物体脱块的制作方法

物体脱块


背景技术：

1.增材制造系统可以用于制造三维(3d)物体。例如，这可以通过在构建平台上形成连续层的构建材料并选择性地固化那些层的部分以在构建块内构建3d物体来实现。诸如产品部件的物体可以根据由打印控制器解释和应用并作为构建指令的一部分的物体描述而在增材制造系统的构建块内分层地构建。
2.在示例增材制造工艺中，在构建块被支撑在基座上的脱块操作中，物体与构建块分离，并且构建块的非固化构建材料被移除。
附图说明
3.现在将参照附图描述本公开的示例，其中：
4.图1示出在初始状态下的脱块设备的示例的示意图；
5.图2示出在流化状态下的脱块设备的不同示例的示意图；
6.图3示出在流化和非固化构建材料移除状态下的脱块设备的示例的示意图；
7.图4示出脱块设备的基座的示例的详细示意图；
8.图5示出脱块系统的示例的示意图；
9.图6示出示例方法的流程图；
10.图7示出另一示例方法的流程图；和
11.图8示出控制器的示例的示意图的示例。
具体实施方式
12.图1是在初始状态下的脱块设备1的示例的示意图。脱块设备1包括由基座4和外周壁8限定的腔室2。基座4支撑构建块6。构建块6包括构建物体10和非固化构建材料12。
13.设备1包括分配器14，流化介质可以从该分配器14被迫进入构建块6的下部。流化介质被迫进入构建块6，以使围绕构建物体10的非固化构建材料12流化。在该示例中，非固化构建材料12可以基本上在整个腔室中流化，但在其他示例中，流化可以限于腔室内的局部区域。
14.本示例中的腔室2是构建块6在它于增材制造工艺期间已经被创建之后转移到其中的腔室。在工艺的示例中，构建块从它被创建所在的构建腔室排出到在外周壁8内的容积体中。外周壁8的底部可以使用板封闭，以允许将构建块6转移到基座4上。一旦构建块6位于基座4上方，则板可以被移除，并且构建块6被支撑在基座4上。在其他示例中，使用其他方法将构建块6从构建腔室转移到脱块设备。
15.在其他示例中，脱块设备1的腔室2可以是在增材制造工艺期间于其内创建构建块6的构建腔室。
16.本示例的基座4包括分配器14，其具有连接到多个出口18的入口16。通过入口16进入分配器14的流化介质穿过流动通道20到出口18。以这种方式，流化介质可以通过入口16被迫进入分配器14并经由流动通道20和出口18进入构建块6的底部。在其他示例中，分配器
14可以包括单个出口(例如被形成为细长槽或槽网)以使流化介质分布在基座4上。
17.在本示例中，分配器14位于基座中。在其他示例中，分配器14可以位于基座上。在进一步的示例中，分配器可以被另外地或替代地布置在外周壁8中或外周壁8上。
18.在本示例中，基座4包括材料出口36，非固化构建材料可以在构建材料移除操作期间穿过该材料出口36。在一些示例中，可以选择性地防止或阻止非固化构建材料穿过材料出口，以控制非固化构建材料从腔室的移除。在一些示例中，可以通过打开或关闭可以位于材料出口中或可以位于材料出口下游的材料流动路径中的阀、挡板或类似的限流器来主动地防止非固化构建材料穿过材料出口。在一些示例中，通过在非固化构建材料于其上形成桥的材料出口中包括开口，可以被动地防止非固化构建材料穿过材料出口，这意味着在不供应额外的能量的情况下，例如通过振动，非固化构建材料将不流过材料出口。
19.在其他示例中，材料出口可以被另外地或替代地提供在外周壁中或者在可以在腔室2内移动的软管上。
20.在本示例中，用在构建工艺中以创建构建块的增材制造系统使用分布在构建平台上的构建材料以在构建腔室中形成构建层。构建层的选定部分可以通过例如使用从能量源施加的热能以及熔剂来熔合、烧结、熔化、粘合或以其他方式接合构建材料来固化。然后构建平台降低预定量，并且新的构建层被形成在先前形成的层上，并且该工艺重复。以这种方式，在构建块内创建构建物体，该构建块由一个或多个构建物体和非固化构建材料组成。
21.构建材料可以包括任何合适形式的构建材料，例如纤维、颗粒或粉末。构建材料可以包括热塑性材料、陶瓷材料和金属材料。
22.图2示出在流化状态下的脱块设备101的不同示例的示意图。脱块设备101类似于图1中的脱块设备1。相同的特征将由相同的数字引用，并且相似的特征将由相同的数字增加100引用。
23.构建块106与上述类似，但在本示例中，构建块106包括多个构建物体110。脱块设备101包括基座104，其包括构建材料移除通道24，穿过材料出口36的非固化构建材料可以通过该构建材料移除通道24从构建块106移除。脱块设备101也包括外周壁8上的盖26。盖26封闭腔室102，但允许流化介质离开腔室102。在本示例中，盖26包括流化介质可以穿过但构建材料不能穿过的过滤器元件28。在其他示例中，盖26包括流化介质出口通道。
24.如图2所示，流化介质由箭头22指示，并被迫进入基座104中的分配器114，使得该流化介质穿过流动通道120并离开出口118。流化介质(在本示例中，压缩的干燥空气)从出口118到构建块106的流动初始使构建块106随着流化介质进入并穿过非固化构建材料112而膨胀。随着流化介质的流动增加，非固化构建材料112变得流化，因此表现为流体。构建物体110具有比流化的非固化构建材料112的密度更大的密度，因此通过流化的非固化构建材料112向基座104下沉。在其他示例中，流化介质可以是不同的流体，例如不同的气体，其将不损坏构建物体110或非固化构建材料或者对构建物体110或非固化构建材料产生不利影响。一些示例使用压缩的环境空气。其他示例使用压缩的氮气。
25.流化的非固化构建材料112在构建物体110向基座104下沉时围绕构建物体110流动，这可以有助于从构建物体110的表面移除非固化构建材料112。盖26防止非固化构建材料112从腔室106的顶部损失。在一些示例中，通过腔室102的一部分(例如，基座104和/或外周壁8)的振动来协助非固化构建材料112的流化。
26.使或允许构建物体110通过流化的非固化构建材料112向基座104下沉提供对构建物体110向基座104移动的速率的控制，并减少构建物体110与基座104之间的距离。对移动的这种控制可以降低在后续操作(诸如从构建物体110周围移除非固化构建材料112)期间对构建物体110造成损坏的风险。
27.从构建物体110下方移除非固化构建材料112可能造成该物体以不受控制的方式落向基座104。基座与构建物体110之间的不受控或快速的接触可能对构建物体110造成损坏。在移除非固化构建材料112期间构建物体110的不受控的下落或移动也可能导致构建物体110相互碰撞而可能造成损坏。允许构建物体以受控的方式通过流化的构建材料下沉降低不受控下落可能发生的高度，并可以降低构建物体可以移动的速率，因此可以降低这种操作期间的损坏风险。
28.在一些示例中，该工艺可以是两步工艺，在该工艺中，第一步是使构建物体110通过流化的非固化构建材料112向基座104下沉，一旦构建物体已经向基座下沉，则第二步是移除非固化构建材料112。在其他示例中，构建物体110的下沉和非固化建造材料112的移除可以同时发生。在这种示例中，非固化构建材料112的移除的速率可以被控制以确保在以一定速率移除非固化构建材料之前，构建物体以受控方式通过流化的非固化构建材料下沉，该一定速率可能增加构建物体以不受控的方式下落的可能性，且可能增加损坏风险。
29.在本示例中，非固化构建材料112持续流化，直到构建物体110到达基座104并停留于其上。一旦构建物体110停留于基座上，则执行下一操作，该操作涉及从腔室102移除非固化构建材料112。
30.在该示例中，传感器31，例如接触式传感器或其他合适的传感器，被提供以确认构建物体110已经与基座104接触，此时流化可以停止。在其他示例中，非固化构建材料112可以流化达一段下沉时间，该时间被预先确定为足够长以确保构建物体110通过流化的非固化构建材料下沉以到达基座104。构建物体110通过流化的非固化构建材料112下沉的速率可以通过改变流化介质被迫进入非固化构建材料112的速率来调整。也可以使用预先确定的流化持续时间和传感器31的组合。
31.构建物体110到达基座104所花费的时间取决于物体110在构建块内的初始位置以及构建物体110通过流化的非固化构建材料112的下沉速率。
32.在一些示例中，非固化构建材料110的流化不是连续的。流化的期间由不发生流化的期间分开。以这种方式，构建物体110在一系列步骤中向基座下沉，其可以限制它们可以下沉的最大速率，并且也限制构建物体的任何下沉运动的最大距离。
33.在其他示例中，构建物体110向基座104下沉，但在从腔室102移除非固化构建材料112操作开始之前可能无法到达基座104。构建物体110向基座104下沉降低构建物体110损坏的风险，这是因为在后续操作期间构建物体110在到达基座104之前以不受控的方式不会下落太多。
34.图3示出在未固化构建材料流化并且未固化构建材料从腔室移除的第二状态112下的脱块设备101的示例的示意图。
35.如箭头22所示，流化介质被迫进入分配器114，并且如箭头32所示，非固化构建材料112通过材料出口36和构建材料移除通道24从构建块106移除。在该示例中，流化的非固化构建材料112穿过基座104中的材料出口36进入收集器30，该收集器30将其引导到构建材
料移除通道24。这种非固化构建材料的移除可以自动化，这可能有助于降低用户暴露到粉末的风险。这将参照图4进行更详细的描述。
36.在本示例中，一旦构建物体下沉阶段已经完成，则流化和非固化构建材料112的移除在材料移除阶段期间同时发生。在一些示例中，可以通过空气通过经由构建材料移除通道的抽吸来协助非固化构建材料112的移除。
37.在其他示例中，流化和非固化构建材料112的移除以重复的顺序进行，其中非固化构建材料112的流化在材料移除操作之前使非固化构建材料112重新分配在基座104上。通过基座104的材料出口36移除非固化构建材料112可能导致材料出口36附近的非固化构建材料112局部损失。该顺序可以包括流化与移除操作之间的重叠，或者两个操作之间可能没有重叠。在一些示例中，腔室102的一部分(例如，基座104和/或外周壁8)的振动可以协助流化和/或移除操作。
38.图4示出脱块设备的基座204的示例的详细示意图。基座204具有用于将流化介质引入基座204内的分配器中的入口216。分配器将流化介质从入口216引导到多个出口218，该多个出口218来自构建块可以被支撑于其上的基座204的上表面34。分配器被设计为使得流化介质从多个出口218中的每个排出，并且来自每个出口的流动基本上相同。其他示例可以具有分配器，流化介质从该分配器以更大的流速于预定区域(例如，中心区域)排出，这是因为这可以有助于控制构建物体的下沉，例如，使得它们不接触腔室的外周壁。
39.在本示例中，基座204也包括四个材料出口36，非固化构建材料可以穿过该材料出口36到达收集器30和出口通道24。其他示例可以具有一个材料出口或任何其他数量的以任何合适的模式布置的材料出口。
40.在本示例中，基座204的上表面34也包括一定模式的沟槽38，以协助流化介质分配在被支撑在基座上的构建块的底部上。其他示例可以没有这样的沟槽。
41.本示例中的材料出口36均包括穿孔盖40，以阻止非固化构建材料流经材料出口36。在其他示例中，材料出口可以不包括盖。
42.在流化阶段期间使用时，流化介质通过多个出口218被迫离开基座204内的分配器，以使置于基座204上的构建块中的非固化构建材料流化。在非固化构建材料移除阶段期间，非固化构建材料被允许穿过材料出口36进入收集器30，该收集器30使构建材料传送到构建材料移除通道24。
43.图5示出脱块系统42的示例的示意图，除了该示例包括控制流化介质22被迫进入分配器的流动的流化控制器44，该脱块系统42还包括与图2所示的脱块设备类似的脱块设备301的示例。流化控制器44包括加热器96，以加热被迫进入分配器的流化介质22。在其他示例中，流化控制器44包括冷却器，以冷却被迫进入分配器的流化介质22。
44.系统42包括控制器46以控制系统42的部件，如下所述。构建材料移除通道24被联接到出口阀48，该出口阀48在关闭时防止未固化构建材料进入抽吸系统50。出口阀48在打开时允许构建材料落入或被吸入抽吸系统50中。在本示例中，非固化构建材料初始填充在材料出口36与出口阀48之间的容积体中，这防止非固化构建材料穿过材料出口36。
45.抽吸系统50包括通过“t”型联接器54(虽然其他示例可以使用其他联接器)联接到出口阀48的抽吸泵52和构建材料捕集器62。也联接到联接器54的是包括过滤器58的二次入口56，并且在过滤器58与联接器54之间的是入口阀60。入口阀60在关闭时限制抽吸泵52通
过脱块设备301的构建材料移除通道24将空气吸入抽吸系统中。入口阀60在打开时允许抽吸泵也通过过滤器58和二次入口56抽吸空气，这可以有助于将构建材料输送到构建材料捕集器62。
46.控制器46控制流化控制器44、出口阀48、入口阀60和抽吸泵52。在其他示例中，这些中的一些可以被手动控制，或由不同的控制器控制。
47.流化控制器44控制流化介质(在这种情况下是空气)的温度，以控制构建块内的构建物体的冷却。可以通过加热器96加热流化介质，使其基本上与构建物体的温度匹配，使得构建物体不会由于流化介质的移动而显著冷却。在其他示例中，流化控制器通过在流化工艺期间降低流化介质温度来控制流化介质的温度，从而以受控的方式加速构建物体的冷却。
48.流化控制器44控制流化介质进入构建块的流速。这控制非固化构建材料的流化。在流化期间，流速足以实现非流化构建材料的初期流化。较高的流速可以降低流化的非固化构建材料的密度，这可以加速构建物体的下沉。高流速也可能导致床台内形成气泡，这可能对构建物体的下沉的控制产生不利影响。
49.系统42也包括联接到控制器46的材料传感器98。在该示例中，材料传感器98是脱块设备301的一部分。控制器46从材料传感器98接收指示腔室内存在或不存在阈值量的非固化构建材料的信号。材料传感器98可以是任何合适的传感器，例如，相机、超声波传感器、激光传感器、重量传感器或接触传感器。
50.来自材料传感器98的这种信号可以用于确定何时已移除足够的非固化构建材料以允许用户恢复构建物体，并向用户提供指示。控制器46也可以使用来自材料传感器98的信号来确定是否应该停止流化介质的流动和/或是否可以停止非固化构建材料的移除。在其他示例中，材料传感器是系统42的一部分并可以被联接到脱块设备301。
51.在使用中，在构建块位于基座上的情况下，控制器46控制流化控制器44，以控制流化介质的流动和温度，从而使未固化构建材料流化并使构建块中的构建物体以受控的方式向基座304下沉。控制器46从接触传感器31接收信号，以指示构建物体何时与基座304接触。然后，控制器46控制出口阀48以打开并允许非固化构建材料进入抽吸系统50。出口阀的打开也允许非固化构建材料穿过材料出口，从而将非固化构建材料从腔室移除。控制器46也控制抽吸泵52以开始通过材料出口36吸取空气并控制入口阀60的致动，以协助将材料输送到构建材料捕集器62。
52.在其他示例中，控制器可以减少上述部件，和/或可以控制附加部件，诸如材料出口中的阀或其他可移动障碍物，或振动系统，以协助流化或材料通过材料出口的流动。控制器可以包括多个子控制器。上述一些部件可以被手动控制。
53.图6示出示例方法64的流程图，在该方法中，构建块被支撑在基座上的腔室中66。构建块包括构建物体和非固化构建材料。
54.然后，迫使68流化介质从分配器进入构建块的下部，以使围绕构建物体的非固化构建材料流化。允许构建物体通过流化的非固化构建材料向基座下沉70。
55.图7示出不同示例方法72的流程图，在该方法中，构建块被支撑74在基座上的腔室中。构建块包括构建物体和非固化构建材料。
56.然后，迫使76流化介质从分配器进入构建块的下部，以使围绕构建物体的非固化
构建材料流化。允许构建物体通过流化的非固化构建材料以受控的方式向基座下沉70。在流化介质被迫76进入构建块中并且构建物体被允许下沉78时，流化介质可以被控制80。
57.对流化介质的控制80包括控制流化介质的温度，以在不使冷却加速到可能损坏构建物体的程度的情况下加速构建物体的冷却。这通过初始将流化介质加热到与构建物体温度相似的温度并使非固化构建材料流化来实现。在流化期间，在构建物体下沉时和/或在构建物体已经到达其行程的最低点时，流化介质的温度以比通过被动冷却构建物体和构建块所可能实现的速率更快的速率降低。这可以有助于冷却构建物体，并且构建物体的冷却速率可以被控制。
58.在一些示例中，对流化介质的控制80包括控制流化介质进入构建块的流速。流化介质通过构建块的流速控制非固化构建材料的流化。如上所述，流速应足以实现初期流化，并且更高的流速可以进一步降低流化的非固化构建材料的密度，这可以加速构建物体的下沉。
59.一旦构建物体已经以受控的方式向基座下沉，则非固化建造材料可以从构建块移除82，以露出构建物体。如上所述，非固化构建材料的移除82可以通过经过基座的材料出口进行。在其他示例中，非固化构建材料的移除可以包括使用手动工具的手动移除或抽吸装置。
60.图8示出控制器146的示意图。控制器146可以适用于用作图5的系统42中的控制器46。在此示例中，控制器146包括非暂时性计算机可读存储介质84，其包括可由处理器执行的指令86。计算机可读存储介质68包括：
61.指令88：迫使流化介质从分配器进入构建块的下部。构建块被支撑在基座上的腔室中并且包括构建物体和非固化构建材料。迫使流化介质进入构建块的下部，以使围绕被形成在构建块中的构建物体的非固化构建材料流化。
62.指令90，允许构建物体通过流化的非固化构建材料向基底下沉。
63.如上所述，构建块中可以存在多个构建物体。
64.在一些示例中，控制器包括指令92，以打开出口阀，并通过基座中的出口开口吸取空气，以从构建块带走围绕构建物体的非固化构建材料，使得通过出口开口将非固化构建材料从构建块移除。
65.在一些其他示例中，控制器包括指令94，以打开出口阀，并通过基座上的出口开口吸取空气，以从构建块带走围绕构建物体的非固化构建材料，使得通过出口开口将非固化构建材料从构建块移除，同时迫使流化介质从分配器进入构建块的下部。