CN114603847A - 用于功能梯度材料的增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种逐层生产功能梯度的部件的方法，该方法包括：在由树脂支撑件限定的构建表面上沉积辐射能量可固化的树脂，该树脂包含填料，填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒；使填料沉降，以使颗粒组彼此分离，从而在树脂内限定至少两个区域；相对于构建表面定位平台，以限定树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化树脂，以限定部件的横截面层的几何形状；相对地移动构建表面和平台，以使部件与构建表面分离；至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成部件。

Description

用于功能梯度材料的增材制造方法
本申请是2019年12月19日所提出的申请号为201911318173.7、发明名称为“用于功能梯度材料的增材制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明大体上涉及增材制造，并且更具体地涉及用于增材制造中的可固化材料处理的方法。
背景技术
增材制造是其中逐层堆积材料以形成部件的过程。立体光固化成型是一种增材制造过程，它使用一桶液态的辐射能量可固化的光聚合物“树脂”和例如激光之类的固化能源。类似地，DLP 3D打印采用二维图像投影仪来一次一层地构建部件。对于每一层，投影仪都会在液体的表面上或通过透明物体(该透明物体限定了树脂的受约束表面)闪烁部件横截面的辐射图像。曝光于辐射会固化并凝固树脂中的图案，并将其结合到先前固化的层上。其他类型的增材制造过程利用其他类型的辐射能量源来凝固树脂中的图案。
功能梯度材料的组成和结构随体积逐渐变化，导致材料性能的相应变化。这些材料可以被设计用于特定的功能和应用。传统上，使用基于散装(颗粒处理)，预成型处理，层处理和熔化处理的各种方法来制造功能梯度材料。
功能梯度材料在单一材料不合适和两种不同材料之间的离散边界不起作用(例如，金属零件顶部的陶瓷涂层；该涂层往往会由于热膨胀系数(CTE)高度不匹配而剥落)的多种应用中是有用的。
需要一种通过增材制造来生产功能梯度材料的方法。
发明内容
通过增材制造方法解决了这些问题中的至少一个，在增材制造方法中，树脂具有允许沉降(settle)在不同区域中的不同性质的颗粒。沉降的树脂可以被固化以产生功能梯度结构。
根据本文描述的技术的一个方面，提供了一种用于逐层生产功能梯度的部件的方法，该方法包括以下步骤：将树脂沉积在由树脂支撑件限定的构建表面上，其中树脂为辐射能量可固化的，并包含填料，填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒；使填料沉降，使得至少两组颗粒彼此分离，从而在树脂内限定至少两个区域；相对于构建表面定位平台，以限定沉积在构建表面上的树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化树脂，以限定部件的横截面层的几何形状；相对地移动构建表面和平台，以使部件与构建表面分离；并至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成部件。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的描述，可以最好地理解本发明，其中：
图1是示例性增材制造设备的示意性侧视图；
图2是示例性扫描射束设备的示意图；
图3是在沉降步骤之前沉积在桶中的一小部分树脂的横截面视图；
图4是沉降后的图3所示的树脂的横截面视图；
图5是包含有沉降的树脂的桶的横截面视图，平台位于桶上方。
图6是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第一层的位置；
图7是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第二层的位置；
图8是图5中的桶的横截面视图，平台降低到用于形成第三层的位置；以及
图9是图5中的桶的横截面视图，其中平台缩回，其上附着有三个形成的层。
具体实施方式
参考附图，其中在各个视图中，相同的附图标记表示相同的元件，图1示意性地示出了用于执行本文所述的增材制造方法的实施例的一种类型的合适设备10的示例。将理解的是，可以使用设备的其他配置来执行该方法。示例性设备10的基本部件包括一个或多个桶11，平台14，辐射能量设备18和(可选地)桶输送机构20。
桶11包括底板12和周边或壁13，使得桶被构造成接收辐射能量可固化的树脂R。在一个实施例中，底板12是透明的或包括一个或多个透明的部分。如本文所用，术语“透明”是指允许选定波长的辐射能量穿过的材料。例如，如下所述，被用于固化的辐射能量可以是可见光谱中的紫外光或激光。透明材料的非限制性示例包括聚合物，玻璃和晶质矿物，例如蓝宝石或石英。底板12可以由两个或更多个子部件组成，其中一些是透明的。此处显示的示例是“自底而上的配置”。在其他实施例中(未示出)，桶11不需要是透明的，因为辐射能量设备可以被定位成与桶11对面(称为“自上而下”的配置)。
桶11的底板12限定可以是平面的构建表面22。为了方便描述的目的，可以将构建表面22视为平行于设备10的X-Y平面定向，并且垂直于X-Y平面的方向表示为Z方向(X，Y和Z为三个相互垂直方向)
尽管在本文中使用桶11作为示例来解释本发明的原理，但这仅仅是可用于限定构建表面的一种类型的树脂支撑件。例如，代替桶，可以使用板或柔性箔(例如在传统的流延成型法(tape casting)中使用的类型)。
构建表面22可以被配置为“不粘”的，即抵抗固化树脂的粘附。不粘特性可以通过变量(例如底板12的化学性质，其表面光洁度和/或施加的涂层)的组合来体现。在一个示例中，可施加永久或半永久不粘涂层。合适的涂层的一个非限制性实例是聚四氟乙烯(“PTFE”)。在一个示例中，桶11的构建表面22的全部或部分可以结合具有不粘特性的受控粗糙度或表面纹理(例如，突起，凹坑，凹槽，脊等)。在一个示例中，底板12可以全部或部分地由透氧材料制成。
紧邻桶11的位置(当其被定位用于进行固化步骤时)的区域或体积被定义为“构建区域”，由虚线框23表示。
为了简化描述的目的，示例性桶11被示为是静态定位的，其中本文所述的整个构建循环都发生在构建区域23中的桶11中。可替代地，可以设置桶输送机构20以输送桶11进入和离开构建区域23，以便可以在远离构建区域23的位置处准备(例如，填充，倒空和/或清洁)桶11。换句话说，可以将桶11处理为预填充的“墨盒(cartridge)”。
在所示的示例中，以传送带的形式示出了一种可能的桶输送机构20，该传送带横向延伸穿过构建区域23。适合于此目的的其他类型的机构包括，例如，机械连杆，旋转台或机器人效应器臂。将理解的是，桶11可以从任何期望的方向移入或移出构建区域23。
现在参考设备10的部件，平台14是限定平面表面30的结构，当将桶11放置在构建区域23中时，该平面表面能够平行于构建表面22定向。提供了一些装置，以使平台14相对于桶11，并因此相对于建造表面22平行于Z方向移动。在图1中，这些装置被示意性地描述为被连接在平台14和固定支撑结构34之间的简单致动器32，应理解的是，例如滚珠丝杠电动致动器，线性电动致动器，增量(delta)驱动器，气动缸或液压缸的装置可以是用于此目的。作为使平台14可移动的补充或替代，底板12和/或整个桶11可平行于Z方向移动。
新的树脂R和/或填料可以从新材料储存器56引入桶11中，该新材料储存器56可以通过适当的致动器移动进入和离开构建区域23。可以提供用于混合树脂R以确保材料均匀(包括例如以下中的任何一个或全部：新树脂R，使用过的树脂R，新填料，使用过的填料)的装置。
辐射能量设备18可以包括任何装置或装置的组合，该装置或装置的组合可操作以产生辐射能量并且在构建过程中以合适的图案以合适的能量级和其他操作特性在树脂R上投射辐射能量，以固化树脂R，详细说明如下。
在如图1所示的一个示例性实施例中，辐射能量设备18可以包括“投影仪”48，在本文中通常用于指可操作以产生具有合适的能量级和其他操作特性的辐射能量图案化的图像以固化树脂R的任何装置。如本文所用，术语“图案化的图像”是指包括单个像素阵列的辐射能量的投影。图案化的图像装置的非限制性示例包括DLP投影仪或另一个数字微镜装置，LED的2D阵列，激光器的2D阵列或光学寻址光阀。在所示的示例中，投影仪48包括例如紫外(UV)灯的辐射能量源50；图像形成设备52，其可操作以接收来自辐射能量源50的源射束54，并产生图案化的图像57以投射到树脂R的表面上；以及可选地聚焦光学器件58(例如一个或多个透镜)。
辐射能量源50可以包括可操作以产生具有合适的能量级和频率特性的射束以固化树脂R的任何装置。在所示的示例中，辐射能量源50包括紫外(UV)闪光灯。
图像形成设备52可包括一个或多个反射镜，棱镜和/或透镜，并设置有合适的致动器，并且布置成使得来自辐射能量源50的源射束54可在与树脂R的表面重合的X-Y平面上被转换为像素图像。在所示的示例中，图像形成设备52可以是数字微镜装置。例如，投影仪48可以是可商购的数字光处理(“DLP”)投影仪。
作为选择，投影仪48可以结合例如致动器，反射镜等的其他装置，其被配置为选择性地移动图像形成设备52或投影仪48的其他部分，从而光栅化或移动构建表面22的图案化的图像57的位置。换句话说，图案化的图像可以从标称位置或起始位置移开。例如，这允许单个图像形成设备52覆盖更大的构建区域。用于光栅化或移动来自图像形成设备52的图案化的图像的装置是可商购的。这种类型的图像投影在本文中可以被称为“平铺图像”。
在如图2所示的另一示例性实施例中，除了其他类型的辐射能量设备之外，辐射能量设备18可以包括“扫描射束设备”60，在本文中通常用来指代可操作以产生具有合适的能量级以及其他操作特性的辐射能量射束以固化树脂R的任何装置，并以期望的图案在树脂R的表面上扫描射束。在示出的示例中，扫描射束设备60包括辐射能量源62和射束转向设备64。
辐射能量源62可包括可操作以产生具有合适的功率和其他操作特性的射束以固化树脂R的任何装置。合适的辐射能量源的非限制性示例包括激光器或电子束枪。
射束转向设备64可以包括一个或多个反射镜，棱镜和/或透镜，并且可以设置有合适的致动器，并且被布置为使得来自辐射能量源62的射束66可以聚焦到期望的光斑尺寸并转向与树脂R的表面重合的平面中的期望位置。射束66在本文中可被称为“构建射束”。可以使用其他类型的扫描射束设备。例如，使用多个构建射束的扫描射束源是已知的，其中辐射能量源本身可通过一个或多个致动器移动的扫描射束源也是已知的。
设备10可以包括控制器68。图1中的控制器68是控制设备10，平台14，辐射能量设备18以及上述各种致动器的操作所需的硬件和软件的概括表示。控制器68可以例如由在一个或多个设备(例如可编程逻辑控制器(“PLC”)或微型计算机)中体现的一个或多个处理器上运行的软件来体现。这样的处理器可以(例如通过有线或无线连接)被联接到传感器和操作部件。可以使用相同的一个或多个处理器来检索和分析传感器数据，进行统计分析以及进行反馈控制。
可选地，设备10的部件可以被壳体70包围，壳体70可以被用于利用气体端口72提供保护气体或惰性气体氛围。可选地，壳体70内的压力可以维持在大于或小于大气的期望的水平。可选地，壳体70可以是温度和/或湿度受控的。可选地，可以基于例如时间间隔，温度，湿度和/或化学组分浓度的因素来控制壳体70的通风。
树脂R包括辐射能量可固化的材料，并且该材料能够在固化状态下将填料粘附或结合在一起。如本文所用，术语“辐射能量可固化”是指响应于特定频率和能量级的辐射能量的施加而凝固的任何材料。例如，树脂R可以包括已知类型的光聚合物树脂，该光聚合物树脂包含起引发聚合反应的作用的光引发剂化合物，从而引起树脂从液态变为固态。替代地，树脂R可以包括包含溶剂的材料，该溶剂可以通过辐射能量的施加而蒸发掉。未固化树脂R可以以固体(例如，颗粒状)或液体形式提供，包括糊剂或浆料。
通常，树脂R应该是可流动的。根据所示的实施方案，树脂R优选是自平整的相对低粘度的液体。树脂R可以是具有较高粘度的液体，从而需要与平台14接触以使树脂R平整。可以根据需要选择树脂R的组成以适合特定的应用。可以使用不同组成的混合物。
可以选择树脂R以使其具有在进一步处理(例如以下所述的烧结过程)中脱气(out-gas)或燃尽的能力。
树脂R包含填料。填料可以与树脂R预混合，然后装载到新材料储存器56中。填料包括颗粒，其通常被限定为“非常小的物质”。填料可以包括与所选树脂R在化学和物理上相容的任何材料。颗粒的形状可以是规则的或不规则的，尺寸可以是均匀的或不均匀的，并且可以具有可变的纵横比。例如，颗粒可以采取粉末，小球，多面体或颗粒(granules)的形式，也可以像小棒或纤维一样成形。
可以根据需要选择填料的组成，包括其化学性质和微观结构，以适应特定的应用。例如，填料可以是金属的，陶瓷的，聚合物的和/或有机的。潜在填料的其他示例包括金刚石，硅和石墨。可以使用不同组成的混合物。
填料可包括至少两组具有不同物理性质的颗粒。为了描述的目的，图3示出了一个示例，其中树脂R的层80包括分别标记为“P1”和“P2”的两组颗粒。两组颗粒P1和P2在某些属性或属性组合中有所不同，以便使它们在树脂R中具有不同的“浮力”。例如，这种“浮力”将确定颗粒漂浮到树脂层顶部，落到树脂层底部，迁移到特定层或竖直位置或维持其位置在给定层或特定竖直位置中的趋势。影响浮力的此类属性的示例包括：颗粒密度，树脂密度，在任何维度的颗粒大小，颗粒体积，颗粒形状，和/或其他颗粒的存在及其各种性质。例如，颗粒P1和P2可以是具有相同直径和相同体积但具有不同密度的球形颗粒。作为另一个示例，颗粒P1和P2可以是具有相同密度但直径不同因而体积不同的球形颗粒。颗粒P1和P2不需要具有相对于树脂R的任何特定的浮力(例如，正浮力，中性浮力或负浮力)。然而，它们的浮力应该彼此不同。随着时间的流逝，树脂中的颗粒将会发生迁移。时间常数(给定颗粒迁移到树脂内给定位置或层所需的时间)将至少取决于重力的向下作用力，通过颗粒移位的树脂的向上作用力以及给定颗粒与任何周围颗粒和/或树脂之间的摩擦力(包括但不限于粘附力，内聚力，静摩擦力和阻力)，该摩擦力将阻止在任何方向上的任何运动。
图3描绘了具有处于混合状态的颗粒P1和P2的树脂。如下面将更详细描述的，当有机会沉降时，作用在颗粒P1和P2上的不同力将导致它们在树脂R中寻找不同的层次。例如，如图4所示，较小浮力的颗粒P2(出于说明目的而被显示为物理上更大)将落在桶的底部，而较大浮力的颗粒P1将保持向顶部。
填料可以是“可熔的”，意味着它能够通过施加足够的能量而固结成块。例如，可熔性是许多可用粉末的特征，包括但不限于：聚合物，陶瓷，玻璃和金属。
可以选择填料与树脂R的比例以适合特定的应用。通常，可以使用任何数量的填料，只要结合的材料能够流动和被平整，并且有足够的树脂R将固化状态的填料颗粒保持在一起。
现在将参考图1，图3和图4详细描述设备10的操作的示例。应当理解，作为使用设备10生产部件的前体(precursor)，部件74被软件建模为沿着Z轴排列的平面层的堆叠。根据所使用的固化方法的类型，每一层都可以被分成像素网格。实际部件74可以被建模和/或制造为数十或数百层的堆叠。合适的软件建模过程是本领域已知的。
最初，准备具有树脂R的桶11，并将其放置在构建区域23中。如果桶11是预填充的墨盒，则以下步骤(可选地)向构建表面22施加不粘材料并用以下描述的树脂填充桶11的步骤将离线完成。
