CN109070459A - 经由打印试剂施加的温度修正 - Google Patents

Abstract

在示例中，一种方法包括：在增材制造装置处形成要在物体的生成时处理的构造材料的第一层。基于与第一层相关联的第一打印指令而将打印试剂选择性地施加到第一层上。将能量施加到第一层，以引起第一层中的区域的熔合。该方法进一步包括：在多个位置处测量第一层的温度，以形成测量的温度分布曲线；将测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异；以及基于该差异，通过修改与构造材料的后续层相关联的第二打印指令而修正后续层熔合后的后续层的温度分布曲线。

Description

经由打印试剂施加的温度修正

背景技术

增材制造技术可以通过构造材料的固化而在逐层基础上生成三维物体。在此类技术的示例中，构造材料以分层方式供应，并且固化方法可以包括加热构造材料的层，以引起选定区域中的熔合。在其他技术中，可以使用其他固化方法，诸如化学固化方法或粘结材料。

附图说明

现在将参照附图描述非限定性示例，附图中：

图1是确定用于实施打印试剂的打印指令的示例方法的流程图；

图2a至图2c是示例热/打印图谱的示意图；

图3是示例增材制造装置的简化示意图；并且

图4是与机器可读介质相关联的示例处理器的简化示意图。

具体实施方式

增材制造技术可以通过构造材料的固化生成三维物体。在一些示例中，构造材料可以是粉末状的颗粒材料，其可以例如是塑料、陶瓷或金属粉末。所生成的物体的属性可能取决于构造材料的类型以及所使用的固化机制的类型。构造材料例如可以被沉积在构造平台上并且在例如制作腔室内被逐层地处理。

在一些示例中，选择性的固化是例如使用激光或电子束通过能量的定向施加而实现的，该激光或电子束可以在定向能量被施加处引起构造材料的固化。在其他示例中，至少一种打印试剂可以被选择性地施加到构造材料。例如，聚结剂(下文中称为“熔合剂”)可以按照源自数据的图案而被选择性地分布到构造材料的层的部分上，该数据表示要生成(例如，可由结构设计数据生成)的三维物体的切片。聚结剂可以具有成分，使得当能量(例如，热量)被施加到该层时，该构造材料聚结(熔合)并固化，以根据该图案形成三维物体的切片。在其他示例中，可以以一些其他方式实现聚结。

除了熔合剂之外，在一些示例中，打印试剂还可以包括聚结改性剂(下文中称为“细化剂”)，其用于削弱或增强熔合作用。例如，细化剂可以反映入射能量，从而防止构造材料的熔合。细化剂可用于控制该物体的表面光洁度。

如上所示，增材制造系统可以基于结构设计数据而生成物体。这可能涉及设计者例如使用计算机辅助设计(CAD)应用来生成要生成的物体的三维模型。该模型可以限定物体的固体部分。为了从使用增材制造系统的模型生成三维物体，可以处理模型数据以生成该模型的平行平面的切片。要通过增材制造系统固化或者要由增材制造系统引发聚结的构造材料的相应层的一部分。

图1是方法的示例，该方法可以是一种增材制造方法，包括：在框102中，在增材制造装置处形成要在物体的生成过程时处理的构造材料的第一层。例如，可在构造平台上提供构造材料的层，该构造材料的层要么被直接提供、要么被铺设在至少一个先前形成的层之上(并且在一些示例中，可能已通过施加至少一个打印试剂而处理了该先前形成的层，并且已使用了来自比如加热灯的能量源的能量照射了该先前形成的层)。在一些示例中，构造材料的层可以被预加热到低于熔合温度的预加热温度。例如，可以在构造平台之上提供预加热灯的阵列，该预加热灯的阵列将构造材料加热到预加热温度。预加热温度低于构造材料的熔合温度，使得构造材料不会熔合。然而，通过预加热构造材料，将构造材料的温度从预加热温度提升到熔合温度从而熔合构造材料所需的额外能量得以减少。预加热灯的阵列可以均匀地操作，使得它们每个分别输出相同的功率，从而确保层内的构造材料处于均衡温度。可以使用脉冲宽度调制(PWM)控制预加热灯输出的功率，PWM被设定为提供预加热的期望水平。因此，预加热设定可以是预加热灯的占空比。

框104包括：基于与第一层相关联的第一打印指令，将打印试剂选择性地施加到第一层上。例如，这可以根据预定图案，该预定图案可以是源自物体模型数据的图案，该物体模型数据表示要由增材制造装置通过熔合构造材料生成的物体。此类物体模型数据例如可以包括计算机辅助设计(CAD)模型，和/或例如可以是立体光刻(STL)数据文件，并且例如可以指定物体的“切片”中的材料分布(例如，识别固体部分)。

框106包括：例如使用能量源将能量施加到构造材料的第一层，以在该层的一部分上将构造材料的温度提升到超出熔合温度，从而熔合第一层的区域。这例如可以包括：例如使用加热灯将热量施加到构造材料的层，或者使用光、微波能量等照射该层。

框108包括：在多个位置处测量第一层的温度。在一些示例中，温度测量可以在层的熔合区域和未熔合区域之上进行。多个温度测量可以被视为形成温度分布曲线。例如，构造材料的层可以被视为多个像素，并且多个像素中的每一个像素可以与温度测量相关联。在一个示例中，像素的长度可以是1cm至2cm量级，将约30cmx30cm的构造平台划分为约32x32的像素矩阵，尽管也可以形成更大或更小的像素。在一些示例中，可以在第一层的处理之后测量第一层的温度。在一些示例中，例如可以在已用试剂处理后的并且至少部分地熔合后的第一层之上形成构造材料的后续层，并且例如可以在对该后续层施加任何打印试剂之前测量该后续层的温度。可使用任何类型的温度传感器测量温度。在一些示例中，可以使用热成像相机或红外(IR)相机测量温度。

框110包括：将测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异。

框112包括：基于该差异，通过修改与构造材料的后续层相关联的第二打印指令而修正后续层熔合后的后续层的温度分布曲线。在一些示例中，第二打印指令是预定的，并且是基于预测计算生成的。为了在熔合期间达到期望温度，预测计算可以确定应施加到构造材料的熔合剂和细化剂的量。例如，预测计算可以将在熔合期间层与能量源的距离以及从物体扩散的热量的估计值考虑在内。因此，为了在熔合区域之上提供适当的熔合同时在其他未熔合区域中维持构造材料低于熔合温度，预测计算确定应施加到层的每个区域(像素/体元)的熔合剂和细化剂的量。在一些示例中，预测计算可以确定打印试剂的数量，从而在至少熔合区域之上提供均匀温度。预定打印指令还可以包括与打印试剂施加到层的顺序以及要施加到层的打印试剂的类型和成分有关的信息。

在物体的生成时，构造材料的层的热行为可能会背离模型行为，例如由于构造材料的热属性和/或所使用的打印试剂的变化(例如，构造材料可以被回收，并且其热属性可能随其寿命发生变化)、环境状况(包括外界温度和湿度)、不完整的模型等。相应地，打印指令的初始设定可能导致打印物体中的缺陷，诸如类似脆性的不期望的物理属性、强度损失、三维精度损失和/或粗糙度的增加，或者由于物体形成期间的过热/热不足导致的物体外观的变化。因此，如上所述，可以基于第一层的测量温度而修改用于将打印试剂施加到后续层的预定打印指令。

例如，如果先前层区域的温度高于预计温度，则引起后续层的熔合所需的能量可能较少。这会导致构造材料的过热。相应地，可修改用于后续层的打印指令，以将温度差异考虑在内，从而修正熔合之后后续层的温度。例如，在此情况下，可以减少施加到后续层的此区域的熔合剂的量，使得其无法从能量源吸收相同的能量，从而抵消了先前层增加的温度。与此相反，如果先前层区域的温度低于预计温度，则可增加熔合剂的量，使得吸收更多的能量，从而确保后续层的适当熔合。还可以响应于测量温度而控制细化剂的量。可以通过其他方式控制吸收能量的量，而不是改变打印试剂的量。例如，可修改打印试剂的浓度、类型或成分。

可以基于测量的温度与预定的温度的比较并且使用诸如比例-积分-微分(PID)控制、机器学习算法、比例控制等的适当的控制方法而控制打印试剂的施加。

测量的温度分布曲线与建模的温度分布曲线的比较可以通过比较空间对准像素的温度而实现。

在一些示例中，在熔合后，后续层可以如图1中的第一层进行处理，并且可以关于增材制造中形成的各层中的每一层或者至少一些层而执行该方法。

图2a将构造材料的层的表面之上的温度测量的示例示出为“热图谱”200a。此类图谱可以表示多个成像像素，各成像像素中的每一个与温度测量相关联。在图2a中，较高的温度被表示为颜色较深的区域，而较低的温度被表示为颜色较浅的区域。

图2a示出已经使用熔合剂处理后的并且使用加热灯加热后的构造材料的层的热图谱200a。为了此示例的目的，在此层中形成的物体包括圆角矩形截面202。如颜色较深的区域所示，构造材料的层在矩形的部分204之上较热。可预计到的是，该层熔合后的温度在该矩形之上应是均匀的，并且此较热的部分204可能背离预计温度。较热的部分204可能是一些异常导致的，诸如预加热灯、能量源或构造材料中的差异，或者任何其他原因。周围未熔合的构造材料的温度低于熔合区域中的温度。应注意到的是，在实践中，温度的变化可能更大，其未在图中示出以避免使它们过于复杂化。作为部分204中较高温度的结果，后续层可更易于熔合，这又会再次导致更高的温度和热逃逸(thermal runaway)状况。

图2b示出一种打印图谱，其描绘了在图2a中所示的第一层的顶部形成的构造材料的后续层上熔合剂的施加。在此附图中，颜色较深的区域表示较大量的熔合剂(每个像素/体元的较小体积)，而颜色较浅的区域表示较少量的熔合剂。如所示，在图2a中所示的较热部分204之上施加了较少量的熔合。通过在较热部分204之上施加较少量的熔合剂，由后续层在熔合期间吸收的能量较少，使得温度的增加变小。因此，熔合剂的施加用于抵消温度变化。

图2c示出后续层熔合后的热图谱300c。如所示，较热部分204之上熔合剂的减少抵消了增加的温度，使得熔合区域具有均匀的温度。

如前所述，可以以其他方式控制打印试剂的施加，从而提供局部温度控制。所产生的温度不必在熔合区域之上是均匀的，并且可以选择不同的温度曲线。

图3是增材制造装置300的示例，包括构造材料分配器302、打印试剂施加器304、能量源306、温度传感器308和处理电路310。可以是可移除的部件的构造平台312(例如作为推车的一部分被提供)，可以在增材制造装置300的使用中被提供，以支撑构造材料的层。在分层增材制造工艺中，构造材料分配器302可以在构造平台312上形成构造材料的连续层。例如，构造材料分配器302可以包括辊子，以在构造平台312之上铺开构造材料。在一些示例中，其上提供构造平台312的可移除部件还可以包括构造材料的源，并且可以包括机构，以提升构造材料并且准备构造材料，使得构造材料分配器302可以在构造平台312上铺开构造材料。

可以控制打印试剂施加器304，以例如根据包含在用于构造材料的层的打印指令中的预定图案，而将打印试剂选择性地打印到构造平台312上的构造材料的层上。例如，打印试剂施加器304可以包括打印头(诸如喷墨打印头)，并且可以例如在构造平台312之上的一个或多个打印通道中施加作为液体的打印试剂。

在一些示例中，可以提供预加热设备，以将构造材料的层预加热到预加热温度，该预加热温度低于熔合温度。例如，预加热设备可以包括预加热灯的阵列，可以在构造平台之上提供该预加热灯的阵列以将构造材料加热到该预加热温度。

可以为加热灯的能量源306在层的一部分之上将构造材料的温度提升到超过熔合温度，从而引起层的至少一个区域中的熔合。

可以为热感相机、热成像阵列等的温度传感器308在多个位置处测量层的温度，以形成测量的温度分布曲线。在一些示例中，温度传感器308可以在熔合区域和未熔合区域内的多个位置处测量温度。

处理电路310包括打印指令模块314、热分析模块316和修正模块318。打印指令模块314被配置为生成构造材料的每个层的打印指令。例如，打印指令模块314可以基于预测计算而预先确定打印指令。为了在熔合期间达到期望温度，预测计算可以确定应施加到构造材料的熔合剂和细化剂的量。例如，预测计算可以将在熔合期间层与能量源的距离以及从物体扩散的热量的估计值考虑在内。因此，为了在熔合区域之上提供适当的熔合同时在其他未熔合区域中维持构造材料低于熔合温度，预测计算确定应施加到层的每个区域(即，像素/体元)的熔合剂和细化剂的量。在一些示例中，预测计算可以确定打印试剂的数量，从而在至少熔合区域之上提供均匀的温度。打印指令还可以包括与打印试剂施加到层的顺序以及要施加到层的打印试剂的类型和成分有关的信息。

热分析模块316被配置为将由温度传感器308提供的测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异。响应于该比较，修正模块318被配置为基于该差异，通过修改与构造材料的后续层相关联的第二打印指令而修正后续层熔合后的后续层的温度分布曲线。在一些示例中，修正模块318可以改变由预定打印指令指定的打印试剂(特别是熔合剂或细化剂)的量，从而抵消测量的温度与预测的温度之间的差异。此类改变可仅在层的熔合区域或未熔合区域的一部分之上。

温度传感器308还可用于控制装置的其他方面，例如，用于确定预加热灯的预加热设定(例如，占空比)，或者用于确定生成的物体何时冷却。温度传感器308还可以进一步用于测量增材制造装置的其它部件的温度，例如废料回收器(spittoon)、网擦(web wipe)或液滴检测器的温度。

图4是与处理器402相关联的机器可读介质400的示例。机器可读介质400包括指令，其在由处理器402执行时，引起处理器402：将分层增材制造工艺中构造材料的层的测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较；以及基于先前层的测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线之间的差异而修改用于将打印试剂施加到构造材料的后续层上的打印指令，从而提供熔合后后续层的温度分布曲线的修正。

在一些示例中，通过改变施加到后续层上的打印试剂(例如熔合剂和/或细化剂)的量而修改打印指令。

可以基于正形成的物体的预测热模型生成打印指令。可以将测量的温度与预测的温度进行比较，并且与预测的温度的偏差可以用于对打印指令进行调整。

在一些示例中，可以使用基于阈值的方法、或者使用诸如基于比例-积分-微分(PID)控制的计算的更复杂的方法、或者通过遵循统计方法(例如基于机器学习)来确定打印指令的调整。

本公开中的示例可作为方法、系统或机器可读指令提供，诸如软件、硬件、固件等的任何组合。此类机器可读指令可以包含在其上或其中具有计算器可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储、CD-ROM、光存储等)上。

参照根据本公开的示例的方法、设备和系统的流程图和/或框图描述了本公开。虽然上述流程图示出了特定的执行顺序，但执行顺序可不同于所描绘的。关于一个流程图描述的框可以与其它流程图中的框进行组合。应理解的是，流程图和/或框图中的每个流程和/或框、以及流程图和/或框图中的流程和/或框的组合可以通过机器可读指令实现。

该机器可读指令例如可以由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或者其他可编程数据处理设备的处理器运行，以实现在说明书和示意图中描述的功能。具体地，处理器或处理装置可以执行机器可读指令。因此，可以通过对存储在存储器中的机器可读指令进行执行的处理器或者通过根据嵌入逻辑电路中的指令操作的处理器，来实施装置的功能模块。术语“处理器”旨在以广义的方式解读，以包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元或者可编程门阵列等。方法和功能模块均可以通过单个处理器执行，或者可以在若干处理器之间被划分。

此类机器可读指令还可以存储在计算机可读存储上，该计算机可读存储可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定模式操作。

机器可读指令还可以安装到计算机上或者其他可编程数据处理设备上，使得计算机或者其他可编程数据处理设备执行一系列操作以产生计算机实施的进程，因此，在计算机或其他可编程装置上执行的指令实现由流程图中的流程和/或框图中的框所指定的功能。

而且，本文中的教导可以以计算机软件产品的形式实施，计算机软件产品存储在存储介质中并且包括多个指令，多个指令用于使计算机设备实施在本公开的示例中记载的方法。

虽然已参照某些示例描述了方法、装置和相关方面，但可以在不脱离本公开的精神的情况下做出各种修改、变化、省略和替换。因此，方法、装置和相关方面旨在由以下权利要求书及其等同物的范围限定。应注意到的是，上述示例例示而非限定本文描述的内容，并且本领域技术人员在不脱离随附权利要求书的范围的情况下能够设计出许多可替代的实施方式。关于一个示例描述的特征可以与其他示例中的特征结合。

词语“包括”不排除权利要求书中列举的那些元件之外的其他元件的存在，“一”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以实现权利要求书中记载的若干单元的功能。

任何从属权利要求的特征可以与任何独立权利要求或其他从属权利要求的特征组合。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

在增材制造装置处形成要在物体的生成时处理的构造材料的第一层；

基于与所述第一层相关联的第一打印指令而将打印试剂选择性地施加到所述第一层上；

将能量施加到所述第一层，以引起所述第一层中的区域的熔合；

在多个位置处测量所述第一层的温度，以形成测量的温度分布曲线；

将所述测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异；以及基于所述差异，通过修改与构造材料的后续层相关联的第二打印指令而修正所述后续层熔合后的所述后续层的温度分布曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中修改所述打印试剂的施加包括：改变施加到所述后续层的打印试剂的量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印试剂包括熔合剂、细化剂或所述熔合剂和所述细化剂的组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的所述温度是在所述第一层的熔合区域内和所述第一层的未熔合区域内测量的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二打印指令基于所述物体的预测的温度而生成，并且然后基于所述差异而修改。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述后续层熔合后的所述温度曲线被修正为在所述后续层的熔合区域之上具有均匀的温度。

7.一种增材制造装置，包括：

构造材料分配器，所述构造材料分配器在构造平台上形成要在物体的生成时处理的构造材料的多个层；

打印试剂施加器，所述打印试剂施加器基于与所述多个层相关联的打印指令而将打印试剂选择性地施加到所述构造材料上；

能量源，所述能量源引起所述多个层中的第一层中的区域的熔合；

温度传感器，所述温度传感器在多个位置处测量所述第一层的温度，以形成测量的温度分布曲线；以及

处理电路，所述处理电路包括：

打印指令模块，所述打印指令模块生成所述打印指令；

热分析模块，所述热分析模块将所述测量的温度分布曲线与预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异；以及

修正模块，所述修正模块基于所述差异，通过修改与构造材料的后续层相关联的第二打印指令而修正所述后续层熔合后的所述后续层的温度分布曲线。

8.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中所述温度传感器包括热成像相机。

9.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中所述修正模块通过改变施加到所述后续层的打印试剂的量而修改所述第二打印指令。

10.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中所述打印试剂施加器将熔合剂、细化剂或所述熔合剂和所述细化剂的组合施加到所述构造材料的所述层上。

11.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中所述温度传感器测量所述层的熔合区域内和未熔合区域内的温度。

12.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中所述打印指令模块基于所述物体的预测的温度而针对所述构造材料的每一层生成不同的打印指令。

13.一种包括指令的机器可读介质，所述指令在由处理器执行时，引起所述处理器：

在分层增材制造工艺中，将构造材料的层的测量的温度分布曲线与所述层的预测的温度分布曲线进行比较，以生成差异；并且

基于所述差异而修改打印指令，以将打印试剂施加到构造材料的后续层上，从而修正熔合后的所述后续层的温度分布曲线。

14.根据权利要求13所述的机器可读介质，其中修改打印指令包括：改变施加到所述后续层上的打印试剂的量。

15.根据权利要求13所述的机器可读介质，其中所述打印试剂包括熔合剂、细化剂或所述熔合剂和所述细化剂的组合。