CN111587176A - 增材制造的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种增材制造系统。增材制造系统包括构建平台和至少一个工作站。构建平台限定连续的工作流程路径，并构造为围绕构建平台轴线旋转。工作站沿着第三方向与构建平台间隔开，并且构建平台和工作站中的至少一个构造为沿着第三方向移动。该工作站包括至少一个颗粒输送装置，至少一个重涂覆装置和至少一个固结装置。颗粒输送装置构造成将颗粒沉积在构建平台上。重涂覆装置被构造为分配沉积的颗粒以在构建平台上形成构建层。固结装置被构造为固结构建层的至少一部分。
Description
技术领域
本文描述的主题大体上涉及增材制造系统，并且更具体地涉及包括连续增材制造设备的增材制造系统。
背景技术
至少一些增材制造系统涉及颗粒材料的固结以制造部件。这样的技术有助于用昂贵的材料以降低的成本和提高的制造效率来制造复杂的部件。至少一些已知的增材制造系统(例如直接金属激光熔化(DMLM)，选择性激光熔化(SLM)，直接金属激光烧结(DMLS)和
系统)使用聚焦能量源(例如激光设备或电子束发生器)，构建平台和微粒(例如但不限于金属粉末)来制造部件。(LaserCusing是德国利希滕费尔斯的Concept LaserGmbH的注册商标。)在至少一些增材制造系统中，当在每个构建层被激光束扫描之后，使用重涂覆装置用新沉积的颗粒材料重涂覆部件时，形成了颗粒材料的新构建层。但是，在至少一些已知的系统中，构建过程的每个步骤都是在固定的颗粒材料床中顺序执行的，并且部件的构建时间受到部件每个构建层的颗粒沉积，分配和固结时间的限制。
发明内容
在一个方面，提供了一种增材制造系统，该增材制造系统限定第一纵向方向，第二横向方向和第三竖直方向，这三个方向彼此正交。增材制造系统包括构建平台和至少一个工作站。构建平台限定连续的工作流程路径，并构造为围绕构建平台轴线旋转。至少一个工作站沿着第三方向与构建平台间隔开，并且构建平台和至少一个工作站中的至少一个被构造为沿着第三方向移动。至少一个工作站包括至少一个颗粒输送装置，至少一个重涂覆装置以及至少一个固结装置。至少一个颗粒输送装置构造成将颗粒沉积在构建平台上。至少一个重涂覆装置被构造为分配沉积的颗粒以在构建平台上形成构建层。至少一个固结设备被构造为固结构建层的至少一部分。
在另一方面，提供了一种增材制造系统，该增材制造系统限定第一纵向方向，第二横向方向和第三竖直方向，这三个方向彼此正交。增材制造系统包括至少一个构建平台，至少一个工作站和构建平台输送机。至少一个工作站包括至少一个颗粒输送装置，至少一个重涂覆装置以及至少一个固结装置。至少一个颗粒输送装置构造成将颗粒沉积在构建平台上。至少一个重涂覆装置被构造为分配沉积的颗粒以在构建平台上形成构建层。至少一个固结装置被配置为固结构建层的至少一部分。构建平台输送机限定连续的工作流路径，其中，构建平台输送机被构造为将至少一个构建平台沿着工作流路径移动到至少一个工作站，并且其中至少一个构建平台和至少一个工作站中的至少一个构造为沿着第三方向移动。
在另一方面，提供了一种使用增材制造系统制造部件的方法。该方法包括沿着连续的工作流路径相对于至少一个工作站移动至少一个构建平台。至少一个工作站包括至少一个颗粒输送装置，至少一个重涂覆装置以及至少一个固结装置。该方法还包括使用至少一个颗粒输送装置将颗粒沉积到至少一个构建平台上。该方法还包括使用至少一个重涂覆装置分配沉积的颗粒以形成构建层。最后，该方法包括操作固结装置以固结构建层的至少一部分。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是示例性连续增材制造系统的示意图；
图2是可用于操作图1所示的增材制造系统的控制器的框图；
图3是可与图1所示的系统一起使用的示例性构建平台的平面示意图，示出了两个示例性工作站；
图4是图3所示的工作站之一的示意性侧视图；
图5是可与图3所示的工作站一起使用的多个重涂覆装置的多个侧视图；
图6是可与图3所示的工作站一起使用的多个颗粒输送装置的多个侧视图。
图7是可与图6所示的颗粒输送装置一起使用的多个喷嘴的多个俯视图和侧视图；
图8是图1所示的连续增材制造系统的替代实施例的平面示意图；以及
图9是可用于使用图1和图8所示的增材制造系统来制造部件的示例性方法的流程图。
