增材制造系统技术方案

公开了一种用于增材制造复合构件的系统。该系统可包括被配置成容纳树脂供应源的桶，以及设置在桶内部的构建表面。该系统还可以包括：打印头，其被配置为将涂覆基质的连续增强件排出到构建表面上；以及能量源，其被配置成将涂覆基质的连续增强件的表面上的树脂暴露于固化能量。

Supplementary Manufacturing System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造系统相关申请的交叉引用本申请基于并要求2017年1月24日提交的美国临时申请No.62/449,899的优先权，其内容通过引用明确地并入本文。
本公开总体涉及一种制造系统，并且更具体地，涉及一种用于增材制造复合结构的系统。
技术介绍
增材制造的许多不同工艺通常用于生产机械部件。这些工艺可以尤其包括连续纤维3D打印(CF3DTM)和立体光刻(SLA)等。CF3DTM涉及使用嵌入到从可移动打印头排出的材料内的连续纤维。将基质供应到打印头并与同时通过同一打印头的一个或多个连续纤维一起排出(例如挤出和/或拉挤)。基质可以是传统的热塑性塑料、粉末金属、液体树脂(例如，UV可固化和/或双组分树脂)，或这些和任何其他已知基质的组合。在离开打印头时，固化增强器(例如，UV光、超声发射器、热源、催化剂供应部等)激活以引发和/或完成基质的固化。这种固化几乎立即发生，从而允许在自由空间中制造无支撑结构。并且当纤维，特别是连续纤维嵌入结构内时，结构的强度可以倍增超过基质相关的强度。在2016年12月6日授予Tyler的美国专利9,511,543(“’543专利”)中公开了该技术的一个示例。SLA还涉及使用发光装置(例如，UV光投射器，电子束发射器或激光器)。发光装置是计算机控制为选择性地以对应于部件的轮廓的特定图案给予桶内的树脂层能量。树脂(例如，液体光聚合树脂)在给予能量后固化，并且箱内随后的树脂层以新的图案给予能量。这可以随着部件逐渐升高出桶或进一步降低到桶中而持续，直到部件的所有层都已制造完成。通过SLA生产的部件可能具有高分辨率的表面光洁度。尽管通过CF3DTM和SLA制造的部件可以具有一些期望的特性(例如，分别具有高强度和高分辨率)，但是其中任何单一工艺都不能提供两种工艺的所有期望特性。所公开的系统旨在解决上述一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
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桶，其被构造成容纳树脂供应源；以及构建表面，其设置在桶内部。该系统还可以包括：打印头，其被配置为将涂覆基质的连续增强件排出到构建表面上；以及能量源，其被配置成使涂覆基质的连续增强件的表面上的树脂暴露于固化能量。在另一方面，本专利技术涉及一种增材制造复合结构的方法。该方法可包括从打印头将涂覆基质的连续增强件排出到构建表面上，并将涂覆基质的连续增强件浸没在树脂中。该方法还可包括将涂覆基质的连续增强件的表面处的树脂暴露于固化能量。附图说明图1是示例性公开的增材制造系统的示意图；以及图2是另一示例性公开的增材制造系统的示意图。具体实施方式图1示出了示例性系统10，其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12。系统10可至少包括桶14、支撑件16、头部18和能量源20。桶14可以是配置成容纳树脂(例如，光聚合物树脂)供应源的容器，从中可以制造结构12的至少一部分(例如，表面涂层)。头部18可以联接到支撑件16并由支撑件16移动，以在桶14内制造结构12的至少一部分(例如，内部骨架)。在图1所公开的实施例中，支撑件16是能够在结构12的制造期间在多个方向上移动头部18的机器臂。能量源20可以被配置成选择性地暴露桶14中的树脂，该树脂涂覆由头部18制造的结构骨架，从而使树脂固化并在骨架上形成硬化涂层。头部18本身可以被配置成接收或以其他方式包含基质。基质可包括可固化的任何类型的材料(例如，液体树脂，诸如零挥发性有机化合物树脂；粉末金属；等)。示例性基质包括热固性材料、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、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内的基质可以被加压，例如通过外部装置(例如，挤出机或其他类型的泵-未示出)，其经由相应的导管(未示出)流体连接到头部18。然而，在另一个实施例中，基质压力可以通过类似类型的装置完全在头部18内部产生。在其他实施例中，基质可以通过穿过头部18重力进料和/或在头部18内混合。在一些情况下，头部18内的基质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，基质可能需要保持温暖。在任一种情况下，头部18可以是特殊配置的(例如，绝缘的，冷却的和/或加热的)以满足这些需求。基质可用于涂覆、包裹或以其他方式至少部分地包围任何数量的连续增强件(例如，单独的纤维、丝束、粗纱、带和/或材料片)，并且与增强件一起，构成复合结构12的至少一部分(例如，壁)。增强件可以存储在头部18内(例如，在单独的内部线轴上-未示出)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件时，增强件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)，或者可以是不同类型，其具有不同直径和/或截面形状。增强件可包括例如碳纤维、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“增强件”意味着包括结构和非结构两种类型的连续材料，其可以至少部分地包裹在从头部18排出的基质中。当增强件在头部18内、当增强件被传递到头部18(例如，作为预浸料材料)、和/或当增强件根据需要从头部18排出时，增强件可以暴露于(例如，涂覆有)基质。基质、干燥增强件和/或已经暴露于基质的增强件(例如，浸湿增强件)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。可以通过至少两种不同的操作模式从头部18排出基质和增强件。在第一操作模式中，当头部18由支撑件16移动以产生三维形状的结构12时，基质和增强件从头部18被挤出(例如，在压力和/或机械力下被推出)。在第二操作模式中，至少增强件被从头部18拉出，使得在排出期间在增强件中产生拉伸应力。在这种操作模式中，基质可以附着到增强件上从而也可以与增强件一起被从头部18拉出，和/或基质可以在压力下与拉出的增强件一起从头部18中排出。在第二操作模式中，在从头部18拉出基质的情况下，增强件中产生的张力可以增加结构12的强度，同时还允许更大长度的无支撑材料具有更直的轨迹(即，张力可以抵抗重力作用，为结构12提供独立支撑)。由于头部18远离构成表面22移动，因此可以从头部18拉出增强件。特别地，在结构形成开始时，一段基质浸渍增强件可以从头部18拉出和/或推出、沉积到桶14内的构成表面22上并固化，使得排出的材料粘附到构成表面22。此后，头部18可以远离构成表面22移动，并且相对移动可以使得增强件被从头部18拉出。应该注意的是，如果需要，可以辅助增强件通过头部18的运动(例如，通过内部进给机构)。然而，增强件从头部18的排出速率可主要是头部18和锚固点18之间的相对运动的结果，使得在增强件内产生张力。可以设想，代替头部18远离构成表面22移动或者除了头部18远离构成表面22移动之外，锚点18可以远离头部18移动头部18构成表面22头部18构成表面22。一个或多个固化增强器(例如，一个或多个光源、超声波发射器、激光器、加热器、催化剂分配器、微波发生器等)24可以安装在头部18附近(例如，在头部上和/或尾随于头部)并且配置成在基质从头部18排出时提高基质的固化速率和/或质量。在结构12形成期间，可以控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，包括：桶，其被配置为容纳树脂供应源；构建表面，其设置在所述桶内部；打印头，其被配置成将涂覆基质的连续增强件排出到所述构建表面上；以及能量源，其被配置成将所述涂覆基质的连续增强件的表面上的树脂暴露于固化能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.24 US 62/449,899;2018.01.18 US 15/874,0361.一种增材制造系统，包括：桶，其被配置为容纳树脂供应源；构建表面，其设置在所述桶内部；打印头，其被配置成将涂覆基质的连续增强件排出到所述构建表面上；以及能量源，其被配置成将所述涂覆基质的连续增强件的表面上的树脂暴露于固化能量。2.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括固化增强器，所述固化增强器被配置成在暴露所述树脂之前至少部分地固化所述涂覆基质的连续增强件中的基质。3.根据权利要求2所述的增材制造系统，还包括升降机，所述升降机被配置成将所述涂覆基质的连续增强件逐渐降低到所述树脂供应源中。4.根据权利要求3所述的增材制造系统，其中，所述构建表面是穿孔的以在所述涂覆基质的连续增强件的逐渐降低期间将树脂从所述桶的位于所述构建表面下方的部段传递到所述桶的位于所述构建表面上方的部段。5.根据权利要求2所述的增材制造系统，还包括阀，所述阀能够移动以在所述涂覆基质的连续增强件排出之后逐渐地提升所述桶内部的所述树脂供应源的水平。6.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括支撑件，所述支撑件被配置成使所述打印头在所述桶内部移动。7.根据权利要求6所述的增材制造系统，还包括控制器，所述控制器与所述打印头、所述能量源以及所述支撑件通信连接，所述控制器被配置成使所述涂覆基质的连续增强件的固化层与所述树脂的固化层交错。8.根据权利要求6所述的增材制造系统，还包括控制器，所述控制器与所述打印头、所述能量源以及所述支撑件通信连接，所述控制器被配置成使得在所述涂覆基质的连续增强件的所述表面上的所述树脂固化之前固化所述涂覆基质的连续增强件的所有层。9.根据权利要求1所述的增材...

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