[發明專利]通過氣溶膠的飛行中固化制造三維結構

有效

• 申請號: 201680020145.5
• 申請日: 2016-02-10
• 公開（公告）號: CN107548346B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 邁克爾·J·雷恩
• 申請（專利權）人: 奧普托美克公司
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B29C35/08;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 程紓孟

一種用于制造三維結構的方法。飛行中加熱或UV照射在氣溶膠滴被噴射到目標表面上時改變所述氣溶膠滴的性質。UV光至少部分地將光聚合物滴固化，或者備選地造成基于溶劑的納米顆粒分散體的微滴在飛行中快速地干燥，并且導致的氣溶膠滴增加的粘度促進獨立式三維結構的形成。該3D制造可以使用各種各樣的光聚合物、納米顆粒分散體和復合材料進行。得到的3D形狀可以是獨立式的，沒用支撐體的情況下制造的，并且可以通過相對于目標襯底操作打印噴嘴獲得任意形狀。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年2月10日提交的名稱為“微3D打印”的美國臨時專利申請序列號62/114,354的優先權和提交利益，并且其說明書和權利要求通過引用并入本文。

發明背景

發明領域(技術領域)

本發明涉及通過氣溶膠噴射的納米顆粒和聚合物墨水的飛行中固化制造3D電氣和機械結構、微結構和納米結構。

背景技術

注意，以下討論可以參考大量的出版物和參考文獻。本文中這種出版物的討論被給出用于科學原理的更完整背景，而不被解釋為承認這種出版物是用于可專利性確定目的的現有技術。

三維打印是迅速進展的技術，其有希望引起增材制造革命。利用3D打印，多種結構材料如塑料盒金屬可以制造成網狀結構而不需要減材加工或刻蝕步驟。幾乎不存在材料浪費，并且減少的加工步驟有希望使3D打印成為成本效益好的綠色技術。現今，數種3D打印技術是當前可用的，并且簡要地將這些技術與本發明進行比較是有用的。

立體平版印刷術是一種增材制造工藝，其通過將紫外(UV)激光聚焦到一桶光聚合物樹脂上工作。在計算機輔助制造或計算機輔助設計(CAM/CAD)軟件的幫助下，使用UV激光將預先程序化的設計或形狀刻畫到光聚合物桶的表面上。因為光聚合物在紫外光下是光敏的，所以照射的樹脂凝固并且形成單層的所需3D物體。對于設計的每層重復該過程直到3D物體完整。50-150um的層分辨率一般伴隨接近10um的橫向尺寸。該過程通常限于光聚合物材料，并且需要犧牲結構支撐懸伸物。

噴墨技術一般用于以2D方式打印石墨和顏料墨水。近期的材料創新使得噴墨打印機能夠噴射聚合物和金屬納米顆粒墨水。通常，噴墨打印中使用的墨水必須具有較低的粘度，意味著墨水在打印后將會充分地鋪展，從而限制所打印的特征的最小特征尺寸和高寬比。噴墨器不接觸襯底，但是其非常接近(小于mm)。

擠出技術對于熱塑性聚合物的3D打印是普遍的。在該情況下，將熱塑料在噴嘴中加熱至熔融點并擠出到襯底上。塑料在接觸襯底時快速冷卻和凝固，并且可以維持三維形狀。3D部件一般逐層制造，每層都由擠出絲線的線柵圖樣構成。懸伸物可以通過擠出犧牲性支撐材料和之后的溶解或機械地移除支撐結構來制造。一般地，特征尺寸是幾百微米，并且材料很大程度限于熱塑性塑料和少數熱固性聚合物以及導電漿料。nScrypt工具能夠通過對噴嘴定位的自動的CAD/CAM控制來在3D表面上打印。

發明概述(發明內容)