增材沉积系统和方法技术方案

一种增材沉积系统和方法，该系统包括生成被充电并且沉积到选择性充电基材上的增材材料的气溶胶。选择性地充电基材包括均匀充电基材的表面、从基材选择性地去除电荷以形成基材表面的充电和中性区域。基材的充电区域具有与充电气溶胶的极性相反的极性。增材材料的充电气溶胶由于充电基材与充电气溶胶之间的电势差沉积到基材表面的选择性充电部分上。该系统和方法还包括重复增材沉积处理以形成增材材料的多层基质。

Material deposition system and method

A wood deposition system and method comprising forming an aerosol that is charged and a material of increasing material deposited on a selective charging substrate. The selectively charged substrate includes a surface of a uniformly charged substrate and selectively removes charge from the substrate to form a charge and neutral region on the substrate surface. The charging region of the substrate has a polarity opposite to the polarity of the charged aerosol. Charging materials due to the selective increase of aerosol charging and charging base between aerosol deposition potential to the substrate surface charging part. The system and method also include a multilayer matrix for repeated material deposition treatment to form a material for increasing wood content.

【技术实现步骤摘要】
增材沉积系统和方法
技术介绍
零件的定制制造是增长的行业并且具有广泛的应用。传统地，注模机和其他加工技术被用于形成物体的模型或形成物体自身。更具体地，类似玻璃、金属、热塑塑料和其他聚合物的加热材料被注射到特定地成形为所需物体的形状的注模内。允许材料在模型中冷却并且具有模型的形状以形成物体。形成注模是昂贵和耗时的，在不进一步增加形成物体的时间和费用的情况下难以适应物体的形状的改变。响应于改变注模以形成模型或物体自身的费用、时间和困难出现了增材制造行业。已知的增材制造技术尤其包括熔融沉积造型(FDM)、光固化立体成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和喷射系统。每一种已知的增材制造技术具有材料、费用和/或容积能力方面的限制，这阻止利用整套热塑性材料进行小批量生产、定制制造和原型机制造。此外，已知的增材制造技术不能精确地制造具有与通过类似注模的传统技术制造的优质物体的相同机械性能、表面光洁度和特征的零件。在增材制造不能生产具有足够的应用性能的情况下，兴起了利用低成本机具的快速计算机数字控制(CNC)加工和快速注模的整个行业。然而，这些技术比增材制造技术显著地更加昂贵并且具有其自身的加工限制。该行业不得不在通过传统方式生产高质量、高容量性能物体与生产低质量物体的增材制造技术之间进行选择，传统方式昂贵、不灵活并且耗时，比如注模，增材制造技术或许没有所需的结构完整性以及有时没有所需材料，但具有更大的速度和灵活性。例如，FDM和SLS在能够使用的材料方面受到限制，并且生产小于100％密度的物体。快速CNC模铸具有包括较大特征细节和精加工的较好质量的物体，但仍然是昂贵的。通过已知的增材制造技术产生的样品通常被精制，直到选定用于大规模、高质量注模生产所产生的注模的最终设计为止。这种多阶段生产过程也是耗时和昂贵的。制造行业将受益于实现利用宽范围热塑性材料组和能够制造具有利用更加传统的制造技术获得的复杂性和结构完整性的物体的特征方案的数字、增材制造的优势的制造过程。
技术实现思路
根据本文所说明的方面，提供一种增材沉积的系统和方法，其能够利用各种增材材料并使其以高分辨率方式沉积到基材上。该系统还能够通过重复增材材料处理形成增材材料基质。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的示例增材沉积处理。图2是根据本专利技术的实施例的另一个示例增材沉积处理。图3是根据本专利技术的实施例的示例增材沉积系统的框图。图4是根据本专利技术的实施例的示例增材沉积系统的示例增材材料制备部分。图5是根据本专利技术的实施例的示例增材淀积系统的示例基材部分。具体实施方式图1是根据本专利技术的实施例的示例增材沉积处理100。该过程利用气溶胶液滴与基材层表面的选择部分之间的电荷电位差将雾化液体增材材料选择性地沉积到基材上。增材材料可以是液体或液态材料，比如熔融成液体状态的固体材料。增材材料可以是任意数量的材料，包括比如为热塑塑料的聚合物。材料首先制造成可以在选择性沉积处理中形成的气溶胶。增材材料在基材层表面上的选择性沉积引起高效处理，由于未沉积增材材料可被再循环并且循环回到处理100内，增材材料的任何过量沉积基本受限。此外，通过选择表面电荷密度以及控制液滴上的电荷，可以控制每次循环中沉积的材料的量。另外，处理100具有与基于选择性地去除的电荷的分辨率的沉积相关的分辨率或精细度。这允许增材处理100基于该处理的电荷改变部分的电荷密度和分辨率实现高分辨率水平。增材材料的反复沉积可被用于形成由增材材料建造的三维基质或物体。可以以多种方式产生液体气溶胶的增材材料。作为示例，在图1中，利用长丝延伸雾化器产生102气溶胶。长丝延伸雾化器利用一对相对转动的辊子以在辊子的位于下游侧上的扩散表面之间拉伸液体流化增材材料的长丝，从而生成气溶胶。在示例性实施例中，增材材料可以是通过加热和熔融聚合物液体地制造的热塑性聚合物。液体增材材料集中在辊隙的上游侧上、辊子对之间的空间中，并且在辊子反向旋转时被拉入辊隙内。在下游侧上，在辊子的扩散表面之间流体被拉伸成长丝内，流体的一部分仍然粘附在辊子的扩散表面上。当流体长丝被拉伸时，长丝变得更长并且更薄。当流体长丝达到不稳定点即流体长丝的毛细破裂点时，长丝破裂成多个液滴。由于辊子反向旋转，因此流体长丝在辊子的表面上的连续形成和破裂产生增材材料液滴的气溶胶。增材材料的气溶胶然后被导向该处理的另外的部分以便沉积到基材上。可以采用包括扩散活塞、同向旋转辊子以及辊子和皮带结构的其他长丝延伸雾化器。可选择地，可以基于液滴的尺寸或其他物理参数选择性地过滤104所形成的多个液滴。多个液滴的可选择的物理参数可以包括液滴尺寸和/或重量。网式过滤器可被用于选择以匹配所需物理参数的液滴。可替代地，惯性冲击器或其他装置或方法可被用于选择匹配所需物理参数的液滴。增材材料液滴的气溶胶被静电充电106成第一极性，准备沉积到基材层表面上。气溶胶充电器可被用于在气溶胶液滴输送通过充电器或由充电器输送时为气溶胶液滴充电。在示例中，可以通过使气溶胶穿过其中包含电晕并且离子电流流过的区域或利用从液滴激发电子放射的电离辐射或者通过其他方式为气溶胶静电地充电。基材层表面还可以在选择性地改变基材层表面112的电荷之前经历均匀的充电过程110。基材充电过程110为基材层的表面均匀地静电充电。也就是说，基材层的表面通过以与充电气溶胶的极性相反或相同的极性均匀地充电至所需电荷密度。基材充电设备可被用于为基材层表面静电地充电。该设备可以包括电晕器、电晕管或其他电晕放电装置。电晕放电装置产生离子放电，离子放电为基材层表面均匀地静电充电。在将基材静电地充电至与增材材料的气溶胶的极性相反的极性的示例中，基材上的表面电荷的一部分可以选择性地改变成基本中性状态。基材层表面电荷的选择性改变形成基材层表面的基本中性部分，充电气溶胶不被吸引或不通过静电力沉积至基本中性部分。也就是说，充电气溶胶通过静电力选择性地沉积在仅基材的保持充电的那些部分上。由于增材材料的气溶胶和基材具有反向极性，因此在两者之间存在电势。静电势引起使充电气溶胶吸附或沉积到基材层表面的相反充电部分上的静电力。充电气溶胶被连续地吸引或沉积到基材层表面上，直到充电气溶胶与充电基材层表面之间的静电势减小至临界点为止。一旦充电气溶胶与基材表面层之间的静电势减弱至临界点，则静电力减弱使得基本没有另外的充电气溶胶吸引到充电基材表面层上。充电气溶胶与充电基材表面层之间的静电势的大小和静电力的强度基于电荷密度和使充电气溶胶与充电基材表面层分离的距离。改变基材表面层的电荷密度使沉积到基材层表面上的增材材料的量发生改变。该充电材料沉积或吸引时，充电气溶胶与基材层表面之间的静电势随着通过沉积的充电增材材料中和基材层表面电荷而减小。不仅其中选择性地沉积增材材料的区域受到选择性地改变基材层表面的静电电荷的限制，而且所沉积的增材材料的量也类似地受到限制。选择性地减小基材表面层的相似充电部分或区域的静电电荷使得在这些部分中沉积更少的相似充电增材材料。离子谱打印头或其他离子沉积装置可被用于选择性地改变基材层表面112的充电。离子谱打印头发射朝向基材层表面引导的离子。所发射的离子接触基材层表面并且可以根据释放离子的极性以及基材层表面的极性或静电状态中和或感应基材层表面上的静电电荷。在示例中，基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材沉积系统，包括：气溶胶生成设备，所述气溶胶生成设备构造成生成增材材料的气溶胶；气溶胶充电设备，所述气溶胶充电设备构造成将所生成的增材材料的气溶胶静电充电至第一极性；选择性充电设备，所述选择性充电设备构造成选择性地改变基材层表面的静电电荷；以及所充电的增材材料的气溶胶由于所充电的增材材料的气溶胶与所述基材之间的静电势而通过静电力选择性地沉积到电荷改变的基材上。

【技术特征摘要】
2016.01.20 US 15/0014081.一种增材沉积系统，包括：气溶胶生成设备，所述气溶胶生成设备构造成生成增材材料的气溶胶；气溶胶充电设备，所述气溶胶充电设备构造成将所生成的增材材料的气溶胶静电充电至第一极性；选择性充电设备，所述选择性充电设备构造成选择性地改变基材层表面的静电电荷；以及所充电的增材材料的气溶胶由于所充电的增材材料的气溶胶与所述基材之间的静电势而通过静电力选择性地沉积到电荷改变的基材上。2.根据权利要求1所述的增材沉积系统，其中，所述气溶胶生成设备是长丝延伸雾化器。3.根据权利要求1所述的增材沉积系统，其中，所述增材材料是聚合物。4.根据权利要求1所述的增材沉积系统，其中，所述选择性充电设备基于输入选择性地改变所述基材层表面的静电电荷。5.根据权利要求1所述的增材沉积系统，其中，选择性地改变所述基材层表面的静电电荷包括改变极性或静电荷密度中的至少一者。6.根据权利要求1所述的增材沉积系统，还包括基材充电设备，所述基材充电设备构造成利用具有第二极性的静电电荷均匀地静电充电所述基材层表面。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·约翰逊，V·A·贝克，S·A·埃尔罗德，D·K·比格尔森，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：美国,US