具体实施方式

可以理解，本文中提及的竖直或水平参考了增材制造工艺的轴线。特别是，由于粉末床熔融是逐层工艺，水平轴线对应于层的平面(该平面进而由粉末床和支撑件限定)并且竖直轴线垂直于粉末床。

图1中示出了市售的增材制造系统100，本申请人的RenAM 500系列。增材制造系统100包括增材制造设备30和集成粉末处理设备1两者。该增材制造设备包括工艺腔室2，该工艺腔室可经由腔室门3进入，在工艺腔室中使用激光在逐层工艺中熔化粉末床的选择性区域。增材制造工艺通常由计算机控制并且可以具有用于操作者交互的触摸屏接口4。粉末处理设备1被设置在集成柜6中并且可通过检修门进入。粉末处理设备包括料斗12，用于储存供增材制造设备30使用的粉末。料斗12可以经由填充点15被填充粉末，该填充点设有隔离阀14。粉末处理设备包括返回管13形式的入口，用于将未使用的粉末从工艺腔室2返回到料斗12。在料斗12下方设有粉末计量螺杆10，其经由隔离阀8和9供给超声筛7。超声筛用于从粉末中移除过大的颗粒，以便可以将这些颗粒经由金属烧瓶(例如烧瓶18)收集并从机器中移除。可以对不同的材料使用不同大小的筛网。粉末处理设备将被装入料斗中并穿过回收系统的粉末维持在惰性气氛下。粉末处理设备还可以包括针对在工艺腔室和/或粉末处理设备中使用的惰性气体的过滤(但技术人员也将理解，这种过滤可以替代地提供在增材制造设备30中)。图1的示例系统包括第一和第二过滤器17两者，它们从惰性气体气氛中捕获工艺排放物。

美国专利申请US 2019/0001413中已经提出了增材制造系统的另一种配置。该专利申请中描述的系统具有粉末供应设备和粉末回收设备，它们组合形成子组件，该子组件被设计为可互换模块。

根据本发明的实施例的增材制造粉末处理设备1在图2a和2b(它们是相同设备的替代视图)中示出。图2中所示的实施例适用于自含式粉末处理模块，并且可以注意到，它安装在具有脚轮的框架101上，以能够容易地移入到和移出相关联的增材制造设备。应当理解，根据本发明的实施例的粉末处理设备100可以用于具有集成的或可互换的粉末处理设备的系统中并且不受相应限制。

可以注意到，为了清楚起见，图2中省略了粉末处理设备100的一些部件。这些特征，例如管道部分，将是本领域技术人员认为是标准的。此外，技术人员将理解，本发明不限于任何特定的增材制造设备，或者特别是其任何特定的构建腔室，例如增材制造设备可以与上述的RenAM 500系列(并如图1所示)基本上相似，只需进行例行修改即可与图2的粉末处理设备进行操作。

粉末处理设备100包括粉末料仓110，其可以从新鲜粉末入口112和/或经由粉末入口114从增材制造系统的工艺腔室(未示出)接收粉末。料仓110具有在其最下端处的粉末进料器114并朝向粉末进料器逐渐变细以引导其中包含的粉末。粉末料仓在支撑框架101上位于低于工艺腔室的位置的高度(则在入口114正上方的空间中)处，使得其在接收粉末时可通过重力进料。粉末进料器114被布置成使粉末穿过阀进入气体再循环回路120。

气体再循环回路120围绕粉末系统来循环惰性气体。在将惰性气体返回到工艺腔室之前，气体再循环回路还将输出气体(包括工艺中的排放物)从工艺腔室带到过滤系统。本领域技术人员可以理解，气体穿过腔室可以有多个流动路径，以优化排放物去除并维持清洁且光学透明的工艺腔室。例如，RenAM 500系列包括水平跨过粉末床的高体积流量以及来自工艺腔室顶部的喷头式布置的级联气流两者。

气体再循环回路120中的惰性气体流提供了用于携带粉末的动力气流。粉末被粉末进料器114送入回路120中并且被夹带在惰性气体中，使得它从粉末处理设备1的最下部被运送到最上部。有利地，一旦到粉末处理设备1的上部，粉末可以在重力作用下移动。在框架101的顶部处定位有分离器130，其包括呈旋风分离器形式的粉末分离器132和呈超声筛形式的过大颗粒分离器134两者。本领域技术人员将理解旋风分离器132和超声筛135两者可以具有任何方便的设计并且是本领域公知的类型。进一步应当理解，其他分离器布置也是可能的并且可以与本发明的实施例一起使用。所示实施例的粉末分离器包括入口131和出口133，惰性气体和粉末经该入口引入，气体经该出口离开旋风分离器132。应当理解，通向/来自端口131和133的管道为清楚起见已从图2中省略了，但实际上，例如，简单的管道将通过从联接器121延伸到入口端口131来延续再循环回路120。

在旋风分离器132中与粉末分离的气体可以从出口端口133被引导至至少一个过滤器以在气体返回用于工艺腔室中之前进一步去除排放物或污染物。泵(未示出)位于旋风分离器132和过滤器之后但在粉末进料器114之前以推动气体围绕气体再循环回路120。粉末通过旋风分离器132与气体分离并在重力作用下落入分离器130的下一级。旋风分离器132可以被认为限定了最小颗粒尺寸，因为小于由旋风分离器分离的尺寸的颗粒将被气流带走并且不会留在再循环回路中。例如，小于10微米的颗粒可以随着离开旋风分离器132的出口端口133的气流而被去除。可以理解的是，如果粉末输送是通过气动作用以外的方式进行的，则旋风分离器132可以替换为另一种形式的分离器，仅用于去除过小颗粒(无需还分离气体和粉末)。

在离开旋风分离器132之后，过大颗粒随后与粉末分离。例如，粉末可以穿过超声筛134以从粉末中去除过大颗粒。因此，筛限定了留在再循环回路中的最大颗粒尺寸。

如下文将进一步解释的，图2的实施例包括两个料斗140和150，离开分离器130的粉末可以被选择性地引导到这两个料斗并积聚。第一料斗140是“全损”料斗，其布置成收集未被粉末处理设备回收的粉末。因此，全损料斗被用于积聚未使用的粉末，使得未使用的粉末可以经由设置在全损料斗底部的出口阀142从系统中去除。因此，应当理解，全损料斗140通常不是粉末再循环回路的一部分。虽然不立即再循环，但仍期望的是，保持在全损料斗140中的粉末处于惰性气体下。这确保粉末可以随后使用，例如在测试或加工之后，或者供增材制造系统的后续使用，例如用于具有较少限制性材料要求的部件。在这方面，可以注意到，出口142被定位成相对靠近料仓110的上侧壁中的入口112并且在其上方。这使得来自全损料斗140的粉末能够在需要时(通过简单地附接合适的软管)被重新引入粉末再循环回路中，而无需从粉末处理设备中去除或离开其中的惰性气氛。

第二料斗150是粉末分配料斗并且是再循环回路的一部分。粉末分配料斗在其上端处具有入口152，该入口从分离器130的筛134接收粉末。粉末分配料斗150的下端朝向出口154逐渐变细，用于向增材制造设备提供粉末。出口154可以是用于连接到增材制造设备的构建腔室的接口并且可以包括或连接到粉末分配布置。例如，增材制造系统可以具有类似于例如在公开的专利申请WO2010/007396中所示类型的抽屉式粉末分配布置。

参考图3和4，分流阀布置200用于选择性地将粉末再循环回路中的粉末引导至全损料斗140或粉末分配料斗150。阀200由阀体210、可在阀体210内旋转的阀元件240以及用于使阀元件240旋转的致动器230形成。

分流阀200的上端210形成入口214并被附接到旋风分离器132的出口。分流阀的下端具有与超声筛134处于连通的第一出口260和两次通过筛并与全损料斗140处于连通的第二出口270。由于全损料斗(在正常操作中)在粉末再循环回路之外，出口270可以被认为是将从旋风分离器132流出的粉末引导出粉末再循环回路。应当理解，超声筛134位于粉末分配料斗150的入口处。因此，被引导通过出口260的粉末保持在粉末再循环回路中。

阀体210由两个同心柱形壁形成。内壁215和外壁219都与阀的轴线对齐，该阀的轴线也与旋风分离器132的轴线对齐。阀体的上端210被顶板212封闭，该顶板包括阀入口孔口214。类似地，底板222关闭了阀体的下端220。该底板包括一对分别通向出口260和270的孔口226和227。还提供了中心孔223，使得致动器230的主轴231可以进入阀体210的内部。

在内壁215与外壁219之间形成了环形出口空隙218。底板220的孔口226和227在阀体210的周向间隔开(并且相对)的部分处与出口空隙218对齐。内壁215设置有与阀体下端220处的孔口226和227对齐的第一开口216和第二开口217，其提供到出口空隙218的入口孔口。出口空隙218可以通过在内壁215与外壁219之间包括纵向挡板218a被分成多个单独的端口。这种布置将提供物理屏障以确保离开内壁中的开口216或217之一的粉末仅可以离开相应对齐的孔口226或227。替代地，它可能足以依靠所对齐开口中在重力下的流动来引导粉末穿过所对齐的开口。

阀元件240是柱状楔形，其位于阀体210的内壁215内并可在其中旋转。阀元件240的基部242是圆形的并且接合致动器230的主轴231。阀元件240的上表面244从靠近基部242的第一侧245与柱体的轴线成倾斜角度地延伸到相反侧246，在相反侧处阀元件具有其全高。如图4中可见，当第一侧244与内壁215的开口216对齐时，该开口与阀220的内部处于连通。阀元件240的相反侧246阻挡另一个开口217。因此，阀元件旋转180度将打开和关闭相应的孔口，并经由出口空隙218使阀的内部与相应的出口流体连通。上表面244还将提供斜坡表面，用于将粉末流引向敞开的出口。

在使用中，粉末再循环系统可以以连续再循环模式或“全损”模式使用。在连续再循环模式中，阀元件240被定位成使得下侧245与开口216对齐，并且离开旋风分离器132的出口的粉末经由元件240的斜坡轮廓被引导而穿过开口216、经由出口空隙218和孔口226离开分流阀的阀体210。粉末从出口226前进到超声筛133以分离和/或去除任何过大粉末颗粒。筛133直接位于粉末分配料斗150的上方，该粉末分配料斗积聚离开筛的粉末，准备用于重新引入到增材制造设备的工艺腔室中。

为了将设备切换到“全损”模式，只需旋转该阀元件(例如旋转180度)。例如，如果在增材制造设备中制造的制品具有特别严格的材料要求或者如果材料即将发生变化，则可以使用全损模式。致动器230被激活以使阀元件240旋转直到下侧245与开口217对齐。当处于此第二位置时，阀元件的相反侧246阻挡开口216。离开旋风分离器132的出口的粉末经由元件240的斜坡轮廓被引导以穿过开口217、经由出口空隙218和孔口227离开分流阀的阀体210。孔口227与全损料斗140处于流体连通，并且因此在此配置中，离开旋风分离器132的粉末从粉末再循环回路中被去除。

在本发明的另一个实施例中，分流阀200被分流阀400代替，如图5至7所示。分流阀400包括阀体419。阀体419的上端形成入口414并附接到旋风分离器132的出口。阀体419的下端具有与超声筛134处于连通的第一出口460和两次通过筛并与全损料斗140处于连通的第二出口470。由于全损料斗(在正常操作中)在粉末再循环回路之外，出口470可以被认为是将从旋风分离器132流出的粉末引导出粉末再循环回路。应当理解，超声筛134位于粉末分配料斗150的入口处。因此，被引导通过出口460的粉末保持在粉末再循环回路中。

在阀体419内具有呈分隔板415形式的闭合件或阀元件，其被安装成围绕轴线A旋转，使得分隔板415可以从图6所示的第一位置(关闭通向粉末流的第二出口470但允许粉末从入口414流动到第一出口460)旋转到图7中所示的第二位置(关闭通向粉末流的第一出口460但允许粉末从入口414流动到第二出口470)。分隔板415的旋转由致动器驱动，在此实施例中致动器为气动或液压活塞430的形式。因此，为了将设备在粉末再循环模式与“全损”模式之间切换，阀元件415被旋转。根据此第二实施例的分流阀400可以具有优于分流阀200的第一实施例的优点，因为它降低了粉末被困在阀机构中的风险(这可能导致阀卡住)，并且可能制造一个分流阀400，该分流阀不像分流阀200那样高，但仍提供等效的功能。

尽管上面已经参考优选实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。例如，应当理解，虽然上述系统包括两个料斗和具有两个对应出口的一个分流阀，但可以通过增加附加的阀出口和阀元件位置来容纳附加的料斗。

进一步，虽然上述实施例主要被描述为将分流料斗用作“全损料斗”，但技术人员将理解它可以具有其他用途。例如，分流阀可以被用于暂时从粉末再循环回路中分流出粉末，以进行粉末测试或采样。在构建期间的大部分时间，来自分流阀的粉末可以被供给到筛以在工艺中继续使用，但在构建期间的某些时候，分流阀可以将粉末切换到全损料斗以对粉末进行采样，然后切换回来。然后使用者可以从全损料斗中取出粉末样品。这种采样可以周期性地或响应于使用者输入而降低。