CN112368131A - 三维打印 - Google Patents

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CN112368131A CN201880095196.3A CN201880095196A CN112368131A CN 112368131 A CN112368131 A CN 112368131A CN 201880095196 A CN201880095196 A CN 201880095196A CN 112368131 A CN112368131 A CN 112368131A
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Abstract

用于三维(3D)物体打印机的示例构建材料散布器具有散布器表面以接触构建材料，并通过将构建材料散布器平移通过构建材料的床以剪切构建材料并且形成构建材料层的光滑暴露表面，从而将构建材料散布在构建材料层。散布器表面具有的表面能小于最大表面能。

Description

三维打印
背景技术
三维(3D)打印可以是用于从数字模型制作三维实体零件的增材打印过程。3D打印通常用于快速产品原型制作、模具生成、模具母版生成和短期生产中。一些3D打印技术被认为是增材工艺，这是因为它们涉及到连续层的材料的应用(在某些示例中，这些材料可能包括构建材料、粘合剂和/或其他打印液体，或其组合)。这与传统的机加工工艺不同，所述传统的机加工工艺通常依靠去除材料来制造最终零件。一些3D打印方法使用化学粘合剂或粘结剂将构建材料粘合在一起。其他3D打印方法至少涉及构建材料的部分固化、热融合/熔合、熔化、烧结等，并且材料聚结的机制可能取决于所用构建材料的类型。对于某些材料，可以使用热辅助挤出来完成至少部分熔化，对于某些其他材料(例如，可聚合材料)，可以使用例如紫外线、红外线或微波能量来完成固化或熔合。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记对应于相似但可能不相同的部件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以结合或可以不结合呈现他们的其他附图来描述。
图1是描述本文公开的三维打印方法的示例的流程图；
图2A至图2F是示出在本文公开的三维打印方法的示例中在三维物体打印机中使用构建材料散布器的示例的部分层的形成的示意性局部横截面视图；和
图3是3D打印系统示例的简化等距示意图。
具体实施方式
在三维(3D)打印的一些示例中，构建材料的基础层沉积在构建平台上。将基础层中的一部分构建材料聚结以形成3D物体的第一层。沉积构建材料的附加层，并逐层形成3D物体的附加层。在已经形成3D物体的所有层之后，从尚未聚结的构建材料中提取3D物体。
在本文公开的一些3D打印设备中，在准备好聚结的构建材料的层中构建材料分布的均匀性的改善可以导致3D物体质量的改善。例如，减少构建材料的层中的构建材料的分布的密度变化可以减小由这些层形成的3D物体的部分的颜色变异性和/或强度变异性。
用于3D物体打印机的构建材料散布器
在图2A、图2B、图2C和图2F以及图3中示出了在此公开的用于3D物体打印机的构建材料散布器的示例。在本公开的示例中，用于3D物体打印机的构建材料散布器18包括散布器表面50，以接触构建材料16并通过将构建材料散布器18平移通过构建材料16的床17以剪切构建材料16并形成构建材料层31的光滑暴露表面33，从而将构建材料16散布在构建材料层31。散布器表面50具有的表面能小于最大表面能。
应当理解的是在图2A、2B、2D、2E、2F和3中放大了构建材料16的颗粒尺寸。在一些示例中，构建材料16的粒径在约50微米(μm)至约200微米(μm)的范围内。粒径可以指颗粒分布的平均直径，例如体积加权平均直径或数量加权平均直径。图2C描绘了构建材料层31的光滑暴露表面33。如本文所使用，光滑暴露表面33是基本平行于构建区域平台/基底12的表面。光滑暴露表面33的粗糙度主要是由于构建材料16的颗粒的粒度。光滑暴露表面33具有比粗糙表面小的密度变化。
