CN106794690A - 生成三维物体 - Google Patents

Abstract

一种用于生成三维物体的装置(100)，包括：用于容纳构建材料的支撑物(101)，以及用于容纳打印介质以用于由该装置执行的校准操作的校准平台(103)。校准平台(103)可以在装置以构建操作模式操作时的非校准位置与装置以校准操作模式操作时的校准位置之间可移动。

Description

生成三维物体

背景技术

基于逐层生成三维物体的增材制造系统(additive manufacturing system)已被提出，以作为潜在的产生三维物体的便利方式。

附图说明

为了更好地理解本文所描述的示例，并且为了更清楚地示出这些示例会如何实现，现将仅以非限制性示例的方式来参考以下附图，其中：

图1示出了用于生成三维物体的装置的示例；

图2示出了用于生成三维物体的装置的另一示例；

图3示出了校准平台的示例；

图4a和图4b示出了在打印操作期间发射的构建材料的示例；

图5示出了用于生成三维物体的装置的另一示例；以及

图6示出了生成三维物体的方法的示例。

具体实施方式

生成有形三维物体的过程可包括一系列步骤，这些步骤包括形成构建材料层，将制剂(例如聚结剂和聚结改性剂)选择性地递送至构建材料层的表面的至少一部分，以及将预定水平的能量暂时地施加至构建材料层。暂时地施加能量可引起在其上已递送了或已渗入了聚结剂的构建材料的部分被加热至高于该构建材料的熔点，并且聚结。当冷却时，已聚结的部分变为固态并且形成正在生成的三维物体的一部分。然后可以重复这些步骤以形成三维物体。还可以与这一系列步骤一起使用其他步骤和程序。

在本文所描述的示例中，聚结剂和聚结改性剂可包括可使用任意合适的流体递送机构递送的流体，流体递送机构还称为制剂分配器。在一个示例中，以微滴形式递送制剂。

聚结改性剂可用于各种目的。在一个示例中，可以将聚结改性剂递送至与递送了聚结剂的位置相邻的位置，例如，以帮助减少横向聚结渗漏效应。这可以用于例如改善物体边缘或表面的清晰度或精度，和/或用于减小表面粗糙度。在另一示例中，可以用于使物体特性能够被修改的聚结改性剂可以与聚结剂穿插递送。

在本文所描述的示例中，提到的构建材料可以包括例如是基于粉末的构建材料之类的构建材料。如本文中所使用的，术语基于粉末的材料意在包括干燥的和湿润的基于粉末的材料两者、微粒材料、以及颗粒材料。

用于生成三维物体的装置可在操作期间执行校准步骤，例如，制剂分配器关于正被打印上的构建材料的对准(例如打印头对准)的校准，或者一个打印头相对于另一个打印头的校准，或者颜色校准，或者液滴重量/尺寸校准，或者其他形式的校准。

图1示出了用于生成三维物体的装置100的示例。装置100包括用于容纳构建材料的支撑物101。装置100包括校准平台103，该校准平台103容纳打印介质以用于由该装置所执行的校准操作。

在用于生成三维物体的装置中使用的构建材料包括基于粉末的构建材料的示例中，校准平台103具有的优点是：能够使用打印介质(例如纸张或胶片或其他形式的固态打印介质)实现校准操作，进而避免需要使用非固态打印介质(例如基于粉末的构建材料)来执行校准操作。

在一个示例中，可以在装置以构建操作模式(或打印模式)操作时的非校准位置与装置以校准操作模式操作时的校准位置之间移动校准平台103。

在一个示例中，支撑物101包括用于容纳构建材料的床(bed)或其他表面(例如，当构建材料包括粉末时的粉末床)。因此，在校准操作模式期间，校准平台103可以安装在诸如床之类的支撑物101的上方。在此类示例中，校准平台103可因此移动至校准位置，然后在打印或构建操作之前移开。

注意，装置100可包括未示出的其他部件，例如，用于将构建材料分配到支撑物101上的构建材料分配器、用于将制剂分配到构建材料(或者在使用校准平台时的打印介质)的表面上的制剂分配器、用于加热构建材料层的能量源、用于控制装置的操作的控制器、或其他部件。

在校准操作与将制剂分配在构建材料的表面上的制剂分配器(例如，用于分配聚结剂或聚结改性剂的打印头)的对准有关的示例中，在校准操作模式期间，校准平台103可以移动至例如位于制剂分配器下方(诸如打印头组件下方)的校准位置的校准位置。在此类示例中，在校准操作模式期间，校准平台103可移动至位于容纳构建材料的支撑物101上方的位置。

在一个示例中，代替校准平台103是可移动的，校准平台位于特定位置(例如，在打印区域或打印空间的旁边或者紧邻打印区域或打印空间，诸如在打印区域的至少一部分的旁边或周围)，然后使得制剂分配器(例如打印头)在执行校准操作时能够移动至此校准区域。校准区域可以例如在容纳构建材料的区域旁边形成与用于构建的支撑物相同的支撑物101的一部分，校准区域从而容纳例如纸张或胶片的固态打印介质。在另一示例中，校准平台103是与支撑物101分开的结构。

在示例中，制剂分配器和校准平台因此关于彼此可移动，其中，当执行校准模式时，校准平台103和/或制剂分配器可移动至校准位置或校准区域。

图2示出了用于生成三维物体的装置的另一示例，图示了支撑物101和校准平台103(以及用于图示目的的构建介质102的示例)。

参考图3，此图3示出了校准平台103的示例。校准平台103包括用于在使用期间容纳打印介质的表面105(图3图示了表示可以被容纳的两种不同尺寸的打印介质的虚线，但是请注意，可以容纳任意数量的尺寸的介质)。在一个示例中，打印介质包括非粉末打印介质，例如纸张、或胶片、或其他形式的一些固态基板。

在一个示例中，校准平台103的表面105与容纳构建材料的支撑物101的尺寸大体相同。但是，请注意，校准平台103的表面的尺寸或校准平台103本身的尺寸可以不同于支撑物101的尺寸。在一个示例中，在使用期间，校准平台的表面容纳具有与支撑物101的尺寸大体相同的尺寸的打印介质107。

在另一示例中，在使用期间，校准平台103的表面105容纳具有与支撑物101的尺寸不同的尺寸的打印介质109。

在一个示例中，校准平台103的表面105包括至少一个参考标记(例如，如图3中示出的至少一个参考标记111₁或111₂)以帮助定位表面105上的打印介质(即，相应的打印介质107或打印介质109)，使得打印介质片被放置在校准平台103上的特定位置中。

至少一个参考标记可以是预先打印的标记或标记的集合，或者用于容纳可移除打印介质片的参考结构。

因此，校准平台103的表面105可以包括多个参考标记，其中，每个参考标记涉及以下项中的至少一项：预定的打印介质尺寸；对应的打印介质要被定位的位置；或者特定打印介质针对特定校准操作要被定位的位置。

请注意，根据要执行的校准操作的类型，打印介质的位置和打印介质尺寸可以不同。

可以设置固定机构(未示出)以将打印介质固定至校准平台103，例如在校准操作期间暂时地固定打印介质。在一个示例中，固定机构包括粘合剂部分或粘合剂带，或者磁性支撑物。例如，固定机构可以包括真空带或真空表面，而校准平台包括多个通过其排出空气的孔，以抽吸的方式将打印介质保持在校准平台103的表面105上。

粘合剂部分或粘合剂带可包括校准平台的表面的一部分，或者打印介质本身的一部分，其包括“软”粘合剂，软粘合剂足够强，以在校准操作期间将打印介质保持为紧靠校准平台的表面，但是软粘合剂足够软，从而使得打印介质能够容易地移除。例如，具有与可剥离便签的成分类似的成分的粘合剂。

在一个示例中，打印介质可由例如使用静电力将打印介质保持为紧靠校准平台的表面的材料形成。在此类示例中，打印介质有效地附着于校准平台的表面。

在磁性支撑物的示例中，校准平台103的表面的至少一部分可包括铁材料，磁条放置在校准平台周围以将打印介质保持在位置中。在使用磁性打印材料的示例中，磁条则可以省掉。在另一示例中，校准平台103的表面的至少一部分可以是磁性的，在校准平台的至少一部分的周围使用铁条，以将打印介质保持在位置中。如上所述，使用具有铁微粒的打印介质可避免需要铁条。还可以使用用于将打印介质或其他类型的打印介质保持在位置中的其他系统。

根据一个示例，支撑物101和校准平台103被布置为，使得以校准模式操作时的制剂分配器与打印介质之间的距离(即，制剂分配器至打印介质的距离)与以构建模式操作时的制剂分配器与构建材料之间的距离(即，制剂分配器至构建材料的距离)相同。在示例中，此布置的优点是确保校准模式尽可能接近地表示最终的打印或构建操作，即，滴剂落在与它们本该达到的位置相同的位置。

这可以通过图4a和图4b来图示，其提供了双向打印的示例。从图4a能够看出，当构建材料或制剂(例如，滴剂)在不同方向上从制剂分配器401(例如，打印头)发射到与校准高度405相同的打印高度403时，则在相对方向上发射的滴剂对准地下落。然而，从图4b能够看出，如果校准高度405不同于打印高度403，则在相对方向上发射的滴剂不对准地下落。请注意，在一个示例中，制剂分配器至构建材料之间的距离是已知的，或者是导出的，以将校准高度设置在正确值。因此，在校准平台期间，可将校准平台的表面放置为与构建材料的表面一致。在校准操作期间校准平台被直接放置在构建材料的上方的示例中，可以将制剂分配器升起相应的量，例如以确保在校准操作期间保持相同的距离。

请注意，如本文中所描述的制剂分配器可以包括打印头，例如热打印头或压电打印头。在一个示例中，可以使用诸如在可商业地得到的喷墨打印机中使用的合适打印头之类的打印头。在此情况下，支撑物101和校准平台103被布置为，使得以校准模式操作时的打印头到打印介质的距离与以构建模式操作时的打印头到构建材料的距离相同。

校准平台103关于打印空间的精确定位可以提供精确的基准点，并且可以潜在地提供安全锁止机构，该机构能够有助于确保将校准平台103的表面保持在与构建支撑物101或打印空间床的已知距离处。

在一个示例中，制剂分配器或打印头具有使得它们能够跨在所谓的页宽阵列配置中的支撑构件的整个宽度的长度。在一个示例中，这可以通过多个制剂分配器或打印头的合适的布置来实现。在其他示例中，可以使用具有喷嘴阵列的单个制剂分配器或打印头，该喷嘴阵列具有使分配器或打印头能够跨越支撑构件的宽度的长度。在其他示例中，制剂分配器或打印头可以具有不能使其跨支撑构件的整个宽度的较短的长度。在这样的示例中，制剂分配器或打印头可安装在可移动托架上，以使它们能够沿着页面宽度轴跨支撑构件的长度双向移动。这实现了在单程中跨支撑物101或校准平台103的整个宽度选择性地递送例如聚结剂和聚结改性剂之类的制剂。在其他示例中，可以固定制剂分配器，并且支撑物构件可以相对于制剂分配器移动。

参考图5，在一个示例中，装置100包括控制器113，该控制器113使装置100能够从2D打印机设备复制一些现有校准技术。这种校准技术可以包括例如打印头对准，喷嘴健康检查，颜色或滴剂重量/尺寸校准。

校准平台103可用于执行校准操作，该校准操作包括但不限于：

-制剂分配器的对准(例如用于补偿打印头位置的打印头对准)，和/或在进行打印的装置中在从笔(pen)到纸张/粉末的距离的两个方向上的双向补偿。

-滴剂重量(或尺寸)校准：老化或制造偏差可能修改滴剂重量(或尺寸)，改变图像的最终面貌，或者在这种情况下改变机械特性。

-喷嘴健康：校验打印机系统中的喷嘴的状态，这可用于识别有缺陷的打印头，并且在需要时更换它，或者发送修复动作。

在使用期间，在一个示例中，打印介质(或介质片)被放置在校准平台103上。如上面所提及的，打印介质可以具有与校准平台103的表面105的尺寸相同的尺寸，或者具有与表面101的尺寸相同的尺寸，或者是标准打印介质尺寸。为了将打印介质附着至表面105，可以提供一些形式的固定手段，例如，如之前所述的粘合剂带或磁性支撑物。

在本文所描述的示例中，提供了打印能够进行外部评估的事物的可能性。例如，外部评估可包括视觉评估，例如由此以一形式读取和导入值，或者电子地输入值。示例还可以使待打印的事物用于自动评估，例如，涉及扫描或光感测并且后处理数据以获得校准结果。在这些方法中的任意一种中，可以使用包括例如来自其他打印技术的图像技术和处理技术。

根据上述示例可以看出，可移除平台或校准平台可以设置在构建材料的表面的上方，例如设置在粉末表面的上方，以便能够在校准模式期间在基于非粉末的介质(例如基于纸的介质)上进行打印。在一个示例中，这样做的优点是，已针对其他类型打印机系统开发的任意当前可得的校准技术可被用在用于生成三维物体的装置中。

换言之，本文所描述的示例的优点在于，用于在纸张/胶片介质支撑物上方校准打印系统的已开发的校准技术可以用于校准使用诸如粉末之类的非固态构建材料的三维打印系统。

这些示例可用于参数的校准，其中制剂与构建材料的相互作用对该校准过程没有实质影响，例如对诸如打印头位置或滴剂重量/尺寸变化之类没有实质影响。因此，这些示例能够使得在不存在使用粉末作为打印表面的复杂性的情况下来执行校准处理。

示例还具有的优点在于，当打印机装置正使用粉末作为打印表面时，不运行校准操作或者不对校准操作进行分析，照此，可能与粉末表面的热打印相关联的高温对在校准过程中使用的任意传感器不具有不利影响(例如，如果在粉末打印过程中，这些传感器在其正常温度范围以外工作)。

此外，即使用于生成三维物体的装置被控制为在校准模式期间以低温对粉末表面进行操作，由于在此低温校准模式下使用的传感器为了在正常打印模式期间进行打印而不会被移除，则此类传感器在打印模式下操作时会被损坏，例如，塑料传感器外壳被融化，或者传感器部件被损坏，这将会需要新的传感器或者改进的外壳以确保任意传感器在预定范围内工作。

在校准过程需要视觉评估(例如，由用户或操作者进行的对准的近距离视觉评估)的示例中，本文所描述的示例可避免需要在关于粉末的正常打印过程期间实施此类评估，在正常打印过程期间，打印表面可能尤其不可接近并且可能非常热。

本文所描述的示例因此能够有助于减少使粉末床表面可接近以视觉地评估一些校准操作的结果的复杂性。

图6示出根据用于生成三维物体的另一示例的方法。该方法包括使用由校准平台支撑的打印介质来执行校准操作(步骤601)，以及使用校准操作的结果来控制涉及支撑物上的构件材料的构建操作的操作(步骤603)。

在一个示例中，该方法包括在装置以构建操作模式操作时的非校准位置与装置以校准操作模式操作时的校准位置之间移动校准平台103。

该方法可包括在校准操作模式期间将校准平台103移动至位于制剂分配器下方或容纳构建材料的表面上方的校准位置。

校准操作可涉及至少一个参数，其中制剂与构建材料之间的相互作用对校准过程没有实质影响。

在一个示例中，该方法包括使用具有与支撑物101的尺寸实质上相同的尺寸的打印介质，或者使用具有与支撑物101的尺寸不同的尺寸的打印介质。

因为不要求构建物理部件来校准特定参数，所以在示例中，还能够减少校准打印机的时间。例如，构建高度为1厘米的部件所花时间可能比在打印介质上构建图案长约100倍。

根据一个示例。提供了一种在用于生成三维物体的装置100中使用的校准平台103。在一个示例中，校准平台103与容纳用于生成三维物体的构建材料的支撑物101是分开的，但机械地联接至该支撑物101。

请注意，尽管一个示例描述了容纳可移除打印介质以用于由装置执行的校准操作的校准平台103，但是校准平台和打印介质能够形成同一实体的一部分，使得校准平台自身形成要用于校准操作的打印介质。在此类示例中，在每个校准操作期间，校准平台的表面可以进行重复打印，或者校准平台自身在校准操作或预定数量的校准操作之后被替换。

在一个示例中，设置了一个或多个计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储在其上的指令，当该指令被执行时指示处理器执行一种方法，该方法包括：使用由校准平台支撑的打印介质执行校准操作；并且使用校准操作的结果来控制涉及支撑物上的构建材料的构建操作的操作。在一个示例中，校准平台与支撑物分开。在一个示例中，校准平台与支撑物关于彼此可移动。

应注意的是，以上提及的描述图示并不限制本文所描述的示例，本领域的技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下能够设计出许多替代示例。词语“包括”并不排除存在与被列在权利要求中的元件或步骤不同的元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个，单个处理器或其他单元可完成在权利要求中所叙述的多个单元的功能。权利要求中的任意参考标记不应被解释为限制它们的范围。

Claims (15)

1.一种用于生成三维物体的装置(100)，所述装置包括：

支撑物(101)，所述支撑物(101)用于容纳构建材料；以及

校准平台(103)，所述校准平台(103)用于容纳打印介质以用于由所述装置执行的校准操作。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述校准平台(103)能在所述装置以构建操作模式操作时的非校准位置与所述装置以校准操作模式操作时的校准位置之间移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述校准平台(103)在所述校准操作模式期间能移动至位于制剂分配器下方的校准位置，或者能移动至位于容纳所述构建材料的所述支撑物(101)上方的位置。

4.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述校准平台(103)包括在使用期间用于容纳打印介质的表面(105)。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述校准平台的所述表面(105)具有与所述支撑物(101)大体相同的尺寸。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述校准平台的表面(105)包括有助于将打印介质定位在所述表面(105)上的至少一个参考标记(111₁,111₂)、或者用于容纳可移除打印介质片的参考结构。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述校准平台的所述表面(105)包括多个参考标记(111)，其中，每个参考标记涉及下列项中的至少一项：

预定的打印介质尺寸；

对应的打印介质要被定位的位置；

特定打印介质针对特定校准操作要被定位的位置。

8.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，包括用于将打印介质固定至所述校准平台(103)的固定机构。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述固定机构包括粘合剂部分或磁性系统。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述支撑物(101)和所述校准平台(103)被布置为，使得以所述校准模式操作时的制剂分配器至打印介质的距离与以构建模式操作时的制剂分配器至构建材料的距离相同。

11.一种校准用于生成三维物体的装置的方法，所述方法包括：

使用由校准平台(103)支撑的打印介质来执行校准操作；并且

使用所述校准操作的结果来控制涉及支撑物(101)上的构建材料的构建操作的操作。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：

在所述装置以构建操作模式操作时的非校准位置与所述装置以校准操作模式操作时的校准位置之间移动所述校准平台(103)。

13.根据权利要求12所述的方法，包括在所述校准操作模式期间将所述校准平台(103)移动至位于制剂分配器下方的校准位置，或者移动至位于容纳所述构建材料的所述表面上方的校准位置。

14.根据权利要求11至13中的任意一项所述的方法，其中，校准操作涉及至少一个参数，其中制剂与构建材料之间的相互作用对所述校准过程没有实质影响。

15.一种或多种计算机可读存储介质，包括存储在所述计算机可读存储介质上的指令，当所述指令被执行时指示处理器执行方法，所述方法包括：

使用由校准平台支撑的打印介质来执行校准操作；并且

使用所述校准操作的结果来控制涉及支撑物上的构建材料的构建操作的操作。