CN204222195U - 用于打印三维部件的累积制造系统 - Google Patents

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詹姆斯·W·科姆
威廉·J·汉森
J·伦道夫·桑德斯
迈克尔·W·巴库斯
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Abstract

一种累积制造系统(10)，包括被配置成用于从成像工具(12)接收层(28，128，228)的转移介质(14，114，214)、被配置成用于加热在转移介质(14，114，214)上的层(28，128，228)的加热器(32，132，232)和层转输组件(33，133，233)，层转输组件包括构建平台(18，118，218)并被配置成用于以逐层方式将已加热层(28，128，228)转输到构建平台(18，118，218)上以打印三维部件(22，122，222)。

Description

用于打印三维部件的累积制造系统
本申请是申请人斯特拉塔西斯公司的国际申请日为2012年9月21日的中国申请号201290000831.3的名称为“用于累积制造的层转输组件”的申请(国际申请号为PCT/US 2012/056599，国际公开号为WO 2013/044047)的分案申请。
技术领域
本公开内容涉及用于构建三维(3D)部件和支撑结构的累积制造系统。特别地，本公开内容涉及用于采用成像处理，如电子照相术，构建3D部件和支撑结构的累积制造系统。
背景技术
累积制造系统用来采用一种或多种累积制造技术从3D部件的数字表示(如，STL格式文件)构建3D部件。商业上可获得的累积制造技术的示例包括基于挤压的技术、油墨喷射、选择性激光烧结、粉末/粘结剂喷射、电子束熔化和立体平面打印工艺。对于这些技术中的每一种，3D部件的数字表示最初分成多个水平层。对于每个分成的层，随后产生工具路径，其提供用于特定累积制造系统的指令以形成给定层。
例如，在基于挤压的累积制造系统中，可以通过挤出可流动部件材料，根据3D部件的数字表示以逐层方式打印3D部件或模型。部件材料通过由该系统的打印头携带的挤出端挤出，并且作为一系列道路沉积在x-y平面中的基板上。挤出的部件材料熔合至先前沉积的部件材料，并在温度下降时凝固。打印头相对于基板的位置然后沿着z轴(垂直于x-y平面)递增，并且随后重复该过程以形成仿造所述数字表示的3D部件。
在通过沉积部件材料的层制造3D部件时，支撑层或结构通常被构建在未被部件材料本身支撑的突出部的下面或在所构建的物体的空腔中。可以利用沉积部件材料所采用的相同的沉积技术构建支撑结构。主机产生用作用于正被形成的3D部件的突出或自由空间部分的支撑结构的附加几何结 构。随后在打印工艺期间根据所产生的几何结构从第二喷嘴沉积支撑材料。支撑材料在制造期间粘附至建模材料，并且在打印工艺完成时能够从所完成的3D部件上去除。
在二维(2D)打印中，电子照相术(即，静电打印术)是用于在平坦基板上(如在打印纸上)形成2D图像的普通技术。电子照相系统包括涂覆有光电导材料层的导电支撑滚筒，其中通过充电且随后由光源对光电导层进行图像方向曝光，形成潜隐静电图像。潜隐静电图像随后被移动至显影台，在显影台上调色剂被涂覆至光电导绝缘体的带电区域以形成可见图像。所形成的调色剂图像随后被转移至基板(如，打印纸)并通过热或压力固定至基板。
发明内容
本公开内容的一个方面涉及一种用于打印三维部件的累积制造系统。该累积制造系统包括被配置成用于从成像工具接收和转移热塑基粉末的已成像层的转移介质，和被配置成用于将转移介质上的已成像层加热到至少热塑基粉末的熔化温度的加热器。该系统还包括：包括构建平台的层转输组件，其中该层转输组件被配置成用于以逐层方式将已加热层转输到构建平台上以打印三维部件。该系统还包括冷却单元，其被配置成用于主动地冷却被转输层以将已打印的三维部件保持在大约低于三维部件的形变温度的平均部件温度处。
本公开内容的另一个方面涉及一种用于打印三维部件的累积制造系统，该累积制造系统包括被配置成用于接收来自电子照相工具的显影层的可旋转带，和被配置成用于将可旋转带上的显影层加热到至少热塑基粉末的熔化温度的加热器。该系统还包括转输元件和构建平台，构建平台被配置成用于从可旋转带接收已加热层并采用转输元件以逐层方式转输已加热层以在构建平台上打印3D部件。该系统还包括冷却单元，该冷却单元被配置成主动地冷却被转输层以将已打印3D部件大约保持在低于3D部件的形变温度的平均部件温度处。
本公开内容的另一个方面涉及一种用于采用累积制造系统打印三维部件的方法。该方法包括从热塑基粉末对三维部件的层进行成像，将已成像 层转移至转移介质，以及在已成像层被保持在转移介质上的同时加热已成像层。该方法还包括将已加热层转输至三维部件的表面，从转移介质释放被转输层，使得被转输层保持粘附至三维部件，以及冷却被转输层以将已打印的三维部件保持在大约低于三维部件的形变温度的平均部件温度处。
在一些实施例中，累积制造系统被配置成用于以比3D部件的被动热扩散速率快的速率打印或以其它方式制造层。
定义
除了另外指明，如本文中使用的下述术语具有下文中提供的含义：
术语″转输(transfusion)″，″被转输″，″正转输″等涉及利用热量和压力粘附层，其中所述层的聚合物分子至少部分地相互扩散。
术语″转输压力″涉及在转输步骤期间，如在将3D部件的层转输在一起时施加的压力。
术语3D部件的″形变温度″涉及3D部件足够软化使得如在后续转输步骤期间后续施加的转输压力克服3D部件的结构完整性，从而使3D部件变形时的温度。
除了另外指明，本文中涉及的温度基于大于压力(即，一个大气压)。
诸如″上方″，″下方″，″顶部″，″底部″等之类的方向方位是以沿着3D部件的打印轴线的方向为参考的。在其中打印轴线是垂直z轴的实施例中，层打印方向是沿着垂直z轴的向上方向。在这些实施例中，术语″上方″，″下方″，″顶部″，″底部″等基于垂直z轴。然而，在其中沿着不同的轴线打印3D部件的层的实施例中，术语″上方″，″下方″，″顶部″，″底部″等与给定轴线相关。
术语″提供″，如用于″提供材料″等，当在权利要求中被引述时，不是意图要求所提供的项目的任何特别的传递或接收。确切地说，出于清楚和容易阅读的目的，术语″提供″仅仅用来列举在权利要求的后续元件中将被涉及的项目。
术语“大约”和“基本上”在本文中是关于起因于本领域技术人员已知的预期变化(如，测量中的限制和可变性)的可测量值和范围被使用的。
附图说明
图1是本公开内容的包括具有压板的层转输组件的基于电子照相术的累积制造系统的示意图。
图2是接收已加热层的构建平台的顶视图，图示了气刀配置。
图3是3D部件的已打印层的数量与平均部件温度之间的关系的图示，示出了没有主动冷却时打印的3D部件和主动冷却时打印的3D部件的线图。
图4A-4D是层转输组件的放大视图，图示了本公开内容的层转移技术。
图5A-5E是基于电子照相术的累积制造系统的具有咬送辊的可替换层转输组件的放大视图，图示了层转移技术。
图6A-6F是基于电子照相术的累积制造系统的具有单独的转输辊和释放辊的另一个可替换层转输组件的放大视图，图示了层转移技术。
图7是基于电子照相术的累积制造系统的具有可封闭腔的另一个可替换层转输组件的放大视图。
图8是可旋转转移带的局部侧面。
图9A是具有接收区域和编码器标记的可旋转转移带的第一实施例的顶视图。
图9B是具有用于以牵引进给方式结合的孔的可旋转转移带的第二实施例的顶视图。
