CN107530976B - 热控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于增材制造系统的热控制的方法：该方法包括从编码器设备接收位置信息，从热感测设备接收数据流，基于位置信息对数据流进行过滤，根据过滤后的数据流来构建温度图像地图。还公开了一种热控制系统和具有热控制系统的增材制造系统。

Description

热控制系统及其方法

背景技术

已提出在逐层的基础上生成或制造三维物体的增材制造系统，作为一种潜在方便的制造三维物体的方法。在此类增材制造系统中，能量源可以用于给构建材料和试剂加热。增材制造系统的性能取决于处理的可重复性和一致性，这受对打印面积上的温度分布进行控制的能力的影响。

附图说明

为了更好地理解本文公开的示例，以及为了更清楚地示出如何可以实现示例，现将以非限制性示例的方式对以下附图进行引用，其中：

图1根据本公开示意性示出了装置的一个示例。

图2示出了本公开所提供的方法的一个示例的流程图；

图3示出了本公开所提供的方法的另一示例的流程图；

图4示出了本公开所提供的方法的另一示例的流程图；

图5示出了本公开所提供的方法的另一示例的流程图。

具体实施方式

图1示意性示出了增材制造系统的一个示例的组件。它示出了构建表面1、打印机托架2、再涂覆机托架3以及具有导轨组4a、4b和5a、5b的导轨系统6。导轨组4a、4b允许打印机托架在构建表面1上行进。类似地，导轨组5a、5b允许再涂覆机托架3在构建表面1上行进。

增材制造系统的这一示例的另外的组件包括能量源9、热感测设备10和热控制逻辑11。在一个示例中，能量源9(诸如灯或辐射源、或者灯和辐射源的集合)被定位于构建表面1上方，以给构建表面1上存在的构建材料施加能量(例如热能量或微波能量)。在此示例中，能量源9包括被布置为阵列或网格的在构建表面1上方的12个灯，该12个灯与构建表面1之间距离的范围约为例如从60至70厘米。热感测设备10，在此示例中为热成像相机，被定位于构建表面1上方以获得温度读数，并将这些作为数据流递送给热控制逻辑11。将相机10布置成让视野覆盖构建表面1。在此示例中，可以将温度读数作为由热成像相机抓取的快照图像而获得。在其它示例中，热感测设备10(即，热感测器)可以例如实现为热感测器、温度计或红外(IR)相机。热感测设备10可被定位于灯之间，这样可以无阻碍地施加热能量，例如，通过在灯阵列内插入热感测器阵列。

在一个示例中，热控制逻辑11处理来自热感测设备10的温度读数，并构建温度图像地图。热控制逻辑11进一步计算能量源9(例如，热能量源或微波能量源)所施加的能量的量，并基于计算出的能量对能量源进行控制。

在打印操作的一个示例中，再涂覆机托架3沉积第一层构建材料，随后打印机托架2沉积打印试剂。这之后经能量源9施加能量(例如热或微波能量)，实现已与打印试剂接触的构建材料的熔化。接着，通过启动再涂覆机3的操作来重复该过程。此过程的重复执行可以生成3D打印的物体12。

导轨系统6上的再涂覆机托架3和打印机托架2的协调移动受控于托架控制逻辑7。协调系统可以用于指示托架2、3各自相对构建表面1(即，打印基)的位置。这允许托架控制逻辑7确定打印机托架2和再涂覆机3各自相对构建表面1的位置。在此示例中，托架控制逻辑7容纳有编码设备8，编码设备8将托架2、3的行进编码为位置信息。接着，该位置信息由编码设备8递送给热控制逻辑11。该编码器设备还可以实现为分离的设备，并连接到托架控制逻辑7和热控制逻辑11。

注意，尽管图1的示例示出了在扫描配置中打印机托架2和再涂覆机托架3在导轨系统6上移动的打印机，但本文描述的示例还可应用于打印机托架2和/或再涂覆机托架3覆盖构建平台的宽度的打印机(例如具有页宽阵列的打印头，和/或具有页宽阵列的再涂覆机)。

