CN114311651A - 用于聚合物增材制造商品的原位装饰性包裹方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于聚合物增材制造商品的原位装饰性包裹方法”。用于聚合物增材制造商品的原位装饰性包裹方法原位增材制造(AM)零件的方法包括将装饰性材料的坯料放置到平台上，以及将AM材料施加到所述坯料上，使得所述坯料和所述AM材料同时仿形所述平台的形状以形成所述零件。可通过挤出工艺将所述AM材料施加到所述零件上。所述坯料和所述AM材料可处于真空下。在将所述AM材料施加到所述坯料上时，可直接或间接加热所述坯料和/或所述AM材料。

Description

用于聚合物增材制造商品的原位装饰性包裹方法
技术领域
本公开涉及增材制造的零件，并且更具体地涉及用于此类增材制造的零件的装饰性包裹方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
近年来，尤其是在汽车工业中，增材制造(AM)取得了显著进步。汽车零件现在可被定制以满足各种负载/操作条件，并且可由金属和塑性材料制成。
存在将装饰性饰面粘附到基板的若干种常规方法。在常规的模内装饰性包裹工艺下，将装饰性膜放置在腔室内并模制为期望的形状。随后，将诸如树脂的材料沉积在装饰性膜上。存在用于模内装饰的各种常规工艺，包括但不限于模内成膜工艺，其中在预先插入模具中并在模具中形成的膜、箔或其他包裹物的预切割件之后注入树脂；模内转移装饰工艺，其中树脂抵靠保持装饰性元件的载体注射，该载体在模制工具内被压缩，此后装饰性元件被转移到熔融塑料，并且载体在卷轴上转位；以及真空成形，其中使用热量和压力将膜、箔或包裹物施加在预模制基板的表面上。此类工艺受到常规模制要求的限制，并且具有相当高的工具加工成本。此外，由于此类常规方法需要特殊的工具加工和资本设备，因此，改变为不同的图案、形状等以形成不同形状的零件会导致相当长的停机时间。
本公开解决了与装饰性地包裹零件相关的这些问题。
发明内容
该部分提供了对本公开的总体概述，而不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。
根据本公开的一种形式，一种增材制造零件的方法包括将坯料放置到平台上，以及经由喷嘴将增材制造(AM)材料挤出到坯料上以同时将坯料和挤出物AM材料成型为呈现平台的形状的零件。
在一种变型中，平台包括隔膜。在其他此类变型中，经由喷嘴将AM材料在坯料上挤出使隔膜变形，并且坯料和挤出物AM材料形成呈现变形隔膜的形状的零件。
在另一种变型中，平台包括销阵列。在其他此类变型中，经由喷嘴在坯料上挤出AM材料使销阵列变形为期望的轮廓，并且坯料和挤出物AM材料形成呈现变形的销阵列的形状的零件。
在另外的变型中，平台包括具有真空的成形杯。在其他此类变型中，真空使坯料和挤出物AM材料变形，以形成仿形(contouring to)成形杯的形状的零件。
在又一种变型中，使用意面式填充打印技术将挤出物AM材料挤出到坯料上。
在再一种变型中，经由多个喷嘴将AM材料挤出到坯料上，以将坯料和挤出物AM材料成型为呈现平台的形状的零件。
在另一种形式中，一种增材制造零件的方法包括将多孔坯料放置到平台上，以及在坯料处于真空下时将AM材料施加到坯料上，以将坯料和AM材料形成为仿形平台的形状的零件。坯料和AM材料同时形成仿形平台的形状的零件。
在一种变型中，平台包括隔膜。在其他此类变型中，真空使隔膜变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形隔膜的形状的零件。
在另一种变型中，平台包括销阵列。在其他此类变型中，真空使销阵列在期望的轮廓上变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形的销阵列的形状的零件。在又一些此类变型中，销阵列包括压印到零件上的图形、字体、颗粒、文本或纹理中的至少一者。
在另外的变型中，平台包括成形杯。在其他此类变型中，真空使坯料和AM材料变形，以形成仿形成形杯的形状的零件。
在又一种变型中，利用粉末床熔融(PBF)工艺和材料喷射工艺中的至少一者将AM材料施加到坯料。
