三维打印方法和导电液体三维打印系统技术方案

本发明专利技术题为三维打印方法和导电液体三维打印系统。本发明专利技术提供了一种三维打印的方法，该三维打印的方法包括通过将激光束照射在构建表面上来加热平台上的该构建表面的第一部分，以便提供具有第一沉积温度的预热的液滴接触点。液态打印材料的第一液滴从3D打印机的打印头喷射，以便将该第一液滴沉积在处于该第一沉积温度的该预热的液滴接触点上。

【技术实现步骤摘要】
三维打印方法和导电液体三维打印系统
本公开涉及一种使用激光束加热构建表面的三维打印方法。本专利技术还公开了一种包括激光器的导电液体三维打印系统。
技术介绍
用于由熔融铝合金构建3D部件的导电液体三维打印机在本领域中是已知的。此类系统的示例公开于美国专利号9,616,494中。该系统通过使用由电磁线圈施加的直流脉冲来工作，以响应于一系列脉冲而排出熔融铝滴。液滴所指向的台板平移以允许液滴连接并且积聚以产生三维部件。然而，熔融铝滴有时不能平滑地或以足够的粘结强度结合。此外，3D部件可具有不期望的孔隙度，以及在制造期间不均匀的构建表面、未焊接的液滴和形状不一致性。所有这些均导致成品部件劣化的物理特性，诸如疲劳强度和拉伸强度，以及外观问题。因此，用于提高由导电液体三维打印机制成的三维部件的质量的方法和系统将是本领域中的一大进步。
技术实现思路
本公开的实施方案涉及一种三维打印方法。该方法包括通过将激光束照射在构建表面上来加热平台上的构建表面的第一部分，以便提供具有第一沉积温度的预热的液滴接触点。液态打印材料的第一液滴从3D打印机的打印头喷射，以便将该第一液滴沉积在处于该第一沉积温度的该预热的液滴接触点上。本公开的另一个实施方案涉及导电液体三维打印系统。该系统包括平台；打印头，所述打印头用于在所述平台上的液滴接触点处喷射导电液态打印材料的液滴；以及激光器，该激光器被配置为将激光束引导至液滴接触点处。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，而不是对所要求保护的本教导内容的限制。附图说明并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本教导内容的实施方案，并与说明书一起用于解释本教导内容的原理。图1示出了根据本公开的实施方案的加热构建表面以进行三维打印的方法的流程图。图2示出了根据本公开的示例的导电液体三维打印系统的透视图。图3示出了构建喷嘴的内部组件的分解视图。图4示出了根据本公开的实施方案的构建喷嘴和激光器的示意性侧视图。图5示出了沿图4的构建喷嘴的线5截取的剖视图，示出了构建喷嘴的内部组件。图6示出了根据本公开的实施方案的打印头的剖视图。图7以激光器的透视图示出了根据本公开的实施方案的包含液态导电材料的喷嘴泵和构建表面的剖面透视图。图8示出了泵室中液态导电材料的示意性剖视图，包括液态材料流出泵室和电磁线圈。图9示出了根据本公开的实施方案的产生形成3D物体的液滴的喷嘴泵的透视图。图10示出了入射在构建表面上的激光束的图像。图11示出了根据本公开的示例的温度数据的曲线图。应注意的是，附图的一些细节已被简化并被绘制为有利于理解实施方案，而不是保持严格的结构准确性、细节和比例。具体实施方式现在将详细地参考本教导内容的实施方案，附图中示出了这些实施方案的示例。在附图中，通篇使用类似的附图标号来命名相同的元件。在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实践本教导内容的具体示例性实施方案。因此，以下描述仅是示例性的。在通过导电液体三维打印机打印熔融金属的过程期间，从打印机喷射的熔融液滴和构建表面之间的温差导致成品构建部件的构建强度、孔隙率和表面光洁度的不一致。测试已表明，为了将熔融金属适当地熔合到基部构建材料，可将接收表面温度控制到沉积温度。例如，对于铝和铝合金，该温度为约400℃至约550℃或更高。导电液体三维打印机系统使用设定至例如约400℃的加热基板来加热初始层。然而，随着部件从基板继续生长，来自基板的加热不能保持上表面上的较高温度以便确保熔融液滴和冷却的顶部表面之间的良好粘结。与导电液体三维打印机结合使用的激光器系统提供混合系统，该混合系统允许较低成本的熔融液滴沉积系统控制液滴沉积到的构建表面上的目标位置处的温度，以提供液滴与构建部件的牢固、内聚和/或均匀的粘结和/或部件的减小的孔隙率。因此，本公开的实施方案涉及混合导电液体三维(3D)构建系统，其中导电液滴被沉积在构建表面上，同时采用激光器预热系统来调节液滴与构建表面接触的区域中的构建表面温度。通过升高液滴接触点处的局部区域中的温度，可实现液滴与构建表面的更完整且受控的粘结，从而导致更好的构建质量和在整个粘结部和整个成品部件中改善的材料特性。与其中构建表面的温度不升高至期望温度的相同过程相比，刚好在液滴沉积之前以及液滴沉积期间升高构建表面的温度可改善液滴与先前沉积层的聚结。本公开的方法和系统的优点包括以下项中的一个或多个：交互式激光器系统，该交互式激光器系统可基于时间、能量和部件结构来提高构建的性能以改善添加剂材料性能；有针对性地加热以在有限的区中将温度升高精确的量以改善导电液体三维打印机中的部件结构；改善的部件特性，诸如较低的孔隙率、较高的屈服强度、较高的疲劳循环和/或表面质量等；在3D打印期间调节局部温度以改善材料粘结的能力；基于物体形状、大小和/或材料来调节局部温度以改善构建特性诸如表面外观和其他部件特性的能力；允许在构建过程期间随着部件方向的变化在液态金属撞击的点处进行加热；局部预热可降低对几何完整性的影响；加热区周围的区域可用作支承边界；通过使用切片数据基于部件几何形状来控制到部件的能量的能力；允许在聚焦位置(例如，体素)处获得较高的温度纬度，这是通过常规表面加热(例如，辐射或感应加热)无法实现的三维打印方法本公开的实施方案涉及一种三维打印方法。如图1的流程图所示，该方法包括通过将激光束照射在构建表面上来加热平台上的构建表面的第一部分，以便提供具有第一沉积温度的预热的液滴接触点。液态打印材料的第一液滴从3D打印机的打印头喷射，以便将该第一液滴沉积在处于该第一沉积温度的该预热的液滴接触点上。加热构建表面的一部分和喷射液态打印材料的液滴的过程可重复任何次数，以便沉积多个液滴，直到3D部件完成。例如，该方法可包括通过在构建表面处照射激光束来加热构建表面的不同于第一部分的第二部分，从而提供具有第二沉积温度的第二预热的液滴接触点；以及从打印头喷射打印材料的第二液滴以将第二液滴沉积在处于第二沉积温度的预热的液滴接触点上。该方法还包括调节激光束相对于构建表面的位置，以便加热每个连续液滴沉积在上面的液滴接触点。在一个实施方案中，液滴(例如，第一液滴、第二液滴和相继沉积的液滴)包括熔融金属。例如，熔融金属可包括选自铝(例如，纯铝或铝合金)、铜(例如，纯铜或铜合金，诸如青铜)和银(例如，纯银或银合金)的至少一种金属。铝合金的示例包括6000系列合金诸如A16061，以及300系列诸如356、7000系列诸如7075以及4000系列诸如4043。可采用可使用液体3D打印技术打印的任何其他铝合金或其他金属。金属可以任何期望的形式供应给3D打印机，诸如线材(例如，包括本文所述的任何金属的线材)或其他形式，如下文更详细描述的那样。构建表面的沉积温度将取决于正在被3D打印的材料的类型。例如，对于铝和铝合金，沉积温度可在约400℃至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维打印方法，所述方法包括：/na)通过将激光束照射在构建表面上来加热平台上的所述构建表面的第一部分，以便提供具有第一沉积温度的预热的液滴接触点；以及/nb)从3D打印机的打印头喷射液态打印材料的第一液滴，以便将所述第一液滴沉积在处于所述第一沉积温度的所述预热的液滴接触点上。/n

【技术特征摘要】
20191202 US 16/7009051.一种三维打印方法，所述方法包括：
a)通过将激光束照射在构建表面上来加热平台上的所述构建表面的第一部分，以便提供具有第一沉积温度的预热的液滴接触点；以及
b)从3D打印机的打印头喷射液态打印材料的第一液滴，以便将所述第一液滴沉积在处于所述第一沉积温度的所述预热的液滴接触点上。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液滴为熔融金属。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述熔融金属包括选自铝、铜和银中的至少一种金属。


4.根据权利要求2所述的方法，其中所述熔融金属为铝或铝合金。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积温度在约400℃至约800℃的范围内，诸如约400℃至约600℃，或约400℃至约550℃的范围内。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建表面是所述平台的表面。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建表面是构建在所述平台上的3D部件的表面。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束相对于所述平台的顶部表面成角度，所述角度在约10度至约45度的范围内。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述3D打印机采用由电磁线圈施加的直流脉冲来喷射所述第一液滴。


10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括调节所述激光束相对于所述构建表面的位置并且重复a)和b)的过程。


11.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述激光束的所述位置包括沿z轴移动所述激光束和所述打印头。


12.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述激光束的所述位置包括沿x轴、y轴或所述x...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·K·赫尔曼，E·鲁伊斯，T·R·雷斯，R·P·赫尔洛斯基，D·E·普罗克特，T·F·韦德，J·C·尤哈斯，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US