CN114945455A - 多余构建材料从三维打印作业的去除 - Google Patents

Abstract

一种系统，包括用以支撑三维打印作业的支撑构件。三维打印作业具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料。该系统进一步包括：力生成布置，用以在由支撑构件支撑的三维打印作业上施加力；以及构建材料出口，用以允许多余构建材料从由支撑构件支撑的三维打印作业的去除。该系统进一步包括：传感器，用以感测支撑构件、由支撑构件支撑的三维打印作业中的改变、或其组合，其中所述改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致；以及控制器，用以修改施加在由支撑构件支撑的三维打印作业上的力，其中所述控制器依赖于由传感器感测到的改变来修改所述力。

Description

多余构建材料从三维打印作业的去除

背景技术

增材制造机器通过构建材料层来生产3D（三维）对象。一些增材制造机器通常被称为“3D打印机”。3D打印机和其它增材制造机器使得将对象的CAD（计算机辅助设计）模型或其它数字表示转换成物理对象成为可能。模型数据可以被处理成切片，每个切片定义了要形成到该对象中的（一个或多个）构建材料层的该部分。构建材料可以是任何合适形式的构建材料，例如纤维、颗粒或粉末。构建材料可以包括一系列材料，诸如热塑性材料、陶瓷材料和金属材料。在一些增材制造设备中，多余构建材料或结块材料（cake material）可以通过力的施加而从3D打印对象被去除。如本文中所使用，术语“多余构建材料”指的是在3D构建作业期间沉积的、没有被使用或消耗以形成作为构建作业的一部分的一个或多个3D对象的任何构建材料。

附图说明

下文将参考附图来描述本公开的一些非限制性示例，其中：

图1是可以用于从三维打印作业去除多余构建材料的系统的示例的示意图；

图2是可以从具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料的三维打印作业去除多余构建材料的方法的示例；以及

图3是耦合到计算设备的非暂时性计算机可读介质的示例。

具体实施方式

增材制造系统可以利用构建材料用于形成3D对象。在操作中，一种或多种构建材料可以被沉积在增材制造系统的构建表面上，并且然后被熔合或以其它方式被结合以形成期望3D对象。聚合物和金属是适用于使用增材制造系统来形成3D对象的两个这样的构建材料。三维对象在形成之后可能在机械上是弱的，并且如果这样的过程没有被充分地监视和控制，则存在进一步的处置或处理可能引起损坏或破损的风险。

一些增材制造系统通过沉积构建材料的连续层并且在沉积后接合每层的部分以形成期望3D对象的层来形成对象。一旦构建作业完成，所得到的3D对象就可能被大量的多余构建材料所悬浮、支撑、包围或以其它方式围绕，该多余构建材料可以通过清洁过程被分离。增材制造系统中的3D对象的清洁过程可以涉及去除其中所打印的3D对象被悬浮或包围的构建材料。清洁过程可以被称为“去结块（de-caking）”，这是由于多余构建材料结块从3D打印对象周围被去除。当使用粉末状构建材料时，该过程可以被称为“去粉化（de-powdering）”。清洁过程可以涉及两个过程，被称为粗略去结块和精细清洁。在粗略去结块过程中，可以以块体从3D对象周围去除多余构建材料或结块。精细清洁过程可以涉及彻底的清洁过程，其中去除了以其它方式通过块体清洁过程未被去除的构建材料。精细清洁可以使用聚焦空气技术、精密刷、处理流体的施加、超声方法和其它合适的过程来实行。可以通过精细清洁过程去除的材料的示例包括粘附到3D对象的材料、或通过3D对象的形貌（topography）被捕获的材料。

粗略去结块和精细清洁过程可以通过力的施加来施行。力可以被施加到以下各项：三维打印对象；可以支撑三维打印对象和多余构建材料的构建平台、构建室或其它支撑构件；构建材料结块本身；或其任何组合。力的施加可以使构建材料流体化，使得其将从构建室流出并且远离三维打印对象。可以使用力生成布置来施加力。在一示例中，使用力生成布置施加的力在支撑构件或与构建材料接触的装置的其它部分中产生振动。在该示例中，在支撑构件中被激发的振动激发三维对象、多余构建材料、结块材料或其任何组合振动。在该示例中，力生成布置可以是机械振荡器或声学设备。在另一个示例中，可以通过使用流体流、加压流体或其它合适的手段来施加力。在该示例中，流体可以是空气、氮气、氩气、载体液体或任何其它合适的流体。在进一步的示例中，可以通过使用直接接触机械设备来施加力，该机械设备诸如刷、分流器（shunt）、挡板（flap）、压力机、或能够使构建材料移动或激发构建材料流动的其它合适的机械设备。

当多余构建材料或结块材料在去结块过程期间从三维打印对象被去除时，先前支撑3D对象的一些材料可以被去除。在这种情形下，3D对象可能由于所施加的力而开始移动。在该3D对象在机械上弱的事件中，这样的移动有损坏该3D对象的风险。在一示例中，移动的对象可能与其它对象或构建单元、构建室、支撑构件或其它装置组件的一部分碰撞。随着去结块和清洁过程的进行，多余构建材料从3D对象的去除可能导致支撑构件所支撑的材料的质量耗尽。如果被施加以从3D对象去除多余构建材料的力贯穿清洁过程保持恒定，则变得越来越有可能的是，随着剩余构建材料的质量耗尽，被施加到3D对象的力将变得足以克服先前防止3D对象移动的任何摩擦力。在使用振动技术的情况下，在该过程期间经受振动的质量中的逐渐减少可能导致3D打印对象的速度和加速度随时间推移的增加。

完成去结块和清洁过程的时间可以依赖于若干因素。这样的因素可以包括：构建材料结块的体积；所施加的力的量值；通过其力被施加的手段；三维打印对象的几何形状；三维打印对象的形貌；构建材料的密度、颗粒大小、颗粒形状和相关联的特性；构建材料可能从构建室、支撑构件或装置的其它相关区域逸出（escape）的速率；或其任何组合。因此，在一些情形下，确定或预测清洁过程的最优持续时间作为用以降低或最小化部分破损风险的手段可能是不切实际的。减少被施加到3D对象、构建材料、支撑构件或其任何组合的力可以降低破损的风险，但是也可能影响多余构建材料被去除的速率。在清洁过程期间控制所施加的力以及修改该力的能力可以进一步防止部件的无意损坏。对力以及对多余构建材料被去除的速率的控制也可以允许清洁过程的进一步自动化，并且减少实行相关联的清洁过程所需的时间。

图1示出了可以用于从三维打印作业去除多余构建材料的示例系统100的示意图。系统100具有用以支撑三维打印作业的支撑构件101。支撑构件101可以是构建平台、构建室、构建凹槽、支撑表面、支撑结构、或构建单元或增材制造装置的任何其它合适的组件。三维打印作业可以具有至少一个所打印的三维部件102和相关联的多余构建材料104。多余构建材料104可以是可用于增材制造系统的任何合适的构建材料，包括以粉末状、颗粒或纤维形式的金属或聚合物。该系统具有力生成布置105，以在由支撑构件101支撑的三维打印作业上施加（impart）力。力生成布置可以是适用于将力施加到支撑构件或三维打印作业的任何布置，诸如振动装置、流体投影设备或直接接触机械设备。在一示例中，力生成布置105在支撑构件101上施加驱动力以使支撑构件101移动，并且由此提供被施加在由支撑构件101支撑的三维打印作业上的力。在该示例中，力生成布置调制该驱动力从而以给定频率在支撑构件上施加振动移动。系统100进一步包括构建材料出口103，以允许从由支撑构件101支撑的三维打印作业去除构建材料。构建材料出口103可以是在清洁过程期间多余构建材料104可以流过的孔。在一示例中，构建材料出口103可以具有一个或多个挡板、门、阀、或任何其它合适的致动门道，以允许构建材料的流动被控制。在另一个示例中，构建材料出口103可以是孔口或孔、或网格中的多个孔，而没有任何相关联的封闭手段。该系统进一步具有传感器106，以感测支撑构件101和由支撑构件支撑的三维打印作业中的至少一个中的改变，其中该改变是由于多余构建材料104从三维打印作业的去除所致的。该系统进一步具有控制器107，以修改施加在由支撑构件101支撑的三维打印作业上的力，其中控制器107依赖于传感器106感测到的改变来修改力。

