[发明专利]三维、增材制造系统，以及制造三维物体的方法

说明书

本发明公开了一种三维增材制造系统。第一和第二打印机模块分别在第一和第二载体基底上形成一系列第一图案化单层对象和第二图案化单层对象。图案化单层对象在组装站的组装板上被组装成三维物体。控制器控制在打印机模块形成的图案化单层对象的顺序和图案，以及第一图案化单层对象和第二图案化单层对象在组装板上组装成三维物体的顺序。第一转移模块在第一转移区内将第一图案化单层对象从第一载体基底转移至组装装置，以及第二转移模块在第二转移区内将第二图案化单层对象从第二载体基底转移至组装装置。第一和第二打印机模块被配置为分别在第一和第二沉积条件下沉积第一和第二材料。所述第一和第二材料不同，和/或所述第一和第二沉积条件不同。

相关申请的交叉引用

本申请主张享有于2019年10月7日提交的序列号为16/595,265、名称为“三维、增材制造系统，以及制造三维物体的方法”的美国专利申请的优先权，且该美国专利申请享有于2018年10月8日提交的、名称为“多方法三维打印机”的美国临时专利申请号为62/742,505的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明涉及用于三维打印的系统和装置。

背景技术

自30年前首次提出以来，三维增材制造(3D打印)已经引起了人们对于潜在的更快、更经济的制造方法的浓厚兴趣。然而，迄今为止，这种潜力基本上没有实现。如今，绝大多数3D打印机被用来制造演示部件或非功能性样品，而大多数演示部件或非功能性样品都由塑料材料制成，选择这些塑料材料主要是为了与打印机兼容，而不是最终部件的材料要求。

阻碍更广泛地接受3D打印作为一种商业上可行的制造方法的问题之一是对于与这些应用兼容的特定材料的特定应用的要求。另一个问题是，与部件的其余大部分相比，需要提高部件的某些部分的精度。对于当前的技术，对提高精度的需求迫使人们选择能够提供所需精度的3D打印技术，这通常会导致比精度较差的方法更慢的构建速度。如果应用于部件的总体积，这些较慢的构建速度将对最终部件产生重大的成本影响。

尽管3D打印具有以更有效的材料利用和降低成品的最终重量来生产三维物体的潜力，但大多数的传统3D打印技术一次只能将一个体素沉积或固定到位。采用熔融沉积成型(FDM)类型的最常见3D打印机会挤出一条熔融聚合物线。除了受可用材料集的严格限制外，FDM也非常慢。定向能打印机在材料层中产生相变。该相变可能是通过由计算机引导下的激光或电子束的烧结或熔化而引起的，也可能是通过定向暴露于所选择的电磁辐射进行聚合来引起的。定向能打印机作为一个类别，显著扩展了可用的材料集，并且由于它们能在快速定位的材料层上运行，因此具有比FDM打印机更快的潜力。在当前的3D打印机技术中，在材料选择上具有最大灵活性和最快速度的打印机是采用喷射粘合剂技术的打印机。这些打印机迅速沉积一整层粉末，然后通过喷墨式打印头沉积粘合剂来固定粉末中的图案。其结果是一个可以使用多种材料，以至少比FDM打印机大一个数量级的速率来构建对象的系统。

整体而言，喷射粘合剂打印机是当前技术中最好的，但只能在一个对象中包含一种材料。尽管它们能够在单位时间内对大量材料进行图案化，但使用此类系统可达到的最小实际层厚度通常在25μm左右。这一限制也限制了打印层的精度。

诸如电子照相术的打印技术能够以非常高的精度快速打印较大的面积，但仅限于打印非常薄的层。如果物体中的所有体素都是以电子照相术形成的，则电子照相术的相对较低的质量沉积速率和电子照相系统的高复杂性使得其对于3D打印系统没有吸引力。

发明内容