CN110869193A - 利用气动输送的三维打印机 - Google Patents

Abstract

一种三维(3D)打印机和具有用于将构建材料传送至3D打印机的容器的气动输送***的方法。联接到容器的进给器调节构建材料从容器的排出流动。联接到进给器的密封控制器减少空气流入。

Description

利用气动输送的三维打印机

背景技术

增材制造(AM)可包括三维(3D)打印以生成3D物体。在一些AM过程中，连续的材料层在计算机控制下形成以制造物体。材料可以是粉末或粉末状材料，包括金属、塑料、陶瓷、复合材料和其他粉末。物体可以是各种形状和几何结构，并且可经由诸如3D模型的模型或其他电子数据源生成。制造可能涉及激光熔化、激光烧结、电子束熔化、热融合等。模型和自动控制可便于分层制造和增材制造。对于应用，增材制造可制造用于航空航天(例如飞机)的中间成品和最终产品以及原型、机械零件、医疗设备(例如植入物)、汽车零件、流行产品、结构性和导电性金属、陶瓷、导电粘合剂、半导体器件和其他应用。

附图说明

在下面的详细描述中参照附图描述某些示例，其中：

图1A至图1C是根据示例的3D打印机的三个单独的实施的图示；

图2是根据示例的图1C的3D打印机的气动输送***的例示；

图3是用在根据示例的图1C的3D打印机中的离心分离器和容器的例示；

图4是通过根据示例的图1C的3D打印机克服的两种类型的空气泄漏的例示；

图5是根据示例的图1A至图1C的3D打印机的进给器的例示；

图6是用在根据示例的图1C的3D打印机中的进给器的例示；

图7是由根据示例的图1A至图1C的3D打印机使用的密封控制机构的流程图；和

图8是根据示例的图1C的3D打印机的详细框图。

具体实施方式

本文示出的技术针对具有用以传送诸如粉末的构建材料的气动输送***(PCS)从而能够生成3D物体的三维(3D)打印机。3D打印机内部的进给器将构建材料分配到进给器下方。进给器内的腔室使用密封控制机构操作，以控制空气向上流动和向下流动。换句话说，如下所述，进给器具有减少来自进给器的空气向上流动以及来自进给器的空气向下流动的腔室。这种密封控制可规定，来自进给器的空气向上流动不会导致粉末被过分充气并搅动，这可能阻止粉末向下流动。密封控制还基本上防止由与粉末流动相反的压力梯度驱动的向上气流导致空气泄漏(至进给器中)。因此，密封控制能够使进给器将进给器上游的压力与进给器下游的压力隔离。至少出于空气向上流动不会显着地干扰粉末流动或设置在容器上方的离心分离器的操作的原因，这便于3D打印机同时传送构建材料并启动3D打印作业以生成3D物体。此外，因为在打印作业期间发生构建材料的输送，所以相对于在生成3D物体之前完成构建材料的输送的3D打印机而言，减少了在新型3D打印机中完成3D打印作业的周期时间。

图1A、图1B和图1C分别是可由诸如构建平台上的构建材料形成3D物体的3D打印机100A、100B和100C的示例。首先参照图1A，3D打印机100A包括用于传送构建材料(例如粉末)20以生成3D物体90的气动输送***(PCS)50A。PCS 50A包括用于分配构建材料20的进给器40。打印机100A还包括用于操作进给器的密封控制机构30。密封控制方法30包括DC电机和编码器，如下面更详细讨论。

图1B和图1C示出了3D打印机100的进一步的示例，分别被表示为100B和100C(统称为“3D打印机100”)，并且分别具有PCS 50B和50C(统称为“PCS 50”)。在图1B中，3D打印机100B包括PCS 50B和密封控制机构30，但是进一步包括用于将构建材料20分配到PCS 50B的构建材料供应器80。PCS 50B包括设置在进给器40上方以从构建材料供应器80接收诸如粉末的构建材料20的容器60。在3D打印机100C中，构建材料20被进给到离心分离器70中，然后在被接收到进给器40中之前被进给到容器60。与容器60联接并且还已知为粉末捕集器或旋风分离器的离心分离器70将构建材料20与输送空气更有效地分离。