传感器106可以感测支撑构件101、三维打印作业或其任何组合的一个或多个性质或特性。在一示例中，传感器106感测被去除的多余构建材料104的质量。在另一个示例中，传感器以组合的方式感测多余构建材料104的质量和支撑构件101的质量。在又另一个示例中，传感器106以组合的方式感测多余构建材料104、支撑构件101和三维部件102的质量。在进一步的示例中，传感器106感测支撑构件101的振动性质。在又进一步的示例中，传感器106感测支撑构件101的加速度或速度。在附加示例中，除了支撑构件101、多余构建材料104、三维部件102的质量或其任何组合之外，传感器106还感测支撑构件101的振动性质。在进一步的附加示例中，传感器106可以感测三维打印作业或支撑构件101中剩余的多余构建材料的体积。在其中传感器106感测质量的示例中，可以使用任何合适的质量测量设备来测量质量。在一示例中，可以使用秤或天平来测量质量。在另一个示例中，可以使用荷重元（load cell）来测量质量。在进一步的示例中，可以使用频移或力恢复设备来测量质量。在其中传感器106感测振动性质的示例中，可以使用振动计、加速度计、振动换能器、任何其它合适的振动测量设备或其任何组合来测量振动性质。在其中传感器106感测体积的示例中，可以使用光学或声学技术来测量体积。因此，在一些示例中，感测支撑构件101、由支撑构件支撑的三维打印作业中的改变或其组合可以在不直接感测或测量质量的情况下被实行。在多个性质或特性被感测到的情况下，本文中对传感器106的引用包括对多于一个传感器的引用，其中不同的性质或特性由不同的传感器来感测。

控制器107可以修改施加到支撑构件101或三维打印作业107的力。控制器107可以依赖于由传感器106感测到的改变来修改力。在其中传感器感测支撑构件101的加速度的示例中，控制器107修改力以将支撑构件101或三维打印作业的打印部件的加速度或速度维持或减小到最大水平以下。在一示例中，力的最大水平是在其上方打印部件相对于支撑构件移动的水平。在其中力的最大水平是在其上方打印部件相对于支撑构件移动的水平的另一个示例中，传感器在驱动力被施加在支撑构件上的同时连续地进行感测。在该示例中，控制器实时修改力。在其中控制器实时修改力的另一个示例中，控制器通过降低支撑构件上的振动移动的频率来维持加速度。在一示例中，控制器107可以增加或减小被施加到支撑构件101和三维打印作业的力。在另一个示例中，控制器107可以将被施加到支撑构件101和三维打印作业的力从第一量值减小到第二减少的量值。在另一个示例中，控制器107可以依赖于由传感器106感测到的一个或多个改变来增加和减小被施加到支撑构件和三维打印作业的力。在该示例中，控制器107可以响应于传感器检测到加速度中的增加而减小力，并且然后以闭环控制系统的方式响应于传感器检测到加速度中的减小而随后增加力。如本文中关于一个或多个力所使用的，术语“修改”意味着相关力中的增加或减小，而没有对力的停止或完全去除。在一示例中，将力的量值减少50%将表示力的修改。在另一个示例中，将力的量值增加5%将表示力的修改。将力的量值减少100%使得该力不再被施加并不表示在本公开的术语内的修改。为了避免疑问，除了如先前描述的修改力之外，控制器107还可以停止力的施加。在一示例中，当预确定量的多余构建材料已经从三维打印作业被去除时，控制器将停止被施加在三维打印作业上的力。可以通过基于将不被消耗以形成三维打印作业的一个或多个打印部件的构建材料的量进行计算来预确定要从三维打印作业去除的多余构建材料的量。构建材料的预确定量可以是将不被消耗以形成一个或多个打印部件的构建材料的量的比例或分数（fraction）。可以由用户经由输入设备手动地录入构建材料的预确定量。可以通过三维打印作业的计算机模型或者通过由增材制造系统的计算组件施行的自动计算来确定构建材料的预确定量。在通过三维打印作业的计算机模型或通过自动计算来确定构建材料的预确定量的情况下，构建材料的预确定量可以是当被去除时将使（一个或多个）三维打印部件在清洁过程期间移动的构建材料的量。可以通过与用于形成三维打印作业的（一个或多个）打印部件的构建材料的质量或体积的反比关系来确定构建材料的预确定量。在另一个示例中，控制器可以响应于由传感器结合一个或多个时间段或时间延迟感测到的改变而停止力的施加。

控制器107可以是多个组件。控制器107可以是可编程逻辑控制器（PLC）或可以实行指令的其它计算设备。控制器107可以包括集成在单个设备中或跨多个设备分布的一个或多个处理元件。系统100的控制器107可以具有数据输入/输出接口单元，以从内部或外部组件接收输入数据或者将数据发送到内部或外部组件。在一示例中，控制器可以具有输入设备（未示出），以允许用户与系统100交互。控制器还可以将数据输出到其它外部组件，诸如显示单元。控制器107可以进一步包括处理器，以管理控制器107内的所有组件。在存在的情况下，处理器可以处理控制器110内的组件之间的所有数据流。处理器可以是中央处理单元、基于半导体的微处理器、专用集成电路（ASIC）和/或适用于检索和执行指令的其它设备中的任何。控制器107可以进一步包括存储装置或存储器单元，以存储可能需要由例如处理器访问的任何数据或指令。在存在的情况下，存储器单元可以是能够存储可执行指令的任何形式的存储设备，诸如非暂时性计算机可读介质，例如随机存取存储器（RAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、存储驱动器、光盘等。在一示例中，控制器107可以包括PLC（可编程逻辑控制器）。在另一个示例中，控制器107可以实现PID（比例-积分-微分）控制器。在进一步的示例中，控制器107可以实现FO（分数阶）控制器。在又另一个示例中，控制器107可以实现IO（整数阶）控制器。控制器可以依赖于控制器要实行的更宽泛的功能以闭环或开环方式来操作。控制器可以进一步包括系统模型。在控制器包括系统模型的情况下，控制器可以将传感器感测到的改变与系统模型的一个或多个参数进行比较。

在使用中，系统100可以包括具有多余构建材料104的三维打印作业，其中三维部件102被保持在多余构建材料104内。多余构建材料104和三维部件102可以由支撑构件101来支撑。当用户期望从三维部件102、支撑构件101或支撑构件101和三维部件102去除多余构建材料104时，用户可以操作力生成布置105以将力施加到支撑构件101、三维部件102、多余构建材料104或其任何组合。用户可以操作力生成布置105以通过由控制器107接收或发出的指令或信号的方式来施加力。由控制器发出的指令或信号可以由力生成布置105接收以发起力的施加。当力被施加到支撑构件101、三维部件102、多余构建材料104或其任何组合时，多余构建材料104可以被流体化并且被激发以通过构建材料出口103的方式离开支撑构件101。随着构建材料104离开支撑构件101，三维打印作业或与支撑单元101结合的三维打印作业的质量将减小。随着多余构建材料从三维打印作业被去除，由支撑构件101支撑的构建材料104的质量以及因此其体积可能减小。传感器106可以感测或检测支撑构件101和由支撑构件101支撑的三维打印作业的组合中的改变，该改变是由于多余构建材料104从三维打印作业的去除所致。当传感器106感测到这样的改变时，控制器可以依赖于传感器感测到的改变来修改力。例如，如果传感器感测到支撑单元101中剩余的材料质量已经减小到阈值以下，则控制器可以减少力以防止三维部件102的移动。在该示例中，该阈值可以至少部分地通过确定当从三维打印作业被去除时将使（一个或多个）打印部件在清洁过程期间移动的多余构建材料的量来计算。该阈值可以是当被去除时将使打印部件的打印部件移动的多余构建材料的一部分或分数。该阈值可以由用户经由输入设备手动地录入。该阈值可以通过三维打印作业的计算机模型或通过增材制造系统的计算组件施行的自动计算来确定。在施行自动计算的情况下，该自动计算可以基于在三维打印作业期间沉积的构建材料的量、由传感器106检测到的改变、与由用户录入的三维打印作业相关的信息、从系统模型导出的信息、将导致（一个或多个）打印部件的移动的构建材料去除的量的计算、任何其它合适的信息、或其任何组合。构建材料的阈值量可以通过与用于形成三维打印作业的（一个或多个）打印部件的构建材料的质量或体积的反比关系来确定。该阈值可以在清洁过程开始之前被预确定。在另一个示例中，如果传感器感测到支撑构件的振动超过一个或多个阈值特性，诸如速度或加速度，则控制器可以减少支撑单元101的振动，以防止三维部件102的移动，同时维持多余构建材料104通过构建材料出口103的流动。在一示例中，系统包括传感器以感测多余构建材料的质量，并且控制器依赖于从三维打印作业去除的构建材料的质量来修改力，以将支撑构件的加速度维持在最大水平以下。在该示例中，该系统包括第二传感器以感测支撑构件的加速度，其中控制器还依赖于支撑构件的加速度来修改力，以将支撑构件的加速度维持在最大水平以下。

在一个示例中，系统100可以找到作为增材制造装置的一部分的用途。在这样的示例中，系统100可以形成增材制造装置的一部分或者集成在其中。在另一个示例中，系统100可以在不同于或远离其中实行三维构建作业的增材制造装置的装置中找到用途。在该示例中，系统100可以形成材料处置站、清洁站、后处理站、可去除构建单元、或任何其它合适装置的一部分。在其它示例中，支撑构件101和三维打印作业可以从增材制造装置被移动并且到包括系统100的装置中。

图2示出了可以用于从三维打印作业去除多余构建材料的方法200的示例，其中三维打印作业包括一个或多个打印部件和相关联的多余构建材料。方法200涉及：向由支撑构件支撑的三维打印作业施加210力。该力可以使用任何合适的手段——诸如振动技术、一种或多种流体的定向或发射、或直接接触机械设备的使用——来施加。如关于图1所描述，该力可以使用力生成布置105来施加。方法200进一步涉及允许220多余构建材料从三维打印作业的去除。多余构建材料的去除可以经由构建材料出口103而发生，如关于图1所示出和先前描述。允许220多余构建材料的去除可以涉及致动、平移、移动或以其它方式操作一个或多个门控设备，所述一个或多个门控设备可以防止构建材料流过构建材料出口103。在一示例中，允许220多余构建材料的去除可以涉及：使门从第一位置致动到第二位置，在第一位置中，门至少部分地阻塞了构建材料出口103，在第二位置中，构建材料可以更自由地流过构建材料出口103。在另一个示例中，允许220多余构建材料的去除可以涉及将屏障（screen）从其中它阻塞构建材料出口103的配置滑动到其中构建材料出口103没有被阻塞的配置。该方法进一步包括：确定230支撑构件101和三维打印作业的组合中的改变，其中该改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致。确定230可以用如关于图1的系统100所描述的传感器来实行。确定230可以连续地、不断地、间歇性地、或以任何其它合适的方式来实行。在一示例中，当力被施加在支撑构件、三维打印作业、多余构建材料或其任何组合上时，确定230被连续地施行。确定230可以发生在清洁过程中的任何相关点处，在清洁过程期间，多余构建材料从三维打印作业被去除。在一个示例中，确定230可以发生在允许220多余构建材料的去除已经开始之后。在另一个示例中，确定230可以发生在允许220多余构建材料的去除之前、期间和之后。被确定的改变可以是指示三维打印部件可能开始相对于支撑构件移动或者以增加的速度移动的任何改变。例如，该改变可以是质量中的改变、速度中的改变、体积中的改变、加速度中的改变、任何其它合适参数中的改变、或其任何组合。在一示例中，所确定的改变是多余构建材料的质量中的改变。在另一个示例中，所确定的改变是支撑构件的加速度中的改变。方法200进一步涉及：修改240被施加到三维打印作业的力，其中该力是依赖于支撑构件和三维打印作业240的组合中的所确定的改变被修改的。如先前所描述，修改240可以涉及力的量值中的调整，而不会完全地去除力、停止力、或将力的量值调整为零。在一示例中，该方法进一步涉及：修改力，以将三维打印作业的打印部件的加速度或速度维持在可接受的加速度或速度范围内。在一示例中，修改240涉及将三维打印部件的加速度维持在最大水平以下。在另一个示例中，修改240涉及将支撑构件的加速度维持在最大水平以下。在该示例中，最大水平可以是在其处三维打印部件将移动的加速度。修改240的依赖性实际上可以导致力在较大改变量值被确定时被修改到较大的程度，并且在较小改变量值被确定时被修改到较小的程度。在一示例中，修改240可以与所确定的改变的量值成比例。在另一个示例中，修改240可以通过一个或多个数学公式与所确定的改变相关。在其中确定230被连续地实行的示例中，修改240可以被实时实行。在修改240被实时实行情况下，修改240可以被重复一次或多次。在另一个示例中，修改可以维持支撑构件或三维部件的恒定加速度、恒定速度或恒定位移。在又进一步的示例中，修改240维持构建材料从三维打印作业的去除的预确定速率。在附加示例中，修改可以在感测到任何量值的改变时以固定的增量来调整力。

方法200可以进一步包括重复确定230和调整240一次或多次。确定230和调整240可以被迭代地重复。在一示例中，确定230和调整240可以被重复，直到由支撑构件支撑的多余构建材料的数量、体积或质量已经减小到预确定阈值以下为止。在另一个示例中，确定230和调整240可以被重复，直到由支撑构件支撑的大体上所有多余构建材料已经被去除为止。在进一步的示例中，确定230和调整240可以被重复，直到支撑构件101、多余构建材料104、打印部件或其任何组合的加速度或速度达到预确定阈值为止。方法200可以进一步涉及：将支撑构件和三维打印作业的组合中的改变与系统模型进行比较，并且基于该比较来查明打印部件是否将移动。在该示例中，力修改的依赖性基于或者可以考虑查明打印部件是否将相对于支撑构件移动。如果查明打印部件可能移动，则该修改可能减少所施加的力的量值。在一些示例中，如果查明打印部件将不会移动，则力的量值可以被维持恒定、或者增加以便于构建材料的高效去除。依赖于用户的目标，方法200还可以涉及一个或多个附加操作。例如，方法200可以涉及停止力的施加。在进一步的示例中，方法200涉及：当预确定量的多余构建材料从三维打印作业被去除时停止力的施加。在另一个示例中，该方法可以进一步涉及：将三维部件转移到后处理单元。在又进一步的示例中，方法200可以进一步涉及对打印部件进行精细清洁。在进一步的附加示例中，方法200可以涉及用处理流体来处理三维部件。

用以从三维打印作业去除多余构建材料的方法200可以全部地或部分地由包括诸如图1中所示出和所描述的系统100之类的系统的增材制造装置或相关装置来自动施行。方法200可以响应于用户选择增材制造系统或相关装置上的操作的模式被自动实行。在另一个示例中，方法200可以在增材制造过程完成之后被自动实行，而一旦增材制造过程已经完成，则无需来自用户的任何输入。在一示例中，该方法的应用210、允许220、确定230或修改240部分可以由增材制造系统或相关装置来施行，而无需响应于用户选择清洁模式、或增材制造系统或相关装置上的操作。

图3示出了包括指令的非暂时性计算机可读介质的示例，该指令当在计算设备301上执行时使计算设备：通过在三维打印作业上施加力来从由支撑构件支撑的三维打印作业去除310多余构建材料，该三维打印作业具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料。当指令被执行时，计算设备301可以进一步确定320支撑构件和三维打印作业的组合中的改变，其中该改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致。当执行指令时，计算设备301还可以修改330施加在三维打印作业上的力，其中该力是依赖于支撑构件和三维打印作业的组合中的所确定的改变被修改的。计算设备301可以包括处理器。计算设备301可以可通信地耦合到增材制造系统、后处理单元、清洁单元、构建单元或其任何组合。非暂时性计算机可读介质可以是存储可执行指令的任何电子、磁性、光学或其它物理存储设备，有时被称为存储器302。因此，非暂时性计算机可读介质可以是例如随机存取存储器（RAM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、存储驱动器、光盘以及诸如此类。由权利要求的非暂时性计算机可读介质存储的修改330指令可以使计算设备修改力，以将三维打印作业的打印部件的加速度或速度维持在最大水平以下。

本文中描述的过程和方法可以由一个或多个数学公式来表示。在一示例中，如果所施加的力在量值上低于三维打印对象与构建材料、支撑构件或其任何组合之间的摩擦力，则三维打印对象将不会在力的施加之后移动。因此，该系统可以被表示为基于以下等式的系统模型：

法向力

震动力

摩擦力

其中“m”表示以千克（kg）为单位的质量；“g”表示以米每平方秒（m/s²）为单位的重力加速度；“a”表示以米每平方秒（m/s²）为单位的加速度；“t”表示以秒（s）为单位的时间；“ω”表示以弧度每秒（rad/s）为单位的角速度；“A”表示最大位移；“φ”表示相位常数；μ表示摩擦系数，它依赖于接触材料的性质。因此，三维打印对象的滑动或移动不可能发生的数学条件可以被定义为：

扩展上述内容，该动态系统因此可以按以下方式来近似：

其中

；“e”表示以米（m）为单位的偏心率；“m”表示以千克（kg）为单位的非中心质量；以及“w”表示以弧度每秒（rad/s）为单位的角速度。为了简单起见，可以在一个轴上考虑该模型。也可以假定阻尼系数等于0。实际上，阻尼可能高于0。在一些示例中，该系统和模型可以以阻尼系数“c”的较低值更有效地操作。因此，对微分方程的解可以是如下：

其中固有频率和阻尼因子可以被表示为：

该系统模型可以形成控制器的一部分。控制器可以将传感器感测到的改变与该系统模型的一个或多个参数进行比较。在该示例中，控制器可以基于传感器感测到的改变以及形成该系统模型的一部分的参数和等式来确定三维部件是否将移动。

在操作中，控制器可以通过系统模型的应用来控制系统100和方法200。在第一示例中，控制器可以采用其中对质量流进行建模的控制策略。在该示例中，控制器可以从包括荷重元的传感器接收质量信息。该质量信息可以被传递到控制器，诸如PID控制器，该控制器向力生成布置提供信号，该信号使得力生成布置改变响应于该质量信息所生成的力。在第二示例中，控制器可以从包括加速度计或振动检测器的传感器接收加速度或振动信息。该加速度或振动信息可以被传递到PID控制器、继电器式控制器、神经网络控制器或任何其它合适的控制器，该控制器向力生成布置提供信号，该信号使力生成布置改变响应于振动信息的加速度所生成的力。在第三示例中，控制器可以接收质量信息和加速度或振动信息两者。质量信息和加速度信息可以被传递到PID控制器，该控制器向力生成布置提供信号，该信号使力生成布置改变响应于质量信息、加速度或振动信息、或质量信息和加速度或振动信息两者所生成的力。在第一、第二和第三示例中的每一个中，控制器可以包括系统模型组件，该系统模型组件可以应用一个或多个数学公式或系统表示来确定三维部件是否超过或者将超过速度或加速度的预确定阈值。在第三示例中，质量信息可以与加速度或振动信息被同时收集。在第三示例中，质量信息可以在与加速度或振动信息相同的时间处、接近的时间处、或不同的时间处被传递到PID控制器。质量信息和加速度或振动信息的收集可以允许控制器核实或验证由控制器处理的其它信息。

尽管本文中已经图示和描述了特定示例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，各种替代和/或等同实现可以代替所示出和描述的特定示例。本申请意图覆盖本文中讨论的特定示例的任何适配或变型。因此，本公开意图由权利要求及其等同物所限制。

Claims (15)

1.一种系统，包括：支撑构件，用以支撑三维打印作业，所述三维打印作业具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料；力生成布置，用以在由支撑构件支撑的三维打印作业上施加力；以及构建材料出口，用以允许多余构建材料从由支撑构件支撑的三维打印作业的去除；

所述系统进一步包括：传感器，用以感测支撑构件、由支撑构件支撑的三维打印作业中的改变、或其组合，其中所述改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致；以及

控制器，用以修改施加在由支撑构件支撑的三维打印作业上的力，其中所述控制器依赖于由传感器感测到的改变来修改所述力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器感测多余构建材料的质量。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器感测支撑构件的加速度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器修改施加在三维打印作业上的力，以提供多余构建材料从三维打印作业的去除的预确定速率。

5.根据权利要求1所述的系统，其中当预确定量的多余构建材料已经从三维打印作业被去除时，所述控制器停止施加在三维打印作业上的力。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述力生成布置在支撑构件上施加驱动力以移动支撑构件，并且由此提供施加在由支撑构件支撑的三维打印作业上的力，并且其中所述力生成布置调制驱动力从而以给定频率在支撑构件上施加振动移动。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器感测支撑构件的加速度，并且所述控制器修改力以将支撑构件的加速度维持在最大水平以下。

8.根据权利要求7所述的系统，其中支撑构件的加速度的最大水平是在其以上打印部件相对于支撑构件移动的水平。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器在驱动力被施加在支撑构件上的同时连续地进行感测，并且所述控制器实时地修改力。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器通过降低支撑构件上的振动移动的频率来修改力以维持加速度。

11.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器感测多余构建材料的质量，并且所述控制器依赖于从三维打印作业去除的多余构建材料的质量来修改力，以将支撑构件的加速度维持在最大水平以下；所述系统包括感测支撑构件的加速度的第二传感器，其中所述控制器进一步依赖于支撑构件的加速度来修改力，以将支撑构件的加速度维持在最大水平以下。

12.一种用以从三维打印作业去除多余构建材料的方法，所述三维打印作业具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料，所述方法包括：

向由支撑构件支撑的三维打印作业施加力；

允许多余构建材料从三维打印作业的去除；

确定支撑构件、由支撑构件支撑的三维打印作业中的改变、或其组合，其中所述改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致；以及

修改施加到三维打印作业的力，其中所述力是依赖于支撑构件、三维打印作业中的所确定的改变、或其组合被修改的。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述力被修改以将三维打印作业的打印部件的加速度维持在可接受的加速度范围内。

14.一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令当在计算设备上执行时使计算设备：

通过在三维打印作业上施加力来从由支撑构件支撑的三维打印作业去除多余构建材料，所述三维打印作业具有至少一个打印部件和相关联的多余构建材料；

确定支撑构件、由支撑构件支撑的三维打印作业中的改变、或其组合，其中所述改变是由于多余构建材料从三维打印作业的去除所致；以及

修改施加在三维打印作业上的力，其中所述力是依赖于支撑构件、三维打印作业中的所确定的改变、或其组合被修改的。

15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述力被修改以将三维打印作业的打印部件的加速度维持在最大水平以下。

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