CN110740851A

CN110740851A - 用于3d打印机的供料机构

Info

Publication number: CN110740851A
Application number: CN201780091789.8A
Authority: CN
Inventors: 布伦特·埃瓦尔德; 约翰·盖勒; 特里斯坦·杜迪克; 迈克尔·罗德
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2020-01-31
Also published as: EP3612372A1; US20220134665A1; EP3612372A4; US11254056B2; WO2019022720A1; US20210197470A1

Abstract

为了确保3D打印系统的适量投料，公开一种用于将构造材料供给到一表面的供料机构，其包括：用于接收构造材料的容器；和具有基本为四边形的开口的构造材料的出口，该出口具有相互正交的第一尺寸与第二尺寸；所述出口进一步包括正交于第一尺寸和第二尺寸并限定出口的高度的第三尺寸，随着所述供料机构在表面上方沿着行进方向移动，所述供料机构选择性地将构造材料从容器通过所述出口供给至所述表面，这个行进方向平行于所述出口的第一尺寸，所述供料机构进一步包括用于调节出口的第二尺寸或第三尺寸中的至少一个的大小的致动器。

Description

用于3D打印机的供料机构

背景技术

通常被称为三维(3D)打印机的增材制造系统使物体能够在逐层的基础上生成。例如，基于粉末的3D打印系统在打印机中形成连续层的构造材料，并选择性地固化部分构造材料，以形成多层所生成的单个或多个物体。

3D打印系统可以包括用于精确测量连续层中每一层的粉末用量的机构，以帮助确保每一层有适量的粉末，并确保系统的工况，诸如层的温度合适。

附图说明

现在参照附图，仅以非限制性示例的方式说明各示例，其中：

图1A显示根据一个示例的3D打印系统的等轴视图；

图1B显示图1A的3D打印系统的俯视图；

图2显示根据一个示例的用于供料机构的示意性工艺图；

图3显示供料机构的示意性示例的等轴视图；和

图4显示根据一个示例的图3的供料机构的主视图。

具体实施方式

参照图1A和图1B，示意图显示根据一个示例的3D打印系统的一部分。

具体而言，图1A和图1B分别显示3D打印系统100的等轴视图和俯视图，该3D打印系统100包括附接至托架103的涂布器104。此外，显示了构造表面105，其中确定量的构造材料将由涂布器104铺展，以在构造表面105上或在先前加工的构造材料层上生成一层构造材料。构造材料由安装在第一托架103上的涂布器104进行铺展，涂布器104在图中被显示为滚轴，但可以是能够输送粉状材料的任何装置，例如刮片。

在一个示例中，构造表面105可以是构成构造室的构造单元101的一部分。在一个示例中，构造单元可以从3D打印系统的其他组件中移除。随着3D打印系统100选择性地固化每层已形成的构造材料的部分，3D打印系统100在构造室内形成3D物体。在每一层构造材料被选择性地固化之后，构造表面105沿着z轴下降，以使新的构造材料层能够在其上形成。根据所使用的特定3D打印系统，形成的每一层构造材料的高度可能在例如大约50到大约120微米之间。

此外，该系统可以包括至少一个可用于支持工艺，诸如构造材料投料或多余构造材料处理的辅助平台。具体而言，图1A和图1B的系统包括：与构造表面105相邻的投料表面102，材料在其中准备精确剂量并预热；以及与构造表面105相邻并在投料表面102相对侧的再循环室300，例如，多余的材料可在其中被输送用于重复使用或处理掉。

首先，一堆构造材料通过适当的机构，诸如供料机构106，从储藏处输送到投料表面102。由于构造材料可能是粉末材料或颗粒材料，因此从储藏处实际被输送到投料表面102的构造材料的量可能难以准确地定量。而且可能难以在投料表面102上均匀定位。使其可能进一步复杂化的情况是，构造材料可能需要被迅速地输送，以使其输送不影响每一层构造材料的加工时间。

在示例中，一堆构造材料可以由供料机构106沿着投料表面102的Y轴铺设。例如，构造材料可通过经由第二托架107在投料表面102上方沿着铺设轴线D1移动的阻流漏斗供给到投料表面102。例如，构造材料可以通过重力被供给到投料表面102。

投料表面102可以包括在投料表面102下面和/或上面的预热机构。因此，这样有助于在投料表面上均匀地铺设构造材料，并精准地确定构造材料层的量和高度，因而在选择性固化之前可以适当地执行诸如预热的操作。

一旦确定量的构造材料已被供给到投料表面102，并且已执行例如预热的预处理操作，涂布器104和第一托架103一起可以沿着第二轴线D2执行扫掠，以将至少部分构造材料铺展在构造表面105上。然后，铺展在构造表面105上的构造材料可以被打印机构选择性地固化，并且新的一堆构造材料可以由供料机构106输送到投料表面102，例如，一旦托架已返回到图1A和图1B中所示的左边的起始位置，投料表面102的供给针对新的一层构造材料重复进行。

在示例中，第一托架103和第二托架107的运动是通过可以连接到主处理单元的运动控制器108来控制的。另外，第一托架103和第二托架107可以沿直线轨迹双向移动，从而增加了处理速度并降低了运动控制器108的计算成本。

图2显示供料机构106的示意性工艺。供料机构106包括用于接收构造材料10的入口1062以及用于将一层构造材料供给到投料表面102的出口。该出口具有四边形的开口，在这种具体情况中，该开口是矩形开口1060，以将一层大体为矩形的构造材料供给到投料表面102上。该矩形开口1060可以包括关闭机构，例如用于选择性地覆盖至少一部分开口。

在第一阶段201，供料机构106位于用于将构造材料10例如接收在供料机构106的容器中的第一位置。在第二阶段202，供料机构被显示为在它沿着铺设轴D₁在第一方向上直线移动时，矩形开口1060打开，例如随着供料机构106沿着铺设轴D₁在投料台102上供给一层构造材料10。在这个示例中，被供给到投料表面102的该层构造材料10在其平面图中具有四边形的形状，特别是，具有由矩形开口1060的宽度W所限定层宽的矩形。

在第三阶段203显示了投料表面的供给结果。其中，将如参考图3所描述的，一层制造材料10被铺设为具有等于矩形开口1060的宽度的宽度W和可以由出口的高度所确定的厚度h。生成大体均匀的层，其中，例如因为在沿着堆的长度上加热的粉末量基本是恒定的，因此可以更高效地执行例如预热的操作。

在示例中，3D打印系统100包括预热机构(未显示)，以从投料表面102下面导入热量。可以例如从投料表面102的上面包含额外的预热机构，以预热该层构造材料10的上部。

图3显示供料机构106的示意性示例，在本示例中，供料机构106包括容器1063，其具有可以选择性打开以接收构造材料的顶侧1062以及底侧1061。在示例中，底侧1061可以打开，以允许构造材料离开容器。供料机构106可以包括连接至开放底侧1061的出口，以选择性地允许构造材料离开容器1063并通过出口，从而构造材料被供给至例如投料表面102的表面。

在图3的示例中，出口包括第一端壁1064和第二端壁1065，它们具有在底侧1061下面的突出表面，该突出表面可以至少覆盖容器1063的底表面1061的一部分。端壁由此限定供构造材料通过的矩形开口1060。在本示例中，矩形开口1060的宽度W由端壁的突出表面之间的距离限定，其长度由容器1063的长度L_R限定。

在进一步的示例中，供料机构106可以包括联接至第一端壁1064或第二端壁1065中的至少一个的致动器1065。该致动器可以包括位移装置，用于在正交于铺设轴D₁的方向上移动第一端壁1064和/或第二端壁1065。致动器1065因而在铺设轴D₁以外的方向上执行尺寸定位的功能。

出口的尺寸定位具体与供料机构106的情况相关，因为它一方面为供料机构106提供进料的微调功能，另一方面使供料机构具有灵活性，用于在投料表面102上供给具有多种宽度的层。

因为在投料表面102上的构造材料层的宽度决定在特定3D打印工艺所使用的构造材料的量，供料机构106具有在单次通过投料表面供给时就可以确定构造材料宽度的功能，是一种低计算成本的快速机构，从而确定3D打印工艺中每层所需的构造材料的量。

在示例中，致动器1065可以调整出口的高度H。出于说明目的，并为了保持对于供料机构内的参考，出口的高度H将被认为是容器1063的底表面1060与开口1061之间的距离。在其他示例中，高度H也可以相对于投料表面102测量。

在进一步的示例中，供料机构106可包括致动器和端壁之间的机械互连，这样致动器的动作被传递到第一端壁和第二端壁并移动它们的位置。例如，第一端壁1064和第二端壁1065可以机械联接，这样致动器1065使输出部的宽度缩短的动作减小端壁之间的相对距离，例如，通过朝向彼此移动它们来减小端壁之间的相对距离。此外，第一端壁1064和第二端壁1065可以机械联接，这样致动器1066调整输出部的高度的动作由机械联接传递到端壁，使得两个端壁同时移动相同的距离。

在另一个示例中，供料机构106可包括几个致动器。供料机构可包括用于每个端壁的一个致动器1065，或可包括用于每个端壁的两个致动器，例如，一个用于调整出口的高度H，一个用于调整出口的宽度W。

图4显示图3的供料机构106的主视图。如上所述，供料机构106可以包括调整矩形开口1061尺寸的端壁。在示例中，供料机构106可以包括致动器1065，用于在水平方向上移动水平距离D_W来调整出口，即开口1061的宽度W。在另一个示例中，供料机构106可以包括致动器1065，以垂直距离D_H来调整高度H。在进一步的示例中，供料机构106可以包括一个或多个致动器1065来调整出口的高度H和宽度W。

致动器1065可以是机械致动器，例如是杠杆或任何其他类型的手动机构。可替代地，所设想的是自动(或半自动)致动器，其中致动器可以包括气动或液压机构来移动端壁，或者可以是比如包含螺线管的电动致动器来移动端壁。在进一步的示例中，致动器1065可以是混合致动器，例如，其中控制信号是电信号的气动致动器。

自动或半自动致动器1065包括出口控制器1067，该出口控制器1067发出将由致动器接收的控制信号，并响应这个控制信号来移动端壁。

自动致动器将被理解为被配置为不需要与用户交互进行动作(例如基于测量或基于预先标定)的致动器1065，半自动致动器将被理解为接收用户命令(例如，通过发出信号或向控制器1067输入数值)来执行动作的致动器。

例如，出口控制器1067可以被配置成在预先设定或用户选择性输入(例如，层高度、材料类型等等)的基础上确定要输送的粉末量。进一步，控制器1067可以被配置成例如通过水平或垂直地移动侧壁来调整开口的尺寸和高度。在另一个示例中，控制器1067可以被配置成提供具有已选择的宽度W和厚度h的一堆粉末。

本质上，公开了一种用于将构造材料输送至一表面的供料机构，该供料机构包括：

·用于接收构造材料的容器；和

·具有基本为四边形开口的构造材料的出口，该出口具有相互正交的第一尺寸和第二尺寸；

所述出口进一步包括正交于第一尺寸和第二尺寸并限定出口的高度的第三尺寸，并且随着所述供料机构沿着表面上的行进方向移动，所述供料机构选择性地将构造材料从所述容器通过出口供给到所述表面上，这个行进方向平行于出口的第一尺寸，所述供料机构进一步包括用于调整出口的第二尺寸或第三尺寸中的至少一个的大小的致动器。

在示例中，所述供料机构联接至电机以沿着行进方向直线移动。这种沿铺设轴的双向直线移动允许控制器上的编程更简单以及控制算法的计算成本更低。

所述致动器可以被配置为用于调整出口的第二尺寸和第三尺寸。也就是，出口的宽度和高度分别意味着将供给至所述投料表面的构造材料层的宽度和厚度的变化。

在示例中，所述出口包括间隔开一距离的第一端壁和第二端壁，该距离限定所述出口的第二尺寸，所述致动器用于减小第一端壁和第二端壁之间的距离，即所述出口的宽度。

在进一步的示例中，第一端壁和第二端壁位于相同高度，所述致动器以相同的大小调整第一端壁和第二端壁的高度。同样，第一端壁和第二端壁可以机械联接以共同移动。

所述供料机构可以提供阻流机构。

此外，公开了一种3D打印系统，其包括：

·在一表面上以确定的垂直间隔距离移动的托架；和

·与所述托架共同移动并选择性地将构造材料供给至所述表面的供料机构；

其中，所述供料机构包括用于存放构造材料的容器和构造材料的出口，所述出口具有四边形的开口，并具有限定所述开口的尺寸的至少第一端壁和第二端壁，所述供料机构进一步包括致动器，以移动至少一个所述壁，从而调整第一端壁和第二端壁之间的间距或者至少一个所述端壁和所述容器之间的间距中的一个。

在示例中，所述托架用于沿着行进方向直线移动，而且所述致动器可以被配置为在正交于所述行进方向的方向上移动至少一个所述端壁。也就是，如果所述托架沿着Y轴移动，所述致动器可以沿着X和/或Y轴移动至少一个所述端壁。而且，致动器可以包括用于在正交于所述行进方向的方向上双方向移动所述端壁的机构。

在进一步的示例中，第一端壁机械联接至第二端壁，以在接收到所述致动器的动作后同时移动。

而且，所述供料机构可以包括用来选择性地封闭所述矩形开口的盖罩。所述盖罩可以包括用于其动作的机电机构。

为了作用于所述端壁和所述盖罩，所述致动器可以包括伺服电机、螺线管、气缸或手动操作杠杆中的一个。

Claims

1.一种用于将构造材料供给至一表面的供料机构，包括：

-用于接收构造材料的容器；和

-具有基本为四边形的开口的所述构造材料的出口，该出口具有相互正交的第一尺寸和第二尺寸；

所述出口进一步包括正交于所述第一尺寸和所述第二尺寸并限定所述出口的高度的第三尺寸，并且随着所述供料机构在表面上方沿着行进方向移动，所述供料机构选择性地将构造材料从所述容器通过所述出口供给到所述表面上，这个行进方向平行于所述出口的所述第一尺寸，所述供料机构进一步包括用于调整所述出口的所述第二尺寸或所述第三尺寸中的至少一个的大小的致动器。

2.根据权利要求1所述的供料机构，其中，所述供料机构联接至电机以沿着所述行进方向直线移动。

3.根据权利要求1所述的供料机构，其中，所述致动器用于调整所述出口的所述第二尺寸和所述第三尺寸。

4.根据权利要求1所述的供料机构，其中，所述出口包括间隔开一距离的第一端壁和第二端壁，该距离限定所述出口的所述第二尺寸，所述致动器用于减小所述第一端壁和所述第二端壁之间的距离。

5.根据权利要求1所述的供料机构，其中，所述出口包括位于相同高度的第一端壁和第二端壁，所述致动器用于以相同的大小调整所述第一端壁和所述第二端壁的高度。

6.根据权利要求5所述的供料机构，其中，所述第一端壁和所述第二端壁机械联接以共同移动。

7.根据权利要求1所述的供料机构，其中，所述供料机构提供阻流机构。

8.一种3D打印系统，包括：

-在一表面上以确定的垂直间隔距离移动的托架；和

-与所述托架共同移动并选择性地将构造材料供给至所述表面的供料机构；

其中，所述供料机构包括用于存放构造材料的容器和所述构造材料的出口，所述出口具有四边形的开口，并具有限定所述开口的尺寸的至少第一端壁和第二端壁，所述供料机构进一步包括致动器，以移动至少一个所述壁，从而调整所述第一端壁和所述第二端壁之间的间距或者至少一个所述端壁和所述容器之间的间距中的一个。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述托架用于沿着行进方向直线移动。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述致动器用于在正交于所述行进方向的方向上移动至少一个所述端壁。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述致动器包括用于在正交于所述行进方向的方向上双方向移动所述端壁的机构。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一端壁机械联接至所述第二端壁，以在接收到所述致动器的动作后同时移动。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述供料机构包括用来选择性地封闭所述矩形开口的盖罩。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述致动器包括伺服电机、螺线管、气缸或手动操作杠杆中的一个。

15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述出口允许构造材料依靠重力从所述容器流过所述矩形开口。