使用微波的陶瓷用增材制造方法技术

一种用于形成陶瓷部件的增材制造设备，该设备包括用以支撑待形成的陶瓷部件的平台及用以在该平台上方分配供给材料的连续层的分配器。该供给材料包含可固化成分。该设备进一步包括可朝向该平台的顶面发射辐射的辐射源及微波源，该微波源可以施加朝向该平台上的这些连续层引导的微波。该辐射配置成可在分配每一层时或在每一层分配完之后用来固化该供给材料的可固化成分。该微波配置成使该供给材料的可固化成分蒸发且造成该供给材料结晶化而形成陶瓷部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微波的陶瓷用增材制造方法
本说明书涉及用于陶瓷的增材制造(additivemanufacturing)，又称3D打印。
技术介绍
增材制造(AM)又称为实体自由形状制造法(solidfreeformfabrication)或3D打印，意指一种通过连续(successive)分配原料(例如，粉末、液体、悬浮液或熔化的固体)成二维层来建构三维物件的制造方法。相较之下，传统机械加工技术则涉及将块状材料(例如，陶瓷块、木块、塑料块)切割成物件的减材工艺(subtractiveprocess)。在增材制造中可使用各种增材工艺。某些方法是通过熔化或软化材料来制造层，例如选择性激光熔融法(SLM)或直接金属激光烧结法(DMLS)、选择性激光烧结法(SLS)、熔融沉积成形法(FDM)，而其他可固化的液态材料则使用不同技术，例如立体光刻技术(SLA)。这些工艺在形成层以产生成品的方式及在可与这些工艺兼容使用的材料方面各有不同。常规的系统使用能量源来烧结或熔化粉末材料。第一层上的所有选定位置一旦经烧结或熔化且随后再次固化之后，会在已完成的层上沉积新的粉末材料层。随后逐层地重复该工艺直到制造出期望的物件为止。
技术实现思路
在一方面中，用于形成陶瓷部件的增材制造设备包括用以支撑待形成的陶瓷部件的平台及用以在该平台上方分配供给材料的数个连续(successive)层的分配器。该供给材料包含可固化成分。该设备进一步包括用以朝向该平台的顶表面发射辐射的辐射源及微波源，该微波源用以施加朝向该平台上的所述连续层而引导的微波。该辐射配置成在分配每一层时或在每一层分配完之后用来固化该供给材料的可固化成分。该微波经配置以使该供给材料的可固化成分蒸发并造成该供给材料结晶化而形成该陶瓷部件。在又一方面中，用于形成陶瓷部件的增材制造设备包括外壳、控制器、容纳在该外壳中的增材制造模块及容纳在该外壳中的微波模块。该增材制造模块配置成可在平台上分配及固化供给材料的数个连续层。该微波模块配置成发射微波以造成该供给材料结晶化而形成陶瓷部件。该控制器配置成操作该增材制造模块以分配及固化供给材料的数层，而形成已固化聚合物。该控制器配置成可在分配及固化供给材料的数层之后，操作该微波模块以蒸发该已固化聚合物并造成该供给材料结晶化而形成该陶瓷部件。在另一方面中，用于形成陶瓷部件的增材制造方法包括分配供给材料的数个连续层、在分配所述连续层的每一层时或在每一层分配完之后朝向至少一层供给材料发射辐射，及施加朝向所述连续层而引导的微波。该供给材料包括可固化成分。该辐射经配置以固化该供给材料的可固化成分。该微波配置成蒸发该供给材料的可固化成分及造成该供给材料结晶化以形成陶瓷部件。在又另一方面中，增材制造方法包括分配第一供给材料的第一层，该第一供给材料包括可固化成分及陶瓷成分。该方法进一步包括朝向该第一供给材料的该第一层发射辐射以固化该第一层中的该第一供给材料的可固化成分。该方法包括在该第一层上分配第二供给材料的第二层。该第二供给材料包括该可固化成分及该陶瓷成分。该方法进一步包括朝向该第二供给材料的第二层发射该辐射以固化该第二层中的该第二供给材料的可固化成分。该方法亦包括在该第二供给材料的第二层上分配该第一供给材料的第三层，及朝向该第一供给材料的第三层发射该辐射以固化该第三层中的该第一供给材料的可固化成分。该方法包括对至少包括该第一层、该第二层及该第三层的多个层施加该微波，用以结晶化及烧结多个层的供给材料的陶瓷成分。所述设备及方法的实施方式可包括以下内容及本文中其他处所述的那些实施方式。在某些实例中，该设备可包括控制器，该控制器配置成可在每次施加该微波之间使该分配器分配至少两层的供给材料层，使得该微波同时蒸发所述至少两层的供给材料层的可固化成分。该方法可进一步包括先分配至少两层供给材料，随后施加该微波。施加该微波的步骤可包括施加该微波以同时蒸发所述至少两层供给材料层的可固化成分。额外地或可替代地，该设备可包括控制器，该控制器配置成在使该分配器分配供给材料的所有连续层之后，致使该微波源施加微波以同时蒸发供给材料的所述连续层的可固化成分。施加该微波的步骤可包括在分配供给材料的所有连续层之后，施加微波以同时蒸发供给材料的所述层的可固化成分。在某些实例中，该增材制造设备进一步包括控制器，该控制器配置成可使该微波源施加微波，以使微波可透射的陶瓷结晶生长而形成陶瓷部件。施加微波能够使微波可透射的陶瓷结晶生长以形成该陶瓷部件。该辐射可配置成固化该可固化成分以形成已固化聚合物。发射该辐射的步骤可包括对该供给材料施加该辐射以固化该供给材料的可固化成分而形成已固化聚合物。该陶瓷结晶对于该微波的透射度(transparency)可比该已固化聚合物对于该微波的透射度大400％至2000％。在某些实例中，该微波源可配置成以数个频率来发射该微波。该微波源配置成依序地(sequentially)以这些频率的每个频率来发射微波。施加该微波的步骤可包括以多个频率来发射该微波。以数个频率发射该微波的步骤可包括依序地以这些频率中的每个频率来发射该微波。这些频率可介于5.8GHz至6.8GHz之间。该微波源可以以这些频率中的每个频率发射约25微秒的该微波。以数个频率发射该微波的步骤包括以这些频率中的每个频率发射约25微秒的该微波。在某些情况中，该微波源可以以这些频率中的每个频率发射约5微秒至45微秒的该微波。以这些频率发射该微波的步骤可包括以这些频率中的每个频率发射约5微秒至45微秒的该微波。在某些实例中，该辐射源可为紫外线(UV)光源，及该辐射为紫外线。发射该辐射的步骤可包括在分配所述连续层中的每一层时或在每一层分配完之后朝向至少一层供给材料发射紫外线。该供给材料的可固化成分可包括UV光可固化聚合物。在某些实例中，该供给材料可包括陶瓷成分。该微波源可配置成朝向该平台发射该微波以致使该陶瓷成分结晶化。施加该微波的步骤可包括造成该陶瓷成分结晶化。该陶瓷成分可包括液相陶瓷成分。该供给材料的陶瓷成分可包括第一前驱物材料及第二前驱物材料。该微波源可配置成可朝向该平台发射微波以使该第一前驱物材料及该第二前驱物材料形成陶瓷化合物。施加该微波的步骤可造成该第一前驱物材料及该第二前驱物材料形成陶瓷化合物。该第一前驱物材料可包含碳，及该第二前驱物材料可包含硅。额外地或可替代地，该供给材料可为第一供给材料，及该分配器可配置成可在该平台的顶表面上分配该第一供给材料及第二供给材料。该第一供给材料及该第二供给材料各自可包含该陶瓷成分及该可固化成分。该微波源可配置成使该第一供给材料的陶瓷成分结晶化以形成第一陶瓷结晶及使该第二供给材料的陶瓷成分结晶化以形成第二陶瓷结晶。施加该微波的步骤可造成该第一供给材料的陶瓷成分结晶化而形成第一陶瓷结晶并造成该第二供给材料的陶瓷成分结晶化而形成第二陶瓷结晶。所述第一结晶可大于所述第二结晶。所述第一结晶可比所述第二结晶大300％至2000％。该第一供给材料的该陶瓷成分与该可固化成分的比值可大于该第二供给材料的该陶瓷成分与该可固化成分的比值。例如，该第一供给材料的比值可比该第二供给材料的比值大600％至1000％。在某些分配第一供给材料及第二供给材料的情况中，该设备可进一步包括控制器。该控制器可配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成陶瓷部件的增材制造设备，所述设备包括：平台，用以支撑待形成的所述陶瓷部件；分配器，用以在所述平台上方分配多个供给材料的连续层，所述供给材料包括可固化成分；辐射源，用以朝向所述平台的顶表面发射辐射，所述辐射配置成在分配每一层时或在每一层分配完之后用来固化所述供给材料的所述可固化成分；及微波源，用以施加朝向所述平台上的所述连续层而引导的微波，所述微波经配置以使所述供给材料的所述可固化成分蒸发且造成所述供给材料结晶化而形成所述陶瓷部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 US 62/315,5161.一种用于形成陶瓷部件的增材制造设备，所述设备包括：平台，用以支撑待形成的所述陶瓷部件；分配器，用以在所述平台上方分配多个供给材料的连续层，所述供给材料包括可固化成分；辐射源，用以朝向所述平台的顶表面发射辐射，所述辐射配置成在分配每一层时或在每一层分配完之后用来固化所述供给材料的所述可固化成分；及微波源，用以施加朝向所述平台上的所述连续层而引导的微波，所述微波经配置以使所述供给材料的所述可固化成分蒸发且造成所述供给材料结晶化而形成所述陶瓷部件。2.如权利要求1所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器配置成在每次施加所述微波之间使所述分配器分配至少两层供给材料层，使得所述微波同时蒸发所述至少两层供给材料层的所述可固化成分。3.如权利要求1所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器配置成在使所述分配器分配所有的所述供给材料的连续层之后，令所述微波源施加微波以同时蒸发所述供给材料的连续层的所述可固化成分。4.如权利要求1所述的设备，其中进一步包括控制器，所述控制器配置成可令所述微波源施加微波，以使所述微波可透射的陶瓷结晶生长而形成所述陶瓷部件。5.如权利要求1所述的设备，其中所述微波源配置成以多个频率发射所述微波，所述微波源配置成依序地以所述多个频率的每个频率来发射所述微波。6.如权利要求1所述的设备，其中所述供给材料包括陶瓷成分，及所述微波源配置成朝向所述平台发射所述微波以使所述陶瓷成分结晶化。7.如权利要求6所述的设备，其中所述陶瓷成分包括液相陶瓷成分。8.如权利要求6所述的设备，其中所述供给材料是第一供给材料，及所述分配器配置成在所述平台的所述顶表面上分配所述第一供给材料及第二供给材料，所述第一供给材料及所述第二供给材料各自包括所述陶瓷成分及所述可固化成分。9.如权利要求8所述的设备，其中所述微波源经配置以使所述第一供给材料的所述陶瓷成分结晶化以形成第一陶瓷结晶及使所述第二供给材...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾杰，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US