多材料三维打印机制造技术

将第一粉末层分配在构建板上的层中。然后可选地施加粘合剂以将第一粉末层的部分保持在一起。然后将未被粘合的第一粉末移除。然后将第二粉末分配在构建板上的层中和构建板上的粘合的第一粉末的部分上。然后可选地应用粘合剂以将第二粉末的部分保持在一起。然后将未被粘合的第二粉末移除。第三或更多的不同粉末可以类似地被分配和粘合以完成多材料层。然后在接下来的随后的层上重复该过程。固化辐射源能够加速将粉末粘合在一起。通过在每一个多材料层的部分中分配易挥发材料可以在该层的部分中形成孔洞。本文也公开了实施该打印过程的机构。

Multi material 3D printer

The first powder layer is disposed in the layer on the construction board. Optionally, an adhesive is applied to hold portions of the first powder layer together. Then, the first powder that is not bonded is removed. The second powder is then distributed on the layer on the construction board and on the part of the first powder bonded on the construction board. Optionally, an adhesive is applied to hold portions of the second powder together. The removed second powder is then removed. Third or more different powders can be similarly assigned and bonded to accomplish a multi material layer. The process is then repeated over the next subsequent layer. The solidified radiation source can accelerate the bonding of powders together. Holes can be formed in portions of the layer by distributing volatile material in each of the plurality of material layers. The mechanism for carrying out the printing process is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用多种不同材料进行打印的三维打印机和打印方法。更具体地，本专利技术涉及具有多种不同的材料粉末分配部的三维打印机和打印方法，材料粉末分配部将其材料放置在所形成的层的不同部分中，并且不同的材料粉末粘合在一起，之后在先前已完成的层上打印下一个层。
技术介绍
三维(3D)打印或增材制造作为一种制造技术被寄予厚望，因为它能够替代用于传统技术的必要的工具作业，它运用CAD/CAM系统将材料的固定直接驱动成为如CAD文件所限定的物体。3D打印的所有基本方法都设计为对物体的所有部分，以及对该打印机所生成的所有物体都使用单一类型的材料。采用被称为熔融沉积成型(FDM)技术的这一类打印机最能够使用多材料。FDM机器使用材料丝，材料丝能够融化并通过计算机控制的打印头挤出，并在材料离开挤压部之后立即固化，以形成按照CAD文件中的设计的建模。通过采用多于一个的打印头，每个打印头具有不同类型的丝材，可以建立多于一种材料的模型。虽然这些不同的丝材代表不同种类的聚合材料，但是这项技术仅限于低熔点、主要为有机材料。因为FDM打印机要求打印头追踪3D模型中的每一个体素，一次追踪一个体素，并且是以与融化和挤压材料相兼容的速度，那么它们在生产较大体积的物体时会很慢。因为这样，FDM打印机主要被用于构建模型或原型。基于粘合剂喷射的3D打印机因为其在可用材料的灵活性上而被寄予厚望，并且相比于其他种类的3D打印机有潜力能大幅增加产量。基于粘合剂喷射的3D打印机使用墨喷射型打印头来将胶水喷洒在粉末的薄层上，当这样设置时，胶合在一起的粉末形成固体片，并且为由计算机指令给打印头的图案所限定的构造，用于物体的给定层。当胶水凝固后，将下一个粉末的薄层铺撒在原始层之上，然后在该层的图案中重复胶水或粘合剂的定图案喷射。每个层都因此而形成图案之后，工件从打印头处大致转位，使得墨喷射部和粉末层之间的关系与它们在第一层中的关系一样。没有通过粘合剂形成图案的粉末，留在它最初被存储的位置，并充当存放在先前没有被粘合剂图案化的区域中的粉末/粘合剂部分的基底，还充当用于粉末/粘合剂结构的支撑部。当这部分的存储完成后，没有通过粘合剂形成图案的粉末被移除。现有的系统使用的粉末从通过水粘合用于实体模型的熟石膏，到通过胶水粘合用于沙模铸造核心的沙子，到通过胶水粘合并接下来烧结成完成的金属部的金属。现有的系统中没有一个能够构建一种物体，该物体的不同区域包括不同材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供三维(3D)打印机，其能够构建全自由形态的3D物体，该物体内的区域包括不同的材料，并且能够在这样的物体内构建具有扭曲的出口路径(或到物体的外表面甚至无孔)的孔隙空间。根据本专利技术构建的物体能够在打印过程完成之后完成，但是更普遍的，当移除粘合剂材料时，被打印的物体将会以使得不同材料的粉末更加致密的方式得以处理，以产生与得到粉末材料的固体材料的性能具有类似性能的物体的部件。具体地，例如，粉末化的氧化铝陶瓷将获得与氧化铝陶瓷的固体件相同的性能，粉末化的合金钢将得到与传统粉末冶金技术构建的合金钢的条块相同的性能。可选地，物体会被充分处理为当移除未被粘合的粉末材料时，恰好将粉末的颗粒粘合在一起，留下孔隙空间或孔隙空间可由另一种材料通过注入填充。本专利技术使用在现有的粘合剂喷射系统上采用的某些特定粘合剂喷射系统。具体地，本专利技术包括多喷嘴、墨喷射型头，以及相关联的驱动电子件和计算机，以分配粘合材料。本专利技术也可以包括第二相似的、多喷嘴、头，以分配不同的粘合剂材料，和/或一定量的诸如易挥发材料的填充材料。本专利技术还使用了粉末涂布系统，该粉末涂布系统与使用在传统粘合剂喷射系统中的粉末涂布系统相似，以存储被精确控制厚度和粉末密度的粉末的薄层。传统的粘合剂喷射系统使用一个粉末涂布系统以存储用于全部构建过程的单一材料，而本专利技术包括超过一个粉末涂布系统，每一个粉末涂布系统都存储一种不同的材料。多种材料中的每一种可以存储在被打印的物体的每一层中，或任意层可以仅使用可用材料中的一种或可用材料的总数中的一部分。每个粉末涂布系统在被激活时优选地在整个可打印表面上存储均匀的且未形成图案的粉末的层，或在一些情况下仅仅在可打印的表面的意于通过特殊材料形成图案的选定部分上存储。在粉末被存储在打印空间中之后，可以通过粘合剂使给定材料形成图案，如传统的粘合剂喷射那样，或粘合剂可以由墨喷射头存储在之前完成的层上，粉末被存储在之前完成的层上并且粘合剂允许吸收进入并弄湿图案中的所有粉末。这两种技术能够在给定物体中结合。粘合剂提前喷射进入粉末或之后喷射进入粉末，粘合剂通常都通过应用一些形式的诸如紫外线光的固化能或热能而被固化，通过固化的粘合剂材料使粉末粘合在一起形成坚固的图案。为了方便在任意层上使用多种材料，没有被粘合到物体的层中的粉末在下一种材料被存储之前被从打印区域处移除。打印物体的层中的每一种后续的材料都通过粉末存储、图案化的粘合剂喷射、固化以及过量粉末的移除的连续循环来完成。当层上的所有材料都被存储、粘合和固化时，被打印的物体和墨喷射头之间的空间相对于先前完成的层转位以维持打印表面和打印头之间合适的关系。因为通常需要改变物体的任意给定层的厚度，出于从一层至下一层的设计上的必要改变的考虑，或出于给定的层或部分中的所需图案的精确性的考虑，完成的层的厚度以及因此部分打印的物体的量相关于打印头转位，可与每一个完成的层都不同。在每一个材料存储步骤的最后移除过量粉末可在相同层中应用后续材料，保证了不同材料的被移除的粉末至少大部分分离，消除了在打印过程的最后移除过量粉末的需要，并且通常，加速了打印过程。也消除了对打印结构的支撑以及对在之前的层中未被打印的物体的任意部分的基底。这些功能可以根据需要容易地由功能性材料中的一种的支撑结构提供或由将在后续过程中从物体中移除而留下孔洞的易挥发材料提供。在本专利技术的一个实施方式中，粉末涂布机构将涂布与构建平台一样宽的区域，并与打印头配合运动。在本优选的实施方式中，当涂布机构横跨整个构建板时，每一粉末层被存储在单独的连续操作中。在粉末层的存储完成后，涂布机构撤退，以允许打印头进入构建平台板的区域。对特定物体所用到的每一种材料，提供单独的粉末存储机构。这些粉末存储机构中的每一个可移动以转位进入实施粉末涂布操作的位置，并且当粉末层完成时，移动到停位点，以为粘合剂打印喷射头或粉末移除机构或接下来的用于当前层上待涂布的不同粉末的粉末存储机构让路。单独的粉末存储机构能够在一个实施方式中一起运行，但是按顺序存储粉末(或不存储)，并由粘合、固化和粉末移除步骤分开。在本专利技术的另一个实施方式中，粉末涂布机构涂布的区域与多喷嘴打印头一样宽，并且与打印头配合运动。该实施方式在准备粉末的存储时在粘合剂预喷射到所需图案中的情况下非常重要。粉末存储和粘合剂的存储的密切配合允许粘合剂喷射和粉末引入之间更均匀的同步，这将提升粘合剂的吸收、流动或烘干的可控性。在本专利技术的另一个实施方式中，粉末涂布系统使用阀的系统，当粉末涂布部横跨打印区域时该阀能够打开和关闭，使得实际上涂布有粉末的区域能够被控制到这样的程度：没有过量的粉末被存储，以及所有的存储的粉末都涂布有粘合剂。可选地，如果粘合剂喷射头的分辨率(resolution)大于粉末阀系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多材料三维打印机，组合地包括：构建板；第一粉末分配部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以在所述构建板上放置第一粉末层；粘合剂喷射部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以放置粘合剂并在放置粘合剂的位置将第一粉末粘合在一起；第一粉末移除部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以移除所述第一粉末层中未被粘合的粉末；以及第二粉末分配部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以在所述构建板上放置第二粉末层，所述第二粉末不同于所述第一粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.04 US 61/988,2661.一种多材料三维打印机，组合地包括：构建板；第一粉末分配部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以在所述构建板上放置第一粉末层；粘合剂喷射部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以放置粘合剂并在放置粘合剂的位置将第一粉末粘合在一起；第一粉末移除部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以移除所述第一粉末层中未被粘合的粉末；以及第二粉末分配部，其在所述构建板的至少部分上可移动，以在所述构建板上放置第二粉末层，所述第二粉末不同于所述第一粉末。2.根据权利要求1所述的打印机，其中动力机置于所述构建板和所述第一粉末分配部之间、所述粘合剂喷射部和所述第二粉末分配部之间，以使所述构建板相对于所述第一粉末分配部、所述粘合剂喷射部和所述第二粉末分配部移动。3.根据权利要求2所述的打印机，其中所述动力机包括用于所述构建板的升降机，在所述第二粉末层完成后所述升降机使所述构建板降低。4.根据权利要求1所述的打印机，其中所述第一粉末分配部在整个所述构建板上可移动。5.根据权利要求1所述的打印机，其中所述第一粉末分配部和所述粘合剂喷射部中的一个跟着另一个在所述构建板上一起移动。6.根据权利要求5所述的打印机，其中所述第二粉末分配部和所述粘合剂喷射部中的一个跟着另一个在所述构建板上一起移动。7.根据权利要求1所述的打印机，其中固化辐射源在所述构建板的至少部分上可移动，以将粘合剂固化，并在放置有至少一种粘合剂的位置处将所述第一粉末和所述第二粉末保持在一起。8.根据权利要求7所述的打印机，其中所述固化辐射源在整个所述构建板上移动。9.根据权利要求7所述的打印机，其中所述固化辐射源包括紫外线辐射源。10.根据权利要求7所述的打印机，其中所述固化辐射源包括热源。11.根据权利要求1所述的打印机，其中设置第二粉末移除部，所述第二粉末移除部在所述构建板的至少部分上可移动，以移除所述层中的未被粘合的第二粉末；以及其中设置主轴传送器，所述主轴传送器在所述构建板上从所述构建板的第一端至所述构建板的第二端大致线性地承载至少所述第一粉末分配部、所述第二粉末分配部、所述第一粉末移除部、所述第二粉末移除部，以及至少一个所述粘合剂喷射部，所述第一端与所述第二端相对。12.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·E·罗伦，
申请(专利权)人：亦欧普莱克斯公司，菲利普·E·罗伦，
类型：发明
国别省市：中国香港;81