增材制造系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于使用基于層的增材制造技術(shù)打印或者建造三維(3D)零件的增材制造系統(tǒng)。具體地，本公開涉及用于以自動化的方式打印多種、連續(xù)的3D零件的增材制造系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造系統(tǒng)用于使用一種或多種增材制造技術(shù)從3D零件的數(shù)字表示(例如，AMF和STL格式的文件)打印或者建造3D零件。商業(yè)上可用的增材制造技術(shù)的實例包括基于擠出成型的技術(shù)、噴射法、選擇性激光燒結(jié)、粉末/粘合劑噴射法、電子束融化和立體印刷處理。對于這些技術(shù)的每一種，3D零件的數(shù)字表示最初都被切分成多個水平層。然后，對于每個切分層形成工具路徑，其為特定的增材制造系統(tǒng)提供指令，以打印給定的層。
[0003]例如，在基于擠出成型的增材制造系統(tǒng)中，3D零件可通過擠出可流動的零件材料以一層接一層的方式從3D零件的數(shù)字表示中打印。該零件材料被通過由系統(tǒng)的打印頭承載的擠出端頭擠出，并且在χ-y平面的基板上被沉積為一系列通路。擠出的零件材料將之前沉積的零件材料融化，并且當(dāng)溫度降低時固化。然后，打印頭相對于基板的位置沿著z軸(垂直于χ-y平面)遞增，并且然后重復(fù)該處理以形成類似于數(shù)字表示的3D零件。
[0004]在通過沉積零件材料層制造3D零件的方法中，支撐層或結(jié)構(gòu)通常在懸掛部分的下面或者在進(jìn)行建造的3D零件的腔內(nèi)建造，其沒有由零件材料本身支撐。支撐機(jī)構(gòu)可以利用與沉積零件材料的沉積技術(shù)相同的沉積技術(shù)建造。主計算機(jī)生成附加的幾何結(jié)構(gòu)，作為用于被形成的3D零件的懸掛或自由空間部分的支撐結(jié)構(gòu)。然后，支撐材料按照在打印過程中生成的幾何結(jié)構(gòu)從第二噴嘴沉積。支撐材料在制造中附于零件材料上，并且在打印過程完成后從完成的3D零件上移除。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本公開的一方面針對一種增材制造系統(tǒng)，其包括壓盤架、壓盤組件和頭臺架和移除組件，并且優(yōu)選地以自動化的方式打印并移除3D零件(和任何相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu))。壓盤組件包括平臺部，所述平臺部被配置為由所述壓盤架可操作地保持，并且具有表面。所述壓盤組件還包括保持支架，所述保持支架被朝向所述平臺部偏壓，并且被配置為接合所述平臺部的所述表面，用于在其間保持薄膜，并且被配置為與所述表面脫離接合以釋放所述薄膜。頭臺架被配置為保持用于在被保持的薄膜上打印3D零件的打印頭。移除組件被配置為從所述壓盤組件拉出具有打印的3D零件的薄膜，并且可選地被配置為切割被拉出的薄膜。
[0006]本公開的另一方面涉及一種增材制造系統(tǒng)，其包括:壓盤組件和頭臺架，所述壓盤組件被配置為保持和釋放薄膜，所述頭臺架被配置為保持用于將3D零件打印在被保持的薄膜上的打印頭。所述系統(tǒng)還包括移除組件，所述移除組件被配置為拉出被釋放的具有打印的三維零件的薄膜；以及用于保持所述薄膜的供應(yīng)裝置的機(jī)構(gòu)，其中所述機(jī)構(gòu)沒有被所述壓盤組件保持。
[0007]本公開的另一方面涉及一種使用增材制造系統(tǒng)打印三維零件的方法。所述方法包括:將薄膜段保持在壓盤組件的表面上；在所保持的薄膜段上打印所述3D零件；釋放具有打印的3D零件的薄膜段；將被釋放的具有打印的3D零件的薄膜段從所述壓盤組件拉出至移除組件；以及切割被拉出的具有打印的3D零件的薄膜段以將薄膜段與后續(xù)的薄膜段分離。
[0008]本公開的另一方面是涉及一種使用增材制造系統(tǒng)打印3D零件的方法，所述方法包括將薄膜或基板固定至所述增材制造系統(tǒng)的壓盤組件。所述方法還包括在固定的薄膜或基板上打印包含信息的零件，其中所述包含信息的零件包括與所述3D零件有關(guān)的編碼信息；和在固定的薄膜或基板上打印所述3D零件。所述方法還包括從所述壓盤組件釋放具有打印的包含信息的零件和打印的3D零件的薄膜或基板；以及從所述增材制造系統(tǒng)移除被釋放的具有打印的包含信息的零件和打印的3D零件的薄膜或基板。
[0009]本公開的另一方面涉及一種使用增材制造系統(tǒng)打印3D零件的方法，所述方法包括將基板固定至所述增材制造系統(tǒng)的壓盤組件，其中所述基板包括多個孔。所述方法還包括在固定的基板上打印支撐結(jié)構(gòu)的一層或多層，其中被打印的一層或多層的部分以類似注入口的方式滲入所述孔的至少一部分，以形成將所述支撐結(jié)構(gòu)鎖定至固定的基板的蘑菇頭。所述方法還包括在所述支撐結(jié)構(gòu)的被打印的一層或多層上打印所述3D零件；從所述壓盤組件釋放具有打印的3D零件的基板；以及從所述基板移除所述3D零件和所述支撐結(jié)構(gòu)的至少一部分。
[0010]定義
[0011]除非另有說明，本文所使用的下面的術(shù)語具有如下含義:
[0012]術(shù)語“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指在某些情況下可以提供某些優(yōu)點的本實用新型的實施例。然而，在相同或其它情況下，其它實施例也可能是優(yōu)選的。此外，對一個或多個優(yōu)選的實施例的敘述并不意味其它實施例是無用的，并且并非意在從本公開的范圍排出其它實施例。
[0013]例如“上面”、“下面”、“頂部”、“底部”等等的方向定向是參考3D零件的打印層的方向。在下面示出的實施例中，打印層的方向為沿豎直的z軸向上的方向。在這些實施例中，術(shù)語“上面”、“下面”、“頂部”、“底部”等等是基于豎直的z軸。然而，在3D零件的層沿不同的軸線打印的實施例中，例如沿水平的X軸或y軸，術(shù)語“上面”、“下面”、“頂部”、“底部”等等則相對于給定的軸線。
[0014]術(shù)語“提供”，例如對于“提供打印頭”，當(dāng)記載在權(quán)利要求書中時，并不意在要求所提供項的任何特殊的傳遞或接收。而是，術(shù)語“提供”僅僅用于列舉將在權(quán)利要求書隨后的要素中涉及用于清楚和易讀的目的的項。
[0015]術(shù)語“打印至”、“打印在”，例如對于“將3D零件打印在薄膜上”包括直接地和間接地打印至薄膜上。“直接打印”包含直接在薄膜上沉積可流動的材料以形成粘附于薄膜的層。相比之下，“間接打印”包含在直接打印至薄膜的中間層上沉積可流動的材料。這樣，除非另有說明，將3D零件打印至薄膜可包括:(i)3D零件被直接打印至薄膜的情況，(ii)3D零件被直接打印至中間層(一層或多層)的情況(例如，支撐結(jié)構(gòu))，其中中間層被直接打印至薄膜，以及(iii)情況⑴和情況(ii)的組合。
[0016]由于對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可知的預(yù)期的變量(例如，測量的局限性和可變性)，本文中術(shù)語“大約”和“基本上”是相對于可測量的數(shù)值和范圍使用的。
【附圖說明】
[0017]圖1為包括多個本公開的自動化的增材制造系統(tǒng)的打印群組的示意圖。
[0018]圖2為使用可消耗組件的本公開的自動化的增材制造系統(tǒng)的俯視、正視透視圖。
[0019]圖3為使用薄膜的系統(tǒng)的平臺組件的等比例的俯視、右視圖。
[0020]圖4為平臺組件的等比例的分解圖。
[0021]圖5為使用薄膜的系統(tǒng)的平臺組件和移除組件的等比例的俯視、右視圖。
[0022]圖6為移除組件的等比例的俯視、右視圖。
[0023]圖7為移除組件的子部件的等比例的俯視、右視圖。
[0024]圖8為移除組件的子部件的等比例的俯視、左視圖。
[0025]圖9為移除組件的切割單元的子部件的放大的透視圖。
[0026]圖10為切割單元的子部件的正視圖。
[0027]圖11為系統(tǒng)的門組件的等比例的俯視、右視圖。
[0028]圖12為門組件的等比例的頂視、左視圖。
[0029]圖13為門組件的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的放大圖。
[0030]圖14A-14G為說明用于打印和移除3D零件和支撐結(jié)構(gòu)的方法的系統(tǒng)的示意圖。
[0031]圖15為具有帶有表面孔和多孔的夾層區(qū)的基板的第一可選的平臺組件的等比例的分解圖。
[0032]圖16為具有打印的支撐結(jié)構(gòu)的圖15中示出的基板的側(cè)視圖。
[0033]圖17為具有帶有表面孔和無孔的夾層區(qū)的基板的第二可選的平臺組件的等比例的分解圖。
[0034]圖18為具有打印的支撐結(jié)構(gòu)的圖17中示出的基板的側(cè)視圖。
[0035]圖19為具有帶有表面孔、多孔的夾層區(qū)和鉤槽的基板的第三可選的平臺組件的等比例的分解圖。
[0036]圖20為具有打印的支撐結(jié)構(gòu)的圖19中示出的基板的側(cè)視圖。
[0037]圖21為具有帶有表面孔、無孔的夾層區(qū)和鉤槽的基板的第四可選的平臺組件的等比例的分解圖。
[0038]圖22A為說明用于打印和移除3D零件和支撐結(jié)構(gòu)連同示例的包含信息的零件的方法的、如圖14F所示的系統(tǒng)的示意圖。
[0039]圖22B為示例的包含信息的零件的俯視圖。
[0040]圖22C為通過支撐結(jié)構(gòu)的橋部分互相連接的示例的3D零件和包含信息的零件的側(cè)視圖。
[0041]圖23為使用具有頂打印信息的薄膜的、說明用于打印和移除3D零件和支撐結(jié)構(gòu)的方法的、如圖14F所示的系統(tǒng)的示意圖。
[0042]圖24為用在第一可選平臺組件(如圖15和16所示)或第三可選平臺組件(如圖19和20所示)的可選的基板的等比例視圖，其中基板包括預(yù)打印信息。
[0043]圖25為用在第二可選平臺組件(如圖17和18所示)或第四可選平臺組件(如圖21所示)的可選的基板的等比例視圖，其中基板包括預(yù)打印信息。
【具體實施方式】
[0044]本公開指向一種用于以自動化的方式打印和移除3D零件和支撐結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)。在常規(guī)的增材制造系統(tǒng)中，用戶通常需要在打印操作完成后手動地從系統(tǒng)移除打印的3D零件。如可被理解，這會增加打印3D零件的時間和勞動，并且需要用戶在開始后續(xù)的打印操作之前物理地移除3D零件。相比起來，本公開的增材制造系統(tǒng)能夠打印多個連續(xù)地3D零件，其中系統(tǒng)還被配置為不需要用戶的干預(yù)即可移除3D零件。
[0045]本公開的增材制造系統(tǒng)還可接合于打印群組，例如圖1所示的打印群組10f。如圖所示，打印群組10f包括多個增材制造系統(tǒng)10，其中至少一部分系統(tǒng)10，并且更優(yōu)選地每個系統(tǒng)10以自動化的方式、不需要用戶干預(yù)地打印并移除3D零件。在每個3D零件被打印并從一個例如具有一個或多個接收裝置11 (例如，容器、傳送機(jī)機(jī)構(gòu)等等)的系統(tǒng)10移除之后，與3D零件相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)可以被移除(如果需要的話)，并且3D零件可以可選地進(jìn)行一個或多個后處理步驟(例如蒸汽光滑處理)。因此，打印群組10f適于與自動化的支撐移除系統(tǒng)(例如，Swanson等人的美國專利US8，459，280)和自動化的后處理系統(tǒng)(例如，Zinniel的美國專利US 8，075，300) 一起使用
[0046]如下面討論的，每個系統(tǒng)10可以包括平臺組件和移除組件，其可從卷軸供應(yīng)裝置(或其它供應(yīng)源)拉出連續(xù)的薄膜段。簡單說，平臺組件和移除組件可彼此接合以在平臺組件的頂表面上拉出薄膜，然后薄膜優(yōu)選地靠著頂表面被保持。然后系統(tǒng)10可以在被保持的薄膜上打印3D零件(或多個3D零件)以及可選的一個或多個支撐結(jié)構(gòu)。
[0047]在打印操作完成之后，平臺組件可以釋放薄膜，并且然后移除組件可以從平臺組件拉出薄膜，并切割薄膜以從剩余的薄膜中分離出保留有打印后的3D零件的區(qū)段。具有打印的3D零件的切割區(qū)段然后可以從系統(tǒng)退出，并被接收裝置(一個或多個)11接收(例如，從系統(tǒng)退出進(jìn)入箱、其它容器或傳送機(jī)機(jī)構(gòu))。在一些實施例中，例如系統(tǒng)10包括被加熱的腔的那些實施例，系統(tǒng)10還可以包括自動門。在這些實施例中，給定的系統(tǒng)10還可以打開自動門，允許具有打印的3D零件的切割薄膜段從系統(tǒng)10退出。
[0048]在打印的3D零件退出系統(tǒng)10后，相同系統(tǒng)10然后可以開始打印執(zhí)行相同步驟的后續(xù)的3D零件。如可以領(lǐng)會的，每個系統(tǒng)都以自動化的方式操作的打印群組10f的使用能夠大幅增加打印操作的生產(chǎn)量，而不犧牲零件質(zhì)量。因此，這能夠降低制造時間和成本，并增加操作效率。
[0049]圖2示出了使用兩個可消耗組件12的示例的系統(tǒng)10，其中系統(tǒng)10被配置為以自動化的方式、優(yōu)選地不需要用戶干預(yù)的方式打印并移除3D零件和支撐結(jié)構(gòu)。每個可消耗組件12為容易地可加載、可移除和可替換的容器裝置，其保