CN106163772A - 形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用 - Google Patents

形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106163772A
CN106163772A CN201480073030.3A CN201480073030A CN106163772A CN 106163772 A CN106163772 A CN 106163772A CN 201480073030 A CN201480073030 A CN 201480073030A CN 106163772 A CN106163772 A CN 106163772A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
resin
structural detail
structural
design structure
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.)
Pending
Application number
CN201480073030.3A
Other languages
English (en)
Inventor
R·J·弗莱明
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority claimed from PCT/US2014/066000 external-priority patent/WO2015073992A1/en
Publication of CN106163772A publication Critical patent/CN106163772A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/24—Coatings containing organic materials
    • C03C25/26—Macromolecular compounds or prepolymers
    • C03C25/28—Macromolecular compounds or prepolymers obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C03C25/285—Acrylic resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/10—Esters
    • C08F120/26—Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C08F120/32—Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing epoxy radicals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F122/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof
    • C08F122/10—Esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/10—Esters
    • C08F222/1006—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols
    • C08F222/104—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols of tetraalcohols, e.g. pentaerythritol tetra(meth)acrylate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • C08J5/08—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials glass fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
    • H05K3/0014—Shaping of the substrate, e.g. by moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0002—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped monomers or prepolymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
    • B29K2105/122—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles microfibres or nanofibers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0005—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3425—Printed circuits
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0284—Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)

Abstract

在此提供了一种工具，该工具单独地创造多个三维结构元件，这些三维结构元件被顺序地定位以形成一个成形物体。

Description

形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用
技术领域
本文所描述的多个实施例总体上涉及一种形状形成过程，并且更确切地讲涉及一种形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用。
背景
复合物通常指含有粘合剂和固体的多相材料。越来越多种类的结构复合物由有机聚合物粘合剂或“树脂”和纤维构成，该纤维通常由玻璃、碳、或天然物构成。在一些变型中，该纤维可以是由金属形成的。该纤维呈丝(连续或切碎的)、编织布的窄条、束或粗纱、编织物的形式，或者被制成为条或“带”。由于从航空航天到娱乐设备范围的行业对于轻质、高刚度材料的需求，结构复合物行业在不断成长。复合材料通常是通过预先形成的模具来形成形状的，这些模具是昂贵的并且增加了开发周期时间。典型地，建造复合物零件所需的步骤包括：1)设计零件，2)制成原型零件或[正像]，3)制成模具[负像]，4)将脱模剂添加至模具，5)添加树脂和纤维，6)固化树脂，7)移除最终零件，并且8)清洁或丢弃模具。这些步骤消耗了不必要的时间、材料和废物，从而增加复合物零件的成本。
简要说明
图1展示了根据实施例的用于执行形状形成过程并创造结构元件及其设计的工具。
图2A展示了根据另一示例的用于将树脂和纤维传送到目标区域的传送机构。
图2B展示了根据另一示例的用于将树脂和纤维传送到目标区域并且使树脂和纤维成形的替代性子系统。
图3展示了用于控制如图1和图2A的示例所描述的实现形状形成过程的工具的控制器。
图4展示了根据另一实施例的用于实现树脂/纤维控制的示例性子系统。
图5展示了使用例如以图1至图4的示例描述的工具所能够生产的结构元件的示例。
图6A和图6B展示了根据另一方面的由线A-A示出的结构元件的区段的替代性截面视图。
图7展示了根据一个方面的用于形成结构元件的方法。
图8展示了根据另一示例的用于由多个结构元件形成一个物体的方法。
图9展示了使用例如以本文所提供的多个示例来描述的结构元件生产的成形物体的示例。
详细说明
一些实施例包括一种通过形成多个三维结构元件的方式创造出成形或设计物体的系统和方法。
在一个实施例中，用于创造成形三维结构的工具包括树脂传送机构、纤维源、固化机构、以及控制器。该纤维源可以提供与该树脂同心地组合的纤维。固化机构在目标位置的给定方位使该树脂和/或纤维固化。控制器将该树脂和/或纤维操纵成所希望的形状，而同时该固化机构使该树脂和/或纤维固化在位。
三维成形元件是在无支撑结构(即，用作固体支撑件来在固化过程中提供结构的支撑件、基片、或模具)的地方成形的元件。当聚合物被固化时，它从液体或半固体转变到刚性材料、并且在这转变过程中经过液体或橡胶状转变，其中该聚合物不能支撑结构。在本发明中，分配头的自动运动将该“结构”提供成在自由空间中成形，而同时使这种预聚合物材料固化。
四维成形元件是在三维上加上被成形到位的附加功能(例如，电气布线、电路、或导电性)来成形的元件。其它的实例将是热导性或光学通路。
根据一些实施例，提供了一种三维成形的打印或布线板，该打印或布线板包括具有曲率并由多个单独创造的结构元件形成的物理形状。另外或可替代地，一些实施例包括无固体成形支撑件的情况下在自由空间中形成的电子装置。
更进一步地，一些实施例包括一种过程、或用于实现过程的工具，其中三维物体是在自由空间中形成的。工具可以实现(i)将精确量的液体树脂与纤维一起传送、将涂覆液体树脂的纤维定位在X，Y，Z空间中，(ii)通过辐射或其他能量源来使用固化以使树脂-纤维复合物固化的过程，从而锁定该材料的位置，而同时传送液体树脂并使经涂覆的纤维的位置移动。在一些变型中，用机械切割机构或激光来切割经固化的涂覆纤维。
在一些实施例中，提供了一种用于通过组合多个三维结构来创造成形物体的工具。该工具包括树脂传送机构、纤维源、能量源、以及控制器。该树脂传送机构被定位成将液化树脂沉积到给定目标位置。该纤维源将一种纤维供应至该给定目标位置。能量源被定位成向沉积的树脂提供能量并且固化在该目标位置处。该能量源可以被选定成足以液化该尖端部分。控制器对该目标位置处沉积的树脂的固化进行定位，以使得通过在该给定位置处对该纤维进行操纵，来将该树脂构筑成较大本体的三维结构元件。
根据一些变体，该纤维源包括纤维引导件，该纤维引导件能够控制该纤维在该目标位置处沿3个轴线的移动。该纤维引导件可以包括用于在该目标位置处沿3个轴线和1个或多个旋转轴线对该纤维进行操纵的三维控制机构。通过举例的方式，该纤维是单丝、纤维束、丝带、膜或带中的一者或多者。
更进一步地，在一些实施例中，使用了刀或激光来切割固化之后的所述结构元件。可以使用切割和/或固化的动作来进一步使正由这些结构元件形成的物体成形。
通过举例的方式，可以使用本文所描述的多个实施例来创造成形物体(或其部分)，包括防弹衣、假肢、个性化的眼镜或护目镜、用于某一分类装置(枪、刀、锤、游戏控制器、网球拍等)的手柄或定制把手、船、滑橇、雪橇、滑雪板、家具、椅子、凳子、架子、牌子(包括可以利用导电纤维或注入粉末的树脂的具有电子电路的牌子)、定制纤维光学器件或灯、以及定制箱和包装设备。
工具概述
图1展示了根据实施例的用于执行形状形成过程并创造结构元件及其设计的工具。更详细地，一些实施例包括用于由多个单独的、具有所希望形状的三维结构元件创造设计物体的工具100。设计物体是指由工具100的使用者设计的、具有由多个设计参数指定的结构特征和几何特征的任何物体。通过举例的方式，设计物体可以对应于用于以可电操作的方式承载电子电路和部件的成形电路板。这些设计参数例如可以指定该成形电路板的厚度、轮廓、形状、以及整体尺寸。工具100运行以通过在形成该物体的同时现场顺序地创造该物体的多个单独的结构元件来形成该设计物体。在这方面，工具100可以作为三维打印机运行，但是与使用多个层的添加将多个二维层形成为成品物体的常规途径形成对比，图1的示例性工具100在正在形成的物体的现场单独地创造一个三维结构元件。除了其他优点，所产生的物体可以使更多样化的设计物体能够具有结构合理的特征。另外，一些变型使结构元件能够包括集成的导电性，这可以产生具有固有电气特性或能力的三维成形物体。另外，可以形成具有大的空隙空间的形状，从而致使零件具有高的刚度和强度而且还具有低的重量。
在实施例中，工具100包括传送机构110，该传送机构使树脂与纤维联接以形成结构元件。更详细地，工具100包括机器人臂104，该机器人臂任选地被提供在X-Y定位台106(例如，可旋转台)上(如所示出的，该机器人臂不在该X-Y定位台或可旋转台上，正在形成的样品是在可旋转台上)以提供三加轴线定位系统。臂104可以绕一个或多个铰链114枢转，以使各种运动和自由度成为可能。该臂可以被提供在平台130上，该平台用于支撑和保持臂104、以及诸如定位台106的其他部件。定位台106可以进而支持正在形成的物体(例如复合物成形结构零件、电路板或电气元件)的固位和成形。
在一个实施例中，传送机构110包括将树脂和纤维107分开地传送到目标111的多个结构。树脂传送结构105可以将预定量的树脂从树脂源经过管道115传送到该目标的一个区域。通过举例的方式，树脂传送结构105可以包括计量泵，例如注射泵、蠕动泵、齿轮泵、或渐进式空腔泵(progressive cavity pump)。例如，泵可以将液体形式的树脂传送到头109，该头将树脂部分沉积在目标区域111处提供的基片上。头109可以被加热和/或振动以维持该树脂的最低粘度。头109根据所希望的树脂“滴”特征和材料可以是圆柱形的、扁平的、圆形的或长形的。
图1的示例展示了一种将液体树脂传送到位于目标区111的纤维上的实施方式，在该目标区域处使树脂和纤维的组合体成形。更详细地，在该树脂到达之前，从纤维源127(例如，线轴)传送纤维107，该纤维源可以被安装或可操作地定位到该机器人臂和/或目标区域上。纤维107可以被传送到目标区域111来接合纤维引导件122，该纤维引导件可以用作针对该纤维的操纵机构。纤维引导件122可以包括或在其他情况下可操作地联接到操纵尖端123。操纵尖端123可以对应于机动化部件，该机动化部件可以在高度方向上(例如，沿Z轴)和/或在目标区域111上侧向地移动。例如，在图1中，纤维107在该目标区域上被抬升，在该目标区域处该纤维接收液化树脂。在目标111处，纤维引导件122在三维上操纵纤维107，以将该纤维操纵成所希望的框架121。纤维引导件122可以将纤维107在目标区域111处定位在其适当位置上，并且进一步在自由空间中对该纤维进行定位以具有所希望形状的框架121。纤维引导件122可以例如对应于点、环或小滚筒。另外或可替代地，纤维引导件122可以是中空的，并且纤维107可以被引导经过该纤维引导件的中心。另外，该纤维引导件可以喷射液体树脂以与该纤维联接或混合。
在一些变型中，纤维引导件122还可以包括任选的切割工具(例如机械刀或激光)，以用于在该树脂/纤维固化时并且在形成元件或成品零件的过程中。这种切割可以例如终止该结构元件的尺寸，或者使该结构元件成形或确定轮廓。
在一个实施例中，树脂传送结构105将树脂传送到位于目标位置111的纤维引导件122中。在一种实施方式中，执行了使该液体树脂固化在位(例如在框架121上)的固化过程。该固化过程可以例如利用可见光或紫外光(UV)光源。可替代地或另外，该固化过程可利用辐射源来从红外线辐射引入热量，并且该树脂可以被热固化。合适的树脂的示例包括具有丙烯酸酯、环氧化物，或乙烯基反应性基团的单体，并且树脂制剂包括热诱发的自由基UV光敏引发剂或阳离子UV光敏引发剂。任选地，该辐射源可以例如通过红外辐射来引入热量，并且该树脂可以被热固化。除其他实现方式之外，实施例提供了该树脂在与纤维107接触之后与纤维紧密组合并且然后在开始固化进程之后快速变成固体或半固体。为了最大限度地减少可能与丙烯酸酯和环氧树脂的聚合共混物一起发生的固化收缩，可以将多种功能性树脂与自由基光敏引发剂和阳离子光敏引发剂的混合物相组合。还可以将含有乙烯基、丙烯酸酯、或环氧基团的多种可UV固化的树脂与含水分或可热固化基团(例如异氰酸酯)的多种树脂相组合。
图1的示例可以进一步包括控制工具100的多个不同机械功能的一个或多个编程控制机构。控制器101可以操纵臂104、控制树脂传送(例如，树脂体积率)、控制来自纤维源的纤维107的传送(例如，速度)、和/或控制操作尖端123。
图2A展示了根据另一示例的用于将树脂和纤维传送到目标区域上并且使树脂和纤维成形的子系统。图2A的子系统200包括机器人臂210、树脂传送机构214、以及纤维引导件216，该机器人臂包括固化源212。纤维引导件216使得目标区域211处的纤维217(示出为由线轴221提供)定位并且使其成形。在一种实施方式中，当将该纤维定位和成形在目标区域211上时，树脂传送机构214将树脂沉积在纤维217上。固化源212可以例如给该树脂和纤维的组合体提供紫外光辐射以形成结构元件。
在另一变型中，纤维217和树脂可以被组合到管道中以用于传送到目标区域211。例如，参照图2A，纤维引导件216可以被组合成或用作用于该树脂的管道。经组合的聚合物和纤维可以被沉积在该目标区域上，并且机器人手臂210的定位可以根据三维模式来沉积树脂，该三维模式与所产生的结构元件的所希望的几何形状相关。固化源212可以将辐射(例如，UV辐射)和/或热量的目标定为树脂/纤维沉积物以使所沉积的树脂凝固，从而形成了所希望的结构。切割工具230能够被可操作地定位成切割固化的树脂或纤维/树脂结构，以便截短、刮削所形成的结构元件、或确定其形状或以其他方式进一步使其成形。切割工具230可以例如对应于剪切刀或激光(例如，CO2、UV、YAG、或具有足以切割所固化的树脂/纤维的功率的其他激光器类型)等。
图2B展示了根据另一示例的用于将树脂和纤维传送到目标区域并且使树脂和纤维成形的替代性子系统。在图2B的示例中，纤维217和液体树脂被推动穿过喂料器260并且作为纤维/树脂277而在目标区域211处传送。使用多个滚筒262可以将该纤维推过喂料器260，液体树脂可以任选地被喷射到喂料器260中，260还可以被称为“喂料块”。壳体270可以在台272上枢转或旋转，并且该台也能够旋转运动。壳体270的移动使得高度方向上(Z轴)的自由成为可能。可以将纤维/树脂277的组合材料沉积在目标区域211上，在该目标区域处台272的旋转运动提供了在X、Y方向上的移动。固化机构280可以在纤维/树脂277从喂料器260出现时即刻使其固化。壳体270的组合旋转(或可替代地竖向的)移动与台272的旋转移动一起使得能够形成具有所希望的三维形状或轮廓的股线或其他结构元件。
工具控制
图3展示了用于控制如图1和图2A的示例所描述的实现形状形成过程的工具的控制器。例如，控制器300可以被实现为编程或计算机驱动的机构以控制工具100(图1)的精确移动和定时动作。
在实施例中，控制器300包括设计界面310、仿真界面315、树脂/纤维控制320、固化控制330、以及引导340。树脂/纤维控制320可以按如图2A的示例所描述的方式来实现，所不同的是可以在将该树脂沉积在该目标位置处之前使该纤维穿过树脂管道。
设计界面310可以接收设计输入302，该设计输入可以指定所希望的物体(例如印刷电路板、成形电路板、或假肢)的结构物理特征和/或电特征。这些设计参数302还可以指定包括一个结构元件的所希望的尺寸和/或形状的多个结构元件。仿真界面315可以仿真所预期的物理特性并优化，以满足多项设计目标，例如刚度、断裂强度、或电气路径。考虑到所使用的结构元件的聚合的总厚度和所形成的结构的形状，通过仿真界面315提供的反馈可以是基于该树脂和纤维的已知的结构特性和机械特性的。可以运行仿真界面315来对该设计界面提供反馈以便做出必要的改进，例如对该设计的多项优化。如其他示例所描述的，使用工具100可以顺序地形成多个结构元件并使其组合以便形成所希望的物体。
基于设计输入302，设计界面310可以生成用于形成多个结构元件的参数。此外，设计界面310可以生成与有待形成的三维物体相对应的一个自由空间坐标和尺寸。基于这些确定，设计界面310可以用信号将多个元件坐标311发送至树脂/纤维控制320、固化控制330以及引导340。这些元件坐标311标识在该目标的一个区域中的三维空间中的离散位置。引导340可以实现该机器人臂的离散且精确的移动341，例如以使得该树脂/纤维传送机构能够在多个指定的坐标处以顺序方式沉积并固化树脂。该树脂在离散位置的顺序布置和其固化可以例如致使成形股线或形成构成该结构元件的多个直线区段、并且使共同形成该成形物体的多个股线组合起来。如其他实施例所描述的，这些结构元件(例如，股线)可以是通过纤维操纵、固化、树脂布置、和/或切割来成形的。
更详细地，树脂/纤维控制320可以接收这些元件坐标311并且实施多个过程以在该目标位置产生成形的结构元件。特别地，树脂纤维控制320可以生成用于该树脂和纤维组合体的输出和使用的多个控制参数。这些参数可以包括树脂流动321参数，该参数指定了在由这些坐标311指定的多个单独离散位置处树脂的体积流率。可以指定的另一参数是纤维操纵323，该另一参数指定了关于正在形成的结构元件的几何学的几何形状、一个尺寸或一组尺寸。更进一步地，树脂/纤维控制320可以生成参数方位325以对有待形成的特定结构元件的取向和/或精确位置进行标识，坐标311的视图。同样，固化控制330可以生成固化参数333，该固化参数可以指定输出功率、温度(如果正在使用热源的话)或辐射功率(如果正在使用光源的话)、强度和/或固化能量源在树脂纤维组合体上的持续时间。
由引导340提供的移动控制341可以对应于在形成过程中物体的限定三维空间中顺序经过多个坐标。以这种方式，这些坐标311可以标识一个顺序的坐标，其中结构元件是由树脂/纤维的沉积、随后固化来形成的。
在一些变型中，还可以提供切割机控制机构350来控制切割机构(例如，图2A的示例中的切割工具230)。切割机控制350可以使用该整体成形物体的多个元件坐标311和设计参数(例如，尺寸、轮廓形状等)，来生成切割控制数据351。切割控制数据351可以由该切割机构(例如，切割工具230)使用，以做出使多个单独元件(例如，股线)终止或成形的切割。
图4展示了根据另一实施例的用于实现树脂/纤维控制的示例性子系统。例如，图4的树脂/纤维控制模块400可以被实现为控制器300的一部分(参见图3)。在一个实施例中，树脂/纤维控制模块400包括本体/元件图420以及头控制430。本体/元件图420生成可以控制引导340的位置坐标(参见图3)。特别地，本体元件图420用信号将元件方位421发送到头控制器430。元件方位421可以对应于三维空间中该目标位置上方的有待形成下一个结构元件处的索线。头控制430可以实现映射(例如，元件方位到纤维方位的映射402)，以确定方位信息431以及影响树脂/纤维组合体的布置的其他参数433。方位信息431可以反映在该目标区域的用于树脂或树脂/纤维沉积的自由空间中的一个坐标、或者一组坐标(例如，线性长度)。例如，这些参数433可以反映到该目标区域上的树脂(或与纤维组合的树脂)的体积流率。
在一些变型中，还可以提供纤维操纵控制432来用于与纤维操纵机构(例如，参见图1的示例中的纤维操纵尖端123)一起使用。纤维操纵控制432可以在树脂沉积之前使纤维元件成形。例如，参照图1，操纵尖端123可以反映能够在Z方向上抬升该纤维的机动化元件。可替代地，纤维操纵控制432可以在该树脂仍然处于液态时使该树脂和纤维组合体成形。纤维操纵控制432可以将该操纵工具方位平移到目标区上的所希望的纤维方位上。可以采用用于绘制纤维操纵相对纤维方位(和/或元件方位421)的映射的逻辑404，来使纤维操纵控制432能够输出纤维控制数据435。在将这些单独的结构元件(例如，股线和/或线性区段)的纤维部成形为所希望的形状(例如，弯曲的股线或成形/轮廓确定的线性长度)的过程中，该纤维操纵机构(例如，纤维引导件122和/或尖端123)可以接收和处理纤维控制数据435。
多个结构元件示例
图5展示了使用例如以图1至图4的示例描述的工具所能够生产的结构元件的示例。结构元件500可以是以成形或轮廓确定的长度(例如，股线)的形式来提供的。例如，元件500可以包括轮廓确定的部段502。在多个变型中，结构元件500可以包括使该单独元件成形的多次弯曲和其他操纵。在一种变型中，结构元件500的形状使该元件能够与其他元件堆叠或以其他方式附接，以形成所希望的物体。在多个变型中，对于结构元件500的替代性形成可以是通过弯曲和布置多个区段来实现的，这些区段最初以液体形式存在于该目标处并且然后固化成刚性形式。树脂或树脂/纤维的布置形成了该结构元件的一个单元，因为线性聚合物布置和固化是直接与由设计输入302(参见图3)生成的元素坐标311相关联的。结构元件500的整体尺寸可以例如根据实现方式在例如5mm和一米之间显著变化。在用于电路板(例如，成形的或弯曲的)的特定应用中，结构元件500的尺寸范围可以在10mm至100mm之间。
图6A和图6B展示了根据另一方面的由线A-A示出的结构元件500的区段600的替代性截面视图。在结构元件500包括一致地存在的并由共同的材料(例如，树脂或具有纤维中心的树脂)制成的多个区段600时，图6A和图6B的截面图示可以表示机构元件500的任何部分。在图6A的示例中，区段600是由树脂外壳602和纤维芯604构成的。纤维芯604可以是由具有纤维尺寸的高模量材料形成的。在一个实施例中，该单独的纤维被选定成直径约1-20微米、并且更确切地讲直径在5-10微米之间。在多个变型中，纤维芯604可以具有1微米或更小的量级的直径。更进一步地，在另一变型中，纤维芯604是纤维束(例如多个细小纤维)，每个纤维是10微米纤维(例如，有时被称为“粗砂”，每个纤维芯的直径为0.5mm)。在一种实施方式中，涂覆有树脂的纤维当固化时在到达约1mm时结束。
进一步参照图6A的示例，纤维芯604可以由玻璃、碳或天然材料构成。通过举例的方式，纤维芯604可以呈丝(连续或切碎的)、机织布的形式，或者被制成条或“带”。在一些变型中，纤维芯604是由导电材料形成的。例如，该纤维芯604可以包括多个导电迹线或粉末。
树脂602可以是例如由有机聚合物粘合剂或包括多种树脂制剂的共混物形成的，这些树脂制剂包括自由基UV光敏引发剂或阳离子UV光敏引发剂。更进一步地，在一些变型中，该树脂包括导电材料或粉末。更进一步地，该树脂可以包括用激光烧结的金属颗粒。
参照图6B，示出了包括树脂而无纤维的单元的变型。在这样的变型中，可以在该树脂被固化的同时使用该纤维从外部使该树脂成形。
方法论
图7展示了根据一个方面的用于形成结构元件的方法。图8展示了根据另一示例的用于由多个结构元件形成一个物体的方法。可以使用先前示例描述的部件来实现如由图7或图8所描述的示例性方法。因此，可以出于展示用于执行正在描述的步骤或子步骤的适合部件的目的参考先前示例的部件。
参照图7，结构元件可以是通过定位传送机构来沉积液体形式的树脂(710)而形成的。该树脂可以例如沉积为均匀的厚度(例如，参见图6B)或树脂/纤维组合体(例如，参见图6A)。通过举例的方式，该树脂可以包括具有丙烯酸酯、环氧化物或乙烯基反应性基团中的一者或多者的单体。在变型中，可以使纤维移动穿过例如管状量的树脂，以使得将该树脂以液体状态与呈现的纤维一起沉积在该目标区上。
在沉积时，使该树脂成形为所希望的几何形状(720)。在一个实施例中，树脂可以是通过纤维成形的，该纤维提供了外部力。在变型中，该纤维可以提供有树脂，并且该纤维可以提供用于使所产生的树脂/纤维组合体成形的内部力。因此，在一种实施方式下，可以操纵该纤维以使所沉积的树脂成形。可以例如基于该树脂的材料特征和/或该结构元件的所希望的特征预先选定所希望的几何形状。
为了使能够成形，树脂(或树脂/纤维)可以被固化成固体形式(730)。该固化可以在沉积该树脂(或树脂/纤维)之后几乎瞬间发生。其结果是形成包括具有刚性且稳定的三维形状的结构元件，该结构元件部分是通过在自由空间中从液体状态固化该材料来形成的。该结构元件的材料可以是均质的(例如，仅树脂)或不均质的(例如，带有纤维和/或导电颗粒的树脂)。
图8的结构元件可以与通过顺序形成的其他结构一致地整合，例如通过缝合模式提供的。更确切地讲，参照图8，一个结构元件被形成在位，如用由控制器300生成的坐标所指示的(例如参见缝合模式)(810)。基于预定的顺序或缝合模式来顺序地形成下一个元件(820)。这些结构元件(例如，轮廓确定的股线)可以堆叠或以其它方式聚结到彼此上，以形成所希望的端部形状。一旦该物体(或其指定的部分)被确定为完成(825)，则该过程结束(830)。直到该确定，才形成所遵循的顺序和附加的结构元件。任选地，切割可以是在股线或单元层面执行的，以进一步使所希望的物体成形。
图8的结果包括整体地形成一个本体的多个结构元件。每个结构元件包括具有刚性且稳定的三维形状的材料，该结构元件是通过使该材料从液态固化来形成到该本体中的。在形成该本体的过程中，这些结构元件各自是顺序地形成在该本体的相应位置处的。
示例
图9展示了使用例如以本文所提供的多个示例来描述的结构元件生产的成形物体的示例。在图9中，布线板900被制造成具有所希望的形状，例如符合可穿戴电子装置的规格。在图9的示例中，非电导电纤维和树脂与导线(带、条、箔)和树脂一起整合成在自由空间中的给定取向上具有弯曲形状和导电迹线的电路板。布线板900可包括多个部段910，每个部段是使用如本文提供的任何实施例所描述的工具来分开形成的。多个电子元件可以形成或组装在布线板900的表面上。在一些实施例中，例如使用如图1的示例所描述的三维打印工具形成的、具有结构元件的部段包括纤维芯或承载导电迹线或粉末的树脂外部。这些部段的导电芯或迹线可以被设计成能够与该布线板的多个电子元件920和其他元件互连或接地的电图案。
可以使用相同的机器人和头或不同的头或机器人来沉积该导电材料和非导电材料。这些导电迹线还可以是通过沉积如粉末的金属颗粒或将其沉积在粘合剂中并使用激光烧结来形成的。
多个示例
参照以上提供的示例，工具100可以被实施为具有3个步进电机和一个微控制器的3轴机器。在这样的示例中，机器人臂104可以例如能够在Z方向上移动约6英寸并且在x和y方向上移动18英寸。
