CN110636933B - 三维打印设备 - Google Patents

三维打印设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110636933B
CN110636933B CN201880032235.5A CN201880032235A CN110636933B CN 110636933 B CN110636933 B CN 110636933B CN 201880032235 A CN201880032235 A CN 201880032235A CN 110636933 B CN110636933 B CN 110636933B
Authority
CN
China
Prior art keywords
printhead
plasma field
dimensional
field applicator
signal
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.)
Active
Application number
CN201880032235.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110636933A (zh
Inventor
C·B·斯威尼
T·尤班克斯
A·斯托克顿
B·泰佩
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.)
Essentim
Original Assignee
Essentim
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 Essentim filed Critical Essentim
Publication of CN110636933A publication Critical patent/CN110636933A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110636933B publication Critical patent/CN110636933B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • 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
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B22F12/33—Platforms or substrates translatory in the deposition plane
    • 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
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • 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
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • 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
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/63—Rollers
    • 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
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/14—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment
    • 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
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14—Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders
    • 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
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/18—Formation of a green body by mixing binder with metal in filament form, e.g. fused filament fabrication [FFF]
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • 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
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

一种用于制造三维物体的三维打印设备，包括控制器和三维打印机。控制器具有信号发生器。三维打印机包括打印头、零件托架和等离子体场施加器。等离子体场施加器设置在打印头的一端。控制器与打印头、零件托架和等离子体场施加器通信。三维打印机将三维物体构建在零件托架上。信号发生器将信号输出到等离子体场施加器，等离子体场施加器产生入射到零件托架上的三维物体的电磁场和感应电流通路。

Description

三维打印设备
本申请为美国非临时申请，其要求2017年5月19日提交的申请号为62/508,464的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于生产三维打印零件的设备和方法。
背景技术
本节声明只提供与本公开相关的背景信息，可构成或不构成现有技术。
三维打印或增材制造表示根据数字化CAD设计模型构建三维物体的若干工艺。通过堆叠若干二维材料层从而最终获得具有长度、宽度和高度的物体来形成三维打印零件。在其中一些工艺中，用来形成物体的材料的范围可以是从金属到热塑性塑料和复合材料。然而，尽管这些工艺能够快速生产出有大量细节的复杂零件，但是当前的工艺似乎只能够生产用途非常有限的物体，包括原型零件、新颖物体、演示零件或组件，或其他轻型用途的零件。这种使用上的限制主要是由于增材组装工艺生产若干二维层之间具有高内聚强度的打印零件的能力。
一些工艺上的改进包括尝试增加三维打印物体各层之间的内聚强度。这些尝试包括在工艺中和工艺后进行的步骤：通过不同的方法加热打印物体，以使各层变软甚至熔化从而促进各层之间的交联固化或结晶。然而，在工艺中或工艺后加热整个三维零件，除了其他缺点之外，可能还会由于下垂和残留的残余应力而导致零件变形。
虽然当前的三维打印机和工艺实现了其预期目的，但是仍需要一种改进的三维打印机和工艺来为越来越广泛的应用提供零件以满足其对增大强度、维度能力以及多功能用途的需求。
发明内容
本公开包括用于制造三维物体的三维打印设备，包括控制器和三维打印机。控制器具有信号发生器。三维打印机包括打印头、零件托架和等离子体场施加器。等离子体场施加器设置在打印头的一端。控制器与打印头、零件托架和等离子体场施加器通信。三维打印机将三维物体构建在零件托架上。信号发生器向等离子体场施加器输出信号，等离子体场施加器产生入射到零件托架上的三维物体的电磁场和感应电流通路。
在本发明的一个示例中，输出到等离子体场施加器的信号包括高电位电磁信号。
在本发明的另一个示例中，高电位电磁信号包括频率大约在10kHz-100kHz的交流信号。
在本发明的又一个示例中，高电位电磁信号包括连续波信号、方波信号、三角波信号、短脉冲信号和整流信号中的一个。
在本发明的又一个示例中，等离子体场施加器包括高压电极和电介质绝缘体，并且高压电极由电介质绝缘体包封。
在本发明的又一个示例中，等离子体场施加器的高压电极连接至信号发生器，并且零件托架接地。
在本发明的又一个示例中，等离子体场施加器为盘形。
在本发明的又一个示例中，打印头为贯通连续进料打印头喷嘴。
在本发明的又一个示例中，打印头为螺杆式挤出打印头喷嘴。
在本发明的又一个示例中，打印头包括粉末压实辊。
结合附图，通过以下详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1描绘了根据本发明原理的用于执行三维打印过程的三维打印设备；
图2描绘了根据本发明原理的用于执行三维打印过程的三维打印设备；
图3描绘了根据本发明原理的用于执行三维打印过程的三维打印设备；
图4描绘了根据本发明原理的用于执行三维打印过程的三维打印设备；
图5描绘了根据本发明原理的用于执行三维打印过程的三维打印设备；
图6是根据本发明原理的用于三维打印设备的打印头的透视图；
图7是根据本发明原理的用于三维打印设备的打印头的侧视图；
图8是根据本发明原理的用于三维打印设备的打印头的前视图；以及
图9是根据本发明原理的用于三维打印设备的打印头的剖面图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。
参考图1，示出了三维打印设备10的剖面示意图，现在将对其进行描述。三维打印设备10包括三维打印机20、等离子体施加设备30、控制器50和激励信号60。更具体地，三维打印机20包括打印头喷嘴22、零件托架24和支撑打印头喷嘴22的支撑结构，例如笛卡尔龙门架(未示出)、三角型结构或机械臂(未示出)。打印头喷嘴22为贯通连续进料打印头喷嘴22，其包括第一端或喷嘴尖端22A、第二端或进料端22B和原料孔22C。打印头喷嘴22竖直设置在外壳(未示出)中。
当细丝28穿过打印头喷嘴22并沉积在零件托架24或三维零件26的先前层31上时，便开始在零件托架24上构建三维零件26。打印头喷嘴22和零件托架24中的一者或二者都能够在x、y和z方向上移动，或在形成圆形或弧形图案的x、y和z的组合方向上移动，以将加热的细丝沉积到三维零件26的先前层31上。
等离子体施加设备30包括等离子体场施加器32和零件托架24。更具体地，等离子体场施加器32包括由电介质绝缘体36包封的高压电极34。等离子体场施加器32是盘形的，并且与打印头喷嘴22同轴地设置在打印头喷嘴22的喷嘴尖端22A上。零件托架24将三维零件26接地以形成传导通路，该传导通路包括等离子体场施加器32、三维零件26和等离子体场施加器32之间的气隙38、接地的三维零件26、零件托架24。打印头喷嘴22也接地。当三维零件26的各层全部或至少部分完成时，等离子体场施加器32在三维零件26上方移动或在非常靠近三维零件26的位置移动，从而使三维零件26处于等离子体场施加器32产生的等离子体场40下方或内部。通过等离子体场40形成传导通路，以直接将高压电极34与三维零件26耦合。除了等离子体场40之外，电磁场和感应电流通路42也是由等离子体场施加器32产生的。等离子体场40将高压电极34与三维零件26传导耦合，从而产生电磁场和感应电流通路42，如图所示，该通路42从等离子体场施加器32的表面行进到打印头喷嘴22的喷嘴尖端22A。
控制器50优选为电子控制装置，其具有预编程的数字计算机或处理器、控制逻辑、用于存储数据的存储器以及至少一个I/O外围设备。控制逻辑包括用于监测、操纵和生成数据的多个逻辑例程。控制器50控制三维打印机20和等离子体施加设备30的操作。控制逻辑可由硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。例如，控制逻辑可以是存储在电子存储器中并且可由处理器执行的程序代码的形式。控制器50将专用软件生成的控制信号提供给龙门架、打印头喷嘴22、等离子体场施加器32和零件托架24，从而制造三维零件26，其中该专用软件基于来自CAD模型数据程序的特定横截面几何形状为喷嘴创建路径。控制器还可修改等离子体的频率、电压、电流和波形形状。
控制器50的另一特征是信号发生器52，信号发生器52向等离子体场施加器32输出高电位电磁信号。信号发生器52优选地提供10-100kHz的交流信号，以消除辐射并最大化传导加热效率。但是，可以使用任何信号频率或波形形状，包括但不限于连续波、方波、三角波、短脉冲和整流信号。
现在参考图2，示出了三维打印设备100的另一示例，现在将对其进行描述。三维打印设备100包括三维打印机120、等离子体施加设备130和控制器150。特定于本示例，三维打印机120包括打印头喷嘴122，零件托架124和支撑打印头喷嘴122的支撑结构，例如笛卡尔龙门架(未示出)、三角型结构或机械臂(未示出)。如图1所示的示例，打印头喷嘴122包括第一端或喷嘴尖端122A、第二端或进料端122B和原料孔122C。打印头喷嘴122竖直设置在外壳(未示出)中。
当聚合物细丝原料128和纤维原料129分别穿过打印头喷嘴122时结合并沉积在零件托架124或三维零件126的先前层131上时，便开始在零件托架124上构建三维零件126。打印头喷嘴122和零件托架124中的一者或二者都能在x、y和z方向上移动，或在形成圆形或弧形图案的x、y和z的组合方向上移动，以将加热的细丝128和纤维原料129沉积到三维零件126的先前层131上。
等离子体施加设备130包括等离子体场施加器132和零件托架124。更具体地，等离子体场施加器132包括由电介质绝缘体136包封的高压电极134。零件托架124将三维零件126接地以形成传导通路，该传导通路包括等离子体场施加器132、等离子体场施加器132和三维零件126之间的气隙138、接地的三维零件126、零件托架124。打印头喷嘴122也接地。当三维零件126的各层全部或至少部分完成时，等离子体场施加器132在三维零件126上方移动或在非常靠近三维零件126的位置移动，从而使三维零件126处于等离子体场施加器132产生的等离子体场140下方或内部。等离子体场140形成传导通路，以直接将高压电极134与三维零件126耦合。如图1所示的电磁场和感应电流通路42由等离子体场施加器132产生。等离子体场140将高压电极134与三维零件126传导耦合，从而产生电磁场和感应电流通路142，如图所示，该通路42从等离子体场施加器132的表面行进到打印头喷嘴122的喷嘴尖端122A。
现在参考图3，示出了三维打印设备200的另一示例，现在将对其进行描述。三维打印设备200包括三维打印机220、等离子体施加设备230和控制器250。特定于本示例，三维打印机220包括打印头喷嘴222、零件托架224和支撑打印头喷嘴222的支撑结构，例如笛卡尔龙门架(未示出)、三角型结构或机械臂(未示出)。打印头喷嘴222为使用粉末状或粒状原料的螺杆式打印头喷嘴222，包括第一端或喷嘴尖端222A、第二端或进料端222B和挤压孔222C。打印头喷嘴222竖直设置在外壳(未示出)中。
当聚合物粒状原料228利用挤压进料机螺杆229进料通过打印头喷嘴222，并沉积在零件托架224或三维零件226的先前层231上时，便开始在零件托架224上构建三维零件226。打印头喷嘴222和零件托架224中的一者或二者都能在x、y和z方向上移动，或在形成圆形或弧形图案的x、y和z的组合方向上移动，以将加热的细丝沉积到三维零件226的先前层上。
等离子体施加设备230包括等离子体场施加器232和零件托架224。更具体地，等离子体场施加器232包括由电介质绝缘体236包封的高压电极234。零件托架224将三维零件226接地以形成传导通路，该传导通路包括等离子体场施加器232、等离子体场施加器232和三维零件226之间的气隙238、接地的三维零件226、零件托架224。打印头喷嘴222也接地。当三维零件226的各层全部或至少部分完成时，等离子体场施加器232在三维零件226上方移动或在非常靠近三维零件226的位置移动，从而使三维零件226处于等离子体场施加器232产生的等离子体场240下方或内部。等离子体场240形成传导通路，以直接将高压电极234与三维零件226耦合。如图1所示的电磁场和感应电流通路42由等离子体场施加器232产生。等离子体场240将高压电极234与三维零件226传导耦合，从而产生电磁场和感应电流通路242，如图所示，该通路242从等离子体场施加器232的表面行进到打印头喷嘴222的喷嘴尖端222A。
现在参考图4，示出了三维打印设备300的另一示例，现在将对其进行描述。三维打印设备300包括三维打印机320、等离子体施加设备330和控制器350。特定于本示例，三维打印机320包括打印头喷嘴322、零件托架324和支撑打印头喷嘴322的支撑结构，例如笛卡尔龙门架(未示出)、三角型结构或机械臂(未示出)。打印头喷嘴322包括第一端或喷嘴尖端322A、第二端或进料端322B和原料孔322C。打印头喷嘴322竖直设置在外壳(未示出)中。
当金属复合棒状原料328进料通过打印头喷嘴322，使得金属复合棒状原料328熔化并沉积在零件托架324或三维零件326的先前层331上时，便开始在零件托架324上构建三维零件326。打印头喷嘴322和零件托架324中的一者或二者都能在x、y和z方向上移动，或在形成圆形或弧形图案的x、y和z的组合方向上移动，以将加热的细丝沉积到三维零件326的先前层上。
等离子体施加设备330包括等离子体场施加器332和零件托架324。更具体地，等离子体场施加器包括由电介质绝缘体336包封的高压电极334。零件托架324将三维零件326接地以形成传导通路，该传导通路包括等离子体场施加器332、等离子体场施加器332和三维零件326之间的气隙338、接地的三维零件326、零件托架324。打印头喷嘴322也接地。当三维零件326的各层全部或至少部分完成时，等离子体场施加器332在三维零件326上方移动或在非常靠近三维零件326的位置移动，从而使三维零件326处于等离子体场施加器332产生的等离子体场340下方或内部。等离子体场340形成传导通路，以直接将高压电极334与三维零件326耦合。如图1所示的电磁场和感应电流通路42由等离子体场施加器332产生。等离子体场340将高压电极334与三维零件326传导耦合，从而产生电磁场和感应电流通路42，如图所示，该通路42从等离子体场施加器332的表面行进到打印头喷嘴322的喷嘴尖端322A。
现在参考图5，示出了三维打印设备400的另一示例，现在将对其进行描述。三维打印设备400包括粉末压实型三维打印机420、等离子体施加设备430和控制器450。特定于本示例，三维打印机420包括粉末压实辊422、零件托架424和支撑粉末压实辊422的支撑结构，例如笛卡尔龙门架(未示出)、三角型结构或机械臂(未示出)。当粉末状原料428沉积在零件托架424或三维零件426的先前层431上时，便开始在零件托架424上构建三维零件426。粉末压实辊422向先前沉积在先前层431上的粉末状原料428层施加压力。压实辊422和零件托架424中的一者或二者都能在x、y和z方向上移动，或在形成圆形或弧形图案的x、y和z的组合方向上移动，以将加热的细丝沉积到三维零件426的先前层上。
等离子体施加设备430包括等离子体场施加器432和零件托架424。更具体地，等离子体场施加器432包括由电介质绝缘体436包封的高压电极434。零件托架424将三维零件426接地以形成传导通路，该传导通路包括等离子体场施加器432、等离子体场施加器432和三维零件426之间的气隙438、接地的三维零件426、零件托架424。当三维零件426的各层全部或至少部分完成时，等离子体场施加器432在三维零件426上方移动或在非常靠近三维零件426的位置移动，从而使三维零件426处于等离子体场施加器432产生的等离子体场440下方或内部。通过等离子体场440形成传导通路，以直接将高压电极434与三维零件426耦合。如图1所示的电磁场和感应电流通路42由等离子体场施加器432产生。等离子体场440将高压电极434与三维零件426传导耦合，从而产生电磁场和感应电流通路，该通路从等高压电极434行进到压实辊422和/或接地零件托架424。
现在参考图6-9，示出了三维打印头组件520的示例，现在将对其进行描述。三维打印头组件520包括打印头喷嘴522、等离子体场施加器532和外壳560。更具体地，打印头喷嘴522包括第一端或尖端524、第二端或进料端526以及原料孔528。打印头喷嘴522竖直设置在外壳560中，等离子体场施加器532与打印头喷嘴522同轴地设置在打印头喷嘴522的尖端524上。
等离子体场施加器532包括由电解质绝缘体536包封的高压电极534，如图9中最佳所示。外壳560包括多个高压线连接器562，用于连接等离子体场施加器532与控制器(未示出)或使打印头喷嘴522接地。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明的主旨的变化旨在落入在本发明的范围内。这种变化不应视为背离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种三维打印设备，用于制造三维物体，所述设备包括：
具有信号发生器的控制器；
三维打印机，该三维打印机具有打印头、零件托架和等离子体场施加器，所述打印头包括打印头喷嘴，其中所述等离子体场施加器包括由电介质绝缘体包封的电极并设置在所述打印头的一端，所述打印头喷嘴是接地的以及所述零件托架是接地的，所述控制器与所述打印头、零件托架和等离子体场施加器通信，所述三维打印机将所述三维物体构建在所述零件托架上；并且
其中所述信号发生器向所述等离子体场施加器输出信号，所述等离子体场施加器产生入射到所述零件托架上的所述三维物体的电磁场和感应电流通路，所述等离子体场施加器将所述三维物体与所述电极传导耦合。
2.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中输出到所述等离子体场施加器的所述信号包括高电位电磁信号。
3.根据权利要求2所述的三维打印设备，其中所述高电位电磁信号包括频率在10kHz-100kHz的交流信号。
4.根据权利要求2所述的三维打印设备，其中所述高电位电磁信号包括连续波信号、方波信号、三角波信号、短脉冲信号和整流信号中的任一信号。
5.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中所述等离子体场施加器的所述电极连接至所述信号发生器。
6.根据权利要求5所述的三维打印设备，其中所述等离子体场施加器为盘形。
7.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中所述打印头为贯通连续进料打印头喷嘴。
8.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中所述打印头为螺杆式挤出打印头喷嘴。
9.根据权利要求1所述的三维打印设备，其中所述打印头包括粉末压实辊。
10.一种三维打印设备，用于制造三维物体，所述设备包括：
具有信号发生器的控制器；
三维打印机，该三维打印机具有打印头、零件托架和等离子体场施加器，所述打印头包括打印头喷嘴，其中所述等离子体场施加器包括由电介质绝缘体包封的电极并设置在所述打印头的一端，所述打印头喷嘴是接地的以及所述零件托架是接地的，所述控制器与所述打印头、零件托架和等离子体场施加器通信，所述等离子体场施加器为盘形，所述三维打印机将所述三维物体构建在所述零件托架上；并且
其中所述信号发生器向所述等离子体场施加器输出电磁信号，所述等离子体场施加器产生入射到所述零件托架上的所述三维物体的电磁场和感应电流通路，所述等离子体场施加器将所述三维物体与所述电极传导耦合。
11.根据权利要求10所述的三维打印设备，其中所述电磁信号包括频率在10kHz-100kHz的交流信号。
12.根据权利要求10所述的三维打印设备，其中所述电磁信号包括连续波信号、方波信号、三角波信号、短脉冲信号和整流信号中的任一信号。
13.根据权利要求10所述的三维打印设备，其中所述等离子体场施加器的所述电极连接至所述信号发生器。
14.根据权利要求13所述的三维打印设备，其中所述打印头为贯通连续进料打印头喷嘴和螺杆式挤出打印头喷嘴中的任一喷嘴。
15.根据权利要求13所述的三维打印设备，其中所述打印头包括粉末压实辊。
16.一种三维打印设备，用于制造三维物体，所述设备包括：
具有信号发生器的控制器；
三维打印机，该三维打印机具有打印头、零件托架和等离子体场施加器，所述打印头包括打印头喷嘴，其中所述等离子体场施加器包括由电介质绝缘体包封的电极并设置在所述打印头的一端，所述等离子体场施加器与所述打印头喷嘴同轴，所述打印头喷嘴是接地的，以及所述零件托架是接地的，所述控制器与所述打印头、零件托架和等离子体场施加器通信，所述等离子体场施加器为盘形，所述三维打印机将所述三维物体构建在所述零件托架上，所述打印头为贯通连续进料打印头喷嘴和螺杆式挤出打印头喷嘴中的任一喷嘴；并且
其中所述信号发生器向所述等离子体场施加器输出电磁信号，所述电磁信号的频率在10kHz-100kHz，所述等离子体场施加器产生入射到所述零件托架上的所述三维物体的电磁场和感应电流通路，所述等离子体场施加器将所述三维物体与所述电极传导耦合。
17.根据权利要求16所述的三维打印设备，其中所述电磁信号包括交流信号、连续波信号、方波信号、三角波信号、短脉冲信号和整流信号中的任一信号。
CN201880032235.5A 2017-05-19 2018-05-18 三维打印设备 Active CN110636933B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762508464P 2017-05-19 2017-05-19
US62/508,464 2017-05-19
PCT/US2018/033409 WO2018213718A1 (en) 2017-05-19 2018-05-18 Three dimensional printer apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110636933A CN110636933A (zh) 2019-12-31
CN110636933B true CN110636933B (zh) 2022-03-22

Family

ID=64274742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880032235.5A Active CN110636933B (zh) 2017-05-19 2018-05-18 三维打印设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11376789B2 (zh)
EP (1) EP3606732B1 (zh)
CN (1) CN110636933B (zh)
WO (1) WO2018213718A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10549497B2 (en) * 2017-02-13 2020-02-04 The Boeing Company Densification methods and apparatuses
US11446867B2 (en) 2017-02-24 2022-09-20 Essentium, Inc. Atmospheric plasma conduction pathway for the application of electromagnetic energy to 3D printed parts
US11376789B2 (en) 2017-05-19 2022-07-05 Essentium, Inc. Three dimensional printer apparatus
WO2020028239A1 (en) 2018-07-30 2020-02-06 Essentium Inc. High frequency adhesive bonding
US11370164B1 (en) 2019-06-27 2022-06-28 Jacob J. Consalvi High speed FDM 3D printer with closed loop motion system
CN111347674B (zh) * 2020-03-30 2022-11-22 上海市黄浦区劳动技术教育中心 电磁矩阵式打印机
TW202202320A (zh) * 2020-05-01 2022-01-16 美商埃森提姆公司 材料電漿融合的發射器及方法
WO2023019169A1 (en) * 2021-08-11 2023-02-16 Essentium Ipco, Llc Print head with disk holder assembly for plasma heating parts in an additive manufacturing process

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019156A2 (de) * 2007-08-08 2009-02-12 Neoplas Gmbh Verfahren und vorrichtung zur plasmagestützten oberflächenbehandlung
CN106029333A (zh) * 2014-02-24 2016-10-12 英派尔科技开发有限公司 增加的三维打印物品的层间粘附性
CN106583729A (zh) * 2017-01-17 2017-04-26 华南理工大学 一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2542589A (en) 1946-05-16 1951-02-20 Induction Heating Corp Electrode structure and method for dielectric heating
NL149897B (nl) 1971-01-08 1976-06-15 Wavin Bv Buisverbinding.
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
US5338497A (en) * 1992-04-03 1994-08-16 Ford Motor Company Induction heating method for forming composite articles
US6649888B2 (en) 1999-09-23 2003-11-18 Codaco, Inc. Radio frequency (RF) heating system
WO2003081953A1 (en) 2002-03-18 2003-10-02 Codaco, Inc. Electrode apparatus for stray field radio frequency heating
AU2003279508A1 (en) 2002-11-12 2004-06-03 Objet Geometries Ltd. Three-dimensional object printing
US8267494B2 (en) 2009-12-09 2012-09-18 Hand Held Products, Inc. Automatic RFID circuit tuning
WO2012088257A1 (en) 2010-12-22 2012-06-28 Stratasys, Inc. Print head assembly and print head for use in fused deposition modeling system
WO2013152805A1 (en) 2012-04-13 2013-10-17 European Space Agency Method and system for production and additive manufacturing of metals and alloys
DE102012207201B3 (de) 2012-04-30 2013-04-11 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum laserunterstützten Plasmaschneiden oder Plasmaschweißen und Vorrichtung dafür
US9596720B2 (en) * 2013-03-15 2017-03-14 ProtoParadigm LLC Inductively heated extruder heater
US20140363326A1 (en) 2013-06-10 2014-12-11 Grid Logic Incorporated System and method for additive manufacturing
US20150042017A1 (en) 2013-08-06 2015-02-12 Applied Materials, Inc. Three-dimensional (3d) processing and printing with plasma sources
US11903612B2 (en) 2013-11-04 2024-02-20 University Of Iowa Research Foundation Bioprinter and methods of using same
US20150140158A1 (en) 2013-11-18 2015-05-21 Solidoodle, Inc. Three-dimensional printing systems
JP6563953B2 (ja) 2013-12-26 2019-08-28 テキサス・テック・ユニバーシティー・システム 熱溶解フィラメント製法による造形品の内面ビード拡散接合を強化するためのマイクロ波誘導によるｃｎｔ充填ポリマーコンポジットの局所加熱
WO2015108544A1 (en) 2014-01-16 2015-07-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Polymeric powder composition for three-dimensional (3d) printing
US20150273582A1 (en) 2014-04-01 2015-10-01 Stratasys, Inc. System and Method for Printing Three-Dimensional Parts with Magnetic Support Media
US9650537B2 (en) 2014-04-14 2017-05-16 Ut-Battelle, Llc Reactive polymer fused deposition manufacturing
US20160016369A1 (en) 2014-05-21 2016-01-21 University Of South Carolina Novel Additive Manufacturing-Based Electric Poling Process of PVDF Polymer for Piezoelectric Device Applications
US10399322B2 (en) 2014-06-11 2019-09-03 Applied Nanostructured Solutions, Llc Three-dimensional printing using carbon nanostructures
US9802373B2 (en) 2014-06-11 2017-10-31 Applied Nanostructured Solutions, Llc Methods for processing three-dimensional printed objects using microwave radiation
WO2016007672A1 (en) * 2014-07-09 2016-01-14 Applied Materials, Inc. Layerwise heating, linewise heating, plasma heating and multiple feed materials in additive manufacturing
CN105323815B (zh) 2014-07-24 2019-11-05 南京中兴软件有限责任公司 网络接入方法及ue
EP3200942A1 (en) 2014-10-01 2017-08-09 Renishaw Plc. Additive manufacturing apparatus and method
US20160096327A1 (en) 2014-10-03 2016-04-07 Tyco Electronics Corporation Apparatus and method for producing objects utilizing three-dimensional printing
WO2016060703A1 (en) 2014-10-14 2016-04-21 3D Forms, Inc. Additive manufacturing using heated and shaped gas beams
EP3229996A4 (en) 2014-12-12 2018-09-05 Velo3d Inc. Feedback control systems for three-dimensional printing
CN104708828B (zh) 2015-03-04 2017-08-01 西安交通大学 增加高分子材料熔融沉积成形件致密度的装置
WO2016154103A1 (en) 2015-03-20 2016-09-29 EP Technologies LLC 3d printers having plasma applicators and method of using same
US9713902B2 (en) 2015-05-01 2017-07-25 Thermwood Corporation Additive manufacturing apparatus
CN107771109B (zh) * 2015-06-19 2021-09-07 应用材料公司 在增材制造中的材料分配和压实
WO2017004042A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 Applied Materials, Inc. Temperature controlled additive manufacturing
US10513080B2 (en) 2015-11-06 2019-12-24 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Method for the free form fabrication of articles out of electrically conductive filaments using localized heating
US9676145B2 (en) 2015-11-06 2017-06-13 Velo3D, Inc. Adept three-dimensional printing
US10562227B2 (en) 2015-12-01 2020-02-18 Massachusetts Institute Of Technology Systems, devices, and methods for high-throughput three-dimensional printing
TWI597394B (zh) * 2016-03-18 2017-09-01 國立臺灣科技大學 極細纖維列印機
KR101672757B1 (ko) * 2016-04-12 2016-11-04 주식회사 아이코 3d 프린터의 원료 압출 장치 및 이를 이용한 3d 프린터
WO2017210490A1 (en) 2016-06-01 2017-12-07 Arevo, Inc. Localized heating to improve interlayer bonding in 3d printing
CN106041080B (zh) 2016-07-21 2018-01-16 中北大学 粉末材料激光烧结成形装置
US10926470B2 (en) 2016-10-17 2021-02-23 Wacker Chemie Ag Method for producing silicone elastomer articles with elevated print quality
CN110088205A (zh) 2016-10-17 2019-08-02 捷普有限公司 沉淀聚醚嵌段酰胺和热塑性聚乙烯以增强用于三维打印的操作窗口
CN110382240B (zh) 2016-11-03 2021-05-25 埃森提姆材料有限公司 三维打印机设备
JP6854628B2 (ja) 2016-11-10 2021-04-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ溶射装置及び溶射制御方法
US11446867B2 (en) 2017-02-24 2022-09-20 Essentium, Inc. Atmospheric plasma conduction pathway for the application of electromagnetic energy to 3D printed parts
US11376789B2 (en) 2017-05-19 2022-07-05 Essentium, Inc. Three dimensional printer apparatus
WO2019068070A1 (en) 2017-10-01 2019-04-04 Space Foundry Inc. MODULAR PRINT HEAD ASSEMBLY FOR PLASMA JET PRINTING
CN108248043B (zh) 2018-01-17 2021-03-26 芜湖市四点零自动化科技有限公司 一种3d打印机的辅助加热设备及其控制方法
WO2019236725A1 (en) 2018-06-06 2019-12-12 Accelerat3d Inc. Apparatuses and methods for fabricating parts on a multi gantry machine during additive manufacturing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019156A2 (de) * 2007-08-08 2009-02-12 Neoplas Gmbh Verfahren und vorrichtung zur plasmagestützten oberflächenbehandlung
CN106029333A (zh) * 2014-02-24 2016-10-12 英派尔科技开发有限公司 增加的三维打印物品的层间粘附性
CN106583729A (zh) * 2017-01-17 2017-04-26 华南理工大学 一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110636933A (zh) 2019-12-31
EP3606732A1 (en) 2020-02-12
WO2018213718A1 (en) 2018-11-22
US11376789B2 (en) 2022-07-05
US20200070416A1 (en) 2020-03-05
EP3606732B1 (en) 2023-10-25
EP3606732A4 (en) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110636933B (zh) 三维打印设备
US11801633B2 (en) Apparatuses for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing including a blade feed unit and arm portion
CN110621476B (zh) 将电磁能施加于3d打印部件的大气等离子体传导通路
EP3116706B1 (en) Sintering particulate material
US20160297142A1 (en) Method and Apparatus for 3d Printing of Nano-Filler/Polymer Composites
CN110382240B (zh) 三维打印机设备
CN105500720B (zh) 一种适用于多材料多工艺3d打印方法及所用的打印装置
KR101701620B1 (ko) 도전성 요소 피착 및 형성을 위한 방법들 및 장치
CN108819223A (zh) 一种基于3d打印的内部三维结构电路一体化制作方法
EP3476504B1 (en) Applying electric pulses through a laser induced plasma channel for use in a 3-d metal printing process
TWI707769B (zh) 積層沈積系統
JP2015189007A (ja) 造形物の製造方法
CN105965018B (zh) 一种电子束熔丝近净增材制造方法
CN105643053A (zh) 熔化极气体保护电弧熔敷三维打印方法
Persad et al. A survey of 3D printing technologies as applied to printed electronics
TWI708691B (zh) 積層沈積方法
US10800154B2 (en) Hybrid fusion system
GB2567877A (en) Apparatus and method for the manufacture of three-dimensional objects
CN109514862B (zh) 一种用于聚合物三维制品增材制造的方法
EP3936299A1 (en) Resin molding method
CN110573322B (zh) 喷嘴组合件和包括其的3d打印机
CN104209516A (zh) 一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法
WO2020091744A1 (en) Feedback control of microwave energy emitters
US11872757B2 (en) Microwave energy emitters with tips
TW202202320A (zh) 材料電漿融合的發射器及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant