打印设备制造技术

技术编号:18842780 阅读:5 留言:0更新日期:2018-09-05 08:46
在一个示例中,描述了用于打印三维物体的设备。该设备可以包括:至少一个材料施加单元,用于沉积用于三维物体的体素的至少一种材料;竖直腔表面发射激光器阵列,包括多个竖直腔表面发射激光器,所述多个竖直腔表面发射激光器包括以第一波长操作的第一竖直腔表面发射激光器和以第二波长操作的第二竖直腔表面发射激光器;以及处理器,用于控制经由至少一个材料施加单元沉积用于体素的至少一种材料,并且用于控制经由多个竖直腔表面发射激光器中的至少一个向体素施加电磁能量以改变至少一种材料的至少一种性质。

Printing equipment

In one example, a device for printing three-dimensional objects is described. The apparatus may include at least one material application unit for depositing at least one material of voxels for three-dimensional objects; a vertical cavity surface emitting laser array, including a plurality of vertical cavity surface emitting lasers, comprising a first vertical cavity surface operated at a first wavelength. An emission laser and a second vertical cavity surface emitting laser operating at a second wavelength; and a processor for controlling at least one material deposited for voxels via at least one material application unit, and for controlling the application of electromagnetic energy to voxels via at least one of a plurality of vertical cavity surface emitting lasers. Change at least one property of at least one material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】打印设备
技术介绍
在增材制造技术或三维打印中,根据选择性添加材料而不是通过模制或通过减材加工(其中通过切割和磨削来移除材料)来构建物体。用于三维打印的候选包括机器、原型、消费者和工业产品的功能和美学组件,其在短期内生产、定制或可能是独一无二的。附图说明图1图示了本公开的示例打印设备的简化图;图2图示了通过本公开的打印设备打印或制造三维物体的一个示例的等距视图;图3图示了用于打印三维物体的本公开的示例方法的流程图;图4图示了用于生成用于渲染三维物体的指令的本公开的示例方法的附加流程图;以及图5描绘了可以变换成能够执行本文描述的功能的机器的示例计算机的高级框图。具体实施方式在一个示例中,描述了用于打印三维物体的设备。该设备可以包括:至少一个材料施加单元,用于沉积用于三维物体的体素的至少一种材料;竖直腔表面发射激光器阵列,包括多个竖直腔表面发射激光器,所述多个竖直腔表面发射激光器包括以第一波长操作的第一竖直腔表面发射激光器和以第二波长操作的第二竖直腔表面发射激光器;以及处理器,用于控制经由至少一个材料施加单元沉积用于体素的至少一种材料,并且用于控制经由多个竖直腔表面发射激光器中的至少一个向体素施加电磁能量以改变至少一种材料的至少一种性质。在另一个示例中,描述了打印三维物体的方法。该方法可以包括:打印设备接收用于打印三维物体的指令,所述指令包括用于三维物体的体素的至少一种材料、以及向体素施加的至少第一波长的至少第一强度的电磁能量;经由至少一个材料施加单元沉积用于体素的至少一种材料;以及经由多个竖直腔表面发射激光器中的至少第一竖直腔表面发射激光器将至少第一强度和至少第一波长的电磁能量施加到用于体素的至少一种材料以改变用于体素的至少一种材料的至少一种性质,其中多个竖直腔表面发射激光器包括以第二波长发射电磁能量的至少第二竖直腔表面发射激光器。在另一个示例中,描述了存储用于处理器的指令的非暂时性计算机可读介质。例如,非暂时性计算机可读介质可以存储指令,所述指令在由处理器执行时使得处理器:接收用于渲染三维物体的参数,所述参数包括三维物体的第一区域的至少一种性质、以及三维物体的第二区域的至少一种性质,所述第一区域包括至少第一体素并且所述第二区域包括至少第二体素;基于第一区域的至少一种性质并基于用于第一体素的至少一种材料来计算经由打印设备的多个竖直腔表面发射激光器向至少第一体素施加的电磁能量的强度和波长;基于第二区域的至少一种性质并基于用于第二体素的至少一种材料来计算经由多个竖直腔表面发射激光器向至少第二体素施加的电磁能量的强度和波长;以及生成用于渲染三维物体的指令,所述指令包括向至少第一体素施加的电磁能量的强度和波长、以及向至少第二体素施加的电磁能量的强度和波长。如本文所提到的,打印设备可以包括例如基于喷射分配的、用于打印或制造三维物体的增材制造设备。如本文所提到的,体素或体积像素包括可以用于创建更大的三维物体的最小三维单元。例如,在本公开的一个示例中,第一体素的中心与相邻体素的中心之间的距离可以是约20微米或更小。在一个示例中,该距离可以是10微米或更小。在本公开的一个示例中,打印设备可以包括竖直腔表面发射激光器(VCSEL)的阵列,以当由打印设备添加每个层时在强度和持续时间的不同级别上向三维物体的每个层的每个体素上施加特定波长或波长组合的电磁能量(例如从红外到紫外)。尽管通常照明的目标是物体的通常一致的材料性质,但受控的VCSEL照明提供了创建有意的不均匀性的机会,从而导致能够在单个三维打印物体中创建具有不同物理性质的一个或多个体素的不同区域。例如,通过使由VCSEL阵列施加的电磁能量的特性变化,可以精确地操纵变换的类型和程度以及对每个体素处的材料的结果所得的改变,从而导致能够将各种材料状态设计到三维打印物体内的小的或复杂形状的局部体积中。对由VCSEL阵列施加的电磁能量的波长、持续时间和强度的体素级别控制也可以与其他技术(诸如局部沉积试剂材料或功能试剂)相结合,以扩展针对每个体素可以有目的和有意操纵的性质的范围。例如,化学驱动的改变、电磁能量驱动的改变、以及两者的组合和相互关系可用于在体素级别实现可区分特性。受影响的特性可以包括材料或物理性质、或可见性质,诸如:纹理、孔隙度、刚性、柔韧性、弹性、强力度、半透明度、不透明度、反射率、强度、导电性和色度。从体素到体素的可变处理可以用于产生跨体积的材料改变的精细渐变、沿着三维物体的体积内的确定边界的突然改变、或体积内的其他图案。例如,其中施加第一波长的电磁能量和其中施加第二不同波长的电磁能量的重复线的某种图案可以用于创建具有一定柔韧性的物体的区域,而将相同波长和强度的电磁能量均匀施加到区域中的所有体素可以产生更刚性或更柔韧的区域。也可以施加来自VCSEL的不同波长和强度的电磁能量以创建视觉图案,诸如具有更大反射率、不透明度等的区域。此外,可以通过由VCSEL差别施加电磁能量来创建锯齿状线、角、形状内的形状等。例如,可以创建在中心处具有更刚性框架的软柔韧物体。在另一个示例中,不透明中心可以被半透明外部区域包围。可以通过本公开的示例提供相同或类似本性的其他图案和设计。此外,在通常照明的情况下,试剂材料可能被低效地利用于计及对宽频谱的波长的响应。相比而言,本公开的示例可以从由VCSEL阵列提供的一组波长中选择电磁能量的一个或多个波长,其中可以调整所选择的(多个)波长以优化一种或多种试剂材料的有效性。例如,体素可以从诸如尼龙或其他热塑性塑料的基底材料(其可以包括一种或多种基础或组分材料)创建。例如,基底可以包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯化合物或聚氨酯。还可以施加试剂材料,诸如着色剂染料、用于边缘效应的染料、交联剂、光引发剂等。例如,用作催化剂或促进剂的一些试剂材料有助于在被暴露于红外或紫外辐射时以某种形式固定基底材料。