利用气动输送的三维打印机制造技术

一种三维(3D)打印机和具有用于将构建材料传送至3D打印机的容器的气动输送系统的方法。联接到容器的进给器调节构建材料从容器的排出流动。联接到进给器的密封控制器减少空气流入。

Three dimensional printer with pneumatic conveying

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用气动输送的三维打印机
技术介绍
增材制造(AM)可包括三维(3D)打印以生成3D物体。在一些AM过程中，连续的材料层在计算机控制下形成以制造物体。材料可以是粉末或粉末状材料，包括金属、塑料、陶瓷、复合材料和其他粉末。物体可以是各种形状和几何结构，并且可经由诸如3D模型的模型或其他电子数据源生成。制造可能涉及激光熔化、激光烧结、电子束熔化、热融合等。模型和自动控制可便于分层制造和增材制造。对于应用，增材制造可制造用于航空航天(例如飞机)的中间成品和最终产品以及原型、机械零件、医疗设备(例如植入物)、汽车零件、流行产品、结构性和导电性金属、陶瓷、导电粘合剂、半导体器件和其他应用。附图说明在下面的详细描述中参照附图描述某些示例，其中：图1A至图1C是根据示例的3D打印机的三个单独的实施的图示；图2是根据示例的图1C的3D打印机的气动输送系统的例示；图3是用在根据示例的图1C的3D打印机中的离心分离器和容器的例示；图4是通过根据示例的图1C的3D打印机克服的两种类型的空气泄漏的例示；图5是根据示例的图1A至图1C的3D打印机的进给器的例示；图6是用在根据示例的图1C的3D打印机中的进给器的例示；图7是由根据示例的图1A至图1C的3D打印机使用的密封控制机构的流程图；和图8是根据示例的图1C的3D打印机的详细框图。具体实施方式本文示出的技术针对具有用以传送诸如粉末的构建材料的气动输送系统(PCS)从而能够生成3D物体的三维(3D)打印机。3D打印机内部的进给器将构建材料分配到进给器下方。进给器内的腔室使用密封控制机构操作，以控制空气向上流动和向下流动。换句话说，如下所述，进给器具有减少来自进给器的空气向上流动以及来自进给器的空气向下流动的腔室。这种密封控制可规定，来自进给器的空气向上流动不会导致粉末被过分充气并搅动，这可能阻止粉末向下流动。密封控制还基本上防止由与粉末流动相反的压力梯度驱动的向上气流导致空气泄漏(至进给器中)。因此，密封控制能够使进给器将进给器上游的压力与进给器下游的压力隔离。至少出于空气向上流动不会显着地干扰粉末流动或设置在容器上方的离心分离器的操作的原因，这便于3D打印机同时传送构建材料并启动3D打印作业以生成3D物体。此外，因为在打印作业期间发生构建材料的输送，所以相对于在生成3D物体之前完成构建材料的输送的3D打印机而言，减少了在新型3D打印机中完成3D打印作业的周期时间。图1A、图1B和图1C分别是可由诸如构建平台上的构建材料形成3D物体的3D打印机100A、100B和100C的示例。首先参照图1A，3D打印机100A包括用于传送构建材料(例如粉末)20以生成3D物体90的气动输送系统(PCS)50A。PCS50A包括用于分配构建材料20的进给器40。打印机100A还包括用于操作进给器的密封控制机构30。密封控制方法30包括DC电机和编码器，如下面更详细讨论。图1B和图1C示出了3D打印机100的进一步的示例，分别被表示为100B和100C(统称为“3D打印机100”)，并且分别具有PCS50B和50C(统称为“PCS50”)。在图1B中，3D打印机100B包括PCS50B和密封控制机构30，但是进一步包括用于将构建材料20分配到PCS50B的构建材料供应器80。PCS50B包括设置在进给器40上方以从构建材料供应器80接收诸如粉末的构建材料20的容器60。在3D打印机100C中，构建材料20被进给到离心分离器70中，然后在被接收到进给器40中之前被进给到容器60。与容器60联接并且还已知为粉末捕集器或旋风分离器的离心分离器70将构建材料20与输送空气更有效地分离。由3D打印机100执行的3D打印可包括选择性层烧结(SLS)、选择性热烧结(SHS)、电子束熔化(EBM)、热融合或其他3D打印和AM技术，以由构建材料生成3D物体。构建材料可以是粉末、粉末状或粉末形式。构建材料可以是包括聚合物、塑料、金属和陶瓷等不同的材料。在操作中，3D打印机100采用构建材料20的增材制造以生成3D物体90。密封控制机构30被示出为位于PCS50的外部。然而，密封控制器30可以是PCS50的一部分，而密封控制器30的元件可作为进给器40的部件。如下面更详细讨论，结合密封控制机构30，进给器40不允许由与粉末流动相反的压力梯度驱动的空气泄漏。此外，在3D打印机100的操作期间，在进给器的上游存在第一压力(上游压力)，在进给器的下游存在不同的压力(下游压力)，其中上游和下游参考构建材料20在PCS中的流动。如本文更详细例示，密封控制器30帮助进给器40将上游压力与下游压力隔离。这能够使3D打印机100内的构建材料20的输送当正在打印3D物体90时发生。气动输送是这样的机制，通过该机制，颗粒(在这种情况下为构建材料)会悬浮在输送空气中。颗粒从一个或多个源位置获得，经由导管(例如管道、管件等)传送，并在一个或多个目的地位置处接收。气动输送可使用正或负表压来输送空气。稀相气动输送大体特征在于速度相对高并且构建材料(粉末)与气体(空气)之比低(例如，粉末与空气的质量比小于15)。密相气动输送涉及高压(正压)或高真空(负压)下的少量气体并且输送的材料与气体之比相对高。在一个实施方式中，PCS50采用负(真空)压来传送构建材料20通过3D打印机100。在第二实施方式中，PCS50采用负压和稀相传送来传送构建材料20。在一个示例中，通过PCS50的典型气流速率约为每分钟6-8立方英尺的空气。这对应于5/8"内径的管中15与19m/sec之间的空气速度。在另一示例中，当移动构建材料或粉末时，粉末质量与空气质量之比小于2，这允许粉末以高达5g/sec移动通过导管66。3D打印机100的进给器40从PCS50接收构建材料20，并分配构建材料，从而可生成3D物体90。下面结合图6更详细地描述进给器40。3D打印机100的PCS50从构建材料供应器80接收构建材料20。构建材料供应器80可以是容器，例如料斗、箱或盒。在一个示例中，构建材料供应器80是可移除的盒。这使得构建材料供应器80在空的情况下被从3D打印机移除并用第二(满的)盒替换。在另一示例中，构建材料供应器80包括从先前的3D打印作业回收的(或再循环的)构建材料。在另一示例中，构建材料供应器80包括与回收的(和/或再循环的)构建材料结合的新构建材料。在又一示例中，构建材料供应器80具有的体积小于生成3D物体90所需的体积。在3D打印机100中，由PCS50输送的构建材料20在被接收到进给器40中之前被进给到离心分离器70然后容器60中。还已知为粉末捕集器或旋风分离器的离心分离器70被设计成更有效地将构建材料20与输送空气分离。与构建材料供应器80一样，容器60可以是料斗、箱或盒。容器60可具有圆锥形或矩形的截面，具有倾斜的壁，使得粉末流过容器而不粘附在壁上，并且构建材料20利用重力与输送空气分离。图2更详细地示出了PCS50。PCS50由导管66A-H(统称为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维(3D)打印机，包括：/n设置在该3D打印机内部的气动输送系统(PCS)，该PCS用于将构建材料传送到容器，所述PCS进一步包括：/n联接到所述容器的进给器，所述进给器用于调节构建材料从所述容器的排出流动；和/n联接到所述进给器的密封控制器，所述密封控制器用于减少与构建材料传送的方向相反的空气流入。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维(3D)打印机，包括：
设置在该3D打印机内部的气动输送系统(PCS)，该PCS用于将构建材料传送到容器，所述PCS进一步包括：
联接到所述容器的进给器，所述进给器用于调节构建材料从所述容器的排出流动；和
联接到所述进给器的密封控制器，所述密封控制器用于减少与构建材料传送的方向相反的空气流入。


2.根据权利要求1所述的3D打印机，所述进给器进一步包括：
包括袋口的腔室，所述袋口用于从所述容器接收一定量的构建材料，其中所述袋口移动使得所述PCS中的压力与所述进给器的下游隔离。


3.根据权利要求1所述的3D打印机，所述进给器进一步包括：
包括多个袋口的能旋转的腔室；
包括入口的上蹄板，其中所述上蹄板设置在所述能旋转的腔室的顶上；和
包括出口的下蹄板，其中所述下蹄板设置在所述能旋转的腔室的下方，使得该腔室被夹在所述上蹄板与所述下蹄板之间；
其中一定量的构建材料通过所述入口被接收到所述多个袋口中的第一袋口中。


4.根据权利要求3所述的3D打印机，其中所述能旋转的腔室旋转，使得所述第一袋口不同时设置在所述入口下方和所述出口上方；
其中在所述入口与所述出口之间存在至少一个密封辐条。


5.根据权利要求4所述的3D打印机，其中所述能旋转的腔室旋转，使得所述第一袋口设置在所述出口上方；
其中一定的构建材料向下游流出所述进给器。


6.根据权利要求1所述的3D打印机，所述PCS进一步包括：
设置在所述容器的上游的离心分离器，所述离心分离器从所述PCS接收构建材料，使构建材料与输送空气分离，并将分离的构建材料排出到所述容器中；
其中由于所述进给器接收构建材料而产生的空气上流速率不会中断粉末向下流动通过离心分离器。


7.根据权利要求3所述的3D打印机，所述密封控制器进一步包括：
直流(DC)电机，用于为所述进给器的进给器轮产生原动力。


8.根据权利要求7所述的3D打印机，所述密封控制器进一步包括：
编码器，用于控制该DC电机的开启和关闭状态。


9.一种操作三维(3D)打印机的方法，包括：
经由气动输送系统向容器输送构建材料；
将构建材料从所述容器通过进给器的入口分配到所述进给器的袋口中，所述容器设置在所述进给器的上方，并且所述入口设置在所述袋口的上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：小戴维·R·奥蒂斯，凯文·E·斯维尔，杰弗里·L·蒂尔曼，
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