用于加强多层结构的系统和方法技术方案

本公开涉及用于3D打印的方法和系统。在一个示例中，打印带有腔体的3D多层结构，腔体分布在第一长丝材料的多层上并且成形为双头铆钉。进一步地，腔体在竖直方向上用第二长丝材料填充，以形成长丝基铆钉，竖直方向垂直于多层的平面。层的平面。层的平面。

【技术实现步骤摘要】
用于加强多层结构的系统和方法


[0001]本说明书总体涉及用于多层结构的三维(3D)打印的方法和系统。

技术介绍

[0002]3D打印的应用，也被称为增材制造，允许通过连续添加材料层来制造3D物体。可用各种3D打印技术，包括熔融沉积成型(FDM)，也被称为熔融长丝成型(FFM)，其中热塑性材料由加热的喷嘴以连续层挤出。为了提高经由FDM形成的3D结构的强度，可以使用连续长丝制造(CFF)来加强热塑性材料。在CFF中，第一喷嘴挤出热塑性材料并且第二喷嘴用于用连续纤维、诸如碳或玻璃纤维覆盖热塑性材料的挤出层。由于连续纤维的策略定位，所得的多层结构会表现出增强的抗拉强度。然而，多层结构也可以展示出各向异性的机械性能。例如，打印层内的机械阻力(例如，抗拉强度)可以高于打印层之间的机械阻力。结果，多层结构的各层之间的粘附可能相对较低，并且结构可能容易分层。
[0003]处理3D打印多层结构中的层间粘附的尝试包括使用层之间的连接构件，或者单独地添加(例如，经由螺栓联接各层)，或者挤出。一个示例方法由Page在US 10,899,071中示出。其中，链接层经由留在一个或多个连续层中的渐缩间隙形成，当挤出后续层时，通过在间隙上方暂停挤出机以使形成后续层的长丝也填充留在下方的层中的间隙，链接层可以链接到后续层。以这种方式，后续层也部分地处于先前形成的层中，因此在后续层和形成间隙的层之间形成链接。
[0004]然而，本文的专利技术人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在实践中，使用标准的挤出喷嘴填充间隙可能难以实现。挤出的长丝可能具有较高的表面张力，并且当喷嘴上升到要打印的后续层的高度时，挤出的长丝在从喷嘴挤出时可能不容易流入到间隙中。此外，由于实际原因，包括在间隙高度内的层数会由于挤出的长丝在凝固前可流动以填充间隙的程度而受到限制。

技术实现思路

[0005]在一个示例中，可以通过用于打印三维多层结构的方法来解决上述问题，该方法包括：在沉积第一长丝材料的多层期间，在第一长丝材料的多层上分布腔体，该腔体成形为双头铆钉；以及在竖直方向上用第二长丝材料填充腔体以形成长丝基铆钉(filament
‑
based rivet)，该竖直方向垂直于多层的平面。以这种方式，在3D打印工艺期间多层3D打印结构的各层之间的粘附可以提高，并且减少对附加的后处理步骤的需求。此外，可以使用细长的喷嘴来填充腔体，使长丝材料能够更高效地填充、并且可选地完全填充腔体。
[0006]应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由详细描述之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
[0007]图1示出了3D打印机的示意图，该3D打印机可用于打印多层结构。
[0008]图2A
‑
2D示出了用于加强具有至少一个长丝基铆钉的多层结构的工艺中包括的一系列步骤。
[0009]图3A示出了在3D打印期间形成在多层结构中的长丝基铆钉的示例。
[0010]图3B示出了在3D打印完成并且多层结构冷却后的图3A的长丝基铆钉。
[0011]图4示出了用多个长丝基铆钉加强的多层结构的示例。
[0012]图5A示出了用于3D打印机的常规挤出喷嘴的示例。
[0013]图5B示出了用于3D打印机的针式挤出喷嘴的示例。
[0014]图6示出了3D打印的多层结构的示例，其包括至少一个长丝基铆钉。
[0015]图7示出了用于使用具有针式挤出喷嘴的3D打印机来形成具有多个长丝基铆钉的多层结构的方法的示例的流程图。
[0016]图8A示出了圆形长丝基铆钉的示例。
[0017]图8B示出了矩形长丝基铆钉的示例。
[0018]图9示出了多层结构的中间层的俯视图的示例。
具体实施方式
[0019]以下公开涉及多层结构的三维(3D)打印，如图1中示意性示出的3D打印机可以执行的那样。3D打印机可以经由挤出机挤出平行于床部的成层材料来构建多层结构，随着挤出机头部沿着平行于床部的第一平面移动。在层结束时，可以调节挤出机或床部的相对位置，致使可以在先前的层的顶部上形成新的层。以这种方式，沿着垂直于第一平面的第二平面，多层结构的高度随着每一个后续层而增加。为了增加多层结构对层间分离的机械阻力，多层结构可以利用一个或多个腔体来3D打印，可以将长丝沉积到这些腔体中以形成长丝基铆钉。腔体中的每一个可以跨越多层结构的多于一层延伸，并且在此以及下文也可以称为多层长丝腔体。图8A
‑
8B中示出了示出为独立于多层结构和腔体的长丝基铆钉的示例。图6示出了3D打印的多层结构的示例，其包括至少一个长丝基铆钉。图2A
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2D示出了用至少一个长丝基铆钉对多层结构加强中包括的一系列步骤。图9示出了在图2A
‑
2D中所示步骤期间所形成的多层结构的俯视图的示例。完成的长丝基铆钉示出在图3A中，并且冷却的长丝基铆钉示出在图3B中。如图4中所示，单个的多层3D打印结构可以包括多个长丝基铆钉。长丝基铆钉可以使用针式挤出喷嘴来形成，图5B中图示了针式挤出喷嘴并且图5A中图示了常规挤出喷嘴。图2A
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图4的图示了3D打印部件呈二维并且沿z
‑
x平面的视图。图7中示出了一种用于形成具有至少一个长丝基铆钉的多层结构的方法的流程图。
[0020]现在转到图1，示出了3D打印机101的示意图100。3D打印机101作为一个示例可用于熔融沉积模筑(FDM)来打印多层结构。提供一组坐标轴103，其指示x轴、y轴和z轴。在一个示例中，z轴可以平行于重力方向(竖直)，并且x
‑
y平面也可以称为水平面。然而，其他相对方向也是可能的。3D打印机101可以包括框架102、床部110、x
‑
马达112、y
‑
马达114和z
‑
马达116。框架102可以为马达112、114和116提供支承。在一些示例中，x
‑
马达112可以经由条带120使挤出机104在正或负的x方向上移动。相似地，y
‑
马达114可以经由单独的条带(未示出)使挤出机104在正或负的y方向上移动。z
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马达116可以沿引导件119使床部110在正或负
的z方向上移动。以这种方式，x
‑
马达和y
‑
马达可以使挤出机104沿水平面移动，以沿床部110沉积第一层材料。在第一层的沉积完成后，z
‑
马达116可以使床部110在z方向上移动以定位挤出机104，在第一层材料的顶部沉积第二层材料。
[0021]床部110可以限定x
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y平面，成层材料可以挤出到该x
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于打印三维多层结构的方法，包括：在沉积第一长丝材料的多层期间，在所述第一长丝材料的多层上分布腔体，所述腔体成形为双头铆钉；以及在竖直方向上用第二长丝材料填充所述腔体以形成长丝基铆钉，所述竖直方向垂直于所述多层的平面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一长丝材料的所述多层上分布所述腔体包括打印所述第一长丝材料的所述多层以包括在所述腔体底部处的所述腔体的第一头部、在所述第一头部上方的所述腔体的主体以及在所述主体上方的所述腔体的第二头部，所述第一头部和所述第二头部各自具有宽度，所述宽度垂直于所述竖直方向，大于所述主体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一头部、所述主体和所述第二头部中的每个沿所述竖直方向跨接所述第一长丝材料的所述多层中的多于一个层。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在填充所述腔体之前，将针形喷嘴的末端定位在所述腔体的所述第一头部中。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用所述第二长丝材料填充所述腔体进一步包括经过针形喷嘴挤出所述第二长丝材料以填充所述腔体的所述第一头部，并且当填充所述第一头部时，从所述腔体的所述主体的底部到所述主体的顶部相对于所述多层沿竖直方向升高所述针形喷嘴以填充所述腔体的主体。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在使针形喷嘴用所述第二长丝材料填充所述腔体的所述第一头部和所述主体后，在用所述第二长丝材料填充所述腔体的第二头部的同时，保持所述针形喷嘴的末端与所述腔体的所述第二头部的顶部对齐。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用所述第二长丝材料填充所述腔体的第二头部包括使所述针形喷嘴在所述多层的平面内以圆周运动移动，以使所述第二长丝材料在所述腔体的第二头部中均匀分布。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意大利德纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：