[发明专利]通过3D打印生产工件的方法及其制备的工件

说明书

提供了一种通过3D打印生产工件的方法,包括：在基材上挤出含有未固化的打印材料的长丝；发射吸力场以吸引背衬制品，从而压缩在所述基材与所述按压表面之间的长丝；固化所述未固化的打印材料以产生固体打印材料；以及相对于所述长丝推进所述3D打印头。从而确保3D打印过程的安全性和完整性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月22日提交的美国临时专利申请号62/495,739(未决)的权益；该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本公开涉及一种通过3D打印生产工件的方法及制得工件。

背景技术

增材制造(AM)与减材制造(SM)

增材制造(AM)采用对比概念而不是传统的“减材制造(SM)”方法。在传统的SM工艺中，大块材料被加工(例如，切割、钻孔、铣削等)，并且去除大块材料的一部分以形成所需几何形状的部件。在AM工艺中，逐层添加原材料以形成所需几何形状的部件。AM工艺包括许多不同的工艺，并且仍在开发中。一般来说，与SM工艺相比，AM工艺可以节省材料，并可以产生更复杂的形状。在许多情况下，AM还降低了小型产品(例如样机研究)的成本，因为不需要投资和开发专用工艺装备。另一方面，由于所使用的材料和AM工艺所产生的缺陷，由AM工艺加工的部件通常不如由SM工艺加工的部件。此外，AM工艺存在许多限制，使得它们不能被制造业完全接受。然而，AM的潜力很大，研究者对改进AM工艺很感兴趣。一般来说，尽管存在多种AM工艺，但它们可以被分为四个不同类别。

增材制造工艺的类别

立体光刻工艺(SLA)：第一类AM是在20世纪80年代首次实现的，Charles Hull公开的立体光刻工艺用于快速成型(RP)目的。对于SLA，液相中的光固化树脂保存在储存器中。可移动平台放置在储存器内并且最初浸没在光固化树脂中。将光源(例如激光束或UV光)施加到具有所需2D打印图案的平台上以固化平台上的薄树脂层。然后将平台移开光源非常小的距离，接着重新施加光源以在离开的固化树脂层的顶部上固化并沉积下一个2D树脂层。通过逐渐改变光源的打印图案，一旦完成所有2D层的沉积，就可以改变2D打印树脂层的图案以逐渐形成期望的3D部件几何形状。如果光源放置在储存器上方，则在SLA工艺中平台应逐渐向下移动；这被称为自上而下的打印。另一方面，如果光源位于储存器下(储存器具有玻璃底)，则在SLA工艺中平台逐渐向上移动。SLA具有非常好的分辨率，分辨率可控制在约100nm范围内。然而，用于SLA的光固化聚合物的选择非常有限。因此，可由SLA加工的材料也非常有限。此外，光扫描方向和z-堆叠工艺可以引起SLA打印部件的各向异性行为并引入空隙。

基于粉末的增材制造(PB-AM)：第二类AM是基于粉末的AM，包括三种略有不同的AM工艺，即三维打印(3DP)、选择性激光烧结(SLS)和激光工程化净成形(LENS)。在3DP工艺中，首先将粉末层放置在平台中，然后在粉末上喷墨打印液体粘合剂以将粉末粘合在选定位置以形成2D图案层。使用辊以在打印层上方施加下一个粉末层，然后再次喷墨打印粘合剂以粘合另一个粉末层，从而在以前的2D图案层顶部形成另一个2D图案层。通过逐渐添加2D打印层，最终形成3D部件并且3D部件被嵌入粉末层内。为了加强3DP工艺中的结合，可能需要后加热。用于3DP工艺中的粉末可以来自金属、陶瓷、聚合物等。然而，粗糙表面光洁度和低分辨率是已知的缺点。选择性激光烧结(SLS)是3DP的无粘合剂的版本。在SLS中，使用高能激光束来局部烧结粉末颗粒，从而将它们熔融以形成类似于3DP工艺的2D图案层。用于SLS中的粉末材料受到更多限制，因为它们必须能够支持烧结步骤。如果粉末需要更高的熔化温度，则可以使用电子束来代替激光束。在SLS中，表面质量通常优于3DP但低于SLA。SLS的一种变型是激光工程化净成形(LENS)，其使用喷嘴将粉末涂布在基材上并替代粉末层的使用。如果基材是损坏的部件，则LENS工艺也可用于修复损坏的部件。