[发明专利]用于数字制造的方法和设备及使用其制成的结构

说明书

制造装置包括构建表面和成像部件，构建表面用于接收用于生产数字模型的三维实体表示的材料的层，成像部件用于将构建材料的各个部分绑定到表示数字模型中包含的数据部分的横截面。该装置可以包括在用于制造过程中之前使材料再循环和/或均质化的系统。该装置可以包括用于控制打印部件的密度的系统。由制造装置制成的示例性物体可以包括使用各种粉末材料中的任何一种的粉末复合部件。示例性物体还可以被后处理以生产高精度金属或陶瓷部件。制造装置可以包括用于以高分辨率选择性地沉积补充构建材料的选择性沉积单元。制造装置可以包括具有延长使用寿命的成像单元。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月8日提交的序列号为63/089,405的美国临时专利申请的优先权。本申请是2021年9月13日提交的序列号为17/438,853的共同未决的美国专利申请的部分延续，该美国专利申请是2020年3月6日提交的专利合作条约(PCT)专利申请PCT/US2020/021378的国家阶段申请，该PCT专利申请要求于2019年3月12日提交的序列号为62/817,431的美国临时专利申请的优先权。明确要求临时和非临时专利申请的优先权，并且这些临时和非临时专利申请的公开内容据此通过引用全部以其整体并出于所有目的并入本文。

技术领域

所公开的实施例总体上涉及物体的实体自由成形制造(solid freeformfabrication)，并且更具体地但不排他地涉及用于使用动态密度控制的高密度物体的数字制造的方法和设备。

背景

增材制造(AM，additive manufacturing)，也称为实体自由成形制造(SFF)、3D打印(3DP)、直接数字制造(DDM)和实体成像，已经日益成为广泛采用的视觉演示和功能部件两者的原型方法。在某些情况下，这也已经成为用于生产制造的成本有效的手段。存在基于数字模型来生产部件的多种手段，并且这些手段都减少了完整设计循环所需的时间和成本，这加快了许多行业的创新步伐。

通常，SFF是以分层的方式完成的，其中数字模型被分割成水平切片，并且每个切片被生成为构建表面上的二维图像。这些切片的连续制造产生了薄层的集合，这些薄层的集合共同组成了由数字模型表示的三维物体。与传统的制造技术(例如计算机数字控制(CNC)加工、注射模制和其他手段)相比，SFF已经显著减少了生产时间和成本，并且因此已经被广泛地用于研究和开发目的，而利用传统手段的小批量生产将会非常昂贵。此外，当与CNC机器相比时，SFF装置通常需要较少的专业知识来操作。由于较长的安装时间和较高的机器操作成本，由CNC机器生产的单个部件的成本通常较高。CNC生产的部件通常将比SFF生产的部件具有更强且更详细的特征，这可能使它们成为某些应用的理想选择。在SFF技术能够生产出具有CNC生产的部件的分辨率和功能的部件之前，SFF在部件生产中的使用将仍然受到限制。

粉末注射模制(PIM)是一种大规模生产技术，该技术已被广泛采用，作为在材料中生产高精度部件的手段，这在传统上用其他模制方法将是不能实现的。粉末与树脂粘合剂共混以形成注射原料，该注射原料被注入模具中，类似于塑料注射模制。生产的部件是粉末复合部件，称为“生坯”部件。生坯部件经受称为脱粘的过程，在这个过程中大部分粘合剂被去除。所得的部件称为“棕坯”部件。棕坯部件然后经受热处理，使粉末颗粒烧结在一起。在此过程期间，部件收缩，并且粉末颗粒之间的空隙被去除。这些最终导致具有接近全密度的部件。进一步地，后处理可用于实现超过99.5％的密度，这取决于所使用的粉末原料的组成。