CN111315557A - 变化用于三维部件的构建材料的成分 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于由三维(3D)打印机形成的3D部件的构建材料的成分的变化。在所提供的系统中，包括用于构建材料的多个器皿，其中每个器皿包括耦合到输送系统的进料器。输送系统输送并且混合来自器皿的构建材料。控制器被配置为通过控制每个器皿上的进料器来调整从每个器皿添加的材料的量来调整构建材料的成分。

Description

变化用于三维部件的构建材料的成分
背景技术
三维(3D)打印可以通过将连续的构建材料层(诸如粉末)添加到构建平台，然后在计算机的控制下选择性地固化每个层的部分以产生3D对象来产生3D对象。构建材料可以是粉末或粉末状材料，其包括金属、塑料、陶瓷、复合材料以及其它粉末。粉末可以由短纤维形成或可以包括短纤维，所述短纤维可能已经从材料的长股或线切割成短长度。所形成的对象可以是各种形状和几何形状，并且可以使用模型(诸如3D模型或其它电子数据源)来产生。制造可以涉及激光融化、激光烧结、热烧结、电子束融化、热熔合等。模型和自动控制可以促进分层制造和增材制造。
附图说明
在以下详细描述中并且参考以下附图描述了某些示例。
图1是根据示例的3D打印机的图。
图2是根据示例的具有内部新材料器皿的3D打印机的示意图，所述内部新材料器皿通过新进料器将新构建材料排放到输送系统中。
图3是根据示例的3D打印机的框图。
图4是根据示例的外部供应站的框图。
图5是根据示例的用于形成用于3D对象层的构建材料的混合物的混合过程的示意图。
图6是根据示例的3D打印机中的分配器皿或料斗的图。
图7是根据示例的分配器皿的图，其示出了上部和下部之间的尺寸差异。
图8是根据示例的3D打印机的旋转进料器。
图9是根据示例的用于操作3D打印机中的供应站的控制器的框图。
图10是根据示例的用于操作3D打印机的方法的过程流程图。
图11是根据示例的用于操作3D打印机的方法的简化过程流程图。
图12是根据示例的包括用于指导处理器操作3D打印机的代码的非暂时性机器可读介质的框图。
图13是根据示例的包括用于操作3D打印机的代码的非暂时性机器可读介质的简化框图。
具体实施方式
一些类型的三维打印机可以由不同种类的粉末或粉末状构建材料形成3D对象。3D对象通常由一般均匀的成分形成的层制成。然而，在某些情况下，使层之间的构建材料的成分变化可能是有益的。例如，可以改变新材料相对于循环材料的量，或者可以将其它类型的构建材料合并到层中。本文中所描述的示例提供了用于变化层之间的构建材料的成分的系统和方法。一些示例使得能够生成包括不同构建材料混合物的层的3D对象。
产生3D对象的成本至少部分与构建材料的成本相关。因此，针对3D打印机可能存在期望以在构建操作之后保存构建材料，并且利用循环材料作为构建材料。循环构建材料可以包括例如在3D打印过程期间使用但是在3D打印过程期间没有固化的构建材料。一旦3D打印过程已经完成，则这样的非固化构建材料可以被回收，并且可以被指定为“循环构建材料”，并且在其它3D打印过程中重复使用。对于一些应用，由于诸如在某些实例中的产品纯度、强度和光洁度之类的原因，利用新材料可能存在益处。对于一些应用，可以使用新构建材料和循环构建材料的混合，例如作为低成本且可接受的3D对象属性之间的折衷。例如，在一些示例中，从经济和质量角度二者来看，使用大约20％的新构建材料和大约80％的循环构建材料可能是可接受的。取决于构建材料属性和可接受对象质量特性，可以使用新构建材料和循环构建材料的其它比例。
如由本文中所描述的示例所提供的，构建材料的成分可以在层之间改变。在这样的示例中，从内部器皿清除当前构建材料可以改善对构建材料成分改变的控制。3D打印机中诸如料斗之类的内部器皿可以用于构建材料输送系统中以将构建材料与输送空气分离，并且将构建材料提供给其它单元，除其他外尤其诸如构建壳体或循环供应站。这些料斗可以被设定尺寸以将对应于几层(诸如二到10)而不是更多层，诸如20或更多的一定量的构建材料混合。
在一个示例中，构建材料可以是干燥的或大体上干燥的粉末。在三维打印示例中，构建材料可以具有大约5微米和大约400微米之间、大约10微米和大约200微米之间、大约15微米和大约120微米之间或大约20和大约70微米之间的平均的基于体积的横截面颗粒直径尺寸。合适的平均的基于体积的颗粒直径范围的其它示例包括大约5微米到大约70微米或大约5微米到大约35微米。如本文中所使用的，基于体积的颗粒尺寸是与粉末颗粒具有相同体积的球体的尺寸。平均颗粒尺寸意图指示容器中的大多数基于体积的颗粒尺寸具有所提到的尺寸或尺寸范围。然而，构建材料可以包括直径在所提到的范围之外的颗粒。例如，颗粒尺寸可以被选择成促进对具有大约10微米和大约500微米之间、或大约10微米和大约200微米之间、或大约15微米和大约150微米之间的厚度的构建材料层进行分布。制造系统的一个示例可以被预设置以使用构建材料容器对大约80微米的粉末材料层进行分布，所述构建材料容器包括具有大约40微米和大约60微米之间的平均的基于体积的颗粒直径的构建材料。增材制造装置还可以被配置或控制以形成具有不同层厚度的粉末层。
除其它类型的构建材料之外，构建材料尤其可以是例如半结晶热塑性材料、金属材料、塑料材料、复合材料、陶瓷材料、玻璃材料、树脂材料或聚合物材料。另外，构建材料可以包括多层结构，其中每个颗粒包括多个层。在一些示例中，构建材料颗粒的中心可以是玻璃珠，其具有包括塑料结合剂的外层，以与其它颗粒附聚而形成结构。可以包括诸如纤维之类的其它材料以提供不同的属性，除其他外尤其例如强度或导电性。
材料处理系统可以将循环材料和一种或多种新材料进行混合，以提供要用于3D打印过程的构建材料成分。本文中所描述的3D打印机还可以在3D打印过程结束时提供过量或非固化构建材料的回收。回收材料可以容纳在打印机中以用于进一步构建过程中。在一些示例中，回收材料可以被移动到构建材料容器中，然后该构建材料容器可以从3D打印机中移除，以用于存储、循环或供以后使用。例如，3D打印机中诸如料斗之类的中间器皿可以在构建操作之间清空以促进构建材料中的改变。中间器皿可以被清空到3D打印机中的存储器皿、可移除构建材料容器、或二者。
图1是根据示例的3D打印机100的图。3D打印机100可以用于例如在构建平台上从构建材料生成3D对象。打印机100可以在隔间102上方具有盖子或面板，以用于容纳构建材料的内部材料器皿。内部材料器皿是可经由对隔间102的用户访问移除的。材料器皿可以通过进料器将构建材料排放到用于3D打印的内部构建材料输送系统中。3D打印机100可以不限于使用用于构建材料的内部器皿。诸如关于图3和4所描述的外部器皿可以被耦合到内部输送系统以允许使用附加材料。
打印机100可以具有控制器以调整用于内部器皿和(如果附接的话)外部器皿二者的进料器的操作，从而控制用于层的构建材料的成分。控制器可以在层之间调整层成分，例如，针对不同的层改变添加到构建材料的材料的量。
打印机100可以具有外壳和外壳内部的组件，以用于处理构建材料。打印机100具有顶部表面104、盖106以及门或检修面板108。检修面板108可以在3D打印机100的操作期间被锁定。打印机100可以包括用于附加内部材料器皿(诸如容纳从打印机100的构建壳体回收的未熔合或过量的构建材料)的隔间110。
可以通过插入到供应站中的构建材料容器添加构建材料或从3D打印机移除构建材料。供应站可以包括用于添加新构建材料的新供应站112，以及用于添加循环构建材料的循环供应站114。循环供应站114还可以用于除其他外尤其例如从回收材料器皿或料斗卸载回收构建材料。在一个示例中，可以提供单个供应站，其可以用于添加新构建材料以及用于从打印机移除循环构建材料二者。在一些示例中，可以添加外部供应站以提供用于不同成分的附加构建材料。
在一些示例中，3D打印机100可以使用打印液体以用于选择性熔合或结合过程，或者其它目的，诸如装饰。对于采用打印液体的3D打印机100的示例，可以包括打印液体系统116以接收和供应用于3D打印的打印液体。打印液体系统116包括盒接收器组件118以接收和固定可移除的打印液体盒120。打印液体系统116可以包括贮存器组件122，其具有用于容纳从插入到盒接收器组件118中的打印液体盒120收集的打印液体的多个器皿或贮存器。打印液体可以从器皿或贮存器提供给3D打印过程，例如，提供给构建壳体和构建平台上方的打印组件或打印杆。
3D打印机100还可以包括与打印机100的计算系统或控制器相关联的控制接口124，诸如控制屏、面板或外部计算系统。控制接口124和计算系统或控制器可以提供用户对打印机100的功能的控制。3D打印机100中的3D对象的制造可以在计算机控制下进行。要制造和自动控制的对象的数据模型可以指导分层制造和增材制造。数据模型可以是例如计算机辅助设计(CAD)模型、类似的模型或其它电子源。数据模型可以包括每层要被烧结以形成的形状，以及要用于每层的构建材料的成分，例如从构建材料的第一成分形成的构建操作的层的第一组，以及从构建材料的第二成分形成的紧接的X层。可以包括其它信息，诸如用于熔合或烧结层的部分的融化温度、用于改善层之间的粘附的操作中的改变等。在模型的构造期间，可以考虑材料的兼容性，以允许相邻的层由材料成分的不同材料形成。另外，控制器可以在开始构建操作之前分析3D对象文件，并且在允许将构建材料加载到3D打印机之前警告用户不兼容性。关于图6更详细地描述控制器。
图2是根据示例的具有内部新材料器皿202的3D打印机200的示意图，所述内部新材料器皿202通过新进料器204将新构建材料排放到输送系统206中。类似编号的项如关于图1所描述的。打印机200可以包括用于通过循环进料器210将循环构建材料排放到输送系统206的循环材料器皿208。打印机200可以具有用于调整进料器204、210的操作以保持用于3D打印的构建材料的成分和排放速率的控制器。另外，打印机200可以包括用于通过回收进料器214将回收材料216排放到输送系统206中的回收材料器皿212。输送系统206可以将构建材料运输到分配器皿218，所述分配器皿可以供应用于3D打印的构建材料。在所图示的示例中，分配器皿218被布置在3D打印机200的上部中。此外，尽管在该示意图中为了清楚起见用于构建材料的输送系统206被描绘在3D打印机200的外部，但是输送系统206是在打印机200的外壳内部的。
3D打印机200可以在与构建壳体222相关联的构建平台220上由构建材料形成3D对象。3D打印可以包括选择性层烧结(SLS)、选择性热烧结(SHS)、电子束融化(EBM)、热熔合、化学结合剂系统、熔合剂以及熔合能量系统，或者基于固化粉末层的部分以从构建材料生成3D对象的任何其它3D打印和增材制造(AM)技术。回收构建材料224(例如，非固化或过量的构建材料)可以从构建壳体222回收，例如，从构建平台220掉落，或者通过周界真空从构建壳体222的边缘周围拉出。回收构建材料224可以被处理并且返回到回收材料器皿212。
如本文中所描述的，新供应站112和循环供应站114可以容纳由用户插入的构建材料容器。供应站112和114可以将用于3D打印的新构建材料或循环构建材料分别提供给新材料器皿202和循环材料器皿208。另外，输送系统206可以将回收材料216返回给循环供应站114。回收材料216可以通过被添加到插入循环供应站114中的构建材料容器来卸载，或者可以通过循环供应站114转向到循环材料器皿208。回收材料216可以包括通过清空3D打印机中的输送线和料斗而获得的构建材料。
除了内部器皿202、208和212之外，3D打印机200还可以耦合到外部供应站。这关于图3和4进一步描述。
图3是根据示例的3D打印机300的框图。类似编号的项如关于图1和2所描述的。如该图中所示出的，材料流由沿着输送线或导管放置的被标记的箭头示出，其可以单独标记。在该示例中，3D打印机300可以具有新材料器皿202，其将新材料通过新进料器204(诸如旋转进料器、螺旋钻或螺旋进料器)排放到第一输送系统302上的导管中，所述第一输送系统302可以是气动输送系统。新进料器204可以计量或调节材料排放，或者以其它方式促进将期望量的新材料从新材料器皿202分配到第一输送系统302中。此外，3D打印机300可以包括循环材料器皿208，其通过循环进料器210将循环材料排放到第一输送系统302中。
新材料器皿202可以具有重量传感器304和填充水平传感器306。同样，循环材料器皿208可以具有重量传感器308和填充水平传感器310。如关于图6所描述的，打印机300的控制器312可以响应于由重量传感器304和308所提供的材料排放量或速率的指示来调整进料器204和210的操作。进料器204和210的调整可以用于选择构建材料的成分，所述成分可以包括来自新材料器皿202的材料、来自循环材料器皿的构建材料。在本文中所描述的示例中，控制器312可以控制构建材料从3D打印机300中的内部线和器皿清空。
3D打印机300可以包括新供应站112，以容纳用于沿着水平轴在圆柱形笼子中添加新构建材料的构建材料容器。新材料器皿202可以从由新供应站112容纳的构建材料容器接收新构建材料。如本文中所描述的，新供应站112可以包括传感器和致动器，以确定构建材料容器是否存在，并且控制来自构建材料容器的构建材料的分配。传感器可以包括称重设备314，其可以用于确定新供应站112和构建材料容器的重量。致动器可以包括电机316，以使圆柱形笼子以第一角度方向旋转，以将构建材料分配到新材料器皿202。
圆柱形笼子的旋转数可以用于控制预期量的构建材料从构建材料容器的分配。因此，电机316可以是步进电机、伺服电机或可以用于控制转数和旋转速度的其它类型的电机。在一些示例中，具有受控速度(诸如使用脉冲宽度调制或脉冲频率调制的电机控制)的电机可以与对转数进行计数的传感器一起使用。例如，如本文中所描述的基础位置传感器可以用于对转数进行计数。
3D打印机300可以包括循环供应站114，以容纳用于循环材料的构建材料容器。如针对新供应站112所描述的，循环供应站114可以包括若干传感器和致动器，以确定构建材料容器是否存在，并且控制循环构建材料从构建材料容器例如到循环材料器皿中的分配。传感器可以包括称重设备318，其可以用于确定循环供应站114和构建材料容器的重量。致动器可以包括电机320，以使圆柱形笼子以第一角度方向旋转，以将构建材料分配到循环材料器皿208。循环供应站114还可以使圆柱形笼子以第二角度方向(与第一角度方向相反)旋转，以将回收或循环材料添加到构建材料容器。
新供应站112和循环供应站114还可以包括用于提供功能的其它传感器和致动器322。除其他外，闩锁传感器可以确定构建材料容器是否固定在供应站中，以及位置传感器确定构建材料容器是否处于基础位置。如本文中所使用的，基础位置是构建材料容器在插入供应站112或114之后的初始位置。在基础位置中，支撑结构上的传感器和致动器322可以与圆柱形笼子交互。另外，传感器和致动器322可以包括用于致动构建材料容器上的阀门(例如，打开或关闭阀门，或者将读取头推进到构建材料容器上的信息芯片等)的致动器。
如本文中所描述的，打印机300可以包括回收材料器皿212，其将回收材料216通过回收进料器214排放到第一输送系统302中。回收材料器皿212可以具有重量传感器324和填充水平传感器326。因此，除了来自循环材料器皿208的循环材料和来自新材料器皿202的新材料之外，构建材料328还可以在构建材料中包括来自回收材料器皿212的回收材料216。
输送空气可以流过第一输送系统302。诸如过滤歧管或开放式导管之类的进气管可以接收、吸入和/或过滤空气作为用于第一输送系统302的输送空气。空气也可以用于下面所讨论的第二输送系统。第一输送系统302可以运输构建材料328，例如，新构建材料、循环构建材料或回收材料216的混合物。在所图示的示例中，第一输送系统302可以将构建材料328输送到与分配器皿332相关联的分离器330。分配器皿332可以是进料料斗。分离器330可以包括旋风分离器、筛网、过滤器等。分离器330可以使输送空气334与构建材料328分离。
在已经分离输送空气334之后，构建材料328可以流入分配器皿332中。进料器336可以从分配器皿332接收构建材料，并且将该构建材料排放到构建材料处理系统338。分配器皿332可以具有填充水平传感器340。填充水平传感器340可以测量并且指示分配器皿332中构建材料的水平或高度。
如本文中所描述的，一旦构建操作完成，并且3D部件已经形成，则分配器皿332可以通过进料器336被清空或清除到构建材料处理系统338。构建材料处理系统338使构建材料跨分布。构建材料处理系统338然后可以将残留构建材料328清空到构建壳体370，例如，以形成层。在一些示例中，残留构建材料可以被发送到位于构建壳体370的边缘周围的周界真空，而不用于形成层。如本文中所描述的，分配器皿332或料斗可以被设定尺寸以在分配器皿332中容纳最小工作量的构建材料，诸如足够的材料以形成大约10层、大约7层、大约5层、大约3层或更少。
第一输送系统302可以经由转向器阀门342使构建材料328转向。转向材料344可以通过分离器348(诸如旋风分离器、过滤器等)发送到替代器皿346或料斗。替代器皿346可以将转向材料344通过进料器350和转向器阀门352排放到供应站114中的构建材料容器或到循环材料器皿208。
如针对分配器皿332所描述的，替代器皿346可以在构建周期结束时被清空。这可以通过将替代器皿346、第一输送系统302或二者中剩余的任何构建材料通过进料器350发送到转向器阀门352来执行。剩余的构建材料可以从转向器阀门352被发送到插入循环供应站114中的构建材料容器，或者到循环材料器皿208。替代器皿346的设计也可以类似于分配器皿332的设计，例如，替代器皿346可以被设定尺寸以容纳最小工作量的构建材料。
当构建材料328主要是循环材料或回收材料216时，构建材料328可以由转向器阀门342转向为转向材料344。这可以被执行以例如通过将材料通过转向器阀门352转向到构建材料容器来卸载构建材料。在其它示例中，转向材料344可以通过转向器阀门352发送到循环材料器皿208。如其它材料器皿一样，替代器皿346可以具有填充水平传感器354。
与替代器皿346相关联的分离器348可以从构建材料328移除中输送空气356。在从构建材料328移除输送空气356之后，构建材料328可以从分离器348排放到替代器皿346中。在所图示的示例中，来自分离器348的输送空气356可以流到Y型配件358，其中输送空气356与来自关联于分配器皿332的分离器330的输送空气334相结合。Y型配件358可以是具有两个入口和一个出口的导管配件。组合输送空气360可以由第一输送系统302的动力组件362从Y型配件抽出，并且排放364到环境或附加装备以用于进一步处理。在一些示例中，组合输送空气360当被动力组件362抽出时可以流过过滤器366。过滤器366可以在输送空气360被排放364之前从输送空气移除颗粒。
动力组件362为第一输送系统302中的输送空气提供动力以运输构建材料。动力组件362可以是鼓风机、引射器、喷射器、真空泵、压缩器或其它动力组件。因为第一输送系统302一般是气动输送系统，所以动力组件通常可以包括鼓风机，诸如离心式鼓风机、风扇、轴向鼓风机等。
至于3D打印，如所提到的，分配器皿332可以将构建材料328通过进料器336排放到构建材料处理系统338。进料器336和构建材料处理系统338可以将期望量的构建材料328跨构建平台368分布例如在层中。构建材料处理系统338可以包括进料装置、配料设备、构建材料施加器、粉末撒布器等，以将构建材料施加到构建壳体370中的构建平台368。打印机300可以在构建平台368上由构建材料328形成3D对象。如本文中所描述的，这可以使用任何数量的技术来执行，所述技术包括熔合溶剂、激光烧结、暴露于热或其它辐射时活化的熔合液体等。
在构建平台368上完成3D对象之后，真空歧管372可以将过量构建材料从构建壳体370移除到第二输送系统374中作为回收材料。在一些示例中，不使用第二输送系统374。例如，过量构建材料可以与3D对象一起卸载，或者通过独立真空移除。
如果使用第二输送系统374，则其可以通过旋风分离器或过滤器376来输送回收材料，以从输送空气378分离回收材料。输送空气378通过第二输送系统374的动力组件380来排放。可以包括过滤器以从输送空气378移除颗粒。动力组件380可以是鼓风机、风扇、引射器、喷射器、真空泵或其它类型的动力组件。在该示例中，回收材料可以从旋风分离器或过滤器376排放并且进入筛子382，其中诸如没有合并到3D对象中的固化构建材料之类的较大颗粒可以被移除。筛子382可以具有填充水平传感器384，其监视筛子382中固体材料的水平或高度。
在分离较大颗粒之后，回收构建材料可以进入回收材料器皿212。在一些示例中，如由虚线386所指示的，回收材料可以绕过旋风分离器或过滤器376、筛子382以及回收材料器皿212，并且流入第一输送系统302的导管中。3D打印机300的器皿、输送系统以及关联的装备可以包括仪器，诸如压力传感器和温度传感器等。另外，第一输送系统302包括位于第一输送系统302中的第一器皿之前的进气管388，对于其它输送系统可以存在其它进气管。
第一输送系统302可以具有空气耦合(Cf)390，以允许外部供应站由匹配的连接器连接，并且通过耦合到第一输送系统302的线392提供其它类型的构建材料328。信号线396上的电耦合(Ef)394可以用于通过匹配的连接器将外部供应站的电子设备耦合到控制器312。空气耦合390和电耦合394可以结合成单个连接器。这可以允许控制器312检测外部供应站何时耦合到3D打印机300，允许控制器312针对材料类型、操作特性以及其它信息查询外部供应站。控制器312然后可以指导外部供应站提供其它材料类型，所述其它材料类型可以与来自新材料器皿202、循环材料器皿208或回收器皿212的材料相结合。
在一些示例中，第一类型的构建材料328可以通过新材料器皿202来添加，通过转向器阀门342转向到替代器皿346中，并且用于填充循环材料器皿208。第二类型的构建材料328然后可以添加到新材料器皿202，提供可以用于形成构建材料328的不同成分的两种类型的材料。
图4是根据示例的外部供应站400的框图。外部供应站400包括两个供应站402和404，例如，包括新供应站112A和112B。在该示例中标记A和B的编号项如关于图1、2和3的类似编号项所描述的。还参考图3，每个供应站402或404可以通过耦合Cm 406将不同材料提供给3D打印机，所述耦合Cm 406被配置为耦合到第一输送系统302上的匹配耦合Cf 390。外部新材料器皿202A和202B通过进料器204A和204B向输送线408进料。为了协助图3的第一输送系统302，可以包括鼓风机410以通过输送线408将构建材料328移动到耦合406。
电耦合(Em)412可以被耦合为与图3的匹配电耦合(Ef)394对接，以促进从图3的控制器312控制外部供应站400。来自电耦合412的信号线414可以将控制器耦合到两个供应站402和404的传感器和致动器，除其他外尤其例如，到电机316A和316B、进料器204A和204B、重量传感器304A和304B、水平传感器306A和306B以及重量传感器314A和314B。两个供应站402和404还可以包括用于提供功能的其它传感器和致动器322A和322B。
当控制器312检测到外部供应站400已经耦合到3D打印机300时，其可以确定外部新材料器皿202A和202B中的每一个中的材料的类型。控制器312然后可以操作进料器204A和204B以及3D打印机300内部的进料器(诸如进料器204、210和214)，以控制用于形成每层的构建材料328的成分。鼓风机410可以在控制器312的控制下操作，例如，当需要将材料从外部供应站400移动到3D打印机300时被利用。
外部供应站400不限于图4中所示出的配置。例如，可以包括更多新供应站、可以包括一个或多个循环供应站等。另外，可以使用从3D打印机300内部的器皿202、208和212供应的构建材料328来执行本文中所描述的层之间的成分改变。
图5是根据示例的用于形成用于3D对象的层的构建材料328的混合物的混合过程的示意图。类似编号的项如关于图2和3所描述的。第三构建材料506可以从附接到外部供应站的耦合390添加到第一输送系统302。
诸如鼓风机之类的动力组件362可以通过导管以大约10m/s和大约20m/s之间的速度抽吸空气。在该示例中，循环材料器皿208的循环进料器210用于从循环材料器皿208添加第一构建材料502。新材料器皿202上的新进料器204将第二构建材料504从新材料器皿202添加到第一输送系统302。构建材料502和504到第一输送系统302的添加重叠。因此，第一构建材料502和第二构建材料504最初可以在第一输送系统302中混合。
第一输送系统302中的中转时间(transit time)可以少于大约1秒，因为新进料器204和分配器皿332(或料斗)之间的输送系统的长度可以小于大约3m。来自外部供应站的构建材料328的中转时间可以大约相同。来自不同器皿的材料的比例可以由进料器204、210和214的每分钟转数(RPM)来控制。为了简化图5，并没有标记第一构建材料502或第二构建材料504的每个颗粒。
构建材料328在分离器330或旋风分离器中与空气流分离，并且落入分配器皿332中。此时，构建材料328已经被第一输送系统302混合。其可以通过空气爆炸508进一步混合，所述空气爆炸508被指导通过在进料器336的正上游的分配器皿332的基部的微型充气器。分配器皿332或料斗可以被设计为实现质量流，使得存在构建材料328的最小合股或分离。在分配器皿332的底部的进料器336然后可以将构建材料328提供给构建材料处理系统338(诸如空中加油模块和色带盒)，其可以在构建操作期间形成层。
图6是根据示例的3D打印机中的分配器皿332或料斗的图600。如关于图7进一步描述的，分配器皿332可以具有位于分配器皿332的上部和下部之间的水平传感器602。
位于分配器皿332上方的分离器330或旋风分离器接收输送构建材料328的空气流。位于分离器330中心顶部处的空气分离器将输送空气334的流与分离器330分离，而构建材料328落入分配器皿332中。
从分配器皿332，诸如由电机604驱动的旋转阀门之类的进料器336从分配器皿332移除材料。进料器336可以将构建材料328发送到构建材料处理系统338以在构建操作期间形成层。
图7是根据示例的分配器皿332的图，其示出了上部702和下部704之间的尺寸差异。类似编号的项如关于图6所描述的。分配器皿332的上部702可以位于水平传感器602上方并且容纳大约245cm3的构建材料，以及下部704位于水平传感器602下方并且容纳大约163cm3的构建材料。因此，分配器皿332或料斗的下部704被设计以容纳少于大约200cm3或近似80g的构建材料。较小的器皿可以用于允许形成较小的混合物，从而减少每个成分的层数。
取决于构建平台的层厚度和尺寸，下部704中构建材料的量对于大约七层到大约十层可能是足够的。下部704可以在层之间清空。另外，可以控制进料器204、210和214，以及外部供应站中的任何进料器以最小化层之间的转变。在一些示例中，微型充气器可以在特定成分的构建材料328的传送结束时被禁用，以使得新成分的构建材料能够在分配器皿332中分层。层之间构建材料328的成分的改变可以被限制为允许大约七层到大约十层在改变新成分之前共享单个成分。在该示例中，在添加具有新成分的构建材料328之前，分配器皿332可以被大部分或完全清空。
图8是根据示例的3D打印机的旋转进料器800。旋转进料器800可以类似于关于图2、3、4和5所描述的进料器204、210、214、336或进料器204A和204B。在该示例中，旋转进料器800具有与旋转进料器800的壳体806的内表面804相接的叶片(或辐条)802。叶片802在内表面804内旋转。叶片802可以经由耦合元件808(诸如螺栓)固定在旋转进料器800内，并且可以围绕耦合元件808旋转。进料器具有用于使叶片802旋转的驱动元件810，诸如齿轮。在操作中，构建材料812(诸如来自材料器皿的粉末)可以流入两个叶片802之间的空腔或凹槽814中。在一个示例中，构建材料812可以通过重力从材料器皿(诸如器皿202、208、212或332或外部进料器中的器皿202A或202B)掉落。
旋转进料器800被描绘为具有三个叶片802和三个凹槽814，并且因此，每转三个凹槽814。然而，旋转进料器800每转可以具有更多或更少凹槽814。至于排放，旋转进料器800可以在旋转进料器800的底部中具有开口816，以将构建材料812排放到诸如输送系统的导管中。进料器800可以通过紧固件818安装到料斗。
排放的构建材料812的量可以是耦合元件808周围的叶片802的旋转速度(例如，以每分钟转数)的函数。在一些示例中，每个凹槽814体积可以在2cc到15cc或3cc到12cc或4cc到10cc等的范围内。凹槽的数量可以在3到10个凹槽、3到8个凹槽、3到6个凹槽、3到5个凹槽等的范围内。
可以在例如编码器控制下采用电机(例如，直流或DC电机)来控制旋转进料器800的RPM。在一些示例中，操作中的旋转进料器800的rpm在2rpm到20rpm范围内。在电机和进料器轮820之间可以存在齿轮系，并且因此，电机速度可以大于进料器rpm或凹槽轮rpm。在3D打印机中的操作中，旋转进料器800的旋转一般可以是持续的。旋转也可以是间歇的。在一个示例周期中，旋转持续至少25秒，并且关闭少于10秒。在另一示例中，旋转时间周期持续少于2秒，并且关闭多于3秒。其它时间周期是可应用的。因为下游接收器具有足够量的构建材料，所以可以停止旋转进料器800的旋转。
如所述，构建材料的成分可以由进料器阀门来控制。例如，如果进料器上的每个凹槽容纳相同量的材料，并且每个进料器具有相同数量的凹槽，则针对第二器皿上的进料器的每一转使第一器皿上的进料器旋转两转，可以产生具有大约来自第一器皿的0.66份构建材料和来自第二进料器的0.33份构建材料的构建材料。如果每个凹槽容纳大约四克，并且每个进料器具有十二个凹槽，则第一器皿上的进料器的大约四转和第二器皿上的进料器的大约两转将产生大约72克的材料，大约七层到十层。任何其它组合可以用于混合物，例如，可以通过使容纳第一两种构建材料的器皿上的进料器每个旋转两转以及容纳第二两种构建材料的器皿上的进料器每个旋转一转来形成其中两种构建材料每种0.33份以及两种材料每种0.165份的四种材料的组合，从而产生用于大约七层到大约十层的大约72克材料。
可以改变进料器以允许制作较少量的混合物，在对后续层进行成分上的改变之前降低单个成分处的层的数量。例如，进料器可以具有凹槽，所述凹槽具有每凹槽大约两克、大约一克或更少。如果使用较小的凹槽，则可以在每个进料器中包括更多凹槽，诸如六个凹槽，其中每个凹槽容纳大约两克，或者十二个凹槽，其中每个凹槽容纳大约一克。可以在旋转进料器800上使用霍尔效应传感器以更好地同步材料的凹槽滴。另外，不同尺寸的进料器可以用于不同构建材料，诸如用于构建材料的较小进料器，其可以以较小量使用。
进料器不限于所示出的旋转阀门，而代替的可以是螺旋钻或其它设备。这些进料器可以通过允许对进料器更模拟的控制来促进较小量的形成。
图9是根据示例的用于操作3维打印机中的供应站的控制器900的框图。控制器900可以是3D打印机的主控制器的一部分，或者与供应站相关联的单独的控制器。
控制器900可以包括处理器902，其可以是微处理器、多核处理器、多线程处理器、超低电压处理器、嵌入式处理器或其它类型的处理器。处理器902可以是集成微控制器，其中处理器902和其它组件形成在单个集成电路板或单个集成电路上，诸如芯片上系统(SoC)。作为示例，处理器902可以包括来自加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司(
Figure BPA0000287896950000151
Corporation of Santa Clara，CA)的处理器，诸如QuarkTM、AtomTM、i3、i5、i7或MCU类处理器。可以从加利福尼亚州森尼韦尔的高级微设备公司(Advanced Micro Devices，Inc.(AMD)of Sunnyvale，CA)获得可以使用的其它处理器、来自加利福尼亚州森尼韦尔的MIPS技术公司(MIPS Technologies，Inc.of Sunnyvale，CA)的基于MIPS的设计、来自ARM控股有限公司(ARM Holdings，Ltd.)或其客户或其被许可者或采用者的基于ARM的设计。处理器可以包括单元，诸如来自苹果公司(
Figure BPA0000287896950000152
Inc.)的A5-A10处理器、来自高通技术公司(
Figure BPA0000287896950000153
Technologies，Inc.)的SnapdragonTM处理器或来自德克萨斯仪器公司(Texas Instruments，Inc.)的OMAPTM处理器。
处理器902可以通过总线906与系统存储器904通信。可以使用任何数量的存储器设备来提供给定量的系统存储器。存储器可以在大约2GB和大约94GB(或更大)之间设定尺寸。系统存储器904可以使用诸如RAM或静态RAM(SRAM)之类的易失性存储器设备来实现。另外，可以使用非易失性存储器，诸如具有备用电力(例如，来自电池、超级电容器或混合系统)的存储器模块。
诸如数据、应用、操作系统等之类的信息的持久存储可以由通过总线906耦合到处理器902的大容量存储装置908来实现。大容量存储装置908可以使用固态驱动(SSD)来实现。可以用于大容量存储装置908的其它设备包括闪速存储器卡(诸如SD卡、微SD卡、xD图像卡等)以及USB闪存驱动。在一些示例中，控制器900可以具有可访问接口，诸如到具有构建计划、指令等的存储器设备的所有插入的USB连接、SD卡插座或微SD插座。
在一些示例中，大容量存储装置908可以使用硬盘驱动(HDD)或微HDD来实现。在大容量存储装置908的示例中可以使用任何数量的其它技术，除其他外尤其诸如电阻改变存储器、相位改变存储器、全息存储器或化学存储器。
组件可以通过总线906通信。总线906可以包括任何数量的技术，诸如工业标准架构(ISA)、扩展ISA(EISA)、外围组件互连(PCI)、外围组件互连扩展(PCIx)、快速PCI(PCIe)或任何数量的其它技术。总线906可以包括例如用于基于SoC的系统中的专有总线技术。可以包括其它总线系统，除其他外尤其诸如I2C接口、I3C接口、SPI接口、点到点接口以及功率总线。可以包括网络接口控制器(NIC)910以提供与云912或网络(诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)或互联网)的通信。
总线906可以将处理器902耦合到接口914和916，所述接口914和916用于连接到3D打印机中的其它设备。例如，如关于图3所描述的，传感器接口914可以用于耦合到闩锁传感器917以检测构建材料容器是否闩锁在供应站中，并且耦合到位置传感器918以检测构建材料容器是否处于供应站中的基础位置。示例中可能存在的其它传感器包括重量传感器920以确定各种容器或器皿(除其他外尤其诸如供应站、新材料器皿、循环材料器皿或回收材料器皿)的重量。水平传感器922可以耦合到传感器接口914以监视各种器皿(除其他外尤其诸如料斗、新材料器皿、循环材料器皿或回收材料器皿)中的构建材料的水平。水平传感器可以用于确定料斗中的水平是否高于下部，并且用于控制将材料添加到料斗，例如，将材料输送到料斗直到水平记录到水平传感器为止。
可以包括致动器接口916以控制3D打印机中的各种致动器。致动器可以包括闩锁电机924，用于从供应站释放构建材料容器，以及读取器电机926，用于将读取头朝向和远离构建材料容器上的信息芯片移动。驱动电机928可以用于使容纳构建材料容器的圆柱形笼子旋转。驱动电机928可以是步进电机、服务器电机或具有由供应功率信号控制的旋转的其它种类的电机，其允许总转数中每分钟的转数由致动控制。驱动电机928可以包括使进料器旋转的电机，其形成用于不同层的构建材料的不同成分。
致动接口916还可以耦合到门锁930，所述门锁930可以用于锁定门以防止当构建材料容器正在被移动时对其进行访问。串行外围接口(SPI)932可以耦合到用于与构建材料容器上的信息芯片对接的读取头934。其它类型的接口(诸如双线I2C串行总线)也可以用于读取信息芯片。在一些示例中，可以通过RFI系统访问信息芯片。
虽然未示出，但是各种其它输入/输出(I/O)设备可以存在于控制器900内，或者连接到控制器900。例如，可以包括显示面板以示出信息，诸如构建信息、动作提示、不正确材料的警告，或者关于门、构建材料容器等的状态的消息。可以包括可听警报以向用户警告状况。可以包括诸如触摸屏或小键盘之类的输入设备以接受输入，诸如关于新构建的指令等。
如本文中所描述的，大容量存储装置908可以包括用于控制从料斗清空材料的模块。尽管在大容量存储装置908中被示出为代码块，但是可以理解的是，任何模块可以全部或部分在硬连线电路中实现，例如，构建到专用集成电路(ASIC)中。模块一般可以用于实现关于图10和11所描述的功能。
引导器模块936可以实现用于设置供应站和构建操作的一般功能。这些可以包括更特定的过程之一中未包括的一般操作，诸如获取作业指令、估计分配或添加构建材料所需要的转数以及将回收构建材料经过循环供应站直接移动到循环材料器皿中。可以由引导器模块936处理的其它功能包括检测所连接的外部供应站和用于外部供应站的参数，诸如材料类型和进料器体积。另外，引导器模块936可以分析文件以确定用于形成不同成分的材料是否兼容。引导器模块936可以防止加载不兼容的构建材料。
安装模块938可以实现用于在供应站中安装构建材料容器的安装过程，除其他外尤其例如，确定构建材料容器是否包括正确的材料类型，并且如果不包括，则拒绝构建材料容器。分配模块940可以实现用于分配来自构建材料容器的构建材料的分配过程，除其他外尤其诸如监视分配过程期间构建材料容器的转数以及接受构建材料的容器的水平。填充模块942可以实现用于将构建材料添加到循环供应站中的构建材料容器的填充过程，诸如当从料斗清空的构建材料被添加到构建材料容器时。
构建模块944可以指导用于形成3D对象的构建操作。构建模块944可以通过触发调整器模块946来触发用于在层之间改变构建材料的成分的触发指令。包括对象的层的成分的指令以及在不同层中使用的不同成分的熔合过程可以是包含在构建文件中的构建操作的一部分。
调整器模块946可以控制用于不同器皿的进料器以改变成分，诸如关于图8所描述的。控制器900的模块可以一起使用以执行图10或11的方法。电耦合(Ec)948可以用于将控制器900连接到外部供应站以提供本文中所描述的功能。
图10是根据示例的用于操作3D打印机的方法1000的过程流程图。当多个器皿中的每一个上的进料器被调整以选择输送系统中的构建材料的成分时，方法1000可以在框1002处的构建操作中开始。在框1004处，当构建材料被输送到分配器皿以进料到构建室时，来自多个器皿中的每一个的构建材料可以在输送系统中被混合。在一些示例中，可能不需要混合，诸如在循环器皿中的材料已经具有目标成分的情况下。在框1006处，可以在构建室中形成混合构建材料的层。在框1008处，混合构建材料的层的部分可以被烧结或熔合，或者以其它方式被固化，以形成3D部件的层。如本文中所描述的，固化可以通过热、通过溶剂、通过化学反应或通过其任何组合来执行。
在框1010处，多个器皿中的每一个上的进料器可以被调整以选择用于下一层的构建材料的不同成分。在构建材料的成分改变之前，可以在构建材料的第一成分处形成多个层。例如，大约七层到大约十层可以在构建材料的一种成分处形成并且烧结，在此期间，分配器皿或料斗被清空。如本文中所描述的，取决于料斗的尺寸、构建平台的尺寸等，可以形成更少或更多数量的层。进料器可以被调整以形成构建材料的新成分，所述新成分被输送到料斗。在框1012处，下一层可以由新成分形成。在框1014处，下一层的部分可以被选择性地固化。如针对第一层所描述的，多个层(诸如大约七层到大约十层)可以在新成分处形成，在此期间，分配器皿或料斗被清空。
在框1016处，做出关于3D部件是否完成的确定。如果没有，过程流程在框1002处重新开始。如果3D部件在框1016处完成，则在框1018处过程结束。
图11是根据示例的用于操作3D打印机的方法1100的简化过程流程图。当多个器皿中的每一个上的进料器被调整以选择输送系统中的构建材料的成分时，方法1100可以在框1102处开始。在框1104处，当构建材料被输送到分配器皿以进料到构建室时，来自多个器皿中的每一个的构建材料在输送系统中被混合。在框1106处，可以在构建室中形成混合构建材料的层。在框1108处，混合构建材料的层的部分可以被选择性地固化以形成3D部件的层。如本文中所描述的，固化可以通过热、通过溶剂、通过化学反应或通过其任何组合来执行。在框1110处，多个器皿中的每一个上的进料器可以被调整以选择用于下一层的构建材料的不同成分。
图12是根据示例的包括用于指导处理器1202操作3D打印机的代码的非暂时性机器可读介质的框图。处理器1202可以通过总线1204访问非暂时性机器可读介质1200。处理器1202和总线1204可以如关于图9的处理器902和总线906所描述的。非暂时性机器可读介质1200可以包括针对图9的大容量存储装置908所描述的设备，或者可以包括光盘、拇指驱动或任何数量的其它硬件设备。
非暂时性机器可读介质1200可以包括代码1206，用于指导处理器1202调整多个供应器皿中的每一个上的进料器，以改变沉积在构建平台上的构建材料的层之间的输送系统中构建材料的成分。非暂时性机器可读介质1200还可以包括代码1208，以指导处理器检测外部供应站已经耦合到输送系统。可以包括代码1210以指导处理器1202调整外部供应站中的进料器，以改变输送系统中的构建材料的成分。
图13是根据示例的包括用于操作3D打印机的代码的非暂时性机器可读介质1300的简化框图。类似编号的项如关于图12所描述的。处理器1202、总线1204和机器可读介质1300可以如关于图12的处理器1202、总线1204和机器可读介质1200所描述的。另外，类似编号的项如关于图12所描述的。
虽然本技术可能易受各种修改和替代形式影响，但是上面所讨论的示例已经通过示例的方式示出。将理解，技术不意图限于本文中所公开的特定示例。实际上，本技术包括落在本技术范围内的所有替代、修改和等同物。

Claims (15)

1.一种用于变化用于由三维(3D)打印机形成的3D部件的构建材料的成分的系统，包括：
用于构建材料的多个器皿，其中每个器皿包括耦合到输送系统的进料器；
输送系统，其用于输送和混合来自多个器皿的构建材料；以及
控制器，其被配置为通过控制多个器皿中的每一个上的进料器来调整从多个器皿中的每一个添加的材料的量来调整构建材料的成分。
2.根据权利要求1所述的系统，包括构建文件，所述构建文件包括要用于3D部件中的层的构建材料的成分。
3.根据权利要求1所述的系统，包括：
新材料器皿，其通过新进料器耦合到输送系统；
循环材料器皿，其通过循环进料器耦合到输送系统；以及
回收材料器皿，其通过回收进料器耦合到输送系统。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述新进料器、循环进料器或回收进料器包括旋转进料器，所述旋转进料器包括每个容纳大约2克构建材料的多个凹槽。
5.根据权利要求1所述的系统，包括料斗，其被配置为容纳少于大约七层的构建材料。
6.根据权利要求1所述的系统，包括外部供应站，其被配置为耦合到输送系统。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述输送系统包括连接器，其被配置为耦合到外部供应站。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述外部供应站包括：
材料器皿；
用于材料器皿的进料器；以及
匹配连接器，其被配置为耦合到输送系统上的连接器。
9.一种用于操作三维(3D)打印机的方法，包括：
调整多个器皿中的每一个上的进料器以选择输送系统中的构建材料的成分；
当构建材料被输送到构建室时，在输送系统中混合来自多个器皿中的每一个的构建材料；
在构建室中沉积混合构建材料的层；
选择性地固化混合构建材料的层的部分以形成3D部件的层；以及
调整多个器皿中的每一个上的进料器以选择用于后续层的不同成分。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
在构建室中沉积构建材料的下一层；以及
选择性地固化3D部件的后续层的部分。
11.根据权利要求10所述的方法，包括在构建材料的多个层之间改变构建材料的成分。
12.根据权利要求9所述的方法，包括调整外部供应站中的进料器以改变构建材料的成分。
13.根据权利要求9所述的方法，检测外部供应站已经耦合到输送系统。
14.一种非暂时性机器可读介质，包括代码，其被配置为指导处理器调整多个供应器皿中的每一个上的进料器，以在沉积在构建平台上的构建材料的层之间改变输送系统中的构建材料的成分。
15.根据权利要求14所述的非暂时性机器可读介质，包括代码，其被配置为指导处理器：
检测外部供应站已经耦合到输送系统；以及
调整外部供应站中的进料器以改变输送系统中的构建材料的成分。
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