用于3D打印3D物品的方法技术

本发明专利技术提供了一种包括3D打印3D物品(1)的方法，该方法包括：在打印阶段期间，用熔融沉积成型3D打印机(500)经由单个喷嘴(502)共同沉积可3D打印材料(201)和细长固体纤维(310)，以提供包括3D打印材料(202)的3D物品(1)，其中细长固体纤维(310)被嵌入在3D打印材料(202)中。

Methods for 3D printing 3D items

A method including 3D printing 3D article (1) is provided, which includes: during the printing stage, 3D printable material (201) and thin solid fiber (310) are jointly deposited by melting deposition forming 3D printer (500) via a single nozzle (502) to provide 3D article (1) including 3D printing material (202), wherein the thin solid fiber (310) is embedded in the 3D printing material (202).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D打印3D物品的方法
本专利技术涉及一种用于制造3D(打印)物品的方法。更进一步，本专利技术还涉及3D打印机，并且涉及包括指令的计算机程序产品，当由3D打印机执行计算机程序产品时，该指令使得3D打印机执行该方法。
技术介绍
用于复合部件制造的系统在本领域中是已知的。例如，US2015/0367576尤其地描述了一种方法，该方法包括：将基质材料和与基质材料分离的纤维材料提供给熔融沉积成型(FDM)三维(3D)打印机；以及在维持纤维材料与基质材料分离直到FDM3D打印机的打印位置的同时，向FDM3D打印机的打印位置递送基质材料和纤维材料，其中该递送包括熔化基质材料并且将纤维材料嵌入到基质材料内。基质材料管可以是中空的热塑性细丝。纤维束可以穿过基质材料管的中心。例如，纤维束由在中空热塑性细丝的中心的结构纤维组成。在一些实现中，这些结构纤维不是连续的，而是由每根长度在3-25mm之间的纤维构成。在一些情况下，结构纤维可以是织造垫或织造纤维的条带，或由不连续的补块组成。进一步地，US2015/0367576的系统包括：构建平台；以及与构建平台相关联的两个或更多个工具；其中该两个或更多个工具被配置和布置为相对于构建平台在非平面层中添加基质材料和纤维材料用以构建物体。US2014/061974公开了一种用于三维物体的增材制造的方法和装置。两种或更多种材料被同时地挤出作为复合物，其中至少一种材料为液体形式，并且至少一种材料以固体连续线股完全地被包在液体材料内。固化挤出后的液体材料的装置使复合物硬化。复合物内的线股材料包含特定的化学、机械或电学特性，其灌输具有仅使用一种材料无法实现的增强功能的物体。
技术实现思路
在接下来的10-20年内，数字制造将越来越多地改变全球制造业的本质。数字制造的方面之一是3D打印。当前，已经开发了许多不同的技术以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物的各种材料来生产各种3D打印物体。3D打印还可以被用于生产模具，然后该模具可以被用于复制物体。出于制造模具的目的，已经建议了多喷射技术的使用。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，可光聚合材料在每次沉积后被固化以形成固体结构。尽管该技术产生光滑的表面，但是可光固化的材料不是非常稳定，并且它们还具有相对低的热导率，这对于注塑成型应用是有用的。最广泛使用的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是一种通常地用于成型、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM根据“增材”原理通过以层的方式铺设材料来工作；塑料细丝或金属线从线圈松开，并且提供材料以生产部件。可能地，(例如，针对热塑性塑料)细丝在铺设之前被熔化并且被挤出。FDM是一种快速原型设计技术。针对FDM的其他术语是“熔融细丝制造”(FFF)或“细丝3D打印”(FDP)，这些术语被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性细丝，该热塑性细丝被加热到熔点，然后被挤出，逐层地(或者实际上细丝接细丝地)来创建三维物体。FDM打印机相对快速，并且可以被用于打印复杂的物体。FDM打印机相对快速，成本低，并且可以被用于打印复杂的3D物体。这种打印机被用于使用各种聚合物来打印各种形状。该技术还在LED灯具的生产和照明解决方案中被进一步地开发。现有技术解决方案具有的问题可能在于它们没有提供在细丝中的固体材料的相对长的纤维的引入。然而，针对例如电学连接或光学连接等，这可以是期望的。此外，当用于3D打印的现有技术方法被应用，并且在打印工艺中简单地引入细长纤维时，似乎会遇到问题。例如，针对较粗的纤维，似乎当例如用打印机头转弯时，扭矩被施加到纤维上，然后该纤维从该纤维应被嵌入的层中拉出，导致纤维从3D打印物品中的突出等。因此，本专利技术的目的是提供一种备选的3D打印方法和/或3D(打印)物品，其优选地进一步至少部分地消除了如上所描述的缺陷中的一个或多个缺陷。本专利技术的目的可以是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供有用的备选方案。尤其地，在本文中我们提出使用FDM打印机用于打印连续固体纤维(诸如光纤、碳纤维、导线等)的方法(其中打印机头在XY平面中移动，而平台在Z方向上移动)，并且馈送器被用于将聚合物推向打印机头，在该打印机头处聚合物熔化并从喷嘴流出。在这种打印机中，固体纤维可以与聚合物一起被馈送到喷嘴中。令人惊奇地发现，当纤维足够细时，不需要额外的馈送器来推动固体纤维，并且在打印期间固体纤维从喷嘴中被拉出。对于较粗的纤维，使用分离的馈送器来馈送纤维可以是所期望的。还发现，在打印期间，固体纤维可能变得扭曲，这种扭曲动作可能会阻挡细丝跟随喷嘴的路径。令人惊奇地发现，当使用相对较细(约<0.5mm)的纤维时，由扭曲动作引起的应力可以被吸收。而且，在不具有用于固体纤维的分离的馈送器的情况下，细丝可以从喷嘴中被拉出。还惊奇地发现，用于打印相对较细的固体纤维的最简单方法是通过馈送固体纤维通过打印喷嘴的侧壁中的孔，该孔具有纤维的尺寸。当使用相对较粗(>0.5mm)的纤维时，在本文中建议使用具有用于纤维的分离的馈送器的打印机。在特定的实施例中，进一步建议以与打印机头的运动同步的方式来旋转固体纤维载体，以便避免/减少在打印期间纤维的扭曲。因此，在第一方面，本专利技术提供了一种用于使用熔融沉积成型3D打印机(“打印机”或“FDM打印机”)3D打印3D物品(“物品”)的方法。该方法包括以下步骤：(i)向熔融沉积成型3D打印机的打印机喷嘴馈送可3D打印材料；(ii)用纤维提供单元向打印机喷嘴提供细长固体纤维；以及(iii)在打印阶段期间，经由打印机喷嘴共同沉积可3D打印材料和细长固体纤维(“纤维”或“细长纤维”或“固体纤维”，或在实施例中纤维束)，以提供包括3D打印材料的3D物品，其中细长固体纤维被嵌入在3D打印材料中。纤维提供单元还被配置为控制向打印机喷嘴提供的细长固体纤维绕着细长固体纤维的细长轴线的旋转。该方法进一步包括以下步骤：当细长固体纤维具有至少0.5mm的直径时，控制细长固体纤维的旋转。用这种方法，以稳定且持久的方式将长纤维嵌入在3D打印层中似乎是可能的。甚至可以嵌入相对较粗的纤维。用当前描述的方法，这种纤维可以被用于光学应用(波导或光导)或用于电学目的，诸如用于向诸如光源的电学组件提供功率的电导体。如上所指示，本专利技术尤其地提供了包括3D打印3D物品的方法。因此，本专利技术提供了3D打印方法，特别地FDM打印方法。(用本文描述的方法)获得的3D打印物品本身可以是功能性的。这样获得的3D物品可以(备选地)被用于装饰或艺术目的。3D打印物品可以包括功能组件或被提供有功能组件。特别地，功能组件可以选自由光学组件、电学组件和磁性组件组成的组。术语“光学组件”特别地指代具有光学功能的组件，诸如透镜、反射镜、光源(如LED)等。术语“电学组件”可以例如指代集成电路、PCB、电池、驱动器，还可以指代光源(因为光源可以被视为光学组件和电学组件)等。术语“磁性组件”可以例如指代磁性连接器、线圈等。备选地或附加地，功能组件可以包括热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用熔融沉积成型3D打印机(500)来3D打印3D物品(1)的方法，其中所述方法包括以下步骤：/n-向所述熔融沉积成型3D打印机(500)的打印机喷嘴(502)馈送可3D打印材料(201)，/n-用纤维提供单元(580)向所述打印机喷嘴(502)提供细长固体纤维(310)，以及/n-在打印阶段期间，经由所述打印机喷嘴(502)共同沉积所述可3D打印材料(201)和所述细长固体纤维(310)，以提供包括3D打印材料(202)的所述3D物品(1)，其中所述细长固体纤维(310)被嵌入在所述3D打印材料(202)中，/n其中所述纤维提供单元(580)进一步被配置为：控制向所述打印机喷嘴(502)提供的所述细长固体纤维(310)绕着所述细长固体纤维(310)的细长轴线(C1)的旋转，以及/n其中所述方法进一步包括：当所述细长固体纤维(310)具有至少0.5mm的直径d时，控制所述细长固体纤维(310)的旋转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170413 EP 17166399.01.一种使用熔融沉积成型3D打印机(500)来3D打印3D物品(1)的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-向所述熔融沉积成型3D打印机(500)的打印机喷嘴(502)馈送可3D打印材料(201)，
-用纤维提供单元(580)向所述打印机喷嘴(502)提供细长固体纤维(310)，以及
-在打印阶段期间，经由所述打印机喷嘴(502)共同沉积所述可3D打印材料(201)和所述细长固体纤维(310)，以提供包括3D打印材料(202)的所述3D物品(1)，其中所述细长固体纤维(310)被嵌入在所述3D打印材料(202)中，
其中所述纤维提供单元(580)进一步被配置为：控制向所述打印机喷嘴(502)提供的所述细长固体纤维(310)绕着所述细长固体纤维(310)的细长轴线(C1)的旋转，以及
其中所述方法进一步包括：当所述细长固体纤维(310)具有至少0.5mm的直径d时，控制所述细长固体纤维(310)的旋转。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括：在沉积期间将所述3D打印材料(202)的层高(t)控制在至少1.5*d，并且在沉积期间将所述3D打印材料(202)的层宽(w)控制在至少2*d，并且其中所述细长固体纤维(310)具有至少5cm的长度(l)。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述细长固体纤维(310)包括导电材料。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述细长固体纤维(310)包括光导材料。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述细长固体纤维(310)包括玻璃材料。


6.一种用于向衬底(1550)提供可3D打印材料(201)的熔融沉积成型3D打印机(500)，所述熔融沉积成型3D打印机(500)包括：
-打印机头(501)，包括打印机喷嘴(502)，
-可3D打印材料提供设备(575)，被配置为向所述打印机头(501)提供所述可3D打印材料(201)，
-纤维提供单元(580)，用于向所述打印机头(501)提供细长固体纤维(310)，
其中所述熔融沉积成型3D打印机(500)被配置为：在打印阶段期间经由所述打印机喷嘴(502)共同沉积所述可3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·M·希克梅特，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL