3D打印具有光学功能表面的物体制造技术

技术编号:18583117 阅读:29 留言:0更新日期:2018-08-01 15:33
一种用于3D打印具有至少一个壁(2)的物体的方法,该壁(2)具有第一表面和相对的第二表面,其中,该第一表面旨在用作光学功能表面,其中,该壁通过打印一个迹线(16)在另一迹线(17)的顶部形成。在打印期间选择物体的定向,使得壁具有不平行于z轴的切线(或切线表面),使得第一表面背离x‑y平面并且第二表面面向x‑y平面。根据本发明专利技术,3D物体因此在打印期间被定向,使得旨在用作光学功能表面的第一表面背离x‑y平面,即,通常远离3D物体被打印在其上的支撑件或平台。通过在打印期间确保该定向,第一表面变得比该壁的相对的第二表面更光滑。

3D prints an object with an optical functional surface

A method for 3D printing an object with at least one wall (2) having a first surface and a relative second surface, in which the first surface is intended to be used as an optical functional surface, in which the wall is formed by printing a trace (16) at the top of the other trace (17). During the printing period, the orientation of the object is selected so that the wall has a tangent (or tangent surface) that is not parallel to the Z axis, so that the first surface is deviated from the X Y plane and the second surface is oriented to the X Y plane. According to the invention, the 3D object is therefore directed during the printing process so that the first surface designed to be used as the optical functional surface is to deviate from the X Y plane, that is, the support or platform is usually far away from the 3D object being printed on it. By ensuring that orientation during printing, the first surface becomes smoother than the relative second surface of the wall.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印具有光学功能表面的物体
本专利技术涉及3D打印具有至少一个壁的物体,该壁具有第一表面和相对的第二表面,其中,所述第一表面旨在用作光学功能表面。
技术介绍
数字制造已经开始改变全球制造的性质。数字制造的一个方面是3D打印。当前已经开发出许多不同的技术,以便使用各种材料(例如陶瓷、金属和聚合物)生产各种3D打印的物体。3D打印还可用于生产模具,该模具然后可被用于复制物体。为此目的,已经提出使用聚合物喷射(polyjet)技术。该技术逐层沉积可光聚合材料,该材料在每次沉积之后固化以形成固体结构。尽管这种技术产生光滑的表面,但光可固化材料不是非常稳定的,并且它们还具有相对低的导热性,可用于注塑成型应用。最广泛使用的是称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。FDM打印机使用热塑性细丝,该热塑性细丝被加热到它的熔点,并且然后逐层地挤出,以创建三维物体。FDM打印机相对较快,并且可用于打印复杂的物体。FDM也是一种理想的打印工艺,特别是在打印在照明中使用的锥形半球或刻面物体时。US20140070445A1描述了一种用于生产物体的FDM方法以及在挤出到物体的外部壁期间变化构建材料的沉积速率以在外部壁上创建不均匀表面纹理的各种方式。为此目的,他们提出变化挤出速度,在挤出期间的方向上的距离,以及变化x-y方向的速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服这个问题,并且提供一种不太复杂的方式来实现适合于用作光学功能表面的3D打印的表面。根据本专利技术的第一方面,这个和其他目的通过一种3D打印具有至少一个壁的物体的方法来实现,该至少一个壁具有第一表面和相对的第二表面,其中,第一表面旨在用作光学功能表面,该方法包括:沿着x-y平面中的预定路径移动打印头,在打印头沿着预定义路径移动期间,从打印头的喷嘴挤出打印材料的迹线,以打印物体的一层,将连续层在彼此上打印,由此通过将一个迹线打印在另一迹线的顶部上来形成壁,通过限定每层的预定义路径,选择物体在打印期间的定向,使得壁的至少一部分具有不平行于z轴的切线(或切线表面),使得该部分中的第一表面背离x-y平面并且该部分中的第二表面面向x-y平面,并且其中,该部分中的第一表面的表面光滑度大于该部分中的第二表面的表面光滑度。根据本专利技术,3D物体因此在打印期间定向,使得旨在用作光学功能表面的第一表面背离x-y平面,即,通常远离支撑件或平台,3D物体被打印在该在支撑件或平台上。通过在打印期间确保该定向,第一表面变得比壁的相对的第二表面更光滑。本专利技术基于以下认知:当非固体物体包括由打印材料的连续层形成的壁时,该壁的表面性质将取决于物体在打印期间的定向。如果壁是竖直的(例如竖直柱体),则壁的内侧和外侧的表面将具有相同的粗糙度。然而,当壁相对于x-y平面倾斜时(诸如斜的柱体或锥形物体),面向平台的任何表面比背离平台的相对表面更粗糙。本专利技术的专利技术人已经认识到,通过在打印期间控制物体的定向,可以控制打印物体的选定部分的表面质量。特别地,光学功能表面(例如,用于光的准直或美观的表面)可以被定向为使得它被打印得比壁的相对表面更平滑。由打印材料的连续迹线形成的壁将具有由喷嘴的直径限定的宽度(在x-y平面内)。通常,这将因此是相对薄的壁。仍然,迹线(和壁)的宽度优选地大于每层的厚度,以便实现期望的平滑度。根据优选实施例,喷嘴直径与打印层的厚度的比率大于三,或者甚至大于五。几个不同的3D物体可以呈现具有如下的壁,该壁的表面可能定向为使得壁的一个表面比另一表面更光滑。然而,当壁形成围绕中空内部的轮廓时,本专利技术特别有用。这种形状的具体示例是柱体(相对于x-y平面斜),(截顶)锥体,(截顶)金字塔,半球等。该形状可以是旋转对称的,但这不是必需的。但是,备选地,壁可以是一个更复杂物体的一小部分。为了使本专利技术相关的唯一条件是壁由在彼此上打印的多个迹线形成。第一表面与第二表面之间的表面光滑度的差异将是也与壁的倾斜或壁的相对于x-y平面的部分有关的函数。当壁垂直于表面或相对于法线(z轴)形成小角度(小于0-5度)时,内表面和外表面的质量没有太大差异。在本专利技术的一些实施例中,第一表面的切线(或切线表面)与法线(z轴)之间的角度在5-45度的范围内,并且优选在5-35度的范围内。在一些应用中,在根据本专利技术的打印期间,通过确保正确的定向而获得的平滑度是足够的。然而,在其他应用中,将涂覆功能表面以便获得期望的性质。在这种情况下,通过本专利技术获得的更光滑的表面对于这种涂层将是非常有利的。要注意的是,本专利技术涉及权利要求中记载的特征的所有可能的组合。附图说明现在将参照示出本专利技术的当前优选的一个或多个实施例的附图来详细描述本专利技术的这个和其他方面。图1a和1b示意性地图示了在两个不同定向上的锥形物体的FDM打印。图2a示出了图1b中的FDM打印的放大且部分剖开的透视视图。图2b是图2a的放大细节。图3a和3b是处于两个不同定向的第一3D物体的截面图。图4a和4b是处于两个不同定向的第二3D物体的截面图。图5是第三3D物体的透视视图。具体实施方式现在将参照附图更详细地描述本专利技术的当前优选实施例。然而,本专利技术可以以许多不同的形式来实施,并且不应被解释为限于本文阐述的实施例;相反,提供这些实施例是为了彻底和完整,并且将本专利技术的范围充分传达给本领域技术人员。图1a和1b示出了物体1的FDM打印,该物体1在图示的情况下处于锥体形状。FDM打印在本领域中是众所周知的,并且这里将不再详细描述。为了本公开的目的,以下描述的FDM打印机就足够了,该FDM打印机具有打印头10,该打印头10包括用于通过喷嘴13中的通道供给热塑性材料的细丝12的进料器11。在喷嘴的紧邻上游提供加热器(未示出),该加热器被配置成加热细丝到它的熔点,使得热塑性塑料通过喷嘴以熔融形式挤出和沉积。打印头10被布置成在x-y平面内移动,同时沉积熔化的热塑性塑料以打印一层物体。由于连续的层被打印在彼此的顶部,因此该物体在z方向上逐层构建。该物体通常被打印在某种支撑件或基底14上。物体1具有壁2,这里为围绕中空内部3的轮廓壁。内部可以在它的顶端和/或底端闭合,但也可以是敞开的。壁2具有背向基底的第一表面4、4’,以及面向基底的第二表面5、5’。根据本专利技术,物体(在图示的情况下为锥体)被打印成具有定向,使得物体的光学功能表面背向基底(即,它是第一表面)。在本文的上下文中,光学功能表面是旨在以期望的方式与光交互的表面,并且可以是旨在反射或美观的表面。如下文将要解释的,第一表面将比第二表面更光滑。在图1a中,第一表面(即用作光学功能表面的光滑表面)是锥体的外侧4。在图1b中,第一表面,即用作光学功能表面的光滑表面,是锥体的内侧4’。将参照图2a-b更详细地解释表面4、4’和5、5’的不同粗糙度背后的原理。图2a示出了打印头10的喷嘴如何围绕预定义路径15(这里基本上是圆形)移动,同时在先前沉积的层上沉积熔融细丝的迹线16。当3D打印具有围绕中空内部(诸如锥体、圆柱体、半球体等)的壁的物体时,壁的每层可以以离散运动进行打印,一次一层,或者壁可以利用打印机头的单一螺旋运动打印。这种技术被称为“螺旋化”功能,并且在某些3D打印软件中能够得到。在壁2的相对于基底倾斜的部分中,即不垂直于基底,正被打印的迹线16将仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印具有至少一个壁(2)的物体的方法,所述至少一个壁(2)具有第一表面(4、4’)和相对的第二表面(5、5’),其中,所述第一表面旨在用作光学功能表面,所述方法包括:沿着x‑y平面中的预定义路径(15)移动打印头(10),在所述打印头沿着所述预定义路径移动期间,从所述打印头(10)的喷嘴(13)挤出并且沉积打印材料的迹线(16),以打印所述物体的一个层,将连续层在彼此上打印,由此通过将一个迹线(16)打印在另一迹线(17)的顶部上来形成所述壁,通过限定每层的所述预定义路径,选择所述物体在打印期间的定向,使得所述壁的至少一部分具有与所述x‑y平面的法线不平行的切线,并且其中,所述部分中的所述第一表面背离所述x‑y平面并且所述部分中的所述第二表面面向所述x‑y平面,并且其中,旨在用作光学功能表面的所述第一表面的表面光滑度大于所述第二表面的表面光滑度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.09 EP 15193623.41.一种用于3D打印具有至少一个壁(2)的物体的方法,所述至少一个壁(2)具有第一表面(4、4’)和相对的第二表面(5、5’),其中,所述第一表面旨在用作光学功能表面,所述方法包括:沿着x-y平面中的预定义路径(15)移动打印头(10),在所述打印头沿着所述预定义路径移动期间,从所述打印头(10)的喷嘴(13)挤出并且沉积打印材料的迹线(16),以打印所述物体的一个层,将连续层在彼此上打印,由此通过将一个迹线(16)打印在另一迹线(17)的顶部上来形成所述壁,通过限定每层的所述预定义路径,选择所述物体在打印期间的定向,使得所述壁的至少一部分具有与所述x-y平面的法线不平行的切线,并且其中,所述部分中的所述第一表面背离所述x-y平面并且所述部分中的所述第二表面面向所述x-y平面,并且其中,旨在用作光学功能表面的所述第一表面的表面光滑度大于所述第二表面的表面光滑度。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述物体被打印在与所述x-y平面平行延伸的支撑件上。3.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·A·M·希克梅特C·T·H·F·利登鲍姆
申请(专利权)人:飞利浦照明控股有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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