CN117300168A - 用于操纵增材构建组件的方法和系统 - Google Patents

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小A·L·斯旺纳
J·J·默里
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Abstract

一种增材制造系统(10)包括增材制造单元(103)，该增材制造单元包括壳体(105)，该壳体用于沿构建方向以增材方式将粉末材料(108)加工成构建组件(130)。增材制造系统(10)还包括旋转器组件(136)，该旋转器组件用于使在壳体(105)内的构建组件(130)旋转。旋转器组件(136)包括框架(140)和托架(150)，该框架包括第一框架臂(172)和第二框架臂(174)，并且该托架以能够旋转的方式联接到第一框架臂(172)以及联接到第二框架臂(174)。托架(150)包括至少一个联接机构(158,192)，该至少一个联接机构用于将托架(150)以能够移除的方式联接到构建组件(130)。旋转器组件(136)还包括驱动组件(142)，该驱动组件联接到托架(150)，用于选择性地使托架(150)围绕大致垂直于构建方向的旋转轴线旋转。

Description

用于操纵增材构建组件的方法和系统
背景技术
本公开整体涉及增材制造系统，并且更具体地涉及包括用于操纵增材构建组件的操纵器组件的增材制造系统。
增材制造系统对于许多现代专用部件的生产至关重要。此类系统可结合诸如金属粉末之类的构建材料，用于相继地在构建板上构建构建部件层。随着以增材方式在连续层中形成部件，就可以在构建部件中形成作为部件设计的一部分的特定腔室或开口。在构建周期之后，取决于腔室的位置和尺寸，不期望的是，至少其中一些粉末材料可能滞留在腔室内并且可能难以移除。因此，至少一些已知的制造系统将管道插入穿过部件的各部分以供应正空气压力或负空气压力以试图移除那些部分中的材料。然而，滞留在限定在翼型件内的小的或甚至微观上小的腔室内的材料可能难以使用管道接近并且因此可能难以移除。因此，在至少一些已知的制造系统中，通常可能需要辅助附件移除此类较小的腔室中的材料。然而，此类工艺可能成本高昂，并且此类装备可能无法捕获过量的材料，因此导致额外的浪费和制造成本。因此，期望找到一种用于移除较小的腔室中的材料的节省成本的方法。
发明内容
在一个方面，提供了一种增材制造系统。增材制造系统包括增材制造单元，该增材制造单元包括用于沿构建方向以增材方式将粉末材料加工成构建组件的壳体。增材制造系统还包括用于使在壳体内的构建组件旋转的旋转器组件。旋转器组件包括框架和托架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂，并且该托架以能够旋转的方式联接到第一框架臂以及联接到第二框架臂。托架包括用于将托架以能够移除的方式联接到构建组件的至少一个联接机构。旋转器组件还包括驱动组件，该驱动组件联接到托架，用于选择性地使托架围绕大致垂直于构建方向的旋转轴线旋转。
在另一方面中，提供了用于使在增材制造单元内的构建组件旋转的旋转器组件。通过沿构建方向加工粉末材料，至少部分地以增材方式制造构建组件。旋转器组件包括框架和托架，该框架具有第一框架臂和第二框架臂，并且该托架以能够旋转的方式联接到第一框架臂和第二框架臂。托架包括用于将托架联接到构建组件的至少一个联接结构。旋转器组件还包括驱动组件，该驱动组件以能够操作的方式联接到托架，用于使托架围绕大致垂直于构建方向的旋转轴线旋转。
在又另一方面，提供了一种使在增材制造单元的壳体内的构建组件旋转的方法。增材制造单元被构造成通过沿构建方向加工粉末材料以增材方式形成构建组件。该方法包括将托架以能够旋转的方式联接到旋转器组件的框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂。该方法还包括将托架联接到构建组件，并且通过以能够操作的方式联接到托架的驱动组件使托架和构建组件围绕大致垂直于构建方向的旋转轴线旋转。
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，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部件，其中：
图1是示例性增材制造单元的示意图；
图2是可用于操作图1中示出的增材制造单元的示例性控制器的框图；
图3是包括图1中示出的增材制造单元和部件操纵器组件的示例性增材制造系统的示意图；
图4是图3中示出的增材制造系统的另一个示意图，示出了用于操纵由增材制造单元形成的构建组件的工艺中的初始步骤；
图5是图3中示出的增材制造系统的另一个示意图，示出了示例性制造工艺中的第二后续步骤；
图6是图3中示出的增材制造系统的另一个示意图，示出了示例性工艺中的第三步骤；
图7是图3中示出的增材制造系统的另一个示意图，示出了示例性工艺中的第四步骤；
图8是图3中示出的增材制造系统的另一个示意图，示出了示例性工艺中的第四步骤；
图9是与图3中示出的部件操纵器组件一起使用的示例性旋转器组件的透视示意图，并且示出了处于第一取向的旋转器组件的示例性托架；
图10是图9中示出的旋转器组件的透视示意图，示出了处于第二取向的托架；
图11是图9中示出的旋转器组件的顶部示意图。
图12是图9中示出的托架的透视示意图；并且
图13是使在增材制造单元的壳体内的构建组件旋转的示例性方法的流程图。
除非另外指明，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施方案的特征。据信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施方案的多种系统。因此，附图不旨在包括本领域的普通技术人员已知的实践本文所公开的实施方案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，将引用多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用。
“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“基本上”和“大约”)修饰的值不限于指定的精确值。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。在此和整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，此类范围被识别并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
如本文所用，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”不限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而且在广义上是指微控制器、微计算机、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，并且这些术语在本文中可互换使用。在本文所述的实施方案中，“存储器”可包括但不限于计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质，诸如闪存存储器。另选地，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。另外，在本文所述的实施方案中，附加的输入通道可以是但不限于与操作员界面相关联的计算机外围设备，诸如鼠标和键盘。另选地，也可使用其他计算机外围设备，其可包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施方案中，附加的输出通道可包括但不限于操作员界面监视器。
此外，如本文所用，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中的供个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本文所用，术语“非暂态计算机可读介质”旨在表示以任何技术方法实现的任何有形的基于计算机的设备以用于短期和长期存储信息，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或任何设备中的其它数据。因此，本文所述的方法可被编码为体现在有形的非暂态计算机可读介质中的可执行指令，包括但不限于存储设备和/或存储器设备。此类指令在被处理器执行时，使得处理器执行本文所述的方法的至少一部分。此外，如本文所用，术语“非暂态计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂态计算机存储设备，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移除和不可移除介质诸如固件、物理和虚拟存储装置、CD-ROM、DVD和任何其它数字源诸如网络或互联网，以及待开发的数字化手段，唯一的例外是暂态传播信号。
如本文所用，术语“构建周期”是指开始于在粉末床中沉积粉末并且结束于将完成后的部件从粉末床取下的增材制造工艺的一个周期。
如本文所用，术语“粉末”是指能够构成增材制造系统中的基体材料的任何材料，由该增材制造系统形成最终部件。这可包括但不限于聚合物、塑料、金属、陶瓷、砂、玻璃、蜡、纤维、生物物质、复合物以及这些材料的混合物。此外，使用术语“粉末”不应被解释为限制材料的稠度，而应指材料能够通过固结设备固结并且能够基本上填充结构体与部件之间的体积。
本文所述的系统和方法包括用于操纵在增材制造单元内的构建组件或使在增材制造单元内的构建组件旋转的系统和方法。增材制造单元包括用于沿构建方向以增材方式将粉末材料加工成构建组件的壳体。该系统还包括旋转器组件，该旋转器组件包括框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂。旋转器组件还包括以能够旋转的方式联接到框架臂的托架，该托架包括用于将托架联接到构建组件的至少一个联接结构。托架还包括驱动组件，该驱动组件以能够操作的方式联接到托架，用于使托架围绕平行于构建方向的旋转轴线旋转。
增材制造工艺和系统包括例如但不限于还原光聚合、粉末床融合、粘结剂喷射、材料喷射、片材层压、材料挤出、直接能量沉积和混合系统。这些工艺和系统包括例如但不限于SLA(立体光照型技术装置)、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)、直接金属激光熔化、DMLM、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(多射流融合)、3D打印、Voxeljet、Polyjet、SCP(平滑曲率打印)、MJM(多射流建模)Projet、LOM(分层实体制造法)、SDL(选择性沉积层压)、UAM(超声波增材制造)、FFF(熔融丝制造)、FDM(熔融沉积建模)、LMD(激光金属沉积)、LENS(激光近净成形)、DMD(直接金属沉积)、混合系统，以及这些工艺和系统的组合。这些工艺和系统可采用例如但不限于所有形式的电磁辐射、加热、烧结、熔融、固化、粘结、固结、挤压、嵌入以及它们的组合。
增材制造工艺和系统采用包括例如但不限于聚合物、塑料、金属、陶瓷、砂、玻璃、蜡、纤维、生物物质、复合物以及这些材料的混合物的材料。这些材料可用于针对给定材料和工艺或系统的呈各种合适形式的这些工艺和系统中，包括例如但不限于液体、固体、粉末、片材、箔、带材、丝、粒料、液体、浆、线、雾化、糊料以及这些形式的组合。
图1是示例性增材制造系统100的示意图。坐标系12包括X轴、Y轴和Z轴。增材制造系统100包括增材制造单元103，该增材制造单元包括增材壳体105以及壳体105内的固结设备102，用于使用逐层增材制造工艺用粉末材料108在构建板106(在本文中统称为“构建组件”130)上制造部件104。在示例性实施方案中，固结设备102包括激光设备、扫描电机、扫描镜和扫描透镜(均未示出)。另选地，固结设备102可包括使用本文所述的任何工艺和系统促使材料固结的任何其它装置。在示例性实施方案中，增材制造系统100被配置用于直接金属激光熔化，尽管在其它实施方案中，增材制造系统100可被配置用于任何其它增材制造工艺，诸如例如，上文提及的增材制造工艺。
固结设备102设有高强度热源，该高强度热源被配置为使用能量束110在粉末状材料108中生成熔池。增材制造系统100还包括计算机控制系统或控制器112。固结设备102选择性地由致动器(未示出)移动，该致动器使固结设备102沿X-Y平面移动以便于在增材制造系统100内制造部件104的层。另选地，固结设备102和能量束110可以以使得增材制造系统100能够发挥如本文所述的作用的任何取向和方式移动。
在示例性实施方案中，增材制造单元103包括由致动器114移动的构建平台116。致动器114与控制器112连接并且由其移动。致动器114使构建平台116沿Z方向移动，Z方向在本文中也被称为“构建方向”(即，与构建平台116正交的上表面)。在示例性实施方案中，致动器114包括例如但不限于线性电机、液压式活塞和/或气动式活塞、螺杆驱动机构和/或传送带系统。
在示例性实施方案中，增材制造单元103包括粉末排出装置118，该粉末排出装置用于在制造完成之后移除限定在增材壳体105内(例如，在示例性实施方案中的构建平台116上)的构建区域120中的粉末材料108。粉末排出装置118包括阀122，在制造期间关闭该阀，如图1中所示，并且可在制造之后选择性地打开该阀(例如，如图5中所示)，以便于移除构建区域120中的粉末材料108。管道124使得粉末材料108能够被存储和/或从储罐126供应。储罐126保留从粉末排出装置118收集到的未使用的粉末材料108，用于在后续的构建周期中再利用。真空发生器(未示出)可与管道124流体联接，以在构建区域120内形成负压，从而使得粉末材料108能够被吸入粉末排出装置118和储罐126。在例示的示例中，粉末排出装置118限定在构建平台116内。在其它实施方案中，粉末排出装置118可设置在构建区域120内的任何其它合适的位置处。例如但不限于，在一些实施方案中，粉末排出装置118限定在增材壳体105的侧壁128内。在另一个实施方案中，增材制造单元103包括多个粉末排出装置118。
在示例性实施方案中，通过沿Z方向或“构建方向”以增材方式将粉末材料108加工成构建组件130，增材制造单元103在构建板106上制造部件104。在制造开始之前，构建板106定位于构建平台116上的增材壳体105内。在制造期间，在构建板106上制造部件104并且将其与该构建板焊接在一起。当牢固地联接在一起时，构建板106和部件104在本文中统称为构建组件130。在制造出部件104之后，在示例性实施方案中，通过从构建板106切割下部件104，使部件104与构建板106分离。然后，对构建板106进行平滑处理并且可在后续的构建周期中再利用该构建板。部件104可包括单个一体式部件或在制造之后分离的多个单独部件。在示例性实施方案中，部件104包括在气动式涡轮中使用的多个翼型件。在其它实施方案中，部件104可包括任何其它合适的以增材方式制造的部件104。
在例示的示例中，增材制造系统100根据部件104的3D几何结构的计算机建模表示制造部件104。可在计算机辅助设计(CAD)或类似文件中产生计算机建模表示。例如，将部件104的CAD文件转换成包括多个构建参数的逐层格式，该多个构建参数定义部件104的每个层，包括构建层。在示例性实施方案中，沿相对于增材制造系统100中使用的坐标系的原点的期望取向对部件104进行建模。部件104的几何结构被切成层叠堆，每层具有期望的厚度，使得每层的几何结构表示部件104在特定的相对层位置处的截面轮廓的外形。生成跨过相应层的几何结构的扫描路径。沿扫描路径应用构建参数以用粉末材料108制造部件104的该层。针对部件104几何结构的每个相应层重复这些步骤。一旦完成该工艺，就生成包括全部所生成的多个层的一个(或多个)电子计算机构建文件或扫描路径数据集。构建文件或扫描路径数据集被编程到增材制造系统100的控制器112中，以使得能够在制造每层期间控制系统。
在构建文件或扫描路径数据集被存储在控制器112中之后，增材制造系统100可通过实现诸如选择性激光熔化方法之类的逐层制造工艺来生成部件104。示例性逐层增材制造工艺不使用预先存在的制品作为最终部件的前体，而是由诸如粉末材料108之类的呈可配置形式的原材料制得部件104。例如但不限于，可使用钢粉末以增材方式制造钢部件。增材制造系统100可使用广泛范围的材料(例如但不限于金属、陶瓷、玻璃和聚合物)制造多个不同的部件，诸如部件104。
图2是可用于操作增材制造系统100(如图1中所示)的示例性控制器112的框图。在示例性实施方案中，控制器112是通常由增材制造系统100的制造商提供的任何类型的控制器，用于控制增材制造系统100的操作。在每个实施方案中，控制器112执行操作以至少部分地基于人类操作员的指令来控制增材制造系统100的操作。在另选的实施方案中，控制器112自动执行操作以控制增材制造系统100的操作。例如，控制器112包括待由增材制造系统100制造的部件104的3D模型。由控制器112执行的操作包括但不限于仅包括控制固结设备102(图1中所示)的功率输出以及控制能量束110的扫描速度。在另选的实施方案中，控制器112可执行使得增材制造系统100能够发挥如本文所述的作用的任何其它操作。
在示例性实施方案中，控制器112包括存储器设备46以及联接到存储器设备46的处理器48。处理器48可包括一个或多个处理单元，诸如但不限于多核配置。处理器48是允许控制器112执行如本文所述的操作的任何类型的处理器。在一些实施方案中，可执行指令被存储在存储器设备46中。控制器112被配置为能够通过对处理器48进行编程来执行本文所述的一个或多个操作。例如，可通过将操作编码为一个或多个可执行指令并且提供在存储器设备46中的可执行指令来对处理器48进行编程。在示例性实施方案中，存储器设备46是允许存储和检索诸如可执行指令之类的信息或其它数据的一个或多个设备。存储器设备46可包括一个或多个计算机可读介质，诸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)、可擦可编程ROM、电可擦可编程ROM或非易失性RAM存储器。上述存储器类型仅是示例，因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。