热控制逻辑11可以将位置信息用于构建温度图像地图。随之，热控制逻辑11进一步通过使用从编码器设备8接收的位置信息对从热感测设备10接收的数据流进行过滤来构建温度图像地图。

热感测设备10、热控制逻辑11和编码设备8组成了根据此公开的热控制系统的示例。热控制系统可以进一步包括能量源9(例如，热能量源或微波能量源)，并在诸如例如图1所示的增材制造系统中实现。

本文描述的示例涉及一种用于3D物体制造期间表面的热控制，(即，控制用于生成三维物体的装置中的温度)的方法及系统。用于三维打印的装置的性能可能取决于处理的可重复性和构建之间的一致性。为了持续地获得高质量的构建，在一个示例中，可以将构建表面的温度分布控制在狭窄的范围内(例如，±1℃)。还可能期望构建表面上温度分布的均一性。这可能涉及动态地适配热分布及温度测量，以快速反应以改变表面热分布。

参考图2，示出了用于诸如例如图1所示的增材制造系统的热控制的方法的示例。在此示例中，可以以热控制逻辑11执行该方法。通过从热感测器10接收数据流101和从编码器设备8接收位置信息来执行该方法。接收的位置信息用于对接收到的数据流103进行过滤，以使得过滤103基于该位置信息。之后根据过滤后的数据流来构建温度图像地图104。

接收数据流和位置信息的次序可以互换，或可以在同一实例中接收它们。该位置信息可以包括时间戳，以允许当获得温度读数时与时间实例同步。在一个示例中，可以获得位置信息作为编码器值。此值可以表示托架相对预定义的参照点所行进的距离的编码器计数的数目，诸如每英寸N个数目。参照点的点可以是起始点，诸如例如托架的原位或返回位置。作为一个示例，假设编码器具有每英寸1000计数，则15000的计数器值将指示托架从参照点在预定义的方向行进了15英寸，其存储为位置信息。

在一个示例中，如图3所示，在接收数据流101之前，该方法可以包括触发105热感测设备10以递送数据流，例如热控制逻辑11可以每秒轮询热成像相机10两次、三次或更多次，以拾取快照并递送数据流。

在一个示例中，该触发基于位置信息。因此，一接收到位置信息，热控制逻辑11就触发热成像相机10以拾取快照并递送数据流。在另一示例中，该位置信息可以包括关于例如各托架的速度、方向或轨迹的信息。这允许获得温度读数的时间实例和构建表面上方存在的至少一个托架的位置同步的增强时序。在一个示例中，该方法可以包括编码器设备8，该编码器设备8将构建表面上存在的至少一个托架的位置编码为位置信息。在一个示例中，触发感测设备可能包括：触发感测设备(或其至少一部分)以在特定时间发送数据流，或包括触发感测设备(或其至少一部分)以在特定时间停止发送数据流，例如基于位置信息。

数据流的过滤在一个示例中由热控制逻辑11执行，可以包括丢弃涉及具有示出温度突变的热读数的像素的数据。此类突变可能是由托架2、托架3中的一个引入的阴影面积的结果，或可能是来自灯9的由托架2、托架3中的一个所反射的光的结果。在一些示例中，这些温度突变可能超出多于40℃、或多于50℃、或多于60℃的值。在一个示例中，可以对照从编码设备8接收的关于托架2、3的位置信息来验证特定像素的丢弃。

在一个示例中，在至少一个随后的快照期间，在例如相较于早先的快照至少一个托架处于不同的位置时，收集涉及丢弃的像素的丢失数据，以使得能够使用迭代过程来收集丢失的数据以生成温度图像地图。在此类示例中，可以通过仅考虑来自温度感测设备而不受托架阴影和/或反射的影响的那些值来构建温度图像地图(例如，或基于位置信息，或基于检测到温度突变，诸如超出某个阈值的温度变化)。在另一示例中，估计或推断涉及丢弃的像素的丢失数据，例如基于来自其它感测器的温度数据或来自历史感测器数据。

在一些示例中，可以将上面示例中获得的温度图像地图递送给能量源9(例如，热能量源或微波能量源)，接着对其进行处理并用于确定要施加的能量的量。在一些示例中，热控制逻辑11可以计算要施加的能量(例如热能量或微波能量)。

参考图4，示出了用于诸如例如图1所示的增材制造系统中的热控制的方法的另一示例。除了图1的流程图，该方法还包括基于温度图像地图对能量源9要施加的能量(例如热或微波能量)的量进行计算106，并基于所计算的能量对能量源9进行控制。在一个示例中，可以通过打开和/或关闭能量源9来实现对能量源9的控制。在另一示例中，可以对递送给源9的功率的量进行控制。在另一示例中，能量源9包含多个独立的区，例如多个卤素灯，分别可以独立地控制(例如通过打开和/或关闭或对递送给相应区的功率量进行控制)。

在一个示例中，其中热能量源9包括多个区，例如16个卤素灯，响应于在至少一个区所覆盖的构建表面中存在托架2、托架3中的一个(例如可以根据从编码设备8接收的位置信息来了解)，至少一个区(即，灯)可以由热控制逻辑11关闭。这减少了下面的托架所反射的热能量的量，从而当由热感测设备10拾取快照时减少了干扰。

参考图5，示出了用于减少特定区所施加的能量(例如热能量或微波能量)的方法的示例。该方法包括：从编码器设备8接收位置信息101，确定能量源9的多个区中的覆盖构建表面1的存在托架2、3中的至少一个的区108，减少108所确定的能量源9的区所施加的热能量，基于位置信息触发105热感测设备10以递送数据流，从热感测设备10接收数据流102，基于位置信息对数据流进行过滤103，并根据过滤后的数据流构建温度图像地图104。

在此类示例中，可以基于位置信息通过减少能量源的特定区所递送的能量的量来节省能量。

在前面的描述中，记载了提高对本文公开的示例的理解的若干细节。然而，要理解的是无需这些细节也可以实现示例。尽管公开了有限数目的示例，但预期了根据示例的修改和变形。所附权利要求旨在涵盖此类更改和变化。

Claims (14)

1.一种用于增材制造系统中的热控制的方法，包括：

从编码设备接收存在于构建表面上方的至少一个托架的位置信息，其中所述编码设备将所述至少一个托架的行进编码为位置信息；

从热感测设备接收数据流；

基于所述位置信息，对所述数据流进行过滤；并且

根据过滤后的数据流，构建温度图像地图。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于所述温度图像地图，计算要由能量源施加的能量；并且

基于计算的能量，对所述能量源进行控制。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：在接收所述数据流之前，触发所述热感测设备以递送所述数据流。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述触发基于位置信息。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，在触发所述热感测设备之前：

确定所述能量源的多个区中的覆盖构建表面的存在所述至少一个托架的区域的区；并且

减少由确定的区施加的能量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述数据流进行过滤包括丢弃与具有显示温度突变的热读数的像素相关的数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述温度突变超出多于40℃、或多于50℃、或多于60℃的值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个托架包括打印机托架和/或再涂覆机托架。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述能量源进行控制包括打开和/或关闭所述能量源。

10.一种热控制系统，包括：

热感测设备；

编码设备；以及

热控制逻辑，用于：通过使用从所述编码设备接收到的存在于构建表面上方的至少一个托架的位置信息对从所述热感测设备接收到的数据流进行过滤，来构建温度图像地图，其中所述编码设备将所述至少一个托架的行进编码为位置信息。

11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：

能量源；并且

其中所述热控制逻辑：

基于所述温度图像地图，计算要由所述能量源施加的能量；并且

基于计算的能量，对所述能量源进行控制。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，在接收所述数据流之前，所述热控制逻辑：

确定所述能量源的多个区中的覆盖构建表面的存在所述至少一个托架的区域的区；

减少由确定的区施加的能量；并且

触发所述热感测设备以递送所述数据流。

13.一种增材制造系统，包括根据权利要求10所述的热控制系统。

14.根据权利要求13所述的增材制造系统，进一步包括：

构建表面；

打印机托架；

再涂覆机托架；以及

分别用于所述打印机托架和所述再涂覆机托架的导轨系统。