用于功能梯度材料的增材制造方法技术

一种逐层生产功能梯度的部件的方法，该方法包括：在由树脂支撑件限定的构建表面上沉积辐射能量可固化的树脂，该树脂包含填料，填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒；使填料沉降，以使颗粒组彼此分离，从而在树脂内限定至少两个区域；相对于构建表面定位平台，以限定树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化树脂，以限定部件的横截面层的几何形状；相对地移动构建表面和平台，以使部件与构建表面分离；至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成部件。直到完成部件。直到完成部件。

【技术实现步骤摘要】
用于功能梯度材料的增材制造方法
[0001]本申请是2019年12月19日所提出的申请号为201911318173.7、专利技术名称为“用于功能梯度材料的增材制造方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]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

[0003]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源。类似地，DLP 3D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(该透明物体限定了树脂的受约束表面)闪烁部件横截面的辐射图像。曝光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上。其他类型的增材制造过程利用其他类型的辐射能量源来凝固树脂中的图案。
[0004]功能梯度材料的组成和结构随体积逐渐变化，导致材料性能的相应变化。这些材料可以被设计用于特定的功能和应用。传统上，使用基于散装(颗粒处理)，预成型处理，层处理和熔化处理的各种方法来制造功能梯度材料。
[0005]功能梯度材料在单一材料不合适和两种不同材料之间的离散边界不起作用(例如，金属零件顶部的陶瓷涂层；该涂层往往会由于热膨胀系数(CTE)高度不匹配而剥落)的多种应用中是有用的。
[0006]需要一种通过增材制造来生产功能梯度材料的方法。

技术实现思路

[0007]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，树脂具有允许沉降(settle)在不同区域中的不同性质的颗粒。沉降的树脂可以被固化以产生功能梯度结构。
[0008]根据本文描述的技术的一个方面，提供了一种用于逐层生产功能梯度的部件的方法，该方法包括以下步骤：将树脂沉积在由树脂支撑件限定的构建表面上，其中树脂为辐射能量可固化的，并包含填料，填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒；使填料沉降，使得至少两组颗粒彼此分离，从而在树脂内限定至少两个区域；相对于构建表面定位平台，以限定沉积在构建表面上的树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化树脂，以限定部件的横截面层的几何形状；相对地移动构建表面和平台，以使部件与构建表面分离；并至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成部件。
附图说明
[0009]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：
[0010]图1是示例性增材制造设备的示意性侧视图；
[0011]图2是示例性扫描射束设备的示意图；
[0012]图3是在沉降步骤之前沉积在桶中的一小部分树脂的横截面视图；
[0013]图4是沉降后的图3所示的树脂的横截面视图；
[0014]图5是包含有沉降的树脂的桶的横截面视图，平台位于桶上方。
[0015]图6是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第一层的位置；
[0016]图7是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第二层的位置；
[0017]图8是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第三层的位置；以及
[0018]图9是图5中的桶的横截面视图，其中平台缩回，其上附着有三个形成的层。
具体实施方式
[0019]参考附图，其中在各个视图中，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设备10的示例。将理解的是，可以使用设备的其他配置来执行该方法。示例性设备10的基本部件包括一个或多个桶11，平台14，辐射能量设备18和(可选地)桶输送机构20。
[0020]桶11包括底板12和周边或壁13，使得桶被构造成接收辐射能量可固化的树脂R。在一个实施例中，底板12是透明的或包括一个或多个透明的部分。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。底板12可以由两个或更多个子部件组成，其中一些是透明的。此处显示的示例是“自底而上的配置”。在其他实施例中(未示出)，桶11不需要是透明的，因为辐射能量设备可以被定位成与桶11对面(称为“自上而下”的配置)。
[0021]桶11的底板12限定可以是平面的构建表面22。为了方便描述的目的，可以将构建表面22视为平行于设备10的X
‑
Y平面定向，并且垂直于X
‑
Y平面的方向表示为Z方向(X，Y和Z为三个相互垂直方向)
[0022]尽管在本文中使用桶11作为示例来解释本专利技术的原理，但这仅仅是可用于限定构建表面的一种类型的树脂支撑件。例如，代替桶，可以使用板或柔性箔(例如在传统的流延成型法(tape casting)中使用的类型)。
[0023]构建表面22可以被配置为“不粘”的，即抵抗固化树脂的粘附。不粘特性可以通过变量(例如底板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实例是聚四氟乙烯(“PTFE”)。在一个示例中，桶11的构建表面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，底板12可以全部或部分地由透氧材料制成。
[0024]紧邻桶11的位置(当其被定位用于进行固化步骤时)的区域或体积被定义为“构建区域”，由虚线框23表示。
[0025]为了简化描述的目的，示例性桶11被示为是静态定位的，其中本文所述的整个构建循环都发生在构建区域23中的桶11中。可替代地，可以设置桶输送机构20以输送桶11进入和离开构建区域23，以便可以在远离构建区域23的位置处准备(例如，填充，倒空和/或清
洁)桶11。换句话说，可以将桶11处理为预填充的“墨盒(cartridge)”。
[0026]在所示的示例中，以传送带的形式示出了一种可能的桶输送机构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。将理解的是，桶11可以从任何期望的方向移入或移出构建区域23。
[0027]现在参考设备10的部件，平台14是限定平面表面30的结构，当将桶11放置在构建区域23中时，该平面表面能够平行于构建表面22定向。提供了一些装置，以使平台14相对于桶11，并因此相对于建造表面22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，例如滚珠丝杠电动致动器，线性电动致动器，增量(delta)驱动器，气动缸或液压缸的装置可以是用于此目的。作为使平台14可移动的补充或替代，底板12和/或整个桶11可平行于Z方向移动。
[0028]新的树脂R和/或填料可以从新材料储存器56引入桶11中，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于逐层生产功能梯度的部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：在由树脂支撑件限定的构建表面上沉积树脂，其中所述树脂是辐射能量可固化的，并且包含填料，所述填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒，其中所述树脂支撑件是限定所述构建表面的柔性箔；使所述填料沉降，使得所述至少两组颗粒彼此分离，从而在所述树脂内限定至少两个区域；相对于所述构建表面定位平台，以限定沉积在所述构建表面上的所述树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案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；相对地移动所述构建表面和所述平台，以使所述部件与所述构建表面分离；以及至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成所述部件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，对于每一层，重复沉积所述树脂并使所述填料沉降的步骤，从而使每一层具有功能梯度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅雷迪思，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：