阅读说明：本技术 3d打印材料阻断 (3D printed material blocking ) 是由 B·埃瓦尔德 M·罗德 T·度迪克 J·盖勒 于 2017-04-21 设计创作，主要内容包括：一种3D打印材料阻断设备包括：排放开口隔离器,其设置在3D打印机的第一区域中；以及打印材料料斗,其包括处于所述打印材料料斗的底部处的排放开口,以在所述3D打印机的与所述第一区域相邻的第二区域中从所述打印材料料斗排放打印材料。当所述打印材料料斗处于所述第一区域中时,所述排放开口隔离器阻塞所述打印材料料斗的所述排放开口。(A 3D printed material blocking apparatus comprising: a discharge opening isolator disposed in a first region of the 3D printer; and a printing material hopper comprising a discharge opening at a bottom of the printing material hopper to discharge printing material from the printing material hopper in a second region of the 3D printer adjacent to the first region. The discharge opening isolator blocks the discharge opening of the printing material hopper when the printing material hopper is in the first region.)

3D打印材料阻断

背景技术

3D打印机包括可移动平台，在该可移动平台上逐层地施加、撒布和熔合或结合连续的3D打印材料(例如，尼龙粉末、金属粉末等)层，以构建产品。在粉末床熔合过程中，3D材料施加器越过可移动平台的工作区域或构建区域以预定的厚度施加3D打印材料层。然后，3D打印材料结合装置将能量选择性地施加于3D打印材料层，以熔合或结合3D打印材料层的选定部分，该选定部分与期望的产品在该层的竖直位置处的剖面相对应。该过程逐层继续，直到整个产品由组合的层构成。

具体实施方式

图1A-1D描绘了示例性3D打印机100和示例性3D打印材料阻断设备102的顶视图，该示例性3D打印材料阻断设备102包括示例性打印材料料斗105和示例性排放开口隔离器110。图1A-1D示出了在增材制造过程的示例性迭代期间示例性打印材料料斗105相对于示例性排放开口隔离器110的移动阶段的顶视图，示例性打印材料料斗105在该示例性排放开口隔离器110上方行进。

在图1A中，示例性排放开口隔离器110被设置在示例性3D打印机100的示例性第一区域112中。示例性打印材料料斗105被示出为在示例性排放开口隔离器110上方沿箭头106的方向移动。示例性打印材料料斗105包括处于示例性打印材料料斗105的底部处的排放开口(参见图3)，以在示例性3D打印机100的与示例性第一区域112相邻的示例性第二区域115中从打印材料料斗105排放打印材料。当示例性打印材料料斗105处于示例性第二区域115中时，示例性排放开口隔离器110将阻塞示例性打印材料料斗105的排放开口。在一些示例中，示例性第二区域是与3D打印机的示例性打印区域125相邻的示例性给料板120，该示例性打印区域125包括示例性可移动平台130，工件在该示例性可移动平台130上构建。在一些示例中，在其上排放打印材料的示例性第二区域115是3D打印机的示例性打印区域125。换句话说，在一些示例中，示例性打印材料料斗105将直接在示例性可移动平台130上排放打印材料。

在图1B中，示例性打印材料料斗105被示出为沿如下路径沿箭头132的方向移动，即：该路径包括示例性3D打印机100的示例性第一区域112以及与示例性3D打印机100的示例性第一区域112相邻的示例性3D打印机100的示例性第二区域115。如上所述，示例性打印材料料斗105包括处于底部处的排放开口，以排放打印材料。当示例性打印材料料斗105与示例性排放开口隔离器110接合时，该排放开口被阻塞并且不能排放打印材料(例如，参见图1A)。然而，当示例性打印材料料斗105从示例性排放开口隔离器110脱离时，示例性打印材料料斗105的排放开口的与示例性排放开口隔离器110不接合的部分被允许从示例性打印材料料斗105排放打印材料(例如，参见图1B)。例如，如在图1A的示例中所见，没有打印材料排放在示例性第一区域112中，而在图1B的示例中，打印材料层140被示出为在示例性第二区域115中排放在示例性给料板120上。

在图1C中，示例性打印材料料斗105被示出为已沿包括示例性3D打印机100的示例性第一区域112和示例性3D打印机100的示例性第二区域115的路径完成行进，已沿示例性第二区域115在示例性给料板120上排放一层示例性打印材料层140，并且已沿包括示例性3D打印机100的示例性第一区域112和示例性3D打印机100的示例性第二区域115的路径沿箭头142的方向基本上完成行进。

在图1D中，示例性打印材料料斗105被示出为已沿箭头144的方向在示例性第二区域115和示例性给料板120上方沿所述路径移回。在一些示例中，当示例性打印材料料斗(例如，105)的运动方向从图1C中所描绘的位置反转以朝向示例性第一区域112的示例性排放开口隔离器110移回时，一些额外的打印材料被排放到现有的示例性层140上，以填充示例性层140至预定高度H1(参见图5-7)，从而导致可能在第一次通过(图1B-1C)和第二次通过(图1D)之间发生的任何打印材料沉积。在一些示例中，当示例性打印材料料斗(例如，105)的运动方向从图1C中所描绘的位置反转以朝向示例性第一区域112的示例性排放开口隔离器110移回时，示例性打印材料料斗105耗尽打印材料，并且在现有的示例性层140上方的移动中没有额外的打印材料被排放。

在图1D中，示例性打印材料料斗105在接合示例性排放开口隔离器110的过程中处于示例性第一区域112中，以完成示例性3D打印材料阻断设备102的示例性移动循环。在于示例性给料板120上形成示例性打印材料层140之后，示例性撒布器150随后前进，以将示例性给料板120上的打印材料均匀地撒布在示例性打印区域125中的示例性可移动平台130上，在那里打印材料被进一步处理。

图2A-2F描绘了另一示例性3D打印机200的俯视图，其示出了示例性3D打印材料阻断设备202，该示例性3D打印材料阻断设备202包括示例性打印材料料斗105、处于示例性给料板120的近端处的示例性排放开口隔离器110以及处于示例性给料板120的远端处的示例性排放开口隔离器210。图2A-2F示出了在增材制造过程的示例性迭代期间示例性打印材料料斗105相对于示例性排放开口隔离器110和示例性排放开口隔离器210的移动阶段。

在图2A中，类似于图1A，示例性打印材料料斗105被设置在示例性排放开口隔离器110上，该示例性排放开口隔离器110阻塞处于示例性打印材料料斗105的底部处的排放开口，以防止在示例性3D打印机200的示例性第一区域112中从打印材料料斗105排放打印材料。图2A示出了示例性打印材料料斗105，其在示例性第一区域112中沿示例性排放开口隔离器110上方的路径沿箭头212的方向移动。在图2B中，示例性打印材料料斗105被示出为沿包括示例性第一区域112和示例性第二区域115的路径沿箭头214的方向移动，并且被示出为在示例性第二区域115中排放打印材料层140。

在图2C中，示例性打印材料料斗105被示出为已沿包括示例性3D打印机100的示例性第一区域112和示例性3D打印机100的示例性第二区域115的路径完成行进，已沿示例性给料板120上的示例性第二区域115排放一层示例性打印材料层140，并且已沿箭头216移动至与示例性给料板120的远端处的示例性排放开口隔离器210接合。在图2C中，示例性打印材料料斗105与示例性排放开口隔离器210的接合阻塞了示例性打印材料料斗105的排放开口，以防止打印材料的排放。

在图2D中，示例性打印材料料斗105在示例性排放开口隔离器210阻塞示例性打印材料料斗105的排放开口的位置静止，以防止打印材料的排放。在图2D中，示例性撒布器150随后沿箭头218的方向前进，以将示例性给料板120上的打印材料均匀地撒布在示例性可移动平台130上，以在示例性打印区域125中形成层225。然后，示例性撒布器150返回到图2A-2C中所示的初始位置。在图2E中，示例性打印材料料斗105随后在示例性第二区域115上方沿箭头222的方向沿所述路径移回，以在示例性给料板120上排放下一打印材料层224，用于打印材料处理的后续迭代。在图2F中，在接合示例性排放开口隔离器110的过程中，示例性打印材料料斗105再次处于示例性第一区域112中。示例性打印材料料斗105移动到示例性排放开口隔离器110上完成了示例性3D打印材料阻断设备202的示例性移动循环。

图3是示例性3D打印材料阻断设备302的示例性打印材料料斗105的顶部透视图，该示例性3D打印材料阻断设备302包括示例性排放开口隔离器110以及设置在示例性第二区域120与示例性排放开口隔离器110之间的示例性斜坡320。在图3中所示的位置，示例性打印材料料斗105被设置在示例性排放开口隔离器110上，并且示例性排放开口隔离器110的上表面阻塞处于示例性打印材料料斗105的底部处的排放开口，以防止打印材料在示例性第一区域112中从打印材料料斗105排放。示例性打印材料料斗105被示出为包括示例性填充端口覆盖件330、示例性前侧340、示例性第一横向侧(lateral side)350和示例性第二横向侧355。在示例性填充端口覆盖件330移除或移位之后，例如3D打印粉末(例如，尼龙粉末、热塑性聚氨酯(TPU)粉末、金属粉末等)的示例性打印材料通过处于示例性打印材料料斗105的顶部中的开口输入到示例性打印材料料斗105中。示例性驱动系统360被示出为与示例性第一横向侧350相邻。示例性驱动系统360使示例性打印材料料斗105沿从示例性排放开口隔离器110到达并越过示例性第二区域115的路径移动，如借助于图1C和图2C中的示例所示。在一些示例中，该驱动系统是带和滑轮驱动系统，其中，带从示例性打印材料料斗105的前部延伸到示例性打印材料料斗105的后部，并且其中，该带被附接到沿导杆运动的支架。该支架保持到示例性打印材料料斗105上，并且在示例性打印材料料斗105上提供向下的力，以及由带和滑轮系统施加的平移力。在一些示例中，用于驱动示例性打印材料料斗105的马达包括由香港的Johnson Electric制造的A7W93-60611马达。在一些示例中，示例性驱动系统360包括示例性DC马达，其在DC马达的输出轴上具有小齿轮，该小齿轮通过包括一个或多个齿轮的齿轮系连接到齿条，该齿条与从示例性排放开口隔离器110到达并越过示例性第二区域115的路径相邻。示例性排放开口隔离器110包括示例性第一横向侧370和示例性第二横向侧375。

图4是图3的示例性打印材料料斗105的底部后向透视图。图4示出了示例性前侧340、示例性第一横向侧350和示例性第二横向侧355。另外，图4还示出了示例性后侧400。共同地，示例性前侧340、示例性第一横向侧350、示例性第二横向侧355和示例性后侧400限定了示例性内部容积410，以保持打印材料。

图4示出了沿示例性打印材料料斗105的示例性第一横向侧350延伸的示例性第一基准420和沿示例性打印材料料斗105的示例性第二横向侧355延伸的示例性第二基准425。当设置在操作位置时，例如图1A-3的示例中所示，当打印材料料斗相对于示例性第二区域115的示例性给料板120移动时，示例性第一基准420和示例性第二基准425被设置成接触该示例性给料板120，以为从排放开口排放到示例性给料板120上的打印材料相应地限定第一横向边界和第二横向边界。示例性打印材料料斗105的第一横向侧350和第一基准420形成第一边界，以限制排放的打印材料在第一侧上的横向撒布，并且示例性打印材料料斗105的第二横向侧355和第二基准425形成第二边界，以限制排放的打印材料在第二侧上的横向撒布。

在一些示例中，示例性排放开口隔离器110的示例性第一横向侧370和示例性第二横向侧375(图3)之间的宽度小于示例性打印材料料斗105的示例性第一横向侧350和示例性第二横向侧355之间的宽度。在示例性打印材料料斗105沿示例性排放开口隔离器110的移动期间，示例性打印材料料斗105的示例性第一横向侧350和示例性第二横向侧355在示例性排放开口隔离器110的示例性第一横向侧370和示例性第二横向侧375的外部滑动。在一些示例中，在示例性打印材料料斗105沿示例性排放开口隔离器110的移动期间，示例性打印材料料斗105的示例性第一横向侧350和示例性第二横向侧355邻接示例性排放开口隔离器110的示例性第一横向侧370和示例性第二横向侧375。

图4还示出了示例性打印材料料斗105包括沿示例性打印材料料斗105的示例性前侧340的底部延伸的示例性第三基准430以及沿示例性打印材料料斗105的示例性后侧400的底部延伸的示例性第四基准435。示例性第三基准430和示例性第四基准435与示例性第一基准420和示例性第二基准425以图5中所示的第一高度H1隔开，以限定从示例性第一横向侧350、示例性第二横向侧355和示例性后侧400所限定的示例性排放开口450排放的打印材料(例如，参见图1C中的打印层140)的高度H1。在示例性第一基准420和示例性第二基准425接触示例性给料板120的情况下，当示例性打印材料料斗105沿示例性给料板120移动时，示例性排放开口450排放打印材料。

图5-6是侧向剖视图，其示出了示例性打印材料料斗105相对于示例性给料板120移动，以在示例性给料板120上排放示例性粉末层140。图5由图2B中的剖面5-5表示。图6由图2C中的剖面6-6表示。在图5-6的示例性剖视图中，未示出接触示例性给料板120的示例性第一基准420和示例性第二基准425。示例性前侧340的示例性第三基准430和示例性后侧400的示例性第四基准435与示例性给料板120以第一高度H1隔开。在图5-6的示例中，重力作用在示例性打印材料500上，以牵引其通过示例性排放开口450。随着重力向下牵引示例性打印材料500，在示例性第一基准420和示例性第二基准425接触示例性给料板120的情况下，当示例性打印材料料斗105沿示例性给料板120沿箭头的方向移动时，示例性后侧400和示例性第四基准435限定具有高度H1的打印材料层140。在撒布示例性层140之后，例如图2E中所示，当示例性打印材料料斗(例如，105)的运动方向反转时，例如图2D中所示，额外的打印材料被允许排放到示例性给料板120上，其中，在示例性第一基准420和示例性第二基准425接触示例性给料板120的情况下，当示例性打印材料料斗105沿示例性给料板120沿箭头的方向移动时，示例性前侧340和示例性第三基准430(现在落后)限定了具有高度H1的下一打印材料层140(参见图2E-2F)。

图6呈现了在图5的示例中所示的移动之后示例性打印材料料斗105到示例性排放开口隔离器210上的移动。图6示出了示例性斜坡600，其为示例性打印材料料斗105在示例性给料板120和示例性排放开口隔离器210之间提供过渡。在一些示例中，没有设置斜坡600，并且示例性打印材料料斗105直接移动到示例性排放开口隔离器210上。在一些示例中，示例性排放开口隔离器210和/或示例性打印材料料斗105包括倒角、成角度、圆形的匹配表面，以在示例性排放开口隔离器210和示例性打印材料料斗105之间接触时有助于示例性打印材料料斗105运动到示例性排放开口隔离器210上。在一些示例中，示例性斜坡600具有小于或等于示例性排放开口隔离器210的长度的长度。在一些示例中，示例性斜坡600具有大于示例性排放开口隔离器210的长度的长度。

如图6中所示，示例性排放开口隔离器210的示例性上表面610被设置在与示例性给料板120的示例性上表面620相距第二高度H2处，该第二高度H2大于示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1，从而相对于示例性排放开口隔离器210在示例性第三基准430和示例性第四基准435之间产生ΔH(即，H2-H1)的高差。在一些示例中，示例性排放开口隔离器110、210的高度H1在大约1.0-4.5mm之间(例如，1.6mm等)。在一些示例中，示例性排放开口隔离器110、210的高度H2比高度H1高介于大约0.0-1.5mm之间(例如，H2比H1高0.1mm-0.2mm)。

在一些示例中，示例性排放开口隔离器210的示例性上表面610被设置在低于示例性给料板120的示例性上表面620的高度的高度处，以将示例性上表面610置于示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1之下。虽然该示例将不会在与示例性排放开口隔离器210的示例性上表面610阻塞示例性排放开口450的示例相同的程度上阻塞打印材料从示例性排放开口450的排放，然而，其仍然将对打印材料从示例性排放开口450的排放提供限制，并且将有利地减小作用在示例性驱动系统上的摩擦和/或减少或消除示例性第三基准表面430和示例性第四基准表面435上的磨损。

在图6中，在示例性打印材料料斗105与示例性斜坡600接合之前，示例性第三基准430处于与示例性给料板120相距高度H1处(例如，参见图1)。从示例性打印材料料斗105和示例性斜坡600之间的初始接触点开始，示例性打印材料料斗105沿箭头的方向的持续向前运动将示例性第三基准430向上推动ΔH的高差并且推动到示例性排放开口隔离器210的示例性上表面610上。然后，示例性打印材料料斗105沿箭头的方向的进一步向前运动将示例性第四基准435向上推动ΔH的高差，此时示例性打印材料料斗105将完全接合示例性排放开口隔离器210，该示例性排放开口隔离器210将阻塞示例性打印材料料斗105的示例性排放开口450，以防止示例性打印材料500从其排放。

在一些示例中，示例性排放开口隔离器210的高度H2和/或示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1可调整至来自多个可用高度设置中的选定的高度设置。以这种方式，可调整示例性排放开口隔离器110、210的示例性上表面610的高度H2与示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1之间的ΔH的高差。同样，可维持示例性排放开口隔离器110、210的示例性上表面610的高度H2与示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1之间的ΔH的高差，其中，每个H1和H2的值成比例地增加，以允许修改沉积在示例性给料板120上的示例性层140的高度H1。为打印材料层140选择不同的高度H1使得能够修改示例性打印材料料斗105，以适应具有不同特性(例如，粒度、表面摩擦系数、流动性等)的不同打印材料500。在一些示例中，不是修改示例性排放开口隔离器210的高度H2和/或示例性第三基准430和示例性第四基准435的高度H1，而是具有多个不同高度H2(例如，H2_n-2、H2_n-1、H2_n、H2_n+1、H2_n+2等，其中n为整数)的多个不同构造的示例性排放开口隔离器210，和/或具有示例性第三基准430和示例性第四基准435的多个不同高度H1(例如，H1_n-2、H1_n-1、H1_n、H1_n+1、H1_n+2等，其中n是整数)的多个不同构造的示例性打印材料料斗105。在这样的示例中，示例性排放开口隔离器210和示例性打印材料料斗105的适当组合可由多个不同的示例性排放开口隔离器110、210和多个不同的示例性打印材料料斗105制成，以提供期望的H1、H2的组合。在图6的示例中，排放开口隔离器210的示例性上表面610在示例性给料板120的示例性上表面620上方具有一定高度(例如，H2)。在一些示例中，示例性排放开口隔离器110、210的示例性上表面610的标高不同于示例性给料板120的示例性上表面620的标高。

在一些示例中，在示例性排放开口隔离器110、210和示例性给料板120之间设置示例性斜坡600的情况下，在示例性打印材料料斗105的示例性排放开口450与示例性排放开口隔离器110、210中相应的一个接合之前，将发生打印材料500的一些排放。在一些示例中，示例性斜坡600上的残余打印材料被推到真空收集装置以便移除。在一些示例中，在打印材料500的下一排放迭代中，示例性斜坡600上的残余打印材料被朝向示例性给料板120驱动，在那里该残余打印材料被结合到撒布在示例性打印区域125中的打印材料中。

图7示出了沿示例性给料板120移动并且排放打印材料层140的图5的示例性打印材料料斗105的示例性前视图，如图2B中的剖面7-7所示。相对于示例性给料板120的示例性上表面620，该层的高度为H1，示例性第三基准430的高度也为H1。示例性第一基准420和示例性第二基准425在打印材料料斗105沿示例性给料板120移动期间接触示例性给料板120，以为从排放开口排放到示例性给料板120上的打印材料相应地限定第一横向边界700和第二横向边界710。第一横向侧350和第一基准420形成第一边界，以限制排放的打印材料在第一侧上的横向撒布，并且第二横向侧355和第二基准425形成第二边界，以限制排放的打印材料在第二侧上的横向撒布。

图8A-8B是示例性3D打印机的示例性3D打印材料阻断设备800的示例性第一状态(图8A)和示例性第二状态(图8B)的侧向剖视图。示例性3D打印材料阻断设备800包括示例性排放开口隔离器805，其设置在示例性带和滑轮系统的示例性带810上，该示例性带和滑轮系统具有示例性第一带轮812和示例性第二带轮814。

示例性3D打印材料阻断设备800还包括示例性打印材料料斗815，其相对于示例性带810设置在固定位置。示例性间隙840形成在示例性排放开口隔离器805的第一端842与示例性排放开口隔离器805的第二端844之间。当示例性带810沿顺时针方向绕示例性第一带轮812和示例性第二带轮814驱动示例性排放开口隔离器805时，在示例性打印材料料斗815的示例性排放开口850下方间歇地存在示例性间隙840。随着示例性带810(例如，顺时针)移动，打印材料500在重力的影响下流入到示例性间隙840中，并且将示例性间隙840填充到与示例性打印材料料斗815的相应基准和示例性排放开口隔离器805的顶表面的高度H1相对应的高度(例如，H1)。

图8A示出了示例性带810的示例性间隙840，该示例性间隙840设置在示例性排放开口850下方，以从示例性排放开口850接收打印材料500。图8B示出了示例性带810，其定位成将示例性排放开口隔离器805偏置成与示例性排放开口850邻接，以阻断打印材料500从示例性排放开口850的流动。

在于示例性带810上的示例性间隙840中形成打印材料500的示例性层140之后，示例性层140被定位成与示例性撒布器相邻并被停止。然后，示例性撒布器(例如，150；图2A-2F)将打印材料500的层140撒布在示例性打印区域上，例如图2D中所示，从而清空示例性间隙840以接收打印材料500。

在一些示例中，示例性打印材料料斗815包括在示例性带810的行进方向上倾斜的前侧860和后侧865。在一些示例中，打印材料料斗815的示例性前侧860和示例性后侧865垂直于示例性带810的行进方向。

图9是表示示例性方法900的流程图，该示例性方法900可被执行以实施图1A-8的示例性排放开口隔离器(例如，110)。在框910处，示例性给料板120被设置在示例性3D打印机100的示例性第二区域115中。在框920处，示例性排放开口隔离器110被设置在示例性3D打印机100的与示例性第二区域115相邻的示例性第一区域112中。相对于示例性给料板120的示例性上表面(例如，620，图6)，示例性排放开口隔离器110被设置在第二高度(例如，H2)处。在框930处，示例性打印材料料斗105被设置成沿包括示例性3D打印机100的示例性第一区域112和示例性第二区域115的路径行进。

在框940处，示例性打印材料料斗105移动到示例性排放开口隔离器110上，以阻塞打印材料500在示例性第一区域112中从示例性打印材料料斗105的排放。在框950处，示例性打印材料料斗105从示例性排放开口隔离器110移开，以使得打印材料500能够在示例性第二区域115中从示例性打印材料料斗105排放。

尽管本文已公开了某些示例性方法、设备和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖在很大程度上落入本专利的权利要求的范围内的所有方法、设备和制品。