ES2968168T3

ES2968168T3 - Conjunto de lámpara infrarroja para aparatos para la formación capa por capa de objetos tridimensionales

Info

Publication number: ES2968168T3
Application number: ES20841750T
Authority: ES
Inventors: Gianluca Dorini; Anders Hartmann; Barrabes Marcel Garrido; Larsen Steffen Kongensbjerg
Original assignee: Stratasys Powder Production Ltd
Current assignee: Stratasys Powder Production Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: JP3240019U; WO2021116693A1; US20220219396A1; WO2021116695A1; PL4072825T3; US20230028987A1; EP4072825C0; EP4072825B1; EP4072753A1; JP3239925U; US11787116B2; EP4072825A1; CN217729676U; CN218425620U

Abstract

Un conjunto de lámpara infrarroja para un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material particulado, comprendiendo el conjunto: una lámpara infrarroja alargada que se extiende a lo largo de un eje de lámpara, un escudo alargado que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara, y una estructura de soporte que sostiene al menos uno de los extremos de la lámpara y del escudo, en donde el escudo alargado limita al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara, y en donde el conjunto proporciona una abertura inferior debajo de la lámpara y una abertura superior encima de la lámpara, de modo que, en uso, la radiación generada por la lámpara pueda irradiar a través de las aberturas y alejándose de la lámpara en direcciones no limitadas por el protector. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de lámpara infrarroja para aparatos para la formación capa por capa de objetos tridimensionales

La presente descripción se refiere a un aparato para la formación capa por capa de objetos 3D que comprende un conjunto de lámpara infrarroja para un aparato para la formación capa por capa de objetos tridimensionales (3D). El conjunto de lámpara puede ser particularmente adecuado para aplicaciones de lecho de polvo que requieren radiación infrarroja que provoca precalentamiento térmico y/o consolidación del material en forma de partículas mediante sinterización.

ANTECEDENTES

Las aplicaciones tales como la sinterización por láser, o las llamadas técnicas de “impresión y sinterización” tales como la sinterización de alta velocidad, para formar objetos tridimensionales a partir del material en forma de partículas reciben un mayor interés a medida que se mueven hacia tiempos de rendimiento más rápidos y se vuelven industrialmente viables. En estos procesos, el objeto se forma capa por capa a partir de material en forma de partículas que se extiende en capas sucesivas a través de una superficie de construcción. Cada capa de materia en forma de partículas se fusiona, o sinteriza, sobre regiones definidas para formar una sección transversal o "corte" del objeto tridimensional.

Los procesos de sinterización de alta velocidad, por ejemplo, usan una lámpara infrarroja de alta potencia para sinterizar áreas de material en forma de partículas, tales como polvo de polímero, que se han impreso con material absorbente de la radiación (RAM). La RAM permite que el polvo impreso absorba la energía de la lámpara a través de una banda de longitud de onda que es diferente a la banda de absorción del polvo no impreso, proporcionando así selectividad.

Un problema que la lámpara de sinterización puede causar es que su radiación puede calentar excesivamente componentes cercanos, tales como la carcasa de la lámpara. Las temperaturas excesivas pueden provocar que los humos de tinta y las partículas de materia en el aire se peguen y acumulen en las superficies en o cerca del lecho de construcción, lo que provoca problemas del proceso como la fusión y el goteo de polímero sobre el lecho de construcción y la contaminación de la capa. También puede afectar negativamente la calidad y funcionalidad de otras partes dentro del entorno cercano; esto se debe a que las superficies suficientemente calientes se convierten en fuentes de radiación secundarias que pueden irradiar longitudes de onda dentro de la banda de absorción del polvo no impreso. Esto reduce la selectividad de la sinterización al consolidar parcialmente el polvo no impreso, evitando la reutilización eficiente del polvo no impreso y provocando problemas con la recuperación del objeto del pastel de polvo. Por lo tanto, la gestión del calor de las lámparas infrarrojas es importante para proporcionar un proceso confiable en el que pueda lograrse una consolidación precisa del material en forma de partículas, el desempolvado del objeto y la recuperación del material no impreso.

La técnica anterior se proporciona en los documentos DE 101 45650 A1 y WO 2019/212484 A1.

El documento DE 10145650 A1 describe un reflector para un dispositivo de radiación. Una fuente de radiación alargada se dispone en una carcasa, que se localiza entre al menos un reflector que rodea parcialmente la fuente de radiación y una abertura de la carcasa alineada con el objeto que se irradia, con cada reflector que consiste en una pluralidad de segmentos reflectores conectados entre sí.

El documento WO 2019/212484 A1 describe una impresora que incluye un mecanismo de alimentación para distribuir un material de construcción en una plataforma, y un calentador. El calentador incluye una lámpara, un reflector, y un deflector radiante que absorbe energía localizado entre la lámpara y el reflector. La lámpara y el reflector se disponen para dirigir la energía radiante hacia la plataforma; la energía radiante es para calentar el material de construcción.

COMPENDIO

La presente invención se define en la reivindicación independiente adjunta, mientras que los detalles de modalidades particulares se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.

La siguiente descripción describe, en un aspecto, un carro de lámpara infrarroja para un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, el carro que comprende: una lámpara infrarroja alargada que se extiende a lo largo de un eje de la lámpara; un protector alargado que se extiende paralela a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara, en donde el protector se monta para limitar al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara; y una abertura inferior debajo de la lámpara y una abertura superior encima de la lámpara, de manera que durante el uso, la radiación generada por la lámpara es capaz de irradiar a través de la abertura inferior y la abertura superior y lejos de la lámpara en direcciones no limitadas por el protector.

De conformidad con un segundo aspecto de la descripción se proporciona un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, el aparato que comprende un espacio de trabajo, el espacio de trabajo que comprende: una superficie de lecho de construcción de material en forma de partículas dispuesto en una superficie inferior que limita el espacio de trabajo, y un techo dispuesto en una superficie superior que limita el espacio de trabajo; y un carro de acuerdo con el primer aspecto para mover la lámpara a través de la superficie del lecho de construcción, en donde, durante el uso, la abertura inferior se dispone para pasar la radiación hacia la superficie del lecho de construcción, y la abertura superior está dispuesta para pasar la radiación lejos de la superficie del lecho de construcción hacia el espacio de trabajo y hacia el techo.

De conformidad con un tercer aspecto de la descripción se proporciona un conjunto de lámpara infrarroja para un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, el conjunto que comprende: una lámpara infrarroja alargada que se extiende a lo largo de un eje de la lámpara, un protector alargado que se extiende paralela a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara, y una estructura de soporte que contiene al menos uno de los extremos de la lámpara y del protector, en donde el protector alargado limita al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara, y en donde el conjunto proporciona una abertura inferior debajo de la lámpara y una abertura superior encima de la lámpara, de manera que, durante el uso, la radiación generada por la lámpara es capaz de irradiar a través de las aberturas y lejos de la lámpara en direcciones no limitadas por el protector.

De conformidad con un cuarto aspecto de la descripción se proporciona un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas que comprende un espacio de trabajo, el espacio de trabajo que comprende: una superficie de lecho de construcción de material en forma de partículas dispuesta en una superficie inferior que limita el espacio de trabajo, y un techo dispuesto en una superficie superior que limita el espacio de trabajo; y un carro al que se monta el conjunto de lámparas del tercer aspecto y para pasar el conjunto de lámparas a través de la superficie del lecho de construcción, en donde el protector se ubica entre la lámpara y las superficies del carro que se orientan hacia la lámpara, y las al menos dos aberturas del conjunto de lámparas se disponen de manera que, durante el uso, la abertura inferior permite que la radiación pase hacia la superficie del lecho de construcción y la abertura superior permite que la radiación pase lejos de la superficie del lecho de construcción hacia el espacio de trabajo y hacia el techo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Ahora se hace referencia a los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquemático en sección transversal de un aparato para la formación capa por capa de objetos tridimensionales, y que tiene un conjunto de lámpara de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 2A es una vista en sección transversal esquemática de un conjunto de lámpara de acuerdo con una modalidad; La Figura 2B es una vista lateral esquemática del conjunto de lámparas de la Figura 2A;

La Figura 2C es una vista en planta esquemática del conjunto de lámpara de la Figura 2A;

Las Figuras 3A y 3B son vistas en sección transversal esquemáticas de disposiciones alternativas del protector del conjunto de lámpara;

Las Figuras 4A y 4B son vistas en sección transversal esquemáticas de disposiciones del conjunto de lámpara que tienen dos protectores;

La Figura 5A es una vista en sección transversal esquemática de un conjunto de lámpara en el que el protector comprende una pestaña a lo largo del borde inferior;

La Figura 5B es una ilustración tridimensional de una implementación de la disposición de la Figura 5A;

La Figura 6 es una vista en sección transversal esquemática de un conjunto de lámpara en el que el protector comprende un reborde a lo largo del borde superior;

La Figura 7 es una vista en sección transversal esquemática de un conjunto de lámpara en el que la abertura superior está parcialmente restringida;

La Figura 8 es una ilustración tridimensional esquemática de un conjunto de lámpara en el que la abertura superior tiene un grupo de subaberturas definidas por puntales transversales;

La Figura 9A es una ilustración tridimensional esquemática de un carro que comprende dos conjuntos de lámparas en los que las subaberturas superiores se definen por guardas;

La Figura 9B es una vista en planta desde debajo del carro de la Figura 9A;

La Figura 10 es un diagrama esquemático en sección transversal de un aparato para la formación capa por capa de objetos tridimensionales proporcionados con varios conjuntos de lámparas;

Las Figuras 11A y 11B muestran una sección transversal esquemática de un deflector de radiación infrarroja a lo largo del plano x-z de acuerdo con una variante;

Las Figuras 12A y 12B muestran una sección transversal esquemática de un deflector de radiación infrarroja a lo largo del plano x-z de acuerdo con una variante de las Figuras 11A y 11B; y

La Figura 13 es un diagrama esquemático en sección transversal de un aparato para la formación capa por capa de objetos tridimensionales de conformidad con una variante.

En las Figuras, los elementos similares se indican mediante números de referencia similares en todas partes. Debe notarse que las ilustraciones en las Figuras no están necesariamente a escala y que ciertas características pueden mostrarse con tamaños exagerados de manera que estas sean más claramente visibles.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Las lámparas infrarrojas (IR) se hacen funcionar convencionalmente como parte de un conjunto que comprende una carcasa de lámpara que tiene paredes reflectantes internas y que aloja la lámpara, y una abertura inferior a través de la cual la radiación puede alcanzar la superficie del lecho de construcción del material en forma de partículas en el que se construye el objeto. La carcasa redirige convencionalmente cualquier radiación no emitida directamente a través de la abertura inferior hacia la abertura inferior mediante el uso de reflectores internos descendentes. La temperatura de las lámparas infrarrojas en un aparato de sinterización de alta velocidad tiende a estar bien por encima de 1000 °C de manera que la carcasa puede alcanzar temperaturas muy altas y comienza a actuar como una fuente de radiación secundaria de longitudes de onda capaces de absorberse por la materia de partículas no impresa. Para evitar un calentamiento excesivo, tales carcasas pueden tener enfriamiento activo, por ejemplo unidades de enfriamiento de fluidos, unidas a ellas, o el cuerpo de la carcasa puede ser un cuerpo hueco que se enfría por fluido. Sin embargo, tales enfoques añaden complejidad y peso a la carcasa. La impresora comprende un espacio de trabajo limitado desde abajo por una superficie de trabajo que comprende la superficie del lecho de construcción. Dado que la carcasa puede soportarse sobre un carro que se puede mover a través de la superficie de trabajo y construir una superficie de lecho, esto también agrega peso a un componente móvil y complejidad en la integración de un suministro de fluidos robusto.

Los presentes inventores han descubierto sorprendentemente que, al retirar la carcasa de la lámpara y permitir que la radiación se disipe libremente en el espacio de trabajo anterior, la selectividad puede mantenerse bien durante el proceso de impresión. Una cantidad significativa de radiación secundaria que alcanza el lecho de construcción desde la carcasa puede reducir y comprometer la selectividad. Por lo tanto, se cree que reducir o minimizar la masa térmica de una carcasa (es decir, una carcasa que es capaz de almacenar calor) y cualquier área superficial significativa de superficies adyacentes a la lámpara y orientadas directamente hacia la superficie del lecho de construcción puede preservar o mejorar la selectividad. Además, cualquier radiación reflejada de nuevo desde la superficie del lecho de construcción puede pasar a través del conjunto abierto, mientras que la superficie de protector mínima orientada directamente hacia la superficie del lecho de polvo solo absorbe una pequeña cantidad de radiación reflejada. En general, puede ser beneficioso que el protector se fabrique de una lámina delgada de metal, por ejemplo 1 mm de grosor o menos, de manera que tenga una masa térmica baja y, por lo tanto, sea capaz de enfriarse rápidamente cuando la lámpara se apaga.

Por lo tanto, la eliminación de la carcasa de la lámpara para permitir que la radiación de la lámpara se disipe libremente en el espacio anterior y proporcionar solo un protector térmico mínimo a los componentes cercanos de la radiación directa de la lámpara puede conducir a una mejora significativa en la gestión de la radiación secundaria que alcanza la superficie del lecho de construcción. La radiación liberada hacia arriba, lejos de la superficie del lecho de construcción, puede gestionarse más fácilmente a través del área del techo comparativamente grande del aparato.

Los aspectos relacionados con el conjunto de lámpara infrarroja y un aparato para la formación capa por capa de objetos tridimensionales mediante la agregación de materia en forma de partículas que comprende el conjunto de lámpara infrarroja se describirán ahora con respecto a las Figuras 1 a 13.

La Figura 1 muestra un aparato 1 para la formación capa por capa de objetos tridimensionales mediante la agregación de materia en forma de partículas mediante sinterización de alta velocidad, y que tiene un conjunto de lámparas 100 de conformidad con una modalidad de la presente invención.

