缝型模头制造设备和制造方法技术

提供一种设备，其利用缝型模头(110)在支撑表面上方挤出可辐射固化的构造材料(M)，以在支撑表面上方沉积挤出的构造材料(M)的层(L)。利用投射单元(160，260，360)将辐射(R)选择性地投射到支撑表面和缝型模头(110)之间的构造区域，从而将挤出的构造材料(M)的各部分固化。所述设备重复这些步骤，这些步骤被重复直到通过构造材料(M)的在所述层(L)上以及在所述层之间延伸的连续固化部分形成所需物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】缝型模头制造设备和制造方法
本专利技术涉及一种用于增材制造的设备和方法，特别是涉及一种能够通过对粘性介质、特别是对为可辐射固化的液相中悬浮精细颗粒的粘性介质进行辐射诱导式固化而形成一个或多于一个所需物体的方法和设备。
技术介绍
增材制造涉及通过将材料连续添加到已部分形成的物体来制造物体。这与减材制造相反，在减材制造中，一块材料的各部分被移除直到形成所述物体。增材制造有可能允许成本高效地构造高精度的或定制的部件，并且还允许一体式地制造通过传统的减材制造技术无法轻易实现的几何形状。在许多增材制造的模式中，通过将构造材料层彼此依次沉积、并将每个沉积层的部分结合在一起以及将那些部分与紧接在下面的层的先前结合部分结合在一起来形成物体。该物体由延伸穿过这些层的连续结合区域形成。然后可以通过适当的技术除去各层的未结合部分。这种增材制造技术的示例包括喷墨头和粉末床3D打印、选择性激光烧结和熔融沉积建模。在这种技术中，特定上层的结合部分通常由布置在该上层下方的层的结合和未结合部分支撑。这限制了可用于增材制造的材料和技术，以及能够建立的部件的几何形状。已经提出，为了克服这些问题，除了要制造的预期物体之外，还形成支撑部分，所述支撑部分由位于物体各部分之下的各层的结合区域形成。这种支撑部分可以连接到物体或与物体分离。然而，这样的方法会增加材料消耗，会增加制造时间，并且会使具有特定几何形状的部件的生产更加困难。因此，需要一种克服这些问题的增材制造技术。例如，在一种先前提出的增材制造技术中，通过将可辐射固化的液体层连续地沉积到井部(well)中并通过选择性地将辐射施加至层以选择性地固化每层的各部分以形成物体来制造物体。然而，在这种技术中，每层的固化部分至少部分地由下面的层的未固化部分支撑。由于液体介质具有流动的趋势，因此由这种未固化部分提供的支撑可能不够充分，并且可能发生制造物体的变形。为了避免这种变形，通常需要在打印的物体中包括由固化液体形成的支撑部分，然后必须将其从成品中丢弃，导致上述缺点。还已经提出使用这种技术的改型，以通过将粉末作为悬浮物(或胶体)悬浮在可固化液体介质中、通过利用使用该液体介质作为构造材料的增材制造工艺形成物体、以及然后通过由液相工艺产生的制造物体的烧结而由精细粉末制造陶瓷或金属部件。然而，如上所述的这种技术通常不能在制造期间通过液相提供对制造物体的足够支撑。特别地，由于通过例如运动沉积头而沉积粘性液体倾向于在沉积头的运动方向上拖曳下层，因此难以在不向先前沉积的层施加不期望的剪切力的情况下在可辐射固化的液体粘合剂中沉积金属或陶瓷颗粒的相对粘性的悬浮层。因此，需要一种增材制造设备和方法，其允许可辐射固化液体的层的沉积，同时允许制造复杂几何形状的物体，具有提高的制造速度和/或较少的材料浪费。还需要一种液相3D制造技术，即使利用可固化液相中的颗粒悬浮也能实现这些优点，其使得能够实现至少一些所示优点。
技术实现思路
本专利技术人已经尤其认识到通过缝型模头沉积相对粘稠的液体构造材料可以有利地使得能够实现一些上述优点。因此，鉴于该实现，本专利技术在第一方面提供了一种增材制造设备。所述增材制造设备适用于相继地沉积粘性构造材料层以形成物体。该设备包括支撑表面。支撑表面适于在形成期间支撑物体。该设备包括缝型模头。缝型模头有内腔。所述腔适用于容纳构造材料。腔与形成在缝型模头的下表面中的缝连通。该缝适用于从内腔挤出构造材料。该设备包括滑架。滑架支撑缝型模头。滑架布置成使得缝型模头能够沿运动方向跨过支撑表面地并在支撑表面上方运动。该运动用于将一层挤出的构造材料沉积到支撑表面上。该设备包括驱动机构。驱动机构布置成能够驱动所述滑架沿运动方向运动。该设备包括投射单元。投射单元用于选择性地将辐射投射到构造区域。构造区域位于支撑表面和缝型模头之间。辐射的投射用于限定挤出层的形成物体一部分的区域。该设备包括控制器。控制器配置成至少控制驱动机构。在该设备中，缝型模头和支撑表面可相对运动。缝型模头和支撑表面的相对运动沿缝型模头与支撑表面之间的分离方向。相对运动允许相继的构造材料层彼此上下地沉积。在一个实施例中，缝型模头设有加热单元。加热单元用于加热缝型模头的对所述缝进行限定的至少一部分。在一个实施例中，缝由两个缝半部限定。缝型模头设有振动器。振动器适用于使缝的边缘相对于彼此振动。在一个实施例中，该设备设有冷却单元。冷却单元适用于从构造区域移除热量。在一个实施例中，冷却单元包括至少一个气体供应端口。所述至少一个气体供应端口可连接到气体源。所述至少一个气体供应端口布置成能够将气体吹向构造区域。在一个实施例中，缝沿缝定向方向定向。运动方向垂直于缝定向方向。在一个实施例中，所述分离方向垂直于缝定向方向和运动方向中的每一个。在一个实施例中，支撑表面是平坦的。所述支撑表面限定了垂直于所述分离方向的一平面。在一个实施例中，所述平面平行于缝定向方向。所述平面平行于运动方向。在一个实施例中，该设备包括泵。所述泵可连接到构造材料的储存器。缝型模头具有入口端口。入口端口连接到泵。所述连接使得来自储存器的构造材料可以在来自泵的压力下经由所述缝挤出。在一个实施例中，控制器配置成能够控制所述泵。该控制是为了使构造材料以预定的速率挤出。在一个实施例中，控制器配置成能够控制挤出的体积速率和滑架的运动速率。挤出的体积速率和滑架的运动速率被彼此成比例地控制。在一个实施例中，控制器配置成能够控制挤出的线性速率和滑架的运动速率。挤出的线性速率和滑架的运动速率被控制为彼此相等。在一个实施例中，投射单元包括辐射源。所述辐射源适用于产生辐射束。投射单元包括图案化单元。图案化单元由辐射束照射。该照射是为了适用于图案化所述辐射束。投射单元包括投射光学器件。投射光学器件适用于将图案的图像投射到一平面上。该平面限定在支撑表面和缝型模头之间。该投射是为了选择性地将辐射施加至所述平面。因此，将辐射选择性地施加至所述平面是基于图案化单元对辐射束的图案化。在一个实施例中，图案化单元是空间光调制器。在一个实施例中，图案化单元是数字光处理器。在一个实施例中，投射单元包括辐射源。辐射源适用于产生辐射束。投射单元包括扫描光学器件。扫描光学器件适用于跨过平面扫描辐射束。该平面限定在支撑表面和缝型模头之间。在一个实施例中，辐射束是间歇式辐射束，并且所述扫描是为了选择性地将辐射作为栅格图像施加至所述平面。在一个实施例中，所述扫描是为了选择性地将辐射作为矢量图像施加至所述平面。在一个实施例中，辐射束的辐射是电子束。在一个实施例中，辐射束的辐射是紫外光或可见光。在一个实施例中，该设备包括井部。该设备包括升降机构。支撑表面可在分离方向上运动到井部中。该运动是通过升降机构进行的。在一个实施例中，井部具有内壁。支撑表面设有边缘密封件。边缘密封件构造成靠在内壁上密封。在一个实施例中，井部的顶部被倾斜表面围绕。倾斜表面远离井部的顶部向下倾斜。在一个实施例中，支撑表面设有一个或多于一个冷却元件。冷却元件适用于从支撑表面移除热量。在一个实施例中，井部设有一个或多于一个冷却元件。所述一个或多于一个冷却元件用于冷却井部的壁。在一个实施例中，所述一个或多于一个冷却元件包括通道。通道可连接到冷却剂源。通道布置成能够承载冷却剂。在一个实施例中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造设备，所述设备包括：支撑表面；具有内腔的缝型模头，所述内腔与形成在所述缝型模头的下表面中的缝连通；滑架，其支撑缝型模头并且布置成使得缝型模头能够沿运动方向跨过支撑表面地且在支撑表面上方运动；驱动机构，其布置成能够驱动滑架沿所述运动方向的运动；投射单元，其用于将辐射选择性地投射到支撑表面与缝型模头之间的构造区域；以及控制器，其配置成能够至少控制驱动机构，其中，缝型模头和支撑表面能够沿缝型模头与支撑表面之间的分离方向相对运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.13 GB 1610267.51.一种增材制造设备，所述设备包括：支撑表面；具有内腔的缝型模头，所述内腔与形成在所述缝型模头的下表面中的缝连通；滑架，其支撑缝型模头并且布置成使得缝型模头能够沿运动方向跨过支撑表面地且在支撑表面上方运动；驱动机构，其布置成能够驱动滑架沿所述运动方向的运动；投射单元，其用于将辐射选择性地投射到支撑表面与缝型模头之间的构造区域；以及控制器，其配置成能够至少控制驱动机构，其中，缝型模头和支撑表面能够沿缝型模头与支撑表面之间的分离方向相对运动。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，缝型模头设置有用于至少加热缝型模头的限定出缝的一部分的加热单元。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，缝由两个缝半部限定，缝型模头设置有用于使缝的边缘相对于彼此振动的振动器。4.根据权利要求1-3中任一所述的设备，其特征在于，所述设备设置有用于从构造区域移除热量的冷却单元。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，冷却单元包括至少一个气体供应端口，所述气体供应端口能够连接到气体源并且布置成能够将气体吹向构造区域。6.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，缝沿缝定向方向定向，运动方向垂直于所述缝定向方向。7.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，分离方向垂直于缝定向方向和运动方向中的每一个。8.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，支撑表面是平坦的并且限定出与分离方向垂直的平面。9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述平面平行于缝定向方向和运动方向。10.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述设备包括泵，所述泵能够连接到构造材料的储存器，缝型模头具有连接到所述泵的入口端口。11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，控制器配置成能够控制泵以使构造材料以预定速率挤出。12.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，控制器配置成能够控制挤出的体积速率和滑架的运动速率彼此成比例。13.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，控制器配置成能够控制挤出的线性速率和滑架的运动速率彼此相等。14.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，投射单元包括辐射源、图案化单元以及投射光学器件，所述辐射源用于产生辐射束，所述图案化单元由所述辐射束照射以用于图案化所述辐射束，所述投射光学器件用于将图案的图像投射到限定在支撑表面和缝型模头之间的一平面以选择性地将辐射施加至所述平面。15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，图案化单元是空间光调制器。16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，图案化单元是数字光处理器。17.根据权利要求1-13中任一所述的设备，其特征在于，投射单元包括辐射源和扫描光学器件，辐射源用于产生辐射束，所述扫描光学器件用于跨过限定在支撑表面和缝型模头之间的一平面地扫描辐射束以选择性地将辐射施加至所述平面。18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，辐射束是间歇式辐射束，扫描能够选择性地将辐射作为栅格图像施加至所述平面。19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，扫描能够选择性地将辐射作为矢量图像施加至所述平面。20.根据权利要求17-19中任一所述的设备，其特征在于，辐射束是电子束。21.根据权利要求1-19中任一所述的设备，其特征在于，辐射是紫外光辐射或可见光辐射。22.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，所述设备包括井部和升降机构，支撑表面能够借助所述升降机构沿分离方向运动到所述井部中。23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，井部具有内壁，支撑表面设置有边缘密封件以靠在所述内壁上密封。24.根据权利要求22或23所述的设备，其特征在于，井部的顶部被倾斜表面围绕，所述倾斜表面远离井部的顶部向下倾斜。25.根据权利要求22-24中任一所述的设备，其特征在于，井部设置有用于冷却井部的壁的一个或多于一个冷却元件。26.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，支撑表面设置有用于从支撑表面移除热量的一个或多于一个冷却元件。27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述一个或多于一个冷却元件包括能够连接到冷却剂源并设置成能够承载冷却剂的通道。28.根据权利要求26或27任一所述的设备，其特征在于，所述一个或多于一个冷却元件包括热电冷却器。29.根据前述权利要求中任一所述的设备，其特征在于，井部具有恒定的横...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·吕克费尔特，E·约翰松，T·阿克林特，U·哈里松，
申请(专利权)人：数字金属公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE