CN107530971B - 增材制造系统中的温度确定 - Google Patents

Abstract

一种控制增材制造系统中加热子系统的方法。该方法包括从温度感测子系统接收热成像信息，从增材制造介质浓度信息数据库接收增材制造介质浓度信息，在所接收的热成像信息和增材制造介质浓度信息的基础上，对于多个像素区域中的各像素区域，确定各像素区域内存在的多个增材制造介质试剂中各增材制造介质试剂的温度，且在各像素区域和增材制造介质试剂的所确定温度的基础上，对指定的增材制造过程中所使用的加热子系统的功率进行控制。

Description

增材制造系统中的温度确定

背景技术

生成三维对象的增材制造系统，包括俗称为“3D打印机”的那些，已作为制造三维对象的潜在方便的方式而提出。这些系统可以接收对象模型形式的三维对象的定义。处理此对象模型，以指导该系统使用一种以上材料成分来制造对象。这可以在逐层的基础上执行。对象模型的处理可以基于系统类型和/或实施的制造技术而变化。

附图说明

根据下面的具体描述结合附图，本公开的各种特征将显而易见，下面的具体描述和附图一起图示了某些示例性特征，且其中：

图1为根据一个示例示出增材制造系统的组件的示意图；

图2为根据一个示例具有用熔剂打印的对象(实体形状205)、且被细化剂(虚线形状215)环绕的打印平台(print bed)区域的示意图；

图3为根据某些示例打印时打印平台的热图像的图示；

图4根据某些示例示出将如管道指定的试剂的浓度给予温度控制子系统的表；

图5根据一个示例描述了用于细化剂的查找表；

图6为根据一个示例示出增材制造系统中控制器所执行的操作的流程图；

图7为示出对增材制造系统中加热子系统进行控制的方法700的流程图；

图8为根据一个示例的处理设备的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释目的，陈述了某些示例的若干具体细节。在说明书中引用“一个示例”或类似语言意指在至少那个示例中、但不必在其它示例中包含结合该示例所描述的特定特征、结构或特性。

图1示出了使用喷墨式沉积机制110、将多种液体试剂打印到粉状(或泥浆、糊剂、凝胶等)基底的层上的增材制造系统的示例100。尽管本文描绘的示例可以应用于不同类型的增材制造系统，但图1的示例将用于进一步解释本文公开的一些概念，以便参考。其它示例可以应用于一个或多个选择性激光烧结系统、立体光刻系统、喷墨式系统、熔融沉积建模系统、任意三维打印系统、喷墨式沉积系统和叠层对象制造系统。

在图1中，喷墨式沉积或打印机制110实施沉积机制。在此示例中，沉积机制110包括四个喷墨式打印头115。各喷墨式打印头适配为将试剂沉积到粉状聚合物基底上。尤其是，各喷墨式打印头布置为将特定试剂沉积到多个连续基底层内所限定的区域上。试剂可以例如充当聚结剂(例如粘合剂)或充当聚结改性剂。在图1中，喷墨式打印机制110通信地耦合到沉积控制器130。可能存在更多的组件，但为清楚起见未示出。

在图1中，增材制造系统包括提供上面由沉积机制110沉积多种材料的至少一个基底层的基底提供机制150。在此示例中，基底提供机制150包括提供连续基底层的粉状基底提供机制。图1中示出了两层：上面已由基底提供机制150沉积第二层120-L2的第一层120-L。在某些情况下，基底提供机制150布置为相对滚筒移动，这样连续层在互相的顶部沉积。

在本示例中，增材制造系统还包括固定系统180(或“加热子系统”)，布置为施加能量以由试剂组合和粉状基底的组合形成三维对象的部分。例如，图1示出特定的打印头115，将含量受控的液体试剂沉积到粉状基底的第二层120-L2的可编址区域上。该液体试剂由粉状基底吸收，这样，该层的可编程区域单元上的一滴试剂与打印分辨率体积像素(体素)160相关。施加试剂后，固定系统180布置为固定或固化层160的一部分。在一些示例中，固定系统180可以将能量均匀地施加于整层。在一些示例中，粉末及聚结剂的部分可能聚结且固化，而仅有粉末(或粉末及细化剂)的部分是无法聚结且固化的。在一些示例中，细化剂可以允许对粉末部分的性能进行更改(例如取决于试剂性质而具有不同的性能)。

在一些示例中，固定系统180包括诸如一个或多个紫外或红外光源的能源，例如定影灯或激光。在一些示例中，固定系统180包括用于控制熔化过程的控制器190，包括对诸如一个或多个定影灯或激光的熔化能源所施加的功率进行控制。图1示出已在第一层120-L中固定的四个打印分辨率体素170。这样，可以基于这些之前的体素170构造体素160，以构造三维对象。基底的低层还可以为三维对象的悬伸固定部分提供支撑，其中制造结束时，移除任意未固化的基底以显示完成的对象。

图2为具有用熔剂205打印的对象且被试剂215环绕的打印平台区域200的示意图。例如沿扫描轴或沿复涂机轴，移动熔化能源(在此示例中定影灯220A和220B)。在此示例中，定影灯220A和220B附于打印滑架210上。

能够利用过程可重复性和一致性来实现增材制造系统中改进的性能，过程可重复性和一致性涉及将打印区域上温度分布的稳定性和均匀性精确地控制在非常窄的范围(±1℃)内。在某些示例中，这涉及动态适配热分布和温度测量以对改变表面热分布进行迅速反应。而且，在某些示例中，提供细粒度的瞬态温度控制，其使得能够将能量选择性提供给加热子系统，因此在期望的时间、用最优量的能量来实现材料阶段变化，而不损害材料选择性。

在某些示例中，为了确保在期望的时间适当的材料阶段转换，使得温度控制子系统195能够精确地测量粉末(也俗称为“白”)的温度和熔剂或被打印部件覆盖的区域(也俗称为“黑”)的温度。因一个表面的颜色差异、热性能、焓且因不同的辐射方向图，该表面内的温度测量可能有差异。

某些示例涉及精确地确定平台上的被粉末覆盖的区域(白)和不同试剂(例如熔剂或被打印部件被覆盖的区域(黑或有色)、细化剂等)的温度。在某些示例中，这是使用在打印过程的每个时刻(即“阶段”)可获得的信息来实现的，该信息为打印的当前层(例如每像素试剂的浓度)、来自下层的信息和温度地图(例如作为像素组)。本文描述的某些示例包括能够精确地确定被粉末覆盖的区域的温度、被熔剂覆盖的区域和/或被细化剂覆盖的区域的温度的机制。

本文描述的某些示例确保考虑到在正在平台上打印的不同试剂的浓度，打印平台的热成像能够准确地确定它们的温度。指定具有已知试剂浓度的某个区域的温度，某些示例使得能够确定粉末的准确温度或推出它。某些示例解决的一个或多个问题至关重要，因为试剂温度用于控制熔化过程，同时粉末温度用于确保过程的稳定性。

公知的选择性激光烧结(SLS)打印机利用不同打印平台补丁和单点红外(IR)传感器来确定两个区域的温度。此类公知系统的问题包括，首先它们危及了打印平台内的空间，其次因参考单点温度，它们不太精确。远处区域可能稍有温度差，这使得单点温度感测不精确。

在某些示例中，将灯控子系统编程为在全打印平台实现目标稳定的且均匀的温度。在某些示例中，这是通过控制提供给对打印表面进行加热的灯组的能量的量来完成的。在某些示例中，一组温度感测器(IR传感器、热感摄像机等)用于读取当前表面温度。在一些示例中，使用多个传感器、热感摄像机等，各对打印平台上大致不重叠的区域进行监控。在一些示例中，使用来自一个或多个传感器的输入来构造温度地图，且温度地图用于供给灯控回路以根据打印阶段(例如被吸收剂材料试剂覆盖的区域的熔化、预加热、后加热等)获得目标温度。

