CN108602265B

CN108602265B - 具有调整的冷却剂液滴的3d打印机

Info

Publication number: CN108602265B
Application number: CN201680080609.1A
Authority: CN
Inventors: 葛宁; S·J·辛斯克; C·帕特尔; 保罗·J·本宁; 赵利华
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: US20190030797A1; CN108602265A; EP3458250A1; EP3458250A4; US11084210B2; EP3458250B1; WO2017200533A1

Abstract

根据一个示例，三维(3D)打印机可以包括：第一递送设备，用来选择性地将熔剂沉积到构造材料层上；和第二递送设备，用来将冷却剂液滴以调整的滴重沉积到所述构造材料层上。所述3D打印机还可包括控制器，用来控制第二递送设备选择性地将冷却剂液滴以调整的滴重沉积到构造材料层的选定区域上，其中对选择性沉积的冷却剂液滴的滴重进行调整，从而在将熔融辐射施加到构造材料层期间，提供构造层的多个区域之间的热平衡。

Description

具有调整的冷却剂液滴的3D打印机

背景技术

在三维(3D)打印中，增材打印过程时常用于由数字模型制造三维固体部件。3D打印通常用于快速产品原型设计、模具生成、模具母版生成和短期制造。一些3D打印技术被认为是增材工艺，因为它们涉及将连续的材料层施加于现有表面(模板或之前的层)。这不同于传统的机械加工工艺，传统的机械加工工艺往往依赖于移除材料来产生最终的部件。3D打印通常需要固化或熔融构造材料，这对于一些材料，可以使用热辅助的挤出、熔化或烧结来实现，而对于其他材料，可以使用数字光投影技术来实现。

附图说明

本公开的特征是通过示例来说明的，且不限于下面的附图，其中相似的编号指示相似的元件，其中：

图1A示出用于生成、构造或打印三维部件的示例性三维(3D)打印机的简化等距视图；

图1B示出图1A中描绘的示例性3D打印机的一些组件的简化框图；

图1C示出在从熔融辐射发生器施加第一熔融辐射和第二熔融辐射期间，图1B中描绘的构造材料层的简化图；

图2示出其中多个3D部件区域可能处于形成过程中的示例性构造材料层的简化顶视图；

图3示出可在图1A中描绘的3D打印机中实现的示例性管理装置的简化框图；

图4和5分别描绘了用于在将熔融辐射施加到第一组和第二组构造材料上期间，维持接收熔剂的一组构造材料和接收冷却剂液滴的第二组构造材料之间的热平衡的示例性方法。

具体实施方式

为了简单和说明的目的，本公开是通过主要参考其示例来描述的。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的彻底了解。然而，显而易见的是，在不限于这些具体细节的情况下也可以实现本公开。在其他示例中，未详细描述一些方法及结构，以避免不必要地使本公开难以理解。如本文所用的，术语“一个(a)”和“一种(an)”旨在表示至少一个特定元件，术语“包括(includes)”意指包括但不限于，术语“包含(including)”意指包含但不限于，并且术语“基于”意指至少部分基于。

本文公开了一种3D打印机、用于实现3D打印机以形成3D部件的方法以及用于控制3D打印机的操作的管理装置。本文公开的3D打印机可以包括用于选择性地将熔剂沉积到构造材料层上的第一递送设备和用于将冷却剂液滴以调整的滴重沉积到构造材料层上的第二递送设备。3D打印机还可以包括控制器，用来控制第二递送设备选择性地将冷却剂液滴以调整的滴重沉积到构造材料层的选定区域，其中将选择性沉积的冷却剂液滴的滴重调整为，在将熔融辐射施加到构造材料层上期间，提供构造材料层的多个区域之间的热平衡。

根据一个示例，控制器可以将冷却剂液滴的滴重(或等效地，滴体积)调整到熔剂的熔融辐射吸收特性。也就是说，例如，控制器可以根据熔剂的熔融辐射吸收率来调整冷却剂液滴的滴重。在一方面，可以调整冷却剂液滴的滴重，使得冷却剂液滴可以在很大程度上防止或最小化位于已接收熔剂且将通过吸收熔融辐射熔在一起的构造材料附近的构造材料的熔融，同时还使未熔的构造材料能够在随后的层中重新使用。因此，例如，可以调整冷却剂液滴的滴重，使得沉积到构造材料上的冷却剂液滴在吸收辐射期间充分蒸发，从而使未熔的构造材料能够重新使用。

首先参照图1A，示出了用于生成、构造或打印三维部件的示例性三维(3D)打印机100的简化等距视图。应该理解，在不背离本文公开的3D打印机100的范围的情况下，图1A中描绘的3D打印机100可以包括额外的组件，且可以移除和/或更改本文描述的一些组件。

3D打印机100被描绘为包括构造区域平台102、包含构造材料106的构造材料供应104和重涂机(recoater)108。构造材料供应104可以是用于放置介于重涂机108和构造区域平台102之间的构造材料106的容器或表面。构造材料供应104可以是料斗或表面，在其上可以例如从位于构造材料供应104之上的构造材料源(未示出)提供构造材料106。另外或替代地，构造材料供应104可以包括用于将构造材料106从存储位置提供(例如移动)至铺展到构造区域平台102上的位置或之前形成的构造材料106层的机构。例如，构造材料供应104可以包括料斗、螺旋输送器等。一般而言，3D物体或部件将由构造材料106生成，并且构造材料106可以由任何合适的材料(包括但不限于聚合物、金属和陶瓷)构成。另外，构造材料106可以呈粉末形式。

重涂机108可以在箭头110所指示的方向、例如沿y轴在构造材料供应104上、且跨构造区域平台102移动，以在构造区域平台102的表面上铺展构造材料106的层114。可以将层114形成为跨构造区域平台102基本上均匀的厚度。在一个示例中，层114的厚度可在约90μm至约110μm的范围内，但也可以使用较薄或较厚的层。例如，层114的厚度的范围可以为约20μm至约200μm，或约50μm至约200μm。在铺展构造材料106后，重涂机108还可以返回邻近构造材料供应104的位置。重涂机108可以是刮刀、辊、对转辊、或适于在构造区域平台102上铺展构造材料106的任何其他设备。

3D打印机100还描绘为包括在构造区域平台102上以阵列排布的多个加温设备120。各加温设备120可以是灯或用于将热施加到构造材料106的铺展层上的其他热源，例如以将构造材料106维持在预定的阈值温度或之上。根据一个示例，加温设备120可以将构造材料106的温度维持在相对高的温度，这便于其上已混有或施有熔剂的构造材料106的熔融。

3D打印机100进一步描绘为包括第一递送设备130和第二递送设备132，可以在箭头所示的两个方向上、例如沿x轴跨构造区域平台102对两者进行扫描。第一递送设备130和第二递送设备132可以例如为喷墨打印头、压电式打印头等，且可以延长构造区域平台102的宽度。尽管第一递送设备130和第二递送设备132各自在图1A中被描绘为由单个设备构成，但应该理解，第一递送设备130和第二递送设备132各自可以包括跨越构造区域平台102的宽度、例如沿y轴的多个打印头。

在第一递送设备130和第二递送设备132未延长构造区域平台102的宽度的其他示例中，还可以沿y轴对第一递送设备130和第二递送设备132进行扫描，从而使第一递送设备130和第二递送设备132能够位于构造区域平台102之上的大部分区域上。第一递送设备130和第二递送设备132因而可以附接到移动XY台阶或平移托架(两者均未示出)，移动XY台阶或平移托架用于将第一递送设备130和第二递送设备132移动到邻近构造区域平台102，以将相应液滴沉积在构造材料106的层114的预定区域内。

尽管未示出，但第一递送设备130和第二递送设备132可以各自包括多个喷嘴，通过该喷嘴相应液体液滴被喷射到构造材料层114上。根据一些示例，液体为熔剂和冷却剂。在此示例中，第一递送设备130可以将熔剂沉积在构造材料106的层的选定区域上，并且第二递送设备132可以将冷却剂沉积在构造材料106的层的其他选定区域上。在其他示例中，第一递送设备130可以沉积具有不同熔融辐射吸收特性的多种熔剂，例如，多种熔剂可以彼此具有不同的熔融辐射吸收率。举例来说，多种熔剂可以彼此具有不同的颜色，可以彼此具有不同的化学组成(例如不同的反应物和/或催化剂)，等等。在第一递送设备130沉积多种熔剂的示例中，第一递送设备130可以包括多个打印头，其中多个打印头中的每个都可以沉积相对于其他熔剂具有不同的熔融辐射吸收特性的熔剂。

根据一个示例，且如本文下面更详细讨论的，第二递送设备132可以是能够以不同控制的滴重(或等效地，滴体积)递送液体液滴的设备。例如，第二递送设备132可以包括获自Palo Alto,California的惠普公司(HP Inc.)的一个打印头或多个打印头。也就是说，例如，可以将第二递送设备132控制为选择性地将冷却剂液滴以调整(或等效地，确定)的滴重沉积到构造材料106层的选定区域上。可以将冷却剂液滴的滴重调整到与要在其上沉积冷却剂液滴的构造材料106邻近的构造材料106上所沉积的熔剂的熔融辐射吸收特性。例如，冷却剂液滴的滴重对于邻近要接收具有较低熔融辐射吸收率的熔剂的构造材料106要沉积的冷却剂液滴，比对于邻近要接收具有较高熔融辐射吸收率的熔剂的构造材料106要沉积的冷却剂液滴相对较高。这可能发生是因为具有较低熔融辐射吸收率的熔剂可能需要更多的熔融辐射量，以使构造材料106熔在一起。本文下面更详细地描述了可以确定冷却剂液滴的滴重的各种方式。

在将熔剂和调整的冷却剂液滴沉积到构造材料106的层的选定区域上后，第一辐射发生器134和/或第二辐射发生器136可以用来将熔融辐射施加到构造材料106的层上。具体地，例如，辐射发生器134、136可以被触发并且例如沿箭头137所示的方向跨构造材料106的层114移动，以将熔融辐射以光和/或热的形式施加到构造材料106上。辐射发生器134、136的示例可包括：UV、IR或近IR固化灯，IR或近IR发光二极管(LED)，在可见及近IR范围内发射的卤素灯，微波或具有所需的电磁波长的激光。熔融辐射发生器134、136的类型可至少部分取决于熔剂中使用的活性物质的类型。根据一个示例，第一递送设备130、第二递送设备132、第一熔融辐射发生器134和第二熔融辐射发生器136可以支撑在托架(未示出)上，可以在箭头137所指示的方向在构造区域平台102上对托架进行扫描。

根据一个示例，可以控制第一辐射发生器134和/或第二辐射发生器136，从而相较于已接收具有较高熔融辐射吸收率的熔剂的构造材料106的区域，将较大量的熔融辐射施加至已接收具有较低熔融辐射吸收率的熔剂的构造材料106的区域。通过其中将具有较低熔融辐射吸收率的第一熔剂沉积在构造材料106的层114的第一部分上，并且将具有较高熔融辐射吸收率的第二熔剂沉积在构造材料106的层的第二部分上的特定示例，可以控制第一辐射发生器134和/或第二辐射发生器136以在第一部分上施加熔融辐射的持续时间长于第二部分。在此示例中，相较于构造材料106的层114邻近第二部分的区域，构造材料106的层114邻近第一部分的区域可以接收具有较大滴重的冷却剂液滴，因为第一部分中的构造材料106可能经受更大量的熔融辐射。

在施加熔融辐射以将构造材料106的选定部分熔在一起后，可以如箭头112所示、例如沿z轴降低构造区域平台102。另外，重涂机108可以跨构造区域平台102移动，以在之前形成的层的顶部上形成新的构造材料106层。而且，第一递送设备130可以沉积一种熔剂或多种熔剂，并且第二递送设备132可以将冷却剂液滴沉积到新的构造材料106层的相应选定区域。可以重复上面描述的过程，直至形成预定数目的层，从而制造所需的3D部件。

另外，在跨构造材料层的液体沉积操作后，或在跨多个构造材料层的多个液体沉积操作后，可以使第一递送设备130和第二递送设备132的放置在邻近擦拭机构138。擦拭机构138可以擦拭第一递送设备130和第二递送设备132的喷嘴，以及如果包含在3D打印机100中的额外递送设备的喷嘴。可以将擦拭机构138移到擦拭机构138的表面(例如清洗卷筒(未示出))与喷嘴的外表面接触的位置。擦拭机构138可以如箭头139所示在z方向上移动，以除去可以与第一递送设备130和第二递送设备132的外表面接触的诸如构造材料106、液体、灰尘等的残余，从而将递送设备130、132维持在所需的性能级别。

如图1A进一步所示，3D打印机100可以包括控制器140，控制器140可以控制构造区域平台102、构造材料供应104、重涂机108、加温设备120、第一递送设备130、第二递送设备132、熔融辐射发生器134、136和擦拭机构138的操作。具体地，例如，控制器140可以控制致动器(未示出)对3D打印机100组件的各种操作进行控制。控制器140可以是计算设备、基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)和/或其他硬件设备。尽管未示出，但控制器140可以通过通信线路连接到3D打印机100组件。

控制器140还描绘为与数据库(data store)150通信。数据库150可以包括关于由3D打印机100打印的3D部件的数据。例如，该数据可以包括各构造材料层114中第一递送设备130要沉积熔剂、第二递送设备132要沉积冷却剂液滴以形成3D部件的位置。在一个示例中，控制器140可以利用该数据来控制各构造材料层114上第一递送设备130和第二递送设备132分别沉积熔剂和冷却剂的位置。

现在参考图1B，示出了图1A中描绘的示例性3D打印机100的一些组件的简化框图。具体地，图1B中示出3D打印机100的控制器140、第一递送设备130和第二递送设备132。另外，构造材料106的层160被描绘为是在表面162上提供的，其通常可以表示构造材料106或构造区域平台102的之前铺展的层。如图所示，控制器140可以控制第一递送设备130将熔剂170的液滴沉积到构造材料层160的第一部分164中的构造材料106上。另外，控制器140可以控制第二递送设备132将冷却剂液滴172沉积到构造材料层160的第二部分166中的构造材料106上。可以通过图1B中描绘的虚拟线168，将构造材料层160的第一部分164和构造材料层160的第二部分166区分。

根据一个示例，可以在构造材料层160上对第一递送设备130进行扫描，并且可以控制第一递送设备130以将熔剂液滴170沉积到层160的选定区域(包括图1B所示的第一部分164)上。也就是说，控制器140可以控制第一递送设备130将熔剂170沉积到要熔在一起的构造材料106上。类似地，可以在构造材料层160上对第二递送设备132进行扫描，并且可以控制第二递送设备132将冷却剂液滴172沉积到层160的选定区域(包括图1B所示的第二部分166)上。也就是说，控制器140可以控制第二递送设备132将冷却剂液滴172沉积到位置邻近第一部分164中构造材料106的构造材料106上。因此，例如，可以将冷却剂液滴172沉积到未熔在一起的构造材料106上，但该构造材料106可以通过来自要熔在一起的构造材料106和/或来自从第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者施加的熔融辐射的热渗出，来吸收多余的热。

在第一递送设备130和第二递送设备132支撑在共用平台或托架上的示例中，可以控制第一递送设备130在跨层160的第一通过期间沉积熔剂液滴170，并且可以控制第二递送设备132在跨层160的第二通过期间沉积冷却剂液滴172。例如，当跨层160、在第一方向上对平台或托架进行扫描时，第一递送设备130可以沉积熔剂液滴170，并且在跨层160、在第二方向上对平台或托架进行扫描时，第二递送设备可以沉积冷却剂液滴172。然而，在其他示例中，可以控制第一递送设备130和第二递送设备132在共同的通过期间分别沉积熔剂液滴170和冷却剂液滴172。

根据一个示例，可以将沉积到第二部分166上的冷却剂液滴172控制为具有被调整至沉积到第一部分164上的熔剂的熔融辐射吸收特性的滴重。也就是说，可以沉积的冷却剂液滴172的滴重可以被调整为：在将熔融辐射施加到构造材料层160上期间，在第一部分中构造材料106和第二部分中构造材料106之间的提供热平衡。举例来说，当在由第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者施加熔融辐射期间，第一部分164中的构造材料106熔在一起且第二部分166中的构造材料106未熔在一起时，可以实现热平衡。也就是说，例如，当冷却剂液滴172能够足以使第二部分166中的构造材料106冷却以防止那些构造材料106熔在一起，同时将足够的熔融辐射供应给第一部分164中的构造材料106以将那些构造材料106熔在一起时，可以实现热平衡。另外，当在施加熔融辐射后可以在随后的层中重新使用第二部分166中的构造材料106时，可以实现热平衡。也就是说，当在施加熔融辐射后，没有足够数量的冷却剂留在第二部分中的构造材料106上，从而使那些构造材料106能够在随后的层中重新使用。

将第一部分164中的构造材料106熔在一起所需的熔融辐射量可取决于熔融辐射吸收特性，例如施加于构造材料106的熔剂的光吸收率、热吸收率等。举例来说，辐射吸收特性可根据熔剂的颜色而变化。例如，颜色较暗的熔剂(例如黑色油墨)可能比颜色较浅的熔剂(例如黄色或青色油墨)具有更高的熔融辐射吸收率。在另一示例中，熔融辐射吸收特性可根据熔剂的化学组成而变化。例如，具有特定添加剂或催化剂的第一熔剂可能比不具有特定添加剂或催化剂、或具有不同添加剂或催化剂的第二熔剂具有更高的熔融辐射吸收率。

熔剂可以包括热吸收试剂或辐射吸收试剂(即活性物质)。活性物质可以是吸收热和/或电磁辐射的任何适当材料。可以将活性物质选择为吸收热和/或电磁波谱中的任意波长。作为示例，电磁辐射吸收剂可以吸收IR辐射(即约700nm至约1mm的波长，其包括近IR辐射(即，700nm至1.4μm的波长))、紫外线辐射(即，约10nm至约390nm的波长)、可见光辐射(即约390nm至约700nm的波长)、微波辐射(即1mm至约1米的波长)、无线电辐射(即约1m至约1000m米的波长)、或它们的组合。活性物质的示例可以是微波辐射吸收接受器，诸如碳黑、石墨、磁铁和/或各种氧化铁。碳黑还可以用作IR(包括近IR)辐射吸收剂。其他合适的辐射吸收剂的示例包括可见光染料、IR染料、或具有在电磁波辐射的可见光谱内的辐射吸收带的任何适当的着色剂。

