CN111655458B - 具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造 - Google Patents

具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造 Download PDF

Info

Publication number
CN111655458B
CN111655458B CN201880087781.9A CN201880087781A CN111655458B CN 111655458 B CN111655458 B CN 111655458B CN 201880087781 A CN201880087781 A CN 201880087781A CN 111655458 B CN111655458 B CN 111655458B
Authority
CN
China
Prior art keywords
additive manufacturing
sheet
nozzles
fluid
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880087781.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111655458A (zh
Inventor
J·R·普兹比拉
J·豪尔
M·G·梦露
G·P·库克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Development Co LP
Original Assignee
Hewlett Packard Development Co LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Development Co LP filed Critical Hewlett Packard Development Co LP
Publication of CN111655458A publication Critical patent/CN111655458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111655458B publication Critical patent/CN111655458B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/145—Arrangement thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

在根据本公开的一个示例中，描述了一种增材制造模块。该增材制造模块包括试剂分配器，用于选择性地将制备试剂分配到构建材料层上。该试剂分配器包括至少一个流体喷射片。每个流体喷射片包括沿着片的长度和片的宽度布置的多个喷嘴，所述多个喷嘴被布置成以使得对于每组相邻的喷嘴，每组相邻的喷嘴的相应的子组沿着流体喷射片的宽度被定位在不同的片宽度位置处。流体喷射片还包括：对于多个喷嘴中的每个相应的喷嘴，流体地耦合到相应的喷嘴的相应的喷射腔；以及对于每个相应的喷射腔，流体地耦合到相应的喷射腔的至少一个相应的流体馈送孔。

