在3D打印系统中移动粉末的制作方法

文档序号:20166590发布日期:2020-03-24 21:36
在3D打印系统中移动粉末的制作方法



背景技术:

增材制造过程可通过提供从数字模型图案化的构建材料的逐层累积和固化来产生三维(3d)部分。在一些示例中,例如粉末状尼龙之类的粉末状构建材料可使用热来处理,以引起材料在每一层的选定区域中的熔化和固化。在一些示例中,构建材料的固化可以其他方式来完成,例如通过使用粘结剂或化学制品。构建材料的选定区域的固化可形成正在产生或打印的3d物体的2d剖面层。

附图说明

现在将参考附图来描述示例,附图中:

图1和图2示出了用于在3d打印系统中移动粉末的粉末计量装置的示例的分解视图;

图3示出了组装的粉末计量装置的示例的顶侧透视图;

图4示出了组装的粉末计量装置的示例的底侧透视图;

图5示出了示例性粉末计量装置的框图表示,其图示了隔室在粉末接收位置和粉末分配位置之间的旋转;

图6示出了一框图,该框图图示了其中可实施粉末计量装置的示例性3d打印系统;

图7示出了在3d打印系统内移动粉末的示例性方法的流程图。

贯穿附图,相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。

具体实施方式

例如3d打印之类的增材制造过程可使用不同的粉末状构建材料来产生具有多种不同特性的部分或物体。贯穿本说明书,术语“部分”和“物体”及其变体可互换使用。所述粉末状构建材料可包括细小的粉尘状颗粒,其有助于在所制造的部分中产生清晰的细节。虽然示例性方法和装置在本文中关于粉末状构建材料来论述,但是这样的方法和装置可等同地适用于与现在或将来可能获得的其他类型的构建材料一起使用。因此,在不同的示例中,构建材料可包括各种类型和形式的材料,例如粉末材料、小纤维材料、珠状材料(beadedmaterial)等。

在一些示例中,3d打印过程可包括在平台或打印床上的工作区域内撒布多层粉末状构建材料(例如,尼龙或其他塑料)。熔剂可被选择性地施加于每一层,在那里粉末状材料的颗粒将被熔合在一起。工作区域中的每一层都可被暴露于熔合能量,以将已施加熔剂处的粉末状材料的颗粒熔合在一起。然后可重复该过程,一次一层,直到在工作区域内形成一个或多个部分。例如选择性激光烧结(sls)系统之类的其他3d打印过程也使用粉末状构建材料。

在一些示例性3d打印过程中,粉末状构建材料可气动地在整个3d打印系统中输送。例如,当粉末状构建材料从粉末储存区域释放到输送管中时,可将来自压力鼓风机的压缩空气施加于该管。空气在正压下的移动可将粉末通过该管输送到3d打印系统内的不同位置。在其他示例中,气动系统可使用负压来使粉末移动通过系统。例如,空气在来自真空鼓风机的负压下的移动可有助于将粉末通过输送管输送到3d打印系统内的不同位置。

在一些示例中,使用气动传输系统在3d打印系统内输送粉末状构建材料可能会带来挑战,例如要如何在3d打印系统的不同加压区域之间移动精确量的粉末状材料。例如,在一些3d打印系统中,在通过正压或负压的气动系统输送到3d打印系统内的另一目的地之前,粉末可被收集并保持在处于环境压力下的料斗中。在这样的系统中,料斗和加压气动系统中的环境之间的压差可能会阻碍精确量的粉末从料斗传递到气动系统中。

因此,本文所描述的示例性方法和装置使得能够将受控量的粉末从3d打印系统内的一个压力环境递送到另一压力环境中。更具体而言,所描述的示例使得能够从一个压力环境接收受控量的粉末,并且同时将受控量的粉末递送到另一压力环境中。两个环境之间的压差可为正或负或零。因此,粉末可从低压力环境递送到高压力环境,从高压力环境递送到低压力环境,或者在具有相似压力的环境之间递送。

示例性转子装置包括多隔室压力隔离系统,该系统使隔室顺序地旋转,以将粉末从一个压力环境下的粉末接收位置递送到另一压力环境下的粉末分配位置。隔室形成在转子上的翅片或辐条之间,这些翅片或辐条从转子的中心轮毂向外延伸到转子的外周轮。这些隔室的顶部和底部包括顶部和底部密封盘,该顶部和底部密封盘齐平地压靠所述翅片。粉末根据隔室的尺寸来计量,并且可通过调整隔室的旋转速度,来控制对于给定的时间量所分配的粉末量。

当每个隔室绕中心轴从粉末接收位置旋转到粉末分配位置时,该隔室旋转通过压力隔离位置,该压力隔离位置将该隔室与接收和分配位置的压力环境阻隔。当隔室旋转通过在顶部密封盘中形成的输入孔下方的接收位置时,它们通过重力下落从粉末源(例如,粉末料斗)接收粉末。当隔室旋转通过在固定的底部密封盘中形成的输出孔上方的分配位置时,它们通过重力下落将粉末分配到粉末目的地(例如,气动粉末传输系统)。粉末按照不连续的方式以离散的定量供给单元分配。在一些示例中,多个隔室可在多个其他隔室分配粉末的同时接收粉末。

在特定示例中,一种用于在3d打印系统中移动粉末的粉末计量装置包括转子,所述转子包括中心轮毂和外周轮,所述转子绕轴旋转。隔室通过多个翅片形成在所述轮毂和所述轮之间,所述多个翅片在第一翅片端部处从所述轮毂发出,并且在第二翅片端部处固定到所述轮。顶部盘和底部盘各自具有平面表面,当所述隔室绕所述轴在粉末接收位置和粉末分配位置之间旋转时,所述平面表面相应地抵靠每个隔室的顶部周界和底部周界齐平定位并且密封所述顶部周界和所述底部周界。

在另一个示例中,一种在3d打印系统中移动粉末的方法包括:当第一隔室旋转经过接收位置时,将粉末从第一压力区接收到所述第一隔室中;当所述第一隔室旋转经过分配位置时,将粉末从所述第一隔室分配到第二压力区中;以及当所述第一隔室在所述接收位置和所述分配位置之间旋转时,将所述第一隔室与所述第一压力区和所述第二压力区压力隔离。

在另一个示例中,一种用于在3d打印系统中移动粉末的粉末计量装置包括多个隔室,所述多个隔室将粉末从第一压力环境传递到第二压力环境。所述装置还包括压力隔离位置,其使所述隔室与所述第一压力环境和所述第二压力环境两者隔离。

图1和图2示出了用于在3d打印系统中移动粉末的粉末计量装置100的示例的分解视图。图1以第一视图图示了粉末计量装置100,并且图2以第二视图图示了粉末计量装置100。出于说明的目的,并且由于图1和图2中所示的不同视图,图1中所示的粉末计量装置100的某些特征和/或部件可能未在图2中示出,并且反之亦然。图3示出了组装的粉末计量装置100的示例的顶侧透视图。图4示出了组装的粉末计量装置100的示例的底侧透视图。

总体上参考图1-4,示例性粉末计量装置100包括可压缩地包封在壳体102内的若干个内部部件。壳体102可包括上部壳体102a和下部壳体102b,该上部壳体102a和下部壳体102b可利用例如螺钉或夹具之类的紧固件104来紧固在一起。壳体102包括在功能上与如下内部部件相对应的特征,即:所述内部部件用于促进粉末从第一压力环境移入到装置100中,以及从装置100中移出到第二压力环境。例如,上部壳体102a包括入口孔106,以使得粉末能够通过该上部壳体进入到装置100中,并且下部壳体102b包括出口孔108,以使得粉末能够通过该下部壳体从装置100中离开。

示例性粉末计量装置100包括转子110,其绕中心轴112旋转。隔室114通过翅片116(或辐条116)在转子110上形成,该翅片116(或辐条116)从转子110的中心轮毂118发出并且向外延伸到转子110的外周轮120。翅片116在一端处固定到中心轮毂118,并且在另一端处固定到轮120。因此,每个隔室114的侧面或壁包括两个翅片116、中心轮毂118的一部分以及外周轮120的一部分。每个隔室114与任一侧上的相邻隔室共用两个翅片116。虽然术语“翅片”在本说明书各处被用于表示从中心轮毂发出并形成每个隔室114的壁的辐条116,但是无意将辐条116的几何形状限于任何特定的翅片形状。因此,对于辐条116和隔室114,除图1和图2中所示的几何形状以外的其他几何形状也是可能的并且在本文中被考虑。例如,隔室114可被定制用于特定应用,并且因此,可包括不同于所示的饼形几何形状的几何形状。在一些示例中,隔室114的翅片116或壁可成角度,以形成叶轮几何形状,从而有助于优化粉末入口和出口效率。此外,虽然图1和图2中所示的示例性粉末计量装置100包括六个隔室114,但是其他示例可包括更多或更少数量的隔室。例如,粉末计量装置100可包括少至一个隔室或多于六个隔室。通常,更多数量的隔室114会减小隔室的尺寸,并且借助将通过装置100传递的粉末分成较少的量来提高粉末计量装置100的计量分辨率。可相对于旋转速度和粉末材料特性针对定量供给精度(dosingaccuracy)和填充效率来改变隔室114的数量。

粉末计量装置100还包括顶部密封盘122和底部密封盘124,当转子110和隔室114在它们之间围绕轴112旋转时,该顶部密封盘122和底部密封盘124保持固定。顶部密封盘122和底部密封盘124当隔室114在粉末接收位置和粉末分配位置之间旋转时密封这些隔室114,如下面更详细地论述的。除了防止粉末从隔室114脱离之外,密封盘122、124还密封所述隔室以防止空气进入到隔室中或从隔室中离开,并且提供气密性环境。顶部密封盘122包括与上部壳体102a的入口孔106相对应的输入孔126,并且底部密封盘124包括与下部壳体102b的出口孔108相对应的输出孔128。处于顶部密封盘122和上部壳体102a之间的顺应性密封件130提供空气密封,并且有助于防止粉末从上部壳体102a的入口孔106和顶部密封盘122的输入孔126之间脱离。顺应性密封件130在两侧上具有粘合剂,并且其通过第一粘合剂侧粘附到顶部盘122,并通过第二粘合剂侧粘附到上部壳体102a。顺应性密封件130具有开口,该开口与上部壳体102a的入口孔106和顶部密封盘122的输入孔126相对应并且处于它们之间。处于底部密封盘124的输出孔128和下部壳体102b的出口孔108之间的下部顺应性密封环132也提供空气密封,并且有助于防止粉末从输出孔128和出口孔108之间脱离。

图5示出了示例性粉末计量装置100的框图表示,其图示了隔室114在粉末接收位置和粉末分配位置之间的旋转。现在主要参考图1、图2和图5,隔室114可在它们旋转(例如,沿方向箭头134所示的方向)通过位于顶部密封盘122的输入孔126下方的粉末接收位置136时接收粉末。如图5中所示,粉末138可在重力的作用下例如从粉末料斗140落入到旋转经过粉末接收位置136(即,输入孔126下方)的每个隔室114中。随着隔室114继续旋转,它们越过位于底部密封盘124的输出孔128上方的粉末分配位置142。如图5中所示,粉末可在重力的作用下从隔室114落入到3d打印系统的另一区域中,例如气动输送系统144。

如上所述,顶部密封盘122和底部密封盘124当隔室114在粉末接收位置和粉末分配位置之间旋转时密封隔室114。在一些示例中,粉末接收位置和粉末分配位置可与3d打印系统的不同加压区域相关联。再次参考图5,例如,料斗140可用于在环境压力条件下收集和保持粉末138。因此,当隔室114旋转到输入孔126下方的接收位置136时,它在料斗140的环境压力环境中接收粉末。然而,当隔室114旋转到位于输出孔128上方的分配位置142时,它可将粉末分配到处于不同压力条件下的区域中。例如,如图5中所示,粉末138可被分配到气动输送系统144中,该气动输送系统144使用处于正压或负压下的气流使粉末在整个3d打印系统中移动。因此,粉末计量装置100使得粉末能够在3d打印系统的不同加压区域之间移动。

通过当隔室114在粉末接收位置和粉末分配位置之间旋转时密封隔室114,顶部密封盘122和底部密封盘124有助于粉末在3d打印系统的不同加压区域之间移动。当隔室114从粉末接收位置旋转到粉末分配位置时,它们旋转通过压力隔离位置,该压力隔离位置将所述隔室与接收位置和分配位置两者的压力环境阻隔。顶部密封盘122具有平面表面146(图1和图2),该平面表面146抵靠翅片116、中心轮毂118和外周轮120的顶部边缘齐平定位,以当隔室从粉末接收位置旋转到粉末分配位置时密封每个隔室114的顶部周界。类似地,底部密封盘124具有平面表面148,该平面表面148抵靠翅片116、中心轮毂118和外周轮120的底部边缘齐平定位,以当隔室从粉末接收位置旋转到粉末分配位置时密封每个隔室114的底部周界。防尘密封件150被固定到外周轮的顶部和底部边缘,以进一步控制可能从隔室114脱离的任何粉末。该防尘密封件150例如可由毛毡材料形成。

尽管上文已关于一次一个隔室114的情况论述了将粉末接收到隔室114中以及将粉末从隔室114分配,但是在其他示例中,多个隔室114可同时接收和分配粉末。例如,对于在转子110上旋转的三个相邻隔室114,该三个隔室中的第一个可几乎完全经过输入孔126,但仍部分地位于输入孔126下方,并且仍然接收粉末。同时,该三个隔室中的第二个可完全位于输入孔126下方并且接收粉末。同时,该三个隔室中的第三个可部分地处于输入孔126下方,并且在接收粉末的同时更完全地移动到输入孔126下方。在不同示例中,输入孔126和对应的入口孔106可包括不同的形状,以适应同时填充多个隔室114。例如,图1和图2中所示的输入孔126和对应的入口孔106包括椭圆形形状,以适应同时填充三个隔室114,如刚刚大致描述的那样。以类似的方式,在多个隔室114正被填充时,多个其他隔室114可同时通过输出孔128分配粉末。因此,粉末计量装置100使得能够在同时地将粉末从第一压力区接收到多个隔室中的同时,同时地将粉末从多个其他隔室114分配到第二压力区中。

再次总体上参考图1和图2,粉末计量装置100可包括齿轮系152,该齿轮系152由驱动马达154驱动,以驱动转子110和隔室114的旋转。例如,齿轮系152可接合转子110的外周界上的齿轮齿156。其他驱动机构也是可能的,例如带驱动系统或轴驱动系统。如上所述,粉末计量装置100的内部部件可被可压缩地包封在壳体102内。顶部密封盘122、转子110和底部密封盘124在壳体102内的压缩可增强隔室114的密封。如图1和图2中所示,例如压缩弹簧158之类的压缩机构158可有助于部件在壳体102内的压缩。其他压缩机构158也是可能的。在一些示例中,可压缩泡沫材料可被用于压缩机构158。泡沫材料压缩机构158可有助于在密封盘122和124各处提供更均匀的力。这可有助于维持密封盘122和124的平坦,而无需依靠这些盘的刚度。

图6示出了一框图,该框图图示了其中可实施粉末计量装置100的示例性3d打印系统160。系统160仅作为示例示出,而不意在表示完整的3d打印系统。示例性3d打印系统160可使用粉末状构建材料在构建区域162中打印3d物体,该粉末状构建材料通过气动粉末输送系统144在整个3d打印系统中输送。气动粉末输送系统144可包括压力鼓风机164,以在粉末状构建材料从例如一个或多个料斗的粉末储存源释放到输送管中时在这些管中施加压缩空气。例如,料斗可包括新材料料斗166、再循环材料料斗168和回收材料料斗170。

在一些示例中,料斗可将粉末状构建材料从一个压力环境分配到另一压力环境中。例如,料斗可处于环境压力环境中,同时将粉末输送到另一压力环境中,例如气动粉末输送系统144的加压环境。如本文关于各种示例所描述的,粉末计量装置100使得能够同时地从第一压力环境接收粉末以及将粉末分配到第二压力环境中。因此,在图6中所示的示例性3d打印系统160中,粉末计量装置100可被实施为将粉末从例如料斗166、168和170中的环境压力环境的第一压力环境输送到例如气动粉末输送系统144的加压环境的第二压力环境中。

图7示出了在3d打印系统内移动粉末的示例性方法700的流程图。示例性方法700与上面关于图1-6论述的示例相关联,并且可在这些示例的相关论述中找到方法700中所示的操作的细节。方法700可包括多于一种实施方式,并且方法700的不同实施方式可不采用图7的流程图中所呈现的每个操作。因此,虽然方法700的操作在该流程图内以特定顺序呈现,但是它们的呈现顺序并不意在限制实际可实施这些操作的顺序,或者限制是否可实施所有操作。例如,方法700的一种实施方式可通过执行若干个初始操作来实现,而不执行一个或多个后续操作,而方法700的另一种实施方式可通过执行所有操作来实现。

现在参考图7的流程图,在3d打印系统中移动粉末的示例性方法在框702处开始于当第一隔室旋转经过接收位置时,将粉末从第一压力区接收到该第一隔室中。在一些示例中,如框704处所示,接收粉末包括在多个隔室旋转经过接收位置时同时在该多个隔室中接收粉末。如框706处所示,方法700可继续进行:当第一隔室旋转经过分配位置时,将粉末从第一隔室分配到第二压力区中。在粉末被同时接收在多个隔室中的一些示例中,分配粉末可包括在多个隔室旋转经过分配位置时同时从该多个隔室分配粉末,如框708处所示。

在框710处继续,方法700可包括当第一隔室在接收位置和分配位置之间旋转时,将该第一隔室与第一压力区和第二压力区压力隔离。方法700还可包括在将粉末从第二隔室分配到第二压力区中时,同时将粉末从第一压力区接收于第一隔室中。

再多了解一些
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