除非另有说明，否则本文提供的附图旨在说明本公开的实施方案的特征。这些特征被认为可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统中。这样，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的实践本文所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数形式。
“可选”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件没有发生的实例。
如在整个说明书和权利要求书中在本文中所使用的，近似语言可以用于修改可以定量变化的任何定量表示，而不会导致其所涉及的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”，“基本上”和“近似”之类的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。
如本文所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如“处理设备”，“计算设备”和“控制器”不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，还泛指微控制器，微型计算机，可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其他可编程电路，这些术语在本文中可以互换使用。在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于诸如随机存取存储器(RAM)的计算机可读介质，诸如闪存的计算机可读非易失性介质。或者，也可以使用软盘，光盘–只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。而且，在本文描述的实施例中，附加的输入通道可以是但不限于与诸如鼠标和键盘之类的操作员界面相关联的计算机外围设备。可替代地，也可以使用其他计算机外围设备，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加的输出通道可以包括但不限于操作员界面监视器。
此外，如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器中的由个人计算机，工作站，客户端和服务器执行的任何计算机程序存储。
如本文所用，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以短期和长期存储信息(例如，任何设备中的计算机可读指令，数据结构，程序模块和子模块，或其他数据)的任何技术方法实现的任何基于计算机的有形设备。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形，非暂时性计算机可读介质中的可执行指令，该介质包括但不限于储存设备和/或存储设备。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文所使用，术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储设备，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件，物理和虚拟存储，CD-ROMS，DVD以及任何其他数字源，例如网络或Internet，以及尚未开发的数字方式，唯一的例外是暂时性的传播信号。
此外，如本文中所使用的，术语“实时”是指相关事件的发生时间，预定数据的测量和收集时间，处理数据的时间以及系统对事件和环境的响应时间中的至少一个。在本文所述的实施例中，这些活动和事件基本上是瞬时发生的。
本文所述的系统和方法包括增材制造系统，该增材制造系统包括至少一个工作站，该工作站包括被构造为将颗粒沉积在至少一个构建平台上的至少一个颗粒输送装置，被构造为分配颗粒以形成构建层的至少一个重涂覆装置，以及至少一个固结装置，其被构造为固结构建层的至少一部分。至少一个构建平台被构造为相对于至少一个工作站沿着连续的工作流路径移动。在一个实施例中，至少一个构建平台是限定连续的工作流路径的构建平台，其中，构建平台被构造为围绕构建平台轴线旋转，并且其中构建平台和至少一个工作站中的至少一个构造为沿着竖直方向移动。在另一实施例中，至少一个构建平台联接到构建平台输送机，该构建平台输送机被构造为沿着工作流路径将至少一个构建平台移动到至少一个工作站，其中，至少一个构建平台和至少一个工作站中的至少一个构造为沿着竖直方向移动。增材制造系统通过减少顺序和不同的处理类型系统所需的固有操作停机时间，减少制造部件所需的时间以及降低增材制造部件的成本，从而有助于提高系统效率。
