CN115666822A - 逐层溶剂蒸发 - Google Patents

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Abstract

在根据本公开的一个示例中，描述了一种增材制造系统。该增材制造系统包括用于沉积金属粉末构建材料的构建材料分配器和用于以待打印的三维(3D)物体的层的图案在金属粉末构建材料上选择性地沉积粘合剂的制剂分配系统。所述增材制造系统还包括紫外(UV)能量源。UV能量源以逐层的方式1)固化粘合剂以将其上设置有粘合剂的金属粉末构建材料结合在一起，和2)蒸发粘合剂的溶剂。

Description

逐层溶剂蒸发
背景技术
增材制造系统通过构建材料层来生产三维(3D)物体。一些增材制造系统被称为“3D打印设备”，并且使用喷墨或其他打印技术来施加一些制造材料。3D打印设备和其它增材制造设备使得能够将物体的计算机辅助设计(CAD)模型或其它数字表示直接转换成物理物体。
附图说明
附图示出了本文所述原理的各种示例，并且是说明书的一部分。所示出的示例仅用于说明，而不是限制权利要求的范围。
图1是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统的框图。
图2是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统的简化俯视图。
图3是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统的等距视图。
图4是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的方法的流程图。
图5描绘根据本文所述原理的另一示例，通过紫外(UV)能量的逐层溶剂蒸发。
图6描述根据本文所述原理的一个示例的基于UV剂量的溶剂蒸发。
图7是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的方法的流程图。
图8A和8B描绘根据本文所述原理的另一实施例，通过紫外(UV)能量的逐层溶剂蒸发。
图9描绘根据本文所述原理的一个示例，使用UV能量和UV吸收剂的溶剂蒸发。
图10描绘根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的非暂时性机器可读存储介质。
在所有附图中，相同的附图标记表示相似的但不必相同的要素。附图不一定按比例绘制，并且一些部件的尺寸可能被放大以更清楚地示出所示的示例。此外，附图提供了根据本说明书的示例和/或实现方式；然而，本说明书并不局限于附图中提供的示例和/或实现方式。
具体实施方式
增材制造系统通过构建材料层的凝固来形成三维(3D)物体。增材制造系统基于例如利用计算机辅助制图(CAD)计算机程序产品生成的物体的3D模型中的数据来制造物体。将模型数据处理成切片，每个切片限定要被固化的构建材料层的部分。
在一个特定示例中，沉积金属粉末构建材料，并且将粘合剂（binding agent）选择性地施加到金属粉末构建材料层。在形成3D物体的情况下，粘合剂固化以形成“绿色（green）”3D物体。固化的粘合剂将“绿色”物体的构建材料保持在一起。然后，可以将绿色3D物体暴露于电磁辐射和/或热以烧结绿色3D物体中的构建材料，从而形成最终的3D物体。应当理解，术语“绿色”不是指颜色，而是指部分尚未被完全处理。
粘合剂可以包括分散贯穿液体载体的粘合组分颗粒。粘合剂的粘合组分颗粒移动到金属粉末构建材料颗粒之间的空隙空间中。通过将粘合剂加热到大约粘合组分颗粒的熔点，粘合剂中的粘合组分颗粒就被激活或固化。当激活或固化时，粘合组分颗粒将金属粉末构建材料颗粒胶合成固化的绿色物体形状。固化的绿色物体具有足够的机械强度，使得其能够承受从构建材料平台的抽出而不会受到不利影响(例如，形状不会损失)。
换句话说，金属的粘合剂辅助的3D打印可以涉及粘合剂，其包括具有控制粘合状态的溶剂的粘合组分。虽然在特定的打印阶段期望溶剂的存在，但在该阶段之后，溶剂的存在可能会变得有害。即，溶剂可以1)防止胶乳粘合组分颗粒在打印头喷嘴中结壳并能够进行可靠的喷射，和2)当加热聚结成连续聚合物粘合相时，将金属颗粒胶合在粉末床的图案化区域中。然而，在聚结后，溶剂的存在可能不利地影响绿色部件的期望形状和机械性能。具体讲，溶剂在固化胶乳中的存在可以降低聚合物粘合模量，并因此降低打印部件强度。因此，本说明书描述了施加UV能量以蒸发粘合剂中的溶剂。
通常，通过1)原位、打印后延长退火或2)用氙闪光灯快速加热同时通过横向于打印粉末床的照射表面的气流去除溶剂蒸气来去除溶剂。然而，上述任一情况都可能是低效的。例如，原位退火可能花费额外的处理时间，并且可能会限制3D打印物体的尺寸。使用氙闪光灯可能会遭受打印机设计复杂、总成本高和在闪光加热时避免不期望的粉末氧化的困难。因此，本说明书描述了用于通过一种UV辅助金属粘合剂喷射3D增材制造设备来制造3D物体的系统和方法。
根据一种方法，在基底上沉积金属粉末构建材料层。将可包括乳胶粘合组分的粘合剂以一个图案沉积在金属粉末构建材料上以形成3D物体的切片或层。该方法还涉及通过选择性地施加UV能量来固化该层，其中UV光的强度和持续时间可以被控制。UV能量增加，使得粘合剂中的溶剂蒸发，留下已经涂覆和粘合了金属颗粒的“硬化的”粘合组分。这种方法可以以逐层的方式执行。即，对于待形成的3D物体的每一层，沉积金属粉末构建材料，沉积粘合剂，并施加UV能量，使得粘合剂的粘合组分固化并蒸发掉粘合剂的溶剂。
在一个具体示例中，沉积附加的制剂以进一步增强溶剂蒸发。具体地，无论是否在其上形成粘合剂，照射的UV辐射被金属粉末吸收。因此，金属粉末的不接收粘合剂的区域也会被加热。在施加下一个粉末层之前，可能需要消散由UV暴露所产生的热量。给定总金属粉末温度，金属粉末冷却的持续时间可能限制在给定时间量内可以打印的层数。因此，在该具体示例中，选择性地加热要形成3D物体的金属粉末构建材料，从而降低相邻的、非物体形成的金属粉末的温度增加。这样做可以增加打印速率，因为冷却期由于床的总体温度没有达到那么高的温度而减少。
这可以通过施加两种制剂来实现。一种与UV能量源的照射单色波长相匹配的UV吸收剂，并且另一种为粘合剂。UV吸收剂提供了下层金属粉末构建材料的附加加热机制，使得可以经由UV能量源施加较少的能量来蒸发溶剂。如上所述，施加较少的UV能量减少了所生成并贯穿层传输的额外热量，从而在给定的时间量内可打印更多的层。
因此，本说明书描述了施加UV能量以蒸发粘合剂的溶剂，从而增加物体几何精度和机械强度。在一个特定示例中，可以沉积UV吸收剂以允许在金属粉末的要形成3D物体的部分中增加加热。由于UV吸收剂可以允许降低的UV强度，因此粉末床的非物体部分的加热程度降低，如上所述，这可以导致更高的打印速率。
具体地，本说明书描述了一种增材制造系统。该增材制造系统包括用于沉积金属粉末构建材料的构建材料分配器和用于以待打印的三维(3D)物体的层的图案在金属粉末构建材料上选择性地沉积粘合剂的制剂分配系统。所述增材制造系统还包括紫外(UV)能量源。所述UV能量源以逐层的方式，1)固化所述粘合剂以将其上设置有粘合剂的金属粉末构建材料结合在一起，和2)蒸发所述粘合剂的溶剂。
本说明书还描述了一种方法。根据该方法，沉积金属粉末构建材料，并且选择性地将粘合剂施加在金属粉末构建材料的要形成3D物体的层的一部分上。UV能量源被激活以固化粘合剂，从而将其上设置有粘合剂的金属粉末构建材料颗粒结合在一起，并蒸发粘合剂的溶剂。
本说明书还描述了一种编码有可由处理器执行的指令的非暂时性机器可读存储介质。该机器可读存储介质包括指令，以针对待打印的多层三维(3D)物体的每层地，1)控制金属粉末构建材料在表面上的沉积，2)控制紫外(UV)吸收剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积，3)选择性地激活UV发光二极管(LED)阵列以蒸发UV吸收剂的溶剂，4)控制粘合剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积，5)选择性地激活UV LED阵列以1)固化粘合剂以将金属粉末构建材料颗粒与设置在其上的粘合剂结合在一起，以及6)蒸发粘合剂的溶剂。
这样的系统和方法1)从“绿色”3D物体去除粘合剂溶剂；2)增加“绿色”3D物体的尺寸精度和强度；3)仅对金属粉末构建材料的要形成3D物体的那些部分提供选择性加热；4)表现出高能量转换和低热惯性；以及5)允许通过选择性地切换UV阵列中的各个LED来图案化加热辐射。然而，可以预期，本文公开的系统和方法可以解决多个技术领域中的其他问题和缺陷。
现在转到附图，图1是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统(100)的框图。本说明书的增材制造系统(100)提供具有增加的机械强度和尺寸精度的绿色3D物体。增材制造系统(100)通过使用UV能量源(106)从用于形成绿色3D物体的粘合剂中去除溶剂来提供这种3D绿色物体。在该示例中，增材制造系统(100)可以避免使用UV吸收剂。然而，在一些示例中，增材制造系统(100)可以实施UV吸收剂以进一步增加绿色物体强度。
增材制造系统(100)可以包括构建材料分配器(102)以将金属粉末构建材料沉积在表面上。该金属粉末构建材料可以是形成3D物体的原材料。也就是说，在其上设置有粘合剂的金属粉末构建材料的部分可以在热的存在下粘合在一起以形成固态金属结构。金属粉末构建材料可以是各种类型的。例如，金属粉末构建材料可以包括金属颗粒，诸如钢、青铜、钛、铝、镍、钴、铁、镍钴、金、银、铂、铜和上述金属的合金。虽然提及了若干示例性金属，但是根据本文讨论的原理，可以使用其他合金构建材料。
构建材料分配器(102)可从构建材料供应容器获取构建材料，并将获取的材料沉积为在床上的层，该层可沉积在已处理的位于床上的构建材料的其它层的顶部上。
增材制造系统(100)还包括制剂分配系统(104)。如上所述，可以分配不同的制剂。在一个示例中，制剂分配系统(102)以待打印的3D物体的层的图案在金属粉末构建材料上选择性地沉积粘合剂。具体讲，在构建区域内，金属粉末的部分将被熔合在一起。熔合部分形成了3D物体的层或切片。粘合剂包括各种组分，当一起相互作用时，所述组分将它分散在其上的金属粉末颗粒结合成半刚性结构。具体地，粘合剂可以包括水性载体、溶剂和粘合组分。水性载体允许粘合剂润湿金属粉末构建材料，使得溶剂和粘合组分可以渗透到层的孔中。溶剂2)可以防止粘合组分颗粒在制剂分配系统(104)的喷嘴中结壳，和3)在加热时引起粘合组分聚结。当固化时，粘合组分将金属粉末构建材料结合在一起，使得其形成粘结物体，该粘结物体虽然不坚固，但可以被运输到烧结炉，在烧结炉中高压和高温用于将胶合的金属粉末构建材料熔融或烧结在一起成为单个粘结3D物体。
液体载体可以指液体流体，其中粘合组分颗粒分散以形成粘合剂。包括水性和非水性媒介物的各种液体载体可以与粘合剂一起使用。在一些情况下，液体载体可以是没有其它组分的溶剂。在其它示例中，粘合剂可以包括其它成分，这部分地取决于制剂分配系统(104)。
在一些示例中，粘合剂包括粘合组分和溶剂，而没有液体载体。在这些示例中，溶剂构成了粘合剂的余量部分（balance）。因此，液体载体可以是含有水的非水性溶剂。非水溶剂的具体示例包括脂族醇、芳族醇、二醇、二醇醚、聚二醇醚、2-吡咯烷酮、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺和长链醇、脂族伯醇、脂族仲醇、1,2-醇、1,3-醇、1,5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基醚的高级同系物(C6-C12)、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代和未取代的甲酰胺二者、取代和未取代的乙酰胺二者、丙二醇醚，诸如二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单丙基醚、二丙二醇单丁基醚、三丙二醇单甲基醚、三丙二醇单丁基醚、二丙二醇单苯基醚、2-吡咯烷酮和2-甲基-1,3-丙二醇等。
粘合组分可以是胶乳聚合物(即，能够分散在水性介质中的聚合物)，其可以通过喷墨打印(例如，热喷墨打印或压电喷墨打印)喷射。在本文公开的一些示例中，聚合物颗粒是杂聚物或共聚物。杂聚物可以包括更疏水的组分和更亲水的组分。在这些示例中，亲水性组分使得颗粒可分散在水性载体中，而疏水性组分能够在暴露于热时聚结，以便将金属粉末构建材料颗粒暂时粘结在一起以形成绿色物体。粘合组分的示例包括(A)可共聚的表面活性剂和(B)苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、2-乙基己酯丙烯酸、2-乙基己酯甲基丙烯酸、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酯、氯乙烯苄基酯、丙烯酸异冰片酯、四氢糠基丙烯酸酯、2-甲基丙烯酸苯氧乙基酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸苄酯、乙氧基化壬基苯酚甲基丙烯酸酯、乙氧基化二十二烷基甲基丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸环己酯、t-甲基丙烯酸丁酯、n-甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸三酯、烷氧基化四氢糠基丙烯酸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、马来酸二甲酯、马来酸二辛酯、甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯、双丙酮丙烯酰胺、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基己内酰胺或它们的组合。在一些示例中，胶乳粘合组分颗粒是丙烯酸。在一些示例中，胶乳聚合物颗粒包括2-甲基丙烯酸苯氧基乙酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸。
在一些示例中，可共聚表面活性剂包括聚氧乙烯化合物、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸铵、聚氧乙烯烷基醚硫酸钠、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚硫酸铵或其混合物。尽管具体参考了某种粘合组分，但是可以根据本文描述的原理来实现其他粘合组分。
如上所述，溶剂塑化了粘合组分颗粒并增强了粘合组分在暴露于热时的聚结，以便将金属粉末构建材料颗粒暂时粘合在一起以形成绿色部件。
在一些示例中，溶剂可以是内酯，诸如2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮等。在其它示例中，溶剂可以是乙二醇醚或乙二醇醚酯，诸如三丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、三丙二醇单正丁醚、丙二醇苯醚、二丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚、乙二醇苯醚、二乙二醇单正丁醚乙酸酯、乙二醇单正丁醚乙酸酯等。在其它示例中，聚结溶剂可以是水溶性多元醇，诸如2-甲基-1，3-丙二醇等。在其它示例中，聚结溶剂可以是上述示例中的任何示例的组合。在其它示例中，聚结溶剂选自2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、三丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、三丙二醇单正丁醚、丙二醇苯基醚、二丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚、乙二醇苯基醚、二乙二醇单正丁醚乙酸酯、乙二醇单正丁醚乙酸酯、2-甲基-1,3-丙二醇及其组合。
在一些示例中，制剂分配系统(104)沉积附加制剂。也就是说，情况可能是撞击在金属粉末构建材料上的某个百分比的UV能量被吸收。为了增加该百分比，制剂分配系统(104)可以选择性地将UV吸收剂沉积在金属粉末构建材料上。UV吸收剂可以以与粘合剂相同的图案沉积，以仅增加金属粉末构建材料的将形成3D物体的那些部分的吸收属性。
因此，当照射UV能量时，整个粉末床区域吸收并被加热。然而，在UV吸收剂沉积的地方发生附加吸收(和加热)。由于粘合剂和UV吸收剂二者打印在同一区域中，因此UV吸收剂提供了对金属粉末的要形成绿色3D物体的附加的和选择性的加热。因此，UV吸收剂涂覆的区变得比没有UV吸收剂的周围区更热。换句话说，金属粉末构建材料的其上设置有粘合剂和UV吸收剂的部分会热得足够快，而周围的无制剂区域则处在较低温度下。
这样做可以节省能量，因为用较少的能量就可以将粉末金属构建材料的层形成部分升高到固化温度。此外，使没有UV吸收剂的区域保持在较低温度下减少了粉末氧化。氧化可能会导致原始构建材料不可回收。因此，通过使用UV吸收剂，未使用的金属粉末构建材料可以被回收以用于随后的使用。此外，由于金属粉末构建区域的总体温度不是那么高，因此随着构建材料冷却更快，打印更快。
在一些示例中，UV吸收剂可以是有机化合物或无机化合物。作为一个具体的示例，UV吸收剂可以包括二芳基和三芳基甲烷染料、UV吸收卟啉，诸如卟啉钴、硝基染料、偶氮染料，诸如二甲基氨基苯和偶氮苯、羰基染料和UV增亮剂。
在其中制剂分配系统(104)除了粘合剂之外还沉积UV吸收剂的示例中，制剂分配系统(104)可以分别地分配粘合剂和UV吸收剂。例如，制剂分配系统(104)可以在第一行程中沉积UV吸收剂，并且在第二行程中可以分配粘合剂。在另一示例中，制剂分配系统(104)可以在第一行程中沉积粘合剂，并且在第二行程中可以分配UV吸收剂。在另一示例中，粘合剂和UV吸收剂可以被混合并且可以作为单个化合物来沉积。在粘合剂和UV吸收剂分别沉积的情况下，可以调节UV吸收剂的量以加速或减速溶剂去除。在混合物的情况下，两者的比率可以是预定的。
在一些示例中，制剂分配系统(104)包括至少一个液体喷射设备，以将制剂分配到构建材料层上。液体喷射设备可以包括至少一个打印头(例如，基于热喷射的打印头、基于压电喷射的打印头等)。在一些示例中，制剂分配系统(104)被耦合到扫描托架，并且该扫描托架在床上方沿着扫描轴移动。在一个示例中，在喷墨打印设备中使用的打印头可以在制剂分配系统(104)中使用。在该示例中，熔合剂可以是打印液体。在其他示例中，制剂分配系统(104)可以包括选择性地喷射小体积液体的其他类型的液体喷射设备。
增材制造系统(100)可以包括紫外(UV)能量源(106)，以便以逐层方式固化粘合剂，从而将金属粉末构建材料与设置在其上的粘合剂结合在一起。也就是说，如上所述，当加热时，粘合剂固化以将金属粉末颗粒结合在一起成为绿色3D物体。绿色3D物体是指一种中间部件，其具有代表最终3D物体的形状并且包括用粘合剂图案化的金属粉末构建材料。在绿色3D物体中，金属粉末构建材料颗粒可以通过粘合剂的组分和/或通过金属粉末构建材料颗粒与粘合剂之间的（多个）吸引力而弱结合在一起。未用粘合剂图案化的任何金属粉末构建材料不被认为是绿色3D物体的一部分，即使其与绿色3D物体相邻或围绕着3D绿色物体。
在进一步暴露于UV能量源(106)时，绿色3D物体开始固化，这引发粘合剂中的溶剂中的粘合组分溶解，使得粘合组分形成聚合物胶，所述聚合物胶涂覆金属粉末构建材料颗粒并且产生或增强金属粉末构建材料颗粒之间的结合。换句话说，固化的绿色3D物体是中间部件，其具有代表最终3D打印物体的形状并且包括通过粘合剂的至少部分固化的粘合组分粘合在一起的金属粉末构建材料。与未固化的绿色3D物体相比，固化的绿色3D物体的机械强度会更大，并且在一些情况下，固化的绿色3D物体可以从构建材料平台处理或提取。
