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CN109153185B - 加热构建材料 - Google Patents

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CN109153185B
CN109153185B CN201680085137.9A CN201680085137A CN109153185B CN 109153185 B CN109153185 B CN 109153185B CN 201680085137 A CN201680085137 A CN 201680085137A CN 109153185 B CN109153185 B CN 109153185B
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Abstract

根据一个示例，提供一种用于三维打印的方法。该方法包括：在邻近散布器的可加热板上形成构建材料堆；通过所述构建材料堆与所述可加热板接触来加热所述构建材料堆；以及将经加热的所述构建材料堆散布在支撑平台上。

Description

加热构建材料
背景技术
诸如三维(3D)打印的增材制造技术能够逐层地生成物体。3D打印技术可通过在构建平台或支撑平台上形成连续的构建材料层并选择性固化每个构建材料层来生成物体的层。
构建材料可在被用于在支撑平台上形成每层之前被加热。
附图说明
现在将参照附图仅通过非限制性示例描述各示例，其中：
图1是根据一个示例的3D打印系统的一部分的简化侧视图；
图2是描绘根据一个示例的示例方法的流程图；
图3是根据一个示例的3D打印系统的一部分的简化侧视图；
图4和图5是描绘根据本文公开的示例的示例方法的流程图；
图6是根据一个示例的3D打印系统的一部分的简化的等轴测图；和
图7是根据一个示例的3D打印系统的控制器的方框图。
具体实施方式
一些3D打印系统使用具有粉末状或颗粒状形式的构建材料。根据一个示例，合适的构建材料可以是粉末状半结晶热塑性材料。一种合适的材料可以是尼龙12，其例如可从西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Co.LLC)获得。另一种合适的材料可以是PA2200，其可从光电系统EOS公司(Electro Optical Systems EOS GmbH)获得。
在其它示例中，其它合适的材料可被使用。这类材料可包括例如粉末状金属材料、粉末状塑料材料、粉末状复合材料、粉末状陶瓷材料、粉末状玻璃材料、粉末状树脂材料、粉末状聚合物材料等等。
在3D打印操作期间，初始构建材料层被直接散布在支撑平台的表面上，而后续构建材料层被形成在先前形成的构建材料层上。在本文中，根据上下文，提及在支撑平台上形成构建材料层可以指或者在支撑平台的表面上直接形成构建材料层，或者在先前形成的构建材料层上形成构建材料层。
在3D打印系统中，一份或一堆构建材料可沿着支撑平台的一侧形成，以通过构建材料散布器被散布在支撑平台上。散布器可包括水平可移动的辊或刮片，尽管在其它示例中可使用其它合适的装置。
为了使构建材料层的选择部分按设计的那样被固化，构建材料相对暖，并且构建材料在被散布在支撑平台上时的温度可影响所制造的物体的质量。一些3D打印系统因此可包括用于在构建材料被散布之前将构建材料加热至构建材料熔化温度之下的温度的加热系统。
构建材料的加热可在材料从主构建材料仓(例如被放置在支撑平台之下)输送到构建材料供料托盘时进行，测量量的构建材料然后从构建材料供料托盘被供给到散布器。
现在将描述各种实施方式，其提供用于加热待散布在支撑平台上的构建材料的高效且方便的系统，例如被3D打印系统在生成3D物体中使用。
一些实施方式通过将从构建材料供料托盘移除以被散布用于生成一层的量的构建材料加热至目标温度而能实现高效的操作，所以加热过程可以更快。例如，在开始构建3D物体之前，可存在预热时间直到供料托盘和构建材料达到目标温度。在该预热时间期间，构建材料的牺牲层可被形成在支撑平台上。本文公开的一些示例可允许减少预热时间，并因此减少牺牲层的数量。
一些示例还能够降低供料托盘中和/或从主仓至供料托盘的输送路径中的构建材料的温度，并且这降低可能导致所制造的物体中的缺陷的热点的风险。
现在参见图1，示出根据一些实施方式的3D打印系统100的一部分的图示，其包括用于3D打印系统的构建材料供应系统200。为了清楚的原因，未示出3D打印系统100的所有元件。例如，本文所示的图示并未示出任何具体的构建材料固化系统，尽管任何合适的构建材料固化系统可被使用，诸如熔剂沉积和加热系统、粘结剂沉积系统、激光烧结系统等等。
3D打印系统100可包括构建材料供料托盘102，用于提供待通过构建材料散布器或构建材料分配器106遍布支撑平台104散布的构建材料103，构建材料散布器或构建材料分配器106沿着箭头108所示的散布方向能水平移动。散布器106可被安装在合适的载架或台架(未示出)上。在所示的示例中，构建材料散布器106是辊，尽管可使用其它形式的散布器，诸如刮片。构建材料可从主构建材料仓(未在图1中示出)被供应到供料托盘102。
打印系统100可包括用于将构建材料供应到散布器108的构建材料供应系统200。供应系统200可包括板202，以邻近散布器106支撑构建材料堆203。邻近散布器的表述是指靠近构建材料必须被散布在其上的支撑平台104的边缘的位置，或靠近已经散布在平台上的最高的构建材料层的边缘的位置，在该位置，散布器开始其散布移动。换言之，散布器在其移动中遇到成堆的构建材料并将该成堆的构建材料向前推并经过该成堆的构建材料的位置，由此材料被散布以形成一层。
在一些实施方式中，构建材料供应系统200还可包括在图1中由箭头204示意性表示的送料器，用于从供给托盘102移走一定量的构建材料并在板202上形成构建材料堆203。在一些示例中，如下面公开的那样，板202本身可以是送料器204的一部分。
当散布器106沿箭头108的方向移动时，该构建材料堆203可通过散布器106作为构建材料层散布在支撑平台104上。
在一些示例中，本文公开的供应系统200可包括加热装置206，用于加热板202，使得该构建材料堆203可被板加热，即通过与板202的表面接触。
在一些示例中，加热装置206可包括电阻器(未示出)以通过焦耳加热来加热板202，在一些示例中，其可包括磁感应装置(未示出)，并且在一些示例中，其可包括空气加热装置(未示出)以加热板202的内部。其它加热系统也可被用于加热板202。
在一些实施方式中，板202由具有高导热性的材料制成，这使得板能够高效地将热传递到该一对构建材料。板202可例如由金属制成，例如由可通过磁感应加热的铁磁性金属制成。其它合适材料的示例可以是陶瓷、石墨、包含石墨的塑料或材料组合。
图2是描绘根据本文公开的一些实施方式的示例3D打印方法的流程图，该示例3D打印方法可例如在诸如上述3D打印系统中执行。
在方框510中，三维打印方法可包括邻近散布装置(诸如图1的散布器106)在可加热板(诸如上述可加热板202)上形成构建材料堆。
在方框520中，可使得或允许该构建材料堆通过与可加热板接触而加热。可加热板可被如上所述的加热装置加热。
一旦该构建材料堆已经达到目标温度，或者在该一堆材料在可加热板上已经过预定时间之后，在方框530中，该方法可包括将经加热的该一堆构建材料散布在支撑平台上，例如散布于在先的操作中形成并选择性固化的构建材料层上。
构建材料的目标温度取决于材料和3D打印系统。在一些示例中，目标温度可低于构建材料的熔化温度，例如在约140℃和约170℃之间。
现在参见图3，示出根据一些实施方式的3D打印系统100的一部分的图示，一些元件与图1的示例一样。在图3中，包括构建材料的主构建材料仓110可例如被放置在支撑平台104下方，供料通道112可被提供以将构建材料从仓402移动到供料托盘102的交付区114。供料通道112可包括供料机构，诸如螺旋螺杆116或任何其它合适的供料机构。
在一些示例中，供料托盘102可包括构建材料分配元件118，诸如例如可移动的筛状结构，其被安装在托盘102的底部，并可被控制以在垂直于图3中的图面的方向上沿着供料托盘102的基部少量地往复或滑动以帮助将构建材料分配在供料托盘102内。
图3还示出支撑平台104可如箭头105所示的那样沿z轴移动以使其能够随着形成在其上的每个构建材料层被3D打印系统100处理而下降。
在诸如图3所示的示例中，构建材料供应系统200包括带有关联的加热装置206的可加热板202。
在一些示例中，板202可以是送料器的一部分(其大体上在图1中由箭头204指示)：例如，板202可在其至少部分地在构建材料供料托盘102内以从供料托盘102移走一定量的构建材料的位置和图3中实线所示的大致水平的交付位置之间移动，在大致水平的交付位置，该构建材料堆邻近散布器106被放置。
在一些示例中，诸如图3中所示，板202可例如如箭头207所示的那样能绕垂直于散布方向108的水平轴线205旋转，以从供料托盘102移除或收集构建材料。在图3中以虚线示出板202至少部分的在构建材料供料托盘102内的中间位置。板202可由诸如步进电机、齿条齿轮装置等的任何合适的驱动机构(未示出)驱动，并另外可被联接到诸如角编码器之类的定位模块(未示出)，以使板的角位置能够被精确的控制和确定。
