CN109562566A - 利用多个构建模块的3d打印 - Google Patents

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Abstract

根据一个示例，提供了一种在包括可移动构建模块对的三维打印***中生成三维对象的方法。该方法包括将第一构建模块移动到构建位置，在第一构建模块中执行3D打印工作，将第一构建模块移动到构建后位置，对第一构建模块执行后处理操作，将第二构建模块移动到构建位置，并在第二构建模块中执行3D打印工作。

Description

利用多个构建模块的3D打印
背景技术
更一般地称为三维或3D打印的增材制造使得能够在逐层的基础上生成对象。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构建材料的每个层的部分来生成对象的层。
附图说明
现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述示例，其中：
图1是根据一个示例的3D打印***的示意图；
图2是根据一个示例的3D打印***控制器的框图；
图3是概述根据一个示例的控制3D打印***的示例方法的流程图；
图4A、4B、4C和4D是示例后处理模块的框图；
图5是概述后处理的示例方法的流程图；
图6A和6B示出了根据一个示例的3D打印***的一部分的图示。
具体实施方式
在某些部门中，存在将3D打印从其小批量快速原型制造中的更传统用途转移到更大批量(higher volume)和更大工业规模空间中的推动力。允许3D打印机生产更大批量的高质量对象将使它们能够更好地与更传统的制造技术竞争，更传统的制造技术诸如注塑成型。然而，由于一些3D打印技术仍然相对慢速，因此改进3D打印机的吞吐量变得越来越重要。
现在参考图1，示出了根据一个示例的3D打印***100的简化示意图。
3D打印***100包括3D打印固化模块102，以在构建模块定位在构建位置时引起在构建模块的支撑平台上形成的构建材料的层的部分的选择性固化。可以通过构建材料分配(distribution)模块104在构建模块的支撑平台上形成构建材料的层。在一个示例中，构建材料可以是合适的粉末或粒状构建材料。在一个示例中，构建材料分配模块104可以是辊子或擦涂器(wiper)。可以从例如高架料斗(overhead hopper)或从单独的构建材料存储器(未示出)供应构建材料。
可以根据要打印的3D对象的打印工作或合适的数字表示来控制选择性固化模块102，以在逐层过程中形成3D对象。固化模块102可以是任何合适种类的选择性固化***，其可包括例如熔剂(fusing agent)和熔融能***、选择性激光烧结(SLS)***、选择性抑制烧结(inhibition sintering)(SIS)***，粘合剂/粉末***或诸如此类。
3D打印***100包括自动可移动的构建模块或构建单元对106a和106b。构建模块106是3D打印***100可以在其中生成三维对象的模块。每个构建模块106在3D打印***100内可在多个不同的位置或区域之间移动，如箭头116所指示的那样。应该理解，箭头116所示的运动方向纯粹是示例性的，并且在其他示例中可以使用其他运动方向。在一个示例中，构建模块106a和106b中的每一个可在相应的后处理或构建后位置(112a和112b)，如图1中所示，以及构建位置114之间移动。在图1中，构建模块106在构建位置114以虚线轮廓示出。当在构建位置114时，可以说构建模块在构建区域118中。在一个示例中，可以一次在构建位置114定位仅单个构建模块106。每个构建模块106可以例如通过任何合适的可控机动(motorized)驱动机构移动。
在所示的示例中，构建位置114被示出为在比后处理位置112的水平更高的水平处。然而，后处理位置112a、112b和构建位置的相对位置可能在不同的示例中不同。在一个示例中，构建位置和后处理位置可以基本上位于相同的水平，而在另一个示例中，每个位置的水平可以是不同的。
每个构建模块106包括大致开顶式(open-topped)的立方体壳体，其中提供有垂直或z轴可移动平台(108a，108b)。每个支撑平台通过相应的驱动机构(110a，110b)可移动。
当定位在相应的后处理位置(112a，112b)时，每个构建模块(106a，106b)可以连接或耦合到后处理模块120，例如使用合适的机械接口。
