TWI689405B

TWI689405B - 用於生成三維物體的設備及其方法

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Publication number: TWI689405B
Application number: TW106103955A
Authority: TW
Inventors: 趙燕; 阿傑哈特曼; 趙麗華
Original assignee: 美商惠普發展公司有限責任合夥企業
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2020-04-01
Also published as: US11192306B2; EP3356124B1; EP3356124A4; WO2017138915A1; TW201733775A; EP3356124A1; CN108349165A; CN108349165B; US20190054699A1

Abstract

實例包括用於生成一三維物體的一設備。該設備包含至少一個能源、至少一個建構層溫度感測器、及一控制器。該控制器係用以當一建構層溫度係低於一第一溫度臨界值時控制該至少一個能源以於一建構區中預熔合一建構層的一部分。該控制器係進一步用以，在預熔合該建構層的該部分之後，當該建構層溫度係低於一第二臨界值時控制該至少一個能源以於該建構區中熔合該建構層的該部分。

Description

用於生成三維物體的設備及其方法

本發明係有關於建構層溫度控制技術。

發明背景

以逐層為基礎生成三維物體的加成製造系統乃製造三維物體的便利方式。加成製造系統之實例包括三維列印系統。藉加成製造系統生產的物體品質基於使用的加成製造技術之類型而可有寬廣變化。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於生成一三維物體的設備，該設備包含：至少一個能源；至少一個建構層溫度感測器；及一控制器用以：當一建構層溫度係低於一第一溫度臨界值時控制該至少一個能源以於一建構區中預熔合一建構層的一部分，及在預熔合該建構層的該部分之後，當該建構層溫度係低於一第二臨界值時控制該至少一個能源以於該建構區中熔合該建構層的該部分。

10、50、100:設備

12、52、102:建構材料撐體

14、54、104:建構區

16、62、118:能源

18、66、110:建構層溫度感測器

28、130:控制器

56、106、108:掃描載具

58、114、116:掃描軸

60、120:建構材料分配器

64、122:作用劑分配器

72:第一方向

74:第二方向

132:處理資源

134:記憶體資源

136:指令

200、250、300、350、400、450、500:流程圖

202-206、252-262、302-316、352、354、402、404、452、454、502、504:方塊

圖1提供用於生成三維物體的一設備實例之若干組件的方塊圖。

圖2A-C提供用於生成三維物體的一設備實例之若干組件的方塊圖。

圖3提供用於生成三維物體的一設備實例之若干組件的方塊圖。

圖4提供流程圖，其例示可藉一設備實例進行的一序列之操作。

圖5提供流程圖，其例示可藉一設備實例進行的一序列之操作。

圖6提供流程圖，其例示可藉一設備實例進行的一序列之操作。

圖7A-B提供流程圖，其例示可藉一設備實例進行的一序列之操作。

圖8A-B提供流程圖，其例示可藉一設備實例進行的一序列之操作。

各幅圖間相同的元件符號標示相似的但非必然相同的元件。圖式並非必然按比例繪製，及某些部件的尺寸可誇大以便更清晰地例示所顯示的實例。再者，附圖提供符合詳細說明部分的實例及/或實施例；然而，該詳細說明非僅限於附圖中提供的實例及/或實施例。

較佳實施例之詳細說明

本文中提供之實例包括用於生成三維物體之設備及方法。用於生成三維物體之設備可被稱作加成製造設備及加成製造方法。如將瞭解，本文描述的設備實例可對應三維列印系統，其也可稱作三維列印器。於一加成製造方法實例中，一層之建構材料可分配於建構材料撐體的建構區中，一作用劑可選擇性地分配於該層之建構材料上，及可暫時施加能至該層之建構材料。如於本文中使用，建構層可指於建構區中分配之一層之建構材料，而作用劑可分配於其上及/或能可施加其上。

能的施加可使得其上已施加作用劑之該層之建構材料部分開始聚結。相反地，於其上未分配作用劑的建構材料未曾因施加能而聚結。於若干實例中，可使用一設備實例的至少一個能源施加能至一建構層。能源之實例可包含加熱元件、電磁輻射發射器(例如，光發射器、紅外線發射器、紫外線發射器、雷射發射器等)、及/或燈(例如，鹵素燈)。

能的初始施加可使得建構層之部分開始聚結，此種能的初始施加可稱作為預熔合。建構材料之約略完全聚結可稱作為熔合。該層之建構材料之部分可開始聚結的溫度可稱作為熔合溫度。如將瞭解，預熔合與熔合間之差異可至少部分地基於施加的能量/強度及/或施加能的持續時間。當冷卻時，已聚結的建構材料層之部分變成固體及形成被生成的三維物體的部件。據此，於其上被選擇性地分配作用劑(且變成固體)的建構材料層之部分可被稱為建構層之「部件區」。

可分配額外層及針對各層可進行前述操作以藉此生成三維物體。如將瞭解，各層可對應欲生成的三維物體之一剖面。循序地層疊且熔合多層之建構材料部分於先前層頂上，可有助於三維物體之生成。三維物體之逐層形成可稱作為逐層加成製造方法。於若干實例中，建構層之高度(也可稱作厚度)可在微米級。舉例言之，若干建構層之高度實例可於約60至150微米之範圍。又復，取決於實施設備及方法，建構材料之聚積層的總建構高度可在微米級或米級。

於本文描述的實例中，建構材料可包括以粉末為基礎的建構材料，於該處以粉末為基礎的建構材料可包含以濕及/或乾粉末為基礎的材料、微粒狀材料、及/或顆粒材料。於若干實例中，建構材料可以是微弱光吸收性聚合物。於若干實例中，建構材料可以是熱塑性。又復，如於本文中描述，作用劑可包含當施加能時可輔助建構材料之熔合的流體。於若干實例中，作用劑可稱作聚結劑。於若干實例中，作用劑可以是光吸收性流體，諸如顏料著色劑。

如將瞭解，各種類型之建構材料可具有不同的材料性質。如本文描述的逐層加成製造方法之各項操作的效能可至少部分地基於此種方法中使用的建構材料之材料性質。材料性質實例可包括臨界溫度、發射率、吸光比、導熱性、熱擴散性、熱膨脹、光敏感度、反射性、熔點、熱膨脹係數、塑性、彈性、通透性、反應性、表面能、導電性、介電常數、及/或其它此等材料性質。

於生成三維物體的設備之若干實例中，於預熔合及/或熔合期間，建構層之溫度可能影響所生成的三維物體的總體品質與材料/機械性質。又復，由設備生成的三維物體之品質可至少部分地基於設備的選擇。設備的選擇可指稱對應下述特性，對應於該設備施加能至將使用來形成物體的建構層之部分的能力及該設備不施加能至將不使用來形成物體的建構層之部分的能力。

設備實例包含至少一個建構層溫度感測器，藉此測定分配於設備的建構區中之一層之建構材料的建構層溫度。建構層溫度感測器之實例可包含紅外線溫度感測器、熱視覺感測器、紅外線相機、及/或可使用來測定建構層之溫度的其它類型的感測器。

於實例中，至少部分地基於建構層之溫度，至少一個能源可經控制用於建構層的預熔合及/或熔合。於若干實例中，當建構層溫度係低於第一溫度臨界值時，能源可經操作以預熔合建構層。於此等實例中，第一溫度臨界值可對應冷卻時間之控制-若建構層之溫度係大於臨界值，則設備可等待直到建構層之溫度冷卻至第一溫度臨界值。於若干實例中，第一溫度臨界值可稱作預熔合溫度臨界值。如將瞭解，當建構層冷卻至預熔合溫度臨界值時，設備可起始操作效能來在建構層上進行預熔合。又復，第一溫度臨界值可至少部分地基於逐層加成製造方法中實施的建構材料之材料性質。據此，第一溫度臨界值(亦即預熔合溫度臨界值)可基於設備使用的建構材料而異。於若干實施例中，第一溫度臨界值可於約攝氏60度至約攝氏100度之範圍。於若干實施例中，第一溫度臨界值可於約攝氏80度至約攝氏90度之範圍。然而，須於其它實例中，第一溫度臨界值可大於或小於範圍實例之約略溫度值。

此外，於預熔合建構層之後，可操作能源以當建構層溫度小於第二溫度臨界值時熔合建構層。於此等實例中，第二溫度臨界值可對應預熔合建構層後冷卻時間之控制-若於預熔合後，建構層之溫度係大於第二溫度臨界值，則設備可等待直到建構層之溫度冷卻至第二溫度臨界值。於若干實例中，第二溫度臨界值可稱作熔合溫度臨界值。如將瞭解，當建構層冷卻至熔合溫度臨界值時，設備可起始操作效能而在建構層上進行熔合。又復，第二溫度臨界值可至少部分地基於逐層加成製造方法中實施的建構材料之材料性質。據此，第二溫度臨界值(亦即熔合溫度臨界值)可基於設備使用的建構材料而異。於若干實施例中，第二溫度臨界值可於約攝氏70度至約攝氏110度之範圍。於若干實施例中，第二溫度臨界值可於約攝氏85度至約攝氏100度之範圍。然而，須瞭解於其它實例中，第二溫度臨界值可大於或小於範圍實例之約略溫度值。如於本文中使用，「約略」當就數值使用時可對應±10%之範圍。

因此，若干實例可基於建構層之溫度協調加成製造方法之各項操作的效能。如將瞭解，於若干實施例中，加成製造方法之各項操作的進行可被延遲直到建構層溫度低於載明的臨界值。於此等實例中，藉由等待直到建構層低於經界定的溫度臨界值，實例可於逐層加成製造方法中實施被動冷卻。於此等實例中，至少部分地基於建構層之溫度協調逐層加成製造方法之操作效能，可改良設備用於進行逐層加成製造方法中之選擇性。此外，至少部分地基於建構層之溫度協調逐層加成製造方法之操作效能可減少於建構層之非期望區中的熱滲，於該處此種熱滲可能導致建構材料浪費及物體維度較不準確。

於若干實施例中，設備可包含建構材料撐體，於該處建構材料撐體的一表面可對應一建構區。據此，第一層之建構材料可於建構區中分配建構材料撐體的一表面上。接續層之建構材料可於建構區中分配在先前已分配的且已熔合層上。又復，設備可包含能源，使用該能源暫時施加能至建構材料層，以加熱建構材料層，藉此預熔合或熔合建構材料層。舉例言之，設備可包含至少一個能源，其可加熱建構材料層，使得建構材料層之部分於該處已分配的作用劑可預熔合及/或熔合。於若干實施例中，設備可進一步包含能源，使用該能源以預熱建構材料層。

此外，設備實例可包含耦合至掃描載具的作用劑分配器。於若干實例中，作用劑分配器可包含一列印頭或多列印頭(例如，以熱噴射為基礎之列印頭、以壓電噴射為基礎之列印頭等)。於一個實例中，適用於在商用噴墨列印裝置中實施的列印頭可實施為作用劑分配器。於其它實例中，作用劑分配器可包含其它類型的流體噴射裝置，其選擇性地噴射小量體積之流體。於若干實例中，作用劑分配器可包含至少一個列印頭，其包含多個流體噴射晶粒沿作用劑分配器之寬度大致呈端對端排列。於若干實例中，至少一個列印頭可包含多個列印頭沿作用劑分配器之寬度大致呈端對端排列。於此等實例中，作用劑分配器之寬度可對應建構區之維度。舉例言之，作用劑分配器之寬度可對應建構區之寬度。

於若干實例中，設備可包含建構材料分配器以於建構區中分配建構材料。建構材料分配器可包含，例如，抹刀、輥輪、及/或噴灑機構。於若干實例中，建構材料分配器可耦合至掃描載具。於此等實例中，當掃描載具於建構區上方沿掃描軸移動時，建構材料分配器以於建構區中分配建構材料以藉此於建構區中分配一層之建構材料。

現在參考附圖，及特別參考圖1，此圖提出用於生成三維物體的一設備10實例之若干組件的方塊圖。於此實例中，設備10可包含建構材料撐體12，具有對應建構區14的一表面。如將瞭解，建構材料層可於建構區14中分配於建構材料撐體12之表面上。又復，於此實例中，設備10包含至少一個能源16，以施加能至建構區14中之一建構層。設備10進一步包含至少一個建構層溫度感測器18以測量建構區14中之一建構層的建構層溫度。設備10進一步包含連結至能源16及建構層溫度感測器18的一控制器28。

控制器諸如設備10實例之控制器28，可包括一處理資源及/或一記憶體資源。處理資源可包含一或多個通用資料處理器及/或一或多個特用資料處理器。舉例言之，處理資源可包含中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、特定應用積體電路(ASIC)、控制器、及/或用於資料處理的邏輯組件之其它此等組態。

記憶體資源可包含隨機存取記憶體(RAM)裝置以及其它類型的記憶體(例如，快取記憶體、非依電性記憶體裝置、唯讀記憶體、大容量儲存資源等)。如將瞭解，記憶體資源可以是電腦可讀取及/或機器可讀取儲存媒體(例如，RAM、ROM、可抹除可規劃唯讀記憶體(EPROM)、電氣可抹除可規劃唯讀記憶體、快閃記憶體或其它固態記憶體技術、可攜式光碟記憶體、或其它光學儲存裝置、或可使用來儲存可執行指令及資訊的任何其它媒體)。

因此，如於本文中描述，控制器可以是用以實施就控制器及/或方法描述的功能之硬體與程式規劃之任何組合。於本文描述的若干實例中，硬體與程式規劃之組合可以多種不同方式實施。舉例言之，用於控制器之程式規劃可以是儲存於非暫態機器可讀取儲存媒體上的處理器可執行指令，及用於控制器之硬體可包括執行該等指令的處理資源。於此等實例中，實施此種控制器之設備可包括儲存該等指令的機器可讀取儲存媒體及處理資源用以執行該等指令，或機器可讀取儲存媒體可由設備及控制器分開儲存及可存取。於若干實例中，控制器可於電路實施。

於圖1之設備10實例中，控制器28可控制至少一個能源16。此外，控制器28可以連結至建構層溫度感測器18，及自建構層溫度感測器18接收感測器資料。感測器資料可由控制器28處理以決定於建構區14中分配的建構層的建構層溫度。於此實例中，控制器28可至少部分地基於從接收自建構層溫度感測器18的感測器資料決定的建構層溫度而控制至少一個能源16之操作。舉例言之，控制器28可控制至少一個能源16，以當建構層溫度低於第一溫度臨界值時預熔合建構區14中之部分建構層。至於另一個實例，在預熔合之部分建構層之後，控制器28可控制至少一個能源16，以當建構層溫度低於第二溫度臨界值時熔合建構區14中之部分建構層。

據此，於若干實例中，建構材料之第一層可分配於對應建構區14中建構材料撐體12的表面上，及作用劑可選擇性地分配於建構材料之第一層上。控制器28可至少部分地基於使用接收自建構層溫度感測器18的感測器資料決定的建構層溫度，藉由受控地施加能至第一建構層而控制至少一個能源16以預熔合及/或熔合建構材料之第一層。在熔合建構材料之第一層之後，額外建構材料層可循序地分配及熔合於建構區14中之各個先前層頂上。用於各個循序層，實例可至少部分地基於針對循序層決定的建構層溫度，控制至少一個能源16的操作。因此，建構區14係指對應建構材料撐體12之表面的區域，於其中建構材料層可以逐層加成製造程序分配及熔合。又復，設備10實例基於針對建構材料之最頂層的建構層溫度而控制與逐層加成製造程序相關聯的各項操作之效能。

圖2A-C提供方塊圖，其例示設備50實例之若干組件。於此實例中，設備50包含建構材料撐體52，其具有一表面對應一建構區54，於其中建構材料層可以逐層加成製造程序沈積及熔合而形成三維物體。於此實例中，設備50包括掃描載具56，其可沿掃描軸58雙向移動。於此實例中，設備50包括建構材料分配器60、至少一個能源62、及耦合至掃描載具56的作用劑分配器64。據此，建構材料分配器60、至少一個能源62、及作用劑分配器可與掃描載具56移動同時沿掃描軸58在建構區上方移動。

如圖顯示，建構材料分配器60、至少一個能源62、及作用劑分配器的寬度大致可對應建構區54之寬度。又復，建構材料分配器60、至少一個能源62、及作用劑分配器的寬度可約略正交於掃描軸58。據此，隨著掃描載具56在建構區54上方沿掃描軸58移動，建構材料分配器60、至少一個能源62、及/或作用劑分配器64可沿約略正交於掃描軸58的掃描線而進行與逐層加成製造程序相關聯的操作。

此外，設備50包含至少一個建構層溫度感測器66。於此等實例中，於建構區54中之一建構層的建構層溫度可至少部分地基於由建構層溫度感測器66產生的感測器資料決定。因此於此實例中，設備50可至少部分基於由建構層溫度感測器66產生的感測器資料協調欲由建構材料分配器60、至少一個能源62、及/或作用劑分配器64進行的操作。舉例言之，設備可操作掃描載具56及至少一個能源，以當判定建構層溫度低於第一溫度臨界值時預熔合建構層。至於另一個實例，在預熔合建構層之後，設備可操作掃描載具56及至少一個能源，以當判定建構層溫度低於第二溫度臨界值時熔合建構層。

圖2A-C提出於逐層加成製造程序相關聯的操作之進行期間，於第一站(例如，於圖2A中掃描載具56之位置)與第二站(例如，於圖2C中掃描載具之位置)間，掃描載具56沿掃描軸58之雙向移動的實例。如圖顯示，於圖2A及2B中，掃描載具56於建構區54上方於第一方向72沿掃描軸58自第一站朝向第二站移動。於圖2C中，掃描載具56已到達第二站，及於第二方向74沿掃描軸58自第二站朝向第一站移動。

圖3提出方塊圖，其例示用於生成三維物體的一設備100實例之若干組件。於此實例中，設備100可包含建構材料撐體102。如將瞭解，於若干實例中，建構材料撐體102可不包括於設備100中；因此，建構材料撐體102係以虛線例示。如前文討論，建構材料撐體102可具有一建構表面，其對應於其中建構材料層可被隨後分配及熔合的建構區104。

設備100實例包含第一掃描載具106及第二掃描載具108。此外，設備100包括建構層溫度感測器 110。於此實例中，第一掃描載具106可於建構區104上方沿第一掃描軸114移動，及第二掃描載具108可於建構區104上方沿第二掃描軸116移動。如將瞭解，第一掃描軸114係約略正交於第二掃描軸116。又復，第一掃描軸114及第二掃描軸116係約略平行於建構材料撐體102之表面平面。

設備100包含能源118及耦合至第一掃描載具106的建構材料分配器120。據此，隨著第一掃描載具106沿第一掃描軸114移動，設備100可以建構材料分配器120分配一建構材料層於建構區104中。同理，隨著第一掃描載具106沿第一掃描軸114雙向移動，設備100可透過能源118發射能以預熔合於建構區104中之建構層或熔合於建構區104中之建構層。

設備100包含耦合至第二掃描載具108的作用劑分配器122。據此，隨著第二掃描載具沿第二掃描軸116移動，設備可使用作用劑分配器122選擇性地分配作用劑至建構區104中的建構層上。如將瞭解，作用劑分配器122、能源118、及/或建構材料分配器120的排列實例可與其它實例不同。於另一實例中，建構材料分配器及作用劑分配器可耦合至一共通掃描載具。其它實例可包含其它排列。

如圖顯示，設備100進一步包含控制器130，於該處控制器係連結至第一掃描載具106、第二掃描載具108、建構層溫度感測器110、能源118、建構材料分配器120、及作用劑分配器122。因此，控制器130可自建構層溫度感測器110接收感測器資料，及控制器130可控制第一掃描載具106、第二掃描載具108、建構層溫度感測器110、能源118、建構材料分配器120、及作用劑分配器122的操作。

如圖顯示，控制器130包含至少一個處理資源132及記憶體資源134。如先前討論，處理資源132可包含資料處理器、CPU、ASIC、或用於處理資料的邏輯組件之其它此等配置。又復，記憶體資源134可包含機器可讀取儲存媒體。記憶體資源134包含指令136，於該處指令136係由處理資源132可執行。指令136的執行可使得處理資源132及/或設備100進行本文描述的功能、處理程序、及/或操作序列。

舉例言之，指令136由處理資源132之執行可控制掃描載具106、108的移動。至於另一個實例，指令136之執行可使得建構層溫度感測器110產生與建構層相關聯的感測器資料。指令136之執行可使得控制器130控制能源118而於第一掃描載具106之移動期間發射能而預熔合建構層。

圖4-8B提出流程圖，其提供可由設備實例進行以進行如本文描述的處理程序及方法實例之操作序列實例。於若干實例中，流程圖中涵括的若干操作可以指令形式於記憶體(諸如圖3之指令記憶體資源134)中具體實施，該等指令可由處理資源執行以使得設備及/或控制器進行對應於該等指令之操作。此外，圖4-8B提供之實例可於計算裝置、機器可讀取儲存媒體、處理程序、及/或方法中具體實施。於若干實例中，圖4-8B之流程圖中揭示的處理程序及/或方法實例可由於設備中實施的控制器進行。

圖4為流程圖200，其例示可由設備實例進行用以生成三維物體之一操作序列實例。於此實例中，於設備的建構區中之建構層的建構層溫度可使用建構層溫度感測器監測(方塊202)。當溫度低於第一溫度臨界值時，設備可使用至少一個能源預熔合建構層的一部分(方塊204)。於預熔合建構層的部分之後且當建構層溫度係低於第二溫度臨界值時，設備可使用至少一個能源熔合建構層的部分(方塊206)。

圖5為流程圖250，其例示可由設備實例進行用以生成三維物體之一操作序列實例。於此實例中，一建構材料層可分配於設備的建構區(方塊252)。作用劑可選擇性地分配於建構材料層上(方塊254)。建構層之建構層溫度可經測定(方塊256)。如將瞭解，建構層溫度可經監控來判定何時建構層溫度係低於第一溫度臨界值。當建構層溫度係低於第一溫度臨界值時，設備可預熔合建構層的一部分(方塊258)。於預熔合建構層的部分之後，建構層溫度可經決定(方塊260)。於此等實例中，建構層溫度可經監控來判定何時建構層溫度係低於第二溫度臨界值。當建構層溫度係低於第二溫度臨界值時，設備可熔合建構層的部分(方塊262)。如將瞭解，就流程圖250描述的操作可針對多個建構層重複以藉此形成三維物體。

圖6為流程圖300，其例示可由設備實例之控制器進行用以生成三維物體之一操作序列實例。於此實例中，控制器控制設備的建構材料分配器以藉此分配建構層之建構材料於設備的建構區(方塊302)。控制器控制設備的作用劑分配器以選擇性地分配作用劑於建構層上(方塊304)。如此處討論，作用劑分配器可將作用劑分配於對應針對欲產生的三維物體之部件區的建構層的部分上。

控制器使用建構層溫度感測器監控建構層溫度(方塊306)以判定何時建構層溫度係低於第一溫度臨界值(方塊308)。當建構層溫度係高於第一溫度臨界值時(方塊308之「N」分支)，控制器持續監控建構層溫度(方塊306)。回應於判定建構層溫度係低於第一溫度臨界值(方塊308之「Y」分支)，控制器控制至少一個能源以預熔合於其上選擇性地分配作用劑的建構層的部分(方塊310)。

在控制至少一個能源以預熔合建構層的部分之後，控制器使用建構層溫度感測器監控建構層溫度(方塊312)以判定何時建構層溫度係低於第二溫度臨界值(方塊314)。當建構層溫度係高於第二溫度臨界值時(方塊314之「N」分支)，控制器使用建構層溫度感測器持續監控建構層溫度(方塊312)。回應於判定建構層溫度係低於第二溫度臨界值(方塊314之「Y」分支)，控制器控制至少一個能源以熔合建構層的部分(方塊316)。如將瞭解，控制器可針對三維物體的各層重複流程圖300之操作實例以藉此生成三維物體。

圖7A-B提供流程圖，其例示可由設備實例及其控制器進行以預熔合建構材料層之部分的操作序列實例。如於圖7A之流程圖350實例中顯示，設備可以第一掃描速度沿掃描軸移動掃描載具(方塊352)。設備可於掃描載具移動期間使用能源發射能(方塊354)。於圖7B之流程圖400中，控制器可控制掃描載具以第一掃描速度沿掃描軸移動(方塊402)。控制器可於掃描載具移動期間控制能源以發射能(方塊404)。

