用于改进的增材制造部件的涂覆片材制造技术

本发明专利技术涉及一种用于改进的增材制造部件的涂覆片材。用于增材制造的涂覆片材包括由基础聚合物材料形成的基础聚合物层和由涂覆聚合物材料形成的涂覆聚合物层。至少涂覆聚合物材料易受响应于电磁辐射的介电加热的影响，从而促进在增材制造工艺期间相邻涂覆片材之间的融合。具体地，当电磁辐射被施加到相邻涂覆片材之间的至少一个界面区域时，每个涂覆片材的聚合物涂覆层熔化以横跨界面区域扩散，从而防止空隙的形成。基础聚合物材料和涂覆聚合物材料也可具有类似的熔点和相容的溶解度参数以进一步促进片材之间的融合。以进一步促进片材之间的融合。以进一步促进片材之间的融合。

【技术实现步骤摘要】
用于改进的增材制造部件的涂覆片材


[0001]本公开涉及增材制造设备和方法，并且具体地涉及基于片材的增材制造。本文公开的增材制造工艺可用于生产包括环境控制管道、门板、工具、夹具、固定装置等的部件。本公开的示例可用于各种潜在应用，尤其是在运输行业中，包括例如航空航天、航海、汽车，以及例如用于辅助动力单元(APU)的壳体。

技术介绍

[0002]根据部件的性能要求和制造设备的可用性，可以使用各种制造技术来制造部件和其它组件。例如，层压物体制造(LOM)是使用金属或塑料的片材或层的一种类型的增材制造技术。在该工艺中，第一层被放置在基底上并选择性地融合或压缩。一个或多个后续层被放置在第一层上面并选择性地融合或压缩以形成三维物体。在这些工艺中使用的片材或层可以由热塑性材料形成，例如聚碳酸酯、金属或其它类似构造的材料。基于片材的增材制造，例如LOM，可在片材之间引入空隙，从而导致物体结构完整性降低。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一个方面，提供了一种用于增材制造工艺的涂覆片材。该涂覆片材包括：形成为第一片材的基础聚合物层，该基础聚合物层由具有第一介电损耗因子的基础聚合物材料形成；以及覆盖该第一片材的表面的至少一部分的涂覆聚合物层，该涂覆聚合物层由具有第二介电损耗因子的涂覆聚合物材料形成，其中该涂覆聚合物层的第二介电损耗因子大于该基础聚合物层的第一介电损耗因子。
[0004]根据本公开的另外的方面，制造用于增材制造工艺的涂覆片材的方法包括：将片材定位在基底上，所述片材由基础聚合物材料形成；将液体涂料施加至所述片材的外部的至少一部分，所述液体涂料由涂覆聚合物材料形成；以及干燥所述片材上的所述液体涂料以形成所述涂覆片材，其中，所述涂覆片材包括由所述片材形成的基础聚合物层和由干燥后的所述液体涂料形成的涂覆聚合物层。
[0005]根据本公开的另一方面，通过增材制造来制造物体的方法包括通过以下步骤来形成第一涂覆片材：提供由基础聚合物材料形成的第一片材；将液体涂料施加至第一片材的外部的至少一部分，所述液体涂料由涂覆聚合物材料形成；以及干燥第一片材上的液体涂料以形成第一涂覆片材，第一涂覆片材包括由第一片材形成的基础聚合物层和由干燥后的液体涂料形成的涂覆聚合物层。该方法还包括通过以下步骤来形成第二涂覆片材：提供由基础聚合物材料形成的第二片材；将液体涂料施加到第二片材的外部的至少一部分；以及干燥第二片材上的液体涂料以形成第二涂覆片材，第二涂覆片材包括由第二片材形成的基础聚合物层和由干燥后的液体涂料形成的涂覆聚合物层。该方法继续：相对于第二涂覆片材定位第一涂覆片材，使得第一涂覆片材的涂覆聚合物层在界面区域处覆盖第二涂覆片材的涂覆聚合物层；压缩第一涂覆片材和第二涂覆片材；以及使用电磁辐射介电加热至少第一涂覆片材的涂覆聚合物层和第二涂覆片材的涂覆聚合物层，从而使第一涂覆片材横跨界
面区域融合到第二涂覆片材。
[0006]已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在其它实施方式中组合，其进一步的细节可以参考以下描述和附图看出。
附图说明
[0007]在所附权利要求中阐述了被认为是说明性示例的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施方式的以下详细描述，将最好地理解说明性实施方式以及优选使用模式、其进一步的目的和优点，在附图中：
[0008]图1是根据本公开的用于将第一片材转换成用于基于片材的增材制造工艺的涂覆片材的设备的示意图。
[0009]图2是将第二片材转化成涂覆片材的示意图。
[0010]图3是示出了放置在图1的第一片材上面的图2的第二片材并且施加电磁辐射以在界面区域处融合第一片材和第二片材的示意图。
[0011]图4是堆叠并融合在一起的多个涂覆片材的示意图。
[0012]图5是用激光切割图4的涂覆片材的叠层的示意图。
[0013]图6是在切割图5所示的片材的叠层之后形成的物体的图示。
具体实施方式
[0014]以下详细描述针对基于片材的增材制造技术，诸如层压物体制造(LOM)。本文公开的示例包括用于这种工艺的涂覆片材、用于形成涂覆片材的方法、以及用于在增材制造工艺中使用涂覆片材来构建物体的方法。所述涂覆片材包括由基础聚合物材料形成的基础聚合物层和由涂覆聚合物材料形成的涂覆聚合物层。涂覆片材易受选择性加热影响，例如通过使用电磁辐射的介电加热，以提高所构建的物体的强度。
[0015]定义
[0016]“融合长丝制造”(FFF)是一种用于构建层以形成产品和例如三维产品、原型或模型的增材制造技术。该工艺可以快速用于快速原型制作和制造，以逐层构建熔化材料以产生模型、产品或类似物体。
[0017]如本文所用，术语“长丝”是指在增材制造工艺中使用的具有细长、线状形状的原料。
[0018]术语“粉末涂料”或“粉末涂覆的”或类似术语在此是指作为被施加的一种类型的涂料，其例如作为干粉，并且通常静电地施加，然后经由热量、电磁辐射如微波或其它固化源来固化。粉末可以是热塑性塑料、热固性聚合物或其它类似的聚合物或材料。
[0019]如本文所用，短语“选择性激光烧结”或“选择性激光熔化”等术语是指增材制造工艺，增材制造工艺使用激光来烧结粉末材料，将激光指向空间中，并且使用3D模型作为图案，将材料结合在一起以产生固体结构。通常，粉末材料是尼龙、聚酰胺或类似材料。
[0020]短语“层压物体制造(LOM)”是指其中使用热量和压力将诸如塑料或纸等的材料层融合、压制、层压等在一起的工艺。然后可以用计算机控制的激光、刀片、刀或其它切割工具将产品切片或切割成所需形状。
[0021]参考形成本专利技术一部分的附图，并且附图通过说明、具体实施方式或示例的方式
示出。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
[0022]现在转到附图，图1示出了用于将第一片材4转换成涂覆片材6的设备2，该设备2可用于增材制造工艺以构建具有改进的结构完整性的物体。具体地，第一片材4被放置在基底8上，该基底8可以是增材制造设备的工作站。喷嘴10邻近基底8定位，并流体联接到保持液体涂料14的涂料供应源12。在操作中，操作涂料供应源以将涂料14喷涂在第一片材4的外部的至少一部分上面。液体涂料14可以液相供应，并随后在第一片材4上面干燥并硬化。最后，设备2产生具有基础聚合物层18和涂覆聚合物层20的涂覆片材6。
[0023]用于形成涂覆片材6的基础聚合物层18和涂覆聚合物层20的材料允许在基于片材的增材制造工艺期间选择性加热，从而促进层间链扩散和结合，使得所得的构建物体具有改进的结构完整性。如下面更详细讨论的，用于基础聚合物层18和涂覆聚合物层20的材料可以基于对介电加热的相对响应性以及熔点和溶解度参数的接近度来选择。
[0024]关于对介电加热的响应性，可以选择在涂覆片材6中使用的材料，使得涂覆聚合物层20比基础聚合物层18更易受响应于电磁辐射的加热的影响。被称为介电损耗因子(也被称为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造工艺的涂覆片材(6)，所述涂覆片材(6)包括：基础聚合物层(18)，所述基础聚合物层(18)形成为第一片材(4)，所述基础聚合物层(18)由具有第一介电损耗因子的基础聚合物材料形成；以及涂覆聚合物层(20)，所述涂覆聚合物层(20)覆盖所述第一片材(4)的表面的至少一部分，所述涂覆聚合物层(20)由具有第二介电损耗因子的涂覆聚合物材料形成，其中，所述涂覆聚合物层(20)的所述第二介电损耗因子大于所述基础聚合物层(18)的所述第一介电损耗因子。2.根据权利要求1所述的涂覆片材(6)，其中，所述基础聚合物材料具有第一熔点，所述涂覆聚合物材料具有第二熔点，并且所述第一熔点和所述第二熔点之差在约20摄氏度内。3.根据权利要求1或2所述的涂覆片材(6)，其中，所述基础聚合物材料具有第一溶解度参数，所述涂覆聚合物材料具有第二溶解度参数，并且所述第二溶解度参数和所述第一溶解度参数之差在约10J/cc
0.5
内。4.根据权利要求1或2所述的涂覆片材(6)，其中，所述基础聚合物材料包括聚醚酰亚胺，并且所述涂覆聚合物材料包括聚乙烯醇。5.一种制造用于增材制造工艺的涂覆片材(6)的方法，所述方法包括：将片材(4)定位在基底(8)上，所述片材(4)由基础聚合物材料形成；将液体涂料(14)施加到所述片材(4)的外部的至少一部分，所述液体涂料(14)由涂覆聚合物材料形成；以及干燥所述片材(4)上的所述液体涂料以形成所述涂覆片材(6)；其中，所述涂覆片材(6)包括由所述片材(4)形成的基础聚合物层(18)和由干燥后的所述液体涂料(14)形成的涂覆聚合物层(20)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述液体涂料(14)施加到所述片材(4)的所述外部的至少所述部分包括：从邻近所述基底(8)定位的喷嘴(10)喷涂所述液体涂料(14)。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述基础聚合物材料包括聚醚酰亚胺，并且所述涂覆聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：