CN109070477B - 冷却3d打印系统中的构建材料 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于3D打印系统的构建材料管理系统，其中构建材料管理系统壳体上的一个或多个输入端口将连接到一个或多个相应的可运输容器。可运输容器包含一定体积的构建材料，该构建材料包括3D打印部件和一部分未熔合构建材料。还包括在壳体内可操作的泵，以提供跨越构建材料管理系统的管道网络的压差。泵通过管道网络连接到输入端口。通过一个或多个输入端口中的至少一个引起的气流由也包括在壳体内的处理电路所控制。气流在相应的可运输容器内造成冷却，在一个替代方案中，壳体包括至少两个输入端口。在所有其它替代方案中，利用至少一部分用于后续3D打印操作的新构建材料填充这一或另一可运输容器的填充端口不包括在壳体内。

Description

冷却3D打印系统中的构建材料

背景技术

提出了一种在逐层基础上生成三维物体的增材制造系统，作为一种潜在的简便方式来少量生产三维物体。

增材制造系统的效能各不相同。通常，由增材制造系统生产的三维物体在制造之后和进一步加工之前可能有一个冷却期。

附图说明

以下将参考附图进一步描述示例，其中:

图1是用于3D打印系统的构建材料管理系统的一个示例的示意图；

图2是用于3D打印系统的构建材料管理系统的另一示例的示意图；

图3是用于图1和图2中构建材料管理系统的可运输容器的一个示例的示意图；

图4是用于3D打印系统的构建材料管理系统的泵送模块的一个示例的示意图；

图5是用于3D打印系统的构建材料管理系统的一个示例的示意图；

图6是根据一个示例的构建材料管理系统的简化图示；

图7是根据一个示例概述操作构建材料管理系统的方法的流程图；和

图8是根据一个示例概述操作构建材料管理系统的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于3D打印系统的构建材料管理系统100的一个示例的示意图。构建材料管理系统100用于3D打印系统。3D打印系统可以包括3D打印机(未示出)，以逐层生成三维物体，这可以称为增材制造过程。三维物体由可以由粉末形式的构建材料所生成。构建材料有选择地分层熔合在一起，形成三维物体。熔合过程可以是对构建材料直接加热的结果，或者是使用化学粘合剂粘结构建材料的化学过程的结果，并且可以在构建材料内部产生大量热量。构建材料可以是或包括例如粉末金属材料、粉末复合材料、粉末陶瓷材料、粉末玻璃材料、粉末树脂材料、粉末聚合物材料等等，在构建材料是粉末基构建材料的一些例子中，术语粉末基材料旨在包括干粉末基材料和湿粉末基材料、颗粒材料和粒状材料。应当理解，本文所述的实例不限于粉末基材料，并且可以在适当的情况下进行适当的修改，与其他适当的构建材料一起使用，在其他实例中，构建材料可以是丸粒的形式，或者任何其他适当形式的构建材料。

构建材料管理系统100包括构建材料管理站110，该站110对包含在可运输容器内的构建材料执行构建材料管理操作，在所示的示例中，是以“热”移动构建单元为形式的三个容器130a、130b、130c，包括热构建材料，并包括已冷却构建材料的冷却移动构建单元132。构建材料管理站110包括壳体112，壳体112包括泵送模块120。泵送模块120将空气和/或构建材料从多个可运输容器130a、130b、130c、132泵送到材料管理站110，并参考下面的图4进行更详细的描述。泵送模块120以三个冷却连接软管114a、114b、114c形式的导管分别连接到每个热移动构建单元130a、130b、130c。每个连接软管114a、114b、114c在其上部经由设置在每个冷却连接软管114a、114b、114c和相应的热移动构建单元130a、130b、130c之间的输入端口连接到相应的热移动构建单元130a、130b、130c。类似地，泵送模块120通过以构建材料抽取软管116为形式的导管连接到冷却的移动构建单元132。构建材料提取软管116经由设置在构建材料提取软管116和冷却的移动构建单元132之间的拆解端口连接到冷却的移动构建单元132。下面参考图3更详细地描述热移动构建单元130a、130b、130c的结构。

移动构建单元130a、130b、130c、132包含一定体积的构建材料，该构建材料包括一个或多个3D打印部件，由一部分未熔合构建材料环绕。在3D打印操作之后或者在一些时间之后构建材料体的温度可能太高，以致于无法安全和/或有效地从构建材料体中移除一个或多个3D打印部件，这取决于使用了何种类型的3D打印操作来创建那些3D打印部件。因此，可以允许构建材料体在拆解操作之前冷却，在拆解操作中，一个或多个3D打印部件与未熔合构建材料的周围部分分离，在该示例中，通过使用泵送模块120通过冷却连接软管114a、114b、114c抽吸空气通过热移动构建单元130a、130b、130c主动冷却热移动构建单元130a、130b、130c内的构建材料体。由于气流中环境空气的温度低于热构建材料体的温度，构建材料体被气流主动冷却。在主动冷却操作之后，热移动构建单元130a、130b、130c各自变成冷却的移动构建单元，例如冷却的移动构建单元132。应当理解，不是通过泵送模块120中的真空泵将空气通过热移动构建单元130a、130b、130c抽吸到冷却连接软管114a、114b、114c，而是可以通过泵送模块120中的容积泵(例如风扇)使空气流过冷却连接软管114a、114b、114c到达并通过热移动构建单元130a、130b、130c。

该示例中的拆解操作包括经由构建材料提取软管116从冷却的移动构建单元132移除冷却的未熔合构建材料。构建材料抽取软管116的自由端是可移动的，以便围绕构建体进行操纵，以便放置在适合于冷却的未熔合构建材料与3D打印部件最适合分离的地方。这种拆解操作可以由操作者操纵构建材料抽取软管116的自由端来完成，或者可选地，通过操纵构建体来完成。拆解操作可以由作为拆解模块进行操作的泵送模块120来执行，换句话说，在适当的压差路由控制下，构建材料提取软管116可以连接到与冷却连接软管114a、114b、114c相连的相同的泵。构建材料提取软管118连接到构建材料容器以接收提取的未熔合构建材料。

在拆解操作之后，3D打印部件可以从可运输容器中移除，在一些示例中，3D打印部件作为拆解操作的一部分从可运输容器中移除。在拆解操作之后，可运输容器可被称为空的可运输容器。空的可运输容器在接收到另一热的构建材料体后，可以在另外的冷却和拆解操作中再次使用。在一些示例中，可运输容器还用于为3D打印机提供用于随后3D打印操作的构建材料，以这种方式，空的可运输容器可以填充有未熔合构建材料，并移动到3D打印机(未示出)，用于进一步的3D打印操作。在其他示例中，可运输容器可以填充有构建体，该构建体包括在不同容器内执行的3D打印操作期间生产的一个或多个3D打印部件。

用包括一个或多个3D打印部件的构建材料体重复填充、冷却构建材料体以及拆解构建材料体可以被称为可运输容器中的一个操作循环。在一些示例中，操作循环还可以包括用未熔合构建材料重新填充，并且逐层接收来自3D打印机的构建材料体，应当理解，操作循环中的每个操作可能需要不同的时间量。在一些示例中，主动冷却操作可能比操作循环中的其他操作花费更长时间。材料管理系统100可以冷却多个可运输容器内相应的构建材料体，以防止当使用多个3D打印机执行操作循环时主动冷却操作在操作循环中出现瓶颈。在该示例中，单个构建材料管理站110连接到多个热移动构建单元130a、130b、130c，以并行地在每个热移动构建单元130a、130b、130c上执行主动冷却操作。

许多因素可能会影响构建材料体的冷却时间，包括但不限于：构建材料的类型、构建材料体、体积内一个或多个3D打印部件的数量、尺寸和形状、冷却气流的速率和构建材料体的硬度(即构建材料体的抗破裂性)。因此，每个不同的可运输容器的主动冷却操作可能有所不同。举例来说，冷却空气流的时间和/或速率可以由每个可运输容器独立控制。这可以基于对可运输容器内容的了解(例如，来自存储在可运输容器的存储器中的数据或者用户的输入)，在示例中，特定的主动冷却操作参数可以仅基于构建材料体的单个参数来确定，例如尺寸(例如，高度)。尽管这种方法可能不完全符合待冷却构建材料体的确切特性，但这使得用户选择相对较少的选项，确保用户界面保持简单易用。在另一个例子中，可以基于传感器的反馈来调整特定的主动冷却操作参数，所述传感器例如是嵌入在或者贴附在构建材料体上的热传感器(例如热电偶探头)。

在该示例中，壳体112还包括填充端口118，用于在拆解操作完成后用构建材料填充空的移动构建单元132。移动构建单元132被填充有用于3D打印机中另一3D打印操作构建材料。

应当理解，在循环操作中，使用泵送模块120执行的主动冷却操作可以包括在一个循环操作中，经由各自的冷却连接软管114a、114b、114c将多个热移动构建单元130a、130b、130c一次一个地连接到泵送模块120以抽吸空气，以这种方式，可以控制泵送模块120通过第一热移动构建单元130a抽吸空气，并且随后通过第二热移动构建单元130b抽吸空气，并且随后进一步地通过第三热移动构建单元130c抽吸空气。然后可以重复该过程，以便继续并行处理所有三个热移动构建单元130a、130b、130c的主动冷却操作，而无须将空气同时抽吸通过每个热移动构建单元130a、130b、130c。如上所述，冷却空气流动的时间和/或速率可以针对每个移动构建单元进行独立控制，在可选的操作方法中，可以理解的是，空气可以被抽吸同时通过每个热移动构建单元130a、130b、130c，尽管可选地以不同的速率或不同的时间段。

图2是用于3D打印系统的构建材料管理系统的另一个例子的示意图。图2所示的构建材料管理系统200适合于冷却以三个热移动构建单元230a、230b、230c为形式的多个可运输容器。构建材料管理系统200包括多个提供做为独立的工作站的泵送模块220a、220b、220c。在该示例中，每个泵送模块220a、220b、220c将通过单个冷却连接软管214a、214b、214c连接到相应的单个热移动构建单元230a、230b、230c。每个泵送模块220a、220b、220c设置在简单的相应材料管理站内，不包括图1材料管理站110中所示的填充端口118的等同物。这样，构建材料管理系统200能够并行冷却多个可运输容器内的构建材料体，而不需要多个都具有构建材料填充能力的构建材料管理站。这种构建材料管理系统200可能特别具有性价比。在一个示例中，构建材料管理系统200的每个泵送模块220a、220b、220c被用于冷却相应的热移动构建单元230a、230b、230c中的构建材料体。以这种方式，泵送模块220a、220b、220c中的每一个都可以被称为主动冷却模块，并且这些模块中的每一个都可以独立操作，为相应的构建材料体提供优化的冷却空气。在另一个示例中，如下面参考图4更全面地描述的，泵送模块220a、220b、220c还设置有拆解模块，以通过同样的相应冷却连接软管214a、214b、214c拆解相应热移动构建单元230a、230b、230c内的构建材料体。

图3是在图1和2的构建材料管理系统中使用的以移动构建单元230为形式的可运输容器的一个示例的示意图，移动构建单元230包括壳体232，该壳体232具有基本上包围一定体积的构建材料236的上部234。壳体232还包括下部238，用于容纳构建材料(未示出)的供应，以供3D打印系统内的3D打印机在随后3D打印操作中使用。下部238中的构建材料可以是新的，或者是新的和以前使用过的构建材料的混合物。壳体232的上部234限定了一对输入端口240a、240b，以允许空气流入壳体232的上部234，并通过构建材料238体积。在该示例中，输入端口240a、240b位于壳体232的上部234的最下端，每一侧一个。上部234还限定了出口242以允许空气流出壳体232的上部234。出口242限定在上部234的顶部内。在该示例中，出口242位于上部234的盖部分内。出口242可具有固定件(未示出)以连接到冷却连接软管，如图1和2所示。在该示例中，移动构建单元230还包括脚轮244a、244b形式的轮子，以方便移动构建单元230在3D打印系统的不同模块之间的移动。图3所示的可运输容器具有脚轮244a、244b的可移动构建单元230的形式，但是同样可以是用于支持大量构建材料的不同可运输容器的形式。

图4是用于3D打印系统的泵送模块的一个示例的示意图。泵送模块220包括泵222，该泵222通过冷却连接软管214和泵送构建材料捕集管道224连接到可运输容器(未示出)。泵222可被操作以在泵222和冷却连接软管214的远端之间产生压差，从而从可运输容器中抽取空气到冷却连接软管214中。在该示例中，泵222是离心泵，并且在冷却连接软管214中泵222的上游产生低于大气压的压力。在冷却连接软管214和泵送构建材料收集管道224之间设置构建材料收集器228，例如旋风分离器或过滤器。构建材料捕集器226防止冷却连接软管214内有构建材料，并且防止构建材料在进入泵到构建材料收集管到224时朝着泵222移动。由构建材料捕集器228提取的构建材料存储在存储容器228内，在一个示例中，泵送模块220为连接到冷却连接软管214的可运输容器提供冷却但不是拆解功能，因此在冷却连接软管214内朝向泵222传送的构建材料的量可能很少或者不存在。在该示例中，存储容器228可能很小。当泵送模块220提供冷却但不提供拆解功能时，吸入冷却连接软管214中的气流可能足够低，以至于不会将松散的构建材料从可运输容器输送到冷却连接软管214中。在一些示例中，将能理解，构建材料捕集器可以位于可运输容器内，因此在连接软管214和泵222之间的泵送模块220中可能没有构建材料捕集器226。在另一个示例中，泵送模块220还可以将至少一部分未熔合构建材料从可运输容器提取到存储容器228中。在该另一个示例中，存储容器228的尺寸可以确定为足以容纳未熔合构建材料的部分。泵送模块220还包括控制器250，控制器250包括处理电路(未示出)以控制泵送模块220的操作，特别是控制泵222的操作。

与参考图1描述的例子一样，泵可以在泵的下游提供正压差，以迫使空气从泵流向和流过可运输容器，例如通过泵送到可运输容器的管道，在这种情况下，如果在冷却操作期间要捕集未熔合构建材料，那么将提供用于未熔合构建材料排放孔的单独端口，以及可运输容器到构建材料的收集管道。

图5是用于3D打印系统的构建材料管理系统的一个示例的示意图。构建材料管理系统300包括泵送模块320，该泵送模块320基本上如参考图4的泵送模块220所述一样，除了下文所述的不同之处，并且其中相同的部分由相同的附图标记表示，但是前面的“2”由“3”代替(例如，图4的控制器250对应于图5的控制器350)。泵送模块320经由三个相应的冷却连接软管314a、314b、314c连接到以三个移动构建单元330a、330b、330c为形式的可运输容器。冷却连接软管314a、314b、314c经由阀或歧管352和阀到构建材料捕集导管354连接到构建材料捕集器326。阀362还连接到构建材料输入导管318，用于从构建材料管理系统300的独立模块向泵送模块320供应构建材料。阀352可由控制器350控制，以促进阀到构建材料捕集导管354和冷却连接软管314a、314b、314c以及构建材料输入导管318中的一个或多个之间的流体连通。因此，热移动构建单元330a、330b、330c可以在类似于关于图1的热移动构建单元所描述的操作中被冷却。在该示例中，材料调节单元356连接在阀-构建材料捕集管道354的路径中，以在构建材料到达构建材料捕集器326并进入存储容器328之前处理或过滤在阀-构建材料捕集管道354内流动的构建材料。储存容器-另一模块导管362设置在储存容器328和构建材料管理系统300的另一模块(未示出)之间。空气过滤器360设置在泵至构建材料捕集导管324中。阀364可被操作以打开或关闭储存容器至另一模块导管382。这样，如果需要，储存容器328内的构建材料可以被运送到构建材料管理系统300内的另一模块。应当理解，可能需要设置在构建材料管理系统300中的另一(以及单独)模块中的另一泵(未示出)来将构建材料从存储容器328运送到构建材料管理系统300的另一模块。在一个例子中，可以理解，泵送模块320可以用做图1的泵送模块120，如果构建材料输入管道316作为构建材料提取软管118，存储容器至另一模块管道382被连接到填充端口118。因此，在一些示例中，泵送模块320可以在构建材料管理系统的单个模块内操作。与上述示例一样，可以独立地控制每个移动构建单元330a、330b、330c的主动冷却操作，以便为各个构建材料体提供优化的冷却气流。

图6是根据本公开的一个示例的构建材料管理系统400的简化图示。系统400包括控制构建材料管理系统400的一般操作的控制器450。在图8所示的示例中，控制器450是基于微处理器的控制器，经由例如通信总线(未示出)连接到存储器410。存储器存储处理器可执行指令412，控制器450可执行指令412，并因此根据这些指令控制构建材料管理系统400的操作。

在一个示例中，控制器450控制泵送模块220以实施上文所述的冷却操作。

图7是根据本公开的一个示例概述操作构建材料管理系统的一种方法的流程图，在图7的方法500a中，在502a，构建材料管理系统容纳至少两个以移动构建单元为形式的可运输容器。每个可运输容器包括一定体积的构建材料。在504a，可运输容器连接到构建材料管理系统的主动冷却模块。在506a，控制主动冷却模块以冷却每个可运输容器内的构建材料体。

图8是根据本公开的一个示例概述操作构建材料管理系统的一种方法的流程图，在图8的方法500b中，在502b，构建材料管理系统容纳一个或多个可运输容器。这个或每个可运输容器包括一定体积的构建材料。在506b，构建材料管理系统的主动冷却模块被控制以冷却这个或每个可运输容器内的构建材料体。在508，构建材料管理系统被控制以使用填充模块用另外的构建材料填充另一可运输容器，该填充模块与构建材料管理系统的主动冷却模块相分立，应当理解，在一些示例中，另外的可运输容器可以与一个或多个可运输容器中的一个相同。

应当理解，尽管具体描述使用了可移动容器的例子，该容器采用了移动构建单元的形式，例如手推车，但是其他类型的可移动容器也在设想中，包括没有轮子的容器和没有容纳新构建材料供应的部分的容器。在某些情况下，可能希望将已经在3D打印操作中使用的可移动容器中的内容物转移到另一可移动容器，例如将构建过程与冷却和拆包过程分离。

应当理解，这里描述的示例可以以硬件的形式或者硬件和软件的组合来实现。任何这样的软件可以以瞬态或非瞬态存储器的形式存储，例如像ROM这样的存储装置，无论是可擦除的还是不可重写的，或者以存储器的形式存储，例如RAM、存储器芯片、装置或集成电路，或者存储在光学或磁可读介质上，例如CD、DVD、磁盘或磁带，应当理解，存储装置和存储介质是适合于存储一个或多个程序的机器可读存储器的示例，当执行这些程序时，实施这里描述的示例。因此，示例提供了一个程序，该程序包括用于实现这里描述的系统或方法的代码以及存储这种程序的机器可读存储器。

在本说明书的说明书和权利要求书中，词语“包括”和“包含”以及它们的变体意味着“包括但不限于”，并且它们不打算(也不会)排除其他组件、整数或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求中，单数包括复数，除非上下文另有要求，特别是在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，说明书应理解为考虑了复数和单数形式。

结合本公开的特定示例描述的特征、整数或特性应理解为适用于本文描述的任何其他示例，除非与此不兼容。本说明书中公开的所有特征(包括任何附带的权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合方式组合，除了至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。本公开不限于任何前述示例的细节。本公开延伸到本说明书中公开特征的任何新的示例或者任何新的组合(包括附带的任何权利要求、摘要和附图)，或者延伸到所公开方法或过程中的任何步骤的任何新的示例，或者任何新的组合。

Claims (15)

1.一种用于3D打印系统的构建材料管理系统，所述构建材料管理系统包括:

壳体，包括：

一个或多个气流端口，用于连接到一个或多个相应的可运输容器，所述可运输容器容纳一定体积的构建材料，所述构建材料包括3D打印部件和一部分未熔合构建材料；

泵，被操作以在所述构建材料管理系统的管道网络上提供压差，所述管道网络将所述气流端口连接到所述泵；和

构建材料捕集器，设置在所述管道网络与所述泵之间以防止所述管道网络内的构建材料朝着所述泵移动；和

处理电路，用于控制所述泵使空气流过所述一个或多个气流端口中的至少一个，从而在相应的可运输容器内造成冷却，

其中或者：

所述一个或多个气流端口是能连接到相应可运输容器的至少两个气流端口；或者

所述壳体不包括利用至少一部分用于随后3D打印操作的新构建材料填充所述或另一可运输容器中的填充端口。

2.根据权利要求1所述的构建材料管理系统，其中所述壳体包括至少一个出口端口，所述出口端口在所述一个或多个气流端口下游连接到所述管道网络，以从所述可运输容器输出回收的构建材料。

3.根据权利要求2所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理站包括比出口端口更多的气流端口。

4.根据权利要求1所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理系统包括至少一个用于冷却所述一个或多个可运输容器的独立冷却系统，其中所述独立冷却系统包括所述壳体。

5.根据权利要求4所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理系统包括至少一个利用供另一3D打印过程用的构建材料填充所述或另一可运输容器的填充系统。

6.根据权利要求5所述的构建材料管理系统，其中所述填充系统独立于所述冷却系统。

7.根据权利要求5所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理系统包括比填充系统更多的冷却系统。

8.根据权利要求4所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理系统包括至少一个拆解系统，以从所述可运输容器中拆解所述体积的构建材料。

9.如权利要求8所述的构建材料管理系统，其中所述构建材料管理系统包括比拆解系统更多的冷却系统。

10.一种操作3D打印系统的构建材料管理系统的方法，包括:

容纳一个或多个可运输容器，每个容器包含一定体积的构建材料，所述构建材料包括在3D打印操作中创建的3D打印部件和一部分未熔合构建材料；

利用所述构建材料管理系统的主动冷却模块冷却每个可运输容器中的构建材料体，其中所述主动冷却模块包括被操作以在所述构建材料管理系统的管道网络上提供压差的泵和设置在所述管道网络与所述泵之间以防止所述管道网络内的构建材料朝着所述泵移动的构建材料捕集器；其中或者：

容纳一个或多个可运输容器是接收至少两个可运输容器，并且其中该方法还包括同时将至少两个可运输容器连接到所述主动冷却模块，从而并行冷却所述至少两个可运输容器；或者

其中所述方法包括：利用所述构建材料管理系统的填充模块将用于另一3D打印操作的另一构建材料填充另一可运输容器，其中所述填充模块独立于所述冷却模块。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括用至少一个拆解模块从每个可运输容器中拆解所述构建材料体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述拆解模块独立于所述填充模块，并且其中所述方法包括将所述可运输容器从所述拆解模块移动到所述填充模块，由此所述可运输容器成为所述另一可运输容器。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述可运输容器不同于所述另一可运输容器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法包括在接收所述可运输容器之前将所述构建体从所述另一可运输容器移动到所述可运输容器。

15.一种用可由处理器执行的指令进行编码的非瞬态机器可读存储介质，所述机器可读存储介质包括:

控制构建材料管理站的壳体的泵的指令，以在所述构建材料管理系统的管道网络上提供压差，从而导致气流通过包括在壳体中的一个或多个气流端口中的至少一个，所述气流端口经由所述管道网络连接到所述泵，由此引起连接到所述一个或多个气流端口的一个或多个可运输容器内冷却，在冷却期间通过使用设置在所述管道网络与所述泵之间的构建材料捕集器防止所述管道网络内的构建材料朝着所述泵移动；

其中或者：

所述一个或多个气流端口是连接到相应的可运输容器的至少两个气流端口；或者

所述壳体不包括利用至少一部分用于随后3D打印操作的新构建材料填充所述或另一可运输容器的填充端口。

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