用具有不同性质的不同材料构建三维打印物体的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种制造三维物体的方法，其参考针对相同层中的不同材料的性质识别的量化来操作增材制造系统中的部件。该方法能够在补偿两种材料的性质的量化差异的情况下形成层。

System and method for constructing three-dimensional printing objects with different materials of different properties

The present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional object, which operates a component in an integrated manufacturing system according to the quantization of the recognition of the properties of the different materials in the same layer. The method enables formation of layers in the case of quantifying differences in the nature of the two materials.

【技术实现步骤摘要】
用具有不同性质的不同材料构建三维打印物体的系统和方法
本文中公开的系统和方法涉及三维打印物体的制造，并且更具体地，涉及使用具有不同性质的材料构建三维物体。
技术介绍
数字三维物体制造也称为数字增材制造，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。三维物体打印是增材过程，其中在衬底上以不同形状形成材料的连续层。可以通过喷射粘合剂材料、定向能量沉积、挤出材料、喷射材料、熔融粉末床、层压片材或将液体光聚合物材料暴露于固化辐射来形成层。其上形成有层的衬底支撑在平台上，所述平台可以通过可操作地连接到平台的致动器的操作三维地移动，或者材料沉积装置可操作地连接到一个或多个致动器以便控制沉积装置的运动以产生形成物体的层。三维物体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。三维打印的增材制造可以包括使用具有多种竞争性质的材料。例如，在打印电气装置的电绝缘结构内或上形成导电路径可以包括在由紫外线(UV)可固化聚合物制成的电绝缘结构内或上提供水性或溶剂基金属胶体溶液。导电材料可以具有与绝缘结构非常不同的固化和烧结条件。聚合物典型地需要少得多的能量来结合该层，而金属溶液需要高得多的温度来熔合在一起。聚合物材料暴露于金属胶体溶液结合过程的更高热可能不利地影响聚合物的结构。因此，电迹线的形成可以在与形成电绝缘结构不同的时间发生以避免该暴露。另外，当水或溶剂挥发时，金属胶体溶液的体积显著减小。然而，UV可固化聚合物或其它电绝缘材料的液滴保持当它们被喷射时液滴具有的大致相同的体积。通过材料的固化、干燥和烧结产生的两种材料的不同体积在层中产生空隙或凹陷。因此，形成于该不均匀层上的后续层在它们的结构上会具有变形。因此，用于制造物体的不同材料的施加、干燥、固化和烧结的协调对于物体中的层的可靠和水平形成是重要的。使部件的层能够参考材料的不同性质以及它们的干燥、固化或烧结形成的增材制造工艺将是有益的。
技术实现思路
在三维打印物体的增材制造期间协调具有不同性质的材料的固化、干燥和烧结的增材制造方法包括：用控制器接收对应于将由增材制造系统形成的物体的绘制数据，用所述控制器参考接收到的绘制数据识别用于形成物体的层的至少两种材料，所述至少两种材料中的一种材料具有与所述至少两种材料中的另一种材料的材料性质不同的材料性质，用所述控制器识别每个不同材料性质的量化，用所述控制器参考每个不同材料性质的被识别的量化修改绘制数据，以及用所述控制器操作材料施加器，所述材料施加器配置成将具有不同材料性质的两种材料施加到正形成的物体，参考经修改的绘制数据操作所述材料施加器。在三维打印物体的增材制造期间协调具有不同性质的材料的固化、干燥和烧结的增材制造系统包括：第一材料施加器，所述第一材料施加器配置成将第一材料施加到正由所述增材制造系统形成的物体；第二材料施加器，所述第二材料施加器配置成将第二材料施加到正由所述增材制造系统形成的物体，所述第二材料具有与所述第一材料的材料性质不同的材料性质；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述第一材料施加器和所述第二材料施加器。所述控制器配置成：接收对应于将由所述增材制造系统形成的物体的绘制数据，参考接收的绘制数据识别正在用所述第一材料和所述第二材料形成的物体的层，识别所述两种材料的每种材料性质的量化，参考每种材料的材料性质的被识别的量化修改接收的绘制数据，以及参考经修改的绘制数据操作所述第一材料施加器和所述第二材料施加器。附图说明在结合附图进行的以下描述中解释方法和系统的前述方面和其它特征。图1显示可以在三维打印物体的增材制造期间协调具有不同性质的材料的施加、固化、干燥和烧结的增材制造系统。图2示出用于在三维打印物体的增材制造期间操作增材制造系统以协调具有不同性质的材料的施加、固化、干燥和烧结的过程。具体实施方式为了本文中公开的系统和方法以及系统和方法的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1显示喷射至少两种不同材料以在正形成的物体的层内形成区域的三维物体打印机或增材制造系统100。打印机100包括台板104和至少一对材料施加器108a、108b。尽管以下讨论将材料施加器描述为喷射器头，但是可以使用其它类型的材料施加器，如挤出机、喷雾器等。每个喷射器头108a和108b具有多个喷射器，其配置成朝着台板104的表面112喷射材料滴以在三维物体(例如部件126)的层内形成区域。在本领域中众所周知，这些层内的支撑区域也可以用其它材料形成以允许部件特征形成。喷射器头108a、108b、干燥器116、可寻址烧结装置120和固化装置124安装到构件128，所述构件可操作地连接到一个或多个致动器132，使得构件可以移动以相对于台板104在过程方向P、交叉过程方向CP和竖直方向V上定位这些部件。打印机100包括可操作地连接到至少两个喷射器头108a、108b、干燥器116、可寻址烧结装置120、固化装置124和一个或多个致动器132的控制器136。控制器136配置成参考已绘制成在台板112上形成三维物体(例如部件126)的层的物体图像数据操作喷射器头108a、108b。为了形成三维物体的每一层，控制器136操作打印机100以在过程方向P和交叉过程方向CP上一次或多次地扫掠喷射器头108a和108b，同时将材料滴喷射到台板104上或先前形成的层上。在形成每一层之后，喷射器头108可以在竖直方向V上远离台板104移动以开始打印下一层。如下所述，控制器136以预定顺序操作系统100中的各种部件以用由喷射器头108a和108b喷射的具有不同体积减小率的不同类型的材料在绝缘结构上形成导电迹线。如该文献中所使用的，“体积减小”是指在材料的干燥、固化或烧结期间发生的材料体积的收缩。例如，系统100中的喷射器头108a喷射具有比由喷射器头108b喷射的材料的收缩率更低的收缩率的材料。在图1所示的实施例中，喷射器头108a喷射适合于形成绝缘结构的聚合物，而喷射器头108b喷射适合于在聚合物绝缘结构上形成导电迹线的导电墨。尽管系统100被描述为具有用于不同材料的不同喷射器头，但是喷射器头可以配置有多组喷射器，其中一些喷射器喷射一种材料并且一些喷射器喷射另一种材料。控制器136可操作地连接到存储器138，其中在所述存储器中存储由系统施加以形成物体的材料的不同的可量化性质，例如体积减小或收缩率。如该文献中所使用的，术语“材料性质”是指操作或调节三维打印系统的操作可以参考的材料的经验可量化的性质。也如该文献中所使用的，材料性质的“量化”是指识别预定量的材料的材料性质的数据。例如，材料的“体积减小率”或“收缩率”性质的量化是指量化在被施加材料的干燥、固化或烧结期间在指定体积的被施加材料中发生的减小量的数据。图1的控制器136使用这些数据来确定施加到正在生产的部件的材料之间的差异，例如由层中的材料的固化、干燥或烧结导致的层中的不同材料滴之间的不同体积，或用于材料的不同暴露时间或固化条件。控制器136使用这些材料差异来修改材料中的一种材料的绘制层数据，使得部件的每个层内的材料可以以减弱否则将由不同材料性质导致的不利影响的方式被施加、干燥和烧结。为了便于该文献中的继续讨论，术语“固化”是指将被施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造方法，其包括：用控制器接收对应于将由增材制造系统形成的物体的绘制数据；用所述控制器参考接收到的绘制数据识别用于形成物体的层的至少两种材料，所述至少两种材料中的一种材料具有与所述至少两种材料中的另一种材料的材料性质不同的材料性质；用所述控制器识别每个不同材料性质的量化；用所述控制器参考每个不同材料性质的被识别的量化修改绘制数据；以及用所述控制器操作材料施加器，所述材料施加器配置成将具有不同材料性质的所述两种材料施加到正形成的物体，参考经修改的绘制数据操作所述材料施加器。

【技术特征摘要】
2016.02.23 US 15/0505721.一种增材制造方法，其包括：用控制器接收对应于将由增材制造系统形成的物体的绘制数据；用所述控制器参考接收到的绘制数据识别用于形成物体的层的至少两种材料，所述至少两种材料中的一种材料具有与所述至少两种材料中的另一种材料的材料性质不同的材料性质；用所述控制器识别每个不同材料性质的量化；用所述控制器参考每个不同材料性质的被识别的量化修改绘制数据；以及用所述控制器操作材料施加器，所述材料施加器配置成将具有不同材料性质的所述两种材料施加到正形成的物体，参考经修改的绘制数据操作所述材料施加器。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：用所述控制器操作部件以处理正施加到物体的具有不同材料性质的所述两种材料，参考所述材料性质的被识别的量化操作所述部件。3.根据权利要求2所述的方法，所述部件的操作还包括：用所述控制器操作固化装置以固化具有不同材料性质的所述两种材料中的一种材料；用所述控制器操作干燥装置以干燥具有不同材料性质的所述两种材料中的另一种材料；以及用所述控制器操作烧结装置以将干燥的材料结合在一起。4.根据权利要求3所述的方法，所述固化装置的操作还包括：用所述控制器操作UV辐射源。5.根据权利要求3所述的方法，所述干燥装置的操作还包括：用所述控制器操作辐射热...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·福克英斯，P·J·麦康维尔，A·S·康德埃洛，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US