CN107530954A - 三维对象的聚结剂浓度和连续色调密度 - Google Patents
三维对象的聚结剂浓度和连续色调密度 Download PDFInfo
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Abstract
在一些示例中，至少一个试剂分配器可以以可变的聚结剂浓度和可变的连续色调密度将聚结剂和载体的混合物选择性地递送到建构材料的层的部分上。控制器可控制所述至少一个试剂分配器以便以所选择的聚结剂浓度和所选择的连续色调密度将所述混合物选择性地递送到所述层的部分上。
Description
背景技术
在逐层基础上产生三维对象的增材制造系统已经作为潜在便利的方式被提出以产生三维对象。通过所述系统产生的对象的品质可根据所使用的增材制造技术的类型广泛地改变。
附图说明
一些示例参考以下各图加以描述：
图1图示根据一些示例的用于产生三维对象的系统；
图2是图示根据一些示例的非暂时性计算机可读存储介质的框图；
图3是图示根据一些示例的方法的流程图；
图4是根据一些示例的增材制造系统的简化等距图示；
图5是图示根据一些示例的、产生三维对象的方法的流程图；
图6a示出表示根据一些示例的三维对象的数据；
图6b示出表示根据一些示例的三维对象的修改后的数据；
图7a-d示出根据一些示例的建构材料的层的一系列截面侧视图；以及
图8a-d示出根据一些示例的建构材料的层的一系列顶视图。
具体实施方式
以下术语当由本说明书或权利要求书陈述时应理解为意指以下。单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”意指“一个(种)或多个(种)”。例如，“一试剂分配器”意指“一个或多个试剂分配器”。术语“包括(including)”和“具有(having)”意图具有与术语“包含(comprising)”相同的包括性含义。
一些增材制造系统通过固化如粉末状或液体建构材料的建构材料的连续层的部分而产生三维对象。所产生的对象的属性可取决于所使用的建构材料的类型和固化机制的类型。在一些示例中，固化可使用液体粘合剂来实现以化学地固化建构材料。在其他示例中，固化可通过将能量临时施加到建构材料来实现。这可例如涉及使用聚结剂(即，熔剂)，所述聚结剂是当将适量的能量施加到建构材料和聚结剂的组合时可使所述建构材料聚结并且固化的材料。例如，所述聚结剂可充当所施加的能量的吸收剂，使得建构材料中具有聚结剂的部分经历聚结和固化。在一些示例中，可使用多重试剂增材制造系统，如2014年1月16日提交的标题为“GENERATING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT(产生三维对象)”的PCT申请号PCT/EP2014/050841，其完整内容由此以引用的方式并入本文中。例如，除了向建构材料的层选择性地递送聚结剂以外，聚结改性剂也可选择性地被递送到建构材料的层。聚结改性剂(即，精细剂)可用于修改建构材料中上面已经被递送或被穿透聚结改性剂的部分的聚结程度。在其他示例中，可使用其他固化方法，例如选择性激光烧结(SLS)、光聚合等。本文所述的示例可与上文增材制造系统中的任意一种和其合适修改一起使用。
在一些示例中，聚结剂和载体(例如，载体流体)的混合物可以被选择性地递送到建构材料。在所述示例中，在三维对象中实现的聚结和固化的程度可取决于被递送到建构材料的聚结剂的量和载体的量。所述聚结剂可例如通过增加由能源施加的能量的吸收而促进增加建构材料的聚结和固化的程度。同时，而所述载体可例如归因于所述载体的冷却效应而促进降低聚结和固化的程度。例如，所述载体可通过蒸发冷却或另一机制冷却所述建构材料。
因此，本公开提供关于控制所递送的混合物中聚结剂的浓度(以质量计)以及所递送的混合物的连续色调密度的示例。连续色调密度是在建构材料区域中所递送的液滴的密度。因此，也可控制聚结剂加载量和流体加载量。“聚结剂加载量”是聚结剂浓度和连续色调密度的乘积(即，聚结剂浓度×连续色调密度)。“流体加载量”是连续色调密度和包括聚结剂的各液滴的质量百分率的乘积(即，连续色调密度×[1-聚结剂浓度])。通过控制前述参数中的任意一种，可例如控制目标对象属性，例如对象密度、机械强度、颜色或热属性(例如，在产生所述对象时的加热和冷却效应)。
图1是图示根据一些示例用于产生三维对象的系统100的框图。系统100可包括至少一个试剂分配器102，其可以以可变的聚结剂浓度和可变的连续色调密度将聚结剂和载体的混合物选择性地递送到建构材料的层的部分上。系统100可包括控制器104，其可控制所述至少一个试剂分配器以便以所选择的聚结剂浓度和所选择的连续色调密度选择性地递送所述混合物到所述层的部分上。
图2是图示根据一些示例的非暂时性计算机可读存储介质110的框图。非暂时性计算机可读存储介质110可包括指令112，当由处理器执行时，所述指令使所述处理器获得表示待产生的三维对象的数据，所述数据包括待成为固体以形成所述三维对象的至少一个切片的部分。非暂时性计算机可读存储介质110可包括指令114，当由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器修改数据以定义在产生所述切片时在所述部分中将要使用的聚结剂浓度和连续色调密度，所述聚结剂浓度和所述连续色调密度被选择以实现所述至少一个切片的目标属性。非暂时性计算机可读存储介质110可包括指令116，当由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器使用所修改的数据控制至少一个试剂分配器以便以所述聚结剂浓度和所述连续色调密度将聚结剂和载体的混合物选择性地递送到建构材料的层上。
图3是图示根据一些示例的方法120的流程图。在122处，可产生表示待产生的三维对象的数据。所述数据可指定用以产生三维对象的切片的选自多种聚结剂浓度的聚结剂浓度和选自多种连续色调密度的连续色调密度。在124处，可形成建构材料的层。在126处，聚结剂和载体可以以所述聚结剂浓度和所述连续色调密度选择性地沉积到建构材料的层的部分上。在128处，能量可被施加到所述层以使所述部分聚结并且固化以形成所述三维对象的切片。
图4是根据一些示例的增材制造系统200的简化等距图示。系统200可如下文进一步参考图5的流程图所描述进行操作以产生三维对象。
在一些示例中，建构材料可为基于粉末的建构材料。如本文所用，术语基于粉末的材料意图涵盖干的和湿的基于粉末的材料、微粒状材料、和颗粒状材料。在一些示例中，建构材料可包括空气和固体聚合物颗粒的混合物，例如比率为约40％空气和约60％固体聚合物颗粒。一种合适的材料可为尼龙12(Nylon 12)，其可例如获自Sigma-Aldrich(西格玛奥德里奇)有限公司。另一合适的尼龙12材料可为PA 2200，其可获自Electro OpticalSystems(光电系统)EOS GmbH。合适的建构材料的其他示例可包括例如粉末状金属材料、粉末状复合材料、粉末状陶瓷材料、粉末状玻璃材料、粉末状树脂材料、粉末状聚合物材料等，和其组合。然而，应理解本文所述的示例不限于基于粉末的材料或上文所列出的材料中的任意一种。在其他示例中，所述建构材料可呈糊剂、液体或凝胶的形式。根据一个示例，合适的建构材料可为粉末状半结晶热塑性材料。
增材制造系统200可包括系统控制器210。本文所公开的操作和方法中的任意一种(例如，在图5中)可在增材制造系统200和/或控制器210中被实施并且被控制。如本文所理解，控制器210包括(1)非暂时性计算机可读存储介质，其包括指令以执行本文所公开的操作和方法，和耦合至所述非暂时性计算机可读存储介质以执行所述指令的处理器或(2)电路以执行本文所公开的操作和方法。
控制器210可包括用于执行可实施本文所述的方法的指令的处理器212。处理器212可例如为微处理器、微控制器、可编程门阵列、应用型专用集成电路(ASIC)、计算机处理器等。处理器212可例如包括一个芯片上的多个核、多个芯片上的多个核、多个设备上的多个核或其组合。在一些示例中，处理器212可包括至少一个集成电路(IC)、其他控制逻辑、其他电子电路或其组合。
处理器212可例如经由通信总线与计算机可读存储介质216通信。计算机可读存储介质216可包括单一介质或多种介质。例如，计算机可读存储介质216可包括ASIC的存储器、和控制器210中的独立存储器中的一种或两种。计算机可读存储介质216可为任何电子、磁性、光学或其他物理存储设备。例如，计算机可读存储介质216可为例如随机存取存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器、光学驱动器、存储驱动器、CD、DVD等。计算机可读存储介质216可为非暂时性的。计算机可读存储介质216可存储、编码或携带计算机可执行指令218，当由处理器212执行时，所述指令可使处理器212执行本文中根据各种示例公开的方法或操作中的任意一种。在其他示例中，控制器210可不包括计算机可读存储介质216，并且所述处理器可包括电路以执行本文中所公开的方法或操作中的任意一种而不执行在计算机可读存储介质中的独立指令。
系统200可包括聚结剂分配器202以将包含聚结剂、载体和/或着色剂的混合物选择性地递送到在支撑部件204上形成的建构材料的连续层。控制器210可根据指令218控制将包含聚结剂的混合物选择性递送到所形成的建构材料的层。试剂分配器202可为打印头，如热喷墨打印头或压电喷墨打印头。所述打印头可具有喷嘴的阵列。在一些示例中，试剂分配器202(例如，打印头的喷嘴)可用于选择性地递送(例如，喷射)包含聚结剂的混合物的液滴。在一个示例中，可使用打印头，如市面上有售的喷墨打印机中通常使用的那些。在其他示例中，试剂可通过喷雾喷嘴而非通过打印头被递送。也可使用其他递送机制。在一些示例中，所述打印头可为按需喷墨的打印头。在其他示例中，所述打印头可为连续液滴打印头。
在一些示例中，试剂分配器202可为系统200的集成部分。在一些示例中，试剂分配器202可为用户可替换的，在所述情况下其可以可拆卸地插入至系统200的合适的试剂分配器接收器或接口模块中。
在图4中所图示的示例中，试剂分配器202可具有使得其能够横跨在所谓的页宽阵列配置中的支撑部件204的整个宽度的长度。在一个示例中，这可通过多个打印头的合适布置实现。在其他示例中，可使用具有喷嘴的阵列的单一打印头，所述打印头具有使得其能够横跨支撑部件204的宽度的长度。在其他示例中，试剂分配器202可具有无法使得其能够横跨支撑部件204的整个宽度的较短长度。
试剂分配器202可安装于可移动托架上以使得其能够在支撑件204的长度上沿着所图示的y轴双向移动。这使得包含聚结剂的混合物能够在支撑件204的整个宽度和长度上以单程进行选择性递送。在其他示例中，试剂分配器202可被固定，并且支撑部件204可相对于试剂分配器202移动。
在其他示例中，所述试剂分配器可被固定，并且支撑部件204可相对于所述试剂分配器移动。
应注意，本文所使用的术语“宽度”是用于一般地表示在平行于图4中所图示的x和y轴的平面中的最短尺寸，而本文所使用的术语“长度”是用于一般地表示在这一平面中的最长尺寸。然而，应理解，在其他示例中，术语“宽度”可与术语“长度”互换。例如，在其他示例中，试剂分配器202可具有使得其能够横跨支撑部件204的整个长度的长度，而所述可移动托架可在支撑部件204的宽度上双向移动。
在另一示例中，试剂分配器202不具有使得其能够横跨支撑部件的整个宽度的长度，但另外可在支撑部件204的宽度上在所图示的x轴中双向移动。这种配置使得聚结剂能够在支撑件204的整个宽度和长度上使用多程进行选择性递送。然而，如页宽阵列配置的其他配置可使得能够更快地产生三维对象。
根据非限制性示例，所述聚结剂可在与载体(例如，液体载体，如水或任何其他合适的溶剂或分散剂)的混合物中提供，以使得所述聚结剂能够通过打印头被递送。在一些示例中，所述混合物也可包括着色剂。
在一些示例中，包含聚结剂、载体和/或着色剂的合适混合物可为墨水类型制剂。合适的聚结剂可为炭黑，使得所述混合物可例如为在市面上被称作CM997A购自Hewlett-Packard公司的墨水制剂。在示例中，所述墨水可包含聚结剂，如红外光吸收剂。在一个示例中，所述墨水可另外包含聚结剂，如近红外光吸收剂。在示例中，所述墨水可另外包含聚结剂，如可见光吸收剂。在一个示例中，所述墨水可另外包含聚结剂，如UV光吸收剂。包含聚结剂(如可见光增强剂)的墨水的示例可为基于染料的有色墨水和基于颜料的有色墨水，如在市面上被称作CM993A和CE042A购自Hewlett-Packard公司的墨水。
在一些示例中，所述混合物中的着色剂可为染料或颜料。例如，所述着色剂可包括根据减色模型的青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)或黑色(K)着色剂。然而，在一些示例中，所述混合物可不包括着色剂。
因此，在一些示例中，试剂分配器202(例如，打印头的喷嘴)可用于选择性地递送(例如，喷射)聚结剂、载体和/或着色剂的混合物。
在一些示例中，聚结剂、载体和/或着色剂的混合物可包括以质量计在约0.1％与约10％之间，或在约0.5％与约5％之间的聚结剂的聚结剂浓度(百分率)。因此，各液滴可具有在前述范围内的聚结剂的百分率。然而，在其他示例中，可使用在前述范围之外的所述混合物中聚结剂的不同浓度。在一些示例中，试剂分配器202能够递送具有可变(例如，不同)质量浓度的聚结剂的不同混合物的液滴。
在一些示例中，各液滴可大约为每个液滴约10皮升(pl)，并且可具有约5纳克至约20纳克的质量。然而，在其他示例中，试剂分配器202能够递送较高或较低液滴体积和液滴质量。在一些示例中，试剂分配器202能够递送具有可变体积和质量的液滴。
在一些示例中，试剂分配器202可以以可变(例如，不同)连续色调密度选择性地递送具有聚结剂的混合物的液滴。例如，所述连续色调密度可在每600每英寸点数(dpi，即1/600×1/600英寸区(1/360,000平方英寸))约0.25至约4滴之间，或在约0.5滴至约2滴之间(例如，0.5滴、1滴、1.5滴或2滴)。在其他示例中，试剂分配器202可以以较高或较低连续色调密度递送所述混合物的液滴。
聚结剂分配器202可包括包含聚结剂的混合物的供应或可连接至包含聚结剂的混合物的独立供应。
在一些示例中，相对于图4中示出的分配器可存在任意数量的附加的试剂分配器。任何附加的试剂分配器均可具有与先前参考聚结剂分配器202所讨论的那些相似的特征。然而，在一些示例中，不同的试剂分配器可递送例如包含不同聚结剂和/或聚结改性剂的混合物。例如，可提供不同的聚结剂分配器以递送具有不同着色剂的液滴，例如，第一试剂分配器可递送聚结剂、液体载体和青色(C)着色剂的第一混合物，第二试剂分配器可递送聚结剂、液体载体和品红色(M)着色剂的第二混合物，第三试剂分配器可递送聚结剂、载体和黄色(Y)着色剂的第三混合物，并且第四试剂分配器可递送聚结剂、载体和黑色(K)着色剂的第四混合物。在一些示例中，可提供不同的聚结剂分配器以便以不同的聚结剂浓度进行递送，例如在约0.1％至10％之间或在约0.5％至约5％之间范围内的液滴。在一些示例中，第一试剂分配器可递送具有1％的聚结剂的质量浓度的第一混合物的液滴，第二试剂分配器可递送具有2％的聚结剂的质量浓度的第二混合物的液滴，第三试剂分配器可递送具有3％的聚结剂的质量浓度的第三混合物的液滴，并且第四试剂分配器可递送具有4％的聚结剂的质量浓度的第四混合物的液滴。在一些示例中，单一试剂分配器可包括第一喷嘴以递送第一混合物，包括第二喷嘴以递送第二混合物，包括第三喷嘴以递送第三混合物，并且包括第四喷嘴以递送第四混合物。因此，单一试剂分配器可递送具有可变的聚结剂浓度的不同混合物。在一些示例中，单一试剂分配器可连接至各自含有具有不同的聚结剂浓度的混合物的多个供应，并且可以以所述聚结剂浓度中的任意一种递送任何混合物。在一些示例中，不同的试剂分配器，或单一试剂分配器的不同喷嘴，也可用于递送不同大小的液滴或以不同的连续色调密度递送液滴。
在一些示例中，系统200的试剂分配器可位于同一托架上，彼此相邻或分隔开短距离。在其他示例中，多个托架可包含所述分配器。例如，各分配器可位于其特有的独立托架中。
系统200可进一步包括建构材料分配器224以在支撑部件204上形成建构材料的连续层。合适的建构材料分配器224可包括例如刮水片和辊。建构材料可从漏斗或建构材料仓库被供应至建构材料分配器224。在所示出的示例中，建构材料分配器224在支撑部件204的长度(y轴)上移动以形成建构材料的层。如先前所述，建构材料的层将在支撑部件204上形成，而建构材料的后续层将在建构材料的先前沉积的层上形成。建构材料分配器224可以是系统200的固定部分，或可以不是系统200的固定部分，而是例如可移动模块的部分。在一些示例中，建构材料分配器224可安装于托架上。
在一些示例中，各层的厚度可具有选自在约50微米至约300微米之间、或约90微米至约110微米之间、或约250微米的范围的值，不过在其他示例中，可提供建构材料的更薄或更厚层。所述厚度可由控制器210，例如基于指令218进行控制。
在所示出的示例中，支撑件204可在z轴中移动，使得随着建构材料的新的层被沉积，在建构材料的最近沉积的层的表面与试剂分配器202的下表面之间维持预定的间隙。然而，在其他示例中，支撑件204可在z轴中不可移动并且试剂分配器202可在z轴中可移动。
系统200可另外包括能源226以根据聚结剂已经被递送或被穿透到哪里向建构材料施加能量，以使建构材料的各部分固化。在一些示例中，能源226为红外(IR)辐射源、近红外辐射源、卤素辐射源或发光二极管。在一些示例中，能源226可为能够向支撑件204上沉积的建构材料均匀地施加能量的单一能源。在一些示例中，能源226可包括能源的阵列。
在一些示例中，能源226被配置以便以基本均匀方式向建构材料的层的整个表面施加能量。在这些示例中，可以说能源226为未聚焦的能源。在这些示例中，整个层可具有同时施加于其上的能量，这可帮助增加可产生三维对象的速度。
在其他示例中，能源226被配置以便以基本均匀方式向建构材料的层的整个表面的一部分施加能量。例如，能源226可被配置以向建构材料的层的整个表面的带状地带施加能量。在这些示例中，所述能源可在建构材料的层上移动或扫描，使得基本等量的能量最终被施加到建构材料的层的整个表面上。
在这些示例中，能源226可安装于所述可移动托架上。
在其他示例中，能源226可施加可变量的能量，因为其例如根据指令218在建构材料的层上移动。例如，控制器210可控制所述能源以向建构材料中已经在上面施加聚结剂的部分施加能量，而不向建构材料中尚未在上面施加聚结剂的部分施加能量。
在其他示例中，能源226可为聚焦能源，如激光束。在这一示例中，所述激光束可被控制以在建构材料的层的全部或一部分上扫描。在这些示例中，所述激光束可被控制以在建构材料的层上扫描。例如，所述激光束可被控制以向层中上面被递送聚结剂的那些部分施加能量。
所供应的能量、所述建构材料和所述聚结剂的组合可被选择，使得：i)建构材料中上面尚未被递送聚结剂的部分在暂时地向其施加能量时不会聚结；ii)建构材料中聚结剂已经被递送或被穿透上面的部分在暂时地向其施加能量时会聚结。
系统200可另外包括加热器230以发射热量，从而在预定的温度范围内维持在支撑件204上沉积的建构材料。加热器230可具有任何合适的配置。加热器230可具有加热单元232的阵列，如图4中示出。加热单元232可各自为任何合适的加热单元，例如热灯，如红外灯。加热单元232可具有任何合适的形状或配置，如图4中示出的矩形。在其他示例中，形状或配置可为例如圆形、杆状或灯泡状。所述配置可被优化以朝向建构材料跨越的区域提供均匀热分布。各加热单元232，或加热单元232的组，可具有可调节的电流或电压供应以可变地控制被施加到建构材料表面的局部能量密度。
各加热单元232可对应于其特有的建构材料的相应区域，使得各加热单元232可基本朝向其特有的区域而非由其他加热单元232覆盖的区域发射热量。例如，十六个加热单元232中的每一个可加热建构材料的十六个不同区域之一，其中所述十六个区域共同地覆盖建构材料的整个区域。然而，在一些示例中，各加热单元232也可在较少程度上发射一些影响相邻区域的热量。
系统200可另外包括用于检测温度的传感器228，例如非点接触式温度传感器，如热电堆，或如热成像照相机。在其他示例中，传感器229可包括固定位置高温计的阵列，所述固定位置高温计各自捕捉来自建构材料的单一区域的辐射。在其他示例中，传感器229可为单一高温计，其可操作以在建构材料的整个区域上扫过或扫描。也可使用其他类型的传感器。
传感器228可捕捉在支撑部件204上建构材料跨越的区域上由建构材料的各点发射的辐射分布，例如在IR范围中。传感器228可向控制器210输出所述辐射分布，所述控制器可基于在用作建构材料的材料的温度与辐射强度之间的已知关系(如黑体分布)确定在建构材料上的各区域的温度。例如，所述辐射分布的辐射频率可具有在红外(IR)范围内的特定值处的其最高强度。各温度可对应于建构材料的特定区域，其中所述区域中的每一个共同地限定建构材料打印床的整个区域。
传感器228可一般定位在中心处并且一般直接面向建构材料，使得所述摄影机的光学轴对准支撑部件204的中心线，以允许来自建构材料的辐射的一般对称捕捉。这可最小化建构材料表面的透视变形，因此最小化对于校正的需要，并且降低所测量的温度值相对实际温度值的误差。另外，传感器228能够(1)例如通过使用合适的放大率在覆盖建构材料的整个层的宽区域上捕捉图像，(2)捕捉整个层的一系列图像，所述图像稍后被求平均值，或(3)捕捉一系列图像，所述图像各自覆盖所述层的一部分，其合起来覆盖整个层。在一些示例中，传感器228可在相对于支撑部件204的固定位置中，但在其他示例中如果其他组件在移动时会破坏在传感器228与支撑部件204之间的视线，那么传感器228可移动。
在一些示例中，可使用传感器228的阵列。各传感器228可对应于其特有的建构材料的相应区域，使得各传感器228可对其特有的区域而非对应于其他传感器228的区域执行测量。
图5是图示根据一些示例的、产生三维对象的方法300的流程图。在一些示例中，所示出的次序可改变，一些要素可同时存在，一些要素可被添加，并且一些要素可被省略。
在描述图5时，将参考图4、图6a-b、图7a-d和图8a-d。图4示出表示根据一些示例的三维对象的数据。图6a示出表示根据一些示例的三维对象的数据。图6b示出表示根据一些示例的三维对象的修改后的数据。图7a-d示出根据一些示例的建构材料的层的一系列截面侧视图。图8a-d示出根据一些示例的建构材料的层的一系列顶视图。沿图7a的线8a-8a的层的顶视图在图8a中示出，并且沿图8a的线7a-7a的截面侧视图在图7a中示出。沿图7b的线8b-8b的层的顶视图在图8b中示出，并且沿图8b的线7b-7b的截面侧视图在图7b中示出。沿图7c的线8c-8c的层的顶视图在图8c中示出，并且沿图8c的线7c-7c的截面侧视图在图7c中示出。沿图7d的线8d-8d的层的顶视图在图8d中示出，并且沿图8a的线7d-7d的截面侧视图在图7d中示出。
在302处，表示所述三维对象的数据400可通过控制器210产生或获得。“表示三维对象的数据”在本文中被定义为包括限定所述对象的任何数据，从作为三维对象设计数据的其初始产生至其转化为表示待产生的对象的切片的切片数据。数据400可为指令218的部分。
三维对象设计数据可表示待产生的对象的三维模型，和/或所述对象的属性(例如，密度、表面粗糙度、强度等)。所述模型可限定所述对象的固体部分。三维对象设计数据可例如通过输入设备220从用户接收(作为来自用户的输入)，从软件驱动器接收，从诸如计算机辅助设计(CAD)应用程序的应用程序接收，或可从存储默认值或用户定义的对象设计数据和对象属性数据的存储器获得。三维对象设计数据可通过三维对象处理系统进行处理以产生表示所述模型的平行平面的切片的切片数据。
各切片可限定建构材料的相应层中待通过所述增材制造系统固化的部分。切片数据可经历如下转化，从(1)表示向量格式的所述对象的切片的向量切片数据，至(2)表示位图或栅格化格式的所述对象的切片的连续色调切片数据，至(3)表示位置、部分或图案的半色调切片数据，其中试剂的液滴待被沉积在针对所述对象的各切片的建构材料的层上，至(4)表示试剂的液滴将何时例如使用试剂分配器的喷嘴针对所述对象的各切片被沉积在建构材料的层上的位置、部分或图案上的时序的掩模切片数据。
在图6a的示例中，数据400的示例作为限定切片402的切片数据示出，所述切片402待成为固体以形成使用聚结剂产生的三维对象的部分。切片402可包括厚部分404。厚部分是在其轴(例如，宽度或长度)上不具有小于阈值厚度的厚度的部分。切片402可包括薄部分406。薄部分是在至少一个轴(例如，宽度或长度)上具有低于阈值厚度的厚度的部分。在一些示例中，所述阈值厚度可为2毫米，或可为1毫米。
最初，切片402可包括针对厚部分404和薄部分406的聚结剂浓度和连续色调密度的默认设置或初始确定。在一些示例中，这些设置针对厚部分404和薄部分406可为相同的，但在其他示例中其最初可不同。
然而，在一些示例中，切片的薄部分由于热量从所述薄部分散逸至周围建构材料而与切片的较厚部分相比可更容易经受欠固化。
在304处，在一些示例中，数据400可因此被修改为图6b的数据408和切片410以反映修改后的聚结剂浓度和/或修改后的连续色调密度。在一些示例中，控制器210可确定针对修改后的部分412和414中的每一个的聚结剂加载量和/或流体加载量以便实现目标对象属性，例如，所述对象的机械强度、密度或颜色。
在一些示例中，第一聚结剂浓度和第一连续色调密度(并且在一些示例中，第一修改后的聚结剂加载量和/或第一流体加载量)可用于修改后的厚部分412中，并且不同的第二聚结剂浓度和不同的第二连续色调密度(并且在一些示例中，第二修改后的聚结剂加载量和/或第二修改后的流体加载量)可用于薄部分414中，如图6b中示出。在一些示例中，第二修改后的聚结剂加载量可大于第一修改后的聚结剂加载量，例如因为较大的聚结剂加载量可用于薄部分414中以产生与厚部分412中相似的部分强度或密度。
在一些示例中，所述第一和第二聚结剂浓度和所述第一和第二连续色调密度可进行修改，使得聚结剂加载量和/或流体加载量在修改后保持恒定。例如，针对聚结剂浓度的较高修改后的值和针对连续色调密度的较低修改后的值可允许聚结剂加载量保持与修改前相同的值。然而，通过执行所述修改，可实现增加的聚结，因为例如，所使用的聚结剂的总量(并因此归因于聚结剂的聚结效应的程度)可保持相对恒定，而可对建构材料引起抵消聚结的冷却效应的载体流体的总量可降低。
在一些示例中，所使用的聚结剂、载体和/或着色剂的混合物中的着色剂可影响聚结和固化的程度。例如，所述着色剂可充当能量吸收剂。因此，所选择的待用于产生对象的一部分的聚结剂加载量、聚结剂浓度和/或连续色调密度的值可取决于待用于产生所述对象的所述部分的特定着色剂。
在一些示例中，改变聚结剂浓度和/或连续色调密度可影响所述对象的外观，如所述对象的颜色。例如，降低的连续色调密度可使较少着色剂被提供至建构材料，从而引起所述对象的外观(例如，颜色)的改变。
尽管数据400的示例被示出，在其他示例中，可在304处修改其他类型的数据，包括三维对象设计数据或任何其他类型的切片数据。另外，如果切片数据在304处进行处理，那么打印作业的所有切片数据(表示所述对象的多个切片)均可进行处理。
如先前所讨论，所述半色调切片数据和所述掩模切片数据可表示其中待沉积试剂的液滴的位置、部分或图案，而所述三维对象设计数据、向量切片数据和连续色调切片数据可无法明确地限定其中待沉积试剂的液滴的位置、部分或图案。数据400的修改因此意图涵盖如半色调切片数据或掩模切片数据所表示的试剂递送数据的修改，或以三维对象设计数据、向量切片数据或连续色调切片数据表示的试剂递送数据的前体的修改。
如先前所讨论，如果切片数据在302至304处进行处理，那么302至304的处理可针对打印作业的所有切片数据(表示所述对象的多个切片)执行。在一些示例中，表示独立切片的切片数据可在306至316中的打印期间进行处理，例如表示待以306至316的特定迭代打印的特定切片的切片数据可例如在314处施加所述聚结剂之前进行处理。
在306处，可形成建构材料的层502b，如图7a和图8a中示出。例如，控制器210可控制建构材料分配器224以通过使建构材料分配器224如先前所讨论沿着y轴移动而在支撑部件204上的先前完成的层502a上形成层502b。完成的层502a可包括固化部分508。尽管完成的层502a在图7a-d中出于说明性目的示出，应理解306至316最初可用于产生第一层502a。
在308处，在一些示例中，在涂覆所述层502b后，建构材料的层502b可通过加热器230加热以在预定的温度范围内加热和/或维持所述建构材料。所述预定的温度范围可例如低于所述建构材料将在聚结剂存在下经历粘合时的温度。例如，所述预定的温度范围可在约155摄氏度与约170摄氏度之间，或所述范围可在约160摄氏度处定中心。预加热可帮助降低必须通过能源226施加以引起聚结剂已经被递送或被穿透的建构材料的聚结和后续固化的能量的量。
在310处，可检测和/或获得层502b的属性。示例属性可包括建构材料的层502b的不同部分的温度。所述温度可基于由传感器228例如如先前所讨论通过捕捉表示建构材料的辐射分布的图像而获得的反馈。所测量的辐射分布可由控制器210或由传感器228中的处理器使用以如先前所讨论基于用作建构材料的材料的温度与辐射强度之间的已知关系(如黑体分布)确定在建构材料上的各区域随时间的参考温度分布。关于各区域，这可用于确定温度。各确定的温度可对应于建构材料的特定区域，其中所述区域中的每一个共同地限定建构材料打印床的整个区域。
在一些示例中，层502b的部分510和512可被识别为具有意外的温度。部分510和512分别在先前经过处理的层502a的固化部分508的厚部分和薄部分上面。
在一些示例中，部分510可被识别为具有例如高于预期的温度，例如，因为在向固化部分508施加能量时，大量的能量可能已经归因于所述厚部分的厚度由固化部分508的厚部分吸收，并且可能已经形成储热器，所述储热器已经穿透至新递送的层502a的部分510中。
在一些示例中，部分512可被识别为具有例如低于预期的温度，例如，因为在向固化部分508施加能量时，在所述薄部分中被吸收的能量可能已经归因于所述薄部分的薄度而从所述薄部分流失。因此，少量的能量可能已经穿透至所述部分512中至低于预期的程度。
例如，归因于意外的温度，如果未对表示层502b的切片数据进行修改，那么相对于所述对象设计数据中的规格不正确的固化程度或不正确的对象属性可在层502b中实现。例如，在递送聚结剂并且施加能量时，并且在没有对切片数据进行修改的情况下，过固化至大于预期的程度可在部分510中发生，并且欠固化至低于预期的程度可在部分512中发生。
在一些示例中，部分510和512也可归因于在递送至前一层502a的混合物中的载体的冷却效应的意外程度而具有意外的温度。大于预期的冷却效应可导致欠固化，并且低于预期的冷却效应可导致过固化。
在一些示例中，因为在304处可能尚未执行数据400至修改后的数据408的初始修改，并且因此这些热流或冷却效应可能尚未被校正，从而可出现意外的温度。在其他示例中，即使在所述修改在304处被执行的情况下，这些热流效应和冷却效应也可能尚未被充分预期。因此，在这些示例中的任意一种中，可执行切片数据的进一步修改。具体说来，可以与先前在304处所描述的将数据400修改为修改后的数据408相似的方式执行表示层502b的切片数据的修改。例如，控制器210可确定针对修改后的部分412和414(对应于层502b的部分510和512)中的每一个的聚结剂加载量以便实现期望的对象属性。在一些示例中，第一聚结剂浓度和第一连续色调密度(并且在一些示例中，第一修改后的聚结剂加载量和/或第一修改后的流体加载量)可用于修改后的厚部分412中，并且不同的第二聚结剂浓度和不同的第二连续色调密度(并且在一些示例中，第二修改后的聚结剂加载量和/或第二修改后的流体加载量)可用于薄部分414中，如图6b中示出。在一些示例中，第二修改后的聚结剂加载量可大于第一修改后的聚结剂加载量，例如因为较大的聚结剂加载量可用于薄部分414中以产生与厚部分412中相似的部分强度或密度。
在一些示例中，如先前所讨论，所选择的待用于产生对象的一部分的聚结剂加载量、聚结剂浓度和/或连续色调密度的值可取决于待用于产生所述对象的所述部分的特定着色剂。
在其他示例中，使用除温度传感器以外的传感器，可检测除温度以外的意外属性。基于所述属性的检测，切片数据可如先前所述进行修改以实现所需的对象属性。
在314处，聚结剂、载体和/或着色剂的第一混合物504可根据修改后的数据408的厚部分412在图案中以第一聚结剂浓度并且以连续色调密度选择性地递送到层502b的部分的表面，如图7b和图8b中示出。另外，聚结剂、载体和/或着色剂的第二混合物506可根据修改后的数据408的薄部分414在图案中以第一聚结剂浓度并且以连续色调密度选择性地递送到层502b的部分的表面，如图7b和图8b中示出。在示例中，为了形成所述切片，混合物504和506以足以在施加能量时引起建构材料的期望水平的聚结和固化的聚结剂密度和连续色调密度被递送，例如归因于充当所施加的能量的吸收剂以促进聚结和固化的聚结剂。
如先前所讨论，混合物504和506可由试剂分配器202递送，例如呈流体的形式，如液体小液滴。“选择性递送”意指具有聚结剂的混合物可在多种图案中被递送至建构材料的表面层的所选择的部分。
在一些示例中，可选择适用于递送混合物504和506的基于来自控制器212的指令218的混合物、特定试剂分配器、喷嘴或待使用的供应。如先前所讨论，可选择适用于递送具有所选择的聚结剂浓度和连续色调密度的混合物的特定试剂分配器、单一试剂分配器的特定喷嘴、和/或混合物的特定供应。
图7c和8c示出已经基本完全地穿透至建构材料的层502b的部分中的混合物504和506的聚结剂(和/或载体和着色剂)，但在其他示例中，穿透的程度可低于100％。穿透的程度可例如取决于所递送的试剂的品质、建构材料的性质、所述试剂的性质等。
在314处，预定水平的能量可暂时地被施加到建构材料的层502b。在多个示例中，所施加的能量可为红外或近红外能量、微波能量、紫外(UV)光、卤素光、超声能等。在一些示例中，所述能源可以是聚焦的。在其他示例中，所述能源可以是非聚焦的。能量的暂时施加可引起建构材料中上面被递送具有聚结剂的混合物504和506的部分加热超过建构材料的熔点并且聚结。例如，层502b的一些或全部的温度可实现约220摄氏度。在冷却时，具有含聚结剂的混合物504和506的部分可聚结并且可成为固体以形成所产生的三维对象的部分，如图7d和图8d中示出。
如先前所讨论，可能已经在先前迭代中产生一个所述修改后的部分508。在能量的施加期间吸收的热量可传播至先前固化的部分508以引起部分508的部分加热超过其熔点。这种效应帮助产生部分514，所述部分514在固化的建构材料的相邻层之间具有强层间粘合，如图7d中示出。部分514也可由于聚结剂的合适的浓度和连续色调密度而实现良好的对象属性，如良好的表面属性、精度、强度、表面外观(如颜色)和层间粘合。
在建构材料的层已经如上文在306至316中所述进行处理后，可在建构材料的先前经过处理的层上面提供建构材料的新的层。以这种方式，建构材料的先前经过处理的层充当建构材料的后续层的支撑件。306至316的过程可接着重复以逐层产生三维对象。
在测试本文中所公开的技术中的一些的示例中，发现如表1中示出，使用较大的聚结剂浓度同时保持连续色调密度恒定(使得聚结剂加载量大得多并且流体加载量略微较低)导致产生具有较大的部分密度(并因此较大的质量)的对象，从而产生较大的机械强度。这可例如归因于聚结剂的增加的吸收率，导致建构材料的较大程度的聚结和固化，并且归因于由于所递送的聚结剂、载体流体和/或着色剂的混合物中较少的载体流体，由此降低载体流体的冷却效应而略微降低的冷却效应而发生。如先前所讨论的冷却效应可降低聚结和固化的程度。
表1
