三维物体生成制造技术

用于生成三维物体的设备和方法。所述设备包括构建材料区域、至少一个物剂分配器，所述物剂分配器具有储存流体剂的流体储存器和在所述构建材料区域中选择性地喷射流体剂的至少一个流体喷射管芯。从所述至少一个流体喷射管芯移除热的冷却系统具有散热器。所述至少一个流体喷射管芯通过所述流体储存器的所述流体剂与所述散热器热接触。

Three-dimensional object generation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维物体生成
技术介绍
在逐层基础上生成三维(3D)物体的增材制造系统用于生成三维物体。增材制造系统的示例包括三维打印系统。通过增材制造系统产生三维物体可能受所使用的增材制造技术的类型和制造过程中的散热的影响。附图说明在以下参考附图的详细描述中，将仅通过示例的方式描述示例的特征和优点，在附图中，相同的附图标记对应于相似但可能不相同的组件。为简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们出现的其他附图来描述。图1提供了根据一个示例的用于从构建材料生成三维(3D)物体的增材制造设备的示意图；图2提供了根据一个示例的增材制造设备的物剂分配器的等距视图；图3提供了根据一个示例的物剂分配器的示意性侧视图，其中冷却系统附接到物剂分配器上；图4a和4b提供了根据一个示例的物剂分配器的倾斜侧视图，该物剂分配器配备有冷却系统的冷却回路；图5提供了根据一个示例的物剂分配器的流体储存器的等距视图，其配备有冷却系统的冷却回路；图6提供了根据一个例子的物剂分配器的斜视图，该物剂分配器配备有冷却系统的冷却回路和用于电力和数据传输的端口；图7a和7b提供了根据一个示例的物剂分配器的示意性侧视图，该物剂分配器配备有冷却系统的导热板；图8a至8d提供了在3D物体生成期间根据示例的构建材料区域的示意性侧视图；图8e提供了在3D物体生成期间根据示例的构建材料区域的示意性顶视图；图9提供了根据示例的增材制造设备的框图，该增材制造设备接收用于生成3D物体的数据；图10提供了根据一个示例的增材制造工艺的流程图；以及图11提供了在增材制造过程中根据一个示例的冷却过程的流程图。贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且可放大某些部分的尺寸以更清楚地图示所示的示例。此外，附图还提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述并不限于附图中所提供的示例和/或实施方式。具体实施方式本文提供的示例包括用于在三维物体的产生期间冷却的设备，过程和方法。用于产生三维物体的设备可以称为增材制造设备。可以理解，这里描述的示例设备可以对应于三维打印系统，其也可以称为三维打印机。在示例性增材制造工艺中，构建材料层可以分布在构建材料区域中，熔融剂可以选择性地分布在构建材料层上，并且可以将熔合能量临时施加到构建材料层。如本文所使用的，构建层可以指分布在构建材料区域中的构建材料层，在该构建材料区域中可以分布物剂和/或可以施加能量。在一些示例中，设备可以包括至少一个能量源，该能量源可以加热构建材料层，使得构建材料层的已经分配了物剂的部分可以融合。在一些示例中，设备可以进一步包括额外的能量源，用于预加热构建材料层。通过首先施加能量，可以在增材制造工艺之前增加构建材料区域中的构建材料的温度。即使当构造材料用熔合剂润湿时，构建材料的温度也可升高到低于构建材料中聚结或熔合过程开始的温度。在一些示例中，可以利用示例设备的至少一个能量源将能量施加到构建材料区域。能量源的示例可包括加热元件，电磁辐射发射器(例如，光发射器，红外发射器，紫外发射器，激光发射器等)和/或灯(例如，卤素灯)。此外，示例性设备可以包括物剂分配器。打印材料区域的环境温度升高也可能导致增材制造设备的物剂分配器中的温度升高。此外，物剂分配器可包括至少一个流体喷射管芯。在一些示例中，至少一个流体喷射管芯可以由硅构成，并且可以包括用于喷射流体剂的多个喷嘴。物剂分配器的至少一个流体喷射管芯可位于打印材料区域上方。至少一个流体喷射管芯和构建材料区域可以间隔开一小段距离。距离可以在大约一到五毫米的范围内。对于增材制造设备的连续操作，即对于厘米或米尺度的物体的延长制造过程，在一些示例中，可以使用用于在制造过程期间从流体喷射管芯移除热的冷却系统。由于增材制造设备的安全措施，流体喷射管芯中的温度升高可能导致制造过程的中断。在一些示例中，冷却系统包括散热器。在一些示例中，散热器包括冷却回路。在一些示例中，冷却回路包括循环冷却流体。在一些示例中，冷却流体可以是液体，例如冷冻冷却剂，如去离子水或水，其中添加剂如乙二醇、二甘醇或丙二醇。在一些示例中，冷却流体可以是气体，例如高压空气、氢气或六氟化硫。在一些示例中，冷却流体可以通过珀耳帖元件、热交换器等冷却。在一些示例中，冷却流体可以处于开环流动，即，可以提供连续供应的新鲜冷却流体，例如来自龙头的水，以冷却物剂分配器和其中的流体喷射管芯。在一些示例中，冷却流体可具有以下性质中的至少一种：高热容量、低粘度、无毒、化学惰性，既不会引起也不会促进冷却系统的腐蚀，并且是电绝缘体。在一些示例中，冷却回路可包括钝化和绝缘中的至少一种。在一些示例中，具有高热容量的材料，例如具有高于20J·mol-1·K-1的等压摩尔热容，可用于散热器。在一些示例中，散热器可包括导热体，例如金属板。在一些示例中，金属主体可包括多个冷却翅片，例如附接到导热板的金属翅片或具有由单件形成的翅片的金属板。在一些示例中，金属主体可以是铜板。在一些示例中，散热器可以通过循环连接到散热器的冷却剂回路的冷却剂来冷却。在一些示例中，冷却剂回路的冷却剂可以是冷却回路的冷却流体。第二次施加能量可以使已经施加有熔合剂的构建材料层的一部分聚结或熔合。相反，由于第二次施加能量，未分配物剂的构建材料可能不会聚结或融合。在一些示例中，可以利用示例设备的至少一个能量源将能量施加到构建层。能量源的示例可包括加热元件，电磁辐射发射器(例如，光发射器，红外发射器，紫外发射器，激光发射器等)和/或灯(例如，卤素灯)。构建材料层的部分可以开始聚结或熔合的温度可以称为熔化温度。在冷却时，已经聚结的构建材料层的部分变成实心并且形成正在生成的三维物体的一部分。因此，构建材料层的选择性地分布(并且变成固体)的部分可以被称为构建层的“部分区域”。可以形成附加层，并且可以对每个层执行上述操作，以由此生成三维物体。可以理解，每层的部分区域可以对应于待形成的三维物体的截面。在先前层的顶部上顺序地层叠和熔合部分的构建材料层可以促进三维物体的生成。三维物体的逐层形成可以被称为分层增材制造过程。在一些示例中，构建层的高度(也可以称为厚度)可以是微米级。例如，一些示例构建层高度可以在大约60到大约150微米的范围内。此外，构建材料的累积层的总体构建高度可以是厘米或米级，这取决于所实现的设备和过程。在本文所述的示例中，构建材料可以包括基于粉末的构建材料、颗粒材料和/或粒状材料，其中，基于粉末的构建材料可以包括基于湿的和/或干的粉末的材料。在一些示例中，构建材料可以是弱光吸收聚合物。在一些示例中，构建材料可以是热塑性塑料。此外，如本文所述，物剂可包括当施加能量时可促进构建材料熔合的流体。在一些示例中，物剂可称为聚结剂或熔合剂。在一些示例中，物剂可以是光吸收液体，红外或近红外吸收液体，例如颜料着色剂。可以理解，各种类型的构建材料可具有不同的材料特性。如本文所述的分层增材制造工艺的各种操作的性能可以至少部分地基于在这种工艺中使用的构建材料的材料特性。示例材料特性可包括临界温度(例如，对应于作为相平衡终点的临界点的温度)，发射率、吸光度、热导率、热扩散率、热膨胀、光敏性、反射率、熔点、热膨胀系数、塑性、弹性、渗透性、反应性、表面能、电导率、介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成三维物体的设备，包括：至少一个物剂分配器，其包括储存流体剂的流体储存器和在构建材料区域中选择性地喷射流体剂的至少一个流体喷射管芯；冷却系统，其从所述至少一个流体喷射管芯移除热，所述冷却系统包括散热器，所述散热器通过所述流体储存器的所述流体剂与所述至少一个流体喷射管芯热接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成三维物体的设备，包括：至少一个物剂分配器，其包括储存流体剂的流体储存器和在构建材料区域中选择性地喷射流体剂的至少一个流体喷射管芯；冷却系统，其从所述至少一个流体喷射管芯移除热，所述冷却系统包括散热器，所述散热器通过所述流体储存器的所述流体剂与所述至少一个流体喷射管芯热接触。2.如权利要求1所述的设备，包括至少一个第一电磁辐射发射器，以朝向所述构建材料区域发射第一辐射，以预加热所述构建材料区域中的构建材料，其中，所述三维物体由所述构建材料生成，其中，所述至少一个流体喷射管芯位于所述构建材料区域上方，并且其中，至少一种流体剂通过所述散热器来冷却。3.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个第二电磁辐射发射器，以朝向所述构建材料区域发射第二辐射，以将所述构建材料熔合成三维物体，其中所述物剂分配器选择性地以所述设备所接收的数据中限定的至少一种图案来喷射第一流体剂，以生成与待生成的物体的至少一个截面相对应的所述构建材料的至少一个凝固部分，并且其中，所述第一流体剂吸收所述第二电磁辐射发射器的所述第二辐射，并将所吸收的第二辐射转换成热能，从而当暴露于所述第二辐射时，至少部分地熔合所述第一流体剂附近的所述构建材料的所述至少一个凝固部分；以及所述物剂分配器选择性地以至少一种另外的图案来喷射第二流体剂，其中，所述另外的图案包括所述构建材料的至少一个细节部分，所述构建材料暴露于所述至少一个第二电磁辐射发射器的所述第二辐射，其中，所述第二流体剂至少部分地防止所述至少一个细节部分中的所述构建材料聚结，从而在完成的物体中产生空间，在那里所述构建材料比未处理的构建材料具有更小的聚结性，使得所述构建材料沿所述至少一个细节部分的可破碎性得到增强。4.一种物剂分配器，包括至少一个流体喷射管芯，其中所述物剂分配器包括散热器和储存流体剂的流体储存器；所述流体剂通过所述散热器来冷却；以及所述至少一个流体喷射管芯通过所述流体剂与所述散热器热接触。5.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，所述流体储存器通过至少一个分隔壁竖直地分段成水平延伸的至少两个腔室，以保持至少两种单独的流体剂分离。6.如权利要求4所述的物剂分配器，其特征在于，所述散热器包括冷却回路，以从所述流体储存器内冷却所述物剂分配器，第一物剂分配器侧板包括至少一个开口，以及包括冷却流体的至少一个管延伸通过所述第一物剂分配器侧板中的所述至少一个开口，以为所述冷却回路供应冷却流体。7.如权利要求6所述的物剂分配器，其特征在于，所述冷却回路通过所述至少一个管形成；所述冷却回路延伸通过所述流体储存器；所述冷却回路通过所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·桑彻斯里韦斯，H·莱布伦，J·J·埃尔南德斯，E·C·卡诺，
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