为了固化粘合剂并将金属粉末构建材料结合在一起，UV能量源(106)可以将构建材料加热至其中粘合组分被固化的温度。在该操作期间，UV能量源(106)可以具有发射的照射功率以及用于粘合组分固化的暴露的持续时间。为了固化粘合组分，可以驱动UV能量源(106)使金属粉末构建材料被加热到50摄氏度至150摄氏度之间的温度。在一些示例中，这可以包括以较低的照射功率值驱动UV能量源(106)达较长的时间段。在另一示例中，这可以包括以较高的照射功率值驱动UV能量源(106)达较短的时间段。
然后，可以驱动UV能量源(106)较长的时间以蒸发粘合剂的溶剂。也就是说，在某一点，金属粉末构建材料温度达到固化开始/粘合剂颗粒变得溶解在溶剂中并且溶解的粘合剂流动、涂覆和粘合相邻金属粉末颗粒的点。此时，继续驱动UV能量源(106)，使得床温度达到粘合剂溶剂蒸发的点。在一些示例中，这可以包括驱动UV能量源(106)以将床加热到超过50-150摄氏度以固化粘合剂。具体地，可以驱动UV能量源(106)以将床加热到150-250摄氏度之间，使得溶剂蒸发。
换句话说，本说明书不仅将UV能量源(106)激活到粘合组分固化的点，而且激活到溶剂蒸发的另外的点。如上所述，溶剂虽然在诸如预打印和聚结的打印的某些阶段中是期望的，但是如果在烧结阶段期间留在3D物体中，则可能会对3D物体具有有害影响。因此，通过以使得蒸发溶剂的方式操作UV能量源(106)的本增材制造系统(100)增加了机械强度并且增强了所得到的3D物体的属性。
驱动UV能量源(106)以蒸发溶剂可以包括将金属粉末构建材料加热到大于150摄氏度的温度。在一些示例中，如下面将要描述的，UV能量源(106)发射具有在240至450纳米之间的波长的能量。
如下文将描述的，在一些示例中，增材制造系统(100)可以以逐层方式操作。即，构建材料分配器(102)可以沉积金属粉末构建材料层，并且制剂分配系统(104)可以沉积粘合剂层。然后，UV能量源(106)可以固化粘合剂并蒸发溶剂。然后，可以针对要形成3D物体的每个层重复该过程。
在一些示例中，UV能量源(106)是UV发光二极管(LED)的阵列。UV LED可以是单独可控的，使得每个LED或LED组的选择性操作可以允许局部固化和蒸发。例如，不是加热整个层，而是可以激活UV LED的子集，该子集对应于接收粘合剂和/或UV吸收剂的构建区域的区域或比仅仅接收粘合剂和/或UV吸收剂的那些区域延伸更远的床的区域，以确保完全的UV处理。
现在给出每个操作的具体示例，即，使用和不使用UV吸收剂。首先作为不使用UV吸收剂的示例。这种操作提供了在增材制造过程中以逐层方式的溶剂去除的简化过程，其中，使用瞬时温度增加来蒸发溶剂。在一项测试中，将300μm厚的MIM级不锈钢粉末层(316L)铺展在玻璃基底上，并将粘合剂的矩形图案打印在该基底上，所有这些同时将粉末床保持在35摄氏度。在打印完成之后，将样品放置在能够以约12W/cm2的恒定能量均匀照射金属粉末构建材料的发射395纳米(nm)的UV LED的阵列下。选择LED波长以落入宽光谱内，其中粉末吸收恒定在约74%。照射的持续时间从一秒变化到几秒。溶剂的去除用热重量分析(TGA)设备测试，所述TGA设备能够当粉末的温度以恒定速率升高并且相应的挥发性组分在它们相应的温度下蒸发时感测重量降低。对于给定的挥发性组分，对应于其蒸发的重量下降表明其至少部分地从金属粉末层中去除。重量下降的幅度用来对去除的挥发性组分(例如粘合剂的溶剂)的量进行定量。
因此，本公开的增材制造系统(100)提供了一种用于从新打印的粘合剂中去除溶剂同时提供粘合剂聚结所需的温度的有效机制。
现在转到实施粘合剂和UV吸收剂二者的示例。在一项测试中，使用胶乳粘合组分和黄色墨水作为UV吸收剂。在该示例中，黄色墨水与UV发射匹配，然而，根据这里描述的原理，可以实施其它UV吸收剂。
在该测试中，将300μm厚的金属粉末层铺展在玻璃基底上，并且以矩形图案打印UV吸收剂和胶乳粘合剂二者。在该示例中，粉末床保持在约35℃。将图案化的区置于UV LED源下，并以受控的照射功率密度和时间均匀地照射。具体地，应用持续1秒的12W/cm2 UV照射用于测试。UV吸收引起金属粉末的瞬间加热，同时持续辐射并导致溶剂的挥发和蒸发。由于热质量小，在UV照射终止之后粉末的温度立即降至室温。
结果比较了当除了胶乳粘合剂之外还存在或不存在UV吸收剂时，留在粉末层的胶乳打印区中的溶剂的量。此外，测试了包含单个制剂(胶乳粘合剂或黄色UV吸收剂)的参考样品。下表(1)指示了结果。
实验# 打印序列 打印序列之后的溶剂含量 (mg)
1 乳胶粘合剂 (无 UV) 0.1969
2 乳胶粘合剂和 UV 0.0679
3 黄色UV吸收剂 (无 UV) 0.4138
4 黄色UV吸收剂和 UV 0.0035
5 黄色UV吸收剂和 UV随后是胶乳粘合剂和 UV 0.0040
6 黄色UV吸收剂和 UV随后是胶乳粘合剂 0.2019
表1。
在表1中，样品尺寸被标准化以使得能够直接比较。在该测试中，在打印第二墨水并且UV暴露之前，从第一打印墨水中去除溶剂(通过UV暴露)，以便可靠地测量第二打印墨水的UV加热的效果。
打印之后，去除样品并用TGA设备测试。从上述测试可知，打印的胶乳粘合剂和黄色UV吸收剂二者包含大量溶剂(参见实验1和3)。该测试还表明，乳胶粘合剂的UV照射可以去除约65%的溶剂含量(参见实验1和2)。黄色UV吸收剂的UV照射可以去除接近100%的溶剂含量，留下“干燥”的黄色UV吸收剂(参见实验3和4)。施加UV吸收剂并通过UV处理去除其溶剂，随后施加胶乳粘合剂和UV处理以去除粘合剂溶剂，从胶乳粘合剂中去除约98%的溶剂(参见实验1和5)。因此，与当照射胶乳粘合剂但不使用UV吸收剂的情况相比，UV吸收剂的施加可以提供17倍的溶剂去除增加。实验1和6(黄色UV吸收剂和UV-基溶剂蒸发，随后是没有UV照射的胶乳粘合剂)的比较显示与在原始胶乳粘合剂中的存在的相同量的溶剂。
因此，如上所述，热选择性(比没有胶乳粘合剂的粉末床区域更有效地加热胶乳涂覆区的能力)提供了强化的增材制造。也就是说，所提出的热选择性可以提供节能。另外，使用UV吸收剂可以防止由粉末床的无粘合剂区中的不期望和过度UV吸收引起的增材制造系统(100)中的不受控的热积累。如上所述，在这些无粘合剂区中的逐渐的热积累可能会破坏打印过程，并且可能会限制打印层的最大数量。
图2是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统(100)的简化俯视图。在增材制造过程的一个示例中，可以在构建区域中形成构建材料层。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“构建区域”指的是其中形成3D物体(212)的空间的区域。构建区域可以指由床(210)界定的空间。构建区域可以被定义为三维空间，在该三维空间中，增材制造系统(100)可以制造、生产或以其他方式生成3D物体(212)。也就是说，构建区域可以占据床(210)表面的顶部上的三维空间。在一个示例中，构建区域的宽度和长度可以是床(210)的宽度和长度，并且构建区域的高度可以是床(210)在z方向上可以移动的范围。尽管未示出，但诸如活塞之类的致动器可以控制床(210)的竖直位置。
