CN113348068B - 材料移除系统 - Google Patents

Abstract

描述一种三维打印机，其中所述三维打印机包括构建单元和材料移除单元。所述构建单元被配置用于生成三维物体。所述材料移除单元包括壳体、多个气体入口和出口、多个阀以及控制单元。所述壳体被密封到所述构建单元并且被配置用于容纳包括生成的三维物体的块状物。所述阀被配置用于打开和关闭所述入口和出口，并且所述控制单元被配置用于控制所述阀，以允许气体在不同的流动路径中从不同的入口流动到不同的出口，以从物体移除粉末。

Description

材料移除系统

背景技术

三维打印机可以通过在彼此之上打印多个连续的二维层来生成三维物体。在一些三维打印系统中，可以通过将均匀的构建材料层放置在打印机的构建床中，然后将试剂放置在期望凝固构建材料以形成物体的层的特定点处，来形成物体的每个层。在层已经凝固之后，将另一构建材料层施加到前一层，并且将试剂放置在期望凝固该层的粉末的特定点处。

当三维物体的所有层都已经凝固时，提供由在未凝固的残留构建材料内的凝固的三维物体形成的块状物(cake)。残留粉末可以是每层中的未施加试剂的粉末。然后可以将三维物体从粉末中移除。

附图说明

图1是材料移除系统的一示例的图示；

图2是图1的示例的材料移除系统的侧视图的图示；

图3是图1的示例的材料移除系统的截面图的图示；

图4是图1的示例的材料移除系统的俯视图的图示；

图5是示例材料移除方法的流程图；

图6是用于调节流动路径的示例方法的流程图；

图7是用于调节流动路径的示例方法的流程图；以及

图8是与处理器相关联的机器可读介质的示例的框图。

具体实施方式

在三维打印中，可以通过凝固构建材料来生成一个或多个三维物体，构建材料可以是粉末。在一些示例中，构建材料可以由短纤维形成或可以包括短纤维，短纤维可以例如从材料的长股线束或线切割成短长度。构建材料可以包括塑料、陶瓷或金属粉末或粉末状材料。

在一方法中，可以将熔剂以预定图案散布在粉末状构建材料的层上，并且可以将热量施加到构建材料层，使得该层的其上施加有熔剂的部分加热、聚结，然后在冷却时凝固，从而形成物体的层。构建材料层上未施加熔剂的部分不会充分加热而聚结以及凝固。然后，生成的三维物体可以经历清洁过程，以移除未熔融的构建材料的部分。

在另一方法中，可以将粘结剂以预定图案散布在粉末状金属构建材料层上，以凝固粉末中施加有粘结剂的部分。然后，固化过程可以强化粉末的凝固部分。然后，生成的块状物可以经历清洁过程，以从生成的三维物体移除未粘结的粉末。在移除未粘结的粉末之后，可以烧结三维物体以熔融金属颗粒。

清洁过程可以包括第一粗清洁和第二细清洁。粗清洁可以包括从生成的三维物体周围移除大部分粉末材料。细清洁可以包括移除可与三维物体的表面接触的剩余材料。

本文描述的示例允许从块状物移除未熔融或未粘结的构建材料，以提供清洁的生成物体。如下所描述的，这可以通过提供用于在生成的物体周围产生多个气体流动路径的自动化装置来实现。本文描述的示例可以涉及粗清洁过程。

图1至图4示出包括构建单元100和材料移除单元200的材料移除系统10的示例。在一些示例中，构建单元100能够从材料移除系统10移除。在其他示例中，构建单元可以固定在材料移除系统10中。

材料移除单元200包括壳体202，壳体202被配置用于容纳包括生成的三维物体的块状物。多个气体入口和出口204提供在壳体202中。例如，如图2所示的气体入口和出口204的歧管206可以提供在壳体202的壁中。材料移除单元200可以包括多个歧管206。例如，第一歧管和第二歧管206可以提供在壳体202的相对壁中，如图3所示。

可以通过三维打印机在构建单元100中生成三维物体。在一示例中，生成的三维物体可以通过将粘结剂施加到金属粉末构建材料层的选择区域来形成连续层并且固化由连续层形成的粘结部分而生成。将要从三维物体移除的粉末可以是未粘结的金属粉末。壳体可以被配置用于接纳未粘结的粉末构建材料内的三维物体形成的块状物。

在另一示例中，生成的三维物体可以通过如下方式打印的连续层形成：将熔剂施加到粉末构建材料并将热量施加到该构建材料，使得构建材料中施加有熔剂的部分加热、聚结，然后在冷却时凝固。壳体可以被配置用于接纳未熔融的粉末构建材料内的三维物体形成的块状物。要从生成的三维物体移除的粉末可以是未熔融的粉末构建材料。

气体入口和出口204各自包括阀208，例如气动阀，用于致动相应的入口或出口。多个气体入口和出口可以经由阀连接到气体源，例如压缩空气。多个气体入口和出口可连接到负压源，例如真空源。阀208可以被配置用于控制气体入口和出口204，使得每个入口和出口204可以选择性地用作入口或出口，或者可以关闭。

材料移除单元200包括控制单元210，如图1和图2所示。图3中未示出控制单元210。控制单元被配置用于致动多个阀208，以防止或允许气体流过壳体202，以从包含三维物体的块状物移除粉末状构建材料。控制单元210被配置用于选择性地致动阀208。这可以允许多个不同的气体流动路径300穿过壳体202，如图4所示。例如，打开第一入口和第一出口可以允许气体沿第一路径流过壳体，并且打开第二入口和第二出口可以允许气体沿不同于第一路径的第二路径流过壳体。以不同的组合打开和关闭入口和出口204可以允许穿过壳体202产生不同的流动路径。

在壳体202内产生多个不同的流动路径可以使气体经过其中以移除粉末的壳体200的体积最大化。这可以确保能够从生成的物体的不同区域移除粉末，并且可以允许气体到达块状物的不同区域。这可以使清洁过程中的操作者干预最小化，从而减少操作者破坏所生成物体的机会。

在使用中，当气体流动到块状物上时，粉末可以变得松散。这种松散的粉末中的一些可以流过气体出口。这种松散的粉末中的一些可以由于重力而从所生成的物体掉落。材料移除系统10可以包括用于收集由于重力而落下的粉末的第一收集器(未示出)，并且可以包括用于收集流过出口的粉末的第二收集器(未示出)。在一示例中，构建单元100可以包括第一收集器。第一收集器可以被配置用于从流过出口的气体中过滤粉末。材料移除系统10可以包括再循环系统(未示出)，以使收集的粉末再循环，例如用于随后的构建过程。

阀208可以被配置用于控制流过壳体202的气体的速度。可以通过控制气体/真空源与壳体202之间的压力差来控制速度。流过壳体的气体的速度可以足够高以使粉末松散，同时足够低以减少粉末在打印部件上的磨损并且减少空气中夹带的粉末量。流过壳体的气体的速度可以小于10米/秒(ms^-1)，例如5至6ms^-1。金属粉末特别具有研磨性，并且粉末对生成的物体的侵蚀可能影响生成的物体的质量和公差。

控制单元210可以被配置用于以预定顺序控制阀208的操作。因此，材料移除单元200可以以预定顺序产生多个不同的流动路径。该顺序可以包括多个阶段。控制单元210可以被配置用于根据预定顺序的第一阶段选择性地打开和关闭阀208，并且在预定的时间量之后，控制单元210可以被配置用于根据预定顺序的第二阶段以组合的方式选择性地打开和关闭阀。

控制单元210可以被配置用于根据用户输入来控制阀208的致动。材料移除单元200可以包括用户界面212，用于接收用户输入以选择要打开或关闭的阀208，或者从多个可能的流动路径中选择流动路径。

材料移除单元200可以包括成像传感器(未示出)，例如照相机，其被配置用于在移除粉末时生成块状物的图像。控制单元210可以被配置用于基于生成的图像来确定壳体202内的目标位置。控制单元210可以被配置用于控制阀，使得流动路径被导向目标位置。

在另一示例中，用户界面212可以被配置用于接收用户输入以基于生成的图像来选择将要导向目标位置的流动路径。

材料移除单元200可以包括风扇(未示出)，该风扇被配置用于引导粉末远离照相机的镜头。

构建单元可以包括构建平台102和用于在构建平台102上提供粉末层以形成打印床的粉末供应单元(未示出)。构建单元100可以被接纳在三维打印机中。在生成三维物体时，打印机的托架可以包括打印头，用于将试剂沉积到形成在构建平台102上的粉末层上。

壳体202可以被配置用于附接(例如密封)到构建单元100。壳体202可以包括上表面214和侧壁216，并且可以在下端218处开口。壳体202的上表面214在图4中没有展现。在使用中，壳体202可以附接到构建单元100的上表面，其中构建单元100的上表面包括开口106。构建单元100可以被配置用于通过构建单元100中的开口106将粉末中包括生成部件的块状物从构建单元100的内部移动到材料移除单元200。用作构建材料的粉末如果被吸入可能对人体有害，并且当将包括生成物体的块状物从构建单元100移动到材料移除单元200时，密封到构建单元100的壳体102可以抑制粉末进入材料移除系统10外部的环境。

材料移除系统10可以包括机构108，用于将包括生成物体的块状物从构建单元100移动到材料移除单元200的壳体202，通过构建单元100的开口106和壳体202的敞开的下端进入壳体。例如，机构108可以被配置用于使构建平台102沿由图3中的箭头A所示的方向向上移动，通过构建单元100进入材料移除单元200的壳体202。材料移除系统10可以被配置用于在构建单元100中已经生成物体之后，使包括生成物体的块状物自动地从构建单元100移动到材料移除单元200。这可以减少材料移除过程中的操作者干预。在通过粘结和固化金属粉末来打印金属部件时，在固化之后，生成物体可能具有相对低的强度，并因此可能容易被操作者破坏；减少材料移除过程中的操作者干预可以降低操作者破坏物体的风险。

材料移除单元200可以包括用于将包括生成物体的块状物保持在壳体202中的固定机构。固定机构可以包括将块状物保持在壳体202中的一个或多个机械紧固件220。机械紧固件220可以是螺丝。当固定机构将块状物保持在壳体内时，构建平台可以朝向构建单元的底部向下移动，使块状物被固定机构悬在壳体内。

物体可以在支撑结构(例如网222)上生成，并且机械紧固件可以将支撑结构保持在壳体202内，例如在支撑结构的拐角处。块状物可以被支撑在网222上。网可以是金属网，例如由不锈钢形成。在使用中，可以在打印过程之前将网222提供在构建平台102上，并且可以在网上生成包括三维物体的块状物。网可以包括开口，用于使气体流动通过网以移除粉末，并且用于粉末通过网落下。

材料移除单元200可以包括振动机构224。振动机构224可以被配置用于使块状物振动，使得粉末松散并从物体上掉落。在一示例中，振动机构224可以是固定机构的一部分。在物体在网222上生成并且悬在壳体中的示例中，当块状物被振动时松散的粉末可以通过网落下，并且松散的粉末可以朝向构建平台102落下。振动机构可以被配置用于改变振动的振幅和/或频率。控制单元可以被配置用于控制振动机构产生的振动的振幅和/或频率。

第一收集器可以被配置用于收集通过振动变得松散并朝向构建平台落下的粉末。

图5中示出从生成的三维物体移除粉末的示例方法500。该方法可以通过图1至图4中示出的材料移除系统10实施。在方法500之前，可以通过打印过程在三维打印机中生成三维物体。三维物体可以是通过形成熔融粉末层而形成的物体，或者可以通过粘结金属粉末层并固化粘结层而形成。在框502处，可以将包括生成的三维物体的块状物移动到材料移除单元的壳体中。在框504处，可以将块状物固定在壳体中。网可以支撑块状物，并且网可以通过机械紧固件固定到壳体。在框506处，可以移动(例如振动)块状物以使粉末从物体松散。这可以使粉末从打印的物体掉落，例如掉落到构建单元的构建平台上，并且掉落的粉末可以被收集。

在框508处，致动壳体中的多个气体入口和出口以允许气体流过壳体。气体沿多个不同的流动路径流动以从三维物体移除粉末。控制单元可以控制多个阀以选择性地打开和关闭气体入口和出口以产生不同的流动路径。图6示出控制多个阀以产生不同流动路径的示例方法600。

在一示例中，可以在气体沿不同的流动路径流过壳体的同时使包括三维物体的块状物振动。

控制多个阀以选择性地打开和关闭气体入口和出口可以包括以预定顺序控制阀。这可以产生穿过壳体的气体流动路径的预定顺序。

如图6所示，在框602中，可以根据预定顺序的第一阶段从多个入口和出口中选择要打开的入口和出口以及要关闭的入口和出口。然后，在框604中，可以根据所选择的要打开或要关闭的入口和出口来致动入口和出口的阀，从而形成穿过壳体的一个或多个第一气体路径。

然后，在框606中，可以根据预定顺序的第二阶段从多个入口和出口中选择要打开的入口和出口以及要关闭的入口和出口。然后，在框608中，可以根据所选择的要打开或要关闭的入口和出口来致动入口和出口的阀，从而形成穿过壳体的一个或多个第二气体路径。

可以根据预定顺序中的其他阶段重复框606和608中的方法。

图7中示出控制多个阀以产生不同流动路径的另一示例方法700。在框702中，可以从多个入口和出口中选择要打开的入口和出口以及要关闭的入口和出口。然后，在框704中，可以根据所选择的要打开或要关闭的入口和出口来致动入口和出口的阀，从而形成穿过壳体的一个或多个第一气体路径。

在框706处，可以生成包括三维物体的块状物的图像。例如，可以通过提供在材料移除系统中的照相机生成该图像。在框708处，可以分析图像以确定物体上大量粉末所在的区域。例如，可以分析图像以确定壳体中粉末密度超过预定阈值的区域。在一示例中，可以确定物体上的多个区域。例如，分析图像可以是由控制单元执行的自动化过程。在另一示例中，分析图像可以由人类操作者执行。所确定的区域可以是目标区域，可期望气体流动路径通向该目标区域，以在该目标区域处移除粉末。

然后，在框710处，可以根据壳体中的所确定的目标区域来从多个出口中确定要打开的入口和出口以及要关闭的入口和出口。在框712处，可以打开和关闭所确定的出口，以产生对准所确定的区域的气体流动路径。根据所确定的区域确定要打开或要关闭的入口和出口可以包括从多个流动路径中确定将对准所确定的区域的流动路径，并且确定要打开或要关闭的入口和出口以产生该流动路径。控制单元可以被配置用于基于所确定的区域来确定流动路径。在另一示例中，操作者可以确定流动路径，并且该方法可以包括将所确定的流动路径输入到用户界面中。

本文描述的方法的各个元件和特征可以通过由处理器执行机器可读指令来实现。图8示出包括与非暂时性机器可读存储介质804相关联的处理器802的处理系统。机器可读存储介质可以是有形存储介质，诸如可移动存储单元或安装在硬盘驱动器中的硬盘。机器可读存储介质804在框806处包括用于致动多个阀以在材料移除单元的壳体内产生多个空气流动路径的指令。

用于致动多个阀的指令可以包括用于以预定顺序致动多个阀的指令。

根据本文描述的示例，可以产生多个流动路径以覆盖壳体的体积，从而引导气体在壳体中从生成的三维物体的不同区域移除粉末。这可以允许在不需要人为干预的情况下移除粉末。这可以最小化破坏所生成的三维物体的风险并且可以提高安全性。

Claims (12)

1.一种材料移除系统，包括材料移除单元，其中所述材料移除单元包括：

壳体，被配置用于容纳由打印过程生成的包括三维物体的块状物；

多个气体入口和出口，被提供在所述壳体中，其中所述多个气体入口和出口各自包括用于致动相应的入口或出口的阀；

控制单元，用于控制多个阀以允许气体流过所述壳体，以从包括所述三维物体的所述块状物移除粉末状构建材料；

其中所述控制单元被配置用于选择性地致动所述阀，以允许气体沿多个不同的流动路径流过所述壳体，

其中所述材料移除系统进一步包括：

成像传感器，被配置用于生成所述三维物体的图像，

其中所述控制单元被配置用于从所述成像传感器接收所述图像，确定粉末在所述三维物体上的位置，并且致动所述阀以将流动路径调节到所确定的位置。

2.根据权利要求1所述的材料移除系统，其中所述材料移除单元包括被配置用于将所述三维物体固定在所述壳体内的固定机构。

3.根据权利要求2所述的材料移除系统，其中所述固定机构被配置用于将所述三维物体悬在所述壳体内。

4.根据权利要求1所述的材料移除系统，其中所述材料移除单元包括被配置用于使所述三维物体振动的振动机构。

5.根据权利要求1所述的材料移除系统，其中所述控制单元被配置用于以预定顺序致动所述阀，以产生穿过所述壳体的不同流动路径。

6.根据权利要求1所述的材料移除系统，包括被配置用于生成三维物体的构建单元，其中所述材料移除单元的所述壳体被密封到所述构建单元。

7.根据权利要求6所述的材料移除系统，其中所述壳体被密封到所述构建单元的上端，并且其中所述构建单元包括用于将所述三维物体从所述构建单元移动到所述壳体的平台。

8.一种方法，包括：

施加气流穿过材料移除单元的壳体中的多个气体入口和出口，所述壳体容纳通过打印过程生成的包括三维物体的块状物，

其中施加所述气流包括在所述材料移除单元内产生多个不同的流动路径，以从所述三维物体移除粉末状构建材料，

其中所述方法进一步包括：

使用成像传感器生成所述三维物体的图像，以及

基于所述三维物体的所述图像确定所述三维物体上的粉末积聚的位置，并且调节所述材料移除单元内的所述流动路径，使得气体流向所确定的位置。

9.根据权利要求8的方法所述的方法，包括使所述块状物振动以使粉末状构建材料从所述三维物体松散。

10.根据权利要求9的方法所述的方法，包括收集松散的粉末状构建材料。

11.根据权利要求8的方法所述的方法，包括以预定顺序产生所述多个不同的流动路径。

12.一种非暂时性机器可读存储介质，其被编码有能由处理器执行的指令，其中所述指令用以实现根据权利要求8至11中任一项所述的方法。