在一个示例中，3D打印***100可以包括后处理模块对120a和120b，用于与每个相应的构建模块一起使用。在另一示例中，每个构建模块(106a，106b)可以连接或耦合到单个后处理模块120。(一个或多个)后处理模块120执行构建模块106的后处理操作。后处理操作例如可以包括对构建模块106的内容的强制或主动冷却，以及熔融(fused)和未熔融的构建材料的至少部分地分离。
在一个示例中，构建模块106a和106b是3D打印***100的集成部件并且不旨在从其移除。
3D打印***100的操作由控制器122控制。控制器122在图2的框图中被更详细地示出。控制器122包括处理器202，诸如微处理器。
处理器202例如通过合适的通信总线(未示出)耦合到存储器204。存储器204存储处理器可理解的3D打印机控制指令206，该控制指令206在由处理器202执行时使控制器122控制如本文所述的3D打印***100。
现在将另外参考图3的流程图描述3D打印***100的详细示例操作。
在框302处，控制器122控制第一构建模块106a移动到构建位置114。控制器122还确保构建模块106a的支撑平台108a处于预定的上部起始位置处，准备好在其上接受粉末层。如果第二构建模块106b尚未如此定位，则将控制第二构建模块106b移动到其后处理位置112b。
在框304处，控制器122执行打印工作。打印工作可能先前已由控制器122以任何合适的方式获得。控制器122通过控制构建材料分配器以在构建模块106a的支撑平台108a上形成构建材料的层，并控制固话模块102根据打印工作中的数据或指令选择性地固化所形成的构建材料的层的部分来执行打印工作。在已经处理了每层构建材料之后，控制器122控制支撑平台108a下降预定距离，以允许在其上形成构建材料的后续层。可以重复这些操作直到生成3D对象。打印工作可以包括定义要生成的3D对象的3D对象模型或者从要生成的3D对象的3D对象模型导出的数据。
控制固化模块102的方式可取决于所使用的固化***的类型。例如，如果固化***102是选择性激光烧结***，则可以控制固化***102以将形成的构建材料层预加热到接近其熔化温度，并且然后将聚焦的激光束施加到将形成正在生成的3D对象的层的构造材料的层的部分，以使那些部分熔融并固化。如果例如固化***102是熔剂和熔融能***，则控制器122可以控制固化***将形成的构建材料的层预加热到接近其熔化温度，以选择性地将熔剂施加于构建材料的形成的层的部分，并且然后将熔剂施加于构建材料的形成的层，使得被施加了熔剂的构建材料的部分熔融并固化。
在框306处，当已经执行了打印工作时，控制器122控制构建模块106a移动到其后处理位置112a并连接或耦合到其关联的后处理模块120a。
在框308处，控制器122控制后处理模块120a以对第一构建模块106a执行适当的后处理操作。在一个示例中，如图5的流程图所示，控制器可以对构建模块的内容应用(502)主动冷却，并且可以从构建模块分离(504)熔融和未熔融的构建材料。在其他示例中，可以执行其他后处理操作。
在一个示例中，当已经完成后处理操作时，第一构建模块106a准备好再次用于生成另外的3D对象。
控制器122可以与下面描述的进一步操作并行地控制要在第一构建模块106a上执行的后处理操作。
在框310处，控制器122控制第二构建模块106b移动到构建位置114。
在框312处，控制器122执行打印工作。打印工作可能先前已由控制器122以任何合适的方式获得。控制器122通过控制构建材料分配器在构建模块106b的支撑平台108b上形成构建材料的层，并控制固化模块102根据打印工作中的数据或指令选择性地固化构建材料的形成的层的部分来执行打印工作，如上所述。可以重复这些操作直到生成3D对象。
在框314处，当已经执行了打印工作时，控制器122控制构建模块106b移动到其后处理位置112b并且连接或耦合到其关联的后处理模块120b。
在框316处，控制器122控制后处理模块120b对第二构建模块106b执行适当的后处理操作。如本文所述，控制器122可以与其他操作并行地控制第二模块106b上的后处理操作。当后处理操作已经完成时，第二构建模块106b准备好再次用于生成另外的3D对象。
然后，控制器122可以重复上述操作。
在一个示例中，控制器122控制后处理操作，使得在构建模块106之一上执行的后处理操作在构建模块106中的另一个中的打印工作的执行之前或同时终止。以这种方式，可以控制3D打印***100以连续方式运转，这减少了3D打印***100不是3D打印对象的时间量。此外，3D打印***100的操作基本上是自主的，并且可以在没有用户干预的情况下长时间段运转。
现在参考图4，示出了不同后处理模块120的多个示例。
后处理模块120可以对构建模块执行任何合适的后处理操作，以使得构建模块能够准备好在另外的3D打印操作中重用。
在图4A的框图中示出了后处理模块120a的一个示例。后处理模块120a包括构建模块接口402，以使构建模块106能够与其耦合。在该示例中，接口提供流体接口以将构建模块106耦合到气流生成器404。接口可包括例如合适的连接和密封构件(未示出)、阀、等，以使构建模块106能够可释放地连接到后处理模块106。在一个示例中，连接器是合适的压配合型(press-to-fit type)连接器。在一些示例中，机动元件可用于帮助构建模块106到构建模块接口402的连接/构建模块106从构建模块接口402的释放。
一旦连接到构建模块接口402，控制器122可以控制气流生成器404的操作。气流生成器404可以例如用于提供通过构建模块106的负压气流，使得环境空气通过构建模块106内的至少一部分构建材料吸入并进入气流生成器。构建模块106可以配备有合适的空气进口和到后处理模块120的连接。在一个示例中，对气流速度的控制可以为构建模块106的内容提供冷却，并且还可以从构建模块106移除未熔融的构建材料。可以通过未熔融的构建材料陷阱(trap)406将气流内的任何未熔融的构建材料与气流分离。未熔融的构建材料陷阱可以例如包括空气旋风(cyclone)式元件、过滤器或任何合适的微粒移除***。在一个示例中，来自构建模块106的气流在被引导到气流生成器404之前被引导到未熔融的构建材料陷阱，以防止未熔融的构建材料进入气流生成器。在一个示例中，气流生成器是空气泵或风扇。
控制器122可以控制由气流生成器404生成的气流的速度，来以受控的方式向构建模块106的内容提供冷却。例如，控制器122可以使气流生成器404生成相对低的气流持续第一时间段，例如以提供穿过构建模块106的内容的冷却气流，而不过度移除未熔融的构建材料。然后，控制器122可以使气流生成器404生成相对高的气流持续第二时间段，以提供通过构建模块106的内容的气流，其目的是移除构建模块106内的任何未熔融构建材料的大部分。控制气流执行冷却和未熔融构建材料提取两者的方式可以基于例如与构建模块的内容有关的数据。
在图4A的示例中，在后处理之后，任何3D打印对象在构建模块106中可用，基本上与任何非熔融构建材料分离，例如准备好由用户移除。
在其他示例中，如图4B中所示，后处理模块120b另外包括3D打印对象仓408，在后处理之后，可以自动传送构建模块106中的任何3D打印对象到该仓408中，从而自动准备构建模块106供进一步使用。在一个示例中，可以例如通过控制器122使得构建模块106的构建平台108上升，并且控制擦涂器或推动器机构(未示出)例如将任何3D打印对象从构建模块106移动到3D打印对象仓408来将3D打印对象传送到打印对象仓。
在一个示例中，控制器122控制由后处理模块120执行的后处理操作，以花费小于或等于其在构建位置114在构建模块中执行打印工作所花费的时间。以这种方式，当打印工作已经完成时，后处理的构建模块准备好移动到构建位置114以使得能够在其中执行打印工作，同时在其中执行最近完成的打印工作的构建模块被移入其后处理位置进行后处理。
在其他示例中，如图4C中所示，后处理模块120c另外包括熔融和未熔融的构建材料分离器410。材料分离器410可以包括例如筛分机构并且可以使至少一些未熔融的构建材料能够通过致动振动器元件(未示出)来从构建模块106被移除。在一个示例中，控制器122可以最初控制气流生成器404生成冷却气流，并且在一段时间之后可以控制振动器元件振动，使得可以提取构建模块106中的任何未熔融的构建材料。在一个示例中，可以通过筛分型机构和强制气流的组合来实现未熔融构建材料的提取。
在图4D中所示的其他示例中，后处理模块120d另外包括3D打印对象仓408，在后处理之后，可以自动传送构建模块106中的任何3D打印对象到该仓408中，如上所述。
为了使每个构建模块106能够在3D打印***100内移动，每个构建模块106可以安装在轨道上，如图6A和6B中所示。例如，可以在3D打印***100内提供一个或一对轨道或管602，并且每个构建模块106可以配备有流道(runner)604。使用这样的***使得能够使用相对简单的配置将构建模块升高，如果合适的话，到构建位置114。
如图6A中所示，构建模块升举平台606可以提供在轨道602之间并且连接到合适的驱动机构608，驱动机构608如活塞，螺杆驱动器(screw drive)等。当处于降低位置610a时，升举平台606不干扰构建模块106沿着轨道602的移动。升举平台606可以升高到升高位置610b，以虚线示出，以将位于其上的构建模块106移动到构建位置114。
虽然本文描述的示例涉及具有两个构建模块的3D打印***，但是在其他示例中，可以提供附加的构建模块以及如果合适的话附加的后处理模块或后处理位置。
应当理解，本文描述的示例可以以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现。任何这样的软件可以以易失性或非易失性存储的形式存储，诸如例如，如ROM的存储设备，无论是否可擦除或可重写，或者以存储器的形式存储，存储器诸如例如RAM、存储器芯片、设备或集成电路，或存储在光学或磁性可读介质上，诸如例如CD、DVD、磁盘或磁带。应当理解，存储设备和存储介质是机器可读存储的示例，其适合于存储一个或多个程序，当执行所述一个或多个程序时，实现这里描述的示例。因此，一些示例提供了一种程序以及存储这种程序的机器可读存储装置，该程序包括用于实现如前述任何权利要求中所述的***或方法的代码。更进一步地，本发明的一些示例可以经由诸如通过有线或无线连接承载的通信信号之类的任何介质以电传送。
本说明书(包括任何所附权利要求书、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步骤可以以任何组合进行组合，除了此类特征和/或步骤的至少一些是相互排斥的组合。
除非另外明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一般系列等同或类似特征的一个示例。

Claims (15)

1.一种三维打印***，包括：
可移动的构建模块对；
构建材料分配器，用于在位于构建区域中时在构建模块的支撑平台上形成构建材料的层；
选择性固化模块，用于选择性地固化构建区域中的构建材料的形成的层的部分；
以及
控制器，用于：
将第一构建模块移动到构建区域中；
在第一构建模块中执行3D打印工作；
在3D打印工作的执行之后，将第一构建模块移动到构建后区域；
将第二构建模块移动到构建区域中；以及
在第二构建模块中执行3D打印工作。
2.根据权利要求1所述的***，其中每个构建模块包括可移动支撑平台，在所述可移动支撑平台上可以形成并且选择性地固化构建材的连续的层。
3.根据权利要求2所述的***，其中用于每个构建模块的构建平台的驱动机构包含在每个构建模块内。
4.根据权利要求1所述的***，其中打印***包括用于第一构建模块的第一构建后区域，以及用于第二构建模块的第二单独的构建后区域。
5.根据权利要求1所述的***，其中3D打印工作的执行包括：
控制构建材料分配器和选择性固化模块以根据3D打印工作在构建模块中生成3D对象。
6.根据权利要求1所述的***，其中构建模块沿着诸如轨道或管之类的导向元件可移动。
7.根据权利要求1所述的***，其中构建模块中的每个可独立移动。
8.根据权利要求1所述的***，其中选择性固化模块是基于热的选择性固化模块，诸如激光烧结或熔剂和辐射***。
9.根据权利要求1所述的***，其中每个构建后区域包括在构建模块移动到构建后区域中时构建模块连接到的构建后模块。
10.根据权利要求9所述的***，其中构建后模块包括主动冷却***以主动冷却构建模块的内容。
11.根据权利要求9所述的***，其中构建后模块包括构建材料分离***以从构建模块提取未固化的构建材料。
12.根据权利要求10所述的***，其中控制器控制主动冷却***以冷却构建模块中的一个，同时在另一构建模块中执行打印工作。
13.一种在包括多个可移动构建单元的三维打印***中生成三维对象的方法，包括：
将第一构建单元定位在构建位置；
在第一构建模块中执行3D打印工作；
将第一构建单元定位在构建后位置；
在第一构建模块上执行后处理操作；
将第二构建单元定位在构建位置；和
在第二构建模块中执行3D打印工作。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括将第二构建单元定位在构建后位置并且执行第二构建单元的后处理操作。
15.根据权利要求13所述的方法，其中执行后处理操作包括执行以下中的至少一个：对构建单元的内容进行主动冷却；以及从构建单元的内容提取未熔融的构建材料。
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