分配粉末的制作方法

增材制造机(有时被称为3D打印机)通过堆积材料层来生产物体。数字数据可以被处理为多个切片，每个切片限定一层或多层构建材料中将被形成在物体中的那部分。在一些增材制造机中，物体切片被形成在成层涂布在工作区域上的粉末状构建材料中。热量可以被用于将连续粉末层中的每层中的微粒熔融在一起以形成坚固物体。用于熔融每层中的构建材料的热量可以例如通过将液体熔剂施加到物体的单个切片的图案中的粉末且然后将图案化区域暴露到光或其他能源来产生。熔剂吸收能量以帮助烧结、熔化或以其他方式熔融图案化粉末。制造可以逐层和逐切片来进行直至完成物体。

附图说明

图1和图2是示出实施具有粉末送料机的一个示例的粉末状构建材料供应系统的增材制造机的框图。

图3和图4是示出粉末送料器的一个示例的透视图，该粉末送料器诸如可以被用在图1和图2中所示的增材制造机的构建材料供应系统中。

图5是沿着图3中的线5-5截取的截面。

图6和图7是图3-图5中所示的示例送料器的透视图，其中槽被移除以更好示出粉末分配器(distributor)和粉末分发器(dispenser)。

图8和图9分别是来自图6和图7的详图。

图10-图13是示出图3-图7中所示的示例送料器中的粉末分配器板的运动的一个示例的平面图。

图14是在图3-图13中所示的示例送料器中的粉末分配器板的透视图。

图15是沿着图14中的线15-15截取的截面图。

图16是来自图15的详图。

图17是来自图14的详图。

图18-图22示出用于由图3-图13中所示的示例送料器来分配和分发粉末的一个示例。

附图未必按比例绘制。在整个附图中，相同零件编号指示相同零件或相似零件。

具体实施方式

已经开发一种用于增材制造的系统，用以将粉末状构建材料从供应储存器移动到暂存区域，在该暂存区域中，粉末被提供给涂布辊或其他设备，以层铺在工作区域上。系统利用机械送料器，该机械送料器将粉末从槽的底部处的点源入口分配到槽的顶部处的线供给出口，在该线供给出口处，粉末可以被提供给横跨工作区域的全宽度的层铺设备。通过使得粉末能够从储存器输送到一点，而不是输送到一区域或沿着一线输送，送料器允许粉末被更有效地从位于工作区域下方的储存器供应。

以下描述和附图中所示的示例示出但不限制本专利的范围，本专利的范围在随附于本说明书的权利要求书中限定。

图1和图2是示出实施具有粉末送料机14的一个示例的粉末状构建材料供应系统12的增材制造机10的框图。图3-图17详细示出示例送料器14。图1和图2中的机器10仅仅是用于实施供应系统12的增材制造机的一个示例。供应系统12的示例可以以其他类型或配置的增材制造机来实施。并且，送料器14的示例不限于用于增材制造的粉末供应，而是也可以在其他粉末分配机或其他粉末分配系统中实施。

参照图1和图2，增材制造机10包括具有送料器14和供应储存器16的供应系统12，该供应储存器16可操作地连接送料器14以将粉末状构建材料18供应到工作区域20。图1和图2中的送料器14被配置为将粉末从点源入口22分配到线供给出口24，在该线供给出口24处，一细长堆26粉末18(图1)被提供给涂布辊28以层铺在工作区域20上。虽然在图1的框图中不明显，但是粉末堆26延伸工作区域20的全宽度，例如如图22中所示。在图1和图2所示的示例中，单个粉末储存器16供应工作区域20的每侧上的送料器14。到送料器14的点源入口帮助能够实现用于从供应储存器16输送粉末的更多选择。例如，粉末可以通过闭合管道从单个供应储存器16被泵送或被螺旋推送到工作区域20的一侧上的送料器14，或者被泵送或被螺旋推送到工作区域20的两侧上的送料器14。

涂布辊28被安装到可移动托架30，该可移动托架30例如沿着轨道32在工作区域20上方来回地传送辊28。在所示的示例中，送料器14位于工作区域20的每侧处，使得随着辊28在工作区域上方来回地传递，构建材料18可以被提供给涂布辊28，且因此被层铺到工作区域20上。图2示出辊28将粉末状构建材料18层铺在工作区域20上。

图1和图2中的增材制造机10也包括熔剂分发器34和光源或其他熔融能量源36。在本示例中，熔剂分发器34被安装到可移动托架38，该可移动托架38在轨道32上在工作区域20上方来回地传送分发器34。并且，在本示例中，能量源36被实施为安装到辊托架30的一对能量棒36。在操作中，随着托架38上的熔剂分发器34在工作区域20上方移动，熔剂以对应于物体切片的图案被选择性施加到层铺的构建材料。随着传送能量棒36的托架28在工作区域20上方移动，一个或两个能量棒36被供给能量以将图案化区域暴露到光或其他电磁辐射，从而熔融构建材料，在该构建材料中已经施加熔剂。熔剂吸收能量以帮助烧结、熔化或以其他方式熔融图案化构建材料。制造可以逐层和逐切片进行直至完成物体。本文所使用的“工作区域”意指用以支撑或容纳用于熔融的构建材料的任何合适的结构区域，包括底层构建材料和处理中的(in-process)切片以及其他物体结构。

图3-图17示出送料器14的一个示例，该送料器14诸如可以被用在图1和图2中所示的增材制造机10的构建材料供应系统12中。一些零件的取向参照三维笛卡尔坐标系中的X轴线、Y轴线和Z轴线来描述，在该三维笛卡尔坐标系中，X、Y和Z方向或轴线是彼此正交的，由两个轴线限定的平面正交于由其他任何两个轴线形成的平面，且由两个轴线形成的一个平面平行于由那些相同两个轴线形成的其他任何平面。

首先参照图3-图5，送料器14包括槽40；粉末分配器42，用于将粉末沿着槽40的长度来分配；以及分发器44，用于将粉末从槽40分发，例如分发到图1和图2中所示的涂布辊28。槽40的一部分在图4中被剖开以更清晰地示出分配器42和分发器44的部件。分配器42包括槽40内部的有孔板46和用于使该板46振动的往复线性致动器48。分发器44包括叶片50和用于旋转叶片50的旋转致动器52。如以下参照图18-图22详细所述，板46的往复动作将粉末远离槽40的底部处的中心入口进行分配，使得粉末可以由叶片50沿着槽的全长度来扫除且例如提供给横跨增材制造机中的工作区域的全宽度的层铺设备。

图6和图7的透视图省略槽40以更好示出分配器42和分发器44的一些部件。图8和图9分别是取自图6和图7的详图。现在也参照图6-图9，在本示例中，用于分配器42的线性致动器48包括偏心轮54和从动件56以在板46中生成期望往复运动。最好如图8中所见，马达58通过马达传动齿轮60和被连接到轴64的减速齿轮62来驱动偏心轮56。从动件56通过一对驱动轴66将往复线性运动传输到板46。连接到偏心轮54的飞轮67可以被用于帮助维持适当的运动控制以实现沿着板46的期望的粉末分配。如图3和图4中所示，板46在一端处在驱动轴66上且在另一端处在轴70上被支撑在底盘68中。轴衬或其他合适的轴承(未示出)被插入在底盘68与轴66、70之间以允许轴在底盘中滑动。

最好如图9中所见，用于分发器44的旋转致动器52包括马达72，该马达72通过传动系74可操作连接到叶片50。在本示例中，传动系74包括马达传动齿轮76、啮合该传动齿轮76的减速齿轮78、由减速齿轮78驱动的蜗杆传动部80、以及连接在蜗杆传动部80与叶片52之间的驱动轴81。蜗杆传动部80包括蜗杆轴82、轴82上的蜗杆84、以及啮合该蜗杆84以转动轴81和叶片52的蜗轮86。

图10-图13中示出板46的往复运动。图10-图13的平面图省略叶片50以更清晰地示出板46的运动。在图10和图12中，偏心轮54在其旋转圆中正顺时针移动通过三点钟，并且因此，从动件56和板46正移动到线性运动的范围的最右端处的右边。在图11和图13中，偏心轮54在其旋转圆中正移动通过九点钟，并且因此，从动件56和板46正移动到线性运动的范围的最左端处的左边。在图10-图13中，偏心轮54的旋转由弯曲箭头85来指示且线性运动由直箭头87来指示。虽然在本示例中偏心轮被用在线性致动器48中，但是任何合适机构可以被用于使板46振动。并且，虽然在所示的示例中分配器42包括多个马达58，但是在其他示例中使用单个马达58来将板46驱动可以是可能的(且可期望的)。

现在参照图14-图17，分配器的板46包括位于XY平面中的底板88和在YZ平面中沿着底板88的每侧纵长地延伸的侧壁90。底板88和侧壁90中的孔92允许粉末自由移动通过底板和侧壁。分配器42也包括两组94、96坡道98，每组坡道98在一个或多个孔92处与板46的底板88相交。每个坡道98以小于90°的角度远离板的底板88的底部倾斜。每组94、96中的坡道98位于底板88的相对侧上且向下向外远离底板88的底部且向外朝每个端部100、102倾斜。在板46的位于粉末入口22(图4、图5和图18-图22中示出粉末入口22)上方的中间部分104中不存在坡道。在本示例中，坡道98和板46被一体化在单个结构中。在其他示例中，坡道98可以是连接到板46的不同部分。

现在也参照图18-图22，粉末18通过入口22被螺旋推送、被泵送或以其他方式被供给到槽40中(如箭头106所指示)且通过使板46振动而从入口22沿着槽的长度朝向每个端部100、102分配(如箭头108所指示)。板46在致动器48的驱使下来回地线性往复(图12和图13)，从而使入口22的每侧上的组94、96中的坡道98交替地移动通过向外冲程和向内冲程。一组94、96中的坡道98的向外冲程是另一组94、96中的坡道98的向内冲程。在向外冲程，每个坡道98铲起粉末18且使其向上推动通过孔92且向外朝向槽的端部。在向内冲程，每个坡道98向下且朝槽的中间推动粉末18。对于每个冲程，在板46之下在一侧上的粉末18朝槽40的中心移动，而在板46之上在另一侧上的粉末18朝槽40的端部移动。粉末可以沿着槽40被有效地分配，这是因为与在板之下的粉末相比，在板之上的粉末可以以更小摩擦来移动。因此，使板46振动的快速往复运动将粉末从中间部分104处的入口22同时朝槽40的两端102分配。

叶片50从图18和图20中所示的起始位置通过图21中的粉末18旋转到图19和图22中所示的出口位置。在图19的截面图中，叶片50也被示出为以假想线扫过槽40中的粉末18。在图19和图21中，叶片50的旋转由箭头110来指示。在图19和图22所示的出口位置中，一堆26粉末18从槽40被供给，例如用于提供给增材制造机的层铺装置。在粉末18通过入口22到槽40中的流量适配于粉末18沿着叶片50离开槽40的流量的稳定状态下，槽40中的粉末18的高度将在叶片50传送粉末80离开槽40每个循环的范围内保持恒定。

孔92和坡道98的数目、尺寸和形状，以及板16的冲程长度和速度可以根据粉末18的粒径和流动特性而改变，从而实现沿着槽40的期望粉末流动。例如，通过使用图14-图17所示的板几何机构，测试显示，对于典型尺寸的增材制造工作区域20(图1和图2)，在20Hz振动频率下6mm的冲程将足以在几秒内将PA12粉末18沿着板46的长度分配。板46可以被配置为以与粉末18通过入口22进入槽40相同的流率将粉末18沿着槽40远离入口22进行分配。用于在增材制造机中进行层铺的粉末供给循环例如可能花费几秒。如果粉末18到槽40中的流动是持续的，则在根据通过粉末的扫掠叶片50的每个循环期间，槽40内部的粉末水平将上升和下降。如果粉末到槽40的流动是断断续续的，根据叶片50的扫动被定时，则槽40内部的粉末水平将保持基本上恒定。

任何合适的控制装置可以被用于控制马达58和72，且可以被实施为集成系统控制器的一部分，或实施为与其他系统控制功能协调的离散送料器控制器。合适的控制器可以包括多个控制器和微控制器部件，诸如，例如，通用处理器、微处理器以及专用集成电路(ASIC)。

附图中所示和以上所述的示例示出但不限制本专利，该专利由随附的权利要求书来限定。

权利要求书中所使用的“一”、“一个”以及“所述”意指至少一个。