模制方法及设备，特别是适用于金属及/或陶瓷技术

本发明专利技术提供一种用于制造一模制层状产品的方法及设备，包括：打印一第一模具以定义所述产品的一层；用一铸造材料填充所述第一模具，从而形成一第一层；在所述第一层的顶部上打印一第二模具以定义一第二层；以及用一铸造材料填充所述第二模具在所述第一层上。所述铸造材料可以是一浆糊。继续选替的模具打印及铸造，直到形成一模制层状产品或部件产品。

Molding methods and equipment, especially for metals and / or ceramics

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模制方法及设备，特别是适用于金属及/或陶瓷
本专利技术，在其一些实施例中，涉及用于金属与陶瓷部件的增材制造的一种工艺及设备。
技术介绍
现今增材制造或三维打印广泛用于制造原型部件以及用于小规模制造。熔融沉积建模(FDM)是一种广泛使用的技术，其中塑料细丝从线圈上解开、熔融以及通过铺放下来呈扁平线形式的喷嘴，以形成最终从三维物件出现的层。另一种使用的技术是立体光刻。立体光刻技术是一种增材制造工艺，其工作成透过聚焦紫外线(UV)激光到光敏聚合物树脂的一个缸槽上。借助计算机辅助制造或计算机辅助设计软件(CAM/CAD)，所述UV激光用在绘制一预编程的设计或形状在所述光敏聚合物缸槽的表面上。因为光敏聚合物在紫外线下具有光敏性，所以树脂会固化并且形成所需的三维物件的一单层。对设计的每一层重复所述工艺，直到所述三维物件完成。选择性激光烧结SLS是另一种增材制造层技术，并且涉及高功率激光，例如一二氧化碳激光的使用，以融合塑料的小颗粒成为具有一所需的三维形状的一物体。所述激光通过扫描一粉末床表面上部件的三维数字描述(例如，从一CAD文件或扫描数据)生成的横截面来选择性地熔化粉末状材料。扫描完每个横截面后，粉末床降低一层厚度，新材料层施加在其顶部，并且重复所述工艺，直到所述部件完成。由于金属与陶瓷材料的相对高的熔化温度，所以金属与陶瓷材料更难用于增材制造程序。因为逐层形成所述部件的建立工艺，所以与传统的生产工艺相比，例如机械加工等，增材制造技术通常缓慢。DMLS–直接金属烧结激光是一种广泛使用的金属打印技术。非常薄的一层金属粉末散布在待打印的表面上。一激光在整个表面上缓慢而稳定地移动以烧结粉末。然后再施加并且烧结其他粉末层，因此一次“打印”所述物件一个横截面。以这种方式，DMLS通过一系列非常薄的层逐渐建立一三维物件。三维金属打印的另一种方法是选择性激光熔化(SLM)，其中高功率激光完全熔化金属粉末的每一层，而不是只有烧结它。选择性激光熔化产生非常密集且牢固的打印物件。选择性激光熔化可以只用于某些金属。所述技术可用于不锈钢，工具钢，钛，钴铬合金与铝制部件的增材制造。选择性激光熔化是一个非常高能量工艺，因为每层金属粉末必须加热到所述金属熔点以上。在SLM制造期间出现的所述高温梯度还可能导致最终产品内部的应力与错位，可能损害其物理属性。电子束熔化(EBM)是与选择性激光熔化非常相似的一种增材制造工艺。像SLM一样，它产生非常密集的模型。两种技术之间的区别在于，EBM使用一电子束而不是一激光来熔化所述金属粉末。当前，电子束熔化只能与有限数量的金属使用。尽管也可以使用钴铬，但是钛合金是这个工艺的主要原材料。上述金属打印技术是昂贵的，非常慢的，并且受到建立尺寸及可以使用材料的限制。粘合剂喷射三维打印技术广泛用于打印用于铸件的砂模具或生成复杂的陶瓷部件。它也称为金属增材制造技术。代替熔化材料，如同在选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)中进行的，所述金属粉末通过一粘合剂墨水选择性地结合，之后部分烧结及渗透。在某些情况下，金属粘合剂喷射技术仅限于复合金属合金，特别是对于不锈钢–青铜合成物。霍什内维斯等人在《通过选择性抑制烧结的陶瓷三维打印》中揭露一种用于陶瓷打印的技术，其中，与金属一样，一抑制材料在一陶瓷粉末层周围形成一个定义边缘的一边界，然后进行烧结。随后去除所述抑制层。授予斯图尔特·乌兰的美国专利公开号2014/0339745A1揭露一种使用模具铸造制作一物件的方法，所述方法包括施加一滑剂混合物到使用“增材制造”所制造的一模具中，然后在燃烧内部具有混合物的所述模具。所述揭露内容讨论到铝酸钙与填料的重量百分比为10-60％的一合成物。施塔普夫尔等人发表在材料科学及工程期刊A334(2002)187-192的通过金属与陶瓷浆料的凝胶铸造的快速原型化及制造，公开使用增材制造制作一蜡模，然后引入包含呈粉末状的最终部件材料的浆料。粉末射出成型(PIM)是一种传统工艺，细粉状的金属(在MIM–金属射出成型中)或陶瓷(在CIM–陶瓷射出成型中)与一定量的粘合剂材料混合，以构成一种能够通过射出成型处理的一原料。所述模制工艺允许膨胀的复杂部件在单个步骤中且以大体积成形，所述复杂部件由于所述原料中所述粘合剂的存在而尺寸过大)。成型后，所述粉末-粘合剂混合物进行除去粘合剂的脱脂步骤，并且烧结，以使粉末致密。最终产品是用于各种行业与应用的小型组件。使用流变学定义所述PIM原料流的性质。当前的设备能力要求加工过程仅限于可以使用每次注射到所述模具中的100克或更少的典型量来模制产品。能够在PIM原料中实施的多种材料是广泛的。随后的调节操作是在模制形状上执行，其中去除所述粘合剂材料，以及扩散粘结所述金属或陶瓷颗粒，并且，致密化为在每个维度中具有典型15％收缩率的所需状态。由于PIM部件是用精密注射模具制作的，类似于塑料所用的模具，因此所述工具可是相当昂贵。因此，PIM通常仅用于较大体积部件。特别期望找到一种使用陶瓷与金属实行增材制造的有效方法，所述方法相对快速，能够创造复杂的几何形状并且与多种材料兼容。
技术实现思路
为了建立迄今尚不可能用传统模制或机械加工技术实现的形状，或者为了使用已知增材制造技术难以或不可能使用的材料，或为了比已知的增材制造技术更快地成型，本实施例涉及结合增材制造与模制技术。在实施例中，使用增材制造来制作一模具，然后用所述最终产品的所述材料填充所述模具。在一些实施方案中，用单独的模具分别构造所述最终产品的层，其中在一先前的层上制造一随后的层。所述先前的层实际上可以支撑所述新层的所述模具，并且为所述新层提供所述底板。在一个实施例中，提供一种印刷单元，所述印刷单元具有用于三维打印材料以形成所述模具的一第一喷嘴，以及提供所述填充物的一第二独立喷嘴。可以调节所述第二喷嘴以提供不同尺寸的开口以有效地填充不同尺寸的模具。在其他实施例中，提供两个单独的涂抹器，一个用于打印所述模具，且具有三维打印所需的三个自由度，另一个用于在所述模具形成后填充所述模具。一个实施例包括使用喷墨打印头透过利用蜡或任何其他热熔或热固性或UV固化的材料来打印所述模具，以及通过一自流平铸造材料的使用来整平浆糊铸件沉积层的可能性。用于整平所述铸件的一种替代方法是透过在模制之后振动铸造材料，而另一种替代方法包括使用机械工具(例如刮片或刮刀)来填充与整平所述模具。根据本专利技术的一些实施例的一个方面，提供一种制造模制层状产品的方法，所述方法包括：进行一第一模具的三维打印以定义所述产品的一层；用一铸造材料填充所述三维打印的第一模具，从而形成一第一层；在所述第一层的顶部上进行一第二模具的三维打印以定义一第二层；以及用一铸造材料在所述第一层上方填充所述三维打印的第二模具；从而形成一模制的层状产品。所述方法可以包括在形成所述第二模具之后及在打印所述第二模具之前精加工所述第一层；从而在所述第一层的所述精加工的表面上形成所述第二层。精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造一模制层状产品的方法，其特征在于:所述方法包括:/n进行一第一模具的三维打印以定义所述产品的一层；/n用一铸造材料填充所述三维打印的第一模具，从而形成一第一层；/n在所述第一层的顶部上进行一第二模具的三维打印以定义一第二层；以及/n用一铸造材料在所述第一层上方填充所述三维打印的第二模具；从而形成一模制的层状产品。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170501 US 62/492,3051.一种制造一模制层状产品的方法，其特征在于:所述方法包括:
进行一第一模具的三维打印以定义所述产品的一层；
用一铸造材料填充所述三维打印的第一模具，从而形成一第一层；
在所述第一层的顶部上进行一第二模具的三维打印以定义一第二层；以及
用一铸造材料在所述第一层上方填充所述三维打印的第二模具；从而形成一模制的层状产品。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法还包括在形成所述第二模具之后及在打印所述第二模具之前精加工所述第一层；从而在所述第一层的所述精加工的表面上形成所述第二层。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:使用一模具打印材料来打印所述模具。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述模具打印材料具有一熔点，所述熔点低于所述铸造材料的一熔点。


5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述铸造材料包括一第一群组的一个要素以及一第二群组的一个要素，所述第一群组包含蜡、粘合剂、硬化材料、一分散剂、一消泡剂、一单体、一低聚物、一引发剂、一活化剂、一稳定剂、一脱脂控制添加剂及一烧结控制剂，所述第二群组包含陶瓷及金属。


6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述模铸材料包括一滑剂材料，或一铸造凝胶材料或一浆糊材料。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述模具打印材料包括一粘度，所述粘度高于所述铸造材料的一粘度。


8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于:所述滑剂或铸造凝胶或浆糊是水性基或有机溶剂基的。


9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述铸造材料包括一亲水或一疏水成分。


10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述填充包括灌注所述铸造材料到所述模具中。


11.如权利要求10所述的方法，其特征在于:所述灌注来自一灌注喷嘴。


12.如权利要求11所述的方法，其特征在于:所述方法包括根据所述待填充的所述模具中的一空间的一尺寸来选择所述灌注喷嘴。


13.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于:所述填充包括进到所述模具中的所述铸造材料的射出成型。


14.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于:所述填充包括使用一刮板压在所述模具上以散布所述铸造材料到所述模具中，或者其中，所述填充包括使用由模具表面间隔开的一刀片散布所述铸造材料到所述模具中。


15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述方法包括在不同的层中使用至少两种不同的铸造材料。


16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述铸造材料包括至少两种不同的构成材料或至少两种不同尺寸的颗粒。


17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:所述方法包括在铸造之后使用所述群组中的一个方法移除所述模具，所述群组包括：加热，溶解以及加热与溶解的组合。


18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于:当进行使用一三维打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥弗·本祖尔，哈盖·佩莱德，
申请(专利权)人：三全音科技有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL