光子融合制造技术

本文中描述的示例包括一种三维打印机、一种三维打印设备，其包括用于涂覆可融合材料层的可融合材料涂敷器，用于涂覆图案化的抑制材料层以基于对应于三维模型的信息建立可融合材料层的暴露区域和可融合材料层的遮挡区域的抑制材料涂敷器，以及用于施加光子能量以融合可融合材料层的暴露区域的光子能量发射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子融合
技术介绍
三维打印(另称为“3D打印”)涉及到机器通过其来将机器可读指令转变成三维物理对象的过程。机器可读指令通常包括描述该物理对象的维度和构造的电子或数字模型。物理对象的材料和对应的特性可以基于在三维打印过程中所使用的特定过程而变化。附图说明图1图示出使用材料的光子融合的示例三维打印过程。图2图示出使用材料的光子融合来产生合金的示例三维打印过程。图3描绘了示例三维打印机的示意图。图4是三维打印的示例方法的流程图。具体实施方式本公开的示例实施方式包括用于使用粉化、浆状或液体的可融合材料的光子融合的三维或“3D”打印的系统、装置和方法。在此类实施方式中，可融合材料的各层构建在彼此之上。通过使用抑制材料(诸如非融合吸收性材料、非融合反射性材料或在化学或物理上抑制可融合材料进行融合的材料)进行打印或以其它方式涂覆图案来定义每一层的结构。可以将可融合材料和抑制材料的每个组合层暴露于光子能量。如本文中使用的，术语“光子能量”和“光子融合”是指涉及到具有约0.2微米到1.5微米的光谱范围的非相干光发射的能量或过程。在各种实施方式中，光子能量可以以受控爆裂或闪镀(flash)而同时涂覆于最上一层的全部或部分。响应于光子能量，未被抑制材料掩盖或抑制的可融合材料的最上一层的区域可以被提纯、融合、熔化、汽化或熔化。在一些示例中，可融合材料响应于光子能量的融合可以以层内和层间为基础来发生。在这样的实施方式中，被抑制材料掩盖/抑制了的可融合材料的区域可以保持在未融合状态中。在本文中参考各种示例和附图更详细地描述三维打印过程和装置的具体细节。图1图示出根据本公开的各种实施方式的用于使用光子融合来生成三维对象的示例过程10。如所示，过程10可以在参考标记11处通过提供基板105开始。在一些实施方式中，基板105可以由类似于在该过程的其它部分中使用的可融合材料的材料构成和/或包括类似于在该过程的其它部分中使用的可融合材料的材料。例如，基板105可以包括金属、塑料、木材、玻璃、陶瓷或在分离的过程中形成的其它材料基板。基板105可以包括一次性和/或可重复使用的平台，对应的三维打印设备可以在处理三维打印的其它过程时操纵所述平台。例如，基板105可以由三维打印机根据本文中描述的过程的需要在多个维度上移动。例如，基板105可以相对于三维打印机的其它元件进行移动以促进、改善或优化各种三维打印过程的结果。在参考标记12处，示例过程10可以包括使用可融合材料涂覆器130放下一层可融合材料110。在一些示例中，可融合材料涂覆器130可以包括打印头型涂覆器，其相对于基板105在诸如131的方向上移动。在一些实施方式中，可融合材料涂覆器130可以包括基板宽的布置，以使得可以在具有特定维度的基板105之上在单次通过中放下层110。例如，可融合材料涂覆器130可以包括喷嘴或开口的“页宽阵列”，其随着其在通过箭头131指示的方向上移动而在基板105上释放可融合材料层110。为了实现可变厚度的可融合材料层110，可融合材料涂覆器130可以在基板100之上多次通过以趋向于将该层构建成具体的厚度。在其它示例中，可以调节可融合材料涂覆器130放下可融合材料层110的速率，以实现特定厚度。因此，本专利技术的实施方式可以涂覆薄至可融合材料的一个颗粒的可融合材料层。一旦放下了可融合材料层110，抑制材料涂敷器140就可以在参考标记13处放下图案化的抑制材料层120。在一个示例中，图案化的抑制材料层120的图案可以包括要在三维对象的该特定层中融合的期望的层的负片。这样，图案化的抑制材料层120可以建立可融合材料层110的多个暴露区域125和可融合材料110的在被抑制材料120覆盖或与抑制材料120接触的面积之下的对应的遮挡区域。图案化的抑制材料层120可以是基于期望的三维对象的对应模型。抑制材料涂敷器140可以包括能够在可融合材料层110上涂覆抑制材料120的图案的任何类型的打印装置。例如，抑制材料涂敷器140可以包括喷墨(例如，热喷墨、压电喷墨等)或喷雾器，其可以将抑制材料的液态或半液态(例如，凝胶)层120选择性地涂覆到可融合材料层110上。抑制材料涂敷器140可以沿着方向141相对于基板105和/或可融合材料层110进行移动。在各种示例中，方向141可以包括通过其来涂覆抑制材料120的二维或三维自由度。在一些实施方式中，抑制材料涂敷器140可以包括页宽阵列打印头或扫描打印头，其跨可融合材料层110的一维移动同时跨另一维度进行扫描。在任何此类实施方式中，抑制材料涂敷器140与可融合材料层110之间的距离可以是变化的，以适应和/或优化抑制材料120的涂覆的质量。例如，当构建可融合材料层110和抑制材料层120时，本公开的示例实施方式可以包括将抑制材料涂敷器140移动进一步远离基板105以提供空隙。在参考标记14处，可以将可融合材料层110的抑制材料层120暴露于由光子发射器150发射的光子能量151。在一些实施方式中，通过非相干光源来提供光子能量。例如，非相干光源可以包括氙(Xe)源。这样的Xe源可以发射在150nm到1100nm的范围中的、具有低于1微米(例如，475nm、827nm、885nm、919nm和980nm)的在可见光和近IR中的辐射峰的非相干光子能量(例如，电磁辐射)。可以以短脉冲同时跨抑制材料120和可融合材料110的最上层的表面中的一些或全部来输送光子能量。在一些实施方式中，光子能量的脉冲小于1毫秒。可以使用这样的短脉冲来确保在没有由于加热了下层或由于显著地辐射到空气中而耗散能量的情况下将可融合材料的仅单个顶层加热至熔点。因此，使用光子能量151的短脉冲的实施方式允许在使用相对低的功率密度的同时熔化颗粒。通过抑制材料层120的图案暴露可融合材料层110的最上一层在区域125下方的部分，抑制材料层120可以通过加热至可融合材料110在其处融合的温度来对光子能量151做出反应。在一些实施方式中，可融合材料层110在抑制层120的图案之下的区域被保护免于光子能量151，并且因此不会融合。本公开的实施方式可以包括抑制材料120，其使用各种机制来抑制可融合材料110的融合。在一个示例实施方式中，抑制材料120可以包括反射或吸收在光子发射器150的光谱范围内的电磁辐射的材料。在一个示例中，抑制材料120可以包括白色墨水，其包括反射性添加剂，诸如氧化钛(TiO2)。示例白色墨水可以反射UV、可见光和近IR区域中的电磁辐射，同时传输在1微米之上的波长。在其它实施方式中，抑制材料120可以包括提供干涉滤光片的多层结构，所述干涉滤光片选择性地反射光子发射器150的电磁辐射。例如，反射性材料可以包括由抑制材料涂敷器涂覆的不同材料的层，它们组合起来形成具有对应于光子发射器150的光谱范围的阻带的干涉介质镜。在这样的实施方式中，入射在反射性材料的表面上的光子能量151被反射离开下层的可融合材料110，从而掩蔽下层的可融合材料110。在另一示例中，抑制材料120可以包括快速吸收光子能量151但是不融合或原本为热绝缘体或非导体的材料。例如，抑制材料层120可以包括这样的材料层：其吸收来自光子发射器150的电磁辐射(例如，Xe辐射)，在光脉冲期间熔化和/或蒸发，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印设备，包括：可融合材料涂敷器，用于涂覆可融合材料层；抑制材料涂敷器，用于涂覆图案化的抑制材料层以基于对应于三维模型的信息建立所述可融合材料层的暴露区域和所述可融合材料层的遮挡区域；以及光子能量发射器，用于施加非相干光子能量以同时融合所述可融合材料层的所述暴露区域中的至少一些。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维打印设备，包括：可融合材料涂敷器，用于涂覆可融合材料层；抑制材料涂敷器，用于涂覆图案化的抑制材料层以基于对应于三维模型的信息建立所述可融合材料层的暴露区域和所述可融合材料层的遮挡区域；以及光子能量发射器，用于施加非相干光子能量以同时融合所述可融合材料层的所述暴露区域中的至少一些。2.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中，所述光子能量发射器作为多个脉冲来施加所述非相干光子能量。3.根据权利要求2所述的三维打印设备，其中，所述多个脉冲中的第一脉冲从所述可融合材料层的所述暴露区域中去除不想要的杂质，并且所述多个脉冲中的随后的脉冲加热所述可融合材料层的所述暴露区域。4.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中，所述抑制材料涂敷器包括喷墨打印机。5.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中，所述抑制材料包括反射性墨水、干涉滤光片、汽化的热吸收材料或热绝缘体。6.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中，所述光子能量发射器施加包括在0.2微米与1.5微米之间的光谱范围的光子能量。7.一种形成三维对象的方法，包括：针对在所述三维对象的数据模型的数据层序列中的每一个数据层：将可融合材料层涂覆到基板或先前形成的可融合材料层；基于所述数据层将图案化的抑制材料层涂覆到所述可融合材料层，以定义所述可融合材料层的遮挡区域和所述可融合材料层的暴露区域；以及将所述图案化的抑制材料层和所述可融合材料层的所述暴露区域暴露于非相干光子能量以同时融合所述可融合材料层的所述暴露区域中的至少一些。8.根据权利要求7所述的方法，其中，涂覆所述可融合材料层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·瑙卡，S·贾纳帕蒂亚潘，H·S·汤姆，K·J·埃里克森，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US