CN109715368A - 三维物体生成 - Google Patents

Abstract

用于生成三维物体的设备和方法。所述设备包括构建材料区域、至少一个物剂分配器，所述物剂分配器具有储存流体剂的流体储存器和在所述构建材料区域中选择性地喷射流体剂的至少一个流体喷射管芯。从所述至少一个流体喷射管芯移除热的冷却系统具有散热器。所述至少一个流体喷射管芯通过所述流体储存器的所述流体剂与所述散热器热接触。

Description

三维物体生成

背景技术

在逐层基础上生成三维(3D)物体的增材制造系统用于生成三维物体。增材制造系统的示例包括三维打印系统。通过增材制造系统产生三维物体可能受所使用的增材制造技术的类型和制造过程中的散热的影响。

附图说明

在以下参考附图的详细描述中，将仅通过示例的方式描述示例的特征和优点，在附图中，相同的附图标记对应于相似但可能不相同的组件。为简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们出现的其他附图来描述。

图1提供了根据一个示例的用于从构建材料生成三维(3D)物体的增材制造设备的示意图；

图2提供了根据一个示例的增材制造设备的物剂分配器的等距视图；

图3提供了根据一个示例的物剂分配器的示意性侧视图，其中冷却系统附接到物剂分配器上；

图4a和4b提供了根据一个示例的物剂分配器的倾斜侧视图，该物剂分配器配备有冷却系统的冷却回路；

图5提供了根据一个示例的物剂分配器的流体储存器的等距视图，其配备有冷却系统的冷却回路；

图6提供了根据一个例子的物剂分配器的斜视图，该物剂分配器配备有冷却系统的冷却回路和用于电力和数据传输的端口；

图7a和7b提供了根据一个示例的物剂分配器的示意性侧视图，该物剂分配器配备有冷却系统的导热板；

图8a至8d提供了在3D物体生成期间根据示例的构建材料区域的示意性侧视图；

图8e提供了在3D物体生成期间根据示例的构建材料区域的示意性顶视图；

图9提供了根据示例的增材制造设备的框图，该增材制造设备接收用于生成3D物体的数据；

图10提供了根据一个示例的增材制造工艺的流程图；以及

图11提供了在增材制造过程中根据一个示例的冷却过程的流程图。

贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且可放大某些部分的尺寸以更清楚地图示所示的示例。此外，附图还提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述并不限于附图中所提供的示例和/或实施方式。

具体实施方式

本文提供的示例包括用于在三维物体的产生期间冷却的设备，过程和方法。用于产生三维物体的设备可以称为增材制造设备。可以理解，这里描述的示例设备可以对应于三维打印系统，其也可以称为三维打印机。在示例性增材制造工艺中，构建材料层可以分布在构建材料区域中，熔融剂可以选择性地分布在构建材料层上，并且可以将熔合能量临时施加到构建材料层。如本文所使用的，构建层可以指分布在构建材料区域中的构建材料层，在该构建材料区域中可以分布物剂和/或可以施加能量。

在一些示例中，设备可以包括至少一个能量源，该能量源可以加热构建材料层，使得构建材料层的已经分配了物剂的部分可以融合。在一些示例中，设备可以进一步包括额外的能量源，用于预加热构建材料层。

通过首先施加能量，可以在增材制造工艺之前增加构建材料区域中的构建材料的温度。即使当构造材料用熔合剂润湿时，构建材料的温度也可升高到低于构建材料中聚结或熔合过程开始的温度。在一些示例中，可以利用示例设备的至少一个能量源将能量施加到构建材料区域。能量源的示例可包括加热元件，电磁辐射发射器(例如，光发射器，红外发射器，紫外发射器，激光发射器等)和/或灯(例如，卤素灯)。

此外，示例性设备可以包括物剂分配器。打印材料区域的环境温度升高也可能导致增材制造设备的物剂分配器中的温度升高。此外，物剂分配器可包括至少一个流体喷射管芯。在一些示例中，至少一个流体喷射管芯可以由硅构成，并且可以包括用于喷射流体剂的多个喷嘴。物剂分配器的至少一个流体喷射管芯可位于打印材料区域上方。至少一个流体喷射管芯和构建材料区域可以间隔开一小段距离。距离可以在大约一到五毫米的范围内。

对于增材制造设备的连续操作，即对于厘米或米尺度的物体的延长制造过程，在一些示例中，可以使用用于在制造过程期间从流体喷射管芯移除热的冷却系统。由于增材制造设备的安全措施，流体喷射管芯中的温度升高可能导致制造过程的中断。

在一些示例中，冷却系统包括散热器。在一些示例中，散热器包括冷却回路。在一些示例中，冷却回路包括循环冷却流体。在一些示例中，冷却流体可以是液体，例如冷冻冷却剂，如去离子水或水，其中添加剂如乙二醇、二甘醇或丙二醇。在一些示例中，冷却流体可以是气体，例如高压空气、氢气或六氟化硫。在一些示例中，冷却流体可以通过珀耳帖元件、热交换器等冷却。在一些示例中，冷却流体可以处于开环流动，即，可以提供连续供应的新鲜冷却流体，例如来自龙头的水，以冷却物剂分配器和其中的流体喷射管芯。

在一些示例中，冷却流体可具有以下性质中的至少一种：高热容量、低粘度、无毒、化学惰性，既不会引起也不会促进冷却系统的腐蚀，并且是电绝缘体。

在一些示例中，冷却回路可包括钝化和绝缘中的至少一种。

在一些示例中，具有高热容量的材料，例如具有高于20J·mol^-1·K^-1的等压摩尔热容，可用于散热器。在一些示例中，散热器可包括导热体，例如金属板。在一些示例中，金属主体可包括多个冷却翅片，例如附接到导热板的金属翅片或具有由单件形成的翅片的金属板。在一些示例中，金属主体可以是铜板。在一些示例中，散热器可以通过循环连接到散热器的冷却剂回路的冷却剂来冷却。在一些示例中，冷却剂回路的冷却剂可以是冷却回路的冷却流体。

第二次施加能量可以使已经施加有熔合剂的构建材料层的一部分聚结或熔合。相反，由于第二次施加能量，未分配物剂的构建材料可能不会聚结或融合。在一些示例中，可以利用示例设备的至少一个能量源将能量施加到构建层。能量源的示例可包括加热元件，电磁辐射发射器(例如，光发射器，红外发射器，紫外发射器，激光发射器等)和/或灯(例如，卤素灯)。

构建材料层的部分可以开始聚结或熔合的温度可以称为熔化温度。在冷却时，已经聚结的构建材料层的部分变成实心并且形成正在生成的三维物体的一部分。因此，构建材料层的选择性地分布(并且变成固体)的部分可以被称为构建层的“部分区域”。

可以形成附加层，并且可以对每个层执行上述操作，以由此生成三维物体。可以理解，每层的部分区域可以对应于待形成的三维物体的截面。在先前层的顶部上顺序地层叠和熔合部分的构建材料层可以促进三维物体的生成。三维物体的逐层形成可以被称为分层增材制造过程。在一些示例中，构建层的高度(也可以称为厚度)可以是微米级。例如，一些示例构建层高度可以在大约60到大约150微米的范围内。此外，构建材料的累积层的总体构建高度可以是厘米或米级，这取决于所实现的设备和过程。

在本文所述的示例中，构建材料可以包括基于粉末的构建材料、颗粒材料和/或粒状材料，其中，基于粉末的构建材料可以包括基于湿的和/或干的粉末的材料。在一些示例中，构建材料可以是弱光吸收聚合物。在一些示例中，构建材料可以是热塑性塑料。此外，如本文所述，物剂可包括当施加能量时可促进构建材料熔合的流体。在一些示例中，物剂可称为聚结剂或熔合剂。在一些示例中，物剂可以是光吸收液体，红外或近红外吸收液体，例如颜料着色剂。

可以理解，各种类型的构建材料可具有不同的材料特性。如本文所述的分层增材制造工艺的各种操作的性能可以至少部分地基于在这种工艺中使用的构建材料的材料特性。示例材料特性可包括临界温度(例如，对应于作为相平衡终点的临界点的温度)，发射率、吸光度、热导率、热扩散率、热膨胀、光敏性、反射率、熔点、热膨胀系数、塑性、弹性、渗透性、反应性、表面能、电导率、介电常数和/或其他这样的材料特性。

在一些示例中，设备可包括或可接收构建材料支撑件，其中构建材料支撑件的表面可对应于构建材料区域。因此，构建材料的起始层可以分布在构建材料区域中的构建材料支撑件的表面上。随后的构建材料层可以在先前形成和处理的层上的构建材料区域中形成。

在一些示例中，物剂分配器可包括打印头或打印头(例如，基于热喷射的打印头，基于压电喷射的打印头等)。物剂分配器可以耦合到扫描托架，并且扫描托架可以沿扫描轴在构建材料区域上移动。在一个示例中，适合于在商业上可获得的喷墨打印装置中实现的打印头可以实现为物剂分配器。在其他示例中，物剂分配器可包括选择性地喷射少量流体的其他类型的流体喷射装置。在一些示例中，物剂分配器可包括至少一个打印头，该打印头包括沿物剂分配器的宽度端对端地布置的多个流体喷射管芯。在一些示例中，所述至少一个打印头可包括多个打印头，所述打印头通常沿所述物剂分配器的宽度端对端地布置。在这样的示例中，物剂分配器的宽度可以对应于构建材料区域的尺寸。例如，物剂分配器的宽度可以对应于构建材料区域的宽度。可以理解，物剂分配器可以选择性地在构建材料区域中的构建层上分配物剂，同时扫描托架在构建区域上移动。

在一些示例中，设备可包括构建材料分配器以在构建区域中分配构建材料。构建材料分配器可包括例如擦拭器刮片，辊子和/或喷射机构。在一些示例中，构建材料分配器可以耦合到扫描托架。在这些示例中，当扫描托架沿扫描轴在构建区域上移动时，构建材料分配器可以在构建区域中分配构建材料，从而在构建区域中分布构建材料层。

此外，在本文描述的一些示例中，可以描述构建材料的第一构建层和构建材料的第二构建层。应当理解，“第一”和“第二”仅用于说明目的。为了一致性，本文提供的一些示例将构建材料的最顶层构建层描述为第二构建层，并且示例描述构建层，其上构建材料的最顶层作为第一构建层分布在该构建层上。因此，应当理解，在一些示例中，第一和第二构建层可以是分层增材制造工艺中的顺序层。然而，应注意，第一和第二不一定描述这种构建层的整体顺序。

参照图1，增材制造设备1可包括具有流体储存器6的物剂分配器2，构建材料区域42，至少一个第一电磁辐射发射器20，至少一个第二电磁辐射发射器22a、22b和冷却系统8。在一些示例中，冷却系统8可包括散热器10。在一些示例中，物剂分配器2可包括至少一个流体喷射管芯4。在一些示例中，物剂分配器2可包括多个流体喷射管芯4，例如每排两排或两排流体喷射管芯4。