床(210)可以容纳任何数量的金属粉末构建材料层。例如，床(210)可以容纳多达4,000层或更多。在一个示例中，多个构建材料供应容器可以位于床(210)的旁边。这种构建材料供应容器可以溯源（source）以逐层方式置于床(210)上的构建材料。
在一些示例中，金属粉末构建材料可以保持温热，例如在60摄氏度至100摄氏度之间。这样做可以帮助去除可能在制剂中发现的一些挥发性化合物。在一些示例中，这种加热可以用嵌入床(210)中的电阻加热器或用顶部红外(IR)和/或UV加热器来实现。
在增材制造过程中，粘合剂可以沉积在构建材料层上，其促进粉末构建材料颗粒胶粘在一起。在该具体示例中，粘合剂可以以3D物体(212)的层的图案选择性地分布在构建材料层上。UV能量源(图1,106)可以暂时将能量施加到构建材料层。能量可以选择性地吸收到由粘合剂形成的图案化区域中，这导致将金属粉末构建颗粒胶合在一起的粘合组分的固化。然后，对多个层重复该过程，直到已经形成完整的物理物体。
图2清楚地描绘了构建材料分配器(102)。如上所述，构建材料分配器(102)可以从构建材料供应容器获取构建材料，并可以将材料沉积为床(210)上的层，该层可以沉积在驻留在该床(210)中的已处理的构建材料的其它层的顶部上。
在一些示例中，构建材料分配器(102)可以耦合到扫描托架。在操作中，当扫描托架沿着扫描轴线在床(210)上移动时，构建材料分配器(102)将构建材料放置在床(210)中。
图2还描绘了托架208，UV能量源(图1,106)和制剂分配系统(图1,104)设置在该托架上。也就是说，在一些示例中，UV能量源(图1,106)在床(210)上是可移动的。
在其他示例中，托架(208)可以仅包括制剂分配系统(图1，104)。在该示例中，UV能量源(图1,106)可以是不可移动的。例如，UV能量源(图1,106)可以安装在床(210)上方。在又一示例中，增材制造系统(100)可以包括多个UV能量源(图1,106)，其中一个UV能量源可在托架(208)上移动，而另一个UV能量源是不可移动的且固定在床(210)上方。
图2还描绘了控制器(216)，其可以单独地控制构成UV能量源(图1,106)的每个UVLED。也就是说，如上所述，UV能量源(图1,106)可以包括多个UV LED，每个UV LED都可以单独地控制。因此，可以激活单个UV LED，或者可以激活一组UV LED。这样，控制器(216)提供对UV照射增强的定制和控制。例如，控制器(216)可以激活要经过接收粘合剂和/或UV吸收剂的床(210)的部分的UV LED的子集，而不是激活阵列中的每个UV LED。因此，不是激活所有UV LED并加热整个粉末床(210)，而是仅加热对应于3D绿色物体的床(210)的那些部分。因此，由于使用较少能量，增材制造系统(100)提供了成本节约。
在另一示例中，单独控制UV LED可以允许不同的UV LED被激活到不同的强度。例如，在容许几何精度和机械强度的更多种类的区域中，例如在3D物体的内部部分，可以使用较低的强度，使得对应的金属粉末构建材料不被加热到同样高的温度。作为比较，在容许几何精度和机械强度的较少种类的情况下，可以使用较大的UV强度来确保适当的溶剂去除，以确保目标几何尺寸和机械强度。
控制器(216)可以包括各种硬件组件，其可以包括处理器和存储器。处理器可以包括用于从存储器检索可执行代码并执行可执行代码的硬件架构。作为具体示例，如本文所述的控制器可以包括计算机可读存储介质、计算机可读存储介质和处理器、专用集成电路(ASIC)、基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)和/或其它硬件设备。
存储器可以包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的计算机可用程序代码。存储器可以采用许多类型的存储器，包括易失性和非易失性存储器。例如，存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光学存储盘和磁盘等。当由控制器(216)执行时，可执行代码使控制器(216)至少实现如下所述的中断打印和恢复打印的功能。
控制器(216)还控制增材制造。具体地，在基于粘合剂的系统中，控制器(216)可以引导构建材料分配器添加构建材料层。此外，控制器(216)可以发送指令以引导制剂分配器的打印头选择性地将制剂沉积到构建材料层的表面上。控制器(216)还可以引导打印头在特定位置喷射(多个)制剂以形成3D打印物体切片。
图3是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的增材制造系统(100)的等距视图。图3中描绘的增材制造系统(100)的部件可能未按比例绘制，并且因此，增材制造系统(100)可以具有与如其中所示不同的尺寸和/或配置。
图3清楚地描绘了从构建材料供应容器(318)接收金属粉末构建材料的床(210)。在一些示例中，床(210)可以在由箭头(320)指示的方向上例如沿着z轴移动，使得金属粉末构建材料可以被递送到床(210)或金属粉末构建材料先前形成的层上。对于待递送的金属粉末构建材料的每个后续层，床(210)可以降低，使得构建材料分配器(102)可以将金属粉末构建材料颗粒推送到床(210)上，以在其上形成金属粉末构建材料层。
构建材料供应容器(318)可以是贮存器、床或将金属粉末构建材料颗粒定位在构建材料分配器(102)和床(210)之间的其它表面。在一些示例中，构建材料供应容器(318)可以包括表面，在该表面上可以例如从构建材料源(未示出)供应金属粉末构建材料颗粒。
如上所述，构建材料分配器(102)可在由箭头(322)表示的方向上，例如沿y轴，在构建材料供应容器(318)上移动并横跨床(210)以散布金属粉末构建材料层。在散布金属粉末构建材料之后，构建材料分配器(102)也可以返回到邻近构建材料供应容器(318)的位置。在一些示例中，构建材料分配器(102)可以是刀片(例如，刮刀)、辊和刀片的组合、和/或能够将金属粉末构建材料颗粒散布在平台(210)上的任何其它设备。
图3还描绘了托架208，其可沿箭头322所示的方向扫描过床210，并且可以包括制剂分配系统(图1,104)以及在一些示例中的UV能量源(图1,106)。托架(208)和形成在其上的打印头可以延伸床(210)的宽度。
前述物理元件中的每一个可以可操作地连接到控制器(图2，216)。即，控制器(图2,216)可以控制床(210)、构建材料供应容器(318)、构建材料分配器(102)、托架(208)、UV能量源(图1,106)和制剂分配系统(图1,104)的操作。
图4是根据本文所述原理的示例的用于逐层溶剂蒸发的方法(400)的流程图。也就是说，可以对要形成3D绿色物体的单独的层执行图4中详细描述的每个操作(图2,212)。根据方法(400)，金属粉末构建材料被沉积(框401)在表面上。该表面可以是床(图2，210)或金属粉末构建材料的先前沉积层。例如，在控制器(图2，216)的引导下，构建材料分配器(图1，102)可以将供应的金属粉末构建材料颗粒散布到床上(图2，210)。
随着金属粉末构建材料散布，方法(400)包括在金属粉末构建材料的要形成3D物体的层的部分上选择性地施加(框402)粘合剂(图2，212)。如上所述，通过制剂分配系统(图1，104)施加粘合剂(框402)。具体地，控制器(图2,216)可以执行指令以控制制剂分配系统(图1,104)以将粘合剂沉积到金属粉末构建材料的（多个）预定部分上，所述预定部分会成为绿色物体的一部分并最终被烧结以形成3D物体(图2,212)。作为一个示例，如果要形成的3D物体(图2,212)的形状类似立方体或圆柱体，那么粘合剂可以分别以正方形图案或圆形图案(从俯视图看)沉积在金属粉末构建材料颗粒层的至少一部分上。
当在（多个）期望的部分中选择性地施加粘合剂(框402)时，粘合组分颗粒(存在于粘合剂中)渗入金属粉末构建材料颗粒之间的颗粒间空间。相比之下，没有被施加粘合剂的金属粉末构建材料的部分没有引入粘合剂组分颗粒。这样，这些部分不会成为最终形成的3D物体(图2,212)的部分。
根据方法(400)，UV能量源(图1,106)被激活(框403)以固化粘合剂并蒸发粘合剂的溶剂。在一些示例中，这可以包括发射具有在240-450纳米之间的波长的UV波，并且作为395nm的具体示例，持续0.5至5秒的时段。当施加热量时，粘合剂中的溶剂激活乳胶粘合组分，使得其开始将金属粉末建造材料的颗粒粘合在一起。如上所述，UV能量源(图1,106)可以包括UV LED，使得可以一次激活子集或者甚至一个UV LED。因此，可以瞄准金属粉末构建材料的选择性部分，具体地要形成3D物体的那些部分。
加热以形成固化的绿色物体部件层可以在能够激活(或固化)粘合剂但不融化或烧结金属粉末构建材料的温度下进行。在一个示例中，激活温度约为粘合组分的熔点。作为一个具体的示例，金属粉末构建材料可以被加热到50至150℃之间的温度。
UV能量源的这种激活(图1,106)也蒸发了粘合剂的溶剂。在一些示例中，激活至该更强的状态可以包括将金属粉末构建材料暴露于UV能量源(图1,106)达比用于固化粘合组分更长的时间段。这样做会导致下面的金属粉末构建材料被加热得甚至更多。在金属粉末构建材料的具有布置在其上的粘合剂的部分的情况下，增加的UV照射强度会使这些部分加热到足够的温度，诸如大于150℃，其中粘合剂中的溶剂蒸发。增加暴露以蒸发溶剂可以包括减慢在其上设置了UV能量源(图1,106)的托架(图2,208)，或者以其它方式增加UV能量源(图1,106)激活的时间段。
如上所述，可以重复这些操作(框401、402、403)以迭代地构建多个图案化层并形成绿色3D物体(图2、212)。例如，控制器(图2，216)可以执行指令以使床(图2，210)降低，以使得能够散布金属粉末构建材料的下一层。另外，在降低床(图2，210)之后，控制器(图2，216)可以控制构建材料供应容器(图3，318)以供应附加金属粉末构建材料(例如，通过升降机、螺旋钻等的操作)和构建材料分配器(图1，102)，以在先前形成的层的顶部上形成另一个金属粉末构建材料颗粒层。可以用粘合剂对新形成的层图案化，并且可以激活UV能量源(图1,106)以固化粘合剂并蒸发溶剂。
与针对整个3D物体相反，仅从3D物体的一部分蒸发溶剂可能会花费更少的时间和能量来完成。
在固化之后，绿色物体(图2，212)可以从构建材料块体上提取，并且放置在加热机构诸如烧结炉中，在烧结炉中绿色物体被加热到烧结温度。烧结在足以烧结剩余金属粉末构建材料颗粒的温度下完成。取决于材料，温度范围可以在450-1700摄氏度之间，以烧结金属颗粒形成固态粘结结构。即，虽然这些温度被提供作为烧结温度示例，但是应当理解，烧结加热温度取决于所利用的金属粉末构建材料，并且可以高于或低于所提供的示例。烧结温度取决于金属粉末构建材料颗粒的组成。作为该加热的一部分，粘合剂分解，使得粘合组分颗粒不再存在于最终的3D物体中。
图5描绘了根据本文所述原理的另一示例的通过紫外(UV)能量的逐层溶剂蒸发。具体地，图5描绘了没有沉积UV吸收剂的一个示例。如图5中所描绘的，托架(208)可以在金属粉末构建材料(524)的表面上经过。当托架(208)移动时，可以激活制剂分配系统(图1，104)的打印头(528)以将粘合剂(526)喷射在金属粉末构建材料(524)上。为了简单起见，制剂分配系统(图1，104)的单个打印头(528)用附图标记来表示。在图5所示的示例中，层，即3D物体的横截面(图2，212)，是一系列的矩形。例如，（多个）3D物体(图2,212)可以是矩形棱镜。
图5还描绘了UV能量源(图1,106)，其在图5所示的示例中是安装到托架208的阵列530。如上所述，在其它示例中，UV能量源(图1,106)可以是不可移动的并且固定在床(图2,210)上方。在任一示例中，UV能量源(图1,106)在沉积粘合剂(526)的同时或之后不久是激活的。在一个特定的示例中，打印头(528)可以在托架(208)沿第一方向经过时喷射粘合剂(526)，并且UV阵列(530)可以在托架(208)沿相反方向经过时在返回路径中被激活。这样做允许粘合剂(526)有足够的时间渗入金属粉末构建材料(524)的孔中。在该示例中，可以调节托架(208)的速度以确保UV照射以蒸发溶剂。
在另一示例中，UV能量源(图1,106)和打印头(528)可以在同一行程期间被激活。也就是说，在打印头(528)沉积粘合剂(526)的同一行程中，UV阵列(530)可以被激活以固化粘合剂(526)并蒸发其中的溶剂。在这些示例中，可以调节托架(208)的移动速度以确保在UV阵列(530)照射表面之前粘合剂(526)的渗透并且确保UV照射以充分地蒸发溶剂。
图6描绘了根据本文所述原理的一个示例的基于UV剂量的溶剂蒸发。在图6中，溶剂蒸发被测量为剩余溶剂的百分比。如图6所示，随着UV剂量增加，去除的溶剂的量增加。
图7是根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的方法(700)的流程图。在图7所示的方法(700)中，除了使用粘合剂(图5,526)之外，还使用了UV吸收剂以进一步增加溶剂去除。与图4中描述的方法(图4,400)一样，本方法(700)包括在诸如床的表面(图2,210)上沉积(框701)金属粉末构建材料(图5,524)。
随着金属粉末构建材料(图5,524)散布，方法(700)包括在要形成3D物体(图2,212)的层的金属粉末构建材料(图5,524)的一部分上选择性地施加(框702)UV吸收剂。如上所述，通过制剂分配系统(图1,104)施加UV吸收剂(框702)。具体地，控制器(图2,216)可以执行指令以控制制剂分配系统(图1,104)将UV吸收剂沉积到金属粉末构建材料(图5,524)的（多个）预定部分上，该预定部分将成为绿色物体的一部分并且将最终被烧结以形成3D物体。作为一个示例，如果要形成的3D物体(图2,212)要被成形为像立方体或圆柱体，那么UV吸收剂可以分别以正方形图案或圆形图案(从俯视图看)沉积在金属粉末构建材料层的至少一部分上(图5,524)。
根据方法(700)，UV能量源被激活(图1,106)(框703)以蒸发UV吸收剂的溶剂，使得存在“干燥”UV吸收剂。如上所述，UV吸收剂增加了UV能量的吸收，使得更多的溶剂可以从粘合剂(图5，526)中被去除，因此增加了绿色和烧结的3D物体(图2，212)的几何精度和机械强度。在一些示例中，这可以包括发射具有在240-450纳米之间的波长的UV波，并且作为395nm的一个具体示例，持续0.5至5秒的时段。
在一些示例中，方法(700)包括基于增材制造过程中伴随的各种条件来改变(框704)UV能量的发射特性。即，特定的构建材料(图5,524)或粘合剂(图5,526)可以规定出特定的UV照射，以便1)有效地去除溶剂和/或2)保持3D物体(图2,212)的特定材料属性。例如，特定的粘合剂溶剂可以对蒸发更有抵抗力，使得需要更高的UV强度，即，更长的持续时间或不同的频率。相比之下，可能是太强烈地暴露于UV辐射会损害粘合组分固化部件的能力，从而导致弱化的绿色物体部件。
作为又一示例，可以存在使3D物体(图2，212)的尺寸精度和机械强度变化更大的区。例如，在3D物体(图2,212)的内表面处，几何变化是可接受的。因此，在该示例中，可以改变UV照射以适应这些不同的条件。改变发射特性可以包括选择哪些UV LED是激活的而哪些不是激活的、UV LED的IV照射的持续时间、UV照射的波长以及来自每个UV LED的发射的强度。虽然特别参考了可以改变的一些特定发射特性(框704)，但是各种其它特性是可以改变的。其中的每一个可以基于粘合剂(图5,526)、金属粉末构建材料(图5,524)、图案和/或3D物体(图2,212)的细节水平而改变。
在设置了发射特性的情况下，可以选择性地施加(框705)粘合剂(图5,524)，并且激活(框706)UV能量源(图1,106)以固化粘合剂并蒸发粘合剂的溶剂(图5,524)。这些操作可以如上结合图4所述的那样执行。
激活(框703)UV能量源(图1,106)以蒸发UV吸收剂中的溶剂和激活(框706)UV能量源(图1,106)以从粘合剂(图5,526)蒸发溶剂度可以到不同的程度。例如，为了从UV吸收剂蒸发溶剂，可以激活UV能量源(图1,106)(框703)，使得床(图2,210)被加热到40至100摄氏度之间的温度。作为比较，为了从粘合剂(图5,526)蒸发溶剂，可以激活UV能量源(图1,106)(框706)，使床(图2,210)被加热到150至250摄氏度之间的温度。
如同图4的方法(400)，该方法(700)可以以逐层的方式执行。即，对于每一层，1)沉积UV吸收剂并从其中蒸发溶剂，2)沉积粘合剂并固化，和3)蒸发其溶剂。对3D物体的每一层重复这些操作(图2,212)，使得可以避免物体级固化和溶剂蒸发，该物体级固化和溶剂蒸发可以去除较少的溶剂。由于除去的溶剂较少，物体级溶剂蒸发不太有效，因此导致与逐层溶剂蒸发相比具有降低的强度的3D物体。
图8A和8B描绘了根据本文所述原理的另一示例的通过紫外(UV)能量的逐层溶剂蒸发。具体地，图8A和8B描绘了一个示例，其中UV吸收剂(832)沉积在床(210)上。在该示例中，UV能量源(图1,106)可以包括两个UV阵列(530-1,530-2)，其中第一UV阵列(530-1)在选择性地沉积UV吸收剂(832)时是激活的，并且第二UV阵列(530-2)在选择性地沉积粘合剂(526)时是激活的。在该特定示例中，UV吸收剂(832)经由托架(208)在第一方向上跨越表面的行程而选择性地沉积，而粘合剂(526)经由托架(208)在第二方向上跨越表面的返回行程而施加。
即，如图8A中所描绘的，托架(208)可以在金属粉末构建材料(524)的表面上经过。当托架(208)移动时，制剂分配系统(图1，104)的第一组打印头(528-1)可以被激活以将UV吸收剂(832)喷射在金属粉末构建材料(524)上。为了简单起见，制剂分配系统(图1，104)的第一组打印头(528-1)中的单个打印头被附图标记来指示。
图8A还描绘了第一UV阵列(530-1)，其在图8A中描绘的示例中是安装到托架(208)的阵列。如上所述，在其它示例中，UV能量源(图1,106)可以是不可移动的并且固定在床(图2,210)上方。在任一实施例中，UV能量源(图1,106)在沉积制剂的同时或之后不久是激活的。在一个特定的示例中，第一UV阵列(530-1)和第一组打印头(528-1)可以在同一行程期间是激活的。也就是说，在第一组打印头(528-1)沉积UV吸收剂(832)的同一行程中，第一UV阵列(530-1)可以被激活以蒸发其中的溶剂。在这些示例中，可以调节托架(208)的速度以确保在第一UV阵列(530-1)照射表面之前UV吸收剂(832)的渗透。
在图8B中表明的返回行程中，第二组打印头(528-2)沉积粘合剂(526)，并且第二UV阵列(530-2)可以被激活以蒸发其中的溶剂并固化粘合剂(526)。在这些示例中，托架(208)的速度可以被调节以确保在第二UV阵列(530-2)照射表面之前粘合剂(526)的渗透。
图9描绘了根据本文所述原理的一个示例的使用UV能量和UV吸收剂的溶剂蒸发(图8，832)。具体地，图9描绘了当仅使用粘合剂(图5,526)而没有UV吸收剂(图8,832)和UV蒸发处理时，在绿色物体中留下的溶剂的量(图2,212)。如图9所示，当使用UV蒸发处理时，绿色物体中的溶剂含量(图2,212)降低至原始值的37%。另外，当使用UV吸收剂(图8,832)和UV蒸发处理以及粘合剂(图5,526)和UV蒸发处理时，绿色物体(图2,212)中的溶剂含量降低到原始值的2%。给定溶剂含量、机械强度和尺寸精度之间的关系，图9清楚地表明了当使用UV蒸发处理和/或UV吸收剂(图8，832)时对增材制造操作的增强。
图10描绘了根据本文所述原理的一个示例的用于逐层溶剂蒸发的非暂时性机器可读存储介质(1032)。为了实现其期望的功能，控制器(图2，216)包括各种硬件组件。具体地，控制器(图2，216)包括处理器和机器可读存储介质(1032)。机器可读存储介质(1032)通信地耦合到处理器。机器可读存储介质(1032)包括用于执行指定功能的多个指令(1034、1036、1038、1040)。机器可读存储介质(1032)使得处理器执行指令(1034、1036、1038、1040)的指定功能。机器可读存储介质(1032)可以存储数据、程序、指令或可以用于操作增材制造系统(图1，100)的任何其他机器可读数据。机器可读存储介质(1032)可以存储控制器(图2，216)的处理器可以处理或执行的计算机可读指令。机器可读存储介质(1032)可以是包含或存储可执行指令的电子、磁、光或其他物理存储设备。机器可读存储介质(1032)可以是例如随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储设备、光盘等。机器可读存储介质(1032)可以是非暂时性机器可读存储介质(1032)。
参考图10，构建材料沉积指令(1034)在由处理器执行时，使得处理器针对待打印的多层三维(3D)物体的每层控制金属粉末构建材料在表面上的沉积。UV制剂沉积指令(1036)在由处理器执行时可以使处理器控制紫外吸收剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积。粘合剂沉积指令(1038)在由处理器执行时可以使处理器控制粘合剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积。UV能量激活指令(1040)在由处理器执行时可以使处理器：1)选择性地激活UV LED阵列到第一状态以蒸发UV吸收剂的溶剂；2)选择性地激活所述UV LED阵列至第二状态以固化所述粘合剂，从而将其上设置有所述粘合剂的金属粉末构建材料颗粒胶合在一起；以及3)选择性地激活UV LED阵列到第三状态以蒸发粘合剂的溶剂。
这样的系统和方法1)从“绿色”3D物体中去除粘合剂溶剂；2)增加“绿色”3D物体的尺寸精度和强度；3)仅对要形成3D物体的金属粉末构建材料的那些部分提供选择性加热；4)表现出高能量转换和低热惯性；以及5)允许通过选择性地切换UV阵列中的单独的LED来图案化加热辐射。然而，可以预期，本文公开的系统和方法可以解决多个技术领域中的其他问题和缺陷。

Claims (15)

1.一种增材制造系统，包括：
构建材料分配器，用于沉积金属粉末构建材料；
制剂分配系统，用于以待打印的三维(3D)物体的层的图案将粘合剂选择性地沉积在所述金属粉末构建材料上；以及
紫外(UV)能量源，用于以逐层方式：
固化所述粘合剂以将其上设置有粘合剂的金属粉末构建材料结合在一起；以及
蒸发粘合剂的溶剂。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述UV能量源是UV发光二极管(LED)的阵列。
3.根据权利要求2所述的增材制造系统，还包括控制器，用于单独地控制所述UV LED中的每个UV LED。
4.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述制剂分配系统用于以所述图案在所述金属粉末构建材料上选择性地沉积UV吸收剂。
5.根据权利要求4所述的增材制造系统，其中，所述制剂分配系统分别分配所述粘合剂和所述UV吸收剂。
6.根据权利要求4所述的增材制造系统，其中，所述粘合剂和所述UV吸收剂被混合为单个化合物。
7.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述UV能量源与所述制剂分配系统一起设置在托架上，所述托架移动跨过所述金属粉末构建材料。
8.根据权利要求7所述的增材制造系统，其中：
经由托架在第一方向上跨过金属粉末构建材料的行程选择性地施加UV吸收剂；以及
经由托架在第二方向上跨过金属粉末构建材料的返回行程施加粘合剂。
9.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中：
所述UV能量源包括两个UV阵列；
第一UV阵列，所述第一UV阵列当选择性沉积粘合剂时被激活；以及
第二UV阵列，所述第二UV阵列当选择性沉积UV吸收剂时被激活。
10.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述UV能量源发射具有在240纳米至450纳米之间的波长的能量。
11.一种方法，包括：
以逐层的方式：
沉积金属粉末构建材料；
在要形成三维(3D)物体的层的所述金属粉末构建材料的一部分上选择性地施加粘合剂；以及
激活紫外线(UV)能量源以：
固化所述粘合剂以将其上设置有所述粘合剂的金属粉末构建材料颗粒结合在一起；以及
蒸发粘合剂的溶剂。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在要形成所述3D物体的所述层的所述金属粉末构建材料的一部分上选择性地施加UV吸收剂；以及
激活所述UV能量源以蒸发所述UV吸收剂的溶剂。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括基于选自由以下组成的组的组分来改变所述UV能量的发射特性：
粘合剂；
金属粉末构建材料；以及
所述3D物体的细节水平。
14.一种编码有可由处理器执行的指令的非暂时性机器可读存储介质，所述机器可读存储介质包括指令以：
针对待打印的多层三维(3D)物体的每层：
控制金属粉末构建材料的沉积；
控制紫外线(UV)吸收剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积；
选择性地激活UV发光二极管(LED)阵列以蒸发所述UV吸收剂的溶剂；
控制粘合剂在待打印的3D物体的层的图案中的沉积；
选择性地激活所述UV LED阵列以：
固化所述粘合剂以将其上设置有所述粘合剂的金属粉末构建材料颗粒结合在一起；以及
蒸发粘合剂的溶剂。
15.根据权利要求14所述的非暂时性机器可读存储介质，其中：
选择性地激活所述UV LED阵列以蒸发UV吸收剂的溶剂包括激活UV LED阵列以将所述表面加热到40摄氏度至100摄氏度之间的温度；以及
选择性地激活UV LED阵列以蒸发粘合剂的溶剂包括激活UV LED阵列以将表面加热到50摄氏度至150摄氏度之间的温度。
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