[发明专利]利用原位注入和成像的实体自由成型制造

说明书

一种制造设备，包括：平台，该平台用于接收构建材料层，构建材料层用于产生数字模型的三维固体表示；部件，该部件用于沉积构建材料的层；以及成像部件，该成像部件用于将构建材料的各个部分粘合成表示在数字模型中所包含的数据的各部分的横截面。第一成像部件可以是利用专门的折射像素移位机构的可编程平面光源，或者是其他成像系统。该平台包括用于向正在构建的部件提供可光固化树脂的注入系统。物体可以是使用各种粉末材料中的任意粉末材料的粉末复合材料部件或塑料部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月2日提交的序列号为62/540,392的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的公开以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本文公开的主题总体涉及物体的实体自由成型制造。更具体而言，本文公开的主题涉及用于由金属、塑料、陶瓷和包括一种或更多种材料的组合的复合材料实体自由成型制造物体的系统、设备和方法。

背景

本文描述的实施例总体涉及用于由金属、塑料、陶瓷和包括一种或更多种材料的组合的复合材料实体自由成型制造物体的设备和方法。

增材制造(AM)(也称为实体自由成型制造(SFF)、3D打印(3DP)、直接数字化制造(DDM)和固体成像)已日益成为广泛采用的对可视化演示和功能零件进行原型开发的方法。在某些实例中，这也成为生产制造的一种成本有效的手段。存在各种各样基于数字模型生产部件的手段，并且它们都减少了整个设计周期所需的时间和成本，这在许多行业提高了创新速度。

通常，SFF是以分层方式实现的，其中数字模型被分割成水平切片，并且每个切片作为2D图像在构建表面上产生。这些切片的连续制造产生了薄层的累积集合，这些薄层共同构成了由数字模型表示的三维物体。与传统制造技术(诸如计算机数控(CNC)加工、注入成型和其他手段)相比，SFF显著减少了生产时间和成本，因此出于研究和开发目的已被广泛用于使用传统手段的小批量生产将非常昂贵的情况。另外，与CNC机器相比，SFF设备通常需要较少的专业知识来操作。由于较长的安装时间和较高的机器操作成本，由CNC机器生产的单个零件的成本通常较高。CNC 生产的零件通常比SFF生产的零件具有更强健并且更详细的特征，这可能使它们在某些应用中更受欢迎。SFF在零件生产中的使用将一直受到限制，直到SFF技术能够生产的零件具有CNC生产的零件的分辨率和功能。

粉末注入成型(PIM)是一种大规模生产技术，已被广泛采用作为以传统上使用其他成型方法不可用的材料生产高精度部件的手段。粉末与树脂粘合剂混合以形成注入原料，注入原料被注入到模具中，类似于塑料注入成型。产生的零件是粉末复合零件，称为“绿色”零件。绿色零件要经受一个叫做脱粘的过程，在这个过程中，去除了大部分粘合剂。得到的零件称为“棕色”零件。然后，该棕色零件受到热处理，使粉末颗粒烧结在一起。零件在此过程期间收缩，并且粉末颗粒之间的空隙被去除。最终结果是具有接近全密度的零件。可以利用进一步的后处理来获得超过99.5％的密度。

一些最常见的SFF技术包括立体光刻(SLA)、选择性沉积建模(SDM)、熔融沉积建模(FDM)和选择性激光烧结(SLS)。这些方法在它们可以使用的材料类型、创建层的方式以及随后产生的零件的分辨率和质量方面有所不同。通常，以批量材料沉积方法或以选择性材料沉积方法产生层。在将批量沉积方法用于层产生的技术中，通常通过热、化学或光学过程来完成层成像。有一种技术：粘合剂喷射，其利用喷墨打印头将粘合剂沉积到粉末床，以产生类似于先前在PIM过程中描述的绿色零件的零件。这个绿色零件可以以相同的方式进行后处理，以产生最终的部件。不幸的是，由于产生绿色零件的过程的缺陷，通过这一过程产生的最终部件通常不能满足高精度应用的公差要求。另外，粘合剂喷射过程的精度和速度受到限制。

发明概述

本文公开了用于实体自由成型制造的设备和相关方法的实施例，用于产生用于各种应用的部件(例如，塑料、金属和陶瓷零件)。