CN107530974A - 气载颗粒物的检测 - Google Patents

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Abstract

一种气载颗粒物检测器，包括：光源，所述光源发出穿过邻近3D打印机的热源的目标空间的光束；检测器，所述检测器检测已穿过所述目标空间的所述光束的光量；和检测引擎，所述检测引擎与所述光源和所述检测器通信，以使用由所述检测器检测到的光量检测所述目标空间中的气载颗粒物。

Description

气载颗粒物的检测
背景技术
增材制造技术，诸如三维(3D)打印，能够逐层地生成物体。3D打印技术可以通过在构建平台上形成构建材料的连续层并且选择性地固化各构建材料层的一部分，而生成物体的层。
附图说明
以下详细说明参考附图，其中：
图1是用于检测3D打印机中的气载颗粒物的示例***的方框图；
图2是示例3D打印机的示例打印区域的示意图；
图3是具有用于检测气载构建材料的示例***的示例3D打印机的示意图；和
图4是用于检测3D打印机中的粉雾的示例方法的流程图。
具体实施方式
一些增材制造***通过构建材料(诸如粉末构建材料)的连续层的一部分的固化而产生三维物体。所产生的物体的特性可取决于构建材料的类型以及所使用的固化机制的类型。
在一些示例中，可以使用助熔剂(fusing agent)实现固化，助熔剂将构建材料结合并固化成熔合基质，该熔合基质是由类似于胶的助熔剂胶合在一起的、诸如粉末的构建材料的大致分离的颗粒或团块的混合物。例如，在助熔剂已被选择性地沉积在粉末层上的情况下，3D打印机可以在该粉末层中利用区域的选择性熔合。替代地，助熔剂被选择性地沉积以吸收更多能量，从而导致具有助熔剂的那些区域合为一体并固化。
在一些示例中，助熔剂可以由热量来激活，热量可以由3D打印机的能量源提供。在一些情况下，可以由加热灯提供例如可以是红外光、可见光或者微波的能量。然而，当能量源可能与打印粉末接触时会出现挑战。例如，一定密度的粉雾可导致粉末点燃，并导致火灾或***。
在此公开的示例提供用于检测3D打印机的热源附近的气载颗粒物的检测器。示例气载颗粒物检测器可包括：光源，所述光源发出穿过邻近3D打印机的热源的目标空间的光束；检测器，所述检测器检测已穿过所述目标空间的所述光束的光量；和检测引擎，所述检测引擎与所述光源和所述检测器通信，以使用由所述检测器检测到的所述光量检测所述目标空间中的气载颗粒物。在一些示例中，所述检测引擎通过将由所述检测器检测到的光量与标定的光量进行比较，来检测所述目标空间中的气载颗粒物。以此方式，可以有效且快速地检测到诸如构建材料的气载颗粒物。
现在参见附图，图1是示例气载颗粒物检测器100的方框图。气载颗粒物检测器100可以是由周围虚线框表示的***、设备或者部件和设备的组合。气载颗粒物检测器100可以是3D打印机或3D打印***的一部分，或者它可以是可被用于3D打印机的分立部件。在图1所示的示例中，气载颗粒物检测器100包括光源110、检测器120和检测引擎130。
光源110可以是发出光束115的设备，光束115可以是电磁辐射的定向投射。在一些示例中，光源110可发出可见光束。在其它示例中，例如光源110可发出激光束。光源110可以产生光束115，或者它可以以期望的方向引导所产生的光束。
光源110可以发出穿过邻近3D打印机的热源140的目标空间145的光束115。热源140可以是3D打印机的热量来源。在一些示例中，热源140可以是3D打印机的加热灯。例如，热源140可以是卤素灯。在一些其它示例中，热源可能不一定产生热量，但可以是可以变热的某物件。
目标空间145可以是邻近热源140的特定体积的空间。目标空间145可以是其中存在的气载颗粒物可被热源140加热到潜在的危险水平的特定空间。如在此详细描述的，目标空间145可以是热源140与构建材料的位置之间的空间。
