[发明专利]用于增材制造的方法和组件

说明书

技术领域

本公开总体涉及增材制造，并且更具体地，涉及3D打印中的支撑结构的使用。

背景技术

增材制造(通常被称为3D打印)是通过通常在打印床(print bed)上铺设连续的材料层以形成具有期望尺寸的结构来创建或增加三维物体的过程。增材制造近几年来变得广泛，且被用于创建从简单工具到复杂设备的部件的所有东西。3D打印机是该领域的重要工具。

增材制造的一种普遍使用是用于原型设计。制造公司创建原型来确定所构思的产品是否可行、实用以及审美愉悦。“快速原型设计”的实践变成了许多工业的标准。快速原型设计允许企业在几个小时内创建产品的三维模型。

对于快速原型设计，普遍使用的增材制造技术是挤压沉积或熔融沉积成型(FDM)。一种能够FDM的打印机采用原材料，通常是单纤维(filament)的形式，挤压它、加热它，直到其变软，然后沿预定路径将材料沉积到未打印(non-printed)平台(称为打印床)上。材料随后固化和硬化。在沿路径多次通过之后，材料累积并最终呈现期望“模型”的形状。

其它类型的增材制造包括(1)涂覆，其涉及在表面上散布材料层；以及(2)移印，其使用衬垫(通常由硅树脂制成)来将图像从填充材料(诸如油墨)的刻蚀的印刷板转印到物体。

但是，存在某些结构使用增材制造创建是固有地有挑战性的。一种这样的结构被称为“悬垂(overhang)”，悬垂是模型的一部分，意味着在下面没有任何材料的情况下被悬浮。悬垂的示例是桥。如果悬垂太长，在悬垂的材料有机会固化之前其可能下垂。

3D制造模型者创建悬垂的最常见的方式是将初始结构，通常被称为“支撑结构”3D打印到打印床上，然后在支撑结构的顶上打印悬垂。打印支撑结构的示例包括FDM晶格支撑和光固化(SLA)“针床”。在模型完成之后，制造模型者去除支撑结构材料，例如将其折断或用将其化学溶解。

在一些情况下，支撑结构材料可以用水洗掉，例如由Stratasys Ltd.制造的Objet^TM 3D打印机所打印的PolyJet^TM支撑结构。必须从模型中去除支撑结构导致浪费材料。此外，在去除支撑结构后剩余的表面具有大体粗糙的纹理，其可能需要使用额外工艺(例如抛光)来平滑化。

附图说明

尽管所附权利要求阐述了具有特殊性的本技术的特征，这些技术可以从下面结合附图的详细描述中被最好地理解，在附图中：

图1示出了可结合实施例使用的简化3D打印机示意图的示例。

图2-图5以及图7-图15图示了根据公开的实施例所执行的步骤以及由这些步骤导致的结构。

图6是图5沿线I-I的截面图。

图16是图示根据各种实施例执行的步骤的流程图。

具体实施方式

转到附图，其中，相同的附图标记指代相同的元件，本公开的技术被图示为在合适环境中实施。下面的描述基于权利要求的实施例并且不应该被视为关于这里没有明确描述的可替代实施例而限制权利要求。

用于增材制造的方法的实施例涉及将有壁的结构(例如，外壳或包壳)增材制造到打印床上，将具有不粘表面(例如)的支撑件放置在结构附近或结构内侧，将材料层增材制造到一个或更多壁上以及支撑件上以创建悬垂，以及在构成悬垂的材料返回到固态或变硬之后去除支撑件。

在一些实施方式中，结构是内侧具有腔的外壳，外壳的第一表面具有悬垂。方法可以包括将外壳重新定位(支撑件仍在腔内侧)使得第一表面向下在打印床上且外壳的第二表面面朝上。更具体地，材料层可以被沉积在至少一个壁上和第二支撑件上。在一些实施例中，第二悬垂限定第二开口。

在一个实施例中，将外壳翻转后放置在第二打印床上。第二打印床可以具有构造用于接收第一悬垂的突出。

根据一些实施例，从腔去除一个或更多支撑件——或通过第一表面中的开口或通过第二表面中的开口。

在另一实施例中，一种用于增材制造的方法被执行为：在打印床上增材制造包壳的壁；在打印床上将支撑件定位在包壳内；增材制造从至少一个壁延伸到支撑件上的悬垂；从打印床去除包壳；以及从包壳去除支撑件。

每个支撑件可以是单个件或具有多个互锁区段，并且具有不粘平滑表面或纹理表面。用于支撑件的特定材料可以包括聚四氟乙烯、铝、不锈钢、阳极氧化铝和陶瓷。