[发明专利]增材制造结构及其制造方法

说明书

一种增材制造结构及其制造方法和使用方法。可以在附接部分(240)上至少部分地打印对象(200)。附接部分可以一经打印就结合至对象。对象不需要从附接部分移除。消除了对设置打印表面(110)以容易地移除对象的需要。对象可以是平坦面板，并且可以消除使用增材制造来打印大的平坦层的需要。附接部分可以在打印之前被切割，因此在打印之后不需要执行修剪。附接部分可以由具有一种或多种选定特性的材料制成以扩展对象的功能。可以消除用于在打印之后将附接部分附接至对象的次级操作。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月11日提交的序列号为62/683,527的美国临时专利申请的优先权。明确地要求该临时专利申请的优先权，并且该临时专利申请的公开内容在此通过参引全部并入本文并用于所有目的。

技术领域

所公开的实施方式总体上涉及增材制造，并且更具体地，但非排他性地，涉及增材制造结构及其制造方法。

背景技术

也称为增材制造的三维(3D)打印是一种仅在需要的地方沉积材料的技术，因此与通常通过从块体材料(bulk material)减少或移除材料来形成部件的传统制造技术相比材料浪费明显减少。虽然最初的三维(3D)打印制品通常是模型，但通过创建可以作为更复杂系统中的功能部件——比如铰链、工具、结构元件——的3D打印制品，该行业正在快速发展。

在典型的增材制造过程中，通过在计算机控制下形成材料层来创建3D对象。对于更高级的3D打印制品出现的挑战是提供要在其上进行打印的打印表面。例如，在基于挤出沉积的3D打印过程中，打印表面需要提供适当的粘附性，使得打印表面可以足够强地粘附至被打印的3D对象，以防止3D对象在整个打印持续时间内移动。此外，打印表面通常应该允许在不损坏或污染3D对象的情况下与3D对象分离。从3D对象移除现有的打印表面通常很难且耗时。并不总是希望3D对象在移除时在3D对象上保留纹理。另外，当不同的材料需要与3D对象结合时，需要进行次级操作(例如，将第二材料结合或紧固至3D对象)。通常，次级操作需要在能够应用粘结剂或紧固件之前进行额外的预处理(例如，清洁、磨蚀和/或涂底漆)，该预处理可能耗时、引入来自人工操作的其他错误，并且对在制造期间触及3D对象提出了挑战。

用于制造大尺寸(即，通常有至少一个尺寸大于5英尺)的3D制品的增材制造可以称为大尺寸增材制造。用于大尺寸增材制造的系统(或技术)可以被称为大尺寸增材制造系统(或技术)。示例性大尺寸增材制造系统例如包括：能够从位于俄亥俄州哈里森的辛辛那提股份有限公司(Cincinnati Incorporated)获得的大面积增材制造(Big Area AdditiveManufacturing)(BAAM)100ALPHA，或者能够从位于印第安纳州戴尔的瑟姆伍德公司(Thermwood Corporation)获得的大尺寸增材制造(Large Scale AdditiveManufacturing)(LSAM)机器。使用挤出沉积来进行大尺寸增材制造的示例性系统包括BAAM100ALPHA和LSAM机器。

由于材料性能的改进和对定制大型结构的需求增加，大尺寸增材制造最近已成为研究较多、用途较广和技术进步较大的领域。例如，位于亚利桑那州凤凰城的本地汽车公司(Local Motors)是首先使用大尺寸增材制造或大尺寸挤出沉积来打印车辆的公司。然而，大尺寸增材制造也面临独特的挑战。

以较小尺寸增材制造来制造结构的方法可能不一定适用于大尺寸增材制造。尽管较小尺寸增材制造可能在设定合适的打印表面方面遇到困难，但该困难在大尺寸增材制造中会特别严重并且存在独特的挑战。例如，在小尺寸增材制造中，可以用胶棒或油漆工的胶带涂覆打印表面，这种涂覆对于大尺寸而言会是耗时的并且是不实际的。此外，在大尺寸挤出沉积过程中，珠粒的固化可能花费较长时间。因此，每个打印层可以具有各自的固化过程。另外，打印层的尺寸较大，因此相邻层之间的相对变形量较大。在相邻层之间的应力累积会是显著的。