在另外的形式中，一种增材制造零件的方法包括将坯料放置到腔室内的平台上，加热平台、腔室和坯料中的至少一者以间接或直接加热坯料，以及将AM材料施加到坯料上以将坯料和AM材料形成为仿形平台的形状的零件。坯料和AM材料同时形成仿形隔膜的形状的零件。
在一种变型中，平台包括平台和销阵列中的至少一者。
根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，并且不意图限制本公开的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
图1A示出根据本公开的教导内容的在将坯料放置在平台上之前的原位增材制造(AM)和包裹系统；
图1B示出根据本公开的教导内容的在将坯料放置在平台上之后的原位AM和包裹系统；
图1C示出根据本公开的教导内容的在坯料仿形平台的形状之后的原位AM和包裹系统；
图2示出由图1A至图1C的原位AM和包裹系统制造的零件；
图3A至图3C示出根据平台的变型的根据图1A至图1C的原位AM和包裹系统，其中：图3A示出在将坯料放置在平台上之前的原位AM和包裹系统；图3B示出在将坯料放置在平台上之后的原位AM和包裹系统；并且图3C示出在坯料仿形平台的形状之后的原位AM和包裹系统；
图4A至图4C示出根据平台的变型的根据图1A至图1C的原位AM和包裹系统，其中：图4A示出在将坯料放置在平台上之前的原位AM和包裹系统；图4B示出在将坯料放置在平台上之后的原位AM和包裹系统；并且图4C示出在坯料仿形平台的形状之后的原位AM和包裹系统；
图5示出根据本公开的变型的原位AM和包裹系统；
图6是根据本公开的教导内容的形成AM零件的方法30的流程图；
图7是根据本公开的教导内容的形成AM零件的方法40的流程图；并且
图8是根据本公开的教导内容的形成AM零件的方法50的流程图。
本文中描述的附图仅用于说明目的，而非意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征件。
本公开提供了用于经由增材制造(AM)形成具有装饰性覆盖物的零件的树脂。适于形成根据本公开的零件的树脂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯、聚乳酸、聚酰胺、丙烯酸树脂、聚甲醛、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、热塑性聚氨酯、热塑性橡胶等，包括其混合物，并且通常包括各种材料，只要材料能够根据本文设想的方法形成零件并且是根据本文设想的方法形成零件所期望的。根据一些变型，树脂包括热塑性塑料。任选地，树脂可包括填料，诸如玻璃或碳纤维，以增加机械、化学或热性质(例如，增加刚度)。树脂具有包裹在其上的材料。装饰性包裹物可包括各种材料，包括但不限于由塑料、金属、织物、纤维等构成的膜、箔和包裹物。在必要时，可以在施加树脂之前将粘合剂放置在材料上。
参考图1A至图1C，示出了原位增材制造(AM)和包裹系统10。系统包括放置到平台110上的装饰性材料的坯料100，以及施加AM材料130的施加器120(在本文中也称为喷嘴120)。平台110和施加器120可在上、下和边对边方向上相对于彼此独立地移动。如图1C所示并且在本文中更全面地所述，平台110变形并且坯料100和AM材料130同时变形，使得坯料100和AM材料130形成沿着期望的轮廓仿形平台110的形状的零件160(如图2所示)。仿形的发生可以通过直接或间接地将坯料100加热到使得坯料100的粘度足够低以使其自然地仿形为平台110的形状的温度、通过真空或当AM的材料130的重量使得坯料100轮廓仿形平台110的形状时通过重力。
虽然在图1中施加器120被示出为经由挤出工艺(也称为材料挤出工艺、熔丝制造(FFF)工艺或熔融沉积建模(FDM)工艺)来沉积AM材料130的喷嘴，但是本公开还设想到粉末床熔融(PBF)工艺和材料喷射工艺中的至少一者以将AM材料130沉积到坯料100上。在其中使用挤出工艺的变型中，施加器120可利用意面式填充打印技术将AM材料130分配到坯料100上。在这样的技术中，根据本公开的教导内容，施加器120将AM材料130以随机图案分配到坯料100上，同时坯料100仿形平台110的形状。
任选地，AM材料130在其被施加到坯料100时被加热。任选地，AM材料130在其被施加到坯料100之前被加热。任选地，加热平台110以加热坯料100。任选地，直接加热坯料100。任选地，原位AM和包裹系统10还包括腔室140(在图1C中以幻象示出)，并且腔室140被加热以间接加热坯料100和/或AM材料130。所供应的热量或温度可由被选择为坯料100、AM材料130或每一者的组合的材料来决定。在另一种变型中，平台110可包括真空，该真空在坯料100和AM材料130上施加压力，从而将坯料100抵靠平台110的表面拉动。
平台110可包括隔膜150。如本文所用，隔膜可以是至少弹性体材料、含氟聚合物、中等柔性橡胶、具有弹簧背衬的钢板等中的任一者。在一些变型中，隔膜可包括坯料本身。当施加器120施加AM材料130时，坯料100和隔膜150变形，使得坯料100和AM材料130同时适形于变形隔膜150的形状。变形可沿着期望的轮廓发生，使得坯料100和隔膜150变形为期望的形状，使得坯料100和AM材料130形成沿着期望的轮廓仿形平台110的形状的零件160(如图2所示)。
转向图3A至图3C，原位(AM)和包裹系统10的平台110的变型包括销170的阵列。如本文所用，销阵列意指可沿着预先确定的轮廓独立地变形的多个销。换句话讲，销170’可变形到预先确定的深度，并且销170”可变形到预先确定的深度，其中深度可相同或不同。使用销阵列制成的零件(诸如零件160)因此可以具有压印在其上的复杂纹理、图形、字体等，这取决于销170的阵列中的销的预先确定的深度的轮廓。
转向图4A至图4C，原位(AM)和包裹系统10的平台110的变型包括成形杯180。成形杯180可由各种材料(诸如AM聚合物和/或金属)形成，并且成形杯180的组成可以被选择为提供期望的刚度、韧性、热传递轮廓、孔隙率，使得真空将更好地拉动坯料110等。此外，成形杯180的表面可具有打印在其上的表面特性，诸如复杂的纹理、图形、字体等，使得通过抵靠成形杯180仿形而形成的零件(诸如零件160)被压印有成形杯180的此类表面特性。
转向图5，根据图1A至图1C的原位AM和包裹系统10的变型(下文中称为原位AM和包裹系统20)包括由机器人210控制的多个施加器200。机器人210控制施加器200的位置并且允许施加器200的多个度的移动。机器人210可被安装在支架220上，该支架可以是静态的，或者如果期望更远范围的运动，则该支架可以是动态的。机器人210可独立地控制施加器200中的每一个。虽然示出了三个施加器200，但是根据需要可存在更多或更少的施加器。可以设想到，在这样的变型中，平台230可包括隔膜(如隔膜150)、销阵列(如销170的阵列)和/或成形杯180。以这种方式，可以设想到，可以根据本公开的教导内容形成复杂件和/或大型件，诸如车身面板。还可以设想到，其上压印有图形的载体可用作坯料(诸如坯料100)。
现在参考图6，示出了形成增材制造零件的方法30的流程图。该方法包括在300处将坯料放置到平台上。在310处，施加器将AM材料挤出到坯料上，这同时将坯料和挤出的AM材料成型为呈现平台的形状的零件。在变型中，平台可包括隔膜、销阵列、或具有真空的成形杯中的任一者。在平台包括隔膜的情况下，经由喷嘴将AM材料挤出到坯料上使隔膜变形，并且坯料和挤出的AM材料形成呈现变形隔膜的形状的零件。在平台包括销阵列的情况下，挤出的AM材料使销阵列变形为期望的轮廓，并且坯料和挤出物AM材料形成呈现变形的销阵列的形状的零件。在平台包括具有真空的成形杯的情况下，真空使坯料和挤出物AM材料变形，以形成仿形成形杯的形状的零件。在另一种变型中，使用意面式填充打印技术将挤出物AM材料挤出到坯料上。在另外的变型中，利用多个喷嘴将AM材料挤出到坯料上，以将坯料和挤出物AM材料成型为呈现平台的形状的零件。
现在参考图7，示出了形成增材制造零件的方法40的流程图。该方法包括在400处将多孔坯料放置到平台上。在410处，在坯料处于真空下(即，真空通过多孔坯料施加负压)时将AM材料施加到坯料上，以将坯料和材料形成为仿形平台的形状的零件。坯料和AM材料同时形成仿形平台的形状的零件。在变型中，平台可包括隔膜、销阵列、或具有真空的成形杯中的任一者。在平台包括隔膜的情况下，真空使隔膜变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形材料的形状的零件。在平台包括销阵列的情况下，真空使销阵列在期望的轮廓上变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形的销阵列的形状的零件。在这样的销阵列构型中，销阵列可包括在零件上压印图形、字体、颗粒、文本和/或纹理的轮廓。在平台包括成形杯的情况下，真空使坯料和AM材料变形，以形成仿形成形杯的形状的零件。在另一种变型中，利用PBF工艺和材料喷射工艺中的至少一者将材料施加到坯料。
现在参考图8，示出了形成增材制造零件的方法50的流程图。该方法包括在500处将坯料放置到腔室内的平台上。在510处，加热平台、腔室和坯料中的至少一者以间接或直接加热坯料。在520处，将AM材料施加到坯料上以将坯料和AM材料形成为仿形平台的形状的零件。坯料和AM材料同时形成仿形平台的形状的零件。在一种变型中，平台包括隔膜和销阵列中的至少一者。
如本文所用，术语“仿形平台的形状”旨在意指坯料和AM材料仿形平台的至少一部分。平台可被成形为使得所得零件仅是平台的小表面区域。替代地，平台可被成形为使得所得零件覆盖平台的较大或甚至整个表面区域。
为了便于描述，本文中可使用诸如“上”、“下”、“边对边”、“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所描绘的取向之外，空间相对术语可旨在还涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方或下方两种取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间相对描述语被相应地解释。
除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因(包括工业实践、材料、制造和组装公差以及测试能力)，期望进行这种修饰。
如本文所用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑或表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为意指“A中的至少一者、B中的至少一者以及C中的至少一者”。
本文中使用的术语仅仅是出于描述特定示例性形式的目的，而非旨在进行限制。除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式。术语“包括”、和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或个种其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。本文所述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须以所讨论或说明的特定顺序执行，除非具体指明按次序进行。还应当理解，可采用附加的或替代的步骤。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，一种增材制造零件的方法包括：将坯料放置到平台上；以及经由喷嘴将增材制造(AM)材料挤出到坯料上以同时将坯料和挤出物AM材料成型为呈现平台的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括隔膜。
根据一个实施方案，经由喷嘴将AM材料挤出到坯料上使隔膜变形，并且坯料和挤出物AM材料形成呈现变形隔膜的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括销阵列。
根据一个实施方案，经由喷嘴将AM材料挤出到坯料上使销阵列变形为期望的轮廓，并且坯料和挤出物AM材料形成呈现变形的销阵列的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括具有真空的成形杯。
根据一个实施方案，真空使坯料和挤出物AM材料变形，以形成仿形成形杯的形状的零件。
根据一个实施方案，使用意面式填充打印技术将挤出物AM材料挤出到坯料上。
根据一个实施方案，上述发明的特征进一步在于经由多个喷嘴将AM材料挤出到坯料上，以将坯料和挤出物AM材料成型为呈现平台的形状的零件。
根据本发明，一种增材制造零件的方法包括：将多孔坯料放置到平台上；以及在坯料处于真空下时将AM材料施加到坯料上，以将坯料和AM材料形成为仿形平台的形状的零件，其中坯料和AM材料同时形成仿形平台的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括隔膜。
根据一个实施方案，真空使隔膜变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形隔膜的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括销阵列。
根据一个实施方案，真空使销阵列在期望的轮廓上变形，并且坯料和AM材料形成仿形变形的销阵列的形状的零件。
根据一个实施方案，销阵列包括压印到零件上的图形、字体、颗粒、文本或纹理中的至少一者。
根据一个实施方案，平台包括成形杯。
根据一个实施方案，其中真空使坯料和AM材料变形，以形成仿形成形杯的形状的零件。
根据一个实施方案，利用粉末床熔融(PBF)工艺和材料喷射工艺中的至少一者将AM材料施加到坯料。
根据本发明，一种增材制造零件的方法包括：将坯料放置到腔室内的平台上；加热平台、腔室和坯料中的至少一者以间接和/或间接加热坯料；以及将AM材料施加到坯料上以将坯料和AM材料形成为仿形平台的形状的零件，其中坯料和AM材料同时形成仿形平台的形状的零件。
根据一个实施方案，平台包括隔膜和销阵列中的至少一者。

Claims (15)

1.一种增材制造零件的方法，所述方法包括：
将坯料放置到平台上；以及
经由喷嘴将增材制造(AM)材料施加到所述坯料上以同时将所述坯料和挤出物AM材料成型为呈现所述平台的形状的零件。
2.根据权利要求1所述的增材制造零件的方法，其中所述平台包括具有真空的成形杯。
3.根据权利要求2所述的增材制造零件的方法，其中所述真空使所述坯料和所施加的AM材料变形，以形成仿形所述成形杯的形状的零件。
4.根据权利要求1所述的增材制造零件的方法，其中所述平台包括隔膜。
5.根据权利要求4所述的增材制造零件的方法，其中经由所述喷嘴将所述AM材料施加到所述坯料上使所述隔膜变形，并且所述坯料和所施加的AM材料形成呈现所变形的隔膜的所述形状的零件。
6.根据权利要求1所述的增材制造零件的方法，其中所述坯料是多孔坯料，所述多孔坯料在将所述AM材料施加到所述多孔坯料上期间处于真空下，并且所述多孔坯料和所述AM材料同时形成仿形所述平台的所述形状的所述零件。
7.根据权利要求1所述的增材制造零件的方法，其中所述平台包括销阵列。
8.根据权利要求7所述的增材制造零件的方法，其中经由所述喷嘴将所述AM材料施加到所述坯料上使所述销阵列变形为期望的轮廓，并且所述坯料和所施加的AM材料形成呈现所变形的销阵列的所述形状的零件。
9.根据权利要求7所述的增材制造零件的方法，其中所述平台处于真空下，所述真空使所述销阵列在期望的轮廓上变形，并且所述坯料和所述AM材料形成仿形所变形的销阵列的形状的零件。
10.根据权利要求7所述的增材制造零件的方法，其中所述销阵列包括压印到所述零件上的图形、字体、颗粒、文本或纹理中的至少一者。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造零件的方法，其中将所施加的AM材料挤出到所述坯料上。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造零件的方法，其中使用意面式填充打印技术将所施加的AM材料挤出到所述坯料上。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造零件的方法，其中经由多个喷嘴将所述AM材料施加到所述坯料上，以将所述坯料和所述挤出物AM材料成型为呈现所述平台的所述形状的零件。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造零件的方法，其中利用粉末床熔融(PBF)工艺和材料喷射工艺中的至少一者将所述AM材料施加到所述坯料。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的增材制造零件的方法，其还包括加热所述平台和所述坯料中的至少一者以分别间接或直接加热所述坯料。
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