[发明专利]通过三维印刷制造的紧固件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月2日提交的美国临时申请No.61/492,503的权益，该美国临时申请以引用的方式纳入本文。

背景技术和发明内容

本发明总体涉及紧固件，并且更具体而言，涉及制造紧固件。

传统地，聚合物零件通过注射成型或挤出成型制成。在这些工艺中，在高压下将经加热的聚合物液体引入到匹配金属冲模中，在此之后该模具被内部冷却，以固化所制造的零件。当熔融的聚合物被注入模具腔中时，空气从模具腔中排出。理想地，注射成型或挤出成型适合于每年要求十万或更多个零件的大批量生产。然而，这些传统的制造工艺的缺点是需要非常昂贵的机械加工的钢模具，在期望零件修正的情况下，机械加工的钢模具的修改是困难且耗时的，并且机械加工的钢模具受制于成问题的零件至零件（part-to-part）的容差变化。这些变化是由在固化期间的成型收缩、成型压力差、由内部空隙和外部缩痕造成的零件翘曲等造成的。这种传统模具工具的费用使得聚合物零件的较小批量的生产昂贵得难以接受。

公知的是使用立体平板印刷术（stereo lithography）来生产非功能性聚合物零件。这些常规的立体平板印刷术方法使用激光来在一桶液体聚合物中的移动平台上创建成层零件。当正在制造该零件时，它从该液体上升。这些零件的生产极其缓慢，并且是不实用地易碎的。

根据本发明，提供了一种紧固件。一方面，紧固件由多层材料、多层光可固化材料和/或多层多种构建材料制成。另一方面使用三维印刷机将材料从喷墨印刷头喷出，从而构建紧固件。又一方面提供了通过以成层和/或构建布置方式沉积材料来制造紧固件的方法。又一方面通过在材料沉积期间在紧固件基本被气体（例如，空气）环绕的环境中沉积材料，来制作紧固件。另一方面还采用了一种制造多种材料和/或预组装的紧固件的方法。在另一实施方案中，使用了直接激光金属烧结（direct laser metal sintering）来创建紧固件。

与传统装置相比，本发明的紧固件和方法具有优势。例如，本发明的紧固件和方法不需要任何独特的工具或模具，从而节省了数十万美元和数周的模具制造时间。此外，本发明的方法允许各个制造周期之间的快速且便宜的设计和零件修正。另一方面，本发明的紧固件和方法基本不存在零件至零件的容差变化，使得可在单个机器制造周期期间生产至少10个，更优选地至少40个相同的紧固件。对于本发明的紧固件和方法的其他方面，多个头开口、机器内的用于构建紧固件的固定支撑件和周围空气制造环境允许增大的制造速度、更简单的机械加工以及易于接近所制造的紧固件。还值得注意的是，本发明的紧固件和方法有利地能够创建锁模零件配置，该锁模零件配置如果有可能用传统模具生产则将会昂贵得难以接受。在其他方面，本发明的紧固件和方法通过在相同制造机器周期中在预安装或预组装的条件下创建匹配零件来减少制造后的组装；例如，这能应用于螺钉、垫圈、插入件和/或密封件。不同特性（例如，柔性、抗张强度、环箍强度（hoop strength）、耐化学性、抗UV褪色性（UV fade resistance）或甚至颜色）的材料可被沉积，以在基本相同的时间创建该紧固件的不同区段。可在下文的描述和所附权利要求以及附图发现本发明的附加优点和特征。

附图说明

图1是示出了本发明的紧固件的第一实施方案的立体图；

图2是沿图1的线2-2所取的、示出了处于完全安装状态的第一实施方案的紧固件的横截面图；

图3是示出第二实施方案的紧固件的分解立体图；

图4是沿图3的线4-4所取的、示出了处于中间安装状态的第二实施方案的紧固件的局部横截面图；

图5是类似于图4的、示出了处于完全安装状态的第二实施方案的紧固件的局部横截面图；

图6是示出了处于中间安装状态的第三实施方案的紧固件的立体图；

图7是沿图6的线7-7所取的、示出了处于中间安装状态的第三实施方案的紧固件的横截面图；

图8是示出了第四实施方案的紧固件的侧视图；

图9是沿图8的线9-9所取的、示出了处于安装状态的第四实施方案的紧固件的横截面图；

图10是示出了第五实施方案的紧固件的局部分割立体图；

图11是沿着图10的线11-11所取的、示出了处于安装状态的第五实施方案的紧固件的横截面图；

图12是示出了第六实施方案的紧固件的立体图；

图13是沿着图12的线13-13所取的、示出了处于安装状态的第六实施方案的紧固件的横截面图；