图9C是具有用于以正时皮带方式结合的后肋部的可旋转转移带的第三实施例的底视图。
图10是本公开内容的层转移技术的第一实施方法的流程图，该实施方法具有组合的转输步骤和固定步骤，以及主动冷却步骤。
图11是层转移技术的第二实施方法的流程图，该该实施方法具有单独的转输步骤和固定步骤，以及可选的主动冷却步骤。
图12是层转移技术的第三实施方法的流程图，该该实施方法具有部件表面加热步骤、单独的转输步骤和固定步骤，以及主动冷却步骤。
具体实施方式
本公开内容涉及用于以逐层方式打印3D部件和支撑结构的层转移技 术，其中以可热控方式从部件或支撑材料打印每一层。使用成像系统，如使用基于电子照相术的累积制造系统，执行层转移技术。例如，可以采用电子照相术显影每一层，并且通过转移介质(如，可旋转带或滚筒)从电子照相(EP)工具载送每一层。随后将该层转移至构建平台，从而以逐层方式打印3D部件(或支撑结构)，其中连续的层被一起转输以制成3D部件(或支撑结构)。
与2D打印相比，在2D打印中，通过安排电势穿过打印纸，可以将已显影的调色剂颗粒静电地转移至打印纸，在3D环境中，已打印的多层在打印给定数量的层(如，约15层)之后有效地防止部件和支撑材料的静电转移。代替地，在本公开内容中，由转移介质保持的层被加热到至少层材料的熔化温度。随后将已加热层挤压在先前已打印的层上(或至构建平台)，从而一起转输所述层(即，转输步骤)。这允许垂直地构件多层3D部件和支撑结构，超过否则经由静电转移可实现的范围。
如下文讨论的那样，熔化温度是足以将层材料熔化至熔化状态使得层材料的聚合物分子在后续转输步骤期间至少部分地相互扩散以促进层间或界面交联的温度。熔化温度足够高以促进层转输，但温度对于被转输层来说可能太热而不能从转移介质干净地释放或以其它方式剥离。这会潜在地导致被转输层的一部分保持粘附到转移介质，或者在从转移介质释放时弄脏，这负面的影响已打印3D部件的特征细节、尺寸精度和孔隙率。
因而，在一些实施例中，层转移技术还可以包括″固定步骤″，其中在从转移介质释放被转输层之前冷却转移介质和/或被转输层。虽然不希望束缚于理论，但据信该固定步骤冷却转移介质和被转输层之间的界面，因此与被转输层至转移介质的表面的粘合力相比，增加相邻层中的相互扩散聚合物的粘合力，从而将粘附至3D部件的被转输层维持在固定空间位置中。这允许被转输层从转移介质干净地释放并且保持粘附至3D部件。
而且，由于成像系统能够以比热量扩散通过3D部件的可变热阻的速率快很多的速度打印层，因此已经在3D部件观察到热积聚。这样，随着给定3D部件的高度增长，源自被动热扩散的热散逸变得不足以冷却已加热层。层速度越快，3D部件的主体中的热积聚越快。随着连续地打印连续的层，这种热积聚可能超过3D部件的形变温度，引起3D部件的主体足够软化， 降低了它的结构整体性。这种软的部件在后续转输步骤期间后续施加的转输压力下可能会变形。
在一些实施例中，通过减慢打印工艺可以减少热积聚。如可以认识到的那样，这会相当大地增加打印3D部件所需要的时间，从而降低生产量。代替地，为了克服这个问题，同时维持快的打印速率，层转移技术可以包括用于防止3D部件积聚附加的热量的″主动冷却步骤″，从而将3D部件维持在低于3D部件的形变温度的较低的″平均部件温度″处。
特别地，在转输3D部件的每一层之后，从被转输层添加至3D部件的热量在下一层的转输之前基本上被去除。这将3D部件保持在平均部件温度，所述平均部件温度被令人满意地平衡以促进层间粘附并减少卷曲效应，同时还足够低以防止3D部件软化太多(即，低于它的形变温度)。
如图1所示，系统10是用于采用电子照相术打印3D部件和支撑结构的示例性累积制造系统，其结合本公开内容的层转移技术。系统10包括用于打印3D部件(如，3D部件22)和任何相关联的支撑结构(未示出)的EP工具12、转移带14、多个辊16、构建平台18和压板20。适合系统10的部件的功能操作的示例包括美国专利申请号13/242,669和13/242,841中公开的那些。
在可替换实施例中，系统10可以包括不同的用于对所述层进行成像的成像工具。如下文讨论的那样，层转移技术集中在层从带14(或其它转移介质)至构建平台18的转移，以及层到带14上的转移，而不是集中在特定的成像工具上。然而，层转移技术特别合适用于基于电子照相术的累积制造系统(如，系统10)，如上所述，其中在给定数量的层之后，打印3D环境中的已打印的多层主动地防止部件和支撑材料的静电转移。
系统10还包括控制器24，所述控制器24是一个或多个控制电路、微处理器基工具控制系统，和/或数字受控式光栅成像处理或系统，并且其被配置为基于从主机26接收的打印指令以同步方式操作系统10的部件。主机26是被配置成用于与控制器24通信以提供打印指令(和其它操作信息)的一个或多个计算机基系统。例如，主机26可以将与3D部件22(和任何支撑结构)的分层相关的信息传递至控制器24，从而允许系统10以逐层方式打印3D部件22。
如在美国专利申请号13/242,669和13/242,841中讨论的那样，EP工具12被配置成采用电子照相术显影热塑基粉末的连续层28。如本文中使用的，术语“电子照相术”包括离子谱法。热塑基粉末包括一种或多种热塑性材料(如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物)，并且还可以包括一种或多种用于采用EP工具12显影和至带14的摩擦电吸引的附加成分。
热塑基粉末的已显影层28随后转动至第一转移区域，在第一转移区域中层28从EP工具12转移至带14。带14是示例性转移介质，用于在压板20的帮助下将已显影层28从EP工具12转移或以其它方式输送至构建平台18。在示出的实施例中，带14包括前或转移表面14a和后或接触表面14b，其中前表面14a面向EP工具12。如下文讨论的那样，在一些实施例中，带14可以多层带，具有限定前表面14a的低表面能膜，并设置在限定后表面14b的基部上。
系统10还可以包括偏压机构29，所述偏压机构29被配置为用于感生穿过带14的电势以将热塑基粉末的层28从EP工具12静电吸引至带14。由于每个层28在该工艺中此时的厚度是单层增量，因此静电吸引适合将层28从EP工具12转移至带14。然而，如上所述，在打印给定数量的层28之后，3D部件22的多个已打印层28选择性地防止层28的从带14至构建平台18的静电转移。
多个辊16是被配置成在带14在箭头30的旋转方向上旋转时保持带14上的张力的一系列驱动辊和/或惰辊或滑轮。这允许带14在结合构建平台18和压板20时维持大致平坦的方位。系统10还可以包括服务回路(未示出)，如美国专利申请号13/242,841中公开的那些。
系统10还包括加热器32，基于带14的旋转方向，加热器32定位在构建平台18和压板20的上游。加热器32是被配置成在到达压板20之前将层28加热到至少热塑基粉末的熔化温度的一个或多个加热装置。适合加热器32的装置的示例包括非接触式辐射加热器(如，红外加热器或微波加热器)、对流加热装置(如，加热的吹风机)、接触式加热装置(如，加热辊和/或压盘)，它们的组合等，其中非接触式辐射加热器是优选的。希望每一层28经过(或通过)加热器32足够长的停留时间，以将层28加热至预期的熔化温度。
如上文定义的那样，熔化温度是将热塑基粉末充分地熔化至熔化状态的温度。因此，熔化温度将根据所使用的特定材料而改变。例如，对于ABS共聚物材料，熔化温度的范围可以是从约180℃至约220℃，这取决于特定共聚物成分。加热热塑基粉末没有必要要求热塑基粉末的每种成分都熔化。确切地说，整个热塑基粉末需要达到熔化状态，用于后续转输。这通常涉及被充分地熔化至可熔合状态的热塑基粉末的一种或多种热塑性材料。
构建平台18、压板20和加热器32可以被共同地称为层转输组件33。层转输组件33被配置成用于以逐层方式将已加热层28从带14转输至3D部件22的先前被转输的层(或到构建平台18上)。
构建平台18是系统10的被配置成用于接收已加热层28用于以逐层方式打印3D部件22的平台组件或压盘。构建平台18由z轴台架34支撑，z轴台架34是被配置成在每个挤压步骤之后沿着垂直z轴相对于带14和压板20逐渐地降低构建平台18的线性引导机构。采用z轴台架34对构建平台18的移动是由z轴马达36基于来自控制器24的命令操作，其中z轴马达36可以是电动马达、液压系统、气压系统等。
在示出的实施例中，构建平台18能够由加热元件38(如，电加热器)加热。加热元件38被配置成用于加热构建平台18并将构建平台18维持在大于室温(25℃)的升高温度处，如期望的3D部件22的平均部件温度。这允许构建平台18帮助将3D部件22维持在该平均部件温度处。
如上所述，希望3D部件22的平均部件温度足够高以促进层间粘附并将减小卷曲效应，同时还足够低以防止3D部件22软化太多(即，低于它的形变温度)。适合3D部件22的平均部件温度的范围从大于热塑基粉末的热塑性材料的平均固化温度至大约热塑性材料的玻璃转变温度。更希望地，平均部件温度被维持在大约热塑基粉末的热塑性材料的蠕变松弛温度处，或者在蠕变松弛温度上下约10℃的范围内。在Batchelder等人的美国专利号5,866,058中公开了适合确定材料的蠕变松弛温度的示例。
例如，当打印ABS共聚物基粉末的层28时，3D部件22的平均部件温度可以约为100℃。该平均部件温度允许3D部件22在后续转输步骤期间被挤压在构建平台18和压板20之间时维持它的结构完整性。而且，当3D部件22的最顶部层被维持在该温度处并接收处于约200℃的熔化温度 的温度处的已加热层28时，用于一起转输层的转输界面温度在约150℃处开始。该温度适合层28的聚合物分子至少部分地相互扩散以促进界面交联。
压板20是示例性的可加热元件或可加热层转输组件元件，其被配置成用于在每个转输步骤期间将带14和给定的已加热层28向下压靠在3D部件22和构建平台18上。可以由被配置成在每个转输步骤期间沿着垂直z轴移动压板20的伺服机构(未示出)致动压板20。
希望在每个转输步骤期间施加的特定压力足够高以将已加热层28粘附至先前被转输的层28(或至构建平台18)，允许聚合物分子至少部分地相互扩散。然而，还希望平衡转输压力以防止压板20过多地挤压3D部件22，从而允许3D部件22维持它的尺寸完整性。
在示出的实施例中，压板20是能够由加热元件40(如，电加热器)加热的。加热元件40被配置成用于加热压板20并将压板20维持在大于室温(25℃)的升高温度处。然而，与构建平台18的上高温度相比，加热元件40可以加热和维持压板20在小于3D部件22的期望的平均部件温度的温度处。例如，在其中3D部件22的预期的平均部件温度是100℃的情况中，加热元件40可以加热和维持压板20在约70℃处。
压板20的较低的温度将从后表面14b侧冷却带14(即，固定步骤)。如上所述，如果被转输层28保持太热，则可能保持粘附至带14的前表面14a，而不是从带14上干净地释放。这样，通过来自压板20的接触冷却带14允许充分地冷却带14的前表面14a和被转输层28之间的界面，以从带14上干净地释放被转输层28。
另一方面，由于带14和压板20之间的大的接触表面积，如果将压板20维持在太低的温度(如，25℃)，则压板20和带14在转输步骤期间的接触持续时间可能将被转输层28冷却得太多，从而降低转输界面温度，这会减小层间粘附力。这样，在一些实施例中，希望加热元件40将压板20维持在平衡这些竞争热效应的温度处以便于在单个组合步骤中同时进行转输和固定。
系统10还可以包括一个或多个气刀42或其它冷却单元，其中气刀42被配置成将局部冷却空气吹向3D部件22的顶层的示例性冷却单元。如在图2中最佳地示出的那样，气刀42定位成邻近构建平台18的横向侧以相 对于带14的移动方向横向地引导冷却空气。这允许气刀42沿着3D部件22的整个长度延伸，在3D部件22的顶层上，包括熔合层28，提供良好的气流。在可替换实施例中，系统10还可以包括定位在构建平台18的相反的横向侧处的第二气刀42(未示出)。在具有气刀42或其它冷却单元的实施例中。压板20可以被加热至熔化温度以促进转输步骤中的相互扩散。随后，在释放压板20时，通过在从带14释放被转输层之前冷却被转输层，可以进行单独的固定步骤。
如上所述，当系统10以高速印刷层28时，已打印层28在打印后续的层28之前没有足够的时间冷却至期望的平均部件温度。这样，随着3D部件22的高度的增长，源自被动热扩散的热散逸变得不足以冷却已加热层。
这在图3中被图示了，图3是关于未主动冷却时打印的3D部件(由线44表示)和主动冷却时打印的3D部件(由线46表示)的已打印层的数量与平均部件温度之间的关系的图示。如线44所示，在不存在主动冷却的情况下，由处于其熔化温度处的每一层添加的热量将积聚在3D部件中，引起平均部件温度增加，直到达到3D部件的形变温度，如阈值线48所示。在阈值线48处，3D部件的主体中的温度足够高使得部件材料基本上软化。当3D部件达到该点时，由压板20在后续转输步骤期间施加的转输压力可能克服3D部件的结构完整性，从而使3D部件变形。
然而，气刀42在转输步骤之后主动地冷却每一层以防止附加的热量积聚。如线46所示，主动冷却基本上去除了由每一层28提供的热量，从而在每个已打印层28之后提供大致为零的热积聚。这样，在整个打印操作期间基本上可以将3D部件22维持在低于它的形变温度的平均部件温度处。
在一些实施例中，可能有利的是平均部件温度足够高使得3D部件22的主体呈现少量软化。已经发现，当3D部件22的主体呈现少量软化，仍然维持它的整个结构整体性时，利用压板20的后续转输步骤可以温和地挤压3D部件22的主体，从而增加部件密度。增加的部件密度相应地降低所产生的3D部件22的脆性和孔隙率，并且增加它的z轴强度。这些特性对多种应用来说是有益处的。
虽然采用气刀42进行了说明，但可替换地，系统10可以包括多种不同的被配置成在每个转输步骤之后主动地冷却每一层以防止附加的热量积 聚的冷却单元，如制冷单元、液体冷却单元等。而且，一个或多个气刀42(或其它冷却单元)可以定位在构建平台18和压板20附近的其它位置处，以将冷却空气引向3D部件22的顶层。任选地，系统10还可以包括用于在每个后续转输步骤之前将3D部件22的顶层或表面加热至熔化温度的附加加热器(如，加热器270和272，在图6A-6F)。
图4A-4D图示了用于由采用本公开内容的层转移技术的系统10打印层28的示例性过程。在打印操作开始时，构建平台18和压板20可以被加热至它们的目标温度。例如，构建平台18可以被加热至3D部件22的期望的平均部件温度，压板20可以被加热至低于3D部件22的期望的平均部件温度的温度。
打印操作最初涉及用EP工具12(在图1中示出)显影层28以及经由带14将显影层转移至加热器32。如图4A所示，当显影层28经过(或通过)加热器32时，加热器32将层28和带14的相关区域加热到至少热塑基粉末的熔化温度。
如图4B所示，带14在箭头30的方向上的连续旋转将构建平台18上的已加热层28沿着x轴和合适配准位置对齐。压板20随后可以如箭头50所示向下致动，以将已加热层28压在3D部件22的先前已打印的层上。如图4C所示，由于层28被至少加热至部件材料的熔化温度，因此被挤压层28转输至3D部件22的顶表面。
适合在转输步骤进行挤压的持续时间的示例的范围是从约0.1秒至约1.0秒，特别合适的持续时间的范围是从约0.1秒至约0.5秒。在一些实施例中，挤压持续时间对每一层28来说是固定值。在可替换实施例中，挤压持续时间可以基于3D部件22的尺寸和几何结构改变。例如，挤压持续时间针对具有较小的横截面积和/或精细特征细节的层28来说可以减少，如下文讨论的那样。
压板20的低于期望的平均部件温度且基本上低于熔化温度的温度开始从带14的加热区域吸收热量。如上所述，这通过从后侧14b冷却带14而帮助释放被转输层28。
在转输/固定步骤完成之后，压板20可以如箭头52所示向上缩回，以释放施加至带14和被转输层28的压力。在图4D中示出的实施例中，这将 被转输层28从带14释放，允许被转输层28保持被转输至3D部件22。此外，z轴台架34可以向下降低构建平台18如单层增量，如箭头54所示。
在可替换实施例中，压板20可以被加热至熔化温度以帮助层28的转输。在该实施例中，希望层转输组件33被配置成使得向上缩回的压板20不会立即从带14释放被转输层28。确切地说，通过在转输步骤期间将构建平台18定位在比图4D中示出的位置高的位置中，在压板20缩回时，可以将带14维持在相对恒定的位置中。随后可以利用单独的固定步骤。
在该固定步骤中，气刀42可以被激活以在从带14释放被转输层28之前冷却被转输层28。在过去足以将层材料冷却至低于熔化温度的持续时间之后，这将被转输层28维持在固定空间位置中并粘附至3D部件22，构建平台18随后降低以从带14释放被转输层28。
还可以在被转输层28从带14剥离之后激活气刀42以将冷却空气吹到被转输层28上。这将被转输层28主动地冷却至期望的平均部件温度。适合该主动冷却步骤的持续时间的示例的范围是从约1.0秒至约2.0秒，这可以对应于下一层28的转移和对准。
如可以认识到的那样，层28从带14至构建平台18的转移需要在挤压步骤期间暂停。否则，带14在转输步骤期间在箭头30的旋转方向上的运动可能引起被挤压层28的错配，潜在地导致较低的部件质量。采用如服务回路，如在美国专利申请号13/242,841中公开的那些，可以调节每个转输步骤期间的这些暂停。如图4B-4D中进一步示出的那样，当本层28正被转输时，下一层28a可以定位在加热器32处。这允许加热器32在本层28正被转输至3D部件22的同时在所需要的暂停期间充分地加热下一层28a。在层28被转输并冷却之后，为层28a以及3D部件22的每个后续层重复相同的过程。
图5A-5E图示层转输组件133，其中系统10的层转输组件33(在图1，2，和4A-4D中示出)的替换，并且其中相应部件的附图标记比系统10增加″100″。如图5A所示，层转输组件133包括代替压板20的咬送辊120，其中咬送辊120是另一个示例性的可加热元件或可加热层转输组件元件，并被配置成随着带114的运动而围绕固定轴线旋转。特别地，咬送辊120可以在带114在箭头130的方向上旋转的同时在箭头156的方向上在后表面 114b上滚动。在一些实施例中，咬送辊120可以用作带114的驱动辊。
如进一步示出的那样，空气喷射器142(或其它合适的冷却单元)用来代替气刀42，并且定位在带114和咬送辊120之间的界面的下游。空气喷射器被配置成在每个转输步骤之后将冷却空气吹向3D部件122的顶层以主动地冷却该层，如下文讨论的那样。
在该实施例中，构建平台118由台架134支撑，台架134是被配置成用于沿着z轴和x轴移动构建平台118以产生往复矩形图案的引导机构，其中主运动是沿着x轴的前后运动。台架134可以由马达136基于来自控制器124的命令操作，其中马达136可以是电动马达、液压系统、气压系统等。因而，在每个转输步骤期间施加的压力可以由构建平台118进行。
在打印3D部件122之前，构建平台118和咬送辊120可以被加热至它们的目标温度，如上文针对构建平台18和压板20讨论的那样。与压板20相比，加热元件140可以将咬送辊120加热至较高的温度(如，至平均部件温度)，因为热量从咬送辊120局部地流过带114需要相对短的时间。
在打印操作期间，加热器132将显影层128和带114的相关区域至少加热至热塑基粉末的熔化温度。如图所示，带114随后可以将已加热层132移动至沿着x轴的预定配准位置。台架134随后可以向上致动构建平台118以结合带114，带114将3D部件122的顶层压靠在已加热层124上，如箭头158所示。可替换地，咬送辊120可以被向下致动以遇到3D部件122的顶层或顶表面。
如图5B所示，这在咬送辊120的位置处将已加热层128挤压在3D部件122的顶层和带114之间。虽然构建平台118保持与带114结合，但台架134随后可以以与在带114在箭头130的方向的旋转速率同步的速率在箭头160的方向(即，相同的方向和速度)上沿着x轴移动构建平台118(和3D部件122)。这将带114和已加热层128挤压在3D部件122的顶层和咬送辊120之间。
如图5C所示，这引起带114的后表面114b在咬送辊120上滚动以将带114和已加热层128夹靠在3D部件122的顶层上。由于层128被加热至部件材料的熔化温度并且3D部件122被维持在平均部件温度处，因此被挤压层128以与上文针对3D部件22和层28讨论的方式相似的方式转输至 3D部件122的顶层。
如进一步示出的那样，当被转输层128经过咬送辊120的辊隙时，带114围绕咬送辊120缠绕以从构建平台118分离和脱离。这帮助从带114释放被转输层128，允许被转输层128保持粘附至3D部件122。此外，空气喷射器142在构建平台118沿着x轴移动经过咬送辊120时将冷却空气吹向3D部件122的顶层以固定被转输层128。通过在转输步骤之间将冷却空气持续地吹向3D部件122，可以将被转输层128冷却至平均部件温度，因此使固定步骤和主动冷却步骤重叠。
当构建平台118移动3D部件122经过咬送辊120时，台架134可以向下致动构建平台118(和3D部件122)，如箭头162所示。如图5D所示，台架134随后可以在箭头164的方向上沿着x轴移动构建平台118(和3D部件122)，沿着x轴返回至起始位置。如图5E所示，希望在下一个被加热层128定位在3D部件122上方时构建平台118到达起始位置。随后重复相同的过程，其中台架134向上致动构建平台118以将带114和下一个被加热层128挤压在3D部件122的顶层和辊120之间，如箭头166所示。然而，在该步骤中，与之前的挤压步骤相比，3D部件122的顶表面的高度向下偏移如单层增量。
如可以认识到的那样，以往复矩形图案移动构建平台118(和3D部件122)允许在带114连续地旋转的同时进行转输步骤。特别地，以与带114的旋转速率同步的速率移动构建平台118，以及使用在带114的后表面114b上旋转的咬送辊120，允许快速地(如，在约0.1秒至约0.5秒内)进行转输步骤和固定步骤。这允许主动冷却步骤的范围是从约1.0秒至约2.0秒，这可以对应于下一个被加热层28的转移和对准。虽然往复矩形图案被描述为具有尖的轴向角(由箭头160，162，164和166限定)的矩形图案，但台架134可以以具有圆形或椭圆形限定角的往复矩形图案以及构建平台118(和3D部件122)，只要构建平台118在转输步骤期间沿着x轴线性地移动。
图6A-6F图示层转输组件233，其是层转输组件133(在图5A-5E中示出)的替换，并且其中相应部件的附图标记比系统10增加″200″。层转输组件233可以以与层转输组件133类似的方式起作用，其中构建平台218可以以往复矩形图案移动。
然而，如图6A所示，层转输组件233包括大体单个咬送辊120的熔化辊220和释放辊268，其中熔化辊220和释放辊268中的每一个都被配置成随着带214的运动围绕一轴线旋转。单独的多个辊(即，熔化辊220和释放辊268)的使用将每个辊的功能分开，允许针对它们的特定目的优化它们。例如，熔化辊220可以被加热至热塑基粉末的熔化温度，释放辊268可以被维持在相当低的温度处以帮助从带214剥离被转输层228。
如进一步示出的那样，系统210还包括加热器270和272以及空气喷射器274。熔化辊220和释放辊268的分开形成单独的转输步骤和释放步骤，并且允许经由通过空气喷射器274进行的冷却在转输步骤和释放步骤之间进行固定步骤。通过推迟释放步骤，熔化辊220可以被加热至最适合转输步骤的熔化温度，而不是妥协于同时有利于转输和释放的温度。这增大了被转输层228之间的层间粘附力。
在打印3D部件222之前，构建平台218和熔化辊220可以被加热至它们的目标温度。例如，构建平台218可以被加热至平均部件温度，熔化辊220可以被加热至热塑基粉末的熔化温度。在打印操作期间，带214载送显影层228经过加热器232，加热器232将显影层228和带214的相关区域至少加热至热塑基粉末的熔化温度。
此外，压盘台架234在箭头276的方向上沿着x轴在加热器270的下面、沿着加热器270或穿过加热器270移动构建平台218。加热器270可以以与加热器32和232相同的方式起作用，并将3D部件222的顶表面加热至升高的温度，如在层材料的熔化温度处。
如图6B所示，带214的持续旋转和构建平台218移动以沿着x轴的合适配准将已加热层228与3D部件222的已加热的顶表面对齐。而且，已加热层228和3D部件222的已加热的顶表面中的每一个经过加热器272，加热器272可以被配置成同时加热和/或维持已加热层228和3D部件222的已加热的顶表面在层材料的熔化温度处。这防止已加热层228在到达熔化辊220之前冷却，并在进行下一个转输步骤之前将3D部件222的已加热的顶表面的温度带至熔化温度处或附近。在可替换实施例中，加热器232，270和272中的一个或多个可以被设置为被配置成在多个方向上(如，同时朝向层228和3D部件222的顶表面)引导热量的单个加热器。
台架234可以以与在带214在箭头230的方向的旋转速率同步的速率在箭头276的方向(即，相同的方向和速度)上沿着x轴移动构建平台218(和3D部件222)。这将引起带214的后表面214b围绕熔化辊220旋转以将带214和已加热层228夹靠在3D部件222的顶表面上。这结合构建平台218和带214，并在熔化辊220的位置处将已加热层228挤压在3D部件222的已加热的顶表面和带214之间。
因为层228和3D部件222的已加热的顶层中的每一个都被加热至层材料的熔化温度，因此已加热层228以高水平层间粘附转输至3D部件222的已加热的顶表面。通过分开熔化辊220和释放辊268，经由空气喷射器274在其间进行冷却步骤，层转输组件233允许将层加热至最佳转输界面温度，并在释放之前冷却至固定该层的温度。例如，用于一起转输层的转输界面温度可以在大约层材料的熔化温度(如，约200℃)处。这相当大增加被转输层的聚合物分子相互扩散的程度以促进界面交联，同时还维持3D部件222的尺寸精度。
如图6C所示，在挤压熔化辊220之后，并且同时构建平台218保持与带214结合，带214、构建平台218和3D部件222经过空气喷射器274。空气喷射器274可以与空气喷射器142和242相同的方式起作用，用于冷却后表面214b侧的带214。在可替换实施例中，空气喷射器274可以是多种不同的冷却单元，如制冷单元、液体冷却单元等。
如上所述，如果被转输层228保持太热，则它的一部分可以保持粘附至带214的前表面214a，而不是从带214上干净地释放。这样，用空气喷射器274冷却带214允许带214的前表面214a和被转输层228之间的界面冷却，使得被转输层228保持粘附至3D部件222并且从带214上干净地释放。这还部分地帮助3D部件222的主动冷却，以将3D部件222维持在低于它的形变温度的平均部件温度处。
如图6D中进一步示出的那样，当被转输层228经过释放辊268的间隙时，带214围绕释放辊268旋转以从构建平台218分离和脱离。这帮助在“辅助剥离”步骤中从带214释放被转输层228，允许被转输层228保持粘附至3D部件222。此外，当构建平台218沿着x轴移动经过释放辊268时，空气喷射器242将冷却空气吹向3D部件222的顶层。这将被转输层228主动 地冷却至平均部件温度，如上所述。
当构建平台218移动3D部件222经过释放辊268时，台架234可以向下致动构建平台218(和3D部件222)，如箭头278所示。例如，构建平台218可以以单层增量逐渐向下偏移。如图6E所示，台架234可以可以在箭头280的方向上沿着x轴移动构建平台218(和3D部件222)，沿着x轴返回至起始位置。
如图6F所示，希望构建平台218到达起始位置，用于与下一层228适当地对准。随后可以为3D部件222的剩下的每一层228重复相同的过程。层转输组件233提供下述益处：以用于增加层间粘附力的熔化温度一起转输层，同时在从带214上释放之前还充分地冷却带214的前表面214a和被转输层228之间的界面以将层228固定在合适的位置中，并且还通过帮助从带214的剥离促进干净的释放。
此外，对于每个已打印层228，空气喷射器242和274(或其它冷却单元)的组合在打印下一层228之前基本上去除从加热元件232，270，272以及从加热的熔化辊220添加的热量。这种主动冷却基本上去除由每一层228提供的热量，从而在每个已打印层228之后提供基本上为零的热积聚。这样，在整个打印操作期间可以将3D部件222基本上维持在低于它的形变温度的平均部件温度处。进一步，在采用层转输组件233的加热器270和/或272进行剥离之后，可以使已打印3D部件222的顶层表面温度升高返回至熔化温度，用于下一层228的最佳转输。
带有层转输组件33，133和233的系统10适合以高的速率和良好的部件分辨率从热塑基粉末打印3D部件(和任何支撑结构)。在一些实施例中，系统10可以以精确的对准以至少约40层每分钟(如，约50层每分钟)的速率打印3D部件的层，层厚度的范围是从约5微米至约125微米，并且沿着y轴的层尺寸高达至少约51厘米(约11英寸)。例如，系统10在沿着垂直z轴的高度方面可以以约3英寸每小时的速率打印3D部件。
3D部件的分辨率还可以基于打印速率改变。例如，可以以“高质量”分辨率打印每个3D部件，其中系统10以较慢的速率运行，但以较低的层厚打印。可替换地，可以以“草稿质量”分辨率打印3D部件，其中系统10以较快的速率运行，但以更大的层厚打印。而且，可以以“灰度级”打印3D部 件，其中低密度的部件材料被显影。也可以结合其间的多种分辨率和速度。在这些情况中的每一种中，控制器可以在转输步骤期间调整所施加的压力、温度、和/或接触持续时间以考虑不同的打印速率。
系统10被图示为被配置成用于从热塑基粉末打印3D部件(如，3D部件22，122和222)。然而，本公开内容的累积制造系统也可以被配置成用于从源自热塑基粉末的多种部件材料和/或支撑材料(如，多种成分和/或色彩)打印3D部件和/或支撑结构。合适的多材料系统的示例包括美国专利申请号13/242,669和13/242,841中公开的那些。
在一些实施例中，控制器24可以在转输步骤期间监视所施加的压力、层的温度和接触持续时间，以最大化或以其它方式增加将从层从转移带的前表面转移至构建平台的效果。在开环实施例中，对于给定的部件材料和整体打印速率，所施加的压力、温度和接触持续时间中的一个或多个可以是固定参数。
可替换地，在闭环实施例中，控制器24可以响应于监测到的信号采用一个或多个过程控制回路调整这些参数中的一个或多个。例如，控制器可以响应于检测到的压力的变化和/或所述层的检测到的温度的变化调整由压板20或构建平台118和218施加的压力。而且，控制器24可以调整转输步骤期间的接触持续时间，以补偿层的温度变化和/或监测到的施加压力的波动。
如图7所示，在一些实施例中，系统10还可以包括腔室284，腔室284围绕层转输组件33延伸，并且可以限定用于打印3D部件22的可封闭环境。虽然被图示用于层转输组件33，腔室284同样适合用于层转输组件133和233。腔室284是温度可控的腔室，其对主动冷却步骤提供更大的控制。例如，可以将腔室284维持在3D部件22的平均部件温度处。
在这些实施例中，腔室284可以部分地围绕z轴台架34和带14，允许z轴台架34和带14延伸穿过腔室284的壁。在可替换实施例中，加热器32可以位于腔室284的外侧和上游。在其它可替换实施例中，腔室284可以位于压板20下面，允许构建平台18降低进入腔室284中。这些实施例进一步帮助将3D部件22维持在低于它的形变温度的平均部件温度处。
如图7中进一步示出的那样，层转输组件33，133或233还可以包括 压力传感器(如，压力传感器286)和/或电容传感器(如，电容传感器288)，每个传感器被配置在一个或多个通信线路(未示出)上与控制器24通信。压力传感器286是被配置成测量施加在构建平台18和压板20之间(或构建平台118/218和多个辊120/220之间)的转输压力的一个或多个传感器组件，允许控制器24采用一个或多个过程控制回路监测所施加的转输压力并调整构建平台18和/或压板20的高度。适合压力传感器286的传感器组件的示例包括被保持在构建平台18和/或压板20上的一个或多个应变仪。
电容传感器288是配置成测量施加在构建平台18和压板20之间(或构建平台118/218和多个辊120/220之间)的电阻的一个或多个电容传感器组件。例如，在转输步骤期间，电容传感器288可以感生从压盘18至压板20(或反之亦然)的电流，并测量所产生的通过3D部件22的已打印层28和带14的电流的强度。由于带14的厚度是恒定的，随着3D部件22通过连续层28的打印而生长，所产生的电流将减小。
因此，电容传感器288合适监测3D部件22的高度和转移至构建平台18的层28的数量。这允许控制器24精确地预测后续挤压步骤期间施加的压力，而不是仅仅依赖于单层增量的计算高度。这种精确预测允许构建平台18快速地升高至预期高度，而不是仅依赖于来自压力传感器286的反馈信号。
构建平台18，118和218、压板20以及多个辊120和220中的每一个还可以包括被配置成用于分别地测量构建平台和压板/辊的温度的一个或多个温度传感器(未示出)，允许控制器24将它们保持在上述温度处。在其它可替换实施例中，系统10可以包括被配置成用于测量3D部件层的温度的温度传感器(未示出)。例如，系统10可以包括用于采用声学测温法测量由带14保持的层28的温度或3D部件22的先前被转输层28的温度的超声换能器。
在一些实施例中，控制器24和/或主机26可以接收用于以不同模式操作系统10的操作模式选择。例如，用户可以选择操作模式，如高质量打印、草稿质量打印和灰度级，如上所述。可替换地，系统10可以接收默认的操作模式选择或系统产生的模式(如，高质量打印的默认值)。可替换地(或另外地)，可以基于3D部件的几何结构设置这些接收到的操作模式选择，例 如，如上所述，如果3D部件具有小的横截面积和/或精细特征细节。
在接收到这些操作模式选择时，控制器24和/或主机26可以基于接收到的操作模式选择设置用于进行转输步骤的转输参数。例如，可以基于接收到的操作模式选择设置每个转输步骤的转输压力、温度和持续时间。这在操作系统10以改善打印精度和/或打印速率时对转输步骤提供了更大的控制。
系统10随后可以从热塑基粉末对3D部件的层进行成像(如，用EP工具12显影层)，将已成像层转移至转移介质，在已成像层保持在转移介质上的同时加热已成像层，并基于所设置的转输参数将已加热层转输至三维部件的表面。
在一些实施例中，所设置的转输参数允许每个转输步骤的转输压力、温度和/或持续时间在不同的转输步骤之间是不同的。例如，如果3D部件的第一部分包含简单的部件几何结构，3D部件的第二部分包含精细特征几何结构，则控制器24和/或主机26可以设置转输参数，使得用来形成简单的部件几何结构的层(如，较高的转输压力)被不同于用来形成精细特征几何结构(如，较低的转输压力)的层地转输。
图8和9A-9C图示适合带14(在图1，2和4A-4D中示出)并且同样适合带114(在图5A-5E中示出)和带214(在图6A-6F中示出)的实施例。在图8示出的实施例中，带14是多层带，包括层或膜290(限定前表面14a)和基部292(限定后表面14b)。
希望的是膜290和基部292是从下述材料中衍生，该材料适合将部件(或支撑)材料的层28从EP工具12转移至构建平台18，在部件和支撑材料的熔合温度处是热稳定的，并且在加热主动冷却步骤期间在被重复地加热和冷却的同时耐受高旋转速度的连续操作。
膜290是从一种或多种低表面能材料衍生的，从而允许接收的层28主动地从前表面14a释放至构建平台18。适合膜290的材料的示例包括一个或多个氟化聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯和全氟烷氧基聚合物。合适的商用氟化聚合物的示例包括可从德国的Wilmington市的E.I.du Pont de Nemours and Company获得的具有商业名称“TEFLON”的PTFE。
基部292是从经由摩擦电荷促进热塑基粉末至前表面14a的良好静电吸引的一种或多种材料衍生的。适合基部292的材料的示例包括一种或多种聚酰亚胺材料，如可从德国的Wilmington市的E.I.du Pont de Nemours and Company获得的具有商业名称“KAPTON”的那些材料，其可以掺杂有用于促进摩擦电荷的一种或多种导电材料。在一些实施例中，带14还可以包括位于膜290和基部292之间的一个或多个附加层，如一个或多个复合薄膜粘结层。
图9A-9C图示用于与系统10的多个驱动辊接收的带14的可替换实施例。如图9A所示，带14的前表面14a可以包括接收区域294和位于接收区域294的相反的横向侧的边缘区域296。接收区域294是前表面14a的保持用于在EP工具12和构建平台18之间转移的层28的区域。边缘区域296是一个或多个驱动机构可以接收驱动带14的区域。
例如，一个或多个辊(如，多个辊16，咬送辊120，熔化辊220，释放辊268和/或任何服务回路辊)可以在边缘区域296处结合前表面14a和/或后表面14b以确保多个辊不干扰已显影层28。在一些实施例中，多对相对的辊(未示出)可以在边缘区域296处同时结合前表面14a和后表面14b以夹紧带14并在箭头30的方向上驱动带14。
可以采用编码器标记298维持沿着x轴的对准。编码器标记298可以沿着x轴以预设增量被预标记在前表面14a和/或后表面14b上，或者可以采用已显影层28打印，以识别已显影层28沿着x轴的相对位置。系统10还可以包括用于在带14在箭头30的方向上旋转时定位编码器标记298的一个或多个光学读出器(如，光学读出器299)。
可替换地，如图9B所示，带14可以包括孔300或其它开口的阵列，其邻近带14的侧向边缘延伸穿过膜290和基部292。孔300被构造成与一个或多个辊(如，多个辊16，咬送辊120，熔化辊220，释放辊268和/或任何服务回路辊)的往复齿轮齿结合，从而以牵引进给方式驱动带14。在该实施例中，如果需要，也可以采用编码器标记298维持沿着x轴的对准。可替换地，孔300本身可以以相同的方式用作编码器标记。系统10还可以包括用于在带14在箭头30的方向上旋转时定位编码器标记298和/或孔300的一个或多个光学读出器(如，光学读出器299)。
图9C示出又一个可替换实施例，其中带14包括沿着后表面14b横向地延伸的后肋部302。肋部302被构造成与一个或多个辊(如，多个辊16，咬送辊120，熔化辊220，释放辊268和/或任何服务回路辊)的往复齿轮齿结合，从而以正时皮带方式驱动带14。在该实施例中，如果需要，也可以采用对应于编码器标记298的编码器标记维持沿着x轴的对准。可替换地，肋部300本身可以以相同的方式用作编码器标记。系统10还可以包括包括用于在带14在箭头30的方向上旋转时定位编码器标记和/或孔肋部的一个或多个光学读出器(如，光学读出器299)。
图9A-9C图示带14的示例性结合机构，其允许带14与系统10的一个或多个驱动机构结合。然而，可替换地，带14可以包括如特定设计可能需要的不同的结合机构。
图10-12是本公开内容的层转移技术的实施方法的流程图，可以采用系统10执行该实施方法。图10图示方法310，可以采用具有层转输组件33(在图1，2和4A-4D中示出)和/或层转输组件133(在图5A-5E中示出)的系统10执行该方法310。如图所示，方法310包括步骤312-324，并且最初涉及如采用EP工具12显影或以其它方式成像层(步骤312)。已成像层随后可以从EP工具12处的第一位置至层转输组件(如，层转输组件33和133)处的第二位置转移到转移介质(如，带14和114)上(步骤314)。
在到达层转输组件处的第二位置之前，所述层被指示加热至热塑基粉末的熔化温度(如，在加热器32和132处)(步骤316)。一旦到达层转输组件，则随后在组合步骤中转输和固定已加热层(步骤318)。
例如，对于层转输组件33，压板20可以结合构建平台18以将已加热层28转输3D部件22的顶表面。由于压板20可以被加热至低于熔化温度的温度，因此压板20和带14的后表面14b之间的接触可以冷却带14和被转输层28之间的界面，相对于被转输层28至带14的表面14a的粘合力增加被转输层28和3D部件22中相互扩散的聚合物的粘合力，从而将粘附至3D部件的被转输层维持在固定空间位置中。
如通过缩回压板20和/或构建平台18，或者通过带114围绕咬送辊120缠绕二将带114从构建平台118上分离，已转输和固定的层随后可以从转移介质释放(步骤320)。上述固定步骤允许被转输层从转移介质上干净地释 放并保持粘附至3D部件。
随后(如，采用气刀42和空气喷射器142)可以主动地冷却3D部件(步骤322)。如上所述，由于成像系统(如，系统10)能够以比热量扩散通过3D部件的可变热阻的速率快得多的速度打印所述层，因此热量会积聚在3D部件，如果不进行解决，这会超过3D部件的形变温度，引起3D部件的主体足够软化，降低它的结构整体性。这种软的部件在后续转输步骤期间后续施加的转输压力下可能变形。
为了在维持快的打印速率的同时解决该问题，可以在每个转输步骤318之间主动地冷却3D部件以将3D部件维持在低于3D部件的形变温度的平均部件温度处。随后可以针对3D部件的每一层重复步骤312-324，直到完成打印操作(如箭头324所示)。通过将每一层至少加热至热塑基粉末的熔化温度，接下来进行转输/固定，以及主动冷却，允许系统10以良好的部件质量和强度(如，z轴强度)打印3D部件。
图11图示方法326，其类似于方法310(在图10中示出)，并且可以由具有层转输组件233(在图6A-6F中示出)(并且在带14在压板20缩回之后保持与被转输层28接触的实施例中具有层转输组件33)的系统10执行该方法326。方法326包括步骤328-342，其中可以以与方法310的相应步骤相同的方式进行步骤328，330，332，338，340和342。
然而，代替方法310的组合的转输和固定步骤318，方法326包括分开的转输步骤334和固定步骤335。例如，层转输组件233包括由空气喷射器274(用于冷却或固定步骤336)隔开的已加热熔化辊220(用于转输步骤334)和释放辊268(用于释放步骤338)。这允许在加热步骤332处并在转输步骤334期间将所述层加热至最佳转输界面温度，随后在释放步骤338处释放之前冷却至(在固定步骤336处)固定所述层的温度。这相当大地增加增加被转输层的聚合物分子相互扩散的程度以促进界面交联，同时还维持3D部件222的尺寸精度。
而且，在释放步骤338期间可以帮助从转移介质释放被转输层。例如，通过增加带214和构建平台218之间的分离角(这增加被转输层228从带214剥离的容易性)，释放辊268可以帮助从带214释放被转输层228。
如图11中进一步示出的那样，主动冷却步骤340可以是方法326的可 选步骤(如虚线344所示)。例如，代替地，系统10可以以较低的打印速度运行以允许热量从3D部件扩散。然而，如上所述，主动冷却步骤340对于在以高速进行打印的同时维持3D部件的结构完整性来说是希望的。
图12图示方法346，其类似于方法310(在图10中国示出)和方法326(在图11中示出)，并且可以由具有层转输组件233(在图6A-6F中示出)的系统10执行该方法346。方法346包括步骤348-364，其中可以以与方法326的相应步骤相同的方式进行步骤348，350，352，356，358，360，362和364。
然而，方法346还包括步骤354，其中在转输步骤356之前还预加热3D部件的顶表面或层。例如，采用层转输组件233，加热器270和272可以将3D部件222的顶表面或层至少加热至热塑基粉末的熔化温度。由于3D部件222的层228和已加热的顶表面/层中的每一个被加热至层材料的熔化温度，因此被挤压的已加热层228以高水平的层间粘附转输加热的3D部件222的顶表面/层(在转输步骤358期间)。
而且，通过分开熔化辊220和释放辊268，在熔化辊220和释放辊268经由空气喷射器274进行冷却或固定步骤358，层转输组件233允许将所述层加热至最佳转输界面温度，并且在方法之前将所述层冷却至固定所述层的温度。这相当大地增加增加被转输层的聚合物分子相互扩散的程度以促进界面交联，同时还维持3D部件的尺寸精度。
示例
在接下来仅意图作为说明的示例中更具体地描述了本公开内容，因此在本公开内容的范围的多种修改和变化对本领域技术人员来说将是明显的。
示例1
对于示例1的打印操作，采用对应于在图1，2和4A-4D中示出的系统、具有活动压板和垂直可致动构建平台的累积制造系统打印3D部件，活动压板和垂直可致动构建平台中的每一个都被加热。从ABS部件材料打印3D部件，其中每一层由电子照相工具显影并被转移至围绕服务回路结构成环的可旋转转移带。显影层由转移带载送至红外加热器，以将该层加热至ABS 部件材料的熔化温度。
已加热层随后转移至构建平台并在构建平台上对齐。压板被向下致动以将已加热层转输到3D部件的先前被转输的层(对初始层来说转输至构建平台)上。压板随后缩回，这将所述层从转移带干净地剥离，允许所述层保持转输至3D部件。
来自气刀的冷却空气也被引导至3D部件的顶层。这从被转输层去除附加的热量，以提供维持3D部件的结构完整性的平均部件温度，其中3D部件不会由于热积聚而塌陷或熔化。针对3D部件的每一层重复该过程。气刀和压板在整个打印操作期间成功地将平均部件温度维持低于3D部件的形变温度。所产生的3D部件呈现良好的部件分辨率、密集填充和良好的尺寸完整性。
示例2
对于示例2的打印操作，采用对应于在图5A-5E中示出的系统、具有都被加热的咬送辊和活动构建平台的累积制造系统打印3D部件。从ABS部件材料打印3D部件，其中每一层由电子照相工具显影并被转移至围绕服务回路结构成环的可旋转转移带。在这些示例中，服务回路用来保护转移带免受张应力影响。显影层由转移带载送至红外加热器，以将该层加热至ABS部件材料的熔化温度。
已加热层随后转移至构建平台并在构建平台上对齐。构建平台被向上致动以将已加热层转输到3D部件的先前被转输的层(对初始层来说转输至构建平台)上。特别地，向上致动构建平台将已加热层和转移带挤压在构建平台(或靠在3D部件的先前被转输的层上)和咬送辊之间。构建平台随后以与转移带同步的速率移动，并且随后在下游位置处被释放。这将所述层从转移带干净地剥离，允许所述层保持转输至3D部件。
来自起始位置的冷却空气也被引向3D部件的顶层。这从被转输层上去除附加的热量以提供维持3D部件的结构完整性的平均部件温度，其中3D部件不会由于热积聚而塌陷或熔化。构建平台随后移回到它的起始位置，并且针对3D部件的每一层重复该过程。这这些示例中，空气喷射器在整个打印操作期间也成功地将平均部件温度维持低于3D部件的形变温度。所产 生的3D部件呈现良好的部件分辨率、密集填充和良好的尺寸完整性。
比较示例A和B
对于比较示例A和B的打印操作，采用分别如在示例1和2中使用的相同累积制造系统打印3D部件。然而，对于比较示例A和B，省略了气刀或喷射冷却。否则，如上所述如在示例1和2中以相同的方式进行该过程。
对于比较示例A和B的打印操作，在每个已打印3D部件完成之前，已打印层开始压缩和变平。如上所述，这据信是由已打印层中积聚的热量引起的，该热量不能在每个已打印层之间充分地扩散。积聚的热量使3D部件的主体软化，引起它在后续转输步骤期间压缩。这导致变形的3D部件。
这样，本公开内容的包括主动冷却的层转移技术有利于采用电子照相术以高的速率打印3D部件。该主动冷却被成功地执行以在下一层的转输之前从每个熔合层上去除所增加的热量。这允许将由示例1和2中的系统打印的3D部件维持在低于它们的形变温度的平均部件温度处，但该平均部件温度足够高以促进良好的层间粘附和减少卷曲。
虽然已经参照优选实施例描述了本公开内容，但本领域技术人员将会认识到，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims (20)

1.一种用于打印三维部件的累积制造系统，该累积制造系统包括：
成像工具，被配置成用于显影热塑基粉末热塑性材料的已成像层；
可旋转转移介质，被配置成用于从成像工具接收和转移已成像层；
加热器，被配置成用于加热在可旋转转移介质上的已成像层；
构建平台，被配置成用于从可旋转转移介质以逐层方式接收被加热层以打印三维部件；和
至少一个台架，被配置成用于以往复图案移动构建平台，所述往复图案为以与可旋转转移介质的旋转同步的速率和方向。
2.根据权利要求1所述的累积制造系统，其中可旋转转移介质包括可旋转带。
3.根据权利要求2所述的累积制造系统，其中可旋转带包括多层带。
4.根据权利要求2所述的累积制造系统，其中可旋转带具有前侧和后侧，所述前侧接收和转移已成像层，并且其中累积制造系统还包括与可旋转带的后侧结合的能够加热的咬送辊。
5.根据权利要求1所述的累积制造系统，其中成像工具包括电子照相工具。
6.根据权利要求1所述的累积制造系统，还包括冷却单元，被配置成用于引导在构建平台上接收的多层上的冷却空气。
7.根据权利要求6所述的累积制造系统，其中冷却单元，被配置成将已打印的三维部件大约保持在低于三维部件的形变温度的平均部件温度处。
8.根据权利要求1所述的累积制造系统，还包括温度可控的腔室，所述温度可控的腔室限定用于打印三维部件的可封闭环境。
9.一种用于打印三维部件的累积制造系统，该累积制造系统包括：
成像工具，被配置成用于显影热塑基粉末热塑性材料的已成像层；
构建平台；
可旋转带，具有前表面和后表面，其中可旋转带的前表面被配置成用于从成像工具接收已成像层并且转移已成像层到构建平台；
能够加热的咬送辊，与可旋转带的后表面结合，被配置成用于将已加热层转输到被保持在构建平台上的三维部件的先前被转输的层上；和
至少一个台架，被配置成用于以往复图案移动构建平台，所述往复图案为以与可旋转转移介质的旋转同步的速率和方向。
10.根据权利要求9所述的累积制造系统，其中可旋转带包括多层带。
11.根据权利要求9所述的累积制造系统，其中成像工具包括电子照相工具。
12.根据权利要求9所述的累积制造系统，还包括冷却单元，所述冷却单元基于构建平台的运动方向定位在能够加热的咬送辊的下游。
13.根据权利要求9所述的累积制造系统，其中可旋转带包括编码器标记。
14.根据权利要求9所述的累积制造系统，还包括温度可控的腔室，所述温度可控的腔室限定用于打印三维部件的可封闭环境。
15.根据权利要求9所述的累积制造系统，还包括加热器，基于可旋转带的旋转的方向相对于构建平台定位在上游，所述加热器被配置成用于加热在可旋转带的前表面上的已成像层。
16.一种用于打印三维部件的累积制造系统，该累积制造系统包括：
成像工具，被配置成用于显影热塑基粉末热塑性材料的已成像层；
构建平台；
可旋转带，具有前表面和后表面，其中可旋转带的前表面被配置成用于从成像工具接收已成像层并且转移已成像层到构建平台；
能够加热的辊，与可旋转带的后表面结合，并且被配置成用于将已加热层转输到被保持在构建平台上的三维部件的先前被转输的层上；和
释放辊，基于可旋转带的旋转方向在能够加热的辊的下游位置处与可旋转带的后表面接合；和
至少一个台架，被配置成用于以往复图案移动构建平台，所述往复图案为以与可旋转转移介质的旋转同步的速率和方向。
17.根据权利要求16所述的累积制造系统，还包括至少一个冷却单元，配置用于在能够加热的辊和释放辊之间引导冷却空气到可旋转带。
18.根据权利要求17所述的累积制造系统，还包括第二冷却单元，所述第二冷却单元基于构建平台的运动方向定位在释放辊的下游。
19.根据权利要求16所述的累积制造系统，还包括加热器，基于可旋转带的旋转的方向相对于能够加热的辊定位在上游，所述加热器被配置成用于加热在可旋转带的前表面上的已成像层。
20.根据权利要求16所述的累积制造系统，其中可旋转带包括多层带。
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