三维模制系统及方法技术方案

一种用于建立对象的三维模制系统，其包括：一个三维模制打印头，其中，该打印头附接至一定位构件，其用以使该打印头与正被印制的对象中的至少一者彼此空间性地相对移动。该打印头包括一管状馈入构件与配置在该管状馈入构件的一端的一喷嘴，该喷嘴具有用于施配模制材料的一喷嘴出口，与用于介接在待建立的该对象上的模制材料的先前沉积轨道的一喷嘴尖端。该管状馈入构件包括用于馈入该模制材料至该喷嘴出口的一馈入通道。该系统进一步包括：该管状馈入构件在该喷嘴对面的一端的一模制材料馈入构件，其中，该模制材料馈入构件经配置为可用于使一压力朝向该喷嘴施加于在该馈入通道内的该模制材料。该系统进一步包括：一压力判定构件，其用于判定指示施加于该模制材料的一压力的一第一参数。该系统进一步包括：一控制系统，其经配置为可基于指示施加于该模制材料的一压力的该经判定的第一参数来控制该模制材料馈入构件。一种使用该系统的三维模制方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维模制系统及方法
本专利技术是有关于一种用于建立三维对象的三维模制系统，与一种用于三维模制三维对象的方法
技术介绍
在三维模制中，对象的形成是借由以控制的方式层迭模制材料，以建立带有所要三维形状的对象。形成对象的此一方式也被称为积层制造法。三维模制经常使用三维模制打印机。该打印机有三维活动打印头，该打印头是在模制材料的先前沉积轨道上方移动时施配模制材料。待打印对象可放上基底。该打印头相对于正被模制或打印的对象可在三维空间中移动，反之亦然。在有些情形下，对象相对于打印头可在一或多个维度中移动。模制对象有各种可能组合用于使对象相对于打印头移动，反之亦然。打印头的移动由控制系统控制，其是控制打印头附接至它的三维可控定位系统。用软件，可设计轨道的图案，此图案用来移动打印头以及用来沉积轨道。对象建立于在相对于活动打印头的参考位置的基底结构上。模制材料可与先前形成的轨道熔合。三维模制材料馈入打印头的形式例如可为丝线、颗粒、棒杆、液体或悬浮液。该打印头从打印头通过喷嘴施配模制材料，且使其以轨道的形式沉积于基底上而形成一层轨道，或在已沉积待建立对象的前一层时，沉积于对象的先前沉积轨道上，让它凝固。该模制材料可与先前沉积轨道以热或化学或其它方式熔合。化学模制材料可从打印头施配且沉积于先前沉积轨道上且使其固化以在沉积后立即凝固。基底及对象与打印头在轨道中的相对移动以及同时沉积来自打印头的模制材料，允许熔合的沉积模制对象随着各个沉积轨道成长且逐渐得到它所欲形状。在当前的材料挤出打印机(包括颗粒挤出机、撞头挤出机(ramextruder)及注射器挤出机)中，材料是以前馈流量受控的方式沉积。取决于待沉积轨道的厚度与打印速度，模制材料的流量保持不变。材料流量的校准作为机器校准的一部份。此外，为了维持待建立对象的准确尺寸，特别是维持正被沉积的轨道的受控厚度，必须校准造成打印头在正被建立对象的先前沉积轨道上方移动的X-Y-Z定位系统。在校准正确时，利用流量控制可准确地打印无空隙对象。在例如打印头喷嘴与例如先前沉积层的间隙由于缺乏校准而增加时，模制材料的流量可能变得太小而不能填满间隙，因而造成在打印轨道之间出现空间，而在打印对象中产生空腔。这被称为挤出不足(under-extrusion)。另一方面，当打印头喷嘴与先前沉积轨道的间隙由于缺乏校准而减少时，模制材料的流量对于正被沉积的轨道可能变得太大，使得太多材料会被挤出。这被称为过度挤出(over-extrusion)。在轨道被铺在两个先前沉积轨道之间且其间的空间越来越窄时，也可能出现过度挤出。这可能导致对象与打印头之间有过大的力以及对象由于模制材料溢流而有粗糙的表面。模制材料的溢流可能导致在打印头的喷嘴尖端(nozzletip)上有残渣或残留物，而可能脱落喷嘴尖端且与正被印制的对象熔合且造成对象的潜在损失。校准的损失可能由热膨胀以及在打印时和在打印热熔合材料后的后续收缩造成。当热膨胀及收缩没有被充分补偿时，喷嘴与先前沉积轨道的间隙可能没有不变的尺寸。同样，在与打印头或喷嘴的沉积方向垂直的尺寸也可能由于热效应而改变。挤出不足或过度挤出的另一原因可能在于该模制材料进料尺寸的变动。例如，当使用丝线的模制材料时，它的直径可能不同而造成模制材料在打印时被沉积的数量变动，因此在使用正被沉积的模制材料的恒定流量控制时，造成挤出不足或过度挤出。在执行X-Y-Z系统与模制材料馈入构件的校准时，最高优先权是要防止过度挤出，因为这使得制程不可靠。因此，三维模制挤出打印机常有某种程度的挤出不足而导致形成开放空间或空腔。副作用是，部份会没有密封性或耐压性且该部份的强度会次于最佳。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是要克服上述问题及缺点。该目标用一种用于建立三维对象的三维模制系统达成，其包括：一个三维模制打印头，其中，该打印头附接至一定位构件，其用以使该打印头与正被印制的该对象中的至少一者彼此空间性地相对移动。该打印头包括一管状馈入构件与配置在该管状馈入构件的一端的一喷嘴，该喷嘴具有用于施配模制材料的一出口，与用于介接在该待建立对象上的模制材料的先前沉积轨道的一喷嘴尖端。该管状馈入构件包括用于馈入该模制材料至该喷嘴出口的一馈入通道。该系统进一步包括：配置于该管状馈入构件在该喷嘴对面的一端的一模制材料馈入构件，其中，该模制材料馈入构件经配置为可用于使一压力朝向该喷嘴施加于在该馈入通道内的该模制材料。该系统进一步包括：一压力判定构件，其用于判定指示施加于该模制材料的一压力的一第一参数。该系统进一步包括：一控制系统，其经配置为可基于指示施加于该模制材料的一压力的该经判定的第一参数来控制该模制材料馈入构件。该控制系统经配置为可用于控制该定位构件及该打印头用于沉积两个第一轨道，其中所述两个第一轨道被隔开，且用于沉积在所述两个第一轨道之间的一中间轨道，同时使用指示施加于该模制材料的一压力的该第一参数来控制施加于该模制材料的该压力。