CN216993084U - 加热器装置和用于逐层形成三维对象的设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及加热器装置和用于逐层形成三维对象的设备。一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备的加热器装置，加热器装置具有加热器布置区域，并且包括：布置在加热器布置区域上的一个或更多个带罩的辐射加热元件，该带罩的辐射加热元件是可操作的以将所述设备的构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；以及一个或更多个辐射限制罩，其布置成与带罩的辐射加热元件连通，并且辐射限制罩中的每一个形成一个或更多个通道，以用于限制由带罩的辐射元件在其上发射辐射的立体角，每个通道具有通向所述带罩的辐射加热元件中的至少一个的第一端和通向外部的第二端。还提供了包括该加热器装置的用于逐层形成三维对象的设备。

Description

加热器装置和用于逐层形成三维对象的设备

技术领域

本公开涉及一种用于由颗粒物质逐层形成三维(3D)对象(object) 的设备的顶置加热器装置(overhead heater arrangement)，并且涉及一种具有这样的加热器装置的用于逐层形成3D对象的设备。该加热器装置和该设备可以特别适合于粉末床应用(powderbed application)，该粉末床应用需要精确控制构建床表面(build bed surface)的温度以用于在粉末床的特定位置上固结粉末。

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)随着它们朝着更快的产出时间发展并在工业上变得可行而受到越来越多的关注。这样的过程施加热量以连续地预处理和固结或烧结在构建床表面上逐层散布的表面粉末材料。出于多种原因，控制粉末表面是重要的，诸如，确保整个粉末床以及层与层之间的温度条件得到控制，以便避免产生不希望的烧结条件，诸如“卷曲(curl)”，即烧结材料从构建表面向上翘曲(wrap)，并在构建块状物(build cake)冷却后，在最终产品中引起翘曲。具体而言，对于工业过程，无论在构建床上的何处以及以什么取向构建，都必须确保构建过程的可靠性以及对象的性质和形状的可重复性。在最简单的级别上，在一系列构建中制造相同的对象时，需要确保对象的可重复性。在要在构建中制造多个相同对象的情况下，这些对象需要在构建床表面的同一平面内相对于彼此对准。在相同的对象位于构建床内的不同位置以及相对于彼此在构建床的不同平面上时，会发生更高的复杂性。这在确保局部控制温度分布曲线(profile)和适应性加热器方面提出了新的挑战，该加热器允许在构建表面处控制温度分布曲线的静态和动态元素。

在高速烧结中，例如在通常在构建床表面上方布置的辐射式顶置加热器(陶瓷加热器和/或红外灯)预热要在其上形成对象的粉末床的表面的情况下，红外吸收剂被沉积在要烧结的粉末床上的位置上。此后，使红外烧结灯穿过构建床表面以加热红外吸收剂，并因此烧结包含吸收剂的粉末。烧结灯发出的红外辐射使粉末产生强烈的能量爆发，随着时间的流逝，粉末散发到构建床的较冷区域，并改变了整个构建床表面上的温度分布。

顶置加热器可以进一步或替代地用于对构建床表面处的温度分布曲线提供一定程度的控制，使得甚至在整个构建床表面上都保持烧结温度和构建床温度之间的温差。

在某些情况下，构建可以被布置成具有一些层，这些层包含集中在床的特定区域中的部分，例如朝向一个拐角(corner)的部分。在这种情况下，制造对象的床的区域将变得比床的其他区域更热。为了使粉末在床的所有区域上保持均匀的温度，在没有放置对象的区域中需要额外的热量。

通常，顶置加热器由多个瓷砖加热器构成，这些瓷砖加热器布置在跨过下面的构建床表面的区域上。可以通过暂时关闭这些顶置加热器来单独控制它们，以在其自己的影响区域内粗略地影响构建床温度；但是，在需要更精细且更快速的控制的工业应用中，这种方法无法提供足够准确的温度控制。此外，打印机的其他部分位于工作空间内，但在构建床表面之外 (例如滑架(carriage)，当该滑架停放或等待到构建床表面的一侧时，用于支撑粉末分布器(例如，辊子)、红外灯、沉积吸收辐射的流体的喷墨打印头或其他容易吸收并保留热量的结构)，这些其他部分需要与顶置加热器屏蔽开，以防止这些部分失效或对工作空间的整体温度升高产生不良影响。为此，常规上设置有反射屏蔽表面，该屏蔽表面将构建床表面之外的工作空间的侧与顶置加热器的辐射屏蔽开，并将顶置加热器的辐射重定向到构建床表面上。

在下文中，“工作空间”意在表示加热器装置的平面与构建床表面的平面之间的空间，在该空间内，粉末从粉末配给设备(powder dosing device) 被配给到工作表面，并且在该空间内，一个或更多个滑架移动，而“工作表面”是滑架在其上移动并且从粉末配给设备向其配给粉末的表面。“构建床”是支撑对象的粉末体积，并且“构建床表面”是构建过程中的任何时期构建床的最上表面。因此，在对象的逐层形成期间，“表面”由每个连续层的新表面表示。

实用新型内容

所形成的对象的质量在很大程度上取决于对整个构建床表面的温度分布的控制，从而在各层之间提供可靠的完整性并防止由于温度梯度而引起的变形。因此，有必要对加热器进行改进的控制，以允许使用基于粉末床的工艺形成三维对象的工业应用。

根据本公开，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备，该设备包括：具有相对的底侧和顶侧的工作空间；在工作空间的所述底侧上的构建床表面，并且在构建床表面上形成所述对象的连续层；以及加热器装置，该加热器装置被布置在具有加热器布置区域(heater arrangement area)的工作空间的顶侧上并且包括横跨加热器布置区域布置的多个间隔开的辐射加热元件，这些辐射加热元件可操作以将构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；其中，所述多个辐射加热元件包括一个或更多个辐射加热元件的第一组；并且其中，从工作空间的所述顶侧观察，所述一个或更多个加热元件的第一组被布置在构建床表面的周界之外和周围并且在加热器区域之内。辐射加热元件的空间分隔减小了相邻元件的影响区域的重叠区域，这减小了重叠区域中构建床表面上的能量密度。仔细选择间隔可以提高相邻元件之间组合热影响区域的均匀性。另外，由于降低了对构建床表面的总体加热效果，因此可以允许更大范围的温度控制。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备的加热器装置，该加热器装置具有加热器布置区域，并且包括：布置在加热器布置区域上方的一个或更多个带罩的辐射加热元件(shrouded radiative heatingelement)，该带罩的辐射加热元件可操作以将所述设备的构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；以及一个或更多个辐射吸收罩，该辐射吸收罩被布置成与带罩的辐射加热元件连通，并且每个辐射吸收罩形成用于限制由带罩的辐射元件在其上发射辐射的立体角(solid angle)的一个或更多个通道，每个通道具有通向所述带罩的辐射加热元件中的至少一个的第一端和通向外部的第二端。通过确保罩具有作为红外吸收表面的表面，红外辐射不会被反射并聚焦到构建床表面的无法控制的区域，并且可以避免构建床表面上的过热点(hot spot)。此外，可以设计罩以便在构建床表面上提供均匀的温度分布曲线。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备，该设备包括：具有相对的底侧和顶侧的工作空间；在该工作空间的所述底侧上的构建床表面，并且在该构建床表面上形成所述对象的连续层，构建床表面包括可打印区域；以及加热器布置区域，该加热器布置区域在工作空间的所述顶侧上并且包括布置在工作空间的所述顶侧上的多个间隔开的辐射加热元件，这些辐射加热元件可操作以将构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；其中，所述多个间隔开的辐射加热元件包括四个或更多个辐射加热元件的第一组；并且其中，从工作空间的所述顶侧观察，四个或更多个间隔开的加热元件的所述第一组布置在可打印区域的周界之外和周围并且在加热器布置区域内。

根据本实用新型，不需要反射屏蔽件来将工作空间内的部件与加热器装置屏蔽开。反射屏蔽件的存在将抵消本实用新型的益处。

附图说明

现在参考附图，其中：

图1是具有已知加热器装置的用于逐层形成三维对象的设备的示意性横截面侧视图；

图2A是出于比较目的而示出的已知的加热器装置的示意性平面图；

图2B是图2A的加热器装置的截面A-A’的示意性视图；

图2C是用图2A的加热器装置获得的温度分布曲线；

图2D是由于图2A的公共罩而引起的辐射反射的图示；

图3是根据本实用新型的实施例的具有加热器装置的用于逐层形成三维对象的设备的示意性横截面侧视图；

图4A是根据第一实施例的加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图4B是根据第一实施例的变型的另外的加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图5是具有两个裸露的加热元件的加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图6是具有两个带罩的加热元件的加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图7A图示了从加热元件发出的辐射，该加热元件具有示例性的带有两个通道的辐射吸收罩；

图7B图示了从加热元件发出的辐射，该加热元件具有另一示例性的带有四个通道的辐射吸收罩；

图7C图示了从具有辐射吸收罩的四个带罩的加热元件发出的辐射，每个辐射吸收罩具有两个通道；

图8A是由裸露的(R＝∞)加热元件在构建床表面处的温度响应的模拟；

图8B-图8D是由各种带罩的(R＝0.5-2.0)加热元件在构建床表面处的温度响应的模拟；

图9A是具有带罩的加热元件(R＝2.5)的加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图9B是具有带罩的加热元件(R＝0.8)的另一加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图10是具有裸露的加热元件和带罩的加热元件的混合加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图11是具有裸露的加热元件和带罩的加热元件的另一混合加热器装置的示意性平面图，该平面图叠加有在构建床表面上的模拟温度分布曲线；

图12图示了从带罩的加热元件发出的辐射，用于该辐射的立体角相对于垂直于构建床表面的垂直线倾斜；

图13A和图13B是带有变化的R值的罩的加热元件在构建床表面处的温度响应的模拟；

图14A至图15B示出了具有不同截止性质的罩的实施方式的平面图和截面图A-A’；

图16A是具有裸露的加热元件和带罩的加热元件的另外的混合加热器装置的示意性平面图；

图16B图示了每个加热元件依次对图16A的加热元件的影响；

图17A是具有裸露的加热元件和带罩的加热元件的又一混合加热器装置的示意性平面图；

图17B是用图17A的加热器装置获得的温度分布曲线；以及

图18图示了加热器装置，该加热器装置在可打印区域之外和周围具有裸露的加热元件。

在附图中，相似的元件始终由相似的参考数字指示。

具体实施方式

为了突出将参照图3-图18描述的实施例的功能及其各种实施方式，首先参考图1和图2A-2D中的已知设备和加热器装置。

图1示出了用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备1。设备1具有工作空间4，在该工作空间4中布置了包括滑橇32和34的滑橇系统、具有公共保护罩210的已知的顶置加热器20’以及构建床16。构建床16具有构建床表面12，该构建床表面12被包括在工作表面13中，从配给系统40将粉末配给到工作表面13上，并在工作表面13上散布配给的粉末的连续层以形成对象2。

构建床16和所形成的对象2被支撑在构建室10内，由活塞18支撑的构建床16可在构建室10中在竖直方向上移动。每次完成层构建，活塞都会将构建床16降低一层高度。支撑粉末散布和加工装备的模块可横穿构建床表面移动，在这种情况下，模块包含在两个滑架或滑橇中。一个滑橇是支撑一个或更多个液滴沉积头和辐射(例如红外)灯的打印滑橇32，并且另一个滑橇是包括粉末散布器(例如辊子)的粉末分布滑橇34。每个滑橇可在导轨36上横穿构建床表面移动。粉末配给系统40将粉末配给到构建床表面，使得粉末可以通过粉末分布滑橇34进行散布。一旦粉末层已经由粉末分布滑橇34散布在构建床表面12上，打印滑橇32就在该层上移动以在载体流体中沉积辐射吸收材料(RAM)，并且安装在打印滑橇 32上的辐射灯(例如红外灯)用来照射粉末，以便固结在其上已沉积RAM 的区域。接下来，活塞18使构建床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构建床表面的温度，现在将对其进行详细描述。

首先，将描述已知的加热器装置20’。图2A示出了常规的顶置加热器 20’的平面图，并且图2B示出了当从构建床表面的方向观察时常规的顶置加热器20’的侧视图。单独的加热元件200以规则的n×m矩阵布置在框架 202上，以覆盖构建床表面上方的区域，其中，n表示在x方向上的列数，并且m表示在与x方向正交的y方向上的行数。在这种情况下，表示为5×3 矩阵的加热元件有五列和三行。每个加热器200在框架上的位置可以由(n； m)坐标表示。(3；2)处的中心位置被热像仪205占据，该热像仪205监测构建床表面的温度。因此，在该已知的加热器装置20’中有14个加热元件200。加热元件例如是发射红外辐射的瓷砖。加热元件放置在构建床表面上方约30cm的距离处，并被公共保护罩210包围。罩在加热元件的矩阵周围提供了公共的反射壁，并朝着构建床表面延伸一段距离，使得罩防止来自加热元件的某些辐射到达工作空间的布置在构建床的周界之外的其他部分。已经发现，尽管罩保护工作空间的其他部分，但是它也对构建床表面的温度分布曲线具有令人惊讶的不良影响。

如图2C所示，通常由加热器装置20’产生的温度分布曲线由热像仪205测量。在下文中，温度响应是加热器装置在构建床表面上的影响。这产生温度分布曲线，该温度分布曲线表示整个构建床表面的温度分布。为了该测量的目的，理论上将位于构建床周界17内的可打印区域14划分为 4×5矩阵的区段，并且获得每个区段的平均温度。可以看出，各区段之间的平均温度范围从一个拐角区段的低温约142℃到一个中心区段的高温 159℃不等；以各区段之间的标准偏差表示的温度分布为4.9℃。此外，温度分布曲线在矩阵的中心线上不对称；这可能是由于外部因素或通向构建床外部的散热路径的变化所导致的。

总体而言，在构建床表面的中心附近温度较高，并且拐角区段处于最低温度。这是由罩的反射表面引起的。对于没有反射罩的单个加热器元件，温度分布曲线可以认为是立体角在构建床表面上的投影，其中能量密度在锥体的中心最高，而朝向锥体的周界最低。锥体与构建床表面的交点定义了加热器元件的“影响区域”。可以将其绘制成等高线图，该等高线图示出例如在构建床表面处锥体的峰值响应的70％或更多的线。反射罩的存在通过将任何辐射朝向构建床表面的中心反射来改变影响区域，从而使中心接收附加辐射。“过热点”的反射和创建在图2D中的简单射线图中说明。虽然防止了由虚线箭头指示的来自加热元件200的红外辐射向公共罩210 的外部散布，但是辐射从罩的壁的反射导致将辐射重新定向为朝着罩下面的构建床表面12的中心。特别强烈地改变了布置在外部加热器元件矩阵附近的任何加热器元件的影响区域。因此，较冷的拐角区段不能通过增加位于其上方的加热器元件的功率来调节；否则这将进一步促进中心区域的加热并甚至进一步增加温差。

因此，需要用于管理构建床表面的温度的不同方法，并且现在将描述这样的方法的实施例。

图3示出了根据本实用新型的实施例的用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备1。设备1具有工作空间4，在该工作空间中布置了包括滑橇32和34的滑橇系统、不具有公共保护罩的顶置加热器20以及构建床16。构建床16具有构建床表面12，该构建床表面12被包括在工作表面13中，从配给系统40将粉末配给到工作表面13上，并在工作表面13上散布配给的粉末的连续层以形成对象2。用于形成对象的构建过程如上面关于图1所述。

在第一实施例中，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备。该设备具有：工作空间，该工作空间具有相对的底侧和顶侧；构建床表面，其位于工作空间的底侧上，并且在构建床表面上形成对象的连续层；以及加热器装置，其布置在具有加热器布置区域的工作空间的顶侧上并且包括横跨加热器布置区域布置的多个间隔开的辐射加热元件。辐射加热元件可操作以将构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线。多个加热元件包括一个或更多个加热元件的第一组，其中，从工作空间的所述顶侧观察，一个或更多个加热元件的第一组被布置在构建床表面的周界之外和周围并且在包括构建床表面的周界的加热器布置区域的周界内。“间隔开”意指加热元件彼此不接触，而是在它们之间存在间隙。该间隙可以是加热元件的宽度的10％，或者间隙可以更大，例如至少50％，如将在图4A和图4B以及图10和图11的实施方式中看到的。

例如，第一组可以包括不是设置有辐射限制罩以改变从加热元件发射的辐射的带罩的加热元件的加热元件。这样的加热元件也可以被称为“裸露的”加热元件。在下文中，“裸露的”加热元件也由“R＝∞”指示，这将在下面进一步说明。

现在转到第二实施例，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备的加热器装置。加热器装置包括布置在加热器布置区域上方的一个或更多个带罩的辐射加热元件，带罩的辐射加热元件可操作以将所述设备的构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；以及一个或更多个辐射吸收罩，其布置成与带罩的辐射加热元件连通，并且每个辐射吸收罩形成一个或更多个辐射吸收通道，以用于限制由带罩的辐射元件在其上发射辐射的立体角。每个辐射吸收通道具有通向所述带罩的辐射加热元件中的至少一个的第一端和通向外部的第二端。外部是辐射吸收罩外部的空间，该空间通向罩的与面向加热元件的一端相对的一端。

此外，提供了一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备，该设备包括这样的加热器装置，其中，该设备包括具有相对的底侧和顶侧的工作空间，以及构建床表面，该构建床表面布置在工作空间的所述底侧上，并且所述对象的连续层被布置成形成在该构建床表面上。

现在将示出如何可以使用本实施例中的任何一个(及其变型)来提供对构建床表面处的温度分布曲线的改进控制。

不带网格/罩的加热器布局

关于第一实施例，图4A和图4B示意性地图示了带有裸露的加热元件的装置20的两个示例实施方式，与已知的装置相比，带有裸露的加热元件的装置20被认为是“优化的”装置。叠加到装置上的是构建床表面的所得温度分布曲线。在附图中，支撑在工作空间4的顶侧上的加热元件200 的位置被示出为竖直地投影到下面的构建床16的表面12上。构建床表面具有周界17。在这些实施方式中，加热元件200是裸露的加热元件(“R＝∞”)。

表述“竖直地投影到构建床表面上”意指从工作空间的顶侧并且到包含构建床表面的工作表面上的通过加热元件装置的视图。投影区域可能会延伸超出构建床表面，例如，如图3所示。加热元件装置在工作表面上的这种叠加允许加热元件相对于构建床表面和构建床表面之外的周围表面的布置的方便可视化。

须注意，与图1和图2A-2D相比，图4A和图4B(以及图5-图18) 的布置和模拟不包括或不考虑使工作空间的一部分与辐射屏蔽开的公共保护罩。构建床表面12内的可打印区域的周界14由虚线指示。加热元件 200通常相对于构建床表面的形状布置，在这种情况下，构建床表面为矩形形状。

在图4A-4B、图5和图10-图11的实施方式中，装置20的加热元件 200位于构建床表面上方30cm的距离处。这些加热元件具有55mm×55mm 的相同尺寸，并各自以合适的占空比运行，以便提供接近构建床表面处的 180℃的目标温度的温度分布曲线。图4A和图4B中涵盖的矩形区域的尺寸为560mm×460mm，并且加热元件所覆盖的区域表示加热元件装置的总区域(即，该总区域与图4A中涵盖的区域相同，而在图4B中则略小)。等温等高线212图示了由每种装置产生的在构建床表面上的温度分布曲线的模拟。

为了模拟构建床表面处的温度分布曲线以生成如图4A-图4B(以及图 5、图6和图9A-图11)所示的等温等高线图，预定的“影响区域”或辐射覆盖区(footprint)考虑到每个加热元件。加热元件的“影响区域”是加热元件的辐射功率被认为对构建床表面产生的加热影响的程度。在所提供的装置中，每个加热元件的影响区域表示其在构建床表面处接收到的辐射的峰值功率的70％。选择峰值功率的百分比以使其与评估加热元件对构建床表面的影响适当相关，并且峰值功率的百分比是基于通过归一化的模拟稳态温度分布曲线获得的温度响应曲线的。太大的百分比(例如>90％) 可能会捕获可打印区域外部的区域和/或构建床表面，并导致在太大的区域进行平均，而大量的太大的区域没有很大的作用；太小的百分比(例如<50％) 将会忽略该元件在相邻区域上的明显加热效果。对于所有加热元件的组合影响区域可以选择类似的表示。

在所示的等高线图或温度分布曲线中，等高线表示作为温度分布曲线模拟结果的构建床表面上的恒温(等温)线，其中模拟考虑了每个加热元件的影响区域。

此外，尽管对于证明根据本实施例的装置的效果不是必不可少的，但是优化的装置的等高线图是通过对每个加热元件施加单独的占空比来获得的，该占空比使装置能够最接近地达到目标温度。加热元件的占空比是在预定持续时间τ的周期内加热元件接通的百分比。占空比为0％意指在周期的整个持续时间τ内该元件都处于关闭状态；50％的占空比意指在50％的持续时间τ内加热元件接通，并且100％的占空比意指在持续时间内加热元件连续地接通。

这些条件适用于所有后续的相同类型的图(图5、图6和图9A-图11)。

关于图4A，装置20的十六个裸露的加热元件200布置在构建床表面上方，该构建床表面由构建床周界17指示，并且是周围的工作表面的一部分。第一组八个加热元件200a布置在构建床17的(投影的)周界之外和周围。在该实施方式中，从图中可以看出，这些元件具有相同的尺寸和类型。这些元件在物理上彼此间隔开超过元件宽度的50％或更多。优化的间隔可以取决于装置20与构建床表面之间的距离。

在图4A和图4B的实施方式中，构建床表面是具有主轴线和副轴线的矩形形状；并且辐射加热元件以围绕主轴线和副轴线对称的图案布置。此外，由于构建床表面具有矩形形状，因此构建床表面的主轴线比构建床表面的副轴线长。

在图4A的第一组八个裸露的加热元件200a中，四个加热元件各自位于与矩形形状的构建床表面的短边或副边(沿y方向)相距一定距离的位置，从而在加热元件的内边缘与构建床表面的周界17之间留下粗略为加热元件的尺寸的间隙。因此，在一些实施方式中，加热元件的第一组可以由沿着构建床表面的副轴线布置的裸露的加热元件组成。

第二组间隔开的加热元件包括四个加热元件200b，这四个加热元件 200b沿着构建床表面的主边(x方向)横跨构建床表面的周界17布置，但恰好在可打印区域14的周界外部(沿着可打印区域的主边各两个)。因此，第二组裸露的加热元件布置在可打印区域的周界之外和周围。另外，第二组加热元件可以由如图4A所示的裸露的加热元件组成，并且可以进一步在平行于构建床表面的副轴线的方向上布置。图4A的第二组元件具有相同的尺寸和类型，并且在物理上彼此间隔开超过元件宽度的50％或更多。优化的间隔可以取决于装置20与构建床表面之间的距离。

加热元件的第一组布置在构建床的(投影的)周界17之外和周围，其中“之外”意指在周界的外部或在周界的外部且紧邻周界，但是在任一种情况下均不与周界相交，以便部分地落在构建床表面内。“周围和之外”类似含义旨在适用于可打印区域的周界。

在图4A的加热器装置20的实施方式中，除了第一组和第二组间隔开的加热元件外，还提供了另一组四个间隔开的加热元件200c，加热元件 200c沿可打印区域14的短边(或副边)布置并恰好布置在可打印区域14 的周界内部。图4A的第三组元件具有相同的尺寸和类型，并且在物理上彼此间隔开超过元件宽度的50％或更多。优化的间隔可以取决于装置20 与构建床表面之间的距离。

提供目标温度为180℃的图4A的装置的分布曲线的模拟预测与目标之间的标准偏差为0.14℃。

图4B中示出了在构建床表面处实现类似地良好控制的温度分布曲线的可替代装置。在第一实施例的变型中，第一组间隔开的裸露的加热元件 200a布置成在构建床表面12的周界17之外和周围，但是在这种情况下，所有加热元件都位于沿x方向和y方向两者与周界相距一定距离处。第一组中有十二个加热元件200a，它们围绕构建床表面的周界大致均匀地间隔开。如在图4A的实施方式中那样，构建床表面是具有主轴线和副轴线的矩形形状。辐射加热元件以关于主轴线和副轴线对称的图案布置。如图4B 所示，第一组裸露的元件具有相同的尺寸和类型，并且在物理上彼此间隔开超过元件宽度的50％或超过元件宽度的100％或更多。优化的间隔可以取决于装置20与构建床表面之间的距离。

除第一组外，另一组四个间隔开的加热元件200b横跨构建床表面的周界17和可打印区域的周界14的长边或主边(沿x方向)定位。如图4B 所示，第二组裸露的元件具有相同的尺寸和类型，并且在物理上彼此间隔开超过元件宽度的50％或超过元件宽度的100％或更多。优化的间隔可以取决于装置20与构建床表面之间的距离。

这种优化的装置预测温度分布与目标180℃的标准偏差为0.15℃。

因此，与图2C中所呈现的构建床表面的测量温度相比，对于设置有公共保护罩的标准裸露的加热器元件装置，其中区段之间与180℃的目标温度的标准偏差明显更高(4.9℃)，可以看出优化的装置可以实现对构建床表面的温度的控制的显著改善。“优化的”装置意指与初始的非优化装置相比，已经对加热元件的位置进行了调整，以提供改进的温度分布曲线，其与预期目标温度相比具有减小的温度分布。

