CN110325346A

CN110325346A - 3d打印机和构建模块

Info

Publication number: CN110325346A
Application number: CN201780086682.4A
Authority: CN
Inventors: W·E·赫特林; B·怀特; M·维特马施
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2019-10-11
Also published as: EP3612371A1; US20210206068A1; EP3612371A4; WO2018194614A1

Abstract

根据一个示例，提供了一种操作三维打印机的方法。所述方法包括：确定在其中生成三维物体的构建腔室的尺寸；将可构造的构建模块构造成提供所确定的尺寸的构建腔室；以及在所构造的构建腔室中生成所述三维物体。

Description

3D打印机和构建模块

背景技术

通常称为三维或3D打印的增材制造使得能够逐层地生成物体，例如通过构建材料的选择性固化。

例如，基于粉末的3D打印系统通常在构建平台上形成粉末或颗粒型构建材料的连续薄层，并且选择性地固化每一层的表示3D物体的截面的部分。选择性固化技术例如可包括使用可打印熔剂结合熔合能量的施加，以使得构建材料的其上打印或施加有熔剂的部分比构建材料的其上没有打印熔剂的部分吸收更多的能量。其上打印有熔剂的部分熔化并固化以形成正在打印的3D物体的一部分，而未熔合的构建材料保持在一般非固化的状态并可被移除，并且在一些情况下，在另外的3D物体的生成中重新使用。其他3D打印系统可使用激光来选择性地烧结构建材料层的多个部分。

附图说明

现在将参照附图仅借助于非限制性示例来描述示例，附图中：

图1是根据一个示例的构建模块的简化等距视图；

图2是根据一个示例的构建模块的简化等距视图；

图3是根据一个示例的构建模块的简化等距视图；

图4是根据一个示例的构建模块的简化等距视图；

图5是根据一个示例的3D打印系统的示意图；以及

图6是概述操作3D打印系统的示例性方法的流程图。

具体实施方式

通常，基于粉末的3D打印系统在构建模块中生成3D物体，在该构建模块中设置有构建腔室。在一些3D打印系统中，构建模块可被整合到3D打印系统中，并且在其他3D打印系统中，构建模块可由可移除构建单元提供。

构建腔室是大致敞顶的腔室，其中设置有可移动的构建平台。构建平台可沿垂直于构建平台的平面的轴线在基部位置和上部位置之间移动。在3D打印操作开始时，构建平台刚好位于构建腔室的顶部下方，以允许在构建平台上形成构建材料的薄层。该构建材料可以是任何合适种类的3D打印构建材料，例如粉末或颗粒型材料。合适的材料可包括许多类型的塑料、金属和陶瓷。所使用的构建材料的具体类型可取决于3D打印系统所使用的选择性固化过程的类型。例如，通过利用辊或刮板在构建平台之上铺展一堆或一定体积的构建材料，可在构建平台上形成一层粉末。在一些示例中，本文所描述的构建模块可适于与例如树脂和可聚合液体之类的液体构建材料一起使用。

所形成的构建材料层的厚度很大程度上取决于构建平台相对于构建腔室的顶部的位置。然后，可对构建材料层执行选择性固化过程，并且随后，构建平台可被降低一定距离，该距离等于待形成的下一个构建材料层的高度。该过程可重复，直到构建平台处于构建腔室的底部处，或者直到不再需要构建材料的进一步固化。在打印过程结束时，构建腔室包含固化和非固化的构建材料的混合物。

对于3D打印系统的给定构建模块，构建腔室的尺寸是大致固定的。然而，虽然具有带有相对大的构建腔室的3D打印系统可使得能够形成大的或多个物体，但是在许多情况下，当仅要形成相对小或相对少的物体时，使用相对大的构建腔室可能是低效的。类似地，具有相对小的构建腔室的3D打印系统对于形成相对小或相对少的物体可以是高效的，但是可能不适合于形成相对大或相对多的物体。

本文所描述的示例提供了具有可变尺寸构建腔室的构建模块。在一些示例中，这样的构建模块可被构造成提供如下构建腔室，即：该构建腔室具有例如来自一组可用的构建腔室容积尺寸的一种或多种不同尺寸或尺寸构造。本文还描述了一种示例性3D打印系统，其可从一组可用的构建腔室尺寸中确定要用于特定3D打印操作的构建腔室的尺寸，并且可将构建模块构造成提供所确定的构建腔室尺寸。

现在参照图1，其示出了根据一个示例的构建模块100。构建模块100包括形成构建腔室102的大致敞顶的壳体。构建模块100由围壁104和构建平台106形成，该构建平台106可在构建模块100内沿例如z轴的轴线竖直移动，该轴线垂直于构建平台106的平面。出于说明的目的，围壁104中的两个被示出为透明的，如虚线所示。出于解释的目的，参考附图中图示的示例的定向来进行对方向、尺寸、轴线等的描述。例如，对“移动构建平台”的引用将被理解为可在竖直方向或z轴上移动。然而，在一些示例中，构建模块可以不同地定向，并且移动方向也将与本文所描述的不同。

在图1中，构建平台106被图示为处于其在构建模块100内的最低或基部位置。

构建平台106包括第一基部元件108和第二基部元件110。在一个示例中，该基部元件中的每一个都具有相同的高度H_BE。该基部元件中的每一个都可以是实心的或中空的，或者可具有任何合适的构造，并且可由任何合适的刚性材料制成，例如合适的金属、塑料等。第一基部元件108提供第一上表面112，并且第二基部元件110提供第二上表面114。如下面更详细地描述的，第一基部元件108和第二基部元件110可单独地或组合地形成构建平台106。出于说明的目的，第二基部元件110的隐藏边缘以虚线示出。

基部元件108和110中的每一个至少在一定程度上可在构建模块100内独立地移动。在一个示例中，所述基部元件中的每一个都可独立地驱动，例如，通过活塞、螺旋机构等(未示出)来驱动。在另一个示例中，所述基部元件可被机械地耦接成使得当第二基部元件110向上移动时，第一基部元件108也同时并且以相同的速度向上移动。在该示例中，两个基部元件因此可仅用单个驱动机构来移动。在该示例中，所述基部元件的耦接允许第一基部元件固定在构建模块100的顶部处的位置，而第二基部元件保持可独立地移动。例如，第一基部元件108可通过任何合适的紧固机构来固定到构建模块100的顶部，所述紧固机构例如机械螺栓机构、电磁元件等。

不管采用何种移动机构，独立的第一和第二基部元件的组合使得构建腔室的尺寸能够以快速和简单的方式来改变。因此，如图1中所示，当构建平台106由第一基部元件108和第二基部元件110两者形成时，有效的构建平台106具有第一尺寸构造或表面积W_BVxL_BV，并且构建腔室102的容积为：

BV＝W_BVxL_BVxH_BV

如图2中所示，第一基部元件108已被定位和固定成使得其顶部表面112与构建模块100的顶部齐平，并且第二基部元件110保持可竖直移动。在该构造中，构建模块100提供如下构建平台，即：其具有第二尺寸构造或表面积W’_BVxL’_BV，并且具有构建容积：

BV’＝W’_BVxL’_BVxH_BV

其小于构建容积BV。

尽管构建平台106可被定位在构建模块100内的各种高度处，但本文中对“构建腔室容积”或BV的引用意在被理解为最大的构建腔室容积。

视情况，可使用任何合适的密封机构来密封基部元件112和114之间的边界。例如，如果机械公差高，则在一个示例中，可不使用密封机构。如果基部元件112和114中的一个或两个具有机械公差，则可在这两个基部元件之间的边界处设置密封机构，例如硅树脂密封件等。

现在参照图3，其示出了构建模块300的另一示例。如同图1的构建模块100，构建模块300包括形成构建腔室302的大致敞顶的壳体。构建模块100由围壁304和通常表示为306的构建平台形成，该构建平台可在构建模块100内沿垂直于构建平台306的平面的轴线、即z轴竖直移动。在图3中，构建平台306被图示为处于其在构建模块300内的最低或基部位置。

构建平台306包括第一基部元件308和第二基部元件310。在一个示例中，该基部元件中的每一个都具有相同的高度HBE。该基部元件中的每一个都可以是实心的或中空的，或者可具有任何合适的构造，并且可由任何合适的刚性材料制成，例如合适的金属、塑料等。第一基部元件308提供第一上表面312，并且第二基部元件310提供第二上表面314。如下面更详细地描述的，第一基部元件308和第二基部元件310可单独地或组合地形成构建平台306。

基部元件308和310中的每一个至少在一定程度上可在构建模块300内独立地移动。在一个示例中，基部元件308和310中的每一个都可独立地驱动，例如，通过活塞、螺旋机构等(未示出)来驱动。在另一个示例中，所述基部元件可被机械地耦接成使得当第二基部元件310向上移动时，第一基部元件308也同时并且以相同的速度向上移动。在该示例中，两个基部元件308和310因此可仅用单个驱动机构来移动。在该示例中，基部元件的耦接允许基部元件中的一个保持在构建模块300的顶部处的固定位置，而基部元件中的另一个保持可独立移动。

不管采用何种移动机构，独立的第一和第二基部元件的组合使得构建腔室的尺寸能够以快速和简单的方式来改变。因此，如图3中所示，当构建平台306由第一基部元件308和第二基部元件310两者形成时，有效的构建平台306具有平面尺寸W_BVxL_BV，并且构建腔室103的容积为：

BV＝W_BVxL_BVxH_BV

如图4中所示，第一基部元件308已被定位和固定成使得其顶部表面312与构建模块300的顶部齐平，并且第二基部元件310保持可竖直移动。在该构造中，构建模块300提供如下构建平台，即：其具有平面尺寸W’_BVxL’_BV，并且具有构建容积：

BV’＝W’_BVxL’_BVxH_BV

其小于构建容积BV。

在其他示例中，构建模块可以其他合适的方式构造，例如，其中设置三个或更多个基部元件，或者其中基部元件具有其他合适的几何构造。

一旦为构建模块设置了构建容积，就可控制可移动的一个或多个基部元件，以使得构建模块能够用于3D物体的生成中。例如，可移动的一个或多个基部元件可最初被控制到刚好在构建模块的顶部下方的高度，以使得能够在其上形成构建材料层。在将合适的选择性固化技术应用于形成的构建材料层之后，可移动的一个或多个基部元件可被降低预定量，以使得能够在其上形成后续的构建材料层。

现在参照图5，其图示了根据一个示例的3D打印机系统500。3D打印机500可以是任何合适种类的3D打印机502，例如基于粉末的熔剂和熔合能量型3D打印机、选择性激光烧结(SLS)3D打印机等。3D打印机502包括构建模块504，在其中3D物体可由3D打印机502生成。在一个示例中，构建模块504是3D打印机502的整合模块，并且在另一个示例中，构建模块504是可在3D打印机502和后处理模块(未示出)之间移动的可移除的构建单元。

3D打印机502和构建模块504的操作由3D打印机控制器506控制。控制器506包括处理器，例如微处理器或微控制器，并且被耦接到存储器508。存储器508存储处理器可理解和可执行的3D打印机管理指令510。当由控制器506执行时，指令510使3D打印机控制器506控制如本文所述的3D打印机502和构建模块504的操作，另外参照图6的流程图。

在框602处，控制器506确定要使用的适当的构建腔室尺寸。例如，这可响应于控制器506获得3D打印作业或描述待由3D打印机502生成的一个或多个3D物体的其他数据来确定。例如，3D打印机506可被发送或者可获得待生成的一个或多个物体模型的每个层的栅格化切片数据。在另一个示例中，3D打印机506可被发送或者可获得定义待生成的一个或多个3D物体的一个或多个物体模型。

例如，确定适当的构建腔室尺寸可基于根据待生成的一个或多个物体的尺寸、定向、布置等来确定构建模块504内的最小可构造构建腔室尺寸。

在另一个示例中，控制器506可获得3D打印作业或者定义待生成的一个或多个3D物体的其他数据，该数据包括所选择的构建腔室尺寸或者针对所选择的构建腔室尺寸来预格式化(pre-format)。例如，这可以如下方式实现，即：所述方式类似于2D打印机可接收以下打印作业的方式，即该打印作业指示要在其上打印该打印作业的介质的尺寸。

在另一示例中，控制器506可向例如计算机辅助设计(CAD)应用之类的外部应用报告或提供3D打印机502的一组可用构建腔室构造，以允许该应用选择适当的构建腔室尺寸。

在框604处，控制器506将构建模块504构造成提供具有所确定的尺寸的构建腔室。

例如，采用图3的构建模块300，构建模块300可被构造成提供具有以下构建容积的构建腔室，即：

BV＝W_BVxL_BVxH_BV

或者它可被构造成提供具有以下构建容积的构建腔室，即：

BV’＝W’_BVxL’_BVxH_BV

其小于构建容积BV。

如前所述，构建腔室的构造可包括将基部元件中的一个或多个移动到与构建模块的顶部齐平的位置，并将它们固定就位，使得保持可移动的该一个或多个基部元件为所构造的尺寸的构建腔室提供构建平台。

在框606处，控制器506控制3D打印机502在构建平台上形成连续的构建材料层，并且选择性地固化每个形成的层的多个部分，从而在3D打印机500中生成一个或多个3D物体。

将会理解的是，本文所描述的示例能够以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现。任何这样的软件都可以易失性或非易失性存储装置的形式存储，所述存储装置例如无论是否可擦除或可重写的如ROM之类的存储设备，或者以存储器的形式存储，所述存储器例如RAM、存储器芯片、设备或集成电路等，或者存储在光学或磁性可读介质上，所述介质例如CD、DVD、磁盘或磁带等。将会理解的是，存储设备和存储介质是适于存储一个或多个程序的机器可读存储装置的示例，该程序当被执行时实现本文所描述的示例。因此，一些示例提供了包括代码的程序以及存储这样的程序的机器可读存储装置，该代码用于实现如任一前述权利要求所述的系统或方法。更进一步地，一些示例可经由任何介质以电子方式传输，例如通过有线或无线连接传送的通信信号等。

在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以按照任何组合来结合，除了其中这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合。

除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的每个特征都可由用于相同、等同或类似目的的替代特征来代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列一般性的等同或类似特征的一个示例。

Claims

1.一种用于3D打印系统的构建模块，包括：

由围壁和构建平台形成的构建腔室，所述构建平台能够在所述构建腔室内移动，所述构建平台包括第一基部元件和第二基部元件，所述构建平台是可控制的，使得：

在第一构造中，所述构建模块提供具有第一尺寸构造的构建腔室；以及

在第二构造中，所述构建模块提供具有第二尺寸构造的构建腔室。

2.如权利要求1所述的构建模块，其特征在于，所述尺寸构造包括以下各项中的一项或多项：宽度尺寸；长度尺寸；容积；以及面积尺寸。

3.如权利要求1所述的构建模块，其特征在于，在所述第二构造中，所述第一基部元件被定位成与所述构建腔室的顶部齐平，并且其中，所述第二基部元件能够在所述构建腔室中移动，以提供具有所述第二尺寸构造的构建腔室。

4.如权利要求1所述的构建模块，其特征在于，所述第一基部元件和所述第二基部元件具有等于或基本上等于所述构建腔室的高度的高度。

5.如权利要求1所述的构建模块，其特征在于，所述第二基部元件被嵌套在所述第一基部元件内。

6.如权利要求5所述的构建模块，其特征在于，所述基部元件是同心的。

7.如权利要求1所述的构建模块，其特征在于，所述第二基部元件紧邻所述第一基部元件。

8.如权利要求1所述的构建模块，还包括三个或更多个基部元件。

9.一种三维打印机，包括处理器，所述处理器：

获得与待生成的3D物体相关的数据；

确定在其中生成所述3D物体的构建腔室尺寸构造；

将构建腔室构造成具有所确定的尺寸构造；以及

在具有所确定的尺寸构造的所述构建腔室中生成所述3D物体。

10.如权利要求9所述的三维打印机，其特征在于，所述处理器从一组可用的构建腔室尺寸构造中确定构建腔室尺寸构造。

11.如权利要求9所述的三维打印机，包括构建模块，所述构建模块具有多个可独立移动的基部元件，以形成不同尺寸的构建腔室。

12.如权利要求9所述的三维打印机，被构造成接收构建模块，所述构建模块具有多个可独立移动的基部元件，以形成不同尺寸的构建腔室。

13.如权利要求9所述的三维打印机，其特征在于，所述处理器：

向外部应用报告一组可用的构建腔室构造的尺寸构造。

14.一种操作三维打印机的方法，包括：

确定在其中生成三维物体的构建腔室的尺寸；

将可构造的构建模块构造成提供所确定的尺寸的构建腔室；以及

在所构造的构建腔室中生成所述三维物体。

15.如权利要求14所述的方法，还包括从一组可用的构建腔室尺寸中确定所述构建腔室的尺寸。