具有振动喷嘴的增材制造系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于增材制造复合结构的系统。该系统可包括被配置成排出复合材料的喷嘴，该复合材料包括基质和连续增强物。该系统还可以包括：支撑件，其被配置为在复合材料的排出期间以多个维度移动喷嘴；以及振动机构，其被配置为在排出期间在喷嘴内产生振荡。

Material-adding Manufacturing System with Vibrating Nozzle

The invention discloses a system for manufacturing composite structures by adding materials. The system may include a nozzle configured to discharge a composite material comprising a matrix and a continuous reinforcement. The system can also include: a support which is configured to move the nozzle in multiple dimensions during the discharge of the composite material; and a vibration mechanism which is configured to oscillate in the nozzle during the discharge.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有振动喷嘴的增材制造系统相关申请本专利申请要求于2016年11月4日提交的序列号为62/417,709的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
本专利技术总体上涉及一种制造系统，并且更具体地，涉及一种具有振动喷嘴的增材制造系统。
技术介绍
挤出制造是用于生产连续结构的已知方法。在挤出制造期间，将液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)推过具有所需横截面形状和尺寸的模具。材料一旦离开模具，则材料固化并硬化成最终形式。在一些应用中，UV光和/或超声波振动用于在液体基质离开模具时加速液体基质的固化。通过挤出制造工艺生产的结构可以具有任何连续长度，同时具有笔直或弯曲的轮廓、一致的横截面形状以及优异的表面光洁度。尽管挤出制造可以是连续制造结构的有效方式，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所需的强度。拉挤成型制造是用于生产高强度结构的已知方法。在拉挤成型制造期间，各个纤维束、股线编织物和/或织物用液体基质(例如，热固性树脂或加热的热塑性塑料)涂覆或以其他方式浸渍并被拉动通过固定模具，在固定模具中，液体基质固化并且硬化成最终形式。与挤出制造一样，在一些拉挤成型应用中，UV光和/或超声波振动用于在液体基质离开模具时加速液体基质的固化。由拉挤成型制造工艺生产的结构具有与挤出结构相同的许多属性，以及具有由于集成纤维而增加的强度。尽管拉挤成型制造可以是连续制造高强度结构的有效方式，但是所得到的结构可能缺乏某些应用所需的形式(形状，尺寸和/或精度)。另外，常规拉挤成型技术可能饱受弱纤维与纤维粘合性、弱纤维浸渍、包含气泡以及其它相关问题。本公开旨在解决上述问题中的一个或多个和/或现有技术的其它问题。
技术实现思路
在一个方面，本公开涉及一种增材制造系统。增材制造系统可包括配置成排出复合材料的喷嘴，该复合材料包括基质和连续增强物。增材制造系统还可以包括：支撑件，其被配置成在复合材料的排出期间以多个维度移动喷嘴；以及振动机构，其被配置为在排出期间在喷嘴内产生振荡。在另一方面，本公开涉及另一种增材制造系统。该增材制造系统可包括配置成排出复合材料的喷嘴，该复合材料包括基质和连续增强物。增材制造系统还可包括：支撑件，其被配置成在排出期间以多个维度移动喷嘴，以及固化增强器，其被配置成在排出期间将能量引导至复合材料以增强基质的固化。增材制造系统还可包括：基座，其在相对于喷嘴的行进方向的尾侧处连接到喷嘴；第一弹簧，其被配置为使基座偏压抵靠从喷嘴排出的复合材料；以及第一致动器，其被配置成在基座中沿喷嘴的轴向方向产生振荡。增材制造系统可以另外包括：刀片，其在前侧连接到喷嘴；第二弹簧，其被配置为沿喷嘴的轴向方向偏压刀片；以及第二致动器，其被配置为在刀片中沿正交于喷嘴的轴向方向的方向产生振荡。在又一方面，本专利技术涉及一种用于增材制造系统的头部。该头部可包括：贮存器，其被配置成容纳基质；以及喷嘴，其被配置成从贮存器接收基质并排出包括基质和连续增强物的复合材料。头部还可以包括至少一个振动机构，该振动机构连接到喷嘴并且被配置成在喷嘴的轴向方向上产生振荡。附图说明图1和2是示例性公开的制造系统的示意图；以及图3-5是可以与图1和2的制造系统结合使用的示例性公开的头部的示意图。具体实施方式图1和图2示出了不同的示例性系统10和12，它们可用于连续制造具有任何所需横截面形状(例如，圆形、多边形等)的复合结构14。系统10,12中的每一个可以至少包括支撑件16和头部18。头部18可以耦接到支撑件16并由支撑件16移动。在图1所公开的实施例中，支撑件16是能够在结构14的制造期间沿多个方向移动头部18的机械臂，使得结构14的所得纵向轴线是三维的。在图2的实施例中，支撑件16是架空门架，其也能够在结构14的制造期间沿多个方向移动头部18。尽管两个实施例的支撑件16被示出为能够进行6轴运动，但是可以想到如果需要，也可以使用能够以相同或不同方式移动头部18的任何其他类型的支撑件16。在一些实施例中，驱动器可以将头部18机械地耦接到支撑件16，并且可以包括协作移动和/或向头部18供应动力或材料的部件。头部18可以被构造成接收或以其他方式容纳基质材料。基质材料可包括任何类型的可固化基质材料(例如，液体树脂，诸如零挥发性有机化合物树脂；粉末金属等)。示例性树脂包括热固性材料、单组分或多组分环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯类、热塑性塑料、光聚合物、聚环氧化物、硫醇、烯烃、硫醇-烯等。在一个实施例中，头部18内部的基质材料可以被加压，例如通过外部装置(例如，挤出机或其他类型的泵)(未示出))，该外部装置经由对应的导管(未示出)流体连接到头部18。然而，在另一个实施例中，压力可以通过类似类型的装置完全生成于头部18内部。在其他实施例中，基质材料可以通过头部18重力进料和/或在头部18内混合。在一些情况下，头部18内部的基质材料可能需要保持冷却和/或黑暗以抑制过早固化；而在其他情况下，由于同样的原因，基质材料可能需要保温。在任一种情况下，头部18可以是特殊构造的(例如，绝热的、冷却的和/或加热的)以满足这些需求。基质材料可用于涂覆、包裹或以其他方式围绕任何数量的连续增强物(例如，单独的纤维、丝束、粗纱和/或材料片)，并且与增强物一起构成复合结构14的至少一部分(例如，壁)。增强物可以存储在头部18内(例如，在单独的内部线轴(未示出)上)或以其他方式穿过头部18(例如，从外部线轴供给)。当同时使用多个增强物时，增强物可以是相同类型并且具有相同的直径和横截面形状(例如，圆形、方形、扁平等)，或者是具有不同直径和/或不同截面形状的不同类型。增强材料例如可包括碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属线、光学管等。应当注意，术语“增强物”意味着包括可以至少部分地包裹在从头部18排出的基质材料中的结构和非结构类型连续材料。根据需要，当增强物位于头部18内部时，当增强物被传递到头部18时，和/或当增强物从头部18排出时，增强物可以暴露于(例如，涂覆有)基质材料。基质材料、干燥增强物和/或已经暴露于基质材料的增强物(例如，湿润增强物)可以以本领域技术人员显而易见的任何方式输送到头部18中。一个或多个固化增强器(例如，UV光、超声发射器、激光器、加热器、催化剂分配器等)20可以安装在头部18附近(例如，在头部18内或上)并且构造为当基质材料从头部18排出时增强基质材料固化速率和/或质量。可以控制固化增强器20以在结构14的形成期间选择性地将结构14的表面暴露于能量(例如，UV光、电磁辐射、振动、热，化学催化剂或硬化剂)。能量可以在材料从头部18排出时增加在基质材料内发生的化学反应的速率、烧结材料、硬化材料，或者以其它方式使材料固化。在示出的实施例中，固化增强器20包括围绕头部18的中心轴线均匀分布的多个LED(例如，6个不同的LED)。然而，可以预期，任何数量的LED或其他能量源可以替代地用于所公开的目的，和/或以另一种方式设置(例如，不均匀分布，设置成一排等)。例如，如果需要，主要和/或辅助固化增强器20可以位于尾随头部18之后的臂(未示出)上。在结构14轴向生长远离头部18超过预定长度之前，固化增强器20产生的能量量可足以固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，包括：喷嘴，其被配置为排出复合材料，所述复合材料包括基质和连续增强物；支撑件，其被配置成在所述复合材料的排出期间以多个维度移动所述喷嘴；以及振动机构，其被配置成在排出期间在所述喷嘴内产生振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.04 US 62/417,709;2017.06.08 US 15/618,0661.一种增材制造系统，包括：喷嘴，其被配置为排出复合材料，所述复合材料包括基质和连续增强物；支撑件，其被配置成在所述复合材料的排出期间以多个维度移动所述喷嘴；以及振动机构，其被配置成在排出期间在所述喷嘴内产生振荡。2.如权利要求1所述的增材制造系统，还包括固化增强器，其被配置成在排出期间将能量引导至所述复合材料以增强所述基质的固化。3.如权利要求2所述的增材制造系统，还包括贮存器，其被配置成容纳所述基质，其中：所述喷嘴被配置成从所述贮存器接收所述基质；以及所述振动机构连接到所述贮存器和所述喷嘴中的至少一个。4.如权利要求3所述的增材制造系统，还包括设置在所述固化增强器与所述贮存器和所述喷嘴中的至少一个之间的阻尼器。5.如权利要求3所述的增材制造系统，还包括壳体，其被配置成至少部分地包围所述贮存器和所述喷嘴；以及阻尼器，其设置在所述壳体与所述贮存器和所述喷嘴中的至少一个之间。6.如权利要求3所述的增材制造系统，其中，所述振动机构包括不平衡旋转致动器和弹簧偏压线性致动器中的至少一种。7.如权利要求6所述的增材制造系统，还包括控制器，其被配置为：接收关于待用所述复合材料制造的结构的信息；以及基于所述信息协同所述振动机构的操作与所述喷嘴的运动。8.如权利要求1所述的增材制造系统，其中：所述振动机构是第一振动机构；所述增材制造系统还包括：第二振动机构，其可操作地连接到所述喷嘴；以及控制器，其与所述第一振动机构和所述第二振动机构连通；以及所述控制器被配置成协同地激励所述第一振动机构和所述第二振动机构，以产生所述喷嘴的所需运动。9.如权利要求1所述的增材制造系统，其中：所述振动机构包括：基座，其位于所述喷嘴的一侧；弹簧，其被配置成使所述基座偏压抵靠所述复合材料；以及致动器，其被配置成使所述基座沿所述喷嘴的轴向方向振荡。10.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：所述振动机构是第一振动机构；以及所述增材制造系统还包括第二振动机构，其可操作地连接在所述喷嘴与所述第一振动机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·莱尔·泰勒，特雷弗·巴格，
申请(专利权)人：CC三D有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US