在其它实施方式中，板202还可被固定在交付位置，并通过诸如图1中箭头204所示的单独的送料器被供给构建材料。
在一些实施方式中，在交付位置，板202的上表面与散布器的下散布面大致齐平：例如，在这种情况下，其与散布器106的辊的下边缘大致齐平，以使散布器稍高于板202的上表面行进，并扫掠或拖动板上的该构建材料堆的大体上全部。
在一些实施方式中，用于三维打印系统的构建材料供应系统还可包括预加热装置以在从供料托盘202移走构建材料之前预加热构建材料。
根据一些示例，且如图3中所示，预加热装置120可包括沿着供料通道112以在构建材料被输送时预加热该构建材料的加热器121，或者与供料托盘102关联的加热器122，或者二者。在这种情况下，预加热装置120可在构建材料沿着构建材料仓110和供料托盘102之间的构建材料供应路径输送时将构建材料加热至低于目标温度的中间温度。然后，在每个层被散布器106散布之前，形成待散布的构件材料的堆的相对少量的构建材料可通过与可加热板202的接触被加热至目标温度。
可适于预加热构建材料的中间温度取决于目标温度、材料和构建材料供应系统。在一些示例中，对于约140℃和约170℃之间的目标温度，合适的中间温度可在约110℃和约130℃之间。
图4是描绘根据本文公开的一些实施方式的示例3D打印方法的流程图，其可例如在诸如图3公开的3D打印系统中执行。
在方框610中，该方法可包括预加热构建材料。例如，在如图3所示的打印系统中，构建材料可在其从主构建材料仓110沿着供料通道112输送到供料托盘102期间被加热。
在方框620中，构建材料堆可被形成在可加热板202上，在方框630中，该构建材料堆可通过与板202接触而被进一步加热以达到目标温度。可加热板可通过如上所述的加热装置被加热。
在方框640中，经加热的构建材料堆可被散布在支撑平台上的先前的构建材料层上。
图5描绘根据本文公开的一些实施方式的示例3D打印方法的流程图，其可例如在诸如图1中公开的或诸如图3公开的3D打印系统中执行。
在一些实施方式中，该方法包含加热与可加热板接触的构建材料堆，同时使先前散布在支撑平台上的构建材料层选择性固化。
例如，在方框710中，该方法可包括将构建材料直接散布在支撑平台的表面上或散布在先前形成的构建材料层上来形成一层。
在方框720中，可使用任何合适的构建材料固化系统使所形成的层选择性固化，诸如熔剂沉积和加热系统、粘结剂沉积系统、激光烧结系统等等。
当方框710中形成的层在方框720中被选择性固化的同时，在方框730和方框740中，新的构建材料堆可被形成在可加热板202上，并通过与板接触而被加热。可加热板可通过如上所公开的加热装置被加热。
一旦先前的层如方框720中所提供的那样被适当地固化并且板202上的新的构建材料堆如方框740中所提供的那样被加热，就通过将该构建材料堆散布在先前的层上来形成下一个构建材料层。
图6是根据本文公开的示例的另一3D打印系统的一部分的简化等轴测图。
在如图6所示的实施方式中，一对供料托盘102a和102b可被提供在支撑平台104的在散布方向108上的相反侧上，并且各个供料托盘可被提供有对应的分配元件118a、118b。在一些示例中，可通过如针对其它实施方式公开的对应的供料通道(未示出)从主构建材料仓(未示出)为托盘102a、102b供应构建材料。
可从每个托盘供应构建材料堆，并且因此构件材料的堆可在支撑平台104的相反端处被形成在相应的板202a和202b上。两个对应的加热装置206a和206b可被提供以加热板202a和202b。
根据一些实施方式，板202a和202b可以是能移动的，例如能绕对应的轴线205a、205b旋转，或以其它任何方式。然而，3D打印系统和构建材料供应系统200a、200b的其它实施方式是可能的，如在图1和图3的情况下所公开的。
诸如图6中所示的3D打印系统的实施方式可以双向方式操作。通过双向是指可通过构建材料散布器108使用来自构建材料供应系统200a和200b中的任一个的构建材料在支撑平台104上形成构建材料层。这种3D打印系统还能够在沿任一方向操作的同时且在板202a、202b上的构建材料的堆正被加热的同时选择性固化所形成的构件材料层的局部。
在一个示例中，支撑平台104可以是可移除的构建模块的一部分，该可移除的构建模块可被插入到3D打印系统中。相应地，本文对于支撑平台的提及将被理解为大体上是指在这种构建模块被插入到3D打印系统中时。
本文所公开的三维打印系统可包括如图7中更详细示出的控制器300。控制器300可包括联接到存储器304的处理器302。存储器304存储构建材料供应管理指令306，该构建材料供应管理指令306在由处理器302执行时控制如上示例中公开的3D打印系统和构建材料供应系统的操作。
例如，控制器300(参见图1、图2和图6)可控制加热装置206、206a、206b以加热板和支撑在板上的构建材料堆，并且可控制送料器204(图1)和/或板202、202a、202b的移动以从供料托盘102、102a、102b移走构建材料。
将理解，本文描述的示例可以硬件、软件或者硬件和软件的组合的形式实现。任何这种软件可以以易失或非易失存储的形式(诸如例如，如ROM的存储装置，无论是否可擦除或可重写)存储，或者以存储器的形式(诸如例如，RAM、存储芯片、装置或集成电路)存储，或者存储在光学或磁学可读介质(诸如例如，CD、DVD、磁盘或磁带)上。将理解，存储装置和存储介质是适于存储一个或多个程序的机器可读存储设备的示例，该一个或多个程序在被执行时实现本文所描述的示例。相应地，一些示例提供包括用于实施如任一所附权利要求所限定的系统或方法的代码的程序以及存储这种程序的机器可读存储设备。更进一步，一些示例可经由任何介质(诸如在有线或无线连接上载送的通信信号)被电传送。
在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要及附图)中公开的所有特征和/或所公开的任何方法或工艺的步骤，可以任何组合进行组合，除了其中这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。
在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要及附图)中公开的每个特征可由实现相同、等同或类似目的的替代特征代替，除非另外明确指出。因此，除非另外明确指出，所公开的每个特征仅是通用的一些列等同或相似特征的一个示例。

Claims (13)

1.一种用于三维打印系统的构建材料供应系统，包括：
送料器，用以从供料托盘移走一定量的构建材料并形成待由散布器散布的构建材料堆；
板，用以邻近所述散布器支撑所述构建材料堆；
加热装置，用以加热所述板并通过所述构建材料堆与所述板接触来加热所述构建材料堆；
供料通道，用以将构建材料从构建材料仓移动到所述供料托盘；和
用以在所述构建材料被所述送料器从所述供料托盘移走之前预加热所述构建材料的预加热装置，所述预加热装置包括沿着所述供料通道以在所述构建材料被输送到所述供料托盘时预加热所述构建材料的加热器。
2.如权利要求1所述的构建材料供应系统，其中所述板能移动以从所述供料托盘移走一定量的构建材料，并能移动以采取大致水平的交付位置，在该大致水平的交付位置，所述构建材料堆邻近所述散布器放置。
3.如权利要求2所述的构建材料供应系统，其中在所述交付位置，所述板的上表面与所述散布器的下散布面大致齐平。
4.如权利要求2所述的构建材料供应系统，其中所述板能绕垂直于散布方向的水平轴线旋转。
5.如权利要求1所述的构建材料供应系统，其中所述加热装置包括电阻器、磁感应装置或空气加热装置中的至少一种。
6.如权利要求1所述的构建材料供应系统，其中所述板由具有高导热性的材料制成。
7.一种三维打印系统，包括：
如权利要求1所述的构建材料供应系统；和
所述散布器，用以在支撑平台上散布连续的构建材料层；
其中所述板是可移动的板，用以支撑构建材料堆。
8.如权利要求7所述的三维打印系统，包括控制器，用以控制所述板的移动以从所述供料托盘移走构建材料并邻近所述散布器交付构建材料堆，并用以控制所述加热装置以加热所述板和支撑在所述板上的所述构建材料堆。
9.如权利要求7所述的三维打印系统，包括所述构建材料仓和用以从所述构建材料仓向所述供料托盘供应构建材料的构建材料供应路径，所述板在所述供料托盘中能移动。
10.如权利要求7所述的三维打印系统，包括位于所述支撑平台的在散布方向的相反端处的两个可移动的板，并包括两个对应的加热装置。
11.一种三维打印方法，包括：
在构建材料从构建材料仓沿着供料通道输送到供料托盘期间利用沿着所述供料通道的加热器来预加热所述构建材料；
由利用沿着所述供料通道的所述加热器预加热的所述构建材料在可加热的板上邻近散布器形成构建材料堆；
通过所述构建材料堆与所述可加热的板接触来加热所述构建材料堆；以及
将经加热的所述构建材料堆散布在支撑平台上。
12.如权利要求11所述的方法，其中通过将所述可加热的板在其至少部分地在构建材料供料托盘内的位置和其邻近所述散布器的交付位置之间移动而在所述可加热的板上形成所述构建材料堆。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述构建材料堆通过与所述可加热的板接触而被加热，同时使先前散布在所述支撑平台上的构建材料层选择性固化。
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