用于增材制造的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于由用基质(M)润湿的加强件(R)增材制造复合结构(12)的方法。所述方法可以包括将所述复合结构的虚拟模型切割成沿所述复合结构的长度方向彼此邻近的多个切片，以及确定穿过所述多个切片中的每一个的所述加强件的点。所述方法可以进一步包括围绕所述多个切片中的每一个不同地对所述点进行计时，以及生成包括所述点的序列子集的至少一个刀具路径。所述方法可以另外包括使增材制造机(10)沿所述至少一个刀具路径排出所述加强件。件。件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年12月30日提交的美国临时申请第62/955,352号的优先权，其内容通过明确引入并入本文。


[0003]本公开总体上涉及一种制造系统，并且更具体地涉及一种用于增材制造复合结构的系统和一种操作该系统的方法。

技术介绍

[0004]长丝缠绕(FW)是制造容器的已知方法。FW涉及将树脂涂覆的长丝缠绕在旋转心轴上。心轴以恒定速率旋转，同时相关联的长丝分配器也以恒定速率沿心轴的长度轴向移动。这些组合移动允许长丝以相对于心轴的轴线的指定角度(即，以对应于移动的相对旋转和平移速率的角度)缠绕在心轴上。一旦期望图案的重叠长丝覆盖在心轴上，就将心轴放入高压釜中并加热以固化树脂。此后，心轴可从长丝的内部抽出以在其位置留下中空容器。通过FW制造的容器可能很便宜，因为该过程需要很少的人工劳动。
[0005]尽管FW可能是制造容器的有效方式，但这些容器可能受到设计的限制和/或需要过量的原料。例如，申请人已经发现，仅当心轴沿其长度具有相对恒定的周边时，FW才能够在心轴表面紧密地对齐邻近长丝。当周边沿其长度变化时，在邻近长丝之间可能产生间隙。这些间隙可削弱所得容器和/或需要附加材料层以提供同等强度。附加材料可增加容器的成本和重量。
[0006]所公开的系统和方法旨在提出克服一个或多个上述问题和/或现有技术的其它问题。

技术实现思路

[0007]在一个方面，本公开旨在提出一种由用基质润湿的加强件增材制造复合结构的方法。该方法可以包括将复合结构的虚拟模型切割成沿复合结构的长度方向彼此邻近的多个切片，以及确定穿过多个切片中的每一个的加强件的点。该方法可以进一步包括围绕多个切片中的每一个不同地对点进行计时，以及生成包括点的序列子集的至少一个刀具路径。该方法可以另外包括使增材制造机沿至少一个刀具路径排出加强件。
[0008]在另一方面，本公开旨在提出由用基质润湿的加强件增材制造复合结构的另一方法。该方法可以包括接收复合结构的虚拟模型。虚拟模型可以具有所需区段和牺牲区段。该方法可以进一步包括将虚拟模型切割成沿复合结构的长度方向彼此邻近的多个切片，选择性地调整牺牲区段的几何形状以减小多个切片之间的周边可变性，以及确定穿过多个切片中的每一个的加强件的点。该方法可以另外包括生成包括点的序列子集的至少一个刀具路径，并使增材制造机沿至少一个刀具路径排出加强件。该方法还可以包括切除牺牲区段。
附图说明
[0009]图1是示范性公开的增材制造系统的等距图示；
[0010]图2、3、4、5和6是可以由图1的增材制造系统制造的结构的示范性部分的等距图示；
[0011]图7是描绘在图2至6的结构的制造期间可以由图1的增材制造系统执行的示范性方法的流程图；以及
[0012]图8和9是图7的流程图中公开的方法的示意性图示。
具体实施方式
[0013]图1绘示了可以用于制造具有任何期望形状的结构12的示范性系统10。除其它外，系统10可以包括支撑件14、至少一个沉积头部(“头部”)16、心轴18和驱动器20。在将材料排放到心轴18上期间，头部16可以联接到支撑件14并由该支撑件移动。在图1所公开的实施例中，支撑件14是能够在材料排出期间在多个方向上移动头部16的机械臂。支撑件14可以替代地体现为能够在结构12的制造期间在任何数量的方向上移动头部16的台架或混合台架/臂。心轴18可以用作结构12的外部壳体的内部模具并且可以形成其临时或永久部分。驱动器20以其最简单的形式可以体现为在结构12的壳体形成期间被提供动力以旋转心轴18的马达(例如，电马达、液压马达、气动马达等)。支撑件14、头部16和驱动器20的操作可以由控制器22以协调的方式调节。
[0014]如下文将更详细描述的，结构12可以由系统10由至少部分地涂覆有基质(M)的连续加强件(R)制造。出于本公开的目的，基质涂覆的连续加强件可以被认为是复合材料。根据需要，结构12可以由覆盖在实心内部(例如，当心轴18形成结构12的永久部分并且是实心的时)、非实心填充物(例如，当心轴18形成结构12的永久部分并且小于100％实心时)或中空内部(例如，当心轴18不是结构12的永久部分并且在制造结构12完成期间和/或之后移除时)上的复合材料的外部壳体组成。当为固体或部分固体时，根据需要，结构12的内部可以是与外部壳体相同的复合材料或不同材料。
[0015]基质可以包括可固化的任何材料(例如，液体树脂，例如零挥发性有机化合物树脂；粉末金属；等)。示例性树脂包括热固性树脂、单部分或多部分环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯类、热塑性塑料、光敏聚合物、聚环氧化合物、硫醇、烯烃、硫醇
‑
烯类等。
[0016]连续加强件可以具有由例如碳、玻璃、植物材料、木材、矿物、金属、塑料(例如UHMWPE)等制成的单独纤维、丝束、粗纱、线、管、短袜和/或片材的形式。应注意，术语“加强件”意在涵盖结构和非结构类型(例如功能类型)的连续材料，该连续材料至少部分地用从头部16排出的基质润湿。
[0017]当加强件在头部16内部时，当加强件穿过头部16时，和/或当加强件从头部16排出时，加强件可以暴露于基质(例如，至少部分被润湿)。可以以本领域技术人员显而易见的任何方式将基质、干燥的(例如，未浸渍的)加强件和/或预浸渍的加强件(例如，已经暴露于基质的加强件)输送到头部16中。在一些实施例中，填料材料(例如短切纤维)可以在基质涂覆连续加强件之前和/或之后与基质混合。
[0018]一种或多种固化增强剂(例如，光源、辐射源、超声发射器、微波发生器、磁场发生
器、激光器、加热器、催化剂分配器等)。24可以安装在头部16附近(例如，在头部内、头部上和/或头部邻近)，并被配置成当基质从头部16排出时影响(例如，启动、增强、完成或以其它方式促进)基质的固化。可以控制固化增强剂24以在材料排放和结构12的形成期间选择性地将结构12的部分暴露于能量(例如，电磁辐射、振动、热、化学催化剂等)。能量可以触发在基质内发生反应、增加反应速率、烧结基质、热解基质、硬化基质、加强材料，或以其它方式使基质在其从头部16排出时部分或完全固化。由固化增强剂24产生的能量的量可足以在结构12远离头部16轴向生长超过预定长度之前至少部分地固化基质。在一个实施例中，在轴向生长长度变得等于基质涂覆的加强件的外径之前，结构12被充分固化以保持其形状。
[0019]可以通过由支撑件14和/或驱动器20施加的头部16和心轴18之间的相对运动从头部16拉出连续加强件。基质可以粘附在加强件上，从而也可以与加强件一起从头部16拉出。拉出运动可以在加强件内引起张力，并且张力可以增加结构12的强度(例如，通过对齐加强件、抑制翘曲等)。应注意，如果需要，加强件通过头部16的移动可以通过内部进给机构来辅助。然而，加强件从头部16的排出速率可能主要是头部16和心轴18之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由用基质(M)润湿的加强件(R)增材制造复合结构(12)的方法，所述方法包含：将所述复合结构的虚拟模型切割成沿所述复合结构的长度方向彼此邻近的多个切片；确定穿过所述多个切片中的每一个的所述加强件的点；围绕所述多个切片中的每一个不同地对所述点进行计时；生成包括所述点的序列子集的至少一个刀具路径；以及使增材制造机(10)沿所述至少一个刀具路径排出所述加强件。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括选择性地调整所述虚拟模型的牺牲区段(30)的几何形状，以减小所述多个切片之间的周边可变性。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括接收指示所述加强件的期望数量和应穿过所述多个切片中的最小周边切片的所述加强件的角度中的至少一个的输入，其中对所述点进行计时包括基于所述输入对所述点进行计时。4.根据权利要求3所述的方法，其中：当在所述虚拟模型的所述最小周边切片处接收指示加强件的期望数量和所述加强件的所述角度中的至少一个的输入包括接收指示加强件的所述期望数量的输入时，所述方法进一步包括基于所述加强件的已知尺寸和所述最小周边切片的周边确定所述加强件的所述角度；并且当在所述虚拟模型的最小周边切片处接收指示加强件的期望数量和所述加强件的角度中的至少一个的输入包括接收指示所述加强件的所述角度的输入时，所述方法进一步包括基于所述加强件的所述已知尺寸和所述最小周边切片的所述周边确定所述加强件的所述期望数量。5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：确定所述至少一个刀具路径与所述序列子集中的所述点中的每一个的所述角度的偏差；以及当穿过所述多个切片中的另一个的所述至少一个刀具路径的最大偏差超过允许偏差时，选择性地调整所述最小周边切...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：连续复合材料公司，
类型：发明
国别省市：