CN216914840U - 用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统 - Google Patents

Abstract

一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，该粉末配给系统包括：旋转搅拌器，其被布置成通过旋转搅拌体积来搅拌输送的粉末的供应物；与搅拌体积相邻的再循环边缘，其被布置成允许过量的搅拌过的粉末自由地流过再循环边缘并流出配给系统；以及配给刮板，其被布置成将配给体积的粉末配给到包括构建床表面的工作表面；其中，配给刮板被布置成扫过扫掠体积，该扫掠体积在竖直方向上位于搅拌体积上方，并且在竖直方向上与搅拌体积重叠，使得配给刮板将搅拌过的粉末配给到工作表面。

Description

用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统

技术领域

本公开涉及一种用于三维(3D)对象(object)的逐层形成的设备的颗粒物质的配给系统(dosing system)，并且涉及这样的配给系统在设备内的操作。配给系统可能特别适用于需要可靠控制配给系统内粉末的量和浓度的粉末床应用(powder bed application)。

背景技术

用于由颗粒物质制成3D对象的应用(诸如激光烧结或高速烧结)正越来越受到关注，因为它们正朝着更快的吞吐时间(throughput time)迈进，并在工业上变得可行。在这些过程中，对象由横跨工作表面散布的颗粒物质的连续层逐层形成。工作表面包括构建床表面(build bed surface)。每层颗粒物质都在构建床表面的定义区域上融合或烧结，以形成3D对象的“切片(slice)”。确保所散布的层的可靠均匀性在确定成品对象的质量方面起着重要作用。例如，颗粒层中不应存在影响完整性或改变正在形成的“切片”的性质的间隙或密度变化。因此，有必要控制正散布的粉末层的密度和厚度，并确保为该层提供的粉末量足以覆盖整个构建床表面。

定义颗粒物质层的密度的一个性质是其“流动性”。如果处理不当，诸如聚合物粉末的颗粒物质很容易压实。这在粉末处理系统中可能是一个挑战，例如，需要将其装进3D打印机的紧凑空间中，或者需要容纳一定量的粉末，该粉末由于其自身的重量会自行压实。

3D打印机中的粉末也可以诸如通过由螺旋推运器螺杆(auger screw) 推动由有源装置被压实，或者其可以通过简单地被允许积聚在输送系统的区域中来沉降，该输送系统的区域不受沿其移动粉末或保持粉末可流动的任何力的影响而形成“死空间(deadspace)”。

保持粉末可流动的一种方法是例如通过施加搅拌装置(诸如旋转机械装置)来对粉末进行搅拌。另一种方法可以是迫使气体流过粉末。

更特别地，重要的是防止粉末在其被配给到工作表面之前形成团块。在一些3D设备中，粉末可以通过粉末配给系统从工作表面的下方配给到工作表面的顶部，该粉末配给系统包括轴向地安装到工作表面的旋转配给刮板(rotational dosing blade)。可以通过旋转刮板将供应到刮板下方的腔室的粉末扫到工作表面上。对于该类型的输送设计，通过过度填充保持腔室(诸如配给腔室，该配给刮板将从该配给腔室将粉末配给到工作表面)或者通过简单地在配给腔室中建立足够的粉末高度使得粉末堆(pile)的重量压实堆的下部区域，可能会发生粉末压实。此外，长时间不搅拌粉末 (例如在不使用打印机时)，粉末可能会随着时间推移而“沉降”。这可能导致材料团块被配给到工作表面，这导致不均匀的层。

实用新型内容

在一个方面，下面的公开内容提供了一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，该粉末配给系统包括：旋转搅拌器，其被布置成通过旋转搅拌体积来搅拌输送的粉末的供应物；与搅拌体积相邻的再循环边缘，其被布置成允许过量的搅拌过的粉末自由地流过再循环边缘并流出配给系统，离开搅拌体积；以及配给刮板，其被布置成将配给体积的粉末配给到包括构建床表面的工作表面；其中，配给刮板被布置成扫过扫掠体积 (sweptvolume)，该扫掠体积在竖直方向上(in a vertical sense)位于搅拌体积上方，并且在竖直方向上与搅拌体积重叠，使得配给刮板将搅拌的粉末配给到工作表面。

在一些实施例中，所述搅拌器具有旋转轴线，并且其中，所述配给刮板被布置成当所述配给刮板扫过所述扫掠体积时，延伸到所述搅拌器的所述旋转轴线的紧密接近范围内。

在一些实施例中，所述扫掠体积在水平方向上邻近所述搅拌体积布置，使得所述扫掠体积不包括所述搅拌体积。

在一些实施例中，所述扫掠体积和所述搅拌体积分别邻近配给腔室边缘并在所述配给腔室边缘的相对侧布置，其中，所述配给腔室边缘在竖直方向上布置在再循环边缘高度下方。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，该粉末配给系统包括：往复式或振动式搅拌器，其被布置成在搅拌区域中搅拌输送的粉末的供应物；以及配给刮板，其被布置成将一部分粉末输送到包括构建床表面的工作表面；其中，配给刮板被布置成扫过扫掠体积，该扫掠体积在竖直方向上位于搅拌器的上方和附近，使得配给刮板将搅拌的粉末配给到工作表面；并且其中，粉末配给系统还包括与扫掠直径相邻的再循环边缘，其被布置成允许过量的搅拌过的粉末从搅拌区域自由地流过再循环边缘并流出配给系统。

在一些实施例中，所述往复式或振动式搅拌器是筛网搅拌器。

在一些实施例中，所述配给刮板的所述扫掠体积的切平面紧密接近所述往复式或振动式搅拌器的平面定位。

在一些实施例中，所述再循环边缘邻近且平行于所述扫掠体积的切平面延伸。

在一些实施例中，所述再循环边缘的高度是可调节的，以便改变被配给到所述工作表面的搅拌过的粉末的体积。

在一些实施例中，所述粉末配给系统还包括用于检测所述扫掠体积内的粉末水平的粉末水平传感器。

在一些实施例中，所述粉末配给系统还包括再循环边缘传感器，其被布置成检测落在所述再循环边缘上的过量的搅拌过的粉末，和/或检测所述再循环边缘的高度。

根据本公开的第三方面，提供了一种调节根据本公开的第一方面或第二方面的粉末配给系统的再循环边缘高度的方法，该方法包括以下步骤： (a)设置再循环边缘高度；(b)将粉末的供应物输送到配给刮板的扫掠体积，同时使用搅拌器搅拌所输送的粉末，直到过量的搅拌过的粉末流过再循环边缘并流出配给系统为止；(c)评估输送到扫掠体积的粉末的体积；以及(d)如果所评估的粉末体积不在所需体积的公差内，则调节再循环边缘高度，并从步骤(b)重复；或(e)如果所评估的体积在所需体积的公差内，则将边缘的高度设置为调节的再循环边缘高度。

在一些实施例中，评估输送到所述扫掠体积的所述粉末的体积的步骤包括：

致动所述配给刮板以将配给体积的搅拌过的粉末配给到所述工作表面；

将所配给的粉末横跨所述构建床表面散布；以及

评估所散布的层的厚度和均匀性中的至少一项。

在一些实施例中，评估输送到所述扫掠体积的所述粉末的体积的步骤包括感测所述扫掠体积内的粉末的水平。

在一些实施例中，调节所述再循环边缘高度的步骤包括致动平移机构的步骤，所述平移机构被布置成响应于所述粉末的称量、感测或散布中的一种来调节所述再循环边缘高度。

根据本公开的第四方面，提供了一种用于调节根据本公开的第一方面或第二方面的粉末配给系统的再循环边缘高度的控制系统，该控制系统包括被布置成接收所需粉末水平的再循环边缘高度控制器；其中，再循环边缘高度控制器被布置成针对所需粉末水平确定对应的再循环边缘高度，并且控制平移机构以用于将再循环边缘高度调节至对应的再循环边缘高度。