如果未将桶11提供为预填充墨盒，则将需要用树脂填充桶11。该填充步骤可以在构建区域23中使用新材料储存器56或在其他位置使用另一个新材料储存器(未示出)来进行。如本文所用，术语“填充”通常是指将树脂R分配，装载或放置到桶11中的行为，并且不一定意味着桶11被完全填充或填充到最大容量。因此，“填充”的行为可以是部分的或完全的。可选地，作为填充过程中的预备步骤，可以在施加树脂之前将不粘材料施加到构建表面22上。例如，在构建每一层之前，可以将例如聚乙烯醇(“PVA”)之类的脱模剂施加至构建表面22。在另一个示例中，可以施加具有不粘特性的牺牲层。不粘膜(例如聚合物片或膜)可以被施加到构建表面22上。可以在层固化之后将膜去除。
当在构建区域23内发生填充时，新材料储存器56被用于将树脂R施加到构建表面22。施加的树脂R的量对于层80或多层来说可能足够。如下面将更详细解释的，根据桶11的填充水平，可以使用不同的方法来生产功能梯度部件。应当注意，根据部件的几何形状和选择的构建样式，可以将不同的桶11填充至不同的水平。此外，层厚度不必在每一层之间是均匀的。因此，即使一次仅将桶11填充一层，如果层的厚度发生变化，桶的填充水平也会改变。
可选地，不同的层可以包括树脂R和/或填料的两种或更多种不同的材料组合。如本文所用，术语“组合”是指两种成分之间的任何差异。因此，例如，将特定的树脂组成与两种不同的填料组成中的任意一种混合将代表两种不同的材料组合。例如，一层可以包含树脂R和填料的第一组合，并且第二层可以包含树脂R和填料的不同组合。换句话说，任何期望的树脂和任何期望的填料可以用于任何给定的层。例如，可以通过提供多个填充有不同材料的墨盒或预填充桶11，或者通过提供图1所示类型的两种或更多种新材料储存器56来提供不同的材料。来自不同储存器的不同材料可以在特定的桶11中混合，或者可以在将它们供应到桶11之前在其他位置混合。
在材料沉积之后，允许其沉降预定的时间间隔。不同颗粒之间的浮力和摩擦力的差异将导致较小浮力(例如，更密集或更大或更均匀)的颗粒保留在底部和/或下降至底部，而较大浮力(例如低密度的或较小或更不规则的颗粒)的颗粒移至和/或保留在顶部。例如，图4示出了其中图3所示的颗粒P1和P2的组已经沉降的示例。颗粒P1和P2彼此分离，从而在层80中产生两个不同的区域，例如下部区域82和上部区域84。在使用多于两个不同的颗粒组的情况下，它们可以在层80中形成多个分层区域。可选地，可以通过缓慢地移动桶11(例如，通过低位移的倾斜或摇动)来促进沉降。
在沉积材料之后，将设备10定位以限定选定的层增量。层增量由填充树脂的桶11内的深度和平台14的操作的某种组合来限定。例如，平台14可以定位成使得上表面30刚好接触所施加的树脂R(如图4所示)，或者平台14可被用于压缩和移动树脂R以明确地限定层增量。层增量影响增材制造过程的速度和部件74的分辨率。层增量可以是可变的，其中在不需要高精度的部件74的某些部分中使用较大的层增量来加速过程，而在需要较高的精度的情况下使用较小的层增量，以牺牲处理速度为代价。
通常，在一次使用桶11来生产单个功能梯度层的情况下，涂覆后的桶11中的加载树脂的层80应当大约等于部件74的期望的构建层(例如，层厚度)以确保在曝光期间两个材料区域82、84被固化。
一旦施加了树脂R并限定了层增量，就使用辐射能量设备18来固化正在构建的部件74的二维横截面或层。
在使用投影仪48的情况下，投影仪48将代表部件74的横截面的图案化的图像57穿过底板12投影到树脂R上。该过程在本文中称为“选择性”固化。将理解的是，光聚合物经历了不同程度的固化。在许多情况下，辐射能量设备18不会完全固化树脂R。相反，它将部分固化树脂R足以“胶凝”，然后后固化过程(如下所述)会将树脂R固化到其可以达到的任何完整性。还应当理解，当使用这种类型的树脂R制造多层部件时，可以仔细选择辐射能量设备18的能量输出以部分固化或“欠固化”先前层，以期望当施加随后层时，来自下一层的能量将进一步固化先前层。在本文所述的过程中，术语“固化”或“固化的”可用于指部分固化或完全固化的树脂R。在固化过程中，辐射能量可以多个步骤(例如，多次闪光)被提供给给定层，并且也可以针对给定层以多种不同的图案被提供。这允许将不同量的能量施加到层的不同部分。
只要层80的总厚度等于或小于辐射能量的穿透深度，曝光于辐射能量将同时固化层80的两个区域82、84。这将导致产生一个功能梯度的多材料层。
一旦第一层固化完成，例如通过使用致动器32升高平台14，使平台14与底板12分离。
可选地，可以清洁部件74和/或平台14以除去固化循环之间未固化的树脂R，碎屑或污染物。清洁处理可用于去除在上述选择性固化步骤中未固化的树脂R或未固化至足以胶凝的树脂R的目的。例如，可能希望清洁部件74和/或平台14以确保在最终部件74中不存在额外的材料或材料污染。例如，清洁可以通过使部件74和/或平台14与清洁液(例如液体洗涤剂或溶剂)接触来完成。
分离之后，可以通过从构建表面22去除未固化的树脂R和其他碎屑来清洁或以其他方式使用过的桶11恢复活力并准备好重新使用。合适的清洁处理的非限制性示例包括刷洗、研磨、刮擦、抽真空或吹扫、吸收、擦拭、溶剂冲洗或其组合。用于清洁或以其他方式使桶11恢复活力的特定处理或机制与本发明不特别相关。应该理解的是，清洁或以其他方式使之恢复活力的处理可以在远离设备10的偏远位置进行。新材料储存器56将被用于将树脂R施加到构建表面22上以使其准备再次固化。
重复准备桶11，根据需要用树脂R填充桶11，使颗粒沉降，增加层并选择性地固化的循环，直到完成整个部件74。
在使用扫描射束设备代替投影仪的情况下，辐射能量源62发射射束66，并且射束转向设备64被用于通过以适当的图案将构建射束66的焦点转向到曝光的树脂R上来固化树脂R。重复装载桶11，用树脂R填充桶11以及增加层的循环。辐射能量源62再次发射构建射束66，并且射束转向设备64被用于以适当的图案将构建射束66的焦点转向到曝光的树脂R上。树脂R的曝光层曝光于辐射能量，辐射能量如上所述选择性地固化树脂R，并将其结合到上面的先前固化的层上。
可选地，扫描射束设备可以与投影仪结合使用。例如，扫描射束设备可用于通过在未固化的树脂R的表面上扫描一个或多个射束来施加辐射能量(除了投影仪所施加的辐射能量之外)。这可与投影仪同时使用或相继使用。
固化方法和构建方法中的任一种都产生部件74，其中填料(如果使用的话)被固化的树脂R保持为固体形状。在该部件中，不预期或不期望填料颗粒进一步迁移，并且固化过程中产生的梯度是固定的。在某些情况下，该部件可用作最终产品。在固化步骤之后，可以将部件74从平台14移除。
如果最终产品旨在由填料(例如，纯陶瓷，玻璃，金属，金刚石，硅，石墨等)组成，则可以将部件74进行传统烧结过程处理，以烧尽树脂R和固结陶瓷或金属颗粒。任选地，可以在烧结过程期间或之后进行已知的渗透过程，以便用熔化温度低于填料的材料填充部件中的空隙。渗透过程改善了部件的物理性能。
上述方法产生了包括多个层的部件74，其中每个层在具有功能梯度，或者换句话说，组分梯度在每个层上延伸。作为替代方案，可以通过在桶11中单次填充沉降的树脂R来生产多个层。在此过程中，浮力较小的颗粒将在较早的循环中被消耗掉，从而在完成的部件中产生功能梯度结构。
参考图5-9说明了该过程。图5示出了具有构建表面22的桶11，该构建表面22包含具有两组颗粒P1和P2的树脂R。与上面的描述一致，颗粒P2的浮力较小，因此维持更靠近构建表面22的位置。示出的平台14位于桶11上方。
图6示出了平台14，其定位在构建表面22上方的选定的层增量的树脂R内。树脂组合物的层增量使得该第一层86在固化时将包括(全部或大部分)颗粒P2，如图7所示。
图7示出了平台14，具第一层86附接到该平台14上，并且该平台14定位在构建表面22上方的选定的层增量的树脂内。由于在生产第一层86时已经消耗了一些颗粒P2，因此第二层88，当固化时，如图8所示，将主要包括颗粒P2，并且包括一些颗粒P1。应该注意的是，当移动平台时，可能会发生各层的混合。如果需要混合层，则其可以立即固化，如图7所示。否则，可能需要一段时间才能使各层重新沉降到所期望的层中。
图8示出了平台14，第一层86和第二层88附接到该平台14上，并且该平台14定位在构建表面22上方的选定的层增量的树脂R内。由于基本上所有颗粒P2在生产第一层86和第二层88的过程中已被消耗掉，因此如图9所示，第三层90在固化时将仅包括颗粒P1。因此，完成的部件174具有功能梯度，每层包括颗粒P1和P2的不同分布。部件174具有在整个部件上延伸的梯度，而不是在层增量上延伸的梯度。
可选地，可以将上述制造功能梯度部件的方法中的任一种与常规的增材制造方法组合以生产具有一个或多个功能梯度部分，区域或区段以及一个或多个非梯度部分，区域或区段的部件。例如，部件74或174的一个或多个层可以使用构建循环来制造，其中树脂R沉积时不使用填料或使用填料(包括具有基本均匀物理性质的颗粒)和/或省略沉降步骤，从而不会发生沉降和梯度。
本文描述的方法相对于现有技术具有多个优点。特别是，它允许通过增材制造来生产功能梯度材料。
上文已经描述了用于增材制造的方法和设备。在本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了除非其中至少一些这样的特征和/或步骤是互斥的。
除非另有明确说明，否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)可以由具有相同，等同或相似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等同或相似特征的示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合(包括任何所附权利要求，摘要和附图)，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于逐层生产功能梯度的部件的方法，包括以下步骤：在由树脂支撑件限定的构建表面上沉积树脂，其中所述树脂是辐射能量可固化的，并且包含填料，所述填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒；使所述填料沉降，使得所述至少两组颗粒彼此分离，从而在所述树脂内限定至少两个区域；相对于所述构建表面定位平台，以限定沉积在所述构建表面上的所述树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化所述树脂，以限定所述部件的横截面层的几何形状；相对地移动所述构建表面和所述平台，以使所述部件与所述构建表面分离；以及至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成所述部件。
2.根据任何在前条项的方法，进一步包括，对于每一层，重复沉积所述树脂并使所述填料沉降的步骤，从而使每一层具有功能梯度。
3.根据任何在前条项的方法，其中每一层包括：第一上部区域，包含第一个所述组的颗粒；以及第二下部区域，包含第二个所述组的颗粒。
4.根据任何在前条项的方法，其中对多个层重复进行定位和选择性固化的步骤，而无需向所述构建表面添加额外的树脂，从而使所述部件整体上具有功能梯度。
5.根据任何在前条项的方法，其中所述至少两组颗粒具有不同的浮力。
6.根据任何在前条项的方法，其中所述至少两组颗粒具有不同的摩擦性能。
7.根据任何在前条项的方法，其中所述树脂支撑件的至少一部分是透明的，并且所述辐射能量穿过所述树脂支撑件被施加。
8.根据任何在前条项的方法，其中所述至少两组颗粒具有不同的密度。
9.根据任何在前条项的方法，其中所述至少两组颗粒具有不同的体积。
10.根据任何在前条项的方法，其中所述树脂支撑件是具有限定所述构建表面的底板的桶。
11.根据任何在前条项的方法，其中所述至少两组颗粒具有不同的形状。
12.根据任何在前条项的方法，进一步包括烧结所述部件以烧尽固化的所述树脂并固结所述填料。
13.根据任何在前条项的方法，进一步包括在烧结期间或之后将较低熔化温度的材料渗透到所述部件中。
14.根据任何在前条项的方法，其中所述辐射能量的施加通过投影包括多个像素的图案化的图像来施加。
15.根据任何在前条项的方法，其中所述图案化的图像在辐射能量的施加期间被移位。
16.根据任何在前条项的方法，其中附加的辐射能量通过在所述树脂的表面上扫描至少一个构建射束来施加。
17.根据任何在前条项的方法，其中所述辐射能量通过在所述树脂的表面上扫描构建射束来施加。
18.根据任何在前条项的方法，进一步包括清洁所述部件和所述平台中的至少一个，其中所述清洁是在将所述桶和所述平台相对地移动的步骤之后执行的。
19.根据任何在前条项的方法，其中所述清洁的步骤包括使所述部件和所述平台中的至少一个与清洁液接触。
20.根据任何在前条项的方法，进一步包括针对所述部件的至少一个选定部分执行构建循环，所述构建循环包括：在所述构建表面上沉积树脂，其中沉积的所述树脂是辐射能量可固化的，并且可选地包含填料，所述填料包括具有基本均匀的物理性质的颗粒；相对于所述构建表面定位所述平台，以限定沉积的所述树脂的层增量；使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化沉积的所述树脂，以限定所述部件的横截面层的几何形状；相对地移动所述构建表面和所述平台，以使所述部件与所述构建表面分离；以及至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，以使所述部件的选定部分没有功能梯度。

Claims (10)

1.一种用于逐层生产功能梯度的部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在由树脂支撑件限定的构建表面上沉积树脂，其中所述树脂是辐射能量可固化的，并且包含填料，所述填料包括具有不同物理性质的至少两组颗粒，其中所述树脂支撑件是限定所述构建表面的柔性箔；
使所述填料沉降，使得所述至少两组颗粒彼此分离，从而在所述树脂内限定至少两个区域；
相对于所述构建表面定位平台，以限定沉积在所述构建表面上的所述树脂的层增量；
使用辐射能量的施加以特定图案选择性地固化所述树脂，以限定所述部件的横截面层的几何形状；
相对地移动所述构建表面和所述平台，以使所述部件与所述构建表面分离；以及
至少重复进行多个层的定位和选择性固化的步骤，直到完成所述部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，对于每一层，重复沉积所述树脂并使所述填料沉降的步骤，从而使每一层具有功能梯度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中每一层包括：第一上部区域，包含第一个所述组的颗粒；以及第二下部区域，包含第二个所述组的颗粒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中对多个层重复进行定位和选择性固化的步骤，而无需向所述构建表面添加额外的树脂，从而使所述部件整体上具有功能梯度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述至少两组颗粒具有不同的浮力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述至少两组颗粒具有不同的摩擦性能。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述树脂支撑件的至少一部分是透明的，并且所述辐射能量穿过所述树脂支撑件被施加。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述至少两组颗粒具有不同的密度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述至少两组颗粒具有不同的体积。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述至少两组颗粒具有不同的形状。
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