ADEPT三维打印制造技术

本公开内容提供了三维(3D)打印方法、仪器、系统和非暂时性计算机可读介质。本公开内容描绘了三维打印的实时操纵以减少变形。本公开内容还提供了使用所述方法、仪器和系统形成的3D物体。

ADEPT 3D printing

The present disclosure provides a three-dimensional (3D) printing method, apparatus, system and non temporary computer-readable medium. This disclosure describes real-time manipulation of 3D printing to reduce distortion. The present disclosure also provides 3D objects formed by the methods, instruments and systems.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】ADEPT三维打印交叉引用本专利申请要求于2015年11月6日提交的美国临时专利申请序列号62/252,330、以及于2016年9月19日提交的美国临时专利申请序列号62/396,584的优先权；所述美国临时专利申请各自以引用的方式全文并入本文。
技术介绍
三维(3D)打印(例如，增材制造)是根据设计而制备任何形状的三维(3D)物体的过程。所述设计可为数据源形式，例如电子数据源，或可为硬拷贝形式。硬拷贝可为3D物体的二维表示。数据源可为电子3D模型。3D打印可以使用增材过程，在所述增材过程中连续的材料层被放置在彼此之上。该过程可受控制(例如受自动和/或手动控制)。3D打印机可为工业机器人。3D打印可快速且有效地产生定制零件。各种材料可用于3D打印过程中，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳和/或聚合物材料。在通常的增材3D打印过程中，形成第一材料层，并且其后逐个添加连续的材料层(或其部分)，其中每个新的材料层添加到预先形成的材料层上(例如并且与之连接)，直到整个设计的三维结构(3D物体)被物化。可利用计算机辅助设计包和/或经由3D扫描仪来创建3D模型。准备用于3D计算机图形的几何数据的手动建模过程可与造型艺术(例如，雕塑或动画)类似。3D扫描是分析并收集关于实物形状和外观的数字数据的过程。基于此数据，可产生经扫描物体的3D模型。3D模型可包括计算机辅助设计(CAD)。大量的增材过程为当前可用的。所述增材过程可在放置层以产生经物质化结构的方式方面有所不同。所述增材过程可在用于生成经设计的结构的一种或多种材料或材料方面有所变化。一些方法使材料熔融或软化以产生层。
技术实现思路
有时，所打印的三维(3D)物体可在3D打印过程期间和/或3D打印过程之后弯曲、翘曲、卷起、卷曲或以其它方式变形。一些变形可在3D打印过程期间累积。例如，一些变形可包括累积残余变形。当首个的一个或更多个层被3D打印时(例如直到约一(1)毫米至约二(2)毫米的总厚度)，一些变形特别普遍。在一些实施例中，下述公开内容提出了减少变形程度的方式。变形的减少程度可包括3D打印方法，所述3D打印方法包括使用：(i)实时控制(例如材料床中的温度、能量束功率和/或打印的3D部分的高度)、(ii)物体打印前校正、(iii)至少一个冷却机构、或(iv)它们的任何组合。在一些实施例中，使用快速、有效和/或平行处理来实现在3D打印期间的实时控制。可插入辅助支承件以减少变形。这些辅助支承件可在3D打印之后从打印的3D物体中去除，以产生所需3D产品(例如3D物体)。在一些实施例中，本公开内容示出了具有减少的变形程度的3D物体的生成。在一些实施例中，这些3D物体用减少数目(例如不存在)的辅助支承来制造。在一个方面，本公开内容描绘了用减少量的设计约束(例如没有设计约束)促进3D物体的物化的方法、系统、仪器和软件。在一些情况下，希望的是控制(例如实时地)其中形成硬化材料层的至少一部分(例如作为3D物体的部分)的方式。例如，可能期望控制3D物体的至少层的一部分的变形方式、类型、方向和/或程度。例如，可能期望控制3D物体的至少表面的变形。在一些情况下，为了得到所需的3D物体，可能期望在其形成期间(例如实时地)控制3D物体。例如，可能期望使用开环控制和/或闭环控制来控制3D物体的形成。例如，可能期望使用前馈控制和/或反馈控制来控制3D物体的形成。在各种实施例中，本公开内容描绘了使用本文公开的控制方法中的至少一种来检测和控制至少本文公开的变形。在另一个方面，用于形成3D物体的方法包括：(a)用能量束转化材料床的一部分，以形成3D物体的至少一部分；以及(b)利用包括与所请求的3D物体有关的控制模型的控制器，实时控制能量束的至少一个特征。控制器可包括电子电路。在一些例子中，有关包含所请求的三维物体的几何学(例如形状和/或层)或材料性质。控制模型可包括与所请求的3D物体的片层有关的信息。控制模型可包括状态观察器模型。在3D物体形成的过程期间，可实时调整控制模型。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。实时可为能量束沿着形成熔池的剖面线的停留时间期间。根据基准，控制可使用包括至少3次Tera浮点运算/秒的处理器。该方法还可包括调整能量束的至少一个特征并且重复(a)至(b)。闭环控制可使用至少一个阈值。控制模型可包括模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括3D物体的材料性质。该模拟可包括3D物体的几何形状。控制模型可实时动态调整。控制模型可包括相对于所请求的3D物体模型的简化模型。3D物体可基本上类似于所请求的3D物体。基本上可相对于3D物体的预期目的。3D物体可偏离所请求的3D物体至多约100微米。在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；以及(b)控制器，所述控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束转化所述材料床的至少一部分，以使用控制模型形成至少一个3D物体。可在至少一个3D物体形成期间实时调整控制模型。实时为能量束沿着形成熔池的剖面线的停留时间期间。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。参数可包含温度、高度或功率密度。至少一个3D物体可为多个3D物体。多个3D物体可在相同材料床中形成。多个3D物体可平行形成。多个3D物体可序贯地形成。控制器可包括闭环控制或开环控制。控制器可包括反馈控制或前馈控制。控制器可包括模拟。该模拟可包括3D打印的温度或机械模拟。该模拟可包括热机械模拟。该模拟可包括所请求的3D物体的材料性质。机械模拟可包括弹性或塑性模拟。控制器可包括图形处理单元(GPU)、芯片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、可编程逻辑装置(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的仪器包括：(a)生成能量束的能量源，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；以及(b)控制器，所述控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述控制器可操作地联接到能量束，并且被编程为引导能量束转化材料床的至少一部分，以使用控制模型形成至少一个3D物体。控制模型可配置给控制器。控制模型可用线连接到控制器。在另一个方面，用于形成至少一个3D物体的仪器包括：(a)第一控制器，所述第一控制器引导能量束转化材料床的至少一部分，以形成至少一个3D物体，所述第一控制器可操作地联接到能量束；以及(b)第二控制器，所述第二控制器包括与所请求的3D物体有关的控制模型，所述第二控制器使用所述控制模型实时改变所述能量束的至少一个特征，其中所述第二控制器可操作地联接到能量束和第一控制器。第一控制器和第二控制器可为相同控制器。第一控制器和第二控制器可为不同控制器。实时可在3D物体形成期间。例如，在3D物体的层形成期间。例如，能量束在沿着下述的停留时间期间：(i)路径、或(ii)形成熔池的剖面线。控制模型可包括模拟。控制模型可涉及3D物体的简化模型。控制模型可包括3D物体的简化模型。经改变的模型可配置给控制器。经改变的模型可用线连接到控制器。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成至少一个三维物体的系统，所述系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；和(b)控制器，所述控制器包括与所请求的三维物体相关的控制模型，所述控制模型配置在所述控制器中，所述控制器可操作地联接到所述能量束，并且被编程为引导所述能量束转化所述材料床的至少一部分，从而使用所述控制模型形成所述至少一个三维物体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.06 US 62/252,330;2016.09.19 US 62/396,5841.一种用于形成至少一个三维物体的系统，所述系统包括：(a)能量束，所述能量束将材料床的至少一部分转化为经转化的材料；和(b)控制器，所述控制器包括与所请求的三维物体相关的控制模型，所述控制模型配置在所述控制器中，所述控制器可操作地联接到所述能量束，并且被编程为引导所述能量束转化所述材料床的至少一部分，从而使用所述控制模型形成所述至少一个三维物体。2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述至少一个三维物体形成期间实时调整所述控制模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中实时是在沿着形成熔池的剖面线的所述能量束的停留时间期间。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括温度、高度或功率密度。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个三维物体是多个三维物体。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个三维物体平行地形成。7.根据权利要求1所述的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：本雅明·布勒，埃雷尔·米尔施泰因，塔索·拉帕斯，基蒙·西梅奥尼迪斯，吕本·孟德尔斯伯格，托马斯·布拉休斯·布雷佐斯基，谢尔曼·斯林格尔，叶夫根尼·莱文，谢尔盖·克列帕诺夫，
申请(专利权)人：维洛三D公司，
类型：发明
国别省市：美国,US