检测器120可以检测已经穿过目标空间145的光束115的光量。检测器120可以是感测电磁辐射及其强度的设备。例如，检测器120可以是激光检测器。光束115在由光源110发出时可具有某一强度。检测器120可以接收相同或不同强度的光束115。如果所接收的强度不同，则光束115可能已在其路径上受到影响。例如，光束115可能已被目标空间145内的气载颗粒物散射。
检测引擎130可以用由检测器120检测到的光量来检测目标空间145中的气载颗粒物的数量。检测引擎130通常可以代表硬件和程序的组合。例如，检测引擎130的程序可以是存储在非暂态机器可读存储介质上的处理器可执行指令，并且检测引擎130的硬件可包括处理器。作为附加或作为替代，检测引擎130可以包括具有电子电路的一个或多个硬件设备，用于实现所描述的功能。
检测引擎130可以与光源110和检测器120通信，以检测目标空间145中的气载颗粒物的数量。例如，检测引擎130可以将由检测器检测到的光量与标定光量进行比较。所述标定光量可以是在标定条件下，即在目标空间145中没有显著量的气载颗粒物时，由检测器120检测到的光量。
在此所使用的气载颗粒物可包括打印粉末，其可包括与3D打印机一起使用的构建材料的颗粒。在一些示例中，构建材料可包括可以被热熔成待打印的3D物体的层的聚合物。例如，构建材料可包括聚酰胺11或12。
在一些示例中，3D打印机100可以由检测引擎130响应于检测到气载颗粒物的数量而采取补救措施。例如，当气载颗粒物的数量到达阈值数量或密度以上时，检测引擎130可以使热源140被移除。例如，当检测到气载颗粒物时，检测引擎130可以使热源140被关闭，以防止因加热气载颗粒物而引起的潜在火灾或***。关闭热源140可意指停止发热源，或者可以是采取其它措施来降低热源140的温度。
在其它示例中，可以采取其它的补救措施。例如，当检测到粉末时，可以将气流朝向目标空间145引导，以将气载颗粒物吹离热源140。作为附加或作为替代，3D打印机100可以在检测到气载颗粒物时暂停打印，以不产生额外的气载颗粒物。此外，在一些示例中，3D打印机100可以在气载颗粒物的水平降至阈值数量或密度以下时继续打印。
图2是示例3D打印机的示例打印区域200的示意图。打印区域200可包括粉末平台210和加热灯230。粉末平台210可以保持构建材料层，构建材料可包括可由加热灯230热熔的打印粉末。在一些示例中，构建材料层的厚度范围可在约20微米至约200微米之间，或在约50微米至约300微米之间、或在约90微米至约110微米之间，或者为约25微米、或约50微米、或约75微米、或约100微米、或约250微米，但是在其它示例中，可以提供更薄或更厚的构建材料层。
在一些示例中，粉末平台210可以是能够沿z-轴方向移动的，使得随着新的构建材料层被沉积，在最近沉积的构建材料层的表面和3D打印机的其它部件之间维持预定的间隙。然而，在其它示例中，粉末平台可以是不能沿z-轴方向移动的，而其它部件可以是能够沿z-轴方向移动的。
连续的构建材料层可以由3D打印机的其它部件传送到粉末平台210，3D打印机可包括例如刮片和辊子。构建材料可以从打印桶、料斗或构建材料仓供应。在一些示例中，构建材料层可以被传送到粉末平台210，而随后的构建材料层将被沉积在先前沉积的构建材料层上。构建材料可以通过一装置或其它***传送。
此外，构建材料可包括其它组分，诸如助熔剂。例如，助熔剂可以是印刷流体，诸如包含炭黑的墨型制剂。在一些示例中，助熔剂可包含液体载体，诸如水或任何其它合适的溶剂或分散剂。根据一个非限制性示例，合适的助熔剂可以是包含炭黑的墨型制剂，例如可从惠普公司获得的商业上称为CM997A的墨水制剂。在一个示例中，这样的墨水可附加地包括红外光吸收剂。在一个示例中，这样的墨水可附加地包括近红外光吸收剂。在一个示例中，这样的墨水可附加地包括可见光吸收剂。在一个示例中，这样的墨水可附加地包括UV光吸收剂。包含可见光吸收剂的墨水的示例是基于染料的彩色墨水和基于颜料的彩色墨水，诸如可从惠普公司获得的商业上称为CM993A和CE042A的墨水。在一些示例中，助熔剂可包含液体载体，诸如水或任何其它合适的溶剂或分散剂。
