用于增材制造的等离子体处理片材的制作方法

[0001]
本公开一般涉及增材制造，更具体地说，涉及增材制造中等离子体处理片材(sheet)的组分、制备和使用。


背景技术：

[0002]
增材制造是一种制造工艺，在该制造工艺中，增材制造系统基于三维模型或者三维对象的其它数字表示来加工对象。增材制造系统通过顺序地沉积呈对象形状的组分材料层直至对象形成来制造对象。在一个实施例中，连续材料层被沉积。这些沉积的材料层被附接，以构建最终的对象。最终的三维对象是完全致密的，并且可以包括复杂的形状——“完全致密”通常表示对象基本上没有意想不到的空隙区域。
[0003]
典型的增材制造工艺包括将材料的基层沉积到构建表面上，并且然后将材料的第二层沉积到基层上。将能量源引导到组件上，以将第二层附着到基层。构建表面最初是一种成型工具。对于以后的沉积，构建表面则是先前沉积的材料层。附加的材料层则逐层沉积以加工对象。
[0004]
一种类型的增材制造工艺使用顺序的层沉积来形成加工对象的连续层。在这种工艺中，加工对象的各个连续层一般是通过在相邻材料层之间的接触区域中使材料附着来附接到前一层。例如，第n层附着到第(n-1)层上，其中“n”是加工顺序中的当前沉积层，而“n-1”是加工顺序中的前一层。然而，与相邻层接触或者相邻层之间的材料附着可能无法在顺序形成的层之间提供如增材制造零件的一个或更多个规范所期望的那样的牢固附接。
[0005]
因此，期望具有考虑到至少一些上述问题以及其它可能问题的组分、方法、装置和系统。例如，期望有如下组分、方法、装置和系统，该组分、方法、装置和系统能够克服与在利用增材制造工艺顺序形成的对象的层之间提供牢固或者以其它方式改善的附接有关的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本公开的一个示例性实施例提供了一种三维零件。该三维零件包括：具有第一侧的第一基板；以及具有第二侧的第二基板。第二基板的第二侧通过第一多个氮原子共价键合到第一基板的第一侧。
[0007]
本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于增材制造的方法。该方法包括以下步骤：将第一基板暴露于第一等离子体，使得形成胺官能化基板。胺官能化基板包括在第一基板的第一表面上的胺化学部分。将第二基板暴露于第二等离子体，使得形成环氧官能化基板。环氧官能化基板包括在第二基板的第二表面上的环氧化学部分。将第一基板的第一表面定位成与第二基板的第二表面相邻，以形成工件。对工件进行加热，以形成被加热工件。对被加热工件进行冷却，以形成结构。
[0008]
本公开的另一个示例性实施例提供了一种用于增材制造的方法。该方法包括以下步骤：将胺官能化基板与环氧官能化基板进行组合，以形成第一组合。胺官能化基板是作为
利用第一等离子体处理的第一基板而提供的，并且环氧官能化基板是作为利用第二等离子体处理的第二基板而提供的。对第一组合进行热循环，以通过胺官能化基板的胺化学部分与环氧官能化基板的环氧化学部分之间的脱水反应形成共价键。形成胺官能化基板和环氧官能化基板的连续组合，其中，对各个连续组合进行热循环以与前一个组合形成连续共价键。
[0009]
本公开的另一个示例性实施例提供了增材制造系统，该增材制造系统包括激光系统。该增材制造系统还包括层压系统，该层压系统将第一化学官能化基板设置成与第二化学官能化基板相邻。第二化学官能化基板不同于第一化学官能化基板。在暴露于热时，在第一化学官能化基板与第二化学官能化基板之间形成共价键。该增材制造系统还包括构建平台，以及与激光系统和层压系统进行通信的控制器。控制器控制层压系统，以将第一化学官能化基板沉积在构建平台上。控制器还控制层压系统，以将第二化学官能化基板沉积在第一化学官能化基板上。控制器还控制激光系统，以向第一化学官能化基板和第二化学官能化基板施加热。
[0010]
本公开的又一个示例性实施例提供了一种用于增材制造的前体材料。该前体材料包括第一基板。第一基板的第一侧包括第一多个胺官能团。第一基板的第二侧包括第二多个环氧官能团。第一基板的第二侧与第一基板的第一侧相反。第一基板被构造成与第二基板或第三基板中的至少一者共价键合。在暴露于热时，下列中的至少一者成立：第一多个胺官能团与设置在第二基板的第三侧上的第三多个环氧官能团形成第一共价键；或者，第二多个环氧官能团与设置在第三基板的第四侧上的第四多个胺官能团形成第二共价键。
[0011]
特征和功能可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在其它实施例中进行组合，其中可以参考以下描述和附图来查看进一步的细节。
附图说明
[0012]
在所附权利要求中阐述了示例性实施例的代表性特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下对本公开的示例性实施例的详细描述，将最佳地理解示例性实施例以及代表性描述的使用模式、进一步的目的及其特征，其中：
[0013]
图1是根据示例性实施例的增材制造环境的框图的例示；
[0014]
图2是根据示例性实施例的增材制造系统的框图的例示；
[0015]
图3是根据示例性实施例的前体材料的框图的例示；
[0016]
图4是根据示例性实施例的三维零件的框图的例示；
[0017]
图5是根据示例性实施例的第一等离子体处理基板的例示；
[0018]
图6是根据示例性实施例的第二等离子体处理基板的例示；
[0019]
图7是根据示例性实施例的被定位成与第一等离子体处理基板相邻的第二等离子体处理基板的例示；
[0020]
图8是根据示例性实施例的共价键合到第二等离子体处理基板的第一等离子体处理基板的例示；
[0021]
图9是根据示例性实施例的增材制造方法的工艺流程图的例示；
[0022]
图10是根据示例性实施例的增材制造方法的工艺流程图的例示；
[0023]
图11是根据示例性实施例的飞行器制造和维修方法的例示；
[0024]
图12是可以实现示例性实施例的飞行器框图的例示。
具体实施方式
[0025]
本文中的示例性实施例认识并考虑到一个或更多个不同的考虑因素。例如，示例性实施例认识并考虑到，利用增材制造工艺制造的零件通常表现出层内和层间零件牢固性低于利用例如注塑成型制造的零件的牢固性。更具体地说，示例性实施例还认识并考虑到利用增材制造工艺制造的零件通常在组合材料层之间具有有限的链扩散。
[0026]
本文中的示例性实施例描述了在组成材料层之间利用分子/化学交联形成牢固的三维零件的方法。在本文所描述的示例性实施例中，对聚合物片材进行等离子体处理，以包括例如胺(-nh2)官能度或者环氧官能度。等离子体处理片材的组合可以包括相同的聚合物材料。然后对组合的等离子体处理片材进行加热。例如，与其它增材制造技术相比，在等离子体处理片材之间形成共价键的交联反应提供了牢固的化学键和整体上更牢固的三维零件。
[0027]
在一些示例性实施例中，热塑性片材可以进行等离子体处理，以例如在任一侧包括胺官能度和环氧官能度。然后，可以顺序地堆叠经等离子体处理的片材，以便使用热源(例如可以选择性聚焦和移动的激光器)在构建层之间的连续界面处的预定位置或者区域将这些片材选择性地连接。例如，与其它增材制造技术相比，除了层间链扩散外，在等离子体处理的片材之间形成连续的共价键的交联反应提供了牢固的化学键和整体上更牢固的三维零件。
[0028]
在一些实施方式中，利用氨(nh3)等离子体或者氮等离子体——或者氮和氢等离子体来处理第一聚合物片材的第一表面，以选择性地在第一表面上引入胺化学官能度(chemical functionality)。利用氧或者二氧化碳(co2)等离子体来处理第二聚合物片材的第二表面，以在第二表面上引入环氧化学官能度。使第一等离子体处理片材的第一表面与第二等离子体处理片材的第二表面相接触，然后使其经受热源(诸如激光)，以引发化学交联。
[0029]
化学交联涉及在等离子体处理的第一片材的胺化学部分与等离子体处理的第二片材的环氧化学部分之间发生的化学脱水反应。第一片材可以包括与第二片材相同的聚合物材料。共价键是通过脱水反应形成的，例如，在热处理之前，通过氮原子与先前相关联的胺化学部分的化学键。共价键位于第一片材的第一表面与第二片材的第二表面之间。水是作为化学反应的副产物产生的。与仅使用层间链扩散连接在一起的片材之间的附着性相比，第一片材与第二片材之间通过化学交联形成的共价键通常会提供交联片材之间的更牢固的附着性，从而利用化学交联提高了零件的牢固性。
[0030]
在其它示例性实施例中，利用氨等离子体或者氮等离子体-或者氮(n2)和氢(h2)等离子体来处理第一热塑性片材，以选择性地在第一热塑性片材的表面上引入胺化学官能度。利用氧(o2)或者二氧化碳等离子体来处理第二热塑性片材，以在第二热塑性片材的表面上引入环氧化学官能度。第一等离子体处理表面位于并接触第二等离子体处理表面。第一等离子体处理表面的位置可以例如位于第二等离子体处理表上、之上或者上方。第一特征形成在第二特征“之上”或者“上”可以包括第一特征与第二特征直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一特征与第二特征之间形成附加特征以使第一特征与第二特征可能
不直接接触的实施例。为了便于描述，本文中使用诸如“向上”、“向下”、“下方”、“下面”、“之下”、“较低”、“上部”、“上方”、“之上”、“较高”、“相邻”、“相邻”、“中间”、“之间”等空间相对术语，来相对于附图中代表性地示出的其它元素或者特征代表性地描述一个或更多个元素或者特征。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语旨在包括在使用或者操作中的设备或者对象的不同取向。装置、设备或者对象可以以其它方式进行空间变换(例如，旋转90度)，并且本文使用的空间相对描述符也可以相应地进行解释。
[0031]
使片材组件经受热源(诸如激光)，以引发烧结和化学交联。在一些示例性实施例中，可以使用任何可用的方法、系统或者设备来完成沿预定路径在聚焦深度处的亚表面热沉积。例如，可以将多个聚合物片材彼此堆叠，并且可以在片材的堆叠内进行亚表面热沉积，以在堆叠内的预定深度处引发烧结和化学交联。
[0032]
片材之间的化学交联涉及在第一热塑性片材的胺化学部分与第二热塑性片材的环氧化学部分之间发生的脱水反应。脱水反应形成共价键——例如，通过在化学交联之前与胺化学部分先前相关的氮原子。共价键处于相应的等离子体处理的第一热塑性片材与第二热塑性片材之间。水(h2o)是脱水反应的副产物。等离子体处理的热塑性片材之间通过化学交联形成的共价键通常在交联片材表面之间提供更牢固的附着，从而导致改进的整体零件牢固性。片材之间的交联发生在片材之间的交界处，并工作为利用共价化学键以及形成片材的聚合物材料的热诱导链扩散将片材连接在一起。根据本文所述的示例性实施例，与化学官能化片材一起形成的共价键有助于提高增材制造零件的牢固性。通过与在基于片材的增材制造工艺中仅采用聚合物链扩散的现有技术相比，未经化学官能化以彼此形成共价键的片材将不会展现出所需的零件牢固性。另一方面，与仅采用聚合物链扩散的技术相比，化学交联与伴随共价键的形成提供了更高的零件牢固性。
[0033]
在示例性实施例中，提出了一种或者更多种技术方案，其克服了与在增材制造零件中提供牢固的层间附着相关联的技术问题。作为结果，本文所述的一个或更多个技术方案提供了以下技术效果：使得能够在增材制造工艺中使用的组分材料之间形成化学键，使得能够加工与利用注塑技术加工的零件至少同样牢固的增材制造零件；使得能够提高用于制造牢固零件的增材制造的利用率，支持与制造规范或者机械性能要求相关的零件检验，或者实现与使用增材制造来制作与利用其它工艺加工的零件至少同样坚固的零件相关的成本节约。
[0034]
在不同的描绘实施例中的流程图和框图示出了示例性实施例中装置和方法的一些可能实施方式的体系结构、功能和操作。在这方面，流程图或者框图中的各个框可以表示模块、段、函数或者操作或者步骤的一部分中的至少一者。附图例示并不意味着对所实施的示例性实施例的方式进行物理或者体系结构限制。可以使用除所示组件之外或者代替所示组件的其它组件。有些组件可能是不必要的。附加地，还提供一些框以示出一些功能组件。当在示例性实施例中实现时，可以将一个或更多个框组合、划分、或者组合并划分为不同的框。
[0035]
现在参考附图，并且特别是参考图1，根据示例性实施例描绘增材制造环境的框图的例示。如图所示，增材制造环境100包括等离子体系统110。在此示例性实施例中，等离子体系统110是物理系统，并且可以包括任意类型或者任意数量的组件设备。在此示例性实施例中，等离子体系统110可以包括棒形等离子体设备、大气等离子体设备、等离子体室、其它
合适类型的组件设备或者其组合中的至少一者。
[0036]
如本文所使用的，短语
“……
中至少一者”当与项目列表一起使用时，意味着可以使用所列项目中的一个或更多个的不同组合，并且可能仅需要列表中的各个项目中的一个。换言之，
“……
中至少一者”是指可以从列表中使用项目的任何组合或者项目的数量，但并非列表中的所有项目都是必需的。项目可以是特定的对象、物体或者类别。例如但不限于，“项目a、项目b或者项目c中的至少一者”可以包括项目a、项目a和项目b、或者项目b。此实施例还可以包括项目a和项目b和项目c、或者项目b和项目c。当然，可以存在这些项目的任何置换组合。在一些示例性实施例中，“项目a、项目b或项目c中的至少一者”可以是(例如但不限于)：项目a中的两个、项目b中的一个、和项目c中的十个；项目b中的四个和项目c中的七个；或者其它合适的组合。
[0037]
如本文所用，术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“具有”、“有”或者其任何上下文变体旨在涵盖非排他性包含。例如，包括元素列表的工艺、产品、组合、物品或者装置不一定仅限于这些元素，而是可以包括未明确列出或者此类工艺、产品、组合、物品或者装置固有的其它元素。此外，除非有明确的相反表示，否则“或者”是指包括性“或者”而非排他性“或者”。也就是说，除非另有说明，否则本文中使用的术语“或者”通常意指“和/或者”。例如，条件“a或者b”满足以下任一项：a为真(或者存在)且b为假(或者不存在)，a为假(或者不存在)且b为真(或者存在)，a和b均为真(或者存在)。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则以“一”或者“一种”开头的术语(以及当引用基础为“一”或者“一种”时的“所述”)包括该术语的单数和复数。此外，除非上下文另有明确指示，否则本文说明书中所使用的“在
……
中”的含义包括“在
……
中”和“在
……
上”。
[0038]
等离子体系统110包括第一等离子体发生器112和第二等离子体发生器116。第一等离子体发生器112被配置成生成第一等离子体114。第二等离子体发生器116被配置成生成第二等离子体118。在一些示例性实施例中，第一等离子体发生器112可以是与在不同时间使用的第二等离子体发生器116相同的等离子体发生器，以生成第一等离子体114和第二等离子体118。
[0039]