El aparato 1 tiene un espacio de trabajo 4 limitado desde abajo por una superficie de trabajo 13 y desde la parte superior por un techo 60. Uno o más carros 30 (en este caso dos) se disponen para moverse a través de una superficie de lecho de construcción 12 que está comprendida dentro de la superficie de trabajo 13. La superficie del lecho de construcción 12 es la superficie sobre la cual se distribuyen y procesan capas sucesivas de material en forma de partículas, tal como polvo, para formar secciones transversales de un objeto 2. El aparato 1 comprende además un sistema contenedor de polvo 10 con un lecho de construcción 16 dentro del cual se forma el objeto 2, capa por capa, a partir de una superficie del lecho de construcción 12. Un módulo de dosificación de polvo 40 se dispone para dosificar polvo fresco a la superficie de trabajo. El primer y segundo carros 30_1, 30_2 soportan respectivamente un dispositivo de distribución 36, y un módulo de impresión 38 y un conjunto de lámparas 100. Los carros se mueven sobre al menos un riel 34 hacia atrás y hacia delante a través de la superficie del lecho de construcción 12.

En una secuencia de proceso ilustrativa, el piso 18 del sistema contenedor de polvo 10, y que limita la superficie inferior del lecho de construcción 16, baja el lecho de construcción 16 en un grosor de capa. Con el primer carro 30_1 que soporta el dispositivo de distribución 36 ubicado al lado más alejado del módulo de dosificación con respecto a la superficie del lecho de construcción 12, y el segundo carro 30_2 ubicado en el lado opuesto de la superficie del lecho de construcción 12 con respecto al primer carro, el módulo de dosificación 40 dosifica una cantidad de polvo a la superficie de trabajo 13, adyacente a la superficie del lecho de construcción 12. El primer carro se mueve a través de la superficie del lecho de construcción 12 de manera que el dispositivo de distribución 38 distribuye el polvo dosificado para formar una capa delgada a través de la superficie del lecho de construcción 12. A continuación, el primer carro 30_1 se mueve de regreso a su posición de inicio, seguido del segundo carro 30_2. Partiendo del lado del módulo de dosificación, el segundo carro se mueve a través de la superficie del lecho de construcción al lado opuesto y el uno o más cabezales de deposición de gotas del módulo de impresión 38 depositan fluido que contiene RAM sobre áreas seleccionadas de la superficie del lecho de construcción 12 correspondientes a la sección transversal del objeto que se forma, y la lámpara infrarroja 110 del conjunto de lámparas 100 se opera para sinterizar el polvo impreso. El proceso puede entonces comenzar de nuevo para continuar capa por capa hasta que el objeto se construya completamente.

La lámpara infrarroja 110 alcanza temperaturas muy altas por encima de 1000 °C, y los componentes cercanos requieren protección de este calor para asegurar que continúen operando de manera confiable. Uno de tales componentes es el carro al que se monta el conjunto de lámparas 100. En algunas implementaciones este será el carro que también soporta el módulo de impresión, aunque también puede montarse una lámpara en el carro que soporta el dispositivo de distribución de polvo 36. Por ejemplo, una lámpara infrarroja 110 de un conjunto similar 100 podría montarse en el primer carro aguas abajo del dispositivo de distribución 38 y funcionar como una lámpara de precalentamiento. A medida que el dispositivo de distribución 38 distribuye la capa de polvo, la lámpara de precalentamiento 100 se hace funcionar para calentar la capa de polvo recién distribuida cerca de la temperatura de sinterización antes de que el segundo trineo se mueva a través de la superficie del lecho de construcción para depositar la RAM y hacer funcionar la lámpara infrarroja para sinterizar las áreas de polvo impreso.

En algunas implementaciones del aparato 1, pueden proporcionarse dos lámparas en cada carro, por ejemplo una aguas arriba y una aguas abajo del módulo de cabezal de impresión, o una aguas arriba y una aguas abajo del dispositivo de distribución de polvo, o dos lámparas una al lado de la otra. Estas dos lámparas pueden usarse para sinterizar tanto en las carreras hacia adelante como hacia atrás del carro, y/o una puede usarse para precalentar y la otra para sinterizar. Dado que tanto la función de precalentamiento como la función de sinterización hacen que la lámpara opere a alta temperatura, su impacto térmico en otros componentes necesita gestionarse. Esto puede lograrse al proporcionar la lámpara de precalentamiento y/o sinterización dentro del conjunto de lámpara 100.

Una modalidad del conjunto de lámparas 100 y algunas variantes de las mismas que comprenden la lámpara infrarroja 110 se ilustrarán ahora en detalle a modo de ejemplo con referencia a las Figuras 2A a 9B.

Las Figuras 2A a 2C muestran un conjunto de lámpara infrarroja 100 de conformidad con una modalidad para un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, y que puede ser particularmente útil en un aparato de sinterización que usa un láser o una lámpara infrarroja para sinterizar el material. Aunque el proceso de sinterización por láser, en el que se usa una fuente láser para sinterizar selectivamente el material en polvo, generalmente no requiere un módulo de impresión, puede proporcionarse una lámpara de precalentamiento como parte de un conjunto 100 por ejemplo al carro que soporta el dispositivo de distribución de polvo 38.

En consecuencia, el conjunto de lámpara infrarroja 100 comprende una lámpara infrarroja alargada 110 que se extiende a lo largo de un eje de la lámpara 114, un protector alargado 120 que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara 110, y una estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130 que contiene al menos uno (y preferentemente ambos) de los extremos de la lámpara 110 y del protector 120. El protector alargado limita al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara. El conjunto proporciona una abertura inferior 150 debajo de la lámpara y una abertura superior 140 encima de la lámpara, de manera que no hay una obstrucción significativa en el espacio por encima y por debajo de la lámpara dentro del conjunto. De esta manera, la radiación generada por la lámpara es capaz de irradiar a través de las aberturas 140, 150 y lejos de la lámpara en direcciones no limitadas por el protector 120.

En la presente descripción, la radiación puede significar radiación directa primaria emitida por la lámpara, radiación de la lámpara reflejada hacia arriba por el protector, radiación primaria emitida por la lámpara y reflejada desde la superficie del lecho de polvo 12 hacia la abertura inferior, y radiación secundaria emitida desde la superficie de la lámpara caliente 110 u otras superficies calientes, por ejemplo superficies calentadas por la lámpara.

Como se ilustra, la estructura de soporte 130 puede contener ambos extremos de la lámpara 110 y ambos extremos del protector 120. Ventajosamente, esto da rigidez estructural mejorada a los componentes ensamblados, que incluyen la lámpara 110 y el protector 120. Sin embargo, las modalidades alternativas del conjunto 100 pueden emplear una estructura de soporte que contiene solo un extremo de la lámpara 110 y/o solo un extremo del protector 120, siempre que la lámpara 110 y/o el protector 120 se soporten de manera segura desde ese extremo, y la lámpara sea de un tipo que se energiza desde solo un extremo.

Las Figuras 2A a 2C muestran el conjunto de lámparas 100 con mayor detalle. La lámpara infrarroja 110 puede ser una lámpara alargada tal como un emisor de tubo, tal como una lámpara Victory de tipo reflector de 3000W, 400V, pero sin limitarse a esta, soportada en uno o ambos de sus extremos por la estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130. Junto con la lámpara, un protector alargado 120 se monta en la estructura de soporte de manera que su dirección de alargamiento se extienda paralela al eje de la lámpara 114. Esto se ilustra en una vista en planta esquemática del conjunto en la Figura 2C. Cuando se monta en un carro 30 por encima de una superficie de lecho de construcción 12 dentro del aparato 1, la superficie protectora puede orientarse adicionalmente de manera que se extienda esencialmente verticalmente hacia arriba, a lo largo de una dirección perpendicular al eje de la lámpara (la dirección z en la Figura 2A), como también se indica en el esquema de sección transversal en la Figura 2A, donde se muestra cómo el conjunto de lámpara 100 puede posicionarse por encima de una superficie de lecho de construcción 12. El eje de la lámpara 114 y la dirección alargada del protector 120 se extienden mientras tanto paralelos a la superficie del lecho de construcción 12, como se ilustra en una vista lateral esquemática del conjunto en la Figura 2B. De esta manera, el conjunto 100 proporciona un protector 120 montado en un lado y paralelo al eje de la lámpara 114, y una abertura superior 140 por encima y una abertura inferior 150 por debajo de la lámpara, de manera que la lámpara puede irradiar a través de la abertura inferior y a través de la abertura superior del conjunto. Cuando el conjunto se monta en el aparato 1, la radiación es capaz de irradiarse hacia la superficie del lecho de construcción 12 a través de la abertura inferior 150, y sin obstáculos hacia arriba hacia el espacio de trabajo 4 a través de la abertura superior 140, donde el espacio de trabajo 4 se limita por encima por el techo 60. Al mismo tiempo, hay una superficie protectora mínima orientada directamente hacia la superficie del lecho de polvo 12, de manera que cualquier radiación secundaria emitida desde el protector 120 no puede afectar significativamente la temperatura del polvo no impreso (blanco) y por lo tanto compromete la selectividad de consolidar el polvo impreso y no impreso.

Durante el funcionamiento del aparato, en una máquina de sinterización de alta velocidad, por ejemplo, el espacio de trabajo se llena con humos de tinta y polvo, que se depositan en cualquier superficie y se acumulan, volviéndolos opacos o incluso negros. Dentro de una envoltura cilíndrica alrededor del eje de la lámpara 114, definido por la potencia de la lámpara, toda o al menos una cantidad significativa de materia orgánica se piroliza debido a la alta temperatura de la lámpara, impidiendo que se asiente y acumule sobre las superficies ubicadas dentro de esta envoltura. Esta envoltura se denomina aquí como el frente de vaporización 112 de la lámpara 110, como se indica por ejemplo en la Figura 2A, dentro de la cual, en una atmósfera que contiene oxígeno por ejemplo (como puede ser típicamente el caso en una impresora de sinterización de alta velocidad), las temperaturas para lograr la pirólisis del polvo de polímero pueden necesitar ser 300 °C o superior. Se debe señalar que el frente de vaporización 112 es una función de la potencia de la lámpara, de manera que, en dependencia del tipo de lámpara y/u operación de la lámpara, el tamaño de la parte frontal puede cambiar. Durante una etapa de sinterización en un ciclo de trabajo alto (por ejemplo, 100 % para una lámpara de 3000 W), el frente de vaporización puede extenderse radialmente a 200 mm o menos desde el eje de la lámpara.

En el aparato mostrado en la Figura 1, la radiación de la lámpara reflejada por el protector, o la radiación reflejada de nuevo desde la superficie del lecho de construcción sobre la o las superficies internas del protector y reflejada hacia arriba, es capaz además de irradiarse libremente lejos de la superficie de protector. Sin embargo, la radiación no puede alcanzar directamente al menos las superficies más cercanas del carro 30 ya que el protector 120 bloquea la radiación directa de la lámpara, o la radiación reflejada desde la superficie del lecho de construcción hacia la o las superficies internas del o de los protectores, para alcanzar las superficies más cercanas del carro.

En un aparato para la formación de objetos tridimensionales, |x| es la dirección de desplazamiento del carro, z es la altura vertical hacia arriba desde la superficie del lecho de construcción 12 e y (en la página de la Figura 1 y la Figura 2A) es la dirección de alargamiento de la lámpara y el protector, de manera que el eje de la lámpara 114 es paralelo al eje y.

Protectores individuales inclinados y curvados

No es esencial, cuando se monta en el carro 30, que la superficie protectora se extienda esencialmente verticalmente hacia arriba desde la superficie del lecho de construcción 12. Los conjuntos de lámparas 100 que tienen configuraciones y disposiciones alternativas de protectores 120 con respecto a la superficie del lecho de construcción 12 se ilustran en las Figuras 3A y 3B.

En la Figura 3A, el protector 120 es una lámina plana ubicada dentro del frente de vaporización de la lámpara 112. La estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130 que soporta el protector 120 y la lámpara 110 se monta en el carro 30 de manera que las superficies más cercanas del carro que se orientan hacia el protector 120 se localizan fuera del frente de vaporización de la lámpara 112. Cuando se instala en el aparato 1, el protector 120 se extiende hacia arriba en ángulo con la vertical hacia la superficie del lecho de construcción 12, de manera que su borde superior se inclina lejos del eje de la lámpara 114 y hacia el carro, y su borde inferior se inclina hacia el eje de la lámpara 114.

En una variante del protector de la Figura 3A, el protector 120 puede comprender una lámina alargada de una sección transversal cóncava curvada, cuando se ve a lo largo del eje de la lámpara 114, y se dispone dentro del conjunto de manera que la superficie cóncava se orienta hacia la lámpara 110. La sección transversal de curvatura puede describir la sección de un círculo, o puede describir una curva parabólica, o cualquier otra curvatura o forma cóncava. La superficie cóncava no necesita ser una superficie lisa, sino que puede componerse de una serie de tiras alargadas planas discretas unidas entre sí a lo largo de sus bordes alargados adyacentes en ángulo fijo o variable de tira a tira, para formar una sección transversal cóncava curva general. El propósito de la curvatura es guiar la radiación hacia arriba y lejos de la lámpara hacia el espacio de trabajo 4. Cuando puede definirse un enfoque, por ejemplo, secciones transversales circulares o parabólicas, el enfoque de la curvatura puede ser concéntrico con el eje de la lámpara 114, o puede desplazarse del eje de la lámpara 114.

En las implementaciones mostradas en las Figuras 3A y 3B, puede definirse una normalna la superficie protectora orientada hacia la lámpara 110. Tal normalngeneralmente tiene un componente vertical distinto de cero. El componente vertical distinto de cero hace que la radiación de la lámpara se dirija hacia arriba en ángulos más pronunciados generales en comparación con la radiación reflejada por el protector vertical de la lámina 120 de la Figura 2A (y para la cual el componente vertical de la normal a la superficie protectora es cero). Esto restringe la abertura inferior 150 a través de la cual la radiación puede alcanzar la superficie del lecho de construcción 12, y a través de la cual la radiación directa reflejada de regreso del polvo puede redirigirse hacia arriba y hacia fuera de la abertura superior 140, que se ensancha en comparación con el protector vertical de la Figura 2A. Además, una mayor proporción de radiación de lámpara en comparación con el protector vertical 120 de la Figura 2 se refleja hacia arriba en el espacio de trabajo 4 por el protector 120. Las disposiciones del protector 120 en las Figuras 3A y 3B definen una abertura superior 140 que es mayor que la abertura inferior 150, de manera que se dirige más radiación hacia arriba y lejos de la lámpara 110 en comparación con la radiación que emerge del conjunto 100 de la Figura 2.

