中去除附加颗粒以提供清洁气体流；
鼓风机，所述鼓风机接收所述清洁气体流；
温度控制单元，所述温度控制单元用于冷却所述清洁气体流；
冷凝器系统；以及
第二多个传感器，所述第二多个传感器定位在所述处理室外部，并且沿流体再循环路径在所述颗粒分离系统、所述过滤器、所述鼓风机、所述温度控制单元和所述冷凝器系统之后并且在所述处理室之前，其中所述第二多个传感器至少包括温度传感器、压力传感器，以及挥发性有机化合物(VOC)传感器、爆炸下限(LEL)传感器、湿度传感器和蒸气传感器中的一个或多个；
其中所述处理室、所述颗粒分离系统、所述过滤器、所述鼓风机、所述冷凝器系统和所述温度控制单元形成闭合环路。
10.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述过滤器是高效微粒空气(HEPA)过滤器。
11.根据权利要求10所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括第一阀和第二阀，所述第一阀沿所述流体再循环路径定位在所述颗粒分离系统与所述HEPA过滤器之间，所述第二阀沿所述流体再循环路径定位在所述HEPA过滤器与所述鼓风机之间，其中关闭所述第一阀和所述第二阀将所述HEPA过滤器与所述闭合环路流体隔离。
12.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述冷凝器系统沿所述流体再循环路径定位在所述泵之后并且在所述处理室之前。
13.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，温度控制单元包括热交换器，并且所述冷凝器系统将所述清洁气体流传送到所述热交换器。
14.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，进一步包括阀，所述阀使得所述冷凝器系统能够沿所述流体再循环路径被绕过。
15.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述清洁气体流包括惰性气体。
16.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述处理室内的环境是惰性的。
17.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，其中，所述处理室包括入口扩散器，所述清洁气体流通过所述入口扩散器进入所述处理室，其中所述入口扩散器降低所述清洁气体流的流动速度。
18.一种控制处理室内的环境的方法，其特征在于，所述方法包括：
从位于所述处理室内的至少一个传感器接收关于所述处理室内的温度、压力和蒸气含量的信息；
从所述处理室中去除载有颗粒的流；
从所述载有颗粒的流中分离颗粒以提供清洁气体流；
基于所接收的信息，降低所述清洁气体流的温度、蒸气含量或两者，以在所述处理室内实现预定的温度、压力和蒸气含量；以及
将所述清洁气体流泵入所述处理室。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，其中，从所述载有颗粒的流中分离所述颗粒包括引导所述载有颗粒的流通过颗粒分离系统、HEPA过滤器或两者。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从定位在所述处理室外部的压力传感器接收关于所述清洁气体流的压力的信息；以及
基于所述清洁气体流的所述压力与所述处理室内的所述压力之间的差，识别所述颗粒分离系统、所述HEPA过滤器或两者处的错误。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，其中，所述清洁气体流基本上不含氧。
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