3D打印方法和设备技术

一种用于打印三维物体的打印设备，包括操作表面、用于将至少一个能量束发射到操作表面上的能量源和用于将粉末分配到操作表面上的至少一个供料斗，其中粉末适于被能量束熔化。该供料斗被配置成使得当正被供料斗分配的粉末从供料斗向操作表面行进时具有气载密度，并且其中该密度使得当粉末向操作表面行进时所述粉末不被能量束熔化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印方法和设备
本专利技术涉及3D打印方法和设备。更具体地，本专利技术涉及适用于高速制造物体的3D打印方法和设备。
技术介绍
根据三维(3D)数字图像通过铺设连续的薄层材料而制造的3D打印部件产生物理物体。典型地，这些3D打印部件可以通过多种方式制造，诸如选择性激光熔化或烧结，其通过粉末床来操作，在该粉末床上投射能量束以熔化该粉末床的顶层，并使得它熔接到基板或底板上。重复执行该熔化过程以向底板添加另外的层，以递增地构建该部件直至其被完全制造。这些打印方法执行起来非常耗时，并且可能需要几天或几周来制造合理尺寸的物体。对于包含错综复杂的零部件的复杂物体，这个问题将会恶化。这显著降低了3D打印机的实用性，并且是目前妨碍消费者和工业中大规模采用3D打印的主要障碍之一。本专利技术试图至少部分地克服前面所描述的3D打印方法和设备的缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于打印三维物体的打印设备，包括：操作表面；能量源，用于将至少一个能量束发射到所述操作表面上；以及至少一个供料斗，用于将粉末分配到所述操作表面上，该粉末适于被所述能量束熔化，其中所述供料斗被配置成使得正被所述供料斗分配的粉末从所述供料斗向所述操作表面行进时具有气载密度，并且其中所述密度使得当所述粉末向所述操作表面行进时所述粉末不被所述能量束熔化。所述打印设备可以包括能量束分离装置，用于将所述能量束分成多个独立的能量束并将每个独立的能量束引导到共同焦点上。所述打印设备可以包括多个能量源，用于将多个能量束穿过正被分配的所述粉末发射并到达所述操作表面上，其中所述能量束各自被引导到共同焦点上。所述打印设备可以包括用于将粉末分配到所述操作表面上的多个供料斗。所述设备可以包括扫描装置，用于当包括在所述粉末中的颗粒或每个颗粒从所述供料斗向所述操作表面行进时确定包括在所述粉末中的一个或多个颗粒的位置、速度和/或尺寸。所述扫描装置可以适用于测量粉末的气载密度。所述扫描装置可以适于测量沉积在所述操作表面上的粉末的体积。所述扫描装置可以适于测量沉积在所述操作表面上的粉末的水平(level)。所述设备可以包括用于基本上调平沉积在所述操作表面上的粉末的调平装置。所述供料斗可以被配置成在包含在粉末中的每个颗粒离开供料斗时为其提供速度，其中该速度使得颗粒以基本水平的方式沉积到所述操作表面上。每个颗粒速度可以具有符合预定散布算法的速率和方向。所述散射算法可以并入了基于随机的选择过程。所述散射算法可以并入了基于伪随机的选择过程。所述调平装置可以包括刀片，该刀片在使用中周期性地刮擦所述操作表面上的粉末的上表面。所述调平装置可以包括静电充电装置。所述调平装置可以包括振动产生装置，用于将振动力施加到包括在所述操作表面上的粉末中的颗粒。所述振动产生装置可以包括机械振动发生器。所述振动产生装置可以包括超声波振动发生器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于打印三维物体的方法，所述方法包括以下步骤：使用供料斗将粉末分配到操作表面上，其中当所述粉末从所述供料斗向所述操作表面气载行进时，所述粉末具有密度；以及使用能量源将能量束穿过被分配的粉末发射并到达操作表面上，其中所述密度使得当所述粉末从所述供料斗向所述操作表面行进时其不会被熔化。附图说明现在将参考附图以示例的方式描述本专利技术，其中：图1是本领域已知的常规3D打印设备的侧面示意图；图2是根据本专利技术第一实施方式的3D打印设备的侧面示意图；图3是根据本专利技术第二实施方式的3D打印设备的侧面示意图；图4是根据本专利技术第三实施方式的3D打印设备的侧面示意图；以及图5是根据本专利技术第四实施方式的3D打印设备的侧面示意图。具体实施方式参照图1，示出了本领域已知的常规3D打印设备10的示意图。设备10包括具有操作表面14的基板12，在该操作表面14上将通过3D打印来制造打印的物体。设备10还包括供料斗16，其将单层粉末18沉积到操作表面14上。能量枪20(通常为激光或电子枪)将能量束22发射到粉末层18上，使粉末层18选择性地熔化或烧结以形成3D物体的单独的层。重复该过程以添加另外的层并递增地构建该物体直到其被完成为止。参照图2，其示出了根据本专利技术第一实施方式的3D打印方法和设备24的示意图。设备24包括操作表面26、用于将至少一个能量束30发射到操作表面26上的能量源28以及用于将粉末34分配到操作表面26上的至少一个供料斗32，该粉末34适于被能量束30熔化。供料斗32被配置成使得当由供料斗32分配的粉末34从供料斗32向操作表面26行进时具有气载密度，并且其中该密度使得当粉末向操作表面26行进时，粉末34不会被能量束30熔化。更具体地，设备24包括形成操作表面26的基底36，在该操作表面26上通过3D打印来制造打印的物体。设备24包括单个的大型供料斗32。粉末34以连续的方式从供料斗32被分配并且大致向下沉淀到操作表面26上。在使用中，当粉末34从供料斗32行进到操作表面26时，其是气载的并且形成大致柱状的动态微粒体积38。控制装置(未示出)控制由供料斗32分配的粉末34的体积流率，并且确保颗粒体积38具有基本上均匀的密度，该密度满足特定值或基本上保持在指定的密度范围内。当粉末34沉降到操作表面26上时，粉末34形成层40。当由料斗32供应另外的粉末34并且其沉淀在层40的上表面之上时，层40的厚度以连续的方式增加。设备24还包括能量源，在图1所示的本专利技术的第一实施方式中，该能量源包括用于发射能量束30的单个能量枪28。该能量枪28被布置成使得它的能量束30穿过气载粉末34并且被引导到操作表面26或压在上面的(incumbent)最上面的粉末层40上。能量束30选择性地熔化或烧结粉末层40以形成正在被制造的3D物体的一部分。该过程会随着另外的粉末34沉淀到层40上而继续进行，从而递增地形成3D物体直到其被完全打印。气载粉末34的选定密度或密度范围确保能量束30在其从供料斗30向操作表面26行进时不会被熔化或对气载粉末34具有任何不利或不希望的影响。与图1所示的现有技术的3D打印设备10(其中粉末层被单独应用)相反地，本专利技术提供了可以连续的方式供选择性地熔化或烧结的不间断供应的粉末。这有利地引起了打印生产率的显著提高。本专利技术中使用的能量源可以是以下中的任意一者：激光束、准直光束、微等离子体焊接弧、电子束、粒子束或其他合适的能量束。在利用电子束能量源的本专利技术实施方式中，打印设备24(包括操作表面26)可以被完全包括并操作在真空室内，以促进电子束到粉末层上的传播。本专利技术的效果基本上取决于以受控方式形成在操作表面26上的粉末层40。尤其重要的是，当被，所形成的层40具有均匀的厚度并且具有当被能量源作用时基本上水平的顶表面。由于粉末颗粒的性质，当将粉末沉积在操作表面26上时，它们往往倾向于在操作表面26上滚动。这通常是由于粉末颗粒的形状，例如大致圆形的粉末颗粒，其在操作表面26上弹跳并与已经位于其上的其他粉末颗粒碰撞，或者所述滚动可以是由运载来自粉末供料斗30的粉末颗粒的气体进料的力所引起的，或者如果太多粉末颗粒沉积在相同的位置，所述滚动可以是由于粉末重力从“堆”上滚落而引起的。同样已知的是，由于例如颗粒收缩，在层被能量源作用之后，粉末层36的厚度可能被减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打印三维物体的打印设备，包括：操作表面；能量源，用于将至少一个能量束发射到所述操作表面上；以及至少一个供料斗，用于将粉末分配到所述操作表面上，该粉末适于被所述能量束熔化，其中所述供料斗被配置成使得当正被所述供料斗分配的粉末从所述供料斗向所述操作表面行进时具有气载密度，并且其中该密度使得当所述粉末向所述操作表面行进时所述粉末不被所述能量束熔化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 AU 20159052711.一种用于打印三维物体的打印设备，包括：操作表面；能量源，用于将至少一个能量束发射到所述操作表面上；以及至少一个供料斗，用于将粉末分配到所述操作表面上，该粉末适于被所述能量束熔化，其中所述供料斗被配置成使得当正被所述供料斗分配的粉末从所述供料斗向所述操作表面行进时具有气载密度，并且其中该密度使得当所述粉末向所述操作表面行进时所述粉末不被所述能量束熔化。2.根据权利要求1所述的打印设备，其中该设备包括多个能量源，用于将多个能量束穿过正被分配的所述粉末发射并且到达所述操作表面上，其中所述能量束各自被引导到共同焦点上。3.根据权利要求1所述的打印设备，其中所述设备还包括能量束分离装置，用于将所述能量束分成多个独立的能量束并将每个独立的能量束引导到共同焦点上。4.根据前述权利要求中任一项所述的打印设备，其中所述设备包括用于将粉末分配到所述操作表面上的多个供料斗。5.根据前述权利要求中任一项所述的打印设备，其中所述设备还包括扫描装置，用于当包括在所述粉末中的颗粒或每个颗粒从所述供料斗向所述操作表面行进时确定包括在所述粉末中的一个或多个颗粒的位置、速度和/或尺寸。6.根据权利要求5所述的打印设备，其中所述扫描装置适于测量所述粉末的气载密度。7.根据权利要求5所述的打印设备，其中所述扫描装置适...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴奇，
申请(专利权)人：极光实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU