CN107530970B

CN107530970B - 构造材料供应

Info

Publication number: CN107530970B
Application number: CN201580079233.8A
Authority: CN
Inventors: 若尔迪·希门尼斯·马南; 约瑟·曼纽尔·格拉塞斯; 弗朗西斯科·热姆; 费尔南多·朱昂; 保·马丁·维达尔; 马里厄斯·瓦莱斯
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: WO2017005301A1; US10569467B2; CN107530970A; US20180071985A1; EP3271141B1; US11260591B2; EP3271141A1; US20200147885A1

Abstract

一种将构造材料从构造材料仓(404)递送至供应模块(102)的方法。该方法包括使用可旋转叶片(116)将一部分构造材料从所述供应模块(102)移动至所述供应模块(102)的顶部；和将该移动部分的构造材料横过所述支撑平台(104)散布。

Description

构造材料供应

技术领域

本公开涉及用于将构造材料供应至三维打印系统的装置、3D打印设备和将构造材料供应至三维打印系统的方法。

背景技术

诸如三维(3D)打印的增材制造技术使目标能在叠层的基础上生成。3D打印技术可通过在构造或支撑平台上形成连续层的构造材料、并且选择性地固化每层构造材料的部分而生成目标的多层。

发明内容

本公开的一个方面提供用于将构造材料供应至三维打印系统的装置，包括：构造材料供应模块；构造材料递送系统，用于将构造材料从构造材料仓沉积至所述构造材料供应模块；构造材料分配元件，用于在所述供应模块内分配沉积的构造材料；叶片，该叶片在第一方向上可旋转，以将所述供应模块中的一定量的构造材料移动至所述供应模块的顶部上方；和构造材料散布器，用于将由所述叶片移动至所述供应模块的所述顶部上方的构造材料散布在支撑平台上，其中当所述叶片处于第一位置时，所述叶片的下边缘邻近所述供应模块的一侧的顶部，并且所述叶片的上边缘限定与所述供应模块的另一侧的顶部的空隙，以允许所述叶片上的构造粉末被推入所述空隙并且落入所述供应模块，其中所述叶片能旋转至第二位置，使得一部分构造材料定位在所述供应模块的顶部下方，并且使得一部分构造材料定位在所述供应模块的顶部上方，并且其中当所述叶片处于所述第二位置时，所述构造材料散布器在第一方向上能移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的构造材料推入所述供应模块，从而在所述供应模块的顶部和所述叶片之间产生测量剂量的构造材料。

本公开的另一方面提供一种3D打印设备，包括：供应模块，用于从构造材料仓接收构造材料；构造材料分配元件，用于在所述供应模块内分配构造材料；桨叶，该桨叶绕大体上与所述供应模块的顶部平齐的轴线可旋转；和控制器，用于：控制构造材料从所述构造材料仓在所述供应模块中的沉积；控制所述构造材料分配元件沿着所述供应模块的长度分配构造材料；控制所述桨叶移动至第一位置，使得所述供应模块中沉积的构造材料的一部分移动至所述供应模块的顶部上方；和控制构造材料分配器使用在所述供应模块的顶部上方的构造材料的所述一部分在支撑平台上形成一层构造材料，其中所述控制器用于：控制所述桨叶移动至第二位置，使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部上方，并使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部和所述桨叶之间；以及控制所述构造材料分配器移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的所述一部分构造材料推入所述供应模块的底部，从而在所述供应模块的顶部和所述桨叶之间产生测量剂量的构造材料。

本公开的又一方面提供一种将构造材料供应至三维打印系统的方法，包括：将构造材料从构造材料仓递送至供应模块；使用可旋转叶片将一部分构造材料从所述供应模块移动至所述供应模块的顶部，包括：将所述可旋转叶片移动至使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部上方并使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部和所述可旋转叶片之间的位置；并且将构造材料分配器移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的所述一部分构造材料推入所述供应模块的底部，从而在所述供应模块的顶部和所述可旋转叶片之间产生测量剂量的构造材料；和将所移动部分的构造材料横过所述支撑平台散布。

附图说明

现在示例将仅通过非限制性示例的方式参考附图描述，其中：

图1是根据一个示例的3D打印系统的一部分的简化等距图；

图2是根据一个示例的3D打印机控制器的方块图；

图3是概述根据一个示例的示例方法的流程图；

图4是根据一个示例的3D打印系统的简化侧视图；

图5是根据一个示例的3D打印系统的简化侧视图；

图6是根据一个示例的3D打印系统的简化侧视图；

图7a至图7d是根据一个示例的3D打印系统的简化侧视图；

图8是概述根据一个示例的示例方法的流程图；

图9是根据一个示例的3D打印系统的简化侧视图；

图10是根据一个示例的3D打印系统的简化等距图；以及

图11是概述根据一个示例的示例方法的流程图。

具体实施方式

一些3D打印系统使用具有粉末或颗粒形式的构造材料。根据一个示例，合适的构造材料可为粉末半晶态热塑性材料。一种合适的材料可为尼龙12，其例如从西格玛奥德里奇(Sigma-Aldrich)责任有限公司可获得。另一种合适的材料可为PA2200，其从电子光学系统EOS股份有限公司可获得。

在其它示例中，其它合适的构造材料可被使用。这种材料可包括例如粉末金属材料、粉末塑料材料、粉末复合材料、粉末陶瓷材料、粉末玻璃材料、粉末树脂材料、粉末聚合物材料等。

这种3D打印系统典型地沿着支撑平台的侧部生成用于在支撑平台上散布的一定量的构造材料。在3D打印操作期间，构造初始层的构造材料直接散布在支撑平台的表面上，而随后层的构造材料形成在之前形成层的构造材料上。这里，根据上下文，对于在支撑平台上形成一层构造材料的提及可指直接在支撑平台的表面上形成一层构造材料，或者在之前形成层的构造材料上形成一层构造材料。

现在将描述多个示例，其提供一种用于提供用于在支撑平台上散布的构造材料的紧凑和方便的系统，例如用于在通过3D打印系统生成3D物体中使用。一些示例使得精确剂量的构造材料能沿着支撑平台的边缘形成。然后该剂量的构造材料可使用构造材料散布器散布在构造平台或者支撑平台上。形成精确剂量的构造材料可以是有用的，例如，用于减少在一层构造材料已经形成以后剩余的多余的构造材料的量，用于确保足够的构造材料被提供以使得构造材料的完整层能被形成，和用于减少在形成一层构造材料时可能变得气载(airborne)的构造材料的量。

现在参考图1，其示出根据一个示例的3D打印系统100的一部分的图。为了清楚的原因，不是3D打印系统100的所有元件都被示出。例如，这里示出的图未示出任何具体的构造材料固化系统，尽管任意合适的构造材料固化系统可被使用，诸如熔剂沉积和加热系统、粘合剂沉积系统、激光烧结系统等等。

系统100包括大致上以102指示的构造材料供应模块或供应托盘，以提供用于通过可水平移动的构造材料散布器或者构造材料分配器108横过支撑平台104散布的一定量的构造材料。散布器108可安装在合适的载架或台架(未示出)上。支撑平台104可沿如通过箭头106指示的z轴可移动，以使其能够在形成在其上的每层构造材料由3D打印系统100处理时被降低。在所示的示例中，构造材料散布器108为滚筒，尽管在其它示例中，诸如刮片的其它合适形式的散布器可被使用。构造材料从构造材料仓(未示出)供应至供应模块102。在一个示例中，如随后描述的，构造材料仓可位于供应模块102的高度以下。

在一个示例中，构造供应模块102具有一长度，其大体上与支持模块104的长度相同。但是，在其它示例中，供应模块102可长于或短于支撑平台104。

供应模块102形成大致开放的容器，构造材料可沉积在其中并且构造材料可从其移动以使构造材料能够在支撑平台104上散布。在图1中，供应模块102的前端板未示出，以允许供应模块102的内部结构可见。供应模块102具有由矩形底部110和弯曲的上部112形成的截面。弯曲的上部112具有限定圆的两个弧线的截面，该圆具有沿着在底部110的纵向轴线上方中心定位并且与供应模块102的顶部大约平齐的轴线118定位的中心，并具有预定的半径。

底部110可包括在由箭头115所示的方向上可移动的往复构造材料分配元件114。构造材料分配元件114可被控制为沿着供应模块102的底部少量往复或滑动，以帮助分配供应模块102内的构造材料，如以下进一步描述的。在一个示例中，构造材料分配元件114可被控制为滑动上至约1cm，尽管在其它示例中，构造材料分配元件114可被控制为滑动更大或更小的量。在一个示例中，构造材料分配元件114可包括网格状结构并且由任意合适的驱动系统驱动，诸如电机。

供应模块102进一步包括叶片或桨叶116，其如由箭头120所示的绕轴线118可旋转。叶片具有一高度，使得在其旋转期间叶片的底部可抵靠弯曲的上部112形成大体上的密封，使其能够将构造材料从底部110移动至弯曲的上部112。

叶片116可由任意合适的驱动机构(未示出)驱动，诸如步进电机、齿条和齿轮装置等等，并且可另外地联接至位置确定模块(未示出)，诸如角编码器，以使得叶片的角位置能够被精确地控制和确定。

在一些示例中，供应模块102可进一步包括水平凸起122，其在叶片116的顶部和凸起122的一个纵向边缘之间限定间隙或空隙124。但是，在其它示例中，可没有凸起122，在该情况下，如图示的，间隙或空隙124可限定在叶片116的顶部和供应模块102的一侧之间。在一些示例中，凸起122可不是水平的，并且可为倾斜的。

3D打印系统100的运行大致上由控制器126控制，如图2中进一步详细示出的。

控制器126包括连接至存储器204的处理器202。存储器204存储构造材料供应管理指令206，当由处理器202执行时，其控制3D打印系统100管理构造材料的供应，如这里描述的。

3D打印系统100的运行现在将参考图3的流程图和图4至10的图片描述。

在302处，控制器126控制构造材料向供应模块102的递送。构造材料可如何递送至供应模块102的一个示例在图4中示出。在图4中示出主构造材料仓402，其包括构造材料404和用于将构造材料404从构造材料仓402移动至递送区408的给料通道406。给料通道406包括给料机构，诸如螺杆(auger screw)410或任意其它合适的给料机构。

在一个示例中，构造材料给料机构410可被控制为将预定量的构造材料递送至供应模块102。例如，如果螺杆机构用作给料机构，则螺杆的旋转圈数可被控制为递送预定量的粉末。如果精确量的构造材料能够通过给料机构410递送，则在一个示例中，凸起122可如图4、5、6和7中不存在于供应模块102。

递送区408可定位在沿着供应模块102的长度的任意合适的位置，但是至少在一些示例中，递送区408大体上不沿着供应模块的长度延伸。例如，递送区可具有一长度，在一些示例中，其小于供应模块102的长度的约10％。

在一个示例中，构造材料仓402可另外地包括振动器或者压实机(未示出)以帮助确保构造材料仓402内的构造材料404围绕给料机构410的下端压实，从而确保构造材料向给料机构410的规律供应。

与具有位于3D打印系统的一侧的构造材料仓相比，具有大致上位于支撑平台104和供应模块102下方的构造材料仓使得这种3D打印系统的占用空间能够减小。

在其它示例中，构造材料可使用其它合适的配置递送至供应模块102，例如，从头顶上的构造材料布料器。

在304处，控制器126控制构造材料分配元件114往复，以沿着供应模块102的长度均匀地分配递送的构造材料402。在一个示例中，随着构造材料被递送至供应模块102，控制器126将叶片116移动至一位置，诸如图5中所示的水平位置。在一个示例中，当叶片116在水平位置时，其与供应模块102的顶部平齐。

在图6中例示的另一示例中，随着构造材料被递送至供应模块102，控制器126可控制叶片116从叶片的下边缘在矩形底部110内的大约垂直的位置移动，以往复至任一侧达到约45度。这与往复的构造材料分配元件114联合可帮助构造材料沿着供应模块102的长度快速和均匀的分配。这也可帮助保持构造材料的流动性。

在306处，控制器126控制叶片116移动至预给料位置，如图7a中例示的。因为叶片116已经移动通过供应模块102中递送的构造材料，所以其铲起一些构造材料，使得铲起的构造材料的第一部分在供应模块102的顶部上方，第二部分在供应模块102的顶部下方。

在308处，控制器126控制构造材料散布器108移动横过支撑平台104的至少一部分并越过空隙124，使得第一部分构造材料被转移并且落回供应模块102中，留下预定剂量的构造材料由叶片116保持，如图7b中所示。预定剂量中的构造材料的量可通过改变预给料位置的角位置而调整。

在310处，控制器126控制叶片116移动至给料位置，如图7c中例示的，在该位置测量剂量的构造材料定位为与供应模块102的顶部平齐。然后测量剂量的构造材料可由构造材料散布器108分配在支撑平台104上，其可定位为略微低于供应模块102的顶部，如图7d中所示。形成的构造材料的层的高度可通过支撑平台104的垂直位置而控制。

然后供应模块102可以以上描述的方式被供应以另外的构造材料。当3D打印系统选择性地固化支撑平台上的部分构造材料时，另外的构造材料的再供应可执行。以此方式，连续层的构造材料的处理可以有效和及时的方式执行。

在另一示例中，例如在给料机构不是可控地将精确量的构造材料递送至供应模块102的情况下，凸起122可用于确定何时足够量的构造材料已经被递送至构造模块102，如另外参考图8的流程图和图9的图描述的。

在302处，控制器126控制构造材料向供应模块102的递送，例如如以上描述的。

在304处，控制器126控制构造材料分配元件114往复，以沿着供应模块102的长度均匀地分配递送的构造材料402。在一个示例中，随着构造材料被递送至供应模块102，控制器126将叶片116移动至一位置，诸如水平位置。

在802处，控制器126控制叶片116朝向凸起122旋转，如图9中所示。如果在供应模块102中有足够的构造材料，则一些构造材料将被叶片116铲起并且将被抵靠凸起122压缩。因为构造材料不是可以任意显著量压缩，所以叶片116在凸起122以下的角位置处变得阻塞。则控制器126可确定叶片116变得阻塞的角位置902，并且在804处可因此确定预定量的构造材料是否已经被递送至供应模块102。如果没有，则控制器126控制另外的构造材料向供应模块102的递送。

此例程可周期性地执行，直至控制器126确定在供应模块102中有足够的构造材料。

当控制器126确定足够的构造材料已经被递送至供应模块时，控制器126在806处控制构造材料供应机构停止向供应模块102供应构造材料。然后控制器126可执行之前描述的动作以提供准备横过支撑平台104分配的测量剂量的构造材料。

又一示例在图10中例示，其示出根据一个示例的3D打印系统100的一部分的图。在此示例中，一对供应模块102a和102b被提供在支撑平台104的相对侧上。此示例使得构造材料能够供应至支撑平台104的任一侧。而且，任何多余的构造材料可通过之前提到的空隙返回至相对的供应模块。

以此方式，每个供应模块102的控制的协调可在3D打印系统1000被配置为以双向方式运行时提供加强的效率。双向意味着构造材料的层可通过使用来自任一个构造模块102的构造材料的构造材料散布器108形成在支撑平台104上。3D打印系统1000也能在以任一方向运行时选择性地固化一部分形成的构造材料的层。

在一个示例中，支撑平台104可为可移除构造模块的一部分，其可插入3D打印系统。相应地，这里对支撑平台的参考将理解为大致上是指何时这种构造模块插入3D打印系统中。

在又一示例中，如图11中所示，控制器126可省掉预给料阶段306和多余的构造材料的去除阶段308(以上关于图3描述的)，并且可控制叶片116直接将其移动至水平给料位置。在此示例中，提供在叶片116上的构造材料的量的剂量可在每次叶片116移动至给料位置时而改变，并且在一层构造材料在支撑平台104上形成以后留下的任意多余的构造材料可例如在支撑平台104的另一侧上的第二供应模块中(如图10中所示)恢复。

将意识到，这里描述的示例能够以硬件、软件、或硬件和软件的组合的形式实现。任意这种软件可以易失或非易失存储的形式存储，诸如像ROM的存储设备，无论是否可擦除或可重写，或者以存储器的形式存储，诸如RAM、存储器芯片、设备或集成电路，或者在光学或磁性可读介质上，诸如CD、DVD、磁盘或磁带。将意识到，存储设备和存储介质为机器可读存储的示例，其适于存储当执行时实施这里描述的示例的程序。相应地，一些示例提供包括用于实施任意在先权利要求中所要求的系统或方法的代码的程序，和存储这种程序的机器可读存储。仍然进一步地，一些示例可经由任意媒介电传输，诸如在有线或无线连接上携带的通信信号。

此说明书(包括任意所附权利要求、摘要和附图)中公开的全部特征，和/或这样公开的任意方法或过程的全部步骤可以任意组合方式组合，除了这种特征和/或步骤的至少一些相互排斥的组合方式。

此说明书(包括任意所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可由提供相同、等效或类似目的的替代特征替换，除非明确地另外说明。因此，除非明确地另外说明，公开的每个特征仅为通用系列的等效或类似特征的一个示例。

Claims

1.用于将构造材料供应至三维打印系统的装置，包括：

构造材料供应模块；

构造材料递送系统，用于将构造材料从构造材料仓沉积至所述构造材料供应模块；

构造材料分配元件，用于在所述供应模块内分配沉积的构造材料；

叶片，该叶片在第一方向上可旋转，以将所述供应模块中的一定量的构造材料移动至所述供应模块的顶部上方；和

构造材料散布器，用于将由所述叶片移动至所述供应模块的所述顶部上方的构造材料散布在支撑平台上，

其中当所述叶片处于第一位置时，所述叶片的下边缘邻近所述供应模块的一侧的顶部，并且所述叶片的上边缘限定与所述供应模块的另一侧的顶部的空隙，以允许所述叶片上的构造粉末被推入所述空隙并且落入所述供应模块，

其中所述叶片能旋转至第二位置，使得一部分构造材料定位在所述供应模块的顶部下方，并且使得一部分构造材料定位在所述供应模块的顶部上方，并且

其中当所述叶片处于所述第二位置时，所述构造材料散布器在第一方向上能移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的构造材料推入所述供应模块，从而在所述供应模块的顶部和所述叶片之间产生测量剂量的构造材料。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述叶片绕一轴线可旋转，所述轴线定位在所述供应模块的底部上方并且大体上在所述供应模块的所述顶部的水平面处，使得当所述叶片旋转至第一大体上水平位置时，所述叶片大体上与所述供应模块的所述顶部齐平。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述叶片能移动至所述第一位置，从而将所述测量剂量的构造材料定位在所述供应模块的顶部上方。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述构造材料散布器在与所述第一方向相反的第二方向上能移动横过所述叶片，以将所述测量剂量的构造材料散布在所述支撑平台上。

5.如权利要求1所述的装置，进一步包括沿着所述供应模块的一侧的长度的凸起，并且其中所述叶片在与所述第一方向相反的第二方向上可移动，以在所述叶片和所述凸起之间压缩一定量的构造材料，所述装置进一步包括测量模块，用于当所述叶片将所述构造材料抵靠所述凸起压缩时确定所述叶片的角度，所述角度指示所述供应模块内的构造材料的量。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述构造材料仓位于所述供应模块下方，并且其中所述构造材料供应机构将构造材料沉积在所述供应模块内的单个区域中。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述构造材料分配元件包括往复网格状构件，其能沿着所述供应模块的底部往复。

8.一种3D打印设备，包括：

供应模块，用于从构造材料仓接收构造材料；

构造材料分配元件，用于在所述供应模块内分配构造材料；

桨叶，该桨叶绕大体上与所述供应模块的顶部平齐的轴线可旋转；和

控制器，用于：

控制构造材料从所述构造材料仓在所述供应模块中的沉积；

控制所述构造材料分配元件沿着所述供应模块的长度分配构造材料；

控制所述桨叶移动至第一位置，使得所述供应模块中沉积的构造材料的一部分移动至所述供应模块的顶部上方；和

控制构造材料分配器使用在所述供应模块的顶部上方的构造材料的所述一部分在支撑平台上形成一层构造材料，

其中所述控制器用于：

控制所述桨叶移动至第二位置，使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部上方，并使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部和所述桨叶之间；以及

控制所述构造材料分配器移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的所述一部分构造材料推入所述供应模块的底部，从而在所述供应模块的顶部和所述桨叶之间产生测量剂量的构造材料。

9.如权利要求8所述的3D打印设备，其中所述控制器用于：

控制所述桨叶移动至大体上水平的位置，使得所述供应模块的顶部和所述桨叶之间的所述一部分构造材料移动至所述供应模块的顶部上方；和

控制所述构造材料分配器使用所述供应模块的顶部上方的所述构造材料在所述支撑平台上形成一层构造材料。

10.如权利要求8所述的3D打印设备，其中所述控制器控制所述桨叶随着构造材料沉积在所述供应模块中而往复，以帮助构造材料沿着所述供应模块的长度的分配。

11.如权利要求10所述的3D打印设备，其中所述供应模块进一步包括凸起，并且其中所述控制器用于控制所述桨叶将一部分构造材料抵靠所述凸起压缩，并用于由所述桨叶的角度确定所述供应模块中的构造材料的量。

12.一种将构造材料供应至三维打印系统的方法，包括：

将构造材料从构造材料仓递送至供应模块；

使用可旋转叶片将一部分构造材料从所述供应模块移动至所述供应模块的顶部，包括：将所述可旋转叶片移动至使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部上方并使得一部分构造材料位于所述供应模块的顶部和所述可旋转叶片之间的位置；并且将构造材料分配器移动横过所述供应模块，以将所述供应模块的顶部上方的所述一部分构造材料推入所述供应模块的底部，从而在所述供应模块的顶部和所述可旋转叶片之间产生测量剂量的构造材料；和

将所移动部分的构造材料横过所述支撑平台散布。