Superficie dominante

Se puede pensar que los protectores 120 de las diversas modalidades e implementaciones descritas en la presente descripción comprenden una superficie dominante 122, que puede comprender más del 50 % de la superficie protectora, y que tiene la función principal de dirigir la radiación generada por la lámpara 110 fuera de la abertura superior 140 del conjunto 100, así que, en el aparato, la radiación puede irradiarse sin obstáculos por encima de la abertura superior 140 hacia el espacio de trabajo 4 y lejos del lecho de construcción 16 para eliminar el calor de la vecindad de la lámpara 110. La superficie dominante 122 se dispone además para reflejar cualquier radiación de lámpara directa, y cualquier radiación de lámpara reflejada de nuevo desde la superficie del lecho de construcción 12 hacia la abertura inferior 150, hacia y fuera de la abertura superior 140. Por lo tanto, a diferencia de las carcasas reflectoras enfocadas hacia abajo convencionales usadas con lámparas infrarrojas que enfocan la radiación de la lámpara hacia la superficie del lecho de construcción 12, el conjunto 100 disipa una cantidad sustancial de radiación hacia arriba y lejos de la lámpara 110 en el espacio de trabajo 4.

La superficie dominante 122 puede tener generalmente un borde alargado inferior y superior que define, o contribuye a definir, la extensión de la abertura superior 140 y la extensión de la abertura inferior 150. Además, la superficie dominante 122 puede comprender dos o más superficies de forma o configuración distintas, por ejemplo dos superficies alargadas contiguas a lo largo de uno de sus bordes alargados respectivos y dispuestas en un ángulo entre sí, y donde ambas superficies en combinación tienen la función de disipar la radiación a través de la abertura superior 140 del conjunto de lámparas 100.

Con respecto a los protectores 120 mostrados en las Figuras 3A y 3B, la superficie dominante 122 puede inclinarse con respecto a la vertical, o la superficie dominante puede estar curvada, de manera que la superficie dominante 122 tiene una normal con un componente vertical distinto de cero. En las implementaciones descritas en la presente descripción, es preferible que el área de cualquier superficie inclinada o curvada orientada hacia el lecho de construcción 16 sea lo suficientemente pequeña para evitar que cantidades significativas de radiación secundaria se dirijan a la superficie del lecho de construcción 12.

Volviendo a la Figura 2A, la superficie dominante del protector 120 es simplemente la de un plano alargado que puede describirse como dispuesto como un plano tangente a una envoltura cilíndrica de potencia constante de la lámpara 110. Los bordes superior e inferior de la superficie dominante (en el protector 120), en la dirección longitudinal del protector, se disponen paralelos a la línea de contacto entre el plano del protector y la envoltura. Dado que el protector solo se extiende una cantidad finita perpendicularmente lejos de la línea de contacto en cualquier dirección, puede pensarse que solo parcialmente, y no completamente, limita el espacio a un lado de la lámpara. En otras palabras, cuando se monta en el aparato 1, la lámina no se extiende infinitamente en una dirección vertical lejos de la superficie del lecho de polvo 12.

En el caso de un único protector 120 que tiene una lámina plana alargada como superficie dominante 122, por lo tanto, la lámpara 110 puede montarse en la estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130 de manera que la superficie plana dominante 122 del protector forma un plano tangente a la superficie de una envoltura de potencia constante cilíndrica centrada alrededor del eje de la lámpara 114. Opcionalmente, la superficie dominante plana 122 puede extenderse en diferentes cantidades a cualquier lado de la línea de contacto entre el plano tangente y la envoltura de potencia constante. En otras palabras, la lámpara 110 se localiza más cerca de un borde alargado de la superficie plana. Cuando el conjunto se monta en el carro 30 dentro del aparato 1, esto puede significar que la lámpara 110 se localiza más cerca de la abertura inferior 150 que de la abertura superior 140.

Al montar el protector 120 con respecto al eje de la lámpara 114 de manera que el eje de la lámpara 114 esté más cerca de la abertura inferior 150 del protector 120 que de la abertura superior 140, aumenta el ángulo sobre el cual la lámpara puede irradiar la superficie del lecho de construcción 12.

Dos protectores

En algunas implementaciones, puede proporcionarse un segundo protector 120_2 para extenderse junto con la lámpara 110, en donde la estructura de soporte (por ejemplo, marco) 130 contiene los extremos del segundo protector 120_2, de manera que el segundo protector se extiende paralelo al eje de la lámpara y opuesto al primer protector de manera que la lámpara 110 se localiza entre los protectores. El conjunto de lámpara infrarroja 100 puede comprender por lo tanto la lámpara infrarroja alargada 110 que tiene un eje de lámpara 114, dos protectores alargados 120_1, 120_2 que se extienden paralelos a y a lo largo del eje 114 de la lámpara 110, y una estructura de soporte (por ejemplo, marco) 130 que contiene al menos uno (y preferentemente ambos) de los extremos de la lámpara 110 y de los dos protectores 120_1, 120_2. La estructura de soporte 130 ubica el primer y segundo protector junto a la lámpara 110 y en lados opuestos de la lámpara; en otras palabras, la lámpara 110 se ubica entre los protectores 120_1, 120_2. Los protectores alargados unen al menos parcialmente el espacio a cada lado de la lámpara 110. El conjunto 100 proporciona por lo tanto una abertura inferior 150 debajo de la lámpara 110 y una abertura superior 140 encima de la lámpara 110, de manera que no hay una obstrucción significativa en el espacio por encima y por debajo de la lámpara 110 dentro del conjunto 100. De esta manera, la radiación generada por la lámpara 110 es capaz de irradiar a través de las aberturas superior e inferior 140, 150 y lejos de la lámpara 110 en direcciones no limitadas por los protectores 120_1, 120_2. Proporcionando un segundo protector, la radiación de la lámpara 110 se une parcialmente a ambos lados de la lámpara, 'parcialmente' lo que significa que cualquier protector se extiende solo finitamente perpendicular a la dirección de alargamiento y esto no puede bloquear toda la radiación.

Cuando se monta en un carro 30 en el aparato 1, esto significa que los protectores 120_1, 120_2 pueden disponerse de manera que el protector interno 120_1 bloquee parte de la radiación lateral directa de la lámpara 110 que alcanza cerca de la mayoría de las superficies del carro 30, y el protector externo 120_2 bloquee parte de la radiación lateral directa para alcanzar superficies cercanas de componentes ubicados cerca del lado opuesto de la lámpara 110. Por ejemplo, a medida que el carro 30 se mueve hacia atrás y hacia delante a través de la superficie del lecho de construcción, puede llevar la lámpara 110 a proximidad cercana con otros componentes, tales como componentes ubicados cerca o en posiciones extremas de su recorrido. En algunas implementaciones del aparato 1, el carro 30 puede comprender otro módulo aguas abajo del conjunto de lámparas 100 que necesita protegerse, por ejemplo un módulo de sensor térmico. Cuando el aparato 1 comprende un segundo carro 30 que se mueve independientemente del primer carro 30, y se ubica en el otro lado de la lámpara 110, de manera que cuando el segundo carro 30 se mueve hacia el primer carro 30 (o viceversa) la lámpara 110 se mueve en proximidad cercana del segundo carro y por lo tanto el segundo carro necesita protegerse de la irradiación directa de la lámpara para evitar que se caliente excesivamente. En algún aparato, el conjunto de lámpara 100 puede montarse entre otros componentes en el carro 30, de manera que los dos protectores 120_1, 120_2 pueden configurarse para bloquear parte de la radiación lateral directa de la lámpara 110 que alcanza las superficies más cercanas del carro 30 o los componentes montados en él.

Opcionalmente, en dependencia de la configuración del aparato, el segundo protector 120_2 puede disponerse además, o en su lugar, para limitar la radiación directa de la lámpara que alcanza una ventana del visor en el aparato 1.

Las combinaciones de las diversas variantes de los protectores pueden usarse para los dos protectores en el mismo conjunto. En otras palabras, cualquier variante del protector como se describe en la presente descripción puede aplicarse igualmente a ambos protectores (dispuestos como imágenes especulares); o en conjuntos donde se proporcionan dos protectores, un protector puede representar una variante mientras que el otro protector representa una variante diferente.

Las variantes de los conjuntos de lámparas 100 que comprenden dos protectores se ilustran en las Figuras 4A y 4B. La Figura 4A ilustra una vista en sección transversal de un conjunto de lámpara 100 en el que el eje 114 de la lámpara 110 se extiende paralelo entre dos láminas alargadas planas, formando las superficies dominantes y representando los protectores 120_1 y 120_2. La estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130 ubica los protectores dentro del frente de vaporización de la lámpara 112. La lámpara 110 se ubica de manera equidistante entre las superficies dominantes y, en esta implementación, también más cerca de la abertura inferior 150 (aquí se muestra como la abertura orientada hacia la superficie de lecho de construcción 12) en comparación con la abertura superior 140.

En algunas implementaciones, al menos uno de los protectores puede comprender una superficie dominante que es plana. Las superficies de las láminas planas pueden disponerse paralelas entre sí. En configuraciones alternativas, cada protector puede comprender una superficie dominante y las superficies dominantes de dos protectores no son paralelas entre sí. La lámpara 110 puede ubicarse por la estructura de soporte 130 con su eje 114 paralelo a ambas láminas, y preferentemente centralmente entre las láminas, de manera que el eje de la lámpara 114 es equidistante de cada superficie de la lámina. En algunas implementaciones, el eje de la lámpara 114 puede ubicarse más cerca de la abertura inferior 150 y lejos de la abertura superior 140, o alternativamente parcialmente por debajo de la abertura inferior 150. Al ubicar la lámpara 110 más cerca de la abertura inferior 150, o parcialmente más abajo de ella, aumentan los ángulos extremos en los que la radiación puede emerger de la abertura inferior 150, que también puede denominarse campo visual de la lámpara 110.

En implementaciones alternativas, tales como la que se muestra en la Figura 4B, las superficies dominantes de las dos láminas planas (protectores 120_1 y 120_2) se inclinan entre sí de manera que los bordes inferiores de las láminas están más cerca entre sí que los bordes superiores de las láminas, y de manera que la abertura superior 140 es más grande que la abertura inferior 150.

En otras implementaciones (no se muestran), la superficie dominante puede no ser plana, pero puede comprender o consistir en una sección transversal curvada que tiene una porción cóncava orientada hacia la lámpara 110, similar a la lámina curva descrita con respecto a la Figura 3<b>. Los dos protectores están compuestos cada uno al menos parcialmente de una lámina alargada de sección transversal cóncava curvada, de manera que las superficies cóncavas se orientan hacia la lámpara 110. La sección transversal de curvatura de cada superficie dominante puede describir la sección de un círculo o puede describir una curva parabólica, o cualquier otra curvatura o forma cóncava. La curva no necesita ser una curva suave, sino que puede formarse a partir de una serie de tiras alargadas planas unidas entre sí a lo largo de bordes alargados adyacentes, en ángulo fijo o variable de tira a tira.

Cuando la curvatura puede definirse en términos de un punto focal, el enfoque de línea de la porción curvada (por ejemplo, secciones transversales circulares o parabólicas) puede coincidir con el eje de la lámpara 114, o puede desplazarse del eje de la lámpara 114. En estas implementaciones las diferentes disposiciones de curvatura pretenden lograr una abertura superior 140 a través de la cual la radiación puede salir libremente del conjunto 100 y que puede redirigir la radiación hacia y fuera de la abertura superior 140.

Para dos protectores inclinados y/o curvados dispuestos a cada lado de la lámpara 110, y a diferencia de los dos protectores verticales descritos con respecto a la Figura 4A, la normalna la superficie protectora que se orienta hacia la lámpara 110 tiene un componente vertical distinto de cero. Para los pares de protectores de apertura hacia arriba 120_1, 120_2, tal como el par que se muestra en la Figura 4B, o para un par de protectores dispuestos de manera similar con una porción cóncava curvada, la radiación de la lámpara que no emerge a través de la abertura inferior 150 se dirige hacia arriba a través de la abertura superior 140 en ángulos más pronunciados generales en comparación con la radiación reflejada por los protectores verticales de lámina de la Figura 4A (y para los cuales el componente vertical de la superficie de protector normal a la superficie de protector orientada hacia la lámpara es cero).

El primer protector, es decir, el protector que se va a montar más cerca del carro (también denominado aquí “protector interno” cuando se ubica en el carro), en estos casos comprende una superficie de lámina cóncava o inclinada orientada hacia la lámpara que puede definirse por una o más normalesni a la superficie para la que los componentes x y z son positivos,n1 = (+x, y=0, z). Para el segundo protector, o “protector exterior” cuando el conjunto se monta en el carro, la superficie de la lámina cóncava o inclinada orientada hacia la lámpara puede definirse por una o más normalesn2 a la superficie para la que el componente x es negativo,n2 = (-x, y=0, z).

Ubicación de la lámpara con respecto a los protectores

Independientemente de si el protector tiene una porción plana o cóncava con respecto al eje de la lámpara 114, el eje de la lámpara 114 puede ubicarse más cerca de los bordes inferiores de los protectores y lejos de los bordes superiores de los protectores. Para los protectores que comprenden superficies dominantes que tienen bordes superiores que están más separados que sus bordes inferiores, que definen una abertura superior 140 más grande en comparación con la abertura inferior 150, el eje de la lámpara 114 puede ubicarse cerca, en, o parcialmente por encima del plano que conecta, es decir definido por, los bordes superiores divergentes de las superficies dominantes de los protectores.

Alternativamente, el eje de la lámpara 114 puede ubicarse cerca, en, o parcialmente por debajo del plano de conexión, es decir definido por, los bordes convergentes e inferiores de las superficies dominantes de los protectores. En otras palabras, los bordes superiores de las láminas están más separados entre sí en comparación con los dos bordes inferiores, de manera que la abertura superior 140 es más grande en comparación con la abertura inferior 150. Aunque la abertura superior 140 puede aumentarse de esta manera, el campo visual de la lámpara 110 con respecto a la abertura inferior 150 puede aumentarse al mover la lámpara 110 más cerca de la abertura inferior 150 que a la abertura superior 140, o incluso parcialmente por debajo de la abertura inferior 150, de manera que cuando el conjunto 100 se monta en el aparato 1, un área suficiente de la superficie del lecho de construcción 12 puede recibir radiación de lámpara directa.

Rebordes inferiores hacia fuera

Preferentemente, como se discutió anteriormente, el protector se hace de lámina de metal delgada u otro material delgado que disipa el calor fácilmente. Preferentemente, también tiene un bajo coeficiente de expansión térmica para evitar tensiones de material en el protector a medida que experimenta ciclos de temperatura extremos durante el funcionamiento de la lámpara 110. De esta manera, el protector puede permanecer paralelo a la lámpara 110 durante el ciclo de temperatura. Además, el protector preferentemente tiene una rigidez adecuada para retener su forma durante el movimiento del carro 30. Los protectores hechos de lámina fina pueden flexionarse durante el proceso de construcción de objetos, y puede ser beneficioso proporcionar un reborde de refuerzo a uno o ambos del borde superior y/o inferior alargado del protector. Los ejemplos de un reborde de refuerzo se muestran en las Figuras 5 a 7.

La Figura 5A muestra una sección transversal esquemática del conjunto de lámparas 100 de la Figura 3A, en la que se proporciona un reborde 124 al borde inferior de cada lámina plana 122_1, 122_2 de los respectivos protectores 120_1 y 120_2. La Figura 5B muestra una ilustración tridimensional del conjunto de lámparas 100 de la Figura 5A. Como puede observarse, el reborde 124_1, 124_2 que se extiende desde los bordes inferiores de la superficie dominante respectiva 122_1, 122_2 se inclina hacia fuera con respecto a la lámpara 110. El ángulo y la extensión del reborde 124_1, 124_2 pueden elegirse para proporcionar rigidez a la lámina que forma la superficie dominante 122_1, 122_2 que es suficiente para asegurar que las superficies dominantes 122_1, 122_2 permanezcan paralelas al eje de la lámpara durante los cambios de temperatura. Además, el ángulo del reborde también puede ajustarse para ajustar el campo visual de la lámpara fuera de la abertura inferior 150.

No es necesario que el reborde se proporcione al borde inferior del protector 120. En su lugar, puede proporcionarse al borde superior, como se ilustra en la Figura 6. Esta variante muestra el reborde 124_1, 124_2 que se extiende hacia fuera desde el borde superior de las superficies dominantes 122_1 y 122_2 de los protectores. Otras configuraciones de refuerzo pueden aplicarse igualmente, por ejemplo, una viga ligeramente sobresaliente puede formarse o aplicarse a la superficie del protector de manera que la viga se extienda a lo largo del protector en la dirección de elongación; es decir, el "reborde" puede no formarse a lo largo de uno de los bordes del protector sino a lo largo de una o ambas superficies interna y externa del protector.

En las Figuras 5 y 6, el reborde 124 se muestra como una superficie plana. Sin embargo, el reborde de refuerzo puede ser en cambio una extensión curvada de los bordes inferior y/o superior de las láminas 122_1, 122_2, para lograr el mismo efecto.

En consecuencia, al menos una de los protectores comprende un reborde 124 en ángulo o curvado lejos de un borde superior y/o inferior de una superficie dominante del protector 120 y hacia fuera de la abertura superior 140 y/o abertura inferior 150 respectivamente. El reborde de refuerzo 124 puede proporcionarse a todos o parte de uno o ambos de los bordes alargados de la superficie dominante.

Debe notarse que la “superficie dominante” puede asumir un doble propósito de protector y refuerzo. Por ejemplo, la superficie dominante puede comprender dos láminas alargadas, una lámina superior vertical y una lámina inferior en ángulo unidas al borde inferior de la lámina superior y en ángulo con su borde inferior hacia el eje de la lámpara 114, ambas láminas combinadas que representan el 100 % de la superficie protectora total.

En otras implementaciones, puede proporcionarse un reborde de refuerzo en ángulo horizontal o hacia dentro al borde superior del protector, para restringir aún más la radiación que emerge desde la abertura superior 140 a un cierto intervalo de ángulos. Esto puede ser útil cuando la altura del cabezal por encima del conjunto de lámparas 100 se limita dentro del espacio de trabajo. Un ejemplo de tal implementación se muestra en la Figura 7. Un reborde de refuerzo 124_1, 124_2 se une al borde superior de la lámina respectiva 122_1, 122_2 y se extiende lateralmente hacia dentro sobre una fracción de la distancia de la abertura superior definida por los bordes hacia dentro de los rebordes 124_1, 124_2.

Por lo tanto, al menos uno de los protectores 120 puede comprender un reborde 124 inclinado lejos de un borde superior de una superficie dominante 122 del protector y hacia dentro de la abertura superior 140 por encima de la lámpara 110 para limitar parcialmente el espacio por encima de la lámpara; por ejemplo al menos uno de los protectores puede comprender un reborde 124 en forma de una sección L o T que se extiende horizontalmente hacia fuera desde el borde superior de la superficie dominante del protector, una sección del reborde 124_1, 124_2 que se extiende hacia la abertura por encima de la lámpara 110 para limitar parcialmente el espacio por encima de la lámpara 110. Preferentemente, el reborde orientado hacia dentro 124_1, 124_2 puede disponerse para ubicarse fuera del frente de vaporización y tiene una superficie no reflectora para evitar que la radiación directa de la lámpara se refleje nuevamente en el lecho de construcción 16.

En tales implementaciones, además de limitar el ángulo de radiación que emerge de la abertura superior, la extensión del reborde, similar a los rebordes en ángulo hacia fuera, puede elegirse para proporcionar suficiente rigidez a la lámina, mientras que al mismo tiempo se limita el área superficial presentada a la superficie del lecho de construcción que puede irradiar el polvo blanco con radiación secundaria y solidificarlo parcialmente.

Preferentemente, el protector 120 se localiza al menos parcialmente dentro del frente de vaporización 112 de la lámpara 110 para evitar la acumulación de polvo y niebla de tinta en el protector. Preferentemente, todo el protector 120 se localiza dentro del frente de vaporización 112. Preferentemente aún más, el reborde 124, especialmente cuando se orienta hacia dentro, se dispone para localizarse fuera del frente de vaporización 112.

Apertura superior: grupo de subaberturas y guardas/guardas de espectador

El reborde orientado hacia dentro puede proporcionarse en una disposición alternativa y tener beneficios adicionales. En algunos aparatos donde se requiere un acceso frecuente que puede causar daños a una lámpara desnuda o lesión al usuario, o donde una ventana del visor recibiría una cantidad significativa de la radiación que el conjunto permite irradiar hacia arriba, puede ser beneficioso proporcionar una guarda a la abertura superior 140. Por ejemplo, con referencia a la Figura 8, la abertura superior 140 puede proporcionarse con una serie de puntales de abertura superior transversales 142 separados entre sí a lo largo del borde superior alargado del protector 120 y que se extienden a través de la abertura superior 140, definiendo así un grupo de subaberturas superiores 140_1, 140_2,...

En más detalle, la Figura 8 es una ilustración tridimensional de un conjunto de lámparas 100 que tiene puntales transversales 142 entre los bordes superiores de los protectores 120_1 y 120_2, y que define las subaberturas superiores 140_1, 140_2,... Estos puntales 142, preferentemente del mismo material que la lámina 122 y el reborde 124 del protector 120, tal como una lámina de metal delgada, son con fines protectores y se diseñan para no restringir significativamente que la radiación pase a través de la abertura superior. El área superficial presentada por el reborde 124 y los puntales 142 solo restringe insignificantemente el paso de radiación a través de la abertura superior 140. Preferentemente, los puntales se localizan fuera del frente de vaporización y su superficie orientada hacia abajo se recubre en material absorbente de radiación para evitar que la radiación de la lámpara se refleje hacia abajo hacia la superficie del lecho de construcción 12.

En algunas implementaciones del conjunto de lámpara 100, cada uno de los puntales 142 de la serie de puntales transversales se extiende hacia arriba lejos de la abertura superior para formar una serie de guardas planas 160 que se extienden lejos de la lámpara 110 para permitir que la radiación pase a través de las subaberturas superiores. Un ejemplo de tal implementación se ilustra en la Figura 9A por medio de una representación tridimensional del conjunto de lámparas 100 proporcionado a un carro 30. En este ejemplo, el carro 30 comprende dos conjuntos de lámparas idénticos 100A, 100B a cada lado de un módulo de impresión 38. Los conjuntos 100 son similares a los de la Figura 8, donde los puntales 142 se forman por una serie de guardas 160 montadas paralelas entre sí en la dirección de alargamiento de los bordes superiores de los protectores 120A_1, 120A_2 como se indica para el conjunto 100A (de manera similar para el conjunto 100B). En la Figura, solo es visible el protector exterior 120A_1.

Las subaberturas 140A_1, 140A_2 (no etiquetadas pero equivalentes a las mostradas en la Figura 8) se definen por lo tanto por la separación entre las guardas 160A. Las guardas 160A tienen forma de protuberancias planas que se extienden lejos de la abertura superior 140A a lo largo de una dirección radial, para proteger a un espectador de la radiación directa de la lámpara y evitar que un usuario pueda acceder a la lámpara 110a , o para tocar accidentalmente superficies calientes cerca de la lámpara 110A. Las guardas 160A se fabrican preferentemente de metal delgado para presentar una obstrucción insignificante a la abertura superior. De esta manera, las guardas no restringen significativamente que la radiación pase a través de las subaberturas 140A_1, 140A_2,... de la abertura superior 140A, y no presentan una obstrucción a la radiación que sale de la abertura superior 140A en una dirección verticalmente hacia arriba. El área superficial orientada hacia abajo de las guardas (el borde inferior definido por el grosor de la lámina de la cual se fabrican las guardas) se dispone preferentemente para ubicarse fuera del frente de vaporización. Además, la superficie orientada hacia abajo puede recubrirse con material absorbente de la radiación para evitar que la radiación de la lámpara se refleje hacia abajo hacia la superficie del lecho de construcción 12.

Los protectores 120A, como se muestra para el protector exterior 120A_1, se componen de una superficie dominante 122A_1 y rebordes de refuerzo 124A_1, 124A_2 (no visibles) que se extienden desde los bordes inferiores de la superficie dominante respectiva 122A_1, 122A_2 y se inclinan hacia fuera con respecto a la lámpara 110A. El ángulo y la extensión de los rebordes 124A_1, 124A_2 pueden elegirse para proporcionar rigidez a la superficie dominante 122A_1, 122A_2 que sea suficiente para asegurar que las superficies dominantes 122A_1, 122A_2 permanezcan paralelas al eje de la lámpara durante los cambios de temperatura. Además, el ángulo del reborde también puede ajustarse para ajustar el campo visual de la lámpara 110A fuera de la abertura inferior 150A.

Los componentes del carro 30 se ilustran además en una vista en planta desde abajo en la Figura 9B, que muestra los protectores 120A_1, 120A_2 a cada lado de la lámpara 110 en cada conjunto 100.

Los protectores 120A_1, 120A_2 son idénticos entre sí y se disponen como imágenes especulares entre sí a cada lado de la lámpara 110A. Aunque no es esencial, el conjunto de lámpara 100B es idéntico al conjunto de lámpara 100A, y los protectores 120B_1, 120B_2 son idénticos entre sí y se disponen como imágenes especulares entre sí a cada lado de la lámpara 110B. Por lo tanto, los componentes equivalentes de cada conjunto pueden identificarse reemplazando “A” por “B”.

Por lo tanto, el grupo de subaberturas superiores 140_1, 140_2,... puede proporcionarse mediante una serie de guardas planas 160 montadas en el borde superior de al menos uno de los protectores 120 y a través de la abertura superior 140, creando subaberturas 140_1, 140_2..., en donde la superficie plana de las guardas 160 se extiende lejos de la lámpara 110 en una dirección radial para permitir que la radiación pase sin obstáculos hacia arriba a través de las subaberturas superiores 140_1, 140_2,... Las guardas proporcionan la doble función de fortalecer/endurecer puntales y guardas para espectadores.

La extensión de la radiación de lámpara directa que alcanza una ventana del visor puede adaptarse por la separación y/o extensión hacia arriba de las guardas.

La Figura 9A también ilustra un ejemplo de cómo puede conformarse el borde inferior de las guardas 160 para caer fuera del frente de vaporización de la lámpara 112; en este diseño, los bordes inferiores describen un segmento de un círculo fuera del frente de vaporización y alrededor del eje de la lámpara 114. Adicionalmente, las superficies fuera del frente de vaporización pueden ser absorbentes IR, por ejemplo, negras.

Los puntales 412 o guardas 160 como se describe en la presente descripción no necesitan unirse directamente al/a los protectores. En su lugar, los puntales y/o guardas pueden unirse al carro con respecto al/a los protectores. De esta manera, el/los protectores pueden por lo tanto separarse del carro, independientemente de los puntales o guardas.

La invención descrita en la presente descripción no se limita a ninguna implementación práctica particular en la que se montan la lámpara alargada 110 y el/los protectores alargados 120. Por ejemplo, la lámpara alargada 110 y el uno o más protectores 120 pueden montarse directamente en el carro 30, o en un bastidor del carro. La lámpara puede montarse en una parte diferente del carro o bastidor en comparación con el uno o más protectores. La disposición específica entre la lámpara y el uno o más protectores puede lograrse por lo tanto en diferentes implementaciones prácticas. Las diversas modalidades e implementaciones descritas para el conjunto de lámparas 100 con respecto a las Figuras 2A a 9B se aplican igualmente a la lámpara 110 y al protector(es) cuando se montan individual y/o directamente en el carro 30, donde la funcionalidad del bastidor 130 puede implementarse fácilmente de maneras alternativas en el carro por el experto en la técnica.

En consecuencia, se proporciona un carro de lámpara infrarroja 30 para un aparato para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, el carro que comprende:

una lámpara infrarroja alargada 110 que se extiende a lo largo de un eje de la lámpara 114;

un protector alargado 120 que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara 114, en donde el protector 120 es tal que une al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara; y

una abertura inferior por debajo de la lámpara y una abertura superior por encima de la lámpara, de manera que la radiación generada por la lámpara 110 es capaz de irradiar a través de la abertura inferior 140 y la abertura superior 150 y lejos de la lámpara en direcciones no limitadas por el protector. El protector 120 puede montarse entre la lámpara 110 y una superficie del carro 30.

El carro puede comprender además un segundo protector alargado que se extiende junto a la lámpara y opuesto al primer protector alargado de manera que la lámpara se localiza entre los protectores.

Al menos uno de los protectores alargados 120 puede comprender una superficie dominante como se describe en relación con el conjunto de lámparas 100 que es plana. Cada protector puede comprender una superficie dominante y las superficies dominantes de los dos protectores 120_1, 120_2 pueden ser no paralelas entre sí. Alternativamente, las superficies dominantes de los dos protectores 120_1, 120_2 pueden ser paralelas entre sí. Como alternativa adicional, cada protector alargado puede comprender una superficie plana dominante y las superficies planas dominantes pueden inclinarse entre sí de manera que los bordes inferiores de las superficies dominantes estén más cerca entre sí que los bordes superiores de las superficies dominantes, y de manera que la abertura superior 140 sea más grande que la abertura inferior 150. El eje de la lámpara 114 puede ubicarse en o por encima del plano que define los bordes inferiores de las superficies dominantes de los protectores alargados.

La lámpara y al menos uno de los protectores alargados 120 pueden montarse en el carro de manera que la superficie dominante plana del protector alargado forme un plano tangente a la superficie de una envoltura de potencia constante cilíndrica centrada alrededor del eje de la lámpara.

La superficie dominante plana puede extenderse en diferentes cantidades a cualquier lado de la línea de contacto entre el plano tangente y la envoltura de potencia constante.

Además, o en cambio, al menos una de los protectores puede comprender un reborde inclinado en dirección contraria a un borde superior y/o inferior de la o una superficie dominante del protector y hacia fuera de la abertura superior y/o inferior respectivamente. El reborde puede inclinarse lejos de un borde superior de la superficie dominante del protector y dentro de la abertura por encima de la lámpara para limitar parcialmente el espacio por encima de la lámpara.

La abertura superior puede comprender una serie de puntales transversales 142 que se extienden desde el borde superior de la al menos un protector 120, o entre los bordes superiores de los dos protectores 120_1, 120_2, a través de la abertura superior 140 y que definen un grupo de subaberturas superiores.

Cada uno de los puntales 142 de la serie de puntales transversales puede extenderse hacia arriba lejos de la abertura superior 140 para formar una serie de guardas o protuberancias planas 160 que se extienden lejos de la lámpara para permitir que la radiación pase a través de las subaberturas superiores.

Además de la lámpara anterior 110 (que puede considerarse una “primera” lámpara 110A que se extiende a lo largo de un “primer” eje de lámpara), el carro 30 puede comprender además una segunda lámpara infrarroja alargada 110B, por ejemplo como se ilustra en la Figura 9B, la segunda lámpara 110B que se extiende a lo largo de un segundo eje de lámpara paralelo al primer eje de lámpara; un segundo protector alargado de la lámpara 120B_1 que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del segundo eje de la lámpara, en donde el segundo protector alargado de la lámpara 120B_1 limita al menos parcialmente el espacio a un lado de la segunda lámpara 110B; y una segunda abertura inferior debajo de la segunda lámpara 110B y una segunda abertura superior encima de la segunda lámpara 110B, de manera que la radiación generada por la segunda lámpara 110B es capaz de irradiar a través de la segunda abertura inferior y la segunda abertura superior 140B y lejos de la segunda lámpara 110B en direcciones no limitadas por el segundo protector alargado de la lámpara. Tal carro se ejemplifica en las Figuras 9A y 9B.

El segundo protector alargado de la lámpara 120B_1 puede montarse entre la segunda lámpara 110B y una segunda superficie del carro como se muestra en la Figura 9B, o puede montarse entre la segunda lámpara 110B y un protector de otra lámpara. En la variante mostrada en la Figura 9A y 9B, cada lámpara 110A, 110B se monta entre los dos respectivos protectores alargados 120_1, 120_2, donde uno de los protectores (en los protectores de la Figura 9B 120A_2 y 120B_1) se ubica entre una lámpara respectiva 110 y una superficie del carro. Además, el segundo protector de las respectivas lámparas (en los protectores de la Figura 9B 120A_1 y 120B_2) se ubica de manera que esté presente como parte de un lado hacia fuera del carro 30.

La primera lámpara alargada 110A puede montarse cerca o en uno de los bordes del carro 30 y la segunda lámpara 110B puede montarse en otro borde opuesto del carro. En el aparato 1, estos bordes del carro pueden representar los bordes delantero o trasero del carro cuando está en movimiento, y la segunda lámpara alargada 110B puede montarse cerca o en el otro de los bordes delantero o trasero del carro de manera que el segundo protector alargado de la lámpara 120B_1 se monta entre la segunda lámpara y una segunda superficie del carro.

Como antes, cada protector 120 puede localizarse preferentemente al menos parcialmente dentro del frente de vaporización de la lámpara, y puede formarse a partir de una lámina metálica de grosor constante de entre 0.4 mm y 1 mm de grosor.

Aparato que comprende el conjunto, o el carro que comprende la lámpara y protector(es)

El conjunto de lámpara 100 y el carro 30 que comprenden al menos una lámpara alargada 110 y el respectivo protector alargado 120, y las diversas modalidades e implementaciones del conjunto o de la lámpara en relación con el/los protectores, superficies dominantes, reborde, puntales y protuberancias como se describe con respecto a las Figuras 2A a 9B, son de uso particularmente beneficioso en un aparato de sinterización, o no de conformidad con la invención reivindicada ningún aparato que requiera el uso de una lámpara de tubo alargado infrarroja que de cualquier otra manera calentaría excesivamente los componentes cercanos y, por lo tanto, comprometería la confiabilidad del proceso de construcción. A continuación, la referencia al 'conjunto 100' se aplica igualmente a la lámpara 110 y al/a los protectores 120 que se montan directamente en el carro, independientemente de cómo se montan la lámpara y el/los protectores en el carro. Volviendo a la Figura 1, en consecuencia, un aparato 1 para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación del material en forma de partículas comprende un espacio de trabajo 4, el espacio de trabajo 4 que comprende: una superficie del lecho de construcción 12 de material en forma de partículas dispuesto en una superficie inferior que limita el espacio de trabajo 4, y un techo 60 dispuesto en una superficie superior que limita el espacio de trabajo 4; y un carro 30 al cual se monta el conjunto de lámpara 100 (o al cual se montan la lámpara y protector(es) y otras características opcionales de acuerdo con la presente descripción) y para mover el conjunto de lámpara 100 (o la lámpara y protector(es) y otras características opcionales) a través de la superficie del lecho de construcción 12, en donde la abertura inferior 150 se dispone para pasar, durante el uso, radiación hacia la superficie del lecho de construcción 12 y la abertura superior 140 se dispone para pasar, durante el uso, radiación lejos de la superficie del lecho de construcción 12 hacia el espacio de trabajo 4 y hacia el techo 60. El protector 120 puede ubicarse entre la lámpara 110 y las superficies del carro 30 orientadas hacia la lámpara 110.

La lámpara puede montarse cerca del borde trasero o delantero del carro cuando está en movimiento. Adicional o alternativamente, puede montarse entre diferentes componentes proporcionados en el carro, por ejemplo entre un módulo de impresión 38 y un dispositivo de distribución 36.

La abertura inferior 150 y el eje de la lámpara 114 se disponen preferentemente paralelos a la superficie del lecho de construcción 12. La abertura superior 140 se orienta hacia el techo 60 del aparato que limita el espacio de trabajo verticalmente y, por lo tanto, el espacio por encima de los carros y la superficie de la cama de construcción 12. El espacio de trabajo 4 puede describirse como el espacio en el que se lleva a cabo el proceso de construcción, y proporcionar el intervalo de movimiento de los carros.

Como se describió anteriormente, durante el funcionamiento de la lámpara 110 dentro del aparato 1, el protector 120 puede localizarse preferentemente dentro del frente de vaporización 112 de la lámpara 110, de manera que, durante el funcionamiento de la lámpara, el protector alcanza una temperatura de pirólisis de 300 °C o más. Por ejemplo, la temperatura de pirólisis puede alcanzarse mientras que la lámpara 110 funciona cuando pasa sobre la superficie del lecho de construcción 12, y se enfría por debajo de la temperatura de pirólisis poco después de que la lámpara 110 se apaga después de pasar la superficie del lecho de construcción 12. Durante un proceso de construcción, el ciclo de estar por encima de la temperatura de pirólisis puede ser un ciclo regular, con un período constante entre intervalos sucesivos durante los cuales el protector alcanza una temperatura por encima de la pirólisis, y una duración constante por encima de la temperatura de pirólisis dentro del período.

Para ayudar con el enfriamiento del protector 120 y las superficies cercanas del carro 30, el conjunto (o lámpara y una o dos protectores) pueden montarse además en el carro 30 de manera que exista un espacio entre el protector (interior) y la superficie más cercana del carro orientada hacia el protector. Por ejemplo, este puede ser el chasis del carro al cual puede unirse la estructura de soporte (por ejemplo, bastidor) 130, o puede ser el propio chasis, por ejemplo. Al mantener un espacio entre el carro 30 y el protector, se permite que persista un flujo de convección a través del espacio desde la superficie del lecho de construcción caliente 12 hacia el techo 60. Por lo tanto, la superficie del carro 30 que se orienta hacia la lámpara 110 puede ubicarse junto a uno de los protectores para crear un espacio que permita un flujo de convección, de manera que, durante el funcionamiento de la lámpara 110, la superficie del carro 30 que se orienta hacia la lámpara 110 permanece por debajo del punto de fusión del material en forma de partículas.

Para eliminar el calor generado por la radiación que recibe el techo 60 de la abertura superior 140 del conjunto de lámparas 100, el techo 60 que limita el espacio de trabajo 4 puede comprender un disipador de calor. El disipador de calor puede ser pasivo o activo. Por ejemplo, el techo puede comprender un material conductor térmico y el calor recibido desde la abertura superior 140 del conjunto de lámparas 100 puede simplemente disiparse lo suficiente a lo largo y a través del techo 60 hacia el exterior del aparato 1. De lo contrario, el techo 60 puede comprender además aletas de calor en su superficie externa (en el exterior del aparato 1 y fuera del espacio de trabajo 4), y/o puede comprender tuberías enfriadas por líquido o gas que se conectan térmicamente al espacio de trabajo 4. Adicional o alternativamente, la superficie interna del techo que limita el espacio de trabajo puede recubrirse con un material absorbente IR que es capaz de absorber la radiación desde la abertura superior del conjunto, por ejemplo, la superficie interna del techo puede ser negra. Además, la superficie interna del techo puede comprender aletas o protuberancias que llegan al espacio de trabajo para aumentar la superficie absorbente de la radiación.

Cualquiera de los conjuntos de lámparas 100 descritos anteriormente puede ser adecuado para su uso en el aparato 1. Los conjuntos de lámparas que tienen un protector interno solamente para el montaje entre la lámpara y el carro pueden ser útiles en un aparato en el que el conjunto de lámparas 100 se localiza en un extremo del extremo del carro y no se limita por ningún componente en el lado externo. Un ejemplo de tal aparato se muestra en la Figura 1. En este aparato, con solo un protector 'interior' 120 ajustado al conjunto de lámpara 100, la radiación de la lámpara puede disiparse en una dirección lateral lejos del carro 30 así como también a través de la abertura superior 140 y la abertura inferior 150. En la implementación de la Figura 1, el protector 120 comprende una superficie dominante que es una superficie plana alargada a lo largo y paralela al eje de la lámpara 114. La superficie dominante se extiende verticalmente hacia arriba, perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12, y perpendicular a su dirección de alargamiento. Preferentemente, el aparato 1 comprende una lámpara infrarroja 110, y un protector 12 compuesto predominantemente por una lámina de metal plana alargada que se extiende verticalmente hacia arriba desde la abertura inferior 150 hasta la abertura superior 140. La lámina de metal plana puede disponerse dentro del conjunto de lámparas 100 para extenderse verticalmente hacia arriba desde la superficie del lecho de construcción 12, en una medida para proteger el carro 30 de la radiación directa de la lámpara.

En algunas variantes del aparato 1, puede ser necesario además proteger los componentes en el lado exterior del conjunto de lámparas 100, que requiere un protector exterior además del protector interior. Por ejemplo, el carro en sí mismo puede soportar componentes a cada lado del conjunto de lámparas 100 tal como un módulo de impresión y un módulo de dispositivo de medición tal como un pirómetro. En otras variantes, un segundo carro 30 puede proporcionarse aguas abajo del primer carro 30, de manera que el conjunto de lámparas 100 montado en el primer carro 30 está adyacente al segundo carro 30 durante al menos algunas duraciones del proceso de construcción. A medida que el primer carro 30 mueve la lámpara 110 a través de la superficie del lecho de construcción 12 para consolidar la presente capa de material en forma de partículas, el segundo carro 30 puede seguir estrechamente para extender una capa nueva sobre la capa que la lámpara 110 acaba de consolidar. Por lo tanto, el segundo carro 30 puede necesitar protección por el segundo protector de la irradiación directa de la lámpara 110. En otras implementaciones del aparato, una proporción significativa de la radiación de la lámpara puede alcanzar la ventana del visor de manera que un segundo protector actúa como protección del visor. En algún aparato, por lo tanto, el conjunto de lámpara 100 puede comprender un segundo protector alargado 120_2 que se extiende a lo largo del lado y paralelo al eje de la lámpara y se ubica opuesto al primer protector 120_1. Opcionalmente, el primer y el segundo protector 120_1, 120_2 comprenden las superficies dominantes respectivas 122_1, 122_2 que son planas y, opcionalmente, están hechas de metal.

Adicional o alternativamente, las superficies dominantes planas 122_1, 122_2 de los dos protectores alargados 120_1, 120_2 pueden disponerse dentro del conjunto de lámparas 100 para extenderse verticalmente hacia arriba desde la superficie del lecho de construcción 12 desde la abertura inferior 150 hasta la abertura superior 140.

Alternativamente, al menos una de las superficies dominantes 122_1, 122_2 puede curvarse para presentar una superficie cóncava al eje de la lámpara 114 y disponerse para proporcionar una abertura superior 140 que es más grande en área que la abertura inferior 150. La sección transversal de la curvatura, vista a lo largo del eje de la lámpara 114, puede ser circular o elíptica, u otra forma curva que dirija la radiación directa de la lámpara hacia arriba y hacia fuera de la abertura superior 140. La forma y orientación específicas de uno o más protectores 120 pueden determinarse mediante la disposición de componentes dentro y las dimensiones del espacio de trabajo 4.

Cada uno de los protectores puede comprender dos o más superficies dominantes de forma o configuración distinta, por ejemplo dos superficies alargadas contiguas a lo largo de uno de sus bordes alargados y dispuestas en un ángulo entre sí, y donde ambas superficies en combinación tienen la función de disipar la radiación a través de la abertura superior 140 del conjunto de lámparas 100 y hacia el espacio de trabajo 4.

Opcionalmente, al menos una de los protectores 120 comprende además dos o más subsuperficies alargadas que forman la superficie dominante, en donde el borde alargado inferior o superior de la primera superficie se dispone en un ángulo con respecto a la segunda superficie, de manera que la superficie dominante se abocina hacia fuera con respecto a la lámpara 110 y de manera que la abertura inferior 150 es mayor que la abertura superior 140. Tal configuración puede proporcionar una superficie dominante que tiene un doble propósito de permitir que la radiación pase a través de las aberturas superior e inferior mientras se autoendurece y hace que el protector sea robusto contra la deformación durante ciclos de temperaturas extremas, y para asegurar que las superficies alargadas del protector permanezcan esencialmente paralelas al eje de la lámpara 114.

En algún aparato, el protector puede comprender predominantemente una superficie plana alargada que tiene un borde inferior que se orienta hacia la superficie del lecho de construcción 12 y que está en ángulo hacia dentro de la lámpara 110 de manera que su borde inferior define una abertura inferior 150 que es menor que la abertura superior 140. La superficie plana alargada puede estar compuesta de metal.

Cuando el aparato comprende un segundo protector alargado 120_2 que se extiende a lo largo del lado de la lámpara opuesta al primer protector 120_1, el segundo protector 120_2 también puede comprender una superficie dominante 122_2 que tiene un borde inferior que se orienta hacia la superficie del lecho de construcción 12 y que está en ángulo con su borde inferior hacia dentro del conjunto, de manera que los dos bordes inferiores de los dos protectores 120_1, 120_2 definen una abertura inferior 150 que es más pequeña en área que la abertura superior 140.

La lámpara infrarroja 110 puede comprender un tubo que tiene un revestimiento reflectante a lo largo de parte de la superficie del tubo interno, por ejemplo, que cubre la mitad de la superficie del tubo interno. Cuando se monta en el aparato 1, el revestimiento reflectante está en la porción superior del tubo para reflejar y enfocar la radiación de la lámpara emitida desde la mitad superior de la lámpara 110 a la superficie del lecho de construcción 12. La lámpara 110 se monta en un aparato convencional de manera que el reflector cóncavo se orienta hacia la superficie del lecho de construcción 12 y enfoca la radiación de la lámpara a lo largo de una perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12, verticalmente por debajo de la lámpara 110. En un aparato que tiene un conjunto de lámparas 100, el protector interno 120_1 se une a un lado por el carro 30 mientras que el protector externo 120_2 puede no estar unido por ningún componente fijo, y por lo tanto el protector interno 120_1 se calienta más que el protector externo.

Como se describió anteriormente, el conjunto de lámparas 100 puede ser igualmente útil para el propósito de consolidación así como, o en lugar de, para el propósito de precalentar la capa de polvo.

Con referencia a la Figura 10, una sección transversal esquemática a través de un aparato 1 a lo largo de la dirección de desplazamiento de los carros muestra varios conjuntos de lámparas 100, dos cada uno montado en cada carro 30_1 y 30_2.

El módulo de distribución 36 se proporciona en un primer carro 30_1 entre dos conjuntos de lámparas 100_A y 100_B, y el módulo de impresión 38 se proporciona en un segundo carro 30_2 entre los conjuntos de lámparas 100_C y 100_D.

Durante el movimiento de los carros, por ejemplo con respecto al movimiento del segundo carro en la dirección a través de la superficie del lecho de construcción 12 indicada por la flecha, el conjunto de lámparas 100_D se ubica aguas abajo, y el conjunto de lámparas 100_C se ubica aguas arriba del módulo de impresión 38. El conjunto de lámpara 100_D puede actuar como un conjunto de lámpara de precalentamiento delante del módulo de impresión 38 y el conjunto de lámpara 100_C puede actuar como un conjunto de lámpara de sinterización después del módulo de impresión. Esto significa que, por ejemplo, antes de que el módulo de impresión funcione a través de una capa nueva de polvo para depositar RAM, el conjunto de lámpara de precalentamiento 100_D, lámpara de operación 110 a una energía relativamente menor en comparación con la energía requerida para la sinterización, se hace pasar sobre la superficie del lecho de construcción 12 para precalentar el polvo a una temperatura cercana a la temperatura de sinterización. La lámpara 110 del conjunto de lámparas 100_C, que funciona como una lámpara de sinterización y que opera a una potencia más alta que la lámpara de precalentamiento, puede por lo tanto no tener que impartir tanta potencia para lograr la consolidación del polvo impreso como lo haría si la capa no se hubiera precalentado.

A continuación, el primer carro 30_1 sigue al segundo carro 30_2. El conjunto de lámpara 100_A y 100_B pueden funcionar como conjuntos de lámpara de precalentamiento. El conjunto de lámpara 100_B precalienta la capa recién procesada por el segundo carro, seguido del módulo de distribución 36 que extiende una capa nueva sobre la capa procesada así precalentada. Esto puede mejorar la adhesión entre la capa sinterizada y fresca. El conjunto de lámpara 100_A puede funcionar como un conjunto de lámpara de precalentamiento que precalienta la capa recién distribuida aguas abajo del módulo de distribución 36.

Alternativamente, el conjunto de lámpara 100_B puede operarse como un conjunto de lámpara de sinterización para proporcionar una segunda carrera de sinterización después de la primera carrera de sinterización proporcionada por el conjunto de lámpara 100_C.

Por lo tanto, más de un conjunto de lámpara única 100 puede montarse en más de un carro dentro del aparato 1, y/o más de un conjunto de lámpara 100 puede montarse en el mismo carro para proporcionar una lámpara de sinterización y/o precalentamiento 110. Ambos conjuntos de lámparas tienen al menos un protector interno 120_1 ubicado entre la lámpara y el carro en el que se monta el conjunto de lámparas, y opcionalmente, como se muestra para los conjuntos del aparato ilustrado en la Figura 10, además de protectores externos montados en el lado exterior del carro.

Consideraciones generales

El protector 120 puede comprender más de una subsuperficie de orientación y/o forma específica, y que juntas forman la superficie dominante 122 del protector. Una subsuperficie que contribuye a la superficie dominante puede inclinarse o conformarse de manera diferente a las otras subsuperficies que contribuyen a la superficie dominante. Por ejemplo, la subsuperficie cerca de la abertura inferior 150 puede ser de sección transversal curvada mientras que una subsuperficie cerca de la abertura superior 140 es una subsuperficie plana.

En algunas implementaciones que tienen dos protectores a cada lado del eje de la lámpara, los protectores pueden tener diferentes formas o extensiones verticales entre sí para dirigir la radiación de la lámpara al espacio de trabajo según lo requiera el diseño del aparato. Por ejemplo, el protector interno entre la lámpara y el carro puede ser más alto, en la dirección vertical lejos de la superficie del lecho de construcción 12, que el protector exterior, y/o el protector interno puede tener una superficie dominante plana que se extiende verticalmente y el protector externo una superficie dominante plana en ángulo con respecto a la vertical, donde la dirección vertical, durante el uso, es una dirección esencialmente vertical a la superficie del lecho de construcción 12, de manera que los bordes superior e inferior de los dos protectores (superior e inferior con respecto a la superficie del lecho de construcción en uso, el borde inferior que está más cerca de la superficie del lecho de construcción que el borde superior) define una abertura superior 140 que es más grande que la abertura inferior 150. Pueden preverse otras combinaciones.

Los protectores 120 del conjunto 110, una vez montados en el carro en el aparato 1, pueden extenderse verticalmente, es decir, tener una altura a lo largo de una dirección perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12, a una distancia que es mayor que el diámetro de la lámpara 110. Adicionalmente, la lámpara, cuando se ve a lo largo de una dirección de proyección a lo largo del plano paralelo a la superficie del lecho de construcción 12, se superpone al menos parcialmente con una de las superficies del protector. Además, la altura de los protectores puede tener un componente suficientemente vertical de manera que cualquier radiación de la lámpara que irradiaría directamente el carro 30 o sus componentes, o que emergería de la lámpara sobre al menos su diámetro en la dirección horizontal, se bloquea por la superficie del protector.

Material y grosor, temperaturas

Los protectores de conformidad con las diversas implementaciones descritas se fabrican preferentemente de lámina fina, preferentemente lámina metálica fina, de un grosor entre 1 mm y 0.4 mm. Esto asegura que, en un aspecto, el protector no presente un área superficial sustancial orientada hacia el lecho de polvo y que emita radiación secundaria que puede absorberse por el polvo no impreso. En otro aspecto, el calor no se almacena por el protector ya que su masa térmica es pequeña. Esto significa que la lámina metálica se enfría rápidamente tan pronto como la lámpara 110 se apaga. Preferentemente, los protectores tienen una superficie reflectante. El protector puede permanecer reflectante y limpio instalándolo dentro del frente de vaporización.

La lámina de metal delgada a partir de la cual pueden fabricarse los protectores puede ser aluminio o acero inoxidable, por ejemplo, ya que estos materiales son ambos buenos reflectores IR.

En algunas implementaciones de los conjuntos de lámparas, el protector o protectores pueden montarse en la estructura de soporte (por ejemplo, el bastidor) con un área de contacto mínima para limitar la conducción térmica entre el protector y la estructura de soporte (y por lo tanto entre la estructura de soporte y el carro, una vez montado).

El protector puede fabricarse al menos parcialmente de cerámica térmicamente no conductora. Alternativamente, la superficie del protector que no se orienta hacia la lámpara puede recubrirse con una capa térmicamente aislante; o la superficie externa que no se orienta hacia la lámpara puede ser una cerámica no conductora que tiene una superficie interna recubierta en una capa de metal delgada. Esto puede proteger adicionalmente el carro 30 de las temperaturas extremas que puede alcanzar el protector, por ejemplo cuando no puede mantenerse un espacio que garantice un flujo de convección suficiente para enfriar suficientemente la lámina durante ciertas duraciones del proceso de construcción.

Durante el funcionamiento del aparato, el protector intercepta parte de la radiación de lámpara directa para evitar que las partes adyacentes del carro se calienten excesivamente. La temperatura de sinterización de un polvo de nailon tal como PA11 es de aproximadamente 180 °C o superior en dependencia del grado de polímero. Por lo tanto, el carro se mantiene preferentemente a una temperatura menor que la temperatura de sinterización, por ejemplo menor que 160 °C para PA11, y preferentemente menor que 140 °C o incluso 120 °C. Como la temperatura de sinterización depende del material en polvo, el carro no debe alcanzar temperaturas cercanas al punto de fusión del polvo, Tm, que podría ser tan bajo como 100 °C para poliuretano termoplástico.

Además, el conjunto de lámpara 100 se monta en el carro 30 de manera que el protector protege las partes más cercanas del carro 30 de la radiación directa de la lámpara y de manera que las partes más cercanas del carro 30 pueden estar dentro del frente de vaporización de la lámpara mientras se protege de temperaturas excesivas. Además, puede proporcionarse un espacio suficiente entre el protector y el carro para asegurar el enfriamiento por convección, de manera que la temperatura del carro así como también del protector puedan controlarse adicionalmente.

La ubicación del protector dentro del frente de vaporización 112 proporciona una superficie reflectante del protector durante el funcionamiento del aparato. Aunque esto evita la acumulación de material fundido en el protector, una superficie reflectante es capaz además de redirigir parte de la radiación de la lámpara reflejada de regreso desde la superficie del polvo lejos del protector y hacia el espacio de trabajo 4 anterior.

Para que el protector intercepte suficiente radiación y evite que llegue al carro, el protector del conjunto 100, una vez montado en el carro 30 en el aparato 1, puede extenderse verticalmente, es decir, tener una altura a lo largo de una dirección perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12, que es mayor que el diámetro de la lámpara, y dispuesto con respecto a la lámpara 110 de manera que la radiación de la lámpara que de otra manera irradiaría directamente el carro 30 o sus componentes está bloqueada por la superficie del protector. Opcionalmente, el área cubierta por la lámpara 110 cuando se proyecta a lo largo de una dirección paralela a la superficie del lecho de construcción 12 sobre la superficie del protector, se superpone al menos parcialmente con una superficie del protector.

