在三维打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置制造方法及图纸

在三维打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置。在用于打印三维物体的三维打印系统和方法中，将固体形态材料的温度升高至使材料熔化或部分熔化的点，从而因致动力或导致力的位移而开始从喷嘴流出。因为到材料的热传递对于材料熔化和流动并最终实现打印过程最重要，所以将材料升温至恰当温度是有用的。通过预测材料经由喷嘴的大的流量并在增大的淀积率之前调节加热速率，来使材料保持熔化，并且经由喷嘴挤出材料不受加热限制。

【技术实现步骤摘要】
在三维打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置
本专利技术涉及用于在三维(3D)打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置。
技术介绍
在还已知为三维(3D)打印的添加制造(AM)中，可以通过在计算机控制下形成连续的材料层来创建3D物体。例如，基于挤出的分层制造机器可以通过将构建材料(在本文中也可互换地称为原料(feedstock)、丝料(filament)，或介质)以预定图案从挤出机挤出到构建表面(在本文中也可互换地称为构建板、构建平台、台架、基部或床)上来构建这样的3D物体。可以基于表示3D物体的计算机辅助设计(CAD)模型或任何其它合适的数据来确定预定图案。原料可以供应到挤出机，并且挤出机可以使原料达到可流动的温度，从而生成可流动的原料以供淀积到构建板上。传入原料的力可导致可流动原料从挤出机挤出，例如从挤出机的喷嘴挤出。可流动原料可以经由喷嘴挤出，并且可以在凝固时以足够的黏合粘附到先前淀积的原料层上。从喷嘴挤出的可流动原料的流率可以是原料投入率(即，原料被驱入挤出机的液化区的速率)(在本文中也可互换地称为进料率)的函数。控制器可以控制用于推进原料的机构的速度或者施加至原料的压力，以便控制投入率。除了控制投入率，控制器还可以控制挤出机沿水平x、y平面的移动，以及构建板沿垂直z方向的移动。控制器可以控制挤出机相对于正被打印的3D物体的移动。例如，在一些情况下，被打印的3D物体可以沿x和y方向移动，并且挤出机可以是静止的。通过同步控制这种移动和投入率，可流动原料可以沿着可以从CAD模型获得的工具路径逐层淀积到构建板上。被挤出的可流动原料可以融合到先前淀积的原料上并固化以形成类似于该CAD模型的3D物体。
技术实现思路
根据一示例实施方式，一种三维(3D)打印系统，其可以包括：挤出机，该挤出机被配置成从挤出位置挤出给定原料，和控制器，该控制器被配置成，通过调节经由所述挤出机传递到所述给定原料的热传递量，来保持所述给定原料在所述挤出位置处为所述期望温度。所述调节可以基于所述给定原料的计划原料投入率和期望温度。所述控制器可以被配置成，在实施所述计划原料投入率之前的时间调节所述热传递量。所述时间可以基于所述3D打印系统中的热传递的时间响应。所述3D打印系统还可以包括比例积分微分(PID)控制器和温度传感器。所述温度传感器可以联接至所述挤出机和所述PID控制器，并且可以被配置成感测所述挤出机的工作温度。所述PID控制器可以被配置成，还基于所述工作温度来调节所述热传递量。所述时间响应可以取决于所述挤出机的尺寸、所述挤出机的比热、所述挤出机的传导率、所述挤出机的质量或它们的组合。所述时间还可以基于当前时间、在当前时间的当前原料投入率、实施所述计划原料投入率的将来时间，以及在当前时间的所述当前原料投入率与在所述将来时间的所述计划原料投入率之间的变化率。所述3D打印系统还可以包括联接至所述挤出机的加热部件。所述控制器可以被配置成，调节所述加热部件的输入功率设定以调节所述热传递量。所述输入功率设定可以是功率值、百分比值，或占空比值。所述控制器可以被配置成，基于所述计划原料投入率以及所述加热部件的输入功率与原料投入率之间的关系来控制所述输入功率设定。所述关系可以特定于所述期望温度、所述挤出机的环境条件、所述挤出机的特性，以及所述给定原料的特性。所述环境条件可以包括容纳所述挤出机的腔室的环境温度和所述3D打印系统的风扇的速度。所述挤出机的特性可以包括：表示所述挤出机的每温度差的热损失的第一热传递系数，和表示所述挤出机的随着所述3D打印系统的风扇的速度改变的热损失的第二热传递系数。所述给定原料的特性可以包括：所述给定原料的密度、所述给定原料的比热、所述给定原料的热导率、固体形态的所述给定原料的横截面积或它们的组合。所述3D打印系统还可以包括联接至所述挤出机的加热部件。实施所述计划原料投入率可以导致所述给定原料的当前原料投入率增大或减小。所述控制器可以被配置成，通过调节所述加热部件的输入功率设定来调节所述热传递量，以与所述当前原料投入率的增大或减小无关地保持所述给定原料为所述期望温度。所述挤出机可以包括液化区，并且所述计划原料投入率可以表示将所述给定原料驱动到所述液化区中的计划速度。所述期望温度可以是所述给定原料响应于施加的力或位移而开始流动的最低温度。所述控制器还可以被配置成，接收用于打印3D物体的多个工具路径命令。所述计划原料投入率可以基于接收的所述多个工具路径命令中的一个或更多个。根据另一示例实施方式，一种用于在三维(3D)打印系统中打印3D物体的方法，该方法包括以下步骤：从挤出机的挤出位置挤出给定原料，并且通过基于针对所述给定原料的计划原料投入率和期望温度调节经由所述挤出机传递到所述给定原料的热传递量，来保持所述给定原料在所述挤出位置处为所述期望温度。所述热传递量可以在实施所述计划原料投入率之前的时间调节。所述时间可以基于所述3D打印系统中的热传递的时间响应。所述方法还可以包括以下步骤：感测所述挤出机的工作温度，并且还基于所述工作温度来调节所述热传递量。所述时间响应可以取决于所述挤出机的尺寸、所述挤出机的比热、所述挤出机的传导率、所述挤出机的质量或它们的组合。所述时间还可以基于当前时间、在当前时间的当前原料投入率、实施所述计划原料投入率的将来时间，以及在当前时间的所述当前原料投入率与在所述将来时间的所述计划原料投入率之间的变化率。其中，调节所述热传递量的步骤可以包括以下步骤：调节联接至所述挤出机的加热部件的输入功率设定。所述输入功率设定可以是功率值、百分比值，或占空比值。所述方法还可以包括以下步骤：基于所述计划原料投入率以及所述加热部件的输入功率与原料投入率之间的关系来控制所述输入功率设定，所述关系可以特定于所述期望温度、所述挤出机的环境条件、所述挤出机的特性，以及所述给定原料的特性。所述环境条件可以包括容纳所述挤出机的腔室的环境温度和所述3D打印系统的风扇的速度。所述挤出机的特性可以包括：表示所述挤出机的每温度差的热损失的第一热传递系数，和表示所述挤出机的随着所述3D打印系统的风扇的速度改变的热损失的第二热传递系数。所述给定原料的特性可以包括：所述给定原料的密度、所述给定原料的比热、所述给定原料的热导率、固体形态的所述给定原料的横截面积或它们的组合。所述方法还可以包括以下步骤：实施所述计划原料投入率导致所述给定原料的当前原料投入率增大或减小。其中，调节所述热传递量的步骤可以包括以下步骤：调节联接至所述挤出机的加热部件的输入功率设定，以与所述当前原料投入率的增大或减小无关地保持所述给定原料为所述期望温度。所述挤出机可以包括液化区，并且所述计划原料投入率可以表示将所述给定原料驱动到所述液化区中的计划速度。所述期望温度可以是所述给定原料响应于施加的力或位移而开始流动的最低温度。所述方法还可以包括以下步骤：接收用于打印所述3D物体的多个工具路径命令，并且基于接收的所述多个工具路径命令中的一个或更多个来确定所述计划原料投入率。根据又一示例实施方式，一种用于控制三维(3D)打印系统的非暂时性计算机可读介质，其上可以编码有指令序列，其在被处理器加载和执行时，使所述处理器控制从挤出机的挤出位置挤出给定原料，并且通过基于所述给定原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打印三维3D物体的3D打印系统，所述3D打印系统包括：挤出机，该挤出机被配置成从挤出位置挤出给定原料；以及控制器，该控制器被配置成，通过基于所述给定原料的计划原料投入率和期望温度调节经由所述挤出机传递到所述给定原料的热传递量，来保持所述给定原料在所述挤出位置处为所述期望温度，所述控制器被配置成在实施所述计划原料投入率之前的时间调节所述热传递量，该时间基于所述3D打印系统中的热传递的时间响应。

【技术特征摘要】
2017.09.22 US 15/713,3831.一种用于打印三维3D物体的3D打印系统，所述3D打印系统包括：挤出机，该挤出机被配置成从挤出位置挤出给定原料；以及控制器，该控制器被配置成，通过基于所述给定原料的计划原料投入率和期望温度调节经由所述挤出机传递到所述给定原料的热传递量，来保持所述给定原料在所述挤出位置处为所述期望温度，所述控制器被配置成在实施所述计划原料投入率之前的时间调节所述热传递量，该时间基于所述3D打印系统中的热传递的时间响应。2.根据权利要求1所述的3D打印系统，所述3D打印系统还包括：比例积分微分PID控制器和温度传感器，所述温度传感器联接至所述挤出机和所述PID控制器，并且被配置成感测所述挤出机的工作温度，所述PID控制器被配置成还基于所述工作温度来调节所述热传递量。3.根据权利要求1所述的3D打印系统，其中，所述时间响应取决于所述挤出机的尺寸、所述挤出机的比热、所述挤出机的传导率、所述挤出机的质量或它们的组合。4.根据权利要求1所述的3D打印系统，其中，所述时间还基于当前时间、在所述当前时间的当前原料投入率、实施所述计划原料投入率的将来时间，以及在所述当前时间的所述当前原料投入率与在所述将来时间的所述计划原料投入率之间的变化率。5.根据权利要求1所述的3D打印系统，所述3D打印系统还包括：加热部件，该加热部件联接至所述挤出机，并且其中，所述控制器被配置成调节所述加热部件的输入功率设定以调节所述热传递量。6.根据权利要求5所述的3D打印系统，其中，所述输入功率设定是功率值、百分比值或占空比值。7.根据权利要求5所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置成基于所述计划原料投入率以及所述加热部件的输入功率与原料投入率之间的关系来控制所述输入功率设定，所述关系特定于所述期望温度、所述挤出机的环境条件、所述挤出机的特性以及所述给定原料的特性。8.根据权利要求7所述的3D打印系统，其中，所述环境条件包括容纳所述挤出机的腔室的环境温度和所述3D打印系统的风扇的速度。9.根据权利要求7所述的3D打印系统，其中，所述挤出机的特性包括表示所述挤出机的每温度差的热损失的第一热传递系数、和表示所述挤出机的随着所述3D打印系统的风扇的速度改变的热损失的第二热传递系数。10.根据权利要求7所述的3D打印系统，其中，所述给定原料的特性包括所述给定原料的密度、所述给定原料的比热、所述给定原料的热导率、固体形态的所述给定原料的横截面积或它们的组合。11.根据权利要求1所述的3D打印系统，所述3D打印系统还包括：加热部件，该加热部件联接至所述挤出机，其中，所述计划原料投入率的实施导致所述给定原料的当前原料投入率增大或减小，并且所述控制器被配置成，通过调节所述加热部件的输入功率设定来调节所述热传递量，以与所述当前原料投入率的增大或减小无关地保持所述给定原料为所述期望温度。12.根据权利要求1所述的3D打印系统，其中，所述挤出机包括液化区，并且所述计划原料投入率表示将所述给定原料驱动到所述液化区中的计划速度。13.根据权利要求1所述的3D打印系统，其中，所述期望温度是所述给定原料响应于施加的力或位移开始流动的最低温度。14.根据权利要求1所述的3D打印系统，其中，所述控制器还被配置成接收用于打印3D物体的多个工具路径命令，并且其中，所述计划原料投入率基于接收的所述多个工具路径命令中的一个或更多个。15.一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·巴尔巴迪，J·S·梅尔博格，
申请(专利权)人：桌面金属有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US