添加的能量導(dǎo)向器及形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了添加的能量導(dǎo)向器及形成方法。根據(jù)各種示例性實(shí)施例的形成添加的能量導(dǎo)向器的方法能夠包括在預(yù)定位置處將熔化材料分配至襯底上。該方法也包括固化熔化材料以將至少一個(gè)添加的能量導(dǎo)向器形成至襯底上。
【專利說明】
添加的能量導(dǎo)向器及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]當(dāng)前公開總地涉及在用于超聲或振動(dòng)焊接的襯底上形成能量導(dǎo)向器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲或振動(dòng)焊接是不使用額外的緊固件、粘合劑或像卡扣配合或鉸鏈的機(jī)械特征而將諸如熱塑性塑料和熱塑性合成物的兩個(gè)部件結(jié)合在一起的方法。焊接通過向這兩個(gè)結(jié)合部件施加低振幅、高頻機(jī)械振動(dòng)而完成。通常，將形式為三角形突出物的能量導(dǎo)向器模制到在部件之間的界面中使得其改進(jìn)加熱和焊接的一致性。在焊接期間，能量導(dǎo)向器軟化并熔化。隨后，熔化的材料流動(dòng)跨越與匹配表面形成分子鍵的接合界面。當(dāng)振動(dòng)停止時(shí)，熔化的材料隨著其冷卻而固化，并且在兩個(gè)部件之間形成鍵合。
[0003]當(dāng)前，在模制工藝期間在部件之上上整體地形成用于超聲或振動(dòng)焊接的能量導(dǎo)向器。這意味著壓模模具必須初始地設(shè)計(jì)并且精密機(jī)械加工以包括能量導(dǎo)向器的特征。對能量導(dǎo)向器的形狀或配置的任何改變要求壓模模具的改裝或者用新壓模模具替換。
[0004]因此，存在對這樣的裝置和方法的需求，該裝置和方法提供了在襯底上放置能量導(dǎo)向器的靈活性而無需在制造工藝中在晚期對壓模模具進(jìn)行昂貴改裝和替換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)各種示例性實(shí)施例的形成添加的能量導(dǎo)向器的方法能夠包括，在預(yù)定位置處將熔化材料分配至襯底上；以及固化熔化的材料以將至少一個(gè)添加的能量導(dǎo)向器形成至襯底上。
[0006]根據(jù)各種示例性實(shí)施例的用于形成添加的能量導(dǎo)向器的系統(tǒng)能夠包括襯底。分配器能夠?qū)⑷刍牟牧显陬A(yù)定位置處分配至襯底上使得熔化的材料固化以將至少一個(gè)添加的能量導(dǎo)向器形成至襯底上。
[0007]方案1.一種方法，用于形成添加的能量導(dǎo)向器，包括:
在預(yù)定位置處將熔化材料分配至襯底上；以及
通過固化在所述襯底上的所述熔化材料而在所述襯底上形成添加的能量導(dǎo)向器。
[0008]方案2.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。
[0009]方案3.根據(jù)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個(gè)或多個(gè)噴嘴的按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。
[0010]方案4.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在所述襯底之上通過多程分配所述熔化材料。
[0011]方案5.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴密度。
[0012]方案6.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在所述襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴大小。
[0013]方案7.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用噴霧工藝分配所述熔化材料。
[0014]方案8.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括采用連續(xù)流工藝分配所述熔化材料。
[0015]方案9.根據(jù)方案2所述的方法，進(jìn)一步包括，通過將具有預(yù)定圖案的三維模板施加至在所述襯底上的所述熔化材料上而形成所述能量導(dǎo)向器，使得所述能量導(dǎo)向器固化以形成代表所述三維模板的預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。
[0016]方案10.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述分配包括通過包括在具有預(yù)定圖案的三維模板內(nèi)的導(dǎo)管分配所述熔化材料，使得所述能量導(dǎo)向器固化至所述襯底上以形成代表所述三維模板的預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。
[0017]方案11.一種系統(tǒng)，用于形成添加的能量導(dǎo)向器，包括:
襯底;以及
分配器，用于在預(yù)定位置處將熔化材料分配至所述襯底上，使得所述熔化材料固化以將添加的能量導(dǎo)向器形成至所述襯底上。
[0018]方案12.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。
[0019]方案13.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用了利用分配所述熔化材料的單個(gè)噴嘴的按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。
[0020]方案14.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在所述襯底之上分配所述熔化材料。
[0021]方案15.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在所述襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴密度。
[0022]方案16.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在所述襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴大小。
[0023]方案17.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用噴霧裝置分配所述熔化材料。
[0024]方案18.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器采用配置成噴出所述熔化材料的連續(xù)流的裝置分配所述熔化材料。
[0025]方案19.根據(jù)方案12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括三維模板，所述三維模板具有施加至所述襯底上的所述熔化材料的預(yù)定圖案，使得所述能量導(dǎo)向器固化以形成代表所述三維模板的所述預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。
[0026]方案20.根據(jù)方案11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括三維模板，所述三維模板具有預(yù)定的圖案，其中，所述熔化材料通過在所述三維模板內(nèi)的導(dǎo)管分配使得所述能量導(dǎo)向器固化至所述襯底上以形成代表所述三維模板的預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。
[0027]從實(shí)施例和所附權(quán)利要求的以下詳細(xì)描述當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，當(dāng)前發(fā)明技術(shù)的以上特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0028]圖1A圖示了使用單個(gè)噴嘴單程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。
[0029]圖1B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖1A的能量導(dǎo)向器。
[0030]圖2A圖示了使用多個(gè)噴嘴單程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。
[0031]圖2B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖2A的能量導(dǎo)向器。
[0032]圖3A圖示了使用多個(gè)噴嘴多程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。
[0033]圖3B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖3A的能量導(dǎo)向器。
[0034]圖4A圖示了使用多個(gè)噴嘴多程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上，其中在選擇位置處施加液滴以增大所選擇液滴的大小。
[0035]圖4B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖4A的能量導(dǎo)向器。
[0036]圖5A圖示了通過使用單個(gè)噴霧噴嘴而噴霧以將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。
[0037]圖5B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖5A的能量導(dǎo)向器。
[0038]圖6A圖示了使用單個(gè)噴嘴將以連續(xù)流模式噴出的能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。
[0039]圖6B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖6A的能量導(dǎo)向器。
[0040]圖7A—圖7D圖示了使用三維(3D)模板將能量導(dǎo)向器形成至合成襯底上的示例性實(shí)施例。
[0041]圖8A—圖8D圖示了使用3D模板將能量導(dǎo)向器形成至合成襯底上的另一示例性實(shí)施例。
圖9圖示了控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0042]如所需要的，在本文公開了當(dāng)前公開的詳細(xì)實(shí)施例。所公開的實(shí)施例僅僅是可以以各種且替代形式及其組合而實(shí)施的示例。如在本文所使用的，例如，“示例性”和類似術(shù)語擴(kuò)展地是指用作說明、范例、模型或模式的實(shí)施例。
[0043]附圖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細(xì)節(jié)。在一些情形中，并未詳細(xì)描述熟知的部件、系統(tǒng)、材料或方法以便于避免模糊當(dāng)前公開。因此，在本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制性，而是僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員使用當(dāng)前公開的代表性基礎(chǔ)。例如，分立描述的任意兩個(gè)或更多個(gè)元件可以組合為單個(gè)元件，并且反之亦然。
[0044]在本文所描述的各種實(shí)施例中，使用添加方法以添加能量導(dǎo)向器至合成材料。與一些傳統(tǒng)技術(shù)相比，嘗試向合成材料添加能量導(dǎo)向器已經(jīng)是難以通過模制生產(chǎn)的。在各種實(shí)施例中，通過添加方法形成能量導(dǎo)向器至合成材料上在襯底模制之后被施加到襯底。在各種實(shí)施例中，可以使用多種替代技術(shù)將能量導(dǎo)向器的形成物沉積至襯底上，包括用于超聲或振動(dòng)焊接的熔化或溶解樹脂材料的按需滴定或噴霧沉積的方法。在其他實(shí)施例中，能夠包括3D模板以將更復(fù)雜特征形狀形成至襯底上。
[0045]在本文所描述的能量導(dǎo)向器形成方法的各種實(shí)施例提供了在修改能量導(dǎo)向器的大小和/或位置方面的靈活性而不要求對壓縮模具加工的任何改變。能量導(dǎo)向器方法的各種實(shí)施例可以制造一大片能量導(dǎo)向器，其能夠通過僅要求編程改變而相對快速地形成，這避免了典型的時(shí)間延遲。
[0046]使用在本文所描述的至少一種技術(shù)制備的能量導(dǎo)向器展示了在襯底的大表面面積上的改進(jìn)的均勻性。系統(tǒng)和方法提供了對沉積的精確控制。
[0047]各種實(shí)施例涉及用于經(jīng)由按需滴定、噴霧或連續(xù)流技術(shù)而沉積能量導(dǎo)向器的方法。額外的實(shí)施例涉及用于通過液滴體積控制而可調(diào)整的能量導(dǎo)向器幾何形狀的方法。另一實(shí)施例涉及用于通過使用模板而形成3D形狀的方法。另外的實(shí)施例涉及用于通過3D模板分配樹脂的方法。額外的實(shí)施例涉及用于形成能量導(dǎo)向器的3D模板的設(shè)計(jì)。
[0048]參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相同或相似的部件，遍布數(shù)個(gè)附圖的任何地方都是可能的。圖1 一圖8D圖示了根據(jù)各種實(shí)施例的不同的方法，其中能量導(dǎo)向器能夠在相對大的規(guī)?；A(chǔ)上處理。
[0049]附圖示出了系統(tǒng)的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施例，其圖示了分配裝置，諸如按需滴定裝置(圖1A—圖4B)、噴霧裝置(圖5A—圖5B)、連續(xù)流裝置(圖6A—圖6B)以及3D模板形成裝置(圖7A—圖8D)。如圖9中所示，一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)可以利用控制器900以提供開環(huán)或閉環(huán)反饋控制。每個(gè)系統(tǒng)可以包括數(shù)據(jù)源，其提供了由控制器900解釋的信號，作為用于噴出液滴或預(yù)定體積材料的命令。在通常的使用中，控制器900輸出被輸入至發(fā)射裝置的信號。
[0050]控制器900能夠使用許多不同方法以實(shí)現(xiàn)各種部件的移動(dòng)。在一個(gè)方法中，合成襯底可以移動(dòng)越過固定的分配器。然而，另一方法包括當(dāng)分配器在合成襯底之上水平地和/或豎直地移動(dòng)時(shí)將合成襯底維持在固定位置。在另外的方法中，控制器900能夠控制移動(dòng)使得合成襯底和分配器相對于彼此移動(dòng)。以下將參照圖9更詳細(xì)地描述示例性的控制器900。
[0051]參照圖1A—圖4B，這些附圖中示出的每個(gè)按需滴定裝置能夠?qū)⒘黧w的液滴噴射至襯底的預(yù)選位置上。圖1A圖示了單程分配系統(tǒng)100，其能夠用于使用單個(gè)噴嘴120單程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器125按需滴定沉積至合成襯底130上。并未具體限制在本文所述系統(tǒng)方法中所使用的襯底。能夠取決于各種因素而選擇襯底，包括如上所述的方法的使用，例如將要制造的能量導(dǎo)向器的類型。襯底能夠是在能量導(dǎo)向器的制造中所使用的任何材料。合適的襯底的示例包括聚烯烴(聚乙烯，聚丙烯等)、聚酰胺(尼龍、PA6、PA66)、其他熱塑性塑料、非增強(qiáng)和/或增強(qiáng)合成物，及其組合。
[0052]系統(tǒng)100包括儲槽105，其具有將諸如熔化材料的流體傳遞至分配器115的導(dǎo)管110。熔化的材料能夠包括例如熱塑性塑料或熱塑性合成物。熱塑性樹脂的一個(gè)主要特性是被熔化并冷卻而保持它們屬性的能力。合適的熱塑性聚合物非排他性地能夠包括聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亞胺、聚亞安酯、聚醚、聚烯烴、乙烯基聚合物、及其混合物。
[0053]分配器115與儲槽105流體聯(lián)通。儲槽105可以是能夠允許流體傳送至分配器115的許多合適的容器的任意一個(gè)。應(yīng)該注意的是儲槽可以是在裝置內(nèi)或在裝置外的隔室。
[0054]在圖1A的示例中，分配器115描繪了單個(gè)滴定成型噴嘴120。分配器115可以是在分配流體的領(lǐng)域熟知的許多分配器的任意一個(gè)，諸如熱激勵(lì)分配器、螺線管閥門分配器、壓電分配器、氣溶膠分配器、磁收縮分配器、流體脈沖分配器、或類似的。
[0055]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，具有預(yù)定壓力的增壓儲槽能夠用于迫使諸如熔化材料的液體在預(yù)定時(shí)間間隔期間穿過噴嘴120的孔口。在操作期間，能夠迫使一體積的熔化材料穿過噴射了熔化材料的液滴的噴嘴120的孔口?？梢岳孟到y(tǒng)100以分配熔化材料的精確體積的液滴。
[0056]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以包括一個(gè)或多個(gè)加熱元件(未示出)作為溫控機(jī)制以確保在分配熔化材料之前當(dāng)駐留在儲槽105中、導(dǎo)管110、分配器115和/或噴嘴120中時(shí)已熔化的材料保持在可流動(dòng)狀態(tài)下。因此，加熱元件(未示出)可以幫助將模制材料在系統(tǒng)100內(nèi)維持在至少部分熔化的狀態(tài)下。
[0057]分配器115能夠用于以液滴的形狀分配精確的和/或預(yù)定數(shù)量的熔化材料以將一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器125形成至合成襯底130上。一系列能量導(dǎo)向器125的液滴能夠以所需體積流率形成并噴射至襯底130上。這個(gè)襯底優(yōu)選地是適用于鍵合以便于在合成襯底130上形成一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器125的合成襯底。
[0058]系統(tǒng)130產(chǎn)生基本上固定大小的液滴，其能夠從分配器115的噴嘴120獨(dú)立地噴出。在受控條件下，系統(tǒng)100能夠精確地并可靠地再產(chǎn)生在從0.010 mm至10 mm液滴直徑范圍中的分配液滴大小。
[0059 ]系統(tǒng)100具有精確地分配熔化材料的能力，使得每個(gè)能量導(dǎo)向器125具有至合成襯底130的預(yù)選位置上的預(yù)定體積。在各種實(shí)施例中，提供方法用于通過液滴體積控制而調(diào)整能量導(dǎo)向器I 25的幾何形狀和大小。在一些實(shí)施例中，能夠光學(xué)地、重量分析地(gravometrically)或者通過使用其他手段測量被分配的體積。這些測量技術(shù)和設(shè)備是熟知的，并且因此在本文不再贅述。
[0060]在一些實(shí)施例中，能夠由系統(tǒng)參數(shù)確定能量分配器的幾何形狀和大小，諸如噴嘴的形狀和大小。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100能夠包括噴嘴120，其是容易地可移除和可替換的。
[0061]分配系統(tǒng)100可以以數(shù)個(gè)方式操縱以在系統(tǒng)100和合成襯底130之間提供相對位移。在一個(gè)實(shí)施例中，合成襯底130可以位于可移動(dòng)的X、X-Y或X-Y-Z工作臺(未示出)上。可移動(dòng)的工作臺也能夠與一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人臂(未示出)組合使用以操縱分配器至所需的位置。
[0062]在各種實(shí)施例中，自動(dòng)控制系統(tǒng)900可以與單程分配系統(tǒng)100結(jié)合使用以監(jiān)控并控制可移動(dòng)工作臺、能量分配器的可調(diào)整幾何形狀、以及分配系統(tǒng)的其他關(guān)聯(lián)部件。能夠根據(jù)來自控制器的代表預(yù)定模式的輸入信號而噴出液滴?？刂破髂軌蚩刂茖⒚總€(gè)液滴分配至移動(dòng)工作臺上的特定位置。能夠通過改變噴射至合成襯底130上的熔化材料的被編程的體積流率而簡單地調(diào)整能量導(dǎo)向器125的幾何形狀。
[0063]在采用具有單個(gè)噴嘴120的單個(gè)分配器115而操作的單程分配系統(tǒng)100的使用中，能夠分配個(gè)體液滴以在預(yù)編程位置處形成能量導(dǎo)向器125。這能夠通過將從噴嘴120分配液滴與X、X-Y或X-Y-Z工作臺的移動(dòng)同步而完成。一體積的熔化材料被推落噴嘴120，在孔口處形成液滴。液滴將具有由控制器基于具體應(yīng)用而確定和控制的幾何形狀。
[0064]在操作期間，單個(gè)襯底能夠放置在平移工作臺上。在操作模式的一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)工作臺移動(dòng)以將規(guī)定模式或數(shù)目的能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底130上時(shí)，分配器115能夠保持被固定在特定位置處。能夠預(yù)編程覆蓋了襯底區(qū)域的預(yù)定區(qū)域使得能夠計(jì)算實(shí)現(xiàn)每單位面積所希望濃度所需的能量導(dǎo)向器的數(shù)目?；谒枰目偰芰繉?dǎo)向器數(shù)目，能夠計(jì)算在特定位置處需要的陣列間距和液滴。取決于具體應(yīng)用參數(shù)而能夠容易地調(diào)整這些數(shù)值。因此，能夠?qū)⑺Ｍ膱D案沉積至合成襯底130上。在該模式下，當(dāng)熔化材料的單個(gè)液滴被分配時(shí)，工作臺能夠連續(xù)地移動(dòng)，沉積能量導(dǎo)向器而并未停止平移工作臺。
[0065]一旦熔化材料離開被加熱區(qū)域，這些樹脂隨著能量導(dǎo)向器125而快速固化。圖1B示出了在被沉積至合成襯底130上并允許再固化之后處于再固化狀態(tài)的能量導(dǎo)向器125。固化過程能夠被采用以使熔化材料經(jīng)受從熔化材料狀態(tài)至固體狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。固化過程能夠包括降低了熔化材料的溫度以使得熔化材料固化的任何溫度降低環(huán)境或機(jī)制。
[0066]其他附圖中示出的特征和部件可以與圖1A和圖1B中所示的那些結(jié)合并一起使用，并且在所示的任意配置之間可以混合并匹配部件。
[0067]圖2A圖示了使用多個(gè)噴嘴單程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。除了使用關(guān)于圖1A所描述的單個(gè)噴嘴之外，其他可能的布置包括多個(gè)噴嘴225，每一個(gè)從一個(gè)或多個(gè)儲槽205被供應(yīng)將要被分配的熔化材料。在一些實(shí)施例中，多個(gè)噴嘴225能夠包括能夠同時(shí)或獨(dú)立地操作的個(gè)體噴嘴。在其他實(shí)施例中，多個(gè)噴嘴225能夠包括被包含作為單個(gè)單元的多噴嘴裝置。
[0068]圖2A和圖2B中所示的實(shí)施例包括經(jīng)由分支為三個(gè)相應(yīng)導(dǎo)管244的導(dǎo)管210而連接至單個(gè)儲槽205的三個(gè)分配器215。應(yīng)該注意的是可以改變分配器和儲槽的數(shù)目以滿足設(shè)計(jì)或應(yīng)用要求。具有分立儲槽205的噴嘴225的陣列能夠與分配分立熔化材料的每一個(gè)一起使用。在一些實(shí)施例中，每個(gè)儲槽205可以包含相同或不同類型的熔化材料。因此，每個(gè)分配器215能夠沉積不同的熔化材料以在合成襯底230上不同位置處形成一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器225。
[0069]圖2B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖2A的能量導(dǎo)向器。
[0070]圖3A圖示了使用多個(gè)噴嘴多程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底以選擇性地增大液滴密度。能夠在多程期間在特定位置處重復(fù)地選擇性地分配熔化材料的多個(gè)液滴，使得多個(gè)液滴會聚以增大液滴密度。在這個(gè)實(shí)施例中，可以施加多個(gè)涂層。在一些實(shí)施例中，每個(gè)涂層包括不同的熔化材料，并且如果需要的話，每個(gè)涂層具有不同的厚度。因此，在分配時(shí)刻，可以施加熔化材料的單個(gè)涂層，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層的組合。
[0071]圖3A描繪了按需滴定分配系統(tǒng)300能夠如何利用多個(gè)分配器315將熔化材料分配至合成襯底330上。按需滴定系統(tǒng)300能夠?qū)崿F(xiàn)將相同或不同的熔化材料放置成彼此非?？拷孕纬赡芰繉?dǎo)向器325。在一個(gè)實(shí)施例中，熔化材料可以彼此相鄰或重疊。能夠構(gòu)造分層的熔化材料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的多程中能夠?qū)⒍鄠€(gè)熔化材料層分配在合成襯底330之上，其中在每個(gè)程期間分配熔化材料的一個(gè)薄層。
[0072]能夠由分配系統(tǒng)300采用分配熔化材料的數(shù)個(gè)方法。在一個(gè)方法中，如圖3A中所描繪的，合成襯底330可以移動(dòng)經(jīng)過分配器315的固定陣列。然而，另一方法包括當(dāng)分配器315在合成襯底330之上水平地和/或豎直地移動(dòng)時(shí)將合成襯底330維持在固定位置中。
[0073]在各種實(shí)施例中，多程分配系統(tǒng)300能夠被串行(順次或單個(gè)激勵(lì))、并行(同時(shí)激勵(lì))或其組合地操作。在串行操作中，以預(yù)定間隔連續(xù)地從每個(gè)分配器噴嘴320分配流體。在串行分配期間，可以以預(yù)定間隔順次操作分配器315或者可以基本上連續(xù)地操作它們，如由本申請的特定本質(zhì)所指示。
[0074]在并行操作模式中，也可能以并聯(lián)分配器的形式在共同的閥門組上布置多個(gè)分配器315并且以這個(gè)方式同時(shí)并且相互獨(dú)立地分配不同的熔化材料。當(dāng)并聯(lián)使用許多噴嘴時(shí)，這個(gè)操作模式允許同時(shí)分配從多個(gè)噴嘴傳遞的不同材料。這個(gè)技術(shù)也提供了良好的對準(zhǔn)性能和對于所沉積材料體積的精確控制。
[0075]許多噴嘴320能夠以行和列的陣列布置，允許單程或多程地形成圖案。每個(gè)噴嘴具有開啟或截?cái)嗖牧狭鞯哪芰?，因此允許諸如液滴、虛線和/或?qū)嵕€的各種配置形成在合成襯底上。在各種實(shí)施例中，液滴、實(shí)線和其組合能夠產(chǎn)生任何期望的圖案。在干燥或部分干燥之后，圖案重疊的額外層能夠被重復(fù)，直至由多個(gè)不同層形成期望的圖案。
[0076]使用分配系統(tǒng)300，一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器325、335能夠以復(fù)雜圖案放置在合成襯底330上，由于多個(gè)分配器315的存在，由于它們的噴嘴320的每一個(gè)能夠分配小量熔化材料，以及由于噴嘴320的不同組能夠分配不同的熔化材料。分配系統(tǒng)300能夠控制熔化材料的體積使得分配器315以期望體積將熔化材料分配至合成襯底330上。能夠由系統(tǒng)300采用不同的方法以驗(yàn)證熔化材料的體積輸出，例如，光學(xué)方法，基于導(dǎo)電率的方法，以及基于重量的方法。
[0077]控制系統(tǒng)900能夠用于控制分配系統(tǒng)300以至少控制在合成襯底330上能量導(dǎo)向器325、335的圖案。控制系統(tǒng)900可以例如通過規(guī)定各種分配參數(shù)而限定將要使用分配器315的哪些噴嘴320以及以何種順序使用，限定將要分配至合成襯底330上的能量導(dǎo)向器325、335的圖案。因此，控制系統(tǒng)900能夠用于限定將要如何形成圖案?？刂葡到y(tǒng)900也能夠限定從被使用的每個(gè)噴嘴320噴出的體積。以這個(gè)方式，控制系統(tǒng)900至少控制分配在合成襯底330上的能量導(dǎo)向器325、335的形成。能夠控制能量導(dǎo)向器325、335的形狀方面。能夠控制能量導(dǎo)向器的紋理和/或厚度，諸如通過控制將要分配在合成襯底上的熔化材料的層數(shù)。
[0078]當(dāng)所有沉積完成時(shí)能夠發(fā)生熔化材料的固化。圖3B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖3A的能量導(dǎo)向器。
[0079]圖4A圖示了使用多個(gè)噴嘴多程地將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上，其中在選擇位置處施加液滴以增大所選擇液滴大小。
[0080]在圖4A中，能夠精確地控制熔化材料放置在合成襯底430上的位置。額外地，能夠精確地控制放置在襯底430上的熔化材料的量。此外，能夠精確地控制每個(gè)能量導(dǎo)向器425的形成，包括每個(gè)能量導(dǎo)向器425的厚度、形狀和/或紋理。盡管在圖3A中描繪了在襯底330上已經(jīng)放置了能量導(dǎo)向器325的六個(gè)位置以及被分配的三個(gè)額外液滴，但是在其他實(shí)施例中可以有更多或更少的這種位置。
[0081]在按需滴定分配系統(tǒng)400中能夠類似地利用關(guān)于圖3A所描述的系統(tǒng)、方法和技術(shù)以改變能量導(dǎo)向器425、435的液滴大小。例如，一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器435能夠形成大于位于相同襯底430上的其他能量導(dǎo)向器425。
[0082]圖5A圖示了使用單個(gè)噴霧噴嘴以噴霧的形式通過噴出霧化的熔化金屬顆粒而將多個(gè)能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底上。噴霧涂敷過程包括由在熔化或半熔化狀態(tài)下撞擊至合成襯底530上的高速精細(xì)劃分的顆粒噴霧而沉積涂層。流體熔化材料能夠分解為從噴嘴520發(fā)出的非常精細(xì)的顆粒。熔化材料被霧化并且推進(jìn)至合成襯底530。
[0083]噴霧分配系統(tǒng)500包括容納了熔化材料的儲槽505。構(gòu)造儲槽505以經(jīng)由導(dǎo)管510向分配器515供應(yīng)熔化材料的流。分配器500能夠包括構(gòu)造成引導(dǎo)熔化材料的噴霧朝向合成襯底530的噴嘴520。熔化材料作為噴霧被噴出而以多個(gè)液滴的形式在合成襯底530上沉積能量導(dǎo)向器525。當(dāng)落至合成襯底530上時(shí)被噴霧的熔化材料冷卻以形成固態(tài)能量導(dǎo)向器525。
[0084]能夠使用不同的噴霧方法以涂敷合成襯底530，諸如火焰噴霧、熱噴霧裝置、高速空氣燃料噴霧裝置、等離子噴霧和電弧噴霧。
[0085]能夠使用不同的組合而實(shí)現(xiàn)能量導(dǎo)向器525的各種涂層。能夠確定系統(tǒng)部件、參數(shù)和能量導(dǎo)向器的所需涂層以及特征以便于選擇對于工藝所需的材料和設(shè)備類型。在建立了這些參數(shù)之后可以為特定應(yīng)用定制工藝。
[0086]控制系統(tǒng)900能夠控制熔化材料的噴霧的溫度和速度。在各種實(shí)施例中，噴霧被引導(dǎo)朝向的合成襯底530可以是固定的、旋轉(zhuǎn)的、一般地移動(dòng)或者以線性方式移動(dòng)。控制器900能夠用于控制撞擊在以恒定速度前進(jìn)的合成襯底上的每單位面積的噴霧密度或流率。能夠控制在合成襯底530上熔化材料的沉積的累積量以調(diào)整厚度以便于產(chǎn)生跨越平坦合成襯底530的基本上均勻的沉積。在一些實(shí)施例中，能夠調(diào)整熔化材料的溫度和速度使得一旦撞擊合成襯底530，能量導(dǎo)向器525就覆蓋了預(yù)定的區(qū)域。
[0087]噴霧沉積的熔化材料隨后固化至合成襯底530上。圖5B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖5A的能量導(dǎo)向器。
[0088]圖6A圖示了使用單個(gè)噴嘴620用于將以連續(xù)流模式噴出的能量導(dǎo)向器沉積至合成襯底630上的分配系統(tǒng)600。
[0089]在這個(gè)示例中，系統(tǒng)600利用具有單個(gè)噴嘴620的分配器615用于將熔化材料分配至合成襯底630上。響應(yīng)于數(shù)據(jù)信號在控制器900的指引下，合成襯底630能夠以預(yù)定的速度、單程地、筆直穿過行進(jìn)路徑而移動(dòng)。分配器615是具有從噴嘴620發(fā)出的連續(xù)液滴流的類型以精確地沉積在合成襯底630上的特定位置。
[0090]在連續(xù)分配模式下，設(shè)置控制器900至規(guī)定的流率以輸送預(yù)定體積的熔化材料。分配器615從噴嘴620發(fā)出能量導(dǎo)向器的連續(xù)流625至合成襯底630。合成襯底630可以沿相對于分配器615的方向以恒定速度在平移工作臺(未示出)上移動(dòng)。在這個(gè)模式下，當(dāng)分配熔化材料的單個(gè)連續(xù)流時(shí)，工作臺能夠連續(xù)地移動(dòng)。
[0091]盡管圖6A和圖6B中所示的實(shí)施例包括經(jīng)由導(dǎo)管610連接至單個(gè)儲槽605的單個(gè)分配器615，但應(yīng)該注意的是可以改變分配器和儲槽的數(shù)目以滿足設(shè)計(jì)或應(yīng)用需求。在一些實(shí)施例中，可以利用具有多個(gè)噴嘴的多個(gè)分配器以發(fā)出數(shù)個(gè)連續(xù)流。在這樣的實(shí)施例中，每個(gè)連續(xù)流可以由不同類型的熔化材料構(gòu)成。因此，每個(gè)分配器能夠?qū)⑷刍牧系牟煌鞒练e至合成襯底上。
[0092]圖6B圖示了在被沉積至合成襯底上之后處于再固化狀態(tài)的圖6A的能量導(dǎo)向器。
[0093]圖7A—圖7B涉及用于實(shí)施用于將3D圖案轉(zhuǎn)移至合成襯底730上的過程的系統(tǒng)和方法。圖7A—圖7D圖示了使用3D模板740將能量導(dǎo)向器形成至合成襯底730上的示例性實(shí)施例。
[0094]通常，熔化材料被分配至合成襯底730上。通過將模板740和合成襯底730在某一壓力之下按壓在一起而使具有預(yù)定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖案的模板740與熔化材料接觸。熔化材料固化以將能量導(dǎo)向器725形成至襯底730上。在模板740與合成襯底730分離之后，在合成襯底730上形成能量導(dǎo)向器725，作為具有形成在模板740中的任何圖案的印記的已固化能量導(dǎo)向器725。
[0095]具體地，在圖7A中，配置分配系統(tǒng)700以允許對于分配至下層合成襯底730上的熔化材料的量的精確體積控制。在使用期間，通過導(dǎo)管710從儲槽705吸取熔化材料。當(dāng)合成襯底730恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谙路綍r(shí)，熔化材料通過分配器715從噴嘴720而被分配至合成襯底730的區(qū)域上。在所圖示的實(shí)施例中，分配了可以精確地規(guī)定其體積的熔化材料的小液滴。
[0096]圖7B描繪了其上具有模具的3D模板740。模具包括由多個(gè)間隔開的凹陷750和突起755限定的多個(gè)特征。圖案化的模板740定位成與襯底730的其上布置了熔化材料的液滴722的部分處于間隔的關(guān)系使得在模板740和襯底730之間形成間隙。
[0097]如圖7C中所示，多個(gè)特征限定了被轉(zhuǎn)移至液滴722上的圖案以當(dāng)模板740與合成襯底730接觸時(shí)在襯底730上形成能量導(dǎo)向器725。模板的圖案被壓入液滴722中，由于所施加的壓力使熔化材料流動(dòng)并且填滿了模具的凹陷750的空的區(qū)域。在各種實(shí)施例中，3D模板可以設(shè)計(jì)具有隨機(jī)圖案、統(tǒng)一圖案或其組合。
[0098]如圖7D中所示，在冷卻降溫以固化熔化材料之后，分離模板740和合成襯底730，留下了形成在襯底730上的、與模板740的模具上的圖案互補(bǔ)的能量導(dǎo)向器725的3D結(jié)構(gòu)。3D模板740能夠由控制器900控制以允許從合成襯底730恰當(dāng)?shù)尼尫?。接著?D模板740可以重復(fù)使用用于多個(gè)循環(huán)。
[0099]圖8A—圖8D圖示了使用3D模板將能量導(dǎo)向器形成至合成襯底上的另一示例性實(shí)施例。圖8A—圖8D描繪了用于通過穿過3D模板840流動(dòng)熔化材料而3D地制造能量導(dǎo)向器825的技術(shù)。
[0100]系統(tǒng)800可以包括3D模板840，其包括集管842、用于接觸合成襯底830的表面的接觸表面846，以及包括排放孔口850的圖案部分，在其中填充了熔化材料并且固化之后圖案部分形成了能量導(dǎo)向器825的圖案。
[0101]集管842包括通道844的網(wǎng)絡(luò)以及一個(gè)或多個(gè)排放孔口850。通道844終止于模板840中的對應(yīng)端部，在其中形成了排放孔口 850。
[0102]在圖8A中，模板840放置抵靠合成襯底830的表面以便于密封模板的表面特征。壓力量可以需要以在能量導(dǎo)向器825的形成期間維持密封。在這個(gè)技術(shù)中，將熔化材料裝載至儲槽805中并經(jīng)由分支為多個(gè)并聯(lián)通道844的導(dǎo)管810輸送至集管842。
[0103]在圖8B中，在填充過程期間，熔化材料可以通過導(dǎo)管810直接地進(jìn)入集管842，每個(gè)通道844被供應(yīng)可固化的熔化材料。排放孔口 850可以允許熔化材料流入限定的體積中以將能量導(dǎo)向器825形成至襯底830上。
[0104]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)800可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)加熱元件(未示出)，作為溫控機(jī)構(gòu)以確保熔化材料當(dāng)在進(jìn)入孔口 850之前駐留在儲槽805、導(dǎo)管810或通道844中時(shí)保持在可流動(dòng)狀態(tài)。因此，加熱元件(未示出)可以幫助將模制材料在系統(tǒng)800內(nèi)維持在至少部分熔化狀
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[0105]在圖SC中，采用熔化材料填充排放孔口850。圖案部分用作用于將能量導(dǎo)向器825形成至合成襯底830上的模具。圖案部分例如由具有凹入部分的多個(gè)排放孔口 850形成。
[0106]如圖8Α—圖8D中所示，配置排放孔口 850以便于包括以預(yù)定間隔布置的多個(gè)凹入部分。在這個(gè)示例中，每個(gè)孔口850包括具有第一寬度大小的上部分以及具有大于第一寬度大小的第二寬度大小的下部分?？卓?850的寬度大于通道844的寬度?？卓?850的截面形狀不限于所描繪的示例性實(shí)施例，而是能夠使用任意形狀，只要其能夠?qū)⒛芰繉?dǎo)向器825形成至襯底合成物830上。
[0107]在圖SC中，當(dāng)熔化材料冷卻時(shí)，熔化材料固化作為保留了與模板840的圖案互補(bǔ)的圖案的能量導(dǎo)向器825。在一些實(shí)施例中，加熱和冷卻機(jī)構(gòu)(例如加熱元件和溫度控制器;未示出)可以提供在圍繞操作表面的區(qū)域中以控制在合成襯底830上熔化材料的固化行為。
[0108]如圖8D中所示，在能量導(dǎo)向器825固化至合成襯底830上之后，模板840與合成襯底830分離，在襯底830上留下了復(fù)制的結(jié)構(gòu)。通過修整特性而能夠容易地控制工藝，諸如襯底拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能量導(dǎo)向器形狀、以及表面與襯底的交互。
[0109]在各種實(shí)施例中，圖9中的控制器900能夠操作在本文所期望的任意示例性系統(tǒng)以選擇性地分配熔化材料以將至少一個(gè)或多個(gè)能量導(dǎo)向器形成至合成襯底上。信息、控制信號或圖像數(shù)據(jù)信號能夠施加至控制器900作為命令信號以分配熔化材料。代表了期望能量導(dǎo)向器圖案的圖像的圖像數(shù)據(jù)信號能夠存儲在控制器900中指定的存儲器位置中。
[0110]控制器900也能夠包括向各種系統(tǒng)部件發(fā)出電控制信號的輸出端口。在控制器的指引下，平移工作臺可以在分配過程期間以恒定速度移動(dòng)越過一個(gè)或多個(gè)分配器，在此熔化材料的液滴被引導(dǎo)至特定位置處。
[0111]傳感器機(jī)構(gòu)(未示出)可以附接至系統(tǒng)內(nèi)各種位置以監(jiān)控正被沉積的能量導(dǎo)向器的物理尺寸。傳感器能夠與控制器900通信。傳感器能夠用于將合成襯底相對于分配器對準(zhǔn)?？刂破饕材軌虼龠M(jìn)液滴形成并且調(diào)整所分配的熔化材料的體積。液滴速度也能夠由控制器通過增大或減小分配器的分配速率而控制。
[0112]在本文公開了當(dāng)前公開的各種實(shí)施例。所公開的實(shí)施例僅僅是可以以各種和替代形式及其組合而實(shí)施的示例。
[0113]上述實(shí)施例僅僅是為了清楚理解本公開原理而闡述的實(shí)施方式的示例性說明。可以對如上所述的實(shí)施例做出變體、修改和組合而并未脫離權(quán)利要求的范圍。所有這樣的變體、修改和組合在此被本公開和以下權(quán)利要求的范圍包括。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，用于形成添加的能量導(dǎo)向器，包括: 在預(yù)定位置處將熔化材料分配至襯底上；以及 通過固化在所述襯底上的所述熔化材料而在所述襯底上形成添加的能量導(dǎo)向器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。3.根據(jù)權(quán)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個(gè)或多個(gè)噴嘴的按需滴定流體液滴噴出裝置分配所述熔化材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在所述襯底之上通過多程分配所述熔化材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴密度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用按需滴定流體液滴噴出裝置在多程期間在所述襯底之上分配所述熔化材料以選擇性地增大分配至所述襯底上的所述熔化材料的液滴大小。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用噴霧工藝分配所述熔化材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括采用連續(xù)流工藝分配所述熔化材料。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括，通過將具有預(yù)定圖案的三維模板施加至在所述襯底上的所述熔化材料上而形成所述能量導(dǎo)向器，使得所述能量導(dǎo)向器固化以形成代表所述三維模板的預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配包括通過包括在具有預(yù)定圖案的三維模板內(nèi)的導(dǎo)管分配所述熔化材料，使得所述能量導(dǎo)向器固化至所述襯底上以形成代表所述三維模板的預(yù)定圖案的互補(bǔ)圖案。
【文檔編號】B29C65/08GK106003695SQ201610171687
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】S.S.李, Y.李, B.E.卡爾森, J.F.阿里內(nèi)斯
【申請人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司