用于自动清洁由三维物体打印机产生的部件的系统和方法与流程

本文中公开的装置和方法涉及三维物体打印机，并且更具体地涉及由这些打印机产生的物体的清洁。

背景技术：

数字物体三维制造也称为数字增材制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。三维物体打印是增材过程，其中在衬底上以不同形状形成材料的连续层。可以通过喷射粘合剂材料、引导能量沉积、挤出材料、喷射材料、熔融粉末床、层压片材或将液体光聚合物材料暴露于固化辐射形成层。其上形成有层的衬底支撑在平台上，所述平台可以通过可操作地连接到平台的致动器的操作三维地移动，或者材料沉积装置可操作地连接到一个或多个致动器以便控制沉积装置的运动以产生形成物体的层。三维物体打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术(如切割或钻孔)可区分。

三维部件的增材制造典型地包括喷射至少两种类型的材料。一种材料典型地称为构建材料，其是用于形成部件的结构的材料。另一种材料典型地称为支撑材料，原因是其用于为构建材料的极薄层(16-30μm)提供支撑，直到该部件完成并完全固化。支撑和构建材料可以在制造过程期间在形成部件的每个层中同时或顺序地喷射。一旦部件完成，支撑材料就从部件去除。先前已知的去除方法基于支撑材料性质。例如，可以通过将部件放置在烘箱或加热的液体浴中来去除相变支撑材料，其中空气或流体的温度高于支撑材料的熔融温度以使支撑材料能够熔融并流动离开该部件。可溶性支撑材料可以溶解在化学浴中或者用加压流体的引导流动去除。

用加压流体手动清洁部件可以用图4中所示的系统100来完成。该系统包括具有铰接盖108和带手套的入口112的箱104。箱104气动地连接到加压流体源116，其终止于箱内部的手持杆或喷嘴。操作者将一个或多个物体放入箱104中，关闭盖108，将他或她的手放入入口112的手套中并抓住部件和杆。杆通常带有触发器，所述触发器操纵阀以使加压流体能够选择性地朝着由操作者握持的部件引导。一旦操作者确定支撑材料已从部件去除，操作者的手就从入口移除，打开盖，并且移除该部件以进行更仔细的检查。如果支撑材料残留，则将一个或多个部件返回到箱中以进行额外清洁。如果支撑材料已被充分去除，则将部件返回到加工以便包装或质量检查。

该系统及其操作方法需要多个循环，原因是操作者对箱104中的部件的视觉被流体喷雾阻挡。该视觉阻挡使流体流引导到部件的多个角落和裂隙中困难。因此，操作者可能需要从清洗器移除部件，视觉地检查部件的支撑材料，并且在部件的清洁完成之前将部件返回到箱进行几次额外的清洁。能够在一次处理中更彻底地清洁部件的用于三维物体系统所产生的部件的清洁系统将是有益的。

技术实现要素：

一种清洁由三维物体打印机产生的部件的方法使清洁过程自动化并且能够更彻底地去除支撑材料。所述方法包括：用控制器将对应于容器内的部件的数据与由三维物体打印机使用以制造所述部件的所述部件的结构数据关联；用所述控制器将来自流体引导喷嘴的流体朝着支撑材料所处的所述部件的区域引导，在结构数据已与对应于所述容器内的所述部件的数据关联之后参考所述部件的结构数据进行引导；以及用所述控制器继续引导来自所述流体引导喷嘴的流体以从所述部件的其它区域去除支撑材料，参考所述部件的结构数据进行流体的引导。

一种用于清洁由三维物体打印机产生的部件的系统使清洁过程自动化并且能够更彻底地去除支撑材料。所述系统包括：容器，所述容器具有用于将部件固定在所述容器内的装置；流体引导喷嘴，所述流体引导喷嘴气动地连接到加压流体源；多个致动器，所述多个致动器可操作地连接到固定所述部件的装置和所述流体引导喷嘴；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述多个致动器和所述加压流体源。所述控制器配置成：将固定在所述容器内的所述部件上的特征的数据与由所述三维物体打印机使用以制造所述部件的所述部件的结构数据关联；操作所述多个致动器中的致动器以移动所述流体引导喷嘴、固定所述部件的装置或两者以在结构数据已与所述容器内的所述部件上的特征的数据关联之后参考所述部件的结构数据朝着支撑材料所处的所述部件的区域定位所述流体引导喷嘴；操作所述加压流体源以通过所述流体引导喷嘴在所述部件上的支撑材料处引导加压流体；以及继续操作所述致动器以参考所述部件的结构数据将所述流体引导喷嘴定位成与所述部件的其它区域相对，并且操作所述加压流体源以从所述部件的其它区域去除支撑材料。

附图说明

在结合附图进行的以下描述中解释方法和装置的前述方面和其它特征。

图1显示用于自动清洁由三维物体打印机产生的部件的系统。

图2显示操作图1的系统以清洁由三维物体打印机产生的部件的方法。

图3显示操作图1的系统以清洁由三维物体打印机产生的部件的替代方法。

图4显示用于手动清洁由三维物体打印机产生的部件的现有技术的系统。

具体实施方式

为了本文中公开的方法和清洁系统的环境以及方法和清洁系统的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1描绘用于自动清洁由三维物体打印机产生的部件的系统。系统10包括容器14(在图中以横截面图示出)，气动地连接到加压流体源22的流体引导喷嘴18。容器14包括盖16，所述盖通过铰链20连接到容器。如下面解释，系统可以包括铰接臂26，所述铰接臂具有在臂的每个接头处的传感器30，所述接头邻近容器定位从而当盖16打开时能够在容器的内部体积内操纵臂的端部。传感器30配置成生成位于与铰接臂关联的参考基准24处的三个正交轴线的位置数据。尽管参考基准24显示为在铰接臂26的基部处，但是参考基准可以位于臂上的其它位置。夹具28或其它固定装置定位在容器内，从而当部件受到由流体引导喷嘴18喷射的加压流体流时将部件32固定在容器内。流体引导喷嘴18可操作地连接到一个或多个致动器34以使喷嘴18能够在容器14的体积内三维地移动。在容器14内也有光学传感器38，其可以安装在轨道36之内或之上并且可操作地连接到致动器34中的一个，从而使光学传感器38能够在容器内移动并且生成部件32的数字图像数据。附加地或替代地，夹具28可以安装在轨道或其它支撑系统上并且可操作地连接到致动器34中的一个，从而使部件能够在其取向上被操纵或在容器14的体积内移动。

控制器40可操作地连接到致动器34、铰接臂26的传感器30、光学传感器38和加压流体源22中的一个。在一个实施例中，控制器40可操作地连接到阀44，所述阀定位在将加压流体源22连接到流体引导喷嘴18的管道内。通过操作阀44，来自源22的加压流体从流体引导喷嘴18选择性地喷射。控制器40还配置成操作致动器34以将流体引导喷嘴18移动到容器14的体积内的各种位置。控制器40可以包括或可操作地连接到存储器，在所述存储器中存储由三维物体打印机使用以产生部件的结构数据。控制器40配置有编程的指令和电子部件以使用从铰接臂26的传感器30接收的位置数据来识别铰接臂26的端部在容器14的体积内的位置。操作者将铰接臂26的端部放置在部件上的特定位置并且使用用户接口42向控制器40识别部件32上的位置。在接收到部件上的至少三个位置的位置数据之后，控制器40可以将这些位置与存储在存储器48中的对应结构数据关联。之后，控制器40可以识别在容器的体积内的夹具28中的部件32上包含支撑材料的位置。替代地或附加地，控制器40可以接收由光学传感器38生成的数字数据，并且将数字数据与用于产生部件的结构数据比较以确定部件32的取向和对应于构建材料和支撑材料的部件的区域。光学传感器38可以是数字照相机或三维扫描仪。如本文中所使用的，“部件位置与结构数据的关联”表示将识别部件上的特定特征的数据与用于产生部件的结构数据比较以确定容器14内的部件的取向和位置。控制器40然后可以操作一个或多个致动器34以移动流体引导喷嘴或部件或这两者，从而将喷嘴定位成与包含支撑材料的每个区域相对，然后操作加压流体源22以在这些区域中的每一个中的支撑材料处引导加压流体流。加压流体通过流体和支撑材料的机械相互作用去除支撑材料。在一些实施例中，加压流体被加热，使得支撑材料响应于与加热流体的接触而软化或熔化，以便于去除支撑材料。附加地或替代地，在一些实施例中，加压流体可以是能够与支撑材料化学地相互作用以地从部件更快地去除支撑材料的溶剂或其它化学品。

在图2中显示用于操作系统10的方法200。在方法的描述中，方法正在执行某个任务或功能的陈述是指控制器或通用处理器执行存储在可操作地连接到控制器或处理器的非暂时性计算机可读存储介质中的编程指令以处理数据或操作打印机中的一个或多个组件以执行任务或功能。上述控制器40可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器可以用一个以上的处理器和关联的电路和部件实现，其中的每一个配置成形成本文中所述的一个或多个任务或功能。

当执行方法200时，其通过将对应于容器14内的部件上的特征的数据与由三维物体打印机使用以制造部件的部件上的特征的结构数据关联而开始(框204)。如先前所述，可以通过参考由铰接臂的传感器生成的位置数据识别容器内的部件上的至少三个位置，然后将至少三个被识别位置与部件的结构数据关联来执行该关联。替代地，控制器可以将由光学传感器38生成的夹具28中的部件32的数字图像数据与用于形成部件的结构数据关联。该过程继续朝着结构数据指示支撑材料所处的部件的区域定位流体引导喷嘴18(框208)。也就是说，结构数据与容器中的部件的关联使控制器能够将容器的体积内的流体引导喷嘴移动到与包含支撑材料的区域相对的位置。一旦与支撑材料所处的区域相对地定位，可操作地连接到流体引导喷嘴的加压流体源被操作以在支撑材料所处的部件的区域处将加压流体引导到支撑材料上(框212)。控制器40操作源22以朝着部件的特定区域引导流体的时间量对应于由用于构建部件32的结构数据指示的支撑材料的量。可以通过选择性地打开和闭合阀44以使加压流体能够从喷嘴18喷射而操作加压流体源22。另外，流体源22可以配置成生成脉动流体流以增强流体流对支撑材料的机械作用。该过程继续参考结构数据以识别用于支撑材料去除的其它区域(框216)，然后继续将流体引导喷嘴定位在那些区域处并且操作加压流体源以从部件的其它区域去除支撑材料(框208和212)。一旦具有支撑材料的所有区域用来自加压流体源的加压流体处理，就执行验证过程。

在过程200中通过在支撑材料去除过程期间将光学传感器38定位成与喷嘴18所处的区域相对而执行验证过程(框220)。在成像每个区域(框224)之后，由控制器40使用这些图像数据来识别支撑材料保留在其中的部件的区域(框228)。一旦已识别所有区域(框228)，控制器40就关联新的清洁循环，其中喷嘴18定位成与支撑材料保留在其中的区域相对(框208)，并且操作加压流体源(框212)以将附加的加压流体施加到该区域中的剩余支撑材料。继续该附加支撑材料处理，直到支撑材料保留在其中的所有区域已被处理(框216)。然后重复验证过程(框220至228)以识别是否有任何区域继续需要附加的加压流体处理。如果是，则重复支撑材料去除过程(框208至216)并且重复验证过程(框220至228)，直到包含支撑材料的部件的所有区域相对没有支撑材料。

在图3所示的替代过程中，验证过程与支撑材料去除过程整合。如图所示，一旦将加压流体施加到区域(框212)，光学传感器38就定位成与处理区域相对并且传感器生成处理区域的数字图像数据(框218)。该图像数据用于识别支撑材料是否保留(框244)，并且如果是(框248)，则附加的加压流体再次朝着该区域被引导(框212)。重复该迭代循环，直到支撑材料从该区域充分去除(框244)。然后该过程检查要处理的附加区域(框216)，并且如果附加区域仍然要处理，则移动喷嘴18、部件32或这两者以将喷嘴定位成与那些区域中的一个相对(框208)，并且将加压流体施加到区域(框212)。然后用图像传感器成像区域(框218)以确定它是否需要附加处理(框244)。一旦所有区域已被充分清洁(框216)，则该过程完成并且从容器移除部件(框254)。