[go: up one dir, main page]

TW201620719A - 製作三維物件之技術 - Google Patents

製作三維物件之技術 Download PDF

Info

Publication number
TW201620719A
TW201620719A TW104133050A TW104133050A TW201620719A TW 201620719 A TW201620719 A TW 201620719A TW 104133050 A TW104133050 A TW 104133050A TW 104133050 A TW104133050 A TW 104133050A TW 201620719 A TW201620719 A TW 201620719A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
coalescent
coalescing agent
building material
layer
microwave radiation
Prior art date
Application number
TW104133050A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI619616B (zh
Inventor
大衛Ａ 夏賓
小詹姆士Ｅ 艾伯特
Original Assignee
惠普發展公司有限責任合夥企業
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 惠普發展公司有限責任合夥企業 filed Critical 惠普發展公司有限責任合夥企業
Publication of TW201620719A publication Critical patent/TW201620719A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI619616B publication Critical patent/TWI619616B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/24—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for curing, setting or hardening
    • B28B11/241—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for curing, setting or hardening using microwave heating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
    • B28B17/0063—Control arrangements
    • B28B17/0081—Process control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/291—Arrangements for irradiation for operating globally, e.g. together with selectively applied activators or inhibitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

在一個實例中，製作三維物件之方法包括有積設一層組建材料，根據三維模型資料一份切片將聚結劑積設到該層組建材料上，以微波輻射照射聚結劑，使得聚結劑將微波輻射轉換成熱以聚結內有積設聚結劑之組建材料。

Description

製作三維物件之技術
本發明大體上係有關於製作三維物件之技術。
加性製造裝置容許以材料逐層結構化的方式製作幾乎任何三維物件，以便形成所欲三維物件。三維物件的性質可隨所用材料及所實施加性製造技術類型而變。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種製作三維物件之方法，其包含有：積設一層組建材料；根據一個三維模型資料之一份切片將一聚結劑積設到該層組建材料上；以及以微波輻射照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。
100、200‧‧‧加性製造系統
105‧‧‧加性製造裝置
110‧‧‧處理器
111、205‧‧‧資料儲存裝置
115‧‧‧聚結劑積設器
120‧‧‧電磁輻射源
210‧‧‧週邊裝置配接器
215‧‧‧網路配接器
220‧‧‧網路裝置
225‧‧‧網路
230‧‧‧組建材料積設器
300、400、500‧‧‧方法
305~315、405~420、505~525‧‧‧步驟
附圖繪示本文中所述原理之各種實例，並且屬於本說明書的一部分。所示實例僅供說明使用，並未限制請求項之範疇。
圖1為根據本文中所述原理一個實例之加性製造系統的方塊圖。
圖2為根據本文中所述原理另一實例之加性製造 系統的方塊圖。
圖3為根據本文中所述原理一個實例展示製作三維物件之方法的流程圖。
圖4為根據本文中所述原理另一實例展示製作三維物件之方法的流程圖。
圖5為根據本文中所述原理另一實例展示製作三維物件之方法(400)的流程圖。
在所有圖式中，一樣的參考數字符號指定類似但不必然完全相同的元件。
加性製造技術可透過固化鬆散或液體組建材料來產生三維物件。所製作物件的性質取決於組建材料的類型及所用固化機制的類型。
在一些實例中，組建材料係以粉末為主。將化學黏合劑或輻射響應聚結劑積設到一層粉末組建材料內以形成一層物件。另一加性製造類型使用雷射燒結。在此程序中，施加雷射以加熱組建材料。使用之雷射具有精確性，但購買及保養方面可能耗成本。另一加性製造類型涉及以一層經製作物件的形式，將組建材料擠壓到表面上。繼燒結該組建材料之後加熱經積設材料。這個程序可能相對有成本效益，但成品解析度不良，可能造成產品與需要更精確產品之一些應用不相容。
本說明書說明一種製作三維物件之方法，該三維物件係藉由積設一層組建材料、根據一份三維模型資料將 聚結劑積設到該層組建材料上、並且以微波輻射照射聚結劑來製作，使得聚結劑將微波輻射轉換成熱以聚結內有積設聚結劑之組建材料。更具體而言，在加性製造系統之組建區中展佈一層組建材料，例如粉末組建材料。接著，在該層組建材料應予固化的那些部分中積設聚結劑，以形成經製作與該層相關之物件部分。逐層重複這個程序，直到完成物件為止。
本說明書進一步說明一種包括有處理器、聚結劑積設器及微波輻射源之加性製造系統。該處理器根據三維模型資料控制該聚結劑積設器將聚結劑積設到一層組建材料上。該處理器進一步控制該微波輻射源以微波輻射照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。
本說明書亦說明一種用以產生三維物件之設備，該設備包括有聚結劑積設器、微波輻射源、處理器、以及通訊性耦合至該處理器之資料儲存裝置。該處理器執行電腦碼控制該聚結劑積設器，以根據該記憶體中儲存之三維模型資料將聚結劑量積設到一層組建材料上。組建材料對微波輻射源係呈透通。該處理器執行電腦碼控制該微波輻射源以照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之組建材料。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「聚結」一詞意指例如藉由熔化或燒結，將原來屬於鬆散或流體之組建材料固化或熔融成固體或連貫塊。在本文中所述 之一個實例中，組建材料係經聚結而使得部分無定形組建材料集結在一起形成單一團塊或一些團塊。在一個實例中，組建材料之聚結可包括有該組建材料之燒結。
另外，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「聚結劑」一詞意味著造成組建材料聚結之任何物質。在一個實例中，聚結劑可以是任何吸收輻射能的物質，使聚結劑升溫，接著將組建材料加熱到足以令組建材料聚結的程度。
再者，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「組建材料」一詞意味著鬆散或流體材料，例如粉末，所欲三維物件係經由這種材料在加性製造過程中形成。
又再者，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「一份」一語意味著用於三維物件之平面型截面的一組模型資料，該三維物件係以供取出該「份」之三維模型以電子方式來表示。
更再者，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「層」一語意味著實體、三維物件之平面型截面。在加性製造過程中，一層三維物件對應於一份三維模型資料。
又更再者，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「加性製造裝置」一詞意味著任何使用數份模型資料形成物件對應層而經由組建材料製作三維物件的裝置。
又更再者，如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，「一些」意味著任何包含有1到無無窮大之正數。
在以下說明中，為了解釋，提出許多特定細節是 為了透徹理解本案所提的系統及方法。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將會明白，即使沒有這些特定細節，也可實踐本案所提到的設備、系統及方法。本說明書中參考到「一實例」或類似語言時，意味著搭配該實例所述的特定特徵、結構或特性係如所述也包括在內，但在其他實例中可以不包括。
請參照圖1，所示係根據本文中所述原理之一個實例之加性製造系統(100)的方塊圖。加性製造系統(100)之加性製造裝置(105)可以是能夠使用數份模型資料形成物件對應層，經由組建材料製作三維物件之任何類型的加性製造裝置。
在所示實例中，加性製造系統(100)包括有加性製造裝置(105)及電磁輻射源(120)。在這項實例中，輻射源(120)係微波源。加性製造裝置(105)包括有處理器(110)及聚結劑積設器(115)。如下文將會更加細詳說明的是，系統(100)可利用處理器控制聚結劑積設器(115)，以根據所製作物件之三維模型資料，將聚結劑積設到一層組建材料上。處理器(110)接著可令輻射源(120)照射聚結劑。聚結劑將接收到的能量轉換成熱，並且在組建材料層內有積設聚結劑之部分中聚結組建材料。
處理器(110)可包括有用以自資料儲存裝置(111)取回可執行碼之硬體架構。可執行碼在由處理器(110)執行時，可令處理器(110)至少實施在基材上積設一層組建材料、以及將聚結劑積設到該層組建材料上的功能，用於得 到一些三維物件層。可執行碼亦可在由處理器(110)執行時，令處理器(110)實施以輻射源(120)照射聚結劑的功能，使得聚結劑將接收到的輻射轉換成用以聚結組建材料的熱。以聚結劑在各層中、或逐層形成所有物件層後，可照射初生物件。在執行符碼的過程中，處理器(110)可自一些剩餘硬體單元接收輸入、並且提供輸出至該等剩餘硬體單元。
聚結劑積設器(115)可以是任何能夠積設聚結劑的裝置。在一個實例中，聚結劑積設器(115)可以是壓電流體積設器或熱流體積設器。在這項實例中，流體載器可用於輸送聚結劑。這項實例中的流體可用於固結粉末組建材料，並且使聚結劑在粉末上方相對均勻地彌散，該聚結劑係積設於該粉末上。舉例而言，將聚結劑遞送到組建材料上可造成聚結劑滲入一層組建材料。舉例而言，滲透程度可取決於遞送劑量、組建材料性質、劑性、界定三維物件之三維資料、以及其他因素。
如上述，在所示實例中，輻射源(120)可提供微波輻射至聚結劑。微波輻射之能量可基於用於產生三維物件之材料類型、以及用於產生三維物件之程序來調整。微波能量之性質可基於所用聚結劑之性質來選擇。
舉例而言，施加輻射的時間長度可取決於輻射源的特性；組建材料的特性；聚結劑的特性、或以上的組合。所用輻射源的類型可取決於組建材料的特性及聚結劑的特性。
在所示實例中，組建材料對微波能量呈實質透通，意味著微波能量不會在組建材料中明顯生熱。所以，聚結組建材料所需的溫度會難以或不可能透過施加微波或電磁能達到。
組建材料可以是粉末式材料，例如包含有微粒或顆粒化材料之乾或濕粉末式材料。舉例來說，組建材料可以是陶瓷粉末或玻璃粉末，例如氧化鋁(Al2O3)或鋁土。替代地，組建材料可以是金屬氧化物，例如氧化鈦(TiO2)。組建材料亦可以是以上一或多項實例之組合。這些實例非意欲作為限制。本說明書思忖著使用適用於本系統且適用於搭配本文中所述方法使用的其他組建材料。
舉例而言，聚結劑可以是碳黑、石墨、金屬奈米粒子，奈米玻璃、奈米氧化物、填充劑、鐵氧體或以上的組合。一般而言，聚結劑可以是任何能夠藉由輻射加熱的物質，以便將施加的熱用來聚結內有積設該聚結劑之組建材料。可混合或添加不同聚結劑以修改所生成聚結劑的性質。可包括有其他添加物以便控制活化組建材料中聚結劑所需輻射能的量。可添加一些組分至聚結劑，以便改變所產生三維物件的物件性質，例如顏色、紋理及重量，其他性質也可包括在內。
可在x-y網格中掃描聚結劑積設器(115)以視需要在組建區中的一層組建材料上方積設聚結劑。替代地，聚結劑積設器(115)可與內有積設一層組建材料之組建區同寬，並且僅可順著一個方向在組建區上方掃描。這與傳統 列印中的掃描列印頭及頁寬陣列(page-wide array)類似。
如說明，組建材料係經加熱以便因聚結劑所產生的熱而聚結，該熱係來自於接收自輻射源(120)的輻射。在此程序中，聚結劑可提供所有用以聚結組建材料的熱。替代地，聚結劑可在積設前先加熱，使得熱的初始量係經由施加聚結劑由組建材料所接收。依此作法，接著需經由輻射產生的熱可以較少，該輻射係提供至聚結劑以聚結組建材料。
未聚結之層中的組建材料可用於對未用組建材料的其他區域提供隔熱。未用組建材料亦可對形成之三維物件提供機械性支撐。
圖1雖然是將輻射源(120)展示為與加性製造裝置(105)分離，但將輻射源(120)併入加性製造裝置(105)也是可以的。輻射源(120)與加性製造裝置(105)若分離，輻射源可以是微波爐。在此一實例中，可將各層組建材料及聚結劑積設到如三維模型資料所界定的粉末床上。這些層一旦全都積設完成，整體粉末床可移離加性製造裝置(105)並置於微波爐中。微波爐可令初生物件的所有層同時經受微波能量，造成聚結劑升溫且組建材料聚結，若有需要，組建材料可聚結成所欲物件。
輻射源(120)若併入加性製造裝置(105)，輻射源(120)可包含有微波發射器。在這項實例中，隨著粉末床上積設各層組建材料，聚結劑積設到該層組建材料上，而且輻射源(120)照射該層以在隨後形成物件層之前先聚結組建 材料。
在一個實例中，輻射源(120)可同時包含有如上述的微波爐及微波發射器。在操作過程中，組建材料可在粉末床上積設，而且聚結劑可積設到組建材料上。在這項實例中，微波發射器可初始熔融組建材料，準備要置放於微波爐中。用於初始熔融組建材料之微波能量可以是比用於完全聚結組建材料相對更低的能量。各層一旦如上述積設且熔融完成，整體粉末床便可移離加性製造裝置(105)並置放於微波爐中。微波爐接著可令整體初生物件經受微波能量，造成聚結劑升溫且組建材料完全聚結成所欲物件。
圖2為根據本文中所述原理另一實例之加性製造系統(200)的方塊圖。系統(200)可包含有輻射源(120)、以及如以上參照圖1所述包含有處理器(110)及聚結劑積設器(115)之加性製造裝置(105)。在圖2中，加性製造裝置(105)可更包含有週邊裝置配接器(210)、資料儲存裝置(205)、網路配接器(215)、經由網路(225)連線至加性製造裝置(105)之網路裝置(220)、以及組建材料積設器(230)。
資料儲存裝置(205)可儲存資料，例如藉由處理器(110)或其他處理裝置執行的可執行程式碼。如將要論述的是，資料儲存裝置(205)可特定儲存電腦碼，該電腦碼代表一些經處理器(110)執行以至少實施本文中所述功能的應用程式。
加性製造裝置(105)中的硬體配接器(210,215)使處理器(110)能夠與各種其他硬體元件介接，這些硬體元件 可以在加性製造裝置(105)的外部也可以在內部。舉例來說，週邊裝置配接器(210)可對輸入輸出裝置提供介面，舉例而言，例如顯示裝置、滑鼠、鍵盤。週邊裝置配接器(210)亦可提供存取權予諸如外部儲存裝置等其他外部裝置、一些舉例而言諸如伺服器、開關與路由器等網路裝置、用戶端裝置、其他類型的運算裝置、以及以上的組合。
網路配接器(215)可對例如網路(225)內的其他運算裝置提供介面。這可啟用加性製造裝置(105)與網路內其他裝置間的資料傳輸，特別是物件模型資料。網路(225)可以是任何類型之足以將諸如加性製造裝置(105)與網路裝置(220)等兩個裝置通訊性耦合在一起的網路。網路(225)可以是內部網路、網際網路或外部網路，也可以是其他種網路。
組建材料積設器(230)可以是任何類型之能夠施加一層組建材料到粉末床上的裝置。特定組建材料層之厚度可取決於為了形成三維物件所要施加之聚結劑及輻射能的量。在一個實例中，這層組建材料的厚度可以是1微米至5毫米厚。在另一實例中，這層組建材料之厚度可以是1微米至200微米厚。於再另一實例中，這層組建材料之厚度可以是50微米至150微米厚。在又另一實例中，組建材料的厚度約100微米厚。
圖3為根據本文中所述原理一個實例展示製作三維物件之方法的流程圖。本方法(300)可始於積設(步驟305)一層組建材料。組建材料可積設(步驟305)到基材上，例如與加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)相關的粉末床。在一 個實例中，粉末床可順著x方向、y方向及z方向移動，以便有助於根據三維模型資料積設聚結劑。在另一實例中，工作台在聚結劑積設器(第1圖之115；第2圖之115)相對於粉末床移動時可維持靜置。在又另一實例中，粉末床及聚結劑積設器(第1圖之115；第2圖之115)各可順著x方向、y方向、z方向或以上的組合彼此相對移動。如以下將會論述的是，為了使組建材料一經施加微波能量便聚結，可將整體工作台移離加性製造裝置(第1圖之105；第2圖之105)並插入微波爐。
本方法(300)可持續將聚結劑積設(步驟310)到這層組建材料上。如上述，聚結劑係置於組建材料根據三維模型資料發生聚結的部分上。
在一個實例中，可藉由在組建材料上的任何給定點置放相對大量或相對少量的聚結劑，完成自聚結劑至組建材料的能量控制。這可用至少三種作法來進行。
第一，聚結劑積設器(115)可具有彌散於流體載器中之聚結劑的供應器。該載器及聚結劑有更大量或更大體積係積設到組建材料內所欲聚結程度更高處。
第二，聚結劑積設器(圖1之115；圖2之115)可具有一些不同的貯器或供應器，於各貯器或供應器中，聚結劑係以不同稀釋度彌散於流體載器中。因此，若需要的聚結活性強，積設的聚結劑便更濃，彌散於載器流體單位體積中的聚結劑相對大量。接著，若想要的聚結活性較低，來自不同貯器之聚結劑所用的濃度便更低。較低濃度的聚 結劑每單位體積之流體載器會有較少量的聚結劑。可提供不同稀釋度範圍之聚結劑以容許系統對所製作物件不同部分中的聚結活化度有更大的控制能力。
第三，聚結劑積設器(圖1之115；圖2之)可在組建材料上積設已知濃度之聚結劑。在這項實例中，聚結劑積設器(圖1之115；圖2之115)所積設聚結劑的量可藉由使聚結劑積設器(圖1之115；圖2之)在任何給定區域上方通過一些次數、並且每次都積設聚結劑來改變。
本方法(300)可持續以來自輻射源(圖1之120；圖1之120)的微波能量照射(步驟315)聚結劑，使得聚結劑將接收到的輻射轉換成熱，以在積設有聚結劑的部分中聚結組建材料。在一個實例中，三維物件的各層可存在聚結劑之照射(步驟315)。在這項實例中，系統(圖1之100；圖2之200)可積設(步驟305)一層組建材料、積設(步驟310)聚結劑、然後照射(步驟315)聚結劑。
在另一實例中，所有份之三維物件全都可藉由積設(步驟305)組建材料層並積設(步驟310)聚結劑到各層組建材料上來組合。在以組建材料及聚結劑形成多個層或所有層之後，這多個層可使用輻射源(圖1之120；圖2之120)一起照射(步驟315)。在這項實例中，可將包含有該等組合層且與加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)相關的粉末床遞送到微波爐內以供輻射之施加(步驟315)。
輻射源(圖1之120；圖2之120)可發射任何類型之足以造成組建材料聚結的輻射，首先是加熱聚結劑，藉此 令來自聚結劑的熱聚結組建材料。產生的熱可足以將組建材料加熱到超過其熔點、或加熱至適合令組建材料軟化且粘合的溫度。來自上已遞送或滲透有聚結劑之一部分組建材料的輻射能施加期間所吸收的熱，可傳播至組建材料先前固化部分，造成該部分有一部分升溫到高於其熔點。這種效應可有助於產生在相鄰固化組建材料層之間具有強層間粘合的部分。
圖4為根據本文中所述原理另一實例展示製作三維物件之方法(400)的流程圖。本方法(400)可始於積設(步驟405)一層組建材料。組建材料可如上述使用組建材料積設器(230)積設到粉末床上。在一個實例中，粉末可以是包含有開頂盒結構之粉末床，該開頂盒結構超出待列印三維物件的幾何尺寸。在一個實例中，開頂盒可提供足以在列印期間持固組建材料及聚結劑的包殼。
本方法(400)可根據一份三維物件持續將聚結劑積設(步驟410)到這層組建材料上。在一個實例中，第一層組建材料及聚結劑中表示第一份三維模型資料；兩者皆積設(步驟410)到床體上。連續多份之三維模型資料各由一層組建材料及聚結劑來代表。這些層個別積設(步驟410)到床體內。
本方法(400)可繼續進行，以微波輻射照射(步驟415)該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。在一個實例中，第一層聚結劑及組建材料照射完成後，三維模型資料可更包含有 數份或數部分待於三維物件上表示的資料。因此，本方法(400)可判斷(步驟420)所有份之三維模型資料是否都已藉由積設組建材料及聚結劑在三維物件中表示。三維模型資料若非所有部分都已在三維物件(判斷步驟420結果為否)表示，則本方法(400)使用組建材料積設器(230)積設(步驟405)一層上述組建材料、積設(步驟410)聚結劑到經積設組建材料上、並且以輻射源照射(步驟415)聚結劑，使得聚結劑將接收到的輻射轉換成熱，以至少在組建材料內有積設聚結劑的部分中聚結組建材料。
本方法(400)可持續，直到三維模型資料的所有部分都已在所產生三維物件中表示。依照這種方式，各份三維模型資料係由組建材料及聚結劑的各別層來代表。
在一個實例中，本方法(400)可在產生三維物件期間於兩個不同週期使用兩種輻射能位準來進行。在這項實例中，只要有積設(步驟410、415)組建材料及聚結劑之一量的地方，都施加第一輻射能位準至已積設的部分。在這項實例中，組建材料有一些可部分聚結。組建材料及聚結劑的後續層可根據三維模型資料來添加，而且可對所施加各層進行類似的選擇性及部分聚結。依此作法，相對機械穩定結構可置放於輻射爐中施加第二更高輻射能位準以完全聚結三維物件處。這項例示方法隨著物件從加性製造裝置移動至例如爐具，在三維物件中提供相對更大的穩定性。
如上述，本方法(400)可包括有在施加輻射前先將三維物件的所有層分層形成、分層形成時施加輻射至個別 多份切片、產生多個個別部分時施加輻射至三維物件的那些個別部分、在產生三維物件且未完全完成組建材料聚結期間施加強度相對低之輻射至聚結劑、以及所有層積設完成後施加強度相對較高(高於該低強度)之輻射。可將任何組合中這些程序的任何排列用於達成所產生三維物件之特定性質或特性。
圖5為根據本文中所述原理另一實例展示製作三維物件之方法(500)的流程圖。本方法(500)可始於使用組建材料積設器(230)如上述在基材上積設(步驟505)一層組建材料。再如上述，該層組建材料代表三維物件之一份切片的三維模型資料產生處的實體空間。對於三維物件之一些部分，可接著將聚結劑積設(步驟510)到這層組建材料上。在這裡，聚結劑之積設(步驟510)係由至少一部分或一份切片的三維模型資料來界定。每當積設聚結劑時，來自輻射源(圖1之120；圖2之120)一經施加，便可形成三維物件之一部分。
本方法(500)可持續照射(步驟515)聚結劑，使得聚結劑將接收到的輻射轉換成熱，以在積設有聚結劑的部分中聚結組建材料。在這項實例中輻射之來源係第一微波輻射源，該第一微波輻射源提供相對較低強度的輻射至聚結劑，使得組建材料在施加之後未完全聚結。該較低強度可藉由調整輻射源之功率、或調整聚結劑經受輻射的時間來完成。
本方法(500)接著可判斷(步驟520)所有部分之三 維模型資料是否都已藉由積設組建材料及聚結劑在三維物件中表示。三維模型資料若非所有部分都已在三維物件(判斷步驟520結果為否)表示，則本方法(500)使用組建材料積設器(230)積設(步驟505)一層上述組建材料、根據一份三維物件之切片積設(步驟510)聚結劑到經積設組建材料上、並且如上述以第一輻射源照射(步驟515)聚結劑。三維模型若所有部分都已在三維物件中表示(判斷步驟520的結果為是)，則程序繼續進行，照射(步驟525)三維物件使得組建材料完全聚結。本程序可使用第二輻射源令三維物件經受相對較高輻射能來完成。這使得三維物件完全聚結。在一個實例中，第二輻射源與第一輻射源可具體實現為相同裝置，而此裝置提供兩種不同強度的輻射能。在另一實例中，第一輻射源可位於加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)上，而第二輻射源係不同爐型之輻射源，其中部分聚結之三維物件係從加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)輸送至爐具。在一個實例中，三維物件自加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)至爐具之輸送係藉由將組建材料床體移離加性製造裝置(圖1之105；圖2之)並置入輻射爐來完成。
本案系統(100、200)及方法(300)之態樣在本文中係根據本文中所述原理之實例，參照方法、設備(系統)及電腦程式產品之流程圖例示及/或方塊圖來說明。流程圖例示及方塊圖之各方塊、以及流程圖例示及方塊圖中方塊之組合可藉由電腦可用程式碼來實施。可提供電腦可用程式碼至通用電腦、特殊用途電腦、或其他可規劃資料處理設備 之處理器以產生機器，使得該電腦可用程式碼在經由例如加性製造裝置(圖1之105；圖2之105)或其他可規劃資料處理設備之處理器(圖1之110；圖2之110)執行時，實施流程圖及/或方塊圖一或多個方塊中規定的功能或動作。在一個實例中，電腦可用程式碼可在電腦可讀儲存媒體內具體實現；該電腦可讀儲存媒體係電腦程式產品的一部分。在一個實例中，電腦可讀儲存媒體係非暫時性電腦可讀媒體。
具體而言，電腦可用碼可包含有用以在藉由處理器執行時，引導組建材料積設器於基材上積設一層組建材料、引導聚結劑積設器對多份三維物件切片積設聚結劑到該層組建材料上、以及引導輻射源照射該聚結劑，使得該聚結劑將接收到的輻射轉換成熱，並且在內有積設聚結劑之部分中聚結組建材料。
本說明書及圖式說明製作三維物件。一種三維物件製作方法包含有積設一層組建材料到表面上、積設聚結劑到該材料上、並且照射足以造成組建材料聚結之聚結劑。這樣產生三維物件可具有一些優點，包括有前述施加接著劑至組建材料或材料。在這種狀況中，非聚結三維物件經受諸如微波爐等輻射源之前，不需要先將過剩組建材料移除。另外，聚結程序期間在組建材料床體中留下此結構，可對產生之物件提供附加支撐。另外，使用微波輻射加熱聚結劑所用到的能量少於其他加性製造程序所用能量的1/3。又再者，本方法以大約1/10的加性製造程序時間產生品質相對較好的三維物件。舉一附加效益來說，所用組 建材料更可當作未曾施加聚結劑之絕緣材料。
已介紹前述說明以描述並說明所述原理的實例。此說明非意欲徹底囊括全部態樣，或將這些原理限定於所揭示的任何精確形式。鑑於以上教示，許多修改及變化是有可能的。
300‧‧‧方法
305~315‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種製作三維物件之方法，其包含有：積設一層組建材料；根據一個三維模型資料之一份切片將一聚結劑積設到該層組建材料上；以及以微波輻射照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。
  2. 如請求項1之方法，其中該組建材料對該輻射係實質透通。
  3. 如請求項1之方法，其中照射該聚結劑包含有：以一第一微波輻射照射該聚結劑，而在以一第二相對較強微波輻射照射該聚結劑以完全聚結該組建材料前，先部分聚結該組建材料。
  4. 如請求項3之方法，其中各個組建材料層中之該聚結劑係以該第一微波輻射來照射，而且所有該等組建材料層中之該聚結劑係以該第二微波輻射同時照射。
  5. 如請求項1之方法，其中各層組建材料中之該聚結劑係於積設組建材料與聚結劑之一接續層之前先行照射。
  6. 如請求項1之方法，其中在照射該等層前，先對整體三維物件積設各層組建材料中之該聚結劑。
  7. 如請求項1之方法，其中該組建材料包含有陶瓷、玻璃及金屬氧化物中任何一者。
  8. 如請求項1之方法，其中該聚結劑包含有碳黑、石墨及 金屬奈米粒子中任何一者。
  9. 一種加性製造系統，其包含有：一加性製造裝置，其包含有：一處理器；以及一聚結劑積設器；以及一微波輻射源；該處理器用以根據三維模型資料控制該聚結劑積設器將一聚結劑積設到一層組建材料上；以及該處理器用以控制該微波輻射源以微波輻射照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。
  10. 如請求項9之系統，其中該處理器控制該積設器及該輻射源，在照射該聚結劑前，先將該聚結劑積設到用於整體三維物件之各層組建材料上。
  11. 如請求項9之系統，其中該組建材料包含有陶瓷粉末。
  12. 一種用以產生三維物件之設備，其包含有：一聚結劑積設器；一微波輻射源；一處理器；以及通訊性耦合至該處理器之一資料儲存裝置；該處理器用以執行電腦碼控制該聚結劑積設器，以根據該資料儲存裝置中儲存之一三維模型資料將一數量之聚結劑積設到一層組建材料上，該組建材料對該微波輻射源係呈透通；以及 該處理器用以執行電腦碼控制該微波輻射源以照射該聚結劑，使得該聚結劑將該微波輻射轉換成熱以聚結內有積設該聚結劑之該組建材料。
  13. 如請求項12之設備，其中該組建材料包含有陶瓷、玻璃及金屬氧化物中任何一者。
  14. 如請求項12之設備，其中該聚結劑包含有碳黑、石墨及金屬奈米粒子中任何一者。
  15. 如請求項12之設備，其中在照射該等層前，先對整體三維物件積設各層聚結劑及組建材料。
TW104133050A 2014-10-08 2015-10-07 製作三維物件之技術 TWI619616B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
??PCT/US14/59744 2014-10-08
PCT/US2014/059744 WO2016057034A1 (en) 2014-10-08 2014-10-08 Fabricating a three-dimensional object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201620719A true TW201620719A (zh) 2016-06-16
TWI619616B TWI619616B (zh) 2018-04-01

Family

ID=55653479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104133050A TWI619616B (zh) 2014-10-08 2015-10-07 製作三維物件之技術

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10478994B2 (zh)
EP (1) EP3204216A4 (zh)
CN (1) CN107073824B (zh)
TW (1) TWI619616B (zh)
WO (1) WO2016057034A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI649139B (zh) * 2016-07-26 2019-02-01 惠普發展公司有限責任合夥企業 三維列印技術

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016118151A1 (en) * 2015-01-23 2016-07-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Susceptor materials for 3d printing using microwave processing
BR112018072035A2 (pt) * 2016-05-12 2019-02-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. dissipadores de calor de impressão 3d
WO2018006950A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Hewlett-Packard Development Company L.P. Setting printing distances
EP3609676A4 (en) * 2017-07-10 2020-12-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. DETERMINATION OF GROUNDS FOR DISTRIBUTION FOR PARTS OF OBJECT
US11872757B2 (en) * 2018-10-30 2024-01-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microwave energy emitters with tips
JP2022512964A (ja) * 2018-11-06 2022-02-07 ユティリティ グローバル，インコーポレイテッド 燃料電池を製造し、その構成要素を処理する方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
CA2124093C (en) 1994-03-31 2001-04-17 Prasad S. Apte Microwave sintering process
GB0103754D0 (en) 2001-02-15 2001-04-04 Vantico Ltd Three-dimensional structured printing
US6780368B2 (en) * 2001-04-10 2004-08-24 Nanotek Instruments, Inc. Layer manufacturing of a multi-material or multi-color 3-D object using electrostatic imaging and lamination
US20060292709A1 (en) 2003-02-28 2006-12-28 Japan Science And Technology Agency Method for fabricatiing three-dimensional microstructure by fib-cvd and drawing system for three-dimensional microstruture
EP1459871B1 (de) * 2003-03-15 2011-04-06 Evonik Degussa GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Mikrowellenstrahlung sowie dadurch hergestellter Formkörper
DE10356193A1 (de) 2003-03-15 2004-09-23 Degussa Ag Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Mikrowellenstrahlung
DE102004020452A1 (de) 2004-04-27 2005-12-01 Degussa Ag Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels elektromagnetischer Strahlung und Auftragen eines Absorbers per Inkjet-Verfahren
US20070241482A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-18 Z Corporation Production of three-dimensional objects by use of electromagnetic radiation
US20090014919A1 (en) 2007-07-13 2009-01-15 Advanced Ceramics Manufacturing Llc Aggregate-based mandrels for composite part production and composite part production methods
US8470231B1 (en) * 2009-06-01 2013-06-25 Stratasys Ltd. Three-dimensional printing process for producing a self-destructible temporary structure
DE102011075544A1 (de) * 2011-05-10 2012-11-15 Evonik Röhm Gmbh Mehrfarbiger Fused Deposition Modeling Druck
FR2984779B1 (fr) 2011-12-23 2015-06-19 Michelin Soc Tech Procede et appareil pour realiser des objets tridimensionnels

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI649139B (zh) * 2016-07-26 2019-02-01 惠普發展公司有限責任合夥企業 三維列印技術
US11167374B2 (en) 2016-07-26 2021-11-09 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional (3D) printing

Also Published As

Publication number Publication date
EP3204216A4 (en) 2018-07-11
WO2016057034A1 (en) 2016-04-14
EP3204216A1 (en) 2017-08-16
US20170246761A1 (en) 2017-08-31
CN107073824B (zh) 2020-05-19
CN107073824A (zh) 2017-08-18
US10478994B2 (en) 2019-11-19
TWI619616B (zh) 2018-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201620719A (zh) 製作三維物件之技術
EP3116670B1 (en) Forming a three dimensional object
RU2650167C2 (ru) Формирование трехмерного объекта
CN108076636B (zh) 具有加热装置的增材制造装置
JP6390108B2 (ja) 焼結造形材料、焼結造形方法、焼結造形物および焼結造形装置
CN109070455B (zh) 用于生成地制造三维物体的方法和装置
EP3116706B1 (en) Sintering particulate material
US9011982B2 (en) Method for a layer-wise manufacturing of a three-dimensional object
US20100323301A1 (en) Method and apparatus for making three-dimensional parts
JP5714552B2 (ja) 三次元素地品を生産する方法
EP3237181A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von 3d-formteilen mittels schichtaufbautechnik
KR20160091329A (ko) 슬립을 이용하는 3ｄ 프린팅 방법
CN104470703A (zh) 用于分层地制造三维物体的装置和方法
Song et al. Porous structure fabrication using a stereolithography-based sugar foaming method
TW201637827A (zh) 用於從無機材料製作透明３ｄ部件的積層製造處理
CN107835737A (zh) 用于制备三维物体的方法和装置
US20160279872A1 (en) Process for the Accelerated Production of Objects by Means of Generative Manufacturing
JP2013022964A (ja) 三次元の物体を層状に製造するための装置と方法、ポリマー粉末及びモールド
CN107283829A (zh) 一种紫外点光源的高精度选区激光烧结方法及装置
JP2010184412A (ja) 積層造形用樹脂粉末
EP2918359A1 (en) Sintering particulate material
EP2263861A1 (en) Method and apparatus for making three-dimensional parts
Niese et al. Laser-based generation of conductive circuits on additive manufactured thermoplastic substrates
US20170368745A1 (en) 3d printing process augmentation by applied energy
DE102015216583A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur und Vorrichtung hierzu

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees