[发明专利]3D打印设备和方法

说明书

本发明提供了一种3D打印设备(500)，该3D打印设备(500)包括：打印机喷嘴(502)，用于在支撑结构(550)上沉积材料以便形成3D对象(10)，其中打印机喷嘴(502)和支撑结构(550)被布置为相对于彼此以平移方向(52，62)上的平移速度平移；以及振动致动器，该振动致动器被布置用于提供支撑结构(550)的至少第一部分在不同于平移方向(52、62)的方向上相对于打印机喷嘴(502)的振动运动(50、60)。

技术领域

本发明涉及3D打印设备和用于制造3D对象的3D打印方法。

背景技术

本领域中已知熔融沉积成型(FDM)。例如，EP0833237描述了一种装置，该装置包含：可移动分配头，该可移动分配头被提供有以预定温度凝固的材料的供给；和基底构件，可移动分配头和基底构件以预定模式沿着X、Y以及Z轴相对于彼此移动，以通过堆积以受控速率从分配头排出到基底构件上的材料来创建三维对象。装置优选地在工艺中利用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)软件由计算机驱动，以在材料沉积或分配时生成用于分配头和基底构件的受控移动的驱动信号。三维对象可以通过沉积凝固材料的重复层到彼此之上直到形成形状为止来产生。可以利用在凝固时用足够的结合力附着到前一层的任何材料(诸如自硬化蜡、热塑性树脂、熔化金属、双组分环氧树脂、泡沫塑料以及玻璃)。各层基础由前一层来限定，并且各层厚度由分配头的末端位于之前层上方的高度来限定并且严密控制。基底构件沿着基底平面的X和Y轴横向移动并且分配头沿着Z轴垂直于基底平面移动。

WO-2007050972公开了一种用于挤出材料以构造结构的喷嘴，该喷嘴具有用于挤出材料的多个出口。为了使材料更平稳地流出一个或多个出口，振动生成设备被安装到喷嘴上，并且布置为生成以下振动，该振动垂直于材料的流、平行于该流、相对于流成另一角度，或者相对于流成不止一个角度。

增材制造(AM)，或3D打印是材料加工的不断发展的领域。它可以用于生产中的快速原型制作(protyping)、定制、后期配置或进行小系列生产。

由现在的FDM打印机生产的细丝的分辨率受到目前至少约0.3mm的挤出细丝的直径的限制。为了创建小于约0.1mm的特征尺寸，例如具有相对小的特征尺寸的3D对象的表面上的图案(例如为了增加粗糙度用于提高抓握力)，需要诸如立体光刻的不同的制造技术，该立体光刻限于诸如光聚合物的光敏材料，例如，丙烯酸酯。此外，为了实现可以是沿支撑结构的平面(XY平面)大约0.1mm和与该平面垂直(沿着Z轴)大约0.02mm的最小分辨率，需要降低打印工艺的速度，例如使分配头相对于之前或更早的打印层精确对齐。在相对较高的速度下，分配头相对于支撑结构的定位精度较低，特别是在分配头的非线性移动移动的情况下。因此，需要较低的速度来提高精度，这导致3D打印对象的制造时间的增加。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种3D打印机和一种制造3D对象的方法，其可以提供相对较小的特征尺寸，而对制造时间的影响最小。

因此，在第一方面中本发明提供了一种3D打印设备，尤其是熔融沉积成型3D打印设备，其中3D打印设备包括：支撑结构；打印机喷嘴，用于在支撑结构上沉积材料以便形成3D对象，其中打印机喷嘴和支撑结构被布置为以平移方向上的平移速度相对于彼此平移；和振动致动器，被布置为用于提供支撑结构的至少第一部分相对于打印机喷嘴在与平移方向不同的方向上的振动运动。

术语“振动”和“振动的”是指在相反方向上的周期性运动，例如，来回或上下移动。