用于操作三维（3d）物体打印机中的挤出机以改善层形成的方法技术

增材制造系统打开挤出机中形成条带所需的阀门，并操作致动器以使挤出机移动通过过渡区域，同时打开这些阀门以在挤出机的面板和所形成的物体的一部分之间形成一定量的足以形成条带的挤出材料。过渡区域的长度是根据被挤出材料的粘度和挤出机移动以形成条带的速度来确定的。过渡区域可垂直于挤出机的路径以形成条带或与挤出机的路径对准以形成条带。

【技术实现步骤摘要】
用于操作三维(3d)物体打印机中的挤出机以改善层形成的方法本公开涉及在三维(3D)物体打印机中使用的挤出机，并且更具体地，涉及此类挤出机中的阀门的操作。三维打印也称为增材制造，是由几乎任何形状的数字模型制备三维固体物体的工艺。许多三维打印技术使用增材法，其中增材制造设备在先前沉积的层的顶部上形成部件的连续层。这些技术中的一些技术使用挤出机，该挤出机将挤出材料(诸如ABS塑料)软化或熔融成热塑性材料，然后以预先确定的图案排出热塑性材料。打印机通常操作挤出机以形成连续的热塑性材料层，该连续的热塑性材料层形成具有各种形状和结构的三维打印物体。在形成三维打印物体的每一层之后，热塑性材料冷却并硬化以将该层粘结到三维打印物体的下面层。这种增材制造方法与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减成法(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。在3D增材制造系统中使用的一些挤出机中，阀门被定位在挤出机内的热塑性材料中，并且操作这些阀门以启动和停止通过延伸穿过挤出机的公共面板的多个喷嘴的流。操作这些阀门可导致来自挤出机的一个或多个喷嘴的热塑性材料流的可靠性出现问题。在一些挤出机中，操作阀门以使阀门构件缩回并使热塑性材料流通过喷嘴可将一些材料拉回到挤出机中，以及操作阀门以将阀门构件推入流中以停止通过喷嘴的流可将一些材料推出喷嘴。另外，在挤出机的面板和要施加材料的层之间的材料的量和位置对于准确的物体形成是至关重要的。可抬起挤出机以避免将材料从面板擦拭到先前打印的层上，但是当挤出机返回到恢复对目标层进行挤出的位置时，无法准确知道面板上材料的量。操作挤出机以能够更准确地识别面板上材料的量将有助于改善零件的形成和质量。一种操作多喷嘴挤出机的新方法，使得在挤出机到达在物体的层中形成条带的起始位置之前，在挤出机的面板和正在形成的物体的一部分之间建立足够量的用于形成条带的热塑性材料。该方法包括用控制器识别需要关闭挤出机中的所有阀门并抬起挤出机以将挤出机移动到用于形成条带的起始位置的要形成的条带，用控制器识别偏移条带的起始位置并且位于3D物体制造系统正在形成的物体的周边内的过渡区域起始位置，用控制器操作至少一个致动器以将挤出机移动到过渡区域起始位置，用控制器打开通过用于形成要形成的条带的挤出机路径控制数据识别的挤出机中的阀门，以及用控制器操作该至少一个致动器以将挤出机从过渡区域起始位置移动到条带的起始位置以填充挤出机的面板与3D制造系统正在形成的物体在条带的起始位置处的一部分之间的体积。新的3D物体制造系统实现了操作多喷嘴挤出机的方法，该方法使得能够在挤出机到达形成条带的起始位置之前在挤出机的面板和正在形成的物体的一部分之间建立足够量的热塑性材料用于条带的形成。该系统包括具有在公共面板中的多个喷嘴和以一对一的方式可操作地连接到喷嘴的多个阀门的挤出机，所述阀门被构造成选择性地打开和关闭每个阀门可操作地连接的喷嘴，可操作地连接到挤出机的至少一个致动器，该至少一个致动器被构造成抬起和移动挤出机，以及以能够独立控制阀门的方式可操作地连接到挤出机和多个阀门中的阀门的控制器。控制器被构造成识别需要关闭挤出机中的所有阀门并且抬起挤出机以将挤出机移动到用于形成条带的起始位置的要形成的条带，识别偏移条带的起始位置并且位于物体的周长内的过渡区域起始位置，操作至少一个致动器以将挤出机移动到过渡区域起始位置，打开通过用于形成条带的挤出机路径控制数据识别的挤出机中的至少一个阀门，以及操作该至少一个致动器以将挤出机从过渡区域起始位置移动到条带的起始位置以填充挤出机的面板与3D制造系统正在形成的物体在条带的起始位置处的一部分之间的体积。图1示出了增材制造系统，该增材制造系统操作多喷嘴挤出机以使得在挤出机到达用于形成条的起始位置之前能够建立热塑性材料流。图2示出了增材制造系统的另选实施方案，该增材制造系统操作多喷嘴挤出机以使得能够在挤出机到达用于形成条带的起始位置之前建立热塑性材料流。图3示出了由图1和图2的系统中的多喷嘴挤出机形成的圆形层中的过渡区域。图4为图1和图2的增材制造系统的控制器所使用的工艺的流程图，以使得当挤出机到达用于形成条带的起始位置时能够建立挤出材料流。图5示出了现有技术的三维物体增材制造系统或打印机100，其被构造成操作挤出机108以形成三维打印物体140。图6示出了当以0°和90°取向时可由现有技术的九个喷嘴面板形成的条带。在多喷嘴挤出机中，喷嘴被布置在公共面板中，并且面板的移动、面板的取向以及面板上相对于构建平台的材料的量对于条带的形成至关重要。如本文中所使用的，“条带”是指来自多喷嘴挤出机中的任何打开的喷嘴的作为聚集体形式的挤出材料，只要至少一个喷嘴保持打开并且从任何打开的喷嘴挤出材料即可。也就是说，即使打开了多个喷嘴，但并不是所有排出的挤出物都相互接触，这些离散的挤出物构成条带。连续条带是这样一种条带，其中来自多个喷嘴的所有挤出物在交叉处理方向上跨条带连续接触。表面区域、过渡区域和内部区域位于正在形成的物体的层中。由于无法观察到物体的内部区域，因此可以稀疏地填充它们。这些区域必须具有足够的结构和刚度使得它们可支撑需要在内部区域上形成的过渡和表面结构。另外，具有这些内部区域有助于物体的整体刚度是有利的。在物体制造中，在这些不同类型的区域中所需的挤出材料的量之间找到适当的平衡很重要。在使用多喷嘴挤出机形成物体的制造系统中，挤出机可沿0°-180°(X)轴或90°-270°(Y)轴移动，如图6所示。沿着这些轴挤出使得所示挤出机的所有九个喷嘴有助于形成连续条带，并且条带具有最大宽度。如本文档中所用，术语“0°-180°轴”是指在0°方向或180°方向上的移动使得挤出机的面板被取向成所有喷嘴都打开，则形成挤出机可产生的效率最高的连续条带，术语“90°-270°轴”是在90°方向或270°方向上的移动使得挤出机的面板被取向成所有喷嘴都打开，则形成了挤出机可产生的效率最高的连续条带。由于所有喷嘴垂直于移动方向均等地被间隔开，因此有效地产生了连续条带。为了扎实地填充内部区域，挤出机可在一个层的0°方向上双向移动，而在下一层的90°方向上双向移动。如本文所用，术语“挤出材料”是指通常被软化或熔融以形成热塑性材料的材料，该热塑性材料将由增材制造系统中的挤出机排出。挤出材料包括但不严格限于形成三维打印物体的永久部分的“构建材料”和形成临时结构以在打印过程中支撑构建材料的部分并且然后在完成打印过程之后任选地移除的“支撑材料”。构建材料的示例包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料、聚乳酸(PLA)、脂肪族或半芳香族聚酰胺(尼龙)、包括悬浮碳纤维或其他聚合材料的塑料、导电聚合物以及可进行热处理以产生适于通过挤出机排出的热塑性材料的任何其他形式的材料。支撑材料的示例包括但不限于高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚乙烯醇(PVA)和能够在热处理后挤出的其他材料。挤出材料还包括热塑性聚合物以外的材料，诸如巧克力。在一些挤出打印机中，挤出材料以连续细长的材料长度供应，通常称为“长丝”。该长丝以固定形式提供，由一个或多个辊从线轴或其他供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作三维(3D)物体制造系统的方法，包括：/n用控制器识别需要关闭挤出机中的所有阀门并抬起所述挤出机的要形成的条带，以将所述挤出机移动到用于所述条带形成的起始位置；/n用所述控制器识别过渡区域起始位置，所述过渡区域起始位置偏移所述条带的所述起始位置并且定位在由所述3D物体制造系统形成的物体的周边内；/n用所述控制器操作至少一个致动器，以将所述挤出机移动到所述过渡区域起始位置；/n用所述控制器打开所述挤出机中的阀门，所述阀门由用于要形成的所述条带的形成的挤出机路径控制数据识别；以及/n用所述控制器操作所述至少一个致动器，以将所述挤出机从所述过渡区域起始位置移动到所述条带的所述起始位置，以填充所述挤出机的面板和由所述3D制造系统形成的所述物体在所述条带的所述起始位置处的部分之间的体积。/n

【技术特征摘要】
20190327 US 16/3660411.一种用于操作三维(3D)物体制造系统的方法，包括：
用控制器识别需要关闭挤出机中的所有阀门并抬起所述挤出机的要形成的条带，以将所述挤出机移动到用于所述条带形成的起始位置；
用所述控制器识别过渡区域起始位置，所述过渡区域起始位置偏移所述条带的所述起始位置并且定位在由所述3D物体制造系统形成的物体的周边内；
用所述控制器操作至少一个致动器，以将所述挤出机移动到所述过渡区域起始位置；
用所述控制器打开所述挤出机中的阀门，所述阀门由用于要形成的所述条带的形成的挤出机路径控制数据识别；以及
用所述控制器操作所述至少一个致动器，以将所述挤出机从所述过渡区域起始位置移动到所述条带的所述起始位置，以填充所述挤出机的面板和由所述3D制造系统形成的所述物体在所述条带的所述起始位置处的部分之间的体积。


2.根据权利要求1所述的方法，所述过渡区域起始位置的所述识别还包括：
用所述控制器将所述过渡区域起始位置识别为从所述条带的所述起始位置朝向所述周边内的区域的内部偏移；以及
用所述控制器操作所述至少一个致动器以将所述挤出机从所述周边内的所述区域的所述内部朝向所述周边移动到所述条带的所述起始位置。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
一旦所述挤出机到达所述条带的所述起始位置，继续使用所述挤出机路径控制数据来用所述控制器操作所述至少一个致动器以形成所述条带。


4.根据权利要求3所述的方法，其中从所述条带的所述起始位置的所述偏移是参考由用于形成所述条带的所述挤出机路径控制数据所识别的速度以及由所述挤出机挤出的材料的粘度来确定的。


5.根据权利要求3所述的方法，其中一旦所述挤出机到达所述条带的所述起始位置，从所述条带的所述起始位置的所述偏移对应于在所述挤出机移动以形成所述条带的方向上跨所述挤出机的面板的距离。


6.根据权利要求5所述的方法，其中一旦所述挤出机到达所述条带的所述起始位置，从所述条带的所述起始位置的所述偏移对应于在所述挤出机移动以形成所述条带的所述方向上跨所述挤出机的所述面板的距离的一半。


7.根据权利要求5所述的方法，其中一旦所述挤出机到达所述条带的所述起始位置，从所述条带的所述起始位置的所述偏移对应于在与所述挤出机移动以形成所述条带的所述方向垂直的方向上跨所述挤出机的所述面板的所述距离的一半。


8.根据权利要求4所述的方法，还包括：
用所述控制器操作所述至少一个致动器，以在与所述挤出机离开用于形成所述条带的所述起始位置之后在与所述挤出机头移动的方向垂直的方向上将所述挤出机从所述过渡区域起始位置移动到所述条带的所述起始位置。


9.根据权利要求4所述的方法，还包括：
用所述控制器操作所述至少一个致动器，以在与所述挤出机离开用于形成所述条带的所述起始位置之后在所述挤出机头移动的方向相反的方向上将所述挤出机从所述过渡区域起始位置移动到所述条带的所述起始位置。


10.根据权利要求4所述的方法，其中所述过渡区域起始位置偏移所述条带的所述起始位置，并且要形成的所述条带包括拐角。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·曼特尔，P·J·奈斯特龙，C·G·林恩，J·奥尼尔，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US