Description

具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造
技术领域
本公开大体上涉及增材制造技术。
背景技术
增材制造装置通过堆积材料层来生产三维(3D)物体。一些增材制造装置被称为“3D打印装置”，因为它们使用喷墨或其他打印技术来施加某些制造材料。3D打印装置和其他增材制造装置可以将物体的计算机辅助设计(CAD)模型或其他数字表示直接转换成实物。
发明内容
根据第一方面，本公开提供一种增材制造模块，所述增材制造模块包括：试剂分配器，所述试剂分配器用于选择性地将制备试剂分配到构建材料层上，其中所述试剂分配器包括：至少一个流体喷射片，所述至少一个流体喷射片包括：多个喷嘴，所述多个喷嘴沿着片的长度和片的宽度布置，所述多个喷嘴被布置成以使得对于每组相邻的喷嘴，每组相邻的喷嘴的相应的子组沿着所述流体喷射片的宽度被定位在不同的片宽度位置处；对于所述多个喷嘴的每个相应的喷嘴，流体地耦合到所述相应的喷嘴的相应的喷射腔；以及对于每个相应的喷射腔，流体地耦合到所述相应的喷射腔的至少一个相应的流体馈送孔，其中，所述试剂分配器在将所述制备试剂分配到构建材料层上时在对应于片的宽度的方向上移动，其中，所述多个喷嘴被布置成沿着片的长度成角度的列，所述成角度的列横跨所述流体喷射片的宽度分布，所述成角度的列被布置成以使得每个成角度的列与片的宽度是非正交的，以及其中，成角度的列内的邻近喷嘴具有小于由喷嘴的输出所覆盖的区域的间距。
根据第二方面，本公开提供一种增材制造装置，所述增材制造装置包括：第一方面所述的增材制造模块；以及构建材料分配器，所述构建材料分配器用于将构建材料层相继沉积到构建区域中。
根据第三方面，本公开提供一种增材制造系统，所述增材制造系统包括：底座，所述底座用于容纳一定体积的构建材料；以及第一方面所述的增材制造模块。
附图说明
附图示出了本文所描述的原理的各种示例，并且成为说明书的一部分。所示出的示例被提供用于说明，而并未限制权利要求的范围。
图1是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造模块的框图。
图2是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造装置的框图。
图3是根据本文所描述的原理的示例的具有底座、加热器以及具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造系统的简化俯视图。
图4是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造模块的流体喷射片的仰视图。
图5是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造模块的流体喷射片的轴测图。
图6是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造模块的流体喷射片的仰视图。
在所有附图中，相同的附图标记指代相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且一些部分的尺寸可能被放大以更清楚地示出所示的示例。此外，附图提供了与本说明书相一致的示例和/或实施方式；然而，本说明书不限于附图中所提供的示例和/或实施方式。
具体实施方式
增材制造装置通过在装置内的底座上固化构建材料层来制作三维(3D)物体。增材制造装置基于例如用计算机辅助制图(CAD)计算机程序产品所生成的物体的3D模型中的数据来制作物体。将模型数据处理成切片，每个切片限定了要固化的构建材料层的部分。
在一个示例中，为了形成3D物体，将可以是粉末的构建材料沉积在底座上。然后，将熔合试剂分配到构建材料层的要熔合以形成3D物体层的部分上。执行这种类型的增材制造的系统可以被称为基于粉末和熔合试剂的系统。以期望的图案布置的熔合试剂增加了其上布置有试剂的在下面的构建材料层的能量吸收。然后，构建材料被暴露在例如电磁辐射等的能量中。电磁辐射可以包括红外光、激光或其他合适的电磁辐射。由于由熔合试剂所赋予的增加的热量吸收性质，构建材料的其上布置有熔合试剂的那些部分被加热到高于构建材料的熔合温度的温度。
因此，当能量被施加到构建材料的表面时，已接收熔合试剂并因此具有增加的能量吸收特性的构建材料会熔合，而构建材料的未接收熔合试剂的那部分保持粉末的形式。构建材料的接收试剂并因此具有增加的热量吸收性质的那些部分可以被称为已熔合部分。相比之下，所施加的热量并未如此大以使得构建材料的没有试剂的部分的热量增加到该熔合温度。构建材料的未接收试剂并因此不具有增加的热量吸收性质的那些部分可以称为未熔合部分。
因此，预定量的热量被施加到整个构建材料的底座，由于通过熔合试剂所赋予的增加的热量吸收性质，构建材料的接收熔合试剂的部分会熔合并形成物体，而在存在这种施加热能的情况下，构建材料的未熔合部分未受影响，即，未熔合。以分层的方式重复此过程以生成3D物体。然后可以将材料的未熔合部分与已熔合部分分开，并将未熔合部分再循环用于后续的3D打印操作。
尽管具体提及了一种类型的增材制造工艺，但是本文所描述的原理可以适用于其他类型的增材制造工艺。例如，在另一系统中，构建材料可以在增材制造装置中通过熔合试剂松散地保持在一起，并且最后的熔合可以在零部件组装后在外部进行。
尽管这种增材制造装置和系统允许简化的3D打印，但是一些特性妨碍了它们更完整的实施。例如，在一些场景中，杂质粒子可能会进入喷射腔。这些杂质粒子中的一些可能具有足够大的尺寸、以足够大的量存在、或具有对试剂分配器中的喷嘴的操作产生负面影响的其他属性。
例如，在增材制造操作中，来自基于粉末的构建体中的颗粒物质可能进入分配熔合试剂或另一种制备试剂的喷嘴的喷射腔。例如，可以以足够大的速度进行制备试剂的喷射，以从构建区域去除颗粒物质。所去除的颗粒物可能进入并堵塞喷嘴，引发不正常的流体沉积，或完全抑制流体沉积。此外，在一些情况下，试剂分配器垂直于所喷射的流体移动。也就是说，流体可沿y方向向下喷射，而试剂分配器可以沿着x平面平移。在该示例中，当试剂分配器上的喷嘴密集聚集时，从流体喷射夹带的空气与在基质上方所生成的空气的自然冲流交接。这些不同气流的交接产生了以再循环模式向上流动的涡流。这些涡流为悬浮在构建单元上方的粉末粒子提供能量。这些轻的粒子可能会向上漂移到喷嘴开口中并阻塞喷嘴开口。
在其他示例中，这些涡流使得制备试剂自身上升，并可能堵塞喷嘴开口。更进一步地，在一些情况下，制备试剂和/或颗粒物质不会进入喷嘴，而是沉积在流体喷射片上。然后，例如擦拭器等的清洁部件会将流体喷射片上的任何制备试剂和/或颗粒物质擦拭到喷嘴开口中。这种阻塞的喷嘴显然会影响操作并且会影响后续喷射动作的效力。