由3D打印机100执行的3D打印可包括选择性层烧结(SLS)、选择性热烧结(SHS)、电子束熔化(EBM)、热融合或其他3D打印和AM技术，以由构建材料生成3D物体。构建材料可以是粉末、粉末状或粉末形式。构建材料可以是包括聚合物、塑料、金属和陶瓷等不同的材料。在操作中，3D打印机100采用构建材料20的增材制造以生成3D物体90。

密封控制机构30被示出为位于PCS 50的外部。然而，密封控制器30可以是PCS50的一部分，而密封控制器30的元件可作为进给器40的部件。如下面更详细讨论，结合密封控制机构30，进给器40不允许由与粉末流动相反的压力梯度驱动的空气泄漏。此外，在3D打印机100的操作期间，在进给器的上游存在第一压力(上游压力)，在进给器的下游存在不同的压力(下游压力)，其中上游和下游参考构建材料20在PCS中的流动。如本文更详细例示，密封控制器30帮助进给器40将上游压力与下游压力隔离。这能够使3D打印机100内的构建材料20的输送当正在打印3D物体90时发生。

气动输送是这样的机制，通过该机制，颗粒(在这种情况下为构建材料)会悬浮在输送空气中。颗粒从一个或多个源位置获得，经由导管(例如管道、管件等)传送，并在一个或多个目的地位置处接收。气动输送可使用正或负表压来输送空气。稀相气动输送大体特征在于速度相对高并且构建材料(粉末)与气体(空气)之比低(例如，粉末与空气的质量比小于15)。密相气动输送涉及高压(正压)或高真空(负压)下的少量气体并且输送的材料与气体之比相对高。在一个实施方式中，PCS 50采用负(真空)压来传送构建材料20通过3D打印机100。在第二实施方式中，PCS 50采用负压和稀相传送来传送构建材料20。在一个示例中，通过PCS 50的典型气流速率约为每分钟6-8立方英尺的空气。这对应于5/8"内径的管中15与19m/sec之间的空气速度。在另一示例中，当移动构建材料或粉末时，粉末质量与空气质量之比小于2，这允许粉末以高达5g/sec移动通过导管66。

3D打印机100的进给器40从PCS 50接收构建材料20，并分配构建材料，从而可生成3D物体90。下面结合图6更详细地描述进给器40。

3D打印机100的PCS 50从构建材料供应器80接收构建材料20。构建材料供应器80可以是容器，例如料斗、箱或盒。在一个示例中，构建材料供应器80是可移除的盒。这使得构建材料供应器80在空的情况下被从3D打印机移除并用第二(满的)盒替换。在另一示例中，构建材料供应器80包括从先前的3D打印作业回收的(或再循环的)构建材料。在另一示例中，构建材料供应器80包括与回收的(和/或再循环的)构建材料结合的新构建材料。在又一示例中，构建材料供应器80具有的体积小于生成3D物体90所需的体积。

在3D打印机100中，由PCS 50输送的构建材料20在被接收到进给器40中之前被进给到离心分离器70然后容器60中。还已知为粉末捕集器或旋风分离器的离心分离器70被设计成更有效地将构建材料20与输送空气分离。与构建材料供应器80一样，容器60可以是料斗、箱或盒。容器60可具有圆锥形或矩形的截面，具有倾斜的壁，使得粉末流过容器而不粘附在壁上，并且构建材料20利用重力与输送空气分离。

图2更详细地示出了PCS 50。PCS 50由导管66A-H(统称为“导管66”)(例如，管、管道、管线)、离心分离器70、容器60、进给器40、进气口或吸气部24、过滤器18和鼓风机86组成。PCS 50后方的驱动力是为设置在导管66内部的空气提供动力的鼓风机86。实际上，一旦鼓风机86运转，则在负压下的空气在导管66内部流动，输送构建材料20在箭头所示的方向上沿着连接的导管流动。组成PCS 50的各个导管可相汇或相联，例如通过导管三通或其他配件。在示例中，导管66设置在3D打印机100的壳体内。