第一基板122暴露于第一等离子体114，以产生胺官能化基板132，使得胺官能化基板包括第一基板122表面上的胺化学官能团。例如，第一等离子体发生器112可以被适当地配置成产生作为第一等离子体114的含氨等离子体。在示例性实施例中，第一等离子体114可以包括氨(nh3)，或者第一等离子体114可以结合地或者替代地包括分子氮(n2)、分子氢(h2)、或者分子氮和分子氢。
[0040]
如本文所用，术语“基板(substrate)”一般是指提供沉积有物体的表面的对象。如本文所用，术语“片材(sheet)”一般是指呈宽的平片材料的形式。在一些示例性实施例中，片材的厚度范围可以从100μ至1000μ。附加地，任何数量的基板或片材可以包括相同的材料，并且可以以任何数量的厚度或纵横比来提供。
[0041]
第一基板122包括被适当地构造以在基于片材的增材制造工艺中使用的聚合物材料。例如，第一基板122可以包括尼龙、阻燃尼龙、矿物/玻璃纤维填充尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体、聚芳醚酮(paek)、其它聚合物材料等。在代表性实施方式中，合适的聚合物材料的选择可以基于例如期望的熔化温度、如此形成的三维零件的特性、或者与以下条件下的稳定性有关的特性，该条件用于达到与在片材或基板之
间形成共价化学键相关联的活化能。
[0042]
将第一基板122暴露于第一等离子体114会产生胺官能化基板132。胺官能化基板132包括胺官能化基板132的等离子体暴露表面上的胺化学部分134。如图所示，胺化学部分134可以是若干个-nh2化学官能团。
[0043]
将第二基板124暴露于第二等离子体118，以产生环氧官能化基板136，使得环氧官能化基板136包括第二基板124表面上的环氧化学官能团。例如，第二等离子体发生器116可以被适当地配置成产生作为第二等离子体118的含氧等离子体。在示例性实施例中，第二等离子体118可包括氧，或者第二等离子体118可以结合地或者替代地包括分子氧(o2)或者二氧化碳(co2)。
[0044]
第二基板124包括被适当地构造以增材制造工艺中使用的聚合物材料。第二基板124可以包括与第一基板122相同的聚合物材料。例如，第二基板124可以包括尼龙、阻燃尼龙、矿物/玻璃纤维填充尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体、聚芳醚酮(paek)、其它聚合物材料等。在代表性实施方式中，合适的聚合物材料的选择可以基于例如期望的熔化温度、如此形成的三维零件的特性、或者与以下条件下的稳定性有关的特性，该条件用于达到与在基板之间形成共价化学键相关联的活化能。
[0045]
在示例性实施例中，第一基板122或第二基板124可以包括热塑性材料。热塑性塑料或热软化塑料是一种聚合物材料，其在升高的温度下变得柔韧或可塑，而在冷却后凝固。在加热状态下，热塑性塑料可以被重塑，并且可以用于通过各种聚合物加工技术(如注塑成型、压缩成型、压延和挤压)来生产零件。热塑性塑料的物理属性可以在高于玻璃化转变温度和低于熔点时，在不发生相关联的相变的情况下发生剧烈的变化。一些热塑性塑料在低于其玻璃化转变温度时不会完全结晶——保留其部分或全部非晶态特性。可以在期望高光学清晰度时使用非晶态和半非晶态热塑性塑料。
[0046]
将第二基板124暴露于第二等离子体118会产生环氧官能化基板136。环氧官能化基板136包括环氧官能化基板136的暴露表面上的环氧化学部分138。在示例性实施例中，环氧化学部分138包括桥连-o-化学官能团。
[0047]
将胺官能化基板132与环氧官能化基板136进行组合，以形成工件140。例如，可以将胺官能化基板132定位成与环氧官能化基板136相接触，使得将胺化学部分134设置在环氧化学部分138上或附近。
[0048]
使工件140受热，以便形成被加热工件150。在示例性实施例中，一个或更多个热源可以包括激光——例如，用于选择性激光烧结增材制造系统中。然而，应当认识到，其它类型的热源可以替代地、结合地或者顺序地使用。例如，可以使用热熔合接合工艺。热熔合接合是一种经由热循环将超过一种的材料或基板融合在一起的工艺。进行热熔合的温度通常略高于被熔合材料的玻璃瞬态温度。
[0049]
如本文后面参考图5至图8更详细地描述的，对工件140的加热引发胺化学部分134与环氧化学部分138之间的化学反应，以在胺官能化基板132与环氧官能化基板136之间产生共价化学键。根据示例性实施例，利用材料和增材制造工艺的代表性实施方式，共价化学键的形成提供了改进的零件牢固性。
[0050]
随后，将被加热工件150进行冷却以形成结构160。在示例性实施例中，结构160可能不是完全形成的零件。例如，在一些示例性实施例中，结构160可以是增材制造的三维零
件的组件层或者组件层的子集。结构160例如可以是飞行器零件、内部建筑物(monument)、壁、风管、整流罩、电线罩、配电板、行李箱、齿轮箱盖、格栅结构、蒙皮面板、支架、把手等。
[0051]
现在转到图2，根据示例性实施例描绘了增材制造系统的框图的例示。在此示例性实施例中，增材制造系统200是可以使用化学键合片材形式的工件140来加工图1中的结构160的制造系统的实施例。
[0052]
增材制造系统200包括若干个不同的组件。如一般描述的，增材制造系统200包括控制器210、激光系统220、层压系统230和构建平台240。控制器210与激光系统220通信。控制器210还与层压系统230通信。
[0053]
构建平台240提供开始沉积材料以形成增材制造零件的初始基板。构建平台240还支持在增材沉积期间构建制造零件的顺序组件层以形成零件。层压系统230供应用于在构建平台240上、之上或者上方沉积的材料。一般地，如图2所示，层压系统230包括组合基板232。
[0054]
在此示例性实施例中，组合基板232是图1中工件140的实施方式的实施例。如一般所描绘的，组合基板232包括第一化学官能化基板236和第二化学官能化基板234。第一化学官能化基板236可以包括与第二化学官能化基板234相同的聚合物材料。如本文后面所讨论的，可以调整胺与环氧基团的比率，以便实现期望的交联量或者密度。
[0055]
第一化学官能化基板236和第二化学官能化基板234的化学官能化使得第一化学官能化基板236的化学部分与第二化学官能化基板234的化学部分之间可以进行化学反应，以在第一化学官能化基板236与第二化学官能化基板234之间产生共价键。
[0056]
在示例性实施例中，第一化学官能化基板236可以包括通过利用含氨等离子体处理第一聚合物片材而产生的胺化学部分，并且第二化学官能化基板234可以包括利用含氧等离子体处理第二聚合物片材而产生的环氧化学部分。
[0057]
层压系统230供应组合基板232以构建平台240。激光系统220被配置成对沉积在构建平台240上、之上或者上方的组合基板232进行加热。对组合基板232的加热会在第一化学官能化聚合物的胺化学部分与第二化学官能化聚合物的环氧部分之间引发化学反应，以在组合基板232的组成层之间产生共价化学键。
[0058]
控制器210是控制激光系统220和层压系统230并与激光系统220和层压系统230进行通信的物理硬件系统或者设备。在示例性实施例中，控制器210控制层压系统230并与层压系统230进行通信，以在三维零件的增材制造期间，在构建平台240上、之上或者上方供应并顺序沉积若干层组合基板232。控制器210还被配置成控制激光系统220，以在三维零件的增材制造的相应阶段期间对组合基板232的若干层中的每一层加热。例如，控制器210与层压系统230进行通信，以在构建平台240上供应和沉积组合基板232的初始层。然后，控制器210与激光系统220进行通信来对组合基板232的初始层进行加热，以在初始层的组合基板232的化学官能化层之间引发烧结和化学交联。
[0059]
然后，加热后的初始层被冷却。在一些实施例中，冷却可以包括从零件或者零件层去除热能的主动过程。在其它实施例中，冷却可以包括允许加热层向当地环境辐射地散热的被动过程。
[0060]
随后，控制器210与层压系统230进行通信，以在冷却的初始层上供应和沉积另一互补的化学官能化片材。重复该工艺以建立额外的烧结和化学交联层，直到三维零件的制
造基本完成为止。
[0061]
控制器210可以在软件、硬件、固件或者其组合中实现。当使用软件时，控制器210执行的操作可以在被配置为在硬件(诸如硬件处理器单元)上运行的程序代码中实现。当使用固件时，由控制器210执行的操作可以存储于永久性存储器中以在处理器单元上运行的程序代码和数据中实现。当使用硬件时，硬件可以包括在控制器210中执行操作的电路。
[0062]
在示例性实施例中，硬件可以采用选自电路系统、集成电路、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件或者配置为执行多个操作的其它合适类型的硬件中的至少一者的形式。利用可编程逻辑器件，该器件可以被配置成执行任意数量的操作。设备可以在以后重新配置，或者可以永久配置为执行任意数量的操作。可编程逻辑器件例如包括可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列(fpga)或者其它合适的硬件设备。此外，该工艺可以在与无机组分集成的有机组分中实施，并且可以完全由除人类以外的有机组分组成。例如，该工艺可以被实现为有机半导体中的电路。
[0063]
现在转到图3，根据示例性实施例描绘前体材料的框图的例示。在该实施例中，前体材料300包括基板的具有第一化学官能化的第一侧310以及基板的具有第二化学官能化的第二侧320。在一些示例性实施例中，前体材料300可以是图1中所示的工件140或者图2中所示的组合基板232。在示例性实施例中，第一侧和第二侧可以是同一基板的相反侧。在其它示例性实施例中，第一侧可以是第一基板的表面，并且第二侧面可以是不同于第一基板的第二基板的表面。
[0064]
在示例性实施例中，基板的具有第一化学官能化的第一侧310可以根据上述关于如图1所示的胺官能化基板132或者如图2所示的第一化学官能化基板236的组合、工艺、设备、系统或者方法中的任一者产生或者以其它方式形成。基板的具有第二化学官能化的第二侧320可以根据上述关于如图1所示的环氧官能化基板136或者如图2所示的第二化学官能化基板234的组合、工艺、设备、系统或者方法中的任一者产生或者以其它方式形成。
[0065]
现在转到图4，根据示例性实施例描绘三维零件的框图的例示。三维零件400是图1中结构160的实施例。三维零件400包括第一基板410和第二基板420。在一些实施方式中，三维零件400可以包括基本上完全成形的零件。在其它实施方式中，三维零件400可以包括在增材制造的任何阶段处部分成形的零件。尽管图4示出了第一基板410和第二基板420相对于彼此偏移，但是其它示例性实施例包括第一基板410和第二基板420彼此基本上对准。
[0066]
在示例性实施例中，第一基板410和第二基板420可以包括相同的聚合物材料。利用共价键将第一基板410和第二基板420相应地彼此附着。在一个示例性实施例中，共价键通过氮原子430——例如，如以上参考根据图1或者图2的示例性实施例所描述的。
[0067]
现在转到图5，根据示例性实施例描绘了第一等离子体处理基板的例示。如图所示，胺官能化基板500包括胺化学部分，诸如胺化学部分510、胺化学部分520、胺化学部分530和胺化学部分540——例如，如以上参考根据图1所描绘的胺部分134或者图2所描绘的第一化学官能化基板236的示例性实施例所描述的。
[0068]
现在转到图6，根据示例性实施例描绘了第二等离子体处理基板的例示。如图所示，环氧官能化基板600包括环氧化学部分，诸如环氧化学部分610、环氧化学部分620、环氧化学部分630和环氧化学部分640——例如，如以上参考根据图1所描绘的环氧部分138或者图2所描绘的第二化学官能化基板234的示例性实施例所描述的。
[0069]
现在转到图7，根据示例性实施例描绘了被定位成与第一等离子体处理基板相邻的第二等离子体基板的例示。如图所示，胺官能化片材500的胺化学部分510、胺化学部分520、胺化学部分530和胺化学部分540被设置为与环氧官能化片材600的环氧化学部分610、环氧化学部分620、环氧化学部分630和环氧化学部分640相邻，或以其它方式在环氧官能化片材600的环氧化学部分610、环氧化学部分620、环氧化学部分630和环氧化学部分640附近。
[0070]
现在转到图8，根据示例性实施例描绘了共价键合到第二等离子体处理基板的第一等离子体处理基板的例示。如图所示，化学键合基板700包括通过氮原子810、820、830和840利用共价键彼此附着的胺官能化基板500和环氧官能化基板600。将认识到，更多数量的胺官能化基板和环氧官能化基板可以在彼此之间类似地共价键合——例如，增材工艺顺序的紧接着的连续层的相邻沉积之间，或沿胺官能化片材500和环氧官能化片材600横向延伸。
[0071]
对胺官能化基板500和环氧官能化基板600的加热获得了在胺化学部分510与环氧化学部分610之间、在胺化学部分520与环氧化学部分620之间、在胺化学部分530与环氧化学部分630之间、以及在胺化学部分540与环氧化学部分640之间引发化学反应相关联的活化能。通过氮原子810的共价键作为胺化学部分510与环氧化学部分610之间的化学反应的结果而形成——连同一个水分子850作为副产物。通过氮原子820的共价键作为胺化学部分520与环氧化学部分620之间的化学反应的结果而形成——连同另一个水分子850作为副产物。通过氮原子830的共价键作为胺化学部分530与环氧化学部分630之间的化学反应而形成——连同另一个水分子850作为副产物。通过氮原子840的共价键作为胺化学部分540与环氧化学部分640之间的化学反应而形成——连同另一个水分子850作为副产物。例如，化学交联反应可以按照以下一般化学反应方案进行：
[0072]
r1-nh2+r2-o-r3
→
r1-n-r3+h2o
[0073]
在示例性实施例中，r1是第一片材的原子，r2和r3是与环氧官能团桥接的第二片材的双生原子。伴随着化学交联，环氧基团打开以通过氮气在r1和r3之间形成共价键。当化学交联反应打开环氧基团的环醚环后，r2仍保留在第二片材的表面上，并且一般不参与第一片材与第二片材之间的共价键合。
[0074]
一般情况下，交联反应是通过胺氮对环氧基团的末端碳的亲核攻击而发生的。一般认为反应机理为sn2-ii型反应，因此反应速率服从二级动力学。在这种机理中，胺基团的氢原子不会直接与环氧基团反应，而是亲核氮原子攻击环氧环上的碳原子，并且然后胺中的氢原子最终转移到环氧氧原子上形成-oh。该机理表明，反应性取决于胺的亲核性，而亲核性是随近场取代基的电子效应和空间效应而变化的。
[0075]
通过氮原子810、820、830和840的共价键通常对应于一些通过氮原子430的共价键，如图4所示。被称为“脱水反应”的过程或者其上下文变型表明水850是作为图1的胺化学部分134与环氧化学部分138之间的化学反应的副产物而产生的。
[0076]
虽然方法、步骤、操作或者过程是以特定的顺序呈现的，但在不同的实施例中，这种顺序可能会改变。在一些实施例中，在说明书、附图或者权利要求书中多个步骤被示作是有顺序的，其它实施例中的此类操作的某些组合可以同时或者以不同的顺序执行。本文描述的操作序列可以被另一工艺中断、暂停或者以其它方式进行控制。
[0077]
现在转到图9，根据示例性实施例描绘的工艺流程图的例示。该流程图所示的工艺可以在增材制造环境100中实施以形成图1中的结构160，或者可以利用图2中的增材制造系统200实施以形成图4中的三维零件400。在一些示例性实施例中，三维零件可以是在飞行器的制造或服务中使用的零件或工件。
[0078]
工艺900将第一基板暴露于第一等离子体(操作910)，使得形成胺官能化基板，其中胺官能化基板包括胺化学部分。第一基板可以包括被适当地构造为在增材制造工艺中使用的聚合物材料。例如，第一基板可以包括尼龙、阻燃尼龙、矿物/玻璃纤维填充尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体、聚芳醚酮(paek)、其它聚合物材料等。在代表性实施方式中，合适的聚合物材料的选择可以基于例如期望的熔化温度、如此形成的三维零件的特性、或者与以下条件下的稳定性有关的特性，该条件用于达到与在基板之间形成共价化学键相关联的活化能。
[0079]
第一等离子体可以包括氨，或者第一等离子体可以结合或者交替地包括分子氮、分子氢、或者分子氮和分子氢。将第一基板暴露于第一等离子体中产生胺官能化基板。胺官能化基板包括在第一基板的等离子体暴露表面上的胺化学部分。胺化学部分可以是-nh2化学官能团。第一基板可以对应于第一基板122，并且第一等离子体可以对应于图1中的第一等离子体114。胺官能化基板可以是图1的胺官能化基板132、图2中的第一化学官能化基板236、图3中基板的包括第一化学官能化的第一侧310、图4中的第一基板410或图5中的胺官能化片材500。
[0080]
工艺900将第二基板暴露于第二等离子体(操作920)，使得形成环氧官能化基板，其中环氧官能化基板包括环氧化学部分。第二基板可以包括被适当地构造为在增材制造工艺中使用的聚合物材料。第二基板的聚合物材料可以与第一基板的聚合物材料相同的聚合物材料。第二基板可以包括尼龙、阻燃尼龙、矿物/玻璃纤维填充尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体、聚芳醚酮(paek)、其它聚合物材料等。在代表性实施方式中，合适的聚合物材料的选择可以基于例如期望的熔化温度、如此形成的三维零件的特性、或者与以下条件下的稳定性有关的特性，该条件用于达到与在基板之间形成共价化学键相关联的活化能。
[0081]
第二等离子体可以包括氧，或者第二等离子体可以结合地或交替地包括分子氧或二氧化碳。将第二基板暴露于第二等离子体产生环氧官能化基板。环氧官能化基板包括在第二基板的等离子体暴露表面上的环氧化学部分。环氧化学部分可以是-o-化学官能团，其中-o-基团的相应键与彼此相连的双子原子键合，从而形成三元环醚。第二基板可以对应于第二基板124，并且第二等离子体可以对应于图1中的第二等离子体118。环氧官能化基板可以为图1中的环氧官能化基板136、图2中的第二化学官能化基板234、图3中的基板的包括第二化学官能化的第二侧320、图4中的第二基板420或者图6中的环氧官能化片材600。
[0082]
工艺900将第一基板的胺官能化表面定位成与第二基板的环氧官能化表面相邻(操作930)。胺官能化基板和环氧官能化基板的组合可以对应于图1中的工件140、图2中的组合基板232或图3中的前体材料300的一些示例性实施例。
[0083]
工艺900对组合工件进行加热，以形成被加热工件(操作940)。加热导致发生化学反应——通过氮原子形成共价键，并且还产生水作为副产物。暴露于热引起化学脱水反应，从而在胺官能化基板的胺化学部分与环氧官能化基板的环氧化学部分之间形成共价键。被
加热组合对应于图1中的被加热工件150。共价键可以对应于图4中通过氮原子430的共价键，或图8中通过氮原子810、820、830和840的共价键。胺化学部分可以对应于图5的胺化学部分510、胺化学部分520、胺化学部分530和胺化学部分540。环氧化学部分可以对应于图6的环氧化学部分610、环氧化学部分620、环氧化学部分630和环氧化学部分640。
[0084]
工艺900对被加热工件进行冷却，以形成结构(操作950)。在一些实施例中，冷却可以包括从结构的层中主动移除热能的工艺，例如，使用对流冷却。在其它实施例中，冷却可以包括允许加热层被动地向局部环境散热的被动过程。该结构可以对应于图1中的结构160或者图4中的三维零件400。在一些示例性实施例中，三维零件可以是用于飞行器制造或者服务的零件或者工件。
[0085]
现在转到图10，根据示例性实施例描绘了用于增材制造方法的工艺的流程图的例示。该流程图中所示的工艺可以在增材制造环境100中实施以形成图1中的结构160，或者可以利用图2中的增材制造系统200实施以形成图4中的三维零件400。
[0086]
工艺1000向胺官能化基板添加环氧官能化基板，以形成第一组合(操作1010)。在该操作中，胺官能化基板是作为利用第一等离子体处理的第一基板而提供的，并且环氧官能化基板是作为利用第二等离子体处理的第二基板而提供的。胺官能化基板可以是图1的胺官能化基板132、图2中的第一化学官能化基板236、图3中基板的包括第一化学官能化的第一侧310、图4中的第一基板410或者图5中的胺官能化片材500。环氧官能化基板可以是图1中的环氧官能化基板136、图2中的第二化学官能化基板234、图3中的基板的包括第二化学官能化的第二侧320、图4中的第二基板420或者图6中的环氧官能化片材600。第一组合可以对应于图1中的工件140、图2中的组合基板232或者图3中的前体材料300。第一基板可以对应于图1中的第一基板122，或者图9中工艺900中提及的第一基板。第一等离子体可以对应于图1中的第一等离子体114，或者图9中的工艺900中提及的第一等离子体。第二基板可以对应于图1中的第二基板124，或者图9中的工艺900中提及的第二基板。第二等离子体可以对应于图1中的第二等离子体118，或者图9中的工艺900中提及的第二等离子体。
[0087]
工艺1000对第一组合进行热循环，以形成热循环组合(操作1020)。在该操作中，共价键是由胺官能化基板的胺化学部分与环氧官能化基板的环氧化学部分之间发生的脱水反应形成的。热循环组合对应于图1中的被加热工件150。共价键可以对应于图4中通过氮原子430的共价键，或者图8中通过氮原子810、820、830和840的共价键。胺化学部分可以对应于图5的胺化学部分510、胺化学部分520、胺化学部分530和胺化学部分540。环氧化学部分可以对应于图6的环氧化学部分610、环氧化学部分620、环氧化学部分630和环氧化学部分640。
[0088]
工艺1000形成胺官能化基板和环氧官能化基板的连续组合(操作1030)。在这个操作中，对各个连续组合进行热循环，以与前一个组合形成连续的共价键。各个连续组合可以包括交替的胺官能化片材表面和环氧化物官能化片材表面的附加层的组件。连续组合可以包括任意数量的图1中的工件140、图1中的被加热工件150、图2中的组合基板232、图3中的前体材料300或者工艺900中提及的工件。
[0089]
在示例性实施例中，胺官能化基板与环氧官能化基板被处理并组合，以提供1:1化学计量比的胺化学官能团与环氧化学官能团。也就是说，胺化学官能团与环氧化学官能团的比率可以基于表面载胺基团的第一摩尔数与表面载环氧基团的第二摩尔数。其它比率的
胺与环氧化学官能化也是可能的。例如，示例性胺与环氧的比率可以大于1:1或者小于1:1。在代表性实施方式中，可以选择胺与环氧化学官能化的比率，从而实现在胺官能化基板表面与环氧官能化基板表面之间所需的化学交联量或者密度。
[0090]
热循环可以代表性地对应于暴露于热、加热循环或者加热和冷却循环。在示例性实施例中，热循环引发在胺官能化基板与环氧官能化基板之间形成共价键。连续组合可以包括在形成各个连续组合的各个层的材料之间的连续共价键。可以对热循环的加热组件进行配置，使得发生化学脱水反应——通过氮原子形成共价键，而且还会产生水作为副产物。热循环的冷却组件可以被配置为适当地制备部分加工的零件，以用于以增材构建顺序另一化学官能化层进行另一沉积。可以执行最终的热循环步骤的冷却组件以完成零件的加工。
[0091]
胺官能化基板与环氧官能化基板的连续组合在先前的热循环组合上、之上或者上方顺序地沉积并且热循环。先前的热循环组合可以被视为增材制造顺序中的先前增材构建层。对每一个连续组合进行热循环，以与增材制造顺序中的前一个组合或者前一个构建层形成连续共价键。
[0092]
现在转到图11，根据示例性实施例描绘了飞行器制造和维修方法的例示。在图12中，描绘了可以实现示例性实施例的飞行器框图的例示。本公开的示例性实施例可以在如图11所示的飞行器制造和维修方法1100和如图12所示的飞行器1200的上下文中描述。首先转到图11，根据示例性实施例描绘了飞行器制造和维修方法的例示。在预生产期间，飞行器制造和维修方法1100可以包括图12中飞行器1200的规格和设计1110以及材料采购1120。
[0093]
在生产期间进行图12中飞行器1200的组件和子组件制造1130和系统集成1140。此后，图12中的飞行器1200可以通过认证和交付1150，以便投入使用1160。当由客户使用1160时，图12中的飞行器1200计划进行的日常维修和保养1170，包括改装、重新配置、翻新或者其它维护或者服务。
[0094]
飞行器制造和维修方法1100的各个工艺可以由系统集成商、第三方、操作员或者其某种组合来进行或者执行。在这些实施例中，操作员可以是客户。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主要系统分包商。第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商。运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
[0095]
现在参考图12，描述了可以实现一个示例性实施例的飞行器1200的例示。在该示例中，飞行器1200是通过图11中的飞行器制造和维修方法1100生产的，并且可以包括具有多个系统1230和内部1220的机身1210。系统1230的实施例包括推进系统1232、电气系统1234、液压系统1236或者环境系统1238中的一者或更多个。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空实施例，但不同的示例性实施例可以应用于其它行业，例如汽车行业、航海行业等。在示例性实施例中，可以使用图1中的工件140制造飞行器1200的一个或更多个组件。例如，工件140可以用于形成各种组件，诸如纵梁、蒙皮面板或者机身1210中的其它组件。作为另一个实施例，图1中的工件140可以用于在飞行器1200的内部1220内形成管道、管道系统、模制件或者其它组件。由于在使用工件140生成的零件中存在化学共价键，这些组件可以具有改进的牢固性。
[0096]
在图11中的飞行器制造和维修方法1100的至少一个阶段中，可以使用本文代表性地描述的装置和方法。在示例性实施例中，图11中的组件和子组件制造1130中生产的组件
或者子组件可以以类似于当飞行器1200正在使用1160时生产的组件或者子组件的方式加工或者制造。作为又一实施例，在生产阶段期间(诸如图11中的组件和子组件制造1130和系统集成1140)，还可以利用一个或更多个装置实施例、方法实施例、或其组合。当飞行器1200正在使用1160时、在图11中的维修和保养1170期间、或两者，都可以使用一个或更多个装置实施例、方法实施例或其组合。使用许多不同的示例性实施例可以实质上加快飞行器1200的组装，降低飞行器1200的成本，或者加快飞行器1200的组装并降低飞行器1200的成本两者。例如，与以其它方式提供类似的零件牢固性的注塑成型相比，飞行器1200的快速组装可以通过使用选择性激光烧结增材制造技术进行快速成型来完成，所述选择性激光烧结增材制造技术采用本文代表性地描述的装置和方法。通过进一步的实施例，与以其它方式涉及模具制造的注塑成型相比，可以使用选择性激光烧结增材制造技术来实现飞行器1200的降低成本，所述选择性激光烧结增材制造技术采用本文代表性地描述的装置和方法。
[0097]
本文提供的实施例或者例示不应以任何方式被视为对与其相关联的任何一个或多个术语的限制、限定或者明确定义。相反，这些实施例或例示应被视为是针对特定实施例进行描述的并且仅作为示例性的。本领域技术人员将理解，与这些实施例或者例示相关联的任何一个或多个术语将涵盖可以在说明书此处或其它地方与这些实施例或者例示一起给出或者未给出的其它实施例，并且所有这些实施例意在包括在该术语或者那些术语的范围内。指定这种非限制性实施例和例示的语言包括但不限于：“例如”、“比如”、“在实施例中”、“在一个实施例中”等。整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“特定实施例”、或“具体实施例”或者上下文相似的术语的引用意味着，与该实施例相关描述的特定的特征、结构、属性或者特性包括在至少一个实施例中，并且不一定存在于所有实施例中。因此，短语“在实施例中”、“在示例性实施例中”或者“在特定实施例中”或者在整个说明书中的各个位置的类似术语的相应出现不一定指同一实施例。术语“实施例”或者其上下文变体的使用绝不表示承认现有技术。此外，任何特定实施例的特定特征、结构、属性或者特性可以以任何合适的方式与一个或更多个其它实施例组合。在示例性实施例中，附图中所示的均匀阴影或者无阴影可以对应于基本上同质的材料。在其它示例性实施例中，单一阴影或者无阴影可以表示一个或更多个组件材料层。
[0098]
本公开的一般方面包括示例性三维零件。该三维零件包括：具有第一侧的第一基板；以及具有第二侧的第二基板。第二基板的第二侧通过第一多个氮原子共价键合到第一基板的第一侧。第一基板可以包括第一热塑性片材，并且第二基板可以包括第二热塑性片材。第一热塑性片材可以包括第一聚合物材料，并且第二基板可以包括第二聚合物材料。第二聚合物材料可以包括与第一聚合物材料相同的聚合物材料。三维零件还可以包括第三基板的第三侧，该第三基板的第三侧通过第二多个氮原子共价键合到第一基板的第四侧，第一基板的第四侧与第一基板的第一侧相反。第三基板可以包括第三热塑性片材。第三热塑性片材可以包括聚合物材料。第三热塑性片材可以是相同的聚合物材料。该相同的聚合物材料可以包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。该代表性方面的其它实施例包括对应的系统、装置和方法，各个系统、装置和方法被配置为利用增材制造工艺来制造三维零件。
[0099]
本公开的另一一般方面包括增材制造的方法。该方法包括：将第一基板暴露于第一等离子体，使得形成胺官能化基板。胺官能化基板包括在第一基板的第一表面上的胺化
学部分。该方法还包括：将第二基板暴露于第二等离子体，使得形成环氧官能化基板。环氧官能化基板包括在第二基板的第二表面上的环氧化学部分。该方法还包括：将第一基板的第一表面定位成与第二基板的第二表面相邻，以形成工件。该方法还包括：对工件进行加热，以形成被加热工件；以及对被加热工件进行冷却，以形成结构。对工件进行加热以形成被加热工件的步骤可以包括：对工件进行加热，使得在第一表面与第二表面之间形成共价键，并且使得在胺化学部分与环氧化学部分之间发生脱水反应。第一等离子体可以包括以下中的至少一者：氨；分子氮；或者分子氮和分子氢。第二等离子体可以包括以下中的至少一者：分子氧；或者二氧化碳。第一基板可以是第一热塑性片材，并且第二基板可以是第二热塑性片材。第二热塑性片材可以包括与第一热塑性片材相同的聚合物材料。加热可以包括热熔合工艺或激光烧结工艺中的至少一者。所描述的技术的实施方式可以包括用于执行各种方法或工艺步骤的系统、硬件或者装置。
[0100]
本公开的另一一般方面包括用于增材制造的方法。该方法包括：将胺官能化基板与环氧官能化基板进行组合，以形成第一组合。胺官能化基板是作为利用第一等离子体处理的第一基板而提供的，并且环氧官能化基板是作为利用第二等离子体处理的第二基板而提供的。该方法还包括对第一组合进行热循环。通过胺官能化基板的胺化学部分与环氧官能化基板的环氧化学部分之间的脱水反应形成共价键。该方法还包括：形成胺官能化基板和环氧官能化基板的连续组合。对各个连续组合进行热循环以与前一个组合形成连续共价键。第一等离子体可以从以下中的至少一者生成：氨；分子氮；或者分子氮和分子氢。第二等离子体可以从以下中的至少一者生成：分子氧；或者二氧化碳。第一基板可以是第一热塑性片材。第二基板可以是第二热塑性片材。各个连续组合可以包括由相应的等离子体处理产生的交替的胺官能化和环氧化物官能化的至少一对相反的热塑性片材表面。第一基板可以包括第一聚合物，并且第二基板可以包括第二聚合物。第二聚合物包括与第一聚合物相同的聚合物材料。热循环可以包括在增材制造工艺中的选择性激光烧结工艺。所描述的技术的实施方式可以包括用于执行各种方法或工艺步骤的系统、硬件或者装置。
[0101]
本公开的另一一般方面包括代表性增材制造系统，该代表性增材制造系统包括激光系统。该增材制造系统还包括层压系统，该层压系统将第一化学官能化基板设置成与第二化学官能化基板相邻。第二化学官能化基板不同于第一化学官能化基板。在暴露于热时，在第一化学官能化基板与第二化学官能化基板之间形成共价键。该增材制造系统还包括构建平台和控制器，控制器与激光系统和层压系统进行通信。控制器控制层压系统，以将第一化学官能化基板沉积在构建平台上。控制器还控制层压系统，以将第二化学官能化基板沉积在第一化学官能化基板上。控制器还控制激光系统，以向第一化学官能化基板和第二化学官能化基板施加热。第一化学官能化基板可以是利用第一等离子体处理的第一热塑性片材。第一等离子体可以包括以下中的至少一者：氨；分子氮；或者分子氮和分子氢。第二化学官能化基板可以是利用第二等离子体处理的第二热塑性片材。第二等离子体可以包括以下中的至少一者：分子氧；或者二氧化碳。第一热塑性片材和第二热塑性片材可以包括相同的聚合物材料，例如，以促进更均匀的层间链扩散。相同的聚合物材料可以包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。所描述的技术的实施方式可以包括用于执行各种方法或工艺步骤的系统、硬件或者装置。
[0102]
另一一般方面包括用于增材制造的代表性前体材料。前体材料包括第一基板。第
一基板的第一侧包括第一多个胺官能团。第一基板的第二侧包括第二多个环氧官能团，第二侧与第一侧相反。第一基板被构造成与第二基板或第三基板中的至少一者共价键合。在暴露于热时，下列中的至少一者成立：第一多个胺官能团与设置在第二基板的第三侧上的第三多个环氧官能团形成第一共价键；或者，第二多个环氧官能团与设置在第三基板的第四侧上的第四多个胺官能团形成第二共价键。在暴露于热时，第一基板被构造成在与第二基板或第三基板中的至少一者共价键合。在暴露于热时，第一基板与第二基板或第三基板中的至少一者共价键合的构型包括：用于在胺化学部分与环氧化学部分之间发生脱水反应的构型。第一基板可以包括第一热塑性片材。第二基板可以包括第二热塑性片材。第三基板可以包括第三热塑性片材。第一热塑性片材可以包括第一聚合物材料。并且第二基板或第三基板中的至少一者包括第二聚合物材料。第二聚合物材料可以包括与第一聚合物材料相同的聚合物材料。相同的聚合物材料可以包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。所描述技术的实施方式可以包括系统、装置或方法，各个系统、装置或方法被配置成在增材制造工艺中利用前体材料。
[0103]
此外，本发明包括根据以下条款的实施例：
[0104]
条款1.一种三维零件，所述三维零件包括：
[0105]
具有第一侧的第一基板；以及
[0106]
具有第二侧的第二基板，其中，所述第二基板的所述第二侧通过第一多个氮原子共价键合到所述第一基板的所述第一侧。
[0107]
条款2.根据条款1或条款3至7中任一项所述的三维零件，其中，所述第一基板包括第一热塑性片材，并且所述第二基板包括第二热塑性片材。
[0108]
条款3.根据条款1至2或条款4至7中任一项所述的三维零件，其中，所述第一热塑性片材包括第一聚合物材料，并且所述第二基板包括第二聚合物材料。
[0109]
条款4.根据条款1至3或条款5至7中任一项所述的三维零件，其中，所述第二聚合物材料包括与所述第一聚合物材料相同的聚合物材料。
[0110]
条款5.根据条款1至4或条款5至7中任一项所述的三维零件，其中，所述相同的聚合物材料包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。
[0111]
条款6.根据条款1至5或条款7中任一项所述的三维零件，所述三维零件还包括：
[0112]
第三基板的第三侧，所述第三基板的第三侧通过第二多个氮原子共价键合到所述第一基板的第四侧，所述第一基板的所述第四侧与所述第一基板的所述第一侧相反。
[0113]
条款7.根据条款1至6中任一项所述的三维零件，其中：
[0114]
所述第三基板包括第三热塑性片材；并且
[0115]
所述第三热塑性片材包括所述相同的聚合物材料。
[0116]
条款8.一种增材制造的方法，所述方法包括以下步骤：
[0117]
将第一基板暴露于第一等离子体，使得形成胺官能化基板，其中，所述胺官能化基板包括在所述第一基板的第一表面上的胺化学部分；
[0118]
将第二基板暴露于第二等离子体，使得形成环氧官能化基板，其中，所述环氧官能化基板包括在所述第二基板的第二表面上的环氧化学部分；
[0119]
将所述第一基板的所述第一表面定位成与所述第二基板的所述第二表面相邻，以
形成工件；
[0120]
对所述工件进行加热，以形成被加热工件；以及
[0121]
对所述被加热工件进行冷却，以形成结构。
[0122]
条款9.根据条款8或条款10至14中任一项所述的方法，其中，对所述工件进行加热，以形成所述被加热工件的步骤包括：
[0123]
在所述第一表面与所述第二表面之间形成共价键。
[0124]
条款10.根据条款8至9或条款11至14中任一项所述的方法，其中，对所述工件进行加热使得在所述胺化学部分与所述环氧化学部分之间发生脱水反应。
[0125]
条款11.根据条款1至10或条款12至14中任一项所述的方法，其中：
[0126]
所述第一等离子体包括以下中的至少一者：
[0127]
氨；
[0128]
分子氮；或者
[0129]
分子氮和分子氢；以及
[0130]
所述第二等离子体包括以下中的至少一者：
[0131]
分子氧；或者
[0132]
二氧化碳。
[0133]
条款12.根据条款1至11或条款13至14中任一项所述的方法，其中，所述第一基板为第一热塑性片材，并且所述第二基板为第二热塑性片材。
[0134]
条款13.根据条款1至12或条款14中任一项所述的方法，其中，所述第二热塑性片材包括与所述第一热塑性片材相同的聚合物材料。
[0135]
条款14.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述加热包括热熔合工艺或激光烧结工艺中的至少一者。
[0136]
条款15.一种用于增材制造的方法，所述方法包括以下步骤：
[0137]
将胺官能化基板与环氧官能化基板进行组合，以形成第一组合，其中，所述胺官能化基板是作为利用第一等离子体处理的第一基板而提供的，并且所述环氧官能化基板是作为利用第二等离子体处理的第二基板而提供的；
[0138]
对所述第一组合进行热循环，其中，通过所述胺官能化基板的胺化学部分与所述环氧官能化基板的环氧化学部分之间的脱水反应形成共价键；以及
[0139]
形成胺官能化基板和环氧官能化基板的连续组合，其中，对各个连续组合进行热循环以与前一个组合形成连续共价键。
[0140]
条款16.根据条款15或条款17至20中任一项所述的方法，其中：
[0141]
所述第一等离子体由以下中的至少一者生成：
[0142]
氨；
[0143]
分子氮；或者
[0144]
分子氮和分子氢；以及
[0145]
所述第二等离子体由以下中的至少一者生成：
[0146]
分子氧；或者
[0147]
二氧化碳。
[0148]
条款17.根据条款15至16或条款18至20中任一项所述的方法，其中，所述第一基板
是第一热塑性片材，所述第二基板是第二热塑性片材，并且各个连续组合包括由相应的等离子体处理产生的交替的胺官能化和环氧化物官能化的至少一对相反的热塑性片材表面。
[0149]
条款18.根据条款15至17或条款19至20中任一项所述的方法，其中，所述第一基板包括第一聚合物，并且所述第二基板包括第二聚合物。
[0150]
条款19.根据条款15至18或条款20中任一项所述的方法，其中，所述第二聚合物包括与所述第一聚合物相同的聚合物材料。
[0151]
条款20.根据条款15至19中任一项所述的方法，其中，所述热循环包括选择性激光烧结工艺。
[0152]
条款21.一种增材制造系统，所述增材制造系统包括：
[0153]
激光系统；
[0154]
层压系统，所述层压系统将第一化学官能化基板设置成与不同于所述第一化学官能化基板的第二化学官能化基板相邻，其中，在暴露于热时，在所述第一化学官能化基板与所述第二化学官能化基板之间形成共价键；
[0155]
构建平台；
[0156]
控制器，所述控制器与所述激光系统和所述层压系统进行通信，所述控制器控制：
[0157]
所述层压系统，以将：
[0158]
所述第一化学官能化基板沉积在所述构建平台上；以及
[0159]
所述第二化学官能化基板沉积在所述第一化学官能化基板上；以及
[0160]
所述激光系统，以向所述第一化学官能化基板和所述第二化学官能化基板施加热。
[0161]
条款22.根据条款21或条款23至24中任一项所述的增材制造系统，其中：
[0162]
所述第一化学官能化基板是利用第一等离子体处理的第一热塑性片材，所述第一等离子体包括以下中的至少一者：
[0163]
氨；
[0164]
分子氮；或者
[0165]
分子氮和分子氢；以及
[0166]
所述第二化学官能化基板是利用第二等离子体处理的第二热塑性片材，所述第二等离子体包括以下中的至少一者：
[0167]
分子氧；或者
[0168]
二氧化碳。
[0169]
条款23.根据条款21至22或条款24中任一项所述的增材制造系统，其中，所述第一热塑性片材和所述第二热塑性片材包括相同的聚合物材料。
[0170]
条款24.根据条款15至23中任一项所述的增材制造系统，其中，所述相同的聚合物材料包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。
[0171]
条款25.一种用于增材制造的前体材料，所述前体材料包括：
[0172]
第一基板，其中，所述第一基板的第一侧包括第一多个胺官能团，并且所述第一基板的第二侧包括第二多个环氧官能团，所述第二侧与所述第一侧相反，所述第一基板被构造成与第二基板或第三基板中的至少一者共价键合，其中，在暴露于热时，下列中的至少一
者成立：
[0173]
所述第一多个胺官能团与设置在所述第二基板的第三侧上的第三多个环氧官能团形成第一共价键；或者
[0174]
所述第二多个环氧官能团与设置在所述第三基板的第四侧上的第四多个胺官能团形成第二共价键。
[0175]
条款26.根据条款25或条款27至31中任一项所述的前体材料，其中，在暴露于热时，所述第一基板与所述第二基板或所述第三基板中的至少一者共价键合的构型包括：用于在胺化学部分与环氧化学部分之间发生脱水反应的构型。
[0176]
条款27.根据条款25至26或条款28至31中任一项所述的前体材料，其中，所述第一基板包括第一热塑性片材。
[0177]
条款28.根据条款15至27或条款29中任一项所述的前体材料，其中，所述第二基板包括第二热塑性片材，并且所述第三基板包括第三热塑性片材。
[0178]
条款29.根据条款25至28或条款30至31中任一项所述的前体材料，其中，所述第一热塑性片材包括第一聚合物材料，并且所述第二基板或所述第三基板中的至少一者包括第二聚合物材料。
[0179]
条款30.根据条款15至29或条款31中任一项所述的前体材料，其中，所述第二聚合物材料包括与所述第一聚合物材料相同的聚合物材料。
[0180]
条款31.根据条款15至30中任一项所述的前体材料，其中，所述相同的聚合物材料包括尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、热塑性弹性体或聚芳醚酮(paek)中的至少一者。
[0181]
提出了一种或更多种技术解决方案，所述技术解决方案克服了与在基于片材的增材制造零件中提供改进的层间附着有关的技术问题。此外，本文所描述的一个或更多个技术解决方案提供以下技术效果：使得能够在增材制造工艺使用的组合材料之间形成化学键；使得能够加工与利用注塑技术加工的零件至少同样牢固的增材制造零件；使得能够提高用于制造牢固零件的增材制造的利用率——例如，在快速原型制作环境中；支持与制造规范或者机械性能要求有关的零件检验；以及实现与使用增材制造来制作与利用其它工艺加工的零件至少同样坚固的零件相关的成本节约。
[0182]
为了说明和描述的目的呈现了不同示例性实施例的描述，并且这些描述并不旨在是穷举性的或者限于所公开形式的实施例。不同的示例性实施例描述了执行动作或者操作的组件。在示例性实施例中，可以对组件进行配置以执行所描述的动作或者操作。例如，组件可以具有针对以下结构的配置或者设计：该结构为组件提供了执行在示例性实施例中描述的由组件执行的动作或者操作的能力。
[0183]
对于本领域的普通技术人员来说，许多修改和变型是显而易见的。此外，与其它实施例相比，不同的示例性实施例可以提供不同的特征。选择和描述所选择的一个或多个实施例，以便解释实施例的原理、实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解，对于具有各种修改的各种实施例的公开适于一个或更多个特定预期用途。

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