[发明专利]用于纤维增强的添加制造的装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月17日提交的美国临时申请序列第61/847,113号、于2013年9月15日提交的61/878,029、于2013年9月19日提交的61/880,129、于2013年9月24日提交的61/881,946、于2013年9月27日提交的61/883,440、于2013年11月10日提交的61/902,256、以及于2013年11月22日提交的61/907,431的根据35U.S.C.§119(e)的权益，它们的公开内容通过引用以其整体并入本文；并且是于2014年3月21日提交的美国专利申请序列第14/222,318号、和于2014年6月5日提交的14/297,437中的每个的部分连续案，它们的公开内容通过引用以其整体并入本文。本申请还涉及于2013年3月22日提交的美国临时申请序列第61/804,235号、于2013年4月24日提交的61/815,531、于2013年6月5日提交的61/831,600，它们的公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

各方面涉及三维打印。

背景

“三维打印”作为技术包括各种方法，诸如立体平版印刷(SLA)和熔丝制造(FFF)。SLA产生通常不耐久的或UV不稳定的高分辨率部件，并且用于概念验证工作；而FFF通过喷嘴挤出ABS或类似聚合物的连续长丝珠(filament bead)。

“复合材料铺层(Composite Lay-up)”常规地不涉及三维打印。在该技术中，预浸渍的(“预浸料”)的织物的复合材料片材用树脂粘结剂浸渍成二维图案。然后，单独片材中的一个或更多个被分层到模具中并且被加热以液化粘结树脂并固化最终部件。

“复合材料长丝缠绕(Composite Filament Winding)”常规地也不涉及三维打印。在该技术中，包括成千上万条单独碳股(carbon strand)的粘性“丝束”围绕定制芯轴缠绕以形成旋转对称的部件。长丝缠绕通常限于凸形形状，这归因于“桥接”任何凹形形状的张力调整的纤丝。

不存在提供复合材料铺层或复合材料长丝缠绕的益处的商用或实验三维“打印”技术。

发明内容

根据本发明的第一实施方案和/或方面，步骤和/或采用用于添加制造部件的此类步骤的子集或超集的三维打印机的一种组合包括供应未熔化的无空隙纤维增强复合材料长丝，该未熔化的无空隙纤维增强复合材料长丝包括在长丝的基质材料内延伸的一条或更多条轴向纤维股(axial fiber strand)，在所述基质材料内大体上不具有空气间隙。未熔化的复合材料长丝沿着防止长丝屈曲的间隙配合区以进料速率进料，直到长丝到达管道喷嘴的屈曲部分(即，在与部件相对的管道喷嘴的终端处，任选地在管道喷嘴端部与部件之间具有长丝直径或更小的间隙)。长丝被加热至比基质材料的熔化温度更大的温度以填隙地熔化在长丝内的基质材料，特别是在横向压力区中。当纤维增强复合材料长丝以粘合行列沉积到部件时，用熨压唇状部(ironing lip)将熨压力(ironing force)施加至熔化的基质材料和纤维增强复合材料长丝中的一条或更多条轴向纤维股。在这种情况下，熨压唇状部以维持在熨压唇状部与部件之间的纤维增强复合材料长丝中的中性至正向的张力的打印速率邻近于部件平移，该中性至正向(即，从没有张力至一些张力)的张力比从部件中分离粘合行列所必需的张力更小。

根据本发明的第二实施方案和/或方面，步骤和/或采用用于添加制造部件的此类步骤的子集或超集的三维打印机的另外或可选择的组合包括上述供应步骤，以及以进料速率进料纤维增强复合材料长丝。长丝被类似地加热，特别是在横向压力区中。熔化的基质材料和复合材料长丝的至少一条轴向纤维股被穿线(例如，通过加热的打印头，并且以未熔化状态)以接触在横向压力区中的部件。该横向压力区以打印速率相对于并且邻近于部件平移，以将长丝(包括纤维和基质)的端部带到熔化位置。长丝的端部可以任选地屈曲或弯曲以到达该位置。在熔化位置处，基质材料填隙地熔化在长丝内。