CN102066072A - 用金属基合金构建三维物体的系统和方法 - Google Patents

用金属基合金构建三维物体的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102066072A
CN102066072A CN200980123984XA CN200980123984A CN102066072A CN 102066072 A CN102066072 A CN 102066072A CN 200980123984X A CN200980123984X A CN 200980123984XA CN 200980123984 A CN200980123984 A CN 200980123984A CN 102066072 A CN102066072 A CN 102066072A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
metal substrate
temperature
structure chamber
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN200980123984XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102066072B (zh
Inventor
斯科特·S·克伦普
J·塞缪尔·巴彻尔德
蒂莫西·桑普森
罗伯特·L·津内尔
约翰·巴尼特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stratasys Inc
Original Assignee
Stratasys Inc
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 Stratasys Inc filed Critical Stratasys Inc
Publication of CN102066072A publication Critical patent/CN102066072A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102066072B publication Critical patent/CN102066072B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C33/00—Feeding extrusion presses with metal to be extruded ; Loading the dummy block
    • B21C33/02—Feeding extrusion presses with metal to be extruded ; Loading the dummy block the metal being in liquid form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/13—Auxiliary heating means to preheat the material
    • 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
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • 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
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C31/00—Control devices, e.g. for regulating the pressing speed or temperature of metal; Measuring devices, e.g. for temperature of metal, combined with or specially adapted for use in connection with extrusion presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S164/00—Metal founding
    • Y10S164/90—Rheo-casting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

一种数字化制造系统(10)包括构建腔(14)、设置在构建腔(14)内的构建平台(32)、被构造成将金属基合金加热至金属基合金的固相线温度和液相线温度之间的温度的至少一个挤出管线、设置在构建腔(14)中且被构造成以预定的图案将被加热的金属基合金沉积到构建平台(32)上的沉积头(40)、具有位于构建腔(14)外面的第一端和连接至沉积头(40)的第二端的脐部(56)、和被构造成导致在构建腔(14)内的构建平台(32)和沉积头(40)之间的相对运动的至少一个构台组件(16、38)，其中所述至少一个构台组件(16、38)包括设置在构建腔(14)外面的电机(28、34、36)。