构建材料散布器18在平行于暴露表面33移动的同时，通过压抵构建材料16的床17来剪切构建材料16，这有点像用抹子抹平混凝土。构建材料颗粒16通常不通过剪切作用被切割，而是被推向构建材料散布器18的前方并且散布在构建材料层31。构建材料层31中的空隙被填充，并且多余的构建材料16通过移动的构建材料散布器18的剪切作用而被推开。
构建材料散布器18可以是刀片(例如，刮刀)、辊(参见图3)、辊和刀片的组合，和/或任何其他能够将聚合物构建材料16散布在基底12上的装置。
在本文公开的构建材料散布器18的示例中，散布器表面50具有的表面能小于最大表面能，并且最大表面能基于构建材料16的成分。换句话说，对于具有不同成分的构建材料16，将产生构建材料层31的光滑暴露表面33的散布器表面50的最大表面能可以是不同的。在某些示例中，构建材料16的成分包括聚酰胺12(PA12)粉末，并且最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)(Fowkes Surface Free Energy)。在这些示例中，散布器表面50具有小于每厘米19达因的表面能。
在本公开的一些示例中，散布器表面50具有的均方根(RMS)表面粗糙度小于约400μm。
构建材料散布器18可以由具有所需表面能的单一材料制成，或者构建材料散布器18可以具有设置在散布器基座19上的表面层52，其中表面层52具有所需的表面能。在图2A中示出了设置在散布器基座19上的表面层52。在图2A中，表面层52被描绘为具有厚度54。表面层52的厚度54可以是超过底层散布器基座19的平均峰谷粗糙度(即，RMS表面粗糙度)的任何厚度。这导致散布器表面50相对均匀和均质。表面层52可以是粘附在散布器基座19上的厚膜、薄膜、板或其他材料层，。在一些示例中，散布器表面50是聚酰亚胺带(可以从Dupont商购获得的商品名为
Figure BDA0002868345570000031
的带)、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层52。在一些示例中，散布器表面50是可以从General MagnaplateCorporation商购获得的
Figure BDA0002868345570000032
615涂层材料的表面层52。
3D物体打印机
在图2A、2B、2C、2F和图3中示出了在本公开的3D物体打印机11的示例。在本公开的示例中，3D物体打印机11包括构建材料散布器18，该构建材料散布器具有散布器表面50以接触构建材料16并通过将构建材料散布器18平移通过构建材料16的床17以剪切构建材料16并形成构建材料层的光滑暴露表面33，从而将构建材料16散布在构建材料层31。散布器表面50的表面能小于或等于最大表面能。
在本文公开的3D物体打印机11的一些示例中，最大表面能基于构建材料16的成分。如上所述，对于具有不同构建材料成分的构建材料而言，将产生构建材料层31的光滑暴露表面33的最大表面能可以不同。在一些示例中，构建材料16的成分包括聚酰胺12粉末，并且最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)。
在本文公开的3D物体打印机11的一些示例中，散布器表面50具有小于约400微米的RMS表面粗糙度。
如上所述，构建材料散布器18可以由单一材料制成，或者构建材料散布器18可以具有设置在散布器基座19上的表面层52，如图2A所示。在本文公开的3D物体打印机11的一些示例中，散布器表面50是聚酰亚胺带、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层52。在一些示例中，散布器表面50是
Figure BDA0002868345570000033
615涂层材料的表面层52。
3D物体打印机11至少包括构建材料散布器18。应当理解，3D物体打印机11还可以包括附加部件，诸如以下参考3D打印系统10所描述的那些。
3D打印方法
图1示出了使用本文公开的构建材料散布器18和3D物体打印机11的示例的3D打印方法100的示例。方法100包括在基底12上分配聚合物构建材料16的床17(附图标记102)；和通过将构建材料散布器18平移通过聚合物构建材料16的床17以剪切聚合物构建材料16并形成构建材料层31的光滑暴露表面33，从而将聚合物构建材料16散布在构建材料层31；其中，构建材料散布器18具有散布器表面50，散布器表面50具有的表面能小于最大表面能(附图标记104)。该方法100还示意性地在图2A至图2F中示出。
本文公开的方法100的一些示例还包括基于构建材料16的成分确定最大表面能。在一些示例中，构建材料16的成分包括聚酰胺12粉末，最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)。在这种示例中，最大表面能是通过以下方式确定的：通过使用福克斯(Fowkes)方法计算构建材料散布器18的表面自由能，使用构建材料散布器18将聚酰胺12构建材料散布到层31，图案化并熔合该层31以形成3D物体层，然后评估3D物体层的缺陷等级。在本文公开的示例中，已经发现，用于构建材料散布器18的最大表面能与在所得3D物体层中形成的缺陷的阈值水平相对应。对于基于包括聚酰胺12的构建材料的成分的3D物体，具有19达因/厘米的SFE的散布器表面50导致最小的缺陷或没有缺陷。
在本文公开的方法100的一些示例中，散布器表面50的均方根(RMS)表面粗糙度小于约400微米。在其他示例中，散布器表面50具有小于550微米的RMS表面粗糙度。在本文公开的方法100的一些示例中，构建材料散布器18可以由单一材料构成，在其他示例中，构建材料散布器18可以具有设置在散布器基座上的表面层52。在本文公开的方法100的一些示例中，散布器表面50是聚酰亚胺带、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层52。在一些示例中，散布器表面50是
Figure BDA0002868345570000041
615涂层材料的表面层52。
如图2A所示，本公开的3D打印方法100的一些示例包括将聚合物构建材料16的床17分配在基底12上。在图2A所示的示例中，基底12是构建区域平台。可以使用打印系统(例如，图3中所示的系统10)来分配聚合物构建材料16。打印系统10可以包括基底12、包含聚合物材料16的构建材料供应源14以及构建材料散布器18。
基底12从构建材料供应源14接收聚合物构建材料16。基底12可以沿箭头15所示的方向(见图3)移动，例如沿z轴移动，使得可以将聚合物构建材料16递送到基底12或正在形成的3D物体的先前形成的层以及从先前层31保留的任何未图案化的构建材料。在示例中，当聚合物构建材料16将被输送时，基底12可以被编程为前进(例如，向下)足够的距离，使得构建材料散布器18可以将聚合物构建材料16推到基底12上，以在其上形成聚合物构建材料16的基本均匀的构建材料层31。例如，当要构建新零件时，基底12也可以返回其原始位置。
构建材料供应源14可以是将聚合物构建材料16定位在构建材料散布器18和基底12之间的容器、机座或其他表面。在一些示例中，方法100还可以包括将构建材料供应源14中的聚合物构建材料16预加热到低于聚合物构建材料16的熔融温度或玻璃化转变温度的供应温度。这样，供应温度可以部分取决于使用的聚合物构建材料16和/或使用的3D打印机。在示例中，供应温度在约25℃至约150℃的范围内。该范围是一个示例，可以使用更高或更低的温度。
构建材料散布器18可以沿箭头15'(参见图3)所示的方向移动，例如沿着y轴在构建材料供应源14上移动并移动跨过基底12以散布构建材料16且在基底12上形成构建材料层31。构建材料散布器18也可以在散布聚合物构建材料16之后返回到与构建材料供应源14靠近的位置。构建材料散布器18可以是刀片(例如刮刀)、辊、辊和刀片的组合和/或具有散布表面50的任何其他装置，所述装置能够将聚合物构建材料16散布在基底12上。例如，构建材料散布器18可以是其上形成有表面层52的反向旋转辊。在一些示例中，构建材料供应源14或构建材料供应源14的一部分可以与构建材料散布器18一起平移，使得聚合物构建材料16被连续地输送到构建材料散布器18，而不是在打印系统18的一侧从单个位置供应，如图2A和3所示。
在图2A中，构建材料供应源14可以将聚合物构建材料16供应到适当的位置，以便准备将其散布到基底12上。构建材料散布器18可以将聚合物构建材料16散布到基底上。控制器62(图3)可以处理“控制构建材料供应”数据，并且作为响应，控制构建材料供应源14以适当地定位聚合物构建材料16的颗粒，并且可以处理“控制散布器”数据，并且作为响应，控制构建材料散布器18以将聚合物构建材料16散布在基底12上，以在其上形成聚合物构建材料16的层31。如图2D所示，已经形成一个构建材料层31。
由于本文公开的构建材料散布器18的表面能，构建材料层31具有光滑暴露表面33。
聚合物构建材料16的构建材料层31在整个基底12上具有基本均匀的厚度。在示例中，构建材料层31的厚度在约50μm至约120μm的范围内。在另一个示例中，构建材料层31的厚度在约30μm至约300μm的范围内。应该理解，也可以使用更薄或更厚的层。例如，构建材料层31的厚度可以在约20μm至约500μm的范围内。为了更精细的部件定义，层厚度可以最小为聚合物构建材料颗粒的平均直径或尺寸的约2倍(即2倍)。在一些实例中，层厚度可以是聚合物构建材料颗粒的平均直径的约1.2倍。
如图2D所示，方法100的一些示例包括，基于3D物体模型，将熔合剂20选择性地施加到聚合物构建材料16的一部分28上。熔合剂20可以包括能量吸收剂(例如炭黑、红外吸收染料、等离子共振吸收剂或另一种合适的吸收剂)和水性液体载体(包括水和一种或多种助溶剂、表面活性剂和/或分散剂，抗结垢剂和抗微生物剂)。在部分28中，熔合剂20能够至少部分地渗透到聚合物构建材料颗粒16之间的空隙中，并且还能够散布到聚合物构建材料颗粒16的外表面上。可以施加聚合物构建材料16和熔合剂20，使得在一个或多个部分28内，聚合物材料16的总体积与所施加的熔合剂20的总体积的体积比在约2:1至约200:1的范围内。在示例中，在一个或多个部分28内，聚合物材料16的总体积与所施加的熔合剂20的总体积的体积比在约40:1至约60:1的范围内。应当理解，尽管例如在图2D中示出了熔合剂20，但是在本文中也考虑并公开了一种不使用熔合剂20的3D打印方法。
同样如图2D所示，方法100的一些示例还包括，基于3D物体模型，选择性地在聚合物材料16的其他部分48上施加精细剂22。精细剂22可以包括表面活性剂、助溶剂和水平衡。在其他示例中，不使用精细剂22。在其他部分48中，精细剂22能够至少部分地渗透到聚合物构建材料颗粒16之间的空隙中，并且还能够散布到聚合物构建材料颗粒16的外表面上。可以施加聚合物构建材料16和精细剂22，使得在一个或多个其他部分48内，聚合物材料16的总体积与所施加的精细剂22的总体积的体积比在约2:1至约200:1的范围内。
还应理解，当将试剂(例如，熔合剂20或精细剂22)选择性地施加到聚合物构建材料16上时，可以从施加器24、施加器24'分配试剂20、试剂22。一个或多个施加器24、施加器24'可以分别是热喷墨打印头、压电打印头、连续喷墨打印头等，这取决于正在分配的试剂20、试剂22，并因此可以通过热喷墨打印、压电喷墨打印、连续喷墨打印等来选择性地施加一种或多种试剂20、试剂22。控制器62可以处理数据，并且作为响应，控制一个或多个施加器24、施加器24'(例如，沿着箭头15”所指示的方向，参见图3)，以将一份或多份试剂20、试剂22沉积到聚合物材料16的预定的一个或多个部分上。应当理解的是可以在单次打印通过中施加，或者可以在分开的打印通过中施加试剂20、试剂22。
应当理解的是，接收精细剂22的一个或多个其他部分48包括聚合物构建材料16，该聚合物构建材料16不会成为最终3D物体的一部分。在一些示例中，精细剂22可以仅施加在图案化部分28的边缘和/或要形成凹口、孔等的任何地方。在图案化部分28的边缘附近施加精细剂22有助于限定要聚结的体素，从而限定零件的形式/形状。在这些示例中，聚合物构建材料16的某些(例如，在基底12的最外边缘处的聚合物构建材料16)可能不暴露于精细剂22或熔合剂20。当聚合物构建材料16本身基本上不吸收辐射时可以使用具有非图案化的和非精细化的部分。在其他示例中，精细剂22可以被施加到所有不会聚结的聚合物构建材料16。
在将精细剂22和熔合剂20施加到相应的部分48、部分28之后，方法100的示例包括将聚合物材料16暴露于电磁辐射30中。可以通过任何合适的电磁辐射源26(例如红外辐射源、微波辐射源、可见光辐射源或紫外线辐射源)施加电磁辐射30。所使用的辐射源26(在此也称为能量源26)部分取决于熔合剂20中存在的能量吸收剂。
熔合剂20包括能量吸收剂，并且因此对电磁辐射敏感。熔合剂20可以增强电磁辐射的吸收，将吸收的辐射转换成热能，并促进热能向与其接触的聚合物构建材料16传递。在示例中，熔合剂20将一个或多个部分28中的聚合物构建材料16的温度充分升高到高于熔点或玻璃化转变温度或在聚合物构建材料16的熔融范围内的温度，从而允许聚合物构建材料16的聚结/熔合(例如，热融合、熔化、粘合等)发生。
精细剂22可能对电磁辐射30不敏感。这样，与精细剂22接触的一个或多个其他部分48不会被加热，也不会聚结。精细剂22可以提供蒸发冷却效果和/或防止由于由于熔合剂吸收能量而从被加热的一个或多个部分28的热迁移，从而防止聚合物材料16的其他部分48聚结。
通过施加电磁辐射形成物体层32，如图2E所示。如图所示，用熔合剂20形成图案并暴露于电磁辐射的聚合物构建材料16的部分28变成聚结的块，而其上具有精细剂22的聚合物构建材料16的其他部分48作为可分离的颗粒保留。
一旦形成物体层32，就可以将附加聚合物构建材料16施加在物体层32上，如图2F所示。可以使用本文公开的构建材料散布器18来散布附加聚合物构建材料16，这剪切构建材料16并形成附加构建材料层的光滑暴露表面33。尽管未示出，但是应当理解，图2B、2C、2D和2E中所示的过程可以被重复执行，以形成附加物体层。更具体地，根据正在形成的新物体层的横截面图案，可以将熔合剂20选择性地施加在至少一部分附加聚合物构建材料16上；并可以将精细剂22选择性地施加在不会成为新物体层的一部分的附加聚合物构建材料16的至少另一部分上。在施加试剂20、试剂22之后，将附加聚合物构建材料16的整个构建材料层以上述方式暴露于电磁辐射。可以将聚合物构建材料16的施加、熔合剂20和精细剂22中的每个的选择性施加以及电磁辐射30的暴露重复适当的循环次数，以为了根据3D物体模型形成最终的3D物体。
在方法100的另一个示例中，通过选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)形成3D物体的层。在方法100的该示例中，可以使用构建材料散布器18来散布构建材料16并在基底12上形成构建材料层31。然而，在该示例中，没有在构建材料16上施加熔合剂20。相反，能量束用于将辐射选择性地施加到构建材料16的要聚结/熔合以成为物体的一部分的部分。
在该示例中，电磁辐射源可以是激光器或可以选择性地将辐射施加到构建材料16的其他紧密聚焦的能量源。激光器可以基于辐射的受激发射通过光学放大来发射光。激光器可以相干地发射光(即，恒定的相位差和频率)，这允许辐射以激光束的形式发射，该激光束在大距离上保持狭窄并且聚焦在小区域上。在一些示例中，激光器或其他紧密聚焦的能量源可以是脉冲激光器(即，光功率以脉冲形式出现)。使用脉冲激光器允许能量在脉冲之间累积，从而使光束具有更多的能量。可以使用单个激光器或多个激光器。
3D打印系统
现在参考图3，描绘了可用于执行本文公开的方法100的示例的3D打印系统10的示例。应当理解，3D打印系统10可以包括附加部件(在此描述了其中的一些)，并且在此描述的一些部件可以被去除和/或修改。此外，图3中描绘的3D打印系统10的部件可能未按比例绘制，因此3D打印系统10可具有与其中所示不同的尺寸和/或构造。
在一个示例中，三维(3D)打印系统10包括：构建材料颗粒16的构建材料供应源14；构建材料散布器18；熔合剂20的供应源和精细剂22的供应源；一个或多个施加器24、施加器24'，用于选择性地分配试剂20、试剂22；控制器62；非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行的指令，以使控制器62致使打印系统10执行本文公开的方法中的一些或全部。
如上所述，基底12(在本文中也称为构建区域平台)从构建材料供应源14接收聚合物构建材料16。基底12可以与打印系统10集成在一起，或者可以是能够单独插入到打印系统10中的部件。例如，基底12可以是能够与打印系统10分开获得的模块。所示的基底12是一个示例并且可以用另一支撑构件(例如压板、制造/打印机座、玻璃板或其他构建表面)代替。
尽管未示出，但是应当理解，基底12还可以包括一个或多个内置加热器，用于实现和维持执行3D打印方法的环境的温度。
同样如上所述，构建材料供应源14可以是将聚合物构建材料16定位在构建材料散布器18与基底12之间的容器、机座或其他表面。在一些示例中，构建材料供应源14可以包括能够在其上例如从位于构建材料供应源14上方的构建材料源(未示出)供给聚合物构建材料16的表面。构建材料源的示例可以包括料斗、螺旋传送机等。另外地或可替代地，构建材料供应源14可以包括机构(例如，输送活塞)，以将聚合物材料16从存储位置提供(例如移动)到要散布到基底12或先前的未图案化的构建材料层上的位置。
如图3所示，打印系统10还包括构建材料散布器18和一个或多个施加器24、施加器24'。
每个前述物理元件都可以能够操作地连接到打印系统10的控制器62。控制器62可以处理基于要生成的3D物体/零件的3D物体模型的打印数据。响应于数据处理，控制器62可以控制基底12、构建材料供应源14、构建材料散布器18和施加器24、施加器24′的操作。作为示例，控制器62可以控制致动器(未示出)以控制3D打印系统10部件的各种操作。控制器62可以是计算设备、基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)和/或另一硬件设备。尽管未示出，但是控制器62可以经由通信线连接到3D打印系统10部件。
控制器62操纵和转换数据，该数据可以是表示为打印机寄存器和存储器中的物理(电子)数量，以为了控制物理元件来创建打印的物品。因此，控制器62被描绘为与数据存储器64通信。数据存储器64可以包括与要由3D打印系统10打印的3D物体有关的数据。用于选择性地输送聚合物材料16和试剂20、试剂22的数据可以从要被形成的物体的模型中得出。例如，数据可以包括施加器24、施加器24'将在其上沉积熔合剂20和/或精细剂22的每个聚合物构建材料层等上的位置。数据存储器64还可以包括机器可读指令(存储在非暂时性计算机可读介质上)，其将导致控制器62控制由构建材料供应源14供应的聚合材料16的量、构建区域平台12的移动、构建材料散布器18的移动，施加器24和施加器24'等的移动。
如图3所示，打印系统10还包括辐射源26。辐射源26的示例包括任何电磁辐射源。如图3所示，辐射源26可以是能够与打印系统10分开获得的模块。在其他示例中，辐射源26可以与打印系统10集成在一起。
辐射源26和/或基底12中的一个或多个加热器可以可操作地连接到驱动器、输入/输出温度控制器和温度传感器，它们被一起示出为加热系统部件66。加热系统部件66可以一起操作以控制辐射源26和/或基底12中的一个或多个加热器。可以将温度配方(例如，加热暴露速率和时间)提交给输入/输出温度控制器。在加热期间，温度传感器可以感测基底12上的聚合物构建材料16的温度，并且温度测量值可以被传输到输入/输出温度控制器。例如，与加热区域相关联的温度计可以提供温度反馈。输入/输出温度控制器可以基于配方和实时测量之间的任何差异来调节辐射源26和/或基底12中的一个或多个加热器功率设定点。这些功率设定点被发送到驱动器，该驱动器将适当的电压传输到辐射源26和/或构建区域平台12中的一个或多个加热器。这是加热系统部件66的一个示例，并且应该理解的是可以使用其他热控制系统。例如，控制器62可以被构造为控制辐射源26和/或构建区域平台12中的一个或多个加热器。
为了进一步说明本公开，在此给出示例。应该理解的是，提供这些示例是出于说明性目的，并且不应被解释为限制本公开的范围。
示例
具有各种表面成分的测试样品是由硅片和散布器板制成的。所用的表面成分示于表1。通过在室温下对每种表面成分与一系列水和水/二碘甲烷混合物的接触角进行测量来进行表面能测量。通过在室温下各种聚结应力下通过Jenike剪切盒(Jenike shear cell)测量聚酰胺12(PA12)粉末与试样的壁摩擦力来进行摩擦系数(COF)的测量。在大型3D打印机中，一起使用散布器板试样与现有的熔合剂(包括炭黑作为能量吸收剂)和聚酰胺12构建材料(PA-12)以制造测试物体。在此示例中未施加任何精细剂。检查测试物体的缺陷，并通过高于或低于缺陷阈值(小于优于大于)来分类。如本文所使用，缺陷是指3D物体的区域具有散布均匀性的可见不均匀性。缺陷阈值由肉眼可见的不均匀性的可见性定义。因此，表1中标记为“低”的行没有肉眼可见的不均匀区域。应当理解，术语“缺陷”并不意味着物体不适合其预期用途。在下面的表1中示出结果。在表1中，AOF是摩擦角，它通过以下公式与摩擦系数μ相关：tan(AOF)＝μ。表1中报告的表面粗糙度是散布器表面50的表面粗糙度。(例如，参见图2A)。
表1
Figure BDA0002868345570000101
Figure BDA0002868345570000111
对于PA-12构建材料，SFE为19达因/厘米或更小的散布器板表面成分导致部件没有缺陷或缺陷最少。
应当理解，本文提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围，就好像这些值或子范围被明确叙述。例如，应将约25℃至约150℃解释为不仅包括明确列出的约25℃至约150℃的限值，还应包括:各个值，例如约30℃、98.5℃、112℃、150℃等，以及子范围，例如约25℃至约80℃、约50℃至约145℃、约135℃至约145℃等。此外，本文参考数值或范围时所用的术语“约”允许该值或范围的变化程度例如在规定值或规定范围的极限值的10％以内，或者一方面在规定值或规定范围的极限值的5％以内。
在整个说明书中对“一个示例”，“另一示例”，“示例”等的引用是指结合该示例描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所描述的至少一个示例中并且在其他示例中可以存在也可以不存在。另外，应该理解的是，除非上下文另外明确指出，否则在各种示例中，可以在各个示例中以任何合适的方式组合用于任何示例的所述元件。
注意，在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数物体，除非内容中另有明确规定。
尽管已经详细描述了几个示例，但是应当理解，可以修改所公开的示例。因此，前述描述应被认为是非限制性。

Claims (15)

1.一种用于三维(3D)物体打印机的构建材料散布器，所述构建材料散布器包括：
散布器表面，所述散布器表面接触构建材料并通过将所述构建材料散布器平移通过所述构建材料的床以剪切所述构建材料并形成构建材料层的光滑暴露表面，从而将所述构建材料散布在所述构建材料层，其中，所述散布器表面具有的表面能小于最大表面能。
2.根据权利要求1所述的构建材料散布器，其中，所述最大表面能基于所述构建材料的成分。
3.根据权利要求2所述的构建材料散布器，其中，所述构建材料的所述成分包括聚酰胺12粉末，并且其中，所述最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)。
4.根据权利要求1所述的构建材料散布器，其中，所述散布器表面具有的均方根(RMS)表面粗糙度小于约400微米。
5.根据权利要求1所述的构建材料散布器，其中，所述散布器表面是聚酰亚胺带、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层。
6.一种三维(3D)物体打印机，所述三维物体打印机包括：
构建材料散布器，所述构建材料散布器具有散布器表面，所述散布器表面接触构建材料并通过将所述构建材料散布器平移通过所述构建材料的床以剪切所述构建材料并形成构建材料层的光滑暴露表面，从而将所述构建材料散布在所述构建材料层；
其中，所述散布器表面具有的表面能小于或等于最大表面能。
7.根据权利要求6所述的3D物体打印机，其中，所述最大表面能基于所述构建材料的成分。
8.根据权利要求7所述的3D物体打印机，其中，所述构建材料的所述成分包括聚酰胺12粉末，并且其中，所述最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)。
9.根据权利要求6所述的3D物体打印机，其中，所述散布器表面具有的均方根(RMS)表面粗糙度小于约400微米。
10.根据权利要求6所述的3D物体打印机，其中，所述散布器表面是聚酰亚胺带、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层。
11.一种三维(3D)打印方法，所述三维打印方法包括：
在基底上分配聚合物构建材料的床；和
通过将构建材料散布器平移通过所述聚合物构建材料的床以剪切所述聚合物构建材料并形成构建材料层的光滑暴露表面，从而将所述聚合物构建材料散布在所述构建材料层；
其中，所述构建材料散布器具有散布器表面，并且所述散布器表面具有的表面能小于最大表面能。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
根据所述构建材料的成分确定所述最大表面能。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述构建材料的所述成分包括聚酰胺12粉末，并且其中，所述最大表面能是每厘米约19达因的福克斯表面自由能(SFE)。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述散布器表面具有的均方根(RMS)表面粗糙度小于约400微米。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述散布器表面是聚酰亚胺带、遮蔽带、玻璃纤维带、平光丙烯酸瓷漆或氮化硅的表面层。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108000869A (zh) * 2017-12-13 2018-05-08 华侨大学 一种适用于选择性激光烧结成型的铺粉装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3173088B2 (ja) * 1991-12-27 2001-06-04 ジェイエスアール株式会社 光学的立体像形成方法および装置
US6966960B2 (en) * 2003-05-07 2005-11-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fusible water-soluble films for fabricating three-dimensional objects
US20140252685A1 (en) * 2013-03-06 2014-09-11 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Powder Bed Fusion Systems, Apparatus, and Processes for Multi-Material Part Production
AT515138B1 (de) * 2013-11-22 2016-05-15 Tech Universität Wien Vorrichtung zum Verarbeiten von photopolymerisierbarem Material zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers
JP6454497B2 (ja) * 2014-08-26 2019-01-16 株式会社ミマキエンジニアリング 立体物造形装置および立体物造形方法
US20160075091A1 (en) * 2014-09-16 2016-03-17 Eastman Chemical Company Additive manufacturing object removal
EP3181615A1 (de) * 2015-12-14 2017-06-21 Evonik Degussa GmbH Polymerpulver für powder bed fusion-verfahren
ITUB20159240A1 (it) * 2015-12-22 2017-06-22 3D New Tech S R L Apparecchiatura per additive manufacturing e procedimento di additive manufcturing
JP6076532B1 (ja) * 2016-06-14 2017-02-08 株式会社ソディック 積層造形装置
JP2018012282A (ja) * 2016-07-21 2018-01-25 株式会社リコー 立体造形装置および立体造形方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108000869A (zh) * 2017-12-13 2018-05-08 华侨大学 一种适用于选择性激光烧结成型的铺粉装置

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