該文獻中公開的系統(tǒng)和方法涉及三維打印物體的處理，更具體地涉及從三維打印物體去除支承材料。

背景技術：

數(shù)字三維物體制造，又被稱為數(shù)字增材制造，其為由數(shù)字模型制造實質上任何形狀的三維實體物體的過程。三維物體打印是連續(xù)材料層以不同形狀形成在基材上的添加過程?？梢酝ㄟ^噴射粘合材料、定向能量沉積、擠出材料、噴射材料、融化粉末床、層壓片材或將液體光聚合物材料暴露于固化輻射形成層。層形成其上的基材支承在可以通過操作地連接至平臺的致動器的操作而三維地運動的平臺上，或者材料沉積裝置操作地連接至一個或更多個致動器，用于控制沉積裝置的運動以產生形成物體的層。三維物體打印區(qū)別于傳統(tǒng)物體成形技術，傳統(tǒng)成形技術大多數(shù)依靠通過減材制造比如切割或鉆削從工件去除材料。

以高速制造三維打印零件是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為所涉及的許多處理是耗時并且通常是手工完成的。在許多三維物體打印機中，支承材料包括在層中以使得層中的物體材料的區(qū)域形成在不存在物體的表面或在前成形部分的位置。具體地，這些支承區(qū)域利用支承材料，比如蠟狀物在物體的區(qū)域的頂部上或鄰近于物體的部分形成。在形成物體之后，從物體去除支承材料。一般通過將物體浸泡在水中、向物體上噴射水、將物體浸泡在除水以外的化學品中或者在對流烘箱中加熱物體來去除支承材料。然而，這些方法中的每一個均具有隨著打印物體的尺寸的增大而加劇的限制。

當三維物體打印機變得更大以增加打印機的批量生產時，由支承材料分離的多個零件可以三維地堆疊。然而，在這多個物體生產過程中，在完全形成物體之后需要去除相當大量的支承材料。所需要的是一種用于從打印零件有效去除相當大量的支承材料以便提高整體生產速度的方法。

技術實現(xiàn)要素：

一種便于從一個或更多個三維打印物體去除支承材料的方法，包括操作輸送裝置以使壓盤運動，操作噴射器頭以朝向壓盤噴射第一材料滴和第二材料滴從而形成具有支承材料的物體，以及操作微波輻射器以響應于輸送裝置將壓盤運動至與微波輻射器相對的位置通過微波能照射具有支承材料的物體，微波能將支承材料加熱至支承材料從固體相變至液體的溫度，使得支承材料流動遠離物體。

一種用于通過便于支承材料去除的支承材料打印三維打印物體的系統(tǒng)，包括壓盤，構造成使壓盤運動的輸送裝置，構造成朝向壓盤噴射第一材料滴和第二材料滴以形成具有支承材料的物體的噴射器頭，以及構造成響應于輸送裝置將壓盤運動至與微波輻射器相對的位置通過微波能照射具有支承材料的物體的微波輻射器，微波能將支承材料加熱至支承材料從固體相變至液體的溫度，使得支承材料流動遠離物體。

附圖說明

在以下結合附圖的描述中說明了該方法和打印機的上述方面和其他特征。

圖1示出用于通過微波能從打印物體去除支承材料的過程。

圖2A描繪了使得能夠利用微波能從打印物體去除支承材料的系統(tǒng)。

圖2B描繪了圖2A中示出的壓盤的可替代實施例。

圖3示出現(xiàn)有技術的三維物體打印機。

圖4示出具有由支承材料分離的多個相同零件的現(xiàn)有技術打印塊的透視圖。

圖5示出圖4中示出的現(xiàn)有技術塊的側視圖。

具體實施方式

為了大致理解本文中公開的方法的環(huán)境以及對于方法的細節(jié)，對附圖做出參照。在附圖中，相同的附圖標記指代相同的元件。

圖3示出噴射材料以形成層中的支承區(qū)域和物體區(qū)域的現(xiàn)有技術的三維物體打印機100。打印機100包括壓盤104和噴射器頭108。噴射器頭108具有構造成朝向壓盤104的表面112噴射材料滴以形成比如為零件116的三維物體和使得零件特征能夠形成的支承區(qū)域的多個噴射器。具體地，噴射器頭108具有構造成噴射建造材料滴以形成物體的第一組多個噴射器和構造成噴射比如為蠟狀物的支承材料滴以形成工作架以支承待形成的物體的第二組多個噴射器。如該文獻中所使用的，“支承物”指的是建造材料層鄰近或在其上建造的一個或更多個支承材料層，以使得在建造材料從流體或粉末通過比如為熱融化或暴露于UV輻射的固化過程被轉換成固體之前，在不由建造材料的重力或層流引起的變形的情況下形成物體的一部分的層。“支承材料”指的是用在打印物體中并且在打印物體之后從物體去除的材料。噴射器頭108構造成沿處理方向P、橫向處理方向CP和垂直方向V相對于壓盤104運動。在一些實施例中，打印機100包括構造成使噴射器頭108和壓盤104中的一者或兩者相對于彼此運動的致動器。

打印機100包括操作地連接至至少噴射器頭108的控制器120?？刂破?20構造成根據(jù)已被呈現(xiàn)為在壓盤表面112上形成三維物體的層的物體圖像數(shù)據(jù)操作噴射器頭108。為了形成三維物體每一層，控制器124操作打印機100以沿處理方向P一次或更多次地掃描噴射器頭108，同時向壓盤104上噴射材料滴。在多次通行的例子中，噴射器頭108在每次掃描之間在橫向處理方向CP上偏移。在每一層形成之后，噴射器頭108沿垂直方向V運動遠離壓盤104，以開始打印下一層。

在一些實施例中，打印機100足夠大以使得生產過程包括一個以上零件。具體地，可以在單次打印作業(yè)中打印多個零件，通過支承材料包封每個零件以形成材料塊。在一些實施例中，控制器120接收對應于布置在三維空間中的多個零件的圖像數(shù)據(jù)，支承材料布置在零件中的每一個之間以允許多個零件作為整塊進行打印。根據(jù)圖像數(shù)據(jù)，控制器120操作噴射器頭108以在單個生產過程中形成多個零件。圖4示出具有形成在壓盤104上的多個相同零件204的現(xiàn)有技術塊200的透視圖。零件204基本上布置成三維矩陣，并且在整個塊200中均勻地間隔開。零件204通過支承材料208隔離。在其他實施例中，多個零件可以是不同類型的零件，并且可以彼此相對布置成以便有效地利用塊200內的空間。圖5示出現(xiàn)有技術塊200的側視圖。

如圖4和圖5所示，塊200包括必須去除以釋放零件204的相當大量的支承材料208。為了促進通過傳統(tǒng)對流烘箱執(zhí)行的支承材料去除過程，圖1的過程400利用微波能以加熱和相變支承材料208。在對過程400的說明中，方法執(zhí)行一些任務或功能的聲明指的是執(zhí)行存儲在操作地連接至控制器或處理器的非暫時性計算機可讀存儲介質中的程序指令的控制器或通用處理器，以便操控數(shù)據(jù)或操作打印機中的一個或更多個部件以執(zhí)行任務或功能。上述打印機100的控制器120可以配置有部件和程序指令以提供執(zhí)行過程400的控制器或處理器?？商娲?，可以利用一個以上的處理器以及相關電路和部件執(zhí)行控制器，其中的每一個構造成形成在此說明的一個或更多個任務或功能。

該方法400通過從打印機去除零件開始(塊404)。可以通過從壓盤104提升包含支承材料208的零件204或通過使支承包含支承材料208的零件204運動到打印機之外來去除零件。如果零件需要另外的固化，則其暴露于固化輻射或允許其冷卻以便材料的凝固。一旦零件固化，則利用微波能去除大塊支承材料(塊408)。在用于去除大塊支承材料的在前已知方法中，將零件204放置在被加熱到預定溫度的對流烘箱中，在預定溫度處支承材料208從固相變化成液相。例如，在零件被保留在烘箱空腔中足以使支承材料達到融化溫度的時間量的情況下，對流烘箱可被加熱至65攝氏度的溫度以使蠟狀物支承材料融化。包含蠟狀物支承材料的零件204通常在處于65攝氏度的溫度下的對流烘箱的加熱腔室中保留大約60分鐘至120分鐘，以使蠟狀物支承材料能夠融化并且與零件204分離。零件204的溫度一般被監(jiān)控并且響應于零件的達到預定閾值溫度的溫度從烘箱去除零件204，預定閾值溫度在零件的建造材料開始變形的溫度以下。由于可能會保留支承材料中的一些，零件204還被進一步處理以去除支承材料的更小的剩余量(塊412)。在一個實施例中，該進一步的處理包括將零件204浸沒在保持在例如為60攝氏度的預定溫度處的沖洗溶液中，并且在溶液中經(jīng)受超聲振動。超聲振動在該實施例中施加大約5分鐘。一旦終止振動，在使零件從支承材料浴器中去除并且放置在清潔的槽中之前，零件保持在溶液中另一預定時間段，比如2分鐘(塊416)。清潔槽一般包括溫肥皂水，超聲振動再次施加到肥皂水中的零件再一預定時間段，比如20分鐘。然后從清潔槽去除零件并進行干燥(塊420)。干燥可以在環(huán)境空氣中進行或者在被加熱到比如為40攝氏度的相對溫和溫度的對流烘箱中進行。

圖2A中示出三維物體制造系統(tǒng)500。系統(tǒng)500包括一個或更多個噴射器頭504、控制器580、非接觸溫度傳感器536、微波輻射器516和殼體512?？刂破?80可以是配置有程序指令和部件以操作噴射器頭504來形成具有支承材料的物體以及操作微波加熱站520以去除支承材料的控制器120。噴射器頭中的每一個均包含多個噴射器，控制器580操作多個噴射器以噴射多種材料，從而在形成在壓盤104上的零件的層中形成物體區(qū)域和支承區(qū)域。在圖2A的系統(tǒng)的一些實施例中，至少一個噴射器頭504構造成噴射用于物體區(qū)域的建造材料，至少兩個噴射器頭504構造成噴射具有不同的介電損耗因子的支承建造材料。即，一個噴射器頭504噴射具有第一介電損耗因子的支承材料，第一介電損耗因子大于由另一個噴射器頭504噴射的支承材料中的介電損耗因子。噴射支承材料的這兩個噴射器頭504可以由控制器操作以利用具有更大介電損耗因子的支承材料形成零件204的內部支承區(qū)域以及利用具有第二介電損耗因子的支承材料形成零件204的外部支承區(qū)域。系統(tǒng)的這個操作對于零件的保護而言是有利的，這是因為具有更大介電損耗因子的支承材料產生比具有第二介電損耗因子的支承材料更多的用于熔化支承材料的熱。因此，具有更大介電損耗因子的支承材料在具有第二介電損耗因子的支承材料之前熔化。因此，內部支承物在外部支承物之前熔化，因此外部支承物連續(xù)吸收微波能并且保護零件的建造材料免被加熱至使零件變形的溫度。當外部支承物的最后層熔化時，零件完成。

壓盤104由輸送裝置508支承，輸送裝置508使具有零件204和支承材料208的塊200從噴射器頭504以下的位置運動至微波加熱站520。微波加熱站520包括具有入口和出口的殼體512，以使得輸送裝置508能夠使塊200運動到站520的殼體512內，以及然后使壓盤和零件204運動到殼體之外而到達下一個處理站。在殼體512內，微波輻射器516定位成通過微波能輻照塊200，同時輸送裝置508保持靜止以使塊200能夠經(jīng)受發(fā)射的微波能預定時間段，或者直到零件204的溫度達到表示零件接近但尚未達到可以損壞零件的溫度的溫度。在監(jiān)控零件溫度的實施例中，非接觸溫度傳感器536產生表示零件溫度的信號，控制580將零件溫度與預定溫度閾值進行比較。在一個實施例中，非接觸溫度傳感器是激光溫度計。當預定溫度閾值已經(jīng)達到或預定時間段已經(jīng)屆滿，則控制器580操作驅動輸送裝置508的致動器540以使零件204運動到殼體之外而到達下一個處理站。

圖2A中示出的壓盤104包括一個或更多個通孔524，通孔524使得融化的支承材料能夠離開壓盤104并且下落至殼體512的地板。殼體512的地板包括使得融化的支承材料能夠排出殼體512的排放口528?？刂破?80可以操作地連接至泵532以促進融化的支承材料離開殼體512，或者殼體512的地板可以形成有斜度以使得融化的支承材料流向排放口528并且在重力作用下離開殼體512。在圖2B中示出的另一個實施例中，壓盤104是具有實心側面220和開口頂部的盒子。金屬濾網(wǎng)224設置在開口頂部上，塊200放置在金屬濾網(wǎng)上。在暴露于微波期間，融化的支承材料通過金屬濾網(wǎng)流入金屬盒子內，融化的支承材料在金屬盒子內凝固。材料凝固是因為篩網(wǎng)中的開口定尺寸成防止微波能通過篩網(wǎng)以已知方式進入盒子。

當支承材料具有大于建造材料的介電損耗因子的介電損耗因子時，上述方法和系統(tǒng)對于從零件去除支承材料是有效的?！敖殡姄p耗因子”是在振蕩場中通過材料作為熱散失的能量的測量值。支承材料的介電損耗因子使微波能能夠加熱支承材料并且在不明顯地加熱零件的建造材料的情況下產生支承材料的相變。因此，支承材料融化并且在不破壞或不利地影響零件的情況下從零件去除。利用具有大于建造材料的介電損耗因子的介電損耗因子的支承材料的另一個優(yōu)點在于支承材料和建造材料可以具有彼此接近的融化溫度，但兩種材料的介電損耗因子的差異使得支承材料在建造材料開始接近融化溫度之前能夠達到該溫度。