如將瞭解，於圖7A-B中，掃描載具以第一掃描速度移動以輔助預熔合建構層的部分。於此等實例中，第一掃描速度對應掃描載具可於建構區上方移動的速度。於若干實例中，第一掃描速度可稱作為預熔合速度。因掃描載具以第一掃描速度移動故，能量可由能源施加至建構區之位置上。如將瞭解，施加至建構區之位置上的能量上可使得於其上分配作用劑的建構層部分預熔合。於若干實例中，第一掃描速度可落入於約20吋/秒至約40吋/秒(其為約50.8厘米/秒至約101.6厘米/秒)之範圍內。

然而，須瞭解掃描載具在建構區上方移動之速度係至少部分地基於由能源發射的能量及施加至建構區中建構層位置的對應能量。轉而，第一掃描速度可至少部分地基於實施用以進行預熔合的能源之能發射特性。據此，於若干實例中，第一掃描速度可大於或小於該約略範圍的速度值實例。

圖8A-B提供流程圖，其例示可由設備實例及其控制器進行以熔合建構材料層之部分的操作序列實例。如於圖8A之流程圖450實例中顯示，設備可以第二掃描速度沿掃描軸移動掃描載具(方塊452)。設備可於掃描載具移動期間使用能源發射能(方塊454)。於圖8B之流程圖500中，控制器可控制掃描載具以第二掃描速度沿掃描軸移動(方塊502)。控制器可於掃描載具移動期間控制能源以發射能(方塊504)。

如將瞭解，於圖8A-B中，掃描載具以第二掃描速度移動以輔助熔合建構層的部分。於此等實例中，第二掃描速度對應掃描載具可於建構區上方移動的速度。於若干實例中，第二掃描速度可稱作為熔合速度。因掃描載具以第二掃描速度移動故，能量可由能源施加至建構區之位置上。如將瞭解，施加至建構區之位置上的能量上可使得於其上分配作用劑的建構層部分熔合。於若干實例中，第二掃描速度可落入於約12吋/秒至約20吋/秒(其為約30.48厘米/秒至約50.8厘米/秒)之範圍內。

然而，須瞭解掃描載具在建構區上方移動之速度係至少部分地基於由能源發射的能量及施加至建構區中建構層位置的對應能量。轉而，第二掃描速度可至少部分地基於實施用以進行熔合的能源之能發射特性。據此，於若干實例中，第二掃描速度可大於或小於該約略範圍的速度值實例。

因此，本文描述的設備及處理程序實例以至少部分地基於建構層之建構層溫度而輔助控制逐層加成製造程序之操作。本文描述的實例可輔助用以生成三維物體之設備及方法改良選擇性。又復，在進行預熔合及熔合相關聯操作中，藉由減少熱滲，實例可提高建構材料的再利用性。又復，實例可改良本文描述的設備、方法、及處理程序產生的物體之機械強度。

已經呈現前文詳細說明以例示及描述所述原理之實例。本詳細說明部分絕非意圖為排它性或限制此等原理於任何所揭示的精確形式。鑑於前文揭示許多修改及變化皆屬可能。

200:流程圖

202-206:方塊

Claims

一種用於生成三維物體的設備，該設備包含：至少一能量源；至少一個建構層溫度感測器；及一控制器，用以：當一建構層溫度冷卻到低於一第一溫度臨界值時，控制該至少一能量源於該設備的一建構區中預熔合一建構層的一部分，及在預熔合該建構層的該部分之後，於該建構層溫度冷卻到低於一第二臨界值時，控制該至少一能量源於該建構區中熔合該建構層的該部分。
如請求項1之設備，其中該控制器係進一步用以：使用該至少一個建構區溫度感測器，監視該建構層之溫度以判定該建構層溫度何時低於該第一溫度臨界值，及在預熔合該建構層的該部分之後，使用該至少一個建構區溫度感測器，監視該建構區之溫度以判定該建構層溫度何時低於該第二溫度臨界值。
如請求項1之設備，其進一步包含：一建構材料分配器，用以分配建構材料於該建構區中，其中該控制器係進一步用以：在控制該至少一能量源預熔合該建構層的該部分之前，控制該建構材料分配器分配該建構區中之該建構層的建構材料，及在控制該至少一能量源以藉此熔合該建構層的該部分之後，控制該建構材料分配器分配該建構區中之另一建構層的建構材料。
如請求項1之設備，其進一步包含：一作用劑分配器，用以選擇性地分配作用劑於該建構區，其中該控制器係進一步用以：在控制該至少一能量源預熔合該建構層的該部分之前，控制該作用劑分配器選擇性地分配作用劑於該建構區中之該建構層上，及在控制該至少一能量源以藉此熔合該建構層的該部分之後，控制該作用劑分配器選擇性地分配作用劑於該建構區中之另一建構層上。
如請求項1之設備，其進一步包含：一掃描載具，用以於該建構區上方沿一掃描軸移動，其中該至少一能量源係耦合於該掃描載具，及該控制器係進一步用以控制該掃描載具沿該掃描軸的移動。
如請求項5之設備，其中該控制器控制該至少一能量源以與控制該掃描載具以一第一掃描速度沿該掃描軸於一第一方向的移動之同時預熔合該建構層的該部分，及該控制器控制該至少一能量源以與控制該掃描載具以一第二掃描速度沿該掃描軸於一第二方向的移動之同時熔合該建構層的該部分。
如請求項1之設備，其進一步包含：一第一掃描載具，用以於該建構區上方沿一第一掃描軸移動；耦合於該第一掃描載具之一建構材料分配器，該建構材料分配器用以於該第一掃描載具沿該第一掃描軸移動時在該建構區分配建構材料；一第二掃描載具，用以於該建構區上方沿一第二掃描軸移動；耦合於該第二掃描載具之一作用劑分配器，該作用劑分配器用以於該第二掃描載具沿該第二掃描軸移動時在該建構區選擇性地分配作用劑。
如請求項1之設備，其中該第一溫度臨界值落於約攝氏80度至約攝氏90度之一範圍內，及該第二溫度臨界值落於約攝氏85度至約攝氏100度之一範圍內。
一種用於供生成三維物體的設備之方法，該方法包含：使用至少一個建構區溫度感測器監視該設備之建構區中之一建構層的溫度；當該溫度冷卻到低於一第一溫度臨界值時，使用至少一能量源預熔合該建構層的至少一部分；及在預熔合該建構層的該至少一部分之後及當該溫度冷卻到低於一第二溫度臨界值時，使用該至少一能量源於該建構區中熔合該建構層的該至少一部分。
如請求項9之方法，其進一步包含：在預熔合該建構層之前：以一建構材料分配於該建構區中之該建構層的建構材料；及使用一作用劑分配器選擇性地分配作用劑於該建構層上。
如請求項9之方法，其中使用該至少一能量源於該建構區中預熔合建構材料的該建構層的該至少一部分，包含使用耦合於該能量源之一掃描載具於該建構區上方沿一掃描軸移動該至少一能量源同時自該能量源發射能量；及其中使用該至少一能量源於該建構區中熔合該建構層的該至少一部分，包含使用該掃描載具於該建構區上方沿該掃描軸移動該至少一能量源同時自該能量源發射能量。
一種用於生成三維物體的設備，該設備包含：一能量源；及一控制器，用以：監視該設備之一建構區中之一建構層的溫度以判定該溫度何時冷卻到低於一第一溫度臨界值，回應於判定該溫度冷卻到低於該第一溫度臨界值，控制該能量源以藉此於該建構區中預熔合該建構層的一部分，於預熔合該建構層的該部分之後，監視該建構層的該溫度以判定該溫度何時冷卻到低於一第二溫度臨界值，及回應於判定該溫度冷卻到低於該第二溫度臨界值，控制該能量源以藉此熔合該建構層的該部分。
如請求項12之設備，其進一步包含：一建構材料分配器；及一作用劑分配器，其中該控制器係進一步用以：在於該建構區中預熔合該建構層的該部分之前，控制該建構材料分配器分配於該建構區中之該建構層的建構材料，及控制該作用劑分配器將作用劑選擇性地分配於該建構區中之該建構層上。
如請求項12之設備，其中該第一溫度臨界值及第二溫度臨界值係至少部分地基於該建構層之建構材料的材料性質。
如請求項12之設備，其進一步包含：連結於該控制器的至少一個建構區溫度感測器；及具有對應於該建構區的一表面之一建構材料撐體。