多材料三维打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种多材料三维打印设备。所公开的设备包括两个或两个以上打印站。每一打印站包括衬底、运送装置、分配装置、压实装置、打印装置、固化装置以及流化材料去除装置。所述设备还包括经由运送装置与两个或两个以上打印站连接的组装装置。该设备还包括与所述组装装置连接的一个或多个转移装置。所述设备还包括被配置为控制两个或两个以上打印站、组装装置以及一个或多个转移装置操作的计算和控制装置。制装置。制装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多材料三维打印机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张享有于2018年10月22日提交的序列号为16/167,088的美国专利申请的优先权，且该美国专利申请享有于2018年6月7日提交的、名称为“多材料3D打印机”的美国临时专利申请号为62/682,067的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。


[0003]本专利技术涉及用于创建具有两种或更多种材料的结构的三维打印系统以及相关的方法。

技术介绍

[0004]三维打印的应用已经引起了人们对更快、更经济的制造方法的可能性的高度关注。但是，迄今为止，这一可能性基本上没有实现。绝大多数三维打印机用于制造演示零件或非功能性原型。很大程度上，大多数演示零件或非功能性原型都由塑料材料制成，选择这些材料主要是为了与打印机兼容，而不是最终部件的材料要求。高价值零件有一些值得注意的例外。例如，可以利用能量束熔化三维打印机来制造关节置换，以及利用喷射式粘合三维打印机制造的复合砂型铸造型芯。
[0005]这两种三维打印机都采用粉末床技术，但是采用了不同的方法将粉末固定到所需的构造中。两种应用都受益于使用为该应用而选择的技术材料的能力，这与为熔融成型机的熔融和固化特性或在光聚合机中的聚合特性而选择塑料相反。喷射式粘合三维打印机还受益于快速沉积整层粉末并利用高速喷墨式打印头固化所需图案的能力。喷射粘合型三维打印机最主要的限制因素在于对每一层内的单一材料的限制。
[0006]因此，需要提供一种能够利用粉末床和喷射粘合技术来解决单一材料限制的三维打印机。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种多材料三维打印设备。所提供的设备包括两个或更多个打印站。每个打印站包括衬底、运送装置、分配装置、压实装置、打印装置、固化装置和流化材料去除装置。该设备还包括经由运送装置与两个或两个以上打印站连通的组装装置。该设备还包括与所述组装装置连接的一个或多个转移装置。所述设备还包括被配置为控制两个或两个以上打印站、组装装置以及一个或多个转移装置的操作的计算和控制装置。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述转移装置被配置为将打印层从衬底转移到至少一个构建衬底或转移到之前附着在构建衬底上的一叠打印层的打印层上。此外，所述转移装置还包括拾取组件，其包括被配置成从所述衬底上移除打印层的连接装置。在一些实施例中，连接装置包括被配置成克服将打印层保持在衬底上的力的真空装置或粘合装置。所述转移装置可包括被配置成将打印层从衬底移动到组装装置的平移装置。
[0009]在一些实施例中，流化材料去除装置包括真空装置、破坏性装置和气刀。此外，流
化材料去除装置还被配置成去除沉积并压实在衬底上的所有流化材料。
[0010]在一些实施例中，固化装置被配置为提供选自IR辐射、UV辐射和电子束的至少一个辐射能量源。所述打印装置可以包括具有横跨衬底宽度的喷嘴的喷墨式打印头。在其他实施例中，打印装置包括横跨衬底宽度所需的更少喷嘴的喷墨式打印头。
[0011]在一些实施例中，压实装置包括被配置成提供振动的沉降装置以及顺应性压力带或辊中的至少一个。压实装置被配置成将流化的材料压实到至少为流化材料理论密度的40％的高密度。
[0012]本专利技术的其他特点和优势将在下面的描述中阐述，并且在一定程度上，这些特点和优势从该描述中将是显而易见的，或者可以通过实践本文披露的原理来获得。本专利技术的特征和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的设备及其组合的来实现和获得。根据以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些和其他特征将变得完全显而易见，或者可以通过实践本文阐述的原理来获得。
附图说明
[0013]为了说明获得上述
技术实现思路
及其优点和特点的方式，现将参照附图所示的具体例子，来对上述原理进行更具体的描述。这些附图仅描述了本专利技术的示例性方面，因此不应被视为对其范围的限制。这些原理通过利用以下附图以及其他特点和细节来描述和解释。
[0014]图1根据本专利技术的一实施方式，示出了具有连续衬底的打印站和组装装置的示意图；
[0015]图2根据本专利技术的一实施方式，示出了多材料三维打印机的示意图；
[0016]图3根据本专利技术的一实施方式，示出了具有其他承载装置的打印以及组装装置的示意图；
[0017]图4根据本专利技术的一实施方式，示出了由每个打印站创建两种或两种以上材料的结构的过程的流程图；
[0018]图5根据本专利技术的一实施方式，示出了由整个三维打印机创建两种或两种以上材料结构的过程的流程图；
[0019]图6根据本专利技术的一实施方式，示出了系统级计算和控制装置的示意图；
[0020]图7根据本专利技术的一实施方式，示出了单个打印站控制器的示意图；
[0021]图8根据本专利技术的一实施方式，示出了流化材料去除装置的示意图；
[0022]图9根据本专利技术的一实施方式，示出了所述转移装置的替代实施方式的示意图；
[0023]图10根据本专利技术的一实施方式，示出了所述连接装置的替代实施方式的示意图；
[0024]图11根据本专利技术的一实施方式，示出了所述连接装置的替代实施方式的示意图；以及
[0025]图12根据本专利技术的一实施方式，示出了所述连接装置的替代实施方式。
具体实施方式
[0026]参考附图来描述本专利技术，其中，所有附图使用相同的附图标记表示相似或等同的元件。附图未按比例绘制，并且提供附图仅用于说明本专利技术。下面将参考示例性应用来描述本专利技术的一些方面。应该理解的是，阐述了许多具体的细节、关系和方法，以提供对本专利技术
的全面理解。然而，相关领域的普通技术人员将容易地意识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者通过其他方法来实践本专利技术。在其他情况下，未详细示出公知的结构或操作，以避免使本专利技术晦涩难懂。本专利技术不受图示动作或事件顺序限制，因为一些动作可以以不同的顺序和/或与其他动作或事件同时发生。此外，并非所有示出的动作或事件都是实施本专利技术的方法所必需的。
[0027]鉴于上述内容，本文所公开的实施方式针对的是用于创建两种或更多种材料的结构的三维打印系统以及相关方法。所公开的三维打印系统利用粉末床和喷射粘合技术来解决单一材料的局限性。本专利技术教导了以层构建结构，每一层包括一种或多种材料。所公开的方法还教导了通过使用计算机辅助设计和制图(CAD)软件来对每层的每种单独的材料进行图案化并且将那些单独的材料切片组合成期望的三维结构。当每一层中的每种材料被打印后，将其依次堆叠在先前打印的层上，以形成三维的以及两种或更多种材料的所需结构。
[0028]虽然基于熔融沉积成型(FDM)和挤出的三维打印机能够沉积多种材料或多种颜色的非常相似的材料，但是这些用于三维打印的技术都非常慢，并且只能提供非常有限的材料集。本专利技术教导了粉末床和喷射粘合技术，其具有足以与传统离散组装和减法成形工艺在成本上具有竞争力的材料沉积速率。此外，喷射粘合技术在材料上提供了灵活性，从而可以应用非常广泛的有机和无机材料。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多材料三维打印设备，其包括：两个或两个以上打印站，其中，所述两个或两个以上打印站中的每一打印站均包括衬底、一个或多个运送装置、分配装置、压实装置、打印装置、固化装置以及流化材料去除装置；组装装置，其通过所述一个或多个运送装置与所述两个或两个以上打印站相连接；一个或多个转移装置，其与所述组装装置相连接；以及计算和控制装置，其被配置为控制所述两个或两个以上打印站、组装装置以及一个或多个转移装置的操作。2.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述转移装置被配置为将衬底上的打印层转移至至少一个构建衬底上或转移至之前固定在构建衬底上的堆叠的打印层的打印层上。3.根据权利要求2所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述转移装置包括拾取组件，所述拾取组件包括被配置为从所述衬底表面移除所述打印层的连接装置。4.根据权利要求3所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述连接装置包括被配置成克服将打印层保持在衬底上的力的真空装置或粘合装置中的至少一个。5.根据权利要求2所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述转移装置包括被配置成将打印层从衬底移动到组装装置的平移装置。6.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述流化材料去除装置包括真空装置、破坏性装置以及气刀。7.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述流化材料去除装置还被配置成去除沉积并压实在衬底上的所有流化材料。8.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述固化装置被配置为提供选自IR辐射、UV辐射和电子束中的至少一个辐射能量源。9.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述打印装置包括喷墨式打印头，其具有横跨衬底宽度的喷嘴。10.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述打印装置包括喷码式打印头，其具有少于横跨衬底宽度所需的喷嘴。11.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述压实装置包括被配置为提供振动的沉降装置以及顺应性压力带或辊中的至少一个。12.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述压实装置被配置成将流化的材料压实到至少为流化材料理论密度的40％的高密度。13.根据权利要求1所述的多材料三维打印设备，其特征在于：所述组装装置包括构建衬底以及便于将每一打印层精确放置到构建基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普，
申请(专利权)人：凯洛赛尔公司，
类型：发明
国别省市：