CN110520277A - 增材制造 - Google Patents
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Abstract
一些示例包括一种用于增材制造机器的熔化设备。该熔化设备包括在x方向上可移动越过构建区域的外壳,构建区域用于容纳构建材料和熔剂。热源被容纳在外壳中,该热源用于将热能导向构建区域且包括用于发射第一发射光谱的加温源和用于发射第二发射光谱的熔化源。控制装置用于在构建循环期间连续调制由热源产生的热能级。
Description
背景技术
增材制造机器通过构建材料层来生产3D物体。一些增材制造机器通常被称为“3D打印机”。3D打印机和其他增材制造机器使得将物体的CAD(计算机辅助设计)模型或其他数字表示转换成物理客体成为可能。模型数据可以被处理成切片,每个切片定义成将形成物体的一层或多层构建材料的部分。
附图说明
图1是根据本公开方面的用于增材制造机器的示例熔化设备的示意性侧视图。
图2是根据本公开方面的操作增材制造机器的熔化设备的示例方法的流程图。
图3是根据本公开方面的操作增材制造机器的熔化设备的另一示例方法的流程图。
图4是根据本公开方面的增材制造机器的示意性侧视图。
图5A-图8B是示意性侧视图和示意性俯视图,其示出根据本公开方面的使用增材制造机器的熔化系统的示例四阶段(pass)熔化循环的顺序。
具体实施方式
在下面的详细描述中,参见构成其一部分的附图,并且在附图中通过例示的方式示出可以实施本公开的具体示例。应当理解,在不脱离本公开的范围的情况下,其他示例可以利用,并且结构或逻辑改变可以作出。因此,以下详细描述不应被视为限制意义,并且本公开的范围由随附权利要求限定。应当理解,这里描述的各种示例的特征可以部分或全部彼此组合,除非另外特别指出。
在一些增材制造过程中,热能用于将粉末状构建材料中的颗粒熔化在一起以形成固态物体。熔化构建材料的热能可以例如通过以下产生:将液体熔剂以基于物体切片的图案涂敷到薄层粉末状构建材料,然后将图案化区域暴露于熔化能量。熔剂中的熔化能量吸收成分吸收熔化能量,以帮助烧结、熔融或以其他方式熔化构建材料。本过程逐层和逐片重复以完成物体。
图1是根据本公开方面的用于增材制造机器的熔化设备10的示意性侧视图。熔化设备包括外壳12、热源14和控制装置16。外壳1 2可在x轴方向上移动越过构建区域18。构建区域18可以容纳构建材料20和熔剂22。热源14容纳在外壳12中。热源14将热能导向构建区域18。热源14包括用于发射第一发射光谱的加温源或第一热源24和用于发射第二发射光谱的熔化源或第二热源26。
热源14在三维物体构建过程的所有循环期间保持通电。加温源和熔化源24、26发射不同的色温(即发射光谱)。加温源24可以调整以将未熔化的构建材料保持在目标控制温度。来自熔化源26的熔化能量在构建过程的每个阶段可以变化且可以调整。加温源24和熔化源26可以独立地且分开地调整以发射独立调制的发射光谱。
图2是根据本公开方面的操作增材制造机器的熔化设备的示例方法30的流程图。在32处,热能由热源产生。热能包括分离的发射光谱,该分离的发射光谱包括第一发射光谱和第二发射光谱。第一发射光谱和第二发射光谱中的每个被定向成沿着y轴纵向发射。在34处,热源沿着x轴在构建区域上方平移。在36处,在三维物体的构建过程期间,热能被连续输送在构建区域上。
图3是根据本公开方面的操作增材制造机器的熔化设备的另一示例方法40的流程图。在42处,在构建室内,辐射热能由热能源产生。该辐射热能被分离成第一发射光谱和第二发射光谱。在44处,热能源在构建室内的构建区域上方的平面中双向平移。在46处,平移热能源输送具有第一发射光谱的第一阶段能量,以将构建区域上容纳的构建材料和熔剂的热级提高到熔融温度以上。在48处,具有第二发射光谱的第二阶段能量被输送以保持熔融温度。在50处,构建区域上容纳的构建材料和熔剂被对流冷却。在52处,在三维物体的构建过程期间,在构建室内,保持的辐射热能产生(production)保持低于熔融温度的加温温度。
图4示出包括熔化系统10的增材制造机器100的一个示例。除了熔化系统或组件10之外,增材制造机器100还包括可在构建室58上方移动的分配组件60。熔化系统10和分配组件60可沿着x轴在构建室58上方移动。分配组件60包括被安装到分配托架64的打印头62(或其他合适的液体分配组件)以选择性地分配熔剂22和其他液体试剂(如果使用的话)。构建室58可以在形成层时容纳构建材料20和熔剂22。构建室58可以是任何合适的结构以支撑或容纳构建区域18内的用于熔化的构建材料20,包括底层构建材料20和过程中切片(in-process slice)以及其他物体结构。例如,对于第一层构建材料20,构建室58可以包括可以沿着y轴竖直移动以适应分层过程的平台表面。对于构建材料20的随后层,构建区域18可以形成在构建室58内的底层构建结构上,其包括形成物体切片的未熔化构建材料和熔化构建材料。控制器16可以控制能级,如下文进一步讨论的。控制器16还可以控制增材制造机器100的其他功能和操作。
在三维物体的整个构建过程或构建循环期间,热能从热源14持续发射,以符合调整功率使用激增的弗利克规则(Flicker regulations)。热源14的灯的能级可以在构建过程期间被单独调制、调整和调谐,以实现目标粉末温度和零件温度。或者,在构建过程期间,灯的能级可以按(群)组或按源类型一起调制、调整和调谐,以达到目标粉末温度和零件温度。例如,加温源24和熔化源26可以被独立地且分开地调整,以发射独立调制的发射光谱。在一个示例中,加温源24的功率可以使用来自红外摄像机70和控制器16的热反馈通过控制回路来调整,该控制器16诸如比例积分微分(PID)控制器。例如,加温源24的能级可以使用PID控制器16基于非接触式IR传感器的温度反馈进行调制,以将构建材料温度保持在目标设定点。在一个示例中,基于预定的功率调制来调制熔化源26的能级。在另一个示例中,使用非接触式IR摄像机和PID控制器,基于融化构建材料温度的热反馈来调制熔化源26的能级。在一个示例中,在四阶段熔化循环内,脉宽调制(PWM)在69%与78%之间变化。
图5A-图8B是示意性侧视图和示意性俯视图,其示出使用增材制造机器的熔化系统的四阶段熔化循环的示例顺序。每个阶段包括多个操作,该多个操作可以在各自的阶段期间同时发生。熔化系统10和分配组件60在构建室58内的构建区域18上方沿着相同的运动路线双向移动,使得托架12、64可以越过构建区域18彼此跟随。其中托架12、64沿着相同的运动路线移动的双托架熔化系统有助于在每个阶段中实现较快回转速度和重叠功能。根据一个示例,阶段的移动方向由图5A-图8B中的箭头指示。熔化系统10和分配组件60的托架12、64完全地且整体地移动越过构建区域18且可以被定位在构建区域18的任一侧。通常,辊72可以被包括在熔化器托架12上以散布构建材料20,从而在构建区域18上形成层。分配器托架64承载试剂分配器62,以将熔剂22分配到构建材料20的每层上。由托架12承载的热源14加热并照射层状构建材料20和熔剂22。
关于熔化系统10的热源14,热源14可以包括任何适当数量和类型的热源来加热和照射构建材料。包括较低色温加温灯和较高色温熔化灯的热源14可以提供对构建材料的加热和熔化的控制。图5A-图8B示出的热源14包括加温源和熔化源24、26。熔化源26可以具有较高色温以充分加热熔剂22和构建材料20,从而选择性地熔化构建材料20。加温源24可以具有较低色温以选择性地加热构建材料20,而不导致熔化构建材料。在一个示例中,熔化源26具有2750开氏度色温。熔化源26可以包括一系列热灯,每个热灯被纵向布置为平行于沿着y轴设置的主轴。在一个示例中,加温源24具有1800开氏度色温。其他色温也可以是合适的。单个或多个加温源和熔化源24、26可以被包括。熔化灯24用于由熔化能量照射构建材料20。
参见图5A和图5B,在示例顺序的第一阶段中,熔化器托架12从构建区域18的左侧开始,越过构建区域18移动朝向构建区域18的右侧。当辊16经过构建区域18形成第一层或下一层构建材料20时,加温灯24通电以加热辊72前面的底层/切片。辊72被定位成在第一散布阶段期间接触构建材料20。来自加温源24的热能从先前层构建材料20反射以均匀加热构建区域。第一阶段完成之后,熔化器托架12被定位在构建区域18的右侧且为第二散布阶段做准备。
第二阶段被示出在图6A和图6B中。在第二阶段,当熔化器托架12在构建区域18上方从右侧移回到左侧时,加温源24打开以加热在分配器托架64前面的新层构建材料20,分配器托架64跟随熔化器托架12越过构建区域18,以基于下一物体切片的图案将熔剂和/或细化剂分配到加热的构建材料20上。辊72可以完成在加温灯24和分配器托架64前面的构建材料20的散布,该构建材料20在第一阶段期间可能没有完全散布。
第三阶段被示出在图7A和图7B中。第三阶段是熔化阶段。在第三阶段,分配器托架64在构建区域18上方从左侧移回到右侧,以将熔剂和/或细化剂22分配到构建材料20上,熔化器托架12跟随,其中熔化源26打开,以将图案化构建材料暴露于熔化能量。
在第四阶段,如图8A和图8B中示出的,当熔化器托架12在构建区域18上方从右侧移回到左侧时,并且熔化源26打开以将图案化构建材料暴露于熔化能量。当物体逐层和逐片制造时,可以针对连续层构建材料重复四阶段过程。当三维对象的所有层构建材料已经完成时,构建循环完成。
尽管这里已经示出和描述具体示例,但是在不脱离本公开的范围的情况下,可以用各种替换和/或等同实施方式来替代示出和描述的具体示例。本申请旨在涵盖这里讨论的具体示例的任何变型或变体。因此,本公开意在仅由权利要求及其等同物来限制。
Claims (15)
1.一种用于增材制造机器的熔化设备,包括:
在x方向上能移动越过构建区域的外壳,所述构建区域用于容纳构建材料和熔剂;
容纳在所述外壳中的热源,所述热源用于将热能导向所述构建区域,所述热源包括用于发射第一发射光谱的加温源和用于发射第二发射光谱的熔化源;以及
控制装置,用于在构建循环期间连续输送由所述热源产生的热能级。
2.根据权利要求1所述的熔化设备,其中所述热源用于在所述构建循环期间连续调制热能。
3.根据权利要求2所述的熔化设备,其中在所述构建循环期间,所述熔化源能独立于所述加温源调整。
4.根据权利要求1所述的熔化设备,其中在所述构建循环内,所述加温源具有受控的脉宽调制。
5.根据权利要求1所述的熔化设备,其中所述控制装置包括红外摄像机和比例积分微分控制器。
6.根据权利要求1所述的熔化设备,其中所述熔化源包括至少两个灯。
7.根据权利要求1所述的熔化设备,其中与所述第二发射光谱相比,所述第一发射光谱具有更低的发射能级。
8.一种操作增材制造机器的熔化系统以形成三维物体的方法,包括:
由热源产生热能,所述热能具有包括第一发射光谱和第二发射光谱的分离的发射光谱,所述第一发射光谱和所述第二发射光谱中的每个被定向成沿着y轴纵向发射;
沿着x轴在构建区域上方平移所述热源;以及
在所述三维物体的构建过程期间,将所述热能连续输送在所述构建区域上。
9.根据权利要求8所述的方法,包括:
由所述第一发射光谱将所述构建区域上容纳的构建材料加热到第一温度;以及
由所述第二发射光谱将所述构建区域上容纳的所述构建材料和熔剂加热到第二温度,其中所述第二温度大于所述第一温度。
10.根据权利要求8所述的方法,包括:
在所述构建过程期间,调制连续输送的热能的能级。
11.根据权利要求8所述的方法,包括:
控制所述热源以输送调制级的所述热能。
12.一种操作增材制造机器的熔化系统以形成三维物体的方法,包括:
在构建室内,由热能源产生辐射热能,所述辐射热能被分离成第一发射光谱和第二发射光谱;
在所述构建室内的构建区域上方的平面中双向平移所述热能源以:
输送具有所述第一发射光谱的第一阶段能量,以将所述构建区域上容纳的构建材料和熔剂的热级提高到熔融温度以上;
输送具有所述第二发射光谱的第二阶段能量以保持所述熔融温度;
对流冷却所述构建区域上容纳的所述构建材料和所述熔剂;以及
在所述三维物体的构建过程期间,在所述构建室内,保持辐射热能产生以保持低于所述熔融温度的加温温度。
13.根据权利要求12所述的方法,包括:
在所述构建过程期间,调制连续输送的热能的能级。
14.根据权利要求12所述的方法,包括:
在所述平面中将所述热能源反复平移以便第一阶段能量-第二阶段能量然后第二阶段能量-第一阶段能量交替。
15.根据权利要求12所述的方法,其中在所述构建过程期间,所述第一发射光谱能独立于所述第二发射光谱调整。
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