喷嘴孔口的堵塞甚至可能损坏喷射器。例如，喷嘴中的流体用作在加热和汽化流体气泡之后冷却喷射器。如果喷嘴孔口堵塞，这会影响流体从储存器吸入到激发腔(firingchamber)中，从而使喷射器暴露在空气中更长时间。这种增加的空气暴露会导致喷射器过早的故障，并进一步降低流体喷射性能。也就是说，如果没有流体再填充到激发腔中来冷却喷射器，则堵塞的喷嘴将会过热。这降低了喷嘴的可靠性，并且可能导致喷嘴的故障。
这两种气流的相互作用还可能影响3D打印质量。例如，涡流可以改变从增材制造装置到基质的流体路径，从而导致不太准确的流体沉积和不太准确的增材制造。
因此，本说明书描述了用于防止形成大到足以引起部件损坏且影响打印质量的涡流的装置和系统。具体地，本说明书描述了包括多个喷嘴的流体喷射片。喷嘴沿着片的宽度和片的长度布置。喷嘴由一组沿着片的长度邻近的相邻的喷嘴来分组。在一个示例中，成组的相邻的喷嘴可以是成角度的列。在该示例中，邻近的相邻的喷嘴具有彼此不同的片宽度位置。例如，相邻的喷嘴与片的宽度可以是成角度的或者非正交的。具有这种非正交的阵列会改变由流体喷射造成的气流。改变后的气流与由试剂分配器的移动所形成的冲流的相互作用较小，以使得先前所描述的涡流不太明显。照此，制备试剂和/或颗粒物质不太可能上升到粉末构建材料的表面上方，并且因此制备试剂和/或颗粒物质不太可能进入到流体喷射片的喷嘴且不太可能阻塞流体喷射片的喷嘴。
具体地，本说明书描述了增材制造模块。增材制造模块包括试剂分配器，用于选择性地将制备试剂分配到构建材料层上。试剂分配器包括至少一个流体喷射片。每个射流片包括沿着片的长度和片的宽度布置的多个喷嘴。多个喷嘴被布置成以使得对于每组相邻的喷嘴，每组相邻的喷嘴的相应子组沿着流体喷射片的宽度被定位在不同的片宽度位置处。对于多个喷嘴中的每个相应的喷嘴，流体喷射片包括流体地耦合到相应的喷嘴的相应的喷射腔。对于每个相应的喷射腔，至少一个相应的流体馈送孔流体地耦合到相应的喷射腔。
本说明书还描述了增材制造装置。增材制造装置包括构建材料分配器和试剂分配器，所述构建材料分配器用于将构建材料层相继沉积到构建区域中，所述试剂分配器用于将制备试剂选择性地分配到构建材料层上。试剂分配器包括热流体喷射片。热流体喷射片包括布置成沿着片的长度成角度的列的多个喷嘴。所述成角度的列横跨流体喷射片的宽度分布，并且被布置成以使得每个成角度的列与片的宽度是非正交的。对于多个喷嘴中的每个相应的喷嘴，相应的喷射腔流体地耦合到相应的喷嘴，并且对于每个相应的喷射腔，至少一个相应的流体馈送孔流体地耦合到相应的喷射腔。在该示例中，成角度的列内的邻近喷嘴具有比由喷嘴的输出所覆盖的区域更小的间距(pitch)。
本说明书还描述了增材制造系统。该系统包括容纳一定体积的构建材料的底座以及构建材料分配器，所述构建材料分配器用于将构建材料层相继沉积到构建区域中。所述系统还包括试剂分配器，用于选择性地将制备试剂分配到构建材料层上。试剂分配器包括流体喷射片。流体喷射片包括布置成沿着片的长度成角度的列的多个喷嘴。所述成角度的列横跨流体喷射片的宽度分布，并且被布置成以使得每个成角度的列与片的宽度是非正交的。对于多个喷嘴中的每个相应的喷嘴，相应的喷射腔流体地耦合到相应的喷嘴，并且对于每个相应的喷射腔，至少一个相应的流体馈送孔流体地耦合到相应的喷射腔。在该示例中，成角度的列内的邻近喷嘴具有比由喷嘴的输出所覆盖的区域更小的间距。
总而言之，使用这种增材制造模块：1)沿多个方向更均匀地分散由流体喷射和/或飞行中的液滴造成的气流；2)减少在构建区域附近的剪切力；3)防止粒子进入流体喷射喷嘴；4)提高喷射准确度；以及5)延长增材制造装置的使用寿命。
如本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“喷嘴”指的是将流体分配到表面上的流体喷射片的单个部件。喷嘴至少包括激发腔、喷射器以及共用的喷嘴孔口。
此外，如本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“成组的相邻的喷嘴”指的是一组沿着流体喷射片的长度的邻近喷嘴。例如，成角度的列中的任何数量的喷嘴是一组相邻的喷嘴的一个示例。
更进一步，如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“制备试剂”指的是沉积的任何数量的试剂，并且包括例如熔合试剂、抑制试剂、粘合试剂、着色试剂和/或材料输送试剂。材料输送试剂指的是流体载体，所述流体载体包括在增材制造工艺中所使用的至少一种材料的悬浮粒子。
更进一步，如本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“间距间隔”指的是在成列喷嘴之间喷嘴到喷嘴的间隔。
现在转向附图，图1是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴(106)的增材制造模块(100)的框图。通常，用于生成三维物体的设备可以被称为增材制造系统。增材制造模块(100)是这种增材制造系统的部件。具体地，增材制造模块(100)是包括流体喷射片(104)的部件，所述流体喷射片(104)包括喷嘴(106)，通过所述喷嘴来布置制备试剂。也就是说，在增材制造工艺的示例中，可以在构建区域中形成构建材料层。可以以三维物体层的图案将熔合试剂选择性地分配在构建材料层上。能量源可以暂时将能量施加到构建材料层。能量可以被选择性地吸收到由熔合试剂形成的有图案区域以及不具有熔合试剂的空白区域中，这会引发部件选择性地熔合在一起。
可以形成附加层，并且可以对每个层执行以上所描述的操作，从而生成三维物体。在前一层的顶部上按顺序将构建材料层的部分分层和熔合可以促进三维物体的生成。三维物体的逐层形成可以被称为分层增材制造工艺。
在本文所描述的示例中，构建材料可以包括基于粉末的构建材料，其中，基于粉末的构建材料可以包括湿的和/或干的基于粉末的材料、颗粒材料和/或粒状材料。在一些示例中，构建材料可以是弱光吸收聚合物。在一些示例中，构建材料可以是热塑性塑料。此外，如本文所描述的，功能试剂可以包括在施加能量时可以促进构建材料熔合的液体。熔合试剂可以是光吸收液体、红外或近红外吸收液体，例如着色剂。
为了促进熔合试剂的沉积，增材制造模块(100)包括至少一个试剂分配器(102)。试剂分配器(102)包括至少一个流体喷射片(104)，所述至少一个流体喷射片包括用于将熔合试剂分配到构建材料层上的多个喷嘴(106)。在构建区域和/或附接有增材制造模块(100)的扫描滑动架移动的同时，试剂分配器(102)选择性地将试剂分配在构建区域中的构建层上。试剂分配器(102)、并且更具体地流体喷射片(104)包括喷嘴(106)，通过所述喷嘴选择性地喷射熔合试剂。喷嘴(106)是流体喷射装置的部件，所述流体喷射装置包括喷射腔(110)和流体馈送孔(112)。在一个示例中，可以在流体喷射片(104)内使用在喷墨打印装置中所使用的流体喷射装置。
尽管具体提到了分配熔合试剂的试剂分配器(102)，但是试剂分配器(102)可以分配任何类型的制备试剂，例如，抑制试剂、粘合试剂、着色试剂和/或材料输送试剂。
流体喷射装置包括用于将流体沉积到表面上的多个部件，所述多个部件可以依靠热能来进行操作。例如，流体喷射装置可以包括用于将流体从喷射腔喷射到表面上的喷射器。喷射器可以是热敏电阻。热敏电阻响应于所施加的能量(例如，所供应的电压脉冲)而变热。当热敏电阻变热时，喷射腔中的部分流体汽化以形成气泡。该气泡将流体推出喷嘴并推到表面上。随着汽化的流体气泡破裂，喷射腔内的负压将流体从流体供应装置吸入到喷射腔中，并重复该过程。该系统被称为热喷墨系统。换言之，流体喷射片(104)包括多个喷嘴(106)，其中，每个相应的喷嘴(106)对应于相应的喷射腔(110)，用于保持要通过喷嘴(106)喷射的流体，并且对于每个喷射腔(110)，相应的流体馈送孔(112)将相应的喷射腔(110)流体地耦合到流体供应装置。
返回到流体喷射片(104)。流体喷射片(104)包括沿着片的长度和片的宽度布置的多个喷嘴(106)。在图1所示的示例中，片的长度是片沿着方向(114)的尺寸，而片的宽度是片沿着方向(116)的尺寸。
喷嘴(106)可以被分组为一组(108)相邻的喷嘴(106)。例如，一组(108)相邻的喷嘴(106)可以是在特定的成角度的列中的喷嘴(106)的任何分组。对于每组(108)相邻的喷嘴(106)，该成组的相应的子组沿着片的宽度可以具有不同的片宽度位置。也就是说，成组中的第一喷嘴(106)可以具有如从例如左手侧等参考点所测量的某一个片的宽度位置，并且成组(108)中的第二喷嘴(106)可以具有从相同的参考点所测量的不同于第一喷嘴的片的宽度位置。在该示例中，该子组可以是任何数量的喷嘴(106)。例如，成组(108)的相邻的喷嘴(106)可以包括至少三个喷嘴(106)，并且该子组可以包括单个喷嘴(106)。
因此，总而言之，喷嘴(106)以非矩形或非正方形的图案布置在流体喷射片(108)上。作为一个具体的示例，成组的相邻的喷嘴(108)可以是喷嘴(106)的成角度的列，其中，每个成角度的列具有相对于片的宽度的非正交角，所述片的宽度由箭头(116)指示。然而，在成组(108)内具有不同的片宽度位置的不同的邻近喷嘴(106)的其他的配置也是可能的。如图1所示，在一些示例中，沿着箭头(114)在片的长度更下方的喷嘴(106)可以具有大于沿着线(116)紧接在前的喷嘴(106)的片的宽度位置。然而，在其他示例中，沿着箭头(114)在片的长度更下方的喷嘴(106)可以具有小于沿着线(116)紧接在前的喷嘴(106)的片的宽度位置。
以这种非正交取向布置的喷嘴(106)减少了可能影响流体沉积和增材制造装置操作的空气涡流。例如，流体喷射片(104)可以沿由箭头(130)所指示的方向横跨构建区域移动。当喷嘴(106)沿着片的长度具有相同的片的宽度位置时，由流体沉积造成的气流会聚集并增加强度，并且因此与基质的表面上方的冲流有更大的相互作用，从而产生可以影响增材制造装置操作和流体喷射的涡流。然而，通过使如本文所描述的喷嘴(106)交错，每个喷嘴(106)的流体沉积造成的气流相互作用的程度要小得多，从而避免了增加的气流。减少的气流不会与在基质表面上方的气流强烈反应，从而防止涡流形成到可能干扰流体喷射操作的程度。
图2是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴(106)的增材制造装置(214)的框图。增材制造装置(214)包括增材制造模块(100)，所述增材制造模块具有其所包括的试剂分配器(102)。如以上所描述，试剂分配器包括具有喷嘴(106)的流体喷射片(104)，其中，成组(108)的相邻的喷嘴具有彼此不同的片宽度位置。如图2所示，在一些具体的示例中，成组(108)的相邻的喷嘴(106)可以布置成沿着片的长度成角度的列。在该示例中，成角度的列被布置成以使得每个成角度的列与片的宽度以及片的长度是非正交的。注意，在一些示例中，如图2所示，成角度的列内的邻近喷嘴(106)的间距或中心到中心的偏移小于喷嘴(106)的输出所覆盖的区域。也就是说，这种喷嘴(106)的所产生的输出将重叠。因此，可以确保基质上的每个点都可以从喷嘴(106)接收流体。在一些示例中，试剂分配器(102)可以耦合到扫描滑动架。在操作中，当扫描滑动架沿着扫描轴线在构建区域上方移动时，试剂分配器(102)喷射制备试剂。
如图2所示，增材制造装置(214)还包括构建材料分配器(216)。构建材料分配器(216)将构建材料层相继沉积在构建区域中。构建材料分配器(216)可以包括擦拭器片、滚子和/或喷出机构。构建材料分配器(216)可以耦合到扫描滑动架。在操作中，当扫描滑动架沿着扫描轴线在构建区域上方移动时，构建材料分配器(216)将构建材料放置在构建区域中。
尽管特别提及了相对于构建区域移动的试剂分配器(102)和构建材料分配器(216)，但是在一些示例中，构建区域可以移动，而试剂分配器(102)和构建材料分配器(216)可以保持静止。
图3是根据本文所描述的原理的示例的具有底座(322)、加热器(324)以及具有在不同片的宽度处的喷嘴(106)的增材制造系统(318)的简化俯视图。通常，用于生成三维物体的设备可以被称为增材制造系统(318)。本文所描述的系统(318)可以对应于三维打印系统，所述三维打印系统还可以被称为三维打印机。在增材制造工艺的示例中，可以在构建区域(320)中形成构建材料层。如本说明书中和所附权利要求书中所使用的，术语“构建区域”指的是在其中形成3D物体的空间的区域。构建区域(320)可以指的是由底座(322)和腔壁所界定的空间。
增材制造系统(318)包括如以上所描述的构建材料分配器(216)用于在构建区域(320)中相继沉积构建材料层。尽管图3将构建材料分配器(216)示出为与试剂分配器(102)正交，但是在一些示例中，构建材料分配器(216)可以与试剂分配器(102)成一直线。
增材制造系统(318)包括如上文所描述的试剂分配器(102)，所述试剂分配器将熔合试剂或其他制备试剂沉积在底座(322)上的构建材料上。如以上所描述，试剂分配器(102)包括至少一个流体喷射片(104)，所述至少一个流体喷射片包括喷嘴(106)。在一个示例中，包括喷嘴(106)的流体喷射装置是喷墨打印装置。在该示例中，制备试剂可以是打印液体。在其他示例中，试剂分配器(102)可以包括选择性地喷射少量液体的其他类型的流体喷射装置。
