用于增材制造的光照制造技术

在一个示例中，一种其上具有指令的非暂态处理器可读介质，这些指令在被执行时使增材制造机器将构造材料曝光于发射单色光的光源，该单色光位于包括待分配到构造材料上的液态聚结剂的峰值光吸收的波段内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的光照
技术介绍
增材制造机器通过构建材料层而生成3D(三维)物体。一些增材制造机器通常被称为“3D打印机”，这是因为其通常使用喷墨或其它打印技术施加其中一些制造材料。3D打印机以及其它增材制造机器使得有可能将CAD(计算机辅助设计)模型或物体的其它数字表示直接转换为物理物体。附图说明图1-9呈现了例示增材制造具有两个切片的物体的一个示例的一系列区段。图10-13是例示了示例性增材制造过程的流程图。图14是示出了黑色、黄色、品红色、青色和无色聚结剂的随波长变化的光吸收的一个示例的图表。图15是示出了所发射的光靠近图14所示的一些聚结剂的峰值光吸收的单色光源的随波长变化的光谱强度的一个示例图表。图16例示了具有用于增材制造的光照指令的处理器可读介质的一个示例。图17是例示了增材制造机器的一个示例的框图，其用于实施包括诸如图16所示的具有光照指令的处理器可读介质的控制器。图18是例示了增材制造系统的一个示例的框图，其用于实施包括诸如图16所示的具有光照指令的处理器可读介质的CAD计算机程序产品。图19例示了用于诸如图17或图18所示的增材制造机器的机架组件的一个示例，其具有聚结剂分配器和单色光源。贯穿各附图的相同的附图标记指代相同或类似的部件。具体实施方式增材制造机器通过对构造材料的一层或多层进行固化而制作3D物体。增材制造机器基于物体的3D模型中的数据制作物体，例如使用CAD计算机程序产品生成的3D模型。模型数据被处理为多个切片，每个切片定义一层或多层构造材料中待固化的部分。下文中描述的增材制造示例采用了通常被称为“光照区域处理”(LAP)的技术，该技术将油墨或其它适当的聚结剂以期望的图案分配到构造材料层上、然后将其曝光于光。聚结剂中的光吸收成分吸收光，从而生成热量，该热量烧结、熔融或者聚结图案化的构造材料，以使得图案化的构造材料固化。LAP加热可分两步进行。首先，加热构造材料并将其维持在刚好低于其聚结温度的温度处，例如，使用电阻加热器和低强度加热灯的组合。其次，将聚结剂以期望的图案“打印”或者分配到构造材料上并且将其曝光于高强度聚结灯，其中聚结灯发射的光被吸收到图案化的构造材料中。当前，在这两个步骤中通常均使用发射具有较宽光谱的光的卤素灯。相应地，通常使用炭黑油墨作为聚结剂，以吸收具有较宽光谱的光，从而生成足以有效地聚结该图案化的构造材料的热量。然而，黑色油墨的使用将制造的物体局限在黑色和灰色。可使用在较窄波段内具有较高光吸收的彩色和无色油墨、通过LAP制造各种各样的不同颜色的物体。仅吸收红外光的无色油墨可能是尤其令人满意的聚结剂，这是因为其能够制造颜色与起始构造材料相同的物体。例如，在惠普发展公司于2014年9月提交的代理案号为84030477和84030486、标题为“3D打印”的国际专利申请中描述的无色染料已被开发用作基于油墨的LAP聚结剂。然而，宽带卤素灯可能不足以加热使用彩色和无色油墨图案化的构造材料，这是因为所发射的光仅有很小一部分落入发生较高光吸收的波段内，因此所吸收的辐照能的量可能不足以将图案化的构造材料加热到聚结温度。此外，所发射的位于此波段之外的光的加热效果可能不太令人满意。已开发了使用彩色和无色聚结剂制造彩色物体(非黑色和灰色)的新型LAP光照技术，聚结剂包括在84030477和84030486专利申请中描述的无色染料。这些新型技术的示例采用覆盖该聚结剂的峰值光吸收的单色光来形成达到聚结温度所需的热量。在一个示例中，增材制造过程包括：将液态聚结剂以与物体切片相对应的图案分配到构造材料上，然后将图案化的构造材料曝光于位于包括该聚结剂的峰值光吸收的波段内的单色光。虽然充分加热所需的单色光的强度可能随构造材料和聚结剂的特性而不同，但可预计到：光谱强度为至少1ⅹ1012Wm-3Sr-1(瓦特/立方米/球面度)的单色光将足以用于许多实施方式。在另一示例中，一种用于增材制造机器的机架组件承载着能单独寻址的单色光源以及分配聚结剂的喷墨打印头的阵列。各个光源可选择性地通电，从而仅照射图案化的构造材料，以限制对周围构造材料产生的不期望的效果并且减少功耗。而且，该阵列可包括单组单色光源(仅一个波段)，对应于吸收峰值位于该波段内的聚结剂；或者可包括多组光源(多个波段)，以适应于更大范围的聚结剂。单色光照阵列的使用使得集成的机架组件能够既承载打印头、又承载用于即时定向光照的光源。用于控制增材制造机器中单色光照的电子指令可位于处理器可读介质中，该介质例如可在CAD计算机程序产品中、在物体模型处理器中或者在增材制造机器的控制器中实施。在下文中描述并在附图中示出的这些以及其它示例例示但并非限制了本公开的范围，本公开的范围由说明书之前的权利要求书限定。在本文件中使用的“聚结”意指通过加热(例如通过烧结或熔融)变为粘附块状；“聚结剂”意指引起或者助于引起构造材料聚结的物质；“聚结改性剂”意指例如通过修改聚结剂的效果而妨碍或者阻止构造材料聚结的物质；“单色”意指位于30nm或更窄的波段内；“多色”意指宽于30nm的波段；而“切片”意指多切片物体的一个或多个切片，或者，对于单切片物体，则意指物体本身。图1-9中呈现的一系列区段例示了用于制造图9中所示三维物体10的一个示例。图10和图11分别是例示了在图1-9的示例中实施的示例性增材制造过程100和130的流程图。首先参见图1，在此示例中，粉末状构造材料14的供给源12被保持在供给床18的输送活塞16上。滚筒或其它适当的分层装置20将构造材料14从供给床18移动至制造床24中的接收活塞22，如箭头26所示。当构造材料14从供给床18移动至制造床24时，活塞16和22分别上下移动。可使用任意适当的构造材料14制作期望的固态物体，该固态物体可能是硬的或软的，刚性或柔性的，弹性或非弹性的。而且，虽然在此示例中通过颗粒28描绘了粉末状构造材料14，但也可使用适当的非粉末状构造材料。现在还参见图10，在如图1所示的制造床24中形成构造材料14的第一层30(图11的框102)。在一些实施方式中，可能期望预加热构造材料14，尤其是在最开始的少数层中，从而有助于在聚结和固化过程中保持每一层的平整。构造材料14的各个层可在如图1所示的制造床24中预加热(图10中的框104)，或者构造材料14可在供给床18中预加热，或者可在床24和床18中均预加热。在此上下文中的“预加热”指的是：在施加光从而聚结构造材料以进行聚结之前进行加热，如下文中参照图4描述的。虽然预加热温度将随构造材料14的特性而不同，但对于尼龙12粉末状构造材料来说，预加热温度通常为20摄氏度至50摄氏度，低于熔融点或烧结点。可使用任意适当的加热器32。在图1所示示例中，加热器32包括位于床24上方的加热灯。在其它示例中，加热器32可包括粉末床中单独使用或与加热灯一起使用的电阻加热器。图2中，例如使用喷墨型分配器36将聚结剂34以与第一物体切片相对应的图案分配到层30中的构造材料14上(图10中的框106)。聚结剂34的此图案在附图中由密集的点构成的区域38表示。如有需要，可使用例如图3所示的喷墨型分配器44将聚结改性剂40分配到层30中的构造材料14上(图10中的框108)。改性剂40阻滞或中和了聚结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非暂态处理器可读介质，所述非暂态处理器可读介质上具有指令，所述指令在被执行时使增材制造机器将构造材料曝光于发射单色光的光源，所述单色光位于包括待分配到所述构造材料上的液态聚结剂的峰值光吸收的波段内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非暂态处理器可读介质，所述非暂态处理器可读介质上具有指令，所述指令在被执行时使增材制造机器将构造材料曝光于发射单色光的光源，所述单色光位于包括待分配到所述构造材料上的液态聚结剂的峰值光吸收的波段内。2.如权利要求1所述的处理器可读介质，其中所述指令包括：将所述构造材料曝光于发射光谱强度为至少1ⅹ1012Wm-3Sr-1的单色光的光源的指令。3.如权利要求1所述的处理器可读介质，其中所述指令包括：将第一构造材料曝光于发射第一单色光的第一光源的指令，所述第一单色光位于包括待分配到所述第一构造材料上的第一聚结剂的第一峰值光吸收的第一波段内；以及将第二构造材料曝光于发射第二单色光的第二光源的指令，所述第二单色光位于包括待分配到所述第二构造材料上的第二聚结剂的第二峰值光吸收的第二波段内，所述第二聚结剂不同于所述第一聚结剂。4.如权利要求3所述的处理器可读介质，其中所述指令包括将构造材料曝光于以下的指令：发射光谱强度为至少1ⅹ1012Wm-3Sr-1的所述第一单色光的所述第一光源；以及发射光谱强度为至少1ⅹ1012Wm-3Sr-1的所述第二单色光的所述第二光源。5.一种计算机程序产品，包括如权利要求4所述的处理器可读介质。6.一种增材制造机器控制器，包括如权利要求4所述的处理器可读介质。7.一种增材制造方法，包括：将液态聚结剂以与切片相对应的图案分配到构造材料上；以及将图案化后的构造材料曝光于单色光，所述单色光位于包括所述聚结剂的峰值光吸收的波段内。8.如权利要求7所述的方法，其中所述曝光包括：将所述构造材料曝光于光谱强度为至少1ⅹ1012Wm-3Sr-1的所述单色光。9.如权利要求8所述的方法，其中所述曝光包括：将所述构造材料曝光于所述单色光，直至将所述图案化后的构造材料的温度升高20至50摄氏度。10.一种增材制造方法，包括：将液态聚结剂以与切片相对应的图案分配到构造材料上，所述聚结剂包含吸收一波段内的光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：克日什托夫·瑙考，西瓦帕克基埃·嘎纳帕西亚潘，赵利华，霍华德·S·汤姆，赵燕，胡·T·恩加，小詹姆斯·埃尔默·阿博特，亚历山大·戈维亚迪诺夫，弗拉德克·卡斯佩尔奇克，
申请(专利权)人：惠普发展公司有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US