添加的能量导向器及形成方法
【专利摘要】本发明公开了添加的能量导向器及形成方法。根据各种示例性实施例的形成添加的能量导向器的方法能够包括在预定位置处将熔化材料分配至衬底上。该方法也包括固化熔化材料以将至少一个添加的能量导向器形成至衬底上。
【专利说明】
添加的能量导向器及形成方法
技术领域
[0001]当前公开总地涉及在用于超声或振动焊接的衬底上形成能量导向器。
【背景技术】
[0002]超声或振动焊接是不使用额外的紧固件、粘合剂或像卡扣配合或铰链的机械特征而将诸如热塑性塑料和热塑性合成物的两个部件结合在一起的方法。焊接通过向这两个结合部件施加低振幅、高频机械振动而完成。通常，将形式为三角形突出物的能量导向器模制到在部件之间的界面中使得其改进加热和焊接的一致性。在焊接期间，能量导向器软化并熔化。随后，熔化的材料流动跨越与匹配表面形成分子键的接合界面。当振动停止时，熔化的材料随着其冷却而固化，并且在两个部件之间形成键合。
[0003]当前，在模制工艺期间在部件之上上整体地形成用于超声或振动焊接的能量导向器。这意味着压模模具必须初始地设计并且精密机械加工以包括能量导向器的特征。对能量导向器的形状或配置的任何改变要求压模模具的改装或者用新压模模具替换。
[0004]因此，存在对这样的装置和方法的需求，该装置和方法提供了在衬底上放置能量导向器的灵活性而无需在制造工艺中在晚期对压模模具进行昂贵改装和替换。
【发明内容】
[0005]根据各种示例性实施例的形成添加的能量导向器的方法能够包括，在预定位置处将熔化材料分配至衬底上；以及固化熔化的材料以将至少一个添加的能量导向器形成至衬底上。
[0006]根据各种示例性实施例的用于形成添加的能量导向器的系统能够包括衬底。分配器能够将熔化的材料在预定位置处分配至衬底上使得熔化的材料固化以将至少一个添加的能量导向器形成至衬底上。
[0007]方案1.一种方法，用于形成添加的能量导向器，包括:
在预定位置处将熔化材料分配至衬底上；以及
通过固化在所述衬底上的所述熔化材料而在所述衬底上形成添加的能量导向器。
[0008]方案2.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。
[0009]方案3.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用了利用分配所述熔化材料的一个或多个喷嘴的按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。
[0010]方案4.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在所述衬底之上通过多程分配所述熔化材料。
[0011]方案5.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴密度。
[0012]方案6.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在所述衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴大小。
[0013]方案7.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用喷雾工艺分配所述熔化材料。
[0014]方案8.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用连续流工艺分配所述熔化材料。
[0015]方案9.根据方案2所述的方法，进一步包括，通过将具有预定图案的三维模板施加至在所述衬底上的所述熔化材料上而形成所述能量导向器，使得所述能量导向器固化以形成代表所述三维模板的预定图案的互补图案。
[0016]方案10.根据方案I所述的方法，其中，所述分配包括通过包括在具有预定图案的三维模板内的导管分配所述熔化材料，使得所述能量导向器固化至所述衬底上以形成代表所述三维模板的预定图案的互补图案。
[0017]方案11.一种系统，用于形成添加的能量导向器，包括:
衬底;以及
分配器，用于在预定位置处将熔化材料分配至所述衬底上，使得所述熔化材料固化以将添加的能量导向器形成至所述衬底上。
[0018]方案12.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。
[0019]方案13.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用了利用分配所述熔化材料的单个喷嘴的按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。
[0020]方案14.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在所述衬底之上分配所述熔化材料。
[0021]方案15.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在所述衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴密度。
[0022]方案16.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在所述衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴大小。
[0023]方案17.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用喷雾装置分配所述熔化材料。
[0024]方案18.根据方案11所述的系统，其中，所述分配器采用配置成喷出所述熔化材料的连续流的装置分配所述熔化材料。
[0025]方案19.根据方案12所述的系统，进一步包括三维模板，所述三维模板具有施加至所述衬底上的所述熔化材料的预定图案，使得所述能量导向器固化以形成代表所述三维模板的所述预定图案的互补图案。
[0026]方案20.根据方案11所述的系统，进一步包括三维模板，所述三维模板具有预定的图案，其中，所述熔化材料通过在所述三维模板内的导管分配使得所述能量导向器固化至所述衬底上以形成代表所述三维模板的预定图案的互补图案。
[0027]从实施例和所附权利要求的以下详细描述当结合附图时，当前发明技术的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0028]图1A图示了使用单个喷嘴单程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上。
[0029]图1B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图1A的能量导向器。
[0030]图2A图示了使用多个喷嘴单程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上。
[0031]图2B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图2A的能量导向器。
[0032]图3A图示了使用多个喷嘴多程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上。
[0033]图3B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图3A的能量导向器。
[0034]图4A图示了使用多个喷嘴多程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上，其中在选择位置处施加液滴以增大所选择液滴的大小。
[0035]图4B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图4A的能量导向器。
[0036]图5A图示了通过使用单个喷雾喷嘴而喷雾以将多个能量导向器沉积至合成衬底上。
[0037]图5B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图5A的能量导向器。
[0038]图6A图示了使用单个喷嘴将以连续流模式喷出的能量导向器沉积至合成衬底上。
[0039]图6B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图6A的能量导向器。
[0040]图7A—图7D图示了使用三维(3D)模板将能量导向器形成至合成衬底上的示例性实施例。
[0041]图8A—图8D图示了使用3D模板将能量导向器形成至合成衬底上的另一示例性实施例。
图9图示了控制器。
【具体实施方式】
[0042]如所需要的，在本文公开了当前公开的详细实施例。所公开的实施例仅仅是可以以各种且替代形式及其组合而实施的示例。如在本文所使用的，例如，“示例性”和类似术语扩展地是指用作说明、范例、模型或模式的实施例。
[0043]附图不必按照比例并且可以夸大或最小化一些特征，以便于示出特定部件的细节。在一些情形中，并未详细描述熟知的部件、系统、材料或方法以便于避免模糊当前公开。因此，在本文所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性，而是仅仅作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员使用当前公开的代表性基础。例如，分立描述的任意两个或更多个元件可以组合为单个元件，并且反之亦然。
[0044]在本文所描述的各种实施例中，使用添加方法以添加能量导向器至合成材料。与一些传统技术相比，尝试向合成材料添加能量导向器已经是难以通过模制生产的。在各种实施例中，通过添加方法形成能量导向器至合成材料上在衬底模制之后被施加到衬底。在各种实施例中，可以使用多种替代技术将能量导向器的形成物沉积至衬底上，包括用于超声或振动焊接的熔化或溶解树脂材料的按需滴定或喷雾沉积的方法。在其他实施例中，能够包括3D模板以将更复杂特征形状形成至衬底上。
[0045]在本文所描述的能量导向器形成方法的各种实施例提供了在修改能量导向器的大小和/或位置方面的灵活性而不要求对压缩模具加工的任何改变。能量导向器方法的各种实施例可以制造一大片能量导向器，其能够通过仅要求编程改变而相对快速地形成，这避免了典型的时间延迟。
[0046]使用在本文所描述的至少一种技术制备的能量导向器展示了在衬底的大表面面积上的改进的均匀性。系统和方法提供了对沉积的精确控制。
[0047]各种实施例涉及用于经由按需滴定、喷雾或连续流技术而沉积能量导向器的方法。额外的实施例涉及用于通过液滴体积控制而可调整的能量导向器几何形状的方法。另一实施例涉及用于通过使用模板而形成3D形状的方法。另外的实施例涉及用于通过3D模板分配树脂的方法。额外的实施例涉及用于形成能量导向器的3D模板的设计。
[0048]参照附图，其中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，遍布数个附图的任何地方都是可能的。图1 一图8D图示了根据各种实施例的不同的方法，其中能量导向器能够在相对大的规模基础上处理。
[0049]附图示出了系统的数个示例性实施例，其图示了分配装置，诸如按需滴定装置(图1A—图4B)、喷雾装置(图5A—图5B)、连续流装置(图6A—图6B)以及3D模板形成装置(图7A—图8D)。如图9中所示，一个或多个系统可以利用控制器900以提供开环或闭环反馈控制。每个系统可以包括数据源，其提供了由控制器900解释的信号，作为用于喷出液滴或预定体积材料的命令。在通常的使用中，控制器900输出被输入至发射装置的信号。
[0050]控制器900能够使用许多不同方法以实现各种部件的移动。在一个方法中，合成衬底可以移动越过固定的分配器。然而，另一方法包括当分配器在合成衬底之上水平地和/或竖直地移动时将合成衬底维持在固定位置。在另外的方法中，控制器900能够控制移动使得合成衬底和分配器相对于彼此移动。以下将参照图9更详细地描述示例性的控制器900。
[0051]参照图1A—图4B，这些附图中示出的每个按需滴定装置能够将流体的液滴喷射至衬底的预选位置上。图1A图示了单程分配系统100，其能够用于使用单个喷嘴120单程地将多个能量导向器125按需滴定沉积至合成衬底130上。并未具体限制在本文所述系统方法中所使用的衬底。能够取决于各种因素而选择衬底，包括如上所述的方法的使用，例如将要制造的能量导向器的类型。衬底能够是在能量导向器的制造中所使用的任何材料。合适的衬底的示例包括聚烯烃(聚乙烯，聚丙烯等)、聚酰胺(尼龙、PA6、PA66)、其他热塑性塑料、非增强和/或增强合成物，及其组合。
[0052]系统100包括储槽105，其具有将诸如熔化材料的流体传递至分配器115的导管110。熔化的材料能够包括例如热塑性塑料或热塑性合成物。热塑性树脂的一个主要特性是被熔化并冷却而保持它们属性的能力。合适的热塑性聚合物非排他性地能够包括聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚亚安酯、聚醚、聚烯烃、乙烯基聚合物、及其混合物。
[0053]分配器115与储槽105流体联通。储槽105可以是能够允许流体传送至分配器115的许多合适的容器的任意一个。应该注意的是储槽可以是在装置内或在装置外的隔室。
[0054]在图1A的示例中，分配器115描绘了单个滴定成型喷嘴120。分配器115可以是在分配流体的领域熟知的许多分配器的任意一个，诸如热激励分配器、螺线管阀门分配器、压电分配器、气溶胶分配器、磁收缩分配器、流体脉冲分配器、或类似的。
[0055]例如，在一个实施例中，具有预定压力的增压储槽能够用于迫使诸如熔化材料的液体在预定时间间隔期间穿过喷嘴120的孔口。在操作期间，能够迫使一体积的熔化材料穿过喷射了熔化材料的液滴的喷嘴120的孔口。可以利用系统100以分配熔化材料的精确体积的液滴。
[0056]在一些实施例中，系统100可以包括一个或多个加热元件(未示出)作为温控机制以确保在分配熔化材料之前当驻留在储槽105中、导管110、分配器115和/或喷嘴120中时已熔化的材料保持在可流动状态下。因此，加热元件(未示出)可以帮助将模制材料在系统100内维持在至少部分熔化的状态下。
[0057]分配器115能够用于以液滴的形状分配精确的和/或预定数量的熔化材料以将一个或多个能量导向器125形成至合成衬底130上。一系列能量导向器125的液滴能够以所需体积流率形成并喷射至衬底130上。这个衬底优选地是适用于键合以便于在合成衬底130上形成一个或多个能量导向器125的合成衬底。
[0058]系统130产生基本上固定大小的液滴，其能够从分配器115的喷嘴120独立地喷出。在受控条件下，系统100能够精确地并可靠地再产生在从0.010 mm至10 mm液滴直径范围中的分配液滴大小。
[0059 ]系统100具有精确地分配熔化材料的能力，使得每个能量导向器125具有至合成衬底130的预选位置上的预定体积。在各种实施例中，提供方法用于通过液滴体积控制而调整能量导向器I 25的几何形状和大小。在一些实施例中，能够光学地、重量分析地(gravometrically)或者通过使用其他手段测量被分配的体积。这些测量技术和设备是熟知的，并且因此在本文不再赘述。
[0060]在一些实施例中，能够由系统参数确定能量分配器的几何形状和大小，诸如喷嘴的形状和大小。在一个实施例中，系统100能够包括喷嘴120，其是容易地可移除和可替换的。
[0061]分配系统100可以以数个方式操纵以在系统100和合成衬底130之间提供相对位移。在一个实施例中，合成衬底130可以位于可移动的X、X-Y或X-Y-Z工作台(未示出)上。可移动的工作台也能够与一个或多个机器人臂(未示出)组合使用以操纵分配器至所需的位置。
[0062]在各种实施例中，自动控制系统900可以与单程分配系统100结合使用以监控并控制可移动工作台、能量分配器的可调整几何形状、以及分配系统的其他关联部件。能够根据来自控制器的代表预定模式的输入信号而喷出液滴。控制器能够控制将每个液滴分配至移动工作台上的特定位置。能够通过改变喷射至合成衬底130上的熔化材料的被编程的体积流率而简单地调整能量导向器125的几何形状。
[0063]在采用具有单个喷嘴120的单个分配器115而操作的单程分配系统100的使用中，能够分配个体液滴以在预编程位置处形成能量导向器125。这能够通过将从喷嘴120分配液滴与X、X-Y或X-Y-Z工作台的移动同步而完成。一体积的熔化材料被推落喷嘴120，在孔口处形成液滴。液滴将具有由控制器基于具体应用而确定和控制的几何形状。
[0064]在操作期间，单个衬底能够放置在平移工作台上。在操作模式的一个示例性实施例中，当工作台移动以将规定模式或数目的能量导向器沉积至合成衬底130上时，分配器115能够保持被固定在特定位置处。能够预编程覆盖了衬底区域的预定区域使得能够计算实现每单位面积所希望浓度所需的能量导向器的数目。基于所需要的总能量导向器数目，能够计算在特定位置处需要的阵列间距和液滴。取决于具体应用参数而能够容易地调整这些数值。因此，能够将所希望的图案沉积至合成衬底130上。在该模式下，当熔化材料的单个液滴被分配时，工作台能够连续地移动，沉积能量导向器而并未停止平移工作台。
[0065]一旦熔化材料离开被加热区域，这些树脂随着能量导向器125而快速固化。图1B示出了在被沉积至合成衬底130上并允许再固化之后处于再固化状态的能量导向器125。固化过程能够被采用以使熔化材料经受从熔化材料状态至固体状态的转变。固化过程能够包括降低了熔化材料的温度以使得熔化材料固化的任何温度降低环境或机制。
[0066]其他附图中示出的特征和部件可以与图1A和图1B中所示的那些结合并一起使用，并且在所示的任意配置之间可以混合并匹配部件。
[0067]图2A图示了使用多个喷嘴单程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上。除了使用关于图1A所描述的单个喷嘴之外，其他可能的布置包括多个喷嘴225，每一个从一个或多个储槽205被供应将要被分配的熔化材料。在一些实施例中，多个喷嘴225能够包括能够同时或独立地操作的个体喷嘴。在其他实施例中，多个喷嘴225能够包括被包含作为单个单元的多喷嘴装置。
[0068]图2A和图2B中所示的实施例包括经由分支为三个相应导管244的导管210而连接至单个储槽205的三个分配器215。应该注意的是可以改变分配器和储槽的数目以满足设计或应用要求。具有分立储槽205的喷嘴225的阵列能够与分配分立熔化材料的每一个一起使用。在一些实施例中，每个储槽205可以包含相同或不同类型的熔化材料。因此，每个分配器215能够沉积不同的熔化材料以在合成衬底230上不同位置处形成一个或多个能量导向器225。
[0069]图2B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图2A的能量导向器。
[0070]图3A图示了使用多个喷嘴多程地将多个能量导向器沉积至合成衬底以选择性地增大液滴密度。能够在多程期间在特定位置处重复地选择性地分配熔化材料的多个液滴，使得多个液滴会聚以增大液滴密度。在这个实施例中，可以施加多个涂层。在一些实施例中，每个涂层包括不同的熔化材料，并且如果需要的话，每个涂层具有不同的厚度。因此，在分配时刻，可以施加熔化材料的单个涂层，或者具有相同或不同熔化材料、并且具有相同或不同厚度的涂层的组合。
[0071]图3A描绘了按需滴定分配系统300能够如何利用多个分配器315将熔化材料分配至合成衬底330上。按需滴定系统300能够实现将相同或不同的熔化材料放置成彼此非常靠近以形成能量导向器325。在一个实施例中，熔化材料可以彼此相邻或重叠。能够构造分层的熔化材料335，其中相同或不同熔化材料的液滴放置在彼此之上。例如，在分配器315的多程中能够将多个熔化材料层分配在合成衬底330之上，其中在每个程期间分配熔化材料的一个薄层。
[0072]能够由分配系统300采用分配熔化材料的数个方法。在一个方法中，如图3A中所描绘的，合成衬底330可以移动经过分配器315的固定阵列。然而，另一方法包括当分配器315在合成衬底330之上水平地和/或竖直地移动时将合成衬底330维持在固定位置中。
[0073]在各种实施例中，多程分配系统300能够被串行(顺次或单个激励)、并行(同时激励)或其组合地操作。在串行操作中，以预定间隔连续地从每个分配器喷嘴320分配流体。在串行分配期间，可以以预定间隔顺次操作分配器315或者可以基本上连续地操作它们，如由本申请的特定本质所指示。
[0074]在并行操作模式中，也可能以并联分配器的形式在共同的阀门组上布置多个分配器315并且以这个方式同时并且相互独立地分配不同的熔化材料。当并联使用许多喷嘴时，这个操作模式允许同时分配从多个喷嘴传递的不同材料。这个技术也提供了良好的对准性能和对于所沉积材料体积的精确控制。
[0075]许多喷嘴320能够以行和列的阵列布置，允许单程或多程地形成图案。每个喷嘴具有开启或截断材料流的能力，因此允许诸如液滴、虚线和/或实线的各种配置形成在合成衬底上。在各种实施例中，液滴、实线和其组合能够产生任何期望的图案。在干燥或部分干燥之后，图案重叠的额外层能够被重复，直至由多个不同层形成期望的图案。
[0076]使用分配系统300，一个或多个能量导向器325、335能够以复杂图案放置在合成衬底330上，由于多个分配器315的存在，由于它们的喷嘴320的每一个能够分配小量熔化材料，以及由于喷嘴320的不同组能够分配不同的熔化材料。分配系统300能够控制熔化材料的体积使得分配器315以期望体积将熔化材料分配至合成衬底330上。能够由系统300采用不同的方法以验证熔化材料的体积输出，例如，光学方法，基于导电率的方法，以及基于重量的方法。
[0077]控制系统900能够用于控制分配系统300以至少控制在合成衬底330上能量导向器325、335的图案。控制系统900可以例如通过规定各种分配参数而限定将要使用分配器315的哪些喷嘴320以及以何种顺序使用，限定将要分配至合成衬底330上的能量导向器325、335的图案。因此，控制系统900能够用于限定将要如何形成图案。控制系统900也能够限定从被使用的每个喷嘴320喷出的体积。以这个方式，控制系统900至少控制分配在合成衬底330上的能量导向器325、335的形成。能够控制能量导向器325、335的形状方面。能够控制能量导向器的纹理和/或厚度，诸如通过控制将要分配在合成衬底上的熔化材料的层数。
[0078]当所有沉积完成时能够发生熔化材料的固化。图3B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图3A的能量导向器。
[0079]图4A图示了使用多个喷嘴多程地将多个能量导向器沉积至合成衬底上，其中在选择位置处施加液滴以增大所选择液滴大小。
[0080]在图4A中，能够精确地控制熔化材料放置在合成衬底430上的位置。额外地，能够精确地控制放置在衬底430上的熔化材料的量。此外，能够精确地控制每个能量导向器425的形成，包括每个能量导向器425的厚度、形状和/或纹理。尽管在图3A中描绘了在衬底330上已经放置了能量导向器325的六个位置以及被分配的三个额外液滴，但是在其他实施例中可以有更多或更少的这种位置。
[0081]在按需滴定分配系统400中能够类似地利用关于图3A所描述的系统、方法和技术以改变能量导向器425、435的液滴大小。例如，一个或多个能量导向器435能够形成大于位于相同衬底430上的其他能量导向器425。
[0082]图5A图示了使用单个喷雾喷嘴以喷雾的形式通过喷出雾化的熔化金属颗粒而将多个能量导向器沉积至合成衬底上。喷雾涂敷过程包括由在熔化或半熔化状态下撞击至合成衬底530上的高速精细划分的颗粒喷雾而沉积涂层。流体熔化材料能够分解为从喷嘴520发出的非常精细的颗粒。熔化材料被雾化并且推进至合成衬底530。
[0083]喷雾分配系统500包括容纳了熔化材料的储槽505。构造储槽505以经由导管510向分配器515供应熔化材料的流。分配器500能够包括构造成引导熔化材料的喷雾朝向合成衬底530的喷嘴520。熔化材料作为喷雾被喷出而以多个液滴的形式在合成衬底530上沉积能量导向器525。当落至合成衬底530上时被喷雾的熔化材料冷却以形成固态能量导向器525。
[0084]能够使用不同的喷雾方法以涂敷合成衬底530，诸如火焰喷雾、热喷雾装置、高速空气燃料喷雾装置、等离子喷雾和电弧喷雾。
[0085]能够使用不同的组合而实现能量导向器525的各种涂层。能够确定系统部件、参数和能量导向器的所需涂层以及特征以便于选择对于工艺所需的材料和设备类型。在建立了这些参数之后可以为特定应用定制工艺。
[0086]控制系统900能够控制熔化材料的喷雾的温度和速度。在各种实施例中，喷雾被引导朝向的合成衬底530可以是固定的、旋转的、一般地移动或者以线性方式移动。控制器900能够用于控制撞击在以恒定速度前进的合成衬底上的每单位面积的喷雾密度或流率。能够控制在合成衬底530上熔化材料的沉积的累积量以调整厚度以便于产生跨越平坦合成衬底530的基本上均匀的沉积。在一些实施例中，能够调整熔化材料的温度和速度使得一旦撞击合成衬底530，能量导向器525就覆盖了预定的区域。
[0087]喷雾沉积的熔化材料随后固化至合成衬底530上。图5B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图5A的能量导向器。
[0088]图6A图示了使用单个喷嘴620用于将以连续流模式喷出的能量导向器沉积至合成衬底630上的分配系统600。
[0089]在这个示例中，系统600利用具有单个喷嘴620的分配器615用于将熔化材料分配至合成衬底630上。响应于数据信号在控制器900的指引下，合成衬底630能够以预定的速度、单程地、笔直穿过行进路径而移动。分配器615是具有从喷嘴620发出的连续液滴流的类型以精确地沉积在合成衬底630上的特定位置。
[0090]在连续分配模式下，设置控制器900至规定的流率以输送预定体积的熔化材料。分配器615从喷嘴620发出能量导向器的连续流625至合成衬底630。合成衬底630可以沿相对于分配器615的方向以恒定速度在平移工作台(未示出)上移动。在这个模式下，当分配熔化材料的单个连续流时，工作台能够连续地移动。
[0091]尽管图6A和图6B中所示的实施例包括经由导管610连接至单个储槽605的单个分配器615，但应该注意的是可以改变分配器和储槽的数目以满足设计或应用需求。在一些实施例中，可以利用具有多个喷嘴的多个分配器以发出数个连续流。在这样的实施例中，每个连续流可以由不同类型的熔化材料构成。因此，每个分配器能够将熔化材料的不同流沉积至合成衬底上。
[0092]图6B图示了在被沉积至合成衬底上之后处于再固化状态的图6A的能量导向器。
[0093]图7A—图7B涉及用于实施用于将3D图案转移至合成衬底730上的过程的系统和方法。图7A—图7D图示了使用3D模板740将能量导向器形成至合成衬底730上的示例性实施例。
[0094]通常，熔化材料被分配至合成衬底730上。通过将模板740和合成衬底730在某一压力之下按压在一起而使具有预定拓扑结构图案的模板740与熔化材料接触。熔化材料固化以将能量导向器725形成至衬底730上。在模板740与合成衬底730分离之后，在合成衬底730上形成能量导向器725，作为具有形成在模板740中的任何图案的印记的已固化能量导向器725。
[0095]具体地，在图7A中，配置分配系统700以允许对于分配至下层合成衬底730上的熔化材料的量的精确体积控制。在使用期间，通过导管710从储槽705吸取熔化材料。当合成衬底730恰当地定位在下方时，熔化材料通过分配器715从喷嘴720而被分配至合成衬底730的区域上。在所图示的实施例中，分配了可以精确地规定其体积的熔化材料的小液滴。
[0096]图7B描绘了其上具有模具的3D模板740。模具包括由多个间隔开的凹陷750和突起755限定的多个特征。图案化的模板740定位成与衬底730的其上布置了熔化材料的液滴722的部分处于间隔的关系使得在模板740和衬底730之间形成间隙。
[0097]如图7C中所示，多个特征限定了被转移至液滴722上的图案以当模板740与合成衬底730接触时在衬底730上形成能量导向器725。模板的图案被压入液滴722中，由于所施加的压力使熔化材料流动并且填满了模具的凹陷750的空的区域。在各种实施例中，3D模板可以设计具有随机图案、统一图案或其组合。
[0098]如图7D中所示，在冷却降温以固化熔化材料之后，分离模板740和合成衬底730，留下了形成在衬底730上的、与模板740的模具上的图案互补的能量导向器725的3D结构。3D模板740能够由控制器900控制以允许从合成衬底730恰当的释放。接着，3D模板740可以重复使用用于多个循环。
[0099]图8A—图8D图示了使用3D模板将能量导向器形成至合成衬底上的另一示例性实施例。图8A—图8D描绘了用于通过穿过3D模板840流动熔化材料而3D地制造能量导向器825的技术。
[0100]系统800可以包括3D模板840，其包括集管842、用于接触合成衬底830的表面的接触表面846，以及包括排放孔口850的图案部分，在其中填充了熔化材料并且固化之后图案部分形成了能量导向器825的图案。
[0101]集管842包括通道844的网络以及一个或多个排放孔口850。通道844终止于模板840中的对应端部，在其中形成了排放孔口 850。
[0102]在图8A中，模板840放置抵靠合成衬底830的表面以便于密封模板的表面特征。压力量可以需要以在能量导向器825的形成期间维持密封。在这个技术中，将熔化材料装载至储槽805中并经由分支为多个并联通道844的导管810输送至集管842。
[0103]在图8B中，在填充过程期间，熔化材料可以通过导管810直接地进入集管842，每个通道844被供应可固化的熔化材料。排放孔口 850可以允许熔化材料流入限定的体积中以将能量导向器825形成至衬底830上。
[0104]在一些实施例中，系统800可以结合一个或多个加热元件(未示出)，作为温控机构以确保熔化材料当在进入孔口 850之前驻留在储槽805、导管810或通道844中时保持在可流动状态。因此，加热元件(未示出)可以帮助将模制材料在系统800内维持在至少部分熔化状
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[0105]在图SC中，采用熔化材料填充排放孔口850。图案部分用作用于将能量导向器825形成至合成衬底830上的模具。图案部分例如由具有凹入部分的多个排放孔口 850形成。
[0106]如图8Α—图8D中所示，配置排放孔口 850以便于包括以预定间隔布置的多个凹入部分。在这个示例中，每个孔口850包括具有第一宽度大小的上部分以及具有大于第一宽度大小的第二宽度大小的下部分。孔口 850的宽度大于通道844的宽度。孔口 850的截面形状不限于所描绘的示例性实施例，而是能够使用任意形状，只要其能够将能量导向器825形成至衬底合成物830上。
[0107]在图SC中，当熔化材料冷却时，熔化材料固化作为保留了与模板840的图案互补的图案的能量导向器825。在一些实施例中，加热和冷却机构(例如加热元件和温度控制器;未示出)可以提供在围绕操作表面的区域中以控制在合成衬底830上熔化材料的固化行为。
[0108]如图8D中所示，在能量导向器825固化至合成衬底830上之后，模板840与合成衬底830分离，在衬底830上留下了复制的结构。通过修整特性而能够容易地控制工艺，诸如衬底拓扑结构、能量导向器形状、以及表面与衬底的交互。
[0109]在各种实施例中，图9中的控制器900能够操作在本文所期望的任意示例性系统以选择性地分配熔化材料以将至少一个或多个能量导向器形成至合成衬底上。信息、控制信号或图像数据信号能够施加至控制器900作为命令信号以分配熔化材料。代表了期望能量导向器图案的图像的图像数据信号能够存储在控制器900中指定的存储器位置中。
[0110]控制器900也能够包括向各种系统部件发出电控制信号的输出端口。在控制器的指引下，平移工作台可以在分配过程期间以恒定速度移动越过一个或多个分配器，在此熔化材料的液滴被引导至特定位置处。
[0111]传感器机构(未示出)可以附接至系统内各种位置以监控正被沉积的能量导向器的物理尺寸。传感器能够与控制器900通信。传感器能够用于将合成衬底相对于分配器对准。控制器也能够促进液滴形成并且调整所分配的熔化材料的体积。液滴速度也能够由控制器通过增大或减小分配器的分配速率而控制。
[0112]在本文公开了当前公开的各种实施例。所公开的实施例仅仅是可以以各种和替代形式及其组合而实施的示例。
[0113]上述实施例仅仅是为了清楚理解本公开原理而阐述的实施方式的示例性说明。可以对如上所述的实施例做出变体、修改和组合而并未脱离权利要求的范围。所有这样的变体、修改和组合在此被本公开和以下权利要求的范围包括。
【主权项】
1.一种方法，用于形成添加的能量导向器，包括: 在预定位置处将熔化材料分配至衬底上；以及 通过固化在所述衬底上的所述熔化材料而在所述衬底上形成添加的能量导向器。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用了利用分配所述熔化材料的一个或多个喷嘴的按需滴定流体液滴喷出装置分配所述熔化材料。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在所述衬底之上通过多程分配所述熔化材料。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴密度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流体液滴喷出装置在多程期间在所述衬底之上分配所述熔化材料以选择性地增大分配至所述衬底上的所述熔化材料的液滴大小。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用喷雾工艺分配所述熔化材料。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用连续流工艺分配所述熔化材料。9.根据权利要求2所述的方法，进一步包括，通过将具有预定图案的三维模板施加至在所述衬底上的所述熔化材料上而形成所述能量导向器，使得所述能量导向器固化以形成代表所述三维模板的预定图案的互补图案。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括通过包括在具有预定图案的三维模板内的导管分配所述熔化材料，使得所述能量导向器固化至所述衬底上以形成代表所述三维模板的预定图案的互补图案。
【文档编号】B29C65/08GK106003695SQ201610171687
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】S.S.李, Y.李, B.E.卡尔森, J.F.阿里内斯
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司