[發明專利]液滴拉伸和擠壓打印方法

有效

• 申請號: 201910306181.3
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110385851B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·A·霍韋;賈斯丁·希克;米歇爾·路易斯·吉;托馬斯·威爾遜;阿德里安·莫里特茲
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B33Y10/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 瞿藝

本申請涉及一種液滴拉伸和擠壓打印方法，其在沉積二維纖維結構的區域周圍、內部、或周圍和內部形成錨定點。在錨定點之間，噴嘴高速平移，以從噴嘴拉伸、擠壓或拉伸和擠壓細絲(取決于打印設置)，并構建由錨定部連接的細絲的二維網狀物。使用本文描述的方法制造的網狀結構顯示出優異的結構性能。

技術領域

本公開描述了新型增材制造方法和使用該方法制造的結構。

背景技術

增材制造(AM)是由此三維零件一次制成一層的一種工藝。在典型的示例中，AM機器將熔融形式的材料沉積到構建平臺上。使材料在構建平臺上固化以形成零件的層。一旦已完成零件的單層，AM機器或構建板以一層增量移開，并且AM機器繼續沉積下一層材料。常見類型的AM工藝被稱為熔融沉積成型(FDM)，一種基于擠壓的工藝，其從噴嘴中供給實心線材形式的熱塑性塑料，并且然后將線材熔化成然后再固化的形狀。然而，FDM工藝具有若干限制，包括(1)制造時間較慢，因為噴嘴靠近基底并且熱塑性塑料需要時間粘合，(2)擠壓細絲的直徑大于某些應用所需的直徑，(3)不能以足夠的精度控制細絲的物理性質，以及(4)需要使用平坦基底，因為噴嘴與基底的靠近可能導致與非平坦基底的碰撞。因此，傳統的FDM不能制造具有特別定制性質的更復雜的AM結構。

因此，需要一種增材制造技術，其可以快速制造具有定制性質的更寬范圍的結構(例如其中性質在兩個維度上被局部定制)。本公開滿足了這一需求。

發明內容

本公開描述了一種用于制造結構的方法，包括：(a)從打印頭沉積材料，以在基底上的第一位置處形成第一錨定部(anchor)；(b)從打印頭沉積材料，以在基底上并與第一位置橫向地分離的第二位置處形成第二錨定部；(c)拉伸從第一錨定部延伸到第二錨定部的材料的細絲，包括在基底和打印頭之間形成豎直空間、使打印頭或基底或打印頭和基底相對于彼此橫向地移動以將打印頭定位在第二位置上方、以及使基底和打印頭朝向彼此移動以將細絲連接到第二錨定部；以及(d)重復步驟(a)-(c)，以構造連接多個錨定部的細絲的圖案。

形成錨定部和/或拉伸細絲期間的打印條件的例子包括但不限于以下內容。

從噴嘴供給用于錨定部和細絲的材料；以及控制噴嘴的溫度、噴嘴相對于基底的速度、噴嘴在基底上方的高度以及來自噴嘴的材料的流速，以制造在基底上方的不同二維位置處具有不同性質包括不同拉伸強度的細絲。

從噴嘴供給用于錨定部和細絲的材料；以及使噴嘴或基底或噴嘴和基底相對于彼此移動并控制材料的流速，以形成最小直徑在0.25mm至2.0mm的范圍內的錨定部。在一個或多個示例中，細絲直徑在錨定部的最小直徑的1.5-35％的范圍內。

從噴嘴供給用于錨定部和細絲的材料；以及使噴嘴或基底或噴嘴和基底二者相對于彼此移動，將材料的流速控制在0.045-0.5克/分鐘(g/m)的范圍內，將噴嘴相對于基底的速度控制在1至310mm/秒的范圍內，將噴嘴在基底上方的高度控制在0.2-5毫米(mm)的范圍內，以形成直徑在30-450微米的范圍內的細絲。在一個或多個其他示例中，細絲的細絲直徑在80-200微米的范圍內。

將噴嘴定位在基底上方在2-5mm的范圍內的高度處，以形成細絲直徑在錨定部的最小直徑的1.5-62％的范圍內的細絲。

使噴嘴相對于基底以在50至300mm/秒的范圍內的速度移動。

從噴嘴供給用于錨定部和細絲的材料；以及將噴嘴定位在基底上方在2-5mm的范圍內的高度處，以拉伸細絲直徑在噴嘴的直徑的7-100％的范圍內的細絲。在一個或多個示例中，噴嘴的直徑在0.2-0.5mm的范圍內。

從噴嘴供給用于錨定部和細絲的材料；以及使噴嘴或基底或噴嘴和基底二者相對于彼此在基底上方在2至5mm的范圍內的高度處橫向地移動。在一個或多個示例中，形成錨定部期間的噴嘴的高度在0.1mm-0.4mm的范圍內。在一個或多個其他示例中，橫向地拉伸細絲時的高度在4至5mm的范圍內，并且形成錨定部期間的噴嘴的高度在0.2mm-0.4mm的范圍內。