[发明专利]用于注入增材制造的物体及类似物的方法和装置

说明书

本发明涉及注入三维打印的、自由形式制作的、或增材制造的物体的方法；用于注入三维打印的、自由形式制作的、或增材制造的物体的装置；以及通过功能性热塑性聚合物注入的物体。在方法中，物体被注入有在受控的温度和压力条件下引入的热塑性塑料材料，并且通过以下使得热塑性塑料渗入物体：将物体浸没在热塑性塑料中，控制压力振荡的频率和幅度以确保到所述物体中足够的注入，以至少部分地填充孔隙或空隙并且结合材料的颗粒或片材，所述物体由所述材料的颗粒或片材制造。在一个实施方案中，装置(100)利于此并且包括：a)注入室(12)，在所述注入室(12)中待被热塑性塑料(110)注入的所述物体被注入；b)储存器(14)，所述储存器在使用中被填充有所述热塑性塑料；c)固化室(16)，其用于加热并固化物体；和d)控制器(18)，其用于控制装置的操作功能；储存器包括加热工具(20)和传感器(22、26、28)，使得热塑性塑料能够在定义的温度参数(T)内被熔化并且控制器使得能够在装置中进行连续的注入和固化步骤。

引言

本发明涉及注入三维打印的、自由形式制作的、或增材制造的物体的方法；用于注入三维打印的、自由形式制作的、或增材制造的物体的装置；以及通过功能性热塑性聚合物注入的物体。

背景

三维打印的、自由形式制作的、或增材制造的物体可以使用已知的方法相当简单地生产，包括但不限于：诸如但不限于灰泥或塑料的颗粒或诸如但不限于纸、塑料或织物的层的沉积。然而，所得产品/物体可能是多孔的、“软的”和容易损坏的。因此，期望的是开发用于强化或以其他方式保护这样的物体、和/或向其提供高质量成品的改善的方法。

强化/保护这样的制造的物体的当前的方法落入以下普遍的类别内：

用丙烯酸树脂浸渍制造的物体

通常，丙烯酸树脂是氰基丙烯酸酯(由于其毒性而不是有利的)并且其被吸收到物体中的孔隙或空隙中，在所述孔隙或空隙中，其在水(特别是氢氧根离子)的存在下快速聚合，形成坚固的长链，该长链将颗粒和/或层连接和结合在一起。然而，因为水分的存在导致氰基丙烯酸酯硬化，暴露于空气中的水分可导致氰基丙烯酸酯的容器快速劣化并且随时间过去而变得不可用的。为了防止这样，氰基丙烯酸酯必须被储存在具有诸如硅胶的干燥剂包的气密性容器中。

用蜡浸渍制造的物体

虽然蜡比氰基丙烯酸酯的操纵更安全，并且可以被“再熔化”以允许物体的再加工，但它们在孔隙中“收缩”并因此，通常提供不令人满意的成品。此外它们的疏水性质使蜡浸渍的物体难以完成。

用可固化的树脂浸渍制造的物体

可固化的树脂，例如热固化的或UV固化的树脂，如同氰基丙烯酸酯，形成永久性成品并且如果成品不令人满意不能被重做。它们也在孔隙中收缩，并且由于它们的粘性性质，经常仅浸渍最外层表面，这意味着固化的产品没有良好的结构完整性；以及

用双部分组分树脂浸渍制造的物体

通常，该双组分被预混合使得它们将“硬化”，并且被用于浸渍物体，同时它们是可加工的。实例包括：聚酯、环氧树脂和聚丙烯酸酯。缺点包括以下事实：它们以不可逆的方式硬化，遭受差的质量的成品和混合导致损耗。

伴随这些可选择的浸渍材料和方法的缺点通过使用热塑性聚合物来克服，所述热塑性聚合物将在第一定义的温度范围中的熔融状态中浸渍孔隙和空隙并且在第二温度范围(低于所述第一)下硬化。

通过使用例如压力，可以引起它们深度地浸渍孔隙和空隙(并且不只是外表面)，导致较少的收缩和较大的结构完整性，提供更好质量的成品。通过深度地意指能够渗入孔隙大于10％、经20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％，至100％浸渍，取决于物体的厚度。