背景技術(shù)：

使用三維(3d)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)數(shù)據(jù)的按需部件制造，也稱為3d打印，正在改進(jìn)和變得更流行。3d打印技術(shù)可以包括多種不同的技術(shù)方法。3d打印方法的一個實(shí)例是選擇性激光燒結(jié)，其使用聚焦激光束以加熱和融合粉末材料以制造部件。用于形成3d部件的另一個實(shí)例是旋轉(zhuǎn)模制，也被稱為滾塑，其將粉末材料放置在中空模具中然后在加熱的同時旋轉(zhuǎn)模具，使得粉末材料熔融并涂覆模具的一個或多個內(nèi)表面以形成中空部件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開描述了如通過無定形聚合物粉末的選擇性激光燒結(jié)或滾塑，由聚合物材料形成部件的系統(tǒng)和方法，和特別是由包括聚碳酸酯的無定形聚合物材料形成部件的系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的發(fā)明人尤其認(rèn)識到要解決的問題是通過例如選擇性激光燒結(jié)或滾塑由聚合物粉末(特別是無定形聚合物粉末，如聚碳酸酯粉末)形成部件可以由于在部件中捕獲的空氣、水汽或揮發(fā)性物質(zhì)導(dǎo)致在所得部件中高百分比的空隙空間。本文中描述的系統(tǒng)和方法的多種實(shí)施方案可以提供解決這個問題的方案，如通過在加熱和固結(jié)過程中施加真空，這可以導(dǎo)致空氣、水汽或揮發(fā)性物質(zhì)中的一種或多種從聚合物粉末中快速釋放，導(dǎo)致孔隙率降低和總體部件密度提高。

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)尤其認(rèn)識到要解決的技術(shù)問題是通過例如選擇性激光燒結(jié)或滾塑由聚合物粉末(特別是無定形聚合物粉末，例如聚碳酸酯粉末)形成部件通常在加熱和固結(jié)過程中導(dǎo)致降解。本文中描述的系統(tǒng)和方法的多種實(shí)施方案可以提供解決這個問題的方案，如通過在加熱和固結(jié)過程中施加真空，這可以導(dǎo)致降低固結(jié)所需的能量，減少熱降解。

附圖說明

圖1是用于使用聚合物(例如聚碳酸酯)粉末的選擇性激光燒結(jié)制造部件的示例性系統(tǒng)的示意圖。

圖2是通過選擇性激光燒結(jié)形成的聚碳酸酯部件的百分比孔隙率與其彎曲強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖表。

圖3是通過在真空環(huán)境中聚碳酸酯粉末的選擇性激光燒結(jié)形成部件的示例性方法的流程圖。

圖4a是用于通過滾塑聚碳酸酯粉末制造部件的示例性系統(tǒng)在滾塑開始之前的示意圖。

圖4b是圖4a的示例性系統(tǒng)在聚碳酸酯部件已經(jīng)形成后的示意圖。

圖5是通過在真空環(huán)境中聚碳酸酯粉末的滾塑形成部件的示例性方法的流程圖。

圖6a是聚碳酸酯粉末的顆粒在加熱和固結(jié)粉末之前的概念性特寫視圖。

圖6b是當(dāng)開始施加真空時聚碳酸酯粉末的概念性特寫視圖。

圖6c是聚碳酸酯粉末顆粒在導(dǎo)致粉末顆粒軟化或熔融和融合的加熱后的概念性特寫視圖。

圖6d是在從軟化的或熔融的和融合的粉末顆粒周圍的空隙空間中移除空氣，導(dǎo)致空隙空間塌陷后，軟化的或熔融的和融合的聚碳酸酯粉末的概念性特寫視圖。

圖7是顯示在實(shí)施例中使用的聚碳酸酯粉末的大小分布的圖表。

圖8a-8d顯示了在加熱循環(huán)過程中不施加真空的情況下，在聚碳酸酯粉末加熱和固結(jié)過程中在不同時間的一系列聚碳酸酯粉末。

圖9顯示了通過加熱和固結(jié)形成的兩個聚碳酸酯板的并排比較，其中一個板是在沒有真空輔助的情況下形成的(左)，一個是在有真空輔助的情況下形成的(右)。

圖10顯示了在沒有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯厚板的沖擊試驗(yàn)樣品的特寫照片。

圖11顯示了在有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯厚板的沖擊試驗(yàn)樣品的特寫照片。

圖12顯示了在沒有真空輔助的情況下形成的所示聚碳酸酯樣品(圖10a)的10倍放大的照片，顯示了在厚板中形成了相對大的空氣空隙。

圖13顯示了在有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯樣品(圖10b)的10倍放大的照片，顯示了不存在大的空隙。

具體實(shí)施方式

通過如3d打印或其它快速原型法的3d部件的快速原型由于它們的多用途性和建造的高速而已經(jīng)獲得普及。本公開描述了通過以下的聚碳酸酯粉末的選擇性激光燒結(jié)(或“sls”)：將激光束或其它聚焦的能量束選擇性瞄準(zhǔn)位于目標(biāo)區(qū)內(nèi)的聚碳酸酯粉末層以選擇性熔融和融合聚碳酸酯從而形成融合的聚碳酸酯部件的一個或多個聚碳酸酯層。本公開還描述了通過以下的聚碳酸酯粉末的旋轉(zhuǎn)模塑，也被稱為“滾塑”：在旋轉(zhuǎn)模具的同時在模具中加熱聚碳酸酯粉末以沿著模具的至少一個內(nèi)表面形成聚碳酸酯部件。

對于無定形聚合物材料，如聚碳酸酯，sls和滾塑是不切實(shí)際的，因?yàn)闊o定形聚碳酸酯不具有如結(jié)晶聚合物如聚酰胺或聚烯烴具有的良好限定的熔點(diǎn)。如本文中使用的，術(shù)語“無定形聚合物材料”，還稱為“非結(jié)晶聚合物材料”或“無定形聚合物材料”的可以指不以結(jié)晶聚合物的典型特征的長程有序性固化的聚合物材料。無定形聚合物材料通常具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或玻璃化轉(zhuǎn)變范圍而非如結(jié)晶聚合物典型的良好限定的熔點(diǎn)。因此，無定形聚合物傾向于在寬溫度范圍內(nèi)軟化或熔融而非在固定的熔點(diǎn)下液化。無定形聚合物材料當(dāng)在寬溫度范圍內(nèi)部分熔融時傾向于具有高粘度，使得無定形聚合物粉末顆粒傾向于更通常保持它們的形狀和結(jié)構(gòu)并融合在一起。這可以導(dǎo)致融合的無定形聚合物粉末留下相對高的孔隙率百分比。另外，由于無定形聚合物材料通常熔融不完全，空氣和其它氣體可以被捕獲在得到的部件的空隙空間中。相對大的孔隙率和在空隙空間中捕獲的空氣或氣體可以導(dǎo)致得到的部件具有相對低的密度和相對低的部件強(qiáng)度。增加熱能輸入(例如激光能量或爐熱量)以充分熔融聚合物到足夠低的粘度使得可以充分降低孔隙率增加了過程的能量需求。此外，增加熱輸入以嘗試充分熔融無定形聚合物可以導(dǎo)致聚合物降解。無定形聚合物材料的實(shí)例包括但不限于聚碳酸酯和其它熱塑性聚合物，例如聚(對亞苯基醚)和聚酰亞胺，例如聚醚酰亞胺。

本公開描述了尤其用于通過基于熱的成型，如通過包含聚碳酸酯的粉末的選擇性激光燒結(jié)或滾塑的無定形聚合物如聚碳酸酯的快速原型的系統(tǒng)和方法。本文中描述的系統(tǒng)和方法也可以用于更傳統(tǒng)地由這些方法加工的材料，如金屬和結(jié)晶聚合物的sls或滾塑。本文中描述的系統(tǒng)和方法包括將真空施加到其中放置聚碳酸酯粉末的構(gòu)建室以減少或消除在被形成的聚碳酸酯部件內(nèi)的空隙空間的形成。施加到構(gòu)建室的真空可以足夠強(qiáng)使得其將空氣或其它氣體從軟化的或熔融的粉末顆粒周圍形成的空隙空間中排出，使得將要形成的空隙空間至少部分或完全塌陷。在所形成的部件中降低的孔隙率導(dǎo)致部件的密度和強(qiáng)度增加，并且還可以導(dǎo)致更高的材料透明度、延展性或其它改善的性質(zhì)。另外，真空的使用可以允許更低的實(shí)現(xiàn)相同水平的孔隙率所需要的熱輸入，例如更低的激光強(qiáng)度或降低的爐溫，因此對于相同的過程需要更低的能量。更低的熱輸入還可以降低在sls或滾塑過程中由于例如聚碳酸酯的焦化或其它熱分解導(dǎo)致的聚合物降解的可能性。在真空壓力下聚合物的增加的流動還可以導(dǎo)致在部件生產(chǎn)過程中改善的分子擴(kuò)散。其還可以導(dǎo)致與通過不在真空下或在不充分真空下的sls或滾塑制備的部件相比更光學(xué)透明(對于透明聚合物)的部件或具有改善的表面質(zhì)量的部件。

圖1顯示了用于由可融合粉末制造部件12，且特別是用于由可融合無定形聚合物粉末如聚碳酸酯制造部件12的選擇性激光燒結(jié)(sls)系統(tǒng)10的實(shí)例。sls系統(tǒng)10可以包括構(gòu)建室14，其內(nèi)含了其中將構(gòu)建部件12的目標(biāo)區(qū)16。

sls系統(tǒng)10還可以包括一個或多個用于將可融合粉末22進(jìn)料到目標(biāo)區(qū)16的粉末進(jìn)料系統(tǒng)18、20。第一粉末進(jìn)料系統(tǒng)18可以包括用于容納新鮮粉末22的第一粉末筒24和用于將可融合粉末22從第一粉末筒24移動到目標(biāo)區(qū)16的粉末移動機(jī)構(gòu)。類似地，第二粉末進(jìn)料系統(tǒng)20可以包括用于容納新鮮粉末22的第二粉末筒26和用于將可融合粉末22從二粉末筒24移動到目標(biāo)區(qū)16的粉末移動機(jī)構(gòu)。粉末筒24、26和目標(biāo)區(qū)16可以組合起來形成具有上粉末表面30的粉末床28，其中目標(biāo)區(qū)16在上粉末表面30處形成粉末床28的一部分，例如粉末床28的中心部分。

每個粉末進(jìn)料系統(tǒng)18、20的粉末移動機(jī)構(gòu)可以包括將可融合粉末22向上推向粉末床28的活塞，例如位于第一粉末進(jìn)料系統(tǒng)18的第一粉末筒24中的第一活塞32和位于第二粉末進(jìn)料系統(tǒng)20的第二粉末筒26中的第二活塞34。每個活塞32、34可以將測定量的可融合粉末22從相應(yīng)的粉末筒24、26向上推向粉末床28。粉末移動機(jī)構(gòu)還可以包括粉末推動器，如粉末輥36，其可以將已經(jīng)被活塞32、34從筒24、26中的一個升起的粉末22推到目標(biāo)區(qū)16上。粉末輥36還可以推平粉末22，使得粉末床28的至少目標(biāo)區(qū)16部分具有平坦的或基本平坦的上粉末表面30，該上粉末表面30呈現(xiàn)于用于燒結(jié)的激光(下文中詳細(xì)描述)。粉末移動機(jī)構(gòu)可以包括單獨(dú)的粉末輥36，其可以在多個粉末進(jìn)料系統(tǒng)之間移動，如在第一和第二粉末進(jìn)料系統(tǒng)18、20之間來回移動，如圖1中所示，或者每個粉末進(jìn)料系統(tǒng)18、20可以包括其自己專用的粉末輥。

sls系統(tǒng)10還包括可以發(fā)出聚焦的能量束42如激光束的系統(tǒng)40。為了簡潔的目的，系統(tǒng)40在本文中將被稱為激光系統(tǒng)40，且聚焦的能量束42將被稱為激光束42。在一個實(shí)施例中，激光系統(tǒng)40可以配置為發(fā)出二氧化碳激光束42，例如在約60w功率下發(fā)出約10.6μm波長的co2激光器。

激光系統(tǒng)40可以包括將發(fā)出激光束42的激光裝置44和可以定位并引導(dǎo)激光裝置44以使激光束42瞄準(zhǔn)在目標(biāo)區(qū)16內(nèi)的激光定位系統(tǒng)46。如上所述，激光定位系統(tǒng)46可以配置為使激光束42瞄準(zhǔn)到目標(biāo)區(qū)16的在x-y笛卡爾網(wǎng)格內(nèi)的任何位置，其可以允許在構(gòu)建部件12的每個層的同時使用cad數(shù)據(jù)對準(zhǔn)激光束42。激光定位系統(tǒng)46可以包括可以儲存與構(gòu)建部件12的每個層相關(guān)聯(lián)的cad數(shù)據(jù)的存儲裝置。激光定位系統(tǒng)46還可以包括可以從儲存裝置讀取cad數(shù)據(jù)和確定激光器44的必要移動指令的處理器或控制器。激光定位系統(tǒng)46可以進(jìn)一步包括一個或多個電動機(jī)或其它機(jī)構(gòu)，其可以將激光裝置44移動到相對于目標(biāo)區(qū)16的希望的方向，從而將激光束42及時瞄準(zhǔn)到在希望點(diǎn)處的希望位置上，從而將預(yù)定位置處的粉末22加熱和融合以構(gòu)建部件12的每個層。

如上所述，常規(guī)的選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)通常不良好地適用于選擇燒結(jié)包含無定形聚合物材料如聚碳酸酯的粉末22。如上所述，聚碳酸酯和其它無定形聚合物材料傾向于在玻璃化轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)軟化而非在良好限定的熔點(diǎn)下熔融，并且當(dāng)它們確實(shí)熔融時傾向于具有高粘度，使得粉末22的顆粒在軟化或熔融的同時傾向于保持它們的形狀，使得無定形聚合物粉末融合在一起，在融合的粉末周圍具有較大的的孔隙率百分比。較大的孔隙率可以導(dǎo)致具有低密度和低強(qiáng)度的部件。

本公開的sls系統(tǒng)10配置為用于去除至少一部分否則當(dāng)通過選擇性激光燒結(jié)由無定形聚合物材料形成部件12時會出現(xiàn)的空隙空間。sls系統(tǒng)10可以通過將真空施加到構(gòu)建室14使得粉末床28的壓力等于或低于閾值壓力而防止至少一部分將會出現(xiàn)的空隙空間的形成，閾值壓力是足夠低的使得可以從粉末22的周圍排出在粉末顆粒周圍的空隙空間內(nèi)的空氣或其它氣體的至少一部分，導(dǎo)致在粉末22的顆粒由施加激光束42而軟化或熔融的同時，空隙空間塌陷。在一個實(shí)施例中，選擇閾值壓力以在由系統(tǒng)10構(gòu)建的部件12中提供指定的空隙空間或孔隙率。在一個實(shí)施例中，部件12的指定的孔隙率可以是15％(按體積計(jì))或更低，如14.9％或更低、14.8％或更低、14.7％或更低、14.6％或更低、14.5％或更低、14.4％或更低、14.3％或更低、14.2％或更低、14.1％或更低、14％或更低、13.9％或更低、13.8％或更低、13.7％或更低、13.6％或更低、13.5％或更低、13.4％或更低、13.3％或更低、13.2％或更低、13.1％或更低、13％或更低、12.9％或更低、12.8％或更低、12.7％或更低、12.6％或更低、12.5％或更低、12.4％或更低、12.3％或更低、12.2％或更低、12.1％或更低、12％或更低、11.9％或更低、11.8％或更低、11.7％或更低、11.6％或更低、11.5％或更低、11.4％或更低、11.3％或更低、11.2％或更低、11.1％或更低、11％或更低、10.9％或更低、10.8％或更低、10.7％或更低、10.6％或更低、10.5％或更低、10.4％或更低、10.3％或更低、10.2％或更低、10.1％或更低、10％或更低、9％或更低、8％或更低、7％或更低、6％或更低、5％或更低、4％或更低、3％或更低、2％或更低或1％或更低。

為了適于將真空施加到構(gòu)建室14，sls系統(tǒng)10可以包括真空出口48。真空出口48的第一端與構(gòu)建室14流體連通，且真空出口48的第二端與真空裝置50流體連通。真空裝置50可以能夠通過真空出口48抽出足夠的真空壓力，使得如果當(dāng)粉末22通過將激光束42選擇性施加至粉末22以構(gòu)建部件12而軟化或熔融和融合時施加真空，則構(gòu)建室14內(nèi)的壓力可以足夠低以減少或消除在部件12中的空隙空間。

在構(gòu)建室14中的壓力是否足夠低以減少或消除空隙空間可以取決于多種因素，包括無定形聚合物材料的物理性質(zhì)，如無定形聚合物材料的熔體體積速率(mvr)、材料的熔體粘度、材料的密度、材料的分子量、材料的熱轉(zhuǎn)變(無定形聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(或溫度范圍)的方面)和在sls過程中激光系統(tǒng)40可以將粉末22加熱到的溫度。在采用聚碳酸酯聚合物材料的實(shí)施例中，當(dāng)施加真空時，在構(gòu)建室14中的壓力可以處于或低于約-20英寸汞柱(英寸hg)(約-68千帕斯卡(kpa))的閾值壓力，如處于或低于約-21英寸hg(約-71kpa)、處于或低于約-22英寸hg(約-74.5kpa)、處于或低于約-23英寸hg(約-78kpa)、處于或低于約-24英寸hg(約-81kpa)、處于或低于約-25英寸hg(約-85kpa)、處于或低于約-25.5英寸hg(約-86kpa)、處于或低于約-26.5英寸hg(約-90kpa)、處于或低于約-27英寸hg(約-91kpa)、處于或低于約-27.5英寸hg(約-93kpa)、處于或低于約-28英寸hg(約-95kpa)、處于或低于約-28.5英寸hg(約-96.5kpa)、處于或低于約-29英寸hg(約-98kpa)、處于或低于約-29.5英寸hg(約-100kpa)、處于或低于約-30英寸hg(約-101.5kpa)、例如處于或低于約-35英寸hg(約-119kpa)、其可以足以減少通過sls形成的聚碳酸酯內(nèi)的空隙空間。

可以選擇構(gòu)建室14內(nèi)的閾值壓力以提供在真空環(huán)境中的sls后所得部件12的預(yù)定的孔隙率百分比。在一個實(shí)施例中，可以選擇閾值真空壓力，使得達(dá)到在所得部件12內(nèi)的預(yù)定的絕對孔隙率，如約15％或更低、如約10％或更低、如約7％或更低、約6.5％或更低、約6％或更低、約5.5％或更低、約5％或更低、約4％或更低、約3％或更低、或約2.5％或更低的孔隙率。在一個實(shí)施例中，可以選擇閾值真空壓力以提供與未軟化的和未融合的粉末(例如在sls之前的粉末22)的孔隙率相比，或與如果在sls之前、過程中或之后即刻沒有施加真空壓力而會出現(xiàn)的孔隙率相比，在最終的部件12中的孔隙率的百分比降低。在另一個實(shí)施例中，可以選擇閾值真空壓力，使得最終部件12的最終密度處于或高于預(yù)定的密度，預(yù)定的密度取決于用于形成部件12的一種或多種材料。在又一個實(shí)施例中，可以選擇閾值真空壓力，使得與未軟化的和未融合的粉末的密度相比，或與如果在sls之前、過程中或之后即刻沒有施加真空壓力而會出現(xiàn)的密度相比，最終部件12的密度增加預(yù)定的百分比。

在一個實(shí)施例中，可以選擇構(gòu)建室14內(nèi)的閾值壓力以實(shí)現(xiàn)低于閾值孔隙率的孔隙率，閾值孔隙率是基于指定的物理性質(zhì)如部件的彎曲強(qiáng)度的所得閾值選擇的。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于無定形聚合物材料，當(dāng)部件12的孔隙率高于特定閾值時，則彎曲強(qiáng)度可以在孔隙率增加時以成比例的方式降低。然而在一些實(shí)施例中，當(dāng)部件的孔隙率低于閾值時，彎曲強(qiáng)度將傾向于是大致相等的。圖2顯示了聚碳酸酯部件的孔隙率和該聚碳酸酯部件的彎曲強(qiáng)度之間的關(guān)系。如在圖2中可見，存在位于約6％的確切孔隙率閾值，其在一些實(shí)施例中可以±約0.5％。低于該閾值6％孔隙率，部件12的彎曲強(qiáng)度傾向于集中在約76兆帕(mpa)的平均值周圍。然而，高于閾值6％孔隙率，對應(yīng)于孔隙率百分比，彎曲強(qiáng)度以大致線性方式降低。預(yù)計(jì)其它無定形聚合物材料也將表現(xiàn)出與對聚碳酸酯所示出的類似的孔隙率閾值。

sls系統(tǒng)10可以還包括測量構(gòu)建室14的壓力的壓力傳感器52，如壓力表。壓力傳感器52可以用于控制真空裝置50以通過如壓力控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在構(gòu)建室14內(nèi)的預(yù)定的真空壓力。例如，壓力傳感器52可以與控制器或處理器相聯(lián)通，控制器或處理器可以編程或配置為在壓力傳感器52和真空裝置50之間使用反饋回路運(yùn)行。壓力傳感器52還可以用于控制激光系統(tǒng)40，使得激光束42僅當(dāng)構(gòu)建室14處在預(yù)定壓力或壓力范圍下時被激活。例如，可以希望的是，僅當(dāng)將預(yù)定的真空壓力施加到構(gòu)建室14時，例如僅當(dāng)在構(gòu)建室14中的壓力處于或低于閾值壓力時，激光裝置44才發(fā)出激光束42以燒結(jié)粉末22和構(gòu)建部件12。可替換地，sls系統(tǒng)10可以配置為使得僅當(dāng)在構(gòu)建室14中的壓力高于壓力閾值時，激光裝置44才發(fā)出激光束42。

sls系統(tǒng)10還可以包括與構(gòu)建室14流體連通的排氣口54。排氣口54可以出于多種原因而打開和關(guān)閉。例如，可以打開排氣口54用于注入吹掃氣體，如氮?dú)?n2)或氬氣(ar)，以從構(gòu)建室14中吹掃不期望的氣體組合物如有機(jī)揮發(fā)物。還可以打開排氣口54，通過例如允許空氣流入到構(gòu)建室14中以將在構(gòu)建室14中的壓力與大氣壓力平衡來以釋放構(gòu)建室內(nèi)的真空?？梢蕴峁┐祾邭怏w進(jìn)料系統(tǒng)56以將吹掃氣體通過排氣口54進(jìn)料到構(gòu)建室14中。

圖3是通過包含無定形聚合物材料的可融合粉末的選擇性激光燒結(jié)形成部件的示例性方法100的流程圖。方法100可以在102處包括將無定形聚合物粉末如聚碳酸酯粉末供應(yīng)到選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)的構(gòu)建室內(nèi)的目標(biāo)區(qū)。在104處，可以將真空施加到構(gòu)建室直到構(gòu)建室內(nèi)的壓力處于或低于預(yù)定的壓力閾值。如上所述，可以選擇預(yù)定壓力閾值以實(shí)現(xiàn)以下一種或多種：孔隙率處于或低于得到的部件的預(yù)定孔隙率；與未軟化的和未融合的粉末的孔隙率相比，或與如果不施加真空會導(dǎo)致的孔隙率相比，孔隙率的至少預(yù)定的降低；密度處于或高于預(yù)定的密度；與未軟化的和未融合的粉末的密度相比，或與如果不施加真空會導(dǎo)致的密度相比，密度的至少預(yù)定的增加。真空的施加(104)可以導(dǎo)致構(gòu)建室內(nèi)的空氣排出，包括至少一部分在粉末的空隙空間內(nèi)的空氣。真空的施加(104)還可以從粉末排出除空氣外的化合物，例如可以存在于無定形粉末中的包括揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)性化合物，例如在生產(chǎn)聚合物材料或形成粉末之后留下的揮發(fā)性副產(chǎn)物。

在106處，可以將聚焦的能量束如激光束，如以圖案化的方式選擇性施加到目標(biāo)區(qū)，以在目標(biāo)區(qū)的選擇部分處融合粉末?？梢允褂美鏲ad數(shù)據(jù)瞄準(zhǔn)聚焦的能量束。cad數(shù)據(jù)可以包括對應(yīng)于最終部件的截面中的材料的位置的準(zhǔn)備的cad數(shù)據(jù)。

在108處，在選擇性施加聚焦的能量束(106)后，將在步驟106中構(gòu)建的部件的層相對于目標(biāo)區(qū)移動以為構(gòu)建部件的另一個層制造空間。例如，部件的已構(gòu)建部分可以相對于目標(biāo)區(qū)向下移動。然后，在110處，可以將另外的新鮮粉末供應(yīng)到目標(biāo)區(qū)以提供用于部件的隨后層的新鮮構(gòu)建材料。在一些實(shí)施例中，當(dāng)將部件相對于目標(biāo)區(qū)移動(108)和將另外的新鮮構(gòu)建材料供應(yīng)給目標(biāo)區(qū)(110)時，已經(jīng)構(gòu)建的層(例如在步驟106后)可以保持熔融。

為了完成部件，可以根據(jù)需要以逐層的方式重復(fù)步驟106、108和110多次以構(gòu)建部件。例如，可以通過選擇性施加聚焦的能量束(106)形成第一層，第一層可以相對于目標(biāo)區(qū)向下移動(108)，并且可以將新鮮粉末供應(yīng)到目標(biāo)區(qū)(110)，使得新鮮粉末位于第一層的頂部。然后，可以通過將聚焦的能量束選擇性施加到新鮮粉末(106)形成第二層，可以將第一和第二層相對于目標(biāo)區(qū)向下移動(108)，并且可以將新鮮粉末供應(yīng)到目標(biāo)區(qū)(110)，并且使其位于第二層的頂部。隨后，可以通過將聚焦的能量束選擇性施加到新鮮粉末(106)形成第三層，可以將第一、第二和第三層相對于目標(biāo)區(qū)向下移動(108)，并且可以將新鮮粉末供應(yīng)到目標(biāo)區(qū)(110)。這些步驟可以重復(fù)用于第四層、第五層、第六層等直到完全形成部件。

在重復(fù)步驟106(選擇性施加聚焦的能量束)、108(移動(一個或多個)層)和110(供應(yīng)新鮮粉末)的同時，可以開始和保持真空施加(104)?？商鎿Q地，可以在施加真空(104)之前，只要當(dāng)施加真空時粉末的選擇部分仍是軟化的或熔融的，對每個層選擇性施加聚焦的能量束(106)，使得空隙空間中的空氣可以排出并且空隙空間可以塌陷，如上所述。以此方式，可以對于每個層重復(fù)施加真空。

圖4a和4b顯示了滾塑系統(tǒng)120的實(shí)例，其用于由可融合粉末制造部件122(圖4b)，且特別用于由可融合無定形聚合物粉末如聚碳酸酯制造部件122。滾塑系統(tǒng)120可以包括模具124，其包含其中將形成部件122的構(gòu)建室126，也稱為模腔126。模腔126可以具有對應(yīng)于待形成的部件122的外部形狀的內(nèi)部形狀。

滾塑系統(tǒng)120可以包括用于將可融合粉末130進(jìn)料到模腔126中的粉末進(jìn)料系統(tǒng)128?？扇诤戏勰?30可以是任何可以用于通過滾塑形成部件122的無定形或非無定形(例如結(jié)晶的)聚合物。如上所述，滾塑系統(tǒng)120可以特別適用于形成聚碳酸酯部件122，并且因此，為了簡明的目的，在本文中將可融合粉末130描述為聚碳酸酯粉末130。

滾塑系統(tǒng)120還可以包括加熱器132，其用于加熱模具124以加熱在模腔126中的聚碳酸酯粉末130從而形成熔融的聚碳酸酯。加熱器132可以通過例如直接加熱模具124的一個或多個壁134而直接加熱模具124，使得從加熱器132轉(zhuǎn)移到一個或多個壁134的熱將轉(zhuǎn)移到聚碳酸酯粉末130。

滾塑系統(tǒng)120還可以包括一個或多個旋轉(zhuǎn)裝置，其用于在模具124被加熱器132加熱的同時旋轉(zhuǎn)模具124，使得通過熔融聚碳酸酯粉末130形成的熔融的聚碳酸酯將沿著模具壁134的一個或多個內(nèi)表面136強(qiáng)向外擠出。一個或多個旋轉(zhuǎn)裝置可以單軸地(例如，圍繞僅一個軸旋轉(zhuǎn))或雙軸地(例如，關(guān)于相對于彼此成角度的兩個軸旋轉(zhuǎn)，例如第一旋轉(zhuǎn)軸相對于第二旋轉(zhuǎn)軸成90°的角度)旋轉(zhuǎn)模具124。在一個實(shí)施例中，在圖4中顯示，第一旋轉(zhuǎn)裝置138可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸140旋轉(zhuǎn)模具124，和第二旋轉(zhuǎn)裝置142可以圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸144旋轉(zhuǎn)模具，使得旋轉(zhuǎn)裝置138、142雙軸旋轉(zhuǎn)模具124。

圖4a顯示了在已經(jīng)將粉末130進(jìn)料到模腔126之后但在進(jìn)行滾塑之前使得聚碳酸酯保持為粉末130的形式的滾塑系統(tǒng)120。圖4b顯示了在滾塑之后的系統(tǒng)120，其中部件122已經(jīng)形成在模具壁134的內(nèi)表面136的至少一部分上。

如上所述，常規(guī)的滾塑系統(tǒng)通常不很好地適用于滾塑包含無定形聚合物材料如聚碳酸酯的粉末130。聚碳酸酯和其它無定形聚合物材料傾向于在玻璃化轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)軟化而非在良好限定的熔點(diǎn)下熔融，并且當(dāng)它們確實(shí)熔融時傾向于具有高粘度，使得粉末130的顆粒在軟化或熔融的同時傾向于保持它們的形狀，使得無定形聚合物粉末以融合粉末周圍較大的孔隙率百分比融合在一起。較大的孔隙率可以導(dǎo)致具有低密度和低強(qiáng)度的部件122。

本文中描述的滾塑系統(tǒng)120配置為去除至少一部分否則當(dāng)通過滾塑由聚碳酸酯粉末130形成部件122時會出現(xiàn)的空隙空間。滾塑系統(tǒng)120可以通過將真空施加到模腔126使得粉末130經(jīng)歷的壓力處于或低于閾值壓力，而防止至少一部分會出現(xiàn)的空隙空間的形成，該閾值壓力足夠低使得可以從粉末130的周圍排出粉末顆粒周圍的空隙空間內(nèi)的空氣或其它氣體的至少一部分，導(dǎo)致在粉末130的顆粒由于施加來自加熱器132的熱而被軟化或熔融的同時，空隙空間塌陷?？梢赃x擇閾值壓力以在由滾塑系統(tǒng)120形成的部件122中提供指定的空隙空間或孔隙率。在一個實(shí)施例中，部件122的指定的孔隙率可以是15％(按體積計(jì))或更低，例如14.9％或更低、14.8％或更低、14.7％或更低、14.6％或更低、14.5％或更低、14.4％或更低、14.3％或更低、14.2％或更低、14.1％或更低、14％或更低、13.9％或更低、13.8％或更低、13.7％或更低、13.6％或更低、13.5％或更低、13.4％或更低、13.3％或更低、13.2％或更低、13.1％或更低、13％或更低、12.9％或更低、12.8％或更低、12.7％或更低、12.6％或更低、12.5％或更低、12.4％或更低、12.3％或更低、12.2％或更低、12.1％或更低、12％或更低、11.9％或更低、11.8％或更低、11.7％或更低、11.6％或更低、11.5％或更低、11.4％或更低、11.3％或更低、11.2％或更低、11.1％或更低、11％或更低、10.9％或更低、10.8％或更低、10.7％或更低、10.6％或更低、10.5％或更低、10.4％或更低、10.3％或更低、10.2％或更低、10.1％或更低、10％或更低、9％或更低、8％或更低、7％或更低、6％或更低、5％或更低、4％或更低、3％或更低、2％或更低或1％或更低。

為了適合將真空施加到模腔126，模腔126可以包括真空出口146。真空出口146與模腔126和真空裝置148流體連通。真空裝置148可以能夠通過真空出口146抽出足夠的真空壓力，使得在粉末130已經(jīng)由加熱器132加熱的同時軟化或熔融和融合之后施加真空時，在模腔126內(nèi)的壓力足夠低以減少或消除在部件122中的空隙空間。

在構(gòu)建室126中的壓力是否足夠低以減少或消除空隙空間可以取決于多種因素，包括無定形聚合物材料的物理性質(zhì)，例如無定形聚合物材料的熔體體積速率(mvr)、材料的熔體粘度、材料的密度、材料的分子量、材料的熱轉(zhuǎn)變(無定形聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(或溫度范圍)的方面)和在滾塑過程中加熱器132可以將粉末130加熱到的溫度。在采用聚碳酸酯粉末130的實(shí)施例中，當(dāng)施加真空時在模腔126中的壓力可以處于或低于約-20英寸汞柱(英寸hg)(約-68千帕斯卡(kpa))的閾值壓力，例如處于或低于約-21英寸hg(約-71kpa)、處于或低于約-22英寸hg(約-74.5kpa)、處于或低于約-23英寸hg(約-78kpa)、處于或低于約-24英寸hg(約-81kpa)、處于或低于約-25英寸hg(約-85kpa)、處于或低于約-25.5英寸hg(約-86kpa)、處于或低于約-26.5英寸hg(約-90kpa)、處于或低于約-27英寸hg(約-91kpa)、處于或低于約-27.5英寸hg(約-93kpa)、處于或低于約-28英寸hg(約-95kpa)、處于或低于約-28.5英寸hg(約-96.5kpa)、處于或低于約-29英寸hg(約-98kpa)、處于或低于約-29.5英寸hg(約-100kpa)、處于或低于約-30英寸hg(約-101.5kpa)、例如處于或低于約-35英寸hg(約-119kpa)，其可以足以降低在由sls形成的聚碳酸酯部件內(nèi)的空隙空間。

可以選擇模腔126內(nèi)的閾值壓力以提供真空環(huán)境中的sls后得到的部件12的預(yù)定的孔隙率百分比?？梢赃x擇閾值真空壓力，使得達(dá)到得到的部件內(nèi)的預(yù)定的絕對孔隙率，例如約15％或更低、例如約10％或更低、例如約7％或更低、約6.5％或更低、約6％或更低、約5.5％或更低、約5％或更低、約4％或更低、約3％或更低、或約2.5％或更低的孔隙率?？梢赃x擇閾值真空壓力以提供與未軟化的和未融合的粉末(例如在模具124中熔融之前的聚碳酸酯粉末130)的孔隙率相比，或與如果在滾塑之前、過程中或之后即刻沒有施加真空壓力而會出現(xiàn)的孔隙率相比，在最終的部件中的孔隙率的百分比降低。可以選擇閾值真空壓力，使得最終部件的最終密度處于或高于預(yù)定密度，預(yù)定的密度可以取決于用于形成部件的一種或多種材料?？梢赃x擇閾值真空壓力，使得與未軟化的和未融合的粉末的密度相比，或與如果在滾塑之前、過程中或之后即刻沒有施加真空壓力而會出現(xiàn)的密度相比，最終部件的密度增加預(yù)定的百分比。

可以選擇在模腔126內(nèi)的閾值壓力以達(dá)到低于閾值孔隙率的孔隙率，該閾值孔隙率是基于指定的物理性質(zhì)如部件的彎曲強(qiáng)度的所得閾值來選擇的。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于無定形聚合物材料如聚碳酸酯，當(dāng)部件的孔隙率高于特定閾值時，則彎曲強(qiáng)度可以在孔隙率增加時以成比例的方式降低。然而當(dāng)部件的孔隙率低于閾值時，彎曲強(qiáng)度可以傾向于是大致相等的。圖2(如上所述)顯示了聚碳酸酯部件的孔隙率和聚碳酸酯部件的彎曲強(qiáng)度之間的關(guān)系。如在圖2中可見，存在位于約6％的確切孔隙率閾值，其在一些實(shí)施例中可以±約0.5％。低于該閾值6％孔隙率，部件的彎曲強(qiáng)度可以傾向于集中在約76兆帕(mpa)的平均值周圍。然而，高于閾值6％孔隙率，對應(yīng)于孔隙率百分比，彎曲強(qiáng)度可以大致線性方式降低。預(yù)計(jì)其它無定形聚合物材料也將表現(xiàn)出與對聚碳酸酯所示出的類似的孔隙率閾值。

滾塑系統(tǒng)120可以還包括測量模腔126的壓力的壓力傳感器，如壓力表。壓力傳感器可以用于控制真空裝置148以通過例如壓力控制系統(tǒng)達(dá)到模腔126內(nèi)的預(yù)定真空壓力。壓力傳感器可以與控制器或處理器相聯(lián)通，控制器或處理器可以編程或另外配置為使用壓力傳感器和真空裝置148之間的反饋回路運(yùn)行。壓力傳感器還可以用于控制加熱器132，使得加熱器132僅當(dāng)模腔126處在預(yù)定壓力或壓力范圍下時被激活。例如，可能期望的是，僅當(dāng)將預(yù)定的真空壓力施加于模腔126時，例如僅當(dāng)在模腔126中的壓力處于或低于閾值壓力時，加熱器132才加熱模具124和其中的粉末130?？商鎿Q地，滾塑系統(tǒng)120可以配置為使得當(dāng)在模腔126中的壓力高于壓力閾值時，加熱器132加熱模具124。

圖5是通過包含無定形聚合物材料如聚碳酸酯粉末的可融合粉末的滾塑形成部件的示例性方法200的流程圖。方法200可以在202處包括將聚碳酸酯粉末供應(yīng)到作為滾塑系統(tǒng)一部分的模具的腔中。在204處，可以將真空施加到模腔直到在模腔內(nèi)的壓力等于或低于預(yù)定的壓力閾值。如上所述，可以選擇預(yù)定壓力閾值以實(shí)現(xiàn)以下一種或多種：孔隙率處于或低于得到的部件的預(yù)定孔隙率；與未軟化的和未融合的粉末的孔隙率相比，或與如果不施加真空會導(dǎo)致的孔隙率相比，孔隙率的至少預(yù)定的降低；密度處于或高于預(yù)定密度；與未軟化的和未融合的粉末的密度相比，或與如果不施加真空會導(dǎo)致的密度相比，密度的至少預(yù)定的增加。真空的施加(204)可以導(dǎo)致在模腔內(nèi)的空氣被排出，包括至少一部分在粉末的空隙空間內(nèi)的空氣。真空的施加(204)還可以從粉末中排出除空氣外的化合物，例如可以存在于無定形粉末中的包括揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)性化合物，例如在生產(chǎn)聚合物材料或形成粉末之后留下的揮發(fā)性副產(chǎn)物。

在206處，可以加熱模具以熔融和融合至少一部分粉末，從而形成融合的聚碳酸酯部件?？梢栽谑┘诱婵?204)的同時進(jìn)行加熱(206)，使得空氣和其它化合物的排出可以如上所述在聚合物粉末處于熔融或半熔融狀態(tài)時發(fā)生。施加真空(204)和加熱(206)可以導(dǎo)致處于或低于指定的閾值孔隙率的融合的聚碳酸酯部件，其中可以選擇所施加的真空壓力(步驟204)以達(dá)到處于或低于指定的閾值孔隙率的孔隙率。

在施加真空(204)和加熱模具(206)足以熔融粉末的聚合物材料如聚碳酸酯的時間后，在208處，可以使模具冷卻，使得允許已經(jīng)形成粉末的熔融聚合物材料以形成的部件的形狀再固化。在210處，可以將固化的部件從模具中移出，并且可以通過例如用聚碳酸酯粉末再填充模腔(202)，將指定的真空壓力施加到模腔(204)，加熱模具(206)，使部件冷卻和固化(208)，和將固化的部件從模具中移出(210)重復(fù)該過程。

圖6a-6d顯示了據(jù)信在能夠減少或消除通常在沒有施加真空環(huán)境的情況下在部件中會形成的空隙空間的真空環(huán)境中選擇性激光燒結(jié)或滾塑無定形聚合物粉末如聚碳酸酯粉末的過程中發(fā)生的概念性視圖。圖6a顯示了在選擇性激光燒結(jié)或滾塑包含多個粒子302的無定形聚合物粉末300，例如聚碳酸酯粉末之前，粉末300的概念性特寫視圖。在圖6a中示出的顆粒302可以代表在施加激光束42之前粉末床28中的粉末22的狀態(tài)，如對于圖1所描述的，或者代表在圖4的滾塑系統(tǒng)120中加熱之前在模腔126中的粉末130的狀態(tài)。顆粒302可以變得緊密堆積在一起，在顆粒302之間和周圍產(chǎn)生多個空隙空間304。在圖6a中示出的過程的階段，仍有在粉末300周圍和在空隙空間304內(nèi)存在的空氣306。

圖6b是當(dāng)開始施加真空時無定形聚合物粉末300的概念性特寫視圖，施加真空導(dǎo)致從構(gòu)建室中排出至少一部分空氣306。排出空氣306還可以導(dǎo)致從空隙空間304中排出至少一部分空氣306，其由圖6b中的箭頭308概念性表示。在已經(jīng)將真空施加到構(gòu)建室足夠的時間段后，將空氣306從構(gòu)建室中排出。當(dāng)涉及構(gòu)建室和/或空隙空間304時，如本文中使用的術(shù)語“排出”可以指在構(gòu)建室和空隙空間304內(nèi)的空氣的分壓低于閾值壓力。

在空氣306已經(jīng)從構(gòu)建室和空隙空間304中排出之后，可以將加熱裝置(如在圖1的sls系統(tǒng)10中的激光系統(tǒng)10，或在圖4的滾塑系統(tǒng)120中的加熱器132)用于至少部分地熔融粉末顆粒302的聚合物材料例如聚碳酸酯，使得顆粒302可以變得至少部分融合以形成部件。圖6c是在顆粒302已經(jīng)例如用聚焦的能量束，例如激光束，如sls的情況下，或者用作為滾塑過程一部分的加熱器加熱之后無定形聚合物粉末的概念性特寫視圖，加熱是為了增加粉末300的局部溫度高于無定形材料的軟化或熔融溫度，使得圖3a和3b的顆粒302變得軟化或熔融以形成軟化或熔融的無定形顆粒310。顆粒310可以變得軟化或熔融，使得顆粒308在多個融合截面312處融合在一起，導(dǎo)致融合的粉末314。

圖6c在無定形材料被軟化或熔融使得顆粒310變得融合截面312處融合在一起之后基本上即刻，但在空隙空間304由于空氣306從空隙空間304中排出而塌陷之前的時間點(diǎn)示出。圖6d是在圖6c中示出的之后的時間處，軟化的/熔融的和融合的無定形聚合物粉末314的概念性特寫視圖。如上所述，空氣306已經(jīng)從空隙空間304中排出并且軟化的或熔融的顆粒310內(nèi)的重量和/或內(nèi)壓可以產(chǎn)生軟化的或熔融的顆粒310周圍的至少部分塌陷的空隙空間316(圖6d)。塌陷的空隙空間316還可以導(dǎo)致軟化的或熔融的顆粒310的更大表面積的接觸，其可以產(chǎn)生更大的融合界面318。坍塌的空隙空間316和更大的融合截面318可以提供緊密融合的粉末320，其具有比在圖6c中示出的融合的粉末314更高的密度和更低百分比的空隙空間，例如具有比在不施加真空，導(dǎo)致從空隙空間304中排出空氣306的情況下可能的密度和空隙空間分?jǐn)?shù)更高的密度和更低的空隙空間分?jǐn)?shù)。

發(fā)明人還強(qiáng)調(diào)的是，真空的施加在sls或滾塑的加熱和燒結(jié)過程中促進(jìn)了吸收的水汽或其它揮發(fā)物的快速消散。在滾塑中實(shí)現(xiàn)真空可以是挑戰(zhàn)性的，因?yàn)闈L塑系統(tǒng)120將需要抵抗相對高的負(fù)壓，例如高達(dá)約1大氣壓的負(fù)壓。在模制操作過程中避免真空出口146的堵塞也可以是困難的。然而，據(jù)信在滾塑過程中使用真空可以允許形成相對厚截面的部件，其具有基本上“無氣泡”的相對低的孔隙率。到目前為止，發(fā)明人已經(jīng)形成了最高至0.5英寸(約1.3cm)厚的聚碳酸酯片，并且據(jù)信使用本文中描述的滾塑技術(shù)，甚至更厚截面的澄清聚碳酸酯是可能的。

實(shí)施例

使用設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)用于滾塑工業(yè)的市售粉末的設(shè)備研磨聚碳酸酯樹脂(由sabicinnovativeplastics(sabic),pittsfield,ma,usa以商品名lexanhf1110-112銷售)。目的是產(chǎn)生類似于基準(zhǔn)中密度聚乙烯(mdpe)的顆粒分布。聚碳酸酯粉末的顆粒大小分布在圖7中示出，其中μm是微米。圖7是尺寸和形狀可以重復(fù)性的圖形表示。

在一系列設(shè)計(jì)為幫助理解用于聚碳酸酯樹脂的燒結(jié)和固結(jié)過程的加熱研究中使用聚碳酸酯粉末。將粉末樣品裝載在小鋁托盤中，并放置在處于500℉(約260℃)的強(qiáng)制對流烘箱中。在不同的間隔下取出樣品以確定產(chǎn)生自由形成的聚碳酸酯厚板所需的時間。所測定的是，當(dāng)將聚碳酸酯粉末在0.75英寸(約1.9cm)的初始厚度下預(yù)裝載到托盤中時，需要約20-30分鐘。該研究提供了用于研磨的聚碳酸酯粉末的固結(jié)過程的理解。還顯示了在將粉末放置在烘箱中之前，即使當(dāng)將粉末干燥至在注射模制和擠出中要求的水平，例如小于0.04重量％的水分含量，空氣和揮發(fā)性物質(zhì)的捕獲也成問題。圖8a-8b顯示了在加熱循環(huán)過程中不施加真空的情況下，在聚碳酸酯粉末固結(jié)期間不同時間處的一系列聚碳酸酯粉末。圖8a顯示了在被放置在烘箱中之前，裝載有聚碳酸酯粉末的鋁托盤。圖8b顯示了在處于500℉(約260℃)的烘箱中14分鐘后的聚碳酸酯粉末。圖8c顯示了在處于500℉(約260℃)的烘箱中17分鐘后的聚碳酸酯粉末。圖8d顯示了在聚碳酸酯粉末完全熔融后的托盤，聚碳酸酯粉末的完全熔融出現(xiàn)在處于500℉(約260℃)的烘箱中約22分鐘。如在圖8d中可以見的，在熔融聚碳酸酯中存在有氣泡和其它空隙。

在第二個實(shí)驗(yàn)中，將更大的涂覆的托盤裝載以干燥的聚碳酸酯粉末(由sabic,pittsfield,ma,usa銷售的lexanhf1110-112)并放置在處于500℉(約260℃)的對流烘箱中。將大涂覆托盤保持30分鐘，冷卻，并將沖擊樣品取出并測試。在真空壓具中重復(fù)相同的實(shí)驗(yàn)。使用擋塊防止壓盤接觸，并產(chǎn)生真空和將真空保持在約-28.5英寸hg的標(biāo)稱值下。圖9顯示了在左側(cè)的非真空處理的板和在右側(cè)的真空處理的板。圖10和11顯示了取自相同的燒結(jié)厚板的沖擊樣品的特寫視圖。

樣品的放大揭示了在沒有真空輔助的對流烘箱中固結(jié)的聚碳酸酯粉末布滿了球形空隙。圖12顯示了非真空輔助的樣品(圖10)的低倍率(10倍)顯微圖?？障遁^小，但可能貢獻(xiàn)于沖擊性能的降低。圖13顯示了真空輔助的固結(jié)樣品(圖11)的低倍率(10倍)顯微圖。在圖13中的樣品外觀和性質(zhì)上類似于注塑的或擠出的聚碳酸酯。

來自真空輔助固結(jié)的樣品(圖11和13)與適當(dāng)模制或擠出的聚碳酸酯一致。差異是視覺明顯的并且看上去會轉(zhuǎn)化為機(jī)械性質(zhì)。

下文闡述的是本文中公開的系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施方式。

實(shí)施方式1：一種用于制造部件的系統(tǒng)，包括：構(gòu)建室；用于將聚合物粉末進(jìn)料到構(gòu)建室的粉末進(jìn)料系統(tǒng)；用于熔融和融合聚合物粉末以在構(gòu)建室中形成融合的聚合物部件的加熱系統(tǒng)；和將指定的真空壓力施加到構(gòu)建室的真空系統(tǒng)，其中真空壓力處于或低于閾值壓力，使得融合的聚合物部件的孔隙率處于或低于指定的閾值孔隙率。

實(shí)施方式2：實(shí)施方式1的系統(tǒng)，其中聚合物粉末是無定形聚合物粉末；優(yōu)選其中聚合物粉末包含聚碳酸酯粉末。

實(shí)施方式3：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中構(gòu)建室包含模具，并且加熱系統(tǒng)包括用于加熱模具以熔融在模具中的聚合物粉末的爐。

實(shí)施方式4：實(shí)施方式3的系統(tǒng)，進(jìn)一步包包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以加熱過程中旋轉(zhuǎn)模具。

實(shí)施方式5：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中加熱系統(tǒng)包括激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)包括激光器，以將聚焦的能量束發(fā)射到在構(gòu)建室內(nèi)的目標(biāo)區(qū)上，和激光定位系統(tǒng)，以將聚焦的能量束瞄準(zhǔn)到目標(biāo)區(qū)的選擇的位置上以融合目標(biāo)區(qū)處的聚合物粉末的一部分，從而形成融合的聚合物部件。

實(shí)施方式6：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)以基于在構(gòu)建室中測量的壓力控制真空系統(tǒng)。

實(shí)施方式7：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)15％或更小；優(yōu)選其中指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)6％或更?。粌?yōu)選其中指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)約6％。

實(shí)施方式8：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中閾值壓力處于或低于約-20英寸汞柱；優(yōu)選其中閾值壓力處于或低于約-25英寸汞柱；優(yōu)選其中閾值壓力處于或低于約-30英寸汞柱。

實(shí)施方式9：前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括吹掃氣體進(jìn)料系統(tǒng)以將吹掃氣體進(jìn)料到構(gòu)建室中。

實(shí)施方式10：一種用于制造部件的方法，該方法包括：將聚合物粉末進(jìn)料到構(gòu)建室；將指定的真空壓力施加到構(gòu)建室；以及在施加真空的同時，加熱構(gòu)建室內(nèi)的聚合物粉末的至少一部分以熔融和融合聚合物粉末的至少一部分，以形成融合的聚合物部件；并且其中選擇指定的真空壓力使得融合的聚合物部件的孔隙率處于或低于指定的閾值孔隙率。

實(shí)施方式11：實(shí)施方式10的方法，其中聚合物粉末是無定形聚合物粉末；優(yōu)選其中聚合物粉末包含聚碳酸酯粉末。

實(shí)施方式12：實(shí)施方式10-11中任一項(xiàng)的方法，其中構(gòu)建室包括模具，并且加熱聚合物粉末的至少一部分包括加熱模具以熔融和融合模具中的聚合物粉末。

實(shí)施方式13：實(shí)施方式10-12中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括在加熱模具以熔融和融合聚合物粉末的同時旋轉(zhuǎn)模具。

實(shí)施方式14：實(shí)施方式10-13中任一項(xiàng)的方法，其中加熱聚合物粉末的至少一部分包括將聚焦的能量束選擇性對準(zhǔn)到構(gòu)建室的選擇的位置以融合聚合物粉末的一部分，以形成融合的聚合物部件。

實(shí)施方式15：實(shí)施方式10-14中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括基于測量的構(gòu)建室中的壓力控制真空壓力的施加。

實(shí)施方式16：實(shí)施方式10-15中任一項(xiàng)的方法，其中指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)15％或更??；優(yōu)選其中指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)6％或更??；優(yōu)選其中明確指定的閾值孔隙率為按體積計(jì)約6％。

實(shí)施方式17：實(shí)施方式10-16中任一項(xiàng)的方法，其中閾值壓力處于或低于約-20英寸汞柱；優(yōu)選其中閾值壓力處于或低于約-25英寸汞柱；優(yōu)選其中閾值壓力處于或低于約-30英寸汞柱。

實(shí)施方式18：實(shí)施方式10-17中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將吹掃氣體進(jìn)料到構(gòu)建室中。

上述具體實(shí)施方式旨在是示例性的，并且不是限制性的。例如，上述實(shí)施例(或其一個或多個要素)可以彼此組合使用?？梢杂扇绫绢I(lǐng)域技術(shù)人員在審閱以上描述時使用其它實(shí)施方式。另外，多種特征或要素可以組合在一起以使本公開簡化。這不應(yīng)當(dāng)被解釋為旨在未請求保護(hù)的公開特征對于任何權(quán)利要求是必要的。相反，本發(fā)明的主題可以在于比特定的公開的實(shí)施方式的全部特征更少。因此，以下的權(quán)利要求在此并入到具體實(shí)施方式中，其中每個權(quán)利要求作為單獨(dú)的實(shí)施方式各自成立。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參照所附的權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求有權(quán)享有的等價(jià)物的完整范圍確定。

在本文件和通過引證并入的任何文件之間的用法不一致的情況下，在本文件中的用法起支配作用。

在本文件中，如在專利文件中通常的，術(shù)語“一個”或“一種”用于包括一種或多于一種，這獨(dú)立于“至少一種”或“一種或多種”的任何其它情況或用法。在本文件中，術(shù)語“或”用于指非排它性的或者，使得“a或b”包括“a但沒有b”，“b但沒有a”和“a以及b”，除非另外指明。在本文件中，術(shù)語“包括”和“在……中”用作相應(yīng)術(shù)語“包含”和“其中”的簡明英語等價(jià)物。術(shù)語“約”旨在包括，基于截止至2015年二月23日可獲得的設(shè)備，與特定量的測量相關(guān)的誤差的程度。另外，在以下權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”和“包含”是開放的，即，包括權(quán)利要求中這樣的術(shù)語后列舉的那些以外的要素的模制系統(tǒng)、裝置、制品、組合物、配制物或過程仍被認(rèn)為落在該權(quán)利要求的范圍內(nèi)。另外，在以下權(quán)利要求書中，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅被用作標(biāo)記，并且不旨在對它們的主題賦予數(shù)字要求。本申請要求2015年二月23日提交的美國臨時申請62/119,328的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引證并入本文中。

本文中描述的方法實(shí)施例可以至少部分是機(jī)器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的。一些實(shí)施例可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或機(jī)器可讀介質(zhì)，其編碼由可操作以配置電子裝置實(shí)施如在上述實(shí)施例中描述的方法或方法步驟的指令。這些方法或方法步驟的執(zhí)行可以包括編碼，如微碼、匯編語言碼、高級語言碼等。這些編碼可以包括用于進(jìn)行多種方法的計(jì)算機(jī)可讀指令。編碼可以形成計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的部分。另外，在一個實(shí)施例中，編碼可以被有形地存儲在一個或多個暫時的、非短暫的或非不穩(wěn)定的有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，如在執(zhí)行過程中或在其它時間下。這些有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括但不限于硬盤、可移動磁盤、可移動光盤(例如壓縮盤和數(shù)字視頻盤)、磁帶、存儲卡或棒、隨機(jī)存取存儲器(ram)，只讀存儲器(rom)等。

提供說明書摘要以符合37c.f.r.§1.72(b)，以允許讀者快速確定本技術(shù)公開的本質(zhì)。其在其將不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義的理解下提出。

盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行改變。