[發(fā)明專利]用于包括感應(yīng)加熱的熱塑性零件的熔合細(xì)絲制造的方法

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• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109263037A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·P·穆儒;P·J·沃爾科特
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/20;B29C64/295;B33Y30/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 賀紫秋

一種用于熱塑性零件的熔合細(xì)絲制造的方法包括：將導(dǎo)電的添加材料與熱塑性材料進(jìn)行混合；形成由包括混合有添加材料的熱塑性材料的材料制成的細(xì)絲；使細(xì)絲通過交變磁場，使得添加材料被該交變磁場加熱并且由此將細(xì)絲的熱塑性材料加熱；以及將細(xì)絲的材料沉積在零件的先前沉積的層上以形成零件的新沉積的層。新沉積的層中的熱塑性材料被充分地加熱，使得新沉積的層的熱塑性材料與先前沉積的層的熱塑性材料熔合。該方法可以包括：通過噴嘴擠出細(xì)絲的材料；以及繼續(xù)沉積細(xì)絲的材料直到制造出零件。

引言

增材制造屬于制造工藝領(lǐng)域，其直接由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過連續(xù)添加材料層形成三維零件。增材制造可以兼用于生產(chǎn)原型零件和有限量的產(chǎn)品零件。熔合細(xì)絲制造是增材制造的一種類型。在熔合細(xì)絲制造工藝中，熱塑性材料通過加熱噴嘴擠出并沉積在正在制造的零件上。本公開涉及增材制造工藝中的熔合細(xì)絲制造類型。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開了一種用于熱塑性零件的熔合細(xì)絲制造的方法。該方法包括將導(dǎo)電的添加材料與熱塑性材料進(jìn)行混合；形成由包括混合有添加材料的熱塑性材料的材料制成的細(xì)絲；使細(xì)絲通過交變磁場，使得添加材料被該交變磁場加熱并且由此感應(yīng)加熱的添加材料將細(xì)絲的熱塑性材料加熱；以及將細(xì)絲的材料沉積在零件的先前沉積的層上以形成零件的新沉積的層。新沉積的層中的熱塑性材料被充分地加熱，使得新沉積的層的熱塑性材料與先前沉積的層的熱塑性材料熔合。

該方法可以包括產(chǎn)生交變磁場。產(chǎn)生交變磁場可以包括使交變電流通過導(dǎo)電導(dǎo)線的線圈。使細(xì)絲通過交變磁場可以包括連續(xù)地饋送細(xì)絲通過該交變磁場。該方法可以包括通過噴嘴擠出細(xì)絲的材料。該方法可以包括繼續(xù)將細(xì)絲的材料沉積在先前沉積的層上以形成附加的新沉積的層直到制造出零件。

噴嘴可以配置為將細(xì)絲的材料沉積在先前沉積的層上以形成新沉積的層。導(dǎo)電導(dǎo)線的線圈可以環(huán)繞噴嘴的至少一部分，使得細(xì)絲隨著其通過噴嘴被加熱。噴嘴可以由不導(dǎo)電的材料制成，使得噴嘴不會被交變磁場加熱。導(dǎo)電導(dǎo)線的線圈可以設(shè)置在噴嘴內(nèi)。

添加材料可以包括鐵磁材料。添加材料可以包括亞鐵磁材料。添加材料可以包括鐵。熱塑性材料可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚交酯(PLA)、聚醚酰亞胺(PEI)以及尼龍材料中的一種。

添加材料可以配置為大量顆粒形狀的微粒，其配置為增強熱塑性零件。添加材料可以配置為各自具有長度和寬度的大量短纖維。每個短纖維的長度可以大于每個短纖維的寬度。大量短纖維可以在細(xì)絲中隨機(jī)地定向并且可以配置為增強熱塑性零件。細(xì)絲可以具有縱向軸線。添加材料可以配置為具有縱向軸線的至少一個導(dǎo)線或連續(xù)纖維。至少一個導(dǎo)線或連續(xù)纖維的縱向軸線可以平行于細(xì)絲的縱向軸線。至少一個導(dǎo)線或連續(xù)纖維可以配置為增強熱塑性零件。

細(xì)絲可以進(jìn)一步包括配置為增強熱塑性零件的增強材料。增強材料可以配置為大量顆粒形狀的微粒。增強材料可以配置為各自具有長度和寬度的大量短纖維。每個短纖維的長度可以大于每個短纖維的寬度。大量短纖維可以在細(xì)絲中隨機(jī)地定向。增強材料可以配置為具有縱向軸線的至少一個連續(xù)纖維。該連續(xù)纖維的縱向軸線可以平行于細(xì)絲的縱向軸線。

本文所公開的方法包括對細(xì)絲的感應(yīng)加熱。對細(xì)絲的感應(yīng)加熱從細(xì)絲的內(nèi)部引起對細(xì)絲的更快且更均勻的加熱。對細(xì)絲的感應(yīng)加熱消除了加熱噴嘴并將熱量從噴嘴傳遞到細(xì)絲的需要。相比于經(jīng)由加熱噴嘴(例如，電阻加熱噴嘴)對細(xì)絲的傳導(dǎo)加熱，對細(xì)絲的感應(yīng)加熱實現(xiàn)了更快的細(xì)絲加熱、更快的零件制造，并且減少了能量使用。本公開可以應(yīng)用于載具的熱塑性零件的熔合細(xì)絲制造，包括但不限于，汽車、卡車、廂式貨車、全地形車輛、巴士、船只、火車、飛機(jī)、生產(chǎn)性車輛及設(shè)備、建筑車輛及設(shè)備、保養(yǎng)車輛及設(shè)備等。本公開可以應(yīng)用于機(jī)器或產(chǎn)品的熱塑性零件的熔合細(xì)絲制造。

本公開的以上特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點，當(dāng)結(jié)合附圖時，通過用于實現(xiàn)本公開的最佳模式的以下詳細(xì)描述將是顯而易見的。

附圖說明

圖1是用于熔合細(xì)絲制造本文所公開類型的熱塑性零件的示例性設(shè)備的部分水平示意性橫截面視圖，其具有設(shè)置在噴嘴內(nèi)的感應(yīng)加熱元件。