[發明專利]選擇性區域溫度控制構建板

在審

• 申請號: 201511035497.1
• 申請日: 2015-10-08
• 公開（公告）號: CN105666866A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: G·N·納韋爾
• 申請（專利權）人: 泰科電子公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B22F3/115;B33Y50/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛青

技術領域

本發明涉及一種用于增材制造工藝中的構建板，增材制造工藝例如但不 限于三維打印。特別地，本發明涉及一種帶有多個加熱/冷卻區域的構建板， 以使在構建板的表面之上的溫度分布和熱梯度可被控制。

背景技術

在金屬和/或塑料零件制造中通過注塑或擠壓來生產大批量和系列零件 是常見的。塑料注塑的優點特別是由于復雜零件的幾何形狀的高精度生產， 由此注塑工藝的功能性最佳地滿足了塑料零件的成本效益的和經濟生產的 要求。

然而，單個單元和小批量塑料零件的需求持續增長，無論是否有在短時 限之內供給的要求以及具有與注塑零件類似的性能。存在制造工藝用于這些 零件的生產，這些零件被廣泛的所知為術語“原型(prototyping)”。這些零 件的生產一般基于從3D數據的幾何形狀的生成。這些幾何形狀通過使用相 應的材料生產為各種形式，例如粉末的可熔層，通過例如激光的熱輸入，通 過例如打印工藝的生成系統，生產為粉末零件的各種組合，并使用“熔化線 材(meltstrand)”工藝。

多種三維打印設備目前可用于從這種3D數據生產零件。三維(3D)打 印是指基于數字3D物體模型和材料分配器來制造3D物體的工藝。在3D打 印中，分配器根據確定的打印圖案在至少二維中移動并分配材料。為了構建 3D物體，調節保持被打印的物體的平臺，使得所述分配器能夠施加多個材 料層。換言之，3D物體可通過打印多個材料層而被打印，一次一層。如果 所述分配器在三維中移動，所述平臺不需要移動。3D打印特征，例如速度、 精度、色彩選擇和成本，由于不同的分配機構和材料而變化。

已知的系統通過沉積熱固化材料來制造固體模型或零件。在這些工藝 中，可流動材料被順序地沉積在基體上或先前沉積的熱塑性材料上。所述材 料在其被沉積后固化并因此能夠遞增地制造期望的形式。熱固化系統的示例 包括熔融沉積成型、蠟噴射、金屬噴射、耗材電弧焊和等離子噴涂。這些工 藝包括3D打印的熔融沉積成型和熔融纖維制造方法。

由于大多數沉積材料隨溫度改變密度，這些系統分享了由這些密度變化 所產生的產品原型的最小化幾何畸變的挑戰。由于塑性變形等，熱固化系統 經受翹曲或卷曲、以及熱應力和熱沖擊。卷曲明顯是由在冷卻期間引入原型 的曲線幾何畸變導致。對這種幾何畸變(相對于利用可熱固化材料的快速原 型系統的當前階段制造的原型)的單個最大貢獻是所述材料的密度的變化， 由于所述材料從相對熱的可流動狀態轉換為相對冷的固態。

存在減少卷曲的影響的技術。一種技術涉及周圍構建環境的加熱以減少 可能的溫度差異。另一種技術是仔細選擇表現出最低可能的熱膨脹系數的構 建材料。另一種技術是在最低可能的溫度沉積構建材料。

本領域充滿了各種固體成型教導。例如。克倫普(Crump)的且轉讓給 與本申請同一受讓人的美國專利號5,121,329的描述了一種熔融沉積成型系 統。雖然克倫普系統結合了加熱的構建環境，在添加后續的材料層時，它要 求沉積的材料低于其固化溫度。衛拉瓦(Vilavaara)的美國專利號4,749,347 和阿爾姆奎斯特(Almquist)等人的美國專利號5,141,680描述了結合了可流 動的、熱固化材料的快速原型系統。這兩個專利教導了保持在和低于擠壓材 料的固化溫度的構建環境。

在巴徹爾德(Batchelder)等人的美國專利號5,866,058中公開的另一種 已知的系統和方法，計算擠壓熱固化的可流動的材料的順序，從而制造所期 望的幾何形狀。加熱的可流動的成型材料然后在其沉積溫度下依次擠壓到構 建環境中，該構建環境保持新沉積的材料附近的體積在材料的固化溫度和其 蠕變溫度之間的沉積溫度窗口中。接著，將新擠壓材料逐漸冷卻到其固化溫 度以下，同時保持幾何形狀中的溫度梯度在所期望的零件的幾何精度設定的 最高值以下。

如在勒普(RepRap)開放源碼倡議(開發可以打印大多數自身組件的三 維打印機的倡議)中公開的另一種已知的系統，公開了一種加熱的構建平臺。 在加熱床上打印允許打印零件在打印期間保持溫暖，以當它冷卻到低于熔點 時允許更多的塑料的收縮并促進粘附。

但是，盡管控制的構建環境或現有加熱床為這些技術制造的零件或制品 的翹曲或卷曲的提供一些控制，制造的零件或制品的翹曲和內部熱應力仍是 問題。