[发明专利]使用激光辊隙加热的基于选择性层沉积的增材制造系统

说明书

披露了用于打印3D零件的基于选择性层沉积的增材制造系统和方法。使用一个或多个基于静电照相术的引擎来使粉末材料的层显影。这些层被转印以沉积在零件构建表面上。一个或多个激光器被用于对零件构建表面的区域和靠近轧辊入口的显影的层进行加热。然后显影的层被压入零件构建表面中。

本申请在所有国家的指定申请人、美国国营公司Evolve Additive Solutions公司于以及在所有国家的指定发明人、美国公民J.Samuel Batchelder的名义下作为PCT国际专利申请于2020年6月30日提交，并且要求于2019年7月3日提交的美国临时专利申请第62/870,446号的优先权，该专利申请的内容通过援引以其全文并入本文。

背景技术

本披露内容涉及用于三维(3D)零件的增材制造的系统和方法，更具体地涉及用于构建3D零件及其支撑结构的增材制造系统和工艺。

增材制造系统用于使用一种或多种增材制造技术从3D零件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)构建3D零件。可购买到的增材制造技术的示例包括基于挤出的技术、喷墨、选择性激光烧结、粉末/粘结剂喷射、电子束熔化和立体平版印刷工艺。对于这些技术中的每一种，3D零件的数字表示最初被分成多个水平层。对于每个切片层，然后生成工具路径，该工具路径为特定的增材制造系统提供指令以形成给定层。

在电子照相3D打印过程中，使用电子照相引擎来打印3D零件及其支撑结构的数字表示的每个切片或使其显影。电子照相引擎使用被配制用于在构建3D零件中使用的带电粉末材料(例如，聚合调色剂材料)。静电照相引擎通常使用涂布有光电导材料层的支撑鼓，其中，在由光源按成像方式暴露光电导层之后，通过静电充电形成静电潜像。静电潜像然后被移动到显影站，在该显影站处，聚合物调色剂被施加到带电区域，或者替代性地被施加到光电导绝缘体的放电区域，以形成表示3D零件的切片的带电粉末材料层。显影的层被转印到转印介质，通过热和压力将该层从转印介质输注到先前打印的层，以构建3D零件。

除了上述可商购获得的增材制造技术之外，已经出现了一种新颖的增材制造技术，其中，首先在成像过程中选择性地沉积颗粒，从而形成与要制造的零件的切片相对应的层；然后将这些层相互粘合，从而形成零件。这是选择性沉积工艺，与例如其中成像和零件形成同时发生的选择性烧结相反。选择性沉积工艺中的成像步骤可以使用电子照相术来完成。在二维(2D)打印中，电子照相术(即，静电复印术)是用于在比如打印纸等平面基底上创建2D图像的流行技术。电子照相系统包括涂布有光电导材料层的导电支撑鼓，其中，通过充电、然后由光源按成像方式暴露光电导层来形成静电潜像。静电潜像然后被移动到显影站，在该显影站处，调色剂被施加到光电导绝缘体的带电区域，以形成可视图像。形成的调色剂图像然后被转印到基底(例如，打印纸)上，并且通过加热或压力附着到基底上。

为了将每个层从转印介质输注到零件构建表面，在按压部件(例如呈轧辊形式)施加压力以将该层转印到零件构建表面之前，对零件构建表面和转印介质上的层进行预热。如果零件构建表面和/或零件被加热得太快，则它们可能在由零件构建表面施加压力之前冷却超过期望的量。另一个问题是零件构建表面和要转印到的层不应该被加热到招致调色剂材料降解的温度。进一步地，低于降解温度的一些温度仍然会导致零件过度伸长或其他不期望的结果。控制零件构建表面和转印介质上的层的温度以改进输注过程提出了许多挑战。

发明内容