[發(fā)明專利]聚合物噴灑沉積方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510028907.3
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN104802401B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·M·約翰遜;A·R·沃爾克爾;V·貝克;J·S·帕施科維茨
• 申請（專利權(quán)）人: 帕洛阿爾托研究中心公司
• 主分類號(hào): B29C64/118
• 分類號(hào): B29C64/118;B29C64/209;B29C64/321;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄒雪梅;徐厚才

本發(fā)明揭露了多種聚合物噴灑沉積系統(tǒng)及方法，其可以與廣泛的熱塑性材料使用于生產(chǎn)通常只使用更傳統(tǒng)的制造技術(shù)所取得的具復(fù)雜度及結(jié)構(gòu)完整性的高分辨度物件，如注射成型方法。該等聚合物噴灑沉積系統(tǒng)及方法使用一拉伸流體于二個(gè)漸擴(kuò)表面(諸如二個(gè)滾筒或二個(gè)活塞)之間的噴霧生成器。經(jīng)拉伸的流體斷裂開而成為復(fù)數(shù)個(gè)液滴，并經(jīng)導(dǎo)引通過一可含有可選的液滴尺寸選擇器的傳輸系統(tǒng)而進(jìn)入一多噴嘴陣列。該多噴嘴陣列經(jīng)控制以導(dǎo)引該噴霧至一目標(biāo)表面上，藉以產(chǎn)生一三維物件。被揭露的該等聚合物噴灑沉積系統(tǒng)及方法可使用在三維打印頭及打印技術(shù)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上有關(guān)一種用于制造三維物件的聚合物噴灑沉積方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

零件定制生產(chǎn)是一個(gè)不斷發(fā)展的產(chǎn)業(yè)且具有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)上，射出成型及其它加工技術(shù)被用來產(chǎn)生物件的模型或生產(chǎn)物件本身。更具體而言，經(jīng)加熱的材料(如玻璃、金屬、熱塑性塑料及其它聚合物)被射入一特成型為所預(yù)期物件形狀的注塑模具中。該材料能夠在模具中冷卻，并呈現(xiàn)模具的形狀以形成物件。注塑模具的生產(chǎn)是昂貴且費(fèi)時(shí)的，且物件形狀的改變是難以在不進(jìn)一步增加生產(chǎn)物件的時(shí)間和費(fèi)用的情形下調(diào)整適應(yīng)。

附加制造業(yè)因響應(yīng)在改變注塑模具以生產(chǎn)模具或物件本身上的費(fèi)用、時(shí)間及困難性而興起。已知的附加制造技術(shù)包含熔融沉積成型(FDM)、立體光刻(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)及噴射系統(tǒng)在內(nèi)。各個(gè)已知的附加制造技術(shù)在材料、費(fèi)用及/或體積容量上具有限制，阻礙了使用一整套熱塑性材料進(jìn)行小型運(yùn)作生產(chǎn)、定制生產(chǎn)及原型制作。再者，已知的附加制造技術(shù)不能夠精確地生產(chǎn)具有與通過傳統(tǒng)技術(shù)(如射出成型)所產(chǎn)生機(jī)械性能、表面處理及特征復(fù)制度質(zhì)量目標(biāo)相比的零件。

在附加制造業(yè)不能產(chǎn)生具有足夠應(yīng)用表現(xiàn)的零件的情況下，已經(jīng)出現(xiàn)整個(gè)使用低成本工具的快速計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(CNC)加工及快速射出成型的產(chǎn)業(yè)。然而，這些技術(shù)明顯比附加制造技術(shù)更加昂貴，并具有其本身的制造限制。

產(chǎn)業(yè)被迫在一通過傳統(tǒng)但昂貴、不易變更且耗時(shí)的技術(shù)(如射出成型)所做出的高質(zhì)量及高體積容量物件，與產(chǎn)生較低質(zhì)量物件(或許不具有所預(yù)期的結(jié)構(gòu)完整度，且有時(shí)不具有所預(yù)期的材料)但有較快速度及靈活性的附加制造技術(shù)之間作出決定。例如，F(xiàn)DM及SLS在能夠使用的材料種類上受到限制，并產(chǎn)生出密度小于100％的物件。快速CNC成型具有特征細(xì)節(jié)及完成度優(yōu)異但仍是昂貴的較好質(zhì)量物件。利用已知附加制造技術(shù)所產(chǎn)生的原型常常被精制，直至在產(chǎn)生出供大規(guī)模使用的射出模具的時(shí)點(diǎn)選定出最終設(shè)計(jì)。這樣的多階段生產(chǎn)過程也是費(fèi)時(shí)且昂貴的。

制造業(yè)將受益于一可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、使用一套廣泛熱塑性材料的附加制造、及特征分辨率的優(yōu)點(diǎn)的制造過程，而能夠制造出具有藉更傳統(tǒng)的制造技術(shù)所得到的復(fù)雜度及結(jié)構(gòu)完整性的物件。

發(fā)明內(nèi)容

以下的詳細(xì)描述結(jié)合了目前最好的實(shí)施本發(fā)明示例性實(shí)施例的設(shè)想模式。本發(fā)明大致上提供一種聚合物噴灑沉積系統(tǒng)，其包括一噴霧生成器，該噴霧生成器自一流體源接收一流體并通過將二漸擴(kuò)表面之間的流體拉伸成一流體細(xì)絲直至該流體細(xì)絲斷裂而生成復(fù)數(shù)個(gè)流體液滴，該復(fù)數(shù)個(gè)流體液滴形成一噴霧。該系統(tǒng)亦具有：一收集組件，其自該噴霧生成器接收該噴霧并挾帶該噴霧于一載體氣流中；一多噴嘴陣列，其接收該載體氣流并將該載體氣流引向一目標(biāo)表面；以及一物件產(chǎn)生平臺(tái)，其控制該多噴嘴陣列反復(fù)涂覆該載體氣流于該目標(biāo)表面以在該目標(biāo)表面上形成一三維物件。

于本發(fā)明的一方面中，該流體為一高分子量聚合物流體溶液。其它實(shí)施例可包含一或多個(gè)噴霧生成器，各噴霧生成器包含二個(gè)滾筒，該等滾筒吸引該流體至該二滾筒所界定的一輥隙的一上游側(cè)內(nèi)，并使該流體在該輥隙的一下游側(cè)于該二滾筒的相對漸擴(kuò)表面之間拉伸。

另外的實(shí)施例可使用一具有一熔點(diǎn)的熱塑性塑料的流體，且其中該收集組件以一高于該熔點(diǎn)的溫度保留該熱塑性塑料于該載體氣流中。

附圖說明

圖1A為一根據(jù)本發(fā)明該等方面的聚合物噴灑沉積系統(tǒng)方塊圖。