En algunas implementaciones del aparato 1 cuando tiene una pluralidad de lámparas infrarrojas soportadas en uno o más carros, puede ser conveniente proporcionar un conjunto de lámparas alternativo además del conjunto descrito anteriormente. Tal conjunto alternativo, segundo, puede comprender un deflector de radiación que proporciona la desviación de la energía de radiación para liberar hacia arriba la radiación de la lámpara que no se usa para sinterizar o precalentar, y de manera que pueda controlarse la extensión y/o la dirección de la energía irradiada hacia arriba. Como antes, el deflector de radiación tiene una abertura superior a través de la cual la radiación no usada para la sinterización puede disiparse libremente, lo que reduce o minimiza la cantidad de calor transferido al deflector de radiación, preservando o mejorando así la selectividad. La radiación no usada se redirige al espacio de trabajo por encima de la superficie de trabajo y se aleja de la superficie del lecho de construcción 12, y puede gestionarse más fácilmente a través del área de techo comparativamente grande del aparato.

Un ejemplo del deflector de radiación infrarroja de un segundo conjunto 200 se muestra en una sección transversal esquemática perpendicular al eje de la lámpara 114 (es decir, a lo largo de la dirección y) en las Figuras 11A a 12B. Comenzando con la Figura 11A, el conjunto comprende una lámpara alargada 110 similar o idéntica a la lámpara alargada descrita anteriormente, la lámpara se extiende a lo largo de un eje de la lámpara 114. El deflector comprende un primer espejo 230_1 y un segundo espejo 230_2 que describen secciones de una depresión parabólica lineal con el eje de la lámpara 114 ubicado en la línea focalfde la depresión. Las secciones del primer espejo 230_1 y el segundo espejo 230_2 son secciones opuestas a cada lado de la línea de vérticeVde la depresión parabólica. Una abertura inferior alargada 250 se proporciona cerca de la línea de vérticeVde la depresión de manera que la abertura inferior 250 se extiende en la dirección de la línea de vérticeV.

Por lo tanto, el primer espejo 230_1 puede representar una sección a lo largo de y a un lado de la línea de vértice de una depresión parabólica lineal, de manera que la sección transversal del primer espejo visto por el eje de la lámpara 114 (a lo largo de la dirección y) es parte de una parábola para redirigir al menos una porción de radiación de lámpara “directa” 216 en forma de radiación paralela (redirigida) a través de la abertura superior 240. El primer espejo 230_1 como se muestra en la Figura 11A tiene una sección transversal que se extiende linealmente a lo largo de, y hacia un lado de, la línea de vérticeVde la depresión parabólica. Por ejemplo, la sección puede extenderse hasta la abertura inferior y su borde inferior puede extenderse linealmente y alinearse con, o definir, el borde de la abertura inferior. El borde superior del primer espejo 230_1 puede extenderse paralelo al borde inferior del primer espejo.

Más particularmente, la Figura 11A muestra la radiación de lámpara directa 216 que puede esperarse que emerge de la lámpara 110, y la Figura 11B, mientras que omite algunas de las etiquetas de la Figura 11A por simplicidad pero que se aplican igualmente, muestra la radiación de lámpara directa 216 y la radiación de lámpara redirigida 218. El segundo espejo 230_2 tiene una forma similar al primer espejo 230_1, y se dispone, casi en imagen especular con respecto al plano de simetría 224 de la depresión, opuesto al primer espejo. El plano de simetría 224 comprende la línea de vérticeV.El deflector de radiación representa por lo tanto una porción de un espejo de depresión parabólico lineal, donde las superficies internas a cada lado de la línea de vérticeVse disponen para redirigir la radiación de lámpara directa 216 en forma de radiación paralela 218 fuera de la abertura superior 240 como se muestra en la Figura 11B.

Además, aunque no es esencial, las superficies absorbentes de radiación 260 pueden proporcionarse al deflector de radiación para bloquear parte de la radiación directa 216 para controlar la extensión del f Ov como se define por las dos superficies absorbentes más internas. Las superficies absorbentes son superficies no reflectoras. Pueden tener, por ejemplo, un acabado absorbente de radiación negra al menos sobre superficies que se exponen para recibir radiación infrarroja de la lámpara (ya sea directa o reflejada/redirigida).

En el ejemplo mostrado, el deflector de radiación 100 se inclina con respecto a la superficie del lecho de construcción 12 de manera que el plano de simetría de la depresión parabólica no es perpendicular a la superficie del lecho de construcción. La abertura inferior 250 se desplaza desde la línea de vértice de manera que el plano descrito por la abertura inferior 250 se inclina con respecto a la superficie del lecho de construcción 12. Aunque esto es opcional, puede ser beneficioso en los casos en los que la abertura inferior es para crear un campo visual uniformeFOV(L)que sea simétrico alrededor de la perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12.

Cuando se ve en sección transversal hacia abajo de la ubicación del eje de la lámpara (a lo largo de la dirección y), la abertura superior 240 puede disponerse simétricamente con respecto al plano de simetría de la depresión parabólica lineal de la cual el primer y segundo espejos representan secciones.

El conjunto deflector 200 puede proporcionarse al carro 30 en combinación con proporcionar la lámpara 110 y protector(es) alargado(s) 120 descritos en la presente descripción. Por ejemplo, además de al menos un conjunto de una lámpara 110 y uno o dos protectores alargados 120, el carro puede comprender además un conjunto de lámpara deflectora 200 montado en el carro, el conjunto de lámpara deflectora que comprende un deflector de radiación y una lámpara infrarroja alargada deflectora 110 que se extiende a lo largo de un eje de lámpara deflectora, el deflector de radiación que comprende:

primera y segunda paredes laterales alargadas opuestas; y

una abertura deflectora superior 240 y una abertura deflectora inferior 250 dispuestas para pasar la radiación de la lámpara deflectora al exterior del deflector de radiación;

en donde la primera y segunda paredes laterales alargadas comprenden un primer espejo alargado 230_1 y un segundo espejo alargado 230_2 que se extienden paralelos al eje de la lámpara deflectora y a lo largo de al menos una porción interna inferior de la primera y segunda paredes laterales respectivas;

en donde el eje de la lámpara deflectora se extiende a lo largo y entre el primer espejo 230_1 y el segundo espejo 230_2, cada uno del primer y segundo espejo tiene una superficie cóncava con respecto al eje de la lámpara deflectora; y

en donde el primer espejo 230_1 es un espejo de desviación hacia arriba y se dispone además para ser cóncavo con respecto a la abertura del deflector superior 240 para redirigir al menos una porción de radiación de la lámpara del deflector directo a través de la abertura del deflector superior 240; y

en donde el deflector de radiación se monta en el carro 30 de manera que, durante el uso, la abertura inferior del deflector 250 pasa la radiación hacia la superficie del lecho de construcción 12 y la abertura superior del deflector 240 pasa la radiación hacia el espacio de trabajo 4 y, opcionalmente, hacia el techo 60.

El conjunto deflector 200 puede montarse junto con la primera lámpara 110 de manera que la primera lámpara se extienda paralela a la lámpara infrarroja deflectora 110, en otras palabras, las dos lámparas se extienden una al lado de la otra. El conjunto de lámpara deflectora 200 puede montarse directamente adyacente a un conjunto de la lámpara 110 y uno o dos protectores 120. Adicional o alternativamente, el conjunto deflector puede montarse en el borde opuesto del carro, de manera que, por ejemplo, un módulo de impresión 38 se localiza entre el conjunto deflector 200 y el conjunto de la lámpara 110 y uno o dos protectores 120.

El deflector puede comprender una o más superficies absorbentes de la radiación 260 dispuestas para bloquear la salida de la radiación directa por la abertura superior del deflector 240 en ángulos mayores que un campo visual predeterminado de abertura del deflector superiorFOV,en donde las superficies absorbentes de la radiación 260 son planos paralelos alargados que se extienden en una dirección paralela a los bordes superiores de los espejos y en donde cada superficie absorbente de la radiación 260 tiene una dirección de profundidad elegida para bloquear la salida de la radiación directa por el deflector de radiación en ángulos mayores que el campo visual de abertura del deflector superior predeterminadoFOVmientras permite que la radiación pase en ángulos iguales o menores que el campo visual de abertura del deflector superior predeterminado. Opcionalmente, el primer espejo 230_1 del deflector puede representar una sección a lo largo de y a un lado de la línea de vérticeVde una depresión parabólica lineal de manera que la sección transversal del primer espejo 230_1 cuando se ve hacia abajo del eje de la lámpara deflectora es parte de una parábola para redirigir al menos una porción de la radiación de la lámpara deflectora en forma de radiación paralela a través de la abertura del deflector superior 240 del deflector.

Los soportes de extremo no mostrados pueden conectar los extremos de las paredes laterales (los espejos 230_1,230_2 en este caso) del deflector. Los soportes de extremo pueden tener la forma de una placa o de puntales de soporte, o uno o más soportes. Alternativamente, el deflector puede montarse directamente en un bastidor en el carro, por sus extremos o de cualquier otra manera, y la lámpara 110 puede montarse en el deflector o puede montarse por separado en el bastidor del carro o estructura similar.

El carro 30 como se describió, que comprende uno o más conjuntos de una lámpara alargada 110 y uno o dos protectores 120, y opcionalmente el conjunto de lámpara deflectora 200, puede proporcionarse al aparato descrito anteriormente 1.

Puede ser preferible alinear las superficies absorbentes 260 de manera que sean paralelas entre sí y más paralelas a la dirección de la radiación redirigida 218, es decir paralelas al plano de simetría de la depresión parabólica lineal de la cual los dos espejos 230_1,230_2 representan secciones. En dependencia de la colocación, separación y/o extensión de las superficies absorbentes 260, cualquier radiación con lámpara directa no paralela 216 puede bloquearse esencialmente para que pase a través de la abertura superior 240, mientras que cualquier radiación redirigida y predominantemente paralela 218 puede pasar entre las superficies absorbentes. Las superficies absorbentes 260 pueden localizarse preferentemente fuera del frente de vaporización de la lámpara 112 para asegurar que permanezcan absorbentes.

Por lo tanto, mediante el uso del conjunto deflector de lámpara 200, la direccionalidad de la radiación puede controlarse y la dispersión angular que define el campo visualFOVpuede ser igual o al menos cercana a cero. Esto puede ser, por ejemplo, útil cuando ciertas ubicaciones o elementos en o cerca del techo 60 del espacio de trabajo 4 se van a proteger de recibir radiación desde la abertura superior, por ejemplo, la radiación fuerte emitida desde la lámpara 110 cuando está en modo de sinterización.

En lugar de que ambos espejos representen una sección cada uno de una depresión parabólica lineal, solo el primer espejo 230_1 puede formar una sección de una depresión parabólica lineal. El segundo espejo 230_2 puede tener una curvatura cóncava lineal alrededor del eje de la lámpara 114, es decir, que se extiende linealmente a lo largo y paralelo al eje de la lámpara y se curva alrededor del eje de la lámpara. La Figura 12A es una sección transversal esquemática de una variante del deflector de radiación, que se muestra perpendicular al eje de la lámpara 114 (es decir, a lo largo de la dirección y) de la lámpara 110. La línea focal del espejo parabólico 230_1 coincide con el eje de la lámpara 114. El segundo espejo 230_2 puede ser una sección de un espejo cilíndrico lineal con su línea focal coincidente con el eje de la lámpara 114. Esto significa que cualquier radiación directa 216 de la lámpara se refleja de nuevo por el espejo cilíndrico 230_2 sobre el eje de la lámpara 114. Como ilustra la Figura 12B, cualquier radiación de lámpara directa 216 que alcanza el primer espejo (depresión parabólica lineal) 230_1 se redirige como radiación infrarroja paralela fuera de la abertura superior 240.

En esta variante, el segundo espejo 230_2 actúa además como un limitador de radiación similar a las superficies absorbentes, aunque esto se logra por reflexión en lugar de absorción. El borde superior del segundo espejo delimita la dispersión angular delFOVa un lado de la abertura superior 240. Además, parte de la radiación reflejada puede pasar desde el segundo espejo al primer espejo, ya sea para redirigirse para pasar fuera de la abertura superior 240, o para absorberse por las superficies absorbentes 260.

La dispersión angular delFOVal otro lado de la abertura superior 240 puede delimitarse por superficies absorbentes de radiación 260 dispuestas paralelas a la dirección de la radiación redirigida, es decir paralelas al plano de simetría de la depresión parabólica lineal de la cual el primer espejo 230_1 representa una sección. La descripción anterior de las superficies absorbentes de la radiación 260 puede aplicarse igualmente. El frente de vaporización 112 puede extenderse hasta el borde superior del primer espejo 230_1 y abarca el segundo espejo 230_2.

Con la variante de la Figura 12B, es posible bloquear toda o esencialmente toda la radiación no paralela al extender el borde superior del segundo espejo 230_2 hacia o más allá del plano de simetría 224. Se apreciará que cuando se proporcionan superficies absorbentes de la radiación, la abertura superior 240 se define por la abertura combinada presentada por las subaberturas definidas entre las superficies absorbentes de la radiación 260.

Los espejos 230_1,230_2 del deflector pueden formarse a partir de una lámina de metal delgada de 0.4 a 1 mm de grosor. Esto asegura que los espejos tengan una masa térmica baja y no almacenen calor, mientras que una alta conductividad térmica (por ejemplo, al estar hechos de metal) asegura una rápida disipación del calor. Por ejemplo, el deflector de radiación puede pasar temporalmente a través de flujos de aire más fríos dentro del espacio de trabajo 4 y es capaz de enfriarse rápidamente, o puede perder calor fácilmente tan pronto como se apaga la lámpara.

En el aparato, como se apreciará a partir de la descripción anterior, la dirección de radiación que emerge del primer conjunto 'abierto' 100 a través de la abertura superior 140 puede no estar bien controlada y puede interferir con equipos de medición sensibles, por ejemplo una cámara infrarroja que monitorea la superficie del lecho de construcción.

La Figura 13 ilustra cómo las variantes del conjunto de lámpara deflectora que comprende un deflector de radiación y una lámpara 110 (que se denomina en la presente descripción como una 'lámpara deflectora' para distinguir de la lámpara 110 usada en combinación con uno o dos protectores, aunque estas dos lámparas pueden ser idénticas), cuando se usan por ejemplo para la sinterización, pueden ser beneficiosas para proteger componentes sensibles comprendidos en o dentro del techo del aparato 1 que se ven afectados por la fuerte radiación de una lámpara sinterizada. La Figura 13 es una vista lateral de un aparato 1 en el que se proporciona un conjunto de deflector que comprende un reflector parabólico lineal que comprende dos espejos opuestos 230_1, 230_2 que se posicionan como imágenes especulares entre sí, similares o iguales al deflector ilustrado en las Figuras 11A. Aunque por simplicidad no se muestra un carro 30, ni el conjunto del primer tipo, el conjunto de lámpara deflectora 200 puede montarse en un carro 30 que viaja en la dirección de la flecha. El conjunto de lámpara deflector 200 mostrado se monta de manera que el plano de simetría de la depresión parabólica lineal, del cual el primer y segundo espejos 230_1,230_2 forman secciones de pared lateral, se inclina en un ángulo a con respecto a la perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12 (a lo largo de la dirección z).

La abertura superior 240 (no etiquetada pero similar a la indicada en la Figura 11A) se dispone para emitir radiación esencialmente paralela en un ánguloacon respecto a la perpendicular a la superficie del lecho de construcción 12 mediante el uso de superficies absorbentes de radiación 260 dispuestas como se describió anteriormente en relación con las Figuras 11A y 11B.

Un componente sensible a la radiación 70 se monta en el techo de un rebaje 72 en el techo 60. El componente sensible a la radiación 70 puede ser un sensor que requiere protección contra la radiación de la lámpara emitida desde la abertura superior 240. Para proteger el componente 70, el rebaje 72 en el techo puede diseñarse para tener un anchowy una alturahque garantice que, a medida que el conjunto de lámparas 200 se mueve a través de la superficie del lecho de construcción 12, la radiación paralela que emerge en un ángulo acon respecto a la vertical (dirección z) desde la superficie del lecho de construcción 12 no alcance la superficie superior del rebaje 72 y, por lo tanto, no irradie el componente 70. Esto se logra al establecer el anchow, la alturahy el ángulo deamanera que el ánguloasea mayor quetan-1(p/h).

En el aparato 1, el conjunto de lámpara deflectora 200 puede montarse en el mismo carro 30 al que se monta el primer conjunto 100.

El conjunto deflector 200 puede montarse junto con el primer conjunto 100 de manera que la lámpara infrarroja 110 del primer conjunto 100 se extienda paralela a la lámpara infrarroja deflectora 110 del conjunto deflector 200.

Alternativamente, el conjunto de lámpara deflectora 200 puede montarse en un segundo carro 30_2 que se mueve independientemente desde el (primer) carro 30_1 al cual se monta el primer conjunto 100.

El deflector puede comprender además una o más superficies absorbentes de la radiación 260 dispuestas para bloquear la salida de la radiación directa por la abertura superior del deflector 240 en ángulos mayores que un campo visual de abertura superior predeterminado, en donde las superficies absorbentes de la radiación 260 son planos paralelos alargados que se extienden en una dirección paralela a los bordes superiores de los espejos 230 y en donde cada superficie absorbente de la radiación 260 tiene una dirección de profundidad elegida para bloquear la salida de la radiación directa por el deflector de radiación en ángulos mayores que el campo visual de abertura superior predeterminadoFOVmientras permite que la radiación pase en ángulos iguales o menores que el campo visual de abertura superior predeterminadoFOV.

El primer espejo 230_1 del deflector puede representar una sección a lo largo y a un lado de la línea de vérticeVde una depresión parabólica lineal de manera que la sección transversal del primer espejo 230_1 cuando se ve por el eje de la lámpara 114 es parte de una parábola para redirigir al menos una porción de radiación de la lámpara en forma de radiación paralela a través de la abertura superior 240 del deflector.

El deflector puede disponerse de manera que la dirección de la radiación paralela que emerge de la abertura superior 240 forme un ángulo agudo a al perpendicular al techo 60. Cuando la radiación que emerge de la abertura superior del deflector 240 es radiación paralela, el ángulo del perpendicular al techo al"FOV"de la radiación paralela es el ángulo a como se muestra.

Para eliminar el calor generado por la radiación que recibe el techo 60 de la abertura superior 140 de la(s) lámpara(s) 110 montadas en el primer conjunto y/o segundo conjunto, el techo 60 que limita el espacio de trabajo 4 puede comprender un disipador de calor. El disipador de calor puede ser pasivo o activo. Por ejemplo, el techo puede comprender un material conductor térmico de manera que el calor recibido desde la abertura superior 140 del conjunto de lámparas 100 o 200 puede simplemente disiparse lo suficiente a lo largo y a través del techo 60 hacia el exterior del aparato 1. El techo puede enfriarse alternativa o adicionalmente por un refrigerante que fluye a través de tuberías de refrigerante en contacto con el techo. Para que el techo absorba eficientemente la radiación del conjunto de lámparas 100/200, la superficie interna del techo que se orienta hacia el/los carros puede ser absorbente de radiación, por ejemplo, puede ser negra.

El deflector puede tomar cualquiera de las variantes descritas anteriormente en relación con las Figuras 11A a 12B cuando se implementa en el carro 30 (o uno o ambos de los carros 31_1, 30_2) y/o en el aparato 1.

La función de los diversos conjuntos de lámparas 100 puede variar durante el proceso de construcción del objeto, simplemente alterando la potencia de la lámpara 110. La función de precalentamiento puede resultar en un frente de vaporización más pequeño que la función de sinterización. Como resultado, el protector, o protectores, puede necesitar ubicarse más cerca de una lámpara usada únicamente como lámpara de precalentamiento en comparación con la ubicación del/de los protectores con respecto a una lámpara de sinterización, para asegurar que el/los protectores de la lámpara de precalentamiento permanezcan reflectantes. Alternativamente, la potencia de la lámpara de la lámpara de precalentamiento puede aumentarse temporalmente durante el mantenimiento para pirolizar y limpiar los protectores.

El protector exterior puede tener la misma forma y tamaño que el protector interior, sin embargo esto no es esencial y la forma y tamaño relativos dependerán de los requisitos del aparato.

La lámpara infrarroja no necesita ser una lámpara de tubo que abarque la dirección de alargamiento del conjunto. En su lugar, una serie de lámparas IR pueden disponerse para formar una hilera que representa la lámpara infrarroja alargada. Dentro del aparato 1, el propósito de la configuración alargada es abarcar el ancho de la superficie del lecho de construcción 12 para proporcionar irradiación homogénea a todas las partes a lo largo del ancho de la superficie del lecho de construcción 12, y esto puede lograrse mediante una única lámpara o mediante múltiples lámparas que abarcan el ancho de la superficie del lecho de construcción 12.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (1) para la formación de objetos tridimensionales mediante consolidación de material en forma de partículas, el aparato (1) que comprende un espacio de trabajo (4), el espacio de trabajo (4) que comprende:

una superficie de lecho de construcción (12) de material en forma de partículas dispuesto en una superficie inferior que limita el espacio de trabajo (4), un techo (60) dispuesto en una superficie superior que limita el espacio de trabajo (4), y un carro (30) dispuesto para moverse a través de la superficie de lecho de construcción (12),

en donde un conjunto de lámparas (100) se monta en el carro (30) y el conjunto de lámparas (100) comprende: una lámpara infrarroja alargada (110) que se extiende a lo largo de un eje de la lámpara (114); y

un protector alargado (120) que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del eje de la lámpara (114), en donde el protector alargado (120) se monta para limitar al menos parcialmente el espacio a un lado de la lámpara (110); caracterizado porque el conjunto de lámpara (100) proporciona una abertura inferior (150) debajo de la lámpara y una abertura superior (140) encima de la lámpara (110), de manera que no hay obstrucción significativa en el espacio por encima y por debajo de la lámpara (110) dentro del conjunto de lámpara (100) para permitir que la radiación primaria directa emitida por la lámpara (110), irradie a través de las aberturas (140, 150) y lejos de la lámpara (110) en direcciones no limitadas por el protector (120).

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el protector alargado (120) es un primer protector alargado (120_1), y el conjunto de lámpara (100) comprende además un segundo protector alargado (120_2) que se extiende junto a la lámpara (110) y opuesto al primer protector alargado (120_1) de manera que la lámpara (110) se localiza entre el primer protector alargado (120_1) y el segundo protector alargado (120_2).

3. El aparato de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el protector alargado (120), o el primero y/o segundo protector alargado (120_1, 120_2), comprende una superficie dominante (122) que es plana.

4. El aparato de la reivindicación 2, o la reivindicación 3 cuando depende de la reivindicación 2, en donde cada uno del primer y segundo protectores alargados (120_1, 120_2) comprende una superficie dominante (122), y las superficies dominantes (122) del primer y segundo protectores alargados (120_1, 120_2) son paralelas entre sí.

5. El aparato de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la lámpara (110) se monta en el borde trasero o delantero del carro (30) cuando está en movimiento.

6. El aparato de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la superficie del carro (30) que se orienta hacia la lámpara (110) se ubica junto al protector alargado (120), o junto a uno del primer y segundo protectores alargados (120_1, 120_2), para crear un espacio entre la superficie del carro (30) y el protector alargado (120) que permite un flujo de convección, así que, durante el funcionamiento de la lámpara (110), la superficie del carro (30) orientada hacia la lámpara (110) permanece por debajo del punto de fusión del material en forma de partículas.

7. El aparato de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el protector alargado (120), o el primer y/o segundo protector alargado (120_1, 120_2), comprende predominantemente una lámina de metal plana alargada que se extiende verticalmente hacia arriba desde la abertura inferior (150) hasta la abertura superior (140).

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además el o un segundo protector alargado (120_2) que se extiende a lo largo del lado de la lámpara (110) opuesto al primer protector alargado (120_1), en donde el segundo protector alargado (120_2) comprende predominantemente una superficie dominante plana alargada (122_2) que se extiende verticalmente hacia arriba desde la superficie del lecho de construcción (12) desde la abertura inferior (150) hasta la abertura superior (140).

9. El aparato de la reivindicación 2, o de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 cuando depende de la reivindicación 2, en donde la abertura superior (140) comprende una serie de puntales transversales (142) que se extienden entre los bordes superiores del primer y segundo protectores alargados (120_1, 120_2), a través de la abertura superior (140) y que definen un grupo de subaberturas superiores.

10. El aparato de la reivindicación 9, en donde además cada uno de los puntales (142) de la serie de puntales transversales se extiende hacia arriba lejos de la abertura superior (140) para formar una serie de guardas planas (160) que se extienden lejos de la lámpara (110) para permitir que la radiación pase a través de las subaberturas superiores durante el uso.

11. El aparato de cualquier reivindicación anterior, en donde el conjunto de lámparas (100) es un primer conjunto de lámparas (110A), la lámpara infrarroja alargada (110) es una primera lámpara infrarroja alargada (110A) y el eje de la lámpara (114) es un primer eje de la lámpara; y en donde un segundo conjunto de lámparas (100B) se monta en el carro (30), y el segundo conjunto de lámparas (100B) comprende:

una segunda lámpara infrarroja alargada (110B) que se extiende a lo largo de un segundo eje de la lámpara paralelo al primer eje de la lámpara; y

un segundo protector alargado de la lámpara (120B_1) que se extiende paralelo a y a lo largo de un lado del segundo eje de la lámpara, en donde el segundo protector alargado de la lámpara (120B_1) limita al menos parcialmente el espacio a un lado de la segunda lámpara (110B).

12. El aparato de la reivindicación 11, en donde el segundo protector alargado de la lámpara es un primer protector alargado de la segunda lámpara (120B_1), y el segundo conjunto de lámpara (100B) comprende además un segundo protector alargado de la segunda lámpara (120B_2) que se extiende junto a la segunda lámpara (110B) y opuesto al primer protector alargado de la segunda lámpara (120B_1) de manera que la segunda lámpara (110B) se ubica entre el primer protector alargado de la segunda lámpara (120B_1) y el segundo protector alargado de la segunda lámpara (120B_2),

en donde una abertura inferior (150), a través de la cual pasa la radiación, durante el uso, hacia la superficie del lecho de construcción (12), y una abertura superior (140), a través de la cual pasa la radiación, durante el uso, lejos de la superficie del lecho de construcción (12) hacia el espacio de trabajo (4) y hacia el techo (60), se definen entre el primer protector alargado de la segunda lámpara (120B_1) y el segundo protector alargado de la segunda lámpara (120B_2).

13. El aparato de cualquier reivindicación anterior, en donde el protector alargado (120), o uno del primer y segundo protector alargado (120_1, 120_2), se monta entre la primera lámpara (110A) y una superficie del carro (30).

14. El aparato de la reivindicación 11, en donde el primer conjunto de lámpara (100A) se monta en uno de los bordes delantero o trasero del carro (30), en donde el protector alargado (120), o uno del primer y segundo protectores alargados (120A_1, 120A_2), se monta entre la primera lámpara (110A) y una primera superficie del carro (30), y el segundo conjunto de lámpara (100B) se monta en el otro de los bordes delantero o trasero del carro (30) de manera que el segundo protector alargado de la lámpara (120B_1) se monta entre la segunda lámpara (110B) y una segunda superficie del carro (30).

15. El aparato de cualquier reivindicación anterior, en donde, durante el uso, el protector alargado (120) o los protectores alargados (120_1, 120_2, 120A_1, 120A_2, 120B_1, 120B_2) se localizan al menos parcialmente dentro del frente de vaporización de la lámpara.