在一些实施例中，所述控制系统还包括粉末水平传感器，所述粉末水平传感器被布置成检测所述扫掠体积的粉末水平；

其中，所述再循环边缘高度控制器被布置成：

接收检测到的扫掠粉末体积水平；

确定与所需的粉末水平相对应的所需的扫掠粉末体积水平；以及

确定检测到的扫掠粉末体积水平是否与所需的扫掠粉末体积水平不同；

以及如果检测到的扫掠粉末体积水平不同于所需的扫掠粉末体积水平，则所述边缘高度控制器还被布置成确定要对所述再循环边缘高度进行的调节以达到所需的扫掠粉末体积水平，并控制所述平移机构以执行所确定的调节。

在一些实施例中，所需的粉末水平是相对于所述构建床表面的所需的粉末层厚度的，并且其中，所述再循环边缘高度控制器还被布置成：

基于所需的粉末层厚度确定对应的扫掠粉末体积水平；

将检测到的扫掠粉末体积水平与对应的扫掠粉末体积水平进行比较；以及

如果检测到的扫掠粉末体积水平不同于对应的扫掠粉末体积水平，则控制所述平移机构调节所述再循环边缘高度，以便使检测到的扫掠粉末体积水平变得基本上等于对应的扫掠粉末体积水平。

在一些实施例中，所述再循环边缘高度控制器被布置成根据存储的数据确定与所需的扫掠粉末体积水平相对应的对应再循环边缘高度。

在一些实施例中，所述控制系统还被配置为执行根据本公开的第三方面所述的方法，以调节所述再循环边缘高度。

根据本公开的第五方面，提供了一种使用根据本公开的第一方面或第二方面的粉末配给系统来由粉末形成三维对象的方法。

在一些实施例中，所述方法还包括使用根据本公开的第四方面所述的控制系统来调节所述再循环边缘高度。

在一些实施例中，所述再循环边缘能够通过控制平移机构来调节，其中，从由所述配给刮板的所述扫掠体积配给的粉末中将两层或更多层分布在所述构建床表面上，使得第一层由第一扫掠体积形成，并且第二层由第二扫掠体积形成，并且其中，通过控制所述平移机构，所述扫掠体积从第一体积调节为第二体积。

在一些实施例中，所述第一层的厚度与所述第二层的厚度相同，并且基于由所述对象在所述第一层中覆盖的面积来调节所述第二扫掠体积。

附图说明

现在参考附图，在附图中：

图1是具有粉末配给系统的用于逐层形成实心对象的设备的示意性横截面视图；

图2A是根据第一实施例的粉末配给系统的示意性横截面视图，其在竖直方向上在扫掠体积和搅拌体积之间具有重叠；

图2B是图2A的粉末配给系统的截面A-A’的示意图；

图2C是图2B的不同视图，其中配给刮板处于竖直位置；

图2D是图2B的不同视图，其中搅拌器处于竖直位置；

图3是图2A的视图，示出了填充有粉末的粉末腔室；

图4是配给腔室系统的比较示例的示意性横截面视图，比较示例在竖直方向上在扫掠体积和搅拌体积之间没有重叠；

图5A是图3的视图，指示沿着扫掠体积的粉末体积；

图5B是图5A的较低的再循环边缘高度的视图；

图6是根据第二实施例的粉末配给系统的示意性横截面视图；

图7是根据第三实施例的粉末配给系统的示意性横截面视图；

图8A是根据另外的实施例的粉末配给系统的示意性横截面视图；

图8B是图8A的实施例的截面A-A’的示意性视图；

图9是具有可调节的再循环边缘高度的配给系统的示意性横截面视图；

图10是图示了用于调节粉末配给系统的再循环边缘高度的工艺顺序的流程图；

图11图示了用于粉末配给系统的边缘高度控制器与用于由粉末制造三维对象的设备的其它部件的通信；以及

图12是具有粉末配给系统、再循环回路(loop)和返回回路的用于逐层形成实心对象的设备的示意性横截面视图。

在附图中，相似的元件始终由相似的参考标号指示。

具体实施方式

现在将参考图1-图3和图5A-图12描述改进的粉末配给系统的实施例及其使用。

提供了一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，该粉末配给系统包括：旋转搅拌器，其被布置成通过在搅拌体积上旋转来搅拌输送的粉末的供应物；与搅拌区域相邻的再循环边缘，其被布置成允许过量的搅拌过的粉末从搅拌区域自由地流过再循环边缘并流出配给系统；以及配给刮板，其被布置成将一部分粉末输送到包括构建床表面的工作表面。配给刮板被布置成扫过扫掠体积，该扫掠体积在竖直方向上位于搅拌区域上方，并且在竖直方向上与搅拌体积重叠，使得配给刮板将搅拌粉末配给到工作表面。通过允许粉末自由地流过再循环边缘并流出配给系统，例如进入相邻的腔室，配给系统中的粉末水平可自我调节，而与由输送机构(例如螺旋推运器)输送的粉末量无关，只要输送机构将粉末超量输送 (overdeliver)到配给系统中并且粉末保持在自由流动状态中。

如本文中所使用的，表述“在竖直方向上重叠”旨在不仅涵盖其中搅拌体积和扫掠体积在彼此上方直接重叠以便具有共享的重叠区域(例如，如图2A中所示)的配置，而且还涵盖其中搅拌体积和扫掠体积并排(即不具有共享的重叠区域)但无论如何仍然通过都在投影视图中沿y方向进入共同的竖直区域而重叠的配置。这样的投影重叠例如在图7中由“O”指示。考虑另一种方式，表述“在竖直方向上重叠”意指搅拌体积的顶部高于扫掠体积的底部，而不管搅拌体积和扫掠体积是在彼此上方直接重叠还是并排。以下将描述图示该含义的示例实施例。

现在将参照图1至图3和图5A至图7借助于示例描述实施例。

图1示出了设备1，该设备1用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象，并且具有粉末配给系统。设备1具有工作空间4，在工作空间4中布置了包括滑板(sled)32和34的滑板系统、高架加热器20和构建床16。构建床16具有构建床表面12。构建床表面12被包括在工作表面13内，该工作表面13是粉末被从配给腔室系统配给到其上的表面。在工作表面 13内，所配给的粉末的连续层散布在构建床表面12上以形成对象2。

构建床16和成形对象2被支撑在构建腔室10内，构建床16由可在竖直方向上移动的活塞18支撑在该构建腔室10中。每次完成层构建时，活塞会将构建床16降低一层高度。支撑粉末散布和处理装备的模块可横跨构建床表面12移动，在这种情况下，该模块包含在两个托架或滑板内。一个滑板是支撑一个或更多个液滴沉积头和辐射灯(例如红外灯)的打印滑板32，并且另一个滑板是包括粉末散布器(例如辊子)的粉末分布滑板 34。每个滑板可在导轨36上横跨构建床表面12移动。还示出了粉末配给系统40，该粉末配给系统将粉末配给到工作表面13，使得粉末可以由粉末分布滑板34横跨构建床表面12散布。一旦粉末层已经由粉末分布滑板 34散布在构建床表面12上，打印滑板32就横跨该层移动，以将辐射吸收材料(RAM)沉积在载液(carrier fluid)中，并且然后安装在打印滑板32 上的辐射灯(例如，红外灯)用于辐照粉末，以便熔化已经在其上沉积了 RAM的区域。接下来，活塞18将构建床16降低一层厚度，并且重复该过程直到完全构建对象为止。

用于形成高质量对象的构建过程需要控制由粉末配给系统40配给的粉末的量和性质，现在将对其进行详细描述。

图2A和图2B示出了具有粉末腔室430的粉末配给系统40，该粉末腔室430包括相对于粉末的流动与搅拌器腔室420连通的配给腔室410。换句话说，粉末可以从搅拌器腔室420传递到配给腔室410。

图2A是粉末配给系统40的x-z截面的截面视图。其示出了容纳配给刮板416的配给腔室410和容纳搅拌器426的搅拌腔室420。粉末经由具有输送机构(诸如螺旋推运器螺杆452)的输送管450输送到粉末腔室430。螺旋推运器螺杆在图2B中的粉末配给系统40的y-z截面中示出，图示了图2A的截面A-A’。图2B示出了被布置成经由输送管450的出口454将粉末输送到粉末腔室430的底板(在这种情况下输送到搅拌器腔室420的底板)的螺旋推运器螺杆。

配给刮板416在配给刮板轴412的任一侧延伸。当轴412绕其轴线旋转时，如由图2B中最上方的虚线所指示的，配给刮板416扫过由图2A中的虚线圆圈指示的扫掠体积414。扫掠体积414由配给刮板沿从轴向外延伸的方向的宽度确定。在该情况下，该体积具有圆柱形形状，该圆柱形形状由配给刮板相对于中央轴线的范围(定义了旋转半径)来确定。

图2A中所示的配给刮板416横跨配给腔室出口411延伸，使得当刮板处于水平位置(沿x-y平面)时，配给刮板416的外主表面几乎覆盖配给腔室出口411。可替代地，配给刮板可以通过从轴延伸到配给腔室出口 411的一侧而仅覆盖出口的宽度的一半。配给刮板通过在所示的方向(朝向粉末床侧的顺时针方向)上旋转而将粉末配给到粉末床表面。以该方式，穿过配给腔室出口411的粉末分布滑板34一旦其经过出口411就开始散布粉末。

位于搅拌器腔室中的搅拌器426搅拌由螺旋推运器螺杆452从输送管出口454输送的粉末。搅拌器的功能是将粉末保持在自由流动状态中，使得粉末沿粉末腔室的长度(沿y方向)并横跨粉末腔室的宽度(沿x方向) 均匀地散布；在该示例中，这可以完全通过重力来实现。如果粉末未被保持在自由流动状态中，则一定量的粉末可能开始积聚而在输送管出口上方的粉末表面上形成堆积物(mound)，从而导致不均匀的粉末水平和配给刮刀的不均匀配给。

输送管出口454可以位于搅拌器腔室的底部处的不同位置；例如输送管出口454可以位于搅拌器腔室的中心。可替代地，输送管出口454可以位于粉末腔室的侧壁中，例如，沿着搅拌器腔室的长度的点处，或者可能沿着配给腔室的长度的点处。

在图2A中，搅拌器426是安装在轴422上的旋转元件。当轴422绕轴的轴线旋转时，如由图2B中的下部虚线所指示的，搅拌器426扫过搅拌体积424。在图2A和图2B中，示出了配给刮板424和搅拌器426，它们的主表面处于水平(x-y平面)位置，主表面彼此平行。

扫掠体积和搅拌体积的重叠

图2C和图2D中还图示了在使用期间搅拌器426与配给刮板416的关系。图2C示出了处于沿着y-z平面的竖直位置的配给刮板416，而搅拌器 426处于沿着x-y平面的水平位置。注意，配给刮板416的主表面的外边缘靠近搅拌器的轴经过。

图2D示出了处于水平位置的配给刮板416和处于竖直位置的搅拌器 426。在该示例中搅拌器具有远离固定到搅拌器轴422的中央脊延伸的开口突起427。已经观察到搅拌器的这样的配置在搅拌器旋转期间通过重力沿粉末腔室的y方向和x方向散布粉末，同时粉末经由出口454被输送到粉末腔室。然而，所示搅拌器的配置绝不是必不可少的，而是，可以有可替代的配置；例如，突起可以不形成闭合回路，而是突起可以被填充(例如，以桨的形式)，或者突起可以简单地采取从中央脊沿相反的方向延伸的杆或叶片的形式，从而形成任一侧上的梳状结构，或者突起可以不描述方形回路，而是具有圆形形状。

不管搅拌器的确切设计如何，都将认识到，在使用期间，随着配给刮板靠近搅拌器轴经过，刮板的旋转需要定时以避免与搅拌器发生碰撞。例如，搅拌器可与配给刮板异相旋转90°或接近90°，使得两者中的一个仅当另一个处于水平“基本(base)”位置时才竖直延伸。

图2A中配给刮板和搅拌器的紧密接近在扫掠体积414和搅拌体积424 之间产生了竖直重叠“O”(图2A)。在图2A的特定实施例中，粉末配给系统还被布置成使得扫掠体积414部分地容纳搅拌体积424以除了竖直重叠之外在竖直方向上产生物理重叠。

具体地，搅拌器426绕搅拌器轴422旋转，该搅拌器轴422限定了搅拌器的旋转轴线。在一些实施方式中，配给刮板被布置成当配给刮板扫过扫掠体积时延伸到搅拌器的旋转轴线的紧密接近范围内。换句话说，搅拌半径基本上与扫掠体积的半径重叠。在这方面，搅拌器的旋转相对于配给刮板的旋转是定时的(即同步的)。这样的同步可以通过例如使用齿轮或一个或更多个传动带的机械同步或借助于电子同步来实现。

从图7中所图示的另外的实施例中可以看出，扫掠体积414和搅拌体积424之间的竖直重叠“O”不必包括扫掠体积414和搅拌体积424之间的物理重叠。然而，在任一种情况下，竖直重叠“O”都帮助确保搅拌器 426上方的粉末在扫掠体积414内保持在自由流动状态中。此外，自由流动的粉末被提供到再循环边缘428，其作用将在下面关于图3和图4详细描述。

图3示出了填充有粉末432的图2A的配给系统40。相比之下，图4 示出了配给系统40’，其中配给刮板被进一步布置在搅拌器上方，使得在竖直方向上在扫掠体积414和搅拌体积424之间没有重叠。

通过配给系统40’的该布置，在扫掠体积414和搅拌体积424之间没有重叠，搅拌体积424上方的粉末的非搅拌区域S’的高度高于图3中所示的配给系统40的非搅拌体积S的对应高度。其效果如下。粉末被搅拌得越远，则粉末的高度越大，粉末将沉降、致密化并形成团块的可能性就越大。当高于非搅拌高度S’的粉末位于扫掠体积414内时，有可能在配给刮板行程之间，高于非搅拌高度S’的粉末致密化，从而导致将粉末团块配给到工作表面，这会在随后的散布层中造成不希望的粉末密度均匀性或间隙。

另外，存在粉末的显著的“死空间”区域434，其是没有被配给刮板 416或搅拌器426扫掠的区域。这些区域保持停滞，并且随着时间推移，这些停滞区域中的粉末也沉降并致密化。如果产生的粉末团块落回到搅拌器区域中，则搅拌器可能无法使这些粉末团块再次完全流动。这可能导致将较致密的粉末团块输送到扫掠体积414，并最终输送到工作表面，在这种情况下，该团块将再次在构建床表面12上的散布层中导致不均匀的区域，并因此可能导致有缺陷的对象。

此外，粉末轮廓受到粉末流动性的程度影响，这可能进一步增加 (compound)非搅拌高度S’。将参照图5A和图5B对此进行解释。

再循环边缘和粉末流动性的影响

粉末配给系统40的布置包括邻近搅拌器的粉末再循环边缘428，粉末可在该粉末再循环边缘428上落入再循环管440中。换句话说，落在再循环边缘428上的粉末离开配给系统40。这避免了粉末腔室430变得过度填充粉末，同时允许输送机构(例如，螺旋推运器螺杆)以周期性间隔或连续地输送粉末，而无需例如通过粉末传感器和反馈系统进行主动管理，该粉末传感器和反馈系统响应于检测到的粉末水平来停止和启动输送机构。有利地，再循环边缘允许配给系统从输送机构接收过量的粉末，使得粉末配给系统40中的粉末体积可自我调节，因为过量的粉末可以自由地流过再循环边缘以离开配给系统，并且例如落入相邻的再循环腔室中。另外，这意味着输送机构可以几乎连续运行，并且不必在相当长的时间段内停止，在相当长的时间段内停止可能导致输送机构内的停滞并导致粉末团聚物(agglomerate)从输送机构输送到粉末配给系统中。例如，在输送机构是螺旋推运器的情况下，只能在配给刮板416的配给行程期间停止螺旋推运器，在此期间粉末被配给到工作表面。

因此，再循环边缘428提供了对粉末腔室430中粉末体积的被动调节。通过确保粉末保持在自由流动状态中，可以进而提供对具有再循环边缘 428的这种配给系统装置的可靠调节，使得粉末可以自由地流过再循环边缘428，以防止配给腔室过度填充，并保持扫掠粉末体积414的恒定水平。这样，配给刮板416可以重复地向工作表面配给恒定体积的粉末，并且可重复的均匀的粉末层可以散布在构建床表面12上。

参考图5A，扫掠体积414中的粉末体积由虚线区域指示。它位于粉末腔室中未被配给刮板扫掠的粉末上方。可以看出，特别是通过与示出略微较低的再循环边缘高度的图5B进行比较，可以看出再循环边缘428的高度H如何确定扫掠体积414。对于图5A中的高度H1，扫掠体积为V1。在操作期间，粉末通过输送机构输送到粉末腔室，并通过搅拌器搅拌成自由流动状态。一旦搅拌过的粉末到达再循环边缘428，则体积V1已经被粉末填充满，并且过量的搅拌过的粉末落在再循环边缘428上。

另一方面，在图5B中，再循环边缘428的高度H2低于H1，并且沿着扫掠体积414的粉末的体积V2相应地小于V1。

注意，体积V还取决于粉末的表面轮廓。在没有搅拌的情况下，轮廓由粉末的崩落角(avalanche angle)决定。崩落角略高于粉末的静止角，该静止角是特定粉末自然静置处的斜率。如果使粉末斜率变陡，则会发生粉末打滑；该“临界”角就是崩落角。因此，当粉末落在再循环边缘428上时，这部分地是由于崩落角而导致的。例如，崩落角取决于粉末颗粒的大小和粗糙度。对于尼龙PA12粉末，取决于粉末的温度和粉末处理历史(诸如使用年限、通过打印机的再循环周期的次数)，崩落角可能约为34°-38°。然而，当粉末被搅拌并变得自由流动时，粉末的密度也起重要作用。对于减小的密度，崩落角也减小，并且对于自由流动的材料，“流化(fluidised)”崩落角接近零。在粉末配给系统40的再循环边缘428附近已经观察到了这一点。此外，已经观察到该角度随着距再循环边缘428的距离增加而非线性变化，使得在竖直方向上在搅拌器的轴上方，粉末形成小的圆锥形堆。据推测，这是由于粉末的流动性的较低水平以及略增加的密度所造成的，从而影响了“流化”崩落角。对于粉末配给系统40，流化程度的范围随着距搅拌体积的距离增加而变窄，并且在搅拌器轴上方形成的堆较小。

同时，关于图4的粉末配给系统40’，由于与粉末配给系统40相比，非搅拌体积S’引起较高的较少的流化崩落角，因此观察到的粉末轮廓是不希望的。这导致在再循环边缘428附近的崩落的“流化”角更高，并且在搅拌器上方形成了具有更陡的斜率的更高的圆锥形堆。因此，在粉末配给系统40’中，在搅拌器上方存在宽范围的粉末密度，并且因此该系统不如粉末配给系统40可靠。例如，对于系统40’，配给刮板和搅拌器的轴线之间的竖直距离约为50mm。通过在扫掠体积和搅拌体积之间在竖直方向上产生14mm的重叠，观察到粉末流动性的显著改善并且配给系统40可靠地操作，而配给系统40’在扫掠体积和搅拌体积之间没有竖直重叠的情况下不能确保可靠的操作。

注意，由于可以在再循环边缘附近实现高程度的流动性，因此粉末配给系统40的再循环边缘428的高度相对高于粉末配给系统40’所需的高度，从而导致再循环边缘附近的非常低的流化崩落角。

因此，注意，在竖直方向上在扫掠体积414和搅拌体积424之间的竖直重叠与沿扫掠体积被动地控制粉末的体积的再循环边缘428相结合，协同提供了一种粉末配给系统，该粉末配给系统可以确保在由粉末制造三维对象的设备中沉积可重复地均匀的粉末层。

可替代的搅拌器

尽管以上实施例中的搅拌器已被描述为具有在一个平面中延伸的突起的旋转装置，但是可替代的实施例提供了可替代的搅拌器设计，这些可替代的实施例中的一些在图6和图7中图示。

图6示出了旋转搅拌器426，其中突起427可以布置在多于一个的平面上。突起427a可以相对于中央轴线或轴422成角度，并且第二组突起 427b可以相对于中央轴线在相反方向上成角度。突起可以偏离中央轴线延伸的最大角度由扫掠体积、搅拌体积的形状以及扫掠体积、搅拌体积之间的重叠限定，使得当搅拌器处于其“基本”位置时，配给刮板无法与突起碰撞。可以看出，例如在需要更高程度的搅拌的情况下，这允许至少第二组突起被添加到搅拌器。

可以设想用于扫过扫掠体积和搅拌体积的可替代的布置；例如，可能可以采用椭圆旋转运动。

单独的搅拌腔室

图7中所示的另外的实施例提供了一种粉末腔室，在该粉末腔室中配给刮板416无法与搅拌器426碰撞，因为在该实施例中，扫掠体积在水平方向上邻近搅拌体积424布置，使得扫掠体积414不包括搅拌体积。换句话说，扫掠体积位于搅拌体积的旁边或其一侧。

粉末腔室包括搅拌器腔室420，该搅拌器腔室420相对于粉末的流动经由配给腔室边缘418与配给腔室410连通。所示的搅拌器426是与图3 的搅拌器类似设计的旋转搅拌器，并在搅拌体积424上搅拌输送到搅拌器腔室的粉末。在一侧与搅拌器相邻的是配给腔室边缘418，并且在相对侧与搅拌器相邻的是再循环边缘428。配给腔室边缘418相对于再循环边缘 428的高度在竖直方向上位于较低的高度处，使得搅拌过的粉末在其达到足以使过量的搅拌过的粉末落在再循环边缘428上的高度水平之前，首先落在配给腔室边缘418上。

因此，扫掠体积414和搅拌体积424分别邻近配给腔室边缘418并在其相对侧布置，其中，配给腔室边缘的高度在竖直方向上布置在再循环边缘高度下方。

配给刮板的旋转描述了扫掠体积414，其基于配给腔室中的粉末轮廓确定了由配给刮板416输送到工作表面的粉末的体积。与之前的实施例一样，扫掠体积414可以由再循环边缘428的高度控制。

由于在图7的实施例中，搅拌器腔室420不容纳配给刮板416的任何扫掠体积414，并且同样地，配给腔室410不容纳任何搅拌体积424，因此配给刮板416相对于搅拌器426的旋转操作的定时不是必需的。此外，搅拌器426的设计不受配给刮板416的移动限制。例如，与图2D相比，搅拌器426可以具有从搅拌器轴422径向向外延伸的附加的突起427，其可以占据搅拌体积的任何部分。此组突起可以每90°从轴422径向向外延伸到搅拌体积424中。

与先前的实施例一样，在图7中，扫掠体积414在竖直方向上位于搅拌体积424上方，并且在竖直方向上与搅拌体积424重叠，使得配给刮板 416将搅拌过的粉末配给到工作表面。为了清楚起见，竖直方向上的重叠由图7中的范围O指示。

除了该实施例允许的搅拌器的设计自由度之外(潜在地能够实现整个设备的更紧凑的设计)，每个腔室内的粉末的头部保持较小，并且因此防止搅拌过的粉末致密化。

往复式或振动式搅拌器

根据另外的实施例，一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统40包括往复式或振动式搅拌器，该往复式或振动式搅拌器布置成在搅拌区域中搅拌输送的粉末的供应物。配给刮板被布置成将一部分粉末配给到包括构建床表面的工作表面，并被布置成扫过扫掠体积。扫掠体积在竖直方向上位于往复式或振动式搅拌器的上方和附近，使得配给刮板将搅拌过的粉末配给到工作表面。邻近扫掠体积的再循环边缘被布置成允许过量的搅拌过的粉末从搅拌区域自由地流过再循环边缘。

这提供了一种设计，其中，由于搅拌器不是旋转搅拌器，因此配给刮板的旋转不必相对于搅拌器定时。搅拌区域是这样的区域，即在该区域上粉末在竖直方向上保持在自由流动状态中，使得过量的搅拌过的粉末可以自由落在再循环边缘上并进入再循环管中。该区域的范围取决于粉末性质和粉末腔室的特定尺寸、配给刮板的设计以及往复式或振动式搅拌器的类型和操作模式。