试剂分配器(102)包括至少一个流体喷射片(104)，所述至少一个流体喷射片沿着试剂分配器(102)的宽度与其他流体喷射片(104)大致首尾相连布置。在这种示例中，试剂分配器(102)的宽度对应于构建区域(320)的尺寸。试剂分配器(102)选择性地将试剂分配在构建区域(320)中的构建层上。如以上所述，在一些示例中，底座(322)沿水平方向平移以允许以期望的图案布置制备试剂，而在其他示例中，试剂分配器(102)/构建材料分配器(216)在水平方向上平移。当连续的构建材料层沉积到构建区域(320)中时，底座(322)也可以沿竖直方向移动。也就是说，当沉积一层构建材料并且在其上布置制备试剂时，底座(322)可以竖直向下移动，以使得随后的构建材料层可以沉积并选择性地硬化。
增材制造系统(318)可以包括至少一个加热器(324)，用于经由将热量施加到构建材来选择性地熔合构建材料的部分以形成物体。加热器(324)可以是施加热能的任何部件。加热器(324)的示例包括红外灯、可视卤素灯、电阻加热器、发光二极管LED以及激光器。如以上所描述，构建材料可以包括一旦达到熔合温度就熔合在一起的可熔构建材料。因此，加热器(324)可以将热能施加到构建材料，从而把构建材料的部分加热超过该熔合温度。加热到超过熔合温度的那些部分具有布置在其上的熔合试剂，并且以要打印的3D物体的图案成形。熔合试剂增加了构建材料的那部分的吸收率。因此，加热器(324)可以施加一定量的能量，以使得具有增加的吸收率的那些部分达到大于熔合温度的温度，而不具有增加的吸收率的那些部分未达到大于熔合温度的温度。
图4是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴(106)的增材制造模块(图1，100)的流体喷射片(104)的仰视图。具体地，图4是流体喷射片(104)的部分的仰视图。如以上所描述，流体喷射片(104)具有片的宽度Dw和片的长度Dl。在图4所示的示例中，在上面沉积有制备试剂的基质可以如由箭头(130)所指示的相对于片的宽度移动，或者流体喷射片(104)可以沿箭头(130)的方向在底座(图3，320)中的例如粉末构建材料等的基质上方移动。注意，在一些示例中，流体喷射片(图1，104)的选样可以与基质、即构建区域(图3，320)的宽度匹配。如图4所示，在一些示例中，每组(108)相邻的喷嘴(106)与片的宽度可以是非正交的。注意，尽管图4示出了在成组(108)中的三个喷嘴(106)，但是任何数量的喷嘴(106)可以构成成组(108)的一部分。
在这种配置中，成组(108)内的邻近喷嘴(106)具有沿着片的长度的第一偏移(428)以及沿着片的宽度的第二偏移(426)。在一些示例中，该偏移可以被描述为片的位置差。例如，第一偏移(428)可以被描述为成组(108)内的喷嘴(106)的片的长度位置差，并且第二偏移(426)可以被描述为成组(108)内的喷嘴(106)的片的宽度位置差。如图4所示，在一些示例中，第一偏移(428)可以不同于第二偏移(426)。在该示例中，第一偏移(428)和第二偏移(426)中的至少一个可以是在84至350微米之间。在另一示例中，第一偏移(428)和第二偏移(426)中的至少一个可以是1/1200英寸。具体地，第一偏移(428)或长度位置差可以是1/1200，这小于喷嘴(106)的直径，以使得基质的沿着片的长度的所有部分可以从喷嘴(106)接收流体。在其他示例中，成组(108)的相邻的喷嘴(106)内的邻近喷嘴(106)可以具有沿着片的长度的偏移，即，与沿着片的宽度的偏移(即第二偏移(426))匹配的第一偏移(428)。
除了在成组(108)中的喷嘴(106)之间的间隔之外，每个成组(108)可以与邻近成组(108)间隔开。例如，每个成组(108)彼此之间可以具有8/1200英寸的成组偏移(432)。
图5是根据本文所描述的原理的示例的具有在不同的片宽度处的喷嘴(106)的增材制造模块(图1，100)的流体喷射片(104)的轴测图。在图5中所示的示例中，基质沿由箭头(130)所指示的方向移动，或者流体喷射片(104)沿由箭头(130)所指示的方向移动。如以上所描述，喷嘴(106-1)先前已经与片的宽度和片的长度二者正交对准，在图5中，这种正交对准的喷嘴(106-1)以虚线示出。在这种情况下，当每个喷嘴(106-1)喷射流体(534-1)时，所产生的气流彼此相互作用。也就是说，当流体液滴穿过空气行进时，由于风阻/风阻力，液滴会失去速度。该损失的能量会转移到空气中，产生与其他气流、流体的液滴和/或粉末相互作用的气流/风流。这种相互作用会产生与由底座(322)的移动/流体喷射片(104)的移动所形成的冲流(536)平行的并且沿相同或相反的方向的强气流(538)。由正交的喷嘴所形成的气流(538)也以虚线示出。这种空气的相互作用，特别是沿与冲流(536)相反方向的气流(538)的相互作用会生成强涡流，所述强涡流会破坏流体(534)朝向底座(322)的流动，并使得沉积的流体(534)和颗粒构建材料向上进入到喷嘴(106)中，引发可能的堵塞和性能的下降。
然而，如图5中所示，当喷嘴(106-2)如实线所示偏移时，减少了来自单个喷嘴(106-2)的气流(540)的相互作用。因为更多的气流沿垂直于冲流(536)的方向流动，减少的相互作用降低了平行的气流(540)的强度。也就是说，非正交阵列中的喷嘴(106)的增加的间隔使垂直于和平行于底座(322)上方的冲流(536)的组合气流(540)的流动平坦。强度降低的气流(540)以实线指示。强度降低的平行气流(540)减少了在流体喷射片(104)和底座(322)之间的涡流，从而降低了颗粒物质和/或流体(534)被向上吸入到流体喷射片(104)上的可能性，在流体喷射片中，颗粒物质和/或流体可能直接或间接干扰喷嘴(106)的操作。强度降低的涡流还降低了喷射的流体(534)将沿着其液滴飞行路径改变的可能性。
图6是根据本文所描述原理的示例的具有在不同片的宽度处的喷嘴(106)的流体喷射片(104)的仰视图。在一些示例中，多个喷嘴(106)可以被分成多个阵列(624-1、624-2)，其中，每个阵列相对于彼此具有带有不同的片宽度位置的成组(108-1、108-2)的相邻的喷嘴(106)。例如，在第一组(108-1)相邻的喷嘴(106)中，沿着片的长度下方的邻近喷嘴具有大于紧接上游的喷嘴的片的宽度位置。在第二阵列(642-2)上的第二组(108-2)中，沿着片的长度下方的邻近喷嘴具有小于紧接上游的喷嘴的片的宽度位置(例如，从左侧测量)。在一个示例中，不同的阵列(642)可以沿着流体喷射片(104)的长度彼此移位镜像。
总而言之，使用这种增材制造模块：1)沿多个方向更均匀地分散由流体喷射和/或飞行中的液滴造成的气流；2)减少在构建区域附近的剪切力；3)防止粒子进入流体喷射喷嘴；4)提高喷射准确度；以及5)延长增材制造装置的使用寿命。

Claims (14)

1.一种增材制造模块，所述增材制造模块包括：
试剂分配器，所述试剂分配器用于选择性地将制备试剂分配到构建材料层上，其中所述试剂分配器包括：
至少一个流体喷射片，所述至少一个流体喷射片包括：
多个喷嘴，所述多个喷嘴沿着片的长度和片的宽度布置，所述多个喷嘴被布置成以使得对于每组相邻的喷嘴，每组相邻的喷嘴的相应的子组沿着所述流体喷射片的宽度被定位在不同的片宽度位置处；
对于所述多个喷嘴的每个相应的喷嘴，流体地耦合到所述相应的喷嘴的相应的喷射腔；以及
对于每个相应的喷射腔，流体地耦合到所述相应的喷射腔的至少一个相应的流体馈送孔，
其中，所述试剂分配器在将所述制备试剂分配到构建材料层上时在对应于片的宽度的方向上移动，
其中，所述多个喷嘴被布置成沿着片的长度成角度的列，所述成角度的列横跨所述流体喷射片的宽度分布，所述成角度的列被布置成以使得每个成角度的列与片的宽度是非正交的，以及
其中，成角度的列内的邻近喷嘴具有小于由喷嘴的输出所覆盖的区域的间距。
2.根据权利要求1所述的增材制造模块，其中，一组相邻的喷嘴内的邻近喷嘴：
具有沿着所述片的长度的第一偏移；并且
具有沿着所述片的宽度的第二偏移；并且
所述第二偏移不同于所述第一偏移。
3.根据权利要求2所述的增材制造模块，其中，所述第一偏移和所述第二偏移中的至少一个是在84微米和350微米之间。
4.根据权利要求2所述的增材制造模块，其中，所述第一偏移和所述第二偏移中的至少一个是1/1200英寸。
5.根据权利要求1所述的增材制造模块，其中，一组相邻的喷嘴内的邻近喷嘴具有与沿着片的宽度的偏移匹配的沿着片的长度的偏移。
6.根据权利要求1所述的增材制造模块，其中，邻近组的相邻的喷嘴具有8/1200英寸的间距间隔。
7.根据权利要求1所述的增材制造模块，其中，每组相邻的喷嘴包括至少三个相应的喷嘴，并且每组相邻的喷嘴的相应的子组包括一个喷嘴。
8.一种增材制造装置，所述增材制造装置包括：
如权利要求1所述的增材制造模块；以及
构建材料分配器，所述构建材料分配器用于将构建材料层相继沉积到构建区域中。
9.根据权利要求8所述的增材制造装置，其中，所述多个喷嘴被分成多个阵列。
10.根据权利要求9所述的增材制造装置，其中，不同阵列中的成组的相邻的喷嘴相对于所述片的宽度具有不同的角度。
11.根据权利要求9所述的增材制造装置，其中，所述阵列是彼此的偏移镜像。
12.一种增材制造系统，所述增材制造系统包括：
底座，所述底座用于容纳一定体积的构建材料；以及
如权利要求8所述的增材制造装置。
13.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，当将连续的构建材料层沉积到所述构建区域中时，所述底座沿竖直方向移动。
14.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述试剂分配器沿水平方向平移，从而允许以期望的图案布置所述制备试剂。
CN201880087781.9A 2018-03-12 2018-03-12 具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造 Active CN111655458B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2018/022036 WO2019177578A1 (en) 2018-03-12 2018-03-12 Additive manufacturing with nozzles at different die widths

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111655458A CN111655458A (zh) 2020-09-11
CN111655458B true CN111655458B (zh) 2022-04-05

Family

ID=67907972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880087781.9A Active CN111655458B (zh) 2018-03-12 2018-03-12 具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11685115B2 (zh)
EP (1) EP3710228A4 (zh)
JP (1) JP7026799B2 (zh)
CN (1) CN111655458B (zh)
WO (1) WO2019177578A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11685115B2 (en) 2018-03-12 2023-06-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Additive manufacturing with nozzles at different die widths
US11563142B2 (en) 2019-06-11 2023-01-24 Meta Platforms Technologies, Llc Curing pre-applied and plasma-etched underfill via a laser
JP7241049B2 (ja) * 2020-05-14 2023-03-16 ローランドディー．ジー．株式会社 三次元造形装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709699A (zh) * 2004-06-18 2005-12-21 惠普开发有限公司 流体喷射装置中的空气配置
CN1980794A (zh) * 2004-07-02 2007-06-13 萨尔技术有限公司 小滴沉积设备和制造方法
CN106853683A (zh) * 2015-12-08 2017-06-16 施乐公司 用于三维物体打印机的挤出打印头
WO2017100853A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Laing O'rourke Australia Pty Ltd Apparatus and method for fabricating an object
WO2017152142A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-08 Desktop Metal, Inc. Additive manufacturing with metallic build materials
WO2017196323A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Airflow component

