[发明专利]用于基于电子照相术的增材制造系统的半结晶消耗材料

说明书

一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统(10)打印三维零件(80)的零件材料，该零件材料包括：组合物，该组合物具有半结晶热塑性材料和电荷控制剂。零件材料以粉末形式提供，该粉末形式具有受控的粒子尺寸，并且被构造用于基于电子照相术的增材制造系统(10)，该基于电子照相术的增材制造系统(10)具有用于以逐层方式打印三维零件(80)的层灌注组件(20)。

技术领域

本公开涉及用于打印3D零件和支撑结构的增材制造系统。具体地，本公开涉及用于使用例如电子照相术的成像处理打印3D零件和支撑结构的消耗材料。

背景技术

增材制造系统用来通过使用一个或多个增材制造技术根据3D零件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)构建3D零件。可购买到的增材制造技术的示例包括基于挤出的技术、喷墨打印、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束融化和立体光刻工艺。对于每一种所述技术，3D零件的数字表示在开始被切成多个水平层。然后，对于每一个切出的层产生刀具路径，该刀具路径为特定的增材制造系统提供了指令以形成给定层。

例如，在基于挤出的增材制造系统中，3D零件或模型可以通过挤出可流动的零件材料以逐层方式由3D零件的数字表示打印出来。零件材料通过由该系统的打印头承载的挤出头挤出，并且在XY平面内按路径顺序沉积在基板上。挤出的零件材料熔化到先前沉积的零件材料上，并且在温度降低时固化。然后打印头相对于基片的位置沿Z轴(垂直于XY平面)逐渐增加，然后重复该过程以形成类似数字表示的3D零件。

在通过沉积零件材料层制造3D零件的过程中，支撑层或结构通常构建在外悬部下面或在建造中的物体的空腔中，其没有被零件材料本身支撑。通过利用沉积零件材料使用的相同的沉积技术可以建造支撑结构。主机生成用作用于待形成的3D零件的外悬或自由空间段(并且在一些情况中用于待形成的3D零件的侧壁)的支撑结构的附加几何形状。支撑材料在制造期间粘合至零件材料上，并且当打印过程完成时可以从完成的3D零件上去除。

在2D打印中，电子照相术(即静电复印术)是用于在例如打印纸的平面基板上产生2D图像的流行技术。电子照相系统包括涂覆有光敏材料层的导电的支撑鼓，其中通过给光敏层充电并且然后通过光源成像地曝光该光敏层，形成隐藏的静电图像。然后隐藏的静电图像移动至显影站，在显影站调色剂施加给光敏绝缘体的带电区域以形成可见的图像。然后形成的调色剂图像输送至基板(例如，打印纸)并且使用热或压力固定至基板上。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的零件材料。该零件材料具有组合物，该组合物包括半结晶热塑性材料和电荷控制剂。零件材料以粉末形式提供，该粉末形式具有受控的粒子尺寸(例如从约5微米至约30微米范围内的D50粒子尺寸)，并且零件材料被构造用在基于电子照相术的增材制造系统中，所述基于电子照相术的增材制造系统具有用于以逐层方式打印三维零件的层灌注组件。在一些实施例中，零件材料可以与载体粒子一起设置在用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用的可互换料盒或其它类似装置中。

本公开的另一方面涉及一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的方法，该基于电子照相术的增材制造系统具有电子照相术引擎、传输介质和层灌注组件。该方法包括如下步骤：供给零件材料至基于电子照相术的增材制造系统，其中该零件材料在组分上包括电荷控制剂和半结晶热塑性材料，并且具有粉末形式。在一些实施例中，零件材料可以与载体粒子一起设置在用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用的可互换料盒或其它类似装置中。

该方法还包括将零件材料摩擦充电至期望的摩擦电荷(例如，具有负电荷或正电荷和从约5微库伦/克至约50微库伦/克范围内的大小的Q/M比率)，以及使用电子照相术引擎从带电的零件材料显影三维零件层。该方法还包括将显影层从电子照相术引擎静电吸引至传输介质，使用传输介质将被吸引的层移动至层灌注组件，以及使用层灌注组件将被移动的层灌注至三维零件的先前打印的层上。

定义：