可以通过诸如打印头的装置将助熔剂选择性地沉积在粉末层上。这样的装置也可被安装到跨越粉末平台210的表面的移动滑架上。
加热灯230可提供可引起构建材料熔合的热。加热灯230可以向构建材料施加能量，以根据已被传送有助熔剂或助熔剂已经渗入的位置，而使构建材料的一部分固化。在一些示例中，构建材料的具有助熔剂的部分可响应于加热灯230施加能量而被固化，以形成基质。在一些示例中，加热灯230为红外(IR)辐射源、近红外辐射源、可见光源、微波能量源、紫外(UV)辐射源、卤素辐射源或发光二极管。
在一些示例中，可以以大致均匀的方式将热施加到构建材料层的整个表面。然而，在大多数示例中，加热灯230可以以大致均匀的方式将能量施加到构建材料层的整个表面的一部分。例如，加热灯230可以将能量施加到构建材料层的整个表面中的条带(strip)。因此，加热灯230可以横过构建材料层移动或扫描，使得最终横过构建材料层的整个表面施加大致等量的能量。
因此，加热灯230可以是容纳在移动滑架220中的熔合灯。移动滑架230可以是包含单元(contained unit)，该包含单元可以是3D打印机的部件，或者可以是分立的实体。移动滑架220可以扫过粉末平台210，以提供热来熔合构建材料。在一些示例中，移动滑架可以能够双向地移动横过粉末平台210的表面。在其它示例中，移动滑架220可以是固定的，并且粉末平台可相对于移动滑架220移动。
在其它示例中，移动滑架230可以不具有使其能够跨越粉末平台210的整个宽度的长度，但是附加地能够沿另一轴线横过粉末平台210的长度双向地移动。该构造使得能够用多次通过横过粉末平台210的整个宽度和长度选择性地传送试剂(agent)。然而，也可以使用其它构造，诸如页宽阵列构造。
加热灯230可以被包围在移动滑架220内，以防止加热灯暴露于诸如气载打印粉末的异物。例如，如图2所示，移动滑架可具有在包围加热灯230的三个侧部上的铝反射壁以及由透明材料或者可允许将来自加热灯230的能量传递至构建材料的其它材料制成的第四侧部225。例如，第四侧部225可以由防护玻璃制成。
在操作期间，加热灯230可能不仅仅加热构建材料。例如，加热灯230可以导致移动滑架220，特别是滑架220的玻璃的第四侧部225被加热。对玻璃的过度加热可导致构建材料意外地熔合到玻璃上。因此，具有示例打印区域200的3D打印机可具有冷却机构，以稳定移动滑架220的温度。例如，可以将冷却气流240驱动通过移动滑架220的腔室。
在一些示例中，可以使用加压空气以将气流240驱动通过移动滑架220。因此，移动滑架220的内部腔室可被加压。例如，如果第四侧部225的玻璃破裂，则由于空气压力的原因，空气会从移动滑架220迅速释放。结果，释放的空气可搅动粉末平台210上的粉末，从而潜在地产生可能遇到加热灯230的粉雾。
在其它一些示例中，粉雾可以由其它方法或事件而产生。例如，滑架220和其它部件的移动可导致气流搅动粉末。此外，粉末传送过程本身可导致气载粉雾的形成。
图3是具有用于检测气载打印粉末的示例***的示例3D打印机300的示意图。打印机300可包括粉末储存器310、粉末平台320、移动滑架330、光源340、检测器350和反射器360。
粉末储存器310可以是储存诸如打印粉末的构建材料的容器。如在与图2相关的示例中所描述的，构建材料可以被传送到粉末平台320。移动滑架330可以类似于移动滑架230，并且可容纳熔合灯。熔合灯可提供能量以促进构建材料的熔合。
如关于图2所描述的，诸如打印粉末的气载颗粒物存在于熔合灯附近可能导致对颗粒物的不期望的加热，这可能引起火灾和***。因此，光源340、检测器350和反射器360可形成检测邻近熔合灯的气载颗粒物的***。
在所示的示例中，光源340和检测器350可以是固定的，而反射器360可被联接到移动滑架330。反射器360可具有高反射性的表面，并且可被联接到移动滑架330，以便将从光源340发出的光370引导至检测器350。例如，如图3中所示，随着移动滑架沿所示的箭头双向地移动，光370可持续沿相同方向朝向检测器350反射。因此，光370可持续穿过目标空间，在此所述目标空间被示出为粉末平台320和移动滑架330之间的空间。在一些示例中，光370可以是从光源340发出的激光束。
在一些示例中，可能没有反射器360。例如，光源340和检测器350可被直接联接到移动滑架330，以使光370穿过目标空间。这种实现可能要求更复杂或昂贵的部件。
此外，3D打印机300可包括其它部件。例如，打印机300可包括用于将构建材料传送到粉末平台320上的装置或部件。此外，在一些示例中，打印机300可附加地包括预热器，用以将沉积在粉末平台320上的构建材料保持在预定的温度范围内。使用预热器可以帮助降低容纳在移动滑架330中的熔合灯为使已被传送了助熔剂或已渗入助熔剂的构建材料熔合并随后固化所必需施加的能量的量。
图4是用于检测3D打印机中的粉雾的示例方法400的流程图。该方法的各方面可以是计算机实现的。在一些示例中，所示的顺序可被改变，一些要素可同时发生，一些要素可被添加，和/或一些要素可被省略。在描述图4时，将参考图1。
在操作410中，光束可被引导穿过邻近3D打印机的热源的目标空间。例如，光源110可发出穿过邻近热源140的目标空间145的激光或其它形式的光115。在图3所示的另一示例中，激光束或其它光可被反射穿过目标空间，使得光源和检测器可以保持固定。
在操作420中，可以检测由已穿过目标空间的光束产生的光量。例如，检测器120可检测由光源110发出的、已穿过目标空间145的光115。
在操作430中，可以将由检测器检测到的光量与标定光量进行比较，以检测粉雾的存在。例如，穿过目标空间145的、来自光源110的光115可因目标空间145中存在诸如打印粉雾的气载颗粒物而被偏转、吸收或者以其它方式影响。因此，由检测器120检测到的光量会小于或不同于从光源110发出的光量。检测引擎130可以通过将检测到的光量与标定的光量进行比较来检测粉雾的存在，所述标定的光量可以是在没有气载颗粒物影响的情况下预期穿过目标空间145的光量。
在操作435中，检测引擎130可以检查是否如由操作430确定的那样，在目标空间中存在粉雾。如果在目标空间中检测到的粉雾的数量低于阈值数量，则方法400可返回操作410并继续检测粉雾。如果数量超过阈值数量，则方法400可进行到操作440。
在操作440中，可采取补救措施以解决粉末点燃的风险。例如，当检测到气载颗粒物的数量超过阈值数量时，检测引擎130可以使热源140关闭，以防止因气载颗粒物的加热而导致可能的点燃或***。关闭热源140可意指停止发热源，或者可以是采取其它措施来降低热源140的温度。此外，当检测到粉雾时，可以采取附加的或替代的补救措施。例如，当检测到粉末时，可以将空气朝向目标空间145引导，以将粉雾吹离热源140。作为附加或作为替代，3D打印机100可以在检测到粉雾时暂停打印，以不产生额外的粉雾。
在一些示例中，方法400可以在检测到某一量或更多粉雾时进行到操作440。例如，当与标定的光量相比光量低于某一光量范围时，诸如当检测到的光量下降低至某一光水平时，可以检测到粉雾的存在。例如，当检测到的光小于标定光量的一半或其它百分比时，方法400可从操作435进行到操作440。在一些示例中，与粉雾的检测相关的光量范围可以根据多种因素而改变，这些因素包括热源温度、粉雾中的粉末类型，以及粉雾中的粉末密度。
本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有要素均可以被组合成任何组合，除了这些特征和/或要素中的至少一些相互排斥的组合。
在前面的描述中，阐述了许多细节以提供对在此公开的主题的理解。然而，示例可以在没有这些细节中的一些或全部的情况下被实践。其它示例可以包括上述细节的修改和改变。所附权利要求旨在覆盖这些修改和改变。
如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”表示“一个或多个”。术语“包括”和“具有”旨在具有与术语“包含”相同的包含性意义。

Claims (15)

1.一种3D打印机，包括：
光源，所述光源发出穿过邻近热源的目标空间的光束；
检测器，所述检测器检测已穿过所述目标空间的所述光束的光量；和
检测引擎，所述检测引擎与所述光源和所述检测器通信，以使用由所述检测器检测到的所述光量检测所述目标空间中的气载颗粒物的数量。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述检测引擎通过将由所述检测器检测到的所述光量与标定的光量进行比较来检测所述目标空间中的气载颗粒物的数量。
3.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述气载颗粒物包括3D打印构建材料。
4.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述光源和所述检测器相对于所述热源固定，并且所述3D打印机进一步包括联接到所述热源的反射器，用于将所述光束引导穿过所述目标空间。
5.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述检测引擎响应于检测到气载颗粒物而使所述3D打印机移除所述热源。
6.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述检测引擎响应于检测到气载颗粒物而使所述3D打印机暂停打印。
7.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述检测引擎使所述3D打印机将气流引导穿过所述目标空间，以消除气载颗粒物。
8.一种用于为3D打印机检测气载构建材料的***，包括：
光源，所述光源发出穿过邻近所述3D打印机的加热灯的目标空间的光束；
检测器，所述检测器检测已穿过所述目标空间的所述光束的光量；和
检测引擎，所述检测引擎与所述光源和所述检测器通信，以使用由所述检测器检测到的所述光量检测所述目标空间中的气载构建材料的数量。
9.根据权利要求7所述的***，其中所述加热灯是容纳在移动滑架中的熔合灯。
10.根据权利要求8所述的***，其中所述光源和所述检测器相对于所述移动滑架固定，并且所述***进一步包括联接到所述移动滑架的反射器，用于将所述光束引导穿过所述目标空间。
11.根据权利要求7所述的***，其中所述检测引擎通过将由所述检测器检测到的所述光量与标定的光量进行比较来检测所述目标空间中的气载构建材料。
12.根据权利要求7所述的***，其中所述检测引擎响应于检测到气载构建材料而使所述3D打印机关闭所述加热灯。
13.一种用于检测3D打印机中的粉雾的方法，包括：
将光束引导穿过邻近所述3D打印机的热源的目标空间；
检测已穿过所述目标空间的所述光束的光量；以及
将检测到的所述光量与标定的光量进行比较来检测粉雾的存在。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括，响应于检测到粉雾而使所述热源被移除。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述热源是容纳在移动滑架中的熔合灯。
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