[发明专利]用于纤维增强添加制造的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2013年6月5日提交的美国临时申请序列号61/831,600、2013年7月17日提交的美国临时申请序列号61/847,113、2013年9月15日提交的美国临时申请序列号61/878,029、2013年9月24日提交的美国临时申请序列号61/881,946以及2013年11月10日提交的美国临时申请序列号61/902,256的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本申请是中国专利申请第201480044287.6号的分案申请，第201480044287.6号的专利申请其申请日是2014年6月5日，发明名称是“用于纤维增强添加制造的方法”。

技术领域

一些方面涉及三维打印。

背景技术

“三维打印”作为一种技术包括多种方法，例如立体光刻法(Stereolithography，SLA)和“熔丝制造(Fused Filament Fabrication，FFF)。SLA产生高分辨率零件，其通常不是耐用的或UV稳定的，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丝珠粒。

“复合铺层(Composite Lay-up)”通常与三维打印无关。在这个技术中，将织物的预浸(“prepreg”)复合片用树脂粘合剂浸渍成二维图案。然后将一个或多个独立片铺层成模型并且加热以使结合树脂液化并且使最终零件固化。

“复合丝缠绕”也通常与三维打印无关。在这个技术中，包括数千个独立碳线束(carbon strand)的粘性“丝束(tow)”缠绕在常规心轴上以形成旋转对称零件。丝缠绕通常限于凸形，因为拉紧的丝“桥接”了任何凹形。

没有提供复合铺层或复合丝缠绕的益处的商业化或实验三维“打印”技术。

发明内容

根据本发明的第一个形式，用于添加制造(additive manufacturing)零件的步骤的一种组合包括：供应未熔无空隙纤维增强复合丝(unmelted void free fiber reinforced composite filament)，其包括在丝的基质材料内延伸的一个或多个轴向纤维线束(fiber strand)，在基质材料内不具有大量空气间隙。未熔复合丝沿着阻止丝屈曲的间隙配合区以进给速率进给，直至丝到达喷管(nozzlet)的屈曲部分(即，与零件相对的喷管末端，任选地在喷管端和零件之间具有丝直径或更小的间隙)。尤其是在横向压力区(transverse pressure zone)，将丝加热到高于基质材料的熔化温度的温度以熔化间隙地在丝内部的基质材料。随着纤维增强复合丝以结合排(bonded rank)沉积到零件上，利用熨烫唇(ironing lip)向纤维增强复合丝的熔化的基质材料和一个或多个轴向纤维线束施加熨烫力。在这种情况下，熨烫唇以在熨烫唇和零件之间的纤维增强复合丝中维持中性至正性张力的打印速率与零件相邻着平移，这种中性至正性(即，无张力至有一些张力)张力小于将结合排与零件分离所需的张力。

根据本发明的第二个形式，用于添加制造零件的步骤的另一种额外的或替代的组合包括上述供应步骤，以及纤维增强复合丝以进给速率进给。将丝类似地加热，特别是在横向压力区。将复合丝的熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束穿线(threaded)(例如，以未熔状态通过加热的打印头)以接触横向压力区中的零件。该横向压力区相对于并且相邻着零件以打印速率平移，以将丝末端(包括纤维和基质)带到熔化位置。丝末端可任选地变形或弯曲以到达该位置。在熔化位置，基质材料间隙地在丝内部熔化。