该纤维源可以例如对应于从AGY公司商购的一盘S-玻璃纤维粗纱(以下以商品名ZENTRON758-AB-675来提供)。
在一些变型中，玻璃粗纱可以是通过拉动线筒并且通过推动通过管而进入到喂料块中来产生的。该单独纤维的直径可以是约10-20微米，并且该粗纱的直径可以是约0.5mm。可以使用步进电机驱动的软轮和钢轴承以受控计量方式拉动/推动该玻璃粗纱。同时，树脂传送机构可以是使用可UV固化的液体树脂来实现的，可以使用注射泵将该树脂计量供给到喂料块中。涂覆有树脂的纤维在固化时直径可以是约1mm。
可以使用的树脂制剂包括由阿科玛(ARKEMA)集团的沙多玛(SARTOMER)公司提供的20克SR494液体树脂(乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯)、同样由阿科玛集团的沙多玛公司提供的20克CN2101E液体树脂(乙氧基化环氧丙烯酸酯)、0.1克的Irgacure 819(来自巴斯夫(BASF)公司的UV光敏引发剂)，用抹刀混合，直到光敏引发剂溶解在液体树脂中。该液体树脂被装载到注射泵中并且以0.25ml/分钟的速率泵送到喂料块中。可以使用步进电机驱动使软的聚氨酯泡沫轮抵靠钢轴承来将由多个单独的15微米玻璃纤维构成的S-玻璃粗纱(来自AGY公司的758-AB-675)推入到喂料块中。
可以用来自EXFO公司的以部分功率运行的OmniCure 2000紫外/可见光点固化系统来将涂覆有树脂的玻璃纤维粗纱UV固化到位。
进一步参照以上提供的实例，具有安装到该头上的喂料块的3轴台可以在成形模式下以约600mm/分钟来移动，而同时该玻璃粗纱以大致相同的速率推入该喂料块，并且同时以约0.25ml/分钟来将该液体树脂泵送到该喂料块中来涂覆该树脂。Omnicure 2000光点固化灯可以被定位成在该纤维/树脂离开该喂料块时固化，以形成形状。该玻璃粗纱的直径是约0.15mm，并且涂覆好玻璃粗纱的成品固化聚合物的直径是约0.9mm。最终的固化聚合物-玻璃复合物是非常硬的并且不容易弯曲。
作为另一示例，多个分开的玻璃纤维粗纱可以通过扭转而在一个方向上分开地扭转。这些粗纱可以一起以反向旋转方向扭转，以得到0.3mm的直径。可以将液态树脂以约0.6ml/分钟泵送到这些经扭转的粗纱上，从而产生最终直径为约1.5mm的纤维-树脂元件。
作为另一示例，三个或更多个玻璃纤维或粗纱可以编织在一起以用于与液体树脂组合。任选地，该液体树脂可以被加热和温暖地泵送以控制粘度并且还提高了固化速度。
在一些实施方式中，该树脂可以用发射UV区域(例如，380至420nm波长范围)的光的多个发光二极管(LED)进行固化。
本文所描述的实施例可以用任何电子装置来实现，包括可以定制尺寸/形状的电子装置(例如，可穿戴电子装置)。本文所描述的实施例还可以被实现为定制娱乐设备(即，护具)、假体装置和电子装置的一部分。还可以形成用于汽车、支架、椅子、框架以及其他结构件的定制本体面板。本文中所描述的示例还可以结合刚性部段和柔性部段。
尽管在此已经参照附图详细描述了多个说明性实施例，但本披露内容涵对盖特定实施例和细节的变体。在此描述的实施例的范围旨在是由权利要求及其等效物来限定的。此外，在此考虑的是单独或作为实施例的一部分描述的具体特征可与其他单独描述的特征、或其他实施例的部分相组合。因此，没有描述的组合不应妨碍发明人主张这样的组合的权利。

Claims (25)

1.一种结构元件，该结构元件与多个其他结构一致地整合以形成一个设计结构，该结构元件包括具有刚性且稳定的三维形状的材料，该结构元件是通过a)将一种液体树脂涂覆到纤维上并且b)将该液态树脂和纤维从液态固化到固态来形成的。
2.如权利要求1所述的结构元件，其中，该结构元件是通过将该纤维插入到该树脂中并且然后在固化该树脂和纤维之前使该纤维和树脂成形来形成的。
3.如权利要求1所述的结构元件，其中，该结构元件是通过将该液体树脂沉积在该纤维上、并且通过将该纤维操纵成所希望的形状而使该液体树脂和纤维成形来形成的。
4.如权利要求1所述的结构元件，其中，该结构元件是通过使该液体树脂和该纤维成形来形成的。
5.如权利要求1所述的结构元件，其中，该结构元件与其他结构是通过相对彼此顺序地形成来一致地整合的。
6.如权利要求1所述的结构元件，其中，该材料是由树脂和纤维形成的。
7.如权利要求3所述的结构元件，其中，该树脂是具有丙烯酸酯、环氧化物或乙烯基反应性基团中的一者或多者的单体。
8.如权利要求7所述的结构元件，其中，该树脂包括自由基紫外光光敏引发剂制剂或阳离子紫外光光敏引发剂制剂之一。
9.如权利要求1所述的结构元件，其中，该材料是由纤维或纤维束形成的。
10.如权利要求9所述的结构元件，其中，该纤维是玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、导线、或纤维束。
11.如权利要求1所述的结构元件，其中，该结构元件呈股线的形式。
12.一种设计结构，包括：
多个结构元件，该多个结构元件被整体地形成为一个本体，每个结构元件包括具有刚性且稳定的三维形状的材料，每个结构元件是通过将该材料从液态固化来形成为该本体的，这些结构元件各自被顺序地形成在该本体的一个对应位置处。
13.如权利要求12所述的设计结构，其中，这些结构元件各自是由树脂和纤维形成的。
14.如权利要求13所述的设计结构，其中，该树脂是具有丙烯酸酯、环氧化物、异氰酸酯、或乙烯基反应性基团中的一者或多者的单体。
15.如权利要求14所述的设计结构，其中，该树脂包括自由基紫外光光敏引发剂制剂或阳离子紫外光光敏引发剂制剂之一。
16.如权利要求12所述的设计结构，其中，该设计结构是一个三维电路板。
17.如权利要求12所述的设计结构，其中，每个结构元件包括由树脂和导电材料形成的材料。
18.如权利要求17所述的设计结构，其中，该本体包括由该导电材料形成的电迹线的网络，这些电迹线通过该导电材料提供了电功能。
19.如权利要求12所述的设计结构，其中，该结构元件呈成形股线的形式，并且其中，该设计结构是通过使一系列成形股线相组合来形成的。