作为一个示例，熔剂可以是包括碳黑的油墨型制剂，诸如例如可获自惠普公司的商业上名为CM997A的油墨制剂。在熔剂内，碳黑可以是聚合物分散的。碳黑颜料还可以是在熔剂内自分散的(例如，通过对碳黑的表面进行化学修饰)。包括可见光增强剂的油墨的示例为基于染料的有色油墨和基于颜料的有色油墨，诸如可获自惠普公司的市售油墨CE039A和CE042A。

熔剂170中可以包含的合适的碳黑颜料的示例包括日本的三菱化学公司(Mitsubishi Chemical Corporation)制造的那些(诸如，例如碳黑2300号、900号、MCF88、33号、40号、45号、52号、MA7、MA8、MA100和2200B号)；Columbian Chemicals Company,Marietta,Georgia制造的

系列的各种碳黑颜料(诸如，例如

5750、

5250、

5000、

3500、

1255和

700)；CabotCorporation,Boston,Massachusetts制造的

系列、

系列或

系列的各种碳黑颜料(诸如，例如

400R、

330R和

660R)；Evonik Degussa Corporation,Parsippany,New Jersey制造的各种黑色颜料(诸如，例如着色黑FW1、着色黑FW2、着色黑色FW2V、着色黑FW18、着色黑FW200、着色黑S150、着色黑S160、着色黑S170、

35、

U、

V、

140U、特殊黑(Special Black)5、特殊黑4A和特殊黑4)。

重均分子量在约12,000至约20,000的范围内的聚合物分散剂可以使碳黑颜料在熔剂170内由聚合物分散。在此示例中，熔剂包括碳黑颜料(其不是表面处理的)、聚合物分散剂和水(有或无共溶剂)。当包含时，共溶剂的示例可为2-吡咯烷酮。聚合物分散剂可以是任意苯乙烯丙烯酸酯或任意聚氨酯，其重均分子量在约12,000至约20,000的范围内。苯乙烯丙烯酸酯聚合物分散剂的一些市售的示例为

671和

683(两者均可获自BASF Corp.)。在熔剂内，碳黑颜料与聚合物分散剂的比例可以在约3.0至约4.0的范围内。在一个示例中，碳黑颜料与聚合物分散剂的比例约为3.6。聚合物分散剂可以有助于碳黑颜料的呈现增强的电磁辐射吸收能力。

在另一示例中，熔剂包括一种或多种活性物质，诸如金属纳米颗粒。在一个示例中，金属纳米颗粒为银(Ag)、铜(Cu)或锌(Zn)。合适的纳米颗粒的其他示例包括金属合金(其中金属选自例如Ag、Au、Cu、Ni、Rh、Ru、Mo、Ta、Ti、Pt或Pd)、金属氧化物(例如氧化铁)、涂有金属的氧化物(例如涂有Ag、Au或Pt的氧化铁)、硒化镉和涂有金属的二氧化硅(例如涂有Ag或Au的二氧化硅)。

基于熔剂的总wt％，熔剂中存在的活性物质量可以在0wt％至约40wt％的范围内。在其他示例中，熔剂中活性物质的量可以在约0.3wt％至30wt％或约1wt％至约20wt％的范围内。一般而言，活性物质可以在具有喷射可靠性的熔剂与热和/或电磁辐射吸收效率之间提供平衡。

熔剂中共溶剂、表面活性剂和/或分散剂的存在可以有助于利用构造材料106获得特定的润湿性质。在一些实例中，熔剂包括水或其他主要溶剂，单独存在或具有活性物质。在其他实例中，熔剂可以进一步包括分散添加剂、表面活性剂、共溶剂、杀菌剂、抗结垢剂和它们的组合。

表面活性剂可以用于改进熔剂的润湿特性和可喷射性。合适的表面活性剂的示例可以包括基于炔属二醇化学物质的自乳化的非离子润湿剂(例如，来自Air Products andChemicals,Inc.的

SEF)、非离子含氟表面活性剂(例如，来自DuPont的

含氟表面活性剂，之前称为ZONYL FSO)和它们的组合。在其他示例中，表面活性剂为乙氧基化低泡润湿剂(例如，来自Air Products and Chemical Inc.的

440或

CT 111)或乙氧基化润湿剂及分子消泡剂(例如，来自空气化工产品公司的

420)。其他合适的表面活性剂包括非离子润湿剂及分子消泡剂(例如，来自Air Products and Chemical Inc.的

104E)或水溶性非离子表面活性剂(例如，来自陶氏化学公司的TERGITOL^TM TMN-6)。在一些示例中，可能期望使用具有小于10的亲水亲油平衡(HLB)的表面活性剂。

无论使用单一的表面活性剂还是使用表面活性剂的组合，基于熔剂的总wt％，熔剂中表面活性剂的总量可在约0.5wt％到约1.4wt％的范围内。

共溶剂的一些示例(对于基于水的熔剂170)包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,5-戊二醇、三甘醇、四甘醇、2-甲基-1、3-丙二醇、1,6-己二醇、三丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、乙氧化丙三醇-1(LEG-1)和它们的组合。

合适的杀菌剂的示例包括1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的水溶液(例如来自ArchChemicals,Inc.的

GXL)、季铵化合物(例如，

2250和2280，

50-65B和

250-T，均来自Lonza Ltd.Corp)，甲基异噻唑酮的水溶液(例如，来自陶氏化学公司的

MLX)。相对于熔剂的总wt％，可以以约0.05wt％至约0.5wt％的范围内的任意数量来添加杀菌剂或抗菌剂。

熔剂中可以包含抗结垢剂。结垢指的是热喷墨打印头的加热元件上干油墨(例如熔剂)的沉积。包含抗结垢剂有助于防止结垢累积。合适的抗结垢剂的示例包括油醇聚醚-3-磷酸酯(例如，来自Croda的市售CRODAFOS^TM O3A或CRODAFOS^TM N-3酸)或油醇聚醚-3-磷酸酯与低分子量(例如<5,000)聚丙烯酸聚合物的组合(例如，来自Lubrizol的市售CARBOSPERSE^TM K-7028聚丙烯酸酯)。无论使用单一的抗结垢剂还是使用抗结垢剂的组合，基于熔剂的总wt％，熔剂中抗结垢剂的总量可在大于0.2wt％至约0.62wt％的范围内。在一个示例中，包含的油醇聚醚-3-磷酸酯的量在约0.20wt％至约0.60wt％的范围内，并且包含的低分子量聚丙烯酸聚合物的量在约0.005wt％至约0.015wt％的范围内。

要理解的是，可以选择性地施加单一的熔剂以形成3D部件的层，或可以选择性施加多种熔剂以形成3D部件的层。另外或可替代地，对于特定应用和/或材料，可以对有助于熔融辐射吸收的活性物质、共溶剂、表面活性剂、分散剂和抗结垢剂的选择进行确切的优化。

根据一个示例，控制器140可以基于在第一部分164中构造材料106上沉积的或要沉积的熔剂170的熔融辐射吸收率，确定用于要沉积在第二部分166中构造材料106上沉积的冷却剂液滴172的滴重。具体地，如上所讨论的，控制器140可以将冷却剂液滴172的滴重确定为将致使第一部分164中构造材料106和第二部分166中构造材料106之间的热平衡的滴重。另外，控制器140可以控制第二递送设备132以确定的滴重将冷却剂液滴172沉积到第二部分166中的构造材料106上。

冷却剂液滴172可由要对构造材料106进行冷却、且在将熔融辐射施加到构造材料106上期间防止构造材料106熔在一起的任合适当的液体构成。例如，冷却剂172可以由要在施加熔融辐射期间蒸发的液体构成。在一方面，在施加熔融辐射期间，冷却剂液滴172基本上完全蒸发，使得未熔的构造材料106可以重新使用。

冷却剂液滴172可以包括水或其他合适的液体。另外，冷却剂液滴172可以包括分散添加剂、表面活性剂、共溶剂、杀菌剂、抗结垢剂及它们的组合。上面关于熔剂170描述的这些要素的各种示例也可以应用于冷却剂液滴172。

现在转向图1C，示出了在施加来自第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者的辐射180后的层160的简化图。如图所示，第一部分164中的构造材料106可以熔在一起，而第二部分166中的构造材料106可以保持未熔。因此，冷却剂液滴172可以防止第二部分166中的构造材料106熔在一起，即使可能已将相同数量的辐射180施加于第一部分164和第二部分166。

现在参考图2，示出了其中多个3D部件区域202-206可能处于形成过程中的构造材料106的层200的简化顶视图。图2中描绘的区域202-206可以包括彼此不同的熔融特性。例如，第一区域202中的构造材料106可以提供有第一熔剂210，区域204中的构造材料106可以提供有第二熔剂212，并且第三区域206中的构造材料106可以提供有第一熔剂210和第二熔剂212。第一熔剂210可以具有比第二熔剂212更低的熔融辐射吸收率。举特定示例来说，第一熔剂210可以具有比第二熔剂212更浅的颜色。然而，在其他示例中，第一熔剂210和第二熔剂212可以具有彼此不同的化合物。

在一方面，在图2中描绘的示例中，已接收第一熔剂210的第一区域202中的构造材料比已接收第二熔剂212的第二区域204中的构造材料106可能需要的熔在一起的辐射量更大。另外，已接收第一熔剂210的第三区域206中的一些构造材料106比已接收第二熔剂212的第三区域206中其他构造材料106可能需要的熔在一起的辐射量更大。因此，例如，当在箭头137所示的一个或两个方向上在层200上对第一和第二熔融辐射发生器134、136进行扫描时，相较于第二区域204，控制器140可以控制第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者将更大量的熔融辐射施加到第一区域202和第三区域206上。可以通过改变所施加的熔融辐射的强度水平以及由第一和/或第二熔融辐射发生器134、136施加熔融辐射的持续时间之一或两者，来改变第一和/或第二熔融辐射发生器134、136所施加的熔融辐射量。

根据一个示例，控制器140可以基于在第一区域202、第二区域204和第三区域206上各自沉积的熔剂210、212的熔融辐射吸收率，来确定要施加给各区域的熔融辐射量。举例来说，可以例如通过测试来确定各种熔剂的熔融辐射吸收率，并可以将其存储在数据库150内。控制器140可以基于存储的熔融辐射吸收率，来确定针对第一区域202和第二区域204各自对在那些区域中要熔融的构造材料106的熔融辐射需求。在其他示例中，控制器140可以访问来自网络上的源、来自用户等的熔融辐射吸收率。在任何方面，在其中诸如第三区域206的区域具有多种熔剂210、212的实例中，控制器140可以基于熔剂210需要最大量的熔融辐射以使沉积有熔剂210的构造材料106熔在一起，来确定要施加的熔融辐射量。

控制器140还可以确定分别要沉积到位置邻近第一区域202、第二区域204和第三区域206的构造材料106上的冷却剂液滴172(图1B)的滴重。控制器140可以预确定可以致使热平衡的冷却剂液滴172的滴重或可以实时确定滴重。例如，控制器140可以将冷却剂液滴172的滴重确定为可以致使区域202-206中构造材料和邻近那些区域202-206的区域中构造材料106之间的热平衡的滴重。举例来说，当在由第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者施加熔融辐射期间，区域202-206中的构造材料熔在一起，同时邻近区域202-206的构造材料106未熔在一起时，可以实现热平衡。也就是说，例如，当冷却剂液滴172具有足够的滴重以足够冷却邻近区域202-206的构造材料106从而防止那些构造材料106熔在一起，同时将足够的熔融辐射提供给区域202-206中的构造材料106以使那些构造材料熔在一起时，可以实现热平衡。另外，当在施加熔融辐射后可以在随后的层中重新使用处于区域202-206外部的位置的构造材料106时，可以实现热平衡。也就是说，当在构造材料106上没有足够数量的剩余冷却剂以使那些构造材料能够可重新使用时，可以实现热平衡。

当将不同量的熔融辐射施加于区域202-206时，控制器140可以确定施加于邻近区域202-206的相应位置的冷却剂液滴172的不同滴重。例如，控制器140可以确定在邻近第一区域202的位置218要沉积的冷却剂液滴172的滴重具有第一滴重。控制器140还可以确定在邻近第二区域204的位置218要沉积的冷却剂液滴172的滴重具有第二滴重。控制器140可以进一步确定在位置220要沉积的冷却剂液滴172的滴重具有第一滴重。

控制器140可以控制第一递送设备130将第一熔剂210、212递送到层200的选定区域202-206上，如图2所示。另外，控制器140可以控制第二递送设备132将冷却剂液滴172以它们分别确定的滴重递送到选定位置216-220，也如图2所示。控制器140还可以控制第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者将熔融辐射以分别确定的辐射量施加到层200上，以使区域202-206中的构造材料106熔融，同时还防止区域202-206外部的构造材料106熔在一起。控制器140可以进一步控制构造材料106的另外的层的形成及铺展，并可以重复上面描述的过程。

现在转到图3，示出了可在图1A描绘的3D打印机中实现的示例性管理装置300的简化框图。在一个示例中，管理装置300可以形成图1A中描绘的3D打印机100的一部分。例如，管理装置300可以是3D打印机100的命令模块或其他控制系统。应该理解，在不背离本文公开的管理装置300的范围的情况下，图3中描绘的管理装置300可以包括额外的组件，并且可以移除和/或更改本文描述的一些组件。

图3中描绘的管理装置300显示为包括控制器140和数据库150，其可以与图1A中描绘的及上面相关描述的控制器140和数据库150相同。这样，就不对图3中描绘的控制器140和数据库150进行详细描述，而是上面提供的关于3D打印机100的控制器140和数据库150的描述旨在也描述关于管理装置300的那些组件。

如图3所示，管理装置300可以包括计算机可读存储介质310，在计算机可读存储介质310上存储控制器140可以执行的机器可读指令312-326(其也称为计算机可读指令)。更具体地，控制器140可以取出、解码并执行指令312-326，从而访问关于要打印的3D部件的数据312，确定熔剂的熔融辐射吸收水平/在沉积熔剂后对跨构造材料层的温度分布(和/或熔融辐射吸收分布)进行访问314，确定要递送到构造材料层的选定区域上的冷却剂液滴的滴重(或滴体积)316，控制第一递送设备递送熔剂318，控制第二递送设备以确定(或调整)的滴重递送冷却剂320，控制熔融辐射发生器施加选定数量的熔融辐射322，控制构造区域平台324，并控制重涂机326。作为代替方式或除了检索及执行指令之外，控制器140可以包括一个或多个电子电路，该电路包括用于执行指令312-326的功能的组件。在任意方面，且如上所讨论的，控制器140可以通过通信线路将指令信号传达给3D打印机100的各个组件，使得组件可以以本文描述的方式操作。

计算机可读存储介质310可以是包含或存储可执行指令的任何电子、磁、光或其他物理存储设备。因此，计算机可读存储介质310可以是例如随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储设备、光盘等。计算机可读存储介质310可以是非暂时性机器可读存储介质，其中术语“非暂时性”不涵盖暂时性的传播信号。

对于图4和5中各自描绘的方法400和500，更详细地讨论了可以实现管理装置300的各种方式。具体地，图4和5分别描绘了用于在将熔融辐射施加到第一组和第二组构造材料106上期间，维持接收熔剂液滴170的一组构造材料106与接收冷却剂液滴172的第二组构造材料106之间的热平衡的示例性方法400和500。对于本领域普通技术人员应该显而易见的是，在不背离方法400和500的范围的情况下，方法400和500可以表示广义说明，且可以增加其他操作或可以移除、更改或重新排列现有操作。

出于说明目的，参照图1A图示的3D打印机100和图3图示的管理装置300对方法400和500进行描述。然而，应该清楚地理解，在不背离方法400和500的范围的情况下，可以实现具有其他配置的3D打印机和管理装置以执行方法400和500之一或两者。

在执行方法400和500之一前或作为方法400和500的一部分，控制器140可以执行存储于计算机可读存储介质310上的指令312，以访问关于要打印的3D部件的数据。举例来说，控制器140可以访问存储于数据库150中的关于要打印的3D部件的数据。控制器140可以确定第一递送设备130要形成的构造材料106的层数和熔剂液滴170或多种熔剂的液滴在构造材料106的每个相应层上沉积的位置，以打印3D部件。控制器140可以进一步确定由第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者要提供到每个层的不同位置上的熔融辐射量。

首先参照图4，在框402处，可以将熔剂液滴170沉积到构造材料层160中的第一组构造材料106上，其中熔剂液滴170用来便于通过吸收由第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者提供的熔融辐射而使第一组构造材料106彼此结合。例如，控制器140可以执行指令318，以控制第一递送设备130将熔剂液滴170沉积到如图1B所示的构造材料层160的第一部分164上。

在框404处，可以将冷却剂液滴172以调整的滴重沉积到构造材料层160的第二组构造材料106上，其中在由第一和第二熔融辐射发生器134、136之一或两者将熔融辐射施加到构造材料层上期间，将冷却剂液滴172调整为具有致使第一组构造材料106和第二组构造材料106之间热平衡的滴重。可以以上面讨论的任一方式实现第一组构造材料106和第二组构造材料106之间的热平衡。另外，控制器40可以执行指令320，以控制第二递送设备132沉积冷却剂172。

控制器140还可以确定要沉积冷却剂液滴172的位置。例如，控制器140可以确定要将冷却剂液滴172沉积在离构造材料106的边缘预定距离内的构造材料106上。可以通过测试各类熔剂来确定预定距离，并且也可以基于沉积的熔剂的类型。

现在参照图5，在框502处，可以确定在将熔剂沉积到第一组构造材料106上之后，第一组构造材料106的熔融辐射吸收水平。也就是说，控制器140可以执行指令314，以在将熔剂液滴170沉积到那些构造材料106上之后，确定第一组构造材料106的辐射水平将可能是多少。如上所讨论的，控制器140可以基于熔剂的熔融辐射吸收特性来确定熔融辐射吸收水平将是多少。在沉积熔剂液滴170之后，控制器140可以进一步确定构造材料层160的辐射吸收分布。也就是说，例如，在将熔剂液滴170或多种熔剂的液滴施加到层160上之后，控制器140可以确定在层160的各个位置可能存在的预测的熔融辐射吸收水平。

另外或可替代地，在框502处，可以访问在沉积熔剂液滴170之后跨构造材料层160的温度分布。在一个示例中，可以通过直接测量跨构造材料层106的温度，来访问跨构造材料层160的温度分布。在此示例中，控制器140可以执行指令314，以访问如由温度传感器(未示出)所检测的跨构造材料层160的温度。另外或可替代地，控制器140可以基于要沉积熔剂液滴170的确定位置，来预测构造材料层160的温度分布。因此，例如，控制器140可以根据要沉积到层160上的熔剂的熔融辐射吸收特性来预测温度可以跨构造材料层106如何变化。

也就是说，在将熔融辐射施加到层160上之后，控制器140可以确定如何预测跨层106的温度上升。如上讨论的，根据沉积在不同区域上的熔剂的熔融辐射吸收率，可以将层160的那些不同区域加热到不同温度。例如，具有相对较低的熔融辐射吸收率的熔剂可能需要较高的熔融辐射量，以使其上已沉积有熔剂的构造材料106熔在一起。在这方面，相较于其中已沉积有具有相对较高的熔融辐射吸收率的熔剂的区域周围的位置，可以将其中已沉积有具有相对较低的熔融辐射吸收率的熔剂的区域周围的位置加热到更高温度。因此，例如，控制器140可以基于在跨层160的各种位置的预测的温度水平，来确定温度分布。

在框504处，控制器140可以确定要被选择性沉积到第二组构造材料106上的冷却剂液滴172的滴重(或滴体积)，以达到第一组构造材料106和第二组构造材料106之间的热平衡。上面关于图1B描述的那些的热平衡的描述。另外，控制器140可以执行指令316，以确定冷却剂液滴172的滴重。控制器140可以基于确定的熔融辐射吸收水平、确定的熔融辐射吸收分布、确定的温度分布等，来确定滴重(或滴体积)。

在框506处，可以将熔剂液滴170沉积到构造材料层160中的第一组构造材料106上，其中熔剂用来便于通过吸收由熔融辐射发生器134提供的熔融辐射，而使第一组构造材料106彼此结合。例如，控制器140可以执行指令318，以控制第一递送设备130将熔剂液滴170沉积到如图1B所示的构造材料层160的第一部分164上。也就是说，控制器140可以控制第一递送设备130将熔剂液滴170沉积到要形成3D打印部件一部分的层160的区域上。假如沉积多种液滴，可以对液体液滴(例如熔剂液滴和/或冷却剂液滴)的顺序进行优化，或假如在它们各自之中使用不同材料，可以对液体滴落的次序进行优化，以改进要熔融的区域和不被熔融的区域之间的分辨率/清晰度。由于液体液滴的粘度、渗透性的差异等，沉积液体液滴的次序可以基于液体液滴的相对吸湿性(wicking)。

在框508处，可以将冷却剂液滴172以调整(或确定)的滴重选择性地沉积到构造材料层160中的第二组构造材料106上。例如，控制器140可以执行指令320，以控制第二递送设备132以确定的滴重沉积冷却剂液滴172，从而实现如上讨论的第一组和第二组构造材料164、166之间的热平衡。

在框510处，可以将辐射施加到构造材料层160的第一部分和第二部分。例如，控制器140可以执行指令322，以控制熔融辐射发生器134、136将熔融辐射施加到构造材料层160上。根据一个示例，且如上讨论的，根据例如沉积到层160的不同区域上的熔剂的熔融辐射吸收特性，控制器140可以选择性地将不同量的熔融辐射施加到那些不同区域。

在框512处，控制器140可以例如基于所访问的关于要打印的3D部件的信息，来确定是否形成额外的层160。响应于确定要形成额外的层160，可以在上一层160的顶部上铺展下一层构造材料106，如框514所示。例如，控制器140可以执行指令324，以控制使构造区域平台102向下移，并可以执行指令326，以控制重涂机108跨上一层160铺展构造材料106。另外，可以重复框502-514，直至不形成额外的层，此时方法500可以结束，如图框516所示。

可以将方法400和500中阐述的一些或全部操作作为实用程序、程序或子程序包含在任一所需的计算机可访问介质中。另外，方法400和500可以由计算机程序体现，其可以以活跃和不活跃的各种形式存在。例如，它们可以作为机器可读指令存在，包括源代码、目标代码、可执行代码或其他格式。上述任一种都可以在非暂时性计算机可读存储介质上实现。

非暂时性计算机可读存储介质的示例包括计算机系统RAM、ROM、EPROM、EEPROM以及磁或光盘或磁带。因此，要理解，能够执行上述功能的任意电子设备都可以执行上面列举的那些功能。

尽管本公开通篇都进行了具体描述，但本公开的代表性示例在宽范围的应用上具有实用性，并且上面的讨论不旨在且不该解释为限制性的，而是作为本公开的各方面的说明性讨论被提供。

本文所描述且说明的为公开文件及其一些变形的示例。本文使用的术语、描述和附图仅通过说明来阐述，并不意在限制。在本公开的精神和范围内可能有许多变形，其旨在由随后的权利要求——及其等效形式限定——其中所有术语表示其最广泛的合理含义，除非另有说明。

Claims

1.一种三维(3D)打印机，包括：

第一递送设备，用来选择性地将熔剂沉积到构造材料层上；

第二递送设备，用来将冷却剂液滴以调整的滴重沉积到所述构造材料层上；以及

控制器，用来控制所述第二递送设备选择性地将所述冷却剂液滴以调整的滴重沉积到所述构造材料层的选定区域上，其中，将彼此具有不同的熔融辐射吸收特性的熔剂沉积到所述构造材料层的多个区域上，并且根据所述熔剂的所述熔融辐射吸收特性对选择性沉积的冷却剂液滴的滴重进行调整，以在将熔融辐射施加到所述构造材料层上期间，提供所述构造材料层的所述多个区域之间的热平衡。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述控制器用来确定在要选择性地沉积所述熔剂的所述构造材料层的所述多个区域处的熔融辐射吸收水平，并且基于所确定的在所述多个区域处的熔融辐射吸收水平，来确定选择性地沉积到所述选定区域上的所述冷却剂液滴的滴重以达到所述多个区域之间的热平衡。

3.根据权利要求2所述的3D打印机，其中彼此具有不同熔融辐射吸收特性的熔剂被沉积到所述构造材料层的所述多个区域上，并且其中所述控制器用来基于施加至所述多个区域的所述熔剂，来确定在所述多个区域处的相应熔融辐射吸收水平。

4.根据权利要求2所述的3D打印机，其中所述熔剂被沉积到所述多个区域中的第一区域，并且其中所述冷却剂液滴被沉积到所述多个区域中的邻近所述第一区域的第二区域上，并且其中所述控制器用来通过将所述冷却剂液滴的滴重确定为具有调整的大小，来使所述第一区域和所述第二区域热平衡，所述调整的大小使所述第二区域中的构造材料保持彼此不熔融，同时所述第一区域中的构造材料通过吸收熔融辐射而熔在一起。

5.根据权利要求2所述的3D打印机，进一步包括：

温度传感器，用来检测跨所述构造材料层的温度分布；并且

其中所述控制器用来根据检测到的跨所述构造材料层的温度分布，来确定所述冷却剂液滴的滴重。

6.根据权利要求2所述的3D打印机，其中所述控制器用来预测跨所述构造材料层的温度分布，其中预测的温度分布是在选择性地将所述熔剂沉积在所述构造材料层上之后所述构造材料层的温度分布，并且其中所述控制器根据预测的跨所述构造材料层的温度分布，来确定所述冷却剂液滴的滴重。

7.根据权利要求2所述的3D打印机，其中所述控制器用来确定与要沉积在第二选定区域上的冷却剂液滴相比，要沉积在第一选定区域上的冷却剂液滴的滴重相对更大，所述第一选定区域邻近要接收较大量的熔融辐射的第一熔融区域，所述第二选定区域邻近要接收较少量的熔融辐射的第二熔融区域。

8.根据权利要求1所述的3D打印机，进一步包括：

托架，其中所述第二递送设备支撑在所述托架上，并且其中所述控制器用来控制所述托架跨所述构造材料层移动，并在所述托架跨所述构造材料层移动时控制所述第二递送设备选择性地沉积所述冷却剂液滴；和

熔融辐射发生器，用来选择性地将熔融辐射施加到铺展的构造材料层上。

9.一种方法，包括：

将熔剂沉积到构造材料层中的第一组构造材料上，其中所述熔剂用来便于通过吸收由熔融辐射发生器提供的熔融辐射，而使所述第一组构造材料互相结合；

基于所述熔剂的熔融辐射吸收特性确定所述熔剂的熔融辐射吸收水平；

确定要选择性地沉积到第二组构造材料的冷却剂液滴的滴重；以及

将所述冷却剂液滴以调整的滴重沉积到所述构造材料层的所述第二组构造材料上，其中将所述冷却剂液滴调整为具有在由所述熔融辐射发生器将熔融辐射施加到所述构造材料层上期间、导致所述第一组构造材料和所述第二组构造材料之间的热平衡的滴重。

10.根据权利要求9所述的方法，其中沉积冷却剂液滴进一步包括：将冷却剂液滴以较高的调整的滴重沉积到所述第二组构造材料的第一子组，并且以较低的调整的滴重沉积到所述第二组构造材料的第二子组，其中所述第二组构造材料的第一子组比所述第二组构造材料的第二子组接收更大量的熔融辐射。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

在沉积所述熔剂之后，对跨所述构造材料层的温度分布进行访问；以及

基于访问的跨所述构造材料层的温度分布，来确定要选择性地沉积到所述第二组构造材料上的所述冷却剂液滴的滴重，以达到所述第一组构造材料和所述第二组构造材料之间的热平衡。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

对预测的跨所述构造材料层的温度分布进行访问，其中预测的温度分布为在将所述熔剂选择性地沉积到所述构造材料层上之后所述构造材料层的温度分布；以及

基于预测的跨铺展的构造材料层的温度分布，来确定要选择性地沉积到所述第二组构造材料上的所述冷却剂液滴的滴重，以达到所述第一组构造材料和所述第二组构造材料之间的热平衡。

13.根据权利要求9所述的方法，其中选定的第二区域的一部分与选定的第一区域的一部分重叠，并且其中沉积所述冷却剂液滴进一步包括：将所述冷却剂液滴沉积到与所述选定的第二区域的所述一部分重叠的所述选定的第一区域的所述一部分上，从而将所述熔剂和所述冷却剂液滴沉积到重叠部分上。

14.一种非暂时性计算机可读介质，在所述非暂时性计算机可读介质上存储机器可读指令，所述机器可读指令由处理器执行时，使得所述处理器：

基于熔剂的熔融辐射吸收特性确定构造材料层的熔融辐射吸收分布，其中所述熔融辐射吸收分布对在要沉积或已沉积所述熔剂的所述构造材料层的多个区域处的熔融辐射吸收水平进行识别；

基于确定的熔融辐射吸收分布，来确定要选择性沉积到所述构造材料层的冷却剂液滴的滴重，其中所述冷却剂液滴的滴重被确定为：在由熔融辐射发生器将熔融辐射施加到所述构造材料层上期间，导致要接收所述熔剂的第一组构造材料和要接收所述冷却剂液滴的第二组构造材料之间的热平衡；以及

向冷却剂递送设备输出指令，以选择性地将所述冷却剂液滴以确定的滴重沉积到所述构造材料层上。