可认为，元件的空间分离减小了相邻元件的影响区域的重叠区域，这减小了重叠区域中构建床表面上的能量密度，并减少了过热点的发生。仔细选择间隔可以提高相邻元件之间组合热影响区域的均匀性。另外，由于降低了对构建床表面的总体加热效果，因此可以允许更大范围的温度控制。

图4A和图4B的实施方式均示出，通过在构建床表面的周界之外和周围布置一组一个或更多个加热元件，在没有保护罩的情况下，可以充分地控制构建床表面处的温度分布曲线，以与目标温度的偏差低于0.2℃。此外，温度分布曲线不会集中在工作空间内的其他区域上，并且不需要保护罩。

两种实施方式进一步说明，通过在构建床表面的周界之外和周围布置一组间隔开的加热元件，例如通过锁定由烧结步骤产生的热量，来改善横跨构建床表面的温度控制。否则，该热量将消散到工作表面的外部、较冷的区域。由于这防止了可打印区域和构建床表面的周界之间的大的温差，因此防止了由红外烧结灯产生的热量逸出构建床，并且明显减小了温度波动。

如图4A和图4B所示，布置在构建床表面的周界之外和周围的加热元件的第一组可以由裸露的加热元件组成。

在图4A和图4B所示的示例中，第一组包括偶数个至少两个辐射加热元件。

附加地或可替代地，在优化的加热器装置的一些实施方式中，诸如在图4A和图4B的实施方式中，第一组可以包括一个或更多个裸露的加热元件。

可选地，在优化的加热器装置的一些实施方式中，加热器装置的多个加热元件可以由加热元件的第一组和第二组构成。附加地或替代地，多个加热元件中的加热元件的第一组和第二组可以由裸露的加热元件组成。

在实施方式(诸如图4A和图4B所示的实施方式)中，其中，构建床表面和加热器装置为具有主轴线和副轴线的矩形形状，构建床表面12的沿构建床表面的主轴线的尺寸是加热器装置的沿构建床表面和加热器布置区域的主轴线的尺寸的约60％或更小，其中加热器布置区域的主轴线基本上平行于构建床表面的主轴线或基本上与构建床表面的主轴线重合。加热器装置20的尺寸由被多个加热元件覆盖的矩形区域的范围确定。

带罩/网格的加热器布局

现在转到第二实施例，现在将描述加热元件的优化的装置，其允许改进对构建床表面处的温度分布曲线的控制。

图6是两个带罩的加热元件200的示意图的平面图，这两个带罩的加热元件200位于构建床表面上方，该构建床表面具有周界17和可打印区域周界14。每个带罩的加热元件200具有辐射吸收罩。为了比较的目的，加热元件200的位置对应于图2A的加热元件的5×3矩阵的矩阵位置(3；1) 和(3；3)；然而，在这种情况下，没有公共保护罩。

图6中每个带罩的加热元件的罩是形成在两端敞开的中空通道的薄壁方形截面。第一端通向工作空间的底部，并且第二端指向工作空间的顶部并通向加热元件。

在该示例中，罩的尺寸为(x,y,z)＝(23.33mm,23.33mm,28mm)。对于这样的方形截面罩，通道可以用x/z或宽度/深度之比表示，在此为了简化起见将其称为“R值”。因此，对于图6的带罩的元件200，可以用R＝0.8 来描述罩的通道。

通道的内壁具有例如黑色表面，并且对发出的辐射呈现出截止元件。截止元件在其遇到罩壁的内表面时使辐射被吸收，而不是被反射和重新定向。此外，限制了从截止元件发出的红外辐射的立体角的散布。通道的红外吸收表面防止内部反射以及产生不希望的聚焦效果，从而在构建床表面上引起过热点，类似于由已知设备的屏蔽件所产生的过热点。根据本公开的带罩的截止元件的罩将被称为“辐射吸收罩”。

图6进一步以平面图的形式示出了构建床表面的周界17(作为该图的外周)，以及可打印区域的周界14(作为虚线)。温度等高线图示了在加热元件处于操作中且位于构建床表面上方30cm的距离处的情况下，构建床表面处的温度分布曲线。在该示例中，目标温度与图5相同。加热元件是相同的并且具有相同的尺寸，并且在相同的条件下以相同的占空比操作。可以看出，加热元件正下方的温度最高，达到将近48℃，并且在另一个间隔开的加热元件周围迅速下降到约10℃。同时，构建床表面的中心区域达到约30℃。相比之下，如果在相同位置(3；1)和(3；3)处用裸露的加热元件代替带罩的加热元件，则从模拟中预测出图5所示的温度分布曲线。由于图6的两个带罩的加热元件200引起的温度分布曲线几乎是图5的裸露的加热元件的温度分布曲线的一半，这说明了图6的辐射吸收罩的辐射限制效应。这说明了带罩的元件的通道对在构建床表面上的散布以及峰值强度两者的辐射限制效应。接下来将更详细地描述这一点。

“罩”的这种效果在图7A-图7C中得到了进一步说明。图7A示出了带有罩220的加热元件200的二维图示，该罩220具有沿x方向的两个通道222。虚线指示从加热元件200的表面的各个点处发出并从通道222发出的辐射。图7B示出了类似的装置，但是在相同尺寸的加热元件200上具有四个通道。通道的深度(沿z方向)保持不变，但间距(沿x方向) 更紧密。可以看出，结果是，与图7A相比，辐射在远低于罩的范围的构建床表面上的散布受到更多的限制。图7C图示了图7A的带罩的加热元件在一排带罩的加热元件200中的效果，该排带罩的加热元件200各自具有沿x方向具有两个通道222的罩220。可以看出，与图2D的装置20’相比，该排带罩的加热元件如何对构建床表面提供了非常不同的效果，在图2D 的装置20’中，辐射变得朝向构建床表面的中心集中。取而代之的是，可以使用图7C中的带罩的加热元件将辐射均匀地从构建床表面的中心散布开。

因此，图7A-图7C图示了可以如何使用带罩的加热元件并通过改变通道的间距来控制辐射的散布方向(立体角)。更一般地，通过通道的特定设计来提供控制，这将在后面更详细地说明。

除了控制加热元件的辐射方向之外，罩还改变了在构建床表面处接收到的总能量。这在图8A-图8D中图示。

图8A-图8D绘制了在具假设R值的加热元件轴承罩的下方沿构建床表面在二维方向上的温度响应(实曲线)的模拟结果。将具有50mm的长度的加热元件放置在构建床表面上方10cm处。虚线表示相对于加热元件上的距离的R值。

对于图8A中的R＝∞，温度响应类似于高斯曲线，在20cm的构建床表面上有较宽的下降。其中R＝2的图8B开始显示峰值响应明显下降并且温度急剧下降，跨度小于不带罩的加热器元件的响应曲线的距离的一半。此外，可以观察到中心响应区域变平。对于图8C和图8D中的R＝1.0和 R＝0.5的甚至更小的R值，中心响应区域的这种变平继续进行。

对于图8D，曲线的中心响应部分在构建床表面上方的加热元件的几乎整个覆盖区上都是平坦的，但代价是损失了约75％的峰值响应。

因此，从图8A-图8D中可以看出，减小的R值如何逐渐限制加热元件的影响区域，同时还减小了加热元件在构建床表面处的峰值响应。

限制峰值响应可能有助于为构建床表面的区域创建平坦的温度分布曲线，这些区域根据情况比其他区域热得多，这是由于以下因素导致的：例如附近的吸热质量变化或为形成的特定对象创建了较热的区域，例如，作为要构建大的/密集的横截面/体积大的零件的结果，和/或在连续分层步骤期间，在同一区域上重复施加烧结辐射且热量不能足够快地消散以在下一个周期之前平衡温度分布曲线的情况下。

优化的加热器装置包括带罩的加热元件，这些带罩的加热元件降低整个构建床的温度分布，如图9A至图11以及图16A-16B和图17A-17B所示。对于这些图，该装置考虑了具有罩220的55mm×55mm的带罩的加热元件200，该罩220具有如由相应的R值所指示的相应设计。

对于这些示例，R值对应于深度为28mm且侧面为70mm×70mm(罩的x外部尺寸和y外部尺寸)的方形罩，为此，对方形截面的通道的间距进行了修改，并根据需要重复以填充罩，以便用于：

·一个通道的R＝2.5:x＝70mm，即“1×1阵列”；

·多个通道的R＝1.25:x＝35mm，即2×2阵列或“网格”；

·多个通道的R＝0.8:x＝23.33mm；即3×3网格；

·R＝∞：无罩/裸露的元件，z＝0。

图的总区域在尺寸上覆盖了560mm×460mm，与图4A-4B和图5的区域相同。

在图9A和图9B的加热器装置中，带罩的加热元件200被放置在图 2A的矩阵布置内；即，图2A的每个裸露的加热元件被带罩的加热元件代替。因此，加热元件200按照5×3的矩阵布置，其中中心位置(3；2)未被占据。该矩阵覆盖的区域仅略大于构建床表面，使得在投影视图中，外部带罩的加热元件横跨构建床表面的周界17定位。须注意，在图9A和图 9B中，投影到构建床表面上的温度分布曲线略微延伸超过构建床表面12 的周界17的顶部和底部。

如上所述，每个罩(未示出)略大于带罩的加热元件，并覆盖在带罩的加热元件上方居中布置的70mm×70mm(x,y)的区域。

对于图9A，罩包括一个通道，每个通道具有为2.5的R值，换句话说，罩只是一个方形截面通道，辐射通过该方形截面通道发射。对于图9A的带罩的加热元件200的布置，针对180℃的目标温度模拟了在构建床表面处的温度分布曲线。显示了所得的等温线，并且以标准偏差表示的温度分布计算为std＝0.18℃。

图9B示出了带罩的加热元件的可替代的加热器装置。带罩的加热元件200被放置在与图9A的布置的位置相同的位置处，但是罩具有R＝0.8 的较窄通道，从而在每个加热元件上形成具有9个通道的3×3网格。根据模拟，在构建床表面处的温度分布曲线的标准偏差相对于图9A的装置略微提高到0.16℃。

因此，可预测，与带有图2A的公共保护罩的裸露的加热器装置(其导致具有与180℃的目标温度的标准偏差std＝4.9℃的温度分布曲线)的性能相比，图9A和图9B的两个带罩的装置都在构建床表面处提供明显更均匀的温度分布曲线。因此，图9A和图9B图示了当使用带罩的加热元件而没有以标准矩阵布置为图2A的装置的裸露的加热元件的公共保护罩时可以实现的改进。

应当注意，在图4A和图4B中的裸露的加热元件的优化装置(它们的标准偏差与图9A和图9B的标准偏差相当(分别为0.16℃，0.15℃)中，还发现温度分布的降低。在图4A和图4B的装置中，裸露的加热元件的优化位置导致在构建床表面处的温度分布曲线更加均匀。因此，可以预期的是，优化图9A和图9B中的带罩的元件的位置将产生甚至更低的与目标温度的标准偏差。

因此，可替代地或附加地，优化加热器装置内的加热元件的位置可以用于减小整个构建床表面上的与目标温度的标准偏差。这也提供了额外的控制，以补偿构建固有的(build-intrinsic)过热点或构建床在热泄漏方面的变化。

图10和图11以及图16A-16B和图17A-17B中示出了进一步优化的装置。这些图表明，除了优化相同类型的带罩的元件的位置之外，还可以通过优化不同类型的带罩的元件(图10、图11、图16A-16B、图17A-17B) 以及裸露的元件和带罩的元件的混合布置(图10、图11、图16A-16B)来实现改进。

无限和恒定的R最佳布局的混合——将裸露的元件加入带罩的元件

图10、图11和图16A-16B示出了带罩的和裸露的加热元件200的混合布置的实施方式。图10和图11还示出了在构建床表面处的模拟温度分布曲线，这是由于它们各自的混合布置以等温线的形式叠加在构建床表面上而导致的。该模拟预测了与目标温度180℃接近和低于0.1℃的标准偏差的温度分布。对于每个加热元件200，在图中指示了相应的R值。须注意，对于图10和图11，投影到构建床表面上的温度分布曲线略微延伸超过构建床表面12的周界17的顶部和底部。

详细地，图10示出了用于加热器装置20的实施方式的模拟温度分布曲线，该加热器装置20包括裸露的(R＝∞)加热元件和带罩的加热元件的混合，每个带罩的加热元件设置有R＝1.25的辐射吸收罩。

包括四个带罩的加热元件200a和八个裸露的加热元件200b的第一组加热元件布置在构建床表面的周界17(实线)之外和周围。

在该实施方式中，以及在图4A-4B、图8A-8D、图10、图11、图16A-16B、图17A-17B和图18的实施方式中，构建床的表面具有周界17，该周界17 是具有主轴线和副轴线的矩形形状。另外，可打印区域14具有矩形形状，该矩形形状同心地布置在构建床表面的周界内。加热器装置的对应区域还描述了具有主轴线和副轴线的矩形区域，并且相对于构建床表面同心地布置。