在不能安装具有可观深度的搅拌腔室的粉末腔室的紧凑系统中，使用往复式或振动式搅拌器代替旋转搅拌器可能特别适合。反而，通过使用往复式或振动式搅拌器，粉末腔室的深度主要由配给腔室430的深度来限定。

在一些实施例中，往复式或振动式搅拌器可以是筛网搅拌器(mesh agitator)。在一个实施方式中，图8A是沿着配给刮板轴412沿着y方向沿着粉末腔室向下的视图。筛网搅拌器425位于粉末腔室430的底板上方并且邻近配给刮板416的扫掠体积414。筛网包括开口，该开口允许输送的粉末沿竖直方向从粉末腔室的底板向上穿过筛网。沿截面A-A’的腔室的侧视图在图8B中示出。为了搅拌由螺旋推运器452在输送管450中输送的粉末，筛网沿着y方向沿着往复运动的轴线(如由箭头所指示的下部虚线所指示的)横向地往复运动。另外，筛网也可以沿着x方向或腔室的宽度横向地往复运动。可替代地或另外地，筛网可以被布置成例如沿着z方向振动。

在往复式或振动式搅拌器的其它实施方式上，筛网可以是沿着搅拌器的宽度，即沿着x方向布置的平行线的形式。可以布置具有往复式或振动式筛网搅拌器的粉末配给系统，使得粉末从筛网搅拌器下方输送到配给腔室。

可替代地，在将粉末输送到搅拌器上方的粉末腔室的情况下，往复式或振动式搅拌器可以主要是实心板。在往复式板搅拌器的情况下，板可以包括沿着板的宽度(x方向)的平行的凸起特征，该凸起特征改善了板与粉末之间的摩擦。

类似于旋转式搅拌器，往复式或振动式搅拌器沿粉末腔室的长度分布粉末，并使粉末在搅拌区域上保持在自由流动状态中。由于搅拌区域和扫掠体积414之间的竖直重叠，再循环边缘沿扫掠体积保持恒定的粉末体积，因为过量的粉末会在再循环边缘上溢出并流出配给系统，只要输送机构将粉末超量输送到配给系统中。

在一些实施方式中，配给刮板的扫掠体积的切平面紧密接近往复式或振动式搅拌器的平面定位。这意味着，配给刮板基本上除去了在搅拌器的平面上方搅拌的所有搅拌体积。

因此，在竖直方向上在扫掠体积414和搅拌区域之间的竖直重叠与沿扫掠体积被动地控制粉末的体积的再循环边缘428相结合，协同提供了一种粉末配给系统，该粉末配给系统可以确保在由粉末制造三维对象的设备中沉积可重复地均匀的粉末层。

关于上述实施例，不管搅拌器的设计如何，配给刮板都可以布置成绕水平轴线扫掠。旋转搅拌器可以布置成绕水平轴线旋转。

此外，所输送的粉末的供应物可以是连续的或周期性的。

如上所述，邻近搅拌器的粉末再循环边缘428的存在允许粉末流出配给系统，并且因此防止粉末腔室过度填充，同时允许输送机构(例如，螺旋推运器螺杆)以周期性间隔或连续地输送粉末，而无需进行主动管理。因此，再循环边缘428提供了对粉末腔室或配给系统中粉末的体积的被动调节。在一些情况下，可以在螺旋推运器螺杆以满负荷旋转的情况下连续地输送粉末。在其它情况下，这可能不是必需的，并且只能周期性地激活螺旋推运器螺杆，例如仅50％的时间，诸如5秒钟打开，5秒钟关闭。这可以防止由于螺旋推运器螺杆而在粉末中产生大量的热量。在其它系统中，只能在配给刮板将粉末配给到工作表面的配给行程期间停止螺旋推运器。螺旋推运器的近乎连续操作可以减少或防止在螺旋推运器中出现聚合物停滞现象，这可能导致将粉末团聚物供应到配给系统中。

另外，再循环边缘高度可以位于高于扫掠体积的最低点的位置处。

此外，如在图2A的实施例中，再循环边缘428可以邻近并平行于搅拌体积424的切平面延伸。

可调节再循环边缘

在上述实施例的一些实施方式中，再循环边缘428的高度可以是可调节的，以便改变配给到工作表面的搅拌过的粉末的体积。

例如，这提供了一种可以针对使用不同的粉末进行调谐的设备。由于不同的粉末可能具有不同的流动特性，例如崩落角和“流化”崩落角，因此沿扫掠体积414的粉末的体积可能必须进行调节，使得可以将所需体积的粉末输送到工作表面。另外地或替代地，可能需要调节被配给到工作表面的粉末的体积。

这可以通过使再循环边缘428的高度可调节来实现。例如，再循环边缘可以是可滑动再循环门的一部分，该可滑动再循环门是相对于粉末腔室可移动使得可以改变再循环边缘的高度的板。这在图9中示出，其中可滑动再循环门421被布置成沿搅拌腔室的壁423线性平移，其中搅拌腔室的壁423是最接近再循环管440的壁。以这种方式，再循环边缘428的高度可竖直调节。

在上述实施例的一些实施方式中，再循环边缘可以邻近且平行于扫掠体积414的切平面延伸。这意味着再循环门421的平面或包括再循环边缘的壁平行于扫掠体积的切平面，并且与扫掠体积的切平面尽可能靠近地定位，从而最小化扫掠体积414与再循环边缘428(或再循环门)之间的死空间。

再循环边缘的平移方向可以沿着紧密接近扫掠体积的切平面的平行方向延伸，以便避免粉末的死空间的显著区域。

可滑动再循环门421可以是金属板，该金属板经由壁423中的槽附接到线性平移马达429，而马达429被附接到壁423。这样的布置将对边缘高度428进行过程中的控制(in-process control)。实现再循环门的电子平移的可替代的实施方式对于本领域技术人员将是明显的。

可替代地，可滑动再循环门421的手动可调节版本可以包括将可滑动再循环门421螺栓连接(bolt)到搅拌腔室的壁423。在该情况下，可滑动再循环门421可以具有竖直槽，通过该竖直槽可以将门螺栓连接到壁423。可以通过在槽边缘上设置倒角来使螺栓凹陷，以便避免螺栓突出到搅拌腔室中。在仅在构建过程设置(build process set-up)而不是在处理期间需要调节再循环边缘高度的情况下，手动可调节的再循环边缘高度可能是合适的。

再循环边缘高度的过程中的控制

使用马达来电子地调节再循环边缘允许再循环边缘428的高度的过程中的变化，以便通过允许更多的粉末积聚在配给刮板的扫掠体积中来调节配给的粉末体积。

可以通过边缘高度控制器来提供对再循环边缘高度的控制，该边缘高度控制器可以例如被布置成将所需粉末体积(和/或层厚度)的转换值访问为用于特定类型的粉末的合适的边缘高度。所需的粉末体积可以由用户临时提供，该所需的粉末体积也可以作为逐层形成对象的构建过程顺序的一部分来提供。构建过程控制器可以根据需要将过程信息发送到边缘高度控制器，以使边缘高度控制器在构建过程内的特定定时时刻调节边缘高度。

图10图示了在粉末配给系统40的填装(priming)期间的工艺流程。每当调节再循环边缘428时(例如，当在粉末腔室中填充新粉末时选择正确的边缘高度时)，或者每当在构建过程期间调节再循环边缘高度时，都需要进行填装。

如所图示的，一种用于调节粉末配给系统的再循环边缘高度的方法包括以下步骤：

a)设置再循环边缘高度H；

b)对配给腔室进行填装：将粉末的供应物输送到配给刮板的扫掠体积，同时使用搅拌器搅拌所输送的粉末，直到过量的搅拌过的粉末流过再循环边缘416并流出配给系统40为止；

c)评估输送到扫掠体积的粉末的体积；以及

i.如果所评估的体积不在所需体积的公差内，则调节再循环边缘高度并从步骤(b)重复；或者

ii.如果所评估的体积在所需体积的公差内，则将边缘的高度设置为所调节的再循环边缘高度。

在步骤(c)(ii)处，填装过程完成。然后可以开始构建过程。

可以使用类似的方法来找到边缘高度与层厚度(以及可选地扫掠体积的粉末水平)的对应值。以这种方式，可以向边缘高度控制器提供查找表或类似物以在边缘高度的过程中的调节期间供参考。

