旋转式增材制造系统的制作方法

1.本公开涉及用于三维(3d)部件的增材制造系统，尤其涉及用于通过选择地固化和熔化构建材料的层来构建3d部件的旋转式增材制造系统


背景技术：

2.增材制造通常是利用部件的计算机模型制造三维(3d)部件的工艺。增材制造系统的基本操作包括将三维计算机模型切成薄的横截面，将结果转换成二维位置数据，并将数据馈送到控制设备，该控制设备使用一个或多个增材制造技术以逐层的方式制造三维部件。增材制造需要对制造方法的很多不同的方法，例如，包括：熔融沉积成型，喷墨，选择性激光烧结，粉末/粘合剂喷射，电子束熔化，电子照相成像和立体光刻工艺。
3.作为特定示例，在基于选择性激光烧结(sls)的增材制造系统中，通过在包含粉末基构建材料层的部件底座上描绘激光束，以逐层的方式从3d部件的数字表示打印3d部件。对于每一层，激光束绘制粉末层表面上的层的横截面，其烧结或熔化并固化所绘制的图案。完成该层后，系统的平台或部件底座将降低单层增量。然后可以施加新的粉末基构建材料层以覆盖前一层，并且激光束可以穿过新的粉末层以图案化下一层，其也充分地连接到前一层。可以对每个连续层重复该过程。然后，当从部件底座移除3d部件时，将未经激光处理的粉末简单地刷掉或移除，并且所得的3d部件可经历后续处理或清洁。


技术实现要素：

4.本公开的实施例涉及用于以逐层的方式制造3d部件的旋转式增材制造系统。在一些实施例中，该系统包括筒仓支撑件，工具支撑件，多个筒仓和部件形成器。所述工具支撑件覆盖所述筒仓支撑件的第一侧，并且被配置为相对于所述筒仓支撑件绕中心轴线旋转。所述筒仓各自附接到所述筒仓支撑件并且从所述筒仓支撑件的与所述第一侧相对的第二侧沿着中心轴线延伸。所述部件形成器由所述工具支撑件支撑，并配置来在所述工具支撑件相对于所述筒仓支撑件转动期间，以逐层的方式在每个所述筒仓内构建3d部件。
5.在所述系统的一些实施例中，所述部件形成器包括选择性激发装置，所述选择性激发装置被配置来选择地加热在每个筒仓中的构建材料的构建层的部件部分，以形成所述相应部件的层。在一些实施例中，所述选择性激发装置包括多个激光源，所述多个激光源被配置来将电磁能引导至所述构建层的所述部件部分，或者至少一个激光源和激光导向器，所述激光导向器被配置来将从所述至少一个激光源的电磁能引导至所述构建层的所述部件部分。
6.在一些实施例中，所述选择性激发装置包括打印装置和加热装置。所述打印装置被配置为对应于所述部件部分的所述构建层的打印区域供应打印材料。所述加热装置包括至少一个加热元件，所述至少一个加热元件被配置来为所述构建层供热。所述构建层的所述打印区域上的所述打印材料吸收在所述部件部分内的所述热量。所述打印装置的一些实施例包括喷墨头。所述至少一个加热元件的实施例包括红外加热元件、闪光灯、配置为释放
电子束的元件、或其他合适的加热元件。
7.在一些实施例中，从所述选择性激发装置施加到每个构件层的热量的随着距所述中心轴线的径向距离的增加而增加。在一些实施例中，所述选择性激发装置从所述筒仓支撑件沿所述中心轴线位移一段距离，所述距离随着距离所述中心轴线的径向距离的增加而减少。在一些实施例中，从所述选择性激发装置释放的热量随着距离所述中心轴线的径向距离的增加而增加。
8.在一些实施例中，所述部件形成器包括构建层分析器，所述构建层分析器被配置为检测每个构建层的温度和在每个构建层中的所述构建材料的状况中的至少一个。在一些实施例中，使用所述构建层分析器检测所述构建材料的状况包括粉末状况、融化状况或固化状况。在一些实施例中，所述构建层分析器包括至少一个温度传感器，譬如，例如一个或多个红外检测器。在一些实施例中，所述构建层分析器包括多个电容传感器。
9.在一些实施例中，所述系统包括降温单元，所述降温单元配置为给所述工具支撑件降温。在一些实施例中，所述系统包括加热单元，所述加热单元配置为加热所述筒仓支撑件，和/或每个所述筒仓。在一些实施例中，所述系统包括所述工具支撑件和所述筒仓支撑件之间的热绝缘件。
10.在一些实施例中，所述部件形成器包括散布器，所述散布器被配置来在所述工具支撑件相对于所述筒仓支撑件转动时分配位于每个筒仓的构建平面中的构建材料，以形成每个构建层。在一些实施例中，所述散布器包括刀片或刮片。在一些实施例中，所述散布器包括转轮，所述转轮具有贯穿于所述中心轴线的转动轴线。所述散布器的所述转轮可以是圆锥形或圆柱形。
11.在一些实施例中，所述旋转式增材制造系统包括至少一个配置来容纳构建材料的容器，和所述部件形成器包括输送装置，所述输送装置被配置来从所述至少一个容器中的所述构建材料输送至所述散布器。在一些实施例中，所述至少一个容器由所述工具支撑件和/或所述筒仓支撑件支撑。在一些实施例中，每个所述至少一个容器包括用于支撑所述构建材料的基座，和用于使所述基座沿所述中心轴线相对于所述筒仓支撑件移动的电动升降机构。在一些实施例中，每一所述至少一个容器具有位于一对所述筒仓的方位角位置之间的方位角位置。在一些实施例中，所述输送装置包括螺旋推运器。
12.在一些实施例中，所述构建材料包括粉末材料。所述粉末材料的示例性的实施例包括半结晶聚合物，金属或无定形聚合物。
13.在所述系统的一些实施例中，每个所述多个筒仓包括：沿所述中心轴线从所述筒仓支撑件延伸的一个或多个侧壁；以及容纳在所述筒仓的内部的构建压板。所述构建压板配置来沿所述中心轴线相对于所述一个或多个侧壁和所述筒仓支撑件移动。在一些实施例中，所述系统包括至少一个机架，所述至少一个机架配置来驱动每个所述构建压板沿着所述中心轴线相对于所述一个或多个侧壁和所述筒仓支撑件的运动。
14.在一些实施例中，每个所述多个筒仓可移除地附接到所述筒仓支撑件。
15.在一些实施例中，所述多个筒仓中的至少一个包括在所述筒仓的所述内部中并且在所述一个或多个侧壁之间的可移除的插入件。所述可移除的插入件限定容纳所述构建压板的内腔。
16.在一些实施例中，所述系统还包括配置来支撑所述工具支撑件和所述筒仓支撑件
的框架。在一些实施例中，所述工具支撑件被配置来相对于所述框架围绕所述中心轴线转动。在一些实施例中，所述筒仓支撑件被配置来相对于所述框架围绕所述中心轴线转动。
17.提供的本公开内容是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本公开内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或所有缺点的实施方式。
18.除非另有说明，否则此处使用的以下术语具有以下含义：
19.术语“共聚物”是指具有两种或更多种单体物质的聚合物，并且包括三元共聚物(即，具有三种单体物质的共聚物)。
20.术语“至少一个”和“一个或多个”元件可互换使用，并且具有包括单个元件和多个元件的相同含义，并且还可以在元件的最后由后缀“(s)”表示。例如，“至少一种聚酰胺”，“一种或多种聚酰胺”和“聚酰胺(s)”可互换使用并具有相同的含义。
21.术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本公开的实施方案。然而，在相同或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的描述并不意味着其他实施例是无用的，并且不旨在将其他实施例排除在本公开的范围之外。
22.诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”等的方向取向是参考沿3d 部件的打印轴的方向进行的。在打印轴是垂直z轴的实施例中，层打印方向是沿垂直z轴的向上方向。在这些实施例中，术语“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”等基于垂直z轴。
23.当在权利要求中叙述时，术语“提供”，例如用于“提供材料”等，并不旨在要求任何特定的递送或接收所提供的物品。相反，为了清楚和易于阅读的目的，术语“提供”仅用于叙述将在权利要求的后续元件中引用的项目。
24.除非另有说明，否则本文提及的温度基于大气压(即一个大气压)。
25.由于本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量的限制和可变性)，本文使用术语“约”和“基本上”关于可测量的值和范围。
附图说明
26.图1和2分别是根据本公开的实施例的示例性旋转式增材制造系统的示意性侧视图和等距视图；
27.图3
‑
6是示出了本公开的示例性实施例的系统的部分的简化侧视截面图；
28.图7是根据本公开的示例性实施例的散布器的简化仰视平面图；
29.图8是根据本公开的实施例的示例性选择性激发装置的简化剖视图；
30.图9是根据本公开的实施例的示例性工具支撑件的一部分和选择性激励装置的简化顶视图；
31.图10是根据本公开的实施例的示例性选择性激发装置的简化侧视横截面图；
32.图11是根据本公开的实施例的工具支撑件的一部分和示例性选择性激励装置的简化顶视图；
33.图12是根据本公开的实施例的覆盖筒仓的工作区域的示例性加热装置的简化侧视横截面图；
34.图13是根据本公开的实施例的覆盖筒仓的工作区域的示例性构建层分析器的简化侧视横截面图；
35.图14是根据本公开的实施例的示例性筒仓的简化侧视横截面图；
36.图15a
‑
d是根据本公开的示例性实施例的筒仓30的简化横截面视图，筒仓30具有在垂直于中心轴线18或z轴延伸的平面中截取的插入件140；
37.图16是根据本公开的示例性实施例的筒仓旋转机构的简化顶视图。
具体实施方式
38.在下文中参考附图更充分地描述本公开的实施例。使用相同或相似的引用字符标识的元件指的是相同或相似的元件。然而，本公开的各种实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
39.在以下描述中给出了具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施例。例如，电路，系统，网络，过程，框架，支撑件，连接器，电动机，处理器和其他组件可能未示出，或未以框图形式示出，以免不必要的细节模糊实施例。
40.还可以使用流程图图示和框图来描述本公开的实施例。尽管流程图可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新安排操作的顺序。当其操作完成时终止过程，但是可以具有未包括在附图中或本文描述的附加步骤。
41.本公开的实施例涉及旋转式增材制造系统和用于构建3d部件的过程。图1 和2分别是根据本公开的实施例的示例性旋转式增材制造系统10的示意性侧视图和等距视图。
42.系统10包括控制器12(图1)，其表示被配置为执行指令的一个或多个处理器，其可以本地存储在系统10的存储器中或者远程存储在系统10的存储器中，以控制系统10的部件执行本文描述的一个或多个功能。任何合适的专利主题合格的计算机可读介质可以用于存储器，例如，包括：硬盘，cd
‑
rom，光学存储设备或磁存储设备。这种计算机可读介质或存储器不包括暂时波或信号。
43.控制器12的处理器是一个或多个基于计算机的系统的组件。控制器12包括一个或多个控制电路，基于微处理器的引擎控制系统，一个或多个可编程硬件组件，例如现场可编程门阵列(fpga)，和/或用于控制的数字控制光栅成像处理器系统。系统10的组件用于执行本文描述的一个或多个功能。例如，控制器12基于从主计算机或远程位置接收的打印指令以同步方式控制系统10的组件。
44.控制器12通过合适的有线或无线通信链路与系统10的组件通信。控制器 12通过合适的有线或无线通信链路与外部设备通信，例如主计算机或其他计算机和服务器，例如通过网络连接，例如，(例如，局域网(lan)连接)。
45.控制器12使用系统10接收与要构建的3d部件的切片层有关的信息。控制器12控制系统10的部件以执行构建过程，在此期间，部件的切片以逐层的方式被单独构建以打印3d部件。如下面更详细讨论的，在一些实施例中，系统10便于构建过程，在此过程中同时构建多个3d部件。
46.系统10包括筒仓支撑件14和工具支撑件16。支撑件14和16通常为具有圆形(图2)
或其他合适形状的托盘形式。工具支撑件16覆盖筒仓支撑件14 并且被配置为相对于筒仓支撑件14围绕中心轴线18旋转。然而，支撑件14 和16的其他构造也在本公开的范围内。
47.在本说明书中，如图2所示，平行于筒仓支撑件14和托盘支撑件16并且从中心轴线18向外指向的方向被称为径向方向r，平行于筒仓支撑件14和托盘支撑件16的方向并且垂直于径向方向r在这里被称为方位角方向并且垂直于筒仓支撑件14和工具支撑件16的方向在这里被称为垂直方向z。这里使用的术语“径向位置”是指距离中心轴18的特定径向距离处的位置。这里使用的术语“方位角位置”是指相对于预定的参考点的特定方位角的位置。这里使用的术语“垂直位置”指的是在特定点处与中心轴18相交的平面上的位置。
48.如图1所示，筒仓支撑件14和托盘支撑件16由系统10的框架20支撑。托盘支撑件16配置成相对于框架20绕中心轴线18旋转。在一些实施例中，筒仓支撑件14具有相对于框架20围绕中心轴线18的固定方位角位置。在其他实施例中，筒仓支撑件14配置成相对于框架20和工具支撑件16绕中心轴线18 旋转。
49.可以使用任何合适的技术支撑工具支撑件16和/或筒仓支撑件14以绕中心轴线18旋转。在一些实施例中，工具支撑件16附接至连接到框架20的轴22。轴22支撑工具支撑件16以绕中心轴线18旋转。在一些实施例中，筒仓支撑件 14附接至由框架20支撑的轴24。在一些实施例中，轴24支撑筒仓支撑件14 以相对于框架20绕中心轴线18旋转。
50.系统10包括一个或多个马达26和驱动机构28，驱动机构28构造成驱动工具支撑件16和/或筒仓支撑件14相对于彼此和/或框架20绕中心轴线18旋转。该一个或多个驱动机构28可采用任何合适的形式，并且可包括齿轮驱动，皮带驱动其他合适的驱动机构。
51.筒仓支撑件14用作多个筒仓30的支撑结构，在多个筒仓30中构建3d部件。如图1和图2所示，每个筒仓30附接到筒仓支撑件14并且沿着中心轴线 18远离筒仓支撑件14和工具支撑件16延伸。如本文所用，“筒仓”包括具有连续侧壁的结构，该连续侧壁限定内部区域，在该内部区域中构建3d部件，其中筒仓具有比典型3d打印机小得多的体积。在一些实施例中，筒仓30可移除地附接到筒仓支撑件14。也就是说，筒仓30与筒仓支撑件14的附接被配置为允许容易地移除和更换筒仓30，例如用手。在其他实施例中，筒仓30可以固定地附接到筒仓支撑件14。
52.工具支撑件16用作部件形成器32的支撑结构，该部件形成器32被配置为以逐层的方式在每个筒仓30内构建一个或多个3d部件。因此，系统10被配置为同时打印多个3d部件。
53.在一些实施例中，工具支撑件16在整个构建过程中相对于筒仓支撑件14 围绕轴线18沿相同方向连续旋转，例如图2中箭头33所示的方向。在其他实施例中，工具支撑件16在构建过程期间相对于筒仓支撑件在轴线18的相同方向上不连续地旋转。也就是说，工具支撑件16可以以非恒定的速度绕轴线18 旋转和/或可以相对于筒仓支撑件14围绕中心轴线18周期性地旋转。在一些实施例中，工具支撑件16可以在构建过程中周期性地颠倒其相对于筒仓支撑件 14绕轴线18的旋转方向。
54.如上所述，在一些实施例中，筒仓支撑件14相对于框架20具有固定的方位角位置。该筒仓支撑件14在使用部件形成器32在筒仓30内构建一个或多个 3d部件的过程中采用该固定的方位角位置。在完成构建过程之后，筒仓支撑件 14构造成相对于框架20旋转，以调节每个筒仓30的方位角位置，使其与相对于框架20的装载/卸载位置对齐，其中，筒仓30可以从筒仓支撑件14移除。
55.每个筒仓30包括一个或多个侧壁34，侧壁34沿着中心轴线18从筒仓支撑件14延伸，如图3中最佳示出的是系统10的一部分的简化侧剖视图。例如，筒仓30可以是圆柱形的并且包括单个侧壁34，或者筒仓30可以具有矩形或另一个多边形横截面形状。在一些实施例中，一个或多个侧壁的一部分可以由筒仓支撑件14形成。
56.每个筒仓30包括在每个筒仓30的内部38内的构建压板36。构建压板36 具有构建表面40，该构建表面40在构建过程期间支撑构建材料和3d部件44 的构建层42。构建压板36的尺寸根据筒仓30的内部38的横截面积来形成与一个或多个侧壁34的密封，以防止构建材料从筒仓30泄漏。系统10包括一个或者多个的机架机构46，该一个或者多个的机架机构46被配置成在由部件形成器32处理当前顶部构建层42'之后沿中心轴线18(z轴)降低每个构建压板 36相对于筒仓30的侧壁34，以为新的顶部构建层42'腾出空间。该机架机构 46是机动的并且可以采用任何合适的形式。
57.在构建过程期间，如图3所示，当前顶部构建层42'形成在工作区域50的构建平面48中，该构造平面48邻近到每个筒仓30的开口52。最初，构建压板36的表面40升高到与构建平面48相邻的位置，以支撑第一顶部构建层42'。表面40可包括接收第一顶部构建层42'的释放或一次性层。部件形成器32将每个顶部构建层42'处理成处理过的构建层42，其包括对应于3d部件44的切片的部件部分54。部件部分54接合到下面的部件部分54(如果存在的话)。然后，机架机构46沿着中心轴线18或z轴降低构建压板36的一个距离，该距离对应于下一个顶部构建层42'的厚度，并且部件形成器32处理顶部构建层42' 以形成另一个处理过的构建层42，该另一个处理过的构建层42包括3d部件 44的下一个切片的部件部分54。该过程继续，直到3d部件44被打印在筒仓 30中。
58.打印的3d部件可以从筒仓30排出，同时筒仓30保持附接到筒仓支撑件 14，或者在从筒仓支撑件14拆卸筒仓30之后可以从筒仓30移除该部件。在一些实施例中，层42形成部件44可以从其中一个筒仓排出，例如通过降低构建压板36，同时部件44继续构建在剩余的筒仓30中。然后可以在筒仓30中开始新的部件，其中该层42已经被排出。包括部件44的层42从筒仓30移除之后，未用于形成部件部分54的构建层42的构建材料可以与3d部件44分离并在未来的构建过程中使用。
59.本文描述的逐层构建过程可以与其他增材制造技术组合，例如熔融沉积建模，polyjet和/或其他增材制造技术。
60.构建材料可以采用任何合适的形式。在一些实施方案中，构建材料是粉末材料，其中构建材料可以是半结晶聚合物，金属，无定形聚合物，陶瓷，其组合和/或其他合适的材料。当使用系统10用聚合物材料打印3d部件时，构建材料可包括颗粒或长丝填料。
61.系统10的一些实施例包括一个或多个构建材料容器56，每个构建材料容器56被配置为包含构建材料以在构建过程期间使用。在一些实施例中，如图1 至图3所示，容器56由工具支撑件16支撑。在一些实施例中，如图2和3所示，容器56位于工具支撑件16的中心。在一些实施例中，容器56是圆柱形容器，其基本上与中心轴线18同轴。容器56的另外的示例性实施例包括将容器 56定位在工具支撑件16上的非集中位置，并且/或者使用非圆柱形容器56。根据该实施例，构建材料57(图3)通常从容器56的底部58处或附近的位置分配。
62.在一些实施例中，如图1中的虚线，以及图4示出了系统10的一部分的简化剖视图所示，一个或多个构建材料容器56由筒仓支撑件14支撑。在一些实施例中，如图4所示，构建
材料57支撑在位于容器56的内部62内的基座60 上。在一些实施例中，例如图1中所示，一个或多个容器56各自具有在两个筒仓30的方位角位置之间的方位角位置。
63.在一些实施例中，系统10包括输送装置66，该输送装置66用于将构建材料57从容器56输送到部件形成器32。输送装置66可采用任何合适的形式。
64.在一些实施例中，输送装置66包括机构，该机构被配置成沿着相对于中心轴线18的径向路径输送构建材料57，以分配构建材料57，以便由部件形成器 32处理，例如在顶部表面68上，和/或在筒仓30的工作区域50内。在一些实施例中，如图3所示，输送装置66的机构包括螺旋推运器70。在一些实施例中，螺旋推运器70从构建材料容器56沿径向方向延伸，并接近与容器56的底部58相邻的构建材料57。在一些实施例中，螺旋推运器70包含在具有一个或多个开口74的管72中。构建材料57通过一个或多个开口74排出。螺旋推运器70的旋转从容器56驱动构建材料57沿着径向路径将构建材料57排放到顶表面68或工作区域50上以供部件形成器32处理。
65.在一些实施例中，如图4所示，例如当容器56由筒仓支撑件14支撑时，输送装置66包括机动的机架机构76。机架机构76构造成使基座60沿中心轴线18(z轴)相对于容器56移动，以将构建材料57的一部分77升高到筒仓支撑件14的顶表面68上方由部件形成器32进行处理。
66.在一些示例性实施例中，如图1所示，部件形成器32包括散布器80，选择性激励装置82和/或构建层分析器86。在一些实施例中，这些部件各自通过工具支撑件16支撑，并且在构建过程期间与工具支撑件16一起围绕中心轴线 18相对于筒仓支撑件14旋转。
67.散布器80的实施例被配置成分配从输送装置66接收的构建材料57，以在每个筒仓30的工作区域50的构建平面48中形成顶部构建层42'。在一些实施例中，散布器80延伸在径向方向上跨越由每个筒仓30的工作区域50和顶部构建层42'覆盖的径向位置。
68.在一些实施例中，参照图3和图5所示，散布器80包括具有旋转轴线92 的滚轮90。图5是根据本公开的示例性实施例的系统10的一部分的简化剖视图。在一些实施例中，旋转轴线92通常在径向方向上延伸。滚轮90构造成将由输送装置66输送的构建材料57扩展在每个筒仓30的工作区域50中以形成顶部构建层42'。在一些实施例中，如图3和图5所示，辊子90使顶部的顶部表面94变平，使得顶部构建层42'具有沿z轴测量的均匀厚度。在一些实施例中，辊子90将构建材料57压入工作区域50中以形成顶部构建层42'。在一些实施例中，辊子90可以是圆柱形的或圆锥形的(图3)。
69.在一些实施例中，如图4、图6的横截面图和图7所示的工具支架16的仰视平面图所示，散布器80包括刀片或刮刀100。叶片100通常在径向位置上在径向位置上延伸，所述径向位置与工作区域50和开口52的径向位置重叠到筒仓30。在一些实施例中，叶片100沿中心轴线18或z轴朝向筒仓支撑件14和工作区域50延伸。在一些实施例中，刀片100具有凸起的形状，如图7所示。
70.刀片100在相对于筒仓支撑件的相对于工具支撑件16的转动方向33的前侧102上接收构建材料57。例如，构建材料57可以使用图4所示的输送装置 66被输送到刀片100的前侧102，其将构建材料57的部分77升高到筒仓支撑件14的表面68上方。当输送装置66包括用于沿着筒仓支撑件14上方的径向路径输送构建材料57的机构，例如螺旋推运器70，构建材料57可以通过狭槽 106被输送到刀片100的前侧102，例如，如图6所示。
71.在一些实施例中，刀片100使构建层42'的顶表面94变平，使得构建层42' 具有沿z轴测量的均匀厚度，如图6所示。在一些实施例中，刀片100将构建材料57压入工作区域50中以形成顶部构建层42'。
72.在顶部构建层42'已经在给定的筒仓30中形成之后，工具支撑件16相对于筒仓支撑件14的旋转定位选择性激励装置82以处理该层42'。选择性激发装置 82热激发层42'的部件部分以熔化，熔融和/或以其它方式将构建层42'的部分变换成部件部分54，该部件部分54在工具支撑件旋转期间相对于筒仓支撑件14 围绕轴线18形成3d部件44的层。在一些实施例中，选择性激发装置在径向方向上延伸跨越由每个筒仓30的工作区域50和顶部构建层42'覆盖的径向位置的径向位置。选择性激发装置82可采用任何合适的形式。选择性激励装置82 的示例性实施例包括加热元件，打印装置，激光装置和/或其他合适的装置。
73.图8是根据本公开的实施例的示例性选择性激励装置82的简化剖视图。在一些实施例中，选择性激发装置82包括一个或多个激光源110，每个激光源110 配置成释放电磁能量或激光束112以激发顶部构建层42'的部分54'，并将部分 54'变换成部件部分54。在一些实施例中，选择性激发装置82包括多个激光源 110。在一些实施例中，激光源110形成为一排，其穿过工作区域50和开口52 的径向位置延伸到筒仓30。在一些实施例中，激光源110各自定向在不同的径向位置。在一些实施例中，激光源110在工具支撑件16上具有相同或相似(即，在1
‑
5度内)的方位角位置。在一些实施例中，激光源110包括激光源阵列，激光源阵列包括具有相同的径向位置的多个激光源110的和具有相同方位角位置的多个激光源110。公开号为wo2016/085965的专利公开了示例性激光源阵列。
74.当工具支架16相对于筒仓围绕轴线18相对于筒仓支撑件14和顶部构建层 42'旋转以形成部件部分54时，激光源110均被选择性地激活以仅在层42'的部分54'释放激光束112，该层42'的部分54'将被热变换到成部件部分54。
75.在一些实施例中，激光源110直接在顶部构建层42'处释放电磁能或激光束112，如图8所示。或者，激光源110可以通过一个或多个光学元件(例如，镜子，透镜，棱镜等)路由到顶部构建层42'。
76.在一些实施例中，选择性激发装置82包括单个激光源110和激光导向器 114，如图9的工具支撑件16的一部分的简化顶视图所示。在一些实施例中，从激光源110输出的激光束112由激光导向器114在层42'的部件部分54'处引导，如图9中的光束112'所示。在一些实施例中，激光导向器114采用旋转多边形镜(图9)，数字光处理芯片或其他合适装置的形式。当激光导向器114 包括旋转多边形镜时，激光源110被选择性地激活以释放光束112的脉冲，使得旋转多边形镜将光束112的脉冲在构建层42'上的期望位置处反射为光束 112'，如图9中虚线所示的光束112'所示。
77.在一些实施例中，光束112和/或光束112'基本上平行于垂直于中心轴18 延伸的平面。在一些实施例中，选择性激发装置82包括光学器件116(例如，镜子，透镜，棱镜等)将光束112'引导到部分54'，如图9和图10所示，图10 是根据本公开的实施例的示例性选择性激发装置82的简化侧视横截面图。在一些实施例中，光学器件116包括楔形镜，其引导光束112'基本上平行于轴线18 行进并且行进到部件部分54'。
78.图11是工具支撑件16的一部分和示例性选择性激励装置82的简化顶视图，其包括打印装置120和至少一个加热装置122。打印装置120被配置为当工具支撑件16相对于筒仓
支撑件14旋转时在顶部构建层42'的期望部件部分 54'上打印区域125通过打印材料的应用打印图像124，如图11所示。
79.打印装置120可采用任何合适的形式。在一些实施例中，打印装置120在径向方向上在跨越由每个筒仓30的工作区域50和顶部构建层42'覆盖的径向位置的径向位置上延伸。打印装置120包括一个或多个打印头126，例如，打印头126阵列。一个或多个打印头126中的每一个是喷墨头，其配置成使用常规技术将打印材料排出到顶部构建层42'的打印区域125。打印装置120的其他合适形式包括转印装置，其中图像124最初被打印到中间基板(例如，膜，辊等)，然后从中间基板转移到顶部构建层42'。
80.图12是根据本公开的实施例的覆盖筒仓30的工作区域50的示例性加热装置122的侧剖视图。加热装置122构造成将热量施加到顶部构建层42'。
81.该打印材料被选择来吸收由加热装置122施加的热量。顶部构建层42'的顶表面的不接收图像124的区域不吸收从加热装置122的打印区域125排出的热量。打印区域125的额外加热使得相应的构建材料转变成部件部分54并粘合到任何下面的部件部分54，而顶部构建层42'的剩余区域没有接收未熔化的图像 124。
82.加热装置122可采用任何合适的形式，并且可包括一个或多个加热元件 128，加热元件128构造成在工具支撑件16相对于筒仓支撑件围绕中心轴线18 旋转期间将热量施加到筒仓30的工作区域50的顶部构建层42'。在一些实施例中，一个或多个加热元件在径向方向上延伸以覆盖工作区域50和每个筒仓30 的顶部构建层42'。一个或多个加热元件每个元件128可以包括红外加热元件，该红外加热元件释放波长范围内的电磁辐射，该波长范围被调整以便被打印区域125中的打印材料吸收。所述至少一个加热元件中的每一个的另外的示例性实施例包括闪光灯，用于放电电子束的加热元件，卤钨灯泡，激光源或其他合适的加热元件。
83.在一些实施例中，由选择性激发装置82(例如加热装置122)施加到顶部构建层42'的热量或电磁能量随着距中心轴线18的径向距离而变化。通过选择性激发装置82施加到顶部构建层42的热量，随着距中心轴线的径向距离的增加而增加。这允许选择性激发装置82向顶部构建层提供均匀剂量的热能。沿径向改变能量强度可以在工具支撑件16相对于筒仓支撑件14旋转期间，基于它们与轴线18的径向距离不同补偿顶部构建层42'的部分的变化的线性速度。
84.随着与中心轴线的径向距离增加，这种选择性激励装置82排出更多的热量。选择性激发装置82可包括沿径向延伸的多个加热元件，位于距中心轴更大径向距离的加热元件释放更大量的热量或电磁能量。例如，图8中所示的在径向方向上分布的激光源110可以被配置成使得激光源110位于距中心轴线18 更远的位置处的放电束112具有比位于更靠近中心轴线18的激光源更多的能量。类似的配置可以是用于加热装置122的加热元件128(图11)。
85.选择性激发装置82还可包括多个加热元件，这些加热元件释放大致相同量的热能。随着距中心轴线18的径向距离的增加，增加施加到顶部构建层42'的热能可以通过增加径向距离增加的加热元件的数量来实现。例如，加热装置122 可以在增加的径向距离处包括数量增加的加热元件128，如图11所示。类似的配置可用于激光源110和本文所述的其他加热元件和装置。
86.在其他实施例中，选择性激励装置82的加热元件排出相似量的热能，但是从筒仓支撑件14的表面68或顶部构建层42'的表面94移位一段距离，该距离随着距中心轴18的径向距离的增加而增加，如图12所示。远离表面68和94 的加热元件128比加热元件128在距轴线18的更大径向距离处更靠近表面68 和94向下面的表面施加更低剂量的热能。
87.在一些实施例中，可以使用遮蔽物和/或反射部件来控制施加到工作区域50 的顶部构建层42'的热能的剂量。例如，遮蔽物可以阻挡更多的热能排出从选择性激发装置82的一个或多个加热元件以距离中心轴18的更短的径向距离到达顶部构建层42'的部分。反射部件，例如镜子或其他光学部件可以引导更多的热能从选择性激励装置82的一个或多个加热元件以距离中心轴18的更长的径向距离释放到顶部构建层42'的部分。其他技术也可用于在距中心轴18的不同径向距离处向顶部构建层42'提供所需的可变热量剂量的热能。
88.构建层分析器86的实施例被配置为检测每个顶部构建层42'的温度，和/或每个顶部构建层42'中的构建材料的状况。在一些实施例中，控制器12使用所感测的温度或控制使用部件形成器32执行的构建过程的各方面的状况，例如通过选择性激励装置82加热顶部构建层42'的部分，工具支撑件16相对于筒仓支撑件14的旋转速度，或构建过程的其他方面。
89.在一些实施例中，分析器86在径向方向上延伸跨越由每个筒仓30的工作区域50和顶部构建层42'覆盖的径向位置，如图13所示。分析器86可以配置成在选择性激发装置82处理完顶层42'之后对其进行分析。从工具支撑件16的角度看，分析器86可以相对于筒仓支架的旋转运动位于选择性激励装置82的上游。也可以使用其他配置。
90.分析器86可包括温度传感器形式的一个或多个元件130，如图13所示。当工具支撑件16相对于筒仓支撑件14围绕轴线18旋转时，至少一个温度传感器130中的每一个检测顶部构建层42'的下面部分的温度。一个或多个温度传感器130可以是一个红外传感器。也可以使用其他合适的温度传感器。由一个或多个传感器130感测的温度可以由控制器12使用以确定顶部构建层42'中的构建材料的状况，例如层42'中的期望部件部分54'是否已经接收到足够量的热能使粉末状构建材料结晶，熔化或熔合到部件部分54中。
91.在其他实施例中，一个或多个元件130可以是电容传感器。一个或多个电容传感器130每个被配置为检测下面的顶部构建层42'的部分的电容，该部分受到部分中的构建材料的状况的影响，例如构建材料是否是粉末形式，例如，熔化的形式，或固体的融合形式。
92.在一些实施例中，部件形成器32包括平坦化装置136，如图2所示。平坦化装置136被配置成在由选择性激发装置82完成处理之后平坦化或平面化表面 94(图8,10,12)，以在顶部构建层42'中形成部件部分54。这在部件44的构建期间保持构建层42的期望厚度。
93.如上所述，在构建过程之后，未用于形成3d部件44的构建材料可以与3d 部件44分离并且在另一构建过程中重新使用。然而，该构建材料的部分加热会不利地影响其某些性质，例如其结晶，熔化或熔丝温度。因此，期望减少形成构建层42的构建材料的量，和在构建过程期间未使用的构建材料。
94.系统10可选地包括一个或多个插入件140，其可移除地插入在一个或多个侧壁34之间的筒仓30中，如图14所示。筒仓插入件140可以采用任何合适的形式，并且可以使用任何合适的技术附接到筒仓30。插入件140可用于减小筒仓30的内部容积38以适应小的3d部件44。因此，插入件140可用于减少给定构建过程所需的构建材料的量。
95.可选的插入件140可包括构建压板36，其根据插入件140的内部142的横截面面积
确定尺寸以与侧壁形成密封，以防止构建材料从筒仓30泄漏出来。在示例性实施例中，构建压板36位于基本垂直于中心轴18或z轴的平面中。每个插入件140的内部142的横截面形状可以根据需要形成，以容纳待构建的给定部分44。图15a
‑
d是根据本公开的示例性实施例的筒仓30的简化横截面视图，筒仓30具有在垂直于中心轴线18或z轴延伸的平面中截取的插入件140。例如，插入件140的横截面形状可以是圆形(图15a)，椭圆形(图15b)，矩形(图15c)，正方形(图15d)或其他期望的形状。
96.在一些实施例中，系统10包括加热单元150，加热单元150被配置为加热筒仓支撑件14和/或筒仓30，如图1所示。这种加热使筒仓30中的构建材料保持在最佳温度范围内。加热单元150可采用任何合适的形式。在一些实施例中，加热单元150包括一个或多个加热元件，例如电阻加热元件，热灯泡(例如，卤素灯泡)或其他合适的加热元件。加热单元150的加热元件分布在筒仓支撑件14上以提供所需的加热。加热单元150还可包括一个或多个加热元件，其配置成加热每个筒仓30内的构建压板36。
97.在一些实施例中，该系统包括冷却单元152，该冷却单元152被配置为冷却工具支撑件16和/或部件形成器32的部件。冷却单元152通过抵抗在构建过程中进行的发热，而部件形成器32将部件形成器32的部件保持在操作温度范围内。冷却单元152可采用任何合适的形式。冷却单元152可包括一个或多个被动冷却部件，例如散热器，或其他合适的被动冷却部件。冷却单元152可包括一个或多个主动冷却部件，例如风扇，鼓风机，水冷却系统或其他合适的主动冷却部件。冷却单元152的冷却部件可分布在工具支撑件16上方已提供需要的冷却。系统10还可任选地包括位于工具支撑件16和筒仓支撑件14之间的绝缘层154，以减少它们之间的热传递，如图1所示。
98.在一些实施例中，筒仓支撑件14，工具支撑件16以及附接到筒仓支撑件 14和工具支撑件16的部件包含在壳体中。当构建材料57处于粉末形式时，灰尘可能积聚在壳体内，其中灰尘可能不利地影响系统10的组件和使用系统10 执行构建过程。系统10可以包括空气过滤系统160，其是配置为捕获空气中的灰尘。空气过滤系统160可以采用任何合适的形式，例如鼓风机风扇和过滤器。
99.在一些实施例中，系统10包括筒仓旋转机构180，其构造成在筒仓支撑件 14围绕中心轴线18旋转期间使每个筒仓30围绕其对应的中心轴线182旋转。筒仓30围绕其轴线182的旋转与工具支撑件16围绕轴线18在方向33上相对于筒仓支撑件14的旋转同步，使得顶部构建层42'的顶部表面94在筒仓30中基本上平移而不是相对于支撑在工具支撑件16上的部件旋转，例如散布器80，选择性激励装置82，分析器86和/或由工具支撑件 16支撑的其他部件。
100.在一些示例性实施例中，机构180包括围绕每个筒仓延伸的驱动带184和驱动齿轮186。驱动齿轮186与驱动带184相互啮合，并在工具支撑件16相对于筒仓支撑件在方向33上旋转期间沿方向188驱动带184的运动。带184接合筒仓的环190，其可包括齿轮齿，并驱动每个筒仓30绕其轴线182在方向192 上的旋转。驱动齿轮186可由一个或多个马达26驱动(图1)通过合适的机械连杆，例如皮带或齿轮系。皮带184和/或齿轮186可以用齿轮系或其他合适的机构代替。
101.除非另有说明，否则本文所用的术语“约”或“基本上”是指
±
10％，并且符号表示相等，公差为至多10％。本文使用的“示例性”一词意味着“用作示例，实例或说明”。被描述
为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利和/或排除将特征与其他实施例结合。
102.应当理解，为了清楚起见，在单独的实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供，或者适合于本发明的任何其他描述的实施方案。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下不起作用。
103.尽管已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。