[发明专利]用于薄壁几何结构的增材制造的方法和设备

说明书

本公开大致涉及增材制造(AM)的方法和设备，该增材制造(AM)的方法和设备使用脉冲激光器固化液态光聚合物。该方法包括使用激光器以第一绘制速度扫描光聚合物的第一部分，其中，光聚合物的第一部分对应于部件的第一部分，部件的第一部分具有小于阈值宽度的宽度。该方法还包括使用激光器以第二绘制速度扫描光聚合物的第二部分，第二绘制速度大于第一绘制速度，其中，光聚合物的第二部分对应于部件的第二部分，部件的第二部分具有大于阈值宽度的宽度。

技术领域

本公开大致涉及基于计算机辅助设计(CAD)模型的增材制造(AM)的方法。

背景技术

与减材制造方法相比，AM工艺通常涉及一种或多种材料的堆积以制造终形或近终形(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但AM包含以各种名称已知的各种制造和成型技术，包括自由成型制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由多种材料制造复杂的组件。通常，独立式物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。特殊类型的AM工艺使用电磁辐射(例如激光束)来固化光聚合物，创建固态三维物体。

图1是示出用于增材制造的示例性传统设备100的立体示意图。设备100使用可选的激光激活(SLA)，例如转让给3D Systems，Inc的美国专利No.5,256,340中公开的，以将部件130形成为一系列层。设备100包括容纳液态光聚合物112的桶110，该液态光聚合物112也可称为树脂。构建板116在x-y平面上定向并形成基部，部件130形成在该基部上。升降机114沿着与x-y平面正交的z轴移动构建板116。清扫器118将液态光聚合物112扩散在构建板116和部件130的预先固化层上。

激光器120提供激光束126，激光束126根据固化深度固化液态光聚合物112，该固化深度大致对应于层厚。透镜122调整激光束126的特性，例如光束宽度。扫描镜124以各种角度反射激光束126以扫描液态光聚合物112的顶层中的图案。设备100处于计算机140的控制下，该计算机140引导扫描镜124以及升降机118和激光器120。计算机控制设备100使得激光器120固化液态光聚合物112的顶层中的扫描图案。然后，升降机114沿Z轴向下移动构建板116并且清扫器118使液态光聚合物112扩散，以在预先固化的光聚合物上方形成新的顶层。该过程逐层继续，直到部件130形成在构建板116上。

各种增材制造设备在基于切片的建模技术上运行。例如，如美国专利No.5,184,307所述，立体光刻系统通常根据相应的物体代表物形成三维部件，该物体代表物可以在CAD系统等中形成。然而，在可以使用这种代表物之前，必须将其切成多个层代表物。然后，立体光刻系统将在以逐步逐层的方式构建物体的过程中，根据层代表物选择性地曝光未转变的材料层，以形成物体层，从而形成物体本身。

当曝光未转变的材料层时，扫描镜124跟踪层中的图案。通常，立体光刻系统将会控制扫描镜124以跟踪层中任何形状的轮廓，然后用一系列阴影线填充该形状。本发明人发现，各种形状，例如薄壁，不一定形成为固态部件。相反，该形状可包括部件内的未固化的液态光聚合物。通常，立体光刻系统是为快速成型而设计的，以说明设计概念。这些用途不需要一致的材料特性或严格的制造公差。因此，未固化的液态光聚合物可用于快速成型。然而，当商业制造中使用立体光刻法时，部件内的未固化的液态光聚合物导致差的材料性质(例如，结构性缺陷)，并且部件不满足制造公差。

未固化的液态光聚合物的一种解决方案是增加激光器120的功率。然而，增加的功率在部件的某些部分中引起更大z维度上的固化深度。

本发明人进一步发现，部件内未固化的液态光聚合物取决于绘制速度。通常，可用的增材制造设备设定绘制速度以尽快完成部件。可用的增材制造设备不允许用户控制绘制速度。

鉴于上述情况，可以理解的是，存在与AM技术相关的问题、缺点或劣势，并且如果可以获得形成薄壁结构的改进方法，则将是理想的。

发明内容