PCS 50的导管66通过第二进给器40B从构建材料供应器80进给构建材料20。密封控制机构30控制进给器40和进给器40B两者。进给器40B相对于导管66B中的空气质量控制粉末质量，因此有助于将质量保持在某些限值内。构建材料20经由进给器40B分配到导管部66B，在此其经由负压下的空气在本示例中经由导管66B、66C和66D朝向离心分离器或旋风分离器70输送。图2中的箭头指示气流的方向。在旋风分离器70处，空气与构建材料20分离，并且空气被负压吸引通过导管66E、66F、66G和66H。

在一个实施方式中，PCS 50是负压***。PCS 50中的气流由位于气动管线下游端并通过气动管线建立负压的鼓风机86建立。当鼓风机86启动时，在PCS 50中产生负压，使得来自进气口(吸气部)24的空气流经导管66A、导管66B(还具有构建材料20)、导管66C和导管66D，在此处构建材料被接收到离心分离器70中。在此处，构建材料20在被接收到通过进给器40排出构建材料20的容器60中之前与空气分离。在离心分离器70中，分离出的空气被PCS50中的负压吸引而向上流动到导管66E、导管66F、导管66G和导管66H。在一些示例中，空气可在离开3D打印机100之前被过滤。

在一个示例中，鼓风机86产生气流，该气流提供足以输送构建材料20的速度。通过PCS 50的负压使得如果发生泄漏，则构建材料20在3D打印机100内泄漏，因此构建材料不会从打印机泄漏。在一个实施方式，可在PCS 50中维持构建材料的高达5克/秒(g/sec)的气流速率。

因此，PCS 50的特征可在于具有至少两个总导管段，即输入输送部(管道66A、66B、66C和66D)和输出输送部(管道66E、66F、66G和66H)。应该是不含或基本上不含构建材料20的空气的输出输送部可实际上不离开PCS 50或打印机100，而是可用于例如填充进气口24以进行后续操作。在构建材料确实泄漏到输出输送部中的情况下，沿着输出输送部设置的过滤器18可捕获任何杂散颗粒。

因此，由导管66、进气口24、鼓风机86、过滤器18、旋风分离器70、容器60和进给器40组成的PCS 50形成了一***，气流通过该***使构建材料20流动。PCS50可不是完全封闭的***，可容忍一些泄漏。然而，旋风分离器70下方的泄漏可能是有问题的。例如，如果旋风分离器70中的通过进给器40向上流动的空气速度超过某个速率，则旋风分离器的粉末分离会受到干扰，并且旋风分离器的分离效率可能会损失。该原理将在下面更详细地描述。

进给器40设置在容器60的下方(或下游)。进给器40打开以接收来自上游的构建材料20并进一步向下游分配构建材料。旋风分离器70、容器60和进给器40相连，并且还联接到PCS 50。这意味着，当打开时，进给器40会降低旋风分离器的分离效率并因此损害PCS 50的效率。因为PCS 50通过施加空气压力来输送构建材料，所以进给器40的打开损害PCS的操作。

在3D打印机100的一个实施方式中，PCS 50的构建材料输送导管66中的平均空气速度在10至20米/秒(m/sec)之间。例如，对于诸如聚酰胺12(PA12，一种尼龙)的构建材料，如果气流速度小于6m/sec，则构建材料可能会沉降在水平的导管段中(例如，见导管66B和66D)。

旋风分离可通过涡流分离从空气中去除颗粒。离心分离器(通常已知为旋风分离器)执行这种气旋分离，以将接收到的材料分成两部分，其中一部分通常没有另一部分稠密。回看图1C，3D打印机100可包括设置在容器60上方的离心分离器或旋风分离器70。一旦构建材料20被进给到PCS 50的气流中，旋风分离器70便用于在构建材料被接收到容器60中之前将构建材料与输送空气分离。

图3是3D打印机100的离心分离器70和容器60的可能构造的一个示例。离心分离器或旋风分离器70设置在容器60上方，使得在这种情况下更稠密的材料(在这种情况下为构建材料20)与输送空气分离并被接收到容器60中。

