阅读说明：本技术 使用扩散板的三维打印 (Three-dimensional printing using diffuser plate ) 是由 约书亚·施马勒 罗伯特·劳伦斯·温比尔纳 兰德尔·韦斯特 泰特·A·雷尼尔 于 2017-07-06 设计创作，主要内容包括：一种三维打印系统可包括构建平台,该构建平台包括穿过该构建平台限定的至少一个孔；安置在所述至少一个孔下方的扩散板,用于在所述构建平台的下表面与所述扩散板的上表面之间保持一定量的构建材料；和流动通道,围绕所述扩散板限定且将所述扩散板密封以与空气隔离。(a three-dimensional printing system may include a build platform including at least one aperture defined therethrough; a diffuser plate disposed below the at least one hole for holding a quantity of build material between a lower surface of the build platform and an upper surface of the diffuser plate; and a flow passage defined around the diffusion plate and sealing the diffusion plate from air.)

使用扩散板的三维打印

背景技术

逐层生成三维物体的增材制造系统是用于产生三维物体的便捷方式。增材制造系统的示例包括三维打印系统。由增材制造系统产生的物体的质量可基于使用的增材制造技术的类型而广泛地变化。

具体实施方式

三维(3D)打印包括一般地可组合为减材和增材过程的任意数量的过程。一种类型的增材3D打印技术为基于构建材料和热熔剂的技术，其中，例如薄层的聚合物构建材料被散布在床上以形成构建材料床。然后，诸如喷墨打印头的喷射设备用于将熔剂打印在构建材料床的对应于将形成的3D物体薄层的部分上。然后，构建材料床至少在其中熔剂已经沉积的位置暴露于光源或者热源。熔剂比未打印的构建材料吸收更多的能量。吸收的热能导致构建材料的已打印部分熔化并聚结。这形成限定一层3D物体的固态部分。在那层形成以后，新的薄层的构建材料在构建材料床和之前的层上散布，并且该过程重复以形成附加层直至完整的3D零件被打印。根据本技术，这种技术能够实现具有良好的准确性的快速吞吐量。

为了吸收光能并将光能转化为热能，近红外染料能够用在熔剂中。这些近红外染料能够吸收约800nm至1400nm范围内的光波长，并将吸收的光能转化为热能。当使用发射在此范围内的波长的光源和具有在此范围内的低吸光率的聚合物构建材料时，近红外染料导致聚合物构建材料的已打印部分熔化并聚结，而不熔化其上没有熔剂已经打印的剩余的聚合物构建材料。在其它示例中，碳黑可被用作熔剂。

最后，任意未熔合的构建材料可被移除，从而露出在过程中创建的3D物体。在一些情况中，经常称为构建单元的3D物体及其构建材料床从3D打印设备移除，并传输至构建材料移除系统，其既能够移除未使用的构建材料又能够将未使用的构建材料限制至特定的位置。另外，使用真空和空气压缩机的另一系统可能必须被采购以用于构建材料移除系统。这增加了3D打印过程的成本。

本说明书描述一种3D打印设备，其使用相同的构建腔构建3D物体并在构建过程以后移除构建材料床。这种在打印过程已经完成之后将未使用的或者以其它方式未聚结的构建材料从3D物体在原位的移除避免使用其它设备移除多余的构建材料。

本说明书还描述一种三维打印系统，其可包括构建平台，构建平台包括穿过构建平台限定的至少一个孔；安置在至少一个孔下方的扩散板，用于将一定量的构建材料保持在构建平台的下表面与扩散板的上表面之间；和流动通道，围绕扩散板限定并将扩散板密封以与空气隔离。

本说明书进一步描述一种构建平台，其包括第一表面、较低的第二表面和穿过构建平台限定的至少一个孔；可调节地联接在至少一个孔下方的扩散板；以及围绕扩散板限定并密封构建平台的第二表面的气流通道。

本说明书还描述一种三维物体打印系统，其包括构建平台，该构建平台包括穿过构建平台限定的至少一个孔；可调节地联接在至少一个孔下方的扩散板；和围绕扩散板限定并密封构建平台的第二表面的气流通道。

如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“若干”或类似的语言意在将被广泛地理解为包括1至无穷大的任意正数；零不是一个数量，而是不存在数量。

在以下说明书中，为了解释的目的，阐述多个特定细节从而提供对本系统和方法的充分理解。但是，对于本领域技术人员而言显而易见的是本装置、系统和方法可在没有这些特定细节的情况下实践。说明书中对“示例”或者类似语言的引用意在结合该示例描述的特定的特征、结构、或者特性如描述的被包括，但是可以或者可以不包括在其它示例中。

现在转向附图，图1是根据本文中描述的原理的示例的三维(3D)打印系统(100)的方块图。3D打印系统(100)可包括构建平台(105)，其具有穿过其限定的孔(110)。3D打印系统(100)还包括在孔(110)下方一定距离处安置的扩散板(115)和围绕扩散板(115)限定并将扩散板(115)密封以与空气隔离的流动通道(120)。

构建平台(105)可以为任意类型的平台，构建材料可层叠在该平台上。如以上描述的，在3D打印系统(100)的运行期间，诸如聚合物的构建材料的初始层被层叠在构建平台(105)的上表面上。但是，在本文中提供的示例中，构建材料的初始层可层叠在构建平台(105)上，使得一定量的构建材料通过其中限定的孔(110)掉落并且落在扩散板(115)上。这持续直至构建材料阻塞穿过孔(110)到扩散板(115)上的构建材料的流动。在一个示例中，一旦每个孔(110)已经被阻塞，则可以铺设用于形成3D物体的第一层构建材料。在一些示例中，用于初始地阻塞孔(110)的构建材料可被用于也形成3D物体的初始构建层。在一些示例中，整个新的一层构建材料可被安置在用于阻塞孔(110)的构建材料上。

熔剂可选择性地安置在构建材料的初始层上。安置聚结流体的位置可限定将被打印的3D物体的初始层。然后，提供电磁源以将电磁束至少引导至已经安置聚结流体的位置。聚结流体可与能量一起导致构建材料在该位置的熔化、烧结、熔合或者其它方式的聚结，从而形成3D物体的初始层。新的一层构建材料层叠在初始构建材料层/聚结的材料上，以准备形成3D物体的随后的一层。此过程重复任意次，其中每层构建材料和聚结流体限定正在形成的3D物体的层。此过程在3D物体的最后层已经通过在最后一层中聚结最后量的聚结流体而限定时停止。但是，未熔合的或者未聚结的构建材料可能由于以上描述的过程而是热的，但是将必须被移除从而露出完成的3D物体。

但是，根据本说明书，用户不用将构建材料层和3D物体输送至另一机器。代替地，限定在构建平台(105)中的孔(110)、扩散板(115)和流动通道(120)用于帮助移除未使用的构建材料。如描述的，构建材料的初始层可层叠在构建平台(105)上。在此发生时，多余量的构建材料可层叠，因为允许一部分构建材料穿过限定在构建平台(105)中的至少一个孔(110)并积聚在扩散板(115)的上表面上。最后，构建材料可在扩散板(115)的顶部上装满，直至料堆达到构建平台(105)的底表面从而堵塞或阻塞孔(110)。在此情况下，构建材料填充至少一个孔(110)的剩余部分，并且构建材料一般在构建平台(105)的顶表面上均匀地层叠。形成在构建平台(105)的底表面与扩散板(115)的顶表面之间的料堆保留直至3D物体已经如上描述的形成。

在已经构建3D物体以后，可允许未使用的构建材料在空气穿过包围扩散板(115)的流动通道(120)时穿过限定在构建平台(105)中的至少一个孔(110)。在空气流动通过流动通道(120)时，堆积的构建材料以及持续构建在扩散板(115)的顶表面上的构建材料可能被吹走。空气可持续流动通过流动通道(120)，直至所有的未使用的构建材料已经从构建平台(105)的顶表面移除掉，而留下3D物体。

在一个示例中，构建平台(105)可进一步包括振动设备，其在本文中描述的未使用的构建材料转移过程期间振动构建平台(105)。来自振动设备的振动使未使用的构建材料移动横过构建平台(105)的表面并且从形成的3D物体的表面移走。因为构建材料移动横过构建平台(105)的表面，所以未使用的构建材料掉落穿过孔(110)的机会可能增加，或者至少构建材料将不会保持在构建平台(105)上的单个位置。代替地，未使用的构建材料将最后振动至孔(110)并且被允许穿过其掉落。

流动通道(120)可进一步包括空气入口和空气出口。空气入口和出口可安置在流动通道(120)的相反端(例如，分别在近端和远端)，使得空气可在扩散板(115)的整个表面上方或者至少在扩散板(115)的整个表面周围通过。这导致空气将构建材料堆朝向空气出口推动并且推出流动通道(120)。构建材料收集设备可在未使用的构建材料离开流动通道(120)时将其收集，从而在本文中描述的随后的3D物体构建过程中使用该未使用的构建材料。在一个示例中，空气入口可定位为使得气流大体上在构建平台(105)的底表面与扩散板(115)的顶表面之间通过。在此示例中，气流可移除积聚在构建平台(105)与扩散板(115)之间的构建材料。在一个示例中，空气入口可包括用于节流或者调节流动通道(120)内的气流的气流调节设备。这允许气流在流动通道(120)内平衡，从而优化构建材料移除的性能。在运行期间，相对更大量的气流通过空气入口生成，同时小量的空气流入通过限定在构建平台(105)中的孔(110)。因此，流动通道(120)内的气流比穿过孔(110)的空气产生相对更多的构建材料的转移。

通过流动通道(120)提供的空气可使用空气压缩机或者一些其它气泵或者气流生成设备提供。在一些示例中，气泵可与振动设备同时启动。在另一示例中，振动设备和气泵可同步启动，产生振动周期和随后的通过流动通道(120)的气体流动周期。在又一示例中，振动设备在气泵启动时和气泵不启动时均可启动。在另一示例中，振动设备和气泵可彼此独立地启动。在一个示例中，振动设备和气泵可彼此连续地接合。

流动通道(120)可在3D物体构建过程期间将扩散板(115)密封以与空气隔离。在一个示例中，流动通道(120)完全包围扩散板(115)，使得在构建材料积聚在扩散板(115)的顶部上并且空气入口和出口密封时，扩散板(115)密封以与空气隔离。但是，在构建材料移除过程期间，空气入口和出口可使形成在流动通道(120)与构建平台(105)的底侧之间的腔通向空气，从而如本文中描述的移除构建材料。

3D打印系统(100)可进一步包括升降系统，其在构建材料的附加层和聚结流体堆叠在构建平台(105)的顶表面上时允许构建平台(105)、扩散板(115)和流动通道(120)组件垂直地移动。随着层的数量增加，升降系统可将构建平台(105)、扩散板(115)和流动通道(120)组件向下移动，从而提供由喷射设备产生的层的入口，以及保持层表面与电磁源之间的一致距离。

为了附加功能，3D打印系统(100)可进一步包括若干处理器、若干数据存储设备、若干***设备适配器和若干网络适配器。这些硬件部件可通过使用若干总线和/或网络连接件而相互连接。在一个示例中，处理器、数据存储设备、***设备适配器和网络适配器可经由总线通信地联接。

处理器可包括硬件结构以从数据存储设备取回可执行编码并执行该可执行编码。当由处理器执行时，可执行编码可使处理器根据本文中描述的本说明书的方法至少实施构建3D物体的功能并从3D打印系统(100)转移一定量的未使用的构建材料。在执行编码的过程中，处理器可从若干剩余的硬件单元接收输入并向若干剩余的硬件单元提供输出。

数据存储设备可存储数据，诸如由处理器或其它处理设备执行的可执行程序编码。数据存储设备可特定地存储代表若干应用的计算机编码，处理器执行该计算机编码以至少实施本文中描述的功能。数据存储设备可包括各种类型的存储模块，包括易失性和非易失性存储器。例如，本示例的数据存储设备包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和硬盘驱动(HDD)存储器。也可利用许多其它类型的存储器，并且本说明书考虑数据存储设备中的许多变化类型的存储器的使用，其可适应本文中描述的原理的特定应用。

在某些示例中，数据存储设备中的不同类型的存储器可用于不同的数据存储需求。例如，在某些示例中，处理器可从只读存储器(ROM)启动、在硬盘驱动(HDD)存储器中保存非易失性存储，并执行存储在随机存取存储器(RAM)中的程序编码。一般地，数据存储设备可包括计算机可读介质、计算机可读存储介质或非暂态计算机可读介质及其它介质。

3D打印系统(100)中的硬件适配器使处理器能与3D打印系统(100)外部和内部的各种其它硬件元件接口。例如，***设备适配器可提供诸如显示设备、鼠标或键盘的输入/输出设备的接口。***设备适配器也可提供诸如外部存储设备、例如服务器、转换器和路由器的若干网络设备、客户端设备、其它类型的计算设备及其组合的其它外部设备的入口。

可提供显示设备以允许3D打印系统(100)的用户与3D打印系统(100)的功能交互并实施3D打印系统(100)的功能；即打印3D物体并从3D打印系统(100)转移一定量的未使用的构建材料。***设备适配器也可在处理器与显示设备或者其它媒体输出设备之间建立接口。网络适配器可提供例如网络内的其它计算设备的接口，从而实现3D打印系统(100)与位于网络内的其它设备之间的数据传输。

当由处理器执行时，3D打印系统(100)可在显示设备上显示与代表存储在数据存储设备上的若干应用的可执行程序编码关联的若干图形用户界面(GUIs)。GUIs可例如显示各种界面，以供用户选择将打印的3D物体的类型，并且进一步选择根据本文中描述的示例和原理的构建材料转移过程。

图2A、2B和2C是如本文中描述的构建平台(105)、孔(110)、扩散板(115)和流动通道(120)的各种视图。图2A是根据本文中描述的原理的示例的构建平台(105)的顶表面的等轴侧顶视图。图2B是根据本文中描述的原理的示例的示出流动通道(120)的构建平台(105)的等轴侧底视图。图2C是根据本文中描述的原理的示例的构建平台(105)、孔(110)、扩散板(115)和流动通道(120)的剖视图。

现在转向图2A和2B，构建平台(105)在本文中示出为具有多个限定在其中的孔(110)。根据图2A中示出的示例，这些孔(110)已经沿着构建平台(105)的顶表面形成为半圆形。孔(110)的这种形状意在被理解为一个示例，并且本说明书考虑孔(110)可以为任意图案。在一些示例中，孔(110)的图案跟随由流动通道(120)产生的气流路经的轮廓。此外，在图2A以及图2B中示出的示例中，流动通道(120)跟随穿过构建平台(105)限定的孔(110)的布局。在3D打印系统(100)的运行期间，这允许空气在构建材料将掉落通过孔(110)的位置流动通过流动通道(120)。

图2A和2B中示出的构建平台(105)和流动通道(120)组件还包括空气入口(205)和空气出口(210)。软管可被用于将空气入口(205)流体地联接至诸如压缩机的气泵。软管也可将空气出口(210)流体地联接至排放位置。排放位置可包括真空设备或者能够接收气流的其它设备。排放位置可进一步包括构建材料收集设备，用于收集未使用的构建材料以再循环或再次使用。构建材料收集设备可包括任意空气过滤器或能够保持一定量的构建材料的其它颗粒捕捉设备。

尽管图2A-2C示出流体地联接至单个流动通道(120)的单个空气入口和空气出口(210)，但本说明书也考虑多个空气入口(205)、流动通道(120)和/或空气出口(210)的使用。作为一个示例，多个空气入口(205)可流体地联接至合并为单个空气出口(210)的多个流动通道(120)。在一个示例中，单个空气入口(205)可流体地联接至分散为多个空气出口(210)的流动通道(120)。在一个示例中，单个空气入口(205)可流体地联接至分散然后合并为单个空气出口(210)的流动通道(120)。事实上，多个示例可阐述为考虑单个或多个空气入口(205)、空气出口(210)和/或流动通道(120)的使用，并且本说明书考虑这些示例。在任意示例中，在使用多个空气入口(205)的情况下，每个空气入口(205)可单独地流体联接至气泵。可选择地，每个空气入口(205)可流体地联接至共同的气泵。在任意示例中，在使用多个空气出口(210)的情况下，每个空气出口(210)可联接至构建材料接收设备。可选择地，每个空气出口(210)可流体地联接至单个构建材料接收设备。

图2C是根据本文中描述的原理的示例的构建平台(105)、孔(110)、扩散板(115)和流动通道(120)的剖视图。图2C示出流动通道(120)，其完全地包围封装在构建平台(105)与流动通道(120)之间的密封部分内的扩散板(115)。在图2C中示出的示例中，气流的方向可为离开页面。孔(110)限定在扩散板(115)上方，从而允许一定量的构建材料在3D打印系统(100)运行期间积聚在扩散板(115)的顶表面上。

扩散板(115)可进一步包括调节设备(215)，其能够用于调节构建平台(105)的底表面与扩散板(115)的顶表面之间的距离(D)。此距离(D)的调节提供待使用的不同类型和尺寸的构建材料的使用。在一些示例中，距离(D)可基于构建材料的特性增大或减小，使得构建材料可谨慎地积聚在扩散板(115)的顶表面上。反过来，这导致孔(110)谨慎地阻塞。因此，大体上均匀的一层构建材料可形成在构建平台(105)的顶表面上，而在孔(110)的位置没有凹陷发生。调节设备(215)可为能够降低或提升扩散板(115)的任意类型的设备。在图2C所示的示例中，调节设备(215)是螺母，该螺母可被逆时针或者顺时针转动，从而分别地提升或降低扩散板(115)。其它调节设备(215)可以使用以达到相同的目的，并且本说明书考虑这些其它类型的调节设备(215)的使用。

图3是根据本文中描述的原理的示例的构建平台(300)的方块图。构建平台(300)可包括第一表面(305)、较低的第二表面(310)和穿过构建平台(300)限定的至少一个孔(315)。扩散板(320)可以可调节地联接在至少一个孔(315)的下方。气流通道(325)可围绕扩散板(320)限定，将扩散板(320)密封在气流通道(325)和构建平台(300)接口内。

如以上描述的，气流通道(325)可在空气入口和空气出口关闭、并且一定量的构建材料(330)已经积聚在扩散板(320)的顶表面(335)上时将扩散板(320)与空气隔绝。构建平台(300)的底表面与扩散板(320)的顶表面之间的距离(D)可基于若干因素而增大或减小。可决定距离(D)的示例因素可包括3D打印过程中使用的构建材料的颗粒的尺寸、3D打印过程中使用的构建材料的表面张力、构建平台(300)中的多个孔(110)之间的距离和扩散板(320)的宽度和长度，以及其它因素。在一些示例中，距离(D)在3mm和2mm之间。在一个示例中，距离(D)为2.5mm。在一些示例中，两层或更多层可增加至构建平台(300)的顶表面。层的数量也可取决于3D打印过程中使用的构建材料的颗粒的尺寸、3D打印过程中使用的构建材料的表面张力、构建平台(300)中的多个孔(110)之间的距离和扩散板(320)的宽度和长度，以及其它因素。在一些示例中，安置在构建平台(300)的顶表面上的层的数量为50-100。

在3D物体的构建过程已经完成以后，可开始未使用的构建材料的转移。空气可流动通过气流通道(325)，使积聚的构建材料(330)被推离扩散板(320)的顶表面(335)，同时额外量的构建材料(330)被允许掉落通过孔(315)。此外，在构建材料(330)的流动开始变慢时，振动设备可以启动，使得仍然存在于构建平台(300)的第一表面(305)上的任意剩余的多余构建材料(330)朝向孔(315)并穿过孔(315)移动。

图4是根据本文中描述的原理的示例的3D物体打印系统(400)的方块图。3D物体打印系统(400)可包括构建平台(405)，具有穿过构建平台(405)限定的至少一个孔(410)；可调节地联接在至少一个孔(410)下方的扩散板(415)；和围绕扩散板(415)限定并密封构建平台(405)的底表面的气流通道(420)。这些设备可类似于本文中结合图1和图2A-2C描述的那些。

3D物体打印系统(400)可进一步包括振动设备(425)，用于使构建平台(405)选择性地振动。在一个示例中，振动设备(425)可包括杆和配重，其中杆机械地联接至构建平台(405)，并且配重用于将振动从杆施加至构建平台(405)。

如以上提到的，振动设备(425)可在构建材料转移过程期间在某些时间启动。在一些示例中，振动设备(425)可在空气穿过气流通道(420)时启动。在一些示例中，振动设备(425)可在空气穿过气流通道(420)时间歇地启动。

本系统和方法的各方面在本文中参考根据本文中描述的原理的示例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方块图描述。流程图和方块图中的每个方块以及流程图和方块图中的方块的组合可由计算机可用程序编码实施。计算机可用程序编码可提供给通用计算机、专用计算机、或其它用于产生机器的可编程数据处理装置的处理器，使得在经由例如3D打印系统(100)或者其它可编程数据处理装置的处理器执行时，计算机可用程序编码实施在流程图和/或方块图的一个或多个方块中指定的功能或动作。在一个示例中，计算机可用程序编码可包含在计算机可读存储介质内；计算机可读存储介质为计算机程序产品的一部分。在一个示例中，计算机可读存储介质为非暂态计算机可读介质。

说明书和附图描述一种3D打印设备，其使用相同的构建腔构建3D物体和在构建过程后移除构建材料床。这种在打印过程已经完成以后在原地从3D物体移除未使用的或者以其它方式未聚结的构建材料允许不使用无关设备的设备完成产品。代替地，用户可使用该3D打印设备既构建3D物体又移除无关的构建材料，而不需要用户的进一步干涉或交互。进一步地，使用本文中描述的3D打印系统从3D物体提取的未使用的构建材料可允许用户使用相同的设备回收利用未使用的构建材料。这导致构建材料不会从一个设备输送至另一设备，并且进一步降低了3D打印系统的复杂性和运行成本。3D打印系统的内部可通过其设计和通过流动通道的入口空气的冲刷动作连续地清洁未使用的构建材料。孔下面的扩散板的自堵塞方面代替了用于启动构建材料流的任意机械阀的使用。由流动通道的设计导致的气流可始终保持一致的气流，从而具有一致的构建材料的移除过程。

已经呈现以上描述以例示和描述所述的原理的示例。此说明书不旨在详尽或将这些原理限制为所公开的任意确切的形式。许多修改和变化鉴于以上教导是可能的。