[发明专利]采用选择性液体冷却的增材制造

说明书

一种通过选择性冷却液化热塑性材料来增材制造零件的方法。

技术领域

本发明涉及增材(additive)制造方法。

背景技术

众所周知，很难用工程热塑性塑料以高速和高分辨率来进行增材制造。FDM(熔融沉积成型)增材制造已开始使用工程聚合物进行生产制造，但对于高分辨率零件的生产速度较低。FDM机器通过使用更大的挤出喷头可以打印得更快，从而改善了速度难题，但仍存在零件分辨率较低的问题。使用光固化聚合物的DLP(数字光处理)增材制造在提高高分辨率的制造速度方面显示出很大的前景，但是其聚合物成本对于生产制造来说太高，并且聚合物在光的作用下可能会降解。所有现有的增材制造技术都利用激光、辐射、光等向液体中添加能量以使其聚合。

发明内容

本发明试图通过选择性冷却液化热塑性塑料层来高速制造高分辨率零件，从而解决现有技术提出的挑战。本发明与现有技术的不同之处在于，本发明从液体聚合物中移除能量以使其固化。

根据本发明的一实施例，将加热的液化热塑性塑料连续层放置在具有热交换元件阵列或与热交换元件阵列接触的构建托盘中，可以选择性地且独立地加热和冷却每个热交换元件。这些元件利用珀尔帖热电效应在冷模式和热模式之间快速操作。珀尔帖型热/冷接头是可用作这些元件的装置一个示例。目前，工业上可以在小至3mm²的电池中使用这些接头。珀耳帖P和N接头“小球具有最小的操作单元尺寸，目前可以生产到几分之一毫米，并且预期薄膜设计将很快使创建以微米为单位的热/冷区域成为可能。这将使本发明的打印分辨率超过当今最好的DLP打印机。

在根据本发明的方法的第一步中，将一层热塑性塑料放置在构建托盘中，并使阵列中的所有元件都加热构建托盘，以液化其上方的和与其接触的热塑性塑料层。然后将冷却的压盘降低到液化的热塑性塑料上，从而在加热/冷却元件阵列和压盘之间形成液体界面。然后控制加热/冷却元件阵列，以仅冷却将要形成零件的元件。这会使所选区域内的热塑性塑料冷却，直到其固化形成待制造零件的第一层，然后融合到冷却的压盘上。然后将加热/冷却元件阵列加热以在新固化的第一层的底部液化非常薄的一层冷却的热塑性塑料层，使得冷却和固化的第一层随着压盘的升高和托盘被重新填充液态热塑性塑料而从构建托盘释放。压盘上留下待形成零件的第一层。然后，压盘降低到比热塑性塑料的液化层稍高一点的位置上。然后可以在前一个冷却层的下侧形成新的层。该过程逐层继续，直到形成完整的零件。

本发明可用于利用几乎任何可从液相到固相(包括从水到冰)变化的材料来制造物体。

附图说明

本发明优选实施例的具体实施方式参考附图，其中：

图1是根据本发明实施例的设备平面图。

图2a是图1所示设备的剖视图。

图2b是根据本发明实施例的涂覆工艺的示意图，其中构建托盘填充有一定体积的液态热塑性塑料。

图3是图1和图2所示设备的剖视图，其中构建托盘填充有液化热塑性塑料薄膜。

图4是图1-3的设备的剖视图，其中部分热塑性塑料被冷却和固化，形成零件的第一层。

图5a是图1-4所示设备的剖视图，其中托盘的底部有一薄层液化热塑性塑料，从而当压盘(platen)升高时，允许零件的第一固化层从构建托盘中释放。

图5b是根据本发明一个实施例的再涂覆过程的示意图，其中，构建托盘中重新填充有一定体积的热塑性塑料。

图6是图1-5所示设备的剖视图，其中压盘额外有升高，仍然保持住零件的第一层，并且构建托盘中重新填充有另一体积的液态热塑性塑料，以形成零件的后续层。

图7是图1-6所示设备的剖视图，其中构建托盘中的第二体积的液态热塑性塑料的一部分被冷却和固化，以形成零件的第二层。