旋风分离器70由内部部分76和外部部分78组成。与来自PCS 50的构建材料20结合的空气被接收到PCS进气口82中。内部部分76的形状在旋风分离器70的中间形成涡流而使较轻的空气向上流动(见空气路径箭头72)同时较重的构建材料20向下流动并朝向分离器的壁离心地扩散(见构建材料路径74)。这导致构建材料20落入容器60中同时空气向上流动并通过空气流出口84离开旋风分离器。

在一个实施方式中，3D打印机100具有单个旋风分离器。在另一实施方式中，多个旋风分离器在3D打印机100中彼此平行地设置以执行上述分离操作。旋风分离的效率可由(例举几个因素)构建材料颗粒的尺寸、其密度、输送空气的速度、几何因素和静电吸附来控制。

在一个实施方式中，3D打印机100的旋风分离器70能够分离99.95％或更多的在60至80微米尺寸范围内的构建材料、99.9％或更多的在45至60微米尺寸范围内的构建材料以及99.5％的在10至20微米尺寸范围内的构建材料。对于小于10微米的构建材料(已知为细粉)，3D打印机10的旋风分离器70被设计为使离开空气流出口84的细粉最小化或减少。此外，其他分离百分比和相关联的颗粒尺寸范围是适用的。

旋风分离器70下方的空气泄漏会通过引起旋风分离器内部的上升气流而干扰旋风分离器的效率。这样的泄漏可能不期望地将构建材料20携带通过空气流出口84而回到PCS 50的“干净”部分(例如，图2中的输出输送部66E、66F、66G和66H)。3D打印机100中的新型进给器40的密封控制机构30被设计成防止或减少空气泄漏进入旋风分离器70。

图4是示出可能具有泄漏问题的3D打印机200的部件的相对位置的图示。3D打印机200包括旋风分离器270、容器260和进给器240。向下的螺旋箭头指示构建材料220从旋风分离器270进入容器260中的运动，而构建材料220指示容器有多满。PCS250将构建材料220传送到旋风分离器270。类似于以上结合图3描述的旋风分离器70的气流，向上的箭头指示空气流回到PCS 250中。进给器240联接至容器260并处于容器260下方。当空气诸如通过进给器240的壳体中的间隙泄漏到进给器240中时，外部空气可被吸入。示出了来自进给器240的两种可能的空气泄漏，第一种泄漏(类型1)的箭头朝向旋风分离器270去向上游，第二种泄漏(类型2)的箭头从进给器240去向下游。

诸如在泄漏空气具有与构建材料220的流动方向相反的压差的情况下，类型1的空气泄漏从进给器240向上游运送不需要的空气。这导致不需要的空气向上移动通过容器260。如果不需要的空气泄漏进入容器260上方的旋风分离器270中，则旋风分离器的分离效率会受损。例如，如果不需要的空气泄漏速率通过旋风锥形成约为0.1m/sec或更高的空气速度，则旋风分离效率受损。因此，应避免类型1的泄漏，这是因为其会干扰通过旋风分离器270的粉末流动。

类型2的空气泄漏从进给器240向下游运送不需要的空气。再次，进给器240周围或外部的环境中的空气可通过进给器壳体中的间隙进入进给器。不需要的空气可向下移动通过进给器240。不需要的空气的这种向下游的传送可能对构建材料的下游输送和处理造成不利影响。

因此，存在可能影响打印机的PCS 50和其他固体处理的至少两种不同类型的泄漏。给定的进给器可在给定的时刻处理这些类型的泄漏之一。对于旋风分离器的效率，类型1的泄漏是令人关注的。对于下游的进给器，例如进给器440B、440C和440D(下面的图7)，类型2的泄漏可能令人关注。消除类型1的泄漏的设计并不一定消除类型2的泄漏，反之亦然。图4中示出的不需要的空气的类型1和类型2的泄漏两者可通过如下面图5和图6中描述的进给器40的密封控制机构30来解决。

返回图2，回想到3D打印机100的PCS 50是负表压***。PCS 50连接到的任何部分都被密封，使得PCS的负压有效且高效地运行。因此，PCS的其他部件(例如旋风分离器70、容器60和进给器40)因而形成受负压影响的较大***。虽然可容忍PCS50的某些部分中的泄漏，但是旋风分离器70下方的泄漏尤其令人关注，并且会影响旋风分离器的效率。

