[发明专利]增材制造设备和方法

说明书

公开了一种用于增材制造的沉积设备(100)和方法。该沉积设备(100)包含至少一个贮存器(16)，其用于存储材料的胶态悬浮液和液体载体；以及至少一个打印头(10)，其包含与贮存器(16)流体连通的多个喷嘴(12)，每个喷嘴(12)被配置为将胶态悬浮液的液滴沉积至基底(46)上。该沉积设备(100)进一步包含：设置成邻近于至少一个打印头(10)的干燥装置(22)，该干燥装置(22)被配置为选择性地将第一能量脉冲供应给沉积液滴(36)以蒸发沉积液滴(36)中的液体；以及设置成邻近于干燥装置(22)的熔化装置(30)，该熔化装置(30)被配置为选择性地供应第二能量脉冲用于熔化被干燥装置(22)干燥的液滴(36)中的材料。

技术领域

本发明涉及增材制造。更具体地，本发明涉及一种用于增材制造的喷墨式沉积设备和方法。

背景技术

增材制造是在多层中建立三维制品的方法。通常，难以按照与大批量制造一致的速率来使用一种以上类型的材料制造制品。存在若干类型的增材制造装置。一种这样的类型是喷墨沉积设备。在喷墨沉积设备中，通过将材料的胶态悬浮液和液体载体的液滴从多个喷嘴沉积在基底上逐层建立三维制品。

已经开发了各种方法来熔融由喷墨式沉积设备沉积的材料。在热熔方法中，沉积一层覆盖材料，然后在需要熔融的位置处添加熔剂。然后将该层加热以使熔剂结合松散材料。然而，热熔技术相对较慢并且需要高温，因此制造复杂的多材料零件的成本较高。

在光学熔融方法中，使用激光或大功率氙闪光灯在每一层沉积之后照射每一层，以蒸发液体载体并且将所有沉积液滴中的材料颗粒熔融在一起。然而，这种快速干燥和熔化导致液体载体快速沸腾，因此造成材料飞溅。因此，由于层不一致而造成所产生的制品质量不高，从而降低了成品中可实现的清晰度。与热熔技术一样，光学熔融方法也限于一次沉积由单一材料组成的一层。

本发明的各方面旨在解决用于增材制造的现有技术方法和设备中固有的一个或多个缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于增材制造的沉积设备，该沉积设备包含：至少一个贮存器，其用于存储材料的胶状悬浮液和液体载体；至少一个打印头，其包含与贮存器流体连通的多个喷嘴，每个喷嘴被配置为将胶态悬浮液的液滴沉积至基底上；设置成邻近于至少一个打印头的干燥装置，该干燥装置被配置为选择性地将第一能量脉冲供应给沉积液滴，以蒸发沉积液滴中的液体；以及设置成邻近于干燥装置的熔化装置，该熔化装置被配置为选择性地供应第二能量脉冲以熔化被干燥装置干燥的液滴中的材料。

该干燥装置可包含多个单独可控干燥元件，每个干燥元件与该喷嘴中的相应喷嘴对准；且该熔化装置可包含多个单独可控熔化元件，每个熔化元件与该喷嘴中的相应喷嘴对准。

该第一能量脉冲和该第二能量脉冲可各自包含多个子脉冲。

该沉积设备可进一步包含：多个贮存器，每个贮存器存储胶态悬浮液中的不同材料；以及多个打印头，每个打印头包含与该多个贮存器中的相应的贮存器流体连通的多个喷嘴。

每个打印头的喷嘴可被布置成两排或更多排，其中相邻排中的喷嘴彼此偏移。

该第一能量脉冲和该第二能量脉冲的持续时间可小于压力波从该液滴的中心行进至该液滴的边缘所需的时间。

该第二能量脉冲的时间和强度分布可被配置为具有尖锐后缘，使得材料和底层基底在被第二能量脉冲熔化之后淬火。

该至少一个打印头、干燥装置和熔化装置可包含定位装置，该定位装置被配置为在空间上将干燥装置和熔化装置中的每一个与至少一个打印头对准。

该沉积设备可进一步包含熔化控制装置，该熔化控制装置被配置为基于材料和底层基底的热性质来控制第二能量脉冲的时间和强度分布，以便将基底熔化至预定深度，同时熔化所述一个沉积液滴中的材料。