[發明專利]三維打印機

有效

• 申請號: 201080046027.4
• 申請日: 2010-10-11
• 公開（公告）號: CN102596544A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 安德斯·奧恩肖爾特·哈特曼;弗雷德里克·威爾斯特·特耶萊森
• 申請（專利權）人: 布魯普林特公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李冬梅;鄭霞

發明領域

本發明涉及三維打印機，例如適于用作快速原型設計裝置的三維打印機，其中三維模型通過多層的連續沉積來建立。

發明背景

當前，有很多不同的技術用于使用添加制造技術建立物理三維模型，例如逐層建立模型。典型地，例如通過計算機輔助設計(CAD)軟件或類似物呈現的三維模型的虛擬設計被轉化成連續建立于彼此之上的多個薄的(類似二維的)橫截面層。

存在可形成橫截面層的一些已知方法。例如，已知比如通過在子區域上引入激光束來燒結原材料沉積區域的所選擇的子區域。此布置公開在WO2004/056512中。另一示例包括二維熱源或光源的使用，二維熱源或光源被布置以通過遮住區域使其不被熔化來同時熔化或固化所有的所選擇的子區域。此布置公開在US?2002/0149137中。

其他技術可包括擠出或以其他方式沉積已經成橫截面層的適當形狀的原材料(green?material)(例如，通過參照由虛擬設計數據建立的x-y-z-表)。沉積材料然后可以自然地硬化或者被固化(例如通過強大的光源)以形成需要的橫截面層。

在又一示例中，每個需要的橫截面層可被從片材材料切下，其中模型通過將切斷層粘合在一起來建立。

US?2005/208168公開了一種技術，其中需要的橫截面形成于加熱滾筒的表面上且隨后從滾筒轉移到之前的沉積層上并與其熔化在一起。

發明概述

最一般地，本發明的第一方面建議將熱敏頭(thermal?head)用作可選擇地熱處理原材料的連續層以產生形成三維模型的多個橫截面層的裝置。

本文中“原材料”意思是能夠流動或者被擠成隨后能夠通過熱處理被有選擇地固化的層的任何材料。例如，原材料可以是可流動介質，例如粉末或類似物，或者是可擠出的介質，例如未燒結的陶瓷、漿料或類似物。通過熱處理的固化被布置以凝固熱處理區域的形狀，例如通過熔化、燒結、固化或硬化中的任一種。這里“固化”可指作化學硬化、熱硬化和蒸發硬化中的任一種或多種。術語“熱處理”因此指作熔化、燒結、固化或硬化中的任一種或多種。

在本公開中，術語“熱敏頭”可一般地用于表示具有被布置以從其發出熱能的多個可選擇性驅動的加熱元件的設備。熱敏頭可具有被布置例如通過掃過其上以接觸區域的熱發出區域，例如邊緣或表面。該區域的可選擇子區域可通過在熱發出區域掃過該區域時適當地驅動和停用加熱元件而被加熱。熱敏頭的一些示例在熱打印機領域中是已知的，其中打印的圖像能夠通過選擇地加熱熱致變色紙而形成。本發明可使此技術適用于三維打印機中。

根據本發明的第一方面，可提供用于通過多個橫截面層的連續沉積建立三維模型的打印機，該打印機包括：材料床(material?bed)；層沉積機構，其用于將可流動原材料的層沉積在材料床上；和熱敏頭，其在沉積層上相對于材料床可移動，其中熱敏頭包括可選擇驅動的加熱元件的陣列，可選擇驅動的加熱元件的陣列被布置以通過傳導傳送熱能，用于熱處理沉積層中的原材料的可選擇區域。

打印機可根據如下方法操作，該方法包括以下步驟：(i)在材料床上布置一薄層可流動材料；(ii)通過借助于熱敏頭選擇性地施加熱(且不影響層的需要區域之外的部分)來熱處理層的需要區域以形成模型的橫截面層；(iii)在之前層的頂部上布置相繼的層；(iv)熱處理此相繼的層的需要區域以形成下一個橫截面層；(v)重復步驟(iii)到(iv)直到三維模型建立；以及(vi)從材料床去除未處理的原材料以留下需要的三維形狀。熱處理步驟(iv)可包括將相繼的層的需要區域固定(例如，熔化)到之前層的熱處理區域。

本文中“可流動”可包括成粉末的材料、液體和可擠出材料，例如漿料或類似物。成粉末的材料可以是優選的。