[发明专利]增材构造

说明书

技术领域

本发明涉及增材构造（累积构造，additive building），特别涉及三维（3D）打印技术的改进。

背景技术

3D打印，也叫做增材制造，是这样一种制造技术，其中，通过打印或铺设连续的材料层，来产生三维物体。3D打印机提供了一种快速的产生原型物体的方式。3D打印机通过转换物体的3D计算机模型并产生一系列截面切片来工作。然后，打印每个切片，一个在另一个的顶部上，以产生3D物体。

绝大多数3D打印技术无法在一个部件中沉积多种材料。目前，唯一能够同时沉积多种材料的部件的系统基于挤出和喷墨打印系统。在一个这种喷墨打印系统中，打印机通过沉积几种由UV源固化的部件的截面的形状的UV可固化油墨，来产生模型，一次产生一层。重复该过程，直到打印出每层为止。

使用喷墨打印系统进行3D打印的一个缺点是，其是“湿法”打印技术，并且，需要待“打印”介质是液体，或者，可以悬浮在液体中。然而，这会限制可在此制造技术中使用的材料，因为，并不是所有物质都能够悬浮在液体中。

另一缺点涉及使用现有技术打印的图像的有限的分辨率。喷墨中的液滴稳定性将大多数功能油墨应用限制于600DPI的原始分辨率（～42μm的分辨率）。

此外，增材构造的预期结果是固体（或半固体）本体。如上所述，所有喷墨沉积技术都需要液体载体。从喷墨头分配的每个液滴的主要成分是液体载体，其通常占液滴体积的60%或更多。因此，当使用喷墨技术时，必须沉积远超过所需体积的总体积的介质，以累积所需体积的固体材料。典型地，该总体积可能是固体材料的所需体积的两倍。另外，如在US7322688中描述的，在打印温度下，载体应处于特定粘度范围内，典型的范围是5至45厘泊。这意味着额外的控制辅助操作，以正确地操作此打印技术。

此外，必须去除液体载体或将其转换成固体，这明显意味着打印所需的时间增加且需要使每层固化。通常，在打印液滴之后的打印（以及一些增材制造系统，例如，ZCorpTM和VoxeljetTM）应用，必须等待液滴的含水部分蒸发或用衬底吸收/与其起反应。

加热的喷墨头可打印液体蜡。然而，在能够使另一层沉积在顶层上之前，必须等待蜡固化（相变）。在SolidscapeTM增材制造系统中使用此系统。虽然可通过在油墨中包括光引发剂（然后，将其进行UV固化，以导致聚合物的交联）来实现固化或相变，但是，在可打印或沉积新层之前，仍存在延时。

另一缺点涉及用于增材制造的现有打印技术的可扩缩性。喷墨技术依赖于通常以排布置的微型沉积喷嘴。制造横跨打印的整个宽度的排（或甚至多排）通常并不节省成本，因此，使打印头前后移动，以覆盖整个宽度。这也会影响打印技术的速度。

另外，喷墨头中的微型喷嘴具有堵塞的倾向。特别是如果断断续续地使用打印机；或者当打印材料（油墨）具有容易随着时间而交联的化学组成时，那么会使此问题加剧。

通过背景技术，通常，电子照相术是一种使用墨粉和光敏表面的干法打印技术，该光敏表面通常在辊子或转鼓（drum）上，以将打印的图像转印至所需介质上：例如，激光打印机或影印机中的纸。

转鼓或辊子的表面是光敏的，并可叫做感光器或光电导体。可用无机或有机光敏材料来涂覆表面。由于广泛使用有机光电导体，所以此转鼓通常叫做OPC。转鼓旋转，以使打印的图像通过一次或多次旋转转印，在该过程中，转鼓表面通过下述步骤：

步骤1.充电

通过从电晕线进行电晕放电，将静电电荷均匀地分布在转鼓的表面上。此效果还可通过使用具有施加至其的电荷的接触辊来实现。可将施加至该表面的电荷的极性选择为是正的或负的，取决于要使用的墨粉的极性。

步骤2.曝光

在激光器或LED打印机中，将调制光投射在转鼓表面上，以产生“潜”像。在照亮转鼓的地方，导致电荷耗散。在此曝光之后留在转鼓上的电荷图案是潜像。

步骤3.显影

对转鼓提供墨粉颗粒和更大的金属载体颗粒的混合物。载体颗粒具有涂层，其在搅动过程中，产生静电的形式，其在转鼓的表面上吸引墨粉颗粒的涂层。用磁性辊子操作混合物，以使转鼓/皮带的表面具有一层墨粉。通过与载体接触，每个中性墨粉颗粒的电荷的极性与转鼓上的潜像的电荷的极性相反。电荷吸引墨粉，以在转鼓上形成可见图像。为了控制所转印的墨粉的量，对显影辊施加偏压，以抵消墨粉和潜像之间的吸引。在以上描述中，已经描述了双部件显影系统。然而，本领域的技术人员应理解，也可使用单部件显影器。

步骤4.转印