[发明专利]用于半色调着色3D对象的附加制造系统

说明书

本发明题为“用于半色调着色3D对象的附加制造系统”。3D打印系统在打印聚合物层中施加着色粉末(例如，原色，白色，黑色，青色，品红，黄色，荧光色，金属色)以形成着色3D对象。该系统可例如利用热，压力和/或高强度光中的一者或多者来稳定粉末层或其颜色子层。在每一层上，各种颜色的粉末可按半色调图案顺序沉积并稳定，以便在其整个结构中产生具有指定颜色排列的部件。有益效果包括比涉及喷射有色流体的策略更稳定的颜色。部件内部的颜色布置可为特定应用提供功能或可追溯性有益效果。实施例允许在每个纤维基座或衬底上沉积更大量的粉末，降低纤维与粉末的比率并提高生产速度。

技术领域

本公开整体涉及用于基于复合材料的添加剂制造的系统和方法，更具体地讲，涉及同时生产着色复合结构的此类方法。

背景技术

通常包括对输出产品进行模制或机加工的各种形式的传统对象、零件和部件制造过程已扩展到包括全球范围内称为“增材制造”或AM技术的一类新技术的商业实施方式。这些AM技术通常涉及替代地被称为“固态自由形式制造(SFF)”或“3D打印”的过程，其中根据特定的材料沉积和固化方案，将处于未完成状态的添加剂材料层(有时有毒或其他危险)依次沉积在进程中的3D对象上。在3D对象形成过程中添加每一个层时，新材料层将被添加并粘附到一个或多个已经存在的层。然后，在3D对象构建过程中沉积任何下一个AM层之前，可以至少部分地分别固化每个AM层。贯穿3D工作行程的这种连续层材料添加/接合是在各种复杂级别的自动控制下执行的。

AM制造技术包括但不限于已被广泛地称为可用于生产3D打印对象的“3D打印”技术的那些技术。3D打印技术采用一种或多种过程，这些过程改良自并且在一些方面看来类似于众所周知的用于在图像接收介质衬底上形成二维(2D)打印图像的过程。通过3D打印技术生产的输出结构的显著差异通常基于(1)用于从3D打印机形成输出3D打印对象的沉积材料的组合物；和/或(2)“打印”头在沉积相对大量的连续(且非常薄)的沉积材料层以将层构建成输出3D打印对象的形式时进行的扫描遍数。

许多基于粉末的AM技术已经被商业化。这些技术包括选择性激光烧结(SLS)，以及用于3D打印的基于调色剂的2D打印技术的某些适配。本领域技术人员认识到，在这些实施方式中的某些实施方式中，通常不需要单独的支持结构来支持某些复杂形状的创建。在这些过程中的某些过程中，粉末材料被选择性地固结成3D对象，同时多余粉末被手动移除。例如，在SLS过程中，薄粉末层沉积在工作空间容器中，并且然后使用跟踪期望横截面形状的激光束将粉末融合在一起。通过沉积粉末层来重复该过程，由此以这种方式逐层构建3D对象。在典型的基于调色剂的3D打印过程中，在通常用于将粘结剂以3D对象横截面形状打印在每个粉末层上的打印技术中，粘结剂材料选择性地粘结沉积在层中的粉末。

现在可以使用数量越来越多的AM或3D打印过程和技术。这些AM或3D打印过程的多样性之间的主要区别特性是沉积层以创建输出3D对象的方式、以及用于形成输出3D对象的材料。

某些AM技术(贯穿本公开的其余部分将使用此术语来指代各种3D对象分层和构建技术，包括3D打印)熔化或软化材料，以使用技术(诸如通过施加热的对输入材料的选择性激光熔化或烧结)来生产构建层。其他AM制造技术使用用于沉积液体材料的技术(诸如喷射(油墨)材料“打印”技术)来沉积和固化液体材料。

使用着色碳纤维或其他纤维衬底的着色润湿剂完成制备着色的基于复合材料的添加剂制造(CBAM)雕塑对象的现有方法，然后将单层粉末施加到每个衬底层上。然后将层压缩并加热以形成叠堆。然后通过喷砂或化学方法除去不需要的多余衬底。该方法公开于题为“Methods for Photosculpture”的美国专利9,393,770B2中。如第4栏第12行中所述，“使用制造商油墨，在这种情况下HP的问题是油墨是水溶性的，并且可在载体移除过程中渗出，漂白和移动。该问题可以多种方式解决，包括使用压电头和颜料油墨或使用颜料。”在单次加工过程中以集成方式制造复合多色结构将是有益的。

发明内容