关于调节边缘高度的步骤，如果所评估的粉末体积太小，则增加再循环边缘高度，并且如果所评估的粉末体积太高，则降低再循环边缘高度。实际上，可以定义可容裕度(tolerable margin)，使得仅当所评估的体积落在所需体积的裕度之外时，所评估的体积才为太小或太大。

用于评估粉末的体积的步骤(c)可以例如包括致动配给刮板以将配给体积的搅拌过的粉末配给到工作表面；

将配给的粉末横跨构建床表面散布；以及

评估散布层的厚度和均匀性中的至少一项。

在一些实施例中，评估输送到扫掠体积的粉末的体积的步骤可以包括称量输送的体积。另外地或可替代地，评估输送到扫掠体积的粉末的体积的步骤可以包括感测扫掠体积内的粉末水平。

调节再循环边缘高度的步骤包括致动平移机构的步骤，该平移机构被布置成响应于对粉末进行称量、感测或散布操作中的一种来调节再循环边缘高度。平移机构可以是线性马达。

另外地或可替代地，上述实施例中的任一个实施例的粉末配给系统可以包括粉末水平传感器，以用于检测扫掠体积内的粉末水平，例如，以便监控扫掠体积的粉末水平。

在图9中示出了这样的粉末水平传感器419，其被安装到配给腔室的壁。由于上述实施例的搅拌器将粉末保持在自由流动状态中，因此配给腔室内部的粉末轮廓具有可靠的形状，并且可以将感测到的粉末水平可靠地转换成扫掠体积。感测到的粉末水平可以用于监控配给腔室内的问题(例如搅拌器或再循环边缘马达的故障)，和/或评估扫掠体积内的粉末的体积是否需要调节。粉末水平传感器可以例如在调节再循环边缘期间使用。

因此，可替代地或另外地，步骤(c)可以包括感测粉末水平，例如以评估扫掠体积是否需要调节，以在再循环边缘的调节期间监控粉末水平，和/或以创建与构建过程相关的粉末性质的参考数据，例如针对粉末体积/ 层厚度和边缘高度的粉末水平读数的查找表。查找表可以在构建过程期间用于调节所需层厚度的再循环边缘高度。例如在设定的高度不会产生与根据参考数据的预期粉末水平紧密匹配的感测到的粉末水平的情况下，一旦已经创建了粉末性质的参考数据，则还可以完成对粉末水平的感测以测试是否有故障。

另外地或可替代地，粉末配给系统可以包括再循环边缘传感器。参考图9，再循环边缘传感器436可以位于再循环管440的壁中。再循环边缘传感器436可以感测是否有过量的搅拌过的粉末落在边缘428上，并且向边缘高度控制器发信号通知配给腔室已充满。边缘高度控制器可以接着询问粉末水平传感器419以测试粉末水平是否对应于预期水平。在粉末水平与设置的边缘高度的预期水平不对应的情况下，再循环边缘高度控制器可能会向构建过程控制器发出故障信号。

在一些实施方式中，再循环边缘传感器可以监控再循环边缘的高度，例如使得再循环边缘高度控制器可以将实际高度与预期高度进行比较。

在另外的布置中，粉末水平传感器和再循环边缘传感器的功能可以由相同的传感器来实现。

在三维对象的构建过程期间，可以响应于分布的层厚度的调节来调节再循环边缘的高度。

因此，提供了一种使用粉末配给系统40来由粉末形成三维对象的方法，其中，可选地，再循环边缘高度可通过控制平移机构来调节。

现在将描述这样的方法的几种实施方式。在一些过程中，如以下将要解释的，由于需要不同厚度的分布的粉末层，可能有必要在构建期间改变所配给的粉末体积，或者补偿先前处理的层的较致密的烧结区域。

在构建过程开始时，缓冲层由分布滑板分布，而没有形成任何对象层。缓冲层已预热，并帮助确保构建床表面的温度分布均匀。一旦已经分布了缓冲层，则用于对象构建的第一粉末层由分布滑板分布，并通过操作打印滑板进行处理。

通过分布100层-500层，每个缓冲层具有100nm量级的厚度，整个缓冲层的厚度通常为几微米厚。

在一些情况下，一些构建层或一些缓冲层可能需要与其它构建层不同的厚度，或者一些构建层可能需要与其它层不同的所分配的粉末体积以实现相同的层厚度。缓冲层可以具有高于对象层的厚度的厚度。

可替代地，可能需要不同的对象层厚度，诸如在临时“草图(sketch)”模式期间，其中可以接受z方向上的较低的分辨率(以及因此较厚的层) 以实现更快的构建时间。

可以通过将构建床降低等于所需层厚度的距离来改变层厚度。为确保将足够的粉末配给到工作表面，将所需的体积加上少量过量的粉末被配给到工作表面。因此，对于每一层，过量粉末存在于粉末分布装置的趟次(pass) 的末端处，并且过量粉末被处置或再循环。

除了响应于变化的层厚度之外，可能需要响应于在前一层中烧结的横截面而在构建期间调节配给体积。通常，烧结区域比未烧结区域致密得多，例如，与0.9g/cm³-1.1g/cm³的烧结的粉末体积的密度相比，未烧结的粉末体积的密度可以为约0.4g/cm³-0.6g/cm³。因此，处理的粉末层中的烧结区域通常相对于未烧结的粉末表面呈现凹陷区域，并且当新的粉末层分布在顶部上时呈现需要填充粉末的体积。取决于该层内的烧结的粉末的横截面，需要被配给的粉末的附加体积可能是显著的，例如，1％-10％(可能更多)。

虽然可以为构建的所有横截面设置足够的配给体积，使得对于一些层，将有过量供应的配给粉末，该过量供应的配给粉末在分布步骤结束时会丢失，但是在一些情况下，可能希望避免浪费粉末，并且这可以通过允许在构建过程期间控制配给到工作表面的粉末量来实现，并且在一些情况下是逐层的。

因此，在一些情况下，期望响应于不同的层厚度或响应于造成需要在前一层内填充的体积的前一打印横截面来调节所配给的粉末体积。这可以通过增加再循环边缘高度来实现。

调节再循环边缘高度以适应所需的配给粉末体积，粉末腔室由粉末输送机构填充，直到搅拌过的粉末落在再循环边缘上并流出配给系统，并达到所需的扫掠体积为止。一旦从配给刮板将扫掠体积配给到工作表面，粉末就通过辊子横跨构建床表面分布。

因此，在该方法的一些实施方式中，两层或更多层可以由从配给刮板的扫掠体积配给的粉末分布在构建床表面上，使得第一层由第一扫掠体积形成，并且第二层由第二扫掠体积形成，其中通过控制平移机构将扫掠体积从第一体积调节到第二体积。

第一层的厚度可以与第二层的厚度相同，并且可以基于由对象在第一层中覆盖的面积来调节第二扫掠体积。这意味着在分布下一层时，烧结的较致密的区域可以填充足够的粉末，以确保下一层具有所需的厚度。

再循环边缘高度控制器

具有可以由机动化平移机构调节的可调节的再循环边缘高度的配给腔室系统的操作可以由再循环边缘高度控制器系统控制。再循环边缘高度控制器系统可以是不同的控制器，或其可以是构建过程控制器的一部分。

上述实施例的用于调节粉末配给系统的再循环边缘高度的控制系统包括被布置成接收所需粉末水平的输入的再循环边缘高度控制器。再循环边缘高度控制器被布置成针对所需粉末水平确定对应的再循环边缘高度，并且控制平移机构以用于将再循环边缘高度调节至对应的再循环边缘高度。

所需粉末水平可以以以下形式中的一种提供：所需的层厚度、扫掠体积内的所需粉末体积(所需扫掠粉末体积)，或配给腔室内的实际所需扫掠粉末水平，例如将扫掠粉末水平提高/降低一个百分点的请求。在一些实施例中，边缘高度控制器可以接收所需的再循环边缘高度的值。在其它实施例中，控制器可以适于基于前一层的烧结横截面的数据来计算下一层的需要被配给的粉末体积。粉末水平可以是定性或定量性质，例如粉末水平可以是特定的定量值，或者粉末水平可以定性为“低”、“中”或“高”水平。

在图11中图示了再循环边缘高度控制器系统的实施例。再循环边缘高度控制系统54从构建过程控制器60接收命令以改变再循环边缘的高度，使得可以从由配给刮板配给到工作表面的扫掠体积中实现所需的层厚度。边缘高度控制器56被布置成从所需厚度中根据最接近的厚度匹配确定对应的边缘高度值。接下来，再循环边缘高度控制器控制再循环门的平移机构，诸如线性马达，并且平移机构将再循环边缘移动到所需高度。

一旦再循环边缘高度已经被调节到对应的再循环边缘高度，则再循环边缘高度控制器56可以向构建过程控制器60发送信号：已经调节了边缘高度。

然后，构建过程控制器可以将信号发送到配给刮板控制器58，以致动配给刮板，随后，配给刮板将扫掠体积内的粉末体积配给到工作表面，并且可以评估粉末的配给体积。可以例如通过构建过程控制器将信号发送到控制滑板的运动和功能的滑板系统控制器来完成对配给粉末体积的评估，随后，滑板系统控制器使分布滑板越过构建床表面以将配给的粉末分布在构建床表面上，并且可以评估所分布的层的厚度和均匀性。

再循环边缘高度控制器可以根据数据(例如以查找表或图形的形式的数据)确定所需的边缘高度，从而将所需的层厚度和/或所需的扫掠粉末体积的值与对应的边缘高度相关。该数据例如可以通过针对图10描述的方法来提供。

数据可以是在测量值之间外推的层厚度(或扫掠体积)与边缘高度的图形的形式。

另外，所需的厚度可以设置有公差裕度(tolerance margin)，使得要实现的实际厚度落在可接受的厚度范围内。

边缘高度控制器系统54可以包括一个或更多个传感器。具体地，控制系统可以包括被布置成检测扫掠体积的粉末水平的粉末水平传感器。边缘高度控制器被布置成接收检测到的扫掠粉末体积水平，以确定与所需的粉末水平相对应的所需的扫掠粉末体积水平，并确定检测到的扫掠粉末体积水平是否不同于所需的扫掠粉末体积水平。如果检测到的扫掠粉末体积水平不同于所需的扫掠粉末体积水平，则边缘高度控制器还被布置成确定要对再循环边缘高度进行的调节以达到所需的扫掠粉末体积水平，并控制平移机构执行所述调节。

粉末水平传感器419可以位于配给腔室410中，以便检测扫掠粉末体积水平。

可替代地，控制器可以接收所需的层厚度而不是所需的扫掠粉末体积水平，其中边缘高度控制器还被布置成确定对应的扫掠粉末体积水平，以便将其与检测到的扫掠粉末体积水平进行比较。

还可以检测溢流中输送的过量粉末量，以此来验证设备是否正常工作以及配给系统中是否没有粉末。粉末配给系统的实施方式可以包括再循环边缘传感器，该再循环边缘传感器被布置成检测落在再循环边缘上的过量的搅拌过的粉末和/或检测再循环边缘的高度。

在填装过程期间，边缘高度控制器可以询问传感器419，以评估配给腔室中的扫掠粉末体积水平，并将其与所需的扫掠粉末体积水平进行比较。在该情况下，边缘高度控制器根据所需的层厚度确定对应的所需的扫掠粉末体积水平，以与检测到的扫掠粉末体积水平进行比较。如果在公差的裕度内所需的扫掠粉末体积水平与检测到的扫掠粉末体积水平不同，则粉末腔室的填装过程没有完成。一旦在公差的裕度内所需的扫掠粉末体积水平与检测到的扫掠粉末体积水平相同，则粉末腔室的填装过程完成，并且边缘高度控制器可以向构建过程控制器60发送信号：已经达到了所需的扫掠粉末体积水平，并且构建过程控制器可以开始或恢复测试或构建过程。

在一些实施方式中，控制系统还可以包括再循环边缘传感器，该再循环边缘传感器被布置成检测落在再循环边缘上的过量的搅拌过的粉末和/ 或检测再循环边缘的高度。

在图11的实施方式中，再循环边缘传感器436是边缘高度控制器系统的一部分。

在填装过程期间，一旦边缘高度控制器根据再循环边缘传感器436确定粉末正落在再循环边缘上并流出配给系统，粉末腔室的填装就可以完成。粉末水平传感器419的输出可以被用来除了由边缘高度控制器56确定填装过程已经完成之外，该粉末水平传感器419的输出还可以由边缘高度控制器56用于一旦再循环边缘传感器436感测到粉末落在边缘上就基于边缘高度控制器可获得的数据测试检测到的扫掠粉末体积水平是否与预期的扫掠粉末体积水平相对应。如果检测到的扫掠粉末体积水平与基于再循环边缘高度的预期的扫掠粉末体积水平不对应，尽管再循环边缘传感器发出填装完成的信号，但边缘高度控制器仍会向构建过程控制器60发出故障信号。

可替代地，如果使用测试程序来确定与所需的层厚度相对应的对应边缘高度，则根据图10中图示的步骤，边缘高度控制器可以适当地调节再循环边缘高度，并向构建过程控制器发信号通知：配给腔室系统已准备好进行下一个填装步骤。然后，构建过程控制器可以将信号发送至输送机构以重新开始粉末输送。可替代地，在测试程序期间，输送机构可以在再循环边缘高度的调节期间连续地或周期性地操作而不是被关闭。

再循环边缘传感器436可以进一步用于检测再循环边缘的高度，使得边缘高度控制器56可以将设置的边缘高度值与检测到的高度值进行比较，以评估例如平移机构的再循环边缘的故障是否已经发生。

在控制系统的一些实施方式中，边缘高度控制器可以被布置成：

接收相对于构建床表面所需的粉末层厚度；

基于所需的粉末层厚度确定对应的扫掠粉末体积水平；

将检测到的扫掠粉末体积水平与对应的扫掠粉末体积水平进行比较；以及

如果检测到的扫掠粉末体积水平与对应的扫掠粉末体积水平不同，则控制平移机构调节再循环边缘高度，以便使检测到的扫掠粉末体积水平变得基本上等于对应的扫掠粉末体积水平。

在一些实施方式中，再循环边缘高度控制器被布置成根据存储的数据确定与所需的扫掠粉末体积水平相对应的对应再循环边缘高度。

可替代地或另外地，可以基于扫掠粉末体积的表面轮廓来确定对应的扫掠粉末体积水平。

数据可以以查找表或图形的形式存储在边缘高度控制器内、边缘高度控制器系统内或构建过程控制器内包括的存储器中。

在以上示例中，明显的是，扫掠粉末体积旨在与配给的粉末体积相同或紧密对应。一旦扫掠粉末体积被输送到工作表面，则该扫掠粉末体积成为配给的粉末体积。取决于设计，扫掠粉末体积的一小部分可能不会输送到工作表面，即，配给的体积略小于扫掠体积。

提及粉末水平旨在是指配给腔室内的扫掠粉末体积的高度。传感器因此检测腔室内粉末体积的高度。

当提及扫掠体积或搅拌体积时，它们旨在表示在旋转装置(诸如配给刮板和旋转搅拌器)的操作期间由这些旋转装置直接占据的三维空间。体积可以是圆柱形的，或者取决于旋转的模式、轴线的偏心率以及搅拌器和配给刮板的突起的设计，体积也可以采取不同的形状。

粉末腔室中的粉末的轮廓可以在粉末输送出口附近和/或上方更强烈地对应于图中所示的轮廓，并且沿着粉末腔室进一步远离粉末输送出口而变得不太明显。然而，即使是跨越粉末腔室的一部分长度但是经受粉末沉降和致密化的减小的区域，也将损害散布在工作表面上的层的质量，并因此损害对象的质量。尽管特定的粉末轮廓取决于粉末的类型、环境条件和粉末配给系统的设计，但是以上实施例类似地适用于不同的粉末轮廓。

应当注意，在通过允许过量的粉末根据崩落角沿配给刮板向下流动并返回到配给腔室中来调节配给刮板上的粉末量的常规配给系统中，需要通过停止启动螺旋推运器以调节配给系统中的粉末量来调节配给腔室中的粉末体积。如果螺旋推运器略微倾斜，则配给腔室中的粉末体积减少，并且配给刮板开始输送减少量的粉末。这最终可能导致一个或更多个粉末层的分布不均匀和/或不完整，这进而导致制造对象的损坏。

然而，有利地，在以上实施例及其各种实施方式中再循环边缘的存在允许配给系统40从输送机构接收连续的过量供应的粉末，使得配给系统中的粉末体积是自调节的，因为过量的粉末可以自由地流过再循环边缘并流出配给系统，例如落入相邻的再循环腔室中。因此，在工艺参数没有任何变化的情况下，无需对配给系统中的粉末水平进行过程中的测量和调节，以防止配给系统出现粉末不足或溢流的情况，例如由于仅间歇性地或以不正确的速度运行螺旋推运器而导致的。

取决于设备1的粉末处理系统，配给系统40的自调节粉末体积可以具有附加效果。现在将参考图12进行描述这一点，图12示出了具有根据实施例的配给系统40、再循环回路和返回回路的设备1：

(a)在再循环边缘428邻近再循环管440的系统中，落入再循环管 440中的粉末可以通过在再循环管入口位置490处连接再循环管而直接馈送回螺旋推运器管450中。相对于原始罐500，原始粉末经由管510在位置490上游的位置540处进入再循环管440。因此，再循环粉末优先于原始粉末进入螺旋推运器，从而使再循环粉末保持在自由流动状态中并将该再循环粉末与来自螺旋推运器的原始粉末连续混合。这样的系统使再循环粉末重复使用，从而减少了废弃粉末和制造对象的成本。

(b)在另外在粉末分布行程结束时还将过量粉末横跨构建床表面12 返回到构建床表面的远侧处的返回槽610中的设备中，返回的粉末可以经由管620在再循环进入位置490上游的位置630处进入输送管450。因此，粉末优先进入输送管450，其优先级高于来自再循环管440的粉末。通过确保再循环回路中的粉末体积显著高于从返回回路供应到螺旋推运器的体积(例如高十倍)，通过将少量的返回粉末与大量的再循环粉末混合，可以确保高质量的粉末均匀性。返回的粉末将经历比通过在热构建床表面 12上经过的再循环粉末更高的温度循环。再循环粉末将仅在螺旋推运器管 450和配给系统40中经历中等温度(例如，对于PA11粉末，这可能约为 140℃)，并且因此，可能优选的是，将相当大量再循环的高质量粉末与相对较少量的折衷质量返回粉末混合。

Claims (17)

1.一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，其特征在于，所述粉末配给系统包括：

粉末腔室，所述粉末腔室包括搅拌器腔室和配给腔室，其中，所述搅拌器腔室包括旋转搅拌器，所述搅拌器被布置成通过旋转搅拌体积来搅拌输送的粉末的供应物；

配给刮板，所述配给刮板被布置成通过扫过扫掠体积而将配给体积的粉末配给到包括构建床表面的工作表面；

其中，所述扫掠体积在竖直方向上位于所述搅拌体积上方，并且在竖直方向上与所述搅拌体积重叠，使得所述配给体积的粉末为搅拌过的粉末；并且

其中，所述粉末腔室还包括与所述搅拌器相邻的再循环边缘，所述再循环边缘被布置成允许过量的搅拌过的粉末自由地流过所述再循环边缘并流出所述粉末配给系统。

2.根据权利要求1所述的粉末配给系统，其中，所述搅拌器具有旋转轴线，并且其中，所述配给刮板被布置成当所述配给刮板扫过所述扫掠体积时，延伸到所述搅拌器的所述旋转轴线的紧密接近范围内，使得在所述扫掠体积和所述搅拌体积之间存在竖直重叠。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的粉末配给系统，其中，所述搅拌器腔室被布置在所述配给腔室下方。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的粉末配给系统，其中，所述搅拌器腔室被布置在所述配给腔室的一侧使得所述扫掠体积在水平方向上邻近所述搅拌体积布置，使得所述扫掠体积不包括所述搅拌体积。

5.根据权利要求4所述的粉末配给系统，其中，配给腔室边缘被布置在所述配给腔室和所述搅拌器腔室之间，并邻近所述搅拌器且在所述搅拌器的一侧，并且所述再循环边缘布置成邻近所述搅拌器并在所述搅拌器的相对侧；并且

其中，所述配给腔室边缘的高度在竖直方向上布置在所述再循环边缘的高度下方，使得搅拌过的粉末在其达到足以使过量的搅拌过的粉末流过所述再循环边缘的高度水平之前，首先落在所述配给腔室边缘上。

6.根据权利要求4所述的粉末配给系统，其中，所述扫掠体积和所述搅拌体积分别邻近配给腔室边缘并在所述配给腔室边缘的相对侧布置，其中，所述配给腔室边缘在竖直方向上布置在所述再循环边缘的高度下方。

7.根据权利要求1所述的粉末配给系统，其中，所述再循环边缘邻近且平行于所述扫掠体积的切平面延伸。

8.根据权利要求1所述的粉末配给系统，其中，所述再循环边缘的高度是可调节的，以便改变被配给到所述工作表面的搅拌过的粉末的体积。

9.根据权利要求1所述的粉末配给系统，其中，所述粉末配给系统还包括用于检测所述扫掠体积内的粉末水平的粉末水平传感器。

10.根据权利要求1所述的粉末配给系统，其中，所述粉末配给系统还包括再循环边缘传感器，所述再循环边缘传感器被布置成检测落在所述再循环边缘上的过量的搅拌过的粉末，和/或检测所述再循环边缘的高度。

11.一种用于由粉末制造三维对象的设备的粉末配给系统，其特征在于，所述粉末配给系统包括：

粉末腔室，所述粉末腔室包括搅拌器腔室和配给腔室，其中，所述搅拌器腔室包括往复式或振动式搅拌器，所述往复式或振动式搅拌器被布置成在搅拌区域中搅拌输送的粉末的供应物以便提供搅拌过的粉末；

其中，所述配给腔室包括配给刮板，所述配给刮板被布置成将配给体积的粉末配给到包括构建床表面的工作表面；

其中，所述配给刮板被布置成扫过扫掠体积，所述扫掠体积在竖直方向上位于所述往复式或振动式搅拌器的上方和附近，使得所述配给刮板将搅拌过的粉末配给到所述工作表面；

其中，所述粉末配给系统还包括与所述扫掠体积相邻的再循环边缘，并且

其中，所述再循环边缘被布置成允许过量的搅拌过的粉末从所述搅拌区域自由地流过所述再循环边缘并流出所述粉末配给系统。

12.根据权利要求11所述的粉末配给系统，其中，所述往复式或振动式搅拌器是筛网搅拌器。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的粉末配给系统，其中，所述配给刮板的所述扫掠体积的切平面紧密接近所述往复式或振动式搅拌器的平面定位，使得所述配给刮板移除在所述往复式或振动式搅拌器的平面上方搅拌过的搅拌体积。

14.根据权利要求11所述的粉末配给系统，其中，所述再循环边缘邻近且平行于所述扫掠体积的切平面延伸。

15.根据权利要求11所述的粉末配给系统，其中，所述再循环边缘的高度是可调节的，以便改变被配给到所述工作表面的搅拌过的粉末的体积。

16.根据权利要求11所述的粉末配给系统，其中，所述粉末配给系统还包括用于检测所述扫掠体积内的粉末水平的粉末水平传感器。

17.根据权利要求11所述的粉末配给系统，其中，所述粉末配给系统还包括再循环边缘传感器，所述再循环边缘传感器被布置成检测落在所述再循环边缘上的过量的搅拌过的粉末，和/或检测所述再循环边缘的高度。

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