[发明专利]增材沉积系统和方法

说明书

背景技术

零件的定制制造是增长的行业并且具有广泛的应用。传统地，注模机和其他加工技术被用于形成物体的模型或形成物体自身。更具体地，类似玻璃、金属、热塑塑料和其他聚合物的加热材料被注射到特定地成形为所需物体的形状的注模内。允许材料在模型中冷却并且具有模型的形状以形成物体。形成注模是昂贵和耗时的，在不进一步增加形成物体的时间和费用的情况下难以适应物体的形状的改变。

响应于改变注模以形成模型或物体自身的费用、时间和困难出现了增材制造行业。已知的增材制造技术尤其包括熔融沉积造型(FDM)、光固化立体成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和喷射系统。每一种已知的增材制造技术具有材料、费用和/或容积能力方面的限制，这阻止利用整套热塑性材料进行小批量生产、定制制造和原型机制造。此外，已知的增材制造技术不能精确地制造具有与通过类似注模的传统技术制造的优质物体的相同机械性能、表面光洁度和特征的零件。

在增材制造不能生产具有足够的应用性能的情况下，兴起了利用低成本机具的快速计算机数字控制(CNC)加工和快速注模的整个行业。然而，这些技术比增材制造技术显著地更加昂贵并且具有其自身的加工限制。

该行业不得不在通过传统方式生产高质量、高容量性能物体与生产低质量物体的增材制造技术之间进行选择，传统方式昂贵、不灵活并且耗时，比如注模，增材制造技术或许没有所需的结构完整性以及有时没有所需材料，但具有更大的速度和灵活性。例如，FDM和SLS在能够使用的材料方面受到限制，并且生产小于100％密度的物体。快速CNC模铸具有包括较大特征细节和精加工的较好质量的物体，但仍然是昂贵的。通过已知的增材制造技术产生的样品通常被精制，直到选定用于大规模、高质量注模生产所产生的注模的最终设计为止。这种多阶段生产过程也是耗时和昂贵的。

制造行业将受益于实现利用宽范围热塑性材料组和能够制造具有利用更加传统的制造技术获得的复杂性和结构完整性的物体的特征方案的数字、增材制造的优势的制造过程。

发明内容

根据本文所说明的方面，提供一种增材沉积的系统和方法，其能够利用各种增材材料并使其以高分辨率方式沉积到基材上。该系统还能够通过重复增材材料处理形成增材材料基质。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的示例增材沉积处理。

图2是根据本发明的实施例的另一个示例增材沉积处理。

图3是根据本发明的实施例的示例增材沉积系统的框图。

图4是根据本发明的实施例的示例增材沉积系统的示例增材材料制备部分。

图5是根据本发明的实施例的示例增材淀积系统的示例基材部分。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的示例增材沉积处理100。该过程利用气溶胶液滴与基材层表面的选择部分之间的电荷电位差将雾化液体增材材料选择性地沉积到基材上。增材材料可以是液体或液态材料，比如熔融成液体状态的固体材料。增材材料可以是任意数量的材料，包括比如为热塑塑料的聚合物。材料首先制造成可以在选择性沉积处理中形成的气溶胶。增材材料在基材层表面上的选择性沉积引起高效处理，由于未沉积增材材料可被再循环并且循环回到处理100内，增材材料的任何过量沉积基本受限。此外，通过选择表面电荷密度以及控制液滴上的电荷，可以控制每次循环中沉积的材料的量。另外，处理100具有与基于选择性地去除的电荷的分辨率的沉积相关的分辨率或精细度。这允许增材处理100基于该处理的电荷改变部分的电荷密度和分辨率实现高分辨率水平。增材材料的反复沉积可被用于形成由增材材料建造的三维基质或物体。

可以以多种方式产生液体气溶胶的增材材料。作为示例，在图1中，利用长丝延伸雾化器产生102气溶胶。长丝延伸雾化器利用一对相对转动的辊子以在辊子的位于下游侧上的扩散表面之间拉伸液体流化增材材料的长丝，从而生成气溶胶。在示例性实施例中，增材材料可以是通过加热和熔融聚合物液体地制造的热塑性聚合物。液体增材材料集中在辊隙的上游侧上、辊子对之间的空间中，并且在辊子反向旋转时被拉入辊隙内。在下游侧上，在辊子的扩散表面之间流体被拉伸成长丝内，流体的一部分仍然粘附在辊子的扩散表面上。当流体长丝被拉伸时，长丝变得更长并且更薄。当流体长丝达到不稳定点即流体长丝的毛细破裂点时，长丝破裂成多个液滴。由于辊子反向旋转，因此流体长丝在辊子的表面上的连续形成和破裂产生增材材料液滴的气溶胶。增材材料的气溶胶然后被导向该处理的另外的部分以便沉积到基材上。可以采用包括扩散活塞、同向旋转辊子以及辊子和皮带结构的其他长丝延伸雾化器。