在一些示例中，设备1可包括构建材料支撑件41b，其具有对应于构建材料区域42的水平表面，如图8a至8e所示。如将理解的，构建材料层40可以分布在构建材料支撑件41b的表面上的构建材料区域42中。在一些示例中，构建材料区域42可以由边界壁41a约束。在一些示例中，边界壁41a可以形成构建材料区域42的完整外壳，即构建材料区域42的周边由边界壁41a形成。

此外，在一些示例中，设备1可以包括构建材料分配器，其可以耦合到扫描托架。在一些示例中，扫描托架可以沿扫描轴在构建材料区域42上双向移动。可以理解，扫描托架的移动可以促进构建材料分配器的移动。在扫描托架在构建材料区域42上移动期间，构建材料分配器可以在构建材料区域42中提供构建材料40。

在一些示例中，构建材料区域42中的构建材料40可以由第一电磁辐射发射器20预加热，例如近红外(NIR)灯或发射第一辐射21的短波红外加热器，例如，近红外(NIR)或短波红外辐射，其具有例如5-10μm的波长。

在一些示例中，物剂分配器2可相应地具有至少两个流体喷射管芯4，用于从流体储存器6喷射第一流体剂14a，例如熔合剂，和第二流体剂14b，例如细节剂。在一些示例中，流体喷射管芯4可包括多个喷嘴，流体剂14可通过所述喷嘴喷射。在一些示例中，流体喷射管芯4可以基本上由硅构成。

在一些示例中，流体储存器6可以分成用于不同流体剂14的专用部分16。在一些示例中，物剂分配器2可具有包括多个流体喷射管芯4的至少两排。在一些示例中，至少一种流体剂14可以由相应的流体喷射管芯4分配。在一些示例中，分配的流体剂14可以使给定图案46、48中的构建材料40润湿，如图8e所示。图案46、48可以由接收数据50、50′定义，如图9所示。

在一些示例中，润湿的构建材料25用第二辐射23辐射。在一些示例中，第二辐射23可以是由至少一个第二电磁辐射发射器22发射的紫外(UV)光。在一些示例中，电磁辐射发射器22a可以位于物剂分配器2的一侧，而另一电磁辐射发射器22b可以位于物剂分配器2的另一侧。在一些示例中，电磁辐射发射器22a、22b可以是UV灯。取决于分配的流体剂14a、14b，由电磁辐射发射器22a、22b发射的能量可以基本上在图案46内被吸收或者基本上在被润湿的构建材料25的图案48内反射。通过第二辐射23，可以获得熔融构建材料45的区域。

图2提供了用于从构建材料40生成三维物体44的物剂分配器2的简化等距视图。在图2的左侧示出了根据示例的等距顶视图和右侧的物剂分配器2的等距底视图。在一些示例中，物剂分配器2可包括散热器10。在一些示例中，物剂分配器2可包括六个流体喷射管芯4。在一些示例中，物剂分配器2可包括更少或更多的流体喷射管芯4。在一些示例中，流体分配器2可包括覆盖层5。覆盖层5可以围绕并包围流体喷射管芯4。在一些示例中，覆盖层5可包括塑料，例如聚乙烯。在一些示例中，覆盖层5可包括金属。在图3至7中更详细地示出了物剂分配器2。

图3提供了物剂分配器2的示意性侧视图，物剂分配器2包括两排流体喷射管芯4和覆盖层5。物剂分配器2可包括第一物剂分配器侧板12a。在一些示例中，第一物剂分配器侧板12a可包括开口13，例如第一开口13a和第二开口13b。在一些示例中，管26可以通过第一开口13a进给并且可以延伸穿过物剂分配器2内部的流体储存器6，其可以存储流体剂14。在一些示例中，管26可以至少部分地包括导热材料。在一些示例中，管26可以由铜构成。在一些示例中，管26可以是中空的。在一些示例中，管26可以是实心的，并且例如连接到氨交换器。在一些示例中，管26可包括至少在流体储存器6内部的钝化和绝缘中的至少一种。在一些示例中，管26也可以通过第二开口13b进给，从而形成“U形转弯”，其中物剂分配器2的流体储存器6内的管26可以构成散热器10的冷却回路18。在一些示例中，物剂分配器2内的流体储存器6可以通过分隔壁7分成两个单独的部分16a和16b。分隔壁7可以具有开口，管26通过该开口在两个部分16a、16b中延伸。两个部分16a和16b可包括不同的流体剂14a、14b。分隔壁7中的开口可包括密封件，其防止流体剂14a和14b混合。

图4a和4b提供了物剂分配器2的示意性斜视图，物剂分配器2包括两排流体喷射管芯4和覆盖层5。物剂分配器2可包括第一物剂分配器侧板12a和第二物剂分配器侧板12b。在一些示例中，第一物剂分配器侧板12a可包括第一开口13a和第二开口13b。在一些示例中，第二物剂分配器侧板12b可包括第三开口13c和第四开口13d。在一些示例中，第一管26a可以通过第一开口13a进给并且可以延伸穿过物剂分配器2内部的流体储存器6，其可以存储流体剂14。在一些示例中，第一管26a也可以通过第三开口13c进给，从而在物剂分配器2的两个开口13a和13c之间形成直线。物剂分配器2的流体储存器6内的管26a可以是散热器10的冷却回路18的一部分。在一些示例中，第二管26b可以通过第二开口13b进给并且可以延伸穿过物剂分配器2内部的流体储存器6，其可以存储流体剂14。在一些示例中，第二管26b也可以通过第四开口13d进给，从而在物剂分配器2的两个开口13b和13d之间形成直线。物剂分配器2的流体储存器6内的管26b可以是散热器10的冷却回路18的一部分。在一些示例中，管26a和26b可以至少部分地包括导热材料。在一些示例中，管26a、26b可以由铜构成。在一些示例中，管26a、26b可以是中空的。在一些示例中，管26可以是实心的，并且例如连接到氨交换器。在一些示例中，管26可包括至少在流体储存器6内部的钝化和绝缘中的至少一种。

