增材制造制造技术

在一个示例中，一种用于增材制造机的熔合系统包括：加热器，其预加热工作区域中的未熔合构建材料；分配器，其以对应于物体切片的图案将熔剂分配到所述工作区域中的构建材料上；熔合灯，其使所述工作区域中的图案化构建材料熔合；温度传感器，其测量所述工作区域中的预加热的未熔合构建材料的温度；以及控制器，其操作性地连接到所述加热器和所述温度传感器，以基于由所述温度传感器测量的温度来调整所述加热器对所述工作区域的热输出。

Additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造
技术介绍
增材制造机通过构建材料层来产生3D物体。一些增材制造机通常被称为“3D打印机”。3D打印机和其他增材制造机使得可以将物体的CAD(计算机辅助设计)模型或其他数字表示转变成物理物体。模型数据可被处理成切片，这些切片限定一个或多个构建材料层的待形成该物体的部分。附图说明图1和图2分别是正视图和平面图，其图示了用于增材制造机的熔合系统的一个示例。图3-20呈现了一系列视图，其示出了使用图1和图2的熔合系统的熔合循环的一个示例。图21和图22是图示了示例性熔合过程的流程图，其中熔合灯对工作区域的热输出基于对该熔合灯的热输出的测量来调整。图23和图24是图示了示例性熔合过程的流程图，其中加热器对工作区域的热输出基于对工作区域中的未熔合构建材料的温度的测量来调整。图25是图示了熔合过程的一个示例的流程图，其中熔合灯对工作区域的热输出基于对该熔合灯的热输出的测量来调整，并且加热器对工作区域的热输出基于对工作区域中的未熔合构建材料的温度的测量来调整。图26是图示了具有熔合器热输出控制指令的处理器可读介质的一个示例的框图。图27是图示了用于增材制造的熔合系统的一个示例的框图，该熔合系统实施了具有熔合器热控制指令的控制器。图28是图示了具有加热器热输出控制指令的处理器可读介质的一个示例的框图。图29是图示了用于增材制造的熔合系统的一个示例的框图，该熔合系统实施了具有加热器热控制指令的控制器。图30是图示了具有热量控制指令的处理器可读介质的一个示例的框图，该热量控制指令包括熔合器热输出控制指令和加热器热输出控制指令。图31是图示了用于增材制造的熔合系统的一个示例的框图，该熔合系统实施了具有热量控制指令的控制器，该热量控制指令包括熔合器热输出控制指令和加热器热输出控制指令。贯穿附图，相同的附图标记标示相同或相似的部分。附图不一定按比例绘制。具体实施方式在一些增材制造过程中，使用热来烧结、熔化粉末状构建材料中的颗粒或以其他方式将其熔合在一起，以形成固体物体。在这样的过程中，在施加熔合热之前，可使用加热器将未熔合的构建材料预加热到低于熔合温度的温度。然后，通过将液体熔剂以基于相对应的物体切片的图案施加于粉末状构建材料的薄层，并且随后，用熔合灯照射图案化区域，可产生将预加热的未熔合粉末的温度升高到熔合温度的热。熔剂中的光吸收组分吸收来自熔合灯的光能。熔合灯所输出的辐射热与熔剂中的光吸收组分在内部产生的热一起熔合预加热的构建材料。逐层并且逐切片重复该过程，以完成所述物体。已经开发出新的技术来帮助改善将未熔合的构建材料加热到期望的预加热温度。在一个示例中，红外摄像机或其他温度传感器被用于测量工作区域中的未熔合构建材料的温度，并且给预加热加热器的功率基于测量温度来调整，以增加或减少加热器的热输出，从而将测量温度保持在期望的范围内。例如，脉冲宽度调制使得能够实现对加热器的输入功率的小的频繁调整，并且能够实现对热输出的相对应的小的频繁改变，以维持未熔合构建材料的预加热温度的狭窄范围。小的频繁功率调整还使得能够有效地使用卤素灯、陶瓷加热器以及具有较高热惯性和较低热扩散率的其他比较便宜的加热器。在下文中描述和在附图中示出的这个和其他示例说明但不限制本专利的范围，本专利的范围在本说明书之后的权利要求中限定。如本文件中所使用的：“和/或”意指关联事物中的一个或多个；“熔剂”意指使得或有助于使得构建材料烧结、熔化或以其他方式熔合的物质；“精细剂”意指例如通过改变熔剂的效果来抑制或防止或增强熔合构建材料的物质；“光”意指任何波长的电磁辐射；“液体”意指不主要由一种或多种气体组成的流体；“处理器可读介质”意指可实施、包含、存储或维护指令和其他信息以供处理器使用的任何非暂时性有形介质，并且例如可包括电路、集成电路、ASIC(专用集成电路)、硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和闪存；以及“工作区域”意指支撑或包含用于熔合的构建材料的任何合适的结构，包括处于下面的构建材料层和处理中的切片以及其他物体结构。图1和图2分别是正视图和平面图，其图示了用于增材制造机的熔合系统10的一个示例。图3-20呈现了一系列视图，其示出了使用系统10的示例性熔合过程。参照图1和图2，熔合系统10包括第一“熔合器”滑架12和第二“分配器”滑架14。滑架12和14按控制器16的命令在工作区域18上方来回移动。控制器16表示控制系统10的操作元件所需的处理和存储器资源以及指令、电子电路和部件。在该示例中，熔合器滑架12承载层叠装置20、加热器22以及三个熔合灯26A、26B、26C的组24。分配器滑架14承载喷墨打印头组件或其他合适的液体分配组件28，以分配液体熔剂。在所示示例中，分配组件28包括分配熔剂的第一分配器30和分配精细剂的第二分配器32。分配器滑架14还承载温度传感器34，以测量工作区域18中的构建材料的温度。虽然预期温度传感器34通常将被实施为例如红外摄像机之类的热成像装置，但是也可使用其他合适的温度传感器。熔合系统10还包括热传感器36，以检测熔合灯26A、26B、26C的热输出。在该示例中，热传感器36被安装在滑架38上，该滑架38在熔合滑架12下方来回移动，以将传感器36定位在图2中的虚线所示的多个感测位置处。例如，热传感器36可被实施为热电堆或直接测量辐射热通量的其他热传感器。在图1和图2中所示的示例中，层叠装置20被实施为辊20，该辊20在当滑架12在工作区域18上方移动时层叠(layer)构建材料的展开位置(图5中所示)和当滑架12在工作区域18上方移动时不层叠构建材料的缩回位置(图1中所示)之间移动。当层叠辊20在工作区域18之上移动时，层叠辊20可自由旋转，从而根据行进方向顺时针或逆时针地惯性滑行(freewheeling)，或者辊20可在任一方向上被旋转地驱动(共同旋转或反向旋转)。层叠装置20的其他合适的实施方式也是可能的，包括例如直接在工作区域之上将构建材料分配成一层的刮片或装置。加热器22可被实施为“加温”灯或其他辐射加热装置22。在这种背景下“加温”是指加热器22的将工作区域18中的未熔合构建材料加热到低于该材料的熔合温度的温度的预加热功能。尽管示出了单一的装置22，但是也可使用多个加温灯或其他辐射加热装置22。因此，加热器22的其他合适的实施方式也是可能的。尽管描绘了三个熔合灯26A、26B、26C，但是也可使用更多或更少的熔合灯。加温灯22和熔合灯26A、26B、26C的特性可根据构建材料和熔剂的特性(以及其他熔合过程参数)而变化。通常较低色温的加温灯22和较高色温的熔合灯26A、26B、26C将是期望的，以相应地更好地匹配未用熔剂处理的构建材料和用熔剂处理的构建材料的光谱吸收，以便增加从灯到构建材料的能量传递。例如，可使用在800K至2150K的范围内操作的单个加温灯22来实现所期望的功率吸收水平，以便有效地预加热未处理的白色聚酰胺粉末状构建材料40(图5)，并且可使用各自在2400K至3500K的范围内操作的三个熔合灯26A、26B、26C来实现所期望的功率吸收水平，以便有效地熔合用黑色液体熔剂42处理的相同的构建材料(图9)。吸收由较高色温的熔合灯发出的几乎所有辐射能量的黑色熔剂熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增材制造机的熔合系统，包括：加热器，其预加热工作区域中的未熔合构建材料；分配器，其以对应于物体切片的图案将熔剂分配到所述工作区域中的构建材料上；熔合灯，其使所述工作区域中的图案化构建材料熔合；温度传感器，其测量所述工作区域中的预加热的未熔合构建材料的温度；以及控制器，其操作性地连接到所述加热器和所述温度传感器，以基于由所述温度传感器测量的温度来调整所述加热器对所述工作区域的热输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增材制造机的熔合系统，包括：加热器，其预加热工作区域中的未熔合构建材料；分配器，其以对应于物体切片的图案将熔剂分配到所述工作区域中的构建材料上；熔合灯，其使所述工作区域中的图案化构建材料熔合；温度传感器，其测量所述工作区域中的预加热的未熔合构建材料的温度；以及控制器，其操作性地连接到所述加热器和所述温度传感器，以基于由所述温度传感器测量的温度来调整所述加热器对所述工作区域的热输出。2.如权利要求1所述的熔合系统，其特征在于，所述控制器通过改变给所述加热器的电功率，来调整所述加热器的所述热输出。3.如权利要求2所述的熔合系统，其特征在于，所述控制器基于由所述温度传感器测量的温度与阈值温度的比较，来调整所述加热器的所述热输出。4.如权利要求3所述的熔合系统，其特征在于，所述控制器通过在小于50ms内在所述灯的额定功率的±5％的范围内调制给所述加热器的电功率信号，来调整所述加热器对所述工作区域的热输出。5.如权利要求4所述的熔合系统，其特征在于，所述加热器包括灯，所述灯具有处于800K至2150K的范围内的操作色温。6.如权利要求5所述的熔合系统，其特征在于，所述熔合灯包括具有处于2400K至3500K的范围内的操作色温的熔合灯。7.一种用于增材制造机的熔合系统，包括：能够在工作区域上方移动的第一滑架，所述第一滑架承载加热器，以加热未熔合的层叠的构建材料，并且承载熔合灯，以加热用熔剂图案化的层叠的构建材料；能够在所述工作区域上方移动的第二滑架，所述第二滑架承载分配器，以按对应于物体切片的图案将所述熔剂分配到层叠的构建材料上；以及温度传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·H·巴尔内，M·A·谢泼德，T·戈言，A·博斯特，S·贝尔纳，
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