形成三维物体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生产三维物体的装置和方法。用于固体自由成形制造的装置包含含有喷嘴开口(2)的可移动喷嘴(1)、与所述可移动喷嘴连接的加热元件(3)、与所述可移动喷嘴连接的驱动器(4)、接收来自所述可移动喷嘴的构建材料(8)的平台(5)、用于向所述驱动器提供所述构建材料的料斗(6)，所述料斗包含料斗开口(7)，其中所述喷嘴开口和所述料斗开口能够在直轴上同时对齐，以使所述构建材料当存在时能够至少从所述料斗开口沿所述直轴行进直至所述构建材料达到可流动的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成三维物体的装置和方法
本专利技术涉及生产三维物体的装置、方法和材料。
技术介绍
加成制造，也称为三维印刷，是通过一次一份构建物体直到产生最终的三维物体的形式来形成三维物体的技术。加成技术可以与减材(subtractive)技术(例如研磨)形成对照，在减材技术中从较大量的材料中去除部分材料以产生最终的三维物体。熔融长丝制造(FFF)，也称为熔融沉积模制(FDM)，是一种加成制造技术，其包括将固体构建材料加热至可流动的状态，并根据对应于期望的三维物体的形状的计算机数据穿过喷嘴分配构建材料。典型地，FFF机器包含用于分配构建材料穿过可移动喷嘴中开口的可移动喷嘴，用于加热构建材料至可流动的状态的加热元件，用于将构建材料引导到可移动喷嘴的与可移动喷嘴连接的驱动器，和与驱动器连接的构建材料供应。也存在平台(其任选地是可移除的)，以接收穿过可移动喷嘴中的开口分配的构建材料。通常，通过构建材料本身连接或者通过允许穿过其传输构建材料的柔性管连接，使得构建材料供应与驱动器连接，或者驱动器与可移动喷嘴连接。构建材料供应通常采用在其上卷绕有构建材料的绕线筒的形式。构建材料通常是热塑性的。当FFF机器操作时，构建材料经由驱动器的操作从绕线筒退卷绕，并被引导到加热元件，在加热元件中构建材料转变到可流动的状态。然后根据对应于期望的三维物体的形状的计算机数据穿过喷嘴开口分配可流动的构建材料。离开可移动喷嘴后，构建材料在周围空气中冷却并转回到不可流动的状态。受让给Stratasys,Inc.的WO1997/19798采用多级加压，目的是提高构建速度并实现更高粘度的构建材料。在一个实施方式中，构建材料以可被包含在料盒(cartridge)中的“晶片”(wafers)形式存在。经由驱动器将晶片引导到加热元件。转变成可流动的状态后，晶片穿过弯曲的连通通道并朝向旋转叶轮移动。旋转叶轮驱动该流体向喷嘴移动并从喷嘴开口流出。通过已知的FFF方法产生的三维物体与通过注射模塑技术生产的相同产品相比通常具有差的机械性质。因此，需要会产生具有改善机械性能的三维物体的FFF方法。专利技术概述在现有的FFF机器中，构建材料是柔性的，使得它可以缠绕在绕线筒上。构建材料也可以是柔性的，以允许容易地从材料供应到可移动喷嘴的传输，并且允许可移动喷嘴的运动，同时材料供应保持静止。虽然提供了多个好处，但这种灵活性通常限制了材料的选择。专利技术人发现，这些问题在如下的装置中至少被部分地减轻，在所述装置中，喷嘴开口和料斗开口能够在直轴上同时对齐使得构建材料能够至少从料斗开口沿直轴行进直到构成材料当存在时达到可流动的状态。采用这种方式，可以使用在达到可流动的状态之前不足够柔性的构建材料，或者以比现有的FFF机器中使用的构建材料更高粘度流动的构建材料。此外，停留时间(构建材料保持在可流动的状态的时间的量)可以低于能够以不连续形式存在的构建材料形成三维物体的现有的机器中的停留时间。因此，根据本专利技术的第一实施方式，用于固体自由成形制造(solidfreeformfabrication)的装置包含：a.含有喷嘴开口的可移动喷嘴，b.与可移动喷嘴连接的加热元件，c.与可移动喷嘴连接的驱动器，d.用于接收来自可移动喷嘴的构建材料的平台，和e.用于向驱动器提供构建材料的料斗，其中喷嘴开口和料斗开口能够在直轴(straightaxis)上同时对齐，以使构建材料当存在时能够至少从料斗开口沿该直轴行进直至构建材料达到可流动的状态。本专利技术的第二实施方式是形成三维物体的方法，其包括如下步骤：a.提供包含在直轴上对齐的料斗开口、可移动喷嘴和驱动器的装置，b.将来自料斗的构建材料沿直轴穿过料斗开口分配到驱动器中，c.使用驱动器使构建材料沿直轴引导到可移动喷嘴，d.加热构建材料至可流动的状态，e.选择性地使构建材料穿过可移动喷嘴分配到平台上，f.重复步骤b-e足够的次数，以构建三维物体。本专利技术的第三实施方式是形成三维物体的方法，其包括如下步骤：a.提供包含在直轴上对齐的驱动器和可移动喷嘴的装置，b.放置含有直的纵轴的构建材料，使得所述直的纵轴与直轴对齐，c.使用驱动器使构建材料沿直轴引导到可移动喷嘴，d.加热构建材料至可流动的状态，e.选择性地使构建材料穿过可移动喷嘴分配到平台上，f.重复步骤b-e足够的次数以构建三维物体。附图简要说明图1是根据本专利技术的一个实施方式的装置的示意图。图2是根据本专利技术的一个实施方式的装置的示意图。图3是根据本专利技术的一个实施方式的装置的示意图。图4是根据本专利技术的一个实施方式的装置的示意图。图5是与实施例1相关的由30％玻璃纤维填充的PA410形成的印刷部件的横截面的SEM图像。专利技术详述典型地，FFF机器将具有在蛇形轴上同轴对齐方式存在的材料供应、驱动器和可移动喷嘴。尽管这种技术有多个优点，但一个缺点是它将使用者限制在能够沿着蛇形轴的弯曲行进的柔性构建材料。根据本专利技术的一个实施方式，构建材料当存在时能够沿直轴行进直至构建材料达到可流动的状态。采用这种方式，在FFF机器中可以使用不足够柔性以沿蛇形轴行进的构建材料。在一个实施方式中，这是在如下的装置中实现的，在所述装置中，喷嘴开口和料斗开口能够在直轴上同时对齐，以使构建材料当存在时能够沿直轴行进直至构建材料达到可流动的状态。在所述实施方式中，仅需要驱动器和料斗开口能够在直轴上同时对齐。图1是根据本专利技术的一个实施方式的装置的示意图。该装置包含含有喷嘴开口2的可移动喷嘴1。通过适当的硬件(未示出)和软件控制可移动喷嘴的运动。喷嘴开口2通常小于构建材料元件8的横截面的厚度。在一个实施方式中，只有喷嘴是可移动的并且平台是不可移动的。加热元件3与可移动喷嘴连接。加热元件3使构建材料的温度升高到至少构建材料达到可流动的状态(即构建材料能够穿过喷嘴开口2流动的状态)的点。优选地，加热元件3被放置在喷嘴开口2附近，以使尽可能少的构建材料以可流动的状态存在。驱动器4与可移动喷嘴连接。驱动器4的目的是将构建材料引导到可移动喷嘴2。驱动器4通常通过手动地接触构建材料来将其引导向可移动喷嘴来运行。因此，驱动器可以使用齿形齿轮、螺钉或辅助将构建材料引导到可移动喷嘴的其它合适的方式。如图1-4所示，驱动器包含两个旋转轮，该旋转轮在构建材料的外表面处接触构建材料并将构建材料引导到可移动喷嘴。如果驱动器引导构建材料沿轴线行动，则驱动器沿轴线对齐。存在平台5用于接收来自可移动喷嘴的构建材料。因此，在平台5上形成三维物体。平台可以是在任何数量的方向上可移动的，并且优选地是在z方向上可移动的。平台可以被加热，例如从50到100℃、优选地70-90℃。在一个实施方式中，平台包含用于加热平台的加热器。料斗6向驱动器提供构建材料。料斗可以被物理地结合于驱动器和喷嘴(如图1所示)，或者可以与驱动器和喷嘴是分离的或可分离的。料斗包含料斗开口7，构建材料元件8可以穿过该料斗开口7。适用于在装置中的构建材料可以采用任何合适的形式。优选地，构建材料以不连续形式存在，例如具有最大长度为25cm或更小的片材。在一个实施方式中，构建材料以细长元件形式存在，例如棒。图1中示出了棒状构建材料。细长元件可以具有圆形、正方形、矩形、星形横截面或一些其他横截面。在一个实施方式中，构建材料含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于固体自由成形制造的装置，其包含：a.含有喷嘴开口的可移动喷嘴，b.与所述可移动喷嘴连接的加热元件，c.与可移动喷嘴连接的驱动器，d.用于接收来自所述可移动喷嘴的构建材料的平台，和e.用于向所述驱动器提供所述构建材料的料斗，所述料斗包含料斗开口，其中所述喷嘴开口和所述料斗开口能够在直轴上同时对齐，以使所述构建材料当存在时能够至少从所述料斗开口沿所述直轴行进直至所述构建材料达到可流动的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.11 EP 15158654.21.用于固体自由成形制造的装置，其包含：a.含有喷嘴开口的可移动喷嘴，b.与所述可移动喷嘴连接的加热元件，c.与可移动喷嘴连接的驱动器，d.用于接收来自所述可移动喷嘴的构建材料的平台，和e.用于向所述驱动器提供所述构建材料的料斗，所述料斗包含料斗开口，其中所述喷嘴开口和所述料斗开口能够在直轴上同时对齐，以使所述构建材料当存在时能够至少从所述料斗开口沿所述直轴行进直至所述构建材料达到可流动的状态。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴开口、所述驱动器和所述料斗开口在直轴上对齐。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述构建材料当存在时能够至少从所述料斗开口沿所述直轴行进到所述喷嘴。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其中所述构建材料当存在时能够至少从所述料斗开口沿所述直轴行进到所述喷嘴开口。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其中所述料斗还包含阀门。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其中所述料斗被固定于所述驱动器。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其中所述料斗与所述驱动器分离。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其中所述平台包含用于加热所述平台的加热器。9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其还包含以不连续形式存在于所述料斗中的构建材料的元件。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述构建材料的元件的长度是所述构建材料的元件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·格拉尔杜斯·杜伊斯，埃博尔·法兰斯·珀特，伊温妮·万·维恩，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL