CN109153179A - 三维打印 - Google Patents

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Abstract

根据一个示例，提供一种在3D打印系统中分配构建材料的方法。该方法包括：移动定位在料斗下方的构建材料支撑件，该移动使储存在料斗中的构建材料沉积在构建材料支撑件上；以及移动重涂覆器以将构建材料从构建材料支撑件散布在构建平台上方以在其上形成构建材料层，并将任何多余构建材料返回到构建材料支撑件。

Description

三维打印
背景技术
增材制造(更通常称为三维或3D打印)使得物体能够被逐层生成。3D打印技术可以通过在构建平台上形成构建材料的连续层，并且选择性地固化每层构建材料的一部分来生成物体的层。
附图说明
现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述示例，其中：
图1是根据一个示例的构建材料分配系统的方框图；
图2a是根据一个示例的料斗的简化平面图；
图2b是根据一个示例的料斗的简化剖视图；
图3a是根据一个示例的料斗的简化剖视图；
图3b是根据一个示例的料斗的简化剖视图；
图4是根据一个示例的构建材料分配控制器的方框图；和
图5是概述根据一个示例的操作构建材料分配系统的方法的流程图。
具体实施方式
在基于粉末的3D打印系统中，在构建平台上形成一层粉末构建材料，并且选择性固化技术用于选择性地固化所形成的层的一部分以形成正被打印的3D物体的层。存在各种选择性固化技术，包括使用助熔剂和熔化能，使用激光(例如激光烧结)等。
现在参见图1，其中示出根据一个示例的构建材料分配系统100的方框图。构建材料分配系统100将在构建平台102上形成粉末构建材料的薄层。在一个示例中，每个层可以在约10至100微米厚的区域中，但是在其它示例中，可以形成更薄或更厚的层。构建平台102可垂直移动，使得当每个形成的构建材料层选择性地固化时，它可以降低与构建材料层厚度相对应的距离，以使得能够在其上形成另一层构建材料。在一个示例中，构建平台102和多余构建材料支撑件110形成3D打印机的整体部件，构建材料分配系统100是3D打印机中的一部分。然而，在另一示例中，构建平台102和多余构建材料支撑件110可以是可移除地插入的3D打印构建模块的一部分，其可以仅在3D打印操作期间存在于3D打印机中。然而，在另一示例中，多余构建材料支撑件110可形成3D打印机的一部分，并且构建平台102可形成仅在3D打印操作期间存在于3D打印机中的3D打印构建模块的一部分。在图1中，构建平台102和多余构建材料支撑件110以虚线示出。
构建材料分配系统100包括构建材料分配器104。在本示例中，构建材料分配器104是料斗形式，如将在下面更详细描述的。料斗104垂直地定位在构建材料支撑件106上方。
在一个示例中，构建材料支撑件106是连续带的形式，但是在其它示例中可以是滑动刚性台板。
构建材料支撑件106被定位在构建平台附近。在一个示例中，构建材料支撑件106被定位成使得其可以接触构建平台102的边缘，使得在最接近构建平台的构建材料支撑件的边缘与构建平台102的对应边缘之间不存在间隙。这将允许构建材料从构建材料支撑件106有效地转移到构建平台102并且最小化落在构建材料支撑件106和构建平台102之间的构建材料的量。在一些示例中，可以使用合适的密封机制，诸如橡胶、硅树脂或其它低摩擦密封装置。
构建材料支撑件106可控制以在控制器112的控制下双向移动。构建材料支撑件106可通过任何合适的机构(未示出)移动，例如，如果构建材料支撑件106是连续带，则该带可被安装在一对内部支撑辊上，其中至少一个内部支撑辊由电动机直接或间接地供电。如果构建材料支撑件106是刚性台板的形式，则该台板可以使用齿条-齿轮型机构或任何其它合适的机构来移动。
料斗104被设计成通过使构建材料支撑件106沿第一方向远离料斗104移动而使一定量的构建材料沉积在构建材料支撑件106上。这例如使一定量的构建材料以带的形式沉积在构建材料支撑件104上，使得构建材料支撑件上的构建材料的带的长度适合于在构建平台102上形成期望的构建材料层。料斗104还被设计成使构建材料支撑件106上的任何构建材料能够通过沿与第一方向相反的第二方向移动构建材料支撑件106而返回至料斗。
图2a和图2b中示出根据一个示例的料斗104的更详细视图。
图2a是位于构建材料支撑件106上方的料斗104的简化平面图。图2b是通过平面A-A观察的料斗104的简化剖视图。
料斗104包括总体(general)外壳202。外壳202限定开放的内部容积204，诸如粉末状构建材料的构建材料可以储存在其中。外壳202限定倾斜的前壁206，该前壁206在前壁206的基部和构建材料支撑件106的上表面之间限定端口208。端口208的形状和尺寸可以基于例如待储存在料斗中的构建材料的特性来选择。构建材料特性可包括以下中的一个或多个：构建材料休止角；构建材料平均粒径；和构建材料流动特性。外壳104还限定了倾斜的内部后壁212。倾斜的内部后壁使得体积204内的构建材料能够在重力作用下向下滑动以形成由构建材料支撑件106在其基部处支撑的一定体积的构建材料。除了形成端口208的料斗前壁206的部分之外，外壳202与构建材料支撑件106形成基本密封。该密封可集成到料斗外壳的基部设计，或者可以由附加的密封元件来提供，附加的密封元件诸如硅树脂密封件或其它不会过度阻碍构建材料支撑件106的运动的低摩擦密封材料。
可存储在内部容积204中的构建材料的量可足以允许在构建平台102上形成大量构建材料层。在一个示例中，料斗104的尺寸可被定为允许其保持足够的构建材料，以能够在构建平台102上生成整个3D物体。在另一个示例中，料斗104在3D打印操作期间可被再填充。
当包含合适的构建材料时，料斗104形成所谓的扼流料斗。扼流料斗设计成使得料斗内的构建材料表现出固有的稳定性，使得一旦已在料斗端口208的区域中积聚足够量的构建材料，则构建材料从料斗的流出自动停止或“扼止”。这例如防止当料斗104和构建材料支撑件106之间没有移动时料斗的整个内容物从料斗中排空。
如图3a所示，通过使构建材料支撑件106移动远离料斗104，可以将来自料斗104的构建材料沉积在构建材料支撑件106上。如图3b所示，通过将构建材料支撑件106的上表面朝向料斗移动，可以将构建材料从构建材料支撑件106返回至料斗104。如图2a所示，为帮助将构建材料返回至料斗104，在料斗104的每侧上提供一对成形的构建材料引导件210。应注意，图3a和图3b中所示的构建材料的形状仅仅是说明性的，并且可能不代表料斗内构建材料的实际形状。
沉积在构建材料支撑件106上的构建材料的量以及沉积的构建材料的带的形状由端口208的尺寸和形状确定。例如，沉积的构建材料带的高度由端口208的高度确定，并且沉积的构建材料带的宽度由端口208的宽度确定。在所示的示例中，端口208具有矩形形式，但在其它示例中，可以使用任何合适形式的端口。其它可能的形式可包括例如三角形式、弯曲形式等。不同形式的端口可以生产具有对应形状的构建材料带。
沉积在构建材料支撑件106上的构建材料可以通过重涂覆器(recoater)108散布在构建平台102上，以在构建平台102上形成构建材料层。可以使用任何合适的重涂覆器机构，例如，辊子或刮拭器。重涂覆器108可安装在例如机动或从动滑架(未示出)上。在一个示例中，重涂覆器108可在与构建材料支撑件106的移动轴线正交的轴线上移动。
在重涂覆器108在构建平台102上方经过之后残留的任何多余构建材料可留在位于构建平台102的远端边缘(在重涂覆器的移动方向上)附近的多余构建材料支撑件110上。在一个示例中，重涂覆器108可越过任何留下的构建材料，以使任何多余的构建材料能够在构建平台上重新散布，并且允许任何残留的多余构建材料移回到构建材料支撑件106上。在一个示例中，重涂覆器108可以通过在构建材料上方跳跃或升高而越过任何留下的构建材料。在另一示例中，多余构建材料支撑件110可被降低，以使重涂覆器能够移动经过留在其上的任何构建材料。
通过使构建材料支撑件沿相反方向移动合适的距离，可以将返回到构建材料支撑件106的任何多余构建材料返回到漏斗104。
例如，可以通过控制器112来控制上述构建材料分配系统100的一般操作。图4中更详细地示出了控制器112。
控制器400包括诸如微处理器的处理器402。处理器402例如通过合适的通信总线(未示出)联接到存储器404。存储器404存储处理器可理解的3D打印机控制指令406，在由处理器402执行时，控制指令406使控制器400控制如在此所述的3D打印机。现在将另外参照图5描述系统100的示例操作。
在操作开始之前，料斗104装载有适量的构建材料，并且重涂覆器108定位在其初始位置，如图1所示。
在502处，控制器400控制构建材料支撑件106在第一方向上远离料斗104移动以使构建材料带沉积在其上，如图3所示。在一个示例中，控制器400控制构建材料支撑件移动至少与构建平台102的宽度相同的距离，使得沉积的构建材料带沿构建平台102的整个宽度延伸。这使构建材料能够随后散布在构建平台102的整个表面上。
在另一示例中，控制器400控制构建材料支撑件移动小于构建平台102的宽度的距离，使得沉积的构建材料带仅沿构建平台102宽度的一部分延伸。这使得构建材料能够随后被散布在构建平台102的一部分上。例如，当仅使用构建平台的一部分3D打印物体时(例如当3D打印小物体时)，这可以是有用的。
在504处，控制器400控制重涂覆器108在构建材料支撑件106和构建平台102上移动，从而将构建材料支撑件106上沉积的构建材料带散步在构建平台102的表面上方以在其上形成构建材料层。将理解，构建材料的初始层将直接形成在构建平台的表面上，而随后的构建材料层将形成在先前形成的构建材料层上。
当重涂覆器108位于过量构建材料支撑件110上方时，控制器400停止重涂覆器108，使得任何多余的构建材料留在多余构建材料支撑件110上。
在506处，控制器400控制重涂覆器108在构建材料支撑件110上的多余构建材料上方移动到其远侧，而不将多余的构建材料从构建材料支撑件110移开。在一个示例中，这可以通过将重涂覆器升高到高于多余的构建材料体积的合适高度、使重涂覆器移过多余的构建材料并且随后将重涂覆器降低到其初始高度来实现。在另一示例中，这可以通过将构建材料支撑件降低合适的距离、将重涂覆器移动越过多余的构建材料并且随后将构建材料支撑件升高到其初始高度来实现。在其它示例中，可以使用其它适当的机构。
在508处，控制器400控制重涂覆器108以将任何多余的构建材料在构建平台上方往回散布，并且将任何多余的构建材料留在构建材料支撑件106上。
在510处，控制器400控制构建材料支撑件106沿相反方向移动以将其上的任何多余构建材料返回到料斗104，如图3b所示。在一个示例中，在构建材料支撑件106沿相反方向移动之前，重涂覆器108可以向后移动一短距离，使得它不再在构建材料支撑件上方，从而允许构建材料支撑件上的任何多余构建材料顺畅地返回到料斗104。如前所述，料斗104的形状和料斗构建材料引导件210使构建材料支撑件106上的过量构建材料能够通过将构建材料支撑件朝向料斗104移动而返回到料斗104。为了确保所有多余的构建材料返回到料斗104，控制器400控制构建材料支撑件106在相反方向上移动至少等于其最初在第一方向上被移动以在其上最初沉积构建材料带的距离的距离。在一个示例中，可以增加附加的距离，例如在约5和20cm之间的移动，以确保所有多余构建材料返回到料斗。
在512处，如图1所示，控制器400控制重涂覆器108移动到其初始位置，从而完成构建材料分配循环。一旦已在构建平台102上形成的构建材料层上执行合适的选择性固化过程，控制器400可重复操作502至512以形成另一层构建材料。
在一个示例中，通过漏斗104沉积构建材料支撑件106的构建材料带具有矩形轮廓，其中带的高度与带的宽度相比较小。在一个示例中，带的高度可以在带的宽度的约1％至10％的区域内，但是在其它示例中，可以选择其它高宽比。形成这种带的一个原因是一些3D打印系统使用诸如预热灯的预热系统(未示出)，以在将构建材料散布在构建平台102上之前预热构建材料。具有低高度的宽的带能够有效且快速地预热形成在构建材料支撑件106上的构建材料带。此外，在料斗外部(即在构建材料支撑件上)执行构建材料的预热在使用被预热后变粘或具有改变的流动特性的构建材料时是有用的。这使得料斗104内的构建材料能够保持冷却并且使料斗104内的构建材料特性的任何变化最小化。
通过在构建材料分配循环结束时将多余的构建材料返回到漏斗104使每个构建材料分配循环能够从已知状态开始。以此方式，每个循环在构建材料支撑件106上形成已知量的构建材料，这有助于提高构建平台102上的每层构建材料可被处理的一致性和准确性。
在一个示例中，构建材料支撑件106可被加热，或者可以紧靠例如放置在构建材料支撑件106下方的构建材料支撑件加热器经过。以此方式，形成在构建材料支撑件106上的构建材料带可以在不使用顶置加热灯的情况下预热。
将理解，在此描述的示例可以以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现。任何这样的软件可以以易失性或非易失性存储(例如如可擦除或可重写的ROM的存储设备)的形式存储，或者以例如RAM、存储器芯片、设备或集成电路的存储器的形式，或在光学或磁性可读介质上，例如CD、DVD、磁盘或磁带。将理解，存储设备和存储介质是机器可读存储的示例，其适合于存储当被执行时实现在此描述的示例的程序。因此，一些示例提供一种程序以及存储这种程序的机器可读存储器，该程序包括用于实现如前述任一权利要求所述的系统或方法的代码。更进一步地，一些示例可以经由诸如通过有线或无线连接承载的通信信号的任何介质以电子方式传送。
本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，和/或如此公开的任何方法或过程的所有操作可以以任何组合方式组合，除了其中至少一些这种特征和/或操作相互排斥的组合之外。
除非另外明确说明，否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另外明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等效或类似特征的一个示例。

Claims (15)

1.一种三维打印机，包括：
料斗，位于能移动的构建材料支撑件上方以在其上沉积构建材料，所述能移动的构建材料支撑件邻近构建平台定位并且能沿第一轴线移动；
重涂覆器，用于使用沉积在所述粉末支撑件上的构建材料在所述构建平台上形成粉末层；和
控制器，用于：
控制所述构建材料支撑件在第一方向上沿所述第一轴线移动，以使构建材料带分配在其上；和
控制所述重涂覆器在所述构建平台上方移动以在其上形成构建材料层并将任何多余粉末返回至所述构建材料支撑件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步控制所述构建材料支撑件沿与所述第一方向相反的方向移动，使得所述构建材料支撑件上的任何多余构建材料返回至所述料斗。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述料斗的基部与所述构建材料支撑件形成基本密封，并且限定端口，当所述构建材料支撑件移动远离所述料斗时，构建材料能通过所述端口离开所述料斗，并且当所述构建材料支撑件朝向所述料斗移动时，构建材料能通过所述端口进入所述料斗。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述料斗为用于与粉末状构建材料一起使用的扼流料斗。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述构建材料支撑件为连续带。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器控制所述重涂覆器将任何多余的粉末返回至所述构建材料支撑件是通过控制所述重涂覆器：
将构建材料在所述构建平台上方从所述构建材料支撑件散布到多余构建材料支撑件；
将所述重涂覆器移动越过所述构建材料支撑件上的任何多余构建材料；和
将构建材料在所述构建平台上方从所述多余构建材料支撑件散布到所述构建材料支撑件。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器使所述重涂覆器移动越过任何多余构建材料是通过：降低所述多余构建材料支撑件、将所述重涂覆器移动越过所述多余构建材料支撑件上的任何多余构建材料、以及将所述多余构建材料支撑件升高到其初始高度。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器使所述重涂覆器移动越过任何多余构建材料是通过：升高所述重涂覆器的高度、将所述重涂覆器移动越过所述多余构建材料支撑件上的任何多余构建材料、以及将所述重涂覆器的高度返回到其初始高度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述构建平台是下列中的一种：
3D打印系统的整体部分；
能移除地插入的3D打印构建模块的一部分。
10.一种在3D打印系统中分配构建材料的方法，包括：
移动定位在料斗下方的构建材料支撑件，该移动使储存在所述料斗中的构建材料沉积在所述构建材料支撑件上；以及
移动重涂覆器以将构建材料从所述构建材料支撑件散布在构建平台上方以在其上形成构建材料层，并将任何多余构建材料返回到所述构建材料支撑件。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括移动所述构建材料支撑件，以使其上的任何多余构建材料返回至所述料斗。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述构建材料支撑件移动对应于构建平台的宽度的长度，以使构建材料层能够形成在所述构建平台的整个表面上。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述构建材料支撑件移动小于所述构建平台的宽度的长度，以使构建材料层能够形成在所述构建平台的一部分表面上。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
移动所述重涂覆器，以将构建材料在所述构建平台上方从所述构建材料支撑件散布到多余构建材料支撑件；
使所述重涂覆器在所述多余构建材料支撑件上的任何多余构建材料上方移动；
移动所述重涂覆器，以将任何多余构建材料在所述构建平台上方从所述多余构建材料支撑件散布并回到所述构建材料支撑件。
15.一种用于3D打印机的构建材料分配系统，包括：
料斗，位于能移动的构建材料支撑件上方以在其上沉积构建材料，所述能移动的构建材料支撑件邻近构建平台定位并且能沿第一轴线移动；
重涂覆器，用于使用沉积在所述粉末支撑件上的构建材料在所述构建平台上形成粉末层；和
控制器，用于：
控制所述构建材料支撑件在第一方向上沿所述第一轴线移动，以使构建材料层分配在其上；
控制所述重涂覆器在所述构建平台上方移动，以在所述构建平台上方散布构建材料，并将任何多余粉末返回至所述构建材料支撑件；以及
控制所述构建材料支撑件以在与所述第一方向相反的方向上移动，使得所述构建材料支撑件上的任何多余构建材料返回至所述料斗。
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