使用粉末的材料增材制造的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于建构包括一三维生坯可用模型的一生坯块的增材制造系统，包含一打印站、一粉末输送站、一压实站及一平台。所述打印站通过选择性地沉积一固化的非粉末的材料而在一建构盘上打印一图案，所述固化的非粉末的材料通过描迹每层待打印的一可用模型的一周围，并描迹所述可用模型周围的一支撑区域的多个离散部分来形成一分区。所述粉末输送站在所述图案上施加一层粉末的材料。所述压实站压实所述每层粉末的材料，并包括用于接收所述层的一模具。所述平台将所述建构盘反复地推进至所述打印站、所述粉末输送站及所述压实站中的每一个，以建构多个层，所述多个层共同形成所述生坯块。

Method and system of material additive manufacturing with powder

The invention discloses an additive manufacturing system for constructing a lifetime green block including a three-dimensional green block usable model, which comprises a printing station, a powder conveying station, a compaction station and a platform. The printing station prints a pattern on a construction plate by selectively depositing a solidified non powder material. The solidified non powder material forms a partition by tracing around an available model to be printed in each layer and tracing multiple discrete parts of a support area around the available model. The powder conveying station applies a layer of powder material on the pattern. The compaction station compacts the material of each layer of the powder and includes a mold for receiving the layer. The platform repeatedly pushes the construction plate to each of the printing station, the powder conveying station and the compaction station to construct a plurality of layers, which together form the green block.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用粉末的材料增材制造的方法及系统
在本专利技术的一些实施例中，本专利技术涉及增材制造的领域，并且更具体地但非排他地涉及使用粉末的材料增材制造三维物体。
技术介绍
已知通过连续的粉末的材料层的增材制造来制造固体物体的许多不同方法。一些已知的增材制造技术是基于物体的一三维模型选择性地施加一液体粘合材料，将粉末的材料逐层粘合在一起以建构一固体结构。在一些过程中，在建构过程末端时，将物体加热及/或烧结以进一步加强材料的结合。选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)使用激光作为动力源来烧结粉末的材料的多个层。激光经控制以瞄准由一三维模型界定的空间中的多个点，将材料逐层粘合在一起以建构一固体结构。选择性激光熔化(Selectivelasermelting,SLM)是一种与选择性激光烧结可比的技术，选择性激光熔化包括完全熔化材料而非烧结。通常在粉末的熔化温度均匀时使用选择性激光熔化，例如当纯金属粉末用作建构材料时。标题为“模制方法(MOLDINGPROCESS)”的美国专利第4,247,508号描述了一种用于逐层形成三维的物品的模制方法，其内容通过引用并入本文。在一个实施例中，材料的多个平面层依顺沉积。在每一层中，在沉积下一层之前，将其一部分的区域固化，以界定所述层中的所述物品的部分。可以通过使用热及一选定的掩膜或通过使用一经控制的热扫描过程来实现每一层的选择性固化。可对每一层使用一单独的掩模及一热源以取代使用激光来选择性地熔合每一层。将所述掩模放置在其相关层上方，并将一热源放置在所述掩模的上方。通过所述掩模开口的热将熔合通过所述掩模的开口暴露的颗粒。未暴露于直接热的颗粒将不会熔化。标题为“多种用于选择性束烧结的材料系统(MULTIPLEMATERIALSYSTEMSFORSELECTIVEBEAMSINTERING)”的美国专利第5,076,869号描述了一种用于选择性地烧结一粉末层以产生包括多个烧结层的一部件的方法及设备，其内容通过引用并入本文。所述设备包括一计算机，所述计算机控制一激光以将所述激光的能量引导到粉末上以产生一烧结块。对于每个横截面，激光束的目标是在一粉末层上扫描，并且打开光束以仅烧结横截面边界内的粉末。施加粉末并烧结连续的层，直到形成一完整的部件。优选地，粉末包括具有不同解离或结合温度的多种材料。优选地，粉末包括混合的或涂覆的材料。标题为“用于通过选择性烧结进行三维打印的方法及装置(METHODANDAPPARATUSFOR3DPRINTINGBYSELECTIVESINTERING)”的国际专利公开第WO2015/170330号，其内容通过引用并入本文，公开了一种通过三维打印形成一物体的方法，所述方法包括在一建构盘上提供一层粉末，在所述层上进行模压，烧结所述层，所述层是通过选择性激光烧结或选择性激光熔化而被模压，并重复提供、模压及烧结每层直到完成三维物体。所公开的选择性烧结是通过一掩模图案来进行的，所述掩模图案界定待烧结的层的一部分的一负片。
