[发明专利]多材料三维打印机

说明书

本发明公开了一种多材料三维打印设备。所公开的设备包括两个或两个以上打印站。每一打印站包括衬底、运送装置、分配装置、压实装置、打印装置、固化装置以及流化材料去除装置。所述设备还包括经由运送装置与两个或两个以上打印站连接的组装装置。该设备还包括与所述组装装置连接的一个或多个转移装置。所述设备还包括被配置为控制两个或两个以上打印站、组装装置以及一个或多个转移装置操作的计算和控制装置。

相关申请的交叉引用

本申请主张享有于2018年10月22日提交的序列号为16/167,088的美国专利申请的优先权，且该美国专利申请享有于2018年6月7日提交的、名称为“多材料3D打印机”的美国临时专利申请号为62/682,067的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明涉及用于创建具有两种或更多种材料的结构的三维打印系统以及相关的方法。

背景技术

三维打印的应用已经引起了人们对更快、更经济的制造方法的可能性的高度关注。但是，迄今为止，这一可能性基本上没有实现。绝大多数三维打印机用于制造演示零件或非功能性原型。很大程度上，大多数演示零件或非功能性原型都由塑料材料制成，选择这些材料主要是为了与打印机兼容，而不是最终部件的材料要求。高价值零件有一些值得注意的例外。例如，可以利用能量束熔化三维打印机来制造关节置换，以及利用喷射式粘合三维打印机制造的复合砂型铸造型芯。

这两种三维打印机都采用粉末床技术，但是采用了不同的方法将粉末固定到所需的构造中。两种应用都受益于使用为该应用而选择的技术材料的能力，这与为熔融成型机的熔融和固化特性或在光聚合机中的聚合特性而选择塑料相反。喷射式粘合三维打印机还受益于快速沉积整层粉末并利用高速喷墨式打印头固化所需图案的能力。喷射粘合型三维打印机最主要的限制因素在于对每一层内的单一材料的限制。

因此，需要提供一种能够利用粉末床和喷射粘合技术来解决单一材料限制的三维打印机。

发明内容

本发明提供了一种多材料三维打印设备。所提供的设备包括两个或更多个打印站。每个打印站包括衬底、运送装置、分配装置、压实装置、打印装置、固化装置和流化材料去除装置。该设备还包括经由运送装置与两个或两个以上打印站连通的组装装置。该设备还包括与所述组装装置连接的一个或多个转移装置。所述设备还包括被配置为控制两个或两个以上打印站、组装装置以及一个或多个转移装置的操作的计算和控制装置。

在本发明的一些实施例中，所述转移装置被配置为将打印层从衬底转移到至少一个构建衬底或转移到之前附着在构建衬底上的一叠打印层的打印层上。此外，所述转移装置还包括拾取组件，其包括被配置成从所述衬底上移除打印层的连接装置。在一些实施例中，连接装置包括被配置成克服将打印层保持在衬底上的力的真空装置或粘合装置。所述转移装置可包括被配置成将打印层从衬底移动到组装装置的平移装置。

在一些实施例中，流化材料去除装置包括真空装置、破坏性装置和气刀。此外，流化材料去除装置还被配置成去除沉积并压实在衬底上的所有流化材料。

在一些实施例中，固化装置被配置为提供选自IR辐射、UV辐射和电子束的至少一个辐射能量源。所述打印装置可以包括具有横跨衬底宽度的喷嘴的喷墨式打印头。在其他实施例中，打印装置包括横跨衬底宽度所需的更少喷嘴的喷墨式打印头。

在一些实施例中，压实装置包括被配置成提供振动的沉降装置以及顺应性压力带或辊中的至少一个。压实装置被配置成将流化的材料压实到至少为流化材料理论密度的40％的高密度。