增材制造处理和系统包括，例如但不限于，光聚合，粉末床熔融，粘合剂喷射，材料喷射，片层压，材料挤出，定向能量沉积和混合系统。这些过程和系统包括但不限于，例如SLA–光刻设备，DLP–数字光处理，3SP–扫描，旋转和选择性光固化，CLIP–连续液体界面生产，SLS–选择性激光烧结，DMLS–直接金属激光烧结，SLM–选择性激光熔化，EBM–电子束熔化，SHS–选择性热烧结，MJF–多喷射熔融，3D打印，体素喷射，聚合喷射(Polyjet)，SCP–平滑曲率打印，MJM–多喷射建模Projet，LOM–层压制品制造，SDL–选择性沉积层压，UAM–超声增材制造，FFF–熔融长丝加工，FDM–熔融沉积建模，LMD–激光金属沉积，LENS–激光工程净成形，DMD–直接金属沉积，混合系统，以及这些过程和系统的组合。这些过程和系统可以采用例如但不限于所有形式的电磁辐射，加热，烧结，熔化，固化，粘合，固结，压制，嵌入以及它们的组合。
增材制造过程和系统采用的材料包括但不限于例如聚合物，塑料，金属，陶瓷，沙子，玻璃，蜡，纤维，生物物质，复合材料以及这些材料的混合物。这些材料可以适合于给定材料和过程或系统的各种形式用于这些过程和系统中，包括例如但不限于液体，固体，粉末，片，箔，带，细丝，粒料，液体，浆液，线，喷雾，糊状物以及这些形式的组合。
图1是示例性连续增材制造系统10的示意图。坐标系12包括x轴，y轴和z轴，这三个轴彼此正交。在示例性实施例中，连续增材制造系统10包括两个固结装置14，每个固结装置包括激光装置16，一对扫描电动机18，一对扫描镜20和扫描透镜22，用于使用逐层制造工艺来制造部件24。可替代地，每个固结装置14可以包括使用本文描述的任何过程和系统来促进材料固结的任何部件。激光装置16各自提供高强度能量源，该高强度能量源被构造为使用能量束28在粉末材料中生成熔池26(未按比例显示)。使用光纤电缆将每个激光装置16联接到一个固结装置14。每个固结装置14的外壳30联接到安装系统32。连续增材制造系统10还包括计算机控制系统或控制器34。
通过致动器或致动器系统36来移动安装系统32，该致动器或致动器系统36被构造为在X方向，Y方向和Z方向上移动安装系统32，以与每个扫描镜20配合以促进在连续增材制造系统10内制造部件24的层。例如但不限于，安装系统32围绕中心点枢转，沿线性路径，弯曲路径移动和/或旋转以覆盖圆形构建平台38上的粉末的一部分，以利于沿着构建层44的多个颗粒45的表面引导能量束28以形成部件24的层。替代地，壳体30和能量束28以使连续增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何取向和方式移动。
每个扫描电动机18由控制器34控制，并且被构造为移动一个镜子20，使得能量束28被反射为沿着沿着构建平台38的预定路径，例如但不限于，线性和/或旋转扫描路径40入射。在示例性实施例中，扫描电动机18和扫描镜20的组合形成二维扫描振镜。替代地，扫描电动机18和扫描镜20可包括三维(3D)扫描振镜，动态聚焦振镜和/或可用于使激光装置16的能量束28偏转的任何其他方法。
在示例性实施例中，构建平台38通过致动器系统36在旋转方向42上围绕平台轴线39旋转，以促进颗粒45的连续沉积，分配和固结。如以上关于安装系统32所述，致动器系统36还被配置为沿Z方向(即，垂直于构建平台38的顶表面)移动构建平台38，使得构建层44可以被固结在先前固结的构建层44的顶部上。在一些实施例中，致动器系统36还被构造为在XY平面内移动构建平台38。例如但不限于，在壳体30固定的替代实施例中，致动器系统36沿旋转方向42以及沿X方向和/或Y方向旋转构建平台38，以与扫描电动机18和扫描镜20配合，以沿着构建平台38周围的扫描路径40引导激光装置16的能量束28。在示例性实施例中，致动器系统36包括但不限于例如线性电动机，液压和/或气动活塞，螺杆驱动机构和/或输送器系统。
在示例性实施例中，连续增材制造系统10被操作以由部件24的3D几何形状的计算机建模表示来制造部件24。可以在计算机辅助设计(CAD)或类似文件中生成计算机建模表示。部件24的CAD文件被转换为逐层格式，其中包括针对部件24的每一层(例如，部件24的构建层44，其包含要由连续增材制造系统10固结的多个颗粒45)的多个构建参数。在示例性实施例中，在相对于连续增材制造系统10中使用的坐标系的原点的期望方位上对部件24建模。部件24的几何形状被切成期望厚度的层的堆叠，使得每一层的几何形状是在该特定层位置处穿过部件24的横截面的轮廓。跨相应层的几何形状生成扫描路径40。沿扫描路径40施加构建参数，以由用于构建部件24的颗粒45制造部件24的该层。对于部件24几何形状的每个相应层重复这些步骤。一旦该过程完成，就生成扫描路径40的电子表示，包括所有层。扫描路径40的电子表示被加载到连续增材制造系统10的控制器34中，以在每一层的制造期间控制该系统。
在将扫描路径40的电子表示形式加载到控制器34中之后，连续增材制造系统10被运行，通过以旋转方式实施逐层制造处理(例如直接金属激光熔化方法)来生成部件24，例如，在部件24中实现螺旋结构。示例性的逐层连续增材制造处理不使用预先存在的制品作为最终部件的前体，而是该处理由原材料以可构造的形式(例如颗粒45)生产部件24。例如但不限于，可以使用钢粉来增材制造钢部件。连续增材制造系统10能够使用多种材料来制造部件，例如部件24，所述材料例如但不限于金属，陶瓷，玻璃和聚合物。
图2是可用于操作连续增材制造系统10(图1所示)的控制器34的框图。在示例性实施例中，控制器34是通常由连续增材制造系统10的制造商提供的控制连续增材制造系统10的操作的任何类型的控制器。控制器34至少部分地基于来自操作员的指令执行操作以控制连续增材制造系统10的操作。控制器34包括例如将由连续增材制造系统10制造的部件24的3D模型。控制器34执行的操作包括控制激光装置16(如图1所示)的功率输出，以及通过致动器系统36(均在图1中显示)调整安装系统32和/或构建平台38，以控制能量束28的扫描速度。控制器34还被构造为控制扫描电动机18以引导扫描镜20以进一步控制连续增材制造系统10内的能量束28的扫描速度。在替代实施例中，控制器34可执行使连续增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何操作。
在示例性实施例中，控制器34包括存储装置46和耦接到存储装置46的处理器48。处理器48可以包括一个或多个处理单元，例如但不限于多核构造。处理器48是允许控制器34如本文所述操作的任何类型的处理器。在一些实施例中，可执行指令被存储在存储装置46中。控制器34可构造为通过编程处理器48执行本文所述的一个或多个操作。例如，可以通过将操作编码为一个或多个可执行指令并在存储装置46中提供可执行指令来对处理器48进行编程。在示例性实施例中，存储装置46是使得能够存储和检索诸如可执行指令或其他数据之类的信息的一个或多个装置。存储装置46可以包括一个或多个计算机可读介质，例如但不限于随机存取存储器(RAM)，动态RAM，静态RAM，固态盘，硬盘，只读存储器(ROM)，可擦除可编程ROM，电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。上面的存储器类型仅是示例性的，因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。
存储装置46可以被构造为存储任何类型的数据，包括但不限于与部件24相关联的构建参数。在一些实施例中，处理器48基于数据的年龄从数据存储装置46移除或“清除”数据。例如，处理器48可以覆盖与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。另外或可替代地，处理器48可以去除超过预定时间间隔的数据。另外，存储装置46包括但不限于足够的数据，算法和命令，以促进对由连续增材制造系统10制造的部件24的构造参数和几何情况的监视。
在一些实施例中，控制器34包括耦接到处理器48的呈现接口50。呈现接口50向用户52呈现信息，例如连续增材制造系统10的操作情况。在一个实施例中，呈现接口50包括耦接到诸如阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)，有机LED(OLED)显示器或“电子墨水”显示器之类的显示装置(未示出)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，呈现接口50包括一个或多个显示装置。另外或替代地，呈现接口50包括音频输出设备(未示出)，例如但不限于，音频适配器或扬声器(未示出)。
在一些实施例中，控制器34包括用户输入接口54。在示例性实施例中，用户输入接口54耦接到处理器48并从用户52接收输入。用户输入接口54可以包括但不限于例如键盘，定点设备，鼠标，手写笔，触敏面板，诸如但不限于触摸板或触摸屏，和/或音频输入接口，例如但不限于麦克风。诸如触摸屏之类的单个部件可以同时用作呈现接口50的显示装置和用户输入接口54。
在该示例性实施例中，通信接口56耦接至处理器48，并且被构造为与一个或多个其他装置(例如，激光装置16)通信耦接，并且在充当输入通道的同时针对这些装置执行输入和输出操作。例如，通信接口56可以包括但不限于有线网络适配器，无线网络适配器，移动电信适配器，串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口56可以从一个或多个远程装置接收数据信号或向一个或多个远程装置发送数据信号。例如，在一些实施例中，控制器34的通信接口56可以向/从致动器系统36发送/接收数据信号。
呈现接口50和通信接口56均能够提供适合与本文描述的方法一起使用的信息，例如，向用户52或处理器48提供信息。因此，呈现接口50和通信接口56可以被称为输出装置。类似地，用户输入接口54和通信接口56能够接收适合与本文描述的方法一起使用的信息，并且可以被称为输入装置。
图3是连续增材制造系统10(图1所示)的平面示意图，示出了两个示例性工作站100。图4是示出工作站100的构建平台38(在图3中示出)的侧视示意图。图5是可与工作站100(图3所示)一起使用的多个重涂覆装置104的多个侧视图。图6是可与工作站100(图3所示)一起使用的多个颗粒输送装置102的多个侧视图。在示例性实施例中，构建平台38和工作站100被构造为促进颗粒45的连续固结以形成至少一个部件24。每个工作站100包括一个固结装置14，颗粒输送装置102和重涂覆装置104。构建平台38，工作站100和颗粒45的形状和布置仅是示例，并且本领域技术人员将理解，构建平台38，工作站100和颗粒45可以具有使连续增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何构造。
在示例性实施例中，构建平台38是限定了中央开口部分105的圆盘。构建平台38限定连续的工作流路径101，并构造为围绕平台轴线39在旋转方向42上旋转。另外，构建平台38限定了相对于Z方向以平台角109定向的平台平面107。在示例性实施例中，平台角109在大约275度和85度之间。在替代实施例中，平台角109可以是有助于如本文所述的连续增材制造系统10的操作的任何值。在其他替代实施例中，构建平台38可以是实心的，并且可以是矩形，三角形和椭圆形之一。在其他替代实施例中，构建平台38可以具有有助于连续增材制造系统10的操作的任何形状。
在示例性实施例中，工作站100沿着Z方向与构建平台38间隔开工作站高度并且是固定的。构建平台38被构造为相对于工作站100沿着Z方向移动。每个工作站100包括至少一个颗粒输送装置102，至少一个重涂覆装置104和至少一个固结装置14。在替代实施例中，工作站100可以包括有助于如本文所述的连续增材制造系统10的操作的任何类型和数量的装置。在示例性实施例中，连续增材制造系统10包括位于构建平台38的相对侧的两个工作站100。在替代实施例中，连续增材制造系统10可包括促进如本文所述的连续增材制造系统10的操作的任何数量的工作站100。
在示例性实施例中，每个工作站100包括一个重涂覆装置104。重涂覆装置104被构造为分配颗粒45以在构建平台38上形成构建层44。更具体地，重涂覆装置104在构建平台38的表面上机械地重新分配颗粒45，从而实现在构建平台38上的颗粒的一致的横向分布和深度，以形成构建层44。在一个实施例中，重涂覆装置104是刚性刀片重涂覆装置200，其限定以相对于Z方向的第一重涂覆装置角度115和相对于X方向的第二重涂覆装置角度117定向的重涂覆装置平面113。在该示例性实施例中，一个重涂覆装置104被定向为将颗粒45从构建平台38的径向内部分配到构建平台38的径向外部，并且一个重涂覆装置104被定向成将颗粒45从构建平台38的径向外部分配到构建平台38的径向内部。在替代实施例中，重涂覆装置104可以构造成将颗粒45从构建平台38的任何部分分配到构建平台38的任何其他部分，这有助于如本文所述的连续增材制造系统10的操作。在另一个替代实施例中，重涂覆装置104可以是以下之一：柔性重涂覆装置202，其被构造为响应于重涂覆过程中遇到的障碍而至少部分可变形；弯曲和/或成角度的重涂覆装置204，其被构造为沿特定XY方向分配颗粒45；振动重涂覆装置206，其被构造为在重涂覆过程中振动，以促进分配颗粒45；反向旋转重涂覆装置208，其被构造成相对于颗粒45旋转以促进分配颗粒45；以及精细重涂覆装置210和粗重涂覆装置212，其被构造为便于逐步地分配颗粒。在其他替代实施例中，每个重涂覆装置104可限定相对于任何方向以任何角度定向的平面，该平面有助于如本文所述的连续增材制造系统10的操作。
在示例性实施例中，每个工作站100包括一个颗粒输送装置102。颗粒输送装置102被构造为以一定的速率将颗粒沉积在构建平台38上，该速率可以通过连续增材制造系统10进行控制以促进制造部件24。更具体地，颗粒输送装置102将颗粒45沉积在构建平台38的区域上，该区域便于重涂覆装置104分配和整平颗粒45以形成构建层44。颗粒输送装置102可包括颗粒料斗110，颗粒进料器112和进料限制器或喷嘴114。在一个实施例中，颗粒输送装置102是螺旋进料颗粒输送装置300，其包括料斗110，螺旋式进料器112，伸缩导管116和喷嘴114。在替代实施例中，颗粒输送装置102可以是以下之一：固定孔口漏斗颗粒输送装置302，其被构造成以恒定速率将颗粒45沉积在构建平台38上；带阀可变孔口颗粒输送装置304，其被构造成以变化的速率将颗粒45沉积在构建平台38上；振动通道颗粒输送装置306，其被构造为使用振动以促进将颗粒45从料斗110转移到构建平台38；吹气颗粒输送装置308，其被构造为使用加压气体将颗粒45夹带并沉积在构建平台38上；以及输送机颗粒输送装置310，其被构造成使用输送机将颗粒45沉积在构建平台38上。
图7是可与颗粒输送装置102(图6所示)一起使用的多个喷嘴114的多个俯视图和侧视图。在示例性实施例中，喷嘴114是圆形对称喷嘴400，并且被构造为控制来自颗粒输送装置102的进料器112的颗粒45的流动。在替代实施例中，喷嘴114可以是以下之一：对称狭缝喷嘴402，包括对称的颗粒计量槽；非对称圆形喷嘴404，包括沿喷嘴404的边缘定位的圆形颗粒计量开口；以及非对称任意喷嘴406，包括位于喷嘴406的任何部分的非对称颗粒计量开口。在其他替代实施例中，每个喷嘴114可包括非圆形顶部。在其他替代实施例中，颗粒输送装置102可包括任何喷嘴114，其促进如本文所述的连续增材制造系统10的操作。
图8是连续增材制造系统500的平面示意图，该系统是连续增材制造系统10(图1所示)的替代实施例。图8所示的实施例与图1所示的实施例基本相同，除了连续增材制造系统500还包括构建平台输送机502，该构建平台输送机502使模块化构建平台38相对于工作站100在XY平面中沿连续的工作流路径101在旋转方向504上移动。在示例性实施例中，构建平台输送机502，模块化构建平台38和工作站100被构造为配合以促进颗粒45的连续固结以形成至少一个部件24。构建平台输送机502，模块化构建平台38和工作站100的形状和布置仅是示例，并且本领域技术人员将理解，构建平台输送机502，模块化构建平台38和工作站100可具有使连续增材制造系统500能够如本文所述起作用的任何配置。
在示例性实施例中，连续增材制造系统500包括六个工作站100和二十八个模块化建造平台，每个模块化建造平台38联接到建造平台输送机502。在示例性实施例中，构建平台输送机502限定了连续的矩形工作流路径101。在替代实施例中，工作流路径101可以具有任何形状，包括但不限于圆形，椭圆形和三角形。构建平台输送机502被构造为将每个模块化构建平台38沿着工作流路径101移动到每个工作站100。在示例性实施例中，工作站100被构造为沿Z方向移动。在替代实施例中，构建平台输送机502被构造为沿着Z方向移动，并且工作站100是固定的。在另外的替代实施例中，构建平台输送机502可以以任何有利于如本文所述的连续增材制造系统500的操作的方式构造。
图9是可用于使用连续增材制造系统10和/或连续增材制造系统500(分别在图1和图8中示出)制造部件24的示例性方法的流程图。参照图1至图8，方法600包括602沿着连续的工作流路径101相对于至少一个工作站100移动至少一个构建平台38，其中，至少一个工作站包括至少一个颗粒输送装置102，至少一个重涂覆装置104以及至少一个固结装置14。方法600还包括604用至少一个颗粒输送装置102将颗粒45沉积到构建平台上。方法600进一步包括606用至少一个重涂覆装置104分配颗粒45以形成构建层44。最终，方法600包括608操作固结装置14以固结构建层44的至少一部分。在示例性实施例中，方法600的步骤602-608可以基本同时执行，其中每个步骤602-608利用连续增材制造系统10的空间上分开的部件。在替代实施例中，步骤602-608可以在时间上分开。
本文所述的实施例包括增材制造系统，其包括至少一个工作站，该工作站包括至少一个构造为将颗粒沉积在构建平台上的颗粒输送装置，至少一个构造成分配颗粒以形成构建层的重涂覆装置，以及至少一个构造成对构建层的至少一部分进行固结的固结装置。增材制造系统还包括至少一个构建平台，该构建平台被构造为沿着连续的工作流路径相对于至少一个工作站移动。在一个实施例中，至少一个构建平台是限定连续的工作流路径的构建平台，其中，构建平台构造为围绕构建平台轴线旋转，并且其中构建平台和至少一个工作站中的至少一个构造为沿竖直方向移动。在另一实施例中，至少一个构建平台联接到构建平台输送机，该构建平台输送机被构造为沿着工作流路径将至少一个构建平台移动到至少一个工作站，其中，至少一个构建平台和至少一个工作站中的至少一个配置为沿竖直方向移动。增材制造系统通过减少顺序和不同的处理类型系统所需的固有操作停机时间，减少制造部件所需的时间以及降低增材制造部件的成本，从而有助于提高系统效率。
本文描述的方法，系统和装置的示例性技术效果包括以下各项中的至少一项：a)提高增材制造系统的效率，b)减少增材制造部件所需的制造时间，c)提高增材制造部件的生产率，d)降低增材制造部件的成本。
上面详细描述了包括连续制造设备的增材制造系统的示例性实施例。增材制造系统和使用此类系统的方法不限于本文所述的特定实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以与本文所述的其他部件和/或步骤独立且分开地使用。例如，这些方法还可以与其他增材制造系统结合使用，并且不限于仅与如本文所述的增材制造系统和方法一起实践。相反，可以结合许多其他增材制造系统来实施和利用示例性实施例。
尽管可以在一些附图中而不在其他附图中示出本公开的各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的实施例，并且还使本领域技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种增材制造系统，限定第一纵向方向，第二横向方向和第三竖直方向，该三个方向彼此正交，其特征在于，所述增材制造系统包括：
限定连续的工作流路径的构建平台，所述构建平台构造为围绕构建平台轴线旋转；
至少一个工作站，所述至少一个工作站沿着所述第三方向与所述构建平台间隔开，其中，所述构建平台和所述至少一个工作站中的至少一个构造为沿着所述第三方向移动，所述至少一个工作站包括：
至少一个颗粒输送装置，所述至少一个颗粒输送装置构造为将颗粒沉积在所述构建平台上；
至少一个重涂覆装置，所述至少一个重涂覆装置构造为分配所沉积的颗粒以在所述构建平台上形成构建层；以及
至少一个固结装置，所述至少一个固结装置构造为固结所述构建层的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述构建平台限定相对于所述第三方向以一定角度定向的平面。
3.根据权利要求2所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述平面相对于所述第三方向以近似在275度和85度之间的角度定向。
4.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述构建平台是矩形，圆形和椭圆形中的一个。
5.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个颗粒输送装置包括固定孔口漏斗分配器，可变阀孔口分配器，螺旋进料分配器，振动通道分配器，吹气分配器和输送机分配器中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个颗粒输送装置包括构造成控制颗粒的流动的喷嘴，并且其中所述喷嘴包括对称圆形喷嘴，对称开槽喷嘴，非对称圆形喷嘴和非对称任意喷嘴中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个重涂覆装置包括硬刀片重涂覆装置，柔性重涂覆装置，振动重涂覆装置和反向旋转辊重涂覆装置中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个重涂覆装置限定相对于所述第三方向以第一角度并且相对于所述第一方向以第二角度定向的平面。
9.一种增材制造系统，限定第一纵向方向，第二横向方向和第三竖直方向，该三个方向彼此正交，其特征在于，所述增材制造系统包括：
至少一个构建平台；
至少一个工作站，包括：
至少一个颗粒输送装置，所述至少一个颗粒输送装置构造为将颗粒沉积在所述至少一个构建平台上；
至少一个重涂覆装置，所述至少一个重涂覆装置构造为分配所沉积的颗粒以在所述至少一个构建平台上形成构建层；以及
至少一个固结装置，所述至少一个固结装置构造为固结所述构建层的至少一部分；以及
限定连续的工作流路径的构建平台输送机，其中，所述构建平台输送机构造为将所述至少一个构建平台沿着所述工作流路径移动到所述至少一个工作站，并且其中，所述至少一个构建平台和所述至少一个工作站中的至少一个构造为沿着所述第三方向移动。
10.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个工作站被构造为沿着所述第三方向移动，并且其中，所述构建平台输送机相对于所述第三方向是固定的。
11.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述连续工作流路径是矩形，圆形和椭圆形中的一个。
12.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个颗粒输送装置包括固定孔口漏斗分配器，可变阀孔口分配器，螺旋进料分配器，振动通道分配器，吹气分配器和输送机分配器中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个颗粒输送装置包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴包括对称圆形喷嘴，对称开槽喷嘴，非对称圆形喷嘴和非对称任意喷嘴中的至少一个。
14.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个重涂覆装置包括硬刀片重涂覆装置，柔性重涂覆装置，振动重涂覆装置和反向旋转辊重涂覆装置中的至少一个。
15.根据权利要求9所述的增材制造系统，其特征在于，其中所述至少一个重涂覆装置限定相对于所述第三方向以第一角度和相对于所述第一方向以第二角度定向的平面。
16.一种使用增材制造系统制造部件的方法，其特征在于，所述方法包括：
沿着连续的工作流路径相对于至少一个工作站移动至少一个构建平台，所述至少一个工作站包括：
至少一个颗粒输送装置；
至少一个重涂覆装置；以及
至少一个固结装置；
使用所述至少一个颗粒输送装置将颗粒沉积到所述至少一个构建平台上；
使用所述至少一个重涂覆装置分配所沉积的颗粒以形成构建层；以及
操作所述至少一个固结装置以固结所述构建层的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个构建平台构造为围绕构建平台轴线旋转。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个构建平台是矩形，圆形和椭圆形中的一个。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中移动所述至少一个构建平台包括使用限定所述连续的工作流路径的构建平台输送机来移动所述至少一个构建平台。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，其中所述连续的工作流路径是矩形，圆形和椭圆形中的一个。
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