Description

用金属基合金构建三维物体的系统和方法
技术领域
本发明涉及在数字化制造系统中构建三维(3D)物体的系统和方法。具体地，本发明涉及用金属基合金构建3D物体的高温的基于挤出的数字化制造系统。
背景技术
基于挤出的数字化制造系统(例如由明尼苏达州(MN)Eden Prairie的Stratasys，Inc.开发的熔融沉积建模系统)被用来通过挤出可流动的建模材料以逐层的方式根据计算机辅助设计(CAD)模型构建3D物体。通过由挤出头承载的挤出尖端挤出建模材料，并按照一定顺序路线沉积在x-y平面内的基底上。被挤出的建模材料与先前沉积的建模材料熔合，并在温度下降时凝固。随后，挤出头相对于基底的位置沿着z轴线(垂直于x-y平面)逐渐增量，且随后重复该过程，以形成像所述CAD模型一样的3D物体。
根据表示3D物体的构建数据，挤出头相对于基底的运动在计算机的控制下进行。构建数据通过首先将3D物体的CAD模型划分成多个水平切片层而被获得。随后，对于每个切片层，主机产生用于沉积形成3D物体的建模材料的路线的构建路径。
在通过沉积建模材料层而制造3D物体时，支撑层或结构通常构建在悬空部分的下面或在建中物体的腔中，其没有被构建材料自身支撑。支撑结构可以采用与沉积建模材料相同的沉积技术构建。主机产生额外的几何构型作为被形成的3D物体的悬空或自由空间段的支撑结构。随后，根据在构建过程中所产生的几何构型，由第二喷嘴沉积支撑材料。在制造过程中，支撑材料粘结到建模材料上，并且当构建过程完成时可以从完成的3D物体上去除支撑材料。
在数字化制造工业中消费者普遍关注的是增强3D物体的物理特性，诸如部件的强度和耐用性。能够提供这样的增强的物理特性的一类材料包括金属基合金。例如，由高强度金属构建的3D物体可以展现出明显大于工业热塑性材料的抗张强度。然而，对金属基合金的挤出给数字化制造提出了几个问题。例如，对金属基合金的挤出需要高的操作温度，其可能不被期望地影响现有的数字化制造系统的性能。另外，将金属基合金加热至高于其液相线温度的温度可能阻止合金具有用于挤出的足够的粘性，并且可能不被期望地在再次固化(例如枝晶形成)时影响其晶粒结构。因此，对使用数字化制造技术由金属基合金构建3D物体的系统和方法有不断进步的需求。
发明内容
本发明涉及用于用金属基合金构建三维物体的数字化制造系统。所述系统包括被保持在一个或更多升高的温度下的构建腔、设置在构建腔内的构建平台、被构造成将金属基合金加热至金属基合金的固相线温度和液相线温度之间的温度的至少一个挤出管线、设置在构建腔中且被构造成以预定的图案将被加热的金属基合金沉积到构建平台上的沉积头、具有位于构建腔外面的第一端和连接至沉积头的第二端的脐部、和被构造成导致在构建腔内的构建平台和沉积头之间的相对运动的至少一个构台组件，其中所述至少一个构台组件包括设置在构建腔外面的电机。本发明还涉及用于用数字化制造系统由金属基合金构建三维物体的方法。
附图说明
图1是用金属基合金构建3D物体的数字化制造系统的正视图。
图2是数字化制造系统的平台组件和头组件的正透视图。
图3是数字化制造系统的头组件的顶部透视图。
图4是数字化制造系统的x-y轴线台架和挤出头的底部正透视图。
图5是用于挤出金属基合金的挤出头的挤出线路的放大的部分剖视图。
图6是与数字化制造系统的脐部一起使用的数字化制造系统的第一可替代的挤出头的正透视图，其中第一可替代的挤出头具有混合型的液化器/冷冻阀设计。
图7是与数字化制造系统的脐部一起使用的数字化制造系统的第二可替代的挤出头的正透视图，其中第二可替代的挤出头具有带多个沉积管线的混合型的液化器/冷冻阀设计。
图8是与数字化制造系统的脐部一起使用的数字化制造系统的第三可替代的挤出头的正透视图，其中第三可替代的挤出头具有混合型的螺杆泵/冷冻阀设计。
图9是金属基合金的温度对组分的示例性的二元相图，其适合于与数字化制造系统一起使用。
图10是铝和硅的温度对组分的部分二元相图，示出了与数字化制造系统一起使用的示例性的金属基合金的温度相特性。
图11是在经受挤出温度之前铝硅合金线的显微图。
图12是经受在合金的固相线温度和液相线温度之间的挤出温度之后的铝硅合金线的显微图。
图13是经受高于合金的液相线温度的挤出温度之后的铝硅合金线的显微图。
具体实施方式
图1是系统10的正透视图，其是用金属基合金构建3D物体的高温数字化制造系统。如图所示，系统10包括壳体12(用虚线表示)、控制器13、构建腔14、平台组件16、头组件18和淬火槽20。壳体12是系统10的外壳，其保护系统10的内部部件免受外部情况的影响。系统10还包括支撑框架(未示出)，支撑框架用于将构建腔14、平台组件16和头组件18保持在壳体12内在图1显示的各位置处。控制器13是计算机操作的控制器，其接收3D物体的源几何构型(例如STL格式的CAD模型)，且将接收到的源几何构型转换成系统10执行以构建3D物体的处理步骤的次序。因此，控制器13给系统10提供控制信号，且可以是系统10的一体部件或在系统10的外部。
构建腔14是封闭的高温环境，其中3D物体(在图1中被表示成3D物体22)是用一种或更多种金属基合金构建。期望构建腔14用作高温釜，且期望能其保持在一个或更多的升高的温度，以减小机械扭曲(例如卷曲)3D物体22的风险，以及减小由于金属基合金的热膨胀率而造成的收缩。构建腔14的温度通过使用利用定时的热学上升循环的基于电学和/或火焰机构，而被升高。
构建腔14的升高温度期望地从金属基合金的凝固温度到金属基合金的蠕变松弛温度的范围变化。如此处使用的，术语金属基合金的“蠕变松弛温度”是指合金的应力松弛模量是相对于合金的凝固温度时的合金的应力松弛模量的10％的温度，其中依据ASTM E328-02测量应力松弛模量。构建腔14的合适的温度升高的例子是从约200℃至约800℃的范围变化，且尤其合适的温度是从约400℃至约700℃的范围变化，甚至更尤其合适的温度是从约500℃至约650℃的范围变化。
温度升高的构建腔14还可以展现出多个温度区。例如，在沉积位置的温度可能是高于金属基合金的凝固温度(例如低于或大致等于金属基合金的蠕变松弛温度)，而构建腔14的剩余部分可以是低于金属基合金的凝固温度(例如在低于金属基合金的凝固温度20℃的范围内)。这防止构建腔14内的温度梯度在冷却时在3D物体22上产生显著的应力。
另外，期望用一个或更多的过程控制回路监控构建腔14内的升高温度，以在构建操作期间保持期望的温度。期望部分地监控温度，这是因为金属基合金典型地具有高热导性，因此在从挤出温度冷却至构建腔14的温度时会放出大量的热。
还期望构建腔14在构建操作之前被清除氧气(例如空气)，且可以包括非氧化气体和/或真空条件。例如，构建腔14可以被通风至气体气氛，且用惰性气体(例如氮气、氦气、氩气和氙气)清洗。另外地，构建腔14可以连接至真空管线(未显示)以将压力降低至真空条件。用于执行构建操作的合适的真空压力的例子包括约或小于13毫帕斯卡(约10-4Torr)，更尤其合适的压力包括约或小于1.3毫帕斯卡(约10-5Torr)。也可以与惰性气体结合使用降低的压力。在使用惰性气体的实施例中，构建腔14中的气体气氛期望被再次循环以保持温度的均匀性，且可以在构建操作完成之后从外部进行通风。
构建腔14包括腔壁24，其是构建腔14的侧壁、顶壁和底壁，期望由能够承受构建腔14的温度升高的一种或更多的绝热材料制造。腔壁24的合适材料包括耐热和低热膨胀材料，诸如难熔陶瓷耐火砖、硅石耐火砖、高温合金和超耐热合金，以及它们的组合。腔壁24包括进入开口26，其允许在构建操作之前和之后进入构建腔14内。期望进入开口26在构建操作期间用门(未显示)固定，以保持构建腔14内的温度均匀性。
平台组件16包括驱动电机28、z轴线构台30和构建平台32。驱动电机28是设置在构建腔14的腔壁24的外面的电机(即直流电机)，且与控制器13进行信号通信。驱动电机28还与z轴线构台30接合，其允许驱动电机28基于从控制器13接收的信号操作z轴线构台30。Z轴线构台30与构建腔14的外面的驱动电机28进行接合，且延伸通过用于保持构建平台32的腔壁24。如下文讨论的，z轴线构台30构造成沿着构建腔14内的垂直的z轴线基于驱动电机28供给的旋转动力而移动构建平台32。构建平台32是其上构建3D物体22(和任何对应的支撑结构，未显示)的基底，且被z轴线构台30可移动地保持在构建腔14内。用于构建平台32的合适的材料包括在温度升高的构建腔14中使用的材料，且所述材料与3D物体22的金属基合金是可相容的。构建平台32的合适的材料的例子包括镍基合金和超耐热合金、石墨、陶瓷、碳化物(例如碳化硅)以及它们的组合。
头组件18包括驱动电机34和36、x-y轴线构台38和挤出头40。驱动电机34和36是设置在构建腔14的腔壁24的外部的电机(例如直流电机)，且还与控制器13进行信号通信。驱动电机34和36还与x-y轴线构台38接合，其允许驱动电机34和36基于从控制器13接收的信号操作x-y构台38。X-y轴线构台38与构建腔14外面的驱动电机34和36接合，且延伸通过用于保持挤出头40的腔壁24。挤出头40被保持在构建腔14中，且是系统10的一部分，其以预定图案将金属基合金(和对应的支撑材料)沉积到构建平台32，用于以逐层的方式构建3D物体22(和对应的支撑结构)。
如下文讨论的，x-y轴线构台38构造成在构建腔14内沿水平x-y平面基于由驱动电机34和36供给的旋转动力移动挤出头40，其中x轴线、y轴线(未在图1中显示)以及z轴线彼此正交。在可替代的实施例中，平台组件16可以被构造成在构建腔14内沿水平x-y平面移动，头组件18可以被构造成沿着垂直的z轴线移动。其它类似布置也可以被使用，使得构建平台32和挤出头40中的一个或两个相对于彼此可移动，和使得驱动电机(例如驱动电机28、34和36)设置在构建腔14的腔壁24的外面。将驱动电机28、34和36设置在腔壁24的外面，热隔离驱动电机28、34和36与温度升高的构建腔14。这降低了损害驱动电机28、34和36的风险，从而保持它们的操作寿命。在一个实施例中，冷却剂气体(例如惰性气体)被传递至(在腔壁24外面的)壳体12内的一个或更多的位置，以进一步热隔离驱动电机28、34和36与温度升高的构建腔14。
在构建操作期间，构建腔14基本被清除氧化气体(例如，用氩气和/或真空进行清除)，且之后被加热至一个或更多的升高温度。控制器13之后引导驱动电机34和36，以经由y轴线构台38沿着水平的X-Y平面在构建腔14内四处移动挤出头40。控制器13还引导挤出头40以基于挤出头40的移动将金属基合金挤出到构建平台32上且成一图案，从而形成3D物体22的层。如下文讨论的，金属基合金期望被加热至合金的半固相(即在固相线温度和液相线温度之间)。这产生了软泥状的一致性的金属基合金，其提供了合适用于挤出的粘稠性。如在下文进一步讨论的，金属基合金还期望保持低于合金的液相线温度，以在沉积和再次固化期间基本上保持原料合金线的晶粒结构。这有利于保持金属基合金的原始晶粒结构的物理特性，且尤其适合于与金属基合金一起使用，其在和系统10一起使用之前被热处理。
当完成层时，计算机操作的控制器于是经由z轴线构台30引导驱动电机28沿着z轴线单层地增量而到达较低的构建平台32。这允许3D物体22的随后的层被构建。这些步骤之后可以被重复，直到完成3D物体22和任何对应的支撑结构为止。在完成构建操作之后，3D物体22可以在从构建腔14移除之前被稳定至均匀的温度，且被浸没到淬火介质中。淬火槽20是设置在壳体12的外面的槽，且提供流体(例如温水)用于在构建操作之后淬火3D物体22。在3D物体22被热稳定以防止较低温度的固体溶解度发生变化之后，淬火过程期望在短时间段内执行。这保持3D物体22有期望的固体溶液品质。因此，淬火槽20期望靠近壳体12设置，以允许3D物体22易于在完成构建操作之后被淬火。在一个实施例中，淬火槽20也被设置在惰性气体气氛中，以进一步降低在淬火过程期间氧化3D物体22的风险。在完成淬火过程之后，3D物体22然后可经历一个或更多的后构建操作(例如回火和淀积硬化过程)。
图2是平台组件16和头组件18的正透视图，其中为了便于讨论，壳体12、控制器13、淬火槽20、3D物体22和腔壁24被省略。平台组件16和头组件18的布置减小了温度敏感部件(例如驱动电机28、34和36)对(在图1中显示的)构建腔14的温度升高的暴露。如图2所示，平台组件16的z轴线构台30包括驱动皮带轮43、驱动带44、张紧轮皮带轮46、惰轮皮带轮48和导螺杆50。驱动皮带轮42是轴向连接至驱动电机28的可旋转的皮带轮，且将驱动电机28的旋转动力传送至驱动带44。驱动带44是与驱动皮带轮42、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48接合的带，其将驱动皮带轮42的旋转动力传送至惰轮皮带轮48。
张紧轮皮带轮46是可调整的皮带轮，用于在z轴线构台30的装配期间上紧驱动带44与驱动皮带轮42和惰轮皮带轮48的接合。惰轮皮带轮48是与导螺杆50轴向接合的皮带轮，从而允许旋转惰轮皮带轮48以相应地旋转导螺杆50。在图1和2显示的实施例中，驱动皮带轮42、驱动带44、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48位于腔壁24的外面。这样，驱动皮带轮42、驱动带44、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48也与构建腔14热隔离，且可以由各种材料(例如金属、塑料和陶瓷)制造。在可替代的实施例中，驱动带44、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48中的一个或更多个位于腔壁24中，从而将所述部件暴露至构建腔14的升高的温度。在这一实施例中，驱动皮带轮42、驱动带44、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48期望由能够在温度升高的构建腔14中使用的材料制造。例如，驱动带44可以由一种或多种镍基合金和超耐热合金制造，诸如商业上销售的Special Metals Corporation，New Hartford，NY的商标为“INCONEL”的γ’(伽马一撇)和γ”(伽马两撇)增强的超耐热合金(例如“INCONEL 718”合金和“INCONEL 939”合金)。
导螺杆50是与构建平台32螺纹接合的螺杆，用于将导螺杆50的旋转运动转换成构建平台32沿垂直z轴线的线性运动。在构建操作期间，控制器13发送信号给驱动电机28用于在第一旋转方向上旋转驱动皮带轮42(由箭头52表示)。这在与驱动皮带轮42的相同的旋转方向(由箭头53表示)绕驱动皮带轮42、张紧轮皮带轮46和惰轮皮带轮48拉动驱动带44，从而在相同的旋转方向上旋转惰轮皮带轮48和导螺杆50。由于螺纹接合，导螺杆50的旋转使得构建平台32沿着垂直z轴线(由箭头54表示)降低，直到控制器13发送信号给驱动电机28以停止旋转。这一布置允许构建平台32被升高和降低，同时还热隔离驱动电机28与构建腔14。
如在图2中进一步显示的，头组件18还包括脐部56，其是延伸通过腔壁24并与挤出头40连接的双板折流板。脐部56是隔热通路，其提供金属基合金、支撑材料、冷却剂空气以及电连接至挤出头40，其中脐部56的进口(表示为进口57)位于腔壁24的外面。加压的冷却剂空气还被传送通过脐部56，以进一步降低脐部56的内部区域中的温度，脐部56的内部区域期望保持在低于约200℃的温度，以保护设置在脐部56内的上述的部件。
脐部56包括x轴线波纹管56a和y轴线波纹管56b，其是金属衬里的波纹管，该波纹管将脐部56的内部区域与温度升高的构建腔14热隔离。如图所示，x轴线波纹管56a被构造成沿着x轴线响应于挤出头40沿x轴线的移动而卷曲。类似地，y轴线波纹管56b是脐部56的一部分，其连接至挤出头40且被构造成沿着y轴线响应于挤出头40沿着y轴线的移动而卷曲。对于脐部56，这一双板布置允许挤出头40在水平的x-y平面内围绕其移动，且没有实质的阻力，同时还允许脐部56保持足以热隔离脐部56的内部区域的壁厚。
图3是头组件18的顶部透视图，还显示在驱动电机34和36、x-y轴线构台38、挤出头40和脐部56之间的接合。如图所示，x-y轴线构台38包括x轴线导轨58、轨道偏置装置60、y轴线桥62、x轴线带机构64以及y轴线带机构66。X轴线导轨58是一对第一轨道，其在构建腔14内沿着x轴线延伸且具有被固定至轨道偏置装置60的相对端，其中轨道偏置装置60确保x轴线导轨58保持平行布置。在一个实施例中，轨道偏置装置60被固定至腔壁24(图1显示的)。可替代地，x轴线导轨58可以延伸通过腔壁24，使得轨道偏置装置60被固定至壳体12内的系统10的支撑框架(图1显示的)。用于x轴线导轨58的合适的材料包括合适用在温度升高的构建腔14(图1显示的)中的材料，诸如商业上销售的Graphite Metallizing Corporation，Yonkers，NY的商标为“GRAPHALLOY”的石墨金属混合物。
Y轴线桥62包括轴承套68a和68b以及y轴线导轨70。轴承套68a和68b是支撑轴承，其被x轴线导轨58可滑动地保持。这允许y轴线桥62沿着x轴线滑动。用于轴承套68a和68b的合适材料包括具有与x轴线导轨58较小的摩擦且合适用在温度升高的构建腔14中的材料。用于轴承套68a和68b的合适材料的例子包括石墨金属混合物，诸如上文讨论的用于x轴线导轨58的那些材料。Y轴线导轨70是第二对轨道，其沿着y轴线在构建腔14内延伸且具有固定至轴承套68a和68b的相对端。用于y导轨70的合适的材料还包括石墨金属混合物，诸如上文讨论的用于x轴线导轨58的那些材料。
挤出头40包括轴承套72，其是被y轴线导轨70可滑动地保持的支撑轴承。这允许挤出头40沿着y轴线滑动。用于轴承套72的合适材料还包括石墨金属混合物，诸如上文讨论的用于x轴线导轨58的那些材料。
X轴线带机构64是x-y轴线构台38的一部分，其与驱动电机34接合，以沿着x轴线移动y轴线桥62。如图所示，x轴线带机构64包括驱动皮带轮74、驱动带76和张紧轮皮带轮78。驱动皮带轮74是可旋转的皮带轮，其轴向连接至驱动电机34，且传送驱动电机34的旋转动力至驱动带76。驱动皮带轮74也设置在腔壁24的外面。同样，驱动皮带轮74也与构建腔14热隔离，且可由各种材料(例如金属、塑料和陶瓷)制造。
驱动带76是与驱动皮带轮74和张紧轮皮带轮78接合的金属带，其允许驱动皮带轮74旋转以用于旋转驱动带76。用于驱动带76的合适材料包括上文讨论的用于驱动带44(图2显示的)的材料，诸如商业上销售的Special Metals Corporation，New Hartford，NY的商标为“INCONEL”的γ’(伽马撇)和γ”(伽马两撇)增强的超耐热合金(例如“INCONEL 718”合金和“INCONEL 939”合金)。
张紧轮皮带轮78是可调整的皮带轮，用于在装配x轴线带机构64的期间上紧驱动带76与驱动皮带轮74的接合。在图1-3显示的实施例中，张紧轮皮带轮78设置在腔壁24中，且被暴露至温度升高的构建腔14。在这一实施例中，张紧轮皮带轮78期望由能够用在所述升高温度中的材料制造(例如高温金属和陶瓷)。在可替代的实施例中，驱动带76可以延伸通过腔壁24，使得张紧轮皮带轮78被固定至壳体12内的系统10的支撑框架。
如图3中进一步显示的，驱动带76被用紧固件80固定至轴承套68b。使用这一布置，基于驱动电机34的旋转，驱动带76的旋转沿着x轴线拉动y轴线桥62，从而沿着x轴线移动挤出头40。例如在驱动电机34沿着第一旋转方向(由箭头82表示的)旋转驱动皮带轮74时，驱动带76沿着相同的旋转方向(由箭头84表示的)绕驱动皮带轮74和张紧轮皮带轮78旋转。这相应地在远离驱动电机34和36的方向(由箭头86表示的)上沿着x轴线拉动y轴线桥62。可替代地，在驱动电机34在与箭头82相反的旋转方向上旋转驱动皮带轮74时，驱动带76在与箭头86相反的方向上沿着x轴线拉动y轴线桥62。
Y轴线带机构66是x-y轴线构台38的一部分，其与驱动电机36接合，以沿着y轴线移动挤出头40。如图所示，Y轴线带机构66包括驱动皮带轮88、驱动带90、张紧轮皮带轮92和惰轮皮带轮94(在图3中显示出单个惰轮皮带轮94)。驱动皮带轮88是可旋转的皮带轮，其轴线连接至驱动电机36且将驱动电机36的旋转动力传送至驱动带90。如图所示，驱动皮带轮78设置在腔壁24的外面，且与构建腔14热隔离。驱动带90是与驱动皮带轮88、张紧轮皮带轮92和惰轮皮带轮94接合的金属带，其允许驱动皮带轮88旋转以在驱动皮带轮88的旋转方向上拉动驱动带90。用于驱动带90的合适的材料包括上文讨论的用于驱动带76的那些材料。
张紧轮皮带轮92是可调整的皮带轮，用于在x轴线带机构64装配期间用于上紧驱动带76和驱动皮带轮74的接合。如图所示，张紧轮皮带轮92也被设置在腔壁24的外面，且期望由能够承受与驱动带90导热接触的材料制造。惰轮皮带轮94是轴向固定至轴承套68a和68b的可旋转皮带轮，且与驱动带90接合。如图所示，惰轮皮带轮94设置在腔壁24内。结果，期望惰轮皮带轮94由能够在温度升高的构建腔14中使用的材料(例如高温金属和陶瓷)制造。
驱动带90的末端(表示成带末端96)被固定至固定的表面(未显示)，从而防止驱动带90是完全可旋转的，如对于驱动带44(图2中显示的)和驱动带76在上文所讨论的那样。在一个实施例中，腔壁24(图1中显示的)用作保持带末端96的固定表面。可替代地，驱动带90可能延伸通过腔壁24，使得带末端96被固定至壳体12内的系统10的支撑框架。在构建操作期间，驱动电机36在第一旋转方向(由箭头98表示的)上旋转驱动皮带轮88，其在相同的旋转方向(由箭头100表示的)上绕驱动皮带轮88和张紧轮皮带轮92拉动驱动带90。如下文所讨论的那样，这使得朝向轴承套68a(由箭头102表示)沿着y轴线拉动挤出头40。可替代地，当驱动电机36在与箭头98相对的旋转方向上旋转驱动皮带轮88时，驱动带90在与箭头102相对的方向上沿着y轴线拉动挤出头40。
图4是x-y轴线构台38和挤出头40的底部正透视图，还显示出挤出头40和Y轴线带机构66之间的接合。如图所示，惰轮皮带轮94轴向地固定至y轴线桥62的轴承套68a和68b，Y轴线带机构66还包括轴向地固定至挤出头40并与驱动带90接合的惰轮皮带轮104和106。如上文所讨论的，驱动带90的带末端96(图3显示的)被固定至固定的位置。这样，驱动皮带轮88(图3显示的)在箭头98的旋转方向(图3显示的)上的旋转在箭头100的旋转方向上拉动驱动带90。这相应地降低了惰轮皮带轮104上的张力，且在箭头102的方向上拉动惰轮皮带轮106(和相应的挤出头40)。可替代地，如果驱动皮带轮88在与箭头98相反的旋转方向上旋转，驱动带90被在与箭头100相反的旋转方向上拉动，其降低了惰轮皮带轮106上的张力，且在箭头108的方向(即与箭头102相反的方向)上拉动惰轮皮带轮104(和相应的挤出头40)。相应地，x-y构台28的使用允许挤出头40基于由控制器13(图1显示的)提供的控制信号在构建腔14内沿水平的x-y平面四处移动。
如图4进一步显示的，挤出头40还包括液化器部分110，其包括一对液化器和用于沉积金属基合金和对应的支撑材料的挤出尖端。用于挤出头40和液化器部分110的合适设计的例子包括在LaBossiere等的美国专利申请公开No.2007/0003656，题目为“Rapid Prototyping System With Controlled Material Feedstock”；LaBossiere等的美国专利申请No.11/396,845，题目为“Single-Motor Extrusion Head Having Multiple Extrusion Lines”；以及Leavitt，美国专利申请No.11/888,076，题目为“Extrusion Head For Use In Extrusion-Based Layered Deposition System”中所公开的设计，其中所述部件由合适用在温度升高的构建腔14中的材料制造(例如在上文所讨论的用于轴承套68a和68b以及驱动带76的材料)。虽然液化器部分110显示有两个液化器和挤出尖端，但是挤出头40可以可替代地被构造成挤出单一材料(即一个液化器和挤出尖端)，或用于挤出多于两种材料(例如，三至十个液化器和挤出尖端)。
图5是用于挤出金属基合金以构建3D物体22(图1中显示的)的挤出头40(图1-4中显示的)的挤出管线112的放大的部分剖视图。挤出管线112包括供给管114、冷却剂组件116、驱动机构118、液化器组件120以及挤出尖端122。供给管114接收来自设置在构建腔14(图1显示的)外部的线124的供给源的线(表示成线124)形态的金属基合金，其中，线124通过脐部56(图2-4中显示的)供给至挤出头40。线124的尺寸可以依赖于所使用的金属基合金以及供给管114、驱动机构118和液化器组件120的尺寸和能力而改变。线124的合适的平均直径的例子从约0.508微米(约0.020英寸)至约2.54微米(约0.100英寸)范围变化。在线124由于该径的原因而大致刚性的实施例中，供给管114的曲率半径(表示成半径126)期望至少是线124的直径的50倍，以减小在供给管114内的摩擦。
冷却剂组件116包括管道部分128和多孔套130，其中管道部分128是被构造成将加压的冷却剂气体从设置在构建腔14的外面的供给源(未显示)传送至多孔套130的管。合适的冷却剂气体包括上文讨论的用于构建腔14(例如氩)的惰性气体。多孔套130是多个紧密配合的多孔热交换器，其延伸通过供给管114的壁。这允许从管道部分128供给的冷却剂气体形成对线124的高切变(shear)的气体薄膜，从而在与驱动机构118接合之前降低线124的温度。
除了流过脐部56的冷却剂气体之外，期望使用通过冷却剂组件116供给的冷却剂气体，其帮助热隔离脐部56的内部区域与温度升高的构建腔14。相比，通过冷却剂组件116传送的冷却剂气体期望在与驱动机构118接合之前直接冷却线124。线124的金属基合金具有高的热导率。这样，在线124留驻在液化器组件120中且当前没有被挤出时，可以加热靠近驱动机构118的线124的上游部分。这可以软化靠近驱动机构118的线124的部分，从而潜在地降低了驱动机构118和线124之间的接合。然而，冷却剂组件116降低了靠近驱动机构118的线124的温度，其保持驱动机构118和线124之间的接合。
驱动机构118包括驱动辊132和惰辊134，其被构造成接合和握紧线124。期望驱动辊132被连接至驱动电机(未显示)，其允许驱动辊132和惰辊134将线124供给到液化器组件120。在一个实施例中，用于驱动机构118的驱动电机设置在挤出头40中，且通过脐部56的冷却剂气体而与构建腔14热隔离。可替代地，驱动机构118的驱动电机可以设置在构建腔14的外部，且经由延伸通过脐部56的齿轮和/或带机构而与驱动辊132相互连接。
液化器组件120是挤出头40的一部分，其设置在液化器部分110中且包括液化器管136和液化器块138。液化器管136是延伸通过液化器块138的薄壁导热管，其具有靠近驱动机构118的进口和在挤出尖端122处的出口。在一个实施例中，冷却剂气体还被供给到液化器管136的进口附近，以防止线124的上游部分被加热。液化器管136为线124提供了行进通过液化器块138的路径，且可以包括一种或更多的内表面涂层，以帮助金属基合金的流动且降低在金属基合金和液化器组件120之间的化学攻击的风险。液化器管136的合适的内表面涂层的例子包括碳化物涂层，诸如碳化硅。可替代地，液化器管136可以由稳定的材料制造，诸如石墨和陶瓷。
液化器块138是加热块，用于沿着液化器块138基于热轮廓将线124熔化成期望的流动图案。由于金属基合金的高热导率(相对于热塑性材料)，沿着液化器块138的热轮廓的长度可以被减少，其相应地降低了在构建操作过程中的流动响应时间。挤出尖端122是固定至液化器组件120的挤出尖端，且具有用于沉积金属基合金的路线的尖端直径，其中路线的宽度和高度部分地基于尖端的直径。挤出尖端122的合适的尖端直径的例子是从约250微米(约10mils)至约510微米(20mils)的范围变化。在一个实施例中，挤出尖端122包括非润湿环，以降低金属基合金在挤出尖端122的外部积累的风险。
通过(从驱动电机)施加旋转动力至驱动辊132，金属基合金被挤出而通过挤出头40的挤出管线112。驱动辊132和惰辊134的摩擦抓握力将旋转动力转换成施加至线124的驱动压力。驱动压力迫使线124的连续的部分进入到液化器管136中，其中通过液化器块138将金属基合金加热至可挤出的状态。如下文所讨论的，通过加热金属基合金至金属基合金的半固体状态来达到可挤出的状态。对于金属基合金，这产生了适合于挤出的软泥状一致性。如下文进一步讨论的，在一个实施例中，金属基合金被加热至金属基合金的半固体状态时的温度，在所述半固态其基本上在冷却时保持线124的原始晶粒结构(例如基本上没有枝晶)，其保持原始晶粒结构的物理特性。
线124的未熔化的部分作为具有粘性泵作用的活塞起作用，以通过液化器管136和挤出尖端122挤出加热的金属基合金，从而挤出加热的金属基合金。迫使线124进入液化器管136和挤出金属基合金所需要的驱动压力基于几个因素，诸如对金属基合金流动的阻力，驱动辊132的轴承摩擦、在驱动辊132和惰辊134之间的握紧摩擦和其它因素，所有的这些因素抵抗由驱动辊132和惰辊134施加至线124的驱动压力。
金属基合金沉积成预定的图案，以一层又一层的方式构建3D物体22。就象被挤出的热塑性材料那样，金属基合金的挤出过程典型地显示出一种自平坦化的作用。这是由于压力反馈，其中之前沉积的合金使得指向上游的压力抵着被从挤出尖端122挤出出的合金。压力反馈基于几个因素，诸如通过与之前挤出出的且冷却的合金接触而导致合金冷却，来自在挤出尖端122处聚积的合金的回压力，以及由于挤出尖端122上的限制而造成的液化器组件120的有效时间常数的变化。这一压力反馈改变了线124和驱动辊132/惰辊134之间的接合，其改变金属基合金的挤出速度而诱发了自平坦化作用。在可替代的实施例中，单独的平坦器组件(未显示)可以被并入系统10，用于为层或3D物体22和/或对应的支撑结构提供额外的平坦化过程。
如上文所讨论的，期望构建腔14的温度允许沉积的金属基合金冷却到合金的玻璃化转化温度以下，从而允许沉积的合金保持其形状和支撑随后沉积的层。而且，不管合金的高热导率，由于它在构建腔14中冷却，所以温度升高的构建腔14降低了机械扭曲沉积的金属基合金的风险。这样，可以用线124的金属基合金构建3D物体22，其显示出良好的物理特性，同时还基本上保持了(用沉积的热塑性材料能够获得的)同一期望的沉积图案。
虽然在上文讨论了将挤出头40和液化器组件用于沉积过程，但是挤出管线112可以被各种不同的给料驱动机构和液化器布置替代。例如，系统10可以包括一个或更多的两级泵组件，诸如在Batchelder等美国专利No.5,764,521和Skubic等的美国专利申请No.12/069,536中所公开的那些。这一实施例有利于将挤出金属基合金所使用的驱动电机放置在腔壁24的外面，从而热隔离驱动电机与温度升高的构建腔14。可替代地，系统10可以包括一个或更多的冷冻阀组件，诸如在Batchelder等美国专利No.6,578,596中所公开的那些。
图6是与脐部56一起使用的挤出头140的正透视图，其中挤出头140对于用于系统10中的挤出头40(在图1-5中所显示的)是另一备选。与包括挤出管线112(图5中显示的)的挤出头40相比，挤出头140包括挤出管线142、供给管144、冷却剂螺线管146、冷却剂管线148以及冷冻阀组件150。因此，挤出头140用作混合型的液化器/冷冻阀设计，其中金属基合金在挤出管线142被加热成可挤出的状态，且从冷冻阀组件150进行沉积。
挤出管线142包括供给管154、冷却剂组件156、驱动机构158、液化器组件160以及过滤器162，其中供给管154、冷却剂组件156、驱动机构158以及液化器组件160可以与挤出管线112(图5中显示的)供给管114、冷却剂组件116、驱动机构118以及液化器组件120相同的方式起作用。然而，期望挤出管线142位于腔壁24的外面(如图1所显示的)，从而热隔离挤出管线142与温度升高的构建腔14。这有利于保护挤出管线142的温度敏感部件(例如用于驱动机构158的驱动电机)免于暴露至升高的温度。过滤器162设置在液化器组件160的下游，且被构造成过滤掉由加热的金属基合金携带的残余杂质(例如氧化物)。供给管144延伸通过脐部56且互连挤出管线142和冷冻阀组件150。因此，供给管144将来自挤出管线142的加热的金属基合金传送至冷冻阀组件150。
还期望冷却剂螺线管146位于构建腔14的外面，且作为流控制设备被构造成调节经由冷却剂管线148至冷冻阀组件150的冷却剂气体的流。冷却剂螺线管146包括气体进入口164，其是用于接收加压的冷却剂气体的端口。合适与冷却剂螺线管146一起使用的冷却剂气体的例子包括上文讨论的用于构建腔14(例如氩气)的惰性气体。这允许惰性气体的单个源被用于供给惰性气体而用于构建腔14、供给冷却剂气体而用于脐部56，以及供给冷却剂气体而用于操作冷冻阀组件150。冷却剂螺线管146基于由控制器13(图1显示的)所提供的信号(经由冷却剂管线148)调整到冷冻阀组件150的冷却剂气体的流。冷却剂管线148延伸通过脐部56且互连冷却剂螺线管146和冷冻阀组件150，用于将来自冷却剂螺线管146的冷却剂空气的流传送至冷冻阀组件150。
冷冻阀组件150是沉积组件，诸如在Batchelder等的美国专利No.6,578,596中所公开的那种，其被x-y轴线构台(例如，x-y轴线构台38，图1-4中显示)保持，用于在水平的x-y平面内围绕构建腔移动。冷冻阀组件150期望包括具有高热阻的流路径管(未显示)，用于接收和沉积来自供给管线144的加热的金属基合金。在来自冷却剂管线148的冷却剂气体被迫绕流路径管的外部流动时，冷却剂气体以大于管被加热的速度的热传递速度从管和金属基合金吸取热量。这使得管关闭，从而有效地阻挡金属基合金的流。在冷却剂气体的流(经由冷却剂螺线管146)被停止时，管热起来而打开用于金属基合金的流路径。这允许金属基合金被沉积(由箭头166表示)，用于以逐层的方式形成3D物体22(图1显示的)。
由于快速的可实现的响应时间，冷冻阀组件150尤其适合于与金属基合金一起使用。例如，用于操作冷冻阀组件150的响应时间可以低于一毫秒，其基本上小于用热塑性材料可实现的响应时间(例如约10毫秒)。另外，挤出头140的混合型液化器/冷冻阀设计允许可移动的部件(例如冷却剂螺线管146和驱动机构158)设置在构建腔14的外面，而减小了构建腔14内的温度敏感部件的数量。这相应地增加了系统10中的部件的操作寿命。
图7是挤出头168和脐部56的正透视图，其示出了对用于系统10中的挤出头140(图6中显示的)的一种替代。挤出头168以类似于挤出头140的方式起作用，且包括挤出管线170、供给管172、螺线管组件174、冷却剂管线176a-176c以及冷冻阀组件178。挤出管线170和供给管线176以与挤出管线142和供给管线144(图6显示的)相同的方式起作用，用于通过脐部56传送加热的金属基合金至冷冻阀组件178。
螺线管组件174包括冷却剂螺线管174a-174c和气体进入口184，其中每一冷却剂螺线管174a-174c以与冷却剂螺线管146(图6显示的)相同的方式起作用，气体进入口180以与气体进入口164(图6显示的)相同的方式起作用。相应地，冷却剂螺线管174a-174c基于由控制器13(图1中显示的)提供的信号调整分别通过冷却剂管线176a和176c至冷冻阀组件178的冷却剂气体的流。
冷冻阀组件178是以与冷冻阀组件150(图6显示的)相同的方式起作用的沉积组件。然而，与包括单个沉积管线的冷冻阀组件150相比，冷冻阀组件178包括三个单独的沉积管线，用于沉积由挤出管线170供给的金属基合金。分别由来自冷却剂螺线管174a-174c的被调整的冷却剂气体流分别控制三个单独的沉积管线。这允许金属基合金被沉积在多个独立的沉积管线(由箭头182a-182c表示的)中，用于以逐层的方式形成3D物体22(图1中显示的)。
虽然在上文讨论的挤出头168包括单个挤出管线(即，挤出管线170)，但是挤出头168可以可替代地包括用于供给多种材料至冷冻阀组件178的多个挤出管线。例如，挤出头168可以包括用于螺线管组件174中的每个冷却剂螺线管的挤出管线，诸如用于金属基合金的一个或更多的挤出管线和用于支撑材料的一个或更多的挤出管线。另外，虽然公开的是螺线管组件174具有三个冷却剂螺线管(即冷却剂螺线管174a-174c)，但是螺线管组件174可以可替代地包括能沉积来自冷冻阀组件178的材料的不同数量的冷却剂螺线管。用于螺线管组件174的合适数量的冷却剂螺线管的例子可以是从一个到十个，尤其合适的数量从约两个至六个的范围内，甚至更加尤其合适的数量是从两个至四个的范围内。
图8是挤出头184和脐部56的正透视图，其示出了对用在系统10中的挤出头140(图6中显示的)的另一备选。挤出头184以类似于挤出头140的方式起作用，且包括挤出管线186、供给管188、冷却剂螺线管190、冷却剂管线192以及冷冻阀组件194。在这一实施例中，冷却剂螺线管190、冷却剂管线192以及冷冻阀组件194以与上文讨论的对于挤出头140(图6中显示的)冷却剂螺线管146、冷却剂管线148以及冷冻阀组件150相同的方式起作用。然而，挤出管线186被用于代替挤出管线142(图6中显示的)，其中挤出管线186是泵基的挤出管线，其包括驱动电机196、冷却剂组件198和液化器组件200。
驱动电机196是连接至液化器组件200的电机，且经由冷却剂组件198与液化器组件200热隔离。液化器组件200是螺杆泵液化器，其包括贮液器202、挤出通道204、螺杆206和通风孔208。贮液器202是腔，在所述腔中，供给的金属基合金(被称作合金210)期望被加热至可挤出的状态并被供给至挤出通道204。还期望贮液器202包括层212(例如石墨层)，其浮在被加热的被供给的合金210上。层212可有利地降低在合金210上的氧化攻击的风险，且还可以作为热隔离层起作用以保持贮液器202内的热量。因为金属基合金在贮液器202中被加热至可挤出的状态，所以合金210可以被以各种介质的形式(例如粉末、小球和线)供给至挤出管线186。
挤出通道204是用于保持螺杆206的通道，其连接至供给管线188。螺杆206是轴向连接至驱动电机196的挤出螺杆，并驱动合金210通过挤出通道204至供给管线188。通风孔208是气体和液体溢流通风孔，其降低了在操作期间过压所述挤出通道204的风险。在操作期间，合金210被螺杆206的旋转驱动通过挤出通道204和供给管线188至冷冻阀组件194。之后，冷冻阀组件194响应于来自冷却剂螺线管190的冷却剂空气的调整流，挤出加热的金属基合金。这允许金属基合金被沉积(由箭头214表示)，从而以逐层的方式形成3D物体22(图1中显示的)。
虽然在上文讨论挤出头184包括单个挤出管线(即，挤出管线186)和单个冷却剂螺线管(即冷却剂螺线管190)，但是挤出头184可以可替代地包括多个挤出管线和/或多个冷却剂螺线管，用于供给多种材料至冷冻阀组件194，如在上文对挤出头168(图7中显示的)所讨论的那样。
图9是示例性的金属A和金属B的温度对组分的二元相图，其显示出用于与系统10(图1中显示的)一起使用的合适的金属基合金。此处所指的所有温度是基于在构建操作期间的构建腔14的压力(被称作“操作压力”)。如上文所讨论的，操作压力可以是在真空或部分压力条件下，被用惰性气体加压而高于气氛压力或用惰性气体达到气氛压力。
如图9所示，纯金属A(即由金属B的重量计为0％)在TMA具有熔化温度，纯金属B(即由金属B的重量计为100％)在TMB具有熔化温度，其中TMA高于TMB。因此，纯金属A和B分别在TMA和TMB在固相和液相之间切换。然而，在纯金属A和B之间的组分，金属基合金形成固相线216和液相线218之间的半固相。在固相线216以下，金属基合金仅以固相存在，在液相线以上，金属基合金仅以液相存在。然而，在半固相中，金属基合金由固相晶体和液体构成，从而显示出软泥状的一致性。
例如，重量为约75％的金属A和约25％的金属B构成的金属基合金具有固相线温度TS和液相线温度TL。在固相线温度TS以下的温度，金属基合金以固相存在，且不能从系统10挤出。可替代地，在高于液相线温度TL的温度，金属基合金以液相存在。液相也不适合于用于挤出金属基合金而构建3D物体。在液相下的金属基合金的粘性在被沉积到构建平台32(图1和2中显示的)时不足以保持其形状，也不足以支撑随后沉积的层。
然而，在固相线温度TS和液相线温度TL之间，金属基合金以半固相存在，其中金属基合金的粘性随着温度从固相线温度TS增加至液相线温度TL而降低。因此，金属基合金可以在系统10中被加热至具有适于从挤出头40(图1-4中显示的)、挤出头140(图6中显示的)、挤出头168(图7中显示的)和/或挤出头184(图8中显示的)挤出的粘性。对挤出金属基合金来说，合适粘性的例子从约1泊至约1000泊的范围变化，尤其合适的粘性从约5泊至约500泊的范围变化，甚至更加尤其合适的粘性从约10泊至约100泊的范围变化。
相应地，用于与系统10一起使用的合适金属基合金包括包含两种或更多的金属元素的任何合金，且显示至少一种半固体状态(例如非纯的元素和非共晶的合金)。合适的金属基合金的例子包括(AlSi)铝硅合金，诸如包括重量为约90％至重量为约95％的铝以及重量为约5％至重量为约10％的硅的AlSi合金。合适的合金显示出相对低的液相线温度，且具有用于粘性控制的在它们的固相线温度和液相线温度之间的合适的范围。商业上销售的合适的AlSi合金的例子包括A356和A357浇铸合金。
期望每一种合适的金属基合金在系统10中加热至合适的温度，从而提供半固相内的合适的粘性以用于挤出。期望金属基合金在系统10内处理期间不被加热到高于它们的液相线温度。加热金属基合金高于其液相线温度然后冷却合金返回到其半固相，基本消除合金的原始晶粒结构，在冷却时会形成枝晶。另外在通过传统的浇铸技术制造的模型中普遍发现枝晶的形成，这降低了金属基合金的物理特性。
相反，在系统10中使用的金属基合金期望被加热至用于挤出的合适粘性的范围内的温度，这还在半固相中提供了高浓度的固体晶体。在沉积和再次固化期间，这大致上保持了原材料合金线的原始晶粒结构，且降低了枝晶的形成。另外，在一个实施例中，在与系统10一起使用之前，金属基合金被热处理。在这一实施例中，被热处理的金属基合金也被加热至在半固相中合适的温度以用于挤出。在以逐层的方式沉积和再次固化之后，合金基本上保持了其原始的热处理特性。
例子
在下述的例子中更加具体地描述了本发明，其的目的是仅是用作说明，这是因为在本发明的范围内的诸多修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另外指出，在下述的例子中所记录的所有份数、百分比以及比例是基于重量，在例子中所使用的所有试剂可以从下文描述的化学供应商处获得或购买得到，或可以通过传统的技术合成。
用来自挤出头的铝硅(AlSi)合金来执行基于挤出的构建操作，以确定达到具有适于挤出的粘性的半固相合金的可行性。图10是铝和硅的温度对组分的部分二元相图，其显示出AlSi合金的温度相位轮廓。AlSi合金包括重量为约93％的铝和重量为约7％的硅(即AlSi合金A357)，且具有约575℃的固相线温度和约620℃的液相线温度。
AlSi合金的金相结构基本上没有枝晶，且显示出具有为14微米的平均直径的硅颗粒岛。合金被加热至约610℃的温度，且被成功地以逐层的方式挤出以形成3D物体。对所获得的3D物体中的AlSi合金的分析显示AlSi合金保持基本上没有枝晶。这样，加热AlSi合金至合金的半固相内的温度基本上保持了合金的原始晶粒结构。此外，AlSi合金的使用也有利于防止氢吸收，氢吸收典型地在等于或高于约650℃的温度下发生。
由AlSi合金构成的样本金属也被加热至低于和高于AlSi合金的液相线温度的挤出温度，以确定温度在合金的晶粒结构上的作用。图11是经受挤出温度之前的AlSi合金线的显微图。图11-13中显示的线的每一个都嵌入到环氧树脂中，重叠返回至大致杆的轴线、被抛光且被蚀刻以帮助观察合金的晶粒结构。如图11所示，AlSi合金显示出小的平均晶粒尺寸，具有均匀分布的硅颗粒。
第一组的AlSi合金线被加热至约610℃的挤出温度，其将AlSi合金线设置到半固相中，持续时间30分钟。图12是在被加热至半固相和再次固化之后AlSi合金线的显微图。如图所示，所获得的AlSi合金没有枝晶，硅颗粒熔化以形成小的聚结(约5个硅颗粒聚结成单个聚结颗粒)。因此，合金的原始晶粒结构基本上被保持。
第二组AlSi合金线被加热至高于合金的液相线温度的温度(即高于约620℃)，其完全熔化合金。图13是在被加热高于液相线温度和再次固化之后比较例A的AlSi合金线的显微图。如图所示，所获得的AlSi合金显示出大的枝晶结构，其通常在铸件中。这样的枝晶结构可能不利地影响所获得的合金的物理特性。相反，然而如图12所示，加热AlSi合金至提供适于挤出的粘性的且在半固相内的温度，允许合金被以逐层的方式挤出以形成3D物体，其中所获得的AlSi合金的3D物体基本上保持其原始的晶粒结构。
虽然参考优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到可以在不背离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上进行改变。

Claims (20)

1.一种用金属基合金构建三维物体的数字化制造系统，所述系统包括：
构建腔，被构造成保持在至少约200℃的一个或更多温度；
构建平台，设置在所述构建腔中；
至少一个挤出管线，被构造成加热所述金属基合金到所述金属基合金的固相线温度和所述金属基合金的液相线温度之间的温度；
沉积头，设置在所述构建腔内，且被构造成将所述加热的金属基合金以预定的图案沉积到所述构建平台上；
脐部，具有位于所述构建腔的外面的第一端和连接至所述沉积头的第二端；和
至少一个构台组件，被构造成导致在所述构建腔内在所述沉积头和构建平台之间的相对运动，其中所述至少一个构台组件包括设置在所述构建腔外面的电机。
2.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述构建腔被构造成保持在的一个或更多的所述温度是在从约400℃至约700℃的范围中。
3.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述挤出管线包括：
驱动机构，被构造成接收和驱动所述金属基合金的给料；
液化器组件，被构造成接收来自所述驱动机构的被驱动的给料，且还被构造成加热所述给料的金属基合金至所述金属基合金的固相线温度和所述金属基合金的液相线温度之间的温度；和
挤出尖端，被构造成接收加热的金属基合金。
4.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述金属基合金包括铝和硅，所述铝构成金属基合金的重量约90％至重量约95％，所述硅构成所述金属基合金的重量约5％至重量约10％。
5.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述至少一个挤出管线设置在所述构建腔的外面，且被构造成驱动加热的金属基合金通过所述脐部至所述沉积头。
6.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述沉积头包括：
冷冻阀组件，设置在所述构建腔中；和
至少一个冷却剂螺线管，设置在所述构建腔的外面，且被构造成将冷却剂气体传送至所述冷冻阀组件。
7.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述至少一个构台组件包括：
至少一个螺纹螺杆，其与所述构建平台螺纹接合，用于将所述螺纹螺杆的旋转运动转换成所述构建平台沿至少一个轴线的线性运动；和
带机构，可操作地与所述电机和所述至少一个螺纹螺杆接合，用于将所述电机的旋转动力转换成所述螺纹螺杆的旋转运动。
8.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述至少一个构台组件包括：
至少一个第一轴线导轨，沿着第一轴线延伸；
至少一个轴承套，可滑动地保持在所述至少一个第一轴线导轨上；
至少一个第二轴线导轨，沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线延伸，其中所述至少一个第二轴线导轨被所述至少一个轴承套保持，其中所述沉积头可滑动地保持在所述至少一个第二轴线导轨上；
第一带机构，可操作地与所述电机和所述至少一个轴承套接合，所述第一带机构被构造成将所述电机的旋转动力转换成所述轴承套沿所述第一轴线的线性运动；和
第二带机构，可操作地与所述沉积头以及设置在所述构建腔外面的第二电机接合，所述第二带机构被构造成将所述第二电机的旋转动力转换成所述沉积头沿所述第二轴线的线性运动。
9.根据权利要求1所述的数字化制造系统，其中所述脐部包括被构造成沿着第一轴线卷曲的第一折流板和被构造成沿着大致垂直于所述第一轴线的第二轴线卷曲的第二折流板。
10.一种用于用数字化制造系统以逐层的方式构建三维物体的方法，所述方法包括：
加热所述数字化制造系统的构建腔到至少约200℃的一个或更多温度；
在所述数字化制造系统的挤出管线中加热金属基合金，其中所述金属基合金被加热到所述金属基合金的固相线温度和所述金属基合金的液相线温度之间的温度；
将来自所述数字化制造系统的沉积头的被加热的金属基合金以预定的图案沉积到所述数字化制造系统的构建平台上；和
固化所述被加热的金属基合金以提供基本上没有枝晶的再次固化的合金。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括基本上从所述构建腔去除包含氧气的气体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述构建腔被加热至的一个或更多温度是在约400℃至约700℃的范围中。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述沉积头包括冷冻阀组件，其中所述方法还包括将冷却剂气体从所述构建腔的外面设置的冷却剂螺线管传送至所述冷冻阀组件。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述挤出管线设置在所述构建腔的外面，所述沉积头设置在所述构建腔内，其中所述方法还包括从所述挤出管线驱动被加热的金属基合金通过热隔离的脐部至所述沉积头。
15.一种用数字化制造系统以逐层的方式构建三维物体的方法，所述方法包括：
基本上从所述数字化制造系统的构建腔去除包含氧气的气体；
加热所述构建腔到至少约200℃的一个或更多的温度；
提供包括铝和硅的合金，所述铝构成所述合金的重量约90％至重量约95％，所述硅构成所述合金的重量约5％至重量约10％；
加热所述合金到高于所述合金的固相线温度且低于所述合金的液相线温度的温度；
将被加热的合金以预定的图案沉积到所述数字化制造系统的构建平台上；和
固化沉积的合金。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述构建腔被加热到的一个或更多温度是在从约400℃至约700℃的范围中。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述构建腔被加热至的一个或更多温度是在从约500℃至约650℃的范围中。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述被加热的合金被从设置在所述构建腔内的沉积头沉积，其中所述方法还包括利用设置在所述构建腔外面的电机，在所述构建腔内沿着至少一个轴线移动所述沉积头。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括将被加热的合金从所述构建腔外面的位置传送到设置在所述构建腔内的沉积头。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括淬火所述固化的合金。
CN200980123984.XA 2008-06-24 2009-06-18 用金属基合金构建三维物体的系统和方法 Expired - Fee Related CN102066072B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/145,131 US7942987B2 (en) 2008-06-24 2008-06-24 System and method for building three-dimensional objects with metal-based alloys
US12/145,131 2008-06-24
PCT/US2009/047736 WO2009158260A1 (en) 2008-06-24 2009-06-18 System and method for building three-dimensional objects with metal-based alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102066072A true CN102066072A (zh) 2011-05-18
CN102066072B CN102066072B (zh) 2014-05-28

Family

ID=40951536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980123984.XA Expired - Fee Related CN102066072B (zh) 2008-06-24 2009-06-18 用金属基合金构建三维物体的系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7942987B2 (zh)
EP (1) EP2321106A1 (zh)
JP (1) JP5307888B2 (zh)
CN (1) CN102066072B (zh)
WO (1) WO2009158260A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107405689A (zh) * 2015-03-24 2017-11-28 西门子公司 用于加成式制造方法的具有用于粉末腔的加热装置的设施
CN108698126A (zh) * 2015-12-10 2018-10-23 维洛3D公司 精湛的三维打印
CN112092359A (zh) * 2015-07-31 2020-12-18 波音公司 增材制造复合零件的系统和方法
US12070907B2 (en) 2016-09-30 2024-08-27 Velo3D Three-dimensional objects and their formation

Families Citing this family (104)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9822045B2 (en) * 2007-03-22 2017-11-21 Ronald D Jones Additive manufactured thermoplastic-aluminum nanocomposite hybrid rocket fuel grain and method of manufacturing same
USRE49778E1 (en) 2007-03-22 2024-01-02 Firehawk Aerospace, Inc. Persistent vortex generating high regression rate solid fuel grain for a hybrid rocket engine
US10286599B2 (en) 2007-03-22 2019-05-14 Ronald D Jones Additive manufactured thermoplastic-nanocomposite aluminum hybrid rocket fuel grain and method of manufacturing same
US10309346B2 (en) 2007-03-22 2019-06-04 Ronald D Jones Persistent vortex generating high regression rate solid fuel grain for a hybrid rocket engine
USRE49765E1 (en) 2007-03-22 2023-12-26 Firehawk Aerospace, Inc. Additive manufactured thermoplastic-nanocomposite aluminum hybrid rocket fuel grain and method of manufacturing same
US7942987B2 (en) * 2008-06-24 2011-05-17 Stratasys, Inc. System and method for building three-dimensional objects with metal-based alloys
US8245757B2 (en) 2009-02-02 2012-08-21 Stratasys, Inc. Inorganic ionic support materials for digital manufacturing systems
US8512024B2 (en) 2011-01-20 2013-08-20 Makerbot Industries, Llc Multi-extruder
DE102011106615A1 (de) 2011-06-16 2012-12-20 Arburg Gmbh + Co Kg Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes
US9044805B2 (en) * 2012-05-16 2015-06-02 Apple Inc. Layer-by-layer construction with bulk metallic glasses
US9364986B1 (en) 2012-05-22 2016-06-14 Rapid Prototype and Manufacturing LLC Method for three-dimensional manufacturing and high density articles produced thereby
FI125341B (en) * 2012-07-09 2015-08-31 Beneq Oy Apparatus and method for treating substrate
DE102013004940A1 (de) * 2012-10-15 2014-04-17 Voxeljet Ag Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Modellen mit temperiertem Druckkopf
US8944802B2 (en) * 2013-01-25 2015-02-03 Radiant Fabrication, Inc. Fixed printhead fused filament fabrication printer and method
US9596720B2 (en) 2013-03-15 2017-03-14 ProtoParadigm LLC Inductively heated extruder heater
WO2015006697A1 (en) 2013-07-11 2015-01-15 Heikkila Kurt E Surface modified particulate and sintered extruded products
JP6619335B2 (ja) 2013-10-14 2019-12-11 オルボテック リミテッド 複数組成材料構造体のｌｉｆｔ印刷
US11235409B2 (en) 2013-10-18 2022-02-01 +Mfg, LLC Method and apparatus for fabrication of articles by molten and semi-molten deposition
TW201522087A (zh) * 2013-12-12 2015-06-16 三緯國際立體列印科技股份有限公司 列印頭模組
US20150197063A1 (en) * 2014-01-12 2015-07-16 Zohar SHINAR Device, method, and system of three-dimensional printing
NL2012198C2 (nl) * 2014-02-04 2015-08-06 Leapfrog B V Inrichting voor het door middel van 3d-extrusie vormen van een werkstuk.
JP6381941B2 (ja) 2014-03-24 2018-08-29 セイコーエプソン株式会社 テープカートリッジ
JP2015189007A (ja) 2014-03-27 2015-11-02 セイコーエプソン株式会社 造形物の製造方法
US20150307385A1 (en) 2014-04-25 2015-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for additive manufacturing of glass
CN108436082A (zh) 2014-06-20 2018-08-24 维洛3D公司 用于三维打印的设备、系统和方法
US9925797B2 (en) 2014-08-07 2018-03-27 Orbotech Ltd. Lift printing system
US9656424B2 (en) * 2014-09-29 2017-05-23 Xerox Corporation System for adjusting platform height during three-dimensional printing of an object
US10193004B2 (en) 2014-10-19 2019-01-29 Orbotech Ltd. LIFT printing of conductive traces onto a semiconductor substrate
KR101591938B1 (ko) * 2015-01-19 2016-02-04 숭실대학교산학협력단 듀얼 스테이지 구조를 갖는 3-d 프린터
EP3247816A4 (en) 2015-01-19 2018-01-24 Orbotech Ltd. Printing of three-dimensional metal structures with a sacrificial support
US20160236420A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-18 Michael Daniel Armani Printbed
CN104786499B (zh) * 2015-04-16 2017-12-19 英华达（上海）科技有限公司 可增加打印高度的三维打印机
US20160339517A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Applied Materials, Inc. Powders for additive manufacturing
WO2016198291A1 (en) 2015-06-09 2016-12-15 Politecnico Di Milano A device for direct additive manufacturing by means of extrusion of metal powders and ceramic materials on a parallel kinematic table
US20160361763A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-15 Stratasys, Inc. Magnetically throttled liquefier assembly
EP3322835A4 (en) 2015-07-09 2019-02-27 Orbotech Ltd. LASER-INDUCED FRONT TRANSFER EJECTION ANGLE CONTROL (LIFT)
US10201941B2 (en) 2015-07-31 2019-02-12 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts
US10343330B2 (en) 2015-07-31 2019-07-09 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts
US10166752B2 (en) 2015-07-31 2019-01-01 The Boeing Company Methods for additively manufacturing composite parts
US10195784B2 (en) 2015-07-31 2019-02-05 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts
US10232570B2 (en) 2015-07-31 2019-03-19 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts
US10343355B2 (en) 2015-07-31 2019-07-09 The Boeing Company Systems for additively manufacturing composite parts
DE102015215803A1 (de) 2015-08-19 2017-02-23 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Herstellung zumindest eines Teils eines Stahl- oder Aluminiumkolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Stahl- oder Aluminiumkolben für einen Verbrennungsmotor
WO2017075396A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Stratasys, Inc. Viscosity pump with fill and flow control and method thereof
US10065270B2 (en) 2015-11-06 2018-09-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing in real time
IL258026B2 (en) 2015-11-22 2023-03-01 Orbotech Ltd Control of surface properties in 3D printed structures
EP3389982A4 (en) 2015-12-16 2019-05-22 Desktop Metal, Inc. METHODS AND SYSTEMS FOR ADDITIVE MANUFACTURING
WO2017108044A1 (en) * 2015-12-23 2017-06-29 Vestas Wind Systems A/S Controlling wind turbines according to reliability estimates
CN108780612B (zh) * 2016-02-02 2021-03-26 德卡产品有限公司 模块化机电实体
US10259081B2 (en) * 2016-02-08 2019-04-16 Board Of Regents, The University Of Texas System Connecting metal foils/wires and components in 3D printed substrates with wire bonding
DE102016201836A1 (de) * 2016-02-08 2017-08-10 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung für eine Anlage zur additiven Herstellung eines Bauteils
US10434573B2 (en) 2016-02-18 2019-10-08 Velo3D, Inc. Accurate three-dimensional printing
US20170252811A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Desktop Metal, Inc. Selective pneumatic jetting of metal for additive manufacturing
US10589464B2 (en) 2016-03-17 2020-03-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Spreader roller for additive manufacturing
CN109070226B (zh) * 2016-03-29 2021-04-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 金属层叠造型装置
PL230139B1 (pl) * 2016-04-11 2018-09-28 Omni3D Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Głowica drukarki do druku przestrzennego
CN105773972B (zh) * 2016-04-14 2018-04-10 湖北嘉一三维高科股份有限公司 一种新型打印平台
US11691343B2 (en) 2016-06-29 2023-07-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing and three-dimensional printers
US10286452B2 (en) 2016-06-29 2019-05-14 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing and three-dimensional printers
WO2018006935A1 (en) 2016-07-04 2018-01-11 Hewlett-Packard Development Company L.P. Preparing a base for additive manufacturing
CN107626920B (zh) * 2016-07-18 2019-07-26 中国兵器装备研究院 一种双层气体保护容器
WO2018128695A2 (en) 2016-11-07 2018-07-12 Velo3D, Inc. Gas flow in three-dimensional printing
US10457033B2 (en) 2016-11-07 2019-10-29 The Boeing Company Systems and methods for additively manufacturing composite parts
US11440261B2 (en) 2016-11-08 2022-09-13 The Boeing Company Systems and methods for thermal control of additive manufacturing
DE102016121782A1 (de) * 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
US10766241B2 (en) 2016-11-18 2020-09-08 The Boeing Company Systems and methods for additive manufacturing
US10843452B2 (en) 2016-12-01 2020-11-24 The Boeing Company Systems and methods for cure control of additive manufacturing
US10000011B1 (en) 2016-12-02 2018-06-19 Markforged, Inc. Supports for sintering additively manufactured parts
US10800108B2 (en) 2016-12-02 2020-10-13 Markforged, Inc. Sinterable separation material in additive manufacturing
EP3548257B1 (en) * 2016-12-02 2022-09-28 Markforged, Inc. Method of reducing distortion in an additively manufactured part
US10828698B2 (en) 2016-12-06 2020-11-10 Markforged, Inc. Additive manufacturing with heat-flexed material feeding
US20180186080A1 (en) 2017-01-05 2018-07-05 Velo3D, Inc. Optics in three-dimensional printing
US10576683B2 (en) 2017-01-16 2020-03-03 The Boeing Company Multi-part filaments for additive manufacturing and related systems and methods
RU2670510C2 (ru) * 2017-01-20 2018-10-23 Игорь Александрович Зябрев Способ 3d послойной печати металлом
US10888925B2 (en) 2017-03-02 2021-01-12 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing of three-dimensional objects
WO2018183396A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 Velo3D, Inc. Material manipulation in three-dimensional printing
WO2018200515A1 (en) * 2017-04-24 2018-11-01 Markforged, Inc. Sintering additively manufactured parts in microwave oven
TW201901887A (zh) 2017-05-24 2019-01-01 以色列商奧寶科技股份有限公司 於未事先圖樣化基板上電器互連電路元件
US11104058B2 (en) * 2017-05-31 2021-08-31 Stratasys, Inc. System and method for 3D printing with metal filament materials
US10759159B2 (en) 2017-05-31 2020-09-01 The Boeing Company Feedstock lines for additive manufacturing
DE102017211279A1 (de) * 2017-07-03 2019-01-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks
US10821672B2 (en) 2017-07-06 2020-11-03 The Boeing Company Methods for additive manufacturing
US10814550B2 (en) 2017-07-06 2020-10-27 The Boeing Company Methods for additive manufacturing
WO2019014612A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-17 Desktop Metal, Inc. THERMALLY ROBUST NOZZLE FOR THREE DIMENSIONAL PRINTING AND METHODS OF USE THEREOF
WO2019010586A1 (en) 2017-07-14 2019-01-17 8098549 Canada Inc. SYSTEM AND METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING
US11383304B2 (en) 2017-07-28 2022-07-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cooling systems for print heads
US10786946B2 (en) 2017-09-13 2020-09-29 Thermwood Corporation Apparatus and methods for compressing material during additive manufacturing
US10272525B1 (en) 2017-12-27 2019-04-30 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing systems and methods of their use
US10144176B1 (en) 2018-01-15 2018-12-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing systems and methods of their use
US10814388B2 (en) * 2018-01-24 2020-10-27 General Electric Company Heated gas circulation system for an additive manufacturing machine
US10814395B2 (en) 2018-01-24 2020-10-27 General Electric Company Heated gas circulation system for an additive manufacturing machine
US11407171B2 (en) * 2018-04-16 2022-08-09 Titan Additive Llc Liquid cooling for pellet extruder in a fused deposition modeling system
DE102018110232A1 (de) * 2018-04-27 2019-11-14 Airbus Operations Gmbh System und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff
CN110587981A (zh) * 2018-06-13 2019-12-20 三纬国际立体列印科技股份有限公司 立体打印装置
US11203156B2 (en) 2018-08-20 2021-12-21 NEXA3D Inc. Methods and systems for photo-curing photo-sensitive material for printing and other applications
IL282910B2 (en) 2018-11-09 2024-08-01 Nexa3D Inc 3D printing system
WO2020190360A1 (en) 2019-03-18 2020-09-24 NEXA3D Inc. Method and system for additive manufacture
US10967573B2 (en) 2019-04-02 2021-04-06 NEXA3D Inc. Tank assembly and components thereof for a 3D printing system
KR20220031745A (ko) 2019-07-26 2022-03-11 벨로3디, 인크. 3차원 물체 형상화에 대한 품질 보증
DE102019122291A1 (de) * 2019-08-20 2021-02-25 Kumovis GmbH Positioniersystem für ein Additiv-Manufacturing-System sowie Additiv-Manufacturing-System
CN110938756A (zh) * 2019-10-10 2020-03-31 全椒县同鑫模具配套有限公司 一种铸铝零件加工工艺
US11260449B2 (en) * 2020-03-03 2022-03-01 Xerox Corporation Three-dimensional printing system and method of three-dimensional printing
WO2021242865A1 (en) * 2020-05-27 2021-12-02 Seurat Technologies, Inc. Print cartridge for additive manufacturing
US11883879B1 (en) 2022-09-07 2024-01-30 Additive Technologies, LLC System and method for controlling flow through a 3D printer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040127122A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Davenport Francis L. Method of making a papermaking roll cover and roll cover produced thereby
US20040131897A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Jenson Mark L. Active wireless tagging system on peel and stick substrate
CN1864298A (zh) * 2001-07-27 2006-11-15 麻省理工学院 电池结构、自组织结构及相关方法
CN101068503A (zh) * 2005-01-25 2007-11-07 诺伯特·阿贝斯 用于成形生坯体的方法和由该方法制成的制品

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US556472A (en) * 1896-03-17 Electrotype-mold builder
US1533309A (en) * 1922-10-05 1925-04-14 William E Durborow Safety device for gasoline tanks
US2207405A (en) * 1937-05-08 1940-07-09 Jacobson Eugene Extrusion process and apparatus
JPS56148411A (en) * 1980-04-17 1981-11-17 Yokowo Mfg Co Ltd Extruder for semimolten metal
US4749347A (en) * 1985-08-29 1988-06-07 Viljo Valavaara Topology fabrication apparatus
US5167138A (en) * 1987-12-31 1992-12-01 Southwire Company Conform extrusion process and apparatus
US5141680A (en) * 1988-04-18 1992-08-25 3D Systems, Inc. Thermal stereolighography
US5121329A (en) * 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
DE4039924A1 (de) * 1990-12-14 1992-06-17 Hoechst Ag Legierungen aus teilkristallinen und amorphen polyaryletherketonen
JP2597778B2 (ja) * 1991-01-03 1997-04-09 ストラタシイス，インコーポレイテッド 三次元対象物組み立てシステム及び組み立て方法
EP0660767A1 (en) * 1991-02-18 1995-07-05 The University Of Melbourne Regulation of flowrate of liquid furnace products
US5109589A (en) * 1991-03-11 1992-05-05 United Technologies Corporation Processes for making metal prototype parts
JP2928965B2 (ja) * 1992-12-09 1999-08-03 工業技術院長 超耐熱・難加工材の噴射成形方法
JPH06234055A (ja) * 1993-02-12 1994-08-23 Toyota Motor Corp 高硬度アルミ鋳造品の製造方法
US5312224A (en) * 1993-03-12 1994-05-17 International Business Machines Corporation Conical logarithmic spiral viscosity pump
GB9326050D0 (en) * 1993-12-21 1994-02-23 Holton Machinery Ltd Continuous extrusion
US5503785A (en) * 1994-06-02 1996-04-02 Stratasys, Inc. Process of support removal for fused deposition modeling
US5572431A (en) * 1994-10-19 1996-11-05 Bpm Technology, Inc. Apparatus and method for thermal normalization in three-dimensional article manufacturing
US5622216A (en) * 1994-11-22 1997-04-22 Brown; Stuart B. Method and apparatus for metal solid freeform fabrication utilizing partially solidified metal slurry
US5529471A (en) * 1995-02-03 1996-06-25 University Of Southern California Additive fabrication apparatus and method
US5764521A (en) * 1995-11-13 1998-06-09 Stratasys Inc. Method and apparatus for solid prototyping
US5738817A (en) * 1996-02-08 1998-04-14 Rutgers, The State University Solid freeform fabrication methods
US6085957A (en) * 1996-04-08 2000-07-11 Stratasys, Inc. Volumetric feed control for flexible filament
US5816466A (en) * 1996-04-19 1998-10-06 The Lincoln Electric Company Wire feeding apparatus
EP0839589A1 (de) * 1996-11-04 1998-05-06 Alusuisse Technology & Management AG Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges
US6067480A (en) * 1997-04-02 2000-05-23 Stratasys, Inc. Method and apparatus for in-situ formation of three-dimensional solid objects by extrusion of polymeric materials
US5866058A (en) * 1997-05-29 1999-02-02 Stratasys Inc. Method for rapid prototyping of solid models
US6027326A (en) * 1997-10-28 2000-02-22 Sandia Corporation Freeforming objects with low-binder slurry
US5968561A (en) 1998-01-26 1999-10-19 Stratasys, Inc. High performance rapid prototyping system
US6022207A (en) * 1998-01-26 2000-02-08 Stratasys, Inc. Rapid prototyping system with filament supply spool monitoring
US5939008A (en) * 1998-01-26 1999-08-17 Stratasys, Inc. Rapid prototyping apparatus
US6004124A (en) * 1998-01-26 1999-12-21 Stratasys, Inc. Thin-wall tube liquifier
US6054077A (en) * 1999-01-11 2000-04-25 Stratasys, Inc. Velocity profiling in an extrusion apparatus
JP2000212672A (ja) * 1999-01-22 2000-08-02 Toyota Motor Corp 高強度かつ低残留歪みのアルミ系鋳物の製造方法
WO2000078519A1 (en) 1999-06-23 2000-12-28 Stratasys, Inc. High temperature modeling apparatus
US6722872B1 (en) * 1999-06-23 2004-04-20 Stratasys, Inc. High temperature modeling apparatus
US6238613B1 (en) * 1999-07-14 2001-05-29 Stratasys, Inc. Apparatus and method for thermoplastic extrusion
US6257517B1 (en) * 1999-08-10 2001-07-10 Sandvik Steel Co. Method and apparatus for feeding welding wire
US6214279B1 (en) * 1999-10-02 2001-04-10 Nanotek Instruments, Inc. Apparatus and process for freeform fabrication of composite reinforcement preforms
US6578596B1 (en) * 2000-04-18 2003-06-17 Stratasys, Inc. Apparatus and method for thermoplastic extrusion
JP2002069507A (ja) * 2000-09-01 2002-03-08 Hitachi Ltd 金属物品の製造方法及びその装置並びにレーザ光集光装置
EP1264646A1 (de) * 2001-06-07 2002-12-11 Alcan Technology & Management AG Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges
US6547995B1 (en) * 2001-09-21 2003-04-15 Stratasys, Inc. Melt flow compensation in an extrusion apparatus
US6814907B1 (en) * 2001-12-18 2004-11-09 Stratasys, Inc. Liquifier pump control in an extrusion apparatus
US7168935B1 (en) * 2002-08-02 2007-01-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Solid freeform fabrication apparatus and methods
AU2003265656A1 (en) * 2002-08-23 2004-03-11 Lockheed Martin Corporation High strength aluminum alloy and method of producing same
US7026574B2 (en) * 2003-07-22 2006-04-11 Lincoln Global, Inc. Wire gripper for a drive unit of a wire feeder
JP2005066621A (ja) * 2003-08-21 2005-03-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 超耐熱・難加工材の噴射成形方法及び装置
US7141207B2 (en) * 2004-08-30 2006-11-28 General Motors Corporation Aluminum/magnesium 3D-Printing rapid prototyping
US7384255B2 (en) * 2005-07-01 2008-06-10 Stratasys, Inc. Rapid prototyping system with controlled material feedstock
US7604470B2 (en) * 2006-04-03 2009-10-20 Stratasys, Inc. Single-motor extrusion head having multiple extrusion lines
US7977599B2 (en) 2007-10-19 2011-07-12 Honeywell International Inc. Erosion resistant torch
US8215371B2 (en) * 2008-04-18 2012-07-10 Stratasys, Inc. Digital manufacturing with amorphous metallic alloys
US7942987B2 (en) 2008-06-24 2011-05-17 Stratasys, Inc. System and method for building three-dimensional objects with metal-based alloys
US8245757B2 (en) * 2009-02-02 2012-08-21 Stratasys, Inc. Inorganic ionic support materials for digital manufacturing systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1864298A (zh) * 2001-07-27 2006-11-15 麻省理工学院 电池结构、自组织结构及相关方法
US20040127122A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Davenport Francis L. Method of making a papermaking roll cover and roll cover produced thereby
US20040131897A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Jenson Mark L. Active wireless tagging system on peel and stick substrate
CN101068503A (zh) * 2005-01-25 2007-11-07 诺伯特·阿贝斯 用于成形生坯体的方法和由该方法制成的制品

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107405689A (zh) * 2015-03-24 2017-11-28 西门子公司 用于加成式制造方法的具有用于粉末腔的加热装置的设施
CN112092359A (zh) * 2015-07-31 2020-12-18 波音公司 增材制造复合零件的系统和方法
CN112092359B (zh) * 2015-07-31 2022-09-06 波音公司 增材制造复合零件的系统和方法
CN108698126A (zh) * 2015-12-10 2018-10-23 维洛3D公司 精湛的三维打印
US12070907B2 (en) 2016-09-30 2024-08-27 Velo3D Three-dimensional objects and their formation

Also Published As

Publication number Publication date
US20090314391A1 (en) 2009-12-24
US20110232855A1 (en) 2011-09-29
CN102066072B (zh) 2014-05-28
US7942987B2 (en) 2011-05-17
US9027378B2 (en) 2015-05-12
EP2321106A1 (en) 2011-05-18
JP2011527238A (ja) 2011-10-27
JP5307888B2 (ja) 2013-10-02
WO2009158260A1 (en) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102066072B (zh) 用金属基合金构建三维物体的系统和方法
US10888908B2 (en) Magnetically throttled liquefier assembly
US11104058B2 (en) System and method for 3D printing with metal filament materials
US8215371B2 (en) Digital manufacturing with amorphous metallic alloys
KR101413485B1 (ko) 압출가공 기반 디지털 제조 시스템용 리본 액화기
JP2010517830A (ja) 押出型堆積システムのための粘性ポンプ
CN101883672A (zh) 三维制造
US20200114561A1 (en) Injection mold with thermoelectric elements
US5059453A (en) Method and apparatus for metalizing internal surfaces of metal bodies such as tubes and pipes
Rice et al. Metal solid freeform fabrication using semi-solid slurries
US20230166939A1 (en) Laying-pipe segment, laying-pipe holder and arrangement of a laying-pipe holder and a laying pipe
US20090223251A1 (en) Molten glass dropping nozzle, molded glass product manufacturing method and molded glass product manufacturing apparatus
EP2802444B1 (en) Uncoated, corrosion resistant resin delivery system
CN214726570U (zh) 一种坐垫热压复合恒温装置
JP6905106B1 (ja) 熱処理炉、加熱装置、ワイヤ電極の製造方法および熱拡散処理方法
US20160339509A1 (en) Production of metallic glass objects by melt deposition
CN117380765A (zh) 钨丝拉丝模具、构造方法及其应用于的细钨丝拉丝设备
CN116921469A (zh) 一种具有交错布置的拉丝模具的高强细钨丝拉丝设备
Li et al. Feasibility of induction heating fused wire continuous deposition forming
CN116921471A (zh) 一种拉丝模具的位置可调节的高强细钨丝拉丝设备
CN116921481A (zh) 一种带有石墨乳涂覆装置的高强度细钨丝用拉丝设备
CN116921463A (zh) 一种具有力矩控制收线装置的高强细钨丝拉丝设备
CN116921466A (zh) 一种拉丝模具与导轮之间具有大间距的细钨丝拉丝设备
CN117259469A (zh) 一种抑制钨丝偏移的高强细钨丝拉丝方法及设备
JPH05319841A (ja) 光学素子の成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140528

Termination date: 20210618

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee