由兩部分組成的熱固性樹脂增材制造系統的制作方法
【專利說明】由兩部分組成的熱固性樹脂増材制造系統
【背景技術】
[0001] 本發明通常設及增材制造領域。具體地，本發明設及使用由兩部分組成的熱固性 樹脂的聚合物增材制造系統。
[0002] 增材制造是指W如下事實為特征的一類制造方法，即成品部件是通過按層構造多 個材料薄層建造的，運些薄層在形狀上與部件的精確數字模型的等效平面截面相同。增材 制造可設及通過計算機控制的過程將材料施加于工作臺并通過適當的處理來強化材料W 建造一個層。重復該過程多達幾千次W獲得最終構件。
[0003] 聚合物增材制造主要限于使用熱塑性材料。雖然聚合物制造技術可生產出具有 各種各樣性質的部件，但還是有許多限制。具體地，使用運些技術所制造的部件大多限于 120°CW下的溫度，一些特殊的材料溫度窗口有延伸。當用柔性材料進行打印時，溫度限制 甚至更加明顯，柔性材料的結構性質在60-80°C的溫度下趨于降解。不管打印溫度如何，上 限使用溫度將低于擠出溫度，因為在接近擠出溫度時將發生材料的軟化。高溫熱塑性塑料 使問題更嚴重。雖然它們可具有高軟化溫度，但高烙體粘度和大溫度梯度導致在部件中留 有大的殘余應力。運增加了翅曲的風險，特別是如果在制作之后部件暴露于較高溫度的話。
【發明內容】
[0004] 一種用于按逐層方式形成構件的增材制造系統包括用于累送第一材料的第一累 和用于累送第二材料的第二累。該增材制造系統還包括用于接收并混合第一材料和第二材 料W形成熱固性樹脂的混合器、流體地連接于混合器用于擠出熱固性樹脂的噴嘴和連接于 噴嘴用于按預定的模式移動噴嘴W形成構件的層的運動控制系統。 陽〇化]一種用于按逐層方式形成構件的增材制造方法包括將第一材料從第一累累送到 混合器里、將第二材料從第二累累送到混合器里并在混合器中混合第一材料和第二材料W 形成熱固性樹脂。該方法進一步包括通過噴嘴擠出熱固性樹脂來按預定的模式沉積熱固性 樹脂W形成構件的層。
【附圖說明】
[0006] 圖1是使用由兩部分組成的熱固性樹脂構筑部件的增材制造系統的示意圖。
[0007] 圖2是替代實施方案的增材制造系統的示意圖。
[0008] 圖3是替代實施方案的增材制造系統的示意圖。
[0009] 圖4是替代實施方案的增材制造系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 所公開的增材制造系統允許使用由兩部分組成的熱固性樹脂逐層地構筑部件，運 使得能夠建造具有提高的強度和/或柔性同時可操作部件的溫度范圍也有延伸的部件。該 增材制造系統根據需要使用混合器來混合由兩部分組成的熱固性樹脂的兩個部分。在樹脂 固化前系統通過噴嘴將熱固性樹脂擠出。該增材制造系統由于有能力控制熱固性樹脂在混 合器中的駐留時間或停留時間而允許離開噴嘴的由兩部分組成的熱固性樹脂有一致的固 化狀態。由于熱固性樹脂的固化狀態一致，該增材制造系統提高了構筑部件的尺寸精度。該 增材制造系統可包括由兩部分組成的熱固性樹脂的兩個部分的大膽存器，因為在將兩個部 分混合W前，材料不發生反應或開始固化。
[0011] 圖1是增材制造系統10的示意圖，該系統在平臺或支撐表面11上構筑構件12。 增材制造系統10包括噴嘴14、運動控制系統15、混合器16、溶劑供給裝置18、溶劑供給裝 置20、閥22、閥24、帶有孔口 27的累26、帶有孔口 29的累28、閥30、閥32、驅動機構34和 控制器35。
[0012] 增材制造系統10按逐層方式用由兩部分組成的熱固性樹脂構筑構件12。累26儲 存由兩部分組成的熱固性樹脂的一個部分，而累28儲存由兩部分組成的熱固性樹脂的第 二部分。一個部分可W是樹脂材料，而第二部分可W是硬化劑材料。驅動機構34同時驅動 累26和累28W累送兩部分的熱固性樹脂通過孔口 27和孔口 29并進入混合器16。驅動機 構34可包括用于驅動累26的第一機構和用于驅動累28的第二機構，使得累26和累28W 不同的速率被驅動，W便控制流入混合器16的由兩部分組成的熱固性樹脂的兩個部分的 比例。孔口 27和孔口 29可具有相同的直徑。在替代實施方案中，孔口 27和孔口 29可具 有不同的直徑，W便控制流入混合器16的由兩部分組成的熱固性樹脂的兩個部分的比例。 累26和累28可W是例如螺桿累、注射累或液壓累送機構。混合器16將兩個部分混合，并 且運兩個部分開始反應W形成由兩部分組成的熱固性樹脂。混合器16可W是靜態混合器 或動態混合器。
[0013] 隨后擠出由兩部分組成的熱固性樹脂并通過噴嘴14進行沉積W形成構件12的 層。噴嘴14的直徑可介于0. 1毫米與1. 0毫米之間。噴嘴14的較大直徑允許快速地構筑 構件12,而較小的直徑允許W較高的分辨率來構筑構件12。在由兩部分組成的熱固性樹脂 固化前，增材制造系統10將熱固性樹脂通過噴嘴14擠出并沉積。由于由兩部分組成的熱 固性樹脂的兩個部分的分離，增材制造系統10控制混合器中的熱固性樹脂的駐留時間或 停留時間，允許在整個增材制造過程中離開噴嘴14的由兩部分組成的熱固性樹脂的固化 是狀態一致的。重復該過程，直到構件12構筑完成。
[0014] 控制器35控制運動控制系統15、驅動機構34W及閥22、24、30和32。控制器35 基于存儲的數據來控制構件12的構筑，所述存儲的數據如S化文件，其定義要形成的每層 的形狀。運動控制系統15提供噴嘴14在X、y和Z方向上相對于表面11的相對移動，W 將由兩部分組成的熱固性樹脂沉積在表面11上W形成構件12的層。在一個實施方案中， 運動控制系統15可W在Ξ維中移動噴嘴14。在一替代實施方案中，運動控制系統15可W 在Z方向上移動表面11，同時在X和y方向上移動噴嘴14。在替代實施方案中，運動控制 系統15可W控制表面11和噴嘴14在X、y和Z方向的任意組合上的移動。其它替代實施 方案可包括使用多達五個移動控制的軸線，使得可旋轉表面11，并且可通過表面11或噴嘴 14的移動來控制噴嘴14相對于表面11的法線的角度。控制器35可W發送信號W在必要 時打開和關閉閥22、24、30和32。在一替代實施方案中，手動控制閥22、24、30和32。
[0015] 由兩部分組成的熱固性樹脂可W是環氧樹脂。在替代實施方案中，由兩部分組成 的熱固性樹脂可W是聚氨醋樹脂或丙締酸系樹脂。在替代實施方案中，由兩部分組成的樹 脂的一個或兩個部分可W包括一種或多種添加劑。添加劑可W是填料、催化劑、粘度調節 劑、增稠劑、高溫交聯劑或促進劑。更具體地，添加劑可w是二氧化娃、碳酸巧、氧化鐵、粘上 (如Garami化⑥）、氧化鋒、銷基催化劑、炭黑、石墨、石墨締、氧化石墨締、短切玻璃纖維、鐵 基鐵磁性納米材料、儀基鐵磁性材料或陶瓷，見下表1。
[0016]
[0018] 溶劑供給裝置18和溶劑供給裝置20可用于沖洗增材制造系統10,或者如果增材 制造系統10被來自累26和累28的材料堵塞的話疏通增材制造系統10。閥30和閥32允 許熱固性樹脂的兩個部分自累26和累28流動，并且可關閉W阻止材料自累26和累28流 動。閥22和閥24允許溶劑自溶劑供給裝置18和溶劑供給裝置20流入增材制造系統W沖 洗增材制造系統10。閥22、閥24、閥30和閥32可W是止回閥、手動閥或螺線管閥。
[0019] 圖2是作為增材制造系統10的替代實施方案的增材制造系統110的示意圖。增材 制造系統110在平臺或支撐表面111上構筑構件112。增材制造系統110包括噴嘴114、運 動控制系統115、混合器116、溶劑供給裝置118、溶劑供給裝置120、閥122、閥124、帶有孔 口 127的累126、帶有孔口 129的累128、閥130、閥132、驅動機構134、控制器135、累140、 閥142和驅動機構144。增材制造系統110類似于針對圖1所示和描述的增材制造系統10， 盡管也有不同之處。例如，增材制造系統110包括儲存添加劑材料的累140。驅動機構134 驅動累140將添加劑材料累送到混合器116里。在混合器116中，添加劑材料與由兩部分 組成的熱固性樹脂混合。添加劑材料可W是填料、催化劑、粘度調節劑、增稠劑、高溫交聯劑 或促進劑，或者是針對圖1描述的任何其它添加劑材料。累140可W是螺桿累、注射累或液 壓累送機構。閥142可阻止材料自累140流入混合器116。
[0020] 圖3是作為增材制造系統10的替代實施方案的增材制造系統210的示意圖。增 材制造系統210在平臺或支撐表面211上構筑構件212。增材制造系統210包括噴嘴214、 運動控制系統215、混合器216、溶劑供給裝置218、溶劑供給裝置220、閥222、閥224、帶有 孔口 227的累226、帶有孔口 229的累228、閥230、閥232、驅動機構234、控制器235和能量 輸入246。增材制造系統210類似于針對圖1所示和描述的增材制造系統10,盡管也有不 同之處。例如，增材制造系統210包括能量輸入246。能量輸入246可增強自噴嘴214擠出 并沉積的由兩部分組成的熱固性樹脂的固化。
[0021]能量輸入246可沖著離開噴嘴214的由兩部分組成的熱固性樹脂提供熱空氣流，W便加快由兩部分組成的熱固性樹脂的固化速率。在替代實施方案中，能量輸入246可W 是電磁福射，如微波福射、紫外福射、可見光或紅外福射。在替代實施方案中，由兩部分組成 的熱固性樹脂可包括當接觸能量輸入246時增強局部發熱的添加劑。添加劑可W是針對圖 1描述的任何材料。例如，諸如鐵氧體的磁性材料可啟動感應W快速地對離開噴嘴214的由 兩部分組成的熱固性樹脂進行加熱。炭黑可允許更有效地吸收電磁福射。
[0022] 圖4是作為增材制造系統10的替代實施方案的增材制造系統310的示意圖。增 材制造系統310在平臺或支撐表面311上構筑構件312。增材制造系統310包括噴嘴314、 運動控制系統315、混合器316、溶劑供給裝置318、溶劑供給裝置320、閥322、閥324、帶有 孔口 327的累326、帶有孔口 329的累328、閥330、閥332、驅動機構334和控制器335。受 熱構筑室348包圍增材制造系統310。增材制造系統310類似于針對圖1所示和描述的增 材制造系統10,盡管也有不同之處。例如，受