准确的三维打印制造技术

本公开提供了三维(3D)打印方法、仪器和系统，其尤其使用调节至少一个3D物体的形成(例如在3D打印期间实时)的控制器；以及促进其的非暂时性计算机可读介质。例如，调节3D物体的至少一部分的变形的控制器。控制可为原位控制。控制可为在3D打印过程期间的实时控制。例如，控制可在现象脉冲期间。本公开提供了用于评估熔池的基本长度尺度的各种方法、仪器、系统和软件，以及增加3D打印的准确度的各种工具。

Accurate three-dimensional printing

This disclosure provides three-dimensional (3D) printing methods, instruments and systems, in particular using controllers that regulate the formation of at least one 3D object, such as real-time during 3D printing, and non-temporary computer-readable media that facilitate it. For example, a controller that adjusts the deformation of at least part of a 3D object. The control can be in situ. The control can be used for real-time control during the 3D printing process. For example, control may be during phenomenal pulses. This disclosure provides various methods, instruments, systems and software for evaluating the basic length scale of molten pools, as well as various tools for increasing the accuracy of 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】准确的三维打印交叉引用本申请要求以下的优先权：于2016年2月18日提交的美国临时专利申请序列号62/297,067、于2016年4月8日提交的美国临时专利申请序列号62/320,334、以及于2016年4月20日提交的美国临时专利申请序列号62/325,402，这三个专利申请的名称都为“METHODS，SYSTEMS，APPARATUSES，ANDSOFTWAREFORACCURATETHREE-DIMENSIONALPRINTING”；以及于2016年9月29日提交的美国临时专利申请序列号62/401,534和于2017年1月9日提交的美国临时专利申请序列号62/444,069，最后两个临时专利申请的名称为“ACCURATETHREE-DIMENSIONALPRINTING”，所有五个临时专利申请以引用的方式整体并入本文。
技术介绍
三维(3D)打印(例如增材制造)是用于从设计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打印可通过其中连续的材料层被放置在彼此之上的增材过程来完成。此过程可受控制(例如，计算机控制，手动控制，或两者)。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，所述材料包括元素金属、金属合金、陶瓷、元素碳、树脂或聚合物材料。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，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)。许多增材过程是目前可用的。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。3D打印方法的例子包括选择性激光熔融(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、形状沉积制造(SDM)或熔化沉积成型(FDM)。其它方法使用不同的技术(例如，立体光刻(SLA))来加工液体材料。在分层实体制造(LOM)的方法中，薄层(尤其由纸、聚合物、金属制造)经切割为某形状并结合在一起。
技术实现思路
有时，在3D打印过程期间，打印的三维(本文缩写为“3D”)物体内的层的至少一部分可弯曲、翘曲、卷起、卷曲或以其它方式变形。在一些情况下，期望控制形成硬化材料层(例如3D物体)的至少一部分的方式。例如，有时期望控制3D物体内的至少一层的变形。控制可包括变形程度和/或方向的控制。在一些情况下，可能期望控制3D物体的至少一个表面的变形。可能期望在其形成期间(例如实时)控制3D物体。有时，可能期望使用开环控制、闭环控制或其任何组合来控制3D物体的形成。有时，可能期望使用前馈控制、反馈控制或其任何组合来控制3D物体的形成。本公开使用本文公开的至少一种(例如前述)控制方法，来描绘至少本文公开的(例如前述)变形的检测、控制或者检测和控制两者。本公开描绘了使用各种检测和/或控制方法，来减少(例如减弱和/或阻止)至少本文公开的(例如前述)变形程度和/或方向。在一些实施例中，本公开描绘了允许用减少量的设计约束(例如无设计约束)的3D物体建模的方法、系统、仪器和/或软件。本公开描绘了允许这些3D物体模型的物化(例如打印)的方法、系统、仪器和软件。在一个方面，本文描述了用于生成具有受控的变形程度的3D物体的方法、系统、仪器和/或软件。受控程度可包括控制变形的量和/或方向。受控程度可包括控制变形的类型。变形可包括曲率。曲率可为3D物体内的层的至少一部分的曲率。在另一个方面，本文描述了用于生成具有减少的变形程度(例如基本上不变形)的3D物体的方法、系统、仪器和/或软件。3D物体可没有辅助支撑件(例如，没有一个或多个辅助支撑件)，或者包括一个或多个辅助支撑件。3D物体可没有指示辅助支撑件(例如一个或多个辅助支撑件)的先前存在的标记。在另一个方面，本文描述了用于生成具有平滑(例如抛光、连续或规则)和/或平面(例如非翘曲)底表面的3D物体的方法、系统、仪器和/或软件。在另一个方面，用于根据期望模型生成多层物体的方法包括：用能量束转化粉末床的至少一部分以形成多层物体的一部分，测量多层物体中的所测量的曲率变形，并且通过改变转化的至少一个参数来控制多层物体的所测量的曲率变形以实现靶变形曲率，其中所述测量和控制在粉末床的层的一部分的转化期间发生，并且其中所述多层物体基本上对应于期望模型。曲率可包括翘曲。曲率可包括远离能量束的位置中的多层物体的至少一部分的偏差。远离可为远离能量束在其下与粉末床相互作用的位置。远离可为至少约2毫米。控制可包括控制能量束。所测量的变形曲率可包括在垂直方向上的变形。所测量的变形曲率可包括在水平方向上的变形。靶变形曲率可基本上为零。靶变形曲率可为正的。靶变形曲率可基本上为零。靶变形曲率可为负的。该方法还可包括变形模型，其中所述变形模型包括期望模型的一个或多个变形。可根据变形模型生成多层物体。生成的多层物体可基本上对应于期望模型。可生成变形模型，使得包括靶变形曲率的多层物体的生成将包含校正变形。靶变形可包括校正变形。靶变形可基本上对应于校正变形。靶变形可基本上对应于具有校正变形形状的经转化的材料的硬化和/或冷却的建模。可生成变形模型，使得具有靶变形曲率的多层物体的生成将基本上导致多层物体(例如在硬化和/或冷却时)，使得多层物体基本上对应于期望模型(例如在冷却和/或硬化时)。期望模型可为期望的3D物体的模型。曲率变形可为由于经转化的材料的变形(例如在经转化的材料冷却和/或硬化时)而物化(例如发生)的曲率。硬化可为凝固。转化可为熔融。控制操作可包括控制至少一部分，使得它将基本上对应于靶变形。靶变形可对应于被硬化的至少一部分的建模。在另一个方面，用于生成多层物体的方法包括：分配第一层粉末材料以形成粉末床；用能量束转化第一层粉末材料的至少一部分，以形成第一经转化的材料部分；分配与第一层粉末材料相邻的第二层粉末材料；用能量束转化第二层粉末材料的至少一部分，以形成第二经转化的材料部分，其中所述第二经转化的材料部分的至少一小部分连接至所述第一经转化的材料部分，以形成多层物体的至少一部分；并且使多层物体变形以包括曲率，所述曲率在第二层粉末材料的至少一部分的转化期间进行测量且控制。曲率可为正的或负的。多层物体可从粉末床的暴露表面突出。所测量的可包括测量从材料床突出的多层物体的突起的至少一部分。所测量的可包括测量粉末床的高度。所测量的可包括测量在粉末床的暴露表面处的一个或多个位置的高度。所测量的可包括测量粉末床中的经转化的材料部分。所测量的可包括测量粉末床中的经转化的材料部分。经转化的材料部分可包括第一经转化的材料部分或第二经转化的材料部分。所测量的可包括测量在转化位置周围具有至少5mm半径的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成三维物体的方法，其包括：(a)通过在包括暴露表面的材料床中的三维打印而生成三维物体的第一部分；(b)在所述三维打印期间执行所述暴露表面的至少一个位置的测量，其中执行所述测量包括光学测量在所述暴露表面上形成图案的感测能量束，所述图案包括不同水平的光强度的区域，其中所述测量对应于计量测量；(c)基于所述测量来评价所述三维打印的至少一个特征的改变，所述评价在所述三维打印期间；和(d)通过三维打印生成所述三维物体的第二部分，所述生成根据所述评价的结果。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 US 62/297,067;2016.04.08 US 62/320,334;1.一种用于生成三维物体的方法，其包括：(a)通过在包括暴露表面的材料床中的三维打印而生成三维物体的第一部分；(b)在所述三维打印期间执行所述暴露表面的至少一个位置的测量，其中执行所述测量包括光学测量在所述暴露表面上形成图案的感测能量束，所述图案包括不同水平的光强度的区域，其中所述测量对应于计量测量；(c)基于所述测量来评价所述三维打印的至少一个特征的改变，所述评价在所述三维打印期间；和(d)通过三维打印生成所述三维物体的第二部分，所述生成根据所述评价的结果。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述计量测量包括使用确定所述暴露表面的均匀性的计量检测器。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述计量检测器区分沿着所述材料床的长度和宽度的均匀性。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述计量检测器在材料床的暴露表面上投射条纹图像。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述计量检测器在所述暴露表面上投射光强度分布，所述光强度分布包括波动图案。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述均匀性可以包括所述靶表面内的高度歪曲、趋势或阶梯。7.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中改变至少一个特征包括改变所述生成装置的至少一个参数。8.在另一个方面，用于打印至少一个三维物体的系统包括：平台，所述平台配置成接收材料床，其中在使用期间，所述材料床的至少一部分用于生成至少一个三维物体，其中所述材料床与所述平台相邻；第一装置，所述第一装置配置成生成信号，所述装置包括第一传感器，所述第一传感器配置成感测一个或多个输入信号，以生成第一输出信号，所述信号在所述三维物体的第一部分生成期间生成，其中所述信号包括在暴露表面上的图案，所述图案包括不同水平的光强度的区域；第二装置，所述第二装置配置成使用三维打印在至少一个形成参数下生成所述三维物体，其中所述第二装置与所述材料床相邻设置；和包括处理单元的控制器，所述处理单元被编程为：(i)处理所述输出信号，以在作为三维物体的部分的第一部分生成期间生成指示所述形成参数的结果；并且(ii)基于所述结果，引导...

【专利技术属性】
技术研发人员：本雅明·布勒，叶夫根尼·莱文，塔索·拉帕斯，托马斯·布拉休斯·布雷佐斯基，埃雷尔·米尔施泰因，吕本·约瑟夫·孟德尔斯伯格，扎迦利·赖安·默弗里，谢尔盖·克列帕诺夫，艾伦·里克·拉彭，
申请(专利权)人：维洛三D公司，
类型：发明
国别省市：美国,US