使用喷墨打印制造复合组件制造技术

本公开涉及用于直接打印复合组件的方法和组合物。具体地，本公开涉及使用喷墨打印来连续打印经着色树脂和金属复合组件。

Manufacturing composite components with inkjet printing

The present disclosure relates to methods and compositions for directly printing composite components. In particular, the present disclosure relates to continuous printing of colored resin and metal composite components using inkjet printing.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用喷墨打印制造复合组件
技术介绍
本公开涉及用于直接打印复合组件的方法和组合物。具体地，本公开涉及使用喷墨打印来打印经着色树脂和金属3D复合组件。在过去几年中，增材制造工艺和自由成型制造工艺在直接由计算机控制的介质制造制品方面取得了一些重大进展。例如，与要求根据工程图专门对材料块进行机加工的常规机加工工艺相比，快速成型技术可以实现许多制品(例如，原型部件和模具)的更快速且更经济的制造。与其它快速成型技术类似，增材制造(AM)通常涉及使用要制造的组件/部件的三维(3D)计算机辅助设计(CAD)，根据所述3DCAD在CAD包内生成立体平版印刷(STL)或其它合适格式的文件。然后，可以处理STL文件，并且实际上在Z轴上在与系统能力的厚度相匹配的厚度下对其进行虚拟切片。这会产生部件的一系列平面横截面层，并且在任何特定高度处，每个横截面层都具有简单的二维(2D)轮廓。增材制造工艺允许根据3DCAD数据直接(无需工具)产生高度复杂的几何结构，由此允许产生呈现高分辨率表面的制品。虽然这些工艺对于详细呈现所生产制品的各种表面性质一直很有用，但是就金属组分、树脂组分和经着色组分而言，在将这些组分全部结合到要制造的制品中时，此类工艺难以生产复杂的复合制品。因此，需要能够高效且精确地制造复合组件的复杂制品的材料装置和方法。
技术实现思路
在各个实施例中，公开了使用喷墨打印形成或制造包括金属和树脂的经着色复合组件的方法，以及有助于制造经着色复合组件的喷墨油墨组合物的实施例。在实施例中，本文提供了一种用于使用喷墨打印机制造3D的经着色树脂-金属复合组件的方法，所述方法包括：提供喷墨打印系统，所述喷墨打印系统包括：第一打印头，所述第一打印头具有：至少一个孔、树脂油墨储集器和树脂泵，所述树脂泵被配置成通过所述孔供应树脂喷墨油墨；第二打印头，所述第二打印头具有：至少一个孔、金属油墨储集器和金属油墨泵，所述金属油墨泵被配置成通过所述孔供应金属喷墨油墨；第三打印头，所述第三打印头具有：至少一个孔、支撑物油墨储集器和支撑物油墨泵，所述支撑物油墨泵被配置成通过所述孔供应支撑物喷墨油墨；传送器，所述传送器可操作地耦接到所述第一打印头、所述第二打印头和所述第三打印头，所述传送器被配置成将衬底传送到所述第一打印头、所述第二打印头和所述第三打印头中的每一个打印头；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，所述CAM模块包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述一组可执行指令存储在所述非易失性存储器上，所述一组可执行指令用于：接收表示所述复合组件的3D可视化文件；生成表示至少一个用于打印所述复合组件的基本上2D的层的文件；接收与所述复合组件相关的所选参数；并且基于所述所选参数中的至少一个参数改变所述表示至少一个基本上2D的层的文件，其中所述CAM模块被配置成控制所述第一打印头、所述第二打印头和所述第三打印头中的每一个打印头；提供经着色树脂喷墨油墨组合物、金属喷墨油墨组合物和支撑物喷墨油墨组合物；使用所述CAM模块获得表示要打印的所述复合组件的第一基本上2D的层的所生成文件，所述2D层包括表示所述经着色树脂喷墨油墨、所述金属喷墨油墨和所述支撑物喷墨油墨的图案；使用所述第一打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的树脂表示相对应的图案；固化与所述复合组件的所述2D层中的所述树脂表示相对应的所述图案；使用所述第二打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的金属表示相对应的图案；烧结与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案；移除所述衬底，由此制造第一复合组件层，其中在所述形成和固化与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述树脂表示相对应的所述图案的步骤和/或所述形成和烧结与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述金属表示相对应的所述图案的步骤之前、之间或之后，使用所述第三打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的支撑物表示相对应的图案并且使与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案功能化。在另一个实施例中，所述树脂油墨可以是可光聚合单体、低聚物或其组合的溶液，高分子量聚合物的胶体分散体，聚合物溶液或其组合，呈单一树脂油墨组合物的形式或呈单独的树脂油墨的形式(专用打印头)。在实施例中，所述金属油墨可以是金属纳米颗粒在溶剂中的分散体或金属前体溶液或分散体或其组合。在又另一个实施例中，所述喷墨打印系统进一步包括又另外的打印头，所述又另外的打印头具有：至少一个孔、支撑物油墨储集器和支撑物油墨泵，所述支撑物油墨泵被配置成通过所述孔供应支撑物油墨，所述方法另外包括：提供支撑物油墨组合物；在所述使用所述第一打印头的步骤之前、之后或之间，使用所述支撑物油墨打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的支撑物表示相对应的预定图案；固化与所述复合组件的所述2D层中的所述支撑物表示相对应的所述预定图案。此外，本文提供了使用所述方法制造的复合组件的实施例。在实施例中，所述树脂油墨可以是包括以下的悬浮液：分散相，所述分散相包括：用单体、低聚物、聚合物或包括前述各项的组合浸渍的多个一次多孔颗粒，其中所述单体、低聚物、聚合物或其组合具有与所述多孔颗粒偶联的第一末端和官能性第二末端；连续相，所述连续相包括：多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合；交联剂；以及自由基光引发剂，其中浸渍在所述多孔颗粒中的所述单体、低聚物、聚合物或其组合在所述连续相中部分可溶，或者在热力学上与形成所述颗粒的材料不相容。当结合示例性而非限制性的附图和实例阅读以下详细说明时，用于使用喷墨打印来制造经着色树脂-金属复合组件和/或制品的方法和组合物的这些特征和其它特征将根据以下详细描述而变得明显。附图说明为了更好地理解经着色树脂-金属制造方法和组合物，关于其实施例，参考随附实例和附图，在附图中：图1A、1B示出了使用所公开和要求保护的方法打印的复合电气组件，即USB连接器。具体实施方式本文提供了用于使用喷墨打印装置制造经着色树脂-金属复合组件的方法、组合物和套件的实施例。本文所述的方法可以用于在连续增材制造工艺中使用喷墨打印装置或使用多遍形成经着色树脂-金属复合组件。使用本文所述的方法，热固性树脂材料可以用于形成复合组件的树脂部分，在一个实施例中，所述树脂部分通常同时形成并着色，或者在另一个实施例中，所述树脂部分单独着色并且以单独部件的形式提供以进行进一步组装。使用本文所述的方法和组合物，可以消除所述单独的制造和组装，并且使用本文所述的方法和组合物，可以实现对复合组件更好的控制和更快速的成型。因此，在实施例中，本文提供了一种用于使用喷墨打印机制造3D的经着色树脂-金属复合组件的方法，所述方法包括：提供喷墨打印系统，所述喷墨打印系统包括：第一打印头，所述第一打印头具有：至少一个孔、树脂油墨储集器和树脂泵，所述树脂泵被配置成通过所述孔供应树脂喷墨油墨；第二打印头，所述第二打印头具有：至少一个孔、金属油墨储集器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用喷墨打印机制造3D经着色树脂-金属复合组件的方法，所述方法包括：/na.提供喷墨打印系统，所述喷墨打印系统包括：/ni.第一打印头，所述第一打印头具有：至少一个孔、树脂油墨储集器和树脂泵，所述树脂泵被配置成通过所述孔供应树脂喷墨油墨；/nii.第二打印头，所述第二打印头具有：至少一个孔、金属油墨储集器和金属油墨泵，所述金属油墨泵被配置成通过所述孔供应金属喷墨油墨；/niii.第三打印头，所述第三打印头具有：至少一个孔、支撑物油墨储集器和支撑物油墨泵，所述支撑物油墨泵被配置成通过所述孔供应支撑物喷墨油墨；/niv.传送器，所述传送器可操作地耦接到所述第一打印头、所述第二打印头和所述第三打印头，被配置成将衬底传送到所述第一、第二和第三打印头中的每一个；以及/nv.计算机辅助制造(“CAM”)模块，所述CAM模块包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述一组可执行指令存储在所述非易失性存储器上，用于：接收表示所述复合组件的3D可视化文件；生成表示至少一个用于打印所述复合组件的基本上2D的层的文件；接收与所述复合组件相关的所选参数；并且基于所述所选参数中的至少一个改变所述表示至少一个基本上2D的层的文件，/n其中所述CAM模块被配置成控制所述第一、第二和第三打印头中的每一个；/nb.提供经着色树脂喷墨油墨组合物、金属喷墨油墨组合物和支撑物喷墨油墨组合物；/nc.使用所述CAM模块获得表示要打印的所述复合组件的第一基本上2D的层的所生成文件，所述2D层包括表示所述经着色树脂喷墨油墨、所述金属喷墨油墨和所述支撑物喷墨油墨的图案；/nd.使用所述第一打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的树脂表示相对应的图案；/ne.固化与所述复合组件的所述2D层中的所述树脂表示相对应的所述图案；/nf.使用所述第二打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的金属表示相对应的图案；/ng.烧结与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案；/nh.移除所述衬底，由此制造第一复合组件层，/n其中在所述形成和固化与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述树脂表示相对应的所述图案的步骤和/或所述形成和烧结与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述金属表示相对应的图案的步骤之前、与其同时或在其之后，使用所述第三打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的支撑物表示相对应的图案并且使与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案功能化。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用喷墨打印机制造3D经着色树脂-金属复合组件的方法，所述方法包括：
a.提供喷墨打印系统，所述喷墨打印系统包括：
i.第一打印头，所述第一打印头具有：至少一个孔、树脂油墨储集器和树脂泵，所述树脂泵被配置成通过所述孔供应树脂喷墨油墨；
ii.第二打印头，所述第二打印头具有：至少一个孔、金属油墨储集器和金属油墨泵，所述金属油墨泵被配置成通过所述孔供应金属喷墨油墨；
iii.第三打印头，所述第三打印头具有：至少一个孔、支撑物油墨储集器和支撑物油墨泵，所述支撑物油墨泵被配置成通过所述孔供应支撑物喷墨油墨；
iv.传送器，所述传送器可操作地耦接到所述第一打印头、所述第二打印头和所述第三打印头，被配置成将衬底传送到所述第一、第二和第三打印头中的每一个；以及
v.计算机辅助制造(“CAM”)模块，所述CAM模块包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述一组可执行指令存储在所述非易失性存储器上，用于：接收表示所述复合组件的3D可视化文件；生成表示至少一个用于打印所述复合组件的基本上2D的层的文件；接收与所述复合组件相关的所选参数；并且基于所述所选参数中的至少一个改变所述表示至少一个基本上2D的层的文件，
其中所述CAM模块被配置成控制所述第一、第二和第三打印头中的每一个；
b.提供经着色树脂喷墨油墨组合物、金属喷墨油墨组合物和支撑物喷墨油墨组合物；
c.使用所述CAM模块获得表示要打印的所述复合组件的第一基本上2D的层的所生成文件，所述2D层包括表示所述经着色树脂喷墨油墨、所述金属喷墨油墨和所述支撑物喷墨油墨的图案；
d.使用所述第一打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的树脂表示相对应的图案；
e.固化与所述复合组件的所述2D层中的所述树脂表示相对应的所述图案；
f.使用所述第二打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的金属表示相对应的图案；
g.烧结与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案；
h.移除所述衬底，由此制造第一复合组件层，
其中在所述形成和固化与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述树脂表示相对应的所述图案的步骤和/或所述形成和烧结与所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的所述金属表示相对应的图案的步骤之前、与其同时或在其之后，使用所述第三打印头形成与要打印的所述复合组件的所述第一基本上2D的层中的支撑物表示相对应的图案并且使与所述复合组件的所述2D层中的所述金属表示相对应的所述图案功能化。


2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
a.使用所述CAM模块获得表示要打印的所述复合组件的随后的基本上2D的层的所生成文件；以及重复所述步骤以形成随后的复合组件层。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述喷墨打印系统进一步包括第三打印头，所述第三打印头具有：至少一个孔、着色油墨储集器和着色泵，所述着色泵被配置成通过所述孔供应着色喷墨油墨，所述方法进一步包括：
a.提供着色油墨组合物；以及
b.在所述固化与所述复合组件的所述2D层中的所述树脂表示相对应的预定图案的步骤之前或之后，使用所述第三打印头对所述复合组件的所述层进行着色。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述固化所述第一层的步骤包括加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、交联、退火、促进氧化还原反应或包括前述各项中的一项或多项的组合。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述金属油墨组合物包括：金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的平均直径D2,1粒径介于约20nm与约150nm之间；以及任选地溶剂。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属纳米颗粒的纵横比远大于1。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述树脂油墨组合物为悬浮液、乳液、溶液或包括前述各项的组合物。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述树脂油墨是以下各项的溶液：多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合；交联剂；以及自由基光引发剂。


9.根据权利要求7所述的方法，其中所述树脂油墨是用单体、低聚物、聚合物或包括前述各...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·费马，H·伊利米勒，
申请(专利权)人：维纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL