三维打印表面处理的制作方法
【专利说明】三维打印表面处理
[0001]优先权申请的所有主题通过引用在这样的主题不与本发明不一致的范围内整合到本文中。
【背景技术】
[0002]历史上，现在已知的三维(3D)打印被称作快速成型。最初，快速成型技术使用刻印层的3D光刻和激光烧结。然而，现在技术已转移并且3D打印处理通常包括材料的小部分的图案化的沉积，然后熔融在一起。当前使用的材料的示例可能包含透明材料、弹性材料、导电材料等。由于与2D打印的类似特性，该处理现在被称为3D打印(例如，3D打印机被配置为排布材料的颗粒，同样，2D打印机排布油墨的颗粒，不同之处在于在3D打印中，颗粒是可以用热量熔融来形成3D结构的塑料或者金属)。
[0003]迄今为止在材料进步中已做出了创新的推进。例如，重点在于创造新类型的材料、改善层分辨率、以及改善速度，因为大多数3D打印机允许用单个材料用一次打印机进行产品制造。
【发明内容】
[0004]本公开涉及用于三维(3D)打印/快速成型(本文统称为3D打印)的系统和方法。
[0005]上述概要仅是示例性的，并且不意图以任何方式进行限制。除了上述示例性方面、实施例和特征外，其他方面、实施例和特征也将通过参考将变得明显。
【附图说明】
[0006]图1示出了 3D打印系统。
[0007]图2示出了电泳系统。
[0008]图3不出了有机发光二极管系统。
[0009]图4-13示出了与产品的表面处理关联的操作。
[0010]图14示出了光刻系统。
【具体实施方式】
[0011]本文说明的示例性实施例不意味是限制性的。可以利用其他实施例，并可以做出其他改变，而没有脱离此处呈现的主题的精神或者范围。
[0012]当今存在多种3D打印方法。主要而言，机械手可以经由少量组成材料的添加沉积、或者通过光固化树脂层的逐步光固化来组成产品。
[0013]当前3D打印方法可能导致完成的产品具有不规律的表面光洁度(例如，表面看起来像熔融在一起的块状材料)，其必须被后处理(例如砂光、剖光、表面处理)来生成可接受的合适的最终产品。
[0014]已考虑到在家使用3D打印，但鉴于自动化制造中日益增加的关注，还期望调整3D打印用于批量制造。3D打印中的这样的开发可能导致通常为体力劳动预留的制造操作过渡为自动化的3D打印安装。
[0015]经由3D打印技术的调整来增加制造的方式是有效创造包括通用机械手的通用工厂。这样，制造能够以更一般化的方式并且像软件那样进行。
[0016]对使用这样的调整的3D打印机技术的驱动力是:其可以降低对单个产品设置专用的生产线的成本。例如，情况可能是通用生产线的成本是特殊用途工厂线的10倍，但是通用工厂线能够以5分钟而非5个月在产品间切换。
[0017]这样的通用工厂可以包含各种通用处理机器。3D打印可以被认为是“机械手制造”。例如，这些机器可以包含具有机械臂，具有可替换头(例如3D打印机头)、激光切割器、喷水器、或者其他不需要机械师的计算机控制的技术。这样的制造的基础部分是机械臂，其能够在若干轴上移动并配备有多个专用的材料沉积尖端。例如，如图1所示，通用工厂可以具有很多可动的通用机械手100。机械手100可以包含多轴臂101和打印头102。打印头102可以相对于机械手100替换，使得多个打印头102可以与共同机械手100使用。打印头102可以包含3D材料沉积尖端103，其被配置(例如具有便于流动的组成的尺寸等)为将组成材料沉积。可以经由导管104向3D材料沉积尖端103提供组成材料，导管104可操作地耦合至3D组成材料存储容器(未示出)。在制造3D打印产品(例如玩具)期间，多轴臂101的致动可以由计算设备(例如桌面计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、专用的控制器设备等)控制，以使多轴臂101位于沉积3D组成材料的位置。对于形成要制造的部分的基础的每个3D模型而言，计算机设备可以比较3D模型的最小间隙与特定打印机器的最小分辨率。
[0018]在这样的情况下，这样的通用机器的操作可以仅通过输入与要制造的部分关联的组件数据来配置。这与可能要求机械师确定并计划如何做出部分的其他传统制造技术形成反差。从调整并修改的3D打印机建立的通用工厂可以不需要专用的机械师。
[0019]当部分由3D打印机制造时，其可以由颗粒状(例如粉末状或者挤出状)成分(例如热塑性或者聚合物(例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、高密度聚乙烯(HDPE)、PC/ABS、和聚苯砜(PPSU))、金属和金属合金)组成，并可以含有可见层。例如，计算机控制的机械手可以经由少量组成材料的添加沉积来组成产品，该少量组成材料可以粘结或者粘结到其他之前的沉积的组成材料。在这样的情况下，可能要求被设计为提供更精致的产品表面的一些后处理。这样的后处理可以包含用丙酮来摩擦该产品、物理平滑化、或者喷涂。
[0020]在双组件系统中，3D打印机器可以放置粉末床，进而在粉末层上打印胶，以将粉末结合来形成产品层。对于每个这样的“像素”(即粉末和胶)，3D打印头沉积胶和颜色。这样，完工的产品的上色将一定会根据粉末进而胶的上色的变化而变化。以这样的方式组成的部分通常具有降低的结构完整性(根据胶的粘结强度而变化)，并导致完成品具有沉闷的颜色。
[0021]利用仅使用单个组件材料和熔融的组件材料(例如经由施加热量)的3D打印机技术，可以得到由于机械加工该形状的不可能性而不能被机械加工的3D形状。尽管这些产品可能增加了结构完整性，但其通常是单色的，并可能具有未完成的表面特性。
[0022]为了克服这些缺陷，各种表面打印技术可以适用到3D打印的产品。例如，如图2所示，电泳系统100B可以由二色度或多色度微胶囊组成，其可以被配置为根据静电施加来显示不同的图像。这样的显示可能不需要电力来保持其图像，而仅需要电力来改变该图像。如图2所示，电泳系统10B可以包含上基底层101 (例如塑料层)、实质上透明的电极层102 (例如氧化铟锡痕量、氧化银钛痕量)、一个或多个透明微胶囊103、电极像素层107、以及底支持基底108。每个微胶囊103可以包含一个或多个被正充电的(或者负充电的)白色色素要素104、一个或多个被负充电的(或者正充电的)黑色色素要素105、以及透明或者上色的悬浮介质106，充电的色素要素104和105可以响应于跨电极层102和107施加的电压来通过悬浮介质106流动。此外，尽管示出的是黑色和白色素要素，但微胶囊103可以具有任何色素(例如红绿蓝(RGB)分布)，以便对电泳系统100B给予多颜色显示能力。此夕卜，悬浮介质还可以被上色，以提供附加的上色组件。
[0023]在具有三个或三个以上的色素要素类型的系统中，色素要素可以在各颜色之间具有相对的电荷层次。例如，红色色素要素可以具有第一电荷，绿色色素可以具有大于第一电荷的第二电荷，并且蓝色色素要素可以具有大于第二电荷的第三电荷。
[0024]在另一个实施例中，色素要素在本质上可以是极性的，包括具有第一颜色和第一电荷(例如正)的第一端、以及具有第二颜色和第二电荷(例如负)的第二端。对这样的极性色素要素施加电压可以使色素要素取向为给定的方向，从而对微胶囊给予颜色。
[0025]情况可以是充电的色素要素可以具有电荷的变化程度，使得其流动特性(速率、聚集等)可以更具体地通过变化施加的电压来配置。例如，在包含具有相同的电荷极性但是具有不同的电荷强度的2个充电的色素要素的微胶囊103的情况下，情况可以是施加第一电压等级仅够迀移充电的颗粒中的一种，但是施加第二电压才够迀移充电的颗粒中的两种。
[0026]这样的电泳技术可以整合到3D打印技术中，便于3D打印产品表面处理。例如，在制造3D打印产品(例如经由3D打印机械手100)期间，产品的外表面可以至少部分覆盖有使用3D打印技术的电泳系统100B。例如，如图1所示，底支持表面108可以是由3D打印机械手100产生的3D打印产品的外表面。然后，3D打印机械手100可以使用3D打印材料沉积技术，进一步沉积电泳系统100B的组件(即电极像素层107、透明微胶囊103、透明电极层102、和可选地透明上基底)。这样的方法能够有效被用于通过用电泳系统100B来覆盖产品并配置电极层102和107来“喷涂”3D打印的产品的外表面。由电泳系统100B的配置实现的上色实质上可以是静态的，因为甚至在跨电极层102和107的电压移除之后，该上色也保持在由电极层102和107指明的状态。
[0027]这样的电泳涂料可以通过构建具有3D打印的微胶囊103的层的电泳显示，为平面以及不规律表面很好地上色。
[0028]在另一个实施例中，一个或多个有机发光二极管(OLED)要素(例如颗粒OLED成分、包含有机金属螯合物、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚芴聚(η-乙烯基咔唑)等)可以设置在在3D打印的产品的外表面上的电极层之间。参考图3，OLED系统100C可以包含设置在阴极110和阳极111之间的OLED 109。OLED 109可以包含有机发光层112和有机导电层113，电子114可以在有机发光层112与有机导电层113之间的界面与空穴115交互，导致产生一个或多个光子。
[0029]OLED系统100C可以以类似于上述相对于电泳系统100Β描述的方式，设置在3D打印的产品108上。例如，如图3所示，底支持表面108可以是由3D打印机械手100产生的3D打印产品108的外表面。然后，3D打印机械手100可以使用3D打印材料沉积技术，进一步沉积OLED系统100C的组件(即阳极111、OLED 109、阴极110等)。
[0030]阴极110和阳极111可以被配置为对OLED 109供电，以在3D打印的产品108的外表面产生显示的图像。OLED系统100C可以是有源的系统，其中，OLED系统100C的上色可以随着时间变化，以在静态图像之间循环，从而提供视频显示能力。
[0031]图4和随后的图包含操作流程的不同示例，可以参照图1-3的上述示例性环境进行讨论和解释。然而，应该理解的是操作流程可以在多个其他环境和背景中和/或图1-3的修改版本执行。此外，尽管各种可操作流程呈现为示出的顺序，但应该理解的是各种操作可以以不同于示出的顺序按先后顺序执行，或者可以并行执行。
[0032]此外，在绘出各种流程处理的下面的图中，各种操作可以以框中框的方式绘出。这样的绘图可以表明在内部框中的操作可以包括一个或多个外部框中示出的可操作步骤的可选示例实施例。然而，应该理解的是，内部框操作可以被看作是与任何关联的外部框分离的独立操作，并可以相对于所有其他示出的操