[發明專利]增材構造

無效

• 申請號: 201280035939.0
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103858060A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 詹森·布萊爾·瓊斯;格雷戈里·約翰·吉本斯
• 申請（專利權）人: 華威大學
• 主分類號: G03G15/16
• 分類號: G03G15/16;G03G15/22;B41J3/407;B29C67/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;張英

技術領域

本發明涉及增材構造（累積構造，additive?building），特別涉及三維（3D）打印技術的改進。

背景技術

3D打印，也叫做增材制造，是這樣一種制造技術，其中，通過打印或鋪設連續的材料層，來產生三維物體。3D打印機提供了一種快速的產生原型物體的方式。3D打印機通過轉換物體的3D計算機模型并產生一系列截面切片來工作。然后，打印每個切片，一個在另一個的頂部上，以產生3D物體。

絕大多數3D打印技術無法在一個部件中沉積多種材料。目前，唯一能夠同時沉積多種材料的部件的系統基于擠出和噴墨打印系統。在一個這種噴墨打印系統中，打印機通過沉積幾種由UV源固化的部件的截面的形狀的UV可固化油墨，來產生模型，一次產生一層。重復該過程，直到打印出每層為止。

使用噴墨打印系統進行3D打印的一個缺點是，其是“濕法”打印技術，并且，需要待“打印”介質是液體，或者，可以懸浮在液體中。然而，這會限制可在此制造技術中使用的材料，因為，并不是所有物質都能夠懸浮在液體中。

另一缺點涉及使用現有技術打印的圖像的有限的分辨率。噴墨中的液滴穩定性將大多數功能油墨應用限制于600DPI的原始分辨率（～42μm的分辨率）。

此外，增材構造的預期結果是固體（或半固體）本體。如上所述，所有噴墨沉積技術都需要液體載體。從噴墨頭分配的每個液滴的主要成分是液體載體，其通常占液滴體積的60%或更多。因此，當使用噴墨技術時，必須沉積遠超過所需體積的總體積的介質，以累積所需體積的固體材料。典型地，該總體積可能是固體材料的所需體積的兩倍。另外，如在US7322688中描述的，在打印溫度下，載體應處于特定粘度范圍內，典型的范圍是5至45厘泊。這意味著額外的控制輔助操作，以正確地操作此打印技術。

此外，必須去除液體載體或將其轉換成固體，這明顯意味著打印所需的時間增加且需要使每層固化。通常，在打印液滴之后的打印（以及一些增材制造系統，例如，ZCorpTM和VoxeljetTM）應用，必須等待液滴的含水部分蒸發或用襯底吸收/與其起反應。

加熱的噴墨頭可打印液體蠟。然而，在能夠使另一層沉積在頂層上之前，必須等待蠟固化（相變）。在SolidscapeTM增材制造系統中使用此系統。雖然可通過在油墨中包括光引發劑（然后，將其進行UV固化，以導致聚合物的交聯）來實現固化或相變，但是，在可打印或沉積新層之前，仍存在延時。

另一缺點涉及用于增材制造的現有打印技術的可擴縮性。噴墨技術依賴于通常以排布置的微型沉積噴嘴。制造橫跨打印的整個寬度的排（或甚至多排）通常并不節省成本，因此，使打印頭前后移動，以覆蓋整個寬度。這也會影響打印技術的速度。

另外，噴墨頭中的微型噴嘴具有堵塞的傾向。特別是如果斷斷續續地使用打印機；或者當打印材料（油墨）具有容易隨著時間而交聯的化學組成時，那么會使此問題加劇。

通過背景技術，通常，電子照相術是一種使用墨粉和光敏表面的干法打印技術，該光敏表面通常在輥子或轉鼓（drum）上，以將打印的圖像轉印至所需介質上：例如，激光打印機或影印機中的紙。

轉鼓或輥子的表面是光敏的，并可叫做感光器或光電導體。可用無機或有機光敏材料來涂覆表面。由于廣泛使用有機光電導體，所以此轉鼓通常叫做OPC。轉鼓旋轉，以使打印的圖像通過一次或多次旋轉轉印，在該過程中，轉鼓表面通過下述步驟：

步驟1.充電

通過從電暈線進行電暈放電，將靜電電荷均勻地分布在轉鼓的表面上。此效果還可通過使用具有施加至其的電荷的接觸輥來實現。可將施加至該表面的電荷的極性選擇為是正的或負的，取決于要使用的墨粉的極性。

步驟2.曝光

在激光器或LED打印機中，將調制光投射在轉鼓表面上，以產生“潛”像。在照亮轉鼓的地方，導致電荷耗散。在此曝光之后留在轉鼓上的電荷圖案是潛像。

步驟3.顯影

對轉鼓提供墨粉顆粒和更大的金屬載體顆粒的混合物。載體顆粒具有涂層，其在攪動過程中，產生靜電的形式，其在轉鼓的表面上吸引墨粉顆粒的涂層。用磁性輥子操作混合物，以使轉鼓/皮帶的表面具有一層墨粉。通過與載體接觸，每個中性墨粉顆粒的電荷的極性與轉鼓上的潛像的電荷的極性相反。電荷吸引墨粉，以在轉鼓上形成可見圖像。為了控制所轉印的墨粉的量，對顯影輥施加偏壓，以抵消墨粉和潛像之間的吸引。在以上描述中，已經描述了雙部件顯影系統。然而，本領域的技術人員應理解，也可使用單部件顯影器。

步驟4.轉印