图5是3D打印机100的用于将构建材料20从上游位置转移到下游位置的进给器40的详细图示。进给器40包括上蹄板(shoe)34A、下蹄板34B(统称为“蹄板34”)以及正交地夹在蹄板之间的壳体46。在壳体46的内部，腔室42设置在上蹄板34A下方和下蹄板34B上方。腔室42由圆形边缘46以及形成不同的袋口44的辐条或肋48组成。形成相同数量袋口44的辐条48的数量可变化。在一个实施方式中，腔室包括六个辐条和六个等宽的袋口。在第二实施方式中，腔室包括至少三个辐条和三个袋口。在第三实施方式中，袋口的数量足够多以使每个袋口的体积较小，使得来自空的袋口的空气上流速度低于将引起旋风分离器问题的阈值(例如，0.1m/sec)。在第四实施方式中，每个进给器袋口44的体积在4与10立方厘米之间。

围绕进给器40的是邻近齿轮系92的进给器轮94。进给器轮94具有可与齿轮系92中的相邻齿啮合的多个齿。齿轮系是通过以齿轮的齿彼此啮合的方式安装齿轮而形成的机械***。在图6中，齿轮系具有多个齿轮(在该示例中为四个)，这些齿轮巧妙地分布以使旋转从一个齿轮平稳地传递到下一齿轮。如图6所示，驱动进给器轮94的旋转导致进给器40旋转的齿轮系92由密封控制器30控制。

在一个实施方式中，如图6所示，密封控制机构30利用由编码器98启动和控制的DC电机96。通过数字控制DC电机96的开启和关闭状态，编码器98提供对将被严格控制的进给器轮94的每分钟转数(RPM)的控制。由于在进给器轮94和电机96之间的齿轮系92，电机以比进给器轮94的期望RPM更快的速度运行。在一个示例中，进给器轮94在2与20RPM之间移动。在另一示例中，进给器轮94的旋转可在关闭之前连续地操作一段时间。此外，密封控制机构30可控制3D打印机100中的一个以上的进给器。下面在图8中更详细地描述密封控制机构30对多个进给器的操作。

入口(例如，开口、槽、孔等)32设于上蹄板34A中，而出口(例如，开口、槽、孔等)38设于下蹄板34B中。入口32和出口38均可以是铰链门、尺寸可变的孔、滑槽等。在一个实施方式中，入口32和出口38通常是敞开的。在该示例中，进给器40是圆柱形的。在操作中，上蹄板34A密封抵靠腔室的边缘46的顶表面，而下蹄板34B密封抵靠边缘的底表面，从而基本上密封腔室42和腔室的袋口44。虽然进给器40被描绘成基本圆柱形形状，但是进给器可以是除了图示中所描绘的形状以外的形状。

构建材料20从上游位置(例如容器、料斗或构建材料供应器)流向进给器40。通过入口32，一团(例如，一定量或一部分)构建材料20借助重力掉落到腔室42的袋口44中的处于入口32正下方的一个袋口44中。在一个示例中，一团约5克。每个袋口44通常将包含一些东西，空气、构建材料20、或构建材料和空气的组合。因此，掉落操作是一种交换。当一团构建材料20掉落到指定的袋口44中时，袋口内的空气向上移出袋口。

然后，在密封控制机构30的控制下，进给器40旋转运动，使得袋口44不再处于入口32的正下方。对于上蹄板34A下方的进给器40的每次旋转，入口32均设置在邻近的袋口44之上。在一个示例中，入口的宽度小于每个袋口的宽度。此时，进给器40的上游压力与进给器的下游压力隔离。一旦袋口44被设置在出口38之上，则一团构建材料从腔室42(例如，借助于重力)掉落并从进给器40向下游移动。再一次，掉落是一种交换，其中，此时，袋口44中的构建材料被空气替换。因为袋口44中的气压与上游通道特别是旋风分离器70流体隔离，所以进入的空气大体将不会向上行进而引起问题。替代的是，进给器40的密封控制器30防止或减少空气从进给器机构的出入点处回流，这进而使得PCS 50的负压能够使构建材料20在导管66内移动。在图5的示例中，入口32和出口38类似地成形，但是这些开口的形状和尺寸可不同。在另一示例中，腔室42在从入口32处接收构建材料20与通过出口38沉积构建材料之间旋转至少两次。换句话说，在入口32与出口38之间于进给器40的给定位置处存在至少一个辐条到蹄板密封件或密封辐条；否则，对于构建材料20掉落通过进给器而言，将存在直接的泄漏路径。

此外，构建材料可能会意外地设置在上蹄板34A与壁46之间、壁与下蹄板34B之间以及组成进给器40的其他部件之间。在这些情况下，泄漏的空气的量通常小到不足以影响PCS的操作。因此，空气从进给器无论是向上游还是向下游的逸出可无意地发生。

在一些示例中，密封控制机构30和编码器98可包括计算设备或与计算设备相关联，该计算设备具有处理器以及存储由处理器执行的代码以调节进给器的操作的存储器。计算设备可以是控制器。控制器可包括处理器、微处理器、中央处理器(CPU)、存储由处理器执行的代码的存储器、集成电路、印刷电路板(PCB)、打印机控制卡、印刷电路组件(PCA)或印刷电路板组件(PCBA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制***(DCS)的部件、现场可编程门阵列(FPGA)或其他类型的电路。可使用固件。在某些情况下，如果采用固件，则固件可以是嵌入在控制器中的代码，诸如编程到例如只读存储器(ROM)或闪存中的代码。固件可以是用于控制器硬件的指令或逻辑，并且可便于由控制器进行的控制、监视、数据操纵等。

图7是示出了3D打印机100的进给器40中的密封控制器30的操作的流程图。进给器40的操作跟随构建材料20从PCS 50到旋风分离器70的输送，在旋风分离器70中构建材料为与输送空气分开。构建材料20向下游流动至容器60，然后被接收在进给器40中。这时，图7的操作开始。

一定量或剂量的构建材料20被分配通过位于覆盖进给器40的腔室42的上蹄板34A上的入口42，在此其被接收到袋口44之一中(框302)。这时，袋口44内的空气被进入的构建材料20取代并向上流过入口32。通过保持小的袋口尺寸，3D打印机100管理向上的气流而没有完全避免向上的气流。在一个示例中，在袋口44中被取代的空气(尽管向上流向旋风分离器70)的量小到不足以负面地影响旋风分离器的性能。换句话说，产生的空气上流速率不会超过引起问题的阈值，从而将不会妨碍通过旋风分离器出口到容器的粉末向下流动。

接下来，进给器轮94旋转，使得入口32不再位于包含构建材料的袋口上方(框304)。在一个示例中，此时上游压力与下游压力完全隔离。进给器腔室轮94再次旋转，直到袋口44被设置在下蹄板34B中的出口38上方(框306)。在一个示例中，进给器轮以与构建材料的克/秒传送速率成比例的转速转动。一旦如此设置，一定量或剂量的构建材料20便从袋口44分配通过出口38并向下游进给(框308)。因此，密封功能30的操作完成。

图8是实施以上的图5和图6中描述的密封功能30的3D打印机400的图示。在3D打印机400中，存在五个进给器440A、440B、440C、440D和440E(统称为“进给器440”)，其中一个或多个可使用密封控制器30而受益。在一个实施方式中，密封控制机构30控制所有五个进给器440。除了进给器440和密封功能430之外，PCS 450还如之前一样包括导管466、进气口或吸气部424、鼓风机486和过滤器418，但在此示例中，特征还在于位于PCS的输出输送部的端部处鼓风机486正前方的文丘里管422。回想到PCS的输出输送部应该包含空气，而不是构建材料。然而，某些构建材料可能会在PCS的输出输送部中找到。过滤器418捕获这些周游的构建材料。在一个示例中，过滤器418对于3D打印机400的用户是可接近的，并且可在诸如推荐数量的3D打印作业之后移除和更换。文丘里管是无源装置，用于测量压差，该压差用于识别导管66中的空气的容积流率。

一旦鼓风机486启动，负压真空便从吸入部424吸入空气，从而通过PCS 450的输入输送部运送空气。3D打印机400包括包含构建材料420的两个料斗或容器，构建材料容器480和再循环材料容器416。其中的每个均包括分别将构建材料420分配到导管466的进给器440C和440D。构建材料容器480可包括新鲜的或“新的”构建材料，而再循环材料容器416包含再循环或“回收”的构建材料。3D打印机400可将新的构建材料、再循环的构建材料或两者的组合接收到PCS 450中，用于生成下一个3D物体。

在一个实施方式中，构建材料盒412连接到构建材料容器480。构建材料盒412能够由用户移除并且可用新的盒更换。类似地，再循环材料盒414联接到再循环材料容器416，以允许用户根据需要移除和更换盒。

旋风分离器470在下游连接到容器或料斗460以及由密封控制430控制的进给器440A。进给器440A将构建材料420分配到粉末处理***402。然后，构建材料420被分配到构建腔室404。在构建桶406中生成3D物体。同样由密封控制机构430控制的进给器440E设置在构建桶406的下方，以将未使用的构建材料有序地向下游传送。粉末处理***402、构建腔室404和构建桶406的操作超出了本公开的范围。

PCS分流阀424允许构建材料420被分流到联接到第二进给器440B的第二旋风分离器和容器408。类似于进给器440A，进给器440B可由密封控制430控制。由密封控制430获得的压力隔离，防止或减少了不需要的空气对旋风分离器408的效率造成不利影响以及对构建材料向下游的流动造成负面影响。在示例中，接收到进给器440B中的构建材料420流动到再循环材料盒414或再循环材料容器416。

在示例中，3D打印机400包括两个额外的进给器440C和440D，一个用于分配来自构建材料供应器480的新鲜的构建材料，另一个用于分配来自再循环材料容器416的再循环构建材料。两个进给器440C和440D都可由密封控制器30控制，以确保上游装置与进给器之间的压力被隔离并且进给器与下游PCS 450之间的压力被隔离。

进给器440A和440B分别设置在旋风分离器470和408下方。两个进给器都将由于利用密封控制430而受益，这是因为该机构可防止类泄1的泄漏影响各个旋风分离器的操作。对于进给器440C、440D和440E，关注点是避免类型2的泄漏。密封机构430还将防止类型2的泄漏对粉末向下游的流动造成不利影响。因此，密封控制机构430能够减轻类型1和类型2的泄漏两者的影响。

在示例中，密封控制430可建立下方进给器440C和440D的持续一时间段(例如25秒)的连续旋转，然后下方进给器停止持续第二时间段(例如10秒)。3D打印机400的容器(诸如上方容器460)例如可包括指示上方容器有多满的传感器。密封控制机构430可使用该信息来打开和关闭进给器。这为PCS 50留出时间以将粉末传输到上方进给器440A和440B。进给器可停止，这是因为进给器下游的接收单元已接收到足够的构建材料供应。

以上示例示出了进给器40和密封控制机构30在3D打印机中的使用。进给器40和密封控制器30还可用在粉末管理站中，以保持期望的粉末流动。

虽然已经通过示例的方式示出了以上讨论的示例，但是本技术可能易于受各种新的修改和替代形式影响。应理解，本技术不旨在受限于本文公开的特定示例。实际上，本技术包括落入所附权利要求的真实精神和范围内的替代物、修改和等同物。

Claims (15)

1.一种三维(3D)打印机，包括：

设置在该3D打印机内部的气动输送***(PCS)，该PCS用于将构建材料传送到容器，所述PCS进一步包括：

联接到所述容器的进给器，所述进给器用于调节构建材料从所述容器的排出流动；和

联接到所述进给器的密封控制器，所述密封控制器用于减少与构建材料传送的方向相反的空气流入。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，所述进给器进一步包括：

包括袋口的腔室，所述袋口用于从所述容器接收一定量的构建材料，其中所述袋口移动使得所述PCS中的压力与所述进给器的下游隔离。

3.根据权利要求1所述的3D打印机，所述进给器进一步包括：

包括多个袋口的能旋转的腔室；

包括入口的上蹄板，其中所述上蹄板设置在所述能旋转的腔室的顶上；和

包括出口的下蹄板，其中所述下蹄板设置在所述能旋转的腔室的下方，使得该腔室被夹在所述上蹄板与所述下蹄板之间；

其中一定量的构建材料通过所述入口被接收到所述多个袋口中的第一袋口中。

4.根据权利要求3所述的3D打印机，其中所述能旋转的腔室旋转，使得所述第一袋口不同时设置在所述入口下方和所述出口上方；

其中在所述入口与所述出口之间存在至少一个密封辐条。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其中所述能旋转的腔室旋转，使得所述第一袋口设置在所述出口上方；

其中一定的构建材料向下游流出所述进给器。

6.根据权利要求1所述的3D打印机，所述PCS进一步包括：

设置在所述容器的上游的离心分离器，所述离心分离器从所述PCS接收构建材料，使构建材料与输送空气分离，并将分离的构建材料排出到所述容器中；

其中由于所述进给器接收构建材料而产生的空气上流速率不会中断粉末向下流动通过离心分离器。

7.根据权利要求3所述的3D打印机，所述密封控制器进一步包括：

直流(DC)电机，用于为所述进给器的进给器轮产生原动力。

8.根据权利要求7所述的3D打印机，所述密封控制器进一步包括：

编码器，用于控制该DC电机的开启和关闭状态。

9.一种操作三维(3D)打印机的方法，包括：

经由气动输送***向容器输送构建材料；

将构建材料从所述容器通过进给器的入口分配到所述进给器的袋口中，所述容器设置在所述进给器的上方，并且所述入口设置在所述袋口的上方；

控制所述进给器的旋转直到所述袋口不再位于所述入口下方，所述入口处于第一压力，所述出口处于第二压力，其中所述第一压力与所述第二压力隔离；和

由构建材料生成3D物体，其中输送与3D物体的生成同时进行。

10.根据权利要求9所述的方法，控制所述进给器的旋转进一步包括：

启动联接到进给器轮的直流(DC)电机，其中该DC电机向所述进给器轮供应原动力，以使所述进给器旋转；和

使编码器能够数字控制所述DC电机的开启状态。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

通过离心分离器将构建材料输送到所述容器，所述离心分离器将构建材料与输送空气分离并且将分离的构建材料排出到所述容器；和

旋转所述进给器直到所述袋口设置在所述进给器的出口上方，其中构建材料从所述进给器向下游掉落；

其中从下游进入所述袋口的空气与所述离心分离器隔离，以减少与构建材料从所述容器的流动方向相反的空气运动。

12.一种由三维(3D)***使用的进给器，所述进给器包括：

腔室，包括圆形边缘和设置在所述边缘内部并与所述边缘正交的辐条，所述边缘和所述辐条在所述腔室中形成袋口，其中所述腔室的旋转由直流(DC)电机控制；

包括入口的上蹄板；和

包括出口的下蹄板，其中所述腔室被夹在所述上蹄板与所述下蹄板之间；

其中所述进给器如下地从上游位置接收构建材料并向下游位置沉积构建材料：

将构建材料通过所述入口接收到设置于所述入口正下方的袋口中，所述袋口与第一气压相关联；

旋转所述进给器直到该袋口不再位于所述入口下方而是位于所述出口上方；

通过所述出口向下游沉积构建材料；

其中所述进给器上游的区域中的气压与所述进给器下游的第二区域隔离，其中上游和下游参照构建材料流动的方向。

13.根据权利要求12所述的进给器，其中所述DC电机使用编码器来开启和关闭。

14.根据权利要求12所述的进给器，进一步包括：

围绕所述腔室的进给器轮，所述进给器轮包括在移动时使所述进给器旋转的齿；其中所述进给器轮由所述DC电机控制。

15.根据权利要求12所述的进给器，其中气动输送***将构建材料传送到离心分离器，并且构建材料被接收在所述进给器的袋口中，并且将构建材料从所述进给器排出到所述3D***的部件，其中所述气动输送***和所述离心分离器能够在由打印机生成三维物体期间操作。

Images