关于加热器装置，加热器装置的布置有带罩的加热元件的区域具有周界，并且第一组包括第一子组带罩的加热元件200a，其中，第一组布置在加热器布置区域的周界内和附近。第一子组带罩的加热元件200a各自设置有辐射吸收罩。第一组还包括第二子组裸露的加热元件200b，其沿着加热器布置区域的侧面布置并布置在加热器布置区域的侧面内，并且在构建床表面的周界17之外。

此外，图10的实施方式的构建床表面12的周界17具有矩形形状，并且在构建床表面的周界之外，所示区域的每个远拐角由具有R＝1.25的罩的带罩的加热元件200a照射。关于加热器装置，加热器布置的区域是具有主轴线和副轴线的矩形形状，其中，第一子组带罩的加热元件200a布置在加热器布置区域的内拐角处或附近。

另外的第三组裸露的加热元件200c(即未设置有辐射吸收罩的加热元件)恰好布置在可打印区域的周界14(虚线)的短边缘内部。

混合的加热器装置的这种实施方式预测与目标温度180℃的标准偏差为0.12℃。

图11示出了裸露的加热元件(R＝∞)和具有不同R值(R＝0.8和R＝2.5) 的辐射吸收罩的加热元件的两个子组200e和200f的混合布置的实施方式的模拟温度分布曲线；换句话说，带罩的加热元件的第一子组200e设置有包括R＝2.5的辐射吸收通道的罩，并且带罩的加热元件的第二子组200f 设置有具有R＝0.8的通道的罩。这样，构建床表面的周界17的短边之外的区域由两个带罩的加热元件的第一子组200e照射，每个带罩的加热元件具有R＝2.5的辐射吸收罩。构建床的周界17的长边之外的区域由两个带罩的加热元件的第二子组200f照射，每个带罩的加热元件200f具有R＝0.8的辐射吸收罩。

因此，加热器装置20可以包括带罩的辐射加热元件，该带罩的辐射加热元件形成带罩的辐射加热元件的至少第一(在这种情况下为两个)子组200e、200f，并且对于每个子组，带罩的辐射加热元件各自设置有辐射吸收罩，该辐射吸收罩专门针对各个子组进行设计，以便根据均匀的构建床温度分布曲线的需要来限制与带罩的加热元件的立体角。

加热器布置的区域是具有主轴线和副轴线的矩形形状，并且第一子组的带罩的加热元件200e沿着加热器布置区域的周界的平行于加热器布置区域的副轴线的部分布置。带罩的加热元件的第二子组200f沿着加热器布置区域的周界的平行于加热器布置区域的主轴线的部分布置。

此外，在该实施方式中，带罩的加热元件的第一子组200e和第二子组 200f被包括在布置在构建床表面的周界17周围和之外的第一组裸露的和带罩的加热元件内。关于加热器装置，加热器布置的区域(布置有带罩的加热元件)被布置成具有周界，其中，第一组布置在加热器布置区域的周界内和附近。

罩的具体设计可以根据R值来描述，例如在方形截面通道被包括在辐射吸收罩内的情况下。第一子组的带罩的加热元件的罩的通道可以具有R 值R1，并且被包括在第二子组的罩内的通道可以具有R值R2。

此外，加热器装置可以包括两个或更多个带罩的辐射加热元件，每个辐射加热元件设置有各自的辐射吸收罩。

此外，加热器布置的区域可以是具有主轴线和副轴线的矩形形状，其中，第一子组沿着加热器布置区域的周界的平行于加热器布置区域的副轴线的部分布置。

另外地或替代地，在加热器布置的区域为具有主轴线和副轴线的矩形形状的情况下，第一子组或第二子组可以沿着加热器布置区域的周界的平行于加热器布置区域的主轴线的部分布置。

此外，对于包括加热器装置的设备，一个或更多个带罩的辐射加热元件的至少第一组可以布置在构建床表面的周界之外和周围。

在图11的实施方式中，加热元件的第一组中的裸露的加热元件200d 位于加热器布置区域的拐角内，并且在构建床表面的周界17之外的远拐角处并沿着可打印区域的周界14的长边且超出该长边、沿着可打印区域的周界14的主轴线。另外，在该实施方式中，裸露的加热元件200c被包括在第二组加热元件内，第二组被布置在可打印区域的周界14之外和周围。在其他实施方式中，第二组可以进一步或替代地包括带罩的辐射加热元件，如将在图17A中所示的实施方式中看到的那样，使得其中构建床表面12包括可打印区域，一个或更多个带罩的辐射加热元件被布置在可打印区域的周界14之外和周围。

图11中由辐射加热元件在加热器布置区域内的位置所描述的整体形状是沿着副轴线(y)方向的中心挤压的总体“双纽线”带状物的形状。

混合布置的图11的实施方式预测与目标温度180℃的标准偏差为 0.09℃。

在图10和图11的加热器装置20中，加热元件200彼此间隔开元件宽度的至少50％的距离(在该实施方式中的元件是相同的正方形元件)。

在图4A、图4B以及图10和图11的实施方式中，其中，构建床表面和加热器布置区域为具有主轴线和副轴线的矩形形状，构建床表面12的沿构建床表面的主轴线的尺寸是加热器布置区域的沿构建床表面和加热器布置区域的主轴线的尺寸的约60％或更小，其中加热器布置区域的主轴线基本上平行于构建床表面的主轴线或基本上与构建床表面的主轴线重合。加热器布置区域由被多个加热元件覆盖的区域的范围来确定。多个加热元件可以包括裸露的和/或带罩的元件。

在这些示例中，与图3和图4A-4B中的示例一样，加热元件的组合影响区域集中在构建床表面的周界之外，从而通过防止构建床表面的边缘和中心之间产生明显温差来锁定由烧结步骤产生的热量。

例如，如已经由图8A-图8D所证明的，与较大的R值相比，对于较小的R值，影响区域和构建床表面处的峰值温度响应减小了。因此，对于图11的优化的装置，与带罩的加热元件的第一子组(R＝2.5)沿构建床表面12的长尺寸(沿x方向或主轴线)对工作表面13的加热影响相比，带罩的加热元件的第二子组(R＝0.8)沿构建床表面12的短尺寸(沿y方向或副轴线)对工作表面13的加热影响减小了。

因此，使用不同设计的带罩的加热元件产生不同的影响区域和峰值强度分布曲线，可以对构建床表面处的温度分布曲线进行微调。带罩的加热元件不必彼此间隔开，因为它们的影响区域可以通过辐射吸收罩的设计来控制。

因此，前面的附图因此示出，通过将裸露的加热元件分隔开和/或提供装有辐射吸收罩的带罩的加热元件，可以控制在构建床表面上的相邻影响区域之间的重叠，以便提供更均匀的温度分布曲线，并且以便避免出现过热点。另外，对影响区域和影响区域之间的重叠的控制可以提供改进的范围，例如，通过调节各个加热元件的占空比，可以在该范围内控制构建床表面处的温度分布曲线。

图10还图示了带罩的加热元件200a的使用，该带罩的加热元件200a 设置在构建床表面的周界之外和周围。所示区域的每个拐角均由包括 R＝1.25的罩的带罩的加热元件200a照射。

图11示出了设置在构建床表面的周界之外和周围的带罩的加热元件 200e(R＝2.5)和200f(R＝0.8)的使用。因此，在一些实施方式中，一个或更多个带罩的辐射加热元件可以被布置在构建床表面的周界之外和周围。

在图10和图11(以及图16A)的两个实施方式中，在加热器装置内包括裸露的加热元件，尽管这是不必要的，如将从图17A所示的仅包括带罩的加热元件的实施方式看出的。因此，加热器装置还可以包括一个或更多个裸露的加热元件。

裸露的加热元件中的一个或更多个或全部可以被包括在加热元件的第一组内，加热元件的第一组是布置在构建床表面的周界之外或周围的组，或者，相对于加热器布置区域，加热元件的第一组在加热器布置区域的周界之内和附近。

附加地或替代地，可以以关于所述主轴线和/或所述副轴线对称的图案来布置带罩的辐射加热元件，以及可选地，带罩的辐射加热元件的每个子组。

可替代地，可以以关于所述主轴线和/或所述副轴线不对称的图案来布置带罩的辐射加热元件，以及可选地，带罩的辐射加热元件的每个子组。如果需要补偿设备的不对称性(这会在构建床表面处产生不对称的温度分布曲线)，这可能会很有用。

因此，裸露的加热元件和带罩的加热元件的混合布置可以产生优化的装置，从而提供了整个构建床表面的温度分布的降低。

通道的R值或性质不必在同一加热元件上保持恒定。尽管到目前为止所示的实施方式在给定的罩内为罩提供了相同的通道，但是另外地或可替代地，一个、一些或所有罩的通道设计可以变化，使得通过将加热元件装有包括不同R值的通道的罩，加热元件可以在其响应上进行细分。

此外，将理解，R值仅描述罩内通道的特定且简单的示例形状。其他形状，诸如六边形、圆形或三角形横截面，将类似地限制从加热器元件发射的辐射，并改变构建床上的温度响应。此类通道将需要通过一组不同的性质进行描述。

具有变化的R值的网格

因此，可以提供形成网格的辐射吸收通道的阵列，其中通道在其形状和/或尺寸上变化。例如，阵列的子组可以与阵列的不同子组的限制不同地限制从辐射元件发射的辐射的立体角。

对于方形截面阵列，一个子组可以例如具有0.8的R值，并且另一子组可以具有2.5的R值。可替代地，R值(或限制立体角的程度和方式) 可以对于每个通道连续地变化，并且在整个构建床表面上具有投影距离。

描述从通道发出的辐射在构建床表面上的热效应的性质是立体角。对于定位成使其发射表面与构建床表面平行的裸露的元件，辐射的立体角具有的中心轴线垂直于构建床表面。对于设置有具有诸如恒定深度的方形截面的通道的罩的带罩的元件，从通道发射的辐射的立体角还将具有垂直于构建床表面的中心轴线。对于这样的通道，出口边缘位于与构建床表面的平面平行的平面内，受限制的辐射从出口边缘发出并且出口边缘面向构建床表面。但是，如果出口边缘不在与构建床表面的平面平行的平面内，则辐射将在相对于z方向的不同位置处从通道发出，从而导致立体角远离垂直于构建床表面的垂直线倾斜。

为了说明出口边缘在立体角的中心轴线的方向上相对于构建床表面的位置的影响，图12示出了包括深度不同的壁224a、224b、224c的罩220 的带罩的加热元件200的二维表示。由虚线箭头指示从罩发出并传递到构建床表面12的辐射，这些箭头表示可能通过罩220的方向上的极端位置。对于从每个通道发出的辐射的各个极端位置，相等长度的虚线箭头定义了恒定的能量线(power line)226。辐射的中心轴线228描绘了垂直于恒定的能量线的垂直线，并且可以看出，轴线228相对于垂直于构建床表面12 的垂直线倾斜，即，轴线228不垂直于构建床表面12。

在三维表示中，从通道(或整个罩)发射的立体角的中心轴线将相对于垂直于构建床表面的垂直线倾斜。

因此，通道或形成网格的通道的阵列的特定设计可以用于改变对构建床表面的影响区域。可以将使立体角的中心轴线倾斜的选项看作是可替代的或附加的自由度，以提供优化的加热器装置。

因此，在一些实施方式中，其中，带罩的辐射加热元件的至少一个罩包括两个或更多个通道，两个或更多个通道的横截面和/或深度可以在至少两个通道之间变化。

在图13A和图13B中还图示了可以实现的立体角的非对称性。对于位于构建床表面上方10cm处并且通过由一组假设的R值定义的网格发射辐射的长度为50mm的加热元件，这些图绘制了相对于沿着构建床表面的距离的构建床表面处的温度响应的一维模拟结果。

在图13A的示例中，R值沿着加热元件的长度线性变化：从初始假设的R＝2.5(在-25mm处)下降到R＝0(在x＝+12.5mm处)，并在R＝0时保持直到+25mm(所有辐射均有效地被R＝0阻挡)。可以看出，这种类型的网格的温度响应是如何不对称的，并且温度响应朝着加热元件下方的高 R值侧集中并超出该高R值侧。

图13B示出了假想网格的不同非对称设计及其在构建床表面处的响应。在此示例中，R值沿着元件的长度从-25mm处的R＝1到+25mm处的R＝1.3 线性变化。这种设计在整个构建床表面上在网格下方的大部分长度上沿着 x方向实现了线性变化的温度响应。最大温度响应位于网格的高R值侧下方。

还应注意，与图13B的实施方式相比，在图13A的实施方式中温度响应的覆盖区的长度如何大大减小。

因此可以看出，有可能在整个加热元件矩阵上设计具有变化的R值的网格。

在图14A-图14B和15A-图15B中示出了说明其中R值连续改变的网格的实施方式。

在图14A和图15A中，示出了在平面图(x-y)和侧视图(x-z)中的罩220，对于该罩，从每个通道222发出的辐射的立体角的轴线在不同通道222的网格上连续地改变。这是通过改变通道与通道之间的壁高(z尺寸)同时保持间距(通道的x尺寸和y尺寸)恒定来实现的。可以看出，为什么这样的网格不能完全用R值描述，因为尽管通道是方形截面的通道，但每个通道的第一端处的外边缘在z方向上位于不同的深度。

图14B和图15B以平面图和侧视图示出了具有通道222的网格的罩 220，对于该罩，通道222的深度保持恒定，而R值通过改变通道的每个行在x方向上的间距和通道的每个列在y方向上的间距来连续地改变。通道采用纵横比x/y不同的箱形截面的形式。

在图14B中，R值从靠近网格的边缘的小的R值变为朝向网格的中心的较大R值。这意味着，在这样的网格下方的构建床表面处的影响区域由于网格上方的每个通道而大于靠近网格的中心的通道。因此，可以预期在网格下方的构建床表面处的温度响应在构建床表面的中心附近高，而朝向构建床表面的周界低。从图14A中的网格可以预期到类似的温度响应趋势，其中从每个通道发出的辐射的立体角的中心轴线指向网格下方的构建床表面(未示出)的中心。

可以预期网格(诸如图14A和图14B中所示的网格)逐渐减小朝向网格的外边缘定位的通道的影响区域。这样的网格对于在构建床表面的拐角附近而不是在中心附近构建一个或更多个对象的构建床可能是有用的，从而使一个或更多个对象的热质量加热构建床表面的拐角比构建床表面的中心更多，并且这将需要通过适当优化的罩设计来补偿。

通过形成例如整个凸形网格表面而不是图14A所示的凹形表面，可以设想包括实现不同或甚至相反效果的网格的辐射吸收罩。类似地，图14B 的网格可以通过选择在x和y两个方向上朝向网格中心减小的间距而反转其效果。这在图15A和图15B中图示。可以预期，图15B中所示的罩220 的网格会在构建床表面的中心区域引起高温响应，因为与具有较低R值(较小间距)的网格的周界附近的通道相比，构建床上方的通道222具有较高 R值(较大间距)。同时，可以预期图15A的网格在下方的构建床表面上引起均匀的温度分布曲线，或者图15A的网格在朝向远离构建床表面的中心的区域可能引起更高的温度响应，这取决于通道222的深度的相对变化。

连续变化的网格的其他实施方式可以是在通道与通道(或通道组与通道组)之间改变间距和改变壁高的组合，从而结合了图14A和图14B或图 15A和图15B的两种方法的效果，请记住，壁高的变化会改变辐射的立体角的中心轴线的方向，并且间距的变化会改变在相应通道下方的构建床表面处接收到的辐射的温度响应的大小，但是不会改变从通道发出的辐射的立体角的轴线的方向。

这样的辐射吸收网格可以例如通过提供在带罩的加热元件的矩阵之间共享的单个罩而覆盖加热元件的矩阵的全部或至少大部分。

因此，在加热元件的优化的装置的一些实施方式中，可以提供用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备的加热器装置，其中，加热器装置包括布置在所述加热器的表面上方的多个带罩的辐射加热元件，这些带罩的辐射加热元件可操作以将所述设备的构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度响应。该加热器装置还包括一个或更多个辐射吸收罩，该辐射吸收罩被布置为与带罩的辐射加热元件连通。一个或更多个罩中的每个罩形成一个或更多个辐射吸收通道以用于限制由带罩的辐射元件在其上发射辐射的立体角，每个通道具有通向所述带罩的辐射加热元件中的至少一个的第一端和通向外部的第二端。在一些实施方式中，可以仅将一个这样的辐射吸收罩提供给所有多个带罩的辐射元件。在其他实施方式中，辐射吸收罩的数量小于带罩的辐射元件的数量。例如，在一些加热器装置中，辐射吸收罩可以覆盖多于一个的但不是全部的带罩的辐射元件。

在一些实施方式中，加热器装置的区域可以具有与构建床的表面相似的形状。例如，每个加热器装置可以是具有主轴线和副轴线的矩形形状，并且每个加热器装置可以相对于构建床的表面同心地布置。在一些实施方式中，加热器装置的区域大于构建床的表面。例如，沿着构建床表面的主轴线的尺寸可以为沿着加热器装置的主轴线的尺寸的60％或更小。

然而，在一些实施方式中，加热器装置的形状可以不类似于构建床表面的形状，和/或加热器装置可以不相对于构建床表面同心地布置。加热器装置也可能不大于构建床表面。例如，在提供具有不同设计的通道(该通道使从每个通道发出的辐射的立体角倾斜)的罩的情况下，区域可以由能够使辐射的立体角倾斜的一个或更多个辐射吸收罩的组合影响区域来确定。

因此，在一些示例中，从一个或更多个通道(至少一个带罩的加热元件通过其发射辐射)发出的辐射的立体角可以具有中心轴线，该中心轴线以小于90°的角与构建床表面相交，即辐射的立体角的中心轴线不垂直于构建床表面。

立体角的中心轴线与构建床表面相交的角度决定了辐射覆盖区的形状和热影响，或通道或带罩的元件对构建床表面的影响区域。实现立体角的倾斜的中心轴线的示例在图12以及图14A和图15A中示出。方形截面通道的立体角(诸如图10或图11中所示的，其中中心轴线垂直于构建床表面)，对构建床表面具有圆形的影响区域。倾斜的中心轴线导致影响区域的非圆形形状，例如该形状可以是卵形或椭圆形。

更一般而言，辐射吸收罩的设计确定了在其下方的表面处的对应的带罩的加热元件的辐射覆盖区或影响区域。罩被定义为具有至少一个辐射吸收通道，该通道由高度为H的一个或更多个壁形成，并且具有横截面形状和横截面区域。可以通过改变这些性质来改变通道的辐射覆盖区。如以上所讨论的，根据方形截面通道的R值描述了改变性质的一个简单示例。通道的横截面可以采取任何合适的管状形状；例如，它可以是正方形、矩形、六边形或圆形等。

此外，或者可替代地，辐射吸收通道的x/y纵横比确定在构建床表面处的辐射覆盖区的形状。在图12、图14A和图15A中示出了实现立体角的垂直中心轴线的示例，该立体角可能在构建床表面处引起非圆形的影响区域。在这样的通道的实施方式中，通道是x/y≠l的箱形截面，影响区域的形状可以例如是椭圆形的。

因此，每个通道的辐射性质确定了从辐射吸收罩发出的辐射在构建床表面处的辐射覆盖区或影响区域。

此外，每个辐射吸收通道由一个或更多个内壁限定，该一个或更多个内壁被配置为不反射从辐射加热元件发射的红外辐射。换句话说，这些通道是对红外辐射的纯截止元件(pure cut-off elements)，并且仅允许从加热元件以限定的角度范围发射的辐射从辐射吸收通道中发出，同时吸收(切除或限制)以所有其他角度发射的辐射。

在一些实施方式中，辐射吸收网格的设计可以是可调节的。例如，图 14A-图14B和图15A-图15B的网格的内壁可以沿着辐射吸收罩的主轴线是可移动的，以便改变网格的辐射性质。当改变正在构建的对象的设计和 /或热性质时，以及在操作期间(例如，对象的冷却过程期间)调节网格的辐射性质时，这可能是有用的。内壁可以通过使用马达而是可移动的。除了改变通道的x/y尺寸之外，壁可以进一步被布置为沿着z方向在深度上可调节，从而提供进一步改变网格的辐射性质的程度。

该原理也适用于覆盖对应的带罩的加热元件的单独的辐射吸收罩。在一些示例中，辐射吸收罩的深度可以沿着z方向和/或沿着x方向和y方向是可调节的，以便改变加热元件阵列中的一个或更多个带罩的加热元件的辐射性质。

关于第一实施例并添加带罩的元件

返回到布置在构建床表面的周界之外和周围的包括加热元件的第一组多个加热元件的装置的第一实施例，可能有利的是，多个加热元件包括裸露的加热元件和带罩的加热元件的混合，例如多个加热元件中的至少一个或更多个带罩的辐射加热元件，其中每个带罩的加热元件设置有辐射吸收罩。某些或所有带罩的加热元件可以是第一组的一部分，也可以不是第一组的一部分，即某些或所有带罩的加热元件可以设置为布置在构建床表面的周界之外和周围的第一组的一部分，或者可替代地或另外地，某些或所有带罩的加热元件可以设置为布置在可打印区域之外和周围的第二组的一部分。此外，某些或所有带罩的元件可以设置为布置在构建床表面的周界和/或可打印区域的周界之内或横跨构建床表面的周界和/或可打印区域的周界布置的另一组的一部分。这可以提供对构建床表面的温度分布曲线的附加或更精细的可调或局部控制。

在图10、图11和图16A中示出了加热元件的这样的混合布置的实施方式的示例。在此，多个加热元件包括带罩的加热元件。多个辐射加热元件中的每个带罩的辐射加热元件200设置有相应的辐射吸收罩220。每个辐射吸收罩220布置在对应的带罩的辐射加热元件200与构建床表面12 之间，并且包括一个或更多个辐射吸收通道222(未示出)，以用于限制对应的带罩的辐射加热元件在其上发射辐射的辐射立体角。每个辐射吸收通道具有通向所述底侧的第一端和指向所述顶侧并且通向对应的带罩的辐射加热元件的第二端。

在一些实施方式中，带罩的辐射加热元件中的一个或更多个可以是第一组的构件。可替代地，每个带罩的辐射加热元件可以是所述第一组的构件，使得多个辐射加热元件中的所有带罩的加热元件位于构建床表面的周界之外和周围。

在这些实施方式中，所述辐射吸收罩中的至少一个辐射吸收罩可以形成为包括两个或更多个辐射吸收通道的阵列的网格。

附加地或可替代地，带罩的辐射加热元件中的一个或更多个可以形成带罩的辐射加热元件的至少一个子组，并且对于每个子组，每个带罩的辐射加热元件可以设置有针对各个子组专门设计的罩。

在其他实施方式中，取而代之的是，将带罩的加热元件的一个或更多个子组中的至少第一子组提供给加热元件的第一组可以是有利的。换句话说，带罩的加热元件的一个或更多个子组可以被包括在多个加热元件的第一组内。这可以提供对构建床表面的周界之外的区域的拐角区域中的温度分布曲线的附加控制，并帮助避免在拐角区域中出现过冷点(cool spot)，而不会对构建床表面的周界之外或之内的其他区域产生重大影响。这样的装置的一个示例在图11中示出，其中加热元件的第一组布置在构建床表面的周界之外和周围，并且第一组包括没有罩的裸露加热元件200d(R＝∞)，并且带罩的加热元件200f设置有具有R＝0.8的辐射吸收通道的辐射吸收罩。

针对第一实施例或第二实施例所描述的带罩的加热元件不必包括相同设计的限制辐射的罩。取而代之的是，两个或更多个带罩的加热元件可以形成带罩的加热元件的两个或更多个子组，并且对于每个子组，每个带罩的辐射加热元件可以设置有针对所讨论的子组专门设计的罩。

例如，被包括在第一子组的罩内的辐射吸收通道可以具有R值R1，并且被包括在第二子组的罩内的通道可以具有R值R2。这样的装置的示例如图11所示。

在图11中，四个裸露的加热元件200d(R＝∞，或者没有罩)各自布置在所示区域的一个拐角中，该区域是在构建床表面的周界17之外和周围的区域。因此，带罩的加热元件200d是多个加热元件的第一组的一部分。在第一组中还包括带罩的加热元件200f的第一子组，该第一子组设置有包括R＝0.8的通道的罩，该第一子组位于构建床表面的周界17的长边缘之外并沿着该长边缘定位，以及带罩的加热元件200e的第二子组，该第二子组设置有包括R＝2.5的通道的罩，该第二子组位于构建床表面的周界17 的短边缘之外并沿着该短边缘定位。

因此，在构建床的表面为具有主轴线和副轴线的矩形形状的实施方式中，带罩的加热元件的子组中的第一子组可以布置在构建床表面的周界的与构建床表面的主轴线平行的部分之外并沿着该部分布置。附加地或替代地，带罩的加热元件的子组中的第二子组可以布置在构建床表面的周界的与构建床表面的副轴线平行的部分之外并且沿着该部分布置。

在一些实施方式中，带罩的加热元件的一个或更多个子组中的至少第一子组可以被包括在加热元件的第一组中。

在一些实施方式中，其中构建床表面是具有主轴线和副轴线的矩形形状；辐射加热元件可以以关于主轴线和/或所述副轴线对称的图案布置。另外，构建床表面的主轴线可以长于构建床表面的副轴线，或者构建床表面的主轴线可以与构建床表面的副轴线长度相同。

在一些实施方式中，其中带罩的加热元件的第一子组是布置在构建床表面的周界之外和周围的加热元件的第一组的一部分，并且其中构建床表面为具有主轴线和副轴线的矩形形状，带罩的加热元件的第一子组可以布置在构建床表面的拐角内和附近。另外，第一子组的带罩的加热元件可以关于构建床表面的主轴线和/或副轴线对称地布置。

在一些实施方式中，带罩的加热元件的第一子组可以沿着构建床的表面的主轴线布置，也就是说，带罩的加热元件的第一子组可以沿平行于构建床表面的主轴线的方向布置，并且布置在构建床表面的周界之外和周围。

此外，带罩的加热元件的子组中的第二子组可以被包括在第一组内，并且可以沿着构建床表面的周界的短轴线布置；也就是说，带罩的加热元件的第二子组可以沿平行于构建床表面的短轴线的方向布置并且布置在构建床表面的周界之外和周围。

在一些实施方式中，除了带罩的加热元件的第一子组之外，带罩的加热元件的第二子组可以被包括在加热元件的第一组内(第一组被布置在构建床表面的周界之外和周围)。构建床表面可以是矩形形状，并且第二子组可以沿构建床表面的周界的短轴线(短边)布置。第一组可以进一步包括裸露的加热元件，该裸露的加热元件布置在构建床表面的拐角外和附近。

更进一步地，在构建床表面为具有主轴线和副轴线的矩形形状的情况下，构建床表面12的沿构建床表面的主轴线的尺寸可以是加热器装置的沿构建床表面和加热器布置区域的主轴线的尺寸的约60％或更小，其中加热器装置的主轴线基本上平行于构建床表面的主轴线或基本上与构建床表面的主轴线重合。加热器装置的区域的尺寸由被多个加热元件覆盖的矩形区域的范围确定。多个加热元件可以包括裸露的元件和/或带罩的元件。

在一些实施方式中，在构建床表面包括可打印区域的情况下，多个辐射加热元件可以包括加热元件的第二组，该第二组布置在可打印区域的周界之外和周围。

另外，多个加热元件可以由加热元件的第一组和第二组组成。

可打印区域的概念

在某些应用中，可打印区域可以用于定义需要严格控制温度的构建床的表面。可打印区域是打印头能够在其上打印到构建床表面上的区域。因此，可打印区域最多与构建床表面一样大。通常，可打印区域略小，使得在包含构建床的壁与可以靠近包含构建床的壁形成的任何对象的对象表面之间存在粉末的薄缓冲层。这样的缓冲层可以例如为约1cm厚。

因此，在第三实施例中，可以提供加热元件的优化布置，其中辐射加热元件的第一组被布置在可打印区域的周界周围和之外。这在图18中图示。多个裸露的加热元件(R＝∞)200的加热器装置20布置在可打印区域的周界14之外和周围。在该示例中，这些元件形成第一组加热元件。在该示例中，没有布置在构建床周界17周围和之外的加热元件。

第一组加热元件布置在可打印区域的(投影的)周界之外和周围，其中“之外”意指周界的外部、或周界的外部且紧邻周界，但不与周界相交，从而部分地落入可打印区域内。

可打印区域可以例如由通过打印头实现的打印条宽度定义为最大可打印区域。在打印头沿着构建床表面的第一尺寸延伸超出构建床周界的情况下，可打印区域在第一尺寸的方向上的尺寸与构建床表面在该方向上的尺寸相同。该定义适用于所有实施例。

被包括在加热元件的第一组中的加热元件可以是裸露的加热元件和/ 或带罩的加热元件。

因此，可以提供一种用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备，该设备包括：具有相对的底侧和顶侧的工作空间；在工作空间的所述底侧上的构建床表面并且在构建床表面上形成所述对象的连续层，构建床表面包括可打印区域；以及加热器布置区域，该加热器布置区域在工作空间的所述顶侧上并且包括布置在工作空间的所述顶侧上的多个辐射加热元件，这些辐射加热元件可操作以将构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；其中，所述多个辐射加热元件包括一个或更多个辐射加热元件的第一组；并且其中，从工作空间的所述顶侧观察，所述一个或更多个加热元件的第一组布置在可打印区域的周界之外和周围并且在加热器布置区域之内。

在图4A中可以看到这样的装置的另外的示例，其中加热器装置20包括在具有周界17的构建床表面和具有周界14的可打印区域上方的加热元件200。

加热元件的第一组200b和200a布置在可打印区域的周界14周围和之外。

在该设备的一些实施方式中，第一组可以包括一个或更多个裸露的加热元件。

在该设备的其他实施方式中，第一组可以由裸露的加热元件组成，例如如图4A所示。

另外，多个辐射加热元件可以包括一个或更多个带罩的辐射加热元件，每个带罩的辐射加热元件设置有各自的辐射吸收罩；其中，每个辐射吸收罩布置在对应的带罩的辐射加热元件和构建床表面之间，并且包括一个或更多个辐射吸收通道，以用于限制对应的带罩的辐射加热元件在其上发射辐射的立体角，每个辐射吸收通道具有通向所述底侧的第一端和指向所述顶侧并且通向对应的带罩的辐射加热元件的第二端。

另外，带罩的辐射加热元件中的一个或更多个可以形成带罩的辐射加热元件的至少一个子组，并且对于每个子组，每个带罩的辐射加热元件设置有针对各个子组专门设计的辐射吸收罩。

附加地或替代地，设置到对应的带罩的辐射加热元件的所述辐射吸收罩中的一个或更多个可以各自包括辐射吸收通道的两个或更多个子组，并且用于通道的每个子组的辐射吸收通道的设计专门用于所讨论的通道的子组。

另外，带罩的加热元件的子组中的至少第一子组可以被包括在加热元件的第一组中。

这样的装置的示例如图11所示。加热元件的第一组包括裸露的加热元件200c、形成第一子组的带罩的加热元件200f和形成第二子组的带罩的加热元件200e，第一组布置在可打印区域的周界周围和之外。

另外，所述辐射限制罩中的至少一个辐射限制罩可以形成为包括两个或更多个通道的阵列的网格。例如，图11的带罩的元件设置有R＝0.8的罩，即这些带罩的元件形成为包括九个通道(3×3阵列)的网格。

在该设备的一些实施方式中，多个辐射加热元件可以包括加热元件的第二组，其布置在构建床表面的周界之外和周围。在这种情况下，第二组被包括在第一组内，因为这两个组都布置在可打印区域的周界周围和之外。例如，在图11中，加热元件200d、200f和200e可以是第二组的构件。加热元件200d、200f和200e也是第一组的构件，该第一组进一步包括裸露的加热元件200c。

在该设备的一些实施方式中，带罩的辐射加热元件中的一个或更多个可以是第一组的构件。

在该设备的其他实施方式中，每个带罩的辐射加热元件可以是所述第一组的构件。

在包括带罩的加热元件和/或裸露的加热元件的一些实施方式中，构建床表面可以是具有主轴线和副轴线的形状；并且，辐射加热元件可以以关于所述主轴线和/或所述副轴线对称的图案布置。

在包括带罩的加热元件和/或裸露的加热元件的其他实施方式中，构建床表面可以是具有主轴线和副轴线的形状；并且，辐射加热元件以关于所述主轴线和/或所述副轴线不对称的图案布置。

优化的装置的示例

现在转到使用优化的混合布置的图示，图16A示出了加热元件的优化的混合的装置20，其包括裸露的加热元件和带罩的加热元件。可以看到两组加热元件：第一组包括间隔开的裸露加热元件200i和200h(R＝∞)；第二组包括带罩的加热元件200g，该带罩的加热元件200g设置有具有由 R＝0.8(x＝y＝23.33mm，z＝28mm)描述的辐射性质的辐射吸收罩。在优化的装置的该实施方式中，第二组或带罩的加热元件布置在构建床表面的周界17周围和之外。第一组包括间隔开的裸露的加热元件的第一子组200g，其也布置在构建床表面的周界17周围和之外；以及间隔开的裸露的加热元件的第二子组200i，其部分地横跨构建床表面的周界17布置，但是布置在可打印区域14(如由虚线指示的)周围和之外。加热元件的尺寸为 55mm×55mm，并且辐射吸收罩在x方向和y方向上跨度为70mm×70mm，并在加热元件上居中。

针对图16A的实施方式，在图16B中的曲线(i)-(xvii)中指示了每个加热元件的影响区域。这些曲线示出了每个加热元件在整个构建床表面上依次产生的效果。最外面的等高线表示由于加热元件引起的峰值温度分布曲线的70％的线，其描绘了加热元件的影响区域。

可以看出，拐角元件(i)、(vi)、(ix)和(xiv)是如何具有解决了构建床表面的各个角的非常严格控制的影响区域的，这些拐角元件是带罩的元件，它们位于构建床表面的周界之外并包括R＝0.8的网格(方形截面的通道的3×3阵列)。裸露的加热元件的第二子组200i中的四个裸露的元件 (iii)、(iv)、(xi)和(xii)部分地横跨构建床表面的周界17布置，但布置在可打印区域14周围和之外，该四个裸露的元件具有大的影响区域，这些影响区域组合在一起会遍及整个构建床表面。应该注意，这些裸露的元件的影响区域的重叠是由裸露的元件之间的间隔控制的，即这些元件不是直接相邻和接触的，而是在物理上是分开的或间隔开的。

由图16A的辐射加热元件在加热器布置区域内的位置所描述的整体形状是沿着副轴线(y)方向的中心挤压的总体“双纽线”带状物的形状。

图17A示出了进一步优化的装置，该装置仅包括带罩的元件的子组，每个子组设置有辐射吸收罩。带罩的加热元件的组中的三个子组是：具有 R＝1.25(x＝y＝35mm；z＝28mm)的第一子组200k；具有R＝2.5(x＝y＝70mm； z＝28mm)的第二子组200n；以及具有R＝0.8(x＝y＝23.33mm；z＝28mm) 的第三子组200m。如前所述，加热元件的尺寸为55mm×55mm，并且罩在 x方向和y方向上跨度为70mm×70mm，并居中布置在加热元件上。

第一子组200k和第二子组200n布置在构建床表面的周界17周围和之外，并且第三子组200m布置在可打印区域周界14周围和之外。第一子组和第二子组形成布置在构建床表面的周界17周围和之外的带罩的元件的第一组，并且带罩的元件的第三子组形成布置在可打印区域周界14周围和之外的带罩的元件的第二组。与图3、图8A-8D、图9A-9B、图10和图15A-15B中图示的其他实施方式一样，构建床表面和可打印区域均具有矩形形状，包括多个带罩的加热元件的加热器装置的形状也是矩形，每个矩形形状具有主轴线和副轴线。

由图17A的带罩的辐射加热元件在加热器布置区域内的位置所描述的整体形状是在沿着副轴线(y)方向的中心的尺寸中轻微挤压的总体“双纽线”带状物的形状。

表面/区域的周界相对于彼此基本上同心地布置，但是这不是必需的。例如，使用包括相对于构建床表面形成倾斜的立体角的通道的罩，加热器装置可以具有非矩形的形状，和/或可以不在构建床表面的矩形形状上方同心地布置。在其他实施方式中，构建床表面和/或可打印区域可以不是矩形的，而是可以采用不同的形状。

因此，在优化的加热器装置的一些实施方式中，加热元件的第一组可以包括带罩的加热元件的一个或更多个子组中的至少第一子组，其中，第一组被布置成在加热器布置区域的周界周围，并且在加热器布置区域的周界内，紧邻加热器布置区域的周界。

此外，加热器装置的区域可以是具有主轴线和副轴线的矩形形状，其中，子组中的第一子组布置在加热器布置区域的内拐角处或附近。

另外，子组中的第二子组可以沿着周界的与加热器布置区域的副轴线平行的部分布置。

此外，子组中的第三子组沿着周界的与加热器布置区域的主轴线平行的部分布置。

从图17A中的装置可以看出，加热元件在布置区域上的位置可以描述为大体双纽线形状，即沿着可以围绕构建床表面居中的线挤压的带状物形状。在非对称的布置中，线可以不居中，并且带状物的形状可以是不对称的和/或偏斜的。

在图16A-16B和图17A-17B的加热器装置的实施方式中，其中，构建床表面和加热器装置为具有主轴线和副轴线的矩形形状，构建床表面12 的沿构建床表面的主轴线的尺寸是加热器布置区域的沿构建床表面和加热器布置区域的主轴线的尺寸的约60％或更小，其中加热器布置区域的主轴线基本上平行于构建床表面的主轴线或基本上与构建床表面的主轴线重合。加热器装置的尺寸由被多个加热元件覆盖的矩形区域的范围确定。多个加热元件可以包括裸露的元件和/或带罩的元件。

对于这种优化的装置，在实时操作期间评估温度分布，在此期间，响应于由于在构建床表面上进行构建过程而产生的热效应，规律地改变每个带罩的加热元件的占空比。由位于加热器装置的区域的中心的热像仪拍摄构建床表面的热图像。将图像分成5×4个区域的矩阵，并且对于每个区域，获得平均温度。结果显示在图17B中。测量结果表明，使用带罩的加热元件的优化的装置，可以在构建过程的实时操作期间将构建床表面处的温度控制在与目标180℃的标准偏差0.10℃之内。

相比之下，图2C的热图像来自被公共保护罩包围的裸露的加热元件的已知的装置，并且在构建过程期间类似地获得该图像，在此期间，响应于在构建床表面上进行构建过程的热效应，规律地改变每个加热元件的占空比，只能实现为4.9℃的与目标180℃的标准偏差。

因此，本文所述的加热元件的优化的装置不仅允许明显改善构建床表面的温度控制，而且还可以将构建床表面处的温度分布曲线控制到具有与目标温度的标准偏差std<1℃的温度分布内，或者甚至控制到与目标温度的标准偏差为0.25℃或更小的范围内。在使用第一实施例或第二实施例的加热元件的优化的装置(并且包括混合布置)的设备的操作期间，温度分布曲线可以在整个构建床表面上保持均匀，以通过在操作期间调整每个加热元件的占空比来达到与目标温度的标准偏差为0.1℃或更小的范围内。据信，通过将裸露的加热元件间隔开和/或提供装有辐射吸收罩的带罩的加热元件来实现通过每个加热元件的位置和/或辐射的立体角控制每个加热元件的影响区域的能力，可以控制在构建床表面上的相邻影响区域之间的重叠，以便提供更均匀的温度分布曲线，并且以便减少过热点的发生。另外，据信对影响区域和影响区域之间的重叠的控制提供了改进的范围，在该范围内可以控制构建床表面处的温度分布曲线。

另外的加热器装置和设备的考虑因素

如已经描述的，加热元件的优化的装置的一些实施方式以及包括这样的装置的设备包括多个带罩的加热元件。可替代地或另外地，可以提供单个辐射吸收罩以覆盖一些或所有带罩的加热元件。带罩的元件可以覆盖构建床的(投影的)表面以及构建床表面的周界之外和周围的(投影的)区域。在下文中，在进一步考虑带罩的加热元件的情况下，考虑因素同样适用于加热器装置和包括这样的装置的设备。

在包括根据任何实施例的装置的一些设备中，构建床表面可以具有主轴线和副轴线。主轴线可以比副轴线长，使得构建床表面可以具有大体矩形的形状；可替代地，主轴线和副轴线可以具有相同的长度，使得构建床表面可以具有大致正方形的形状。

附加地或替代地，多个加热元件中的辐射加热元件以关于主轴线和/ 或副轴线对称的图案布置，以便实现对构建床表面处的温度分布曲线的均匀控制。类似地，带罩的加热元件可以以关于主轴线和/或副轴线对称的图案布置，以便在构建床表面处实现对温度分布曲线的均匀控制。

例如，图10图示了带罩的加热元件，每个带罩的加热元件设置有 R＝1.25的辐射吸收罩，针对通常为矩形的构建床表面，辐射吸收罩以关于主轴线(沿x方向)对称的图案和以关于副轴线(沿y方向)对称的图案设置。

在带罩的辐射加热元件的两个或更多个子组各自设置有针对所讨论的子组专门设计的罩的情况下，每个子组可以可选地以关于主轴线和/或副轴线对称的图案布置。例如，图11图示了第一子组的带罩的加热元件，每个带罩的加热元件设置有R＝0.8的辐射吸收罩，该辐射吸收罩以关于主轴线(沿x方向)对称的图案设置，以及第二子组的带罩的加热元件，每个带罩的加热元件设置有R＝2.5的辐射吸收罩，该辐射吸收罩以关于副轴线(沿y方向)对称的图案设置，上述设置方式是针对通常为矩形的构建床表面而言的。

对于第一实施例的一些实施方式，辐射加热元件的第一组可以包括偶数个辐射加热元件，例如至少两个辐射加热元件或至少四个辐射加热元件。这意味着它们可以对称地布置在构建床表面的周界之外和周围，以在整个构建床表面上实现对称的温度分布曲线。在典型的应用中，构建床表面的周界可以描绘为矩形或正方形的轮廓。图4A-4B和图5中的示例中示出了裸露的加热元件的对称布置。

本实施例中的任何一个实施例的一些实施方式可以包括两个或更多个带罩的辐射加热元件，或至少四个带罩的加热元件，或偶数个带罩的加热元件，每个带罩的加热元件设置有各自的辐射定向罩。关于第一实施例和第二实施例，这意味着带罩的加热元件可以对称地布置在构建床表面的周界之外和周围，以在整个构建床表面上实现对称的温度分布曲线。在典型的应用中，构建床表面的周界可以描绘为矩形或正方形的轮廓。带罩的加热元件的对称布置的示例在图9A和图9B中示出。

关于第三实施例，这意味着带罩的加热元件可以对称地布置在可打印区域的周界之外和周围，以在整个构建床表面上实现对称的温度分布曲线。在典型的应用中，可打印区域的周界可以描绘为矩形或正方形的轮廓。

关于所有实施例，尽管在一些实施方式中可以在加热器装置的区域上选择加热元件的对称图案，但是在其他情况下，可能希望创建不对称的图案以补偿由构建床设计或正在形成的特定对象控制的特定加热效果。

例如，构建床可以在没有布置成使温度在构建床表面的整个周界上以对称路径消散的部件附近。可能引起对加热元件的非对称布置的需要的另一个示例是由于正在形成的对象的性质所导致的。烧结灯将高功率传递给烧结区域，从而使对象在位于构建床表面下方的构建容器内呈现热质量，并保持已形成和加工的层。对象本身的热质量在其形状和/或其相对于构建床和构建床表面的位置上可能是不对称的。除了加热器布置之外，该热质量还可以以例如关于构建床表面的主轴线不对称的图案加热周围的粉末，其中构建床表面为矩形形状，尽管出于相同的考虑，可以应用其他形状。随着对象形成过程的发展，质量可能会明显加热构建床表面。反过来，这可能需要将构建床表面的其他部分加热得比由质量加热的区域更多，以便在构建床表面处产生均匀的温度分布曲线。结果，加热元件可能需要布置成关于构建床表面的主轴线和/或副轴线不对称的构造。在这种情况下，如图4A、图4B和图9A-图11中所示的加热元件的温度分布曲线的模拟可进一步考虑由于热质量而导致的在构建床表面处的温度分布曲线。

因此，加热器装置20可以包括加热元件，其中，辐射加热元件以关于所述主轴线和/或所述副轴线非对称的图案布置。加热元件可以包括裸露的加热元件和/或带罩的加热元件。此外，在加热器装置的实施方式中，其中两个或更多个带罩的辐射加热元件形成带罩的辐射加热元件的两个或更多个子组，并且对于这些子组，对于每个子组，带罩的辐射加热元件各自设置有针对所讨论的子组专门设计的罩，子组中的至少一个子组的带罩的加热元件可以以关于加热器布置区域的所述主轴线和/或所述副轴线或者关于水平平面中的中心轴线非对称的图案布置。

关于任何实施例，在包括一个或更多个带罩的加热元件的一些示例中，与一个或更多个带罩的加热元件相对应的辐射吸收罩中的至少一个形成为网格，该网格包括两个或更多个辐射吸收通道的阵列。这意味着一个或更多个带罩的加热元件的辐射吸收罩至少包括形成网格的辐射吸收通道的1×2阵列或2×1阵列。换句话说，带罩的加热元件中的至少一个设置有辐射吸收罩，该辐射吸收罩并不简单地表示围绕加热元件的外周界的壁。

在带罩的辐射加热元件的辐射吸收罩中的至少一个包括由两个或更多个辐射吸收通道的阵列形成的网格的情况下，两个或更多个通道的辐射性质可以在至少两个通道之间变化。这在带罩的加热元件之间产生了辐射覆盖区的变化。

在所示的实施方式中，网格覆盖了所有带罩的加热元件；但是，这绝不是必需的。在一些实施方式中，一些带罩的加热元件可以设置有仅部分地覆盖对应的加热元件的罩。附加地或替代地，在两个或更多个带罩的加热元件之间可以共享一个罩。

辐射吸收通道可以包括一个或更多个辐射吸收通道的两个或更多个子组，其中每个子组具有不同的辐射覆盖区。

在包括带罩的加热元件的加热器装置的一些实施方式中，提供到对应的带罩的辐射加热元件的辐射吸收罩中的一个或更多个各自包括辐射吸收通道的两个或更多个子组，并且对于通道的每个子组，通道的设计(诸如通道的横截面和/或深度)特定于通道的各个子组。例如，一个带罩的加热元件可以设置有辐射吸收罩，该辐射吸收罩具有通道的两个子组，其中通道的设计在至少两个通道之间变化。

在包括带罩的加热元件的一些实施方式中，辐射吸收罩中的至少一个可以包括两个或更多个辐射吸收通道。

在一些示例中，网格的辐射覆盖区可以在整个罩上连续变化，使得例如壁高、横截面形状和横截面面积中的一项或更多项可以从一个辐射吸收通道到下一个辐射吸收通道改变，或者从辐射吸收通道的一个子组到辐射吸收通道的下一个子组改变。

在一些示例中，加热元件可以在构建床表面的投影区域之上和之外形成规则矩阵，并且对应的辐射吸收罩包括通道的网格，这些通道的网格在其在整个加热元件矩阵上的辐射覆盖区上一起变化，以便在构建床表面处提供均匀的温度分布曲线。

在一些示例中，代替位于构建床的表面之上和之外的加热元件的规则矩阵，多个带罩的加热元件可以包括单个辐射吸收罩，该单个辐射吸收罩具有辐射吸收通道的网格，该辐射吸收通道的网格在其在整个构建床表面上的辐射覆盖区上连续变化，以便在构建床表面处提供均匀的温度分布曲线。

如上所述，每个辐射吸收通道的性质确定了带罩的加热元件的辐射覆盖区(影响区域)。在一些示例中，每个通道的横截面和/或深度可以确定辐射覆盖区。可以改变性质，以便产生围绕垂直于构建床表面的平面不对称的立体角。例如，在通道的第一端处的通向工作空间的底侧的出口可以具有相对于构建床表面不是平面的周界。反而，该周界可以相对于构建床表面倾斜，这将使从通道发出的辐射的立体角相对于垂直于构建床表面的垂直线倾斜。在图14A和图15A中以平面图和侧视图示出了具有辐射吸收通道的网格的非常简单的图示，其中从每个通道发出的辐射的立体角的轴线连续地改变。这样的网格例如可以例如通过提供在带罩的加热元件的矩阵之间共享的单个辐射吸收罩而覆盖加热元件的矩阵的全部或至少大部分。

在一些示例中，这可能导致从至少一个带罩的加热元件在其上发射辐射的一个或更多个辐射吸收通道发出的辐射的立体角，其中该立体角的中心轴线以小于90°的角度与构建床表面相交；即它不垂直于构建床表面。

在描述带罩的加热元件的上述实施方式中，被包括在罩内的每个辐射吸收通道由一个或更多个内壁限定。为了上述模拟，假定通道的内表面是黑色的或吸收辐射的。在图16A和图17A的所测量的优化的装置中，罩的通道也具有黑色的内表面。因此，一个或更多个内壁可以被配置为不反射由辐射加热元件发射的辐射。一个或更多个内壁可以是吸收辐射的，例如它们可以在颜色上是黑色的。因此，带罩的加热元件的辐射吸收罩可以为由带罩的加热元件发射的辐射提供截止元件。这防止了潜在的不希望的辐射的反射和重定向，该辐射的反射和重定向预期产生对构建床表面处的温度的不良控制。此外，如果使用带反射壁的罩，则工作空间内的热颗粒气氛(hot particulate atmosphere)可能会导致内壁上逐渐累积的黑色沉积物，从而逐渐降低内壁的反射率并随时间增加而改变对应的加热元件的影响区域。由于不能确保带罩的加热元件的一致性能，因此这样的变化可能是不希望的。因此，从一开始就使用纯辐射吸收罩确保了由于带罩的加热元件所产生的影响区域的可靠输出。

在一些实施方式中，每个辐射加热元件的辐射覆盖区可以覆盖小于构建床的表面。这可以描述一种情况，其中多个离散的加热元件布置在构建床表面上方，并且当投影到构建床表面上时，多个离散的加热元件可以进一步布置在构建床表面的周界之外和周围。可以实现加热元件的理想构造，其中每个加热元件具有的影响区域或辐射覆盖区仅覆盖构建床表面的一部分，并且多个辐射加热元件的辐射覆盖区覆盖构建床的整个表面，以在构建床表面处产生均匀的温度分布曲线。对于所示的一些实施方式，至少一些加热元件具有辐射覆盖区，该辐射覆盖区覆盖在构建床表面的周界之外的区域的一部分。

另外，可以看出，在带罩的辐射加热元件的情况下，不必将加热元件间隔开来管理其影响区域。而是可以将加热元件紧密地装配在一起，并且影响区域可以通过至少部分地覆盖所讨论的加热元件的特定罩/罩的网格设计来管理。

优化的网格可以决定达到目标温度所需的加热元件的尺寸(或需要覆盖的多于一个加热元件的尺寸)。例如，这在图4A、图4B、图10和图11 的实施方式中得到了证明，其中加热元件的位置落在构建床表面的外部，即，加热器装置所覆盖的区域大于由构建床表面占据的区域。在这些图中，构建床表面的主轴线的长度(x轴)仅表示一个或更多个裸露的和/或带罩的加热元件的装置的主轴线的长度的60％以上。

针对本实施例中的任何一个实施例(及其变型)所描述的实施方式可以适合于需要精确控制构建床表面的温度的任何粉末(或其他颗粒物质) 床工艺。

优化的加热器装置20的这样的实施方式可以特别适合于形成三维对象的应用，该应用需要管理颗粒物质的床(例如粉末床)的表面的温度。这些应用中的一些应用可以通过烧结(使用例如高速烧结或选择性激光烧结技术)来实现颗粒物质的固结。但是，固结的具体机制不限于烧结，并且可以更一般地表示熔合或熔化或类似的，包括颗粒物质的粘结或胶合，或施加溶剂以固结颗粒物质。

一些烧结应用可以通过选择性激光烧结来实现颗粒物质的固结。在选择性激光烧结工艺中，通过以下步骤来逐层形成三维对象：连续施加新鲜的粉末层，然后在构建床表面的特定位置上使用激光辐射将粉末固结，例如针对特定层描述了对象的横截面或“切片(slice)”。通常很好地定义例如金属或聚合物或涂覆有聚合物的金属芯的均质粉末的熔化温度，并且控制粉末层和熔化温度之间的温差是至关重要的。

在高速烧结中，红外辐射通常用于固结或“烧结”粉末。尽管在激光烧结应用中对激光的光束控制提供了定义以创建对象的固结切片，但在高速烧结中，该定义通过首先将红外吸收剂材料数字打印到新鲜粉末层上来实现。当粉末层随后被红外辐射照射时，仅打印区域吸收大量的待烧结辐射。与激光烧结相似，控制粉末层之间的温差和烧结温度是至关重要的。

颗粒物质可以是可以分层散布并相继固结以形成三维对象的任何物质。颗粒物质可以是例如聚合物粉末，或涂覆有聚合物的金属，或金属。固结机理可以通过在使用吸收剂或不使用吸收剂的情况下进行烧结、熔化或熔合来实现。

在用于这样的工艺的设备中，期望温度可以比颗粒物质的烧结温度低 50℃或更低。

加热元件可以采用陶瓷加热器的形式，但这不是必需的。在其他实施方式中，加热元件可以采取灯的形式，例如贺利氏灯(Heraeus lamp)。使用灯代替陶瓷加热器的一个优点在于，灯具有大大减少的时间常数，并且对变化的响应更快，例如在启动期间或可能需要更改占空比的打印机运行期间。陶瓷加热器可能需要一个小时才能达到稳定状态，使得该设备需要大量的启动时间。相比之下，灯在短两个数量级的持续时间内达到稳定状态。另外，它们的红外光谱可以变化。缺点可能是灯的寿命相比于陶瓷元件要短，并且灯的玻璃晶体窗将可能需要清洗以确保可靠的过程。

用于形成三维对象的设备的构建床表面可以具有主轴线和副轴线。主轴线可以比副轴线长，使得构建床表面具有大体矩形的形状；或者，主轴线和副轴线可以具有相同的长度，使得构建床表面具有大体正方形的形状。另外，在某些过程中，可能有利的是，以关于所述主轴线和/或所述副轴线对称的图案布置辐射加热元件(其可能是裸露的加热元件和/或带罩的加热元件)，以实现构建床表面处的温度分布曲线的均匀控制。另外，可以将带罩的辐射加热元件布置在一个或更多个子组中，并且每个子组中的带罩的辐射加热元件可以各自设置有针对所讨论的子组专门设计的罩。

此外，每个子组中的带罩的加热元件可以以关于构建床主轴线和/或所述构建床副轴线对称的图案布置。

在其他实施方式中，构建床表面可以是圆形形状的或圆弧段的形式。加热器装置可以被优化，以便在整个构建床表面上提供均匀的温度分布曲线。由加热元件的覆盖范围所限定的加热器布置区域可以具有与构建床表面相同或相似的形状；此外，该加热器布置区域可以更大并且同心地布置在构建床表面上方，尽管这不是必需的。例如，取决于可以被包括在该装置中的带罩的加热元件的设计，该装置的形状可以与构建床表面的形状不同，和/或该装置可以不在构建床表面上方同心地布置。

设备还可以包括沉积滑橇，该沉积滑橇位于工作空间内邻近构建床表面，并且可操作以在构建床上方移动同时将颗粒物质横穿构建床散布。

在高速烧结的情况下，该设备还可以包括打印滑橇，该打印滑橇位于所述工作空间内邻近构建床表面，并且包括一个或更多个液滴沉积头。液滴沉积头被配置为以期望的图案将吸收辐射的液体的液滴沉积在构建床表面处的颗粒物质上，此后，颗粒物质的部分被固结以便形成对象的层，该层具有由液体的图案确定的形状。

“优化的装置”的含义

应当注意，无论是裸露的还是带罩的，对加热元件的“优化的”装置的任何提及，都不是指与期望的分布曲线相比提供最佳温度分布曲线的装置。而是，优化的装置提供的分布曲线通常比来自加热元件的起始矩阵(例如，由公共保护罩屏蔽的裸露的加热元件的矩阵)的分布曲线更好。可以通过反复试验，或者通过使用常见的问题解决方法来获得优化的装置，该装置比先前的装置提供了性能上的改进，对于先前的装置，温度分布曲线不够均匀，不适合于产生质量对象的可靠构建过程。

优化的装置可以在一开始就在整个构建床表面上实现更均匀的温度分布曲线，和/或优化的装置可以考虑对象构建期间的特定热效应，诸如由于对象在构建过程的持续时间内在构建床中的热质量而引起的局部效应。可以通过响应性地优化每个加热元件的占空比来解决实时操作期间的任何动态加热效应。

尽管已经针对每个加热元件的位置和R值的性质图示了优化的装置，但是可以考虑由于在构建床表面处的加热元件而影响温度分布曲线的任何一个或更多个性质。

Claims (22)

1.一种加热器装置，所述加热器装置用于通过固结颗粒物质来逐层形成三维对象的设备，所述加热器装置具有加热器布置区域，其特征在于，所述加热器装置包括：

一个或更多个带罩的红外辐射加热元件，其布置在所述加热器布置区域上，所述带罩的红外辐射加热元件是可操作的以将所述设备的构建床表面处的颗粒物质加热至期望的温度分布曲线；以及

一个或更多个红外辐射吸收罩，其布置成与所述带罩的红外辐射加热元件连通，并且每个红外辐射吸收罩形成一个或更多个辐射吸收通道，每个辐射吸收通道具有相对的敞开的第一端和第二端，并且布置成使得所述第一端通向至少一个带罩的红外辐射加热元件并且所述第二端通向外部，以便面向所述构建床表面；

其中，所述一个或更多个辐射吸收通道的内壁被配置为吸收从所述带罩的红外辐射加热元件发射且落到所述内壁上的红外辐射；并且

其中，每个辐射吸收通道的所述内壁限定高度、横截面形状和横截面面积，所述高度、横截面形状和横截面面积一起限制由所述带罩的红外辐射加热元件在其上发射辐射将从所述第二端出射的立体角，以便确定红外辐射落到所述构建床表面上的覆盖区。

2.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述带罩的红外辐射加热元件中的两个或更多个带罩的红外辐射加热元件至少形成带罩的红外辐射加热元件的第一子组和第二子组，其中，对于每个子组，每个带罩的红外辐射加热元件设置有针对相应的子组专门设计的红外辐射吸收罩。

3.根据权利要求2所述的加热器装置，其中，所述加热器装置的布置有所述带罩的红外辐射加热元件的区域具有周界，其中，第一组至少包括带罩的红外加热元件的所述第一子组，并且其中，所述第一组布置成在所述加热器布置区域的周界内，紧邻所述加热器布置区域的所述周界。

4.根据权利要求2所述的加热器装置，其中，所述加热器布置区域为具有主轴线和副轴线的矩形形状，并且其中，所述第一子组布置在所述加热器布置区域的内拐角内。

5.根据权利要求2所述的加热器装置，其中，所述加热器布置区域为具有主轴线和副轴线的矩形形状，并且其中，所述第一子组沿着所述加热器布置区域的周界的与所述加热器布置区域的所述副轴线平行的部分布置。

6.根据权利要求5所述的加热器装置，其中，所述第二子组沿着所述加热器布置区域的周界的与所述加热器布置区域的所述主轴线平行的部分布置。

7.根据权利要求4所述的加热器装置，其中，所述第二子组沿着所述加热器布置区域的周界的与所述加热器布置区域的所述副轴线平行的部分布置。

8.根据权利要求7所述的加热器装置，其中，带罩的红外辐射加热元件的第三子组沿着所述加热器布置区域的周界的与所述加热器布置区域的所述主轴线平行的部分布置。

9.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述红外辐射吸收罩中的至少一个形成为包括两个或更多个辐射吸收通道的阵列的网格。

10.根据权利要求9所述的加热器装置，其中，所述网格的所述辐射吸收通道中的至少两个辐射吸收通道的辐射性质在所述至少两个辐射吸收通道之间变化。

11.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，每个辐射吸收通道具有正方形横截面，并且其中，正方形截面的辐射吸收通道的宽度根据需要改变并重复以填充所述红外辐射吸收罩，从而形成正方形阵列。

12.根据权利要求4所述的加热器装置，其中，带罩的红外辐射加热元件的第三子组沿着所述加热器布置区域的周界的与所述加热器布置区域的所述主轴线平行的部分布置，其中，所述第一子组包括辐射吸收通道的1×1阵列，所述第二子组包括由辐射吸收通道的2×2阵列形成的网格，并且所述第三子组包括由辐射吸收通道的3×3阵列形成的网格。

13.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述加热器装置的所有的红外辐射加热元件是带罩的红外辐射加热元件。

14.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述加热器装置还包括一个或更多个裸露的红外加热元件。

15.根据权利要求4所述的加热器装置，其中，所述带罩的红外辐射加热元件以关于所述主轴线和/或所述副轴线对称的图案布置。

16.根据权利要求4所述的加热器装置，其中，所述带罩的红外辐射加热元件以及每个子组以关于所述主轴线和/或所述副轴线对称的图案布置。

17.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述红外辐射吸收罩的数量小于所述带罩的红外辐射加热元件的数量。

18.一种用于逐层形成三维对象的设备，其特征在于，所述设备包括根据权利要求1至17中的任一项所述的加热器装置，所述设备还包括：

工作空间，其具有相对的底侧和顶侧；以及

构建床表面，其布置在所述工作空间的所述底侧上，并且在所述构建床表面上形成所述对象的连续层，

其中，所述加热器装置设置在所述工作空间的所述顶侧上并且面向所述构建床表面，使得在投影视图中，所述加热器装置的周界在所述构建床表面的周界的外部，并且使得所述带罩的红外辐射加热元件的第一组布置在所述构建床表面的所述周界之外和周围。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述构建床表面具有主轴线和副轴线；

其中，每个子组中的所述带罩的红外辐射加热元件以关于所述构建床表面的所述主轴线和/或所述构建床表面的所述副轴线对称的图案布置；并且

其中，所述构建床表面的沿着所述构建床表面的所述主轴线的尺寸为所述加热器布置区域的主轴线的尺寸的约60％或更小。

20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一组的所述带罩的红外辐射加热元件被布置在所述构建床表面的周界之外和周围。

21.根据权利要求18所述的设备，其中，所述带罩的红外辐射加热元件的所述第一组被布置在所述构建床表面的可打印区域的周界之外和周围。

22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述设备包括带罩的红外辐射加热元件的另外的组，其布置在所述构建床表面的所述周界内或横跨所述构建床表面的所述周界布置。

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