[發明專利]通過增材制造打印的部分中的改進層間粘附

有效

• 申請號: 201710255595.9
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107379517B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: P·J·奈斯特龍;B·P·曼德爾;D·A·曼特爾;P·J·麥康維爾
• 申請（專利權）人: 施樂公司
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張華

一種三維物體打印系統，其改進物體的層間粘附。所述打印系統包含平臺，三維物體構建在所述平臺上。所述打印系統中的材料施用器排出材料以在所述平臺上形成所述物體的層。所述材料施用器還包含加熱器，所述加熱器經配置以在所述材料施用器在第一方向及第二方向上移動時在所述材料施用器之前加熱所述物體的所述層，兩個方向均平行于所述平臺。

技術領域

本文檔中揭示的系統和方法涉及產生三維物體的打印機，且更具體地說，涉及用于改進通過此類打印機打印的部分的層間粘附的裝置和方法。

背景技術

數字三維制造(也稱為數字增材制造)為由數字數據模型制成幾乎任何形狀的三維固體物體的過程。三維打印可區別于傳統的物體形成技術，所述傳統的物體形成技術主要依賴于通過減去過程(例如，切割或鉆孔)從工件去除材料。舉例來說，熔合長絲制造(FFF)打印為增材過程，其中一個或多個材料施用器擠出聚合物長絲以在襯底上形成呈不同形狀的連續材料層。在一些實施例中，聚合物長絲包含填料，例如金屬粒子或纖維；或聚合物長絲包括涂布有聚合物的金屬線。

聚合物長絲通常從線圈解開且被饋入到材料施用器中以為層提供材料。如在下文中更詳細地描述，在材料施用器中，將長絲加熱到提高材料的柔軟性的溫度，從而使得能夠在經控制速率下經由噴嘴將材料選擇性地擠出到平臺上。襯底通常支撐在平臺上，且一個或多個材料施用器以操作方式連接到一個或多個致動器以供一個或多個材料施用器相對于平臺的經控制移動從而產生形成物體的層。材料施用器通常經由數值上經控制的機構相對于平臺垂直和水平地移動以在將材料沉積于襯底上之前將噴嘴定位在x維、y維和z維坐標處。在替代實施例中，相對于材料施用器移動平臺。

在圖6A到6D中說明用于通過FFF打印系統10產生三維物體的一個過程。如圖6A中所展示，在打印操作期間，相對于部件18定位至少一個材料施用器14以在z維度上使至少一個材料施用器14在部件18上方豎直地隔開高度H。當在x維度上相對于部件18驅動至少一個材料施用器14時，所述至少一個材料施用器14將具有長度L的材料26的層22(圖6B中所展示)沉積于部件18上。

材料26作為由至少一個材料施用器14的熔化器42加熱的長絲38被饋入到至少一個材料施用器14中。如上文所提及，熔化器42將長絲38加熱到提高長絲材料26的聚合物的柔軟性的溫度。通常，長絲材料26的聚合物為熱塑性的，其在高于某一溫度(在下文中被稱為“轉變溫度”)的情況下為柔軟的材料且在低于轉變溫度的情況下充當固體。此外，一些熱塑性物具有非晶形晶體結構，此甚至在低于轉變溫度的情況下防止材料“固化”或形成晶體結構。

當熔化器42將長絲材料26的熱塑性聚合物加熱高于轉變溫度時，材料26的分子間力減弱，且材料26變得更為柔軟且粘性更低。在此升高溫度下，材料26可選擇性地擠出且在下文中被稱為“可擠出”或呈“可擠出狀態”。熔化器42并不將長絲38加熱到使得材料26完全變為液體且流動的溫度。實際上，熔化器42將長絲38加熱到高于轉變溫度的溫度，在所述溫度下材料26為軟的且韌性的，而非完全液體。在由熔化器42加熱之后，通過至少一個材料施用器14的噴嘴46將可擠壓材料26沉積于部件18上。在通過噴嘴46沉積之后，將部件18上之材料26冷卻到低于轉變溫度的溫度，使得層22變得較不柔軟和更為粘性且充當固體。

如圖6B中所展示，在將材料26的層22沉積于部件18上之后，在z維度上相對于部件18驅動至少一個材料施用器14以將至少一個材料施用器14重新定位在層22上方的高度H處。在z維度上重新定位至少一個材料施用器14適應部件18頂上的層22的厚度T以防止至少一個材料施用器14在x維度上的后續傳遞期間接觸層22。在z維度上重新定位之后，在x維度上再次驅動至少一個材料施用器14以將物體34的另一層30沉積于層22頂部上。可在x維度上驅動至少一個材料施用器14以在與先前傳遞相同的方向上或與先前傳遞相反的方向上傳遞部件18。如果在相同的方向上驅動至少一個材料施用器14，那么在沉積另一層30之前也在x維度上重新定位至少一個材料施用器14。