[发明专利]一种通过增材制造生产零件的方法和设备

说明书

本发明涉及一种增材制造方法和设备。用于实现该方法的设备(1)包括至少一个沿着X轴和/或Y轴移动的打印头(2)、用于材料进料的至少一个电机(3)和用于容纳接收材料的接收表面(10)的单元(9)。所述单元(9)的形式为具有至少第一和第二结构元件(12.11)，和用于沿着Z轴移动的转移设备(13)，其中至少一个第二结构元件(11)的一侧紧固到移动装置(13)，相反的另一侧可移动地连接到至少一个第一结构元件(12)，其绕X轴可旋转，接收表面(10)安装在第一结构元件(12)上，即绕z轴可旋转，所述单元(9)包括用于围绕X轴旋转所述第一结构元件(12)的至少一个电机(17)和用于围绕Z轴旋转所述接收圆柱表面(10)的至少一个电机(18)。本发明的技术效果是提高了所生产物品的坚固性。

技术领域

本发明涉及通过材料分层(layerwise)应用的方式，以数字模型为基础的分层物体生产技术，尤其在使用增材工艺生产3D物体时可以使用。

背景技术

熔融沉积建模(Fuse Deposition Modeling，FFF/FDM)是目前广泛使用的增材3D分层打印工艺之一。FDM过程包括以下阶段：将3D数字模型分成多个薄平面层并为每个这样的层的生产进行编译程序，该程序包括多个打印头的随着材料的进料的线性运动。每一层的生产程序的总和作为一个整体合并到物体生产程序中，并发送到添加生产系统，该系统基于该程序以分层的方式创建物体。每一层都涂覆于前一层，直到物体完全构建。辅助材料可用于支撑物体的悬垂元件(overhaning elements)。

已经存在了基于流体(热塑性)材料挤压在平面工作表面(基体)上的分层生产物体的三维物体增材制造的系统和方法。用于建模的材料通过挤压头携带的挤压型喷嘴挤出，并在X-Y平面中以轨迹序列的形式涂覆在基体上。挤压的建模材料因为温度下降而熔化和硬化。然后沿着z轴(垂直于X-Y平面)增加挤压头相对基体的位置，然后重复该过程，形成类似数字表示的3D模型(例如，专利US2013224423，发布日期29.08.2013,STRATASYSINC.)。

尽管关于分层生产的已知方法可以形成三维物体，但是由于聚合物的层间结合不如层内结合有效，垂直方向的产物强度(product strength)与水平方向的产物强度相当，因此存在局限性。

为了解决这个问题，创建了将材料涂覆到圆柱形工作(接收)表面上的增材工艺。

因此，已知3D打印机包括一个围绕其自身轴旋转的接收圆柱表面和配置为将材料涂覆到所述表面的涂覆器(applicator)，其中涂覆器和接收圆柱表面在与旋转轴横向的方向上相对移动。作为3D打印机的一部分的控制器接受物体生产程序，该指令以沿着每个3D打印机轴的多个线性(或角度)运动的形式表示。在该过程中，控制器协调接收圆柱形表面的旋转，涂覆器相对于涂覆器的材料涂覆的过程进行偏移；打印头和产生的物体沿着所述元件同时运动，从而形成三维(弯曲)的材料层。通过3D打印机对这些不同形状的层进行连续涂覆，就形成了一个物体(专利US2012165969А1，发布日期28.06.2012，Zydex PtyLtd.)

根据已知的解决方案，生产方法包括基于物体的3D模型确定设备的物体生产程序；所述程序包括必须由设备按序涂覆的材料的多个弯曲层。该程序被发送到打印设备，通过平面层将材料涂覆到接收圆柱形表面上。

Zydex Pty Ltd.的工艺的缺点之一，是该工艺包括高劳动量和有限数量的可能物体形状，因为必须在预制的接收圆柱表面上进行印刷，接收圆柱表面成为物体的一部分，该接受圆柱需要进一步的机械加工或必须通过某种手段去除。尽管以这种方式印刷的物体由弯曲层组成，但是由于每个层仍由短的材料线组成，因此它不会获得额外的强度。