生成三维对象的制作方法
【专利摘要】提供一种构造模块。该构造模块可包括：壳体；以及位于壳体中的构造材料腔，用于保持构造材料。该构造模块可包括位于壳体中的构造腔。构造材料腔可位于构造腔下方或在构造腔附近。构造腔可包括用于从构造材料分配器接收构造材料的连续层的可移动支撑构件。该构造模块可以被可移除地插入到增材制造系统的构造接收器中，以允许该增材制造系统对将被接收到可移动支撑构件上的连续层中的一部分进行固化。
【专利说明】生成三维对象
[0001]相关申请
[0002]本申请要求在2014年I月31日提交的、名称为“生成三维对象”的PCT申请第PCT/US2014/014025号的权益，该PCT申请的全部内容在此通过引用被并入本文并且本身要求在2014年I月16日提交的、名称为“生成三维对象”的PCT申请第PCT/EP2014/050841号的权益，该PCT申请的全部内容在此通过弓I用被并入本文。
【背景技术】
[0003]已提出一种基于逐层来生成三维对象的增材制造系统，以作为一种用于产生少量的三维对象的潜在便捷方式。
[0004]取决于所使用的增材制造技术的类型，通过这种系统所产生的对象的质量可能存在很大的差异。一般而言，低质量和低强度的对象可使用较低成本的系统来产生，而高质量和高强度的对象可使用较高成本的系统来产生。
【附图说明】
[0005]关联以下附图来描述一些示例:
[0006]图1a至图1c各自是根据一些示例的用于生成三维对象的构造模块的简化示意图；
[0007]图2a是根据一些示例的增材制造系统的简化透视图；
[0008]图2b是根据一些示例的用于增材制造系统的可移除式构造模块的简化透视图；
[0009]图2c是根据一些示例的用于增材制造系统的可移除式构造模块的简化透视图；
[0010]图2d是根据一些示例的构造模块的构造组件的简化透视图；
[0011]图2e是根据一些示例的构造模块的构造组件的简化侧视图；
[0012]图2f是根据一些示例的具有已接收的可移除式构造模块的增材制造系统的简化透视图；
[0013]图2g是根据一些示例的具有已接收的可移除式构造模块的增材制造系统的简化透视图；
[0014]图2h是根据一些示例的用于增材制造系统的可移除式构造模块的简化透视图；
[0015]图3是根据一些示例的构造模块的构造组件的简化侧视图；
[0016]图4是根据一些示例的用于图示三维对象的方法的流程图；以及
[0017]图5a至图5d示出根据一些示例的构造材料层的一系列横截面侧视图。
【具体实施方式】
[0018]当通过说明书或权利要求书记载时，以下的术语被理解为是指以下的含义。单数形式“一”、“一个”和“该”是指“一个或多个”。术语“包括”和“具有”如同术语“包含”一样，都旨在具有相同的包容性意义。
[0019]使用增材制造系统，三维对象可通过构造材料的一个或多个连续层中的部分的固化来生成。构造材料可以是基于粉末的，并且所生成的对象的属性取决于构造材料的类型以及所采用的固化机制的类型。在一些示例中，固化可通过使用液体粘合剂化学固化构造材料来实现。在其他示例中，固化可通过暂时性地将能量施加于构造材料来实现。例如，这可能涉及聚结剂的使用，该聚结剂是一种当适当量的能量被施加到构造材料与聚结剂的组合物上时可使该构造材料聚结及固化的材料。在其他示例中，可使用固化的其他方法。
[0020]然而，例如，一些增材制造系统可能具有不提供足够的灵活性和速度的设计。例如，当构造材料需要再次填充或该系统需要清理时，打印的连续性可能会难以维持。此外，在打印作业之间可能存在时间延迟。再者，在一些示例中，这些系统可能具有需要诸如处理构造材料及清理等高度的用户交互的设计。
[0021]因此，本公开提供了可被可移除地插入到增材制造系统中的构造模块。例如，模块化设计可通过允许诸如不同尺寸和/或多个构造模块等不同类型的构造模块同时被插入来提供多功能性。模块化设计还可通过允许更快的使用和在继续使用该系统的过程中具有较少的中断，例如允许连续性的打印作业之间以很少或没有时间延迟的方式完成，来使高生产率变得可能。构造模块可被提供有壳体，在该壳体中，构造腔、构造材料腔和/或电机可被提供以用于腔的移动。这种设计可允许构造模块在被移除时更快速地进行清理。构造模块也可被容易地插入到增材制造系统中以及从增材制造系统中被移除。
[0022]图1a是根据一些示例的构造模块10的简化示意图。构造模块10可包括壳体12、以及在壳体12中的用于保持构造材料的构造材料腔14。构造模块可包括在壳体12中的构造腔
16。构造材料腔14可在构造腔12下方。构造腔12可包括用于从构造材料分配器接收构造材料的连续层的可移动支撑构件18。构造模块10可被可移除地插入到增材制造系统的构造接收器中，以允许增材制造系统对将被接收到可移动支撑构件18上的连续层中的一部分进行固化。
[0023]图1b是根据一些示例的构造模块50的简化示意图。构造模块50可包括壳体52、以及在壳体52中的用于保持构造材料的构造材料腔54。构造模块50可包括在壳体52中的构造腔56。构造腔56包括用于从构造材料分配器接收构造材料的连续层的可移动支撑构件58。构造模块50可包括在壳体52中的计算机可读介质60。计算机可读介质60可包括用于表示构造模块50的特征的构造模块数据62。构造模块50可被可移除地插入到增材制造系统的构造空间中，以允许增材制造系统对将被接收到可移动支撑构件58上的连续层中的一部分进行固化。
[0024]图1c是根据一些示例的构造模块100的简化示意图。构造模块100可包括壳体102、以及在壳体102中的用于保持构造材料的构造材料腔104。构造模块100各自可包括在壳体102中的构造腔106。每一个构造腔106可包括用于从构造材料分配器接收构造材料的连续层的可移动支撑构件108。构造模块100可与另一个这样的构造模块同时被可移除地插入到增材制造系统的构造空间中，以允许增材制造系统对将被接收到可移动支撑构件108上的连续层中的一部分进行固化。
[0025]图2a是根据一些示例的增材制造系统200的简化透视图。增材制造系统200可包括壳体202 ο壳体202可容纳各种部件，诸如试剂分配器和其他部件，其将被更详细地讨论。
[0026]壳体202可包括侧壳体部分204、中央壳体部分206、以及后壳体部分208。这些壳体构件的表面可以定义包含有接收空间的构造接收器212。图2a示出具有长方体形状的接收空间212，但在其他的示例中，取决于侧壳体部分204、中央壳体部分206以及后壳体部分208的配置和形状，接收空间212可具有其他的形状。如图2a所示，中央壳体部分206和接收空间212可沿y轴方向延伸出足够的长度，使得系统200可被认为是宽格式系统。在其他示例中，中央壳体部分206和接收空间212可沿y轴方向具有更短或更长的长度。因此，在一些示例中，系统200可以是较小的桌面系统。
[0027]增材制造系统200可包括系统控制器256，系统控制器256可包括用于执行诸如在本文中所描述的那些方法的指令的处理器258。处理器258例如可以是微处理器、微控制器、可编程门阵列、专用集成电路(ASIC)、计算机处理器等等。处理器258例如可包括在一个芯片上的多个核、跨多个芯片的多个核、跨多个设备的多个核、或者它们的组合。在一些示例中，处理器258可包括至少一个集成电路(1C)、其他控制逻辑、其他电子电路、或它们的组入口 ο
[0028]控制器256可支持直接的用户交互。例如，系统200可包括被联接到处理器258的用户输入装置，诸如键盘、触控板、按钮、键板、拨号盘、鼠标、轨迹球、读卡器、或其他输入装置中的一个或多个。此外，系统200可包括被联接到处理器212的输出装置，诸如液晶显示器(LCD)、打印机、视频监视器、触摸屏显示器、发光二极管(LED)、或其他输出装置中的一个或多个。输出装置可以响应于指令，以显示文本信息或图形数据。
[0029]处理器258可经由通信总线与计算机可读存储介质260通信。计算机可读存储介质260可包括单个介质或多个介质。例如，计算机可读存储介质260可包括ASIC的存储器及控制器256中的单独存储器中的一个或两个。计算机可读存储介质260可以是任何电子的、磁性的、光学的、或其他物理的储存装置。例如，计算机可读存储介质260可以例如是随机存取存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器、光盘驱动器、存储驱动器、⑶、DVD、和类似物。计算机可读存储介质260可以是非暂时性的。计算机可读存储介质260可存储、编码、或携带计算机可执行指令262，计算机可执行指令262在由处理器258执行时，可使处理器258执行根据各种示例的在本文中公开的方法或操作中的任意一个或多个。
[0030]图2b至图2c是根据一些示例的用于增材制造系统200的可移除式构造模块214的简化透视图。构造模块214可包括壳体216。轮子218可被附接至壳体216的底表面，使得构造模块214可类似于手推车似地被滚动。可替代地，可以提供固定支柱而非轮子。然而，在一些示例中，并没有附接轮子218或支柱。盖子222可被可移除地联接到壳体216，以形成构造模块214的顶表面的部分。如图2b所示，当盖子222被移除时，可以露出可被容纳在壳体216中的构造组件224。图2c示出盖子被附接。壳体216和盖子222可以防止构造材料意外地从构造模块214中逸出。
[0031]如在图2c中所示，构造组件224可以通过用户使用被附接于构造组件224的侧表面的手柄220，如抽屉般从壳体216中被移除。附加的手柄可被提供在构造组件224的表面上。在其他示例中，例如，当用户提供诸如在壳体216、构造组件224、或在系统200上按下按钮等输入时，可以使用自动的和/或电子的机制来自动地打开该抽屉。
[0032]图2d至图2e分别是根据一些示例的构造模块214的构造组件224的简化透视图和简化侧视图。如所示的，构造组件224已完全从壳体216中被移除。构造组件224可包括构造材料腔226和构造腔228。
[0033]支撑构件230可被提供在构造材料腔224中。活塞232可被附接至支撑构件230的底表面。电机234可驱动活塞232以使支撑构件230可沿z轴移动。同样地，支撑构件236可被提供在构造腔228中。活塞238可被附接至支撑构件236的底表面。电机240可驱动活塞238以使支撑构件236可沿z轴移动。在一个示例中，支撑构件230和236可具有在从大约10厘米乘10厘米至100厘米乘100厘米的范围内的尺寸。在其他示例中，支撑构件230和236可以具有更大或更小的尺寸。
[0034]图2e示出在位于构造材料腔226中的支撑构件230的顶表面上的储存区中的构造材料246。图2e还示出构造材料的先前已沉积的层248，该先前已沉积的层248位于构造腔228中的支撑构件238的顶表面上。该先前已沉积的构造材料248包括部分250，该部分250已使用增材制造系统200被处理并被固化成三维对象的部分。
[0035]在一些示例中，构造材料可以是基于粉末的构造材料。正如本文中所使用的，术语“基于粉末的材料”旨在包括基于干燥和潮湿的粉末两者的材料、颗粒状材料、以及微粒状材料。在一些示例中，构造材料可包括空气和固体聚合物颗粒的混合物，例如，比例约为40 %的空气和约为60 %的固体聚合物粒子。一种适当的材料可以是可例如从西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich C0.LLC)获得的尼龙12。另一种适当的尼龙12材料可以是可从易欧司光电技术有限公司(Electro Optical Systems EOS GmbH)获得的PA 2200。适当的构造材料的其他实例可包括例如:粉末状金属材料、粉末状复合材料、粉末状陶瓷材料、粉末状玻璃材料、粉末状树脂材料、粉末状聚合物材料、等等。然而，应当理解的是，这里所描述的示例并不局限于基于粉末的材料或上面所列出的任何材料。在其他示例中，构造材料可以是膏状物或凝胶。根据一个示例，适当的构造材料可以是粉末状的半结晶热塑性材料。
[0036]构造组件224可包括构造材料分配器242，诸如，举例来说刮片或辊。构造材料分配器242可通过电机244来驱动，以将构造材料的连续层从构造材料腔226中的支撑构件230提供(例如递送和/或沉积)到构造材料腔228中的支撑构件236 ο然而，在其他示例中，构造材料分配器242可以是系统200的组件并被附接至壳体202或在壳体202中。
[0037]回到图2a，固定器构件252可在中央壳体部分206的底表面处被附接至壳体22。可替代地或另外地，固定器构件可被附接至侧壳体部分204和/或后壳体部分208。在图2a中，固定器构件252被示出沿中央壳体部分206的长度纵向延伸，但在其他示例中，固定器构件252可以具有其他的配置。在一些示例中，可在沿中央壳体部分206的底表面的长度的不同点处提供多个单独的固定器构件252。
[0038]回到图2b，固定器构件254可被附接至壳体216的顶表面。可替代地或另外地，固定器构件可被附接至壳体216的任何其他的表面，这包含四个侧面中的任何一个。在图2b中，固定器构件254被示出沿壳体216的长度纵向延伸，但在其他示例中，固定器构件254可以具有其他的配置。在一些示例中，可在沿壳体216的顶表面的长度的不同点处提供多个单独的固定器构件254。
[0039]固定器构件252和254可以被联接在一起，使得增材制造系统200可在接收空间212中可移除地被联接至构造模块214以及可移除地接收构造模块214。如所示的，构造模块214可侧向地或大致侧向地，诸如水平地或大致水平地，被接收到接收空间212中。固定器252和254可以是磁性固定器、机械固定器、和/或其他类型的固定器。
[0040]如果固定器252和254是磁性固定器，则它们各自可以是磁性的，这意味着它们各自可以由适当的材料制成，使得它在磁场存在的情况下会经受到力，和/或其自身产生磁场。因此，当固定器252和254足够靠近时，它们会被吸引，以将构造模块214锁在增材制造系统200中。例如，固定器252和254可包括永久性磁铁，诸如铁磁体、或反铁磁体、亚铁磁体、顺磁体、抗磁体、或电磁铁。
[0041]如果固定器252和254是机械式固定器，则固定器252和254中的一个可以是锁闩构件而另外一个是接收构件。例如，锁闩可以被插入到或附接至接收构件，以将构造模块214锁在增材制造系统200中。
[0042]正如将要被讨论的，当构造模块214被插入在系统200的接收空间212中时，旨在将盖子222移除，使得系统中的诸如试剂分配器、能量源、加热器、和传感器等部件可以能够与构造腔228以及在其中的任何构造材料交互。
[0043]图2f至图2g是根据一些示例的具有已接收的可移除式构造模块的增材制造系统的简化透视图。一般而言，构造模块可沿X轴方向或y轴方向具有任意的长度。例如，如所示的，各种尺寸的构造模块214a至214d可沿X轴方向具有任意的长度。例如，在图2g中，单个构造模块214d沿y轴方向具有允许构造模块214d被插入到系统200中时填充接收空间212的整个y轴长度的长度。在图2f中，沿y轴方向具有较小长度的多个构造模块214a至214c可沿y轴方向排列，以共同填充整个接收空间212。因此，在图2f中，构造模块214a至214c的构造腔和支撑构件可被排列成列。此外，在图2f中，具有不同长度的构造模块被示出，例如，构造模块214a至214c具有相对于彼此不同的长度。
[0044]图2h是根据一些示例的用于增材制造系统的可移除式构造模块214c的简化透视图。从图2f的系统200中被移除的构造模块214c被示出。如所示的，由于比图2b至图2e的构造模块214长，构造模块214c可以具有沿y轴方向比构造模块214的构造材料腔226长的构造材料腔226c，并且可以具有沿y轴方向比构造材料腔228长的构造腔228c。虽然未被示出，但构造模块214d可以具有沿y轴方向跨越构造模块214d的整个长度的腔。
[0045]另外，虽然未被示出，但构造模块和腔室也可以沿X轴方向在宽度上变化。
[0046]在一些示例中，可以使用构造模块和/或构造组件的不同配置。图3是根据一些示例的构造模块的构造组件324的简化侧视图。除了能够可移除地接收构造组件224外，图2b至图2c的壳体216还可以能够可移除地接收构造组件324。当构造组件324在壳体216内部时，盖子222可从壳体216中移除，以露出构造组件324及其构造腔328。
[0047]构造组件324可以通过用户使用被附接至构造组件324侧表面的手柄，如抽屉般从壳体216中移除。附加的手柄可被提供在构造组件324的表面上。在其他示例中，例如，当用户提供诸如在壳体216、构造组件324、或系统200上按下按钮等输入时，可以使用自动的和/或电子的机制来自动地打开抽屉。
[0048]在图3中，构造组件324已经完全从壳体216中被移除。构造组件324可包括构造材料腔326和构造腔328 ο构造材料腔326可以在构造材料腔328之下。例如，这可以允许构造材料腔328是宽的，使得构造材料的宽层可以被递送于此。
[0049]支撑构件330可被提供在构造材料腔326中。构造材料246被示出位于构造材料腔326中的支撑构件330的顶表面上的储存区中。支撑构件330可被倾斜，以允许构造材料246通过重力而滑下。支撑构件336可被提供在构造腔328中。构造材料的先前已沉积的层248被示出为在构造腔328中的支撑构件336的顶表面上。该先前已沉积的构造材料248包括已使用增材制造系统200被处理并被固化成三维对象的部分的部分250。活塞338可被附接至支撑构件336的底表面。电机340可以驱动活塞338，以使支撑构件336沿z轴可移动。在一个示例中，支撑构件330和336可具有在从约10厘米乘10厘米至100厘米乘100厘米的范围内的尺寸。在其他示例中，支撑构件330和336可以具有更大或更小的尺寸。
[0050]一个或多个构造材料分配器332、384和342可被用来将构造材料的连续层从构造材料腔326中的支撑构件330提供(例如递送和/或沉积)到构造材料腔328中的支撑构件336 ο例如，构造材料分配器332 (比如可旋转的球、轮子或辊)可以被附接在构造材料腔326中。如通过弯曲箭头所示出的，电机234可驱动构造材料分配器332来旋转，以移动构造材料246。如通过箭头所示出的，附接至组件324的构造材料分配器384(例如递送器)可通过电机344被驱动，以随后使构造材料246在z轴方向上向上移动。在其他示例中，构造材料分配器384可以是具有叶片的旋转系统，叶片在旋转时使构造材料246在z轴方向上向上移动。被附接至构造组件324的构造材料分配器384(例如，刮片或辊)可通过电机344被驱动来在X轴方向上纵向移动，以将构造材料242滚动到构造材料腔328中的支撑构件336上。在一些示例中，构造材料分配器342可以是系统200的部件并附接至壳体202或在壳体202中。
[0051]在一些示例中，尽管未被示出，但在本文中所描述的任何构造组件都可使用构造材料分配器，来提供构造材料的气动或液压输送，其中这类构造材料分配器可通过电机被驱动。
[0052]在一些示例中，构造模块214可包括具有与之前所描述的控制器256和计算机可读介质260类似的特征的控制器和计算机可读介质。在这样的示例中，计算机可读介质可以存储用于指定构造模块214的特征的数据和/或指令，例如其大小、其每个腔的大小、被提供在其构造材料腔中的所储存的构造材料的类型等等。当构造模块214被插入到系统200中以用于生成三维对象时，这些数据和/或指令可被存储以供控制器256访问。在一些示例中，构造模块上的具有与先前所讨论的控制器256的输入装置类似的功能的输入装置，可以从用户接收关于存储在构造模块214中的构造材料的类型的输入。在一些示例中，构造模块214上的传感器可以自动检测构造材料的类型。
[0053]增材制造系统200可包括聚结剂分配器268，以选择性地将聚结剂传送至被提供在一个或多个构造腔228中的一个或多个支撑构件236上的构造材料的连续层，该聚结剂分配器将被讨论。聚结剂是一种当适当量的能量被施加于构造材料与聚结剂的组合物上时可使构造材料进行聚结并固化的材料。根据一个非限制性的示例，适当的聚结剂可以是墨水型态的配方，包含炭黑，诸如例如可从惠普公司获得的在市场上被称为CM997A的墨水配方。在一个示例中，这种墨水可附加地包含一种红外光吸收剂。在一个示例中，这种墨水可附加地包含一种近红外光吸收剂。在一个示例中，这种墨水可附加地包含一种可见光吸收剂。包含可见光增强剂的墨水的示例是基于染料的彩色墨水和基于颜料的彩色墨水，诸如可从惠普公司获得的在市场上被称为CM993A和CE042A的墨水。
[0054]控制器256根据包括被存储在计算机可读介质260中的试剂递送控制数据266的指令，可对聚结剂至所提供的构造材料层的选择性递送进行控制。
[0055]试剂分配器268可以是打印头，诸如热敏打印头或压电喷墨打印头。打印头可以具有喷嘴阵列。在一个示例中，可以采用诸如那些通常被用在市场上可获得的喷墨打印机中的打印头。在其他示例中，这些试剂可通过喷嘴而不是通过打印头被递送。也可以采用其他的递送机制。
[0056]当聚结剂采用诸如液体等适当的流体形式时，试剂分配器268可被用于选择性地递送(例如沉积)聚结剂。在一些示例中，试剂分配器268可以被选择以300到1200每英寸点(DPI)之间的分辨率(例如600DPI)来递送滴剂。在其他示例中，试剂分配器268可被选择以能够在较高或较低的分辨率下递送滴剂。在一些示例中，试剂分配器268可具有喷嘴阵列，通过该喷嘴阵列，试剂分配器268能够选择性地喷射出液滴。在一些示例中，每个液滴可为约每滴10微微升(pi)的数量级，然而在其他示例中，也可以采用能够递送尺寸更大或更小的液滴的试剂分配器268。在一些示例中，还可以采用能够递送可变大小的液滴的试剂分配器268。
[0057]在一些示例中，试剂分配器268可以是系统200的集成部分。在一些示例中，试剂分配器268可以是用户可替换的而不是固定的，在这种情况下，它可以被可移除地接收(例如，可插入)到系统200的适当的试剂分配器接收器(例如接口模块)中。
[0058]在图2a的示例中，试剂分配器268在X轴方向上具有一长度，该长度使得试剂分配器268能够在所谓的页宽阵列配置中跨越在构造模块214的支撑构件236或336的X轴方向上的整个宽度。在一个示例中，这可以通过多个打印头的适当配置来实现。在其他示例中，可以采用具有喷嘴阵列的单个打印头，该喷嘴阵列具有使得它们能够跨越支撑构件236或336的宽度的长度。在其他示例中，试剂分配器268可以具有一较短的长度，该长度不能使它们跨越支撑构件236或336的整个宽度。
[0059]如通过箭头270所示出的，试剂分配器268可被安装在可移动的滑架上，以使其能够沿所示出的y轴跨过一个或多个支撑构件236或336系列的整个长度双向移动。这使得能够以单次行程跨过支撑构件236或336的整个宽度和长度选择性递送聚结剂。
[0060]应当注意的是，本文所使用的术语“宽度”一般用来表示在与图2a至图2e中所示的X轴和y轴平行的平面中的最短尺寸，而本文所使用的术语“长度”一般用来表示在该平面中的最长尺寸。然而，将被理解的是，在其他示例中，术语“宽度”可以与术语“长度”互换。例如，在其他示例中，试剂分配器268可具有使得它能够跨越支撑构件236或336的整个长度的长度，同时可移动滑架可跨过支撑构件236或336的宽度双向移动。
[0061 ]在另一个示例中，试剂分配器268并不具有使得它能够跨越支撑构件236或336的整个宽度的长度，但另外地在所示出的X轴上能够跨过支撑构件236或336的宽度双向移动。该配置使用多次行程使能够跨过支撑体204的整个宽度和长度选择性地递送聚结剂。然而，诸如页宽阵列配置等其他的配置可使三维对象能够被更快地创建。
[0062]聚结剂分配器268可包括聚结剂的供给，或者可被连接到一个单独的聚结剂供给。
[0063]在一些示例中，可能存在诸如试剂分配器274等附加的聚结剂分配器。在一些示例中，系统200的分配器可位于同一滑架上，不是彼此相邻就是隔开一短距离。在其他示例中，两个或更多个滑架各自可包含一个或多个分配器。例如，每一个分配器可位于其自身单独的滑架上。任何附加的分配器可具有与之前参考聚结剂分配器268所讨论的特征类似的特征。然而，在一些示例中，不同的试剂分配器可以递送例如不同的聚结剂。
[0064]系统200可附加地包括被附接到壳体202的能量源272。能量源272可将能量施加于构造材料，以根据聚结剂已被递送或已渗透到哪里来使该构造材料的部分固化。在一些示例中，能量源272是红外线(IR)辐射源、近红外线辐射源、或卤素辐射源。在一些示例中，能量源272可以是能够均匀地将能量施加给被沉积在支撑构件236或336上的构造材料的单个能量源。在一些示例中，能量源272可以包括能量源阵列。
[0065]在一些示例中，能量源272被配置为以基本均匀的方式将能量施加到构造材料层的整个表面。在这些示例中，能量源272可被称为未聚焦的能量源。在这些示例中，整个层可具有同时被施加于其上的能量，这可能有助于提升三维对象被生成的速度。
[0066]在其他示例中，能量源272被配置为以基本均匀的方式将能量施加到构造材料层的整个表面的一部分。例如，能量源272可被配置为将能量施加给构造材料层的整个表面的一条带。在这些示例中，能量源可被移动或扫描跨过构造材料层，使得基本相等量的能量最终被施加给构造材料层的整个表面上。
[0067]在一些示例中，能量源272可被安装在可移动的滑架上。
[0068]在其他示例中，当能量源272移动跨过构造材料层时，能量源272可以例如根据试剂递送控制数据208施加可变量的能量。例如，控制器210可以控制该能量源仅将能量施加到已在其上施加有聚结剂的构造材料的部分。
[0069]在进一步的示例中，能量源272可以是诸如激光束等聚焦的能量源。在这个示例中，激光束可以被控制来跨过构造材料层的整体或一部分进行扫描。在这些示例中，激光束可被控制以根据试剂递送控制数据来跨过构造材料层进行扫描。例如，激光束可被控制以将能量施加到聚结剂已被递送至其上的一层中的那些部分。
[0070]在一些示例中，系统200可附加地包括加热器或预加热器，该加热器或预加热器发射热量以将被沉积在支撑构件236上的构造材料维持在预定的温度范围内。加热器可具有加热单元的阵列。加热单元各自可以是任何适当的加热单元，例如诸如红外线灯等热灯。可以对该配置进行优化，以向由构造材料所跨越的区域提供均匀的热分布。每一个加热单元或加热单元组可具有可调整的电流或电压供给，以可变地控制被施加到构造材料表面上的局部能量密度。
[0071]图4是根据一些示例的图示生成三维对象的方法400的流程图。该方法可以是计算机所实现的。在一些示例中，所示出的顺序可以改变，使得一些步骤可以同时进行，也可以添加一些步骤，并且也可以省略一些步骤。在描述图3时，参考了图2a、图2e、图3和图5a至图5d。图5a至图5d示出根据一些示例的构造材料层的一系列横截面侧视图。
[0072]在402处，控制器210可获取试剂递送控制数据208。试剂递送控制数据208可以为将被生成的三维对象的每一个切片定义在构造材料上的部分或位置，如果存在的话，则聚结剂将被递送至该部分或位置。试剂递送控制数据208可通过在系统200中或外部的适当的三维对象处理系统来得到。在一些示例中，试剂递送控制数据208可以基于表示将被生成的对象的三维模型的对象设计数据来产生，和/或从表示对象属性的对象设计数据中产生。该模型可以定义该对象的实心部分，并且可通过三维对象处理系统进行处理以生成该模型的平行平面的切片。每一个切片可定义将通过增材制造系统被固化的构造材料的相应层的一部分。对象属性数据可定义该对象的诸如密度、表面粗糙度、强度等属性。
[0073]在404处，构造模块214上的计算机可读介质可以例如基于用户输入或通过传感器的检测来确定和/或存储构造模块数据，该构造模块数据表示诸如正在被使用的构造材料的类型等构造模块特征。正如前面所讨论的，诸如构造模块的物理尺寸等构造模块的其他特征可以被预先存储在计算机可读介质上。
[0074]在406处，一个或多个构造模块214可通过系统200被接收。系统200的控制器256可以访问构造模块214的计算机可读介质，以获知构造模块数据。
[0075]在408处，如在图5a中所示，构造材料的层276可被提供。例如，控制器210可以控制构造分配器242，以在图2e和图4a中所示出的先前已完成的层248上提供该层276。该已完成的层248可包括固化的部分250。虽然为了图示的目的而在图5a至图5d中示出已完成的层248，但应该理解的是，最初可应用步骤408至412来生成第一层248。
[0076]在一些示例中，诸如若构造组件224被使用，则层276可被如下地递送。参考图2e和图4a，构造材料腔226中的支撑构件230可通过活塞232在z轴方向上以使得所存储的构造材料246的一部分延伸出构造组件224的顶部边缘这样的方式被定位。构造腔228中的支撑构件236可通过活塞236在z轴方向上以使得预定的间隙被提供在构造材料的先前已沉积的层248上方这样的方式被定位。构造材料分配器242可随后在X轴方向上纵向地移动，以将所存储的构造材料246的延伸部分滚入到该预定的间隙内，而在构造腔228中创建新的层276。该递送可基于被存储在构造模块的计算机可读介质中的关于构造模块特征的数据和/或指令。
[0077]在一些示例中，诸如若构造组件324被使用，则层276可被如下地递送。参考图3和图4a，构造材料腔326中的支撑构件330可通过活塞332在z轴方向上以使得所存储的构造材料246的一部分延伸出构造组件324的顶部边缘这样的方式被定位。构造腔328中的支撑构件336可通过活塞336在z轴方向上以使得预定的间隙被提供在构造材料的先前已沉积的层248上方这样的方式被定位。然后，可使用构造材料分配器332、384和342来递送层276。所存储的构造材料246可沿图3中的箭头移动并被滚入到该预定的间隙内，以在构造腔228中创建新的层276。该递送可基于被存储在构造模块的计算机可读介质中的关于构造模块特征的数据和/或指令。
[0078]在410处，如在图5b中所示，聚结剂278可被选择性地递送至构造材料的层276的表面的一个或多个部分。聚结剂278的选择性递送可以以试剂递送控制数据208可定义的模式在层276的各部分上执行，以变成固体来形成正被生成的三维对象的部分。“选择性递送”是指聚结剂会以各种模式被递送至构造材料的表面层的选定部分。该模式可通过试剂递送控制数据208来定义，并基于被存储在构造模块的计算机可读介质中的关于构造模块特征的数据和/或指令。
[0079]图5c示出基本上已完全渗透入构造材料的层276中的聚结剂278，但在其他示例中，渗透的程度可以小于100%。
[0080]在412处，预定水平的能量可被暂时性地施加给构造材料的层276。在不同的示例中，所施加的能量可以是红外线或近红外线能量、微波能量、紫外(UV)光、素光、超声波能量等等。能量的暂时性施加会致使聚结剂278已被递送至其上或已经渗透到其中的构造材料的部分升温超过构造材料的熔点并进行聚结。在冷却时，已聚结的部分变成为固体并形成该正被生成的三维对象的部分。正如前面所讨论的，一个这样的部分250可能已经在先前的迭代中被生成。在能量的施加过程中，所吸收的热可能会传播到先前已固化的部分250，从而致使部分250的一部分升温超过它的熔点。如在图5d中所示，这种效果有助于创建部分280，该部分280在已固化的构造材料的相邻层之间具有强的层间粘合。
[0081]在构造材料层已经如上所述被处理之后，可以在构造材料的先前已处理过的层的顶部提供构造材料的新层。通过这种方式，构造材料的先前已处理过的层充当构造材料层的随后层的支撑体。随后可重复块408至412的过程，以逐层生成三维对象。
[0082]此外，在块408至412期间的任何时刻，附加的构造模块214可通过系统200(诸如在块406处)被接收。因此，虽然方法400是通过块408至412来进行迭代，但该方法400的平行实例可以继续进行，使得系统200可以通过在不同的构造模块214上的不同的三维对象来一次执行多个打印作业。在其他示例中，紧跟在方法400的第一实例已经完成并且生成了三维对象之后，方法400的第二实例可以继续执行块408至412，使得第二个三维对象可以紧跟在第一个三维对象被完成之后被生成，在其之间有很少的或没有时间延迟。
[0083]此外，在一些示例中，在生成三维对象期间，即使构造模块214需要清理或重新填充，也可能存在很少的或没有时间延迟。例如，如果构造模块214需要被清理或重新填充，则构造模块214可以从系统200中被移除，同时系统200继续在其他构造模块214中生成其他的三维对象。另外，构造模块214的设计，例如其全功能的包括图2d至图2e中的电机234和240或图3中的电机334、340、344和344的构造系统，可以允许构造模块214能够被快速和容易地清理。例如，壳体216可以有助于阻止构造材料逸出到构造模块214中所不希望的位置处。此夕卜，构造模块214可被插入清理装置中，该清理装置可以例如自动清理构造模块214的部分，同时电机正在运行，使得构造材料可以从构造模块214的部件中被摇出。在一些示例中，例如当电机正在运行时，在清理中的手动步骤也可以被执行。
[0084]在本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征、和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤都可以以任何组合的方式被组合，除非在那些组合中至少有一些这样的功能和/或步骤是互斥的。
[0085]在上述的描述中，许多的细节被阐述以提供对本文所公开的主题的理解。然而，示例可以在没有这些细节的部分或全部的情况下被实现。其他的示例可包括来自上文所讨论的细节的修改和变化。所附权利要求旨在涵盖这些修改和变化。
【主权项】
1.一种构造模块，包括: 壳体； 位于所述壳体中的构造材料腔，用于保持构造材料；以及 位于所述壳体中的构造腔，所述构造材料腔位于所述构造腔下方，所述构造腔包括用于从构造材料分配器接收所述构造材料的连续层的可移动支撑构件， 所述构造模块被可移除地插入到增材制造系统的构造接收器中，以允许所述增材制造系统对将被接收到所述可移动支撑构件上的所述连续层的一部分进行固化。2.根据权利要求1所述的构造模块，进一步包括所述构造材料分配器，所述构造材料分配器用于将所述构造材料的连续层从所述构造材料腔提供到所述构造腔的所述支撑构件上。3.根据权利要求2所述的构造模块，进一步包括用于驱动所述构造材料分配器的电机。4.根据权利要求1所述的构造模块，其中所述壳体包括第一固定构件，所述第一固定构件联接到所述构造模块的第二固定构件，以将所述构造模块锁在所述壳体中。5.根据权利要求1所述的构造模块，其中所述构造模块大致侧向地以可移除的方式被插入到所述构造接收器中。6.一种构造模块，包括: 壳体； 位于所述壳体中的构造材料腔，用于保持构造材料；以及 位于所述壳体中的构造腔，所述构造腔包括用于从构造材料分配器接收所述构造材料的连续层的可移动支撑构件， 位于所述壳体中的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括表示所述构造模块的特征的构造模块数据， 所述构造模块被可移除地插入到增材制造系统的构造空间中，以允许所述增材制造系统对将被接收到所述可移动支撑构件上的所述连续层的一部分进行固化。7.根据权利要求6所述的构造模块，其中所述增材制造系统中的控制器将对以下中的至少一项进行控制: 通过所述构造材料分配器将所述构造材料提供给所述构造腔；以及 基于所述构造模块数据通过试剂分配器将聚结剂选择性地递送至所述构造材料。8.根据权利要求6所述的构造模块，其中所述特征包括将被保持在所述构造腔中的所述构造材料的类型。9.根据权利要求8所述的构造模块，进一步包括用于检测所述构造材料的所述类型的传感器。10.根据权利要求6所述的构造模块，其中所述特征作为来自用户的输入被接收在所述计算机可读介质中。11.一种用于增材制造系统的构造模块，所述构造模块包括: 壳体； 位于所述壳体中的构造材料腔，用于保持构造材料；以及 位于所述壳体中的构造腔，所述构造腔包括用于从构造材料分配器接收所述构造材料的连续层的可移动支撑构件， 所述构造模块与另一个这样的构造模块同时被可移除地插入到增材制造系统的构造空间中，以允许所述增材制造系统对将被接收到所述可移动支撑构件上的所述连续层的一部分进行固化。12.根据权利要求11所述的构造模块，其中所述构造材料分配器是所述增材制造系统的部分，所述构造模块被可移除地插入到所述增材制造系统中。13.根据权利要求11所述的构造模块，其中所述构造材料腔包括用于保持所述构造材料的可移动支撑构件。14.根据权利要求11所述的构造模块，其中所述构造模块大致侧向地以可移除的方式被插入到所述构造空间中。15.—种增材制造系统，用于可移除地接收根据权利要求1所述的构造模块。
【文档编号】B29C67/00GK105916661SQ201480073303
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年3月31日
【发明人】费尔南多·朱昂, 亚历杭德罗·曼纽尔·德·佩尼亚, 埃斯特韦·科马斯, 爱德华·达莱·戴维斯
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业