[发明专利]实施硬化剂预浸渍的增材制造系统

说明书

公开了一种用于增材制造复合结构的方法。该方法可以包括将连续增强材料引导到打印头中，并且在打印头内部用第一基质组分涂覆连续增强材料。该方法还可以包括用第二基质组分涂覆连续增强材料，通过打印头的喷嘴释放连续增强材料，以及在释放过程中在多个维度上移动打印头。第一基质组分和第二基质组分相互作用以引起连续增强材料周围的基质硬化。

技术领域

本公开一般涉及制造系统，更具体地，涉及实施硬化剂预浸渍的增材制造系统。

背景技术

传统的增材制造是通过在计算机的引导控制下沉积重叠的材料层来创建三维部件的过程。增材制造的常见形式称为熔融沉积成型(FDM)。使用FDM，热塑性塑料在加热的打印头内通过并液化。当材料从打印头释放时，打印头以预定轨迹(也称为，工具路径)移动，使得材料以重叠的二维层的特定图案和形状铺设。离开打印头后，材料冷却并硬化成最终形式。最终形式的强度主要是由于供应到打印头的特定热塑性塑料的性质和由二维层堆叠形成的三维形状。

最近开发的对于传统FDM制造的改进涉及使用嵌入在从打印头释放的材料中的连续纤维(也称为，连续纤维3D打印——CF3D^TM)。特别地，将基质供应到打印头并与也通过同一打印头的一种或多种连续纤维一起同时释放(例如，挤压出和/或拉挤出)。基质可以是传统的热塑性塑料、粉末金属、液体基质(例如，UV可固化和/或双组分树脂)、或这些基质和其他已知基质中的任意基质的组合。在离开打印头时，固化增强器(例如，UV光、超声发射器、热源、催化剂供应等)被激活以引发和/或完成基质的固化。这种固化几乎立即发生，允许在自由空间中制造无支撑结构。并且当纤维，特别是连续纤维，被嵌入结构内时，结构的强度可以倍增以超过基质依赖的强度。在2016年12月6日授予Tyler的美国专利9,511,543(“543专利”)中公开了这种技术的示例。

在涉及不透明纤维(例如，碳纤维)、高密度纤维、高浓度纤维、大直径纤维等的一些应用中，位于相应纤维束的中心的基质材料可能难以获得足够的固化增强(例如，足够的固化能量、催化剂等)。如果没有说明，所得到的结构可能缺乏强度和/或不理想地下垂。

所公开的系统旨在解决上述问题中的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。

发明内容

在一方面，本公开涉及一种增材制造复合结构的方法。该方法可以包括将连续增强材料引导到打印头中，并且在打印头内部用第一基质组分涂覆连续增强材料。该方法还可以包括用第二基质组分涂覆连续增强材料，通过打印头的喷嘴释放连续增强材料，以及在释放过程中在多个维度上移动打印头。第一基质组分和第二基质组分相互作用以引起连续增强材料周围的基质硬化。

在另一方面，本发明涉及一种用于增材制造复合结构的系统。该系统可以包括支撑件和连接到支撑件的一端的打印头。打印头可以具有带腔室的主体，在该主体中，连续增强材料涂覆有树脂和催化剂中的一种。打印头还可以包括喷嘴，该喷嘴连接到主体的释放端并且配置成释放同时被树脂和催化剂涂覆的连续增强材料。该系统还可包括与支撑件和打印头通信的控制器。根据复合结构的规格，控制器可以配置成在从喷嘴释放连续增强材料的过程中，选择性地使支撑件在多个维度上移动头部。

在又一方面，本发明涉及一种预浸材料，其用于增材制造复合结构。预浸材料可以包括连续增强材料和多组分基质的催化剂。还包括至少一种树脂的多组分基质可以在连续增强材料周围固化以形成复合结构。在制造复合结构之前，增强材料至少部分地被催化剂浸透并且基本上不含树脂，并且增强材料占复合结构的约35％到70％。催化剂占复合结构的约0.1％到10％。

附图说明

图1是公开的示例性制造系统的示意图；以及

图2至图4是可以与图1的制造系统结合使用的公开的示例性头部的示意图。

具体实施方式