用于快速制造的三维物体的表面处理方法技术

一种用于形成经表面处理的三维物体的方法（１０），所述方法包括：溶剂平滑化（１６）快速制造的三维物体的外表面；和将所述溶剂平滑化的外表面的至少一部分进行介质喷砂（２２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】北旦 冃豕本专利技术总体上涉及三维(3D)物体如原型、模具和产品质量部件 (production-qualitypart)的快速制造。具体而言，本专利技术涉及对快速制造的 3D物体进行表面处理的方法。3D物体的制造和测试通常在许多工业中用于研制新产品、机器和方 法。有各种用于构造3D物体的快速制造技术，所述技术的每一种在计算 机控制下从几何计算机模型研制物体。这些技术一般将所需物体的数字图 示(例如计算机辅助设计(CAD))切分或划分成水平层，然后通过重复施加 材料而逐层地构造物体。术语"快速制造"在本文中是指通过一种或多种 层基添加技术构造3D物体。示例性的快速制造技术包括熔融沉积造型、 喷墨、选择性激光烧结，和立体平版印刷法(stereolithographicprocess)。通过快速制造技术构造的3D物体通常显现出"阶梯状"外观，特别 是在弯曲或成角度的外表面处。阶梯状效果是由具有直角边缘剖面的截面 形状的层次化引起的，并且随着层厚度增加而更加显著。尽管阶梯状效果 通常不影响3D物体的强度，但是它可能显著降低所需的美感性。各种抛 光技术已被用于改善快速制造的3D物体的表面光洁度(surface fmish)。然 而，现在正需要向快速制造的3D物体提供令人愉悦的美观表面的表面处 理技术。概述本专利技术涉及用于形成经表面处理的3D物体的方法。本方法包括用溶 剂基平滑操作使快速制造的3D物体的外表面平滑，和将溶剂平滑化的外 表面的至少一部分进行介质喷砂。附图简述附图说明图1是用于形成经表面处理的3D物体的方法的流程图。图2是进行蒸气平滑处理之后的3D物体的照片，其中3D物体具有平滑、有光泽的外表面并且含有可观察到的表面缺陷。图3是进行介质喷砂处理之后的3D物体的照片，其中3D物体具有平 滑、光滑的(satiny)外表面，其中不再观察到表面缺陷。详述图1是用于形成具有平滑、光滑外表面的3D物体的方法10的流程图。 方法10包括步骤12-24，并且首先涉及用快速制造技术构造3D物体的至 少一部分(步骤12)。适用于步骤12的快速制造技术的实例包括层基添加 技术，比如熔融沉积造型、喷墨、选择性激光烧结、立体平版印刷法，和 它们的组合。优选地，用快速制造技术构造整个3D物体。在一个实施方案中，快速制造技术涉及将3D物体的数字图示(例 如.STL文件)切分成水平层。然后依照所使用的快速制造技术，可以通过 重复施加构造材料由用于构造3D物体的水平层逐层地产生线栅(mster)或 矢量路径(vector path)。所使用的构造材料的种类可以取决于用于构造3D 物体的具体的快速制造系统。快速制造技术还可以以单一构造工序或多个 构造工序进行。当使用涉及沉积过程(例如熔融沉积造型和喷墨)的快速制造技术时， 3D物体的悬垂部分或空腔可以由支撑结构来支撑。支撑结构可以采用沉 积构造材料的相同的快速制造技术和系统来构造，并且可以在构造工序完 成之后被移除。当3D物体的数字图示被切分成水平层时，也可以通过重 复施加支撑材料而逐层地产生和构造支撑结构的层。当快速制造工序完成时，可以在快速制造的3D物体上进行一种或多 种预平滑处理(步骤14)。合适的预平滑处理的实例包括支撑结构移除、多 个物体的粘合、向3D物体的外表面上添加模具(die)或着色剂(其可以在平 滑步骤的过程中被扫入3D物体的近表面材料中)、预清洁步骤，和它们的 组合。然后对快速制造的3D物体进行溶剂基平滑处理(步骤16)，其中使用 溶剂将3D物体外表面的至少一部分平滑。如以上所讨论的，在使用快速 制造技术构造之后，由于具有直角边缘剖面的截面形状的层次化，3D物体可能表现出阶梯状外形。溶剂基平滑处理使3D物体外表面的至少一部分平滑，同时基本上保持3D物体的形状和细微特征。这向3D物体的外 表面提供减少或消除阶梯状外观的平滑、有光泽的光洁度。平滑处理首先包括由适宜地使与3D物体外表面的接触最小化的支架 支撑3D物体。3D物体的外表面与外来组件之间的接触点通常在平滑处理 的过程中形成外表面上的缺陷。因此，减小在3D物体外表面上的接触面 积相应地减小所产生的缺陷的密集度。用于在平滑系统中支撑3D物体的合适技术公开于Priedeman， Jr.等， 美国出版物2005/0173838中。此外，用于支撑3D物体的特别合适的技术 涉及用单个的钩形构件悬挂3D物体，这平衡被悬挂的3D物体，并且提 供钩形构件与3D物体外表面之间的单个接触点。备选地，对于复杂的3D 物体，可以使用多个钩形构件以吊索般的方式悬挂3D物体。用于步骤16的特别合适的溶剂基平滑处理包括采用蒸气平滑系统将 快速制造的3D物体进行蒸气平滑。蒸气平滑系统包含使3D物体暴露的 外表面区域平滑的溶剂蒸气，从而减小或消除阶梯状效果。适宜地选择用 于蒸气平滑的溶剂以使其与用于形成3D物体的构造材料相容。用于蒸气 平滑的合适溶剂的实例包括二氯甲垸、正丙基溴、全氯乙烯、三氯乙烯、 丙酮、甲基乙基酮、二甲基乙酰胺、二甲苯、甲苯、水、醇，和它们的组合。在步骤16中使用的合适的蒸气平滑系统的实例公开于Priedeman等， 美国专利申请2005/0173838中。蒸气平滑系统通过在封闭室内将3D物体 暴露于溶剂蒸气中而适宜地工作。所述室可以被保持在溶剂的沸点温度以 上。尽管溶剂处于蒸气状态，但是它不影响3D物体。然而，因为3D物 体最初处于显著低于溶剂的沸点温度的温度(例如室温)，所以溶剂冷凝在 3D物体的外表面上。冷凝的溶剂渗入3D物体暴露的外表面，从而溶解暴 露的外表面处的材料。这导致材料软熔(reflow)并且分散到外表面的更宽的 区域上。当3D物体加热到室的温度时，冷凝的溶剂再蒸发。然后分散的 材料保持在新分散的位置，这导致具有有光泽的光洁度的基本上平滑的表 面。蒸气平滑依赖于数个相互影响的参数，比如3D物体承受冷凝溶剂的暴露时间、所使用的溶剂的种类和浓度、用于3D物体的构造材料、3D物 体的外表面积，和3D物体特征的细度。同样地，蒸气平滑处理的持续时 间可以变化。用于蒸气平滑处理的合适持续时间的实例在约10秒至约5 分钟的范围内，其中尤其合适的持续时间在约30秒至约1分钟的范围内。 在一个实施方案中，可以在蒸气平滑处理之前将3D物体冷却(例如低 于室温)。这增加溶剂蒸气与3D物体之间的温差，从而提高蒸气平滑处理 过程中的溶剂冷凝速率。这个实施方案尤其适用于具有低沸点温度的溶剂 (例如二氯甲烷)，并且增加蒸气平滑处理的可重复性。例如，对于保持在 16。C(60。F)的环境温度的3D物体，与保持在27。C(80下)的环境温度相比， 具有约4(TC(104。F)沸点温度的二氯甲烷提供不同的蒸气平滑结果。同样， 将3D物体冷却到更低的温度(例如介于0。C(32下)至4。C(40。F)之间)增加蒸气平滑结果的一致性和可预测性。蒸气平滑处理还可以以多个、连续的蒸气平滑步骤进行。例如，在初 始的蒸气平滑处理之后，可以检查3D物体以确定平滑的程度。如果需要 另外的平滑，则可以将部分平滑的3D物体进行一次或多次另外的蒸气平 滑处理。当蒸气平滑处理完成时，则可以将平滑化的3D物体冷却和干燥。在步骤16的备选实施方案中，溶剂基平滑处理可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成经表面处理的三维物体的方法，所述方法包括：　用溶剂基平滑处理使快速制造的三维物体的外表面平滑；和　将溶剂平滑化的外表面的至少一部分进行介质喷砂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特L津恩尼尔，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]