在一些示例中，物剂分配器2内的流体储存器6可以通过分隔壁7分成两个单独的部分16a和16b，如图5中更详细地示出的。开口13可包括密封件，其防止流体剂14在管26和物剂分配器侧板12之间泄漏。

图5提供了流体储存器6的等距视图，该流体储存器6用于存储通过分隔壁7彼此分开的两个流体剂14a和14b。流体储存器6是倒置的，即流体喷射管芯将放置在图5中可见的开放侧的顶部。在一些示例中，分隔壁7可以具有曲折形状。在一些示例中，分隔壁7可以具有正弦曲线形状。在一些示例中，分隔壁7可以具有波纹形状，以增加两个流体剂14a和14b之间的分隔壁7的表面。分隔壁7可以将流体储存器6分成专用于不同流体剂14的若干部分16；例如，图5中所示的流体储存器6的分隔壁7可以将流体储存器6的内部分成分别专用于流体剂14a和14b的两个部分16a和16b。在一些示例中，分离部分16a和16b可以由冷却回路18的相应管26a、26b冷却，冷却回路18包括循环冷却流体。在一些示例中，循环冷却流体可以是压缩空气、水等。在一些示例中，存储在流体储存器6中的流体剂14可以通过管26a、26b经由热传导冷却，即从流体剂14通过管壁传热到循环冷却流体中，其可以由冷却系统8冷藏。

图6提供了物剂分配器2的示意性斜视图，物剂分配器2包括两排流体喷射管芯4和覆盖层5。覆盖层5可包括塑料，例如聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PYC)、丙烯腈丁二烯(ABS)等。在一些示例中，覆盖层5可以包括金属，例如铜、铁、铝等。在一些示例中，覆盖层5可以包括陶瓷，例如高岭土、碳化硅等。在一些示例中，物剂分配器可包括冷却回路18，冷却回路18包括管26。在一些示例中，管26可以穿过第一物剂分配器侧板12a中的开口13a并穿过第一物剂分配器侧板12a中的开口13b。在一些示例中，管26可以延伸到流体储存器6中，如结合图3所描述的。

在一些示例中，物剂分配器2可包括用于相应流体剂14的流体剂供应端口34。在一些示例中，根据图5，流体储存器6可以被分隔壁7分开。在一些示例中，专用部段16可以经由流体剂供应端口34供应有流体剂14。更确切地说，第一部分16a可以供应第一流体剂14a，第二部分16b可以供应第二流体剂14b。在一些示例中，冷却系统8的冷却回路18的管26(其可包括循环冷却流体)可呈现“U形转弯”形状，即，管26可以延伸到第一部分16a中，穿过分隔壁7，分隔壁7可以在管26的穿透点处配备有密封件，并且延伸到第二部分16b中。因此，在这些示例中，分离的部分16a和16b可以由相同的管26冷却。

在一些示例中，物剂分配器2可包括第四物剂分配器侧板12d。在一些示例中，第四物剂分配器侧板12d可包括多个电连接器36，其将物剂分配器2连接到设备1的电线。在一些示例中，物剂分配器2可以经由电连接器36从设备1接收电力。在一些示例中，物剂分配器2的第四物剂分配器侧板12d可包括数据传输端口38。在一些示例中，物剂分配器2可以接收包括与流体剂分配到构建材料40上的图案46、48的数据50′，用于生成三维物体44。在一些示例中，数据50′可以由中央处理单元51(例如，处理器)发送到物剂分配器2，如图9中更详细地示出的。

图7a和7b提供了物剂分配器2的示意性侧视图，物剂分配器2包括流体储存器6，两排流体喷射管芯4和覆盖层5。在一些示例中，流体喷射管芯4可以经由流体通道3连接到流体储存器6。在一些示例中，物剂分配器2可包括第三物剂分配器侧板12c。在一些示例中，导热板28可以嵌入第三物剂分配器侧板12c中。在一些示例中，导热板28可以基本上取代第三物剂分配器侧板12c，即，第三物剂分配器侧板12c可以具有大开口，该开口基本上覆盖第三物剂分配器侧板12c的整个区域，导热板28插入其中。在一些示例中，导热板28突出第三物剂分配器侧板12c的两侧，即导热板28暴露在流体储存器6的内部和流体储存器6的外部。

在一些示例中，导热板28可包括导热翅片30以增加导热板28的表面。在一些示例中，导热板28可以由金属，金属合金，它们的组合等组成。在一些示例中，导热翅片30可以由金属，金属合金，它们的组合等组成。在一些示例中，板28和翅片30可以由铜制成。

在一些示例中，物剂分配器2内的流体储存器6可以通过分隔壁7分成两个单独的部分16a和16b，如图5中更详细地示出的。在一些示例中，分隔壁7可以具有曲折形状。在一些示例中，分隔壁7可以具有正弦曲线形状。在一些示例中，分隔壁7可以具有波纹形状，以增加两个流体剂14a和14b之间的分隔壁7的表面。在一些示例中，部段16b中的流体剂14b可以由冷却系统8的散热器10冷却。在一些示例中，部段16a中的流体剂14a可以通过冷却系统8的散热器10经由流体剂14b和分隔壁7间接冷却。

在一些示例中，导热板28的位于流体储存器6的内部的一部分可以被认为是散热器10。在一些示例中，导热板28的位于流体储存器6的外部的部分可以被认为是热源。

在一些示例中，导热板28的外部，即导热板28的热源部分，可以由冷却剂回路32冷却。在一些示例中，导热板28可以通过环境空气冷却。在一些示例中，冷却剂回路32可包括循环冷却剂。在一些示例中，冷却剂回路32的冷却剂可以被冷藏。在一些示例中，冷却剂可以是液体，例如冷冻冷却剂，如去离子水或具有添加剂的水，例如乙二醇、二甘醇或丙二醇。在一些示例中，冷却剂可以是气体，例如高压空气、氢气或六氟化硫。在一些示例中，冷却剂可以通过珀耳帖元件，热交换器等冷却。在一些示例中，冷却剂可以处于开环流动，即，可以提供连续供应的新鲜冷却剂，例如来自龙头的水，以冷却物剂分配器2的导热板28和其中的流体喷射管芯4。在一些示例中，冷却剂回路32的冷却剂可以是结合图4、5和6描述的冷却回路18的冷却流体。

在图8a至8d中示出了根据示例的使用增材制造设备1形成三维(3D)物体44的层的过程。图8e提供了在熔合构建材料40的过程期间构建材料区域42的俯视图。根据一个示例，增材制造设备1可以包括构建材料分配器，其可以耦合到扫描托架，构建材料区域42，具有至少一个流体喷射管芯4的物剂分配器2和多个电磁辐射发射器20、22(参见图1)。

在图8a所示的示例中，第一层构建材料40已经沉积在构建材料区域42中。在一些示例中，构建材料区域42可以由边界壁41a和构建材料支撑41b限定，构建材料40可以位于其上。构建材料40可以是粉末、糊剂、凝胶或其组合物。例如，构建材料40可以是聚合物粉末组合物。

物理元件，特别是构建材料分配器，物剂分配器2，发射器20、22和构建材料支撑件41b，可以可操作地连接到增材制造设备1的中央处理单元(CPU)51，例如处理器(参见图9)。

在一些示例中，在构建材料40的第一层已经沉积在构建材料区域42中之后，构建材料层40可以是预加热的(如图8a所示)，例如在低于构建材料40的熔点的加热温度下。

预加热构建材料40的层可以使用任何合适的热源来完成，该热源将构建材料区域42中的所有构建材料40暴露于热21。在一些示例中，热源可以包括热热源或光辐射源，例如发射第一辐射21的第一电磁辐射发射器20。

在一些示例中，在预加热构建材料层40之后，可以将熔合剂14a选择性地施加在该层的至少一个凝固部分24a上。在一些示例中，该层的凝固部分24a可以是构建材料40将被固化的部分，例如通过熔合，以形成熔融构建材料层45，其是3D物体44的一部分。例如，凝固部分24a可以对应于要为当前层打印的3D物体44的截面。当在本文中使用术语熔合时，它可以指固化、烧结、熔合、粘合等。

在一些示例中，要打印一个3D物体44，并且可以选择性地将熔合剂14a施加在与3D物体44的截面对应的一个凝固部分24a上。在一些示例中，要打印多个物体44，并且可以将熔合剂14a选择性地施加在与多个3D物体44的截面对应的多个凝固部分24a上。

作为示例，如果3D物体44的形状类似于立方体或圆柱体，则熔合剂14a可以分别在构建材料区域42中的构建材料层40的至少一个凝固部分24a上以正方形图案46b或圆形图案46a(从顶视图)沉积，如图8e中所示。

在图8e所示的示例中，要打印两个不同的物体44。这里，一个物体44a的形状类似于圆柱形，而另一个物体44b的形状类似于矩形棱柱。图8e示意性地示出了构建材料区域42中的构建材料层40的俯视图。待打印的两个物体44的凝固部分24a分别具有圆形和矩形形状。

如图8b所示，定影剂14a可以从物剂分配器2的流体喷射管芯4分配，例如打印头。虽然图8b中示出了单个流体喷射管芯4，但是应该理解，可以使用多个流体喷射管芯4(其可以是或可以不是同一物剂分配器2的一部分)。

在一些示例中，形成三维(3D)物体44的层的过程还包括选择性地将细节剂14b施加在构建材料层40的细节部分24b上。这里，细节部分24b是构建材料区域42中的构建材料层40的一部分，其中构建材料40不应融合或聚结。

在一些示例中，细节剂14b可以是流体剂14，其用于减少或防止将构建材料40熔合在细节部分24b中。细节剂24b可以用作冷却剂，其有效地去除能量并将构建材料40保持在防止构建材料40熔化的温度。

在一些示例中，细节剂14b可以从物剂分配器2的流体喷射管芯4分配，类似于上述熔融剂14a的应用，在凝固部分24a的轮廓周围或沿凝固部分24a的轮廓分布成框状图案48a、48b或边缘区域，即，将为该层形成的3D物体44的截面(如图8e所示)。在一些示例中，这可以增强要打印的物体44的边缘细节。在图8e的示例中，细节部分24b位于凝固部分24a的轮廓周围或沿凝固部分24a的轮廓。

在一些示例中，细节剂14b从与熔合剂14a相同的物剂分配器2中分配。在一些其他示例中，提供了不同的物剂分配器2′或多个不同的物剂分配器，细节剂14b可以从该分配器分配器分配。在一些示例中，细节剂14b可以在熔合剂14a之前或与其同时施加。

在一些示例中，设备1的中央处理单元51(例如处理器)可以接收打印数据50。

如图8c所示，在将熔合剂14a施加到凝固部分24a之后，并且在一些示例中，细节剂14b分别施加到细节部分24b，构建材料区域42中的构建材料40的整个层或其至少一部分暴露于第二辐射23，例如紫外(UV)或近紫外(近UV)辐射。

在一些示例中，第二辐射23可以从第二电磁辐射发射器22发射，例如IR或近IR熔化灯，IR或近IR发光二极管(LED)，具有IR波长的激光。在一些示例中，由电磁辐射发射器22发射的辐射23可以具有比IR或近IR光更短的波长。例如，从电磁辐射发射器22发射的辐射23可以是可见光，或UV或近UV光。在一些示例中，第二电磁辐射发射器22可包括UV或近UV光源。

可以控制电磁辐射发射器22以从中央处理单元51(例如处理器)接收命令，并且在一些示例中将熔合剂14a暴露于辐射23。在一些示例中，构建材料区域42中的构建材料40的照射区域中的构建材料40(例如，凝固部分24a)可以形成熔合构建材料45，即待形成的物体44的层。

所使用的电磁辐射发射器22将至少部分地取决于构建材料40的类型，并且在一些示例中，取决于所使用的熔合剂14a的类型。施加辐射23的时间长度或能量暴露时间可取决于例如电磁辐射发射器22的许多特性，构建材料40的特性和/或熔合剂14a的特性。

在一些示例中，暴露于辐射23可导致构建材料40在凝固部分24a内的构建材料区域42中熔合，从而硬化待打印的三维物体44的适当层(＝熔融构造材料45)。在一些示例中，熔合剂14a增强辐射23的吸收，将吸收的辐射23转换成热能，并且促进热能传递到其附近的构建材料40(即，熔合剂14a热接触内的构建材料40)。在一个示例中，熔合剂14a将凝固部分24a中的构建材料40的温度充分升高到熔点以上，从而允许发生构建材料40的颗粒(例如聚合物粉末组合物)的熔合。

在一些示例中，由电磁辐射发射器22自身发射的辐射23可以将凝固部分24a中的构建材料40的温度充分升高到熔点以上，从而允许在构建材料区域42中进行构建材料40的熔合。因此，暴露于辐射23形成一层熔合构造材料45，因此形成一层三维物体44。在一些示例中，层中的至少一个细节部分24b中的构建材料40，其上施加有细节剂14b，不会从辐射23吸收足够的能量以将构建材料40的温度升高到熔点以上。

因此，在一些示例中，细节剂14b可以至少部分地防止构建材料40在至少一个细节部分24b内的构建材料区域42中熔合。

图8d示出了构建材料区域42中的三维物体44的一个示例。然而，应该理解，随后形成的层可以具有任何形状和/或厚度，并且可以与任何其他层相同或不同，这取决于要形成的3D物体44的尺寸、形状等。

当3D物体44完成时，可以将其从构建材料区域42移除，并且未融合的构建材料40和细节物剂24b可以彼此分离。

图9提供了根据一个示例的增材制造设备1的框图。在一些示例中，用户60可以向设备1发送数据50，例如打印数据，其可以包括要打印的物体44的3D表示。数据传输50可以例如通过用户60的客户端和增材制造设备1之间的TCP/UDP连接进行。在一些示例中，增材制造设备1可以包括以太网卡或无线收发器以在本地网络中通信。在一些示例中，增材制造设备1还可以包括中央处理单元(CPU)51，例如处理器、微处理器、集成电路(IC)等。

中央处理单元51(例如，运行存储在非暂时性有形计算机可读存储介质上的计算机可读指令)可以操纵和转换在打印机的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据，以便控制物理元件以创建3D物体44。用于选择性递送构建材料40的数据和多个打印物剂14可以从要形成的3D物体44的模型导出。

在一些示例中，解析3D模型数据以评估要在3D模型数据中打印的物体44。在一些示例中，针对至少一个层生成对应于要在3D模型数据中打印的物体的截面的至少一个图案46、48。在一些示例中，针对多个层或针对每个层生成截面。截面对应于层的凝固部分24a。

在一些示例中，处理器51可以修改打印数据50以包括要打印的物体44的图案46、48。在一些示例中，修改的打印数据50′被发送到设备1的至少一个物剂分配器2。在一些示例中，修改的打印数据50′可以使物剂分配器2经由流体喷射管芯4将熔合剂14a施加到凝固部分24a。

在一些示例中，可以控制至少一个物剂分配器2以从处理器51接收命令并且根据要形成的3D物体44的层的截面的图案46来沉积熔合剂14a。如本文所用，待形成物体的层的截面是指与构建材料支撑件41b平行的截面。

在一些示例中，可以控制物剂分配器2以接收包括细节部分24b的修改的打印数据50′，使得修改的打印数据50′使物剂分配器2沉积细节物剂14b以生成细节部分24b。

在一些示例中，CPU 51可以至少部分地处理并由此编辑接收的数据50，例如，通过至少一个添加凝固部分24a，其对应于待打印的物体44的3D表示的截面，和接收的打印数据50的细节部分24b。在一些示例中，CPU 51可以渲染要打印的物体44的截面，从而限定图案46，其中将熔合剂14a施加到构建材料区域42中的构建材料层40上。在一些示例中，CPU 51可以向物剂分配器2提供定位构建材料区域42中的构建材料40的区域的位置数据，其将被流体剂14润湿，例如具有施加于其的熔合剂14a的凝固部分24a。在一些示例中，CPU 51可以使用数据传输线经由数据传输端口38将修改的打印数据50′传输到物剂分配器2，例如，将物剂分配器2的数据传输端口38连接到增材制造设备1的中央处理器51的输出端的铜缆。

在一些示例中，物剂分配器2可以耦合到的扫描托架可以根据发送的数据50′沿扫描轴在构建材料区域42上双向移动。在一些示例中，由物剂分配器2执行的动作所需的电力，例如从流体喷射管芯4分配流体剂14，可以经由电连接器36提供给物剂分配器2，如图6所示。

图10提供了用于三维(3D)物体44的增材制造过程的流程图。在附图标记101处，可以包括要打印的物体44的规格的打印数据50可以经由网络连接从用户60(或用户60使用的客户端)发送到增材制造设备1，例如无线TCP连接、蓝牙连接等。

响应于从用户60接收打印数据50，可以预先加热增材制造设备1的构建材料区域42中的构建材料40，以准备物体44的增材制造过程，如附图标记102所示。在一些示例中，在构建材料区域42中预加热构建材料40所需的能量可以由电磁辐射发射器20提供，例如，红外(IR)或近红外灯，IR或近红外发光二极管(LED)，具有IR波长的激光等。电磁辐射发射器20可以利用与所使用的发射器20对应的波长的辐射21照射构建材料区域42中的构建材料40，例如来自近红外(NIR)灯的波长为5-10μm的辐射21。

在附图标记103处，接收数据50可以由中央处理单元(CPU)51处理。在一些示例中，可以通过定义固化部分24a和细节部分24b来修改数据50，细化部分24b分别在其上分布有熔融剂14a和细节剂14b。这些部分24a、24b可以作为图案46、48添加，用于将流体剂14分散到接收的打印数据50，从而产生修改的打印数据50′。

在附图标记104处，修改数据50′可以经由CPU 51的输出和物剂分配器2的数据传输端口38之间的数据链路传输到物剂分配器2。在一些示例中，数据传输端口38可以位于第四物剂分配器侧板12d上。在一些示例中，数据传输端口38可以位于至少一个电连接器36旁边，如图6所示。

在附图标记105处，物剂分配器2可以根据包含在构建材料区域42中的构建材料40上的修改的打印数据50′中的图案46和48，选择性地分配对应于凝固部分24a和细节部分24b的流体剂14a和14b。在一些示例中，固化部分24a和细节部分24b可以被相应的流体剂14a、14b润湿。

在附图标记106处，润湿的构建材料25的部分可以由来自至少一个第二电磁辐射发射器22的第二辐射23照射。在一些示例中，构建材料区域42的照射，即能量输入构建材料40，可以使至少一个凝固部分24a内的润湿的构建材料25熔化，从而在附图标记107处产生熔合的构建材料45。因此，可以限制在凝固部分24a中的熔合构造材料45可以构成要打印的3D物体44中的层。

在将构建材料40熔合在凝固部分24a中之后，可以将新的构建材料层40放置在构建材料区域42中的熔合构建材料45的顶部上，如附图标记108所示。在一些示例中，流体剂14a和14b可以根据对应于待打印物体44的形状的图案46、48选择性地分布在该新层上，其可以包含在修改的打印数据50′中。在一些示例中，可以通过重复结合附图标记105、106、107和108描述的活动来生成要打印的物体44。

在重复上述活动多次以对应于待打印物体44的形状之后，即，在通过第二电磁辐射发射器22的第二辐射23产生并熔化形成3D物体44所需的多个层之后，可以在附图标记109处获得所生成的3D物体44。

图11提供了用于三维(3D)物体44的增材制造过程期间的冷却过程的流程图。在附图标记111处，结合图10描述的增材制造过程的修改(打印)数据50′可以通过CPU 51的输出和物剂分配器2的数据传输端口38之间的数据链路传输到物剂分配器2。

在附图标记112处，可以根据图10的增材制造过程开始生成要打印的三维(3D)物体44，即，构建材料区域42中的构建材料40可以(预)加热，并且流体剂14可以由物剂分配器2的流体喷射管芯4分配。在一些示例中，构建材料40的预加热还可以在至少一个流体喷射管芯4中产生热，如附图标记113所示。

在附图标记114处，在流体喷射管芯4处产生的至少一部分热可以通过热传导被输送到存储在物剂分配器2内的流体储存器中的流体剂14a和14b中。在一些示例中，流体储存器6和其中的专用部分16a、16b可以与流体喷射管芯4相邻，例如直接位于管芯4上方。

在附图标记115处，从流体喷射管芯4输送到流体介质14中的至少一部分热可以从至少一个流体介质14中移除。在一些示例中，散热器10可以与至少一种流体剂14直接接触。在一些示例中，导热板28可以是散热器10的一部分，并且可以与例如细节剂14b直接表面接触，如图7b中更详细地示出的。在一些示例中，散热器10可以至少部分地或基本上由冷却回路18形成。在一些示例中，冷却回路18可以与至少一个流体剂14直接表面接触。通过“表面接触”，应理解流体剂14对散热器表面的润湿。

在一些示例中，可以通过冷却系统8从物剂分配器2移除通过管芯4的操作或通过来自构建材料区域42中的预加热构建材料40或来自电磁辐射发射器20、22的热辐射在流体喷射管芯4处产生的热，冷却系统8包括散热器10。在一些示例中，流体喷射管芯4可以通过散热器10和流体喷射管芯4之间的间接热接触来冷却；由流体剂14建立的间接热接触。

直到来自构建材料区域42中的构建材料40的三维(3D)物体44的增材制造过程在附图标记116处完成，可以保持根据以上描述的热移除。在一些示例中，增材制造过程不必由于物剂分配器2中的热积聚而中断，例如在流体喷射管芯4处。

应理解，提供本文公开的实施例是出于说明性目的，而不应解释为限制本公开的范围。

Claims (15)

1.一种用于生成三维物体的设备，包括：

至少一个物剂分配器，其包括储存流体剂的流体储存器和在构建材料区域中选择性地喷射流体剂的至少一个流体喷射管芯；

冷却系统，其从所述至少一个流体喷射管芯移除热，

所述冷却系统包括散热器，所述散热器通过所述流体储存器的所述流体剂与所述至少一个流体喷射管芯热接触。

2.如权利要求1所述的设备，包括至少一个第一电磁辐射发射器，以朝向所述构建材料区域发射第一辐射，以预加热所述构建材料区域中的构建材料，其中，所述三维物体由所述构建材料生成，其中，所述至少一个流体喷射管芯位于所述构建材料区域上方，并且其中，至少一种流体剂通过所述散热器来冷却。

3.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个第二电磁辐射发射器，以朝向所述构建材料区域发射第二辐射，以将所述构建材料熔合成三维物体，其中

所述物剂分配器选择性地以所述设备所接收的数据中限定的至少一种图案来喷射第一流体剂，以生成与待生成的物体的至少一个截面相对应的所述构建材料的至少一个凝固部分，并且其中，所述第一流体剂吸收所述第二电磁辐射发射器的所述第二辐射，并将所吸收的第二辐射转换成热能，从而当暴露于所述第二辐射时，至少部分地熔合所述第一流体剂附近的所述构建材料的所述至少一个凝固部分；以及

所述物剂分配器选择性地以至少一种另外的图案来喷射第二流体剂，其中，所述另外的图案包括所述构建材料的至少一个细节部分，所述构建材料暴露于所述至少一个第二电磁辐射发射器的所述第二辐射，其中，所述第二流体剂至少部分地防止所述至少一个细节部分中的所述构建材料聚结，从而在完成的物体中产生空间，在那里所述构建材料比未处理的构建材料具有更小的聚结性，使得所述构建材料沿所述至少一个细节部分的可破碎性得到增强。

4.一种物剂分配器，包括至少一个流体喷射管芯，其中

所述物剂分配器包括散热器和储存流体剂的流体储存器；

所述流体剂通过所述散热器来冷却；以及

所述至少一个流体喷射管芯通过所述流体剂与所述散热器热接触。

5.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，所述流体储存器通过至少一个分隔壁竖直地分段成水平延伸的至少两个腔室，以保持至少两种单独的流体剂分离。

6.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，

所述散热器包括冷却回路，以从所述流体储存器内冷却所述物剂分配器，

第一物剂分配器侧板包括至少一个开口，以及

包括冷却流体的至少一个管延伸通过所述第一物剂分配器侧板中的所述至少一个开口，以为所述冷却回路供应冷却流体。

7.如权利要求6所述的物剂分配器，其特征在于，

所述冷却回路通过所述至少一个管形成；

所述冷却回路延伸通过所述流体储存器；

所述冷却回路通过所述至少一种流体剂；以及

所述至少一种流体剂借助通过所述至少一个管的热传导来冷却。

8.如权利要求7所述的物剂分配器，其特征在于，

所述至少一个管延伸通过所述第一物剂分配器侧板；

所述至少一个管基本上水平地延伸通过所述流体储存器的第一腔室；

所述至少一个管从所述流体储存器的所述第一腔室通过所述至少一个分隔壁到达所述流体储存器的第二腔室，

所述至少一个管基本上水平地延伸通过所述流体储存器的所述第二腔室，以及

所述至少一个管延伸通过所述第一物剂分配器侧板中的第二开口。

9.如权利要求7所述的物剂分配器，其特征在于，

第一管延伸通过第一物剂分配器侧板中的第一开口；

所述第一管基本上水平地延伸通过所述流体储存器的第一腔室；

所述第一管通过第二物剂分配器侧板中的第三开口；

第二管延伸通过所述第一物剂分配器侧板中的第二开口；

所述第二管基本上水平地延伸通过所述流体储存器的第二腔室；以及

所述第二管通过所述第二物剂分配器侧板中的第四开口。

10.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，所述散热器包括导热板，所述导热板具有嵌入第三物剂分配器侧板中的翅片，所述翅片沿所述第三物剂分配器侧板基本上水平地延伸，并暴露于所述流体储存器的内部和外部。

11.如权利要求10所述的物剂分配器，其特征在于，处于所述流体储存器的外部上的金属翅片通过冷却剂回路或通过环境空气来冷却。

12.如权利要求7所述的物剂分配器，其特征在于，所述散热器包括导热板，所述导热板具有嵌入第三物剂分配器侧板中的翅片，所述翅片沿所述第三物剂分配器侧板基本上水平地延伸，并暴露于所述流体储存器的内部和外部，其中，处于所述流体储存器的外部上的金属翅片通过冷却剂回路或通过环境空气来冷却。

13.如权利要求10所述的物剂分配器，其特征在于，具有翅片的所述导热板在所述流体储存器的内部上被绝缘和/或钝化，在那里所述翅片与至少一种打印剂接触，并且其中，具有翅片的所述导热板在所述流体储存器的外部上被绝缘和/或钝化，在那里所述翅片与所述冷却剂回路的冷却剂接触。

14.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，所述至少一个流体喷射管芯被热反射涂层或热反射材料围绕，所述热反射涂层或热反射材料将来自所述物剂分配器下方的构建材料区域的热辐射反射回到所述构建材料区域上。

15.一种冷却至少一个物剂分配器的方法，所述物剂分配器包括至少一个流体注射管芯、散热器和储存流体剂的流体储存器，其中，所述至少一个流体喷射管芯与所述散热器热接触，所述方法包括：

用冷却流体冷却所述散热器；

通过所述散热器从储存在所述流体储存器中的流体剂中移除热；以及

通过经由流体剂的热传导从所述至少一个流体喷射管芯移除热。