虽然一些试剂材料可以在广频谱的波长或与单个固定能量源(诸如卤素灯或红外灯)相关联的那些波长之上如所预期的那样表现,但至少一部分的试剂材料可以在较窄波段内或在与这样的固定能量源不关联的特定波长处最佳或最高效地工作。因此,根据本公开,可以选择特定波长的电磁能量以用于由在打印设备中可用的VCSEL的施加,其可以针对可以使用的特定类型的试剂材料和要创建的三维物体的一个或多个体素或区域的期望性质而定做,由此大大地扩展了可用于化学家或被用于操纵物体的性质的打印机的化学物质和试剂的范围。在体素级别控制的情况下,还可以调节从VCSEL阵列施加的电磁能量的不同波长、强度和持续时间的应用,以补偿边缘效应和其他问题,诸如会以其他方式在通常照明下造成不均匀结果的周围材料的反射率或能量吸收。在一个示例中,VCSEL阵列或条被安装到载体,其可以横穿打印设备的工作区域的表面或者可以跨工作区域的表面延伸。在一个示例中,VCSEL阵列可以具有受控竖直行进系统,使得VCSEL与三维物体的被照明表面之间的小的且良好限定的距离被维持。例如,距离可以通过VCSEL的焦深来确定,其中在打印设备中逐层构建物体时,所述距离保持恒定。VCSEL阵列可以包括具有静态或可调节波长的电磁能量发射的一种或多种类型的VCSEL。由VCSEL提供的波长越多,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打印三维物体的设备,所述设备包括:至少一个材料施加单元,用于沉积用于三维物体的体素的至少一种材料;竖直腔表面发射激光器阵列,包括多个竖直腔表面发射激光器,所述多个竖直腔表面发射激光器包括以第一波长操作的第一竖直腔表面发射激光器和以第二波长操作的第二竖直腔表面发射激光器;以及处理器,用于控制经由至少一个材料施加单元沉积用于体素的至少一种材料,并且用于控制经由第一竖直腔表面发射激光器或第二竖直腔表面发射激光器中的至少一个向体素施加电磁能量以改变至少一种材料的至少一种性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于打印三维物体的设备,所述设备包括:至少一个材料施加单元,用于沉积用于三维物体的体素的至少一种材料;竖直腔表面发射激光器阵列,包括多个竖直腔表面发射激光器,所述多个竖直腔表面发射激光器包括以第一波长操作的第一竖直腔表面发射激光器和以第二波长操作的第二竖直腔表面发射激光器;以及处理器,用于控制经由至少一个材料施加单元沉积用于体素的至少一种材料,并且用于控制经由第一竖直腔表面发射激光器或第二竖直腔表面发射激光器中的至少一个向体素施加电磁能量以改变至少一种材料的至少一种性质。2.根据权利要求1所述的设备,其中至少一个材料施加单元用于沉积基底材料或试剂材料中的至少一种。3.根据权利要求2所述的设备,其中所述基底材料包括以下中的至少一种:聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯或聚氨酯。4.根据权利要求2所述的设备,其中所述试剂材料包括以下中的至少一种:交联剂、增塑剂、光引发剂或染料。5.根据权利要求1所述的设备,其中至少一个材料施加单元包括喷墨打印头。6.根据权利要求1所述的设备,其中处理器用于控制经由第一竖直腔表面发射激光器以第一波长向体素施加电磁能量,并且用于控制经由第二竖直腔表面发射激光器以第二波长向体素施加电磁能量。7.根据权利要求1所述的设备,还包括:存储多种材料的多个存储单元,其中处理器用于从所述多种材料中选择用于体素的至少一种材料,并用于选择第一竖直腔表面发射激光器或第二竖直腔表面发射激光器中的至少一个来向体素施加电磁能量。8.根据权利要求1所述的设备,其中处理器用于选择经由第一竖直腔表面发射激光器或第二竖直腔表面发射激光器中的至少一个向体素施加的电磁能量的波长、持续时间和强度,以改变至少一种材料的至少一种性质。9.一种打印三维物体的方法,所述方法包括:由打印设备接收用于打印三维物体的指令,所述指令包括用于三维物体的体素的至少一种材料、以及向体素施加的...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·乔治C·帕特尔L·赵M·R·T·谭
申请(专利权)人:惠普发展公司有限责任合伙企业
类型:发明
国别省市:美国,US

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