具有加强网层的增材制造系统技术方案

一种三维物体打印机包括控制器，所述控制器操作至少一个喷射器以将光聚合物材料层放置在衬底上。控制器配置成在继续将光聚合物材料喷射到纤维上之前部分固化喷射的光聚合物层并且将纤维定位在固化层上。纤维可以是松散的或被组织成网。定位在固化层上的网片可以被预切割或者切割装置可以被操作以切割具有对应于光聚合物材料层的形状的形状的网片。纤维加强了光聚合物材料层并且使正在用光聚合物材料形成的总部件增加强度和耐用性。

Wood reinforced manufacturing system with reinforcing mesh layer

A three-dimensional object printer includes a controller that operates at least one ejector to position the photopolymer material layer on the substrate. The controller is configured to partially cure the sprayed photopolymer layer prior to spraying the photopolymer material onto the fiber, and positioning the fiber on the curing layer. Fibers can be loose or organized into nets. Mesh plates positioned on the curing layer can be pre cut or cutting devices that can be operated to cut webs having a shape corresponding to the shape of the polymeric material layer. The fibers reinforce the photopolymer material layer and increase the strength and durability of the total components formed of the photopolymer material.

【技术实现步骤摘要】
具有加强网层的增材制造系统
本文中公开的装置涉及产生三维物体的打印机，并且更特别地，涉及用于加强这样的物体的系统和方法。
技术介绍
数字三维制造也称为数字增材物体制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。三维打印是增材过程，其中一个或多个打印头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。衬底支撑在平台上，平台通过可操作地连接到平台的致动器的操作可三维地移动，或者一个或多个打印头可操作地连接到一个或多个致动器以便控制一个或多个打印头的运动以产生形成物体的层。三维打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术(如切割或钻孔)可区分。目前的三维打印机关于可以喷射的材料的粘度范围具有明显的限制，多数材料具有10到20厘泊(cP)之间的上限。喷射被固化的液体光聚合物的打印机被限制到该范围的上限。因此，用这些材料制造的物体可能太脆弱并且因此在它们的功能性上被限制。诸如熔融沉积成型(FDM)或选择性激光烧结(SLS)的其它增材制造方法可以使用材料的更宽范围并且因此能够产生比由固化光聚合物材料制造的物体更耐用的产品。所以，能够用固化光聚合物材料产生与FDM和SLS方法产生的物体一样耐用的物体的系统将是有利的。
技术实现思路
在结构的增材制造过程期间将纤维或一个或多个网片嵌入三维结构中的制造方法增加结构的稳定性和耐用性。方法包括用控制器操作多个喷射器中的至少一个喷射器以在衬底上形成光聚合物材料的至少一个层，用所述控制器操作紫外(UV)辐射源以部分固化所述光聚合物的至少一个层，用所述控制器操作致动器以将纤维定位到所述部分固化的光聚合物的至少一个层的顶表面上，以及用所述控制器操作所述至少一个喷射器以将附加光聚合物材料喷射到所述纤维上从而在所述纤维上形成光聚合物材料的至少一个其它层。在结构的增材制造过程期间将纤维或一个或多个网片嵌入物体中的系统增加结构的稳定性和耐用性。系统包括衬底，配置成朝着所述衬底喷射光聚合物材料滴的多个喷射器，发射辐射以固化从所述多个喷射器喷射的光聚合物材料的紫外(UV)辐射源，配置成将纤维定位在由所述衬底支撑的光聚合物材料上的致动器，以及可操作地连接到所述多个喷射器、所述辐射源和所述致动器的控制器。所述控制器配置成操作所述多个喷射器中的至少一个喷射器以在所述衬底上形成光聚合物材料的至少一个层，操作所述UV辐射源以部分固化所述光聚合物材料的至少一个层，操作所述致动器以将纤维定位在所述部分固化的光聚合物材料的至少一个层的顶表面上，以及操作所述多个喷射器以将附加光聚合物材料喷射到所述纤维上从而在所述纤维上形成光聚合物材料的至少一个其它层。附图说明在结合附图进行的以下描述中解释将纤维或一个或多个网片嵌入增材制造的三维物体中的系统的前述方面和其它特征。图1示出使用能够在构建过程期间定制切割网片的增材制造方法形成三维结构的系统的俯视图。图2示出图1中所示的系统的侧视图。图3示出根据本专利技术的另外实施例的包括附加元件的图1中所示的系统的俯视图。图4是用于将一个网片或多个网片嵌入三维结构中的增材制造方法的流程图。图5是可以在图3中所示的实施例中使用的纤维分配器的图示。具体实施方式为了本文中公开的系统和方法的环境以及系统和方法的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记标示相似的要素。图1和2示出使用能够在构建过程期间将纤维或网片嵌入结构中的增材制造方法形成三维结构的系统。当在本文中使用时，术语″纤维″指的是可用于将耐用性或抗拉强度赋予制造的结构的一种或多种材料的细丝的集合。当在本文中使用时，″网″指的是被组织以在至少两个不同方向上延伸并且保持在一起以形成在一定程度上可透空气和光的实体的多个纤维。打印机100包括衬底10，至少一个喷射器12，切割装置14，致动器16，控制器18，生成光栅数据的光栅图像处理器22，以及打印头驱动器24。例如由计算机辅助设计(CAD)系统产生的三维部件文件20由三维光栅图像处理器22接收，所述处理器生成待打印以形成部件11的层的光栅图像数据。光栅图像处理器22将光栅图像数据传到打印头驱动器24并且驱动器生成像素化数据，所述像素化数据用于操作至少一个喷射器12以及将数据发送到控制器18。至少一个喷射器12配置成朝着衬底10喷射光聚合物材料滴，使得滴在衬底10的顶部上形成光聚合物材料层。如图1中所示，多个喷射器可以连续被提供并且部件11移动通过喷射器的线以接收来自每一个的光聚合物材料滴。切割装置14配置成将网材料切割成实质上任何形状。致动器16配置成将来自切割装置14的至少一个网材料片13朝着衬底移动。至少一个网材料片13的目的是通过将至少一个网材料片13插入部件的层之间增加部件稳定性和强度。网用作部件内的支撑结构，并且可以放置在整个部件各处或者选择性地放置在部件内的仅仅高应力区域处。网材料可以由强度足以支撑固化部件的任何材料制造。这些材料包括、但不限于金属，如镍和不锈钢，和高强度塑料。控制器18可操作地连接到打印头驱动器24、至少一个喷射器12、切割装置14和致动器16。控制器18配置成操作系统的各种部件。例如，控制器18配置成具有带电子存储装置的中央处理单元(CPU)和显示器或用户接口(UI)的配套、专用计算机。控制器18也配置有通用或专用可编程处理器，所述处理器执行存储在可操作地连接到控制器的存储器中的编程指令。处理器、它们的存储器和接口电路将控制器配置成执行下述的操作。这些部件设在印刷电路上或者作为专用集成电路(ASIC)中的电路被提供。电路的每一个可以用独立处理器实现或者多个电路可以在相同处理器上实现。替代地，电路可以用设在超大规模集成(VLSI)电路中的分立部件或电路实现。而且，本文中所述的电路可以用处理器、ASIC、分立部件或VLSI电路的组合实现。首先，控制器操作至少一个喷射器12以喷射光聚合物材料滴从而在衬底10上形成光聚合物材料的至少一个层。在光聚合物材料被固化之前控制器18可以操作至少一个喷射器12以增加三维部件文件20所需的或用户期望的数量的层。一旦光聚合物材料被固化，至少一个网材料片13定位在光聚合物材料的顶层上。控制器18也可以参考用于操作至少一个喷射器12的被处理数据操作切割装置14以将网材料切割成具有对应于固化光聚合物材料的至少顶层的一部分的形状的一个或多个网片13。由此产生的至少一个网材料片13被切割成对应于部件11的顶层的一般横截面形状的一种或多种形状，如图1的实施例中所示。使网材料片13具有大致类似于部件的顶层的形状的形状最大化网材料片13接触的顶层的表面积。接触面积的该最大化加强部件的结构完整性和耐用性。用于操作至少一个喷射器12的被处理数据可以由控制器18使用以操作切割装置14从而切割单独地放置到部件的顶层上的多个网片13。切割装置14配置成使用本领域技术人员已知的各种切割方法切割网材料。在一个实施例中，切割装置14是激光切割系统并且在另一实施例中，切割装置14是可操作地连接到致动器的往复式刀片系统，所述致动器配置成响应从控制器18接收的信号移动往复式刀片系统以将网切割成对应于用于操作形成部件的喷射器的数据的形状。也就是说，控制器18在正和负X、Y和Z方向上操作致动器16以将来自切割装置14的至少一个网材料片13移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将纤维嵌入三维结构中的增材制造方法，其包括：用控制器操作多个喷射器中的至少一个喷射器以在衬底上形成光聚合物材料的至少一个层；用所述控制器操作紫外(UV)辐射源以部分固化所述光聚合物的至少一个层；用所述控制器操作致动器以将纤维定位到所述部分固化的光聚合物的至少一个层的顶表面上；以及用所述控制器操作所述至少一个喷射器以将附加光聚合物材料喷射到所述纤维上从而在所述纤维上形成光聚合物材料的至少一个其它层。

【技术特征摘要】
2015.11.11 US 14/9382271.一种用于将纤维嵌入三维结构中的增材制造方法，其包括：用控制器操作多个喷射器中的至少一个喷射器以在衬底上形成光聚合物材料的至少一个层；用所述控制器操作紫外(UV)辐射源以部分固化所述光聚合物的至少一个层；用所述控制器操作致动器以将纤维定位到所述部分固化的光聚合物的至少一个层的顶表面上；以及用所述控制器操作所述至少一个喷射器以将附加光聚合物材料喷射到所述纤维上从而在所述纤维上形成光聚合物材料的至少一个其它层。2.根据权利要求1所述的方法，所述纤维的定位还包括：用所述控制器操作所述致动器以将至少一个网片定位到所述固化光聚合物的至少一个层的顶表面上。3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：用所述控制器操作切割装置以将所述至少一个网片切割成对应于所述光聚合物材料的至少一个层的一部分的形状。4.根据权利要求3所述的方法，其还包括：用光学传感器生成所述光聚合物材料的至少一个层的图像数据；以及用所述控制器生成用于参考由所述光学传感器生成的图像数据操作所述切割装置和所述至少一个喷射器的信号。5.根据权利要求3所述的方法，其还包括：用所述控制器生成用于参考用于操作所述至少一个喷射器以形成所述光聚合物材料的至少一个层的图像数据操作所述切割装置的信号。6.一种使用增材制造方法形成三维结构的系统，其包括：衬底；多个喷射器，所述多个喷射器配置成朝着所述衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·P·曼德尔，D·A·曼特尔，CH·刘，M·卡努恩格，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US