CN106064483B - 注射模制以完成用三维物体打印机打印的部分 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于形成三维物体的方法，其使用三维物体打印机形成打印部分并且使用注射模制系统形成模制部分，所述模制部分和所述打印部分邻接并且完成三维物体形成。方法包括操作三维物体打印机的喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而形成打印部分，操作致动器以将打印部分从台板移动到注射模制系统的注射模具的型腔，以及操作注射模制系统的注射器以将材料注射到注射模具的型腔中从而形成模制部分，所述模制部分与所述打印部分邻接以形成三维物体。

Description

注射模制以完成用三维物体打印机打印的部分

技术领域

本文中所公开的设备和方法涉及三维物体制造，并且更特别地，涉及数字增材制造和注射模制。

背景技术

数字三维物体制造也称为数字增材制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。三维物体打印是增材过程，其中一个或多个喷射器头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。衬底支撑在平台上，可以通过可操作地连接到平台的致动器的操作三维地移动平台，或者喷射器头可操作地连接到用于喷射器头的受控运动的一个或多个致动器以产生形成物体的层。三维物体打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术(如切割或钻孔)可区分。使用这些技术制造三维打印部件对于生产少量的小且精密的部件是理想的。然而，对于大部件的大规模生产，这些技术会比许多传统制造技术(如注射模制)更慢和更昂贵。

注射模制是一种制造三维物体的方法，其中熔融材料注射到模具中并且允许冷却以形成物体。当材料已冷却时，模具打开以释放形成的物体。模具然后可以闭合并且执行另一注射循环以生产另一物体。因此，注射模制技术对于大量相对简单的部件是理想的。

在用数字增材制造技术制造三维物体中能够获得用注射模制技术可获得的高速度和增加产量将是有益的。

发明内容

一种使用注射模制完成三维打印部分的方法包括以下步骤：操作三维物体打印机的喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而形成打印部分；操作致动器以将所述打印部分从所述台板移动到注射模制系统的注射模具的型腔，所述型腔配置成成形三维物体；操作另一致动器以闭合所述注射模具；操作所述注射模制系统的至少一个注射器以将材料注射到所述注射模具的型腔中从而在所述型腔中形成模制部分，所述模制部分与所述打印部分邻接以在所述注射模具的型腔内形成所述三维物体；以及操作另一致动器以打开所述注射模具并且从所述注射模具的型腔释放所述三维物体。

一种使用注射模制完成三维打印部分的方法包括以下步骤：操作三维物体打印机以形成三维物体的第一部分；以及操作注射模制系统以将所述三维物体的第二部分模制到所述三维物体的第一部分上，所述第一部分和所述第二部分邻接以形成所述三维物体。

一种使用注射模制完成三维打印部分的系统包括：三维物体打印机，所述三维物体打印机具有台板和配置成将材料滴喷射到所述台板上以在所述台板上形成打印部分的喷射器头；注射模制系统，所述注射模制系统具有带有配置成成形三维物体的型腔的注射模具和配置成将材料注射到所述型腔中的注射器；致动器，所述致动器配置成将所述打印部分从所述三维物体打印机移动到所述注射模具的型腔；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述三维物体打印机、所述注射模具和所述致动器，所述控制器配置成：操作所述喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而在所述台板上形成所述打印部分；操作所述致动器以将所述打印部分从所述台板移动到所述注射模具的型腔；以及操作所述注射器以将材料注射到所述注射模具的型腔中从而在所述型腔中形成模制部分，所述模制部分与所述打印部分邻接以形成所述三维物体。

附图说明

在结合附图进行的以下描述中解释将注射模制的方面包含到数字增材制造中的系统和方法的前述方面和其它特征。

图1显示根据本公开制造的三维物体。

图2显示图1的三维物体的剖视图。

图3显示使用注射模制完成三维打印部分的系统。

图4显示使用注射模制完成三维打印部分的方法。

图5显示具有在其上打印的图1的物体的打印部分的台板。

图6显示台板正定位在注射模具的型腔内。

图7显示注射模具处于闭合位置并且具有定位在注射模具的型腔内的台板。

图8显示注射模具，其中图1的物体的模制部分形成于注射模具的型腔内。

图9显示注射模具处于打开位置以释放图1的形成物体。

具体实施方式

为了本文中所公开的系统和方法的环境以及系统和方法的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记标示相似的要素。

图1显示根据本公开制造的三维物体100。物体100具有打印部分104和模制部分108。打印部分104用三维物体打印机打印。模制部分108使用注射模制系统直接模制到打印部分104上。在一些实施例中打印部分104具有至少一个构型表面112。在一些实施例中，打印部分104包括在至少一个表面上的图像116。图2显示物体100的剖视图。

图3显示使用注射模制完成三维打印部分的系统300。系统300包括三维物体打印机304。打印机304包括配置成将材料滴喷射到台板312上以形成三维物体(如物体100的打印部分104)的喷射器头308。在一些实施例中，喷射器头包括配置成将支撑材料滴喷射到台板312上的第一多个喷射器和配置成将构建材料滴喷射到台板312上的第二多个喷射器。在另外的实施例中，喷射器头的第二多个喷射器配置成喷射多种颜色的构建材料滴。打印机304还包括控制器316，所述控制器配置成参考待打印的三维物体的数字图像数据操作喷射器头308中的喷射器以朝着台板312喷射材料滴从而形成材料层。在一些实施例中，数字图像数据包含颜色数据并且控制器316操作喷射器头308以形成多色物体和在表面上具有图像的物体。

系统300包括注射模制系统320，所述注射模制系统配置成通过将一部分直接模制到物体的打印部分上完成物体。在图3所示的实施例中，注射模制系统320配置成将模制部分108直接模制到打印部分104上以形成物体100。在一些实施例中，注射模制系统320包括具有上部分324和下部分328的注射模具322。上部分324和下部分328配置成彼此可分离以允许打印部分104放置在型腔332的内部，所述型腔配置成成形物体100。在一个实施例中，下部分328包括邻近型腔332布置的凹陷336，所述凹陷配置成接收台板312，因此当台板312放置到凹陷中时打印部分104在型腔内。在一些实施例中，上部分324固定就位并且下部分328配置成移动到与上部分324互锁。在一些实施例中，下部分328具有对应于上部分324的孔344的突起340。当靠拢时突起340与孔344互锁以保证下部分328与上部分324正确地对准。当注射模具322闭合时，操作注射模制系统320的注射器348以经由至少一个浇口352将熔融材料注射到腔332中。

在一些实施例中，系统控制器360被提供用于操作打印机304、注射模具322和致动器356。系统控制器360可操作地连接到打印机304的控制器316、注射模具322和致动器356的每一个并且配置成发送命令以控制这些部件的每一个的操作。致动器356配置成在三维物体打印机304和注射模制系统320之间移动台板312。在图3中，致动器356显示为机器人臂，但是致动器356可以包括适合于从打印机304移动台板312并且将台板312放置到注射模具322中的任何机构。

在图4中显示使用注射模制完成三维打印部分的方法400。在该过程的描述中，过程正在执行某个任务或功能的陈述指的是控制器或通用处理器执行存储在可操作地连接到控制器或处理器的存储器中的编程指令以操作数据或操作打印机中的一个或多个部件以执行任务或功能。上述的控制器360可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器360可以用一个以上处理器和关联的电路和部件实现，其中的每一个配置成形成本文中所述的一个或多个任务或功能。

当执行方法400时，它开始于操作喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而形成打印部分(方块404)。系统控制器360将命令发送到三维物体打印机304的控制器316以操作喷射器头308的喷射器从而将材料滴喷射到台板312上以形成物体100的打印部分104。如图5中所示，在一个实施例中，控制器316首先操作喷射器头308的第一多个喷射器以喷射支撑材料滴从而形成支撑层504。接着，控制器316操作喷射器头308的第二多个喷射器以喷射构建材料滴从而形成物体100的打印部分104。在一个实施例中，控制器316操作喷射器头308以形成具有构型表面的打印部分，所述构型表面邻接支撑层504。在另一实施例中，控制器316操作喷射器头308以喷射多种颜色的构建材料从而形成在至少一个表面上具有图像的打印部分104。图5还显示还未形成的物体100的模制部分108的虚线轮廓线。

接着，方法400操作致动器以将打印部分移动到注射模具的型腔，型腔配置成成形三维物体(方块408)。系统控制器360操作致动器356以将打印部分104从三维物体打印机304移动到注射模具322的型腔332中。如图6中所示，在一个实施例中，系统控制器360操作致动器以从打印机304去除台板312，其中在台板312上具有打印部分104。致动器将具有打印部分104的台板312移动到注射模具的型腔332中并且将台板312放置到凹陷336中。如图7中所示，台板312定位在凹陷336中，系统控制器360操作注射模制系统320以将注射模具322移动到闭合位置。

接着，方法400操作注射器以将材料注射到型腔中从而在型腔中形成模制部分，模制部分与打印部分邻接以形成三维物体(方块412)。系统控制器360操作注射器348以经由浇口352将熔融材料注射到型腔332中。如图8中所示，材料冷却以形成物体100的模制部分108。模制部分108与打印部分104联结以形成完整的物体100。如图9中所示，在物体100已形成和冷却之后，系统控制器360操作注射模制系统320以将注射模具322移动到打开位置从而释放物体100。在一些实施例中，系统控制器360操作致动器356以从注射模具322去除台板312和完成的物体100。通过用三维物体打印机形成物体100的更复杂特征并且用注射模制形成更简单特征，生产物体100的时间相比于用打印机形成整个物体所需的时间减小。另外，该过程更灵活，原因是打印部分104上的标记(如图像116)可以由打印机产生，因此它们在物体之间不同，同时用注射模制系统制造所有形成的物体的共同特征。

Claims (8)

1.一种用于制造三维物体的系统，其包括：

三维物体打印机，所述三维物体打印机具有台板和配置成将材料滴喷射到所述台板上以在所述台板上形成打印部分的喷射器头；

注射模制系统，所述注射模制系统具有带有配置成成形三维物体的型腔的注射模具和配置成将材料注射到所述型腔中的注射器，所述注射模制还包括邻近所述型腔的凹陷，所述凹陷配置成接收所述台板并放置所述打印部分到所述凹陷中；

致动器，所述致动器配置成将所述打印部分从所述三维物体打印机移动到所述注射模具的型腔；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到所述三维物体打印机、所述注射模具和所述致动器，所述控制器配置成：

操作所述喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而在所述台板上形成所述打印部分；

操作所述致动器以将所述台板和在所述台板上的所述打印部分移动到所述注射模具的型腔中以使所述打印部分位于注射模具的型腔中；以及

操作所述注射器以将材料注射到所述注射模具的型腔中从而在所述型腔中形成模制部分，所述模制部分与所述打印部分邻接以形成所述三维物体。

2.根据权利要求1所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以将支撑材料滴喷射到所述台板上从而形成支撑层；以及

操作所述喷射器头以将构建材料滴喷射到所述支撑层上从而形成所述打印部分。

3.根据权利要求2所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以喷射构建材料滴从而形成所述打印部分，所述打印部分具有邻接所述支撑材料的至少一个构型表面。

4.根据权利要求1所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以将第一构建材料滴和第二构建材料滴喷射到所述台板上从而形成所述打印部分，所述第一构建材料具有不同于所述第二构建材料的颜色，所述打印部分的所述第一构建材料和所述打印部分的所述第二构建材料布置在所述打印部分内以在所述打印部分的表面上形成图像。

5.一种用于制造三维物体的系统，其包括：

三维物体打印机，所述三维物体打印机具有台板和配置成将材料滴喷射到所述台板上以在所述台板上形成打印部分的喷射器头；

注射模制系统，所述注射模制系统具有带有配置成成形三维物体的型腔的注射模具和配置成将材料注射到所述型腔中的注射器；

致动器，所述致动器配置成将所述打印部分从所述三维物体打印机移动到所述注射模具的型腔；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到所述三维物体打印机、所述注射模具和所述致动器，所述控制器配置成：

操作所述喷射器头以将材料滴喷射到台板上从而在所述台板上形成所述打印部分；

操作所述致动器以将在其上具有所述打印部分的所述台板移动到所述注射模具的型腔中；以及

操作所述注射器以将材料注射到所述注射模具的型腔中从而在所述型腔中形成模制部分，所述模制部分与所述打印部分邻接以形成所述三维物体；以及

在所述注射器已被操作以形成所述模制部分之后，操作所述致动器以从注射模具移除所述台板和在所述台板上的形成的三维物体。

6.根据权利要求5所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以将支撑材料滴喷射到所述台板上从而形成支撑层；以及

操作所述喷射器头以将构建材料滴喷射到所述支撑层上从而形成所述打印部分。

7.根据权利要求6所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以喷射构建材料滴从而形成所述打印部分，所述打印部分具有邻接所述支撑材料的至少一个构型表面。

8.根据权利要求5所述的系统，所述控制器还配置成：

操作所述喷射器头以将第一构建材料滴和第二构建材料滴喷射到所述台板上从而形成所述打印部分，所述第一构建材料具有不同于所述第二构建材料的颜色，所述打印部分的所述第一构建材料和所述打印部分的所述第二构建材料布置在所述打印部分内以在所述打印部分的表面上形成图像。