利用磁性颗粒来改善3D打印对象的z轴强度制造技术

本发明专利技术公开了一种用于改善3D打印对象的z轴强度的方法。例如，该方法包括：用聚合物和磁性颗粒打印三维(3D)对象，将该3D对象加热到约为该聚合物的熔化温度的温度，以及将磁场施加到该3D对象以局部地移动该聚合物中的该磁性颗粒，以便生成热量并且熔合该磁性颗粒周围的该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。

【技术实现步骤摘要】
利用磁性颗粒来改善3D打印对象的z轴强度
[0001]本公开整体涉及三维(3D)打印对象，并且更具体地讲，涉及使用磁性颗粒与3D打印材料来改善3D打印对象的z轴强度。

技术介绍

[0002]三维打印机可用于打印3D对象。3D打印机可用于使用不同类型的材料来打印各种不同类型的对象。不同类型的过程可用于3D打印。例如，3D打印可使用减材过程(例如，其中蚀刻材料块以打印最终对象)或增材过程(例如，逐层打印3D对象)。
[0003]一种类型的增材3D打印过程可以是熔融沉积成型(FDM)。FDM过程可以将材料层分配到平台上。可将粘结剂流体打印到材料层上。可将能量施加到该层并且可将该层的接收粘结剂流体的部分熔合在一起。可重复该过程并且可经由去结块过程移除每个层的非熔合部分。然而，当前FDM过程可能遭受相对较弱的z轴强度(例如，层的横截面方向)。

技术实现思路

[0004]根据本文所示的方面，提供了一种用于改善3D打印对象的z轴强度的方法、非暂态计算机可读介质和装置。实施方案的一个公开特征是一种方法，该方法用聚合物和磁性颗粒打印三维(3D)对象，将该3D对象加热到约为该聚合物的熔化温度的温度，以及将磁场施加到该3D对象以局部地移动该聚合物中的该磁性颗粒，以便生成热量并且熔合该磁性颗粒周围的该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。
[0005]实施方案的另一个公开特征是一种在其上存储有多个指令的非暂态计算机可读介质，该多个指令包括在由处理器执行时致使该处理器执行以下操作的指令：用聚合物和磁性颗粒打印三维(3D)对象，将该3D对象加热到约为该聚合物的熔化温度的温度，以及将磁场施加到该3D对象以局部地移动该聚合物中的该磁性颗粒，以便生成热量并且熔合该磁性颗粒周围的该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。
[0006]实施方案的另一个公开特征是一种装置，该装置包括处理器和存储多个指令的计算机可读介质，该多个指令包括在由该处理器执行时致使该处理器执行以下操作：用聚合物和磁性颗粒打印三维(3D)对象，将该3D对象加热到约为该聚合物的熔化温度的温度，以及将磁场施加到该3D对象以局部地移动该聚合物中的该磁性颗粒，以便生成热量并且熔合该磁性颗粒周围的该聚合物以改善该3D对象的z轴强度。
附图说明
[0007]通过结合附图考虑以下具体实施方式可以容易地理解本公开的教学内容，在附图中：
[0008]图1示出了本公开的系统的框图；
[0009]图2示出了本公开的使用聚合物和磁性颗粒来打印3D对象的示意图；
[0010]图3示出了本公开的使用聚合物和磁性颗粒来打印3D对象的另一个示意图；
[0011]图4示出了本公开的用于改善3D打印对象的z轴强度的示例性方法的流程图；
[0012]图5示出了适用于执行本文所述功能的示例性计算机的高级框图。
[0013]为了便于理解，在可能的情况下已经使用了相同的附图标号来指定附图共有的相同元件。
具体实施方式
[0014]本公开广义地公开了一种方法和打印材料，该方法和打印材料包括磁性颗粒以改善3D打印对象的z轴强度。如上所讨论，一些3D打印过程可使用FDM过程。然而，每个层之间的粘结可以是相对较弱的。因此，z轴强度(例如，竖直延伸通过3D对象的每个层的轴线)可以是相对较弱的。
[0015]本公开提供了一种用于3D打印的独特打印材料，其包括磁性颗粒。打印材料可能以粉末形式或长丝形式并且可被分配用于FDM 3D打印过程。可在打印每个层之后施加磁场以生成磁场，局部移动磁性颗粒以生成热量，并且进一步局部熔合层之间的聚合物粉末以改善层之间的粘结强度。此外，磁场可对准磁性颗粒以进一步改善粘结强度。因此，本公开的方法和打印材料可改善3D打印对象的z轴强度。
[0016]图1示出了本公开的示例性系统100。在一个实施方案中，系统100可包括3D打印机102、烘箱104和用于施加磁场116的装置106。虽然烘箱104和装置106被示为单独设备，但应当指出的是，烘箱104和装置106可被组合为单个设备。
[0017]在一个实施方案中，3D打印机可包括打印材料114的供应源以打印3D对象108。3D打印机102可包括打印头112以将打印流体分配在打印材料114的层上。可逐层打印3D对象108。尽管3D对象108在图1中被示出为球体，但应当指出的是，可打印任何形状的对象。3D对象108可被打印成不同的形状、尺寸和复杂性。
[0018]在一个实施方案中，打印材料114可使用聚合物和磁性颗粒的组合来改善3D对象108的z轴110的强度。z轴110可为竖直延伸通过3D对象108的每个打印层的方向。取决于打印材料114是作为粉末还是作为长丝进行分配，磁性颗粒可以在10纳米(nm)至10微米(μm)以及0.1重量百分比(重量％)至15重量％的范围内。
[0019]如下文进一步详细讨论的，向3D对象施加的磁场116可有助于对准3D对象108中的磁性颗粒。由于磁性颗粒的磁性吸引，磁性颗粒的对准可改善z轴强度。此外，磁场116可由磁性颗粒的移动产生局部加热以产生更多的层间熔合链和层间聚合物链，从而进一步改善3D对象108的z轴强度。例如，局部移动可产生磁性颗粒的摩擦以生成热量。此外，磁感应和磁滞可生成热量。
[0020]在一个实施方案中，3D打印机102可为任何类型的3D打印机。例如，3D打印机可为选择性激光烧结(SLS)打印机、熔融沉积成型(FDM)打印机等。打印材料114可能以粉末形式提供以用于SLS打印机或以连续长丝形式提供以用于FDM打印机。
[0021]图2示出了使用打印材料114的3D打印机的示意图，其中聚合物202和磁性颗粒204混合在一起。然后可分配聚合物202和磁性颗粒204的组合以打印3D对象108的每个层。
[0022]图2示出了供应源/容器214中的聚合物202和磁性颗粒204的基于粉末的组合的示例。例如，基于粉末的组合可用于SLS 3D打印机。
[0023]在一个实施方案中，聚合物202可包括材料，诸如聚乳酸(PLA)、尼龙(例如，尼龙6、10或12)、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯、聚苯乙
烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)等。聚合物202可能以具有适用于特定3D打印机200的任何平均直径尺寸的粉末形式分配。
[0024]在一个实施方案中，磁性颗粒204可包括磁性金属，诸如铁氧体、氧化铁、铁氧体和二氧化硅(SiO2)芯壳纳米颗粒、磁性/金属纳米颗粒、铁、钴、镍、它们的金属合金等。对于基于粉末的打印材料114，磁性颗粒204可具有1nm至5μm的平均粒径尺寸。在一个实施方案中，平均粒径尺寸可为约50nm至3μm。在一个实施方案中，平均粒径尺寸可为约75nm至1μm。
[0025]在一个实施方案中，磁性颗粒204可占打印材料114(例如，聚合物202和磁性颗粒204的组合的总重量)的约0.1重量％至15重量％。在一个实施方案中，磁性颗粒20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：用包括聚合物和磁性颗粒的打印材料打印三维(3D)对象；将所述3D对象加热到约为所述聚合物的熔化温度的温度；并且将磁场施加到所述3D对象以局部地移动所述聚合物中的所述磁性颗粒，以便生成热量并且熔合所述磁性颗粒周围的所述聚合物以改善所述3D对象的z轴强度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印包括：用所述聚合物打印所述3D对象的层；将所述磁性颗粒分配在所述层的顶部上；并且重复所述打印和所述分配，直到所述3D对象被打印。3.根据权利要求1所述的方法，其中由选择性激光烧结(SLS)打印机执行所述打印。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述磁性颗粒与所述聚合物共混以将所述磁性颗粒嵌入到所述聚合物的颗粒中。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述磁性颗粒占所述打印材料的0.1重量％
‑
15重量％。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述磁性颗粒包括10纳米至1微米的平均粒径。7.根据权利要求1所述的方法，其中使用熔融沉积成型(FDM)打印机来执行所述打印。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁性颗粒在拉伸过程期间熔合到所述聚合物的挤出长丝上。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁性颗粒占1重量％
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10重量％。10.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁性颗粒包括10纳米至10微米的平均粒径。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加包括：使所述磁场振荡以生成所述磁性颗粒的局部移动。12.一种存储多个指令的非暂态计算机可读介质，所述多个指令在由处理器执行时致使所述处理器执行操作，所述操作包括：用包括聚合物和磁性颗粒的打印材料打印三维(3D)对象；将所述3D对象加热到约为所述聚合物的熔化温...

【专利技术属性】
技术研发人员：路春亮，C，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：