技术实现思路
根据本公开的一些实施例的一方面，提供了一种使用多个粉末层进行增材制造的系统及方法。在一些示例性实施例中，一铝合金粉末被用作建构材料。可选地，可以使用其他材料，例如纯铝、其他金属粉末、陶瓷材料、聚合物材料以及不同类型材料的组合。根据一些示例性实施例，相同的粉末材料用于建构物体及支撑物体。例如，在层建构过程中，粉末可以用作建构物体的多个负斜面或物体中包含的多个中空体积的一支撑。可选地，在层建构过程末端时，形成一生坯块，所述生坯块包括嵌入其中的一图案，所述图案界定一个或多个元件，例如，多个可用模型的粉末压坯及多个支撑元件的粉末压坯。可选地，在层建构过程末端时以及在将多个可用模型的粉末压坯与多个支撑元件的粉末压坯分离之前，将压实施加于生坯块。然后可烧结例如多个可用模型的粉末压坯以完成所述物体。根据一些示例性实施例，通过每层沉积的非粉末的材料的一图案界定支撑区域(例如：旨在包括多个支撑元件的粉末压坯的多个区域)与模型区域(例如：旨在包括多个可用模型的粉末压坯的多个区域)之间的一边界。对于每一层，一三维打印机分配一非粉末的材料，所述非粉末的材料会将用于建构物体的粉末的材料与用于支撑正在建构的物体的粉末的材料分开。在一些示例实施方式中，图案也被界定为将支撑区域分成多个离散的支撑部分，所述多个离散的支撑部分可以在层建构过程末端时与物体分离，即多个支撑元件的粉末压坯。根据一示例性的实施例，非粉末的材料是每层被打印的一固化的油墨(例如：热敏油墨)。对于每一层，一三维打印机分配一油墨，所述油墨会将用于建构物体的粉末的材料与用于支撑正在建构的物体的粉末的材料分开。在一些示例性实施方式中，固化的油墨的图案也被界定为将支撑区域分成多个离散的支撑部分，所述多个离散的支撑部分可以在层建构过程末端时与物体分离，即多个支撑元件的粉末压坯。在一些附加的示例性实施方式中，固化的油墨可以在被界定的多个区域中被施加用作为一负性掩模。当多个层被压实时，所述负性掩模可以防止多个粉末颗粒之间的内聚。在一些附加的示例性实施方式中，固化的油墨可被施加以在多个层被建构时改变所述多个层的块中的多个被界定的位置中的机械性能。在一些示例性实施方式中，固化的油墨的图案还被界定以区分或形成两个或更多个不同模型或模型部件(例如：多个可用模型的粉末压坯)之间的一边界。根据一些示例性实施例的一方面，提供了一种用于建构包括一三维生坯可用模型的一生坯块的增材制造系统，所述系统包含：一打印站，被配置为在一建构盘上打印一图案，其中所述图案是通过选择性地沉积一固化的非粉末的材料而形成的，所述固化的非粉末的材料通过描迹每层待打印的一可用模型的一周围，并描迹所述可用模型的周围的一支撑区域的多个离散部分来形成一分区；一粉末输送站，被配置为在所述图案上施加一层粉末的材料；一压实站，被配置为压实所述每层粉末的材料，其中所述压实站包括用于接收所述层的一模具；一平台，被配置为将所述建构盘重复地推进至所述打印站、所述粉末输送站及所述压实站中的每一个，以建构多个层，所述多个层共同形成所述生坯块。可选地，所述固化的非粉末的材料是一固化的油墨，选自于由一热敏油墨、一可光固化的油墨、蜡或其任意组合所组成的群组。可选地，所述多个离散部分包括多个不同尺寸的部分。可选地，所述多个离散部分的一部分成形为菱形。可选地，基于到所述可用模型的距离及所述离散部分的尺寸来界定围绕一离散部分的一迹线的宽度。可选地，所述离散部分被界定为具有一选定的脱模角度。可选地，所述多个离散部分中的至少一个是使用固化的非粉末的材料的一抖动来被图案化的。可选地，所述固化的非粉末的材料的抖动被配置为在所述固化的非粉末的材料去除之后，避免所述粉末的材料的粘结。可选地，所述固化的非粉末的材料的抖动占所述多个离散部分高达50％。可选地，所述多个离散部分中的抖动的一百分比是基于一离散部分距所述建构盘的一角的距离。可选地，所述多个离散部分使用所述固化的非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建构包括一三维生坯可用模型的一生坯块的增材制造系统，其特征在于：所述系统包含：/n一打印站，被配置为在一建构盘上打印一图案，其中所述图案是通过选择性地沉积一固化的非粉末的材料而形成，所述固化的非粉末的材料通过描迹每层待打印的一可用模型的一周围，并描迹所述可用模型的周围的一支撑区域的多个离散部分来形成一分区；/n一粉末输送站，被配置为在所述图案上施加一层粉末的材料；/n一压实站，被配置为压实所述每层粉末的材料，其中所述压实站包括用于接收所述层的一模具；以及/n一平台，被配置为将所述建构盘反复地推进至所述打印站、所述粉末输送站及所述压实站中的每一个，以建构多个层，所述多个层共同形成所述生坯块。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170320 US 62/473,6191.一种用于建构包括一三维生坯可用模型的一生坯块的增材制造系统，其特征在于：所述系统包含：
一打印站，被配置为在一建构盘上打印一图案，其中所述图案是通过选择性地沉积一固化的非粉末的材料而形成，所述固化的非粉末的材料通过描迹每层待打印的一可用模型的一周围，并描迹所述可用模型的周围的一支撑区域的多个离散部分来形成一分区；
一粉末输送站，被配置为在所述图案上施加一层粉末的材料；
一压实站，被配置为压实所述每层粉末的材料，其中所述压实站包括用于接收所述层的一模具；以及
一平台，被配置为将所述建构盘反复地推进至所述打印站、所述粉末输送站及所述压实站中的每一个，以建构多个层，所述多个层共同形成所述生坯块。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述固化的非粉末的材料是一固化的油墨，所述固化的油墨选自于由一热敏油墨、一可光固化的油墨、蜡或其任意组合所组成的群组。


3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述多个离散部分包括多个不同尺寸的部分。


4.如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于：所述多个离散部分的一部分成形为菱形。


5.如权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于：基于到所述可用模型的距离及所述离散部分的尺寸来界定围绕一离散部分的一迹线的宽度。


6.如权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于：所述离散部分被界定为具有一选定的脱模角度。


7.如权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于：所述多个离散部分中的至少一个是使用固化的非粉末的材料的一抖动来被图案化的。


8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述固化的非粉末的材料的抖动被配置为在所述固化的非粉末的材料去除之后，避免所述粉末的材料的粘结。


9.如权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于：所述固化的非粉末的材料的抖动占所述多个离散部分高达50％。


10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述多个离散部分中的抖动的一百分比是基于一离散部分距所述建构盘的一角的距离。


11.如权利要求1至10任一项所述的系统，其特征在于：所述多个离散部分使用所述固化的非粉末的材料而被抖动。


12.如权利要求1至11任一项所述的系统，其特征在于：所述建构盘的四个角形成有所述固化的非粉末的材料的柱。


13.如权利要求1至12任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包含至少一个延伸通过多个层的固化的非粉末的材料的柱。


14.如权利要求1至13任一项所述的系统，其特征在于：通过描迹所述可用模型的一周围而形成的一分区被界定为包括多个间隙。


15.如权利要求14所述的系统，其特征在于：所述多个间隙窄于100微米。


16.一种使用一固化的非粉末的材料形成的图案，其特征在于，所述图案包含：描迹每层待打印的一可用模型的一周围的一分区；以及
描迹一支撑区域的多个离散部分的多个分区。


17.如权利要求16所述的图案，其特征在于：所述固化的非粉末的材料是一固化的油墨，所述固化的油墨选自于由一热敏油墨、一可光固化的油墨、蜡或其任意组合所组成的群组。


18.如权利要求16或17所述的图案，其特征在于：所述多个分区描迹出多个不同尺寸的离散部分。


19.如权利要求16至18任一项所述的图案，其特征在于：所述多个离散部分的一部分成形为菱形。


20.如权利要求16至19任一项所述的图案，其特征在于：基于到所述可用模型的距离及所述离散部分的尺寸来界定围绕一离散部分的一迹线的宽度。


21.如权利要求16至20任一项所述的图案，其特征在于：所述离散部分被界定为具有一选定的脱模角度。


22.如权利要求16至21任一项所述的图案，其特征在于：所述多个离散部分中的至少一个是使用所述固化的非粉末的材料的一抖动来被图案化的。


23.如权利要求22所述的图案，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚·沙因曼，谢赫·赫希，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL