[发明专利]用于3D打印3D物品的方法

说明书

本发明提供了一种包括3D打印3D物品(1)的方法，该方法包括：在打印阶段期间，用熔融沉积成型3D打印机(500)经由单个喷嘴(502)共同沉积可3D打印材料(201)和细长固体纤维(310)，以提供包括3D打印材料(202)的3D物品(1)，其中细长固体纤维(310)被嵌入在3D打印材料(202)中。

技术领域

本发明涉及一种用于制造3D(打印)物品的方法。更进一步，本发明还涉及3D打印机，并且涉及包括指令的计算机程序产品，当由3D打印机执行计算机程序产品时，该指令使得3D打印机执行该方法。

背景技术

用于复合部件制造的系统在本领域中是已知的。例如，US 2015/0367576尤其地描述了一种方法，该方法包括：将基质材料和与基质材料分离的纤维材料提供给熔融沉积成型(FDM)三维(3D)打印机；以及在维持纤维材料与基质材料分离直到FDM 3D 打印机的打印位置的同时，向FDM 3D打印机的打印位置递送基质材料和纤维材料，其中该递送包括熔化基质材料并且将纤维材料嵌入到基质材料内。基质材料管可以是中空的热塑性细丝。纤维束可以穿过基质材料管的中心。例如，纤维束由在中空热塑性细丝的中心的结构纤维组成。在一些实现中，这些结构纤维不是连续的，而是由每根长度在3-25mm之间的纤维构成。在一些情况下，结构纤维可以是织造垫或织造纤维的条带，或由不连续的补块组成。进一步地，US 2015/0367576的系统包括：构建平台；以及与构建平台相关联的两个或更多个工具；其中该两个或更多个工具被配置和布置为相对于构建平台在非平面层中添加基质材料和纤维材料用以构建物体。

US 2014/061974公开了一种用于三维物体的增材制造的方法和装置。两种或更多种材料被同时地挤出作为复合物，其中至少一种材料为液体形式，并且至少一种材料以固体连续线股完全地被包在液体材料内。固化挤出后的液体材料的装置使复合物硬化。复合物内的线股材料包含特定的化学、机械或电学特性，其灌输具有仅使用一种材料无法实现的增强功能的物体。

发明内容

在接下来的10-20年内，数字制造将越来越多地改变全球制造业的本质。数字制造的方面之一是3D打印。当前，已经开发了许多不同的技术以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物的各种材料来生产各种3D打印物体。3D打印还可以被用于生产模具，然后该模具可以被用于复制物体。

出于制造模具的目的，已经建议了多喷射技术的使用。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，可光聚合材料在每次沉积后被固化以形成固体结构。尽管该技术产生光滑的表面，但是可光固化的材料不是非常稳定，并且它们还具有相对低的热导率，这对于注塑成型应用是有用的。

最广泛使用的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM) 的工艺。熔融沉积成型(FDM)是一种通常地用于成型、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM根据“增材”原理通过以层的方式铺设材料来工作；塑料细丝或金属线从线圈松开，并且提供材料以生产部件。可能地，(例如，针对热塑性塑料)细丝在铺设之前被熔化并且被挤出。FDM是一种快速原型设计技术。针对FDM的其他术语是“熔融细丝制造”(FFF)或“细丝3D打印”(FDP)，这些术语被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性细丝，该热塑性细丝被加热到熔点，然后被挤出，逐层地(或者实际上细丝接细丝地)来创建三维物体。FDM打印机相对快速，并且可以被用于打印复杂的物体。

FDM打印机相对快速，成本低，并且可以被用于打印复杂的 3D物体。这种打印机被用于使用各种聚合物来打印各种形状。该技术还在LED灯具的生产和照明解决方案中被进一步地开发。

现有技术解决方案具有的问题可能在于它们没有提供在细丝中的固体材料的相对长的纤维的引入。然而，针对例如电学连接或光学连接等，这可以是期望的。此外，当用于3D打印的现有技术方法被应用，并且在打印工艺中简单地引入细长纤维时，似乎会遇到问题。例如，针对较粗的纤维，似乎当例如用打印机头转弯时，扭矩被施加到纤维上，然后该纤维从该纤维应被嵌入的层中拉出，导致纤维从3D打印物品中的突出等。