存储器设备46可被配置为存储任何类型的数据，包括但不限于与部件104相关联的构建参数。在一些实施方案中，处理器48基于数据的年龄移除或“清除”存储器设备46中的数据。例如，处理器48可重写与后续的时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。此外，或另选地，处理器48可移除超过预先确定的时间间隔的数据。此外，存储器设备46包括但不限于足够的数据、算法和命令，以便于监测由增材制造系统10制造的部件104的构建参数和几何结构条件。
在一些实施方案中，控制器112包括联接到处理器48的展示界面50。展示界面50向用户52呈现诸如增材制造系统10的操作条件之类的信息。在一个实施方案中，展示界面50包括联接到显示设备(未示出)的显示适配器(未示出)，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。在一些实施方案中，展示界面50包括一个或多个显示设备。此外，或另选地，展示界面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)。
在一些实施方案中，控制器112包括用户输入界面54。在示例性实施方案中，用户输入界面54联接到处理器48并且接收来自用户52的输入。用户输入界面54可包括例如但不限于键盘、指向设备、鼠标、触笔、集成触敏显示器面板(诸如但不限于触控板或触摸屏)和/或音频输入接口(诸如但不限于麦克风)。诸如触摸屏之类的单个部件可用作展示界面50的显示设备和用户输入界面54两者。
在示例性实施方案中，通信接口56联接到处理器48并且被配置为与一个或多个诸如激光设备16之类的其它设备通信联接，以及被配置为在用作输入信道的同时执行相对于此类设备的输入操作和输出操作。例如，通信接口56可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可接收来自一个或多个远程设备的数据信号或向一个或多个远程设备发送数据信号。例如，在一些实施方案中，控制器112的通信接口56可向致动器系统36发送数据信号/接收来自致动器系统36的数据信号。
展示界面50和通信接口56两者均能够提供适合与本文所述的方法一起使用的信息，诸如向用户52或处理器48提供信息。因此，展示界面50和通信接口56可被称为输出设备。类似地，用户输入界面54和通信接口56能够接收适合与本文所述的方法一起使用的信息，并且可被称为输入设备。
图3是包括图1中示出的增材制造单元103以及示例性部件操纵器组件132的示例性增材制造系统100的示意图。在示例性实施方案中，部件操纵器组件132包括升降组件134以及联接到升降组件134的旋转器组件136。部件操纵器组件132接合增材壳体105内的部件104并且使其旋转，用于清空滞留在部件增材壳体105的腔室138内的粉末材料108。在示例性图示中，仅出于图示的目的，在附图中按比例放大示出了腔室138，并且应当理解，腔室138比示出的成比例尺寸小得多。
在示例性实施方案中，旋转器组件136包括框架140、驱动组件142、能够旋转的轴144和托架150。驱动组件142联接到框架140并且包括联接到驱动器链轮齿148(另选地被称为驱动器“滑轮”)的电机和齿轮箱组件146。带152围绕驱动组件142的驱动器链轮齿148和从动链轮齿154延伸。驱动器链轮齿148和从动链轮齿154各自以能够旋转的方式联接到框架140，以便相对于其旋转。轴144以能够操作的方式联接到从动链轮齿154，以便随其围绕旋转轴线R1旋转。在图示中，旋转轴线R1延伸到如图3中所示的页面中。托架150限定多个延伸穿过其中的开口156。开口156的尺寸设定成接纳紧固件158(图7中示出)，用于将托架150联接到构建板106。托架150联接到在框架140内的轴144并且连同轴144围绕旋转轴线R1旋转，如下文更详细地描述。
在示例性实施方案中，升降组件134使旋转器组件136相对于增材壳体105移动。更具体地，在示例性实施方案中，升降组件134是一种包括杆160、叉162和轮164的叉式升降机。叉162接合旋转器组件136的框架140并且将旋转器组件136支撑在其上。叉162可沿杆160垂直移动(即，沿Z方向)，以便于使旋转器组件136相对于增材壳体105升高/降低。升降组件134可由一个或多个操作员控制，以选择性地将旋转器组件136移动进入壳体105中，用于将托架150联接到构建板106，如下文更详细地描述。升降组件134包括在杆160上的多个位置指示标识166，该多个位置指示标识便于在操作期间引导叉162的移动。尽管本文示出和描述为叉式升降机，但是在其它实施方案中，升降组件134可包括适于接合和操纵如本文中所述的部件104的任何其它升降机构。例如但不限于，在一个另选的实施方案中，升降组件134可以是联接到增材壳体105和/或设置在增材壳体105内的升降机。
在示例性实施方案中，旋转器组件136由电池供电并且包括整合进升降组件134的电子控制装置中的控制装置。因此，在操作期间，升降组件134处的操作员可从升降组件134的操作员站控制升降组件134和旋转器组件136两者的操作。在其它实施方案中，旋转器组件136，并且更具体地电机146由外部电源供电，诸如升降组件134的电池源(未示出)。
图4至图9示出了操纵增材壳体105内的构建组件130以清空部件104内的腔室138中的粉末状材料108的工艺的示例性相继步骤。具体地，图4示出了该工艺的制造部件104并且使用粉末材料108填充增材壳体105的初始步骤。参见图5，在已完成制造之后，通过打开阀122并且通过粉末排出装置118将粉末材料108排放并且到达储罐126(图1中示出)，基本上将粉末材料108从构建区域120排出。
