生成三维物体的制作方法
【专利摘要】可以生成三维物体。可以在位于支撑构件或先前层上的构造材料的第一层的一部分上选择性地递送聚结剂。可以向第一层施加能量，以使第一层的该部分聚结并固化。可以在第一层上提供构造材料的第二层。在第二层上未被递送聚结剂时，可以向第二层施加能量，使得能量可以传播通过第二层到达第一层，以使第一层的一部分聚结并且进一步固化。
【专利说明】生成三维物体
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2014年I月16日提交的、题目为“生成三维物体”的PCT申请第PCT/EP2014/050841号的权益，其整体内容通过引用被合并于此。
【背景技术】
[0003]已经提出逐层地生成三维物体的增材制造系统，来作为产生少量三维物体的可能的便利方式。
[0004]通过此类系统产生的物体的质量可取决于所使用的增材制造技术的类型而广泛地改变。通常，可以使用较低成本的系统生产低质量的和低强度物体，而可以使用较高成本的系统生产高质量和高强度物体。
【附图说明】
[0005]关于以下各图描述了一些示例:
[0006]图la-lb、图3和图5均是图示出根据一些示例的、生成三维物体的方法的流程图；
[0007]图2是根据一些示例的增材制造系统的简化等轴图示;并且
[0008]图4a_h和图6a_h示出根据一些示例的构造材料的层的横截面侧视图的系列。
【具体实施方式】
[0009]当通过说明书或权利要求叙述以下术语时，将以下术语理解为意指以下。单数形式“一个”、“一种”和“该”意指一个或多个。术语“包括”和“具有”意图是与术语“包含”具有相同的包括性意义。
[0010]使用增材制造系统，可以通过构造材料的一个或多个连续层的部分的固化生成三维物体。构造材料例如可以是粉末基，并且生成的物体的属性可以取决于构造材料的类型和所使用的固化机理的类型。在一些示例中，可以使用液体粘结剂实现固化，以使构造材料化学地固化。在其他的示例中，可以通过向构造材料临时施加能量来实现固化。这例如可以牵涉聚结剂的使用，聚结剂是这样一种材料一一当将适当量的能量施加到构造材料和聚结剂的组合时，可以使构造材料聚结并固化。在其他的示例中，可以使用固化的其它方法。
[0011]物体属性可以取决于所使用的构造材料的性质、使构造材料固化以形成期望的三维物体的处理以及在这样的处理期间构造材料的温度。此类属性例如可以包括表面粗糙度、精度、强度和层间粘合。
[0012]在一些示例中，由聚结剂已经被递送或已经渗透在其上的构造材料所吸收的能量还可以传播到周围构造材料中。能量可足以使周围的构造材料变热。例如，能量可以横向传播通过构造材料、在当前层下面传播和/或传播到将来的层中。在一些示例中，该效应可以由具有相对高的导热性以及熔化焓和热容量的各种值的材料引起。在其他的示例中，当使用具有相对低的导热性的构造材料时，该效应反而可能加重，因为这可以使储热层在其形成时形成在每个新创建的层的表面的下面。在某些情况下，一旦在最新的层上提供储层中的热，储层中的热就可以慢慢地跨构造材料横向传播、在最新的层下面传播和/或传播到将来的层中。
[0013]因而，可以将构造材料的数个部分加热到适合于引起构造材料的软化和粘合的温度。该温度能够高于或低于材料熔点。这可能导致构造材料中的并未计划被固化的部分的随后固化，并且该效应在本文被称为聚结渗出。例如，聚结渗出可能导致生成的三维物体的总精确度的降低。例如，变形可包括三维部分，诸如从物体的各侧横向延伸的变形，和从物体的底部向下延伸的变形。变形也可以包括由于构造材料上的不期望的温度分布或热传导效应所造成的较小的固化不规则性。
[0014]另外地，在一些示例中，在称作“台阶”的效应中，逐层制造可能导致沿着由每个层定义的x-y轴平面的精确且平滑的物体表面、但是沿着作为延伸通过多个层的轴的Z轴的不精确且粗糙的物体表面。不精确的程度可取决于构造材料的每个层的厚度。
[0015]因此，本公开可以允许创建其中可以实现高质量物体属性的三维物体。例如，可以减少聚结渗出的效应、可以实现坚固的层间粘合，并且可以减少层之间的台阶效应。以下示例可以实现一个或多个这些效应。
[0016]图1a是图示出根据一些示例的、生成三维物体的方法10的流程图。在12处，可以在位于支撑构件或先前层上的构造材料的第一层的一部分上选择性地递送聚结剂。在14处，可以向第一层施加能量以使第一层的该部分聚结并固化。这可以是第一聚结阶段。在16处，可以在第一层上提供构造材料的第二层。在18处，在第二层不具有在其上递送的聚结剂时，可以向第二层施加能量，使得能量可以传播通过第二层到达第一层而使第一层的该部分聚结并且进一步固化。这可以是第二聚结阶段。
[0017]在一些示例中，在第二聚结阶段中，热量可以从聚结剂的各侧传播到构造材料，这是因为聚结剂可能在所有侧而不是仅仅在横向侧和底侧上被构造材料围绕。构造材料中可用于热传播的增加的体积量可以允许热从聚结剂已被递送在其上的第一层的一部分的边缘起以较短的距离传播通过构造材料。因此，可以减少由热传播和机械应力所引起的聚结渗出。
[0018]在这些示例中，因为过多的热传播以及因此聚结渗出的风险被减少，因此可以调整各种流程参数，使得聚结剂呈现所施加的能量的更高且更高效的吸收，如将讨论的。
[0019]在一些示例中，二步能量施加可以用于实现更高的零件密度。
[0020]因而，可以实现期望的物体属性，诸如坚固的层间粘合、高精度和期望的表面特征和表面清晰度。
[0021]图1b是图示出根据一些示例的、生成三维物体的方法100的流程图。可能已经在支撑构件或先前层上提供了构造材料的第一层，并且具有聚结剂的第一层的一部分可能已经聚结并固化。在102处，可以在第一层的一部分上选择性地递送附加的聚结剂。在104处，可以在第一层上提供构造材料的第二层。在106处，可以将聚结剂递送到第二层的一部分。在108处，可以向第二层施加能量以使第二层的具有聚结剂的那部分聚结并固化，并且使得能量可以传播通过第二层到达第一层，而使第一层的具有附加的聚结剂的那部分聚结并固化。
[0022]在一些示例中，图1B的方法可以实现上面相对于图1A描述的一个或多个结果，包括减少聚结渗出、坚固的层间粘合、高精度以及期望的表面特征和表面清晰度。另外地，在一些示例中，图1B的方法还可以实现台阶的减少。例如，在一个阶段，通过引起第一层的具有附加聚结剂的那部分以及第二层的具有聚结剂的那部分两者的聚结，沿着第一层和第二层可以实现在z轴方向上的更光滑的表面。
[0023]图2是根据一些示例的增材制造系统200的简化等轴图示。如在下面参考图3的流程图所进一步描述的，可以操作系统200以生成三维物体。
[0024]在一些示例中，构造材料可以是粉末基构造材料。如在本文所使用的，术语“粉末基材料”旨在包含干燥粉末基材料和湿粉末基材料两者、颗粒材料和粒状材料。在一些示例中，构造材料可以包括空气和固态聚合物颗粒、例如以大约40%空气和大约60%固态聚合物颗粒的比率的混合物。一种适当的材料可以是例如可从西格玛-奥德里奇有限公司得到的尼龙12。另一种适当的尼龙12材料可以是可从电光学系统EOS股份有限公司得到的PA2200。适当的构造材料的其他示例例如可以包括粉状金属材料、粉状复合材料、粉末陶瓷材料、粉状玻璃材料、粉状树脂材料、粉状聚合物材料，等等，以及它们的组合。然而，应当理解，在本文描述的示例不局限于粉末基材料或不局限于之上列出的任何材料。在其他的示例中，构造材料可以是糊剂、液体或凝胶。根据一个示例，适当的构造材料可以是粉状半晶体热塑性材料。在一些示例中，适当的材料可以是具有在室温下大约0.lW/m K和在熔点下大约0.2W/m K的导热性的尼龙。
[0025]在一些示例中，构造材料对于能量源226所提供的能量基本可以是可透过的，将对其进行更加详尽地讨论。例如，构造材料基本上可以对红外辐射透明。因而，在缺乏聚结剂的情况下，当能量经过时，构造材料可经受少量的加热或可以不变热。
[0026]增材制造系统200可以包括系统控制器210。可以在增材制造系统200和/或控制器210中实施和控制在本文公开的任何操作和方法。
[0027]控制器210可以包括用于执行可以实施在本文描述的方法的指令的处理器212。处理器212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212例如可以包括位于芯片上的多个核、多个芯片上的多个核、多个设备上的多个核，或者其组合。在一些示例中，处理器212可以包括至少一个集成电路(1C)、其他控制逻辑、其他电子电路，或者其组合。
[0028]控制器210可以支持直接用户交互。例如，增材制造系统200可以包括耦合到处理器212的用户输入设备220，诸如键盘、触摸板、按钮、小键盘、拨号盘、鼠标、跟踪球、卡片阅读机中的一个或多个，或包括其他输入设备。另外地，增材制造系统200可以包括耦合到处理器212的输出设备222，诸如液晶显示器(IXD)、打印机、视频监视器、触摸屏显示器、发光二极管(LED)或其他输出设备中的一个或多个。输出设备222可以响应于指令来显示文本信息或图形数据。
[0029]处理器212可以经由通信总线214与计算机可读存储介质216进行通信。计算机可读存储介质216可以包括单个介质或多个介质。例如，计算机可读存储介质216可以包括ASIC的存储器和位于控制器210中的单独存储器中的一个或两者。计算机可读存储介质216可以是任何电子的、磁性的、光学的，或其他物理存储设备。例如，计算机可读存储介质216例如可以是随机存取存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器、光驱、存储器驱动器、⑶、DVD，等等。计算机可读存储介质216可以是非暂时型的。计算机可读存储介质216可以存储、编码或携带计算机可执行指令218，当计算机可执行指令218由处理器212执行时，可以使处理器212执行根据各个示例在本文公开的方法或操作的任何一个或更多。
[0030]系统200可以包括聚结剂分配器202，来选择性地向在支撑构件204上提供的构造材料的连续层递送聚结剂。根据一个非限制性示例，适当的聚结剂可以是包括炭黑的油墨类型配试剂，诸如像可从惠普公司得到的商业上被称为CM997A的油墨配试剂。在一个示例中，此类油墨可以另外包括吸收剂，该吸收剂吸收由能量源226所散发的能量的辐射频谱。例如，油墨可以另外包括红外线吸收剂。在一个示例中，此类油墨可以另外包括近红外线吸收剂。在一个示例中，此类油墨可以另外包括可见光吸收剂。在一个示例中，此类油墨可以另外包括UV光吸收剂。包括可见光增强剂的油墨的示例可以是基于染料的彩色油墨和基于颜料的彩色油墨，诸如可从惠普公司得到的商业上被称为CM993A和CE042A的油墨。
[0031 ] 在一个示例中，支撑构件204具有在从大约1cm乘1cm到10cm乘10cm范围内的尺度。在其他的示例中，支撑构件204可以具有更大或更小的尺度。支撑构件204可以是系统200的固定部分，或可以不是系统200的固定部分，反而是例如可移除模块的一部分。
[0032]控制器210根据包括试剂递送控制数据208的指令来控制聚结剂至所提供的构造材料的层的选择性递送。
[0033]试剂分配器202可以是打印头，诸如感热式打印头或压电喷墨打印头。打印头可以具有喷嘴的阵列。在一个示例中，可以使用在市场上可买到的墨喷式打印机中常用的那些打印头。在其他的示例中，可以通过喷嘴而不是通过打印头递送试剂。也可以使用其他递送机构。
[0034]当聚结剂采用诸如液体的适当流体的形式时，可利用试剂分配器202来选择性地递送(例如，沉积)聚结剂。在一些示例中，试剂分配器202可以被选择为以在300至1200每英寸点数(DPI)之间的分辨率——例如600DPI，选择性地递送试剂的滴剂。在其他的示例中，试剂分配器202可以被选择为以更高的或更低的分辨率递送试剂的滴剂。在一些示例中，试剂分配器202可以具有试剂分配器202能够选择性地喷射流体的滴剂所利用的喷嘴的阵列。在一些示例中，每个滴剂容积可以约为每滴剂大约10皮升(pi)—一尽管在其他的示例中试剂分配器202能够递送更高的或更低的滴剂大小。在一些示例中，试剂分配器202能够递送可变大小的滴剂。
[0035]在一些示例中，聚结剂可以包括诸如水或任何其它适当的溶剂的液态载体或分散剂，以使得其能够经由打印头被递送。
[0036]在一些示例中，打印头可以是按需喷墨打印头。在其他的示例中，打印头可以是连续喷墨打印头。
[0037]在一些示例中，试剂分配器202可以是系统200的组成部分。在一些示例中，试剂分配器202可以是用户可更换的，在这种情况下，它们可以被可移除地插入到系统200的适当试剂分配器接收器或接口模块中。
[0038]在图2中图示出的示例中，试剂分配器202可以在所谓的页面宽度阵列配置中具有使得其能够跨越支撑构件204的整体宽度的长度。在一个示例中，可以通过多个打印头的适当布置来实现这一点。在其他的示例中，可以使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204的宽度的长度。在其他的示例中，试剂分配器202可以具有使得其不能够跨越支撑构件204的整体宽度的较短长度。
[0039]试剂分配器202可以被安装在可移动的托架上，以使得其能够沿着所图示的y轴跨支撑构件204的长度双向地移动。这能够在单程跨支撑构件204的整体宽度和长度实现聚结剂的选择性递送。在其他的示例中，试剂分配器202可以是固定的，并且支撑构件204相对于试剂分配器202可移动。
[0040]应当注意到，在本文使用的术语“宽度”大体上用于表示在与图2中图示出的X轴和y轴平行的平面中的最短尺度，而在本文使用的术语“长度”大体上用于表示在该平面中的最长尺度。然而，将理解的是，在其他的示例中，术语“宽度”可以与术语“长度”可互换。例如，在其他的示例中，试剂分配器202可以具有使得它们能够在可移动托架可以跨支撑构件204的宽度双向地移动时跨越支撑构件204的整体长度的长度。
[0041]在另一个示例中，试剂分配器202不具有使得其能够跨越支撑构件的整体宽度的长度，但是另外跨支撑构件204的在所图示的X轴上的宽度可双向移动。该配置使能够使用多程而跨支撑构件204的整体宽度和长度实现聚结剂的选择性递送。然而，诸如页面宽度阵列配置之类的其他配置可以使得三维物体能够更快地被创建。
[0042]聚结剂分配器202可以包括聚结剂的供给源或可以可连接到聚结剂的单独供给源。
[0043]系统200可以进一步包括构造材料分配器224，来在支撑构件204上提供——例如，递送或沉积构造材料的连续层。适当的构造材料分配器224例如可以包括刮水片和滚子。可以从料斗或构造材料储存器向构造材料分配器224供给构造材料。在示出的示例中，构造材料分配器224跨支撑构件204的长度(y轴)移动，以沉积构造材料的层。如先前描述的，构造材料层将被沉积在支撑构件204上，而构造材料的后续层将被沉积在先前沉积的构造材料层上。构造材料分配器224可以是系统200的固定部分，或可能不是系统200的固定部分，反而是例如可移除模块的一部分。
[0044]在一些示例中，由构造材料分配器224递送的每个层的厚度可以具有从大约50微米至大约300微米之间、或大约90微米至大约110微米之间或大约250微米的范围中选择的值一一不过在其他的示例中可以提供更薄或更厚的构造材料层。可以例如由控制器210基于试剂递送控制数据208来控制厚度。
[0045]在一些示例中，可能存在附加的聚结剂分配器，诸如试剂分配器206。在一些示例中，系统200的分配器可以位于相同的托架上，彼此相邻或短距离分离。在其他的示例中，两个或更多托架均可以包含一个或多个分配器。例如，每个分配器可以位于其自己的单独托架中。任何附加的分配器可以具有与较早参考聚结剂分配器202所讨论的那些特征类似的特征。然而，在一些示例中，不同的试剂分配器例如可以递送不同的聚结剂。
[0046]在一些示例中，可以提供聚结改性剂分配器，以向构造材料递送聚结改性剂，如在通过引用被整体合并在本文中的、并且本申请要求其优先权的PCT国际专利申请第PCT/EP2014/050841号中讨论的。聚结改性剂用来降低构造材料中的、聚结改性剂已经被递送或已经渗透在其上的一部分的聚结程度。因而，为了进一步降低或控制聚结渗出，可以在构造材料中的、聚结剂被递送到其中的部分周围递送聚结改性剂。因而，可以在本文描述的任何方法中使用聚结改性剂，以进一步增强所生成的物体的物体属性。
[0047]在示出的示例中，支撑构件204在z轴上可移动，使得随着新的构造材料层被沉积，在最近沉积的构造材料层的表面与试剂分配器202的下表面之间维持预定的空隙。然而，在其他的示例中，支撑构件204可以在z轴上不可移动，而试剂分配器202可能在z轴上可移动。
[0048]系统200可以另外包括能量源226，来向构造材料施加能量，以根据聚结剂已经被递送或已经渗透的地方引起构造材料的部分的固化。在一些示例中，能量源226是红外线(IR)辐射源、近红外线辐射源、卤素辐射源或者发光二极管。在一些示例中，能量源226可以是能够向沉积在支撑构件204上的构造材料均匀地施加能量的单个能量源。在一些示例中，能量源226可以包括能量源的阵列。在其他的示例中，能量源226可以是数字光投影仪。
[0049]在一些示例中，能量源226被配置为以基本上均匀的方式向构造材料层的整体表面施加能量。在这些示例中，可以认为能量源226是非聚焦的能量源。在这些示例中，可以同时向整体层施加能量，这可以帮助提高可以生成三维物体的速度。
[0050]在其他的示例中，能量源226被配置为以基本上均匀的方式向构造材料层的整体表面的一部分施加能量。例如，能量源226可以被配置为向构造材料层的整体表面的一块施加能量。在这些示例中，可以跨构造材料层移动或扫描能量源，使得最终跨构造材料层的整体表面施加基本上相等量的能量。
[0051]在一些示例中，可以将能量源226安装在可移动托架上。
[0052]在其他的示例中，能量源226可以例如根据试剂递送控制数据208、在其跨构造材料层移动时施加可变量的能量。例如，控制器210可以控制能量源，以仅仅向构造材料中的、在其上已经施加聚结剂的部分施加能量。
[0053]在一些示例中，例如当能量源226是数字光投影仪时，能量源226可以以选择性模式选择性地向构造材料施加能量一一例如构造材料的某些部分可以接收能量，而其他部分可以不接收能量。
[0054]在另外的示例中，能量源226可以是聚焦能量源，诸如激光束。在该示例中，可以控制激光束，以跨构造材料层的整体或者一部分进行扫描。在这些示例中，可以控制激光束，以根据试剂递送控制数据跨构造材料层进行扫描。例如，可以控制激光束，以向其上递送有聚结剂的层的那些部分施加能量。
[0055]可以选择所提供的能量、构造材料和聚结剂的组合，使得除了任何聚结渗出的效果之外，还有以下:i)构造材料的、其上尚未递送聚结剂的部分在暂时被施加能量时，不聚结；以及ii)构造材料的、其上仅仅已经递送或已经渗透聚结剂的部分在暂时被施加能量时聚结。
[0056]在一些示例中，系统200可以另外包括加热器或预热器，来散发热，以将沉积在支撑构件204上的构造材料维持在预定的温度范围内。加热器可以具有加热单元的阵列。加热单元可以均是任何适当的加热单元，例如诸如红外线灯的加热灯。该配置可以被优化为朝着构造材料所跨越的区域提供均匀的热分布。每个加热单元或加热单元的组可以具有可调整的电流或电压供给，以可变地控制向构造材料表面施加的局部能量密度。
[0057]图3是图示出根据一些示例的、生成三维物体的方法300的流程图。该方法可以是计算机实施的。在一些示例中，示出的排序可以变化，使得一些步骤可以同时地出现，可以添加一些步骤并且可以省略一些步骤。在描述图3时，将参考图2和图4a_h。图4a_h示出根据一些示例的构造材料层的一系列横截面侧视图。
[0058]在302处，控制器210可以获取试剂递送控制数据208。试剂递送控制数据208可以针对将被生成的三维物体的每个切片定义构造材料上的、聚结剂将被递送到的部分或位置(如果有的话)。
[0059]可以例如通过适当的三维物体处理系统而得出试剂递送控制数据208。在一些示例中，三维物体处理系统可以被包含在增材制造系统200内。例如，指令218可以另外包括当由处理器212执行时、使处理器212作为如在本文所描述的三维物体处理系统进行操作的指令。在其他的示例中，三维物体处理系统可以在增材制造系统400外部。例如，三维物体处理系统可以是在与系统200分开的计算设备上可执行的软件应用或软件应用的一部分。
[0060]在一些示例中，可以基于表示将被生成的物体的三维模型的物体设计数据和/或根据表示物体的属性的物体设计数据，来生成试剂递送控制数据208。模型可以限定物体的实性部分，并且可以由三维物体处理系统来处理，以生成模型的平行平面的切片。每个切片可以限定将被增材制造系统固化的相应构造材料层的一部分。物体属性数据可以限定物体的属性，诸如密度、表面粗糙度、强度，等等。
[0061]物体设计数据和物体属性数据可以例如经由输入设备220从用户作为来自用户的输入、从软件驱动器、从诸如计算机辅助设计(CAD)应用之类的软件应用接收，或可以从用于存储默认的或用户定义的物体设计数据和物体属性数据的存储器中获取。
[0062]在一些示例中，物体处理系统可以获取关于增材制造系统200的特性的数据。此类特性例如可以包括构造材料层厚度、聚结剂的属性、构造材料的属性和能量源226的属性、加热器230的属性以及温度传感器228的属性。
[0063]试剂递送控制数据208可以针对将被处理的每个构造材料层描述构造材料上的聚结剂将被递送到的位置或部分。在一个示例中，构造材料上的聚结剂将被递送到的位置或部分通过相应的图案来限定。
[0064]取决于在以上描述的特性，递送聚结剂的密度可以变化。例如，当构造材料的、其上已经递送或已经渗透聚结剂的部分接收施加的能量时，由那些部分吸收的能量传播到其他周围的区域。在一个示例中，可以选择聚结剂的属性和被递送的聚结剂的量，使得能量在层厚度的大约1.5倍的范围内的球体中传播。这不仅仅可以帮助确保充分的层间粘合，而且也确保构造材料的横向相邻部分之间的充分的粘合。也可以改变密度，以调节构造材料的温度，如关于框310将讨论的。
[0065]以这种方式，物体处理系统例如可以确定在仍然保证充分的物体强度时聚结剂的相邻滴剂之间的横向间距可以增加。这样做降低了可以向构造材料层递送聚结剂的平均密度，并且由此减小了聚结剂的消耗，而未影响物体强度。
[0066]在304处，可以提供构造材料层402a。例如，控制器210可以通过使构造材料分配器224如较早地讨论的沿着y轴移动，来控制构造材料分配器224在支撑构件204上提供层402ao
[0067]在图4a中，为了说明性目的，层402a被示出为完成，由此其可以包括已固化部分408。应当理解，最初可以应用步骤306至314的一次迭代，以生成第一层402a的已固化部分408。这可以包括在步骤312中提供第二层402b，如在图4a中示出的。这也可以包括一旦在314处施加能量，就使构造材料的相邻于完成部分408的部分412部分地聚结并固化，如图4a中所示，一旦在314处施加能量，就使其完全地聚结并固化。该效应可以是在z轴方向上期望的聚结渗出的结果，如参考如图4h中所示的在步骤316在层402c中生成类似的部分412将更详细地讨论的。
[0068]现在将参考完成层402b和后续层来更详细地描述步骤306至314。
[0069]在306处，可以将聚结剂404选择性地递送到构造材料层402b的表面的一个或多个部分，如图4b中所示的。如较早地讨论的，可以由试剂分配器202例如以诸如液滴的流体的形式来递送试剂404。
[0070]可以以层402b的、试剂递送控制数据208可以将其限定变为固体以形成将被生成的三维物体的一部分的部分上的图案，来执行试剂404的选择性递送。“选择性递送”意指聚结剂可以以各种图案被递送到构造材料的表面层的选择部分。可以通过试剂递送控制数据208来限定图案。
[0071]图4c示出已经基本上完全地渗透到构造材料层402b中的聚结剂404，但是在其他的示例中，渗透的程度可以小于100%。渗透的程度可以例如取决于所递送的试剂量、取决于构造材料的性质、取决于试剂的性质，等等。聚结剂404也可能已经渗入到可能部分地被固化的部分412中。
[0072]在判定框308处，如果迄今提供的最新层将是最终的层，则方法300可以继续到316。如果其将不是最终的层，则方法300可以继续到310。
[0073I在310处，可以暂时地向构造材料层402b施加预定水平的能量。在各个示例中，所施加的能量可以是红外或近红外线能量、微波能量、紫外线(UV)光、卤素光、超声能，等等。施加能量的时间长度或能量暴露时间可以例如取决于以下一个或多个:能量源的特性;构造材料的特性;聚结剂的特性;每个构造材料层的厚度;和其他构造过程参数。所使用的能量源的类型可以取决于以下中的一个或多个:构造材料的特性;和聚结剂的特性。在一个示例中，能量可以被施加预定长度的时间。
[0074]能量的暂时施加可以使构造材料的、聚结剂404已经被递送或已经渗透在其上的部分加热至高于构造材料的熔点并且聚结。例如，层402b的一些或所有的温度可以达到大约220摄氏度。如图4d中所示，施加的能量可被具有聚结剂404的部分吸收。然后，该部分可以向周围构造材料释放一些能量，如在图4d中由箭头所描绘的，使该部分加热。例如，能量可以横向传播通过层402b和/或在层402b下面传播到层402a中。
[0075]已经聚结的部分406—旦冷却，可以变为固体并且形成被生成的三维物体的一部分，如图4e中所示。然而，在一些示例中，聚结并固化可以是局部的，如部分406所表示的，与层402a的更完全固化部分408相比，所述一部分406较少被固化。例如，一些非固化构造材料可以保留在部分406中。为了实现这一点，可以在持续时间和/或强度方面限制所施加的能量的量，使得聚结并固化可以是局部的。通过在该步骤中限制所施加的能量的量，可以减少和/或消除聚结渗出。可以在314处执行固化的完成，如将讨论的。在其他的示例中，可以施加充足的能量以使部分406中的所有构造材料固化，使得在314处的附加步骤可以导致坚固的层间粘合。
[0076]如较早地讨论的，可以在步骤306至314的先前迭代中已经生成部分408。在能量施加期间吸收的热可能传播到先前已固化部分408，以使部分408的一部分加热至高于其熔点。该效应可以造成图4e的部分406与408之间的层间粘合。另外地，在一些示例中，图4d的部分412可以聚结并且进一步固化，以变为部分414，如图4e中所示。该部分414可以充当改变层402a与402b之间的固化的过渡区，并且可以帮助引起相邻的层402a与402b之间的坚固的层间粘合。在314处可以实现最大强度的层间粘合，如将讨论的。
[0077]在312处，可以提供构造材料层402c。例如，控制器210可以通过使构造材料分配器224如较早地讨论的沿着y轴移动，来控制构造材料分配器224在支撑构件204上——特别地在层402b上提供层402c。可以类似于在304处讨论的先前沉积的层来递送层402c。
[0078]在314处，可以暂时地向构造材料层402c施加预定水平的能量，如图4g中所示。施加的能量和能量源可以类似于较早地(包括在310处)描述的那些。在一个示例中，能量可以被施加预定长度的时间。
[0079I可以在层402c上尚未递送聚结剂时向层402c施加能量。构造材料对于能量来说可以基本上是可透过的。因而，能量可以通过层402c传播到达层402b，以使部分406和414加热至高于构造材料的熔点并且聚结。例如，部分406和414的一些或所有的温度可以达到大约220摄氏度。在吸收能量时，部分406和414可以向周围构造材料释放一些能量，如在图4g中由箭头所描绘的，使该部分变热。因为部分406和414可以在所有侧被构造材料围绕，所以能量可以横向传播通过层402b、在层402b下面传播到层402a中，并且在层402b以上传播到层402c中。由于增加的构造材料体积可用于传播，因此热可以从部分406的边缘以较短的距离传播通过构造材料。因此，可以例如在横向X轴和y轴方向上并且在向上z方向上减少和/或消除聚结渗出。
[0080]部分406—旦冷却，可能已经变为更完全的固体，以形成被生成的三维物体的一部分，如图4h中所示的。在能量施加期间吸收的热可能传播到层402a的先前已固化部分408，以使层402a的部分408的一部分加热至高于其熔点。该效应帮助创建从层402a延伸至402b的完成部分410。可以实现已固化的构造材料的相邻层402a和402b之间的坚固的层间粘合，如图4h中所示的。
[0081 ]如较早地讨论的，可以在横向X轴和y轴方向上减少和/或消除聚结渗出。然而，在一些示例中，如果层402c中的、位于层402a和402b中的部分410正上方的部分意图稍后被固化以形成物体的一部分，那么可能期望在z轴方向上到层402c中实现一些聚结。可以实现这一点，这是因为，与在X轴和/或y轴方向上横向地面对的表面区域相比，面向z轴方向并且通过沿着X轴和y轴的平面所限定的部分410的表面可以具有更大的区域。因而，可以在316期间施加适当量的能量，使得构造材料的、在z轴方向上相邻于完成部分410的部分412可以在314处施加能量时至少部分地或完全地聚结并固化。能量可以适当的高，以抵消由于可用于热传播的增加的构造材料体积所引起的减少的总体聚结渗出。因而，可以吸收能量的层402b的聚结剂然后可以将热释放到层402c的部分412中，引起部分412的至少局部聚结并固化。
[0082]与在步骤306至314的后续迭代中对层402c进行的附加处置相结合地创建部分412可以创建相邻层402b和402c之间的坚固的层间粘合。部分412的聚结可能不会最终导致变形，这是因为部分412可以稍后被归入将在层402c中完成的物体的一部分。
[0083]在已经如上所述处理层402b之后，方法300然后可以继续返回到306，使得可以使层402c的一部分固化。可以重复步骤306至314，以处理新的构造材料层，以逐层地生成三维物体。
[0084]在316处，可以暂时地向其上可能已经在306处被递送聚结剂404的最终层施加预定水平的能量。施加的能量和能量源可以类似于较早地描述的那些。能量可以被施加预定长度的时间。可以由具有聚结剂404的部分吸收能量，使得该部分可以聚结并固化，并且粘合到先前层。最终的层可以经受单个能量施加阶段而不是两个，这是因为没有另外的层可以被提供在最终层的顶部上。
[0085]作为二步能量施加的结果，方法300可以因而实现减少的聚结渗出、高能量效率、增强的固化、坚固的层间粘合以及高零件密度，导致期望的物体属性，类似于如较早地关于方法10讨论的。
[0086]如所讨论的，方法300可以在固化过程中提供高能量效率。例如，因为过多的热传播以及因此聚结渗出的风险被减少，可以调整各种流程参数，使得聚结剂呈现施加的能量的更高的且更高效的吸收。该可以增强聚结剂被递送到的构造材料的固化。这样的流程参数可以包括选择聚结剂和其吸收带以及例如能量源的辐射谱的能量谱，以便实现高能量吸收。流程参数也可以包括，为控制能量吸收，在例如由能量源使用的辐射谱的能量谱中增强构造材料的反射率。流程参数也可以包括提供能量，例如，与每个层的厚度相比具有更长的或基本上更长的波长的辐射，以便实现低散射。低散射可以允许能量例如在步骤314通过层，使得其可以达到其上已经沉积有聚结剂的先前层的一部分。因而，能量可以被吸收，以提高由聚结剂吸收的能量相对于构造材料的比率。
[0087]图5是图示出根据一些示例的、生成三维物体的方法500的流程图。该方法可以是计算机实施的。在一些示例中，示出的排序可以变化，使得一些步骤可以同时地出现，可以添加一些步骤并且可以省略一些步骤。在描述图5时，将参考图2和图6a_h。图6a_h示出根据一些示例的构造材料层的一系列横截面侧视图。
[0088]在502处，以类似于关于图3的302较早地描述的方式，控制器210可以获取试剂递送控制数据208。
[0089]在504处，可以提供构造材料层602a。例如，控制器210可以通过使构造材料分配器224如较早地讨论的沿着y轴移动，来控制构造材料分配器224在支撑构件204上提供层602ao
[0090]在506处，可以将聚结剂604选择性地递送到构造材料层602a的表面的一个或多个部分。如较早地讨论的，可以由试剂分配器202例如以诸如液滴流体的形式来递送试剂604。
[0091]可以以层602a中的、试剂递送控制数据208可以将其限定变为固体以形成将被生成的三维物体的一部分的部分上的图案，执行试剂604的选择性递送。可以通过试剂递送控制数据208来限定图案。
[0092I聚结剂604可以基本上完全地渗透到构造材料层602a中，但是在其他的示例中，渗透的程度可以小于100%。渗透的程度可以例如取决于所递送的试剂量、取决于构造材料的性质、取决于试剂的性质，等等。
[0093I在508处，可以暂时地向构造材料层602a施加预定水平的能量。在各个示例中，所施加的能量可以是红外或近红外线能量、微波能量、紫外线(UV)光、卤素光、超声能，等等。施加能量的时间长度或能量暴露时间可以例如取决于以下一个或多个:能量源的特性;构造材料的特性；以及聚结剂的特性。所使用的能量源的类型可以取决于以下中的一个或多个:构造材料的特性;和聚结剂的特性。在一个示例中，能量可以被施加预定长度的时间。
[0094]能量的暂时施加可以使构造材料的、聚结剂604已经被递送或已经渗透在其上的部分加热至高于构造材料的熔点并且聚结。例如，层602a的一些或所有的温度可以达到大约220摄氏度。施加的能量可能被具有聚结剂604的部分吸收。已经聚结的部分608—旦冷却，可以变为固体并且形成被生成的三维物体的一部分，如图6a中所示。
[0095]在判定框510处，如果迄今提供的最新层将是最终的层，则方法500可以结束。如果其将不是最终的层，则方法500可以继续返回504。
[0096]在512处，可以将附加的聚结剂604选择性地递送到构造材料层602a的表面的一个或多个部分，如图6b中所示的。如较早地讨论的，可以由试剂分配器202例如以诸如液滴流体的形式来递送试剂604。
[0097]可以以构造材料中的、试剂递送控制数据208可以将其限定为变为固体以形成被生成的三维物体的一部分的部分上的图案，执行附加的试剂604的选择性递送。可以通过试剂递送控制数据208来限定图案。
[0098]在图6b中，示出了一图案，其中，与远离中心的区域相比，在层602a的中心上递送增加量的聚结剂604ο例如，与远离中心的区域相比，可以在中心递送增加密度的液滴。该图案例如可以允许创建层602a-b之间的平滑层间过渡，如将关于图6h讨论的。
[0099]在图6b的示例中，在已固化部分608之上递送一些附加的聚结剂604，并且在层602a的非固化部分之上递送一些附加的聚结剂604。在已固化部分608上递送的聚结剂604的一部分可以不渗透层602a，如图6c中所示。然而，在层602a的非固化部分上递送的聚结剂604的部分可以渗入到层602a中。如图6c中所示，附加的聚结剂604可以部分地渗透层602a。在其他的示例中，与图6c中示出的量相比，渗透的程度可以更小或更大。渗透的程度可以例如取决于所递送的试剂量和/或密度、取决于构造材料的性质、取决于试剂的性质，等等。
[0100]方法500可以继续从512返回到504。
[0101]在504处，可以提供构造材料层602b。例如，控制器210可以通过使构造材料分配器224如较早地讨论的沿着y轴移动，来控制构造材料分配器224在支撑构件204上——特别地在层602a上提供层602b。
[0102]在已固化部分608上递送的聚结剂604的部分可以渗入到新的层602b中。如图6b中所示，附加的聚结剂604的该部分可以部分地渗透层602b。在其他的示例中，与图6c中示出的量相比，渗透的程度可以更小或更大。渗透的程度可以例如取决于所递送的试剂量和/或密度、取决于构造材料的性质、取决于试剂的性质，等等。
[0103]在506处，可以将聚结剂604选择性地递送到构造材料层602b的表面的一个或多个部分，如图6e中所示的。如较早地讨论的，可以由试剂分配器202例如以诸如液滴流体的形式来递送试剂604。
[0104]可以以层602b中的、试剂递送控制数据208可以将其限定为变成固体以形成被生成的三维物体的一部分的部分上的图案，执行试剂604的选择性递送。可以通过试剂递送控制数据208来限定图案。
[0105]如图6f中所示，聚结剂604可以基本上完全地渗透到构造材料层602b中，但是在其他的示例中，渗透的程度可以小于100%。渗透的程度可以例如取决于所递送的试剂量、取决于构造材料的性质、取决于试剂的性质，等等。
[0106]在图6f中，新近递送的聚结剂604在渗透层602b之后，可以相邻于先前在512处递送的附加聚结剂604，并且相邻于已固化部分608。如所示，先前在512处递送的附加聚结剂604可以围绕在506处递送的新聚结剂604遇到已固化部分608所在的点。在施加能量时，该配置可以使物体在z轴方向上展现平滑层间过渡，如将讨论的。
[0107]在508处，可以暂时地向构造材料层602b施加预定水平的能量，如图6g中所示。施加的能量和能量源可以类似于较早地描述的那些。在一个示例中，能量可以被施加预定长度的时间。
[0108]构造材料对能量来说可以是基本上可透过的。因而，能量可以传播通过层602b并且传播到达层602a，使得具有聚结剂604的所有部分加热至高于构造材料的熔点并且聚结。例如，具有聚结剂604的一些或所有部分的温度可以达到大约220摄氏度。一旦吸收能量，具有聚结剂604的部分就可以向周围构造材料释放一些能量，如在图6g中由箭头所描绘的，使该部分加热。如图6g中所示的具有聚结剂604的部分中的大多数可以被构造材料围绕，但是在其他的示例中，这些部分的所有可以被构造材料围绕。因而，能量可以横向、向上或向下传播通过层602a和602b。因为增加的构造材料体积可用于传播，因此热可以从部分406的边缘以较短的距离传播通过构造材料。因此，可以减少和/或消除聚结渗出。
[0109]具有聚结剂604的部分一旦冷却，可能已经聚结和因此变为固体，以形成被生成的三维物体的一部分，如图6h中所示的。在能量施加期间吸收的热可能传播到层602a的先前已固化部分608，以使层602a的部分608的一部分加热至高于其熔点。该效应帮助创建从层602a延伸至602b的完成部分610。可以实现已固化的构造材料的相邻层之间的坚固的层间粘合，如图4h中所示的。而且，通过围绕在506处递送的新聚结剂604与图6g的已固化部分608之间的接合处包括在512处递送的聚结剂604，聚结并固化可以通过在z轴方向上创建平滑层间过渡的方式发生。
[0110]可以重复步骤504至512的迭代，以处理新的构造材料层，以逐层地生成三维物体。
[0111]方法500因而可以实现减少的聚结渗出、高能量效率、增强的固化、坚固的层间粘合以及减少的和/或消除的台阶，类似于如较早地关于方法100讨论的。
[0112]可以以任何组合方式组合在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或公开的任何方法或处理的所有步骤，除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合。
[0113]在以上描述中，阐述了许多详情以提供在本文公开的示例的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些或所有的情况下实践示例。其他示例可以包括从以上讨论的细节进行的修改和变化。所附权利要求意图覆盖此类修改和变化。
【主权项】
1.一种用于生成三维物体的装置，所述装置包括: 能量源，用于向构造材料施加能量，来根据聚结剂被递送的位置使所述构造材料的一部分聚结并固化，以形成所述三维物体的切片;和控制器，用于: 控制试剂分配器，以在位于支撑构件或先前层上的构造材料的第一层的一部分上选择性地递送聚结剂； 控制所述能量源向所述第一层施加能量，以使所述第一层的所述一部分聚结并固化；控制构造材料分配器在所述第一层上提供所述构造材料的第二层；以及在所述第二层上未被递送聚结剂时，控制所述能量源向所述第二层施加能量，使得能量传播通过所述第二层到达所述第一层，以使所述第一层的所述一部分聚结并且进一步固化。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量源是向所述构造材料施加非聚焦能量的非聚焦能量源。3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括所述试剂分配器，所述试剂分配器用于向所述构造材料的所述一部分选择性地递送所述聚结剂，以使所述一部分在所述能量被施加时聚结。4.根据权利要求4所述的装置，其中所述试剂分配器具有使所述试剂分配器能够跨越所述支撑构件的长度，并且其中所述支撑构件和所述分配器中的至少一个相对于另一个是可移动的，以使聚结剂能够被选择性地递送。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器用于控制所述能量源，以向所述第二层施加能量，使得: 所述能量在传播到所述第一层之后将被所述聚结剂吸收;并且响应于吸收所述能量，所述聚结剂将热释放到所述第二层中，来使所述第二层至少部分地聚结并固化，以增强所述第二层与所述第一层的所述一部分之间的粘合。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器进一步用于: 控制所述试剂分配器在构造材料的第二层的一部分上选择性地递送聚结剂； 控制所述能量源向所述第二层施加能量，以使所述第二层的所述一部分聚结并固化； 控制所述构造材料分配器在所述第二层上提供所述构造材料的第三层；以及在所述第三层上未被递送聚结剂时，控制所述能量源向所述第三层施加能量，使得能量传播通过所述第三层到达所述第二层，以使所述第二层的所述一部分聚结并且进一步固化。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器根据从表示将被生成的所述三维物体的切片的数据以及表示将被生成的所述三维物体的至少一部分的至少一个期望的物体属性的数据的组合得出的控制数据，来控制所述试剂分配器选择性地递送所述聚结剂。8.一种用于生成三维物体的方法，所述方法包括: 递送构造材料的第一层； 将聚结剂选择性地沉积到所述第一层的一部分； 向所述第一层施加能量，以使具有所述聚结剂的所述一部分聚结并固化；以及 将构造材料的第二层递送到所述第一层上；以及 在所述第二层不具有聚结剂时，向所述第二层施加能量，使得能量通过所述第二层转移到所述第一层，以使具有所述聚结剂的所述一部分聚结并且进一步固化。9.一种用于生成三维物体的装置，所述装置包括: 能量源，用于向构造材料施加能量，来根据聚结剂被递送的位置使所述构造材料的一部分聚结并固化，以形成所述三维物体的一个或多个切片;和 控制器，用于: 在构造材料的第一层被提供在支撑构件或先前层上，并且所述第一层的、具有聚结剂的一部分被聚结并固化之后，控制试剂分配器在所述第一层的一部分上选择性地递送附加聚结剂； 控制构造材料分配器在所述第一层上提供所述构造材料的第二层；以及 控制试剂分配器在所述第二层的一部分上选择性地递送聚结剂； 控制所述能量源向所述第二层施加能量，以使所述第二层的、聚结剂被施加的所述一部分聚结并固化，并且使得能量传播通过所述第二层到达所述第一层，以使所述第一层的、具有所述附加聚结剂的所述一部分聚结并固化。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述能量源是向所述构造材料施加非聚焦能量的非聚焦能量源。11.根据权利要求9所述的装置，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在支撑构件上提供构造材料的连续层。12.根据权利要求9所述的装置，进一步包括所述试剂分配器，所述试剂分配器用于向所述构造材料的所述一部分选择性地递送所述聚结剂，以使该部分在所述能量被施加时聚结。13.根据权利要求12所述的装置，其中在所述第一层的一部分上选择性地递送附加聚结剂包括: 在所述第一层的、先前没有被递送聚结剂的第一部分上选择性地递送第一附加聚结剂；以及 在所述第一层的、所述聚结剂先前已被递送、聚结并且固化的第二部分上选择性地递送第二附加聚结剂。14.根据权利要求9所述的装置，其中所述控制器进一步用于: 控制所述试剂分配器在所述第二层的一部分上选择性地递送附加聚结剂； 控制所述构造材料分配器在所述第二层上提供所述构造材料的第三层；以及 控制所述试剂分配器在所述第三层的一部分上选择性地递送聚结剂； 控制所述能量源向所述第三层施加能量，以使所述第三层的具有所述聚结剂的所述一部分聚结并固化，并且使能量传播通过所述第三层到达所述第二层，以使所述第二层的具有所述附加聚结剂的所述一部分聚结并固化。15.根据权利要求9所述的装置，其中所述控制器根据从表示将被生成的所述三维物体的切片的数据以及表示将被生成的所述三维物体的至少一部分的至少一个期望的物体属性的数据的组合得出的控制数据，来控制所述试剂分配器选择性地递送所述聚结剂。
【文档编号】B29C67/00GK105916662SQ201480073345
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年3月31日
【发明人】亚历杭德罗·曼纽尔·德·佩尼亚, P·科尔尼洛维奇, 大卫·H·多诺万
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业