阅读说明：本技术 构造材料处理 (Build material handling ) 是由 亚历山大·大卫·劳斯 彼得·布舍 德威纳·克普尔 萨曼莎·康 查尔斯·休·奥佩内梅 贾丝廷 于 2017-07-27 设计创作，主要内容包括：根据一个方面,提供了一种用于3D打印系统的构造材料处理装置。系统包括：筛网,用于筛分构造材料,筛网用于接收构造材料的流动；振动器机构,用于以共振频率振动筛网。提供了控制器,用于确定筛网的位移特性,基于位移特性确定筛网的填充状态,以及基于所确定的填充状态,控制构造材料向筛网的流动。(According to one aspect, a build material handling apparatus for a 3D printing system is provided. The system comprises: a screen for screening build material, the screen for receiving a flow of build material; a vibrator mechanism for vibrating the screen at a resonant frequency. A controller is provided for determining a displacement characteristic of the screen, determining a fill state of the screen based on the displacement characteristic, and controlling a flow of build material to the screen based on the determined fill state.)

构造材料处理

背景技术

一些三维(3D)打印或增材制造系统使用粉末型的构造材料生成3D打印物体。这样的3D打印系统通常在系统内的不同位置之间移动粉末状的构造材料，例如，从存储单元到构造平台。一些3D打印机或与3D打印机结合使用的后处理单元，可以使用至少部分自动化的技术从已生成3D物体的构造单元中回收任何未固化的构造材料。

具体实施方式

可以使用各种技术从在其中已经生成3D物体的构造单元中回收未融合的构造材料，例如，使空气流过构造单元、将构造材料抽出构造单元、以及振动构造单元。在某些情况下，这些技术可以被单独使用或组合使用。

在可重新用于生成其它3D物体之前，回收的构造材料可能需要被处理。处理可包括，例如，筛分以去除回收的构造材料的任何半融合或聚结的部分。

现在参考图1，示出了根据一个示例的构造材料处理系统100。在一个示例中，构造材料处理系统100可以被集成到3D打印系统中。在另一个示例中，构造材料处理系统100可以是单独的3D打印构造材料管理系统的一部分。

系统100包括筛箱或筛网(sieve)102。在所示的示例中，筛网102形成大体上顶部敞开的容器，其底部至少部分地由筛网元件104形成。在其它示例中，筛网102可以在顶部基本闭合。在图1中，筛网102的右侧端部面板未被示出以允许看到筛网元件104。筛网元件104可以例如由网、有孔的板或任何其它合适的筛分机构形成。筛网元件104可以例如包括单一尺寸的孔或不同尺寸范围的孔。孔的一个或多个尺寸可以基于将由构造材料处理系统100处理的构造材料的特性来选择。例如，可以选择孔的尺寸以仅允许具有预定最大颗粒尺寸的构造材料通过筛网元件104。以这种方式，任何聚结的构造材料或尺寸大于最大孔的任何其它杂质都将被筛网元件104分解，使得它们通过筛网元件104，或者它们将被阻止通过筛网元件104。

构造材料可从储料器106或通过任何其它合适的构造材料输送系统(例如管子或其它导管)被装载到筛网102中。来自储料器106的构造材料的流动由流动调节器108控制。流动调节器108可以是任何合适的阀，其可以提供打开位置和关闭位置。在一些示例中，阀允许在打开位置与关闭位置之间的受限的流动，或者实际上可以允许大范围的不同构造材料的流动。如箭头110所示，构造材料流过流动调节器108并进入筛网102中。

在另一示例中，流动调节器的功能可以由例如构造材料输送系统的元件的上游元件(未示出)执行。

筛网102进一步包括被连接到筛网102的振动器机构112。振动器机构112用于在x轴、y轴或z轴中的至少一个上向筛网102施加小幅度的振动。振动帮助筛网102中的构造材料如箭头114所示穿过筛网元件104。在一个示例中，筛网102可被安装在弹簧(未示出)上，该弹簧允许筛网102振动而不将振动传递给系统100的其它元件。

振动器机构112可被控制电路(未示出)驱动，或者可以包含控制电路以允许其以共振频率振动。筛网系统102的共振频率将随着筛网中的构造材料的量并且由此筛网系统的质量的变化而变化。在一个示例中，驱动电路可以例如通过停止振动机构112的驱动并确定筛网的衰减振动频率来监视筛网在各种频率下的振动频率，以允许筛网系统在其共振频率下被驱动，即使筛网中的构造材料的量随时间变化。

筛网102还包括传感器116。在一个示例中，传感器116被附接到筛网102的侧壁之一。传感器116允许确定筛网102的振动或位移特性，例如频率和振幅。在一个示例中，传感器116可包括加速度计。在另一示例中，传感器116可包括光学线性编码器，以读取位于系统100的非振动部分上的编码器条带(未示出)上的编码器标记。

在一个示例中，线性编码器可被用于使得控制器120能够通过对筛网位置或位移随着时间求平均来确定伪静态筛网位置。例如，如果筛网被安装在弹簧上，则筛网102的高度或垂直位移可随着筛网102中的构造材料的量的变化而变化。然后筛网系统的质量可以从所确定的伪静态位置被推导出。筛网102然后可以以共振频率被驱动以进行有效的筛分。

在一个示例中，驱动电路可以被切换为以至少两种模式之一运行。例如，第一模式可以使筛网102以其共振频率或接近其共振频率振动，并且第二模式可以使筛网102以与其共振频率不同的频率振动，以允许测量筛网102的振动或位移特性。

在另一个示例中，传感器116可以被集成到振动器机构112中。这可以允许例如控制器通过询问振动器机构112来确定筛网的振动或位移特性。

传感器116被连接到构造材料流动管理器118。在所示的示例中，构造材料流动管理器118包括经由通信总线(未示出)连接到存储器122的控制器120，例如微处理器或微控制器。存储器122存储控制器可读的构造材料流动管理指令124，当该指令被控制器执行时，控制构造材料向筛网中的流动，如下所述。

下面另外参考图2的流程图来描述构造材料处理系统100的示例操作。

在框202处，流动管理器118控制振动器机构112以在筛网102的共振频率下振动筛网102。如上所述，这可以涉及向振动器机构112供应电力并且允许振动器机构112自动确定筛网系统的共振频率并且随后以筛网系统的共振频率振动筛网102。

在框204处，流动管理器118通过传感器116确定筛网102的一个或多个振动或位移特性。在一个示例中，振动或位移特性可包括以下中的一项或多项：振动频率、振幅、振动方向以及筛网的垂直位移。

在框206处，流动管理器118基于所确定的振动或位移特性确定筛网102的填充状态或筛网102中的构造材料的量。可以以多种不同方式确定填充状态。例如，筛网102在空时的共振频率可通过测试被确定，并且空共振频率被存储在存储器122中。类似地，筛网在满时的共振频率可通过测试被确定，并且满共振频率被存储在存储器122中。“满”表示未必完全满，而是满到预定的最大标准。这可以例如被选择以防止振动时筛网102中的任何构造材料从筛网的顶部开口部分离开筛网。以这种方式，所确定的筛网的振动或位移特性允许流动管理器确定筛网的大致填充状态，而不必使用负载传感器。这允许特别经济的系统。

在框208处，流动管理器118向流动调节器108发送控制信号，以调节进入筛网的构造材料的流动。例如，当筛网102正被振动并且所确定的筛网的填充状态为空时，流动管理器118可以控制流动调节器108以允许构造材料流入筛网102。如果所确定的填充状态为满，流动管理器118可以控制流动调节器108以停止构造材料向筛网102流动。在一个示例中，比例-积分-微分(PID)类型的控制器可以由指令124实现，以允许构造材料向筛网102的更自适应的流动。

即使进入储料器108的构造材料的流动处于非恒定速率，流动管理器118仍实现了流入筛网102的构造材料的流动的简单而有效的控制。例如，如果流动管理器118确定筛网的填充状态为空，并且在控制流动调节器108允许构造材料流入筛网后确定填充状态仍为空，则这可表示没有更多的构造材料可供筛网102处理。在这种情况下，流动管理器118可以控制振动器机构112至少暂时地停止振动。这允许流动管理器118适应可供筛网102处理的构造材料的量，而无需具有关于要处理的构造材料的量的任何直接数据。

现在参考图3，示出了根据一个示例的三维打印系统300的框图。3D打印系统300包括构造材料形成模块302，用于例如在构造单元的构造平台上形成合适的粉末或颗粒类型的构造材料的连续层。示例性粉末可包括PA12、PA11、陶瓷、金属、热塑性塑料等。构造材料形成模块302可以例如通过用辊子摊开沉积在构造平台的一侧上的一堆构造材料形成构造平台上的构造材料的层。

3D打印系统300还包括选择性固化模块304。该模块用于选择性地固化构造材料的每个形成的层的部分以生成正被生成的3D物体的层。可以例如与要生成的3D物体的数字模型相关联地执行选择性固化。在一个示例中，选择性固化模块包括激光烧结系统。在另一示例中，选择性固化模块包括定影剂(fusing agent)和定影灯系统，在该系统中定影剂可被选择性地打印在构造材料的每个所形成的层上，并且定影灯使在其上已被施加了定影剂的那部分构造材料加热并熔化和融合。

3D打印系统300进一步包括构造材料处理模块306，诸如本文所述的构造材料处理系统100。

3D打印机控制器308控制模块302、304和306中的每个的操作，以形成3D物体。一旦3D打印作业或3D打印操作已被完成，就可从构造单元中提取构造单元中的未融合或未固化的构造材料，并将其发送给构造材料处理模块306进行处理。可使用任何合适的输送系统(例如气动或机械输送系统)在3D打印系统的模块之间运送构造材料。由构造材料处理模块处理的未融合的构造材料可被存储在3D打印系统内的存储容器中，并在随后的3D打印作业期间被重新使用以生成其它3D物体。

将理解的是，本文描述的示例可以以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式被实现。

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除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可被具有相同、等同或相似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等同或相似特征的一个示例。