具有压力辅助流体提取的喷射材料打印机制造技术

一种三维(3D)喷墨打印机，其被配置为以打印一系列层并将它们堆叠以形成物体的方式来构建物体。为了加速打印，通过利用压力差去除墨水中的液体载体，并在干燥之前将打印层从喷墨打印头转移走以使得喷墨打印头能够打印下一层的方式来加速每一层的干燥。也可以调节和/或固化干燥的打印层。在构建站堆叠干燥的打印层以组装成品物体。打印层以组装成品物体。打印层以组装成品物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有压力辅助流体提取的喷射材料打印机


[0001]本专利技术涉及使用喷墨打印机的三维(3D)打印，具体涉及利用真空从打印层中提取液体载体以进行组装。

技术介绍

[0002]自30多年前获得第一批专利以来，三维(3D)打印已经引起了人们对于潜在的更快、更经济的制造方法的高度关注。然而，迄今为止，这一潜力基本上没有实现。如今，绝大多数3D打印机被用来制造演示部件或非功能性样品，而大多数演示部件或非功能性样品都由塑料材料制成，选择这些塑料材料主要是为了与打印机兼容，而不是为了满足最终部件的材料要求。
[0003]虽然，喷射粘合剂3D打印机可以说是创建3D打印对象的最有效技术，但其属性之一，沉积相对较厚的层的能力，限制了其在需要精确的薄层时的有效性。喷墨印刷虽然能快速地沉积大面积的墨水，但是其层厚度被限制在几微米的范围内。权衡的结果是，打印的分辨率比喷射粘合剂打印要精细得多。
[0004]虽然基于喷墨的3D打印机一直是研究和开发的主题，但该方法尚未得到广泛的商业应用。如上所述，3D打印应用中的喷墨技术提供的沉积速率有限，这限制了其经济实用性。尽管纯喷墨技术的打印速度可能很慢，但基于喷墨的3D打印机具有主要优势。具体地，喷墨打印机很容易适应将多种不同材料(颜色)打印到单个打印层中。喷墨打印机可以轻松控制每一滴中的材料量，并且可以实现小至0.010毫米的像素大小。此外，喷墨打印机可以非常快速地打印一个完整的层，对于“A4”尺寸的纸张，最快只需1秒。
[0005]不利的一面是，虽然喷墨打印机每秒可以覆盖很大的面积，但单位时间的体积，特别是在3D打印机的情况下，是非常低的。目前可用的基于喷墨技术的3D打印机每小时能够沉积几百立方厘米的活性材料，这可以与每小时高达数十升的喷射粘合剂沉积速率相比较。
[0006]因此，仍然需要一种能够保持喷墨技术的精细分辨率，并显著提高打印速度的3D打印系统。

技术实现思路

[0007]一方面，三维(3D)打印机包括：包括基底的接收器装置；被配置为将墨水沉积在基底上以形成打印层的喷墨打印头，其中，所述墨水包括液体载体中的颗粒材料的悬浮液；被配置为利用压力差从所述打印层中去除一部分的液体载体以形成干燥层的去除系统；以及，被配置为将所述干燥层转移到构建站的转移系统。
[0008]另一方面，三维(3D)打印方法包括：利用喷墨打印头将墨水沉积到基底上以形成打印层，所述墨水包括颗粒材料和液体载体；从所述喷墨打印头上转移所述打印层，利用压力差从所述打印层中去除一部分的液体载体以形成干燥的打印层；以及，将所述干燥的打印层转移到构件站以形成堆叠的打印层。
[0009]再一方面，喷墨打印机包括：包括基底的接收器装置，被配置为将墨水沉积在基底上以形成打印层的喷墨打印头，其中，所述墨水包括液体载体中的颗粒材料的悬浮液；以及，被配置为利用压力差从所述打印层中去除一部分的液体载体的去除系统。
[0010]以上概述以简化的形式介绍了将在下文的详细描述中将进一步说明的一些概念。该概述并非旨在界定所请求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在限制所请求保护的主题的范围。此外，所请求保护的主题不限于能解决本专利技术的任何部分中提到的任何或所有缺陷的实施方式。
附图说明
[0011]附图仅以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术教导的一种或多种实施方式。在附图中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。此外，应当理解的是，附图不一定按比例绘制。
[0012]图1示出了3D喷墨打印机的控制流程；
[0013]图2示出了3D喷墨打印机的示意图；
[0014]图3示出了图2所示的接收器/载体装置的层的图；
[0015]图4示出了图3所示的包括多个孔的接收器装置的俯视图；
[0016]图5示出了图3所示的包括纤维材料的接收器装置的俯视图；
[0017]图6示出了用于去除溶剂的压力辅助系统的示意图；
[0018]图7示出了用于去除溶剂的压力板的示意图；
[0019]图8示出了用于去除溶剂的压力带的示意图；
[0020]图9示出辊转移装置的示意图；
[0021]图10示出了铰接转移装置的示意图；
[0022]图11示出了平面压力转移装置的示意图；
[0023]图12示出了弯曲压力转移装置的示意图；
[0024]图13示出了多方法3D打印机系统的示意图；
[0025]图14示出了控制3D喷墨打印机的计算机系统的示意图；
[0026]图15示出了与3D喷墨打印机一起使用的打印站控制器的示意图；
[0027]图16示出了可用于实现本文所描述的系统和方法的示例性计算设备的框图；
[0028]图17示出了被配置为从机器可读介质读取指令的示例性机器的组件的框图。
具体实施方式
[0029]在下文的详细描述中，通过示例的方式示出了许多具体细节，以便于全面地理解相关技术教导。然后，显而易见的是，可以在没有此类细节的情况下来实践本技术教导。在其他情况下，为避免不必要地模糊本专利技术的各方面，以相对较为概括的方式来描述了公知的方法、过程、组件和/或电路，而没有详细描述。
[0030]喷墨打印头在低粘度墨水下工作是最有效的，例如，粘度不超过约40厘泊(cP)的墨水，其可以要求不溶性材料，如金属、陶瓷或聚合物的含量非常低。通常，喷墨墨水中不溶性材料的体积含量为20％或更低。粘合剂可占到墨水总体积的5％
‑
20％，剩余60％
‑
75％或更多作为液体载体，大部分液体载体需要被去除，以达到活性材料体积至少为40％的实际
生胚密度。
[0031]喷射材料打印机可与包含可在沉积后聚合成固体物质的材料的墨水一起使用，这种方法可用于制造主要由有机材料构成的部件。虽然理论上可以配制可喷射的、几乎100％的可聚合材料，但含有无机材料溶液的墨水不太可能超过持久性材料体积的20％左右。因此，如果喷射材料打印机要适用于高速3D打印，则必须提供一种能比仅通过蒸发更快地去除打印周期中沉积的大部分液体载体的装置。本文所描述的打印机正好提供了这样一种工具，通过利用所施加的压力差干燥技术增强或替代蒸发，在一些实施方式中，能够在干燥先前层的同时打印后续层。
[0032]本专利技术所述的3D喷墨打印机被设计成利用通常与喷墨打印不相关的材料组合来创建打印对象、打印层和打印部件。这些材料可以是专门为满足最终打印部件的工程要求而设计的高性能工程材料，并包含在专门设计用于喷墨打印头的墨水中。这些材料可包括能作为悬浮在液体载体中的颗粒的陶瓷和金属以及有机材料。
[0033]打印过程
[0034]用于制造3D打印部件的基本过程通常开始于完整定义了所需部件的结构、材料和规格的CAD文件。可以将CAD文件中描述的部件切片成打印图案层，每层的厚度由打印部件内每个位置的规格，例如最终厚度和图案公差来确定。然后将每一层分成可能需要不同材料的区域。然后，通过输入装置和中央本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维(3D)打印机，其包括：接收器装置，其包括基底；喷墨打印头，其被配置为将包括在液体载体中的颗粒材料的悬浮液的墨水沉积到所述基底上以形成打印层；去除系统，其被配置为利用压力差从所述打印层去除一部分液体载体以形成干燥层；以及转移系统，其被配置为将所述干燥层转移到构建站。2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述基底是可渗透的，并且，所述去除系统被配置为抽空所述基底的、与所述打印层相对的一侧上的空间。3.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：所述基底包括穿孔金属。4.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：所述基底包括纤维材料。5.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述去除系统被配置为向所述打印层的、与所述基底相对的表面施加压力。6.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于：所述去除系统包括压力室。7.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于：所述去除系统包括压力带。8.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于：所述去除系统包括压力板。9.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述接收器装置被配置为在从所述打印层去除所述液体载体之前将所述打印层从所述喷墨打印印刷头转移走。10.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述去除系统被配置为在将所述打印层转移到所述构建站期间去除所述液体载体。11.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述转移系统被配置为将所述干燥层转移到所述构建站中的打印层的堆叠上。12.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述墨水包括粘合剂液体；并且，所述打印机还包括被配置为固化所述粘合剂液体以使其固化的固化系统。13.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：还包括被配置为调节所述打印层以提高所述打印层中的颗粒材料的密度的调节装置。14.根据权利要求13所述的3D打印机，其特...

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