如图5中所示，在基本上将粉末材料108从构建区域120排出之后，一些粉末材料108可能滞留在部件104的腔室138内。可通过使用真空抽吸软管(未示出)或其它类似设备来移除其中一些剩余粉末状材料108，诸如构建板106的螺纹孔口168内的粉末状材料108。然而，一些粉末状材料108可能仍然滞留在部件104的各部分内，诸如使用真空软管不可行和/或无法进入的小腔室138。因此，为了清空此类腔室138中的粉末材料108，本公开提供一种用于使在增材壳体105内并且更具体地在构建区域120内的构建组件130旋转的方法和装置，以使得此类滞留的粉末材料108能够从部件104(即，被重力馈送)落到构建平台116上，用于排放和回收粉末材料108以供在后续的构建周期期间再利用。
参见图5，工艺的示例性第二步骤是在将粉末材料108从构建区域120排出之后并且在入口门119(图4中示出)打开之后降低增材壳体105内的构建平台116，以使得旋转器组件136能够进入到增材壳体105的构建区域120中。在其它实施方案中，在将旋转器组件移动到增材壳体105中之前，可不降低构建平台116。
参见图6，在该工艺的示例性第三步骤，升降组件134将旋转器组件136移动进入增材壳体105的构建区域中并且定位旋转器组件136，使得托架150中的开口156在构建板106中的对应的螺纹孔口168内对准。可将一个或多个地面引导件(未示出)安装到地面以引导操作员将升降组件134移动进入正确的水平位置中，使得托架中的开口156与构建板106的螺纹孔口168对准。在图6至图8中，仅出于图示的目的，叉162被示出为相对于图3至图5是细长的，而不是细长的以将旋转器组件136移动进入增材壳体105中。在其它实施方案中，升降组件134可包括选择性地能够延展的叉。
如图7中所示，升降组件134然后降低杆160上的叉162(例如，使用杆160上的位置指示标识166作为导向)，以在构建区域120内降低旋转器组件136。具体地，在构建区域120内降低旋转器组件136，使得托架150被定位在构建板106上并且与其接触。然后，操作员通过将紧固件158安装穿过托架150的开口156(图6中示出)并且进入到构建板106上的螺纹孔口168(图6中示出)来将托架150联接到构建板106。在其它实施方案中，其它合适的联接元件可用于将托架150连接到构建板106。例如但不限于，在一些另选的实施方案中，使用夹钳(未示出)将构建板106联接到托架150。
参见图8，在示例性工艺的第四步骤，升降组件134升高在增材壳体105内的旋转器组件136和构建组件130，并且旋转器组件136使构建组件130围绕旋转轴线R1旋转，以清空腔室138中的粉末材料108。在示例性实施方案中，旋转器组件136能够操作为使构建组件130围绕旋转轴线R1旋转一整圈(即，360度)。如图8中所示，在构建区域120内升高构建组件130之后，使构建组件130围绕旋转轴线R1旋转约180度，使得在构建区域120内使构建组件130倒置。
在示例性实施方案中，根据图1中示出的坐标系12，旋转轴线R1大致垂直于构建方向或Z方向。因此，随着旋转器组件136使构建组件130和托架150旋转，构建组件130和托架150各自被翻转或“倒置”。在构建组件130被倒置的情况下，允许粉末材料108从部件104的腔室138掉落并且落到构建平台116上，以通过粉末排出装置118进行回收。此外，可选择性地控制旋转器组件136的驱动组件142以诸如通过在顺时针方向和逆时针方向之间快速地振荡使构建组件130振荡，以使滞留在腔室138内的任何滞留的粉末材料108松散。附加地或另选地，升降组件134可使构建组件130沿X方向或Z方向振荡，以使腔室138中的任何粉末材料108松散。在其它实施方案中，旋转器组件136还包括往复式装置(未示出)，该往复式装置能够操作为使在旋转器组件136上的构建组件130快速振荡，以使腔室138内的粉末材料108松散。例如，在一些实施方案中，线性致动器(未示出)可以能够操作的方式联接到轴144，以使托架150和构建组件130沿水平方向作水平往复运动(即，进入到图8中的页面中)。
在允许粉末材料108从构建组件130掉落之后，旋转器组件136可以可选地使构建组件130旋转回到其初始取向(例如，如图1至图7中所示)，并且升降组件134将构建组件130携带出增材壳体105。然后，部件104可与构建板106分离(例如，使用激光切割或其它合适的技术)，以在后续的构建周期中再利用构建板106。
图9是图3中示出的旋转器组件136的透视图，该旋转器组件包括沿第一取向旋转的构建板106。图10是图9中示出的旋转器组件136和构建板106的透视图，示出了旋转到第二取向的构建板106。图11是图9中示出的旋转器组件136的顶视图。在图9至图11中，示出了不带有电机的齿轮箱和电机组件146。
参见图9，在示例性实施方案中，旋转器组件136包括框架140、联接到框架140的驱动组件142。框架140包括连接臂170以及第一框架臂172和第二框架臂174，该第一框架臂和第二框架臂联接到连接臂170并且各自从连接臂170基本上彼此平行且横向于连接臂170延伸。第一臂172和第二臂174各自包括面向托架150的内表面176以及相对的外表面178。第一框架臂172和第二框架臂174还各自至少部分中空，并且各自限定用于在其中接纳升降组件134的叉162(图3中示出)的通道179。多个紧固件183延伸进入到通道179中并且可接合叉162，以将叉162固定在框架臂172、框架臂174内的适当位置中。框架臂172、框架臂174各自从连接臂170延伸出足够的长度，使得在操作期间，托架150能够旋转完整的360度，而框架140或旋转器组件136的其它部件不会阻碍托架150的旋转。
驱动组件142包括电机和齿轮箱146(在图9至图11中仅示出了齿轮箱)、驱动器链轮齿148、从动链轮齿154。一对轴承180、182(两者均在图11中示出)分别联接到第一臂172和第二臂174的内表面178(例如，经由示例性实施方案中的紧固件)。轴承180、轴承182将托架150以能够旋转的方式支撑在框架臂172、框架臂174上。驱动组件142还包括联接套筒184，该联接套筒在其中同心地接纳托架150的第一轴144。套筒184还接纳在驱动器链轮齿148内并且与其接合。在其它实施方案中，驱动组件142不包括套筒184，并且第一轴144直接联接到从动链轮齿154。
在示例性实施方案中，驱动器链轮齿148和从动链轮齿154各自包括齿186，这些齿限定接纳带152(图3中示出)的链轮齿148、链轮齿154的周向外表面。在操作期间中，可选择性地控制电机和齿轮箱146，以驱动驱动器链轮齿148旋转，该驱动器链轮齿驱动从动链轮齿154和第一轴144旋转，以使托架150相对于框架140旋转。
参见图10，托架150和构建板106各自被示出为从升降取向或“第一”取向(即，图7中示出的取向)旋转约180度到达倾倒取向或“第二”取向(即，图8中示出的取向)。在第二取向上，构建板106取向成向下，其中托架150的基座188被定位在构建板106下方，以允许粉末108从部件104(图8中示出)掉落。
参见图11，在示例性实施方案中，第一轴承180联接到第一框架臂172的内表面176，并且第二轴承182联接到第二框架臂174的内表面176。托架150在框架臂172、框架臂174之间延伸并且包括在其中限定中心开口190的基座188。托架150还包括多个紧固环192，该多个紧固环从基座188向内延伸到中心开口190中。紧固环192各自限定孔口195，该孔口用于接纳穿过其中以将托架150联接到构建板106的紧固件158(例如，如图7中所示)。紧固环192和/或紧固件158在本文中可另选地被称为联接结构和/或联接机构，该紧固环和/或紧固件便于将构建组件130联接到托架150。
参见图12，托架150还包括第一侧壁194和第二侧壁196，该第一侧壁和第二侧壁各自均具有大致呈三角形形状并且从基座188横向向外延伸(即，当托架150处于图7中示出的第一取向时向上延伸)。第一轴144从第一侧壁194向外延伸，并且第二轴198从第二侧壁196向外延伸。在其它实施方案中，托架150包括使托架150能够发挥如本文所述的作用的任何数量的轴。例如，在一些实施方案中，托架150包括单个轴(未示出)，该单个轴延伸穿过第一侧壁194和第二侧壁196并且进入到第一轴承180和第二轴承182(图11中示出)中。在其它实施方案中，轴144、轴198可设置在多个区段(未示出)中，诸如从第一侧壁194向外延伸的第一区段、从第二侧壁196向外延伸的第二区段以及在第一侧壁194和第二侧壁196之间延伸的第三区段。在示例性实施方案中，如图11中所示，旋转轴线R1沿第一轴144和第二轴198延伸并且穿过第一框架臂172和第二框架臂174。
参见图12，在示例性实施方案中，第一轴144限定凹口200，该凹口接纳用于将第一轴144联接到套筒184(图9中示出)的联接键(未示出)。例如，套筒184包括对应的凹口(未示出)，当与第一轴144中的凹口200对准时，该对应的凹口限定开口，该开口的尺寸和形状设定成接纳联接键。在其它实施方案中，第一轴144以任何使托架150能够发挥如本文所述的作用的方式联接到套筒184和/或从动链轮齿154。在示例性实施方案中，第一轴144的第一长度L1从第一侧壁194延伸出，该第一长度大于从第二侧壁196延伸出的第二轴198的第二长度L2。在其它实施方案中，第一轴144和第二轴198可具有任何合适的长度。
图13示出使在增材制造单元的壳体内的构建组件旋转的示例性方法1300的流程图，其中，增材制造单元被构造成通过沿构建方向加工粉末材料以增材方式形成构建组件。在第一步骤中，方法1300包括将托架以能够旋转的方式联接1302到旋转器组件的框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂。在第二步骤中，方法1300包括将托架联接1304到构建组件。在第三步骤中，方法1300还包括通过以能够操作的方式联接到托架的驱动组件使托架和构建组件围绕旋转轴线旋转1306，其中，旋转轴线大致垂直于构建方向。
上述实施方案涉及包括增材制造单元和旋转器组件的增材制造系统。增材制造单元包括用于沿构建方向以增材方式将粉末材料加工成构建组件的壳体。旋转器组件包括框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂。旋转器组件还包括以能够旋转的方式联接到框架臂的托架，该托架包括用于将托架联接到构建组件的至少一个联接结构。托架还包括驱动组件，该驱动组件以能够操作的方式联接到托架，用于使托架围绕平行于构建方向的旋转轴线旋转。
在示例性实施方案中，旋转器组件可用于使在增材制造单元内的构建组件旋转或翻转以释放以其它方式滞留在构建部件中的粉末材料。可诸如通过在示例性实施方案中描述的升降组件选择性地将旋转器组件引入和联接到构建组件。旋转器组件可使在增材单元的排出装置上方的构建组件翻转，使得在翻转期间从单元释放的粉末可被收集在单元内并且在后续的构建周期期间进行再利用。
另外，本文所述的系统和方法的一些示例性技术效应包括至少以下之一：(a)改善增材系统功能性以制造具有复合腔室结构的部件；(b)通过回收粉末材料减少了构建期间的粉末材料的浪费；(c)通过移除滞留在原本难以进入的腔室内的粉末来提高构建部件的质量；以及(d)不需要昂贵的辅助性粉末移除装备即可移除构建部件内的粉末。
本公开的其它方面由以下条款的主题提供：
1.一种增材制造系统包括：增材制造单元，该增材制造单元包括壳体，该壳体用于沿构建方向以增材方式将粉末材料加工成构建组件；和旋转器组件，该旋转器组件用于使在所述壳体内的所述构建组件旋转，所述旋转器组件包括：框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂；托架，该托架以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂以及联接到所述第二框架臂，所述托架包括至少一个联接机构，该至少一个联接机构用于将所述托架以能够移除的方式联接到所述构建组件；和驱动组件，该驱动组件联接到所述托架，用于选择性地使所述托架围绕旋转轴线旋转，其中，该旋转轴线大致垂直于该构建方向。
2.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述旋转轴线延伸穿过该第一框架臂和该第二框架臂。
3.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述托架包括以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂的轴，所述轴延伸穿过所述第一框架臂到达所述驱动组件的链轮齿。
4.根据任一前述条款所述的增材制造系统，该增材制造系统还包括联接到所述旋转器组件的升降组件，所述升降组件能够操作为使在所述壳体内的所述旋转器组件沿大致平行于所述构建方向的方向移动。
5.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述升降组件包括叉，并且其中，所述第一框架臂和所述第二框架臂中的至少一者限定通道，该通道的尺寸设定成在其中接纳所述叉。
6.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述升降组件能够操作为将所述壳体内的所述托架和所述构建组件升高离开构建平台到达升高后的位置，并且其中，在处于所述升高后的位置时，所述旋转器组件能够操作为使所述托架和所述构建组件围绕所述壳体内的所述旋转轴线旋转，以释放限定在所述构建组件内的一个或多个腔室中的粉末材料。
7.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，当所述构建组件和所述托架处于所述升高后的位置时，所述旋转器组件能够操作为使所述托架和所述构建组件围绕该旋转轴线旋转约360度。
8.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述构建组件包括构建板和以增材方式制造在所述部件上的部件，所述构建板被构造成在后续的构建周期中再利用。
9.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述托架以可释放方式联接到所述构建板。
10.根据任一前述条款所述的增材制造系统，其中，所述驱动组件包括电机、以能够操作的方式联接到所述电机的第一链轮齿、联接到所述托架的第二链轮齿，以及围绕所述第一链轮齿和所述第二链轮齿延伸的带。
11.一种用于使增材制造单元内的构建组件旋转的旋转器组件，通过沿构建方向加工粉末材料至少部分地以增材方式制造所述构建组件，所述旋转器组件包括：框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂；托架，该托架以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂和所述第二框架臂，所述托架包括至少一个联接结构，该至少一个联接结构用于将所述托架联接到该构建组件；和驱动组件，该驱动组件以能够操作的方式联接到所述托架，用于使所述托架围绕旋转轴线旋转，其中，该旋转轴线大致垂直于该构建方向。
12.根据任一前述条款所述的旋转器组件，其中，所述旋转轴线延伸穿过该第一框架臂和该第二框架臂。
13.根据任一前述条款所述的旋转器组件，其中，所述托架包括以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂的轴，所述轴延伸穿过所述第一框架臂到达所述驱动组件的链轮齿。
14.根据任一前述条款所述的旋转器组件，该旋转器组件还包括联接到所述旋转器组件的升降组件，所述升降组件能够操作为使在所述单元内的所述旋转器组件沿大致平行于所述构建方向的方向移动。
15.根据任一前述条款所述的旋转器组件，其中，所述升降组件能够操作为将该增材制造单元内的所述托架和所述构建组件升高离开构建平台到达升高后的位置，并且其中，在处于该升高后的位置时，所述旋转器组件能够操作为使所述托架和所述构建组件围绕该单元内的该旋转轴线旋转360度，以释放限定在该构建组件内的一个或多个腔室中的粉末材料。
16.一种使增材制造单元的壳体内的构建组件旋转的方法，该增材制造单元被构造成通过沿构建方向加工粉末材料以增材方式形成该构建组件，所述方法包括：将托架以能够旋转的方式联接到旋转器组件的框架，该框架包括第一框架臂和第二框架臂；将该托架联接到该构建组件；以及通过以能够操作的方式联接到该托架的驱动组件使该托架和该构建组件围绕旋转轴线旋转，其中，该旋转轴线大致垂直于该构建方向。
17.根据任一前述条款所述的方法，其中，该旋转轴线延伸穿过该第一框架臂和该第二框架臂。
18.根据任一前述条款所述的方法，该方法还包括：将升降组件联接到该旋转器组件；以及通过该升降组件并且在所述旋转之前将所述托架和所述构建组件升高离开该增材制造单元的构建平台。
19.根据任一前述条款所述的方法，其中，所述旋转包括使该托架和该构建组件围绕该旋转轴线旋转360度。
20.根据任一前述条款所述的方法，该方法还包括：通过该升降组件并且在所述旋转之后使该构建组件移动出该增材制造单元的该壳体；以及在所述旋转期间收集从该构建组件释放进入该壳体中的粉末。
尽管本公开的各种实施方案的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，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引用和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开实施方案，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践这些实施方案，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。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。如果此类其他示例具有与权利要求书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书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种增材制造系统(10)，所述增材制造系统包括：
增材制造单元(103)，所述增材制造单元包括壳体(105)，所述壳体用于沿构建方向以增材方式将粉末材料(108)加工成构建组件(130)；和
旋转器组件(136)，所述旋转器组件用于使在所述壳体(105)内的所述构建组件(130)旋转，所述旋转器组件(136)包括：
框架(140)，所述框架包括第一框架臂(172)和第二框架臂(174)；
托架(150)，所述托架以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂(172)以及联接到所述第二框架臂(174)，所述托架(150)包括至少一个联接机构(158,192)，所述至少一个联接机构用于将所述托架(150)以能够移除的方式联接到所述构建组件(130)；和
驱动组件(142)，所述驱动组件联接到所述托架(150)，
用于选择性地使所述托架(150)围绕旋转轴线旋转，其中，所述旋转轴线大致垂直于所述构建方向。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其中，所述旋转轴线延伸穿过所述第一框架臂(172)和所述第二框架臂(174)。
3.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其中，所述托架(150)包括以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂(172)的轴(144)，所述轴(144)延伸穿过所述第一框架臂(172)到达所述驱动组件(142)的链轮齿(154)。
4.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，所述增材制造系统还包括联接到所述旋转器组件(136)的升降组件(134)，所述升降组件(134)能够操作为使在所述壳体(105)内的所述旋转器组件(136)沿大致平行于所述构建方向的方向移动。
5.根据权利要求4所述的增材制造系统(10)，其中，所述升降组件(134)包括叉(162)，并且其中，所述第一框架臂(172)和所述第二框架臂(174)中的至少一者限定通道(179)，所述通道的尺寸设定成在其中接纳所述叉(162)。
6.根据权利要求4所述的增材制造系统(10)，其中，所述升降组件(134)能够操作为将所述壳体(105)内的所述托架(150)和所述构建组件(130)升高离开构建平台(116)到达升高后的位置，并且其中，在处于所述升高后的位置时所述旋转器组件(136)能够操作为使所述托架(150)和所述构建组件(130)围绕所述壳体(105)内的所述旋转轴线旋转，以释放限定在所述构建组件(130)内的一个或多个腔室(138)中的粉末材料(108)。
7.根据权利要求6所述的增材制造系统(10)，其中，当所述构建组件(130)和所述托架(150)处于所述升高后的位置时，所述旋转器组件(136)能够操作为使所述托架(150)和所述构建组件(130)围绕所述旋转轴线旋转约360度。
8.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其中，所述构建组件(130)包括构建板(106)和以增材方式制造在所述构建板(106)上的部件(104)，所述构建板(106)被构造成在后续的构建周期中再利用。
9.根据权利要求8所述的增材制造系统(10)，其中，所述托架(150)能够以可释放方式联接到所述构建板(106)。
10.根据权利要求1所述的增材制造系统(10)，其中，所述驱动组件(142)包括电机(146)、以能够操作的方式联接到所述电机(146)的第一链轮齿(148)、联接到所述托架(150)的第二链轮齿(154)，以及围绕所述第一链轮齿(148)和所述第二链轮齿(154)延伸的带(152)。
11.一种用于使在增材制造单元(103)内的构建组件(130)旋转的旋转器组件(136)，通过沿构建方向加工粉末材料(108)至少部分地以增材方式制造所述构建组件(130)，所述旋转器组件(136)包括：
框架(140)，所述框架包括第一框架臂(172)和第二框架臂(174)；
托架(150)，所述托架以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂(172)和所述第二框架臂(174)，所述托架(150)包括至少一个联接结构，所述至少一个联接结构用于将所述托架(150)联接到所述构建组件(130)；和
驱动组件(142)，所述驱动组件以能够操作的方式联接到所述托架(150)，用于使所述托架(150)围绕旋转轴线旋转，其中，所述旋转轴线大致垂直于所述构建方向。
12.根据权利要求11所述的旋转器组件(136)，其中，所述旋转轴线延伸穿过所述第一框架臂(172)和所述第二框架臂(174)。
13.根据权利要求11所述的旋转器组件(136)，其中，所述托架(150)包括以能够旋转的方式联接到所述第一框架臂(172)的轴(144)，所述轴(144)延伸穿过所述第一框架臂(172)到达所述驱动组件(142)的链轮齿(154)。
14.根据权利要求11所述的旋转器组件(136)，所述旋转器组件还包括联接到所述旋转器组件(136)的升降组件(134)，所述升降组件(134)能够操作为使在所述单元(103)内的所述旋转器组件(136)沿大致平行于所述构建方向的方向移动。
15.一种使增材制造单元(103)的壳体(105)内的构建组件(130)旋转的方法，所述增材制造单元(103)被构造成通过沿构建方向加工粉末材料(108)以增材方式形成所述构建组件(130)，所述方法包括：
将托架(150)以能够旋转的方式联接到旋转器组件(136)的框架(140)，所述框架(140)包括第一框架臂(172)和第二框架臂(174)；
将所述托架(150)联接到所述构建组件(130)；以及
通过以能够操作的方式联接到所述托架(150)的驱动组件(142)使所述托架(150)和所述构建组件(130)围绕旋转轴线旋转，其中，所述旋转轴线大致垂直于所述构建方向。
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