專利名稱：用于處理三維打印機中材料的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及三維打印機領(lǐng)域，尤其涉及用于三維打印機的粉末和廢物處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般來說，三維打印涉及使用噴墨式打印頭來將液體的或者膠體的粘結(jié)劑材料運送到粉末狀制作材料層上。打印技術(shù)涉及將一層粉末狀制作材料施加至一個表面上，通常應(yīng)用輥子進行。在制作材料被施加到上述表面上之后，打印頭將液體粘結(jié)劑運送到材料層的預(yù)定區(qū)域。粘結(jié)劑滲透進材料并且與粉末反應(yīng)，從而造成所述材料層在打印區(qū)域凝固，例如通過活化粉末中的膠粘劑。粘結(jié)劑還穿透進入下面各層，從而產(chǎn)生層間結(jié)合。在形成第一橫截面部分之后，重復(fù)前述步驟，從而構(gòu)建連續(xù)的橫截面部分，直至形成最終物體。例如見美國專利No.6，375，874和No.6，416，850，這兩個專利文獻的公開在此以全文參考的方式被結(jié)合。
用于執(zhí)行三維打印的裝置通常產(chǎn)生灰塵，這會不利地影響打印頭的操作。例如，灰塵會堵塞分配粘結(jié)劑材料的噴嘴，這會導(dǎo)致沒有粘結(jié)劑材料被分配，或者粘結(jié)劑材料被不精確地分配。
在三維打印中，粉末的處理以及粉末和灰塵的管理是主要問題。將粉末裝載到進給位置通常涉及提升重的粉末桶并且將它灌入。這總
10是導(dǎo)致大的塵霧并且常常導(dǎo)致飛濺大量粉末。這種打印工藝還由于散 播粉末以及將粉末傾倒進溢流容器中而激起大量灰塵。 一旦零件被打 印，則未打印的粉末必須在一個煩瑣而且通常非常雜亂的過程中從制 作盒中被除去。溢流容器必須被騰空而放回到進給位置中，這也涉及 提升重的容器、將粉末傾倒出容器、產(chǎn)生塵霧和通常有的溢出粉末。 在零件被打印后除去零件上的粉末產(chǎn)生額外的問題。
由于成本問題，大多數(shù)使用者希望回收從零件上去除的粉末。目 前，這涉及將真空袋從吸塵器中移除、撕開真空袋并且將粉末倒入進 給位置。通常需要一個過濾步驟，原因是被打印零件的破碎件被真空 吸起。這兩個過程均是特別骯臟的，使粉末弄到使用者、地板和機器 上，并且產(chǎn)生塵霧。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供用于在三維打印系統(tǒng)中自動處理 粉末的裝置和方法，以便減少浪費，并且最小化系統(tǒng)和周圍環(huán)境免受 松散粉末的污染。
本發(fā)明提供了一種用于在三維打印機中處理粉末和其它材料的裝 置，并且提供了一種用于自動裝載、施加、回收和過濾在三維打印中 所使用的粉末的方法。因此，該三維打印系統(tǒng)的效率得以改進，由該 過程所產(chǎn)生的廢物得以最小化，并且充分減少了由于逃逸或濺射的粉 末所產(chǎn)生的對打印機和周圍環(huán)境的污染。
在一個方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機的粉末處理系統(tǒng)。該系 統(tǒng)可包括多個粉末保持接收器以及與所述多個粉末保持接收器相連的 真空源。所述真空源在粉末保持接收器之間傳輸粉末。在一個實施例 中，所述系統(tǒng)包括與所述多個粉末保持接收器以及真空源流體連通的 多路閥。真空源通過所述閥在粉末保持接收器之間傳輸粉末。所述閥 可被用來有選擇地將真空源連接到特定的粉末保持接收器或者將一個 或多個粉末保持接收器與真空源隔離。所述閥可以被人工致動或者自 動致動。
11在各種實施例中，粉末保持接收器可以被至少部分地布置在三維 打印機上或者與三維打印機整體裝配在一起。另外，所述系統(tǒng)可包括 外部粉末源。所述外部粉末源可以通過例如所述多路閥與真空源連接。 所述粉末保持接收器可包括制作室、工作室容積、分配料斗、除粉末 室以及前后溢流腔。在一個實施例中，工作室容積是位于打印機工作 表面上方的區(qū)域，它通常由罩包圍。所述空間可以通過例如位于溢流 腔或工作表面中的閥與真空源流體連通。在一個實施例中，所述系統(tǒng) 包括位于真空源和多個粉末保持接收器之間的過濾系統(tǒng)。另外，該系 統(tǒng)可包括壓力源，用于進一步輔助在粉末保持接收器之間的粉末傳輸。 另外，所述真空系統(tǒng)可以以多個速度(例如高速和低速)進行操作并 且可以例如以低速連續(xù)地操作以便在粉末傳輸之間從系統(tǒng)中去除粉 塵。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種三維打印機，其包括粉末分配料 斗、用于接收粉末的制作室、用于選擇性地將粘結(jié)劑施加到制作室中 的粉末層上的至少一個打印頭、以及連接到分配料斗和制作室上的真 空源。所述真空源可以在分配料斗和制作室之間傳輸粉末。在一個實 施例中，所述打印機可包括多路閥，其與分配料斗、制作室以及真空 源流體連通。所述真空源可以通過所述閥在分配料斗和制作室之間傳 輸粉末。所述打印機可包括與真空源連接的至少一個溢流腔。真空源 可以通過所述閥從所述至少一個溢流腔將粉末傳輸至例如分配料斗。 在一個實施例中，真空源可以被用于將粉末從任何數(shù)量的保持接收器
(例如制作室、溢流腔等)抽吸到分配料斗以便再填充料斗。
在一個方面，本發(fā)明涉及一種將粉末從多個源提供到三維打印機 上的方法。該方法包括以下步驟提供多個粉末保持接收器，所述多 個粉末保持接收器包括適于與三維打印機相連的至少一個粉末分配料
斗；將所述多個粉末保持接收器連接到真空源；以及利用真空源在粉
末保持接收器之間傳輸粉末。
在一個實施例中，該方法可包括以下步驟在真空源和多個粉末 保持接收器之間提供多路閥，用于選擇性地將真空源連接至粉末保持接收器。該方法可進一步包括以下步驟致動所述閥以便選擇性地將 粉末從所述多個粉末保持接收器中的其中 一個傳輸至粉末分配料斗。 該方法可進一步包括以下步驟在真空源和所述多個粉末保持接收器 之間提供一過濾系統(tǒng)。
在另 一方面，本發(fā)明涉及一種用于三維打印機的保持粉末的容器。 該容器包括一接收器以及一罩，所述接收器限定出適于保持用于產(chǎn)生 三維物體的粉末的內(nèi)部空間，所述罩連接到接收器并且至少部分地包 圍接收器的內(nèi)部容積。所述罩可以包括與所述內(nèi)部容積流體連通的出 口以及至少一個與內(nèi)部容積連通的入口 ，所述出口適于連接到三維打 印機的真空源，所述入口適于使空氣進入內(nèi)部容積。所述入口可以至 少部分地由接收器和/或罩限定。
在各種實施實施例中，例如通過沿著接收器的側(cè)面并且朝著出口 "刮掃"粉末，穿過入口的空氣幫助粉末運動通過出口。在一個實施例 中，內(nèi)部空間具有大致圓錐形狀；然而，可以設(shè)想其他形狀，它們也 在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，例如截頭圓錐形、橢圓形以及多邊形和弓形的 任何其它結(jié)合。在一個實施例中，接收器的內(nèi)部空間具有橢圓形橫截 面形狀。另外，出口可以包括一管狀件，其從罩向下延伸接近內(nèi)部空 間的一底部區(qū)域。另外，所述入口可以是環(huán)形槽，出口可以包括接頭 (例如一種快速分離式接頭)，其構(gòu)造成與軟管匹配。在一個實施例中， 容器包括圍繞接收器設(shè)置的外殼。所述外殼可以被構(gòu)造成與其它類似 容器疊置。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機中的制作室，它適于接 收用于產(chǎn)生三維物體的粉末。所述室包括用于接收粉末的制作表面。 所述制作表面包括第一板和第二板，所述第一板限定出具有一間距的 多個間隔開的孔，所述第二板限定出多個孔，它們間隔開并且與第一 板上的多個孔偏離開第一板上的多個孔的間距的大約50%。所述間距 相應(yīng)于相鄰孔的接近邊之間的間隔，并且大約等于2 (板之間的間隔) (粉末安置角的余切)+ (孔的直徑)。第二板位于第一板下方并與之 間隔開。在各種實施例中，所述室包括至少一個壁、 一活塞以及一出口。 所述壁至少部分地界定所述制作表面并且至少部分地限定所述室，所 述活塞位于所述制作表面下方并且與所述制作室相適應(yīng)以便相對于所 述至少一個壁垂直地移動所述制作表面，所述出口與所述制作室連接 并且位于所述制作室下方以便在施加真空時從制作室去除自由粉末。 制作室還可以包括罩，其可位于所述至少一個壁上方以便至少部分地 將所述室與其所處的環(huán)境隔離。罩可以包括密封件，以便在施加真空 時減少或防止空氣進入。在一個實施例中，出口定位在一位于制作表
面下方的充氣間(plenum)中。出口可以與真空源相連以便通過制作 表面將自由粉末抽出制作室。另外，制作表面的第一板和第二板可以 與適于不同安置角(例如，不同尺寸的孔以及孔之間的不同間距)的 板互換。在一個替換實施例中，制作表面可以包括多于兩個的板。制 作表面可以包括位于第 一板和第二板之間的 一個或多個間隔件，以便 維持板之間的固定間距，并且制作表面的第 一板和第二板可以相對于 彼此移動。例如， 一個板或者兩個板可以豎直地移動以^更改變它們之 間的間距并且/或者水平地移動以便改變孔的偏離。不同尺寸的間隔件 可以被用來改變板之間的間距。在一個實施例中，制作室包括與出口 相連的真空源以便粉末流動。而且，制作室可以包括一個機構(gòu)，用于 將振動傳遞到制作室的至少一部分，例如制作表面。
在另一方面，本發(fā)明涉及控制制作室中自由粉末流動的方法。該 方法包括提供用于接收粉末的制作表面以及提供位于制作表面下方真 空源的步驟。所述制作表面包括第一板和第二板，所述第一板限定出 具有一間距的多個間隔開的孔，所述第二板限定出多個孔，它們間隔 開并且與第一板上的多個孔偏離開第一板上的多個孔的間距的大約 50%。所述間距相應(yīng)于相鄰孔的接近邊之間的間隔，并且大約等于2 (板之間的間隔)(粉末安置角的余切)+ (孔的直徑)。第二板位于第 一板下方并與之隔開。
在各種實施例中，所述方法包括以下步驟保持制作室中的環(huán)境 壓力以便防止粉末流動通過制作表面。該方法還包括以下步驟致動
14真空源以便在制作表面下方產(chǎn)生真空來使得粉末流過第一和第二板； 振動制作表面以便促進自由粉末的流動；以及改變第一板和第二板之 間的間距以便適應(yīng)具有不同安置角的粉末。而且，制作室可以包括位 于制作表面下方的充氣間，用于連接真空源和制作室。該充氣間可以 包括一出口，用于在致動真空源時從制作室中移除自由粉末。在一個 實施例中，制作室包括至少一個壁以及一活塞，所述壁至少部分地界 定制作表面并且至少部分地限定制作室，所述活塞位于制作表面下方 并且與制作室相適應(yīng)以便相對于所述至少一個壁垂直地移動所述制作 表面。第一和第二板中的至少一個可以與適于不同安置角的板互換。
在另 一方面，本發(fā)明涉及用于將粉末提供給三維打印機的粉末分 配料斗。該料斗包括由其所限定的接收粉末的室以及至少部分地位于 所述室內(nèi)的分配機構(gòu)。料斗可以相對于三維打印機上的制作表面布置。 所述室限定至少一個出口 ，其被設(shè)計尺寸以及被布置成使預(yù)定量的粉 末從它穿過，所述分配機構(gòu)適于推動粉末穿過所述至少一個出口。該 出口相對于待分配粉末被設(shè)計尺寸成如果沒有分配機構(gòu)給出口附近 的粉末提供正壓力，就基本上沒有粉末通過出口。
在各種實施例中，所述至少一個出口包括多個沿著室的最下表面
縱向定方位的槽。出口的寬度沿著其長度可以改變，以便例如沿著出
口在特定位置沉積更多或更少的粉末。附加地或替換地，可以調(diào)節(jié)出
口的長度以與不同尺寸的制作表面相一致。料斗可以包括開閉所述至
少一個出口的罩。在一個實施例中，分配機構(gòu)適于以預(yù)定間隔自動地
將粉末推動通過所述至少一個出口。另外，分配機構(gòu)可以包括圍繞一
徑向軸線間隔開的多個葉片，所述徑向軸線的方位與所述至少一個開
口平行，所述葉片與一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)相連，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動所述至 少一個出口附近的葉片以便將粉末推出至少一個孔。在一個實施例中，
分配機構(gòu)的位置可以相對于出口改變，以便例如適應(yīng)具有不同粒度的 粉末。
另外，所述室可以限定位于其頂部附近的入口用于接納粉末。所 述室可以連接至真空源用于通過入口從一遙遠源將粉末抽進室。該入口包括擴散器來擴散進入室內(nèi)的粉末。擴散器的形狀和大小將根據(jù)特 定的應(yīng)用而變化。料斗還可包括位于入口和真空源之間的過濾系統(tǒng)。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機的粉末傳輸系統(tǒng)中的過 濾系統(tǒng)。該過濾系統(tǒng)包括一過濾器，其與兩個方向的氣流相適應(yīng)并且 具有至少兩側(cè)以及位于過濾器 一側(cè)的充氣間。所述充氣間是分段的并 且相對于過濾器的側(cè)面密封以便將過濾器的各部分隔離開。充氣間適 于使各個過濾器部分暴露于真空和正壓力中的至少一個。在一個實施 例中，正壓力是大氣壓。充氣間可以被分段成基本任何數(shù)目，例如兩 段、四段或八段。
在各種實施例中，每個充氣間段包括一個閥用于將相關(guān)的過濾器 部分與真空源相連，從而將攜帶粉末的空氣抽吸通過過濾器，過濾器 防止粉末穿過其中。另外，這些閥適于將相關(guān)的過濾器部分與正壓相 連。在一個實施例中，這些閥可以是雙向三位式閥，從而可以使用一 個閥組件在真空和與過濾器部分連通的正壓之間改變。在一個實施例 中，過濾器部分可以交替地暴露于真空源和正壓。另外，過濾器部分 可以依次地交替暴露于真空源和正壓。而且，系統(tǒng)可以適于安裝至粉 末分配料斗的入口上。過濾器可以涂敷有防磨材料，以減少由于暴露 于粉末而造成的過濾器損壞。
另 一方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機的粉末傳輸系統(tǒng)的多路閥。 所述閥包括第一部分和第二部分，第一部分限定一端口，該端口與中 央點徑向間隔一固定距離，第二部分在中央點與第一部分連接。第二 部分可相對于第一部分旋轉(zhuǎn)并且限定多個端口 。所述多個端口以與第 一部分上的端口相同的固定距離圍繞中央點徑向地布置，這樣當(dāng)?shù)诙?部分旋轉(zhuǎn)到設(shè)定位置時每個端口可與第一部分的端口對齊，從而允許 穿過其間流動。
在各種實施例中，第二部分可以通過馬達和齒輪組件相對于第一 部分轉(zhuǎn)動。第二部分可以響應(yīng)于信號相對于第一部分自動旋轉(zhuǎn)。在一 個實施例中，閥包括至少 一個止動件以限制第二部分相對于第 一部分 的旋轉(zhuǎn)運動。閥還可以包括設(shè)置在第一和第二部分之間的密封件，其中第一和第二部分被偏壓成與設(shè)置在它們之間的密封件接觸。
另一方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機中的打印頭封蓋站。封蓋 站包括打印頭蓋支架以及位于支架上并且用于密封打印頭的打印頭面 的至少一個打印頭蓋。支架相對于處于中間位置的打印頭面將蓋保持
在垂直位置，即不與打印頭或者打印頭托架接觸。通過與支架接觸 的打印頭和打印頭托架中的至少一個，蓋在打開或中間位置與封蓋位 置之間移動。
在各種實施例中，封蓋站包括位于支架上的多個蓋。所述多個蓋 可以間隔開以與托架上的多個打印頭對準。在一個實施例中，支架包 括固定支座、可移動支座以及與打印頭和打印頭托架中的至少一個 接觸的致動器片。打印頭和打印頭托架中的至少一個向前運動與致動 器片相接觸，導(dǎo)致可移動支座相對于固定支座樞轉(zhuǎn)，從而將蓋相對于 打印頭面定位在水平位置。打印頭和打印頭托架中的至少一個的持續(xù) 運動使得蓋相對于打印頭面密封。另外，封蓋站可包括適于防止一旦 打印頭被封蓋就連續(xù)向前運動的止動件。在一個實施例中，打印頭蓋 由柔順材料制成，該材料在打印頭面被蓋住時能夠響應(yīng)于壓力變化(例 如，當(dāng)蓋與打印頭面交界時可能發(fā)生壓力升高)膨脹和收縮，從而不 需要在蓋中設(shè)置通氣孔。在一個實施例中，封蓋站使用四連桿機構(gòu)在 豎直位置和水平位置之間移動蓋。
在另 一個方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機中的廢物處理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括用于接納打印頭排放材料的接收器、與接納接收器連通 的保持接收器、以及用于將打印頭排放材料引導(dǎo)到保持接收器中的排 泄器。保持接收器包括適于吸收打印頭排放材料的至少一部分的吸收 性介質(zhì)，其中打印頭排放材料的至少一部分在保持接收器中固化。
在各種實施例中，保持接收器適于促進打印頭排放材料中的至少 一部分的蒸發(fā)。系統(tǒng)(例如保持接收器)可包括空氣傳輸裝置，用于
加速打印頭排放材料的至少一部分的蒸發(fā)速率。空氣傳輸裝置可使用 來自三維打印機的廢熱來加速蒸發(fā)速率。在一個實施例中，吸收性介 質(zhì)可移除地設(shè)置在保持接收器中，以方便拋棄并更換一個新的吸收性介質(zhì)。替換地或者附加地，保持接收器可以是一次性部件。
另一方面，本發(fā)明涉及用于三維打印機中的打印頭的電子連接系 統(tǒng)。連接系統(tǒng)包括將系統(tǒng)與信號源連接起來的基板，基板包括以固定 圖案設(shè)置的多個焊墊， 一連接件被安裝至基板并且適于給打印頭提供 信號，連接件限定多個定位在其中并與焊墊對應(yīng)的階梯形通孔，并限 定多個選擇地位于連接件的階梯形通孔中的彈簧針，彈簧針向打印頭 提供來自信號源的信號。所述信號將電力和指示中的至少 一個提供給 打印頭。在一個實施例中，系統(tǒng)包括設(shè)置在連接件和基板之間的密封 件，以防止污染物的侵入。
通過參照以下描述和附圖，在此披露的本發(fā)明的這些和其它目的 以及優(yōu)點和特點將變得顯而易見。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在此描述的各個 實施例的特點不是彼此排斥的，而是可以存在于各種結(jié)合和改變中。
在附圖中，同樣的附圖標在不同圖中大體指示相同零件。并且， 附圖并不是必須按比例繪制，事實上強調(diào)的是顯示本發(fā)明的原理。在
以下描述中，本發(fā)明的各個實施例將參照以下附圖被描述，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三維打印機和伴隨的粉末處理系 統(tǒng)的示意圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的與三維打印機一起使用的粉末
容器的示意性透視圖2B是圖2A的粉末容器的示意性側(cè)視圖2C是顯示通過圖2A的粉末容器的氣流的示意性側(cè)視圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制作表面的示意性平面圖，其
包括放置在制作室中的節(jié)流板；
圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括兩高度節(jié)流板和充氣間的
制作表面的示意性側(cè)視圖3C是圖3B的制作表面的一段的示意性側(cè)視圖，其中氣流閥被
關(guān)閉；圖4A是根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的分配料斗的示意性透視圖； 圖4B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的與分配料斗一起使用的槽板的 示意性透浮見圖4C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用在分配料斗中的旋轉(zhuǎn)葉片組 件的示意性透視圖4D是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的替換旋轉(zhuǎn)葉片組件的示意性透 視圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有內(nèi)部擴散器的分配料斗的 示意性透視圖5B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于放置在分配料斗上的分段 粉末過濾器的示意性透視圖5C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于分段粉末過濾器的分段充 氣間的示意性透視圖5D是用于圖5C的分段充氣間的致動方法的示意性透視圖5E是圖5D的致動方法的替換視圖，其中為清楚起見充氣間分 隔件和齒輪未示出；
圖5F是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于圖5A的分配料斗中的擴散 器的示意性底視圖5G是沿圖5A的線5G-5G截取的圖5F的擴散器的示意性橫截 面視圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于粉末處理系統(tǒng)的閥組件的 示意性透視圖6B是圖6A的閥組件的示意性側(cè)視圖7A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處于豎直儲存位置的蓋裝置 的示意性側(cè)視圖7B是圖7A的蓋裝置的示意性透視圖7C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的處于水平封蓋位置的圖7A的蓋 裝置的示意性側(cè)視圖7D是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的與打印頭相接觸的圖7C的蓋裝
19置的示意性側(cè)視圖7E是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的與用于圖7A的蓋裝置的打印機 蓋相比較的標準打印機蓋的示意性透視圖7F是如圖7E所示的標準打印機蓋及用于圖7A的蓋裝置的打 印機蓋的示意性側(cè)視圖8A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有水平放置的吸收性介質(zhì)的 廢物收集單元的示意性側(cè)視圖8B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有豎直放置的吸收性介質(zhì)的 廢物收集單元的示意性側(cè)視圖9A是根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的用于三維打印機的彈簧(pogo ) PC板的分解透視圖9B是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖9A的彈簧(pogo)基部的示 意性剖視側(cè)視圖9C是處于組裝構(gòu)造的圖9A的彈簧(pogo) PC板的示意性透 視圖。
具體實施例方式
在此描述的系統(tǒng)和部件可以與各種三維打印機以及相關(guān)裝置一起 使用，諸如那些在以下專利文獻中披露的裝置美國專利 No.5，902，441、美國專利No.6，007，318、美國專利申請2002/0079601、 美國專利申請No.2004/0012112、美國專利申請No.2004/0265413、美 國專利申請No.2005/0280185、美國專利申請No.2006/0061613以及美 國專利申請No.2006/0061318，以上專利文獻的全部內(nèi)容通過參考被結(jié) 合在本文。
在本發(fā)明的一個實施例中，設(shè)置一個處理粉末的氣動裝置，允許 粉末在三維打印機系統(tǒng)中自動地且快速地從一個地點傳輸至另一個地 點，而且粉末的損失或者對打印機和/或周圍環(huán)境的污染最少或者大致 沒有。圖1中可以看見顯示該構(gòu)造的的元件的示意性圖表。
圖1顯示了用于三維打印機的粉末處理系統(tǒng)100。三維打印機包
20括其中建造三維物體的制作室no以及用于在打印期間收集所使用的 過量粉末的至少一個溢流腔120。在一些實施例中，溢流腔120毗鄰 制作室設(shè)置。在一些實施例中，系統(tǒng)100包括兩個溢流腔120、 120'， 前溢流腔120和后溢流腔120'。分配料斗400中包含用于三維打印機 中的粉末。粉末通過分配料斗400的底部處的槽從分配料斗400分配 到桶架130或者打印機的工作表面上。然后桶架130可以以與在此披 露的三維打印機相同的方式在整個制作平臺上鋪灑粉末。分配料斗 400可以被自動地從粉末處理系統(tǒng)100裝載，而不會使用戶或者環(huán)境 暴露于粉末或灰塵?？梢允褂脧U物收集單元800來在打印過程中收集 所產(chǎn)生的任何液態(tài)廢物。由廢物收集單元800所收集的任何液態(tài)廢物 然后被引導(dǎo)至容器140中，在經(jīng)過或者不經(jīng)過處理和/或過濾的情況下 被移除。
在 一 個實施例中，粘結(jié)劑液體通過從制作臺上懸垂的可移動桶架 130而施加，制作臺包括制作室110和溢流腔120、 120'。桶架130還 可以包括散布器，用于將制作材料從分配料斗400輸送到制作臺以產(chǎn) 生遞增層。桶架130還可以包括在至少一個粘結(jié)劑托架中的粘結(jié)劑噴 頭，每個粘結(jié)劑噴頭均與粘結(jié)劑供應(yīng)源連接以便選擇性地將粘結(jié)劑沉 積在制作材料層上。在一個替換實施例中，分配料斗400可以將粉末 直接分配到制作臺上以便散布。
在本發(fā)明的一個實施例中，粉末處理系統(tǒng)IOO可以包括氣動裝置 以便將粉末在系統(tǒng)100內(nèi)從一個位置移至另一個位置。在該實施例中， 諸如鼓風(fēng)馬達的真空源150與分配料斗400連接以產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的負壓。
結(jié)果，空氣以及懸浮在空氣內(nèi)的任何粉末或灰塵將通過分配料斗 的入口部510被吸入分配料斗400中。粉末通過軟管170進入分配料 斗400。軟管170可以與一個選裝的閥組件600相連，閥組件600允 許粉末從多個源被抽吸到軟管170中。通過篩網(wǎng)或者"塊分離器，，180， 可以防止粉末中攜帶的任何碎屑進入分配料斗400中。
使用粉末過濾裝置500將通過軟管170進入分配料斗400中的粉 末與空氣分離。結(jié)果，所有進入分配料斗400中的粉末被保持在料斗400中以用于三維打印機。沒有粉末的過濾過的空氣行進到真空源 150,然后被排出到大氣中，或者在一些實施例中被用于三維打印系統(tǒng) 中的其它目的。
用于分配料斗400的粉末可以從多個位置被提供，其中閥600被 用來從一個粉末源到另一個粉末源切換氣流路徑。在圖1的粉末處理 系統(tǒng)100中，粉末可以從制作室110、溢流腔120、 120，、除粉末室190 或者粉末容器200進入閥。通風(fēng)口 195位于溢流腔120的側(cè)面，用來 收集來自工作空間的灰塵和粉末，它也可以在三維打印機的操作期間 提供另一個粉末源。
在三維打印機的操作期間，來自制作室110的多余粉末落入溢流 腔120、 120，的一個或兩者中。在制作期間，真空源150可以以低速運 行以便產(chǎn)生從通風(fēng)口 195通過閥600進入分配料斗400的氣流。這不 能完全消除操作期間產(chǎn)生灰塵，但是能顯著地減少粉塵在機器和周圍 區(qū)域中的散布和沉積。借助通風(fēng)口 195的入口布置在溢流腔120的內(nèi) 部，例如靠近頂部，可以極大地減少灰塵沉積。這是由于在粉末撞擊 溢流腔120的底部時所產(chǎn)生的塵霧或者溢流腔120中先前沉積的粉末 在從溢流腔120中逃逸之前就被吸入氣流中并且進入分配料斗400中。
在完成打印工作之后，可以致動粉末閥600以允許氣流從其它粉 末源行進以再填充分配料斗400并且再循環(huán)在前面運行中所使用的任 何多余粉末。例如，閥600可以打開來自制作室110的氣流，從而允 許制作室110中的未打印粉末被移除并返回到分配料斗400,而無需 用戶干預(yù)。在本發(fā)明的一個實施例中，包括節(jié)流板的制作表面300位 于制作室110的底部。這些節(jié)流板可以阻止在制作進行過程中任何粉 末通過制作室110的底部落下，但是在閥600開啟來自鼓風(fēng)馬達的氣 流通路并且將負壓施加在制作表面300的底部上時允許多余的未打印 粉末通過制作室110的底部吸出并進入分配料斗400中。
閥600還能開啟從溢流腔120、 120'經(jīng)由溢流腔出口 121、 121，至 分配料斗400的氣流路徑。如圖l所示，溢流腔出口 121、 121'與閥的 單個端口相連；然而，每個出口 121、 121，可以連接至閥600上的分
22離端口。在打印作業(yè)之后，操作過程中收集在溢流腔120、 120'中的多 余粉末可以被自動地從溢流腔120、 120'移除并返回至分配料斗400 用于再使用。附加地或者替換地(例如在沒有提供通風(fēng)口 195的情況 下)，真空源150可以以低速運行以^更產(chǎn)生從溢流腔出口 121、 121，通 過閥600的氣流，從而將粉塵從系統(tǒng)中移除。
在一個替換實施例中，閥600可允許氣流一次從多位置到大分配 料斗400。在另一個替換實施例中，岡600可以由分別控制氣流從每 個源至分配料斗400的多個分離閥更換。
在三維打印機的一些實施例中， 一旦從制作室中已經(jīng)移出完工的 零件，該零件可以被放置在除粉末室190中以便從零件上去除任何殘 留的松散粉末。除粉末室190可包括位于漏斗形容器(它也與閥600 垂直)上方的篩網(wǎng)，從而從零件上清除的任何多余粉末可以被吸回到 分配料斗400以用于再循環(huán)。在一個替換實施例中，在制作室本身中 實施最后的除粉末，其中松散的粉末通過制作表面300的節(jié)流板被抽 吸并返回至分配料斗400。
一旦所有可獲得的多余粉末已經(jīng)從三維打印機的各個部件上被再 循環(huán)，則可以通過將粉末容器200連接至閥600而將額外的粉末添加 到分配料斗400。然后可以使用粉末容器200來裝滿分配料斗400，從 而分配料斗400中有充分的粉末以開始新的打印運作。應(yīng)當(dāng)注意，閥 600可以連接至任何數(shù)目的粉末源，包括以上所列的所有或一些，并 且可以手動致動以提供從給定源至分配料斗400的氣流，或者可以自 動控制以便以任何給定順序提供至多個單獨源的氣流。
在本發(fā)明的一個替換實施例中，粉末容器200可以通過軟管170 直接連接至分配料斗400，而無需閥600。在另一個替換實施例中，任 何一個或多個粉末源可以通過軟管170直接連接至分配料斗400，而 無需閥600。在這種實施例中，粉末可以一次從多個位置被傳輸，其 中粉末既從直接連接至軟管170的源也從連接至閥600的源被夾帶。 替換地，閥600可以被關(guān)掉或者完全移除，從而只能使用直接與軟管 170相連的源，用于將粉末供應(yīng)給分配料斗400。因此，該系統(tǒng)提供了 一種從三維打印機中的多個位置再循環(huán)未使
用粉末的方法，極少需要或完全不需要用戶的輸入。閥600和鼓風(fēng)機 150由PC機或其它界面控制，從而允許粉末處理系統(tǒng)100根據(jù)預(yù)設(shè) 程序自動運行或者通過用戶提供的輸入遠程致動。在使用過程中，可 以使用粉末處理系統(tǒng)100通過將多余粉末向上抽吸通過與溢流腔120 相連的通風(fēng)孔195來減少灰塵的產(chǎn)生。在替代實施例中，可以利用另 外的通風(fēng)孔或者不同位置的通風(fēng)孔來進一步收集多余的粉塵并因此減 少在操作過程中對三維打印機和周圍環(huán)境的污染。
在完成給定制作后，可以通過粉末處理系統(tǒng)IOO將多余的粉末從 三維打印機的不同部件上去除，從而允許再循環(huán)最大量的粉末，同時 清潔三維打印機，而無需操作者直接干預(yù)。這能夠極大地減少逃逸出 來并可能污染三維打印機各部件和周圍環(huán)境的粉末和灰塵的量，同時 還減少了在運行之間維護及清潔三維打印機所需的時間。通過更有效 地回收和再循環(huán)多余的粉末，以及減少操作者所需要的清潔和維護， 粉末處理系統(tǒng)100能夠顯著地改善三維打印機的效率，同時還減少運 行這種打印機所涉及的費用。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于三維打印機的粉末由粉末容器 200提供，該容器的一個例子如圖2A至2C顯示。在該實施例中，粉 末容器200通過空氣軟管210與粉末處理系統(tǒng)100的閥600相連(或 者如上所述直接連接至軟管170)，從而允許使用者利用最小的力氣而 完成粉末到分配料斗400的自動傳輸。
粉末容器200可以在帶有安全蓋205的情況下進行傳輸和儲存， 蓋205覆蓋真空軟管連接件220和通風(fēng)孔230。 一旦移除安全蓋，真 空軟管210能與真空軟管連接件220相連，以允許在真空源150打開 并且閥600正確定位時粉末處理系統(tǒng)100收集粉末?；蛘撸缟纤?， 真空軟管連接件220能夠直接與軟管170連接。
粉末容器200可包括蓋子240和附接到其上的圓錐形側(cè)壁250。 側(cè)壁250在一個實施例中可形成具有圓形或橢圓形橫截面的圓錐形 狀，盡管可以使用任何合適的橫截面形狀。橢圓形橫截面形狀是需要
24的，原因是該形狀可減少或消除粉末橋接的趨勢。當(dāng)安全蓋被布置在
粉末容器200上時，沒有空氣能夠進入或離開容器200。在移除安全 蓋后，空氣可能通過坐落在蓋子240中的通風(fēng)孔230進入容器200內(nèi) 部，并且通過位于容器200中央并與真空軟管連接件220附接的內(nèi)部 噴嘴260離開。還可包括一外部壁或外殼290以允許粉末容器200容 易地堆疊。在一個實施例中，粉末容器200及其相關(guān)部件可以由高密 度聚乙烯通過例如注射模塑制造。
在使用中，空氣通過通風(fēng)孔230流入，并且通過在蓋子240的外 邊緣的環(huán)形槽280進入容器200的粉末保持區(qū)域270。然后空氣沿著 粉末保持區(qū)域270的側(cè)壁250向下行進，促進粉末向下流動至粉末保 持區(qū)域270的底部并進入內(nèi)部噴嘴260。然后粉末被夾帶到空氣中并 通過內(nèi)部噴嘴260上升，進入粉末處理系統(tǒng)IOO。圖2C顯示了當(dāng)空氣 軟管210連接到真空軟管連接件220并且真空源150開啟時空氣流動 通過粉末容器200的路徑。如同所看到的，來自周圍大氣的空氣通過 通風(fēng)孔230進入容器200并通過空氣軟管210離開(或者如上所述直 接離開進入軟管170)。粉末保持區(qū)域270的圓錐幾何形狀有助于粉末 朝著內(nèi)部噴嘴260的底部向下流動，并且確保所有可獲得的粉末由粉 末處理系統(tǒng)100所夾帶。
在一個替換實施例中， 一個或多個通風(fēng)孔可以位于粉末容器200 上的不同位置，并且可以由單獨的安全蓋覆蓋。在另一個替換實施例 中，真空軟管連接件220可以包括快速脫離軟管接頭，當(dāng)軟管分離時 該接頭自動密封，而當(dāng)軟管連接時該接頭打開(也打開通風(fēng)孔)。在該 實施例中，不需要安全蓋。
在制作室110中可包括一個用于對三維打印零件自動粗除粉末的 裝置。 一般來說，該裝置由制作活塞構(gòu)成，制作活塞由充氣間組成， 充氣間垂直于真空源并且由具有稀疏小孔圖案的板覆蓋，該板稱為節(jié) 流板。許多粉末具有流動特性，這允許它們在環(huán)境壓力下橋接在孔上， 從而零件能夠以與具有固體制作活塞一樣的方式被三維打印。在打印 之后，致動真空源，制作板下面的壓力下降至大氣壓以下，并且迫使粉末流動通過節(jié)流板中的孔，從而對三維打印零件部分地除粉末。
然而， 一些粉末(諸如細小干沙、玻璃珠或者zp 130粉末(由Z 公司獲得))已經(jīng)被充分地進行真空循環(huán)而除去所有細微顆粒，它們非 常容易流動以致它們在三維打印過程中通過節(jié)流板中的孔掉落。 一些 粉末流動地如此容易以致不能開始三維打印過程，原因是由于流經(jīng)節(jié) 流板，所以床制備過程失敗。在圖3A中可以看到一種示例節(jié)流板。
在本發(fā)明的一個實施例中，制作室110的底表面300可以利用包 括多個節(jié)流板的節(jié)流板結(jié)構(gòu)來提供一旦完成制作運行就從制作室110 去除多余粉末的方法。從圖3A和圖3B可以看到一種包括節(jié)流板320、 330和漏斗件310 (或充氣間)的示例型制作表面300。這種粗除粉末 使得在移走三維打印零件之前大部分的多余粉末從制作室被去除，從 而容易將零件從制作室移走而進行最后的除粉末。
在操作過程中，活塞可以在制作室中降低制作表面300以允許在 制作室中形成三維零件，如前述專利及專利申請所披露的。活塞可以 通過一個安裝件315連接至充氣間/漏斗件310的底側(cè)。在一個實施例 中，充氣間310由聚合體材料制造，諸如Noryl⑧PX1391， 一種可從 GE公司獲得的聚亞苯醚聚苯乙烯混合物。
通過使用具有兩個或多個彼此水平和豎直偏離的單獨節(jié)流板的制 作表面300，本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并且提供一種在打印過 程中防止任何及所有粉末流入充氣間的無源系統(tǒng)，同時在節(jié)流板下面 引入負壓時仍然允許除粉末過程中粉末的流動。在圖3B和3C中可以 看到制作表面300和充氣間310的一個例子。
在該實施例中，制作表面300包括由豎直間隙340分隔的上節(jié)流 板320和下節(jié)流板330。在一個實施例中，豎直間隙340通過使用間 隔件345維持。另外，可以通過機械緊固件347將節(jié)流板320、 330 彼此固定。上節(jié)流板320上的孔圖案與下節(jié)流板330上的孔圖案水平 偏離，使得任何板上的孔350都不豎直對齊。例如，對于均勻間隔孔， 優(yōu)選的偏離大約是連續(xù)孔之間節(jié)距的一半。應(yīng)當(dāng)注意在特定實施例中， 孔不需要均勻間隔，而是可以以任何合適的圖案間隔以提供使用系統(tǒng)
26所需的間距。在一個實施例中，節(jié)流板由不銹鋼制造。
豎直間隙340應(yīng)當(dāng)足夠小以便上節(jié)流板320的孔的邊緣和下節(jié)流 板330的相應(yīng)孔的邊緣之間的角度大于所使用的粉末的安置角370。 應(yīng)當(dāng)注意，"安置角"是對于顆粒固體有意義的工程特性。當(dāng)散裝顆粒 被傾瀉到水平表面上時，將形成圓錐堆。堆的邊緣和水平面之間的角 度稱為安置角，它與材料的密度、表面積以及摩擦系數(shù)相關(guān)。具有小 安置角的材料比具有大安置角的材料能形成更平的堆。
在本發(fā)明的一個實施例中，豎直間隙340的高度可以調(diào)節(jié)以方便 清除粉末或者使制作表面300與不同粉末的使用相適應(yīng)。這種調(diào)節(jié)可 以手動進行(例如使用變化高度的間隔件)或者由連接到制作表面的 馬達和/或活塞裝置自動進行。
豎直間隙340應(yīng)當(dāng)比粉末的最大期望粒度足夠大，以便允許粉末 在操作期間在上節(jié)流板320和下節(jié)流板330之間容易地流動。充氣間 310位于制作表面300下面并且附接至真空軟管連接件380?？諝廛浌?可以連接至真空軟管連接件380并且通至閥600。因此通過打開閥600 并且打開真空源150,在充氣間310種建立負壓。
在操作中，制作表面300形成制作室110的底部。在三維打印機 的操作過程中，閥600關(guān)閉，從而允許粉末360落在上節(jié)流板320上。 從圖3C可以看出，粉末可以流過上節(jié)流板320中的孔350并以在豎 直間隙340中著落成具有安置角370的圓錐堆。當(dāng)下節(jié)流板330與上 節(jié)流板320足夠偏離時，粉末360著落在下節(jié)流板330的表面上，并 且不會通過下節(jié)流板330中的孔350落下。因此，組合節(jié)流板為粉末 360提供支撐，允許粉末360按三維打印的需要在制作表面300上均 勻鋪展。
一旦已經(jīng)打印三維物體，就打開閥600并且開啟真空源150。這 在下節(jié)流板330下面建立一個負壓。該負壓將產(chǎn)生足夠的的吸力以使 粉末360流動并且迫使它流過上節(jié)流板320中的孔350、通過豎直間 隙340、并且通過下節(jié)流板330中的孔350出來。結(jié)果，可以快速地 將粉末從制作室110中去除并且使之返回分配料斗400待重新利用。為增加粉末去除功能，可以使用選裝罩312。在完成打印之后罩312 可位于制作室110上或上方。罩312將制作室110的內(nèi)部空間316與 周圍環(huán)境隔離。密封件314可位于罩312和室110之間以減少或消除 空氣泄漏。
在本發(fā)明的一個替換實施例中，下節(jié)流板330可以相對于上節(jié)流 板320水平移動以允許孔從偏離構(gòu)造移至對準構(gòu)造，從而增加除粉末 過程中粉末通過節(jié)流板的流動。在該實施例中，在上、下節(jié)流板之間 可以不需要豎直間隙，因為在兩個板對準時粉末將自由地流過兩個板 上的孔，而不管是否有豎直間隙。馬達或其他合適的致動方法可被用 來將其中一個板或者兩個板從偏離(即不對準)構(gòu)造移成對準構(gòu)造。
在本發(fā)明的特定實施例中，可以根據(jù)所使用的特定粉末提供具有 不同尺寸或不同構(gòu)造孔的節(jié)流板?；蛘撸梢詫⒅谱鞅砻?00設(shè)計成 一個單獨的節(jié)流板對能夠支撐粉末，而不管被使用的特定粉末。在另 一個實施例中，制作表面300包括振動機構(gòu)335，從而可以振動一個 或多個節(jié)流板以便有助于從制作室中去除粉末。附加地或替換地，可 以振動整個裝置(即充氣間310、節(jié)流板320、 330等)以便有助于去 除粉末。在一個實施例中，振動機構(gòu)335是小型直流馬達，在它的軸 上具有偏心配重，不平衡的配重將振動施加在室110上。
本發(fā)明的一個實施例包括一種裝置， 一旦粉末被氣動地傳輸?shù)椒?配料斗400就將粉末從分配料斗中分配出去。當(dāng)施加粉末用于三維打 印時，將粉末以大約等于制作活塞寬度的長度線分配是大體有利的。 有許多在一點分配粉末的方法，但是它們在豎直空間上是效率差的(因
為儲存料斗像圓錐一樣朝著一點逐漸變窄)，它們需要一個附加機構(gòu)， 以便在散布輥將粉末鋪灑在制作活塞上之前將粉末沿著散布輥的長度 鋪灑。該分配器還需要沿著散布輥的長度均勻地分配粉末以便制作活 塞的所有區(qū)域被充分地覆蓋，而不會有多余量的粉末溢出。被分配的 粉末量還需要是可重復(fù)的，從而每層被分配大致相同的量。總的來說， 分配裝置不剪切粉末是合乎需要的，因為這會由于進一步混合成分而 改變粉末的性質(zhì)。許多三維打印粉末會由于高剪切而被破壞或效率下降。
期望的是分配粉末裝置可以用于具有各種流動特性和壓實密度 的粉末。該分配系統(tǒng)必須進一步作用于大范圍的粉末濕度含量并且必 須不能被粉末堵塞或者改變被分配粉末的體積，而不管環(huán)境條件、粉 末類型、粉末狀況或者使用持續(xù)時間。
圖4A至圖4D顯示了以上面所需方式將粉末從分配料斗分配的一 種方法。圖4A顯示了用于三維打印中的分配料斗400。在該實施例中， 分配料斗400的底部402大致為半圓筒形狀，其中半圓筒的底部具有 可供粉末分配通過的槽410。圓筒部上方的分配料斗400的幾何形狀 可以以任何滿足三維打印機和粉末分配系統(tǒng)100的體積和幾何形狀的 方式成形。槽410的寬度可以制造成所關(guān)注的粉末不會自由地流出槽 410，而是"橋接"槽410,從而必須將力施加在粉末上以便推動它通過。
在本發(fā)明的一個實施例中， 一個或多個葉片420被安裝到軸430 上，軸430與分配料斗400的半圓筒形底部中心線共線。在該實施例 中，可以通過旋轉(zhuǎn)軸430和附屬葉片420由槽410分配粉末。當(dāng)葉片 420旋轉(zhuǎn)時，它從上方進入分配料斗400的半圓筒形底部并開始將粉 末推出槽410。粉末繼續(xù)離開槽410直至葉片420穿過槽410并開始 在另一側(cè)沿著半圓筒形壁向上運動，此時不再有粉末被釋放直至下一 個葉片420接近槽410。當(dāng)軸430不轉(zhuǎn)動并且一個或多個葉片420不 運動時，粉末流動也停止。在圖4A中，葉片組件470包含兩個圍繞 軸430彼此分離180度的葉片420。所描繪的葉片420和槽410的形 狀大體是細長的矩形形狀，然而，葉片420和槽410的尺寸和形狀可 以變化以適應(yīng)特定的應(yīng)用。軸430和葉片可以例如由1/20HP馬達和 齒輪箱驅(qū)動。
槽410的寬度可影響從分配料斗400流出的粉末的量并且能決定 在分配裝置靜止時粉末是否自由流動。槽410可以是連續(xù)的或者中斷 的，這取決于三維打印系統(tǒng)的需要。在本發(fā)明的一些實施例中，通過 使用中斷槽可以更容易控制寬度公差。在一個實施例中，在分配料斗 底部的槽410事實上可包括直線型短槽440，諸如在圖4B中所顯示的。在該實施例中，有槽部分包括單獨的槽板450，其可以通過可拆卸的 安裝硬件460附接到分配料斗400上。結(jié)果，具有不同寬度和構(gòu)造的 槽可以被用于不同的粉末或打印操作，這取決于系統(tǒng)的特定需求。在 帶有多個短槽構(gòu)造的實施例中，粉末的離散堆將在分配系統(tǒng)的每個短 槽下面形成。這些離散堆在散布輥朝著制作室IIO移動粉末時會流動 形成一個連續(xù)的粉末珠。
在特定實施例中，也可以通過具有不均勻槽寬而改變粉末分布。 例如，通過使端部的槽更寬而將更多的粉末分配在槽板450的端部。 這可用來補償在散布過程中在粉末散布器的邊緣周圍流動并且掉出制 作室110的粉末。它也可以用來補償由于粉末或者分配機構(gòu)與分配料 斗400的端壁相互作用而產(chǎn)生的邊界效應(yīng)。改變槽的圖案還可以被用 來調(diào)節(jié)在以下區(qū)域中被分配的粉末量，其中在這些區(qū)域中給葉片組件 470添加加強件以防止偏轉(zhuǎn)。
葉片組件470可通過將一個或多個葉片420安裝到軸430上而形 成。圖4C中顯示了包含加強件480的葉片組件470。在該實施例中， 葉片系統(tǒng)420以及葉片420與分配料斗400壁的半圓筒部之間的距離 對被分配的粉末量以及操作過程中施加在粉末上的剪切力有大的影 響。對于壁和葉片420之間的非常小的間隙，剪切力可能相對較高并 導(dǎo)致分配相對大量的粉末。對于更大的間隙，剪切力可能較小，將是 被分配的粉末量。
這種關(guān)系意味著葉片組件470的徑向公差對于被分配的粉末量具 有很大影響。如果葉片420是長且薄的，它們會朝著其中部偏轉(zhuǎn)，因 此靠近中部分配的粉末量小于在葉片420的端部分配的粉末量。即使 沒有偏轉(zhuǎn)，制造公差也會影響從葉片到葉片的產(chǎn)出重復(fù)性。為了抵消 葉片的偏轉(zhuǎn)，可以將一個或多個加強件480結(jié)合到葉片組件470中。 但是，雖然加強件480將減少葉片420的偏轉(zhuǎn)，但是加強件的存在會 擾亂粉末并且會改變在加強件480附近的槽區(qū)域中被分配的粉末量。 再者，這種影響可通過改變在那個區(qū)域中槽的寬度而被補償。
對付這種變化的一種方式是將系統(tǒng)設(shè)計成葉片組件470轉(zhuǎn)動整數(shù)("n")的全轉(zhuǎn)以便分配相當(dāng)一層的粉末。將葉片組件470旋轉(zhuǎn)整數(shù)倍 也能補償在每個葉片形狀、角度以及剛度方面的小差別，這將導(dǎo)致通 過每個葉片分配的粉末量的細微不同。通過使每個葉片穿過槽410相 同的次數(shù)來分配相當(dāng)一層的粉末，可以消除通過角度旋轉(zhuǎn)而分配的粉 末的變化("e變化性"，其中e代表葉片組件470旋轉(zhuǎn)通過的角度)。圖 4A所顯示的包含兩個繞著軸430間隔180度的葉片420的葉片組件 470將只在全轉(zhuǎn)的四個90度段中的兩個期間分配粉末。在另外兩個90 度段期間不分配粉末。對于這種系統(tǒng)，必須已知葉片420的任何位置 或者系統(tǒng)必須轉(zhuǎn)動全轉(zhuǎn)的整數(shù)倍。
在葉片組件470轉(zhuǎn)動固定轉(zhuǎn)數(shù)的替換實施例中，葉片組件470可 以轉(zhuǎn)動固定的角度距離(X度)，然后返回相同的距離。這種結(jié)構(gòu)提供 每次使用相同的葉片和槽結(jié)構(gòu)，從而消除不同葉片的可變性。
具有四個葉片420的系統(tǒng)可以更加獨立轉(zhuǎn)動，因為一個葉片420 總是在"工作區(qū)域"，這使得粉末從分配料斗400的槽被分配(即在位 于槽"上游"的分配料斗400的半圓筒形區(qū)域的部分中)。圖4C顯示了 具有圍繞軸以90度分開的四個葉片420的葉片組件470的示例。在該 實施例中，被分配的粉末量可以根據(jù)分配料斗400的"工作區(qū)域，，內(nèi)的 葉片位置進行某種程度的改變。為了消除這種殘余的位置依賴性，有 必要進一步增進葉片的數(shù)目或者槽的尺寸。
在一個替換實施例中，可以將更多或更少數(shù)目的葉片420結(jié)合在 葉片組件中，這取決于三維打印機的特定需求。通過增加葉片420的 數(shù)目，可以增加從分配料斗400中分配粉末的頻率。也可以通過改變 軸430和葉片組件470的旋轉(zhuǎn)速度來控制分配粉末的頻率。在另一個 替換實施例中，可以改變一個或多個葉片的形狀和節(jié)距以改變?nèi)~片每 次經(jīng)過而分配的粉末量。
可以通過馬達和齒輪組件或者安裝到分配料斗400上的其他合適 裝置控制軸430和葉片組件470的旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，這種馬達 和齒輪組件可以由操作者控制，或者連接至三維打印機的操作系統(tǒng)以 進行自動致動。結(jié)果，馬達可以開動或關(guān)閉，并且響應(yīng)于用戶和/或打印機控制系統(tǒng)的指令而控制旋轉(zhuǎn)速度。
在本發(fā)明的一個實施例中，可以改變槽的寬度以增加或減小一次 被分配的粉末量。槽可以進一步被完全關(guān)閉以停止分配任何粉末。在 一個示例中，槽可以在打印操作之間自動關(guān)閉以阻止任何粉末意外掉
出并阻止任何濕氣或其他污染物進入分配料斗400。對槽的控制可以 人工實現(xiàn)或者通過馬達或其他合適機構(gòu)實現(xiàn)。槽的定位在一個實施例 中可由三維打印機控制系統(tǒng)控制。附加地或替換地，可以使用罩412 來在打印期間或打印作業(yè)之間關(guān)閉槽。罩412可以人工定位或者通過 例如可移動緊固件而固定到位?；蛘?，罩412可安裝在軌道上并且相 對于槽410可滑動地定位。
圖4D中顯示的組件如同大量單個葉片作用并且減少由于e位置而 帶來的改變。在該實施例中，葉片組件4卯由圓筒構(gòu)成，其圓周面上 帶有多個葉片420和間隙425。在該實施例中，圓筒提供更大的箍繞 強度和偏轉(zhuǎn)阻力，同時大量的葉片提供大的粉末移動能力。在操作中， 圓筒葉片組件4卯在其轉(zhuǎn)動時一致地分配粉末，并因此需要以規(guī)則的 間隔開啟和關(guān)閉以允許粉末按照需要被離散地分配?？梢酝ㄟ^圓筒側(cè) 壁中的孔495將圓筒葉片組件490安裝在軸430上。軸再依次安裝至 馬達或其它合適的裝置上以控制圓筒葉片組件490按照需要旋轉(zhuǎn)。
大體而言，料斗400和相關(guān)部件可以由金屬和/或聚合體材料制造。 例如，槽纟反450和葉片420可以為不銹鋼，料斗本體可以為結(jié)構(gòu)泡沫 塑料材料，諸如聚苯氧基樹脂。各種部件可以由傳統(tǒng)制造技術(shù)制造， 諸如注射模塑、擠壓、沖壓、切割、成型和焊接。
在本發(fā)明的一個實施例中，被分配的粉末量由粉末的容積密度而 定。在通過粉末處理系統(tǒng)100氣動地傳輸粉末而填充分配料斗400之 后，由于粉末的通風(fēng)使得容積密度更低。這類似于在粉末剛剛從容器 傾倒出之后粉末容積密度的降低。在這些情況下，對于葉片組件470 的少數(shù)旋轉(zhuǎn)就可分配更大數(shù)量的粉末。葉片組件470通過粉末的運動 具有將粉末局部壓實為一致密度的效果。在葉片組件470旋轉(zhuǎn)多次之 后，粉末迅速地達到穩(wěn)定狀態(tài)容積密度，隨后被分配的量將非常恒定。為了避免操作期間的這個問題，在打印運作之前或者在額外的粉
末已經(jīng)被添加到分配料斗400中之后，槽被關(guān)閉，并且在打印運作之 前葉片組件470轉(zhuǎn)動數(shù)次以便在操作之前獲得穩(wěn)定狀態(tài)容積密度。在 該實施例中，沒有粉末被分配，直至粉末的容積密度達到其穩(wěn)定狀態(tài)， 這之后槽被打開，繼續(xù)正常操作。
在本發(fā)明的一個實施例中，擴散器和過濾系統(tǒng)500可以被安裝在 分配料斗400上以便給粉末處理系統(tǒng)100提供一個將粉末從一個或多 個遙遠位置抽吸到分配料斗400中的氣動裝置。在該實施例中，粉末 可通過分配料斗400 —側(cè)上的入口 510被夾帶進入分配料斗400。通 過入口 510進入的空氣和粉末穿過擴散器520以降低進入分配料斗 400的空氣和粉末的速度，從而減少對過濾系統(tǒng)和料斗400的損壞， 并且減少對料斗400中壓實粉末的干擾。
過濾裝置500可經(jīng)由框架505被安裝在分配料斗400的頂部，其 中通過過濾器530的孔氣通道通向真空源150，真空源150在粉末處 理系統(tǒng)100中提供負壓。過濾器530防止粉末離開分配料斗400,經(jīng) 過真空源150，并出來進入到大氣中。
進入分配料斗400的空氣以高速行進。用于三維打印的許多粉末 是高度磨損的。如果夾帶磨損型粉末的高速空氣撞擊過濾器530，就 可能侵蝕過濾介質(zhì)。在本發(fā)明的一個實施例中，可以使用HEPA過濾 器(高效顆?？諝膺^濾器)。許多HEPA過濾器具有作為外層的多孔 PTFE (聚四氟乙烯)薄膜，例如可從Donaldson公司購買的 Tetratex 6277。這可增加過濾器的效率，尤其在孩吏米和次微米范圍， 并且使得更容易清潔，但是PTFE層是軟的并易于損壞。三維打印中 所使用的一些粉末可能非常密集地壓實，從而壓實塊不是非常透氣的。 當(dāng)這些類型的粉末用真空吸進分配料斗400中時，它們在過濾器上形 成一個塊，從而增加了整個過濾器的壓降并降低了可用來傳輸粉末的 壓差。事實上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 一分鐘或兩分鐘足以在過濾器上形成塊， 以防止額外的粉末被輸送到進給器中。
由于撞擊空氣夾帶的粉末所帶來的過濾器磨損問題可以通過使進入分配料斗400的空氣穿過隔板或擴散器520 (見圖5F和5G)而得 以解決，隔板或擴散器520具有減慢空氣并增加粉末和空氣進入分配 料斗400剩余部分的容積的效果。圖5A示出了布置在分配料斗400 中的擴散器520的一個實施例。在該實施例中，擴散器520由管狀體 構(gòu)成，在管狀體的壁中有大量的小孔524。在本發(fā)明的一個實施例中， 管子材料可以是抗磨損材料(諸如硬金屬)，以減小使用期間對擴散器 520的損壞。
一般而言，管狀體的形狀和方位是掉落出過濾器530的粉末不 會聚集在擴散器520的頂表面上。在該實施例中，擴散器520的頂側(cè) 526成楔形，從而允許從過濾器530掉落的任何粉末滑出擴散器并掉 進分配料斗400的下部。擴散器520可以由穿孔鋼板(例如通過折疊) 或者任何其它合適的材料制造。在該實施例中，穿孔僅布置在擴散器 520的下部522上，將進入的空氣和粉末朝著分配料斗400的下部引 導(dǎo)。在替換實施例中，穿孔可布置在擴散器520的所有側(cè)面，或者只 布置在擴散器520的頂側(cè)526上。擴散器可以為鉆石形、圓筒形、楔 形或者這些形狀的組合(例如頂部是楔形，底部是圓筒形)，或者任何 其它合適的形狀。在另一個替換實施例中，擴散器可以是倒V形，從 而允許粉末朝著分配料斗400的下部自由掉落，同時防止它直接撞擊 在過濾器530上。
在本發(fā)明的一個實施例中，可以通過定期清潔過濾器530而解決 粉末在過濾器530上結(jié)塊并堵塞過濾器的問題。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將意識到在過濾器上沒有壓降時(諸如在關(guān)掉真空源150時)有 幾種清潔過濾器的方法。但是，由于粉末塊可迅速地形成，所以期望 的是能夠在開啟真空源150時能夠清潔過濾器530，同時不會顯著地 影響粉末處理系統(tǒng)100的粉末傳輸功能。
在本發(fā)明的一個實施例中，過濾器530可以分段成兩個或多個獨 立的段530。分段過濾器530的一個例子(在這種情況時六個分離的 段531)可以從圖5B看到。這里，過濾器530的分段可以通過在過濾 介質(zhì)上模制彈性體框架535而完成。彈性體(例如硅樹脂)可以結(jié)合
34到過濾介質(zhì)上，從而氣動地隔離每個段。彈性體還可作為墊圏，將每 個過濾器段密封到匹配的充氣間段，從而允許單獨控制到每個段的氣
流。在該實施例中，段531以徑向圖案布置，雖然在本發(fā)明的其它實 施例中可設(shè)想段531的任何布置。圖5B中顯示的過濾器530是折疊 式過濾介質(zhì)，雖然也可使用非折疊式介質(zhì)。在一個實施例中，過濾器 530的"臟，，側(cè)可包括在過濾介質(zhì)上的膨脹PTFE薄膜，雖然這不是必 須的。應(yīng)當(dāng)注意如果需要，可以使用兩個或更多的過濾器來過濾離 開分配料斗400的空氣。在一個實施例中，過濾器530經(jīng)由互鎖結(jié)構(gòu) 532、 534連接到框架505。另外，可在過濾器530和框架505之間包 括密封件，以防止空氣從過濾裝置500周圍進入料斗。
通過將過濾器530分成多個分離的段531,氣流可通過每個段被 控制。因此，大部分段可被設(shè)定為過濾流至真空源150的空氣，而一 個或多個其它的段531可暴露于反向氣流，以便從該過濾器的段移除 粉末并因此清潔它。在該實施例中，布置在分段過濾器530的"清潔，， 側(cè)的充氣間也被分割成分離的段533,其中閥分別控制通過充氣間的 每個段的氣流。在本發(fā)明的一個實施例中，段的數(shù)目選擇成可獲得 的過濾面積的減小要足夠的小，以致于在清潔一個段時不會顯著影響 粉末處理系統(tǒng)100的性能。對非常大數(shù)目的段的折中是昂貴的，相對 所使用材料損失的過濾面積用來產(chǎn)生段邊界。
在該實施例中，空氣可以從分配料斗400通過過濾器530的多個 段并且向外通過充氣間向真空源150繼續(xù)流動。充氣間的閥將一個或 多個過濾器段與氣流隔離，并且事實上將過濾器的"干凈，，側(cè)暴露給諸 如來自大氣或者其它壓力源的高壓空氣。這種高壓空氣可以處于周圍 大氣的環(huán)境壓力下，或者處于任何正壓下(即任何大于粉末處理系 統(tǒng)100內(nèi)的壓力的壓力)。該正壓/高壓可以通過簡單地開啟通向大氣 的閥或者通過開啟通向單獨氣流源的閥而建立。當(dāng)高壓空氣比分配料 斗400中的空氣壓力更大時，氣流反向并從過濾器的干凈側(cè)流至臟側(cè)。 空氣從周圍空氣流過過濾器530的一個或多個隔離段531，從干凈側(cè) 流至臟側(cè)，將引起粉末掉出該段，從而清潔了過濾器段。
35位于分段過濾器530的"干凈"側(cè)上方的充氣間的一個例子可以從 圖5C中看到。在該實施例中，充氣間540相應(yīng)于圖5B所示的過濾器 530的六個過濾器段531 ,皮分成六部分或段533。肋550將充氣間540 分成各段并且密封過濾器530的每部分之間的彈性體段邊界。每個充 氣間段533包括閥組件560，其允許充氣間段對于來自真空源150的 空氣路徑敞開，或者對于周圍環(huán)境中的高壓空氣敞開。充氣間段通過 單獨的中央充氣間570對于來自真空源150的空氣路徑敞開，中央充 氣間570附接至通向空氣路徑(諸如通向真空源150的空氣軟管)的 出口 580。在一個實施例中，充氣間由結(jié)構(gòu)泡沫塑料制造，諸如 Noryl⑧FN215X,它是一種可從GE公司購得的聚苯醚和聚苯乙烯混 合物。肋550可以由聚苯醚和聚苯乙烯混合物制造，諸如Noryl GFNI， 也是從GE購買。閥及其相關(guān)部件可以由帶有加強件(諸如10%的芳 香尼龍纖維和15%的PTFE )的乙縮酪制造。
在本發(fā)明的一個實施例中，段是徑向的，從而閥組件560可以由 旋轉(zhuǎn)運動致動，這實施起來要比其它可能的系統(tǒng)便宜。在該實施例中， 閥組件560在每個充氣間段包括兩個閥，它們連接至同一閥桿并且由 一個機構(gòu)同時致動。當(dāng)閥敞通至環(huán)境并且因此對于中央充氣間570和 出口 580關(guān)閉時，環(huán)境和分配料斗400之間的壓差將迫使空氣流入充 氣間，由干凈側(cè)至臟側(cè)通過過濾器段，然后通過與真空源150相連的 另一個過濾器段退回。
當(dāng)兩個閥都打開時，空氣可以直接從環(huán)境流到真空源150，而不 會通過過濾器530?？諝饴窂匠蔀榈秸婵赵?50阻力最小的路徑。如 果發(fā)生了這種情況，壓力以及可用來移動粉末的流動將下降到幾乎零。 消除這種可能性的一種方法是在打開一個閥之前關(guān)閉另一個閥。在兩 個閥是單一件和/或在它們被同時致動的實施例中，每個段的兩個閥不 被同時開啟任何大的時間段是重要的。因此，可能有必要使閥非常迅 速地改變狀態(tài)以避免粉末處理系統(tǒng)100中的壓差的下降。
圖5D和5E中顯示了開啟和關(guān)閉閥的一種方法。在該實施例中， 彈簧凸輪585被安裝在連接至馬達575的齒輪組件590上。在一個實施例中，馬達是可從Danaher Motion購得的PortescapTM#42M048C-N 步進馬達。當(dāng)馬達575轉(zhuǎn)動齒輪組件590時，凸輪585經(jīng)由凸輪隨動 件595依次與閥組件560的每一個接觸。凸輪585然后通過將閥組件 560從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)(即從相對于中央充氣間570敞開 并且相對于環(huán)境關(guān)閉到相對于中央充氣間570關(guān)閉并且相對于環(huán)境敞 開，反之亦然)而依次致動閥組件560。 一旦凸輪585通過閥組件， 閥就通過由閥彈簧施加的力或者通過作用在整個閥上的壓差返回其原 始位置。在一個實施例中，對于每個充氣間段的肋597在彈簧凸輪585 轉(zhuǎn)動時壓下它。在一個替換實施例中，分離肋550的充氣間可用來提 供彈簧凸輪585的致動。當(dāng)凸輪585旋轉(zhuǎn)通過肋597時，它從肋597 下落并且迅速地返回其未偏轉(zhuǎn)位置。當(dāng)這樣做時，它接觸閥上的凸輪 隨動件595并使得閥改變狀態(tài)。因此，當(dāng)馬達575和齒輪組件590圍 繞充氣間540沿圓形運動驅(qū)動凸輪585時，凸輪585和凸輪隨動件595 打開和閉合每個閥。在一個替換實施例中，多個凸輪585可安裝在齒 輪組件590上以允許一次清潔多于 一個過濾器段。
在另一個替換實施例中，每個閥組件560可具有它自己的致動裝 置，從而任何單個閥可以響應(yīng)于來自控制器的信號而打開或閉合。在 該實施例中，過濾器段不需要以特定順序關(guān)閉和打開，而是可以以任 何順序或者在任何時間打開和閉合以進行清潔。例如，在每個段中可 包括壓力傳感器562或其他合適的傳感裝置，當(dāng)過濾器530的特定部 分變得堵塞時，它們可以感測到。然后過濾器控制件致動那個部分的 閥以便立即清潔過濾器530的那個區(qū)域。
在另一個替換實施例中，閥和齒輪組件可以用在設(shè)定位置具有孔 或槽的轉(zhuǎn)盤替換。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，這些孔與充氣間的孔或槽匹配，從 而將充氣間的一部分向大氣或者中央充氣間570敞開一個給定時期。 通過使孔偏置，盤可被布置成在一個孔暴露之前覆蓋并密封另一個孔， 這意味著一個給定的段永遠不會在任何一個時間同時敞開至大氣和真 空源150兩者。
本發(fā)明的一個實施例包括閥，其允許粉末處理系統(tǒng)IOO內(nèi)的氣流源被變化。因此，根據(jù)需要，粉末朝著分配料斗400從許多不同的源 流動。
在一個實施例中，閥由兩個可相對彼此旋轉(zhuǎn)的板構(gòu)成。從圖6A 和6B中可看見多路閥600的一個例子。在該實施例中，第一板610 可包括單個口 620,其通過空氣軟管連接至分配料斗400和真空源150。 第二板630可包括多個口 640，允許該板連接至多個不同的粉末源， 包括但不限于制作室、溢流腔、通風(fēng)孔、除粉末器以及粉末容器。在 一個替換實施例中，第一板610和第二板630均可包括多個口，從而 允許粉末處理系統(tǒng)IOO內(nèi)不同位置之間的多個氣流通路。在一個實施 例中，閥部件由填充有10%PTFE的靜態(tài)消耗乙縮醛制造。
在一個實施例中，第一板610連接至齒輪系650和馬達660，允 許第一板相對于靜止的第二板630旋轉(zhuǎn)。第一板610沿其外圓周可具 有齒輪齒用于嚙合齒輪系650。馬達660也可以是上述Portescap( TM ) 馬達。通過相對于第二板630旋轉(zhuǎn)第一板610， 口 620可以與第二板 630上的任何口 640對齊。因此，氣流可以是從任何粉末源朝著真空 源150，從而允許粉末按照三維打印機的需要從任何位置被抽吸到分 配料斗400中。
該系統(tǒng)的一個優(yōu)點是真空源150的使用意味著兩個板之間的密 封不需要很完美。當(dāng)粉末流相對于岡600周圍的大氣是負壓時，粉末 不會由于兩個板之間不夠完美的密封而泄露。這就能允許較小的彈簧 力和較小的馬達來克服密封摩擦。
在一個替換實施例中，第二板630可轉(zhuǎn)動而第一板610靜止，或 者兩個板均可轉(zhuǎn)動。板相對于彼此的旋轉(zhuǎn)可以通過任何合適的裝置完 成。在圖6A和6B所顯示的實施例中，步進馬達660和齒輪系650定 位在運動板的周邊上。在該實施例中，片670限制并控制運動的第一 板610相對于靜止的第二板630的轉(zhuǎn)動。這可通過旋轉(zhuǎn)第一板610直 至到達一止動點而允許系統(tǒng)在任何時間再歸零。片還可用作將板的運 動限制為一轉(zhuǎn)或更少，以避免由于多次旋轉(zhuǎn)而可能發(fā)生軟管扭轉(zhuǎn)。另 外，編程在馬達控制器中的任何虛擬停止或者馬達660本身的停止可用來限制板相對于彼此的轉(zhuǎn)動。
兩個板可通過中央定位的彈簧有肩螺釘680和螺母684而保持在 一起。這允許在(經(jīng)由彈簧682)提供法向力以將兩個板密封在一起 的同時允許旋轉(zhuǎn)運動。通過將來自有肩螺釘?shù)膹椈闪Ξa(chǎn)生的壓力集中 在一有限區(qū)域，使得圍繞靜止板上每個孔的隆起凸臺686可產(chǎn)生相對 運動板的密封。也可利用其它在中央或者邊緣處將板保持在一起的合 適裝置。
在本發(fā)明的 一個實施例中，運動的第 一板610可旋轉(zhuǎn)以便與靜止 的第二板630的實心區(qū)域?qū)R，從而如果需要的話允許空氣流動終止。 應(yīng)當(dāng)注意流動方向?qū)τ陂y而言并不重要，真空源可垂直于運動板或 靜止板。另外，在某些實施例中，空氣作動件可放置在高壓系統(tǒng)中閥 的上游。
三維打印的另 一個挑戰(zhàn)是在打印運行期間以及之間保持打印頭清 潔，同時還在三維打印機不用時防止粘結(jié)劑流體在打印頭噴嘴中變干 或成凍膠。干燥的或凍膠的粘結(jié)劑堵塞噴嘴并阻止打印頭適當(dāng)?shù)貒娚洹?第二個問題通過使打印頭在打印作業(yè)末期與蓋子接觸并且在打印機不 用時保持它被蓋住而得以解決。蓋子被設(shè)計成消除噴嘴周圍的空氣流 動并因此減慢粘結(jié)劑的變干速度。
不幸的是，在現(xiàn)有三維打印機中，第一個問題經(jīng)常由于第二個問 題的解決而加劇。在打印過程中，由于鋪灑粉末并且利用粉末打印而 揚起灰塵。 一些灰塵著落在蓋子上。因此，當(dāng)打印頭被蓋住時，已經(jīng) 落在蓋子上的灰塵可污染打印頭的表面和噴嘴板。
在本發(fā)明的一個實施例中，灰塵落在蓋子上的問題通過在蓋子不 使用時使它們儲藏在豎直位置而減輕。因此，蓋子的工作表面部分地 免受灰塵污染，原因是豎直對準的蓋子較不容易被灰塵覆蓋。本發(fā)明 的一個實施例見圖7A至7D。該蓋子裝置700包括基部710和蓋支撐 件720， 一對連桿730將兩者圍繞樞轉(zhuǎn)點740連接起來。打印頭蓋750 被安裝在蓋支撐件720上并且因此能夠從圖7A和7B所顯示的豎直對 準位置移動到圖7C和7D所顯示的水平對準封蓋位置。連接一對連桿730的彈簧755在蓋裝置700的豎直對準儲藏位置偏壓蓋裝置700。封 蓋站的不同部件例如由填充15。/。PTFE和10%芳香尼龍纖維的乙縮醛 制造。
在操作中，當(dāng)將要給打印頭760封蓋時，打印頭托架移至蓋裝置 700并且與蓋支撐件720上的致動器片765接合。片765可由打印頭 760或者托架接觸。當(dāng)打印頭托架水平移動時，它迫使蓋支撐件720 圍繞樞轉(zhuǎn)點740樞轉(zhuǎn)并且從其豎直對準儲藏位置移至其水平對準封蓋 位置。當(dāng)蓋裝置700接近其封蓋位置時，蓋子750將抵接打印頭760， 并且為打印頭760提供密封，從而消除噴嘴周圍的氣流并因此減慢粘 結(jié)劑變千的速率。
當(dāng)打印頭760準備好使用時，托架水平地移離蓋裝置700，釋放 致動器片765上的壓力，并且允許蓋裝置700返回其豎直對準儲藏位 置。彈簧755提供回復(fù)力，該回復(fù)力在蓋裝置700不被打印頭托架接 合時將其偏壓到豎直對準儲藏位置。結(jié)果，蓋裝置700只有在打印頭
和/或托架已經(jīng)接合致動器片765并且打印頭與蓋750接觸時定位在水 平對準封蓋位置。
在該實施例中，使用四連桿機構(gòu)來在水平方位(這時對打印頭進 行封蓋)和豎直方位(用于儲藏)之間移動打印頭蓋。應(yīng)當(dāng)注意，四 連桿機構(gòu)只是在豎直方位和水平方位之間移動蓋子的 一種裝置，可以 設(shè)想其他合適的操作裝置。蓋裝置700在由打印頭和/或托架接合時從 豎直對準移至水平對準，然后在脫離接合時返回豎直對準。在一個替 換實施例中，也可使用任何合適的機械和/或液壓裝置(包括但不限于 齒輪組件、彈簧、樞轉(zhuǎn)臂、柔性件和/或活塞)來給蓋裝置700提供合 適的樞轉(zhuǎn)運動以及回復(fù)力。在另一個替換實施例中，當(dāng)打印頭托架遠 離蓋裝置700移動時，回復(fù)力由打印頭托架提供，因此在蓋裝置700 本身內(nèi)不需要回復(fù)彈簧力。
噴墨打印機的另一個問題是在打印頭被封蓋時，蓋子的設(shè)計會引 起噴嘴處的壓力峰值，該壓力峰值會使得打印頭吸入空氣并造成噴嘴 的不加注或者縮短打印頭的壽命。紙打印機中對該問題的標準解決方案是在蓋子中設(shè)立通風(fēng)孔以防止壓力峰值。然而，在三維打印中，該 通風(fēng)孔可能成為粉末的另一個污染途徑。
本發(fā)明的一個實施例包括不需要通風(fēng)孔的打印頭蓋。事實上，蓋 子包含大量豎直柔順性，從而提供完全的密封，而沒有粉末污染途徑，
同時避免了封蓋期間可能的壓力峰值問題。從圖7E和7F可以看見該 實施例的一個例子，連同包括通風(fēng)孔的標準蓋子的例子。
在該實施例中，打印頭蓋750包括一個或多個安裝在安裝板775 上的密封表面770 (在該情況下是兩個密封表面)。柔順性由蓋材料以 及安裝板775的幾何形狀提供，從而為密封表面770提供了彈簧型安 裝。帶有通風(fēng)孔785的標準蓋780被顯示在柔順型打印頭蓋750的旁 邊以供比較。
在本發(fā)明的一個實施例中，柔順型蓋750的密封表面770和/或安 裝板775由橡膠、泡沫塑料或其他合適的柔順材料形成，例如具有30 肖氏A硬度的硅樹脂。在一個替換實施例中，柔順性通過將蓋子安裝 在彈簧裝置上而提供，使得當(dāng)蓋抵接打印頭時蓋具有特定量的"彈性"。 在另一個替換實施例中，蓋子可以既包括柔順材料也包括彈簧安裝件。
三維打印機在正常操作期間產(chǎn)生液體廢物。根據(jù)三維打印機的設(shè) 計，有高達三種浪費源。 一些三維打印機使用離架(offtheshelf)熱 噴墨打印頭，其包括少量墨。當(dāng)安裝新的打印頭時，打印頭被射進打 印機廢物收集單元800,直到墨水由粘結(jié)劑替換。許多三維打印機在 打印時以及偶爾在不用時將打印頭射進廢物收集單元800中，作為保 持打印頭清潔并正確操作的過程的一部分。 一些三維打印機還可具有 用于清潔打印頭的清洗流體或者清潔打印頭的擦拭件。所有這些流體 (例如墨水、粘結(jié)劑和清洗流體)構(gòu)成三維打印機的液體廢物流。廢物 大部分是水，但是也包括揮發(fā)性及不揮發(fā)性部件，它們可能包括表面 活性劑、保濕劑、著色劑、防腐劑以及其他成分。當(dāng)前的做法是將所 有液體引導(dǎo)到容器、瓶子或罐子中，用戶必須時常騰空它們。
在本發(fā)明的一個實施例中，液體廢物可被引導(dǎo)到蓄池中，在那里 它可轉(zhuǎn)換成固體。這里，液體可用吸收性介質(zhì)吸收，同時讓揮發(fā)性成分(大部分是水)蒸發(fā)。結(jié)果，不需要使用者定期騰空液體容器。事 實上，水被蒸發(fā)掉，殘余廢物作為固體儲存并且很少需要被移除。圖
8A和8B顯示了示例性廢物收集單元800。
在圖8A的實施例中，廢物液體通過入口 820進入蓄池810。然后 廢物液體被放置在蓄池810底部中的吸收性介質(zhì)830吸收。在一個實 施例中，蓄池是從Sorbent Products公司購得的DPA24滴盤。吸收性 介質(zhì)可以是由親水聚合體和纖維材料制造的水凝膠材料(hydrogel material)。親水聚合體的例子包括丙烯酸鈉、丙烯酸鉀或丙烯酸烷基 酯，纖維材料包括木質(zhì)紙漿。
空氣從風(fēng)扇840被吹進蓄池810并且通過出口 850離開。當(dāng)空氣 行進通過蓄池810時，它穿過吸收性介質(zhì)830的頂部并有助于增加液 體廢物的蒸發(fā)速率。蒸發(fā)掉的液體(主要是水蒸氣)然后通過出口 850 離開蓄池，僅在吸收性介質(zhì)830中留下固體廢物。在一個實施例中， 空氣可以是溫?zé)岬囊员氵M一步提高蒸發(fā)速率。在另一個可能的實施例 中，空氣可以從粉末處理系統(tǒng)100的真空源150被排空。在該實施例 中，空氣由于真空源150對其的作用，所以可能是溫?zé)岬摹＿@里，作 為鼓風(fēng)機作用的自由副產(chǎn)品，空氣流動自動地產(chǎn)生。在另一個替換實 施例中，可以不需要吸收性介質(zhì)830，當(dāng)水蒸發(fā)時在蓄池810的底部 自由地松散地收集固體廢物。
在一個替換實施例中，如圖8B所示，空氣被吹到放置在蓄池810 中部的吸收性介質(zhì)830，以增加蒸發(fā)速率。這里，空氣將通過吸收性 介質(zhì)830，蒸發(fā)任何液體廢物，并且通過出口 850離開，僅留下固體 廢物保留在吸收性介質(zhì)830中。
上述實施例具有幾個優(yōu)點。極大地減少了清空蓄池的頻率，原因 是蓄池中僅保留廢物流的非揮發(fā)成分。另外，蓄池、吸收劑和非揮發(fā) 廢物可以作為固體廢物被處理，環(huán)境規(guī)則對于它們是不同的。處理固 體比處理液體的骯臟程度要小很多。
在本發(fā)明的一個替換實施例中，液體可用吸收性介質(zhì)吸收，用戶 隨后將蓄池、吸收劑以及被吸收液體作為整體處理掉。在這種方法中，可能發(fā)生一些蒸發(fā)，但是較第一種方法不完全。該方法的優(yōu)點主要是 廢物由液體轉(zhuǎn)變成固體以方便處理。在另一個替換實施例中，液體廢 物被引導(dǎo)至蓄池，蓄池包含反應(yīng)成分，該反應(yīng)成分與廢物流中的一些 成分反應(yīng)以產(chǎn)生固體或凝膠。還是在這種方法中，主要優(yōu)點是廢物被 轉(zhuǎn)換成固體。
諸如在前述專利和專利申請(它們的公開全部被結(jié)合在本文中) 中所披露的三維打印機經(jīng)常使用彈簧針(彈出電子連接件)來將電力、 地線和信號連接至打印頭。使用這些彈簧針的原因是它們比通常在紙
張打印機中接通打印頭的高壓低力(HPLF)柔性電路更持久。這些 彈簧針通常焊接到通孔PC板。由絕緣材料制成的墊圏被放置在PC 板和針頂端之間以提供抵抗針彎曲或扭轉(zhuǎn)的支撐。
這種布置存在幾個問題。該布置提供了多個使得污染物進入針并 造成結(jié)合和粘連的路徑。針是空心的，因此三維打印中大量且普遍的 污染物從PC板的后側(cè)通過針的中空芯部進入。污染物還可存留在針 和墊圈之間的間隙中，或者進入針，或者只是充分增加針和墊圈之間 的摩擦而引起粘連。另一個問題是通孔設(shè)計對于針之間的節(jié)距有較低 限制，這比對HPLF設(shè)計的限制要高很多。這使得比較難以使用離架 打印頭，這種打印頭具有基于HPLF連接件的連接件間距。通孔需要 對于彈簧針滑動配合的孔和電鍍。因此該區(qū)域不可用于其它彈簧針或 者PC板的任何層上的信號線布線。
本發(fā)明的一個實施例包括一種用于在墊圈上安裝針以便針能夠表 面安裝在PC板上的方法。在該實施例中，針被放置在墊圏的階梯孔 中，然后壓入。該實施例的一個例子被顯示在圖9A至9C中。在該實 施例中，彈簧針910被壓入間隔件930的階梯孔920中直至它們稍微 延伸超出墊圏的下壁940。間隔件930中的定位銷950被插入PC板 960的相應(yīng)孔955中。階梯孔920在間隔件930的外表面(即遠離PC 板960的表面)處具有較寬直徑并且在最靠近PC板960的間隔件930 的表面處具有較小直徑。這將彈簧針910定位在PC板960上的焊墊 970附近，焊接膏被施加在焊墊上。焊料在傳統(tǒng)的表面安裝爐中熔化，
43將彈簧針910永久地固定到PC板960上。
另外，提供了將墊圏密封到PC板以及將針密封到墊圏的方法。 這里，諸如RTV(室溫硫化)密封劑的密封劑通過密封劑孔980被注 射到墊圏和PC板之間的間隙中。這種密封劑可以在每個針之間流動 并且通過間隔件930和PC板960之間的密封劑出口或者間隙990出 來?；蛘?，可以在間隔件930和PC板960之間放置墊圏。因此，密 封劑和PC板960密封先前設(shè)計中所存在的兩個污染物路徑。這可減
距的離架打印頭。
因為這種方法消除了用于彈簧針910的通孔(它們大于針直徑) 并且替換為焊墊970 (它們較小)，所以減小了針的最小間距。這允許 彈簧針910的更緊湊間距。因為焊墊只位于PC板960的一層上，所 以可以將信號線或者電源線布置成相比通孔設(shè)計中的情況更靠近其它 層上的針中線。
間隔件930和PC板960的特定構(gòu)造將根據(jù)特定應(yīng)用而改變。在 一個實施例中，間隔件930可以由液晶聚合體制造，諸如可從Ticona 購得的Vectra A130。 PC板960可以用JJ Orly公司的FR4坯料根據(jù) 特定應(yīng)用定制。彈簧針910可以是從Everett Charles Technologies購 得的電池互連探針弁BIP-1。密封劑可以是硅彈性體，諸如可從Dow Corning公司購得的RTV涂料#3140。
除了以上描述的材料之外，不同的部件也可以由其它合適的聚合 體材料或由具有或不具有加強件的聚合體材料混合物制造。合適的材 料包括諸如TPU的聚氨酯；EVA;諸如Elf Atochem銷售的Pebax 牌熱塑性聚酯嵌段酰胺化合物；諸如DuPont銷售的Hytrel⑧牌熱塑性 聚酯彈性體；諸如尼龍12的聚酰胺，可包括10%至30%或更多的玻 璃纖維加強件；硅樹脂；聚乙烯；以及等同材料。如果使用加強件的 話，它可這樣獲得加入玻璃或碳石墨纖維或?qū)ξ环季]纖維(諸如 DuPont銷售的Kevlar⑧牌)或其它類似方法。同樣，聚合體材料可以 與其它材料結(jié)合，例如橡膠或金屬合金。額外的材料包括碳鋼、不銹
44鋼以及鋁。其它合適的材料對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。 一般而言，這里描述的部件的形狀和尺寸將根據(jù)它們的特定應(yīng)用 而變化，例如打印機尺寸、產(chǎn)量以及所使用的材料。各種組件包括合 適的馬達、驅(qū)動傳動部件、傳感器以及控制器以協(xié)調(diào)其操作，這些對 于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。也可以有利地應(yīng)用系統(tǒng)診斷、 基于傳感器的故障檢測、反饋控制以及其它與堅固生產(chǎn)制造系統(tǒng)相一 致的故障測定工具，來確保高質(zhì)量生產(chǎn)以及最少停工時間。
聚合體部件可以通過例如注射模塑或擠壓成型制造?？梢允褂脭D
壓成型工藝來提供均勻的形狀。然后使用夾物模壓來提供敞開空間的 期望幾何形狀，或者通過后續(xù)機加工操作在期望的位置建立敞開空間。 其它制造技術(shù)包括將各部分熔融或粘連在一起。可以通過傳統(tǒng)的機加 工以及成型工藝來制造金屬部件，這對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是已 知的。
在不偏離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可體現(xiàn)在其 它特定形式中。因此前面的實施例應(yīng)當(dāng)被認為在各個方面是示例性的， 而不是用來限制在此描述的本發(fā)明。因此本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要 求書而不是由前面的描述表示，并且打算在此包含所有落入權(quán)利要求 書的意義和等價物范圍內(nèi)的改變。
權(quán)利要求
1、一種用于三維打印機的粉末處理系統(tǒng)，所述粉末處理系統(tǒng)包括多個粉末保持接收器；以及與所述多個粉末保持接收器相連的真空源，其中所述真空源在所述多個粉末保持接收器之間傳輸粉末。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進一步包括與所述多個粉末保持 接收器以及所述真空源流體連通的多路閥，其中所述真空源通過所述 多路閥在所述多個粉末保持接收器之間傳輸粉末。
3、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進一步包括一外部粉末源，所述 外部粉末源適于連接至所述真空源。
4、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述多個粉末保持接收器從 包括制作室、工作空間容積、分配料斗、除粉末室以及至少一個溢流 腔的組中選擇。
5、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進一步包括設(shè)置在所述真空源和 所述多個粉末保持接收器之間的過濾系統(tǒng)。
6、 一種三維打印機，包括粉末分配料斗；用于接納粉末的制 作室；用于選擇性地將粘結(jié)劑施加到所述制作室中的粉末層上的至少 一個打印頭；以及連接至所述分配料斗和制作室的真空源，其中所述 真空源在所述分配料斗和制作室之間傳輸粉末。
7、 如權(quán)利要求6所述的打印機，進一步包括與所述分配料斗、 制作室以及真空源流體連通的多路閥，其中所述真空源通過所述多路 閥在所述分配料斗和制作室之間傳輸粉末。
8、 如權(quán)利要求7所述的打印機，進一步包括連接至所述真空源 的至少一個溢流腔，其中所述真空源從所述至少一個溢流腔通過所述 多路閥傳輸粉末。
9、 一種將粉末從多個源提供給三維打印機的方法，所述方法包 括以下步驟提供多個粉末保持接收器，所述多個粉末保持接收器包 括適于連接至所述三維打印機的至少一個粉末分配料斗；將所述多個 粉末保持接收器連接至 一真空源；以及借助所述真空源在所述多個粉末保持接收器之間傳輸粉末。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括一步驟在所述真空 源和所述多個粉末保持接收器之間提供一多路閥，所述多路閥用于選 擇性地將所述真空源連接至所述多個粉末保持接收器。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括一步驟致動所述多 路岡以選擇性地從所述多個粉末保持接收器中的一個將粉末傳輸至所 述粉末分配料斗。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括在所述真空源和所述 多個粉末保持接收器之間提供一過濾系統(tǒng)的步驟。
13、 一種用于三維打印機的粉末傳輸系統(tǒng)中的多路閥，所述多路 閥包括限定一口的第一部分，所述口徑向布置成距離中央點成固定 距離；以及第二部分，其在所述中央點連接至所述第一部分，所述第 二部分相對于所述第一部分能夠轉(zhuǎn)動并且限定多個口 ，所述多個口徑 向設(shè)置成圍繞所述中央點成所述固定距離，使得當(dāng)所述第二部分旋轉(zhuǎn) 到一設(shè)定位置時，每個口可與所述第一部分的所述口對準，從而允許 在它們之間的流動。
14、 如權(quán)利要求13所述的閥，其中所述第二部分能夠通過馬達和 齒輪組件相對于所述第一部分轉(zhuǎn)動。
15、 如權(quán)利要求13所述的閥，其中所述第二部分響應(yīng)于信號相對 于所述第一部分自動地轉(zhuǎn)動。
16、 如權(quán)利要求13所述的閥，進一步包括至少一個止動件，以限 制所述第二部分相對于所述第一部分的旋轉(zhuǎn)行程。
17、 如權(quán)利要求13所述的閥，進一步包括設(shè)置在所述第一部分和 第二部分之間的密封件，其中所述第一部分和所述第二部分被偏壓成 與設(shè)置在它們之間的所述密封件接觸。
18、 一種用于三維打印機中的打印頭的電子連接系統(tǒng)，所述電子 連接系統(tǒng)包括將所述電子連接系統(tǒng)與一信號源相連的基板，所述基 板包括多個以設(shè)定圖案布置的焊墊；安裝到所述基板上并適于提供信 號給打印頭的連接件，所述連接件限定出多個定位在所述連接件中與所述焊墊相對應(yīng)的階梯形通孔；以及選擇性地設(shè)置在所述連接件的階 梯形通孔中的多個彈簧針，所述彈簧針將信號提供給打印頭。
19、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述信號能夠?qū)㈦娏椭甘?中的至少一個提供給所述打印頭。
20、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進一步包括設(shè)置在所述連接件和 所述基板之間以防止污染物侵入的密封件。
21、 一種用于將粉末提供給三維打印機的粉末分配料斗，所述粉 末分配料斗包括由所述料斗限定的用于接納粉末的室，所述室被構(gòu) 造成相對于三維打印機上的一制作表面設(shè)置，所述室限定至少一個出 口，該出口被設(shè)計尺寸和布置成從其中穿過預(yù)定量的粉末；以及一分 配機構(gòu)，其至少部分地位于所述室中并且適于將粉末推動通過所述至 少一個出口 。
22、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述至少一個出口包括沿著 所述室的最下表面縱向定方位的多個槽。
23、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述至少一個出口的寬度沿 著其長度改變。
24、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述至少一個出口的長度是 可變化的，以適應(yīng)不同尺寸的制作表面。
25、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述室中的分配機構(gòu)的位置 相對于所述至少一個出口是可變化的。
26、 如權(quán)利要求21所述的料斗，進一步包括用于打開和關(guān)閉所述 至少一個出口的罩。
27、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述分配機構(gòu)適于自動地以 預(yù)定間隔將粉末推動通過所述至少一個出口。
28、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述分配機構(gòu)包括圍繞一徑 向軸線間隔開的多個葉片，所述徑向軸線的方位與所述至少一個孔平 行，所述多個葉片連接至一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)用于旋轉(zhuǎn)靠近所述至少一個出口 的葉片以便將粉末推出所述至少一個出口。
29、 如權(quán)利要求21所述的料斗，其中所述室限定一靠近所述室頂部的入口，用于接納粉末。
30、 如權(quán)利要求29所述的料斗，其中所述室連接至一真空源，用 于將粉末從一遙遠源通過所述入口抽吸進所述室。
31、 如權(quán)利要求30所述的料斗，其中所述入口包括用于將進入所 述室的粉末擴散的擴散器。
32、 如權(quán)利要求29所述的料斗，進一步包括設(shè)置在所述入口和所 述真空源之間的過濾系統(tǒng)。
33、 一種用于三維打印機的粉末傳輸系統(tǒng)中的過濾系統(tǒng)，所述過 濾系統(tǒng)包括適于兩個方向的孔氣流的過濾器，所述過濾器具有至少 兩側(cè)；以及設(shè)置在所述過濾器的一側(cè)上的充氣間，所述充氣間被分段 以便將所述過濾器的各部分彼此隔離，所述充氣間適于將單個過濾器 部分暴露給真空和正壓中的至少一個。
34 、如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中每個充氣間段包括用于將相 關(guān)的過濾器部分連接至真空源的閥，用于將空氣攜帶的粉末抽吸通過 所述過濾器，所述過濾器防止粉末穿過其中。
35 、如權(quán)利要求34所迷的系統(tǒng)，其中所迷閥適于將所述相關(guān)的過 濾器部分連接至一個正壓。
36 、如權(quán)利要求33所迷的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)適于安裝到 一粉末 分配料斗的入口上。
37、 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述過濾器涂覆有耐磨材料。
38、 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述充氣間包括至少四個段。
39、 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述過濾器部分交替地暴露 給所述真空源和正壓。
40、 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中每個過濾器部分連續(xù)交替地 暴露給所述真空源和正壓。
41、 一種用于三維打印機中并適于接納粉末以產(chǎn)生三維物體的制 作室，所述制作室包括用于接納粉末的制作表面，所述制作表面包括第 一板和第二板；所述第 一板限定出具有一 間距的多個間隔開的開 口；所述第二板限定出多個開口，所述第二板上的多個開口間隔開并 且與所述第一板上的多個開口偏離所述第一板上的多個開口的間距的 大約50%，所述笫二板位于第一板下方并與其間隔開，其中所述間距 相應(yīng)于相鄰開口的接近邊緣之間的間隔，并且大約等于2(所述板之 間的間隔)(粉末安置角的余切)+ (開口的直徑)。
42、如權(quán)利要求41所述的制作室，進一步包括至少一個壁，其其位于所述制作表面下方并且與所述制作室相適應(yīng)以便相對于所述至 少一個壁垂直地移動所述制作表面；出口，其與所述制作室相連并且 位于所述制作室下方以便在施加真空時從所述制作室中移除自由粉 末。
43 、如權(quán)利要求42所述的制作室，其中所述出口位于一設(shè)置在所 述制作表面下方的充氣間中并且適于與 一真空源連接以便通過所述制 作表面將所述自由粉末抽出所述制作室。
44、 如權(quán)利要求42所述的制作室，進一步包括可移除地位于所述 至少一個壁上方的罩，以至少部分地將所述制作室與環(huán)境隔離。
45、 如權(quán)利要求41所述的制作室，其中所述制作表面的第 一板和 第二板能夠與適于改變安置角的板互換。
46、 如權(quán)利要求41所述的制作室，其中所述制作表面還包括位于 第 一板和第二板之間的至少 一個間隔件，以便維持所述板之間的固定 間距。
47、 如權(quán)利要求41所述的制作室，進一步包括與所述出口相連用 使所述粉末流動的真空源。
48 、如權(quán)利要求41所述的制作室，其中所述制作表面的第 一板和 第二板能夠相對于彼此移動。
49、 如權(quán)利要求41所述的制作室，還包括用于振動所述制作室的 至少一部分的^L構(gòu)。
50、 如權(quán)利要求49所述的制作室，其中所述機構(gòu)振動所述制作表面。
51、 如權(quán)利要求41所述的制作室，其中所述板之間的間距是可變 化的。
52、 一種用于控制制作室中自由粉末的流動的方法，所述方法包 括以下步驟提供用于接納粉末的制作表面，所述制作表面包括第一 板和第二板，所述第一板限定出具有一間距的多個間隔開的開口，所 述第二板限定出多個開口 ，所述第二板的多個開口間隔開并且與所述 第一板上的多個開口偏離所述第一板上的多個開口的間距的大約 50%，所述第二板位于所述第一板下方并與之間隔開，其中所述間距 相應(yīng)于相鄰開口的接近邊緣之間的間隔，并且大約等于2(所述板之 間的間隔)(粉末安置角的余切)+ (孔的直徑)；以及提供一位于所 述制作表面下方的真空源。
53、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，進一步包括維持所述制作室內(nèi) 的環(huán)境壓力以防止粉末流動通過所述制作表面的步驟。
54、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，進一步包括致動所述真空源以便在所述制作表面下方建立真空從而使所述粉末流動通過所述第一板 和第二板的步驟。
55、 根據(jù)權(quán)利要求5 2所述的方法，其中所述制作室包括位于所述 制作表面下方用于將所述真空源連接至所述制作室的充氣間。
56、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中所述充氣間包括用于在致 動所述真空源時將自由粉末從所述制作室中移除的出口 。
57、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述制作室包括至少一 個壁，其至少部分地界定所述制作表面并且至少部分地限定所述制造 室；以及一活塞，其位于所述制作表面下方并且與所述制作室相適應(yīng) 以便相對于所述至少一個壁垂直地移動所述制作表面。
58、 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進一步包括振動所述制作表面 以便促進所述自由粉末的流動的步驟。
59、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，進一步包括改變所述第一板和 第二板之間的空間以便適應(yīng)具有不同安置角的粉末的步驟。
60、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述第 一板和第二板中的 至少一個能夠與用于改變安置角的板互換。
61、 一種用于保持用于三維打印機的粉末的容器，所述容器包括 限定一 內(nèi)部容積的接收器，所述內(nèi)部容積適于保持用于產(chǎn)生三維物體 的粉末；罩，其連接至所述接收器并且至少部分地包圍所述接收器的 內(nèi)部空間，所述罩限定與所述內(nèi)部容積流體連通的出口，所述出口適 于連接至所述三維打印機的真空源；以及至少一個入口，其與所述內(nèi) 部容積連通并且適于使空氣進入所述內(nèi)部容積的，所述至少一個入口 至少部分地由所述接收器和所述軍中的至少一個限定。
62、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中通過所述至少一個入口的空 氣有助于所述粉末通過所述出口的運動。
63、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中所述至少一個入口包括一環(huán) 形槽。
64、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中所述內(nèi)部容積具有大體圓錐 形形狀。
65、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中所述內(nèi)部容積具有大體橢圓 形橫截面形狀。
66、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中所述出口包括從所述罩向下 延伸至所述內(nèi)部容積的底部區(qū)域附近的一管形件。
67、 如權(quán)利要求61所述的容器，其中所述出口包括構(gòu)造成與一軟 管匹配的一接頭。
68、 如權(quán)利要求61所述的容器，進一步包括一外殼，其圍繞所述 接收器設(shè)置并且構(gòu)造成用于與其它容器疊置。
69、 一種用于三維打印機中的打印頭封蓋站，所述封蓋站包括 打印頭蓋支架；以及位于所述支架上用于密封打印頭的打印頭面的至 少一個打印頭蓋，其中所述支架將所述蓋維持在相對于所述打印頭面 的垂直位置，并且通過打印頭和接觸所述支架的打印頭托架中的至少 一個，所述蓋在一打開位置和一封蓋位置之間移動。
70、 如權(quán)利要求69所述的封蓋站，包括多個設(shè)置在所述支架上的蓋。
71、 如權(quán)利要求69所述的封蓋站，其中所述支架包括固定支撐 件；可移動支撐件；以及致動器片，其用于接觸打印頭和打印頭托架 中的至少一個，其中所述打印頭和打印頭托架中的至少一個向前運動 與所述致動器片接觸，使得所述可移動支撐件相對于所述固定支撐件 樞轉(zhuǎn)，從而將所述蓋相對于所述打印頭面定位在一水平位置。
72、 如權(quán)利要求71所述的封蓋站，其中所述打印頭和所述打印頭 托架中的至少一個的持續(xù)運動使得所述蓋抵靠所述打印頭面密封。
73、 如權(quán)利要求72所述的封蓋站，進一步包括一止動件，所述打 印頭在一旦被蓋住時適于防止所述打印頭的持續(xù)向前運動。
74、 如權(quán)利要求69所述的封蓋站，其中所述打印頭蓋包括柔順材 料，該柔順材料能夠響應(yīng)于蓋住打印頭面時的壓力變化而膨脹和收縮。
75、 如權(quán)利要求69所述的封蓋站，進一步包括一四連桿機構(gòu)，用 于在所述豎直位置和一水平位置之間移動所述蓋。
76、 一種用于三維打印機的廢物處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于 接納打印頭排放材料的接收器；與所述接納接收器連通的保持接收器， 所述保持接收器包括適于吸收打印頭排放材料的至少一部分的吸收性 介質(zhì)；以及用于將所述打印頭排放材料引導(dǎo)至所述保持接收器的排泄 器，其中打印頭排放材料的至少一部分在所述保持接收器中固化。
77、 如權(quán)利要求76所述的系統(tǒng)，其中所述保持接收器適于促進所 述打印頭排放材料的至少 一部分蒸發(fā)。
78、 如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)，其中所述保持接收器包括一空氣 傳輸系統(tǒng)，用于加速所述打印頭排放材料的至少一部分的蒸發(fā)速率。
79、 如權(quán)利要求78所述的系統(tǒng)，其中所述空氣傳輸系統(tǒng)利用來自 所述三維打印機的廢熱來加速蒸發(fā)速率。
80、 如權(quán)利要求76所述的系統(tǒng)，其中所述吸收性介質(zhì)可移除地設(shè) 置在所述保持接收器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理三維打印機中粉末的方法和裝置。本發(fā)明包括從多個源向粉末分配裝置傳輸粉末的裝置，并且用戶的干預(yù)最少，從而減少三維打印機和周圍區(qū)域由于松散粉末造成的污染。同時還提供了改善粉末循環(huán)以便再利用的裝置。
文檔編號B29C67/00GK101495294SQ200780026585
公開日2009年7月29日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者A·T·埃爾南德斯, D·托里斯, J·P·金斯利, J·桑切斯, R·維萊加斯, T·戴維森 申請人:Z公司