借由控制该压力，由该控制系统使用该压力判定构件可感测例如在压力降到某一位准以下时发生挤出不足。借由增加施加于在该管状馈入构件内的该模制材料的该压力，可补偿此一挤出不足。例如，在沉积当前轨道时，如果先前沉积相邻轨道之间的空间变宽，这可能发生。另一方面，可感测在指示施加于该模制材料的压力的该第一参数增加到某一位准以上时发生过度挤出。借由减少施加于在该管状馈入构件内的该模制材料的压力，可补偿此一过度挤出。例如，在先前沉积相邻轨道之间的空间越来越窄时，这可能发生。借由控制该模制材料的压力，打印对象的剩余空间会被良好地填充，而与剩余空间的容积无关。这会导致正被沉积的中间轨道与先前沉积相邻轨道熔合，造成空腔的完全填入且改善相邻轨道之间的结合(bonding)。因此，部份会有最优渗漏紧密度及强度。由喷嘴与先前沉积层之间隙决定的轨道厚度常常很小。这意谓，通过此间隙的压降由于该模制材料的黏度而很大。对于从在喷嘴尖端中或其处的压力位准到达周遭压力的压降，它只需要毫米数量级的距离。当至喷嘴的距离变得较大时，通过间隙的压降增加。当压降等于喷嘴中的超压(overpressure)时，流量中止，且轨道不会变得较宽。当打印头在对象上方移动时，这取得平衡以变成稳定的轨道宽度。与流量控制式打印的主要差异在于，正被沉积的中间轨道的宽度取得平衡有恒定的线宽同时恰好地填满所有间隙，然而基于流量的打印会很快地产生系统性的挤出不足或过度挤出。借由控制施加于该模制材料的压力，可补偿喷嘴与先前沉积轨道之间的间隙尺寸变动。在本专利技术系统的一具体实施例中，该控制系统经配置为可用于控制该模制材料馈入构件以使指示施加于该模制材料的一压力的该第一参数维持在一预定最小压力值与一预定最大压力值之间。这允许施加于该模制材料的压力落在保证过度挤出或挤出不足不会发生的范围内，而与该定位构件的对齐或校准瑕疵无关。在本专利技术系统的一具体实施例中，该控制系统经配置为可用于使指示施加于该模制材料的一压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建立三维对象的三维模制系统(400，500)，其包括：/n一个三维模制打印头(121)；/n该打印头(121)附接(106，107，502)至一定位构件(503)，其用以使该打印头(121)与正被印制的对象中的至少一者彼此空间性地相对移动；/n该打印头(121)包括：/n一管状馈入构件(101)；/n配置在该管状馈入构件(101)的一端的一喷嘴(102)，该喷嘴(102)具有一喷嘴出口(102a)与用于介接在待建立的该对象上的模制材料(108)的先前沉积轨道(109)的一喷嘴尖端(102b)；/n该管状馈入构件(101)包括用于馈入模制材料(108)至该喷嘴出口(102a)的一馈入通道(120a，120b)；/n该系统(400，500)进一步包括：配置于该管状馈入构件(101)在该喷嘴(102)对面的一端的一模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)，其中，该模制材料馈入构件经配置为可用于使一压力朝向该喷嘴(102)施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料；/n该系统(400，500)进一步包括：一压力判定构件(401，501，601-604)，其用于判定指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的一第一参数(P...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170517 EP 17171475.1;20170302 NL 20184551.一种用于建立三维对象的三维模制系统(400，500)，其包括：
一个三维模制打印头(121)；
该打印头(121)附接(106，107，502)至一定位构件(503)，其用以使该打印头(121)与正被印制的对象中的至少一者彼此空间性地相对移动；
该打印头(121)包括：
一管状馈入构件(101)；
配置在该管状馈入构件(101)的一端的一喷嘴(102)，该喷嘴(102)具有一喷嘴出口(102a)与用于介接在待建立的该对象上的模制材料(108)的先前沉积轨道(109)的一喷嘴尖端(102b)；
该管状馈入构件(101)包括用于馈入模制材料(108)至该喷嘴出口(102a)的一馈入通道(120a，120b)；
该系统(400，500)进一步包括：配置于该管状馈入构件(101)在该喷嘴(102)对面的一端的一模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)，其中，该模制材料馈入构件经配置为可用于使一压力朝向该喷嘴(102)施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料；
该系统(400，500)进一步包括：一压力判定构件(401，501，601-604)，其用于判定指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的一第一参数(PM)；
该系统(400，500)进一步包括：一控制系统(412)，其经配置为可基于指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的该经判定的第一参数(PM)来控制该模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)；其中
该控制系统经配置为可用于控制该定位构件(106)及该打印头(121)，以供下列动作用：
沉积两个第一轨道(701，702)，其中所述两个第一轨道(701，702)被隔开，且
沉积在所述两个第一轨道(701，702)之间的一中间轨道(703，110d，110e)，同时使用指示施加于该模制材料的一压力的该第一参数(PM)来控制施加于该模制材料(108，110)的该压力。


