基于盒板的增材制造设备和方法技术

一种增材制造设备，包括：构建板，该构建板的至少一部分是透明的，该构建板限定构造表面；板输送机构，该板输送机构能够操作以选择性地将构建板移入或移出限定在设备内限定的构建区域；材料沉积器，该材料沉积器能够操作地将可固化的树脂沉积在构建表面上；平台，该平台定位于构建区域附近并配置成保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；机构，该机构能够操作以操纵构建板和平台的相对位置；以及辐射能量设备，该辐射能量设备定位于与平台相对的构建区域附近，并且能够操作以产生辐射能量并将辐射能量以预定的图案投射穿过构建板。提供了一种使用该设备的方法。

Additive manufacturing equipment and method based on box plate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于盒板的增材制造设备和方法
本专利技术大体上涉及增材制造，并且更具体地涉及用于增材制造中的可固化材料处理的方法。
技术介绍
增材制造是其中逐层堆积材料以形成部件的过程。立体光固化成型是一种增材制造过程，它使用一桶液态的辐射能量可固化的光聚合物“树脂”和例如激光之类的固化能量源。类似地，DLP3D打印采用二维图像投影仪来一次一层地构建部件。对于每一层，投影仪都会在液体的表面上或通过透明物体(该透明物体限定树脂的受约束表面)闪烁部件横截面的辐射图像。暴露于辐射会固化并凝固树脂中的图案，并将其结合到先前固化的层或另一构建表面。在固化光聚合物树脂时，优选为每一层提供新生的材料供应。旧的树脂可能包含固化的产品，例如具有折断部分的支撑件或其他外部污染。在基于桶的过程中，这种污染或受污染的材料可能会固化到部件中，从而导致不期望的几何形状，或以其它方式破坏构建过程并损坏最终零件。另一现有技术方法是所谓的“流延成型”(tapecasting)过程。在此过程中，树脂被沉积在从供应盘送出的柔性透辐射的带(tape)上。上板下降到树脂上，将其压缩在带和上板之间，并限定层厚。辐射能量用于通过透辐射的带来固化树脂。一旦第一层的固化完成，上板就向上缩回，并带走固化的材料。然后将带推进以露出新生的干净部分，以准备添加树脂。流延成型的一个问题是浪费，因为带不可重复使用。
技术实现思路
通过增材制造方法解决了这些问题中的至少一个，在增材制造方法中，材料沉积并固化在板上。对于每个固化循环，顺序提供新生的板。根据本文描述的技术的一个方面，一种增材制造设备包括：构建板，该构建板的至少一部分是透明的，该构建板限定构建表面；板输送机构，该板输送机构能够操作以选择性地将构建板移入或移出限定在设备内的构建区域；材料沉积器，该材料沉积器能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积在构建表面上；平台，该平台定位于构建区域附近并配置成保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；机构，该机构能够操作以操纵构建板和平台的相对位置；以及辐射能量设备，该辐射能量设备定位于与平台相对的构建区域附近，并且能够操作以产生辐射能量并将辐射能量以预定的图案投射穿过构建板。根据本文描述的技术的另一方面，一种用于逐层生产部件的方法，包括以下步骤：准备构建板，该构建板至少包括透明的一部分，该构建板限定构建表面，构建表面上沉积有辐射能量可固化的树脂；在增材制造设备的构建区域内，相对于构建表面定位平台以限定树脂中的层增量；使用特定图案的辐射能量的施加选择性地固化树脂，以限定部件的横截面层的几何形状；相对地移动分开构建板和平台，以使部件与构建表面分离；将构建板输送出构建区域；以及对于多个层，重复准备、定位、固化和输送的步骤，直到部件完成。附图说明通过参考以下结合附图进行的描述，可以最好地理解本专利技术，其中：图1是示例性增材制造设备的示意性侧视图；图2是替代性增材制造设备的示意性侧视图；图3是示出可选的脱模剂喷头的示意图；图4是示出可选的释放膜施加器的示意图；图5是图1的设备的视图，示出树脂沉积在其构建板上。图6是使用图1的设备施加的具有多个部分的树脂层的示意性俯视图；图7是图1的设备的视图，示出下降到位的平台并使用辐射能量设备固化树脂；图8是图1的设备的视图，示出缩回的平台；图9是图1的设备的视图，示出移出设备的构建区域的构建板；图10是替代性增材制造设备的示意性侧视图；图11是图1的设备的视图，示出被移动到设备的构建区域中的位置的桶；图12是其上施加有树脂的层的构建板的示意性立体图；图13是平台和包含有清洗液的桶的示意性侧视图；以及图14是在配备有空气喷嘴的空桶中的平台的示意性侧视图。具体实施方式参考附图，其中贯穿各个视图，相同的附图标记表示相同的元件，图1示意性地示出了用于执行本文所述的增材制造方法的实施例的一种类型的合适的设备10的示例。如将在下面更详细解释的，应当理解的是，设备的其他配置可以用于执行本文描述的方法。示例性设备10的基本部件包括构建板12、平台14、辐射能量设备18和板输送机构20。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。构建板12限定平面的构建表面22。为了方便描述的目的，可以将构建表面22视为被取向为平行于设备10的X-Y平面，并且垂直于X-Y平面的方向表示为Z方向(X、Y和Z为三个相互垂直的方向)。构建板12具有足够的刚度，使得在增材制造过程期间施加的预期载荷下，其不会弯曲或偏转到足以干扰增材制造过程的程度，或导致正在生产的部件的不可接受的变形的量或不精确度的量。可以通过材料特性(即，足够高的模量)和/或部件设计(即，厚度、刚性特征等)的组合来提供期望的刚度。构建板12或其选定部分是透明的。如本文所用，术语“透明”是指允许选定波长的辐射能量穿过的材料。例如，如下所述，被用于固化的辐射能量可以是可见光谱中的紫外光或激光。透明材料的非限制性示例包括聚合物、玻璃和晶质矿物，例如蓝宝石或石英。构建板12可以由两个或更多个子部件组成，其中一些是透明的。构建表面22可以被构造成“不粘”的，即抵抗固化树脂的粘附。不粘特性可以通过变量(例如构建板12的化学性质、其表面光洁度和/或施加的涂层)的组合来体现。在一个示例中，可施加永久或半永久不粘涂层。合适的涂层的一个非限制性示例是聚四氟乙烯(“PTFE”)。在一个示例中，构建表面22的全部或部分可以结合具有不粘特性的受控粗糙度或表面纹理(例如，突起、凹坑、凹槽、脊等)。在一个示例中，构建板12可以全部或部分地由透氧材料制成。平台14是限定平面的上表面30的结构，在下面描述的层取向和固化步骤期间，该平面的上表面30能够取向为平行于构建表面22。提供了一些装置，以使构建板12相对于平台14平行于Z方向移动。在图1中，这些装置被示意性地描述为被连接在平台14和固定支撑结构34之间的简单致动器32，应理解的是，例如气动缸、液压缸、滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器或增量(delta)驱动器的装置可以用于此目的。作为使平台14可移动的补充或替代，构建板12和/或输送机构20可平行于Z方向移动。直接围绕构建板12(当其被定位用于进行固化步骤时)的位置的区域或体积被定义为“构建区域”，由虚线框23表示。为了描述的目的，设备10可与定位于构建区域23附近的“装载区域”25、和定位于构建区域23附近的“卸载区域”27相关联。(或者，可以提供单个缓冲区域或暂存区域)。板输送机构20包括能够操作以将构建板12从装载区域25移至构建区域23或从构建区域23移至卸载区域27的装置或装置组合。在所示的示例中，以传送带的形式示出了一种可能的板输送机构20，该传送带横向延伸穿过构建区域23。适合于此目的的其他类型的机构包括，例如，机械连杆、旋转台或机器人效应器臂。应当理解的是，构建板12可以从任何期望的方向移入或移出构建区域。设备10特别适合于增材构建方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造设备，其特征在于，包括：/n构建板，所述构建板的至少一部分是透明的，所述构建板限定构建表面；/n板输送机构，所述板输送机构能够操作，以选择性地将所述构建板移入或移出限定在所述设备内的构建区域；/n材料沉积器，所述材料沉积器能够操作，以将辐射能量可固化的树脂沉积在所述构建表面上；/n平台，所述平台定位于所述构建区域附近并配置成保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；/n机构，所述机构能够操作，以操纵所述构建板和所述平台的相对位置；以及/n辐射能量设备，所述辐射能量设备定位于与所述平台相对的所述构建区域附近，并且能够操作，以产生辐射能量并以预定的图案将所述辐射能量投射穿过所述构建板。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171102 US 15/802,3091.一种增材制造设备，其特征在于，包括：
构建板，所述构建板的至少一部分是透明的，所述构建板限定构建表面；
板输送机构，所述板输送机构能够操作，以选择性地将所述构建板移入或移出限定在所述设备内的构建区域；
材料沉积器，所述材料沉积器能够操作，以将辐射能量可固化的树脂沉积在所述构建表面上；
平台，所述平台定位于所述构建区域附近并配置成保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；
机构，所述机构能够操作，以操纵所述构建板和所述平台的相对位置；以及
辐射能量设备，所述辐射能量设备定位于与所述平台相对的所述构建区域附近，并且能够操作，以产生辐射能量并以预定的图案将所述辐射能量投射穿过所述构建板。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述材料沉积器配置成将所述可固化的树脂沉积在所述构建区域内的所述构建表面上。


3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述材料沉积器配置成将所述可固化的树脂沉积在所述构建区域外的所述构建表面上。


4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述板输送机构能够操作，以选择性地将所述构建板从装载区域移动到所述构建区域或从所述构建区域移动。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，其中，所述板输送机构能够操作，以选择性地将所述构建板从卸载区域移动到所述构建区域或从所述构建区域移动。


6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括重涂覆机，所述重涂覆机能够操作，以整平所述树脂的层。


7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述材料沉积器配置成选择性地沉积一种以上的树脂。


8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述构建表面的至少一部分包括不粘涂层。


9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述构建表面的至少一部分包括有效地产生不粘效果的结构化表面粗糙度。


10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述构建板的至少一部分是透氧的。


11.一种用于逐层生产部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备构建板，所述构建板至少包括透明的一部分，所述构建板限定构建表面，所述构建表面上沉积有辐射能量可固化的树脂；
在增材制造设备的构建区域内，定位平台，使得所述平台和已经存在于所述平台上的所述部件的一部分中的至少一个与所述树脂接触；
使用特定图案的辐射能量的施加选择性地固化所述树脂，以限定所述部件的横截面层的几何形状；
相对地移动分开所述构建板和所述平台，以使所述部件与所述构建表面分离；
将所述构建板输送出所述构建区域；以及
对于多个层，重复准备、定位、固化和输送的步骤，直到所述部件完成。


12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中，准备所述构建板的步骤包括：
将干净的构建板输送到所述构建区域；和
将所述树脂沉积在所述构建表面上。


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【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽·凯瑟琳·汤普森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US