[發明專利]用于纖維增強添加制造的方法

有效

• 申請號: 201480044287.6
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN105556008B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 格雷戈里·托馬斯·馬克
• 申請（專利權）人: 馬克弗巨德有限公司
• 主分類號: D01D5/08
• 分類號: D01D5/08
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司11290
• 代理人: 梁興龍,曹正建

相關申請的交叉引用

本申請根據35U.S.C.§119(e)要求2013年6月5日提交的美國臨時申請序列號61/831,600、2013年7月17日提交的美國臨時申請序列號61/847,113、2013年9月15日提交的美國臨時申請序列號61/878,029、2013年9月24日提交的美國臨時申請序列號61/881,946以及2013年11月10日提交的美國臨時申請序列號61/902,256的權益，其公開內容通過引用整體并入本文。

技術領域

一些方面涉及三維打印。

背景技術

“三維打印”作為一種技術包括多種方法，例如立體光刻法(Stereolithography，SLA)和“熔絲制造(Fused Filament Fabrication，FFF)。SLA產生高分辨率零件，其通常不是耐用的或UV穩定的，用于概念驗證工作；而FFF通過噴嘴擠出ABS或類似聚合物的連續絲珠粒。

“復合鋪層(Composite Lay-up)”通常與三維打印無關。在這個技術中，將織物的預浸(“prepreg”)復合片用樹脂粘合劑浸漬成二維圖案。然后將一個或多個獨立片鋪層成模型并且加熱以使結合樹脂液化并且使最終零件固化。

“復合絲纏繞”也通常與三維打印無關。在這個技術中，包括數千個獨立碳線束(carbon strand)的粘性“絲束(tow)”纏繞在常規心軸上以形成旋轉對稱零件。絲纏繞通常限于凸形，因為拉緊的絲“橋接”了任何凹形。

沒有提供復合鋪層或復合絲纏繞的益處的商業化或實驗三維“打印”技術。

發明內容

根據本發明的第一個形式，用于添加制造(additive manufacturing)零件的步驟的一種組合包括：供應未熔無空隙纖維增強復合絲(unmelted void free fiber reinforced composite filament)，其包括在絲的基質材料內延伸的一個或多個軸向纖維線束(fiber strand)，在基質材料內不具有大量空氣間隙。未熔復合絲沿著阻止絲屈曲的間隙配合區以進給速率進給，直至絲到達噴管(nozzlet)的屈曲部分(即，與零件相對的噴管末端，任選地在噴管端和零件之間具有絲直徑或更小的間隙)。尤其是在橫向壓力區(transverse pressure zone)，將絲加熱到高于基質材料的熔化溫度的溫度以熔化間隙地在絲內部的基質材料。隨著纖維增強復合絲以結合排(bonded rank)沉積到零件上，利用熨燙唇(ironing lip)向纖維增強復合絲的熔化的基質材料和一個或多個軸向纖維線束施加熨燙力。在這種情況下，熨燙唇以在熨燙唇和零件之間的纖維增強復合絲中維持中性至正性張力的打印速率與零件相鄰著平移，這種中性至正性(即，無張力至有一些張力)張力小于將結合排與零件分離所需的張力。

根據本發明的第二個形式，用于添加制造零件的步驟的另一種額外的或替代的組合包括上述供應步驟，以及纖維增強復合絲以進給速率進給。將絲類似地加熱，特別是在橫向壓力區。將復合絲的熔化的基質材料和所述至少一個軸向纖維線束穿線(threaded)(例如，以未熔狀態通過加熱的打印頭)以接觸橫向壓力區中的零件。該橫向壓力區相對于并且相鄰著零件以打印速率平移，以將絲末端(包括纖維和基質)帶到熔化位置。絲末端可任選地變形或彎曲以到達該位置。在熔化位置，基質材料間隙地在絲內部熔化。