用于修整增材制造的3D对象的图案化的预阻挡件制造技术

本发明专利技术题为“用于修整增材制造的3D对象的图案化的预阻挡件”。本发明专利技术公开了一种增材制造系统和方法，其用于改善从打印衬底切片的叠堆中移除或蚀刻多余衬底以得到3D对象的确定性。该方法包括以比3D对象固体层切片更少的聚合物(例如，热塑性)材料围绕期望的对象切片打印伪图像作为壳层。当达到该伪图像时，这减慢了蚀刻过程。伪图像可被打印成在打印衬底片材上包围对象聚合物图像作为壳，壳在多余衬底废物移除/清洁过程期间提供期望的聚合物图像在附近，并且必须格外小心以免移除期望的聚合物图像的提示。伪图像可具有3D图案化表面，3D图案化表面可由人进行喷砂来识别，也可由自动3D对象修整器自动识别。

【技术实现步骤摘要】
用于修整增材制造的3D对象的图案化的预阻挡件
本公开整体涉及用于基于复合材料的增材制造的系统和方法，并且更具体地涉及在构建被配置为形成和/或制造三维对象、零件和部件(3D对象)的打印衬底片材层的过程中，实施用于将幅材馈送的衬底材料切割成经剪切和堆叠的单独衬底片材的相对较高速度的过程。
技术介绍
通常包括对输出产品进行模制或机加工的各种形式的传统对象、零件和部件制造过程已扩展到包括全球范围内称为“增材制造”或AM技术的一类新技术的商业实施方式。这些AM技术通常涉及替代地被称为“固态自由形式制造(SFF)”或“3D打印”的过程，其中根据特定的材料沉积和固化方案，将处于未完成状态的添加剂材料层(有时有毒或其他危险)依次沉积在进程中的3D对象上。在3D对象形成过程中添加每一个层时，新材料层将被添加并粘附到一个或多个已经存在的层。然后，在3D对象构建过程中沉积任何下一个AM层之前，可以至少部分地分别固化每个AM层。贯穿3D工作行程的这种连续层材料添加/接合是在各种复杂级别的自动控制下执行的。AM制造技术包括但不限于已被广泛地称为可用于生产3D打印对象的“3D打印”技术的那些技术。3D打印技术采用一种或多种过程，这些过程改良自并且在一些方面看来类似于众所周知的用于在图像接收介质衬底上形成二维(2D)打印图像的过程。通过3D打印技术生产的输出结构的显著差异通常基于(1)用于从3D打印机形成输出3D打印对象的沉积材料的组合物；和/或(2)“打印”头在沉积相对大量的连续(且非常薄)的沉积材料层以将层构建成输出3D打印对象的形式时进行的扫描遍数。许多基于粉末的AM技术已经被商业化。这些技术包括选择性激光烧结(SLS)，以及用于3D打印的基于调色剂的2D打印技术的某些适配。本领域技术人员认识到，在这些实施方式中的某些实施方式中，通常不需要单独的支持结构来支持某些复杂形状的创建。在这些过程中的某些过程中，粉末材料被选择性地固结成3D对象，同时多余粉末被手动移除。例如，在SLS过程中，薄粉末层沉积在工作空间容器中，并且然后使用跟踪期望横截面形状的激光束将粉末融合在一起。通过沉积粉末层来重复该过程，由此以这种方式逐层构建3D对象。在典型的基于调色剂的3D打印过程中，在通常用于将粘结剂以3D对象横截面形状打印在每个粉末层上的打印技术中，粘结剂材料选择性地粘结沉积在层中的粉末。现在可以使用数量越来越多的AM或3D打印过程和技术。这些AM或3D打印过程的多样性之间的主要区别特性是沉积层以创建输出3D对象的方式、以及用于形成输出3D对象的材料。某些AM技术(贯穿本公开的其余部分将使用此术语来指代各种3D对象分层和构建技术，包括3D打印)熔化或软化材料，以使用技术(诸如通过施加热的对输入材料的选择性激光熔化或烧结)来生产构建层。其他AM制造技术使用用于沉积液体材料的技术(诸如喷射(油墨)材料“打印”技术)来沉积和固化液体材料。一些3D打印机使用以下过程：将塑料以零件横截面图像打印到衬底幅材的纤维片材(诸如碳纤维)上，然后堆叠许多片材以形成叠堆，在加热叠堆以熔化或固化塑料并压缩叠堆之后该叠堆将成为3D对象。该过程中的下一步骤包括移除/清洁未浸渍有塑料的纤维衬底片材。这通常通过喷砂来完成，因为衬底材料比具有打印塑料的衬底更容易移除。所考虑的是如何在不过度移除或损坏3D对象的情况下进行喷砂。
技术实现思路
以下给出简要的
技术实现思路
，以便提供对本教导内容的一个或多个实施方案或实施例的一些方面的基本理解。这个
技术实现思路
不是全面的概述，也并不旨在标识本教导内容的关键或重要元素，也并不旨在描述本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念，作为后面所呈现的具体实施方式的前序。在附图的描述，本公开的具体实施方式和权利要求书中，附加的目标和优点将变得更明显。可通过提供用于改善基于复合材料的增材制造的修整过程的系统和方法来实现本公开中所体现的上述和/或其他方面和效用。作为包围打印零件的附加打印图案的伪图像有助于喷砂/移除步骤，在该步骤中，从期望的打印和熔合零件中移除复合衬底的非期望区域。伪图像图案为精细零件特征(诸如尖锐拐角)提供了附加的保护。伪图像图案还可为操作者或自动化视觉系统提供视觉帮助，以了解喷砂过程何时几乎完成。可针对喷砂角度或基础零件几何形状来优化图案。有益效果包括通过更一致的修整以及使得能够在修整过程中添加自动化视觉系统来改善3D对象零件质量。该系统和方法还可通过减少修整中损坏的零件数量来改善零件产量。根据本文所述的方面，用于制造增材制造的复合结构的打印系统包括转移子系统，该转移子系统被配置为在过程方向上将衬底材料运送通过打印系统；以及增材制造设备，该增材制造设备与衬底材料相邻。增材制造设备被配置为将聚合物图像以期望的图案沉积到衬底材料的成像区域上，从而在衬底材料上产生聚合物图像。增材制造设备还被配置为将伪图像以预先确定的图案沉积到衬底材料上，从而包围聚合物图像，该衬底材料被打印有聚合物图像和伪图像作为3D对象的切片，其中3D对象包括不存在伪图像的多个切片的叠堆。根据本文所示的方面，用于制造增材制造的复合结构的方法包括利用打印系统的转移子系统在过程方向上运送衬底材料；利用打印系统的与衬底材料相邻的增材制造设备将聚合物图像以期望的图案选择性地沉积到衬底材料的成像区域上，从而在衬底材料上产生聚合物图像；以及利用增材制造设备将伪图像以预先确定的图案选择性地沉积到衬底材料上，从而包围聚合物图像。衬底材料被打印有聚合物图像和伪图像作为3D对象的切片，其中经修整的3D对象包括不存在伪图像的多个切片的叠堆。根据本文所述的方面，用于制造增材制造的复合结构的增材制造系统包括转移子系统，该转移子系统被配置为在过程方向上运送衬底材料；以及增材制造设备，该增材制造设备与衬底材料相邻。增材制造设备被配置为将聚合物图像以期望的图案沉积到衬底材料的成像区域上，从而在衬底材料上产生聚合物图像。增材制造设备还被配置为将伪图像以预先确定的图案沉积到衬底材料上，从而包围聚合物图像。增材制造设备包括图像形成设备，该图像形成设备被配置为将粘附剂以期望的图案和预先确定的图案两者选择性地沉积到衬底材料的成像区域上；以及粉末施加器，该粉末施加器被配置为将聚合物粉末施加到成像区域和粘附剂上，其中聚合物粉末经由与粘附剂的相互作用而附接到衬底材料，以在衬底材料上形成聚合物图像和伪图像两者。伪图像的聚合物密度可低于聚合物图像，并且可比聚合物图像更不耐受喷砂。预先确定的图案可以是与聚合物图像的期望图案不同的重复图案。因此，衬底材料可被打印有聚合物图像和伪图像作为3D对象的切片，当修整时，3D对象包括不存在伪图像的多个切片的叠堆。增材制造系统和打印系统还可包括3D对象修整器，该3D对象修整器被配置为清洁其上不具有聚合物图像的衬底材料和来自切片叠堆的伪图像；以及扫描仪，该扫描仪被配置为识别伪图像以便由3D对象修整器清洁。本文描述了示例性实施方案。然而，设想并入本文所述的装置和系统的特征的任何系统都被示例性实施方案的范围和精神所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造增材制造的复合结构的打印系统，包括：/n转移子系统，所述转移子系统被配置为在过程方向上通过所述打印系统运送衬底材料；以及/n增材制造设备，所述增材制造设备与所述衬底材料相邻，所述增材制造设备被配置为将聚合物图像以期望的图案沉积到所述衬底材料的成像区域上，从而在所述衬底材料上产生所述聚合物图像，所述增材制造设备还被配置为将伪图像以预先确定的图案沉积到所述衬底材料上，从而包围所述聚合物图像，所述衬底材料打印有所述聚合物图像和所述伪图像作为3D对象的切片，所述3D对象包括不存在所述伪图像的多个所述切片的叠堆。/n

【技术特征摘要】
20190619 US 16/4457031.一种用于制造增材制造的复合结构的打印系统，包括：
转移子系统，所述转移子系统被配置为在过程方向上通过所述打印系统运送衬底材料；以及
增材制造设备，所述增材制造设备与所述衬底材料相邻，所述增材制造设备被配置为将聚合物图像以期望的图案沉积到所述衬底材料的成像区域上，从而在所述衬底材料上产生所述聚合物图像，所述增材制造设备还被配置为将伪图像以预先确定的图案沉积到所述衬底材料上，从而包围所述聚合物图像，所述衬底材料打印有所述聚合物图像和所述伪图像作为3D对象的切片，所述3D对象包括不存在所述伪图像的多个所述切片的叠堆。


2.根据权利要求1所述的打印系统，所述增材制造设备包括：
图像形成设备，所述图像形成设备被配置为将粘附剂以所述期望的图案和所述预先确定的图案两者选择性地沉积到所述衬底材料的所述成像区域上，以及
粉末施加器，所述粉末施加器被配置为将聚合物粉末施加到所述成像区域和所述粘附剂上，其中所述聚合物粉末经由与所述粘附剂的相互作用而附接到所述衬底材料，以在所述衬底材料上形成所述聚合物图像和所述伪图像两者。


3.根据权利要求1所述的打印系统，所述增材制造设备包括第一AM设备段和第二AM设备段，所述第二AM设备段在所述过程方向上在所述第一AM设备段的下游，
所述第一AM设备段包括第一图像形成设备，所述第一图像形成设备被配置为将第一粘附剂以所述期望的图案选择性地沉积到所述衬底材料的所述成像区域上；第一粉末施加器，所述第一粉末施加器被配置为将聚合物粉末施加到所述成像区域和所述第一粘附剂上，其中所述聚合物粉末经由与所述第一粘附剂的相互作用而附接到所述衬底材料以在所述成像区域中形成所述聚合物图像；以及第一粉末移除器，所述第一粉末移除器被配置为移除所述施加的聚合物粉末中的未附接到所述衬底材料的任何聚合物粉末，从而在所述衬底材料上产生所述聚合物图像，
所述第二AM设备段包括第二成像设备，所述第二成像设备用于将第二粘附剂以所述预先确定的图案选择性地沉积到所述衬底材料的所述成像区域上，从而包围所述聚合物图像；第二粉末施加器，所述第二粉末施加器被配置为将第二粉末施加到包围所述聚合物图像的所述预先确定的图案上，以在所述衬底材料上形成所述伪图像；以及第二粉末移除器，所述第二粉末移除器被配置为移除所述施加的第二粉末中的未附接到所述衬底材料的任何第二粉末，从而在所述衬底材料上产生包围所述聚合物图像的所述伪图像。


4.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述伪图像比所述聚合物图像更不耐受喷砂。


5.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述伪图像为与所述聚合物图像不同的颜色。


6.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述预先确定的图案包括与所述聚合物图像的所述期望的图案不同的重复图案。


7.根据权利要求6所述的打印系统，其中所述重复图案至少每1mm重复一次。


8.根据权利要求6所述的打印系统，其中所述重复图案包括以具有至少200点每英寸的半色调点图案浸渍有所述聚合物的打印部分。


9.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述伪图像的聚合物密度低于所述聚合物图像。


10.根据权利要求9所述的打印系统，其中所述预先确定的图案包括半色调图案。


11.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述聚合物图像包括外部拐角部分，并且所述伪图像包括靠近所述外部拐角部分的拐角边界部分，所述拐角边界部分的聚合物密度高于所述伪图像的远离所述聚合物图像的所述外部拐角部分的部分。


12.根据权利要求1所述的打印系统，还包括3D对象修整器，所述3D对象修整器被配置为清洁其上不具有聚合物图像的所述衬底材料和来自所述切片叠堆的所述伪图像，传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·曼特尔，P·J·奈斯特龙，M·D·丹尼尔斯，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US