用于创建多材料物体的增材打印设备和方法与流程

塑料加工应用技术1.本发明涉及一种用于制造多材料物体的增材打印设备和方法。特别地，设备包括多个可移动托盘，多个可移动托盘中提供有不同树脂。背景技术：2.通过快速原型制作程序在非常具有竞争力的时间框架中创建三维零件是本领域已知的。一种这样的程序使用立体光固化成型机器(stereolithography machines)，该立体光固化成型机器使用可通过照明交联或聚合的光敏液体材料。3.在这个过程中，一桶液体聚合物在安全光照条件下暴露于来自直接光处理(dlp)投光器的光。dlp投光器将3d模型的图像显示在液体聚合物上。暴露的液体聚合物硬化并且构建板向上或向下移动并且液体聚合物再次暴露于光。重复层叠过程，直到固化的3d模型或物体完成。4.虽然此过程适用于由单种树脂或材料制成的模型或物体，但是此工艺对由两个或更多种树脂或材料制成的模型或物体无效。技术实现要素：5.因此，提供用于制造多材料模型物体的增材打印设备和方法将是有益的。特别地，提供一种包括多个可移动托盘的设备将是有益的，所述多个可移动托盘用于将不同树脂提供至增材打印设备的打印区域。6.解决方案由用于打印物体的增材打印设备提供。增材打印设备包括打印区域，打印区域具有可移动构建板和投光器。第一可移动托盘中提供有第一树脂。第一可移动托盘可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，第一可移动托盘定位在打印区域中；在第二位置中，第一可移动托盘从打印区域移除。第二可移动托盘中提供有第二树脂。第二可移动托盘可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，第二可移动托盘定位在打印区域中；在第二位置中，第二可移动托盘从打印区域移除。当第一可移动托盘定位在打印区域中时，构建板朝向第一树脂移动并且投光器被激活以固化第一树脂的一部分以形成物体的第一层。当第二可移动托盘定位在打印区域中时，构建板朝向第二树脂移动并且投光器被激活以固化第二树脂的一部分以形成物体的第二层。附图说明7.现在将参照附图通过示例描述本发明，在附图中：8.图1是具有托盘推进机构的说明性增材打印设备的示意透视图，托盘推进机构相对于增材打印设备的打印区域在线性方向上可移动。9.图2是图1的增材打印设备的示意透视图，其中托盘定位在其上。10.图3是图2的增材打印设备的示意透视图，其中构建板定位在托盘中的一个的树脂中。11.图4是具有托盘推进机构的说明性替代增材打印设备的示意透视图，托盘推进机构相对于增材打印设备的打印区域可旋转地移动。12.图5是图4的增材打印设备的示意透视图，其中托盘定位在其上。13.图6是图5的增材打印设备的示意透视图，其中构建板定位在托盘中的一个的树脂中。14.图7是本发明的说明性过程的框图。具体实施方式15.一个实施例涉及一种用于打印物体的增材打印设备。该增材打印设备包括打印区域，打印区域具有可移动构建板和投光器。第一可移动托盘中提供有第一树脂。第一可移动托盘可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，第一可移动托盘定位在打印区域中；在第二位置中，第一可移动托盘从打印区域移除。第二可移动托盘中提供有第二树脂。第二可移动托盘可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，第二可移动托盘定位在打印区域中；在第二位置中，第二可移动托盘从打印区域移除。当第一可移动托盘定位在打印区域中时，构建板朝向第一树脂移动并且投光器被激活以固化第一树脂的一部分以形成物体的第一层。当第二可移动托盘定位在打印区域中时，构建板朝向第二树脂移动并且投光器被激活以固化第二树脂的一部分以形成物体的第二层。16.一个实施例涉及一种使用直接光处理技术制造物体的方法。该方法包括：将提供有第一树脂的第一托盘移动到增材打印设备的打印区域；将构建板移动到第一树脂中；激活投光器以固化第一树脂的第一层；从第一树脂中移除构建板；以及从打印区域移除第一托盘。该方法还包括：将提供有第二树脂的第二托盘移动到增材打印设备的打印区域；将构建板移动到第二树脂中；以及激活投光器以固化第二树脂的第二层，第二层附接到第一层。17.而且，本发明的特征和优点通过引用优选的实施例说明。因此，本发明显然不应局限于这些实施例，这些实施例说明了一些可能的非限制性的特征组合，这些特征可以单独存在或以其他特征组合存在，本发明的范围由所附权利要求书限定。18.如图1至图7所示的增材3d打印设备10、100和过程200(诸如直接光处理(dlp)打印技术)用于制造模型或物体(未示出)。模型或物体可以是各种行业中使用的任何类型的零件，例如像电连接器。出于说明目的，还示出了设备10，因为在不脱离本发明的范围的情况下，设备可具有不同的配置。19.参考图1至图3，示出了打印设备10的打印区域12。打印区域12包括可移动的构建板14、基板15和投光器16。可将诸如涂覆机构或刀片(未示出)的其他物品设置在打印区域中。20.构建板14附接到可移动臂18。可移动臂18和构建板14可在竖直方向上移动，如图1中的箭头20所示。在不脱离本发明的范围的情况下，可通过马达或其他已知机构移动可移动臂18和构建板14。构建板14具有上表面或第一表面22以及相反面向的下表面或第二表面24。在所示实施例中，可移动臂18附接到构建板14的上表面22。然而，可以使用其他配置。21.基板15在与构建板14的下表面24的平面基本平行的平面中延伸。在基板15中设有开口26。可以使用基板15的其他配置。此外，在各种实施例中，可不设置基板15。22.投光器16靠近构建板14设置。在所示说明性实施例中，投光器16是提供投射通过基板15的开口26的光的数字投光器。投光器16投射低强度光，例如大约365纳米或405纳米波长的光。如下文将更全面地描述，该光在指定时间投射并且在指定的持续时间内以单独的图案投射。通过控制器28或类似装置将指定时间、指定持续时间和单独的图案传达到投光器16。23.在图1至图3所示的实施例中，托盘推进机构30延伸穿过打印区域12。在所示说明性实施例中，第一托盘32、第二托盘34和第三托盘35定位在托盘推进机构30上。托盘推进机构30具有允许光穿过的开口或表面36。在所示的实施例中，托盘推进机构30是传送带，但是可以使用其他机构。开口或表面36被定位成与第一托盘32和第二托盘34对齐。虽然示出两个托盘32、34，但是可设置其他数量的托盘和对应开口或表面36。24.第一托盘32和第二托盘34具有允许光穿过的底表面38。材料或树脂接收腔40设置在第一托盘32和第二托盘34中。25.在第一托盘32的树脂接收腔40中提供第一材料或树脂42。在第二托盘34的树脂接收腔40中提供第二材料或树脂44。在一个示例中，第一托盘32中的材料42可以是塑料材料，并且第二托盘34中的材料44可以是橡胶材料。在另一示例中，第一托盘32中的材料42可以是绝缘材料，并且第二托盘34中的材料44可以是导电材料。26.第三托盘35可以或可以不被定位成与允许光穿过的开口或表面36对齐。在所示实施例中，第三托盘35位于第一托盘32和第二托盘34之间。在第三托盘35的材料接收腔37中提供清洁材料45。27.可设置一个或多个干燥机构50。干燥机构50可包括但不限于空气喷射器。在示出的说明性实施例中，干燥机构50靠近可移动臂18和构建板14设置。当构建板14是图2所示的位置时，干燥机构50被定位成在构建板14下方。在所示的实施例中，示出三个干燥机构50，然而可设置其他数量的干燥机构50。28.在替代实施例中，可设置一个干燥机构50。在此类实施例中，构建板14将可旋转地安装到可移动臂18，以允许构建板14的所有侧面和沉积在其上的材料暴露于干燥机构50。在不脱离本发明范围的情况下，可以使用其他配置和类型的干燥机构50。29.在图1至图3所示的实施例中，托盘推进机构30和第一托盘32、第二托盘34和第三托盘35相对于打印区域12在线性方向上移动，如箭头46所示。机电装置48控制托盘推进机构30和第一托盘32、第二托盘34和第三托盘35的移动。替代地，气动装置或其他已知装置可以控制托盘推进机构30以及第一托盘32和第二托盘34的移动。30.参考图4至图6，示出了打印设备100的打印区域112。打印区域112包括可移动构建板114、基板115和投光器116。可将诸如涂覆机构或刀片(未示出)的其他物品设置在打印区域中。31.构建板114附接到可移动臂118。可移动臂118和构建板114可在竖直方向上移动，如图4中的箭头120所示。在不脱离本发明的范围的情况下，可移动臂118和构建板114可通过马达或其他已知机构移动。构建板114具有上表面或第一表面122以及相反面向的下表面或第二表面124。在所示实施例中，可移动臂118附接到构建板14的上表面122。然而，可以使用其他配置。32.基板115在与构建板114的下表面124的平面基本平行的平面中延伸。在基板115中设有开口26。可以使用基板115的其他配置。此外，在各种实施例中，可以不设置基板115。33.投光器116靠近构建板114设置。在所示说明性实施例中，投光器116是提供投射通过基板115的开口126的光的数字投光器。投光器116投射低强度光，例如大约365纳米或405纳米波长的光。如下文将更全面地描述，该光在指定时间投射并且在指定的持续时间内以单独的图案投射。通过控制器128或类似装置，将指定时间、指定持续时间和单独的图案传达到投光器116。34.在图4至图6所示的实施例中，托盘推进机构130延伸穿过打印区域112。在所示说明性实施例中，第一托盘131、第二托盘132、第三托盘133、第四托盘134、第五托盘135和第六托盘137定位在托盘推进机构130上。托盘推进机构130具有允许光穿过的开口或表面136。开口或表面136被定位成与托盘131、132、133、134、135、137对齐。虽然示出了六个托盘，但是可设置其他数量的托盘和对应的开口或表面136。此外，清洁托盘(未示出)可靠近托盘131、132、133、134、135、137中的一个或多个、或在托盘131、132、133、134、135、137中的一个或多个之间设置。35.托盘131、132、133、134、135、137具有允许光穿过的底表面138。材料或树脂接收腔140设置在托盘131、132、133、134、135、137中。托盘131、132、133、134、135、137的树脂接收腔40内提供有不同的材料或树脂141、142、143、144、145、147。清洁托盘中提供有一种或多种清洁材料(未示出)。36.在图4所示的实施例中，托盘推进机构30和托盘131、132、133、134、135、137相对于打印区域112在旋转方向上移动，如箭头146所示。机电装置、气动装置或其他已知装置控制托盘推进机构130和托盘131、132、133、134、135、137的移动。37.使用直接光处理技术来制造物体的方法200在图7中示出。最初，如202所表示，提供有第一树脂42、141的第一托盘32、131移动至增材打印设备10、110的打印区域12、112。如204所表示，然后将构建板14、114移动到第一托盘32、131的腔40、140中，其中将构建板14、114移动到第一树脂42、141中。38.构建板12、112以一高度定位在第一托盘32、131的腔40、140中，使得构建板12、112的下表面24、124与第一托盘32、131的底表面38、138之间的距离等于物体的下一层的厚度。在各种说明性实施例中，层可具有例如等于或小于100微米、等于或小于50微米(或甚至更厚)或等于或小于25微米的厚度。39.在构建板14、114正确定位的情况下，激活投光器16、116以将第一树脂42、141的第一层固化到构建板14、114上，如206所表示。还可以固化第一树脂42、141的额外层。40.如前所述，投光器16、116针对设置在构建板16、116上的每个层以单独的图案投射低强度光，以允许正确地构造物体。投光器16、116以所需图案在整个层上同时以指定的持续时间施加光，以正确地固化树脂。41.在第一层正确固化(如208所表示)的情况下，从第一树脂42、141中移除构建板16、116。然后将第一托盘32、131从打印区域12、112移除，如210所表示。42.在各种实施例中，如211所表示，将提供有清洁材料45的第三托盘35移动到增材打印设备10、110的打印区域12、112。如213所表示，然后将构建板14、114移动到第三托盘35的腔37中，其中将构建板14、114移动到清洁材料35中以从层中去除不需要的材料或污染物。在正确清洁这些层的情况下，从清洁材料45中移除构建板16、116，如215所表示。然后将第三托盘35从打印区域12、112移除，如217所表示。在其他实施例中，第三托盘35和清洁材料45以及与其相关的过程步骤可能不需要或不使用。43.在各种实施例中，沉积了材料的构建板14移动到干燥站52，如219所表示。在示出的实施例中，当构建板14是图2所示的位置时，干燥站被定位成位于构建板14下方。然而，干燥站可设置在其他位置。在构建板14正确定位在干燥站中时，激活干燥机构50以干燥构建板14上的材料以去除任何清洁溶液，如221所表示。44.如212所表示，提供有第二树脂44、142的第二托盘34、132移动到增材打印设备10、110的打印区域12、112。如214所表示，然后将构建板14、114移动到第二托盘34、132的腔40、140中，其中将构建板14、114移动到第二树脂44、142中。45.构建板12、112以一定高度定位在第二托盘34、132的腔40、140中，使得定位在构建板12、112上的上一个或多个之前被固化的层的底表面与第二托盘34、132的底表面38、138之间的距离等于物体的下一层的厚度。46.在构建板14、114正确定位的情况下，激活投光器16、116以将第二树脂44、142的第二层固化到第一层上，如216所表示。投光器16、116以所需图案在整个层上同时以指定的持续时间施加光，以正确地固化树脂。还可以固化第二树脂44、142的额外层。47.在第二层正确固化的情况下，如218所表示，从第二树脂44、142中移除构建板16、116。然后将第二托盘34、132从打印区域12、112移除，如224所表示。48.如220所表示，这个过程可根据需要重复多次。例如，第一托盘32、131可被带回打印区域12、112，或者任何其它托盘133、134、135、137可被带到打印区域112。49.在所有层被正确地施加和固化的情况下，零件或物体可从构建板12、112移除，如222所表示。然后，如果需要，可将零件移动到支撑物移除站，以从零件移除任何过量材料或支撑物，如224所表示。三维复合材料零件的支撑物去除处理可通过液化的中性或还原气体系统执行以避免氧化。50.为了固结零件，零件经受固化循环，在固化循环期间，零件以确定的速度经历温度上升，升至被称为固化温度的温度，零件在该固化温度下保持特定时间(固化阶段)，如226所表示。固化通过抑制树脂在降解后留下的孔隙率来允许零件的致密化。这种致密化伴随着零件的尺寸改变，称为收缩，其由该阶段的固化温度和持续时间控制。这种固化温度取决于树脂或材料的性质和颗粒尺寸以及所需的最终特性。机械强度与成品零件的密度直接相关。该阶段的固化温度和持续时间可以作为强度和/或固化期间的收缩极限的函数而调整。固化温度始终低于材料的熔点。









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