20.一种装置，包括：
一个树脂传送机构，该树脂传送机构被定位成将液化树脂沉积到一个给定目标位置；
一个纤维源，该纤维源用于将一种纤维供应至该给定目标位置；
一个能量源，该能量源被定位成向沉积的树脂提供足以液化一个尖端部分的能量并且固化在该目标位置处；以及
一个控制器，该控制器用于对该目标位置处沉积的树脂的固化进行定位，以使得通过在该给定位置处对该纤维进行操纵，将该树脂构筑成一个较大本体的一个三维结构元件。
21.如权利要求20所述的装置，其中，该纤维源包括一个纤维引导件，该纤维引导件能够控制该纤维在一个目标位置处沿3个轴线的移动。
22.如权利要求21所述的装置，其中，该纤维引导件是可沿3个轴线和1个或多个旋转轴线进行控制的。
23.如权利要求20所述的装置，其中，该纤维源提供一种纤维，该纤维是单丝、纤维束、丝带、膜或带中的一者或多者。
24.如权利要求20所述的装置，其中，该能量源包括紫外灯。
25.如权利要求20所述的装置，其中，使用了一把刀或激光来切割固化之后的所述元件。
CN201480073030.3A 2013-11-15 2014-11-17 形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用 Pending CN106163772A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361905052P 2013-11-15 2013-11-15
US61/905,052 2013-11-15
PCT/US2014/066000 WO2015073992A1 (en) 2013-11-15 2014-11-17 Shape forming process and application thereof for creating structural elements and designed objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106163772A true CN106163772A (zh) 2016-11-23

Family

ID=56682297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480073030.3A Pending CN106163772A (zh) 2013-11-15 2014-11-17 形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3068608A4 (zh)
CN (1) CN106163772A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109049688A (zh) * 2018-09-17 2018-12-21 航天特种材料及工艺技术研究所 使用块单元的3d打印装置
CN109952204A (zh) * 2016-11-11 2019-06-28 陶氏硅酮公司 一种用于无印版分层打印三维物体的装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936861A (en) * 1997-08-15 1999-08-10 Nanotek Instruments, Inc. Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects
WO2005089090A3 (en) * 2003-10-14 2006-02-23 Univ North Dakota Direct write and freeform fabrication apparatus and method
DE102011109369A1 (de) * 2011-08-04 2013-02-07 Arburg Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mit Faserzuführung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6558146B1 (en) * 2000-10-10 2003-05-06 Delphi Technologies, Inc. Extrusion deposition molding with in-line compounding of reinforcing fibers
WO2002070222A1 (en) * 2001-03-01 2002-09-12 Schroeder Ernest C Apparatus and method of fabricating fiber reinforced plastic parts

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936861A (en) * 1997-08-15 1999-08-10 Nanotek Instruments, Inc. Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects
WO2005089090A3 (en) * 2003-10-14 2006-02-23 Univ North Dakota Direct write and freeform fabrication apparatus and method
DE102011109369A1 (de) * 2011-08-04 2013-02-07 Arburg Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mit Faserzuführung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109952204A (zh) * 2016-11-11 2019-06-28 陶氏硅酮公司 一种用于无印版分层打印三维物体的装置
CN109952204B (zh) * 2016-11-11 2022-03-04 陶氏硅酮公司 一种用于无印版分层打印三维物体的装置
US11433595B2 (en) 2016-11-11 2022-09-06 Dow Silicones Corporation Device for formfree printing a three-dimensional object in layers
US11673315B2 (en) 2016-11-11 2023-06-13 Dow Silicones Corporation Method for formfree printing a three-dimensional object in layers
CN109049688A (zh) * 2018-09-17 2018-12-21 航天特种材料及工艺技术研究所 使用块单元的3d打印装置
CN109049688B (zh) * 2018-09-17 2020-07-10 航天特种材料及工艺技术研究所 使用块单元的3d打印装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3068608A1 (en) 2016-09-21
EP3068608A4 (en) 2017-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10479850B2 (en) Shape forming process and application thereof for creating structural elements and designed objects
US20160243762A1 (en) Automated design, simulation, and shape forming process for creating structural elements and designed objects
US5936861A (en) Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects
CN108248015B (zh) 一种连续纤维增强复合材料三维打印成形方法
US11945160B2 (en) Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing
US9789652B2 (en) Manufacturing system using topology optimization design software, novel three-dimensional printing mechanisms and structural composite materials
Frketic et al. Automated manufacturing and processing of fiber-reinforced polymer (FRP) composites: An additive review of contemporary and modern techniques for advanced materials manufacturing
JP6769989B2 (ja) 複合材料から作られた部品を製造する方法及びシステム、並びに該方法により得られた複合材料から製造された部品
US20170259502A1 (en) Additive manufacturing of composite materials
CN106255584B (zh) 用于形成三维物体的装置及方法
US6630093B1 (en) Method for making freeform-fabricated core composite articles
EP3395527B1 (en) Method and apparatus for the extruded deposition of fiber reinforced polymers
CN104097326B (zh) 一种纤维增强复合材料多自由度3d打印机及其打印方法
CN104385613B (zh) 连续长纤维增强复合材料的快速成型系统及方法
CN107443721A (zh) 用于纤维增强的添加制造的装置
CN108712960A (zh) 3d打印零件中的连续和随机增强
KR20170015222A (ko) 복합 부품을 적층 가공하기 위한 시스템 및 방법
CN104149339A (zh) 一种连续长纤维增强复合材料3d打印机及其打印方法
EP2565022A1 (en) Method and material mixture for manufacturing of parts
EP3290189A1 (en) 3d object-manufacturing robot for shapeable plastic material
CN107627602A (zh) 一种复合材料3d打印机及打印方法
WO2005115944A3 (en) Manufacture of functionally graded carbon-carbon composites
CN109551762B (zh) 一种纤维增强复合材料环状包覆打印喷头
CN108068319A (zh) 一种连续纤维复合材料增材制造方法
CN106163772A (zh) 形状形成过程及其针对创造结构元件和设计物体的应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161123

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication