[发明专利]采用改性ABS材料构造三维物体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用基于挤压的分层沉积系统制造三维(3D)物体。特别地，本发明涉及由包含改性ABS材料的构成材料制造3D物体。

背景技术

基于挤压的分层沉积系统(如，由Stratasys，Inc.的Eden Prairie，MN开发的熔融沉积建模系统)被用来通过挤出易流动的构成材料以逐层的方式由计算机辅助设计(CAD)模型构造3D物体。构成材料通过由挤出头携带的喷嘴被挤出，并如路线(roads)顺序一样沿x-y平面沉积在基底上。挤出的构成材料与先前沉积的构成材料熔合，并随着温度的下降而凝固。随后，挤出头相对于基底的位置沿着z轴(垂直于x-y平面)增长，且随后重复该过程，以形成类似CAD模型的3D物体。

挤出头相对于基底的运动在计算机控制下进行，与代表3D物体的构造数据一致。构造数据通过最初将3D物体的CAD模型分成多个水平切割层而获得。随后，对于每个切割层，主机产生用于沉积构成材料路线以形成3D物体的构造路径。

在通过沉积构成材料层而制造3D物体的过程中，支撑层或结构通常构造在不由构成材料本身支撑的伸出部分之下，或者构造在不由构成材料本身支撑的构造中的物体的空腔中。支撑结构可以采用与沉积构成材料相同的沉积技术构造。主机产生附加的几何形状作为形成中的3D物体的伸出或自由空间部分的支撑结构。随后，根据在构造过程中所产生的几何形状，支撑材料由第二挤出顶端沉积。在制造过程中，支撑材料粘结到构成材料上，并且当构造过程完成时可以从完成的3D物体上去除。

构成材料通常表现出非牛顿流动特性，即构成材料在挤出流动的初始启动阶段抵抗移动。因此，许多3D物体共有的问题是由于非牛顿流动特性所导致的挤出头的响应时间的限制。这种限制可能降低沉积精确度，并且特别是可以看到其中每层所沉积的构成材料的量相对较小的微细部件结构。因此，需要改善用于沉积构成材料的挤出头的响应时间的构造3D物体的方法。

发明内容

本发明涉及一种采用基于挤压的分层沉积系统构造3D物体的方法。该方法包括将改性ABS材料送入基于挤压的分层沉积系统的挤出头，并在改善挤出头的响应时间的条件下，在挤出头中熔化所送入的改性ABS材料。随后，以逐层的方式沉积所熔化的热塑性材料，以形成三维物体。

附图说明

图1为基于挤压的(extrusion-based)分层沉积系统的构造腔的透视图，示出根据本发明构造的3D物体。

图2为基于挤压的分层沉积系统的挤出头构造流水线的局部放大截面图。

图3为采用基于挤压的分层沉积系统构造3D物体的方法的流程图。

图4-7为表示根据本发明进行的挤出行程和对比例的挤出行程的驱动压力与挤出速率之比的图表。

图8为表示根据本发明进行的挤出行程和对比例的挤出行程的驱动压力与挤出速率之比的图表。

具体实施方式

图1为基于挤压的分层沉积系统的构造腔10的透视图，其包括挤出头12、导轨14、构造平台16、3D物体18和支撑结构20。可以结合构造腔10的合适的基于挤压的分层沉积系统包括熔融沉积建模系统，该熔融沉积建模系统可以通过市售的来自Stratasys，Inc.，Eden Prairie，MN的商品标识“FDM”获得。挤出头12配置成挤出分别以逐层方式构造3D物体18和支撑结构20的易流动构成材料和支撑材料的装置。挤出头12的适合装置的例子在LaBossiere等美国专利申请公开文件No.2007/0003656和LaBossiere等的美国专利申请No.11/396,845(公开为美国专利申请公开文件No.2007/0228590)中被披露。

挤出头12由在构造腔10内沿着x轴延伸的导轨14和沿y轴(未示出)延伸的辅助导轨(未示出)支撑在构造腔10内。导轨14和辅助导轨允许挤出头12在沿x轴和y轴的平面内沿任何方向移动。构造平台16为构造3D物体18和支撑结构20的工作面，并且沿着z轴可以调整高度。

用来构造3D物体18的构成材料为能够从挤出头12挤出的改性ABS材料，具有改善的响应时间，由此改善沉积工艺的精确度。用于本发明的合适的改性ABS材料的例子包括由附加的单体、低聚体和/或聚合物改性ABS材料，如丙烯酸基材料。市售可获得的合适的改性ABS材料的例子包括来自General Electric Co.，Pittsfield，MA的具有商品标识“CYCOLAC”ABS MG94-NA1000的甲基丙烯酸甲酯改性ABS/聚乙烯(苯乙烯丙烯腈)混合物。