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573256B1 (en) * 1992-06-04 1997-03-26 Tektronix, Inc. Drop-on-demand ink jet print head having improved purging performance
US6146567A (en) * 1993-02-18 2000-11-14 Massachusetts Institute Of Technology Three dimensional printing methods
US5474032A (en) * 1995-03-20 1995-12-12 Krietzman; Mark H. Suspended feline toy and exerciser
US6357855B1 (en) * 1996-09-27 2002-03-19 3D Systems, Inc. Non-linear printhead assembly
US6024440A (en) 1998-01-08 2000-02-15 Lexmark International, Inc. Nozzle array for printhead
US6450614B1 (en) * 1998-12-17 2002-09-17 Hewlett-Packard Company Printhead die alignment for wide-array inkjet printhead assembly
IL128521A (en) * 1999-02-14 2003-05-29 Aprion Digital Ltd Bi-axial staggered printing array
JP4403384B2 (ja) 2003-03-07 2010-01-27 リコープリンティングシステムズ株式会社 三次元積層造形方法
JP4108026B2 (ja) 2003-09-19 2008-06-25 ニチハ株式会社 建築板印刷装置
JP2005199696A (ja) * 2003-12-15 2005-07-28 Canon Inc インクジェット記録装置、インクジェット記録方法、および記録ヘッド
US7350902B2 (en) * 2004-11-18 2008-04-01 Eastman Kodak Company Fluid ejection device nozzle array configuration
US7401896B2 (en) * 2005-03-30 2008-07-22 Fujifilm Corporation Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection apparatus and image recording method
JP4487826B2 (ja) 2005-03-30 2010-06-23 富士フイルム株式会社 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及び画像記録方法
JP4539549B2 (ja) * 2005-12-09 2010-09-08 ブラザー工業株式会社 インクジェットヘッド、インクジェットヘッド副集合体、インクジェットヘッド集合体及びインクジェットプリンタ
CN102026814A (zh) * 2008-05-23 2011-04-20 富士胶片株式会社 用于流体液滴喷射的喷嘴布置
US8573741B2 (en) * 2009-10-30 2013-11-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid-ejection assembly substrate having rounded ribs
US8657420B2 (en) * 2010-12-28 2014-02-25 Fujifilm Corporation Fluid recirculation in droplet ejection devices
EP3511168B1 (en) * 2011-04-29 2021-02-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for degassing fluid
DE102011075540A1 (de) 2011-05-10 2012-11-15 Evonik Röhm Gmbh Mehrfarbiger Fused Deposition Modeling Druck
WO2013095430A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Hewlett Packard Development Company, L.P. Fluid dispenser
EP2914433B1 (en) 2012-11-05 2018-03-28 Stratasys Ltd. System and method for direct inkjet printing of 3d objects
AU2014235848B2 (en) * 2013-03-22 2018-11-08 Gregory Thomas Mark Three dimensional printing
US20150174824A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 Karl Joseph Gifford Systems and methods for 3D printing with multiple exchangeable printheads
JP6440139B2 (ja) 2014-03-27 2018-12-19 シーメット株式会社 三次元造形物の製造方法
EP3160749B1 (en) 2014-06-27 2019-07-24 Fujifilm Dimatix, Inc. High height ink jet printing
DE102014112447A1 (de) * 2014-08-29 2016-03-03 Exone Gmbh 3D-Drucker, 3D-Druckeranordnung und generatives Fertigungsverfahren
GB2532470A (en) 2014-11-19 2016-05-25 Digital Metal Ab Manufacturing method, manufacturing apparatus, data processing method, data processing apparatus, data carrier
US20160325498A1 (en) 2015-05-04 2016-11-10 Daniel Gelbart 3D Printer Based on a Staggered Nozzle Array
CN108136776B (zh) * 2015-10-30 2020-08-11 惠普发展公司，有限责任合伙企业 流体喷射设备
US10166769B2 (en) * 2016-06-14 2019-01-01 RF Printing Technologies LLC Inkjet printhead with multiple aligned drop ejectors
US11097464B2 (en) * 2016-08-26 2021-08-24 Massachusetts Institute Of Technology Systems, devices, and methods for inkjet-based three-dimensional printing
JP6823892B2 (ja) 2016-09-01 2021-02-03 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド
US10661341B2 (en) * 2016-11-07 2020-05-26 Velo3D, Inc. Gas flow in three-dimensional printing
JP6441415B1 (ja) 2017-06-27 2018-12-19 ローランドディー．ジー．株式会社 三次元造形装置
US11685115B2 (en) 2018-03-12 2023-06-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Additive manufacturing with nozzles at different die widths

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709699A (zh) * 2004-06-18 2005-12-21 惠普开发有限公司 流体喷射装置中的空气配置
CN1980794A (zh) * 2004-07-02 2007-06-13 萨尔技术有限公司 小滴沉积设备和制造方法
CN106853683A (zh) * 2015-12-08 2017-06-16 施乐公司 用于三维物体打印机的挤出打印头
WO2017100853A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Laing O'rourke Australia Pty Ltd Apparatus and method for fabricating an object
WO2017152142A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-08 Desktop Metal, Inc. Additive manufacturing with metallic build materials
WO2017196323A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Airflow component

Also Published As

Publication number Publication date
JP7026799B2 (ja) 2022-02-28
US11685115B2 (en) 2023-06-27
US20210323228A1 (en) 2021-10-21
WO2019177578A1 (en) 2019-09-19
JP2021507831A (ja) 2021-02-25
CN111655458A (zh) 2020-09-11
EP3710228A4 (en) 2021-07-14
EP3710228A1 (en) 2020-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111655458B (zh) 具有在不同的片宽度处的喷嘴的增材制造
CN109080265B (zh) 具有流体喷射孔的流体喷射装置
EP0694398B1 (en) Ink jet printhead with tuned firing chambers and multiple inlets
US8770722B2 (en) Functional liquid deposition using continuous liquid
JP6971377B2 (ja) 内蔵された横断流路を備えた流体吐出デバイス
CN103384600A (zh) 打印系统和相关方法
TWI693162B (zh) 流體晶粒及用於使流體在流體晶粒內再循環之系統
EP1881899A1 (en) High speed liquid pattern deposition apparatus
US11565521B2 (en) Fluid ejection device with a portioning wall
CN111032359B (zh) 射流片、用于循环射流片内的流体的系统和流体流动结构
US20160243827A1 (en) Controlling air and liquid flows in a two-dimensional printhead array
CN110891793B (zh) 具有封闭式横向通道的流体喷射管芯
EP3265315B1 (en) Fluid ejection device
US20210283911A1 (en) Fluid ejection device with multi-chamber nozzle
CN109070588B (zh) 流体喷射装置
US20210362524A1 (en) Alignment features of alignment covers
CN109641454B (zh) 流体喷射装置
US20200031135A1 (en) Fluid ejection device
US20140307033A1 (en) Pre-heating liquid ejected from a liquid dispenser
US8783804B2 (en) Functional liquid deposition using continuous liquid dispenser

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant