阅读说明：本技术 具有非平面内含物的增材制造部件 (Additive manufactured parts with non-planar inclusions ) 是由 A·B·舒茨博格 S·C·布朗 C·维尔克 A·P·格拉齐安 于 2019-12-16 设计创作，主要内容包括：本公开涉及具有非平面内含物的增材制造部件。本文公开了一种增材制造部件,其具有增材制造基底和内含物。基底具有分别限定第一轮廓和第二轮廓的第一区域和第二区域。第一轮廓和第二轮廓中的一者或两者为非平面的。内含物定位在第一区域和第二区域之间。该内含物具有适形于第一轮廓的第一主表面。该内含物还具有第二主表面。第二主表面可适形于第二轮廓。该内含物可为腔体,并且该基底可包封该腔体,或者该腔体可与该基底周围的环境开放连通。该内含物可为一个构件或多个构件的集合。本发明还描述了结合增材制造部件的模块和电子设备。(The present disclosure relates to additive manufactured parts having non-planar inclusions. Disclosed herein is an additive manufactured part having an additive manufactured substrate and inclusions. The substrate has a first region and a second region defining a first profile and a second profile, respectively. One or both of the first and second profiles are non-planar. The inclusions are positioned between the first region and the second region. The inclusions have a first major surface that conforms to the first contour. The contents also have a second major surface. The second major surface can conform to the second contour. The contents may be a cavity, and the substrate may enclose the cavity, or the cavity may be in open communication with the environment surrounding the substrate. The inclusion may be one member or a collection of members. Modules and electronic devices incorporating the additive manufactured components are also described.)

具有非平面内含物的增材制造部件

技术领域

本专利申请和相关主题(统称为“本公开”)一般涉及具有非平面内含 物的增材制造部件，以及用于生产此类部件的相关方法和包括此类部件的 系统。

背景技术

从历史上讲，离散部件是通过减材制造工艺、成形制造工艺或它们的 组合来制成。减材制造工艺通常涉及从给定质量的材料中移除一个或多个 选定的材料区域，以生产具有所需几何形状的部件。另一方面，成形制造 工艺通常涉及材料的变形以生产具有所需几何形状的部件。

增材制造工艺涉及选择性地增加材料以生产所需的部件，例如相继累 积增量材料单元以限定具有所需构型的一体构造。由ASTM国际(以前称 为美国测试和材料学会)公布的ISO/ASTM标准52900，2015将“增材制 造”定义为“结合材料以由3D模型数据制成部件的工艺，通常为层叠 层，与减材制造和成形制造方法相反”。从概念上讲，迄今为止增材制造 可被认为是减材工艺的反面，因为在增材工艺中，材料被增加或以其他方 式选择性地积聚。相比之下，在减材工艺中，材料被从给定质量的材料中 逐渐移除。尽管如此，增材制造中采用的物理原理可(并且通常)与减材制 造中采用的物理原理无关。

发明内容

本文所述的增材制造工艺和增材制造部件克服了在增材制造领域的当 前状态中存在的一个或多个缺陷。更具体地，但并非排他性地，所公开的 增材制造工艺能够制造具有一个或多个非平面内含物的部件。如本文所 用，术语“内含物”是指“可识别地不同于嵌入或包封其中的基底的主 体、凹槽或颗粒”。除了其他优点之外，所公开的部件和工艺还可缩短设 计部件和获得部件原型之间的时间。例如，所公开的工艺可生产近似于或 提供生产部件质量的原型。因此，所公开的部件可为功能原型(例如，具有 电连接或增强的结构完整性的部件)。在某些实施方案中，所公开的工艺可 用于制造批量生产的部件，并且一些所公开的部件为批量生产的部件。因 此，所公开的工艺和部件不限于原型或低体积部件。

根据第一方面，增材制造部件包括增材制造基底和定位在基底内的内 含物。基底具有限定对应的第一内部轮廓的第一区域和限定对应的第二内 部轮廓的第二区域。第一内部轮廓和第二内部轮廓中的一者或两者为非平 面的。内含物定位在第一区域和第二区域之间。内含物具有第一主表面和 第二主表面。内含物的第一主表面可适形于基底的第一内部轮廓，并且内 含物的第二主表面可适形于基底的第二内部轮廓。

基底可为包括第一区域和第二区域的一体构造。在一个实施方案中， 所述一体构造包括从所述第一区域跨越至所述第二区域的均匀材料。

增材制造的基底可具有从第一区域跨越至第二区域的各向同性材料强 度。

增材制造的基底可包括从第一区域跨越至第二区域的均匀材料。在一 个实施方案中，均匀材料具有各向异性材料强度。

在一个实施方案中，内含物包括定位在基底内的腔体。基底可包封腔 体，如通过密封腔体。在另一个实施方案中，基底限定外表面和从所述基 底的所述外表面延伸至所述腔体的通道。

所述内含物包括定位在所述增材制造基底内并且至少部分地由所述增 材制造基底保持的构件。在一个实施方案中，所述增材制造基底封装所述 构件的至少一部分。

基底可限定外表面，并且所述内含物可包括具有第一部分和第二部分 的金属构件。基底可封装第一部分并且在基底的外表面处暴露第二部分。

在一个实施方案中，所述内含物包括第一构件和第二构件。例如，第 一构件可包括成形制造的金属构件，并且第二构件可包括非金属构件。

根据一个方面，电子设备可包括壳体、处理器和存储器。存储器存储 可由处理器执行的指令。电子设备还包括定位在壳体内的增材制造基底。 基底的第一区域限定对应的第一内部轮廓并且基底的第二区域限定对应的 第二内部轮廓。第一内部轮廓和第二内部轮廓中的一者或两者为非平面 的。基底具有定位在第一区域和第二区域之间的内含物，并且所述内含物 具有第一主表面和第二主表面。第一主表面适形于第一内部轮廓并且第二主表面适形于第二内部轮廓。

在一个实施方案中，基底为包括第一区域和第二区域的一体构造。例 如，所述一体构造可包括从所述第一区域跨越至所述第二区域的均匀材料。

增材制造基底可包括具有各向同性材料强度的材料。

在一个实施方案中，增材制造基底包括均匀材料。均匀材料可具有各 向异性材料强度。

在一个实施方案中，内含物可为定位在基底内的腔体。基底可包封腔 体。在一个实施方案中，基底限定外表面和从所述基底的所述外表面延伸 至所述腔体的通道。

在一个实施方案中，所述内含物包括定位在所述增材制造基底内并且 至少部分地由所述增材制造基底保持的构件。例如，所述增材制造基底可 封装所述构件的至少一部分。

基底可限定外表面，并且所述内含物可包括具有第一部分和第二部分 的金属构件。基底可封装第一部分并且可在基底的外表面处暴露第二部 分。

在一个实施方案中，所述内含物包括第一构件和第二构件。第一构件 可包括成形制造的金属构件，并且第二构件可包括非金属构件。

在一个实施方案中，电子设备还包括具有隔膜的电声换能器。增材制 造的基底可以是隔膜的一部分，并且内含物可以是金属部件。在此类实施 方案中，当由所述处理器执行时，所述指令使得所述电子设备引起所述隔 膜的振荡运动。

在一个实施方案中，所述内含物为嵌入增材制造基底中的金属压印的 电连接件或螺纹突片。

通过以下参照附图进行的详细描述，前述和其他特征和优点将变得更 加明显。

附图说明

参见附图，其中在所有视图和本说明书中，类似的数字指代类似部件， 通过示例的方式而不是限制的方式说明了本发明所公开的原理的各方面。

图1A至图1D示出了在增材制造工艺期间横截面中的中间构造。

图1E示出了具有定位在增材制造基底内的内含物的增材制造部件的 剖视图，该增材制造基底利用与图1A至图1D相关的所述工艺制成。

图1F示出了具有限定弯曲轮廓的非平面表面的中间构造。图1F中所 示的中间构造为图1A中所示的中间构造的替代形式。

图2A至图2D示出了在另一个增材制造工艺期间横截面中的中间构 造。

图2E示出了具有定位在增材制造基底内的内含物的另一个增材制造部 件的剖视图，该增材制造基底利用与图2A至图2D相关的所述工艺制成。

图3A至图3E示出了在又一个增材制造工艺期间横截面中的中间构 造。

图3F示出了具有定位在增材制造基底内的内含物的另一个增材制造部 件的剖视图，该增材制造基底利用与图3A至图3E相关的所述工艺制成。

图3G示出了图3B中所示的中间构造的剖视图。然而，在图3G中， 内含物的一部分延伸超过增材制造基底的外表面。

图3H示出了具有定位在增材制造基底内的内含物部分和延伸超过基 底的外表面的另一部分的增材制造部件的剖视图，该增材制造基底利用与 图3A、图3G和图3C至图3E相关的所述工艺制成。

图4A至图4D示出了在又一个增材制造工艺期间横截面中的中间构 造。每个横截面沿着图5A至图5D中所示的相应剖面线截取。

图4E示出了具有定位在增材制造基底中的内含物的增材制造部件的 剖视图，该增材制造基底利用与图4A至图4D相关的所述工艺制成。

图4F示出了如图4E所示的增材制造部件的剖视图，不同的是图4F 中所示的内含物的部分延伸超过增材制造基底的外表面。

图5A至图5D示出了图4A至图4D中分别所示的增材制造工艺期间 被照明的光反应性聚合物树脂的区域。

图6A至图6D示出了在增材制造工艺期间横截面中的中间构造。

图7A至图7C示出了在已知的增材制造工艺期间横截面中的中间构 造。

图8示出了包括增材制造部件的音频设备的示意性框图。

具体实施方式

以下描述了与增材制造和增材制造部件有关的各种原理，以及包括此 类部件的电子设备和相关系统。例如，一些公开的原理涉及用于增材制造 具有内含物在其中的基底的方法，并且一些公开的原理涉及增材制造部 件，以及涉及包括此类部件的电子设备和其他系统。内含物可以是腔体或 功能构件，或它们的组合。功能构件可被配置为提供期望的功能，诸如例 如信号承载功能、电流承载功能、接地功能、电磁功能(例如，作为语音线圈)、永磁功能、结构功能、声学阻尼功能、或它们的组合。例如，被构造 为功能性构件的内含物可包括金属区域、聚合物区域、复合区域、以及它 们的组合。内含物或其构成区域可具有与基底的增材制造部分配合、抵靠 或以其他方式接触的平面或非平面轮廓。

为了示出某些原理，描述了所选的增材制造工艺、增材制造部件、以 及相关的设备和系统。也就是说，本文中对特定部件、设备或系统配置以 及方法动作的特定组合的描述仅是预期的部件、设备和系统配置以及方法 组合的特定示例，其被选择为便于说明所公开的原理。所公开的原理中的 一者或多者可以结合在各种其他部件、设备或系统配置和方法组合中，以 实现各种对应的期望特性中的任何一者。因此，本领域的普通技术人员在 研究本公开之后将认识到，具有与本文论述的那些特定示例不同的属性的 组合能够体现一个或多个本文公开的原理，并能够用于本文未详细描述的 应用中。此类另选的实施方案也落入本公开的范围内。

I.概述

现代电子设备的许多部件使用减材制造技术和成形制造技术制造。而 且，现代电子设备的许多部件包括组成部件的集成组合。此外，此类组成 部件可由不同的材料制成，以获得一个或多个对应的功能或性能特性。

例如，所谓的“微型扬声器”或其他电声换能器可包括与音圈(例如， 由包裹在例如线轴周围的铜包铝形成的线材)物理连接的隔膜(或其他声辐 射器)。所述音圈可邻近具有对应磁场的永磁体定位，并且穿过所述音圈的 电流可在所述线圈周围引起磁场。从线圈发出的磁场和磁体的磁场之间的 合力可促使线圈(并通过延伸隔膜)运动。利用这种布置方式，可通过选择 性地改变穿过音圈的电流来驱动膜以选定频率振动并从而发出声音。

电声换能器(包括“微型扬声器”和其他扬声器)的某些部件可通过嵌 入注塑、成形制造工艺来制成。例如，可使用刚性和轻型材料来嵌入注塑 隔膜，以降低否则可能引入声学变形的物理变形和惯性效应。并且，嵌入 注塑隔膜还可包括集成焊垫(或其他电互连件)，音圈可焊接或以其他方式 物理或电耦合到所述集成焊垫(或其他电互连件)。焊垫可包括台阶、凸 台、肩部或其他非平面特征部，隔膜材料可围绕该台阶、凸台、肩部或其 他非平面特征部固化或硬化，从而将焊垫相对于隔膜锚固。同样，此类焊 垫可包括台阶或其他非平面特征部，以将电流或信号从第一平面高度传送 至位于上覆基底内或穿过其的第二(例如，不同的)平面高度。

在嵌入注塑工艺中，可将组成部件(例如，焊垫)完全或部分地定位在 模具腔体内，并且可将基底材料(例如，熔融的或软化的塑料)注入到腔体 中，从而覆盖暴露于腔体的组成部件的一个或多个区域。组成部件可包括 台阶、凸台、肩部或其他非平面特征部，基底材料可围绕该台阶、凸台、 肩部或其他非平面特征部固化或硬化，从而将组成部件锚固在或到成形制 造基底中。在此类锚固作用下，可能不需要粘合剂或其他粘结剂来在组成部件和基底之间提供支点。因此，焊垫(或其他电互连件)的非平面区域可 至少部分地嵌入例如塑料、隔膜的区域中。

尽管如此，某些部件构型难以使用或不可能使用嵌入注塑(或其他成形 或减材)工艺来制造。另外，嵌入注塑和其他成形工艺在设计构思和制造之 间造成延迟，因为必须首先构建模具或其他成形工具以制造新设计的部件。

例如，在注塑或嵌入注塑工艺中，通常必须在设计主要部件之后设计 对应于甚至一个简单部件的模具(通常涉及两个或更多个组成模具)。随 后，例如使用减材工艺来制成每个组成模具。接着，组装组成模具，并且 将可注射材料(例如，熔融塑料)推入组装的模具内的腔体中。一旦注入的 材料硬化，就将模具拆卸，并且将部件从模具中移出用于后续处理(例如， 移出载体突片，与其他部件组装等)。更复杂的部件(例如，涉及深凹槽、 底切或所包括的腔体)通常被分解成在制成之后可组装或以其他方式接合在 一起的组成部件。

当使用增材制造工艺时，这种分解和后续组装或其他接合可被减少或 消除，因为某些增材制造工艺可快速产生具有相对复杂几何形状的单独部 件。然而，先前已知的增材制造工艺一般仅限于生产由均匀材料或具有平 滑变化的本体特性的材料形成的单独部件。

与已知的增材制造工艺不同，所公开的增材制造工艺可制成具有一个 或多个非平面内含物的部件。例如，本发明所公开的增材制造工艺可生产 具有非平坦组成部件(例如焊垫)或完全或部分地定位在周围基底(例如，微 型扬声器隔膜)内的另一个内含物的部件。

此外，某些增材制造工艺可快速制成新开发的设计。例如，增材制造 工艺可直接制成来自计算机辅助设计(CAD)软件中的设计的简单或复杂部 件，例如，无需首先设计和制造特殊的，例如，嵌入注塑、工具或模具。 此类增材制造工艺可减少或消除通常由成形工艺诸如例如注塑或嵌入注塑 施加的大量中间延迟。同样，具有归因于增材制造工艺(使用成形或减材制 造工艺无法实现)的结构差异的部件可实现与使用成形或减材制造工艺制成 的部件相比的一个或多个声学、电气、结构或其他性能改进。

本公开的其余部分描述了增材制造工艺的方面，以及增材制造部件和 对应的中间构造。

II.增材制造

为了示出与增材制造有关的所选概念，图7A至图7C示出了使用光聚 合(vatpolymerization)(这是一种增材制造工艺)形成的中间构造。在光 聚合工艺中，可选择性地刺激聚合物树脂的容器(例如，桶)以在树脂的所需 区域内引发聚合(固化)。在典型的光聚合工艺中，聚合物树脂可为所谓的光 聚合物(本领域有时也称为光反应性聚合物)树脂，其当被选定波长的光(例 如，紫外频带内)照射时固化(例如聚合)。其他增材制造工艺通过其他机制 诱导材料酸化。例如，选择性激光烧结(SLS)工艺可通过用定向激光器加 热，将例如塑料、金属、陶瓷或玻璃的小颗粒熔合在一起。然而，为了简 洁起见，本文将光聚合工艺描述为示出本发明所公开的原理的方便示例。

在光聚合工艺的所谓的“数字光投影(DLP)”具体实施中，投影仪可在 光聚合物的表面上投影图像(例如，通过该桶的窗口壁)以同时固化该层的所 有区域。DLP工艺可提供高度的尺寸精度。例如，每个连续固化的光聚合 物树脂层的厚度范围可介于约5微米至约100微米之间，例如介于约10微 米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约50微米之间为例。类似 地，DLP投影仪可将高分辨率图像投影到每一层上以诱导相应层内的聚合 以及与先前固化的树脂的聚合。相比之下，在所谓的“立体光刻”具体实施 中，激光可依次照明给定层的选定区域，以相对于入射激光局部诱导聚合。

图7A示出了在聚合物树脂(为了清楚起见省略)的桶或容器710内生产 部件的光聚合工具700。在图7A中，部件的部分制成(固化)部分720a被示 出附连到载体单元712(本领域中有时称为“印刷床”)。容器710的窗口壁 714对于用于引起树脂聚合的带宽中的光是基本上透明的，并且投影仪716 通过壁714选择性地照明树脂的限定区域722a。树脂的照明区域722a固 化(例如，与部件的相邻的先前固化区域聚合和粘结)，从而将材料递增地 添加到部件的部分制成部分720a。

在图7B中，载体单元712被示出为逐渐远离由投影仪716照明的桶壁 714(例如，在远侧方向上，相对于投影仪发射的光的方向)。在图7B中，图 7A中照明的区域722a已经固化，已与图7A所示部件的部分制成部分720a 成为一体，其限定部件的递增地更完整的部分720b。在图7B中，聚合物 树脂的另一个区域722b被照明以固化。在图7C中，树脂的另一个区域 722c(图7B)已固化并且与图7B所示部件的部分制成部分720b成为一体。 在图7C中，示出载体单元712移动得更远离投影仪716，并且示出聚合物 树脂的另一个区域722c被照明。固化聚合物树脂的递增区域并将载体单元 712远离投影仪移动对应距离的过程可继续进行，直到部件被完全制成。

为简单和清晰起见，图7A至图7C中所示的一系列图像示出了固化树 脂的单片块720a、720b、720c。尽管已知的增材制造工艺可生产具有比单 片块复杂得多的几何特征的部件，但它们不能制成包括例如非平面的内含 物的部件。因此，当生产新设计的部件(例如，声学部件)的原型时，增材 制造工艺的当前局限性要求对设计进行修改，并且潜在地内置于不同的组 成部件中，所述部件随后胶合或以其他方式接合在一起。

例如，微型扬声器设计可包括嵌入在基底中的金属部件。现有的增材 制造工艺通常需要改变基底的设计、金属部件的设计或两者，使得在制造 基底之后，金属部件可被压合或滑动到位，然后用胶或另一种粘合剂附 连。作为另外一种选择，现有的增材制造工艺要求例如改变微型扬声器设 计，以制造旨在独立于其他特性来验证所选功能特性的原型。例如，增材 制造基底的增厚区域可已取代嵌入的金属部件以模拟刚度和声学特性，并 且电子部件(例如，焊垫)可在原型阶段替换为有线具体实施。

III.具有内含物的增材制造

公开的增材制造工艺和增材制造部件不会受到此类缺陷的影响。合适 的增材制造工艺和增材制造部件在下文中以举例的方式进行描述。

光聚合中的所选暴露区域、强度和持续时间

现在参照图1A至图1D，图1E所示部件的制造以引用若干中间构造 的方式来描述。在图1A中，部分制成的部件120a(本文中也称为中间构造) 被示出为浸没在光聚合物(为清楚起见省略)的桶110中并附连到载体平台 (本领域中有时也称为“印刷床”)112。部分制成的部件120a为具有限定 非平面轮廓的表面123的固化基底。在图1A中，非平面表面123被示出 为由三个平面表面123a、123b和123c构成的“阶梯式”表面，每个平面 表面对应于距载体112的沿z轴的相应高度或距离。

在图1B中，已将内含物(例如，非平面金属板)130添加到部分制成的 部件120a，从而形成另一个中间构造120b。内含物130具有相对的第一主 表面131和第二主表面132，并且第一主表面131具有相对于部分制成的 部件120a的非平面表面123的互补轮廓，从而限定部分制成的部件120a 和内含物之间的非平面界面。在固化图1A所示的基底之后，部分制成的 部件120a已从图1B所示的桶110和内含物130中移除，并且更具体地 讲，内含物的第一主表面131已被放置成与部分制成的部件120a的非平面 表面123成邻接关系。第一主表面131适形于部分制成的部件120a的非平 面表面。内含物130的第二主表面132还具有类似于图1A所示的非平面 表面123的阶梯式外形。

另外如图1B所示，光聚合物的第一柱141从桶110的可照明壁114 延伸至内含物130的对应的升高表面132。在图1B中，投影仪116将第一 图像投影在壁114上，将光聚合物的第一柱141暴露于具有对应于第一柱 141的“厚度”(即，从桶壁114的内表面到内含物的升高表面132的距离) 的选定强度和波长的光。在图1B中，投影图像117对应于第一柱141的所 需横截面形状。

现在转到图1C，第一柱141(图1B)已固化并且为图1C所示的部分制 成的部件120c的一体区域。在图1C中，光聚合物的第二柱142从可照明 壁114延伸至内含物130的对应的第二升高表面。在图1B中，投影仪116 将第二图像投影在壁114上，将光聚合物的第二柱142暴露于具有对应于 第二柱142的“厚度”(即，从桶壁114的内表面到内含物130的第二升高表面的距离)的选定强度和波长的光。在图1C中，投影图像118对应于第 二柱142的所需横截面形状。

在图1B和图1C中，内含物130的区域133接触或定位成紧邻桶110 的可照明壁114，从而抑制邻近区域133的光聚合物的聚合。因此，在图 1B和图1C中，第一柱和第二柱构成单个累积材料“层”的相应区域。换 句话说，第一柱141和第二柱142一起限定基底120d的复合层145(图 1D)，并且复合层沿着z轴具有不均匀的层厚度。

第一柱141和第二柱142在图1B和图1C中示出为被依次暴露(照 明)。然而，曝光可同时发生，例如，每个柱暴露于相应的光强度。作为另 外一种选择，每个柱的曝光可在重叠持续时间期间进行，但每次曝光可在 不同时间开始或结束，或开始以及结束。无论如何，非均匀厚的层145的 厚度的变化例如可介于约5微米至约100微米之间，诸如例如介于约10微米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约50微米之间为例。

在图1D中，载体112已逐渐地将部分制成的部件移动远离桶110的 壁114。将均匀厚的光聚合物层143定位在部分制成的部件120d、130和 壁114之间，并且投影仪116照亮层143以固化均匀厚的层。均匀厚的层 的厚度例如可介于约5微米至约100微米之间的厚度，诸如例如介于约10 微米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约50微米之间为例。通过壁114投影的图像119对应于层143的所需横截面构型。

图1E示意性地示出了具有如上所述的非平面内含物130的增材制造 部件150。在图1E中，在图1D中经历暴露的光聚合物层143已固化，并 且部件150已从桶110移除。内含物130可为金属构件，例如，成形制造 (例如，冲压的)金属部件。尽管如图1E所示延伸跨过整个基底，内含物 130可具有由基底封装的第一部分。与所示内含物一样，此类内含物的第二部分可暴露在基底的外表面上。

尽管图1A中的表面123示出为阶梯式的并且具有相对于z轴正交取 向并平行于y轴取向的平面表面123a、123b和123c，表面123(或组成表 面123a、123b和123c中的任一个)可为弯曲的或倾斜的(例如，相对于y轴 横向取向)。以举例的方式，图1E示出了具有限定弯曲轮廓的非平面表面 123’的中间构造120a’。弯曲表面123'可为“有机的”(例如，在增材制造 工艺的分辨率内平滑地成形)。图1B至图1E中所示的内含物130可类似地 弯曲以与弯曲表面123'配合。为了简洁起见，在以下部分中描述了若干非 平面的“阶梯式”表面和互补轮廓的内含物。然而，应当理解，这些表面 和内含物可具有弯曲的或倾斜的，而不是阶梯式的轮廓。

光聚合中的多个曝光方向

现在参照图2A至图2D，描述了图2E所示的部件250的制造。在图 2A中，部分制成的部件被示出为浸没在光聚合物(为清楚起见省略)的桶 210中并附连到载体平台212上。部分制成的部件包括具有非平面表面的 固化基底220a。在图2A中，非平面表面的轮廓被示出为“阶梯式”表 面，例如具有三个平面表面，每个均对应于相应的高度。与图1A中所示 的中间构造不同，图2A中的构造具有平台状中心表面230a，其横向两侧 为凹进的外表面230b、230c。

在图2A中，已将内含物(例如，金属板)230添加到固化树脂220a 中。与图1B中所示的内含物130相同，图2A中的内含物具有相对的第一 主表面和第二主表面，其中第一主表面邻接固化树脂220a，与上文所述内 含物130相关。内含物230的第一主表面适形于固化树脂220a的非平面轮 廓。内含物230的第二主表面也具有阶梯式外形。

在图2B中，光聚合物的第一柱241填充自中心表面230a凹陷的区 域。载体212沿着y轴从图2A所示的中间位置移位至侧面曝光位置，将 中间构造放置成与桶210的透明侧壁213紧邻或接触。对应的侧投影仪 216a将第一图像217投影在侧壁213上，从而将第一柱217暴露于具有适 于固化第一柱的体积和布置的选定强度和波长的光。

现在转到图2C，第一柱241(图2B)已固化并且为图2C所示的部分制 成的部件220c的一体区域。在图2C中，载体212从图2A所示的中间位 置移位至第二侧面曝光位置(例如，与图2B所示的侧面曝光位置相对)，将 中间构造放置成与桶210的第二透明侧壁紧邻或接触。对应的第二侧投影 仪216c将第二图像218投影在侧壁215上，从而将第二柱242暴露于具有 适于固化第二柱的体积和布置的选定强度和波长的光。

第一柱241和第二柱242构成共同高度处的累积材料“层”的相应区 域。然而，与图1B和图1C所示的第一柱141和第二柱142不同，中心平 台230a在第一柱241和第二柱242之间延伸。因此，第一柱241和第二柱 242不一定限定基底的复合层。

第一柱241和第二柱242的厚度可沿着z轴在约5微米至约100微米的 范围内，诸如例如介于约10微米和约80微米之间，其中以介于约30微米 和约50微米之间为例。尽管图2B和图2C中示出了第一投影仪216a和第 二投影仪216c，所设想的增材制造工具具有更多或更少的侧投影仪。例 如，单个可移动投影仪(未示出)可用于第一投影仪216a的目的，并且可移 动到示出为被第二投影仪216c占据的位置，或反之亦然。

在图2D中，载体212已将部分制成的部件220d移动到桶210的 “下”壁214的合适的附近位置，以暴露均匀厚的光聚合物层243以固化 该层。均匀厚的层的厚度例如可介于约5微米至约100微米之间的厚度， 诸如例如介于约10微米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约50 微米之间为例。

图2E示意性地示出了具有非平面内含物230的增材制造部件250。在 图2E中，在图2D中经历暴露的光聚合物层243已固化，并且部件250已从 桶210移除。所示的内含物230具有暴露于部件250的外表面上的相对边 缘。尽管如图2E所示延伸跨过整个基底且具有暴露于外表面的相对边缘， 内含物230可具有由基底封装的第一部分例如第一边缘。与所示内含物230 一样，此类内含物的第二部分例如第二边缘可暴露在基底的外表面上。

高架固化

现在参照图3A至图3E，描述了图3F和图3H所示的部件的制造。在 图3A中，示出了在从光聚合物的桶中取出后的部分制成的部件320。类似 于图1A至图1D和图2A至图2D所示的部分制成的部件，部分制成的部 件320附连到与表面301相邻的载体平台(为清楚起见省略)。部分制成的 部件320包括具有非平面表面的固化基底320a。在图3A中，非平面表面 被示出为由三个平面表面321、322和323构成的“阶梯式”表面，每个平 面表面对应于z方向上的相应高度。与图1A和图2A中所示的中间构造不 同，图3A中的构造320具有中心表面322，其横向两侧为外表面321、 323并从其凹陷。

在图3B中，已将内含物(例如，金属板)330添加到固化树脂320a中。 与图1B和图2B中所示的内含物130、230相同，图3B中的内含物具有相 对的第一主表面和第二主表面并且与如上所述的固化树脂组装在一起。在 图3B中，内含物的第一主表面适形于固化树脂320a的非平面表面321、 322、323。内含物330的第二主表面331、332、333还具有类似于图3B 所示的非平面表面321、332、333的阶梯式外形。

在图3B中，中间构造320a、330从桶上移除并且围绕与y-z平面正交 取向的轴线旋转180度。

在图3C中，光聚合物的第一柱341(与用于基底320a中的聚合物相同 或不同)填充邻近中心表面332的凹陷区域。与侧翼外表面331、333的下 部相比，所示的第一柱341具有等于凹陷区域332的深度的厚度。高架投 影仪316a照亮第一柱341并诱导第一柱的固化。随后，如图3D示出，可 在横向侧翼表面331、333和固化的第一柱341的下部上方施加光聚合物的 第二柱342，并且由高架投影仪316a发射的图像照明。第一柱341和第二 柱342的厚度可在约5微米至约100微米的范围内，诸如例如介于约10微 米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约50微米之间为例。

固化后，第一柱341和第二柱342构成一体累积材料“层”343(图3E) 的相应区域。中间构造320d可再次围绕与y-z平面正交取向的轴线旋转 180度，如图3E所示。在图3E中，印刷床(未示出)已将中间构造320d并 且更具体地讲层343的表面定位到桶(未示出)的“下”壁的合适的附近位 置，以暴露均匀厚的光聚合物层344，从而用投影仪316d投影的图像固化 该层。均匀厚的层344的厚度例如可介于约5微米至约100微米之间的厚 度，诸如例如介于约10微米和约80微米之间，其中以介于约30微米和约 50微米之间为例。

图3F示意性地示出了具有非平面内含物330a的增材制造部件350a。 在图3F中，在图3E中经历暴露的光聚合物层344已固化，并且部件350a 已从桶移除。

现在进一步参照图3B和图3G，描述了图3H所示的部件的制造。图 3B中所示的内含物330a位于由固化树脂基底320a限定的外边界内。相比 之下，图3G中所示的内含物330b具有悬臂部分334，该悬臂部分延伸超 过固化树脂基底320a的外表面319。图3G中所示的中间构造可替代图3B 中所示的中间构造，并且可经历如关于图3C、图3D、图3E和图3F所述 的增材制造工艺操作，实现图3H中所示的另选的增材制造部件350b。如 图3H所示，悬臂部分334延伸超过部件350b的外表面。尽管如图3F和 图3G所示延伸跨过整个基底，每个相应内含物330a、330b可具有由基底 封装的第一部分。与所示内含物一样，此类内含物的第二部分可暴露在基 底的外表面上。

光聚合后的内含物填充

现在参照图4A至图4D和对应的图5A至图5D，描述了图4E和图4F 所示的部件的制造。图5A至图5D示出了分别由图4A至图4D中的每一 个中的投影仪416照亮的下桶壁414的区域。图4A至图4D中的每一个示 出了分别沿图5A至图5D所示的剖面线截取的穿过光聚合工具410和每个 相应的中间构造的横截面的侧正视图。

在图4A中，部分制成的部件420a被示出为浸没在光聚合物(为清楚起 见省略)的桶410中并附连到印刷床412上。部分制成的部件420a包括固化 树脂基底，该固化树脂基底具有与桶410的下壁414相邻并且与之间隔开的 平面表面421。在图4A中，光聚合物填充定位在固化树脂基底420a和下壁 414之间的间隙。下壁414的U形区域541被照亮，如图5A所示，固化所 述光聚合物的对应U形区域441并且使所述光聚合物的区域442未固化。

在固化图4A所示的光聚合物的U形区域441之后，印刷床412将部 分制成的部件420b(图4B)移动远离下壁414，从而限定部分制成的部件 420b和下壁414之间的间隙。在图4B中，光聚合物填充定位在部分制成 的部件420b和下壁414之间的间隙。下壁414的周边区域543被照亮，如 图5B所示，使壁的内部区域544未曝光，固化所述光聚合物的对应周边 区域443并且使所述光聚合物的内部区域444未固化。图4B中的未固化区 域444与图4A中的未固化区域442重叠，限定了跨越部分制成的部件 420c内的多个高度层的开放内含物(图4C)。

在固化图4B所示的光聚合物的周边区域443之后，印刷床412将部 分制成的部件420c(图4C)移动远离下壁414，从而限定部分制成的部件 420c和下壁之间的间隙。在图4C中，光聚合物填充间隙和开放内含物， 并且下壁414的U形区域545被照亮，如图5C所示，固化所述光聚合物 的对应U形区域445并且使所述光聚合物的区域446未固化。图4C中的 未固化区域446与图4B中的未固化区域444重叠，在该示例中，将开放内 含物延伸到部分制成的部件420d(图4D)内的第三高度层，以及从部分制成 的部件420d的第一侧壁431延伸至相对的第二侧壁432。在图4D中，印 刷床412已将部分制成的部件420d移动远离下壁414，从而限定填充有光 聚合物的间隙。为了包封内含物并限定延伸穿过部分制成的部件420d的封闭内部通道，间隙内与开放内含物重叠的所有光聚合物被照亮和固化，如 由图5D中示出的照明区域547所示。

在图4E和图4F中，已将固化树脂基底430从桶上移除，并且已将熔 融或软化的材料(例如，导电材料例如铜)注入由重叠未固化区域442、 444、446限定的通道中。熔融或软化的材料可固化或换句话讲硬化，从而 限定嵌入在增材制造基底430内的非平面内含物460a、460b。在图4E 中，内含物460a从第一外壁延伸至第二(例如，相对的)外壁。在图4E中，内含物460b从第一外壁延伸穿过增材制造基底430，并且延伸超过第 二(例如，相对的)外壁，从而限定从基底向外延伸的悬臂构件。

光聚合和材料沉积

用于增材制造具有非平面内含物的基底的替代方法描述于图6A至图 6D。图6A示出了部分制成的部件6201，该部件具有由三个平面表面 621、622、623组成的“阶梯式”表面，与图1A中的基底120a一样。部 分制成的部件620a连接到光聚合工具610中的印刷床612，并且在图6B 中，部分制成的部件620a和印刷床612已围绕正交于y-z平面延伸的轴线旋转180度。例如，部分制成的部件和印刷床可围绕期望的轴线旋转期望 的角度，例如围绕图6B所示的x轴旋转180度。在旋转部分部件和印刷床 之前，可将部分制成的部件从印刷床上移除。在填充和固化部分制成的部 件内的凹坑(例如，如结合图3A至图3H所示和所述)之前，可施加取向部 分制成的部件(和印刷床)的类似的方法。

在图6B中，已将内含物(例如，成形制造金属板)630添加到部分制成 的部件620a，从而形成另一个中间构造620b。在图6B中，内含物630适 形于部分制成的部件620a的非平面表面621、622、623。内含物630的第 二主表面还具有限定非平面表面631、632、633的阶梯式外形。

在图6C中，第二内含物构件640与非平面表面631、632、633配 合。在一个实施方案中，第二内含物构件640包括在固化基底620a和第二 内含物构件的区域之间至少部分地封装非平面内含物630的增材制造的材 料(例如，金属或非金属)积聚层。材料可与形成基底620a的材料相同或不 同。在另一个实施方案中，第二内含物构件630包括单独制造的插件，所 述插件具有与非平面表面631、632、633的轮廓互补的轮廓。在这两个实 施方案中，第二内含物构件可限定与图6B所示的中间构造620b的表面 633共面的表面641。

如上所述，第二内含物构件640可包括增材制造的材料积聚层。可使 用如结合图1A至图1D所述的方法来制造材料的积聚层，或可使用材料沉 积工艺来制造。例如，适用于此类材料积聚层的材料沉积工艺包括例如材 料喷射工艺、熔丝制造工艺和熔融沉积建模工艺。此类材料沉积工艺可选 择性地控制非平面区域内的厚度(例如，在非平面表面631、632、633上 方)。沉积制成的非平面区域可具有大于约100微米的厚度变化，因为沉积 材料的“印刷头”可选择性地在三维上移动。选择性激光烧结工艺也可非 常适于填充邻近非平面表面631、632、633的非平面区域。

在图6D中，中间构造620c(图6C)已围绕正交于y-z平面延伸的轴线 再旋转180度，并且返回到光聚合工具610以经历进一步的增材制造过 程。例如，共面表面641、633可与桶的下壁614间隔开，并且光聚合物层 650可填充中间构造620c和桶壁614之间的间隙。在图6D中，投影仪616 照亮光聚合物层650以进一步固化。

IV.增材制造部件的结构特征

使用本文所述的增材制造工艺制成的部件在结构上与使用现有的增材 制造工艺或成形制造工艺或减材制造工艺制成的部件有实质上的不同。例 如，与减材或成形制造工艺不同，所公开的增材制造工艺可在具有一体(例 如，连续)构造的基底内产生复杂的部件特征。例如，具有包括的腔体(例 如，密封腔体)或深凹槽的部件可使用增材制造工艺由一体的连续材料制备 而不需要任何二次制造操作。此类部件可由均匀材料制成，例如具有各向 同性材料强度的材料或具有各向异性材料强度的材料。又如，增材制造工 艺可通过选择性地添加材料以限定结构的特征来制造中空球体(或其他底切 结构)，例如在中空球体的情况下的薄壁球形外壳。

例如，刚性金属压印的电连接件和螺纹突片可至少部分地嵌入在增材 制造基底中。与适于通过成形或减材工艺制造的改性设计相反，此类部件 对于初始设计可为真实的。同样或作为另外一种选择，此类部件可保持期 望的功能而不需要附加的工艺，例如接合工艺，诸如例如焊接插件上的引 线以形成电连接件，或将金属件胶合到基底上以增强刚度。

相比之下，减材工艺或成形工艺(例如，铣削或注塑)可能需要后续的 组装或接合工艺来生产具有复杂几何形状的部件。并且，后续的组装或接 合工艺将在部件内留下残余(例如，接缝或其他内部不连续性)。例如，为 了使用成形或减材工艺生产中空球体，可制造一对半球形外壳。随后可使 这对外壳彼此对齐并接合(例如，焊接、粘结、胶合)到一起。所得中空球 体的每个半球可由基本上连续的材料形成，但接合工艺将在相对半球之间 的界面处留下接缝或其他不连续性。如果使用增材制造工艺制造球体，则 将缺乏这种接缝。

与成形或减材制造工艺的结构差异的另外的示例可包括例如具有各向 异性本体特性(例如，材料强度或硬度)的连续基底；由可光固化聚合物形成 的基底；存在所谓的“底切”或其他非工具加工的结构特征，具有或不具 有包封的内含物；缺乏载体突片、接缝(例如，焊接的或胶合的接头)、或成 形或减材制造工艺的其他标记，诸如例如由滑动件和闸门留下的零件线、 草稿、槽痕和缺陷；定位在连续基底内的内含物；密封腔体或其他凹槽； 存在增材制造工艺的标记，诸如例如对应于特定工艺例如光聚合工艺的表 面缺陷的图案；具有平滑轮廓内表面的一体基底，包括例如具有选定的 “有机”(例如，平滑成形)曲率以减少或消除流动分离或再循环的表面(例 如，C2表面，其中第一衍生物和第二衍生物是连续的，或C3表面，其中 第一衍生物、第二衍生物和第三衍生物是连续的)；基底，所述基底具有“薄”壁，例如小于约0.4mm，诸如例如介于约50微米至约350微米之 间，例如介于约100微米和约250微米之间；或使用增材制造工艺制造的 部件的前述标记中的一个或多个的组合。

同样，具有归因于增材制造工艺(使用成形或减材制造工艺无法实现) 的前述或其他结构差异中的一个或多个的部件可实现与使用成形或减材制 造工艺制成的部件相比的一个或多个声学、电气或结构性能改进。

V.具有增材制造部件的电子设备

电子部件或设备(例如，电声换能器、媒体设备、可穿戴电子设备、膝 上型计算机、平板电脑等)可具有如本文所述的增材制造部件。通过参考音 频设备的具体示例来描述电子设备，包括具有上述类型的增材制造部件的 那些。电子设备仅代表能够结合增材制造部件的一类可能的计算环境，如 本文所述。然而，结合特定音频设备190简单描述了电子设备，以例示结 合并受益于增材制造部件的系统的示例。

如图8所示，音频设备190或其他电子设备在其最基本形式中可包括 处理器194、存储器195和扬声器或其他电声换能器197以及相关联的电路 (例如，信号总线，为清楚起见从图8将其省略)。存储器195可存储指 令，该指令在由处理器194执行时使得音频设备190中的电路驱动电声换 能器197在所选择的频率带宽之上发出声音(例如，以引起隔膜振荡)。 电声换能器197可包括例如具有如本文所述的完全或部分嵌入的非平面内 含物的增材制造隔膜。

图8中示意性地示出的音频设备190还包括通信连接件196，用于与另 一个计算环境建立通信。同样，音频设备190包括音频采集模块191，该音 频采集模块具有将入射声音转换为电信号的麦克风换能器192以及调节(例 如，采样、过滤和/或以其他方式调节)麦克风发射的电信号的信号调节模块 193。此外，存储器195可存储其他指令，这些指令当由处理器执行时，使 得音频设备190执行类似于一般计算环境的多种任务中的任何任务。

VI.其他示例性实施方案

上述示例一般涉及与具有一个或多个非平面内含物的增材制造部件有 关的原理，以及涉及制造此类部件的相关方法的原理，以及包括此类部件 的系统。

提供先前描述以使得本领域的技术人员能够制备或使用所公开的原 理。除了上文详细描述的实施方案之外的实施方案是在不脱离本公开的实 质或范围的情况下，基于本文公开的原理，以及相应装置的配置中的任何 伴随的变化或者本文描述的方法动作的顺序的变化来设想的。对本文所述 示例的各种修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。

例如，上文结合特定种类的增材制造工艺例如，光聚合描述了某些实 施方案。在该类增材制造工艺中，为了简洁和清晰，结合DLP工艺描述了 本发明所公开的原理。然而，所公开的原理不受此限制。相反，所公开的 原理可在使用多种增材制造工艺中的任一种制备的部件中实践或体现，所 述工艺包括例如粉末床熔凝工艺、粘结剂喷射工艺、材料挤出工艺、定向 能量沉积工艺、片材层压工艺、以及它们的组合。

方向和其他相关参考(例如，向上、向下、顶部、底部、左、右、向 后、向前等)可用于帮助讨论本文的附图和原理，但并非旨在进行限制。 例如，可使用诸如“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“水 平”、“垂直”、“左”、“右”等某些术语。这些术语在适用的情况下 被用于在处理相对关系时提供一些明确描述，特别是相对于所示实施方 案。然而，这样的术语并非旨在暗示绝对的关系、位置和/或取向。例如， 相对于物体，“上”表面可以简单地通过翻转物体而变成“下”表面。尽 管如此，但它仍是相同表面，而且物体保持不变。如本文所用，“和/或” 意指“和”或“或”，以及“和”和“或”。此外，出于所有目的，本文 引用的所有专利和非专利文献都据此全文以引用方式并入。

并且，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离所公开的原理的情 况下，本文所公开的示例性实施方案可适于各种配置和/或用途。应用本文 所公开的原理，可以提供各种各样的增材制造部件。例如，上文结合任何 特定示例描述的原理可以与结合本文所述的另一示例描述的原理相结合。 因此，本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各种实 施方案的特征和方法措施的所有结构和功能等同物旨在被本文所述的原理 以及要求权利保护的特征和动作所涵盖。因此，权利要求和该详细描述都 不应被解释为限制意义，并且在阅读本公开之后，本领域普通技术人员将 理解各种各样的防液体电子设备、电声换能器和模块，以及可在公开和要 求保护的概念下设计的相关系统。

此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否 明确地被陈述在权利要求中无关。为了帮助专利局和本申请中发布的任何 专利的任何读者解释所附权利要求或在本申请或任何持续专利申请的整个 程序中以其他方式呈现，申请人希望指出，除非在特定权利要求中明确使 用“用于......的装置”或“用于......的步骤”，否则他们并不打算将任何要 求保护的特征解释为或以其他方式援引35USC 112(f)的规定。

所附权利要求并非旨在受限于本文所示的实施方案，而是旨在使得全 部范围与语言权利要求书一致，其中对单数形式的特征的引用(诸如通过 使用冠词“a”或“an”)并非旨在意味着“一个和仅一个”，而是指“一 个或多个”，除非被具体指出。

因此，鉴于可以应用所公开的原理的许多可能的实施方案，我们保留 要求权利要求中的任何和所有特征和动作的组合的权利，包括有权主张前 述说明书的范围和实质内的所有内容，以及在本申请或任何要求本申请的 权益或优先权的申请的任何时候提出的任何权利要求书中在字面上和等同 地引用的组合，更具体地但非排他性地在所附权利要求中。