2.如权利要求1所述的系统，其中，该控制系统(412)经配置为可用于控制该模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)以使指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的该第一参数(PM)维持在一预定最小压力值与一预定最大压力值之间。


3.如权利要求1所述的系统(400，500)，其中，该控制系统(412)经配置为可用于使指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的该第一参数(PM)维持在一恒定值。


4.如权利要求1至3中的任一项所述的系统(400，500)，其中，该模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)包括一可控驱动器(104)与一传动构件(105a，105b，103)，其用于传递由该驱动器(104)产生的一驱动力至该模制材料(108)。


5.如权利要求1至4中的任一项所述的系统(400)，其中，用于判定指示施加于该模制材料(108，110)的一压力的该第一参数(PM)的该压力判定构件(401，501，601-604)包括：一压力判定构件(401，601-604)，其用于判定指示施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料(108)的一压力的一第二参数。


6.如权利要求4或5所述的系统(400)，其中，该可控驱动器(104)包括一旋转驱动器，且其中，用于判定指示施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料(108)的该压力的该第二参数的该压力判定构件(401，601-604)包括：用于判定由该旋转驱动器(104)及/或传动系统(105a，105b)施加的一转矩的一转矩判定构件(401)。


7.如权利要求6所述的系统(400)，其中，该可控驱动器(104)包括一电动马达(104)，且其中，该转矩判定构件(401)包括一马达电流测量构件。


8.如权利要求5所述的系统(400)，其中，该模制材料馈入构件(103，104，105a，105b)包括用于将模制材料棒杆馈入该管状馈入构件(101)的一柱塞(103)，且其中，用于判定指示施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料(108)的该压力的该第二参数的该压力判定构件(401，601-603)包括：一压力传感器，其配置在该柱塞(103)用于测量由该柱塞(103)施加于该模制材料(108)的该压力。


9.如权利要求5所述的系统(400)，其中，用于判定指示施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料(108)的该压力的该第二参数的该压力判定构件(401，601-603)包括：连接至该管状馈入构件(101)的该馈入通道(120a)的一压力传感器(601)。


10.如权利要求9所述的系统(400)，其中，用于判定指示施加于在该馈入通道(120a，120b)内的该模制材料(108)的该压力的该第二参数的该压力判定构件(401，601-603)包括：在该喷嘴(102)处连接至馈入通道(120a，120b)的一压力传感器(602)。


11.如权利要求10所述的系统(400)，其中，该压力判定构件(601-603)包括一喷嘴变形传感器(603)。


12.如权利要求1至4中的任一项所述的系统(500)，其中，用于判定指示施加于该模制材料的一压力的该第一参数(PM)的该压力判定构件(401，501，601-604)包括：一压力判定构件(501，604)，其用于判定指示施加于在正被沉积的该中间轨道(703，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·布鲁格曼，A·布鲁格曼，M·J·沃贝斯，K·H·J·沃斯，B·库伊珀，J·T·巴特勒斯，K·H·库伊特，K·格伦，
申请(专利权)人：联结高性能三D技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL