阅读说明：本技术 用于三维(3d)打印机的构建材料回收 (Build material recovery for three-dimensional (3D) printers ) 是由 韦斯利·R·沙尔克 贾丝廷·M·罗曼 兰德尔·韦斯特 罗伯特·劳伦斯·温比尔纳 于 2017-07-20 设计创作，主要内容包括：用于三维(3D)打印机的构建材料回收系统可以包括：选择性固化装置,用于使用构建材料创建3D物体；构建处理装置,用于将3D物体从未熔合的构建材料中分离；材料分离与调节装置,用于调节未熔合的构建材料；以及材料存储装置,用于存储所调节的构建材料。(A build material recovery system for a three-dimensional (3D) printer may include: a selective solidification device to create a 3D object using build material; build processing means for separating the 3D object from unfused build material; a material separation and conditioning device for conditioning unfused build material; and a material storage device for storing the conditioned build material.)

用于三维(3D)打印机的构建材料回收

背景技术

三维(3D)打印机可用于创建不同的3D物体。3D打印机可以利用增材制造技术来创建3D物体。例如，3D打印机可以在3D打印机的选择性固化装置中以连续层沉积材料以创建3D物体。可以选择性地熔合或以其他方式固化该材料，以形成3D物体的连续层。

具体实施方式

一些3D打印机可以利用构建材料来创建3D物体。构建材料可以具有粉末和/或颗粒形式。3D打印机可以在选择性固化装置中以连续层施加构建材料，以创建3D物体。可以选择性地熔合或固化构建材料，并且可以将构建材料的下一连续层施加到选择性固化装置。

如本文所使用的，术语“3D打印机”可以例如是指可以在3D打印机的构建工艺期间创建物理3D物体的装置，在一些示例中，3D打印机可以利用3D数字模型来创建3D物体。3D打印机可以通过例如在3D打印机的选择性固化装置中沉积诸如粉末的构建材料以及粘合剂材料或熔合剂来创建3D物体。如本文所使用的，术语“选择性固化装置”可以例如是指可在其中创建3D物体的3D打印机的区域。例如，可通过选择性固化装置在构建室内选择性地固化构建材料。构建室可以是其中形成3D物体的区域。可以将构建材料以连续层沉积在选择性固化装置中以创建3D物体。在一些示例中，3D打印机可以利用粉末床熔合以及其他类型的3D打印来创建3D物体。例如，“选择性固化”可以指不同类型的3D打印(和3D物体的固化，诸如，例如选择性热烧结、选择性激光烧结、粘合剂喷射固化、立体光刻、数字光处理、热熔融和熔合剂、选择性激光熔化、电子束熔化或层压物体制造等。

在一些示例中，在3D打印机中的3D物体的构建工艺期间，不是供应给3D打印机的选择性固化装置的所有构建材料都可以利用。例如，供应给选择性固化装置的构建材料可以形成3D物体的一部分，或者可以在3D打印工艺期间使用而不会被固化。例如，在构建工艺期间，偶然的构建材料可能是空气携带的和/或可能掉落在构建平台的区域之外，和/或在构建工艺结束时可能留下多余的构建材料。当从选择性固化装置中回收时，偶然的和/或多余的构建材料可以在相同的构建工艺期间和/或在后续的构建工艺中重新使用。如本文所使用的，偶然的和/或多余的构建材料可以被称为“未熔合或未固化的构建材料”。

回收未熔合的构建材料的一些方法包括去除包含3D物体的容器(例如“构建单元”)，以及手动去除未熔合的构建材料。例如，用户可以手动筛选构建和未熔合的构建材料，从而从未熔合的构建材料中去除3D物体。未熔合的构建材料可以手动放置在其他地方，以备将来构建使用或处置。

根据本公开的构建材料回收可以包括用于集成在3D打印机内的3D打印机的构建材料回收系统。例如，一些示例可以包括在构建工艺期间和/或之后回收未熔合的构建材料、使回收的构建材料再循环以及将回收的构建材料提供给3D打印机的选择性固化装置以用于正在进行的或后续的构建工艺中。建材回收系统可以再循环收和调节未熔合的构建材料以用于构建工艺中或将其存储以备将来使用。

这样的示例可以减少构建材料的损失数量、受污染的构建材料(例如，被虫子、毛发、其他构建材料等污染)以及人类对构建材料的接触。此外，包括调节构建材料的示例可以导致再循环的构建材料的状态改善，从而导致3D物体得到改善。

图1示出了与本公开一致的用于3D打印机的构建材料回收的方法100的示例。在102和104处，可以将再循环的构建材料和/或新鲜的构建材料装载到选择性固化装置中，以在106处创建3D物体。例如，可以将构建材料的混合物装载到选择性固化装置中。混合的范围可以从100％的新鲜的构建材料至100％的再循环的构建材料，两者之间有梯度。

如本文中所使用的，再循环的构建材料包括从先前或当前的选择性固化工艺中回收的构建材料，并且新鲜的构建材料包括不是回收和/或再循环的结果的新的构建材料。选择性固化可以包括使用混合的再循环的和新鲜的构建材料、仅使用新鲜的构建材料或仅使用再循环的构建材料。例如，对于特定的3D物体可能需要特定的混合比。示例混合比例可以包括但不限于：100％新鲜，0％再循环；20％新鲜，80％再循环；和0％新鲜，100％再循环。

在106处，可以使用选择性固化，诸如，例如选择性加热烧结、选择性激光烧结、粘合剂喷射固化、立体光刻、数字光处理、热熔融/熔合沉积建模、选择性激光熔化、电子束熔化、层压物体制造等来创建3D物体。

在108处，可以从选择性固化装置中提取未熔合的构建材料。例如，可以通过构建处理装置将未熔合的构建材料从3D物体中分离。在一些示例中，构建处理装置可以使用气流和/或振动从未熔合的构建材料中分离3D物体，以从选择性固化模块中提取未熔合的构建材料。例如，在整个提取工艺中，气流和/或振动可能会持续一段时间。

在一些示例中，分离可以包括以下情况，其中几乎没有空气通过选择性固化装置和/或3D打印物体回收区的底部的孔。例如，这些孔可允许未熔合的构建材料从选择性固化装置和/或3D打印物体回收区中流出，但直到分离完成，气流才可能通过。关于振动，振动会使未熔合的构建材料到处移动，使其进入孔中并通过传输装置被拉回。未熔合的构建材料可以传输到材料分离与调节装置。

可以在110处回收3D物体。例如，可以从3D打印物体回收区中取回3D物体(其也可以称为打印物体)。3D打印物体回收区可以包括容纳3D物体的容器。它可以具有盖，以供用户提起以接近3D物体，并且在一些示例中，3D打印物体回收区可以包括任务照明和用于清洁3D物体的工具。在一些情况下，3D打印物体回收区可以包括平台，该平台自动升起以呈现3D打印物体。在一些示例中，3D打印物体回收区可以包括气流或真空源，以收集未熔合的构建材料。

在112处，可以使用材料分离与调节装置将未熔合的构建材料从空气中分离。在一些示例中，分离可以包括旋风分离或吹/沉降箱分离等。例如，对于材料循环的一部分，未熔合的构建材料可以在空气流中传输。在这样的示例中，来自选择性固化装置和/或3D打印物体回收区的未熔合的构建材料可以通过气动进行传输。为了回收该未熔合的构建材料，可以分离空气/构建材料混合物。

分离之后，可以在114处收集废物。在一些示例中，颗粒可能残留在空气流中。在这样的示例中，可以使用过滤器来实现期望的分离(例如，完全分离)。那些去除的颗粒可以是被捕集在过滤器中的废物，并且因此，最终不会进入再循环的构建材料中。例如可以包括筛网的筛子可以处理再循环的构建材料。留在筛子上的是废物，而通过的则可以用作再循环的构建材料。例如，留在筛子上的废物的示例可以包括诸如纤维或毛发的杂质。

材料分离与调节装置可以在116、118和/或124处调节未熔合的构建材料。可以调节未熔合的构建材料以改善未熔合的构建材料的状态并提高后续或相同构建工艺中的效率。调节类型1、2和3可以是相同或不同的调节类型，并且可以包括例如冷却构建材料、使构建材料去离子以及从构建材料添加或去除湿度等。调节可以导致未熔合的构建材料的期望性质，诸如期望的尺寸、形状、稠度和/或中性状态(例如，不带静电)。在一些示例中，可以为特定的3D物体指定这些性质。

在120处，材料分离与调节装置可以将未熔合的构建材料分类和/或从未熔合的构建材料中去除污染物。分类可以包括例如去除特定尺寸的未熔合构建材料内的颗粒。换句话说，可以去除未熔合的构建材料中超出阈值(例如，太大或太小)的颗粒。超出阈值的颗粒可能是不期望的，使得如果它们在构建工艺中使用则会导致有缺陷的构建。在一些示例中，可以在分类期间使用筛子将期望的颗粒与不期望的颗粒分离。在一些示例中，可以使用多个筛子。例如，不同的筛子尺寸可以用于分离不同的粒径。在122处，超出阈值的颗粒可以作为废物被收集和/或去除。

在116、118、124处的调节以及在120处的分类和/或污染物去除可以以不同的顺序发生，并且在一些示例中可能不会以图1所示的顺序发生。尽管在图1中示出了三种调节类型以及一种分类和污染物去除，但是可以利用更多或更少的调节类型、分类和/或污染物去除。调节、分类和/或污染物去除的组合可以基于哪种组合导致最有效的构建工艺(例如，构建材料的期望状态、尺寸、纹理等)来确定。

在126处，在调节和/或污染物去除之后，可以将未熔合的构建材料传输到材料存储装置以用于存储未熔合的构建材料。材料存储装置可以包括例如容器或料斗或材料盒，以供给用于3D物体的选择性固化装置。

图2示出了与本公开一致的用于3D打印机的构建材料回收系统230的示例。在一些示例中，系统230可以集成在3D打印机内。例如，系统230可以至少部分地包含在3D打印机的壳体内。在一些示例中，可以将新鲜的和/或再循环的构建材料和试剂(例如，通过盒)装载到系统230中，并且3D物体、废物、未使用的构建材料、盒、容器、料斗或其他产品可以从3D打印机中出来。可以收集其他产品、废物等并将其容纳在系统230和3D打印机容纳系统230中。

系统230可以包括用于使用构建材料创建3D物体的选择性固化装置234。选择性固化装置234可以包括用于创建3D物体的托架256-1、256-2和第三托架(图2中未示出)，以及试剂盒240(例如，颜色试剂盒、热试剂盒等)。第三托架可基本垂直于托架256-1和256-2操作。托架256-1和256-2可以彼此串联，并且可以在同一轨道上操作。在一些示例中，托架256-1和256-2可与第三托架一起工作以创建3D物体。第三托架可以包括用于在选择性固化期间涂布构建材料的涂布器。托架可以从材料存储装置252和254中供给构建材料，并且可以通过试剂输送系统238从试剂盒240中供给试剂，以用于选择性固化工艺。

托架256-1可以放下构建材料(例如，从材料存储装置252和254供给的材料)，并且托架256-2可以容纳用于施加从试剂盒240供给的试剂的打印头。托架256-1和256-2以及第三托架可以协同工作，以逐层熔合构建材料，直到3D物体完成。例如，托架256-1可以加热并涂布构建材料层，同时托架256-2在粉末上进行打印。在选择性固化期间，某些构建材料可能不吸收能量，从而使其不熔合(例如，松散、未固化、粉状等)。在完成3D物体时，可以回收未熔合的构建材料以用于将来的构建或存储。在一些示例中，在选择性固化期间，可以回收未熔合的构建材料并将其用于当前的构建中(例如，作业中的回收利用)。在一些示例中，回收可以是自动的，使得可以在有限的或没有用户输入的情况下和/或在有限的或没有提示的情况下执行回收。

在一些示例中，可以在选择性固化工艺期间封闭选择性固化装置，并且可以存在气流或真空源。在这样的示例中，可以通过气流或真空源收集未熔合的(例如，空气携带的)构建材料，以用于当前的选择性固化工艺和/或将来的选择性固化工艺。

系统230可以包括新鲜的构建材料盒248和再循环的构建材料盒232。在系统230的外部示出了示例构建材料盒250。新鲜的构建材料盒246可以容纳新鲜的构建材料，其将新鲜的材料供给到存储装置252。再循环的材料盒232可以容纳再循环的构建材料，其供给两个再循环的材料存储装置254-1中的一个。另一个再循环的材料存储装置254-2可以直接从构建处理装置242以及材料分离与调节装置244供给。尽管示出了两个再循环的材料存储装置254和一个新鲜材料存储装置252，但是可以存在更多或更少。当构建材料盒246、232具有低水平的构建材料时，剩余的可以沉积到其各自的构建材料存储装置252、254-1中，并且可以将现在空的构建材料盒替换为填满的构建材料盒，诸如盒250。这可以防止系统230在选择性固化工艺的中间耗尽构建材料。在一些示例中，可以将构建材料存储装置254中的构建材料装载到诸如盒250的材料盒中，以供在其他系统、3D打印机或3D物体中使用或存储以用于将来的构建。在一些情况下，构建材料盒246、232可以分别完全清空到材料存储装置252和254-1中。

用户可以从3D打印物体回收区236收集3D物体。例如，3D打印物体回收区236可以是在完成时放置3D物体的区域，并且用户可以给3D物体除尘，查看和检查3D物体等。在一些示例中，3D打印物体回收区236的基底可以具有孔，以使未熔合的构建材料通过而用于构建材料回收工艺。可以封闭3D打印物体回收区236，直到3D物体完成并且手动或自动提起盖。

在创建3D物体之后，构建处理装置242可以用于将3D物体从未熔合的构建材料分离。构建处理装置242可以使用气流和/或振动以从选择性固化模块234和/或3D打印物体回收区236中提取未熔合的构建材料。例如，可以使用空气、振动或两者的结合来将松散的、未熔合的构建材料拉离3D物体。在一些示例中，构建处理装置242可以随后将未熔合的构建材料传输到材料分离与调节装置244。

材料分离与调节装置244可以将未熔合的构建材料从空气中分离，去除超出阈值的尺寸的颗粒，从未熔合的构建材料中去除污染物，和/或在将未熔合的构建材料传输到材料存储装置254或选择性固化装置234或材料盒232之前对其进行调节。调节可以包括例如冷却、去离子、解团聚(例如，碾碎、研磨等)、加湿和/或干燥构建材料等。

材料存储装置254可以存储所调节的构建材料。构建材料存储装置252、254中的每一个的底部的定量加料器可用于通过传输装置248供给选择性固化装置234中的构建。例如，系统230可以包括传输装置248，其可以用作构建材料输送系统以在整个系统230中传输构建材料。构建材料可以气动地通过系统230传输。例如，系统230可以包括用于在构建材料存储装置252和254之间传输构建材料的一气动系统，以及用于分离和提取未熔合的构建材料并具有真空功能的另一气动系统，真空功能包括在分离熔合的和未熔合的构建材料期间通过3D打印回收区236或构建处理装置242中的孔抽出空气。

术语“气动”可以例如是指使用可以被加压的气体以在主体上精确地工作。例如，可利用加压气体将构建材料从3D打印机中的一个位置移动到另一位置。加压气体可用于在3D打印机中包括的管道中移动构建材料。管道可以是构建材料传输系统248的一部分。如本文所使用的，术语“气体”可以例如是指膨胀以填充可用空间的物质。在一些示例中，气体可以是气体混合物。

在一些示例中，传输装置248可以将所调节、分离、去污和/或混合的构建材料从材料存储装置254传输到选择性固化装置234，以用于不同的构建或存储在材料盒232中。例如，构建材料可以被传输到第三托架以在选择性固化期间涂布。传输装置可以包括例如如上所述的气动系统。

在一些示例中，可以使用传输装置248将来自材料存储装置254的再循环的构建材料与来自材料存储装置252的新鲜的构建材料混合。例如，材料存储装置254和252底部的定量加料器可以几乎同时地配料特定量(例如，按体积、质量等)的构建材料，使得构建材料可以在输送到选择性固化装置234的过程中混合。如本文所使用的，几乎同时可以包括在没有有意义的中断的情况下或在特定的裕度、范围和/或阈值时间内的配料。可以以特定比例进行混合，例如以80％再循环和20％新鲜进行混合。然而，示例不限于此。3D物体中使用的构建材料可以是全部新鲜的、全部再循环的或两者的组合。特定比例可以基于例如用户的喜好、3D物体的类型和/或构建材料的可用性等而不同。

系统230和3D打印机壳体可以是封闭系统，包括：可移除组件，诸如构建材料盒246和232，构建材料存储装置252和254，以及系统230的其他部分，包括过滤器、筛子、试剂和试剂盒，构建处理装置242的部分，材料分离与调节装置244的部分，选择性固化装置234的部分，3D打印物体回收区236的部分以及传输装置248的部分，以及其他组件。例如，可以移除这些组件以进行清洁和/或维修，或更换构建材料。

图3示出了与本公开一致的用于3D打印机的构建材料回收的方法360的另一示例。在一些示例中，方法360可以自动执行。如本文所使用的，自动地可以包括在有限的或没有用户输入和/或有限的或没有提示的情况下执行方法360。

在362处，方法360可以包括使用构建材料选择性地固化3D物体。例如，构建材料可以是再循环的构建材料和新鲜的构建材料的混合物，并且在364处，方法360可以包括将3D物体从未熔合的构建材料中分离，在一些示例中，固化3D物体可以包括使用特定比例的再循环的构建材料与新鲜的构建材料，并且在一些示例中可以包括仅使用这些类型的构建材料中的一种。在一些示例中，未熔合的构建材料可以使用构建处理装置和/或材料分离与调节装置来分离。

在366处，方法360可以包括制备未熔合的构建材料。制备未熔合的构建材料可以包括在368处反复调节未熔合的构建材料，在370处将未熔合的构建材料分类以及在372处从未熔合的构建材料中去除污染物。例如，可以将未熔合的构建材料调节、分类和/或去污，直到满足构建材料的期望阈值状态(例如，尺寸、形状、纹理、稠度等)。在一些示例中，可以在将未熔合的构建材料分类并从未熔合的构建材料中去除污染物之后收集废物材料。例如，可以将构建材料中发现的污染物作为废物去除。

在374处，方法360可以包括响应于达到阈值制备状态而将所制备的构建材料传输到材料存储装置。例如，一旦满足期望阈值状态，就可以通过传输装置传输所制备的构建材料，以用于不同的3D物体或相同的3D物体的选择性固化。在一些示例中，可以在传输期间将所制备的构建材料与新鲜的构建材料混合。

如本文所使用的，“逻辑”是执行本文所描述的特定动作和/或元件的替代或附加处理资源。逻辑可以包括硬件。硬件可以包括诸如电路的处理资源，其不同于机器可读介质上的机器可读指令。此外，如本文所使用的，“一个”事物可以指一个或多个这样的事物。例如，“小配件”可以指一个小配件或多个小配件。

附图遵循编号惯例，其中第一个数字或多个数字对应于附图编号，并且其余数字标识附图中的元件或组件。可以通过使用相似的数字来标识不同附图之间的相似的元件或组件。例如，在图1中102可以引用元件“02”，并且在图2中类似的元件可以引用202。

上面的说明书、示例和数据提供了对本公开的方法和应用的描述以及对本公开的系统和方法的使用。由于可以在不背离本公开的系统和方法的精神和范围的情况下做出许多示例，因此本说明书仅阐述了许多可能的示例配置和实施中的一些。