在测试本文中所公开的技术中的一些的示例中，发现如表2中示出，使用较大的聚结剂浓度同时降低连续色调密度(使得聚结剂加载量保持恒定并且流体加载量大得多)也导致产生具有较大的部分密度(并因此较大的质量)的对象，从而产生较大的机械强度。这可例如归因于所递送的聚结剂、载体和/或着色剂的混合物中较少的载体流体，由此降低载体的冷却效应而发生。同时，所使用的聚结剂的总量如恒定的聚结剂加载量所反映保持恒定，因此聚结剂的聚结和固化的效应也可保持恒定。
表2
本说明书(包括任何随附的权利要求书、摘要和说明书附图)中所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有要素可以以任何组合进行组合，除了其中所述特征和/或要素中的至少一些相互排斥的组合。
在前述描述中，陈述多种细节以提供对本文所公开的主题的理解。然而，示例可在这些细节中的一些或全部不存在的情况下被实践。其他示例可包括上文所讨论的细节的修改和变化。随附的权利要求书意图包含所述修改和变化。
Claims (15)
1.一种用于产生三维对象的系统，所述系统包括：
至少一个试剂分配器，以可变的聚结剂浓度和可变的连续色调密度将聚结剂和载体的混合物选择性地递送到建构材料的层的部分上；和
控制器，控制所述至少一个试剂分配器以便以所选择的聚结剂浓度和所选择的连续色调密度将所述混合物选择性地递送到所述层的部分上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚结剂浓度和所述连续色调密度被选择以实现所述三维对象的目标属性。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述目标属性是所述三维对象的机械强度、密度或颜色，或正在产生所述三维对象时所述三维对象的热属性。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器在产生所述三维对象之前基于表示所述三维对象的对象设计数据确定所述聚结剂浓度和所述连续色调密度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述混合物包括着色剂，其中所述控制器基于所述混合物中的所述着色剂确定所述聚结剂浓度和所述连续色调密度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于在产生所述三维对象时所测量的所述层的属性确定所述聚结剂浓度和所述连续色调密度。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述所测量的属性为所述层的温度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个试剂分配器将聚结剂和载体的另一混合物选择性地递送到建构材料的层的部分上，其中所述控制器控制所述至少一个试剂分配器以便以另一聚结剂浓度和另一连续色调密度将所述另一混合物选择性地递送到所述层的另一部分，所述另一聚结剂浓度和所述另一连续色调密度各自被选择以实现所述三维对象的所述目标属性或另一目标属性或产生所述三维对象的过程。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述部分包括低于阈值厚度的薄部分，其中所述另一部分包括大于所述阈值厚度的厚部分。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚结剂浓度在约0.1％与约10％之间。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述连续色调密度在每1/360000平方英寸约0.5滴至2滴聚结剂之间。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器修改表示所述三维对象的数据以表示所述聚结剂浓度和所述连续色调密度。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器选择所述聚结剂浓度和所述连续色调密度以实现聚结剂加载量或流体加载量的目标值。
14.一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括可执行的指令，当由处理器执行时，所述指令使所述处理器：
获得表示待产生的三维对象的数据，所述数据包括待成为固体以形成所述三维对象的至少一个切片的部分；
修改所述数据以定义在产生所述切片时在所述部分中将要使用的聚结剂浓度和连续色调密度，所述聚结剂浓度和所述连续色调密度被选择以实现所述至少一个切片的目标属性；以及
使用所修改的数据，控制至少一个试剂分配器以便以所述聚结剂浓度和所述连续色调密度将聚结剂和载体的混合物选择性地递送到建构材料的层上。
15.一种方法，包括：
产生表示待产生的三维对象的数据，所述数据指定用以产生三维对象的切片的选自多种聚结剂浓度的聚结剂浓度和选自多种连续色调密度的连续色调密度；
形成建构材料的层；
将聚结剂和载体以所述聚结剂浓度和所述连续色调密度选择性地沉积到所述建构材料的所述层的部分上；以及
向所述层施加能量以使所述部分聚结并且固化以形成所述三维对象的所述切片。
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