图3为根据某些示例打印时打印平台的热图像的图示。在图3中，朝向图像中间的暗红区域示出具有吸收试剂的区域。

根据某些示例，试剂温度是由以下推出的：

在开始打印一个层时，接收试剂浓度地图。此地图为在代表来自热感摄像机的像素的各区域(例如约10平方厘米的区域)处的各试剂浓度的表示。因此，该地图指示在热感摄像机所感知的各像素处有多少吸收试剂、细化剂和白(或有色)粉末(以百分比)。注意，这能施加和打印机能处理的一样多的试剂，包括例如颜色等。

图4根据某些示例示出将如管道所指定的试剂的浓度给予温度控制子系统的表。在图4中，分别是P代表像素的被非试剂覆盖的部分，A代表吸收试剂，且D代表细化剂。

在某些示例中，在层形成期间，连续多次获得热感摄像机像素地图。根据某些示例，根据温度矩阵和试剂的浓度地图，获得在各像素处的不同试剂的温度。

在某些示例中，一个挑战是已知一个像素具有例如40％吸收试剂和10％细化剂(剩余的仅是粉末)，能够推出该像素中不同材料的温度。应该注意到，在某些示例中，传感器给出方形区域的平均温度，因此这隐藏了它期望确定的不同材料的真实温度。因此，在某些示例中，使用一组的一个或多个查找表。在某些示例中，查找表中的信息在实验室里预先确定，并在打印机器编程；根据某些示例，该信息能够配置为一种或多种介质设置(例如，它可能取决于材料)。

图5根据一个示例描述了用于细化剂的查找表。在某些示例中，吸收剂和其它试剂具有它们自己的查找表。图5的示例性查找表能够根据细化剂在特定区域的浓度和来自热感摄像机的指定温度信息，来推出细化剂的温度。

在某些示例中，查找表用于根据读取的温度来确定试剂的温度。例如，假如传感器对于特定像素读取190C，该像素具有浓度为20％的用于这一像素的细化剂，那么能够将细化剂的真实温度计算为190C-2.0C＝188C。

根据某些示例，一个或多个查找表在实验室获得，且存储为介质设置。根据某些示例，为了获得该表，用不同的试剂浓度(5、10、15％等)在平台上打印图案布局，且将平台加热到最大允许的温度。在某些示例中，记录用于数个表项目的温度，且剩余的值能够例如通过线性回归来确定。

根据一些示例，一旦加热系统能够确定不同试剂的温度，就能够在层打印期间将此信息用来优化熔化及加热过程。

例如，在层打印期间，各单独的控制区根据目标(被熔化吸收试剂覆盖的部分，或将粉末温度保持在目标)，使用温度(吸收试剂的温度、细化剂的温度等)的源。在某些示例中，将功率递送给灯的控制器使用对应的温度信息来确定施加的功率。当根据某些示例、控制器目的在于被熔化吸收剂材料覆盖的区域时，该控制器使用其中A>％的那些像素，并使用例如图5给出的对应介质设置查找表，校正从热感摄像机获得的温度。

图6为根据一个示例示出增材制造系统中控制器190所执行的操作的流程图。

在框610，从一个或多个温度感测器获得温度信息。一个或多个温度感测器各配置为测量用于在指定的三维打印过程中所打印的部件的至少一层的打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度。

在框620，获取试剂浓度信息。接收的试剂浓度信息包括，对于多个像素区域中的各像素区域，各像素区域中存在的多种打印试剂各自的浓度。

在框630，在获得的温度信息和试剂浓度信息的基础上，对于多个像素区域中各像素区域，确定各像素区域中存在的多种打印试剂中各打印试剂的温度。

在框640，在对于各像素区域和打印试剂所确定的温度的基础上，确定施加于指定的三维打印过程中所用的加热子系统的功率。

在某些示例中，获得来自一个或多个温度感测器的进一步的温度信息。在这些示例中，获得的进一步的温度信息包括对于指定的三维打印过程的随后阶段所测量的多个像素区域中像素区域的温度。在这些示例中，在获得的进一步的温度信息和试剂浓度信息的基础上，对于多个像素区域中的各像素区域，进一步确定各像素区域内存在的多种打印试剂中各打印试剂的温度。在对于各像素区域和打印试剂所进一步确定的温度的基础上，对指定的三维打印过程的随后阶段中所用的加热子系统的功率控制进行动态更新。

在某些示例中，一个或多个温度感测器包括多个温度感测器。

根据某些示例，控制器配置为在多个预定温度调节数据查找表中执行查找，多个预定温度调节数据查找表中的各查找表包括用于一组不同测量温度的预定温度调节数据和用于多种打印试剂中一个指定打印试剂的不同打印试剂浓度。在这些示例中，在执行的查找的结果的基础上，进一步确定施加于指定的三维打印过程中所用的加热子系统的功率。

在某些示例中，控制施加于加热子系统的功率包括确定施加于多个定影灯各自的功率。

在某些示例中，多种打印试剂包括粉末试剂、熔剂和细化剂中的两种或更多种。

在一些示例中，获得的温度信息包括来自多个热感摄像机的热成像信息。

根据某些示例，控制器配置为将表示确定的功率的控制信号传送给指定的三维打印过程中所用的加热子系统。

图7为示出对增材制造系统中的加热子系统进行控制的方法700的流程图。

在框710，从温度感测子系统接收热成像信息。温度感测子系统包括一个或多个热感摄像机，配置为对指定的增材制造过程中的打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度进行测量。

在框720，从增材制造介质浓度信息数据库接收增材制造介质浓度信息。接收的增材制造介质浓度信息包括，对于多个像素区域中的各像素区域，各像素区域中存在的多个增材制造介质各自的浓度。

在框730，在接收的热成像信息和增材制造介质浓度信息的基础上，对于多个像素区域中的各像素区域，确定各像素区域中存在的多种增材制造介质试剂中各增材制造介质试剂的温度。

在框740，在对于各像素区域和增材制造介质试剂所确定的温度的基础上，对指定的增材制造过程中所用的加热子系统的功率进行控制。

根据某些示例，从温度感测子系统接收进一步的热成像信息。在这些示例中，温度感测子系统包括一个或多个热感摄像机，配置为对于指定的增材制造过程的随后阶段，测量打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度。在这些示例中，在接收的进一步的热成像信息和增材制造介质浓度信息的基础上，对于多个像素区域中的各像素区域，进一步确定各像素区域中存在的多种增材制造介质中各增材制造介质的温度。在这些示例中，在对于各像素区域和增材制造介质所进一步确定的温度的基础上，对指定的增材制造过程的随后阶段中所用的加热子系统的功率控制进行动态更新。

在某些示例中，一个或多个热感摄像机包括多个热感摄像机。

某些示例包括从一个或多个预定的温度调节数据查找表获取用于多个不同测量温度的预定温度调节数据和用于多种增材制造介质中各增材制造介质的不同增材制造介质浓度。在此类示例中，在获取的预定温度调节数据的基础上，进一步控制指定的增材制造过程中所用的加热子系统的功率。

在某些示例中，将一个或多个预定温度调节数据查找表存储为增材制造系统中的介质设置。

在一些示例中，控制施加于加热子系统的功率包括控制施加于多个定影灯各自的功率。

在一些示例中，控制施加于加热子系统的功率包括将一个或多个控制信号传送给加热子系统。

在某些示例中，多种增材制造介质包括粉末介质、熔化介质和细化介质中的两种或更多种。

本文描述的某些系统组件及方法可以通过可存储在非暂时性存储介质上的机器可读指令来实现。图8示出了三维打印系统或设备800的一个示例，包括布置为从计算机可读存储介质820获取数据的至少一个处理器810。计算机可读存储介质820包括其上存储的一组计算机可读指令830。至少一个处理器810配置为将指令830加载到存储器以用于处理。指令830布置为使得至少一个处理器810执行一系列动作。

指令840配置为使得处理器810从温度感测子系统接收热成像信息。该温度感测子系统包括多个热感摄像机，配置为对指定的三维打印过程中的打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度进行测量。

指令850配置为使得处理器810接收试剂浓度信息。接收的试剂浓度信息包括，对于多个像素区域中的各像素区域，各像素区域中存在的多种打印试剂各自的浓度。

指令860配置为使得处理器810访问打印试剂浓度信息数据库。打印试剂浓度信息数据库包括多个温度校正查找表。多个温度校正查找表中各查找表包括用于多个不同测量温度的温度校正数据和不同的打印试剂浓度。对于多个像素区域中的各像素区域，该访问导致对于各像素区域中存在的多种打印试剂的各打印试剂的校正的温度。

指令870配置为使得处理器810在对于各像素区域和打印试剂所校正的温度的基础上，控制三维打印过程中所用的多个定影灯的功率。

非暂时性存储介质能够为能够包含、存储或维护指令执行系统所用或与其结合的程序及数据的任意介质。机器可读介质能够包括诸如例如电子、磁、光、电磁或半导体介质的许多物理介质的任一种。适当的机器可读介质更具体的示例包括、但不限于硬盘驱动、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器或可携盘。

某些示例通过精确地感测全打印平台及各区域特定的温度，改进了诸如熔化烧结的增材制造过程。

某些示例使得能够非常精确地控制温度感测子系统，因此改进了加热子系统操作和能量递送。

因精确的温度确定有利于部件质量和机械性能，某些示例改进了整体打印过程。

给出之前的描述以图示并描述所描述的原理的示例。此描述不旨在是穷举性的或将这些原理限于公开的任意精确形式。鉴于上面的教导，可能有许多更改及变化。

Claims (15)

1.一种增材制造系统，所述系统包括控制器，所述控制器配置为：

从一个或多个温度感测器获得温度信息，其中所述一个或多个温度感测器各配置为对指定的三维打印过程中所打印的部件的至少一层的打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度进行测量；

获得试剂浓度信息，所接收的试剂浓度信息包括，对于所述多个像素区域中的各像素区域，所述各像素区域中存在的多种打印试剂各自的浓度；

在所获得的温度信息和试剂浓度信息的基础上，对于所述多个像素区域中的各像素区域，确定在所述各像素区域中存在的所述多种打印试剂中各打印试剂的温度；和

基于各像素区域和打印试剂的所确定的温度，确定要施加于所述指定的三维打印过程中所用的加热子系统的功率。

2.根据权利要求1所述的系统，所述控制器配置为：

从所述一个或多个温度感测器获得进一步的温度信息，所获得的进一步的温度信息包括对于所述指定的三维打印过程的随后阶段所测量的所述多个像素区域中像素区域的温度；

在所获得的进一步的温度信息和试剂浓度信息的基础上，对于所述多个像素区域中的各像素区域，进一步确定所述各像素区域中存在的所述多种打印试剂中各打印试剂的所述温度；和

基于各像素区域和打印试剂的所进一步确定的温度信息，对于所述指定的三维打印过程的随后阶段中所用的所述加热子系统的功率控制进行动态更新。

3.根据权利要求1所述的系统，所述控制器配置为：

在多个预定温度调节数据查找表中执行查找，所述多个预定温度调节数据查找表中的各查找表包括用于一组不同的测量的温度的预定温度调节数据和用于所述多种打印试剂中指定的打印试剂的不同打印试剂浓度，

其中在所执行查找的结果的基础上，进一步确定要施加于所述指定的三维打印过程中所用的所述加热子系统的所述功率。

4.根据权利要求1所述的系统，其中控制施加于所述加热子系统的所述功率包括确定要施加于多个定影灯各自的功率。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多种打印试剂包括以下中的两种或更多种：

粉末试剂，

熔剂，和

细化剂。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所获得的温度信息包括来自多个热感摄像机的热成像信息。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为将表示所确定的功率的控制信号传送至所述指定的三维打印过程中所用的所述加热子系统。

8.一种控制增材制造系统中加热子系统的方法，所述方法包括：

从温度感测子系统接收热成像信息，所述温度感测子系统包括一个或多个热感摄像机，配置为对指定的增材制造过程中打印平台区域内多个像素区域中的各像素区域的温度进行测量；

从增材制造介质浓度信息数据库接收增材制造介质浓度信息，所接收的增材制造介质浓度信息包括，对于所述多个像素区域中的各像素区域，所述各像素区域中存在的多种增材制造介质各自的浓度；

在所接收的热成像信息和增材制造介质浓度信息的基础上，对于所述多个像素区域中的各像素区域，确定所述各像素区域中存在的所述多种增材制造介质试剂中各增材制造介质试剂的温度；和

基于各像素区域和增材制造介质试剂的所确定的温度，控制施加于所述指定的增材制造过程中所用的加热子系统的功率。

9.根据权利要求8所述的方法，包括：

从所述温度感测子系统接收进一步的热成像信息，所述温度感测子系统包括一个或多个热感摄像机，配置为对于所述指定的增材制造过程的随后阶段，测量打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度；

在所接收的进一步的热成像信息和增材制造介质浓度信息的基础上，对于所述多个像素区域中的各像素区域，进一步确定所述各像素区域内存在的所述多种增材制造介质中各增材制造介质的温度；和

基于各像素区域和增材制造介质所进一步所确定的温度，对所述指定的增材制造过程的随后阶段中所用的所述加热子系统的功率控制进行动态更新。

10.根据权利要求8所述的方法，包括从一个或多个预定温度调节数据查找表获得用于多个不同的测量温度的预定温度调节数据和用于所述多种增材制造介质中各增材制造介质的不同增材制造介质浓度，

其中在所获得的预定温度调节数据的基础上，进一步控制所述指定的增材制造过程中所用的所述加热子系统的功率。

11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述一个或多个预定温度调节数据查找表存储为所述增材制造系统中的介质设置。

12.根据权利要求8所述的方法，其中控制所述加热子系统的所述功率包括控制施加于多个定影灯各自的功率。

13.根据权利要求8所述的方法，其中控制所述加热子系统的所述功率包括将一个或多个控制信号传送至所述加热子系统。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述多种增材制造介质包括以下中的两种或更多种：

粉末介质，

熔化介质，以及

细化介质。

15.一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，如果所述指令由三维打印系统的处理器执行，则使得所述处理器：

从温度感测子系统接收热成像信息，所述温度感测子系统包括多个热感摄像机，配置为对指定的三维打印过程中打印平台区域内多个像素区域中各像素区域的温度进行测量；

接收试剂浓度信息，所接收的试剂浓度信息包括，对于所述多个像素区域中的各像素区域，所述各像素区域中存在的多种打印试剂各自的浓度；

访问打印试剂浓度信息数据库，所述打印试剂浓度信息数据库包括多个温度校正查找表，所述多个温度校正查找表中各查找表包括用于多个不同的测量温度的温度校正数据和不同的打印试剂浓度，其中对于所述多个像素区域中的各像素区域，所述访问导致对于所述各像素区域中存在的所述多种打印试剂中各打印试剂的温度校正；和

基于各像素区域和打印试剂的所校正温度，控制所述三维打印过程中所用的多个定影灯的功率。