用于3D打印机螺旋输送器的加热器的制作方法

随着三维(3d)打印机成本的降低，3d打印机变得越来越普遍。3d打印机(也被称为增材制造机器)通常通过使用逐层生成3d对象的材料运行。

在一些3d打印系统中，粉末从粉末存储单元输送到构建平台，该粉末存储单元通常是敞开的容器或桶。将一层粉末摊平，并且通常将过量的粉末返回到敞开的粉末存储单元。可以使用能量源印刷并熔融粉末层的一部分。3d打印系统可以在高温下运行，以熔化并熔融在构件零件时被打印的粉末的部分。

附图说明

图1是本公开的3d打印系统的示例的侧视图的方框图；

图2是本公开的示例性装置的方框图；

图3是具有本公开的装置的示例性构建单元的横截面侧视图；

图4是示例性进料盘的横截面视图；

图5是示例性进料盘的等距视图；

图6是具有绝缘层的装置的示例的等距视图；和

图7是用于控制3d打印机螺旋输送器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本公开公开了一种用于3d打印机螺旋输送器(augerscrew)的加热器以及用于控制加热器并提高3d打印系统的整体性能的方法。如上所述，一些3d打印系统将粉末输送到构建平台并轧滚粉末以形成均匀的粉末层。然后，可以在粉末被印刷及熔融以构建3d零件之前预热该粉末层。

本公开通过省去对构建平台上的构建材料预加热的需要来提高3d打印系统的效率，同时通过在铺展层之前预加热构建材料来提高3d打印零件质量。更确切地说，本公开的示例将加热器提供到螺旋输送器(也称为阿基米德螺旋式泵(archimedesscrew))的壳体上。随着构建材料被提升，螺旋输送器上和壳体内部的构建材料可以被预热到期望温度。构建材料被加热时的移动也有助于使用对流原理提高加热效率，而不是仅通过传导装置加热静止粉末。

此外，通过预加热螺旋输送器的壳体内的构建材料，并且输送托盘允许施加更恒定的热量。例如，在构建材料被层叠在构建平台上之后，通过灯预加热构建材料可能会由于其它部件(例如打印机中的重涂元件或其它滑架)产生的阴影而导致不均匀的温度。

因此，由于粉末在输送时可被加热，3d打印系统的效率可得到提高。此外，可以省去在输送和摊平粉末后在构建平台上预热粉末的额外步骤，并且可以减少作业所需的时间。

图1例示3d打印系统100的示例。3d打印系统可以包括构建单元102、打印机或3d打印机104以及粉末供应/后处理部件106。在一种实施方式中，构建单元102可以存储粉末，该粉末用于使用逐层增材打印/加工来构建零件。另外，构建单元102可提供零件在其上被构建的构建平台。粉末可以从构建单元102的侧部输送到构建平台上。在每层被打印后，构建平台可下移。

在一个示例中，构建单元102可以连接到粉末供应/后处理部件106以接收粉末。例如，图1示出与构建单元102连接的粉末供应/后处理部件106。

在构建单元102接收粉末之后，构建单元102可以与粉末供应/后处理部件106断开连接并连接到打印机104。图1示出与构建单元102连接的打印机104。

在一些实施方式中，打印机104可具有打印头，用于将助熔剂施加到粉末中将被熔融以打印正在被打印的零件的层的区域。打印头还可以在粉末的某些区域上施加细化剂以帮助防止粉末在将不被熔融的区域中熔融。然后，打印机104可以具有施加能量以使用熔融剂熔融粉末的区域的元件。可以降低构建单元102的构建平台，并且可以在已印刷的粉末层的顶部添加新的粉末层。可以重复该过程直到完成该零件。

在一个示例中，可以通过在将构建材料输送到构建单元102的构建平台之前在输送机构中预加热构建材料改善该过程。因此，可以省去在打印和熔融之前预加热构建平台上构建材料的步骤。

在已经完成零件的打印之后，可以从打印机104上移除构建单元102。构建单元102随后可被再次连接到粉末供应/后处理部件106以提取该零件。另外，粉末供应/后处理部件106还可回收和再循环未熔融的粉末。

图2例示装置200的示例性方框图。装置200可以是构建单元102中的输送机构。在一个示例中，装置200可包括至少一个螺旋输送器202(也被称为阿基米德螺旋式泵)。螺旋输送器202可以提升构建材料212，构建材料212用于通过螺旋输送器202的旋转向上构建3d零件。在一个示例中，构建材料212可以是粉末。粉末可以是金属粉末、陶瓷粉末、热塑性粉末等。

在一个示例中，螺旋输送器202可以由壳体206封装。在一个示例中，壳体206可具有圆柱形状。在一个实施方式中，至少一个加热器208可以联接到壳体206。至少一个加热器208可加热构建材料212达温度阈值或期望温度范围。

在一个示例中，温度阈值可以是温度和期望温度的公差值。例如，期望温度可以是恰好低于构建材料212的熔点的温度，而温度阈值可以是与期望温度的可接受温度差。换句话说，如果期望温度是100摄氏度(℃)并且可接受最低温度是80℃，则温度阈值可以是20℃。

在另一示例中，期望温度范围可以是恰好低于构建材料212的熔点的温度范围。温度范围可以在期望温度范围的几度内。例如，如果构建材料212的熔点是100℃，则期望温度可以是99℃，并且期望温度范围可以是95℃至99℃。

应注意，提供如上所述的值作为示例。温度阈值和期望温度范围的精确值可以是用于特定应用或打印作业的构建材料212的类型的函数。不同类型的构建材料212可具有不同的温度阈值或期望温度范围。

在一个示例中，加热器208可以是柔性硅树脂加热器。加热器208可围绕壳体206缠绕。在一种实施方式中，多个加热器208可以沿壳体206的长度联接到壳体206。在构建材料212沿壳体206的长度向上移动时，多个加热器208可以均匀地加热构建材料。

装置200还可以包括控制器210。控制器210可以包括处理器和非暂时性计算机可读存储介质。非暂时性计算机可读存储介质可以存储用于执行本文所描述的由处理器执行的功能的指令。

在一种实施方式中，控制器210可以控制螺旋输送器202的移动和由加热器208产生的热量。例如，控制器210可以基于所输送的构建材料212的温度更快或更慢地移动螺旋输送器202。在另一示例中，控制器210可以基于所输送的构建材料212的温度控制加热器208施加更多的热量或更少的热量。在一个实施方式中，控制器210可以控制螺旋输送器202的移动和由加热器208施加的热量的组合，以调节构建材料212的温度。控制器210进行的调节的进一步细节讨论如下。

图3例示具有本公开的装置200的示例性构建单元102的横截面侧视图。在一种实施方式中，构建单元102可以在构建单元102的存储单元214的每一侧上具有装置200。马达220可以联接到螺旋输送器202以旋转或移动螺旋输送器202。控制器210可以与马达220通信以控制螺旋输送器202的移动。

在一种实施方式中，螺旋输送器温度传感器209可以联接到壳体206。在一个示例中，当部署不止一个加热器208时，每个加热器208可以具有至少一个相应的螺旋输送器温度传感器209。螺旋输送器温度传感器209可以与控制器210通信并提供壳体206内部的构建材料212的温度测量值。

存储单元214可保持构建材料212。螺旋输送器202将收集自存储单元214的构建材料212向上朝向进料盘218移动。螺旋输送器202可在螺旋输送器202旋转时移动构建材料212。构建材料212可从进料盘218离开到构建平台216上。构建材料212随后可以由打印机104摊平、打印和熔融。

图4例示示例性进料盘218的横截面视图。在一种实施方式中，进料盘218可包括至少一个进料盘加热器226和温度传感器230。在一种实施方式中，进料盘218可具有联接到进料盘218的彼此相对的侧壁240和242中每个的进料盘加热器226。进料盘加热器226和相应的温度传感器230可以与控制器210通信并由控制器210控制。

在一个示例中，进料盘加热器226可包括单独控制的两个内部加热电路。一个内部电路可覆盖面向打印区域(例如朝向构建平台216)的壁240，而另一个内部电路可覆盖面向外侧的壁242。

在一种实施方式中，可以在进料盘加热器226和相应的壁240或242上方施加进料盘绝缘体层228。进料盘绝缘体层228可以由任何非导电材料构成。进料盘绝缘体层228可以通过防止热量损失到周围来帮助进料盘加热器226更有效地运行。进料盘绝缘层228还可以防止进料盘218附近的其它部件的不期望加热。

在一个示例中，温度传感器230可以与控制器210通信。温度传感器230可以在构建材料212填充进料盘218时测量构建材料212的温度。在另一示例中，温度传感器可以位于螺旋输送器202的出口附近以测量构建材料212的温度。所测量的温度随后可被传输到控制器210。

图5例示示例性进料盘218的等距视图。图5例示进料盘加热器226是如何沿进料盘218的壁242的长度244定位的。图5例示位于壁242的大致中心处的温度传感器230的示例位置。进料盘加热器226和温度传感器230可类似地位于壁240上。

如上所述，控制器210可以将所测量的温度与温度阈值或期望温度范围进行比较。当测量的温度落到阈值温度以下或者在期望温度范围之外时，控制器210可以做出调节。

在一种实施方式中，该调节可以是调节由加热器208产生的热量。例如，如果加热器208能够提供不同水平的热量，则可以通过控制器调节热输出的水平。在其它实施方式中，当加热器208打开和关闭时，控制器210可以通过以受控方式打开和关闭加热器208使加热器208发生“脉冲”，从而调节由加热器208产生的热量。

在一种实施方式中，该调节可以是调节螺旋输送器202的移动。例如，螺旋输送器202的移动速度可以(例如借助马达220)增大或减小。如上所述的，移动构建材料212可使用对流原理帮助加热效率。与保持构建材料212静止(即不动)相比，在加热期间移动构建材料212有助于增大传热速率。因此，增大螺旋输送器202的移动速度或旋转速度可有助于增进构建材料212的加热。相反，当构建材料212静止时，会降低加热效率。因此，减慢或停止螺旋输送器202可有助于减少构建材料212的加热。

在一种实施方式中，可以通过控制器210施加调节由加热器208产生的热量和调节螺旋输送器202的移动速度的组合。例如，螺旋输送器202的移动速度可以略微增加，同时由加热器208产生的热量可略微减少，反之亦然。

图6例示示例性装置200的等距视图。图6例示允许构建材料212进入壳体206中的螺旋输送器202的开口224。构建材料212可以通过联接到存储单元214中的开口的开口224而被输送到螺旋输送器202。图6还例示了齿轮箱内的马达220。

在一种实施方式中，装置200可以具有绝缘层222。例如，绝缘层222可以由任何非导电材料构成。在一种实施方式中，绝缘层222可以联接或缠绕在加热器208和壳体206周围。绝缘层222可以防止由加热器208产生的热量无意地加热构建单元102内的其它部件。

图7例示用于控制3d打印机螺旋输送器的示例性方法700的流程图。在一个示例中，方法700的方框可以由控制器210执行。

在方框702处，方法700开始。在方框704处，方法700启动联接到提升构建材料的螺旋输送器的壳体的至少一个加热器。由所述至少一个加热器输送的初始热量可以是正在用的构建材料的类型、构建材料的当前温度以及期望温度的函数。

在方框706处，方法700移动螺旋输送器以提升并加热构建材料。例如，控制器可以启动联接到螺旋输送器的马达以开始旋转螺旋输送器。在一个示例中，螺旋输送器的旋转速度或移动速度可以设定为如下速度，即该速度提供足够的时间和传热速率以允许构建材料在螺旋输送器移动时被加热到期望温度。

在方框708处，方法700测量进料盘中构建材料的温度。例如，接近或靠近进料盘的温度传感器可以测量构建材料的温度。所测量的温度随后可以被传输至控制器。

在方框710处，方法700将温度与期望温度范围进行比较。例如，期望温度范围可以提供用于将构建材料加热到恰好低于构建材料的熔点的温度的公差。所测量的温度与期望温度范围的比较可以确保构建材料的温度不太热或不太冷。

在一些实施方式中，该温度可以与温度阈值进行比较。例如，该温度阈值可以是期望温度减去最小可接受温度。

在方框712处，方法700在进料盘中的构建材料的温度位于期望温度范围之外时调节构建材料的温度。当构建材料的温度落在期望温度范围之外时，控制器可以进行调节以调节构建材料的温度。

在一个示例中，控制器可以调节由加热器输送的热量。例如，可以增加或减少该热量。在另一示例中，控制器可以打开和关闭加热器以使加热器发生“脉冲”以控制所输送的热量。

在另一示例中，控制器可以调节螺旋输送器的移动速度。例如，速度可以增大、减小或停止。在另一示例中，控制器可以调节由加热器输送的热量和螺旋输送器的移动速度。

在一个实施方式中，方框708、710和712可以作为连续反馈循环的一部分重复。例如，控制器可以连续监测离开进料盘的构建材料的温度，并且每当温度降至低于温度阈值或期望温度范围之外就进行调节。在方框714处，方法700结束。

应当理解，如上所公开的变型和其它特征和功能或其替代方案可以被组合到许多其它不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以在其中进行各种目前无法预料或未预期到的替代方案、修改、变型或改进，这些替代方案、修改、变型或改进也旨在被如下权利要求书所包含。