用于增材制造的方法和組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開總體涉及增材制造，并且更具體地，涉及3D打印中的支撐結構的使用。
【背景技術】
[0002] 增材制造(通常被稱為3D打印）是通過通常在打印床(print bed)上鋪設連續的材 料層以形成具有期望尺寸的結構來創建或增加三維物體的過程。增材制造近幾年來變得廣 泛，且被用于創建從簡單工具到復雜設備的部件的所有東西。3D打印機是該領域的重要工 具。
[0003] 增材制造的一種普遍使用是用于原型設計。制造公司創建原型來確定所構思的產 品是否可行、實用以及審美愉悅。"快速原型設計"的實踐變成了許多工業的標準。快速原型 設計允許企業在幾個小時內創建產品的三維模型。
[0004] 對于快速原型設計，普遍使用的增材制造技術是擠壓沉積或熔融沉積成型(FDM)。 一種能夠FDM的打印機采用原材料，通常是單纖維(filament)的形式，擠壓它、加熱它，直到 其變軟，然后沿預定路徑將材料沉積到未打印(non-printed)平臺（稱為打印床)上。材料隨 后固化和硬化。在沿路徑多次通過之后，材料累積并最終呈現期望"模型"的形狀。
[0005] 其它類型的增材制造包括(1)涂覆，其涉及在表面上散布材料層；以及(2)移印，其 使用襯墊(通常由硅樹脂制成)來將圖像從填充材料(諸如油墨）的刻蝕的印刷板轉印到物 體。
[0006] 但是，存在某些結構使用增材制造創建是固有地有挑戰性的。一種這樣的結構被 稱為"懸垂(overhang)"，懸垂是模型的一部分，意味著在下面沒有任何材料的情況下被懸 浮。懸垂的示例是橋。如果懸垂太長，在懸垂的材料有機會固化之前其可能下垂。
[0007] 3D制造模型者創建懸垂的最常見的方式是將初始結構，通常被稱為"支撐結構" 3D 打印到打印床上，然后在支撐結構的頂上打印懸垂。打印支撐結構的示例包括FDM晶格支撐 和光固化(SLA)"針床"。在模型完成之后，制造模型者去除支撐結構材料，例如將其折斷或 用將其化學溶解。
[0008] 在一些情況下，支撐結構材料可以用水洗掉，例如由Stratasys Ltd.制造的 Objet? 3D打印機所打印的Polyjet?支撐結構。必須從模型中去除支撐結構導致浪費材 料。此外，在去除支撐結構后剩余的表面具有大體粗糙的紋理，其可能需要使用額外工藝 (例如拋光)來平滑化。
【附圖說明】
[0009] 盡管所附權利要求闡述了具有特殊性的本技術的特征，這些技術可以從下面結合 附圖的詳細描述中被最好地理解，在附圖中：
[0010] 圖1示出了可結合實施例使用的簡化3D打印機示意圖的示例。
[0011] 圖2-圖5以及圖7-圖15圖示了根據公開的實施例所執行的步驟以及由這些步驟導 致的結構。
[0012]圖6是圖5沿線I-Ι的截面圖。
[0013]圖16是圖示根據各種實施例執行的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 轉到附圖，其中，相同的附圖標記指代相同的元件，本公開的技術被圖示為在合適 環境中實施。下面的描述基于權利要求的實施例并且不應該被視為關于這里沒有明確描述 的可替代實施例而限制權利要求。
[0015] 用于增材制造的方法的實施例涉及將有壁的結構(例如，外殼或包殼)增材制造到 打印床上，將具有不粘表面(例如Teflon?)的支撐件放置在結構附近或結構內側，將材料 層增材制造到一個或更多壁上以及支撐件上以創建懸垂，以及在構成懸垂的材料返回到固 態或變硬之后去除支撐件。
[0016] 在一些實施方式中，結構是內側具有腔的外殼，外殼的第一表面具有懸垂。方法可 以包括將外殼重新定位(支撐件仍在腔內側)使得第一表面向下在打印床上且外殼的第二 表面面朝上。更具體地，材料層可以被沉積在至少一個壁上和第二支撐件上。在一些實施例 中，第二懸垂限定第二開口。
[0017] 在一個實施例中，將外殼翻轉后放置在第二打印床上。第二打印床可以具有構造 用于接收第一懸垂的突出。
[0018] 根據一些實施例，從腔去除一個或更多支撐件一一或通過第一表面中的開口或通 過第二表面中的開口。
[0019] 在另一實施例中，一種用于增材制造的方法被執行為:在打印床上增材制造包殼 的壁;在打印床上將支撐件定位在包殼內；增材制造從至少一個壁延伸到支撐件上的懸垂； 從打印床去除包殼；以及從包殼去除支撐件。
[0020] 每個支撐件可以是單個件或具有多個互鎖區段，并且具有不粘平滑表面或紋理表 面。用于支撐件的特定材料可以包括Teflon?、聚四氟乙烯、鋁、不銹鋼、陽極氧化鋁和陶 bL· 〇
[0021] 另一實施例是一種組件，該組件包括第一打印床和置于其上的增材打印的結構。 結構具有懸垂和限定腔的內側表面。該組件進一步包括置于第一打印床上腔內的可再使用 的支撐件。當懸垂處于部分液態時，支撐件與懸垂的下側表面接觸且提供對懸垂的支撐。
[0022] 這里描述的各種實施例可以用于增材制造各種不同物體。例如，這些方法中的一 個或更多可以用來原型設計智能電話或其它電子設備的殼。這樣的殼可以包括各種材料中 任何一種，包括下面列出用于單纖維120(圖1)的那些。不管用于創建殼的增材制造過程的 類型，都是這樣。
[0023] 這里所使用的術語"操作者"意味著操作一個或更多這里所述的設備的實體。操作 者可以是人，或者可以是另一設備，諸如自動組裝設備、機器人、計算設備等等。
[0024] 這里使用的術語"增材制造"指的是通過鋪設連續的材料層以形成具有預定尺寸 的結構而創建三維物體的過程。增材制造包括沉積打印(包括FDM)、涂覆、移印、選擇性激光 燒結(SLS)、光固化(SLA)和Po lyJet? 3D打印。
[0025] 這里使用的術語"3D打印"、"打印"指的是使用3D打印機來增材制造。
[0026] 圖1示出了可以結合公開的技術使用的3D打印機的簡化示意圖。在這個實施例中， 3D打印機使用具有基于溫度的固化的沉積打印技術。可替代的增材制造技術是具有紫外光 固化的噴射光聚合物。還有其它的增材制造方法可被替代。
[0027] 3D打印機100具有框架101和基本平坦的第一打印床110。第一打印床110附接于框 架101并且可從框架101去除。如下面將要描述的，在實施例中，操作者可以分離第一打印床 110并且用第二打印床來將其替換。可替代地，操作者可以將第二打印床附接于框架101，使 得第二打印床在第一打印床的頂上。3D打印機100還包括附接于框架101的電機118以及聯 接到電機118的擠壓組件104。擠壓組件104位于打印床110上且可沿著框架101的一個或更 多軸移動。3D打印機100進一步包括經由傳導通路117電聯接到電機118的可編程控制器 114。控制器114具有存儲器116。3D打印機100還具有電聯接到控制器114的數據接口 119。
[0028]仍參照圖1，擠壓組件104具有擠壓機106和聯接到擠壓機106的熱端108。控制器 114經由傳導通路121電聯接到擠壓機106。為了編程3D打印機100，操作者經由數據接口 119 建立與3D打印機100的數據連接，并且傳送指令(例如，CAD指令)到控制器114,在其存儲器 116中存儲指令。
[0029]再次參照圖1，單纖維120加載到擠壓機106中。單纖維120包括在被加熱時液化（即 軟化)的材料。可能材料的示例包括熱塑材料、聚乳酸(PLA)材料、丙稀腈?丁二稀·苯乙稀 (ABS)材料、橡膠處理的材料、硅樹脂、丙烯酸樹酯、聚酰胺(尼龍）、玻璃填充聚酰胺、立體平 版印刷材料(環氧樹脂）、銀、鈦、鋼、蠟、光聚合物和聚碳酸酯。在一些實施例中，存在不同外 觀或成分的多種單纖維。例如，可能存在第一單纖維是藍色蠟并且第二單纖維是白色蠟。
[0030] 當3D打印機100操作時，控制器114從存儲器116檢索指令，處理指令，并且將指令 轉化為電機118和擠壓機106識別的命令。控制器114將命令傳輸到電機118，其通過驅動擠 壓組件104沿著一個或更多路徑移動來響應，以及將命令傳輸到擠壓機106,其通過加熱熱 端108以及通過迫使單纖維120穿過熱端108中收縮的通道來響應。熱端108加熱單纖維120， 直到單纖維處于液態。熱端108將液化的單纖維沉積到打印床110上。液化單纖維隨后被固 化，直到其充分硬化。可能的固化方法包括紫外(UV)固化和熱固化(例如，通過冷卻或通過 受熱）。
[0031] 電機118驅動一個或更多滑輪或其它機構（未示出）來將擠壓組件104相對于打印 床110上、下或橫向移動。在一些實施例中，存在多個電機，諸如每個運動軸一個電機。電機 118驅動擠壓組件104的路徑是由控制器114提供至電機118的命令所確定的。
[0032] 現在將參照圖2-15來描述公開的實施例中執行的各種方法。
[0033] 參照圖2,3D打印機100沿預定路徑打印熱塑材料到打印床210上，由此形成具有第 一壁202和第二壁204的結構200。第一壁202和第二壁204以第一角度201a會合以形成第一 角201K3D打印機