用于使用多孔基板用紫外线可固化材料来增材制造三维（3D）打印物体的系统和方法技术方案

本发明专利技术题为“用于使用多孔基板用紫外线可固化材料来增材制造三维(3D)打印物体的系统和方法”。三维(3D)物体打印机操作辐射源以将由辐射源发射的辐射以不足以固化包含在多孔基板中的材料的第一强度以及足以在发射的辐射穿过多孔基板之后固化该材料的第二强度引导穿过多孔基板。由一个或多个刮刀将材料施用到多孔基板。到多孔基板。到多孔基板。

【技术实现步骤摘要】
用于使用多孔基板用紫外线可固化材料来增材制造三维(3D)打印物体的系统和方法


[0001]本公开涉及将液体材料暴露于辐射以形成三维(3D)物体的三维(3D)物体打印机，并且更具体地，涉及在物体形成期间使UV可固化材料充氧的3D物体打印机。

技术介绍

[0002]三维打印也称为增材制造，是由物体的数字模型制备三维固体物体的过程。许多三维打印技术使用增材工艺，其中增材制造设备在先前形成的层上形成部件的连续层。这些技术中的一些技术使用喷射熔融材料(诸如光聚合物、弹性体和金属)的液滴的喷射器。其它增材制造设备通过使用可见光或紫外光辐射使可光固化的树脂固化来形成物体层。一种此类已知技术可提供在正在制造的物体的顶表面处形成的新的层。另一种技术可在正在制造的物体的底表面处提供新的层。所有这些增材制造方法可与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减材工艺(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。
[0003]将树脂暴露于辐射以形成产物层的已知的增材制造过程非常复杂。该已知的增材制造过程通常依赖于通过树脂贮存器中的窗口对氧气扩散进行控制，以抑制树脂材料的UV固化并且调节树脂材料的流动以替换部分固化的材料。更重要的是，树脂材料非常昂贵并且是制造零件的价格的主要决定因素。打印零件所需的材料的量以及在形成物体之后可能浪费的材料的量可能都非常多。避免这些缺点的打印机及其操作方法将是有益的。

技术实现思路

[0004]一种将树脂材料暴露于辐射以形成物体层的操作增材制造系统的新方法减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度。该方法包括：向多孔基板的第一表面提供第一材料，该多孔基板具有从多孔基板的第一表面延伸到多孔基板的第二表面的多条通路，并且操作辐射源以将发射的辐射朝向支撑平台引导穿过多孔基板，该支撑平台被定位成从多孔基板的第二表面接收第一材料。
[0005]一种将树脂材料暴露于辐射以形成物体层的新增材制造系统减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度。该系统包括支撑平台；多孔基板，该多孔基板具有从多孔基板的第一表面到多孔基板的第二表面的多条通路；以及辐射源，该辐射源被配置为发射辐射并且将该发射的辐射朝向支撑平台引导穿过多孔基板。
附图说明
[0006]以下描述结合附图对将树脂材料暴露于辐射以形成物体层的同时减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度的操作增材制造系统的方法和新的增材制造系统增材制造系统的前述方面和其它特征进行说明。以下所述的方法和系统使用多孔基板将树脂材料充氧至物体/树脂界面，然后将辐射的强度集中在克服了充氧树脂影响的水平并且使其部分固化以形成物体的层，然后，热处理完成物体的固化。
[0007]图1描绘了3D物体生产系统的实施方案，该3D物体生产系统将树脂材料暴露于辐射以形成物体层，同时减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度。
[0008]图2是过程的流程图，该过程由操作图1的系统的控制器实现以将树脂材料暴露于辐射以形成物体层，同时减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度。
具体实施方式
[0009]对于3D物体打印机及其将树脂材料暴露于辐射以形成物体层，同时减少了树脂浪费的量并且降低了必须进行控制的树脂材料的充氧程度的操作的大致理解，请参考附图。在附图中，类似的附图标记指示类似的元件。
[0010]图1示出将树脂材料暴露于辐射以形成物体层的3D物体打印机100的实施方案。尽管以下描述参考了图1的3D物体打印机，但是可以设想到与本文所公开的操作原理和配置一致的其它实施方案。
[0011]图1的打印机100包括多孔基板104和辐射源108，该辐射源产生辐射110以至少部分地固化树脂116以形成物体120的层。如本文档所使用，术语“多孔基板”是指具有60％至95％的空隙比的平面结构。空隙比是基板中的空气体积与基板中的固体的体积之比乘以100％。树脂116与多孔基板104的上表面的接触由控制器128调节，该控制器操作一个或多个致动器132以使刮刀112在基板104的上表面上移动。控制器128还操作一个或多个致动器132以在多孔基板108的区域上以光栅图案将辐射源108移入和移出图1的平面。即，使辐射源在平行于基板104的平面的X
‑
Y平面中移动。如本文档所使用，进入和离开附图平面的轴称为Y轴，而垂直于该轴的轴是X轴，尽管该命名法可以颠倒。如本文档所使用，术语“光栅图案”是指沿Y轴在第一方向上移动，然后，沿X轴移动，然后沿Y轴在与沿Y轴的第一方向相反的方向上移动。致动器132还沿X轴以双向方式使刮刀移动穿过多孔基板104。一个或多个致动器也操作地连接到支撑平台136，以便控制器128能够操作致动器以使该平台沿Z轴移动，该Z轴垂直于X
‑
Y平面，该X
‑
Y平面平行于多孔基板104，从而当形成物体层时，保持物体120的上表面与多孔基板的下表面之间的分离。
[0012]更详细地，多孔基板104可以是微通道板。一个微通道板由多个玻璃管形成，该多个玻璃管的直径通常为约10μm至约15μm，该多个玻璃管以使得它们彼此平行以形成阵列的布置结构熔融。微通道板通常用于电子倍增器。该管的内部涂覆有发射极材料，当该材料接收到电子时，该发射极材料产生电子。因此，电子进入该管的一端引起多个电子离开该管的另一端。然而，在打印机100中，微通道板的玻璃管提供用于将树脂从基板104的上表面迁移到靠近物体120的上表面的基板的下表面的路径。该通道的内部上的涂层可用于确保材料润湿并且流动通过通道。刮刀的作用(下文更详细地进行描述)将树脂推压进入基板104的上表面的孔中，并且这样推入树脂将树脂推到基板的下表面上。因为基板104的上表面和下表面暴露于环境空气，所以基板104内的树脂保持充分充氧。如下所述，这种特性对于层形成是很重要的。虽然已知的微通道板是多孔基板的有效实施方案，但是也可以采用其它实施方式，只要能够充分控制通过基板的树脂流。例如，金属有机框架(MOF)、沸石、多孔硅、大多孔聚合物等可用于实现多孔基板104。无论实施方式如何，多孔板的厚度均在约400微米
至约1000微米的范围内。另外，因其形状、折射率变化、孔的布置结构以及这些特征的组合，多孔板可以是用作在由辐射源108发射的辐射上的透镜的结构。例如，多孔基板可被制造成用作由辐射源108发射的UV辐射的菲涅耳透镜。使用公式R＝((n1‑
n2)/(n1+n2))2计算UV辐射的反射或散射，其中n1和n2是多孔基板和树脂的反射指数。如果这些指数相差约10％，则反射值为约0.25％，这是可接受的UV散射的上限值。另外，可包括清洁程序，以防止多孔板永久性堵塞。此类基板清洁器158(图1中所示)的一个实施方案包括用于迫使惰性气体通过多孔基板的孔的惰性气体源154和压力源150。压力源可以是负压力源或正压力源，诸如分别是真空或压缩机。
[0013]出于许多原因，物体120本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D物体打印机，包括：支撑平台；多孔基板，所述多孔基板具有从所述多孔基板的第一表面到所述多孔基板的第二表面的多条通路；和辐射源，所述辐射源被配置为发射辐射并且将所发射的辐射朝所述支撑平台引导穿过所述多孔基板。2.根据权利要求1所述的3D物体打印机，还包括：多个致动器、第一致动器和第二致动器，所述第一致动器操作地连接到所述支撑平台并且被配置为使所述支撑平台相对于所述多孔基板沿Z轴移动，所述第二致动器操作地连接到所述辐射源并且被配置为使所发射的辐射在平行于所述多孔基板的所述第一表面的X
‑
Y平面中移动；和控制器，所述控制器操作地连接到所述辐射源和所述多个致动器，所述控制器被配置为：操作所述辐射源，使得所发射的辐射的强度足以仅固化在所述多孔基板与所述支撑平台之间的位置处的第一材料；以及操作所述第一致动器以使所述支撑平台移动远离所述多孔基板并且操作所述第二致动器以使所发射的辐射在所述X
‑
Y平面中移动。3.根据权利要求2所述的3D物体打印机，所述控制器还被配置为：操作所述第二致动器以使所述辐射源在所述X
‑
Y平面中移动以使所发射的辐射在所述X
‑
Y平面中移动。4.根据权利要求3所述的3D物体打印机，所述控制器还被配置为：操作所述第二致动器以使所述辐射源在所述X
‑
Y平面内以光栅图案移动。5.根据权利要求2所述的3D物体打印机，还包括：第一刮刀；所述多个致动器中的第三致动器，所述第三致动器操作地连接到所述第一刮刀；并且所述控制器还被配置为：操作所述第三致动器以使所述第一刮刀跨所述多孔基板的所述第一表面移动。6.根据权利要求5所述的3D打印机，所述控制器还被配置为：使所述第一刮刀的移动与所发射的辐射在所述X
‑
Y平面中的移动同步。7.根据权利要求5所述的3D打印机，还包括：第二刮刀，所述第二刮刀与所述第一刮刀相隔的距离比所发射的辐射的宽度宽，使得当所发射的辐射在所述X
‑
Y平面中移动时，所发射的辐射在所述第一刮刀和所述第二刮刀之间通过。所述多个致动器中的第四致动器，所述第四致动器操作地连接到所述第二刮刀；并且所述控制器还被配置为：操作所述第四致动器以使所述第二刮刀跨所述多孔基板的所述第一表面移动并且保持所述第一刮刀与所述第二刮刀之间的所述距离。8.根据权利要求2所述的3D打印机，还包括：惰性气体源；和
压力源，所述压力源...

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