高速挤出3-D打印系统技术方案

一种三维打印机和打印方法，包括：通过利用供料系统在原料上施加第一挤出力，将原料供给到包括已加热筒的打印喷嘴中；以第一温度加热已加热筒中的原料使原料熔融；以及将熔融原料沉积到支撑台上，其中选择第一挤出力和第一温度以提供高达120立方毫米/秒范围内的体积流速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高速挤出3-D打印系统相关申请的交叉引用本公开要求2018年3月21日提交的美国临时申请No.62/646,019的权益，其内容教导通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及三维(3D)打印系统，更具体地，涉及一种高速挤出3D打印系统。
技术介绍
本部分陈述仅提供与本公开相关的背景信息，且可以构成也可以不构成现有技术。三维(3D)打印是用于直接通过数字模型制造3D模型的增材制造工艺，3D模型可包括原型或产品部件。增材制造是一种通过计算机辅助设计(CAD)或动画建模软件获取虚拟蓝图，并将虚拟蓝图进行切片，形成用于3D打印系统(包括3D打印机)的数字横截面，以用作打印3D模型的指南的过程。以液滴或连续珠粒的形式依次沉积复合材料层，直到打印出最终的3D模型。将这些层焊接(也称为熔合)在一起以形成并保持3D打印模型的形状。对于使用挤出沉积工艺(例如，熔丝制造(FusedFilamentFabrication，FFF)和熔融沉积成型(FusedDepositionModeling，FDM)的3D打印系统，通过加热的挤出喷嘴施加热塑性复合细丝。阻碍ME3D打印技术在工业制造业中广泛应用的主要限制因素之一是构建速度慢。打印机移动速度、控制打印头速度的固件，以及通过打印头的挤出材料的体积流速是影响构建速率的因素。已知的3D打印系统受限于可用于“推动”细丝的力(给定速度下的扭矩)。例如，FFF/FDM打印速度受限于驱使粘弹性熔融聚合物通过直径为0.4-2.0mm的小口的能力。人们期望改进3D打印系统的速度、精度和可控性以提升打印3D部件的效率和生产率。因此，虽然当前的3D打印系统实现了其预期目的，但是仍需要一种新的和改进的3D打印系统及方法来更快更精确地生产3D部件。
技术实现思路
根据本公开的若干方面，提供了一种利用3D打印机进行打印的方法。该方法包括通过在原料上施加第一挤出力将原料供给到筒中；以第一温度加热料筒中的原料以使原料熔融；以及将熔融原料沉积到支撑台上，其中选择第一挤出力和第一温度以提供高达120立方毫米/秒范围内的体积流速。在另一方面，该方法进一步包括在筒的液化器部分中熔融原料，其中筒温度在20℃至600℃的范围内。在另一方面，原料为细丝，并且该方法还包括使细丝与可旋转供料架接合以将细丝供给到筒中。在另一方面，可旋转供料架安装在联接到驱动电机的驱动轴上。在又一方面，该方法还包括测量由驱动电机施加到驱动轴的扭矩。在另一方面，通过测量供应到驱动电机的电流来测量扭矩。在另一方面，第一供料速率和第一温度根据主粘度曲线选择，其中主粘度曲线根据多个粘度测量值计算得出，多个粘度测量值由在不同供料速率和不同筒温度下获得的多个传感器测量值得到。在另一方面，传感器测量值包括挤出力测量值、编码器测量值和温度传感器测量值。在又一方面，该方法还包括以在0.1℃/秒到60℃/秒范围内的速率降低筒温度。在又一方面，该方法还包括通过减小第一挤出力来暂停或停止沉积熔融原料。根据本公开的若干方面，提供了一种三维打印机。该打印机包括控制系统；筒，包括电耦合到控制系统的加热元件，其中控制系统配置成选择筒温度；供料系统，配置成将原料供应至筒，其中控制系统配置成选择由供料系统施加至原料的挤出力；以及其中控制系统配置成选择提供高达120立方毫米/秒范围内的体积流速的筒温度和挤出力。在另一方面，供料系统包括：包括驱动轴的驱动电机；供料架，联接到驱动轴并且配置成接合原料；扭矩传感器，电耦合到控制系统并且配置成测量由驱动电机施加的挤出力；以及编码器，电耦合到控制系统并且配置成测量驱动轴速度。在另一方面，温度传感器固定到筒并且耦合到控制系统。在另一方面，控制系统配置成基于以不同供料速率挤出原料得到的多个粘度测量值，计算主曲线，其中不同供料速率由编码器测量，温度由温度传感器测量，并且每个供料速率和温度的挤出力由扭矩传感器测量。在另一方面，扭矩传感器为配置成测量施加到驱动电机的电流的电流传感器。在又一方面，该三维打印机还包括冷却系统，其中冷却系统配置成以在0.1℃至60℃范围内的速率降低筒温度。根据本公开的若干方面，提供了一种校准三维打印机的方法。该方法包括：以不同挤出力通过打印喷嘴挤出原料材料以达到一定范围的供料速率，执行原料供给速率扫描；得到在每个供料速率下的原料粘度；在不同筒温度下以及在一个或多个供料速率下，通过包括筒的打印喷嘴挤出原料；得到在每个筒温度下的原料粘度；由在每个供料速率和每个筒温度设置下得到的原料粘度计算原料的主粘度曲线；以及选择用于提供最大构建速率的供料速率和温度。在另一方面，每个供料速率由编码器测量，编码器配置成测量驱动轴的旋转速率。在另一方面，每个挤出力由与联接到驱动轴的驱动电机相关联的扭矩传感器测量。在另一方面，每个筒温度由安装到筒的温度传感器测量。附图说明本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。图1是剪切稀化材料(shearthinningmaterial)A和牛顿流体B的粘度与剪切速率的代表性曲线图；图2是本公开的三维打印头和支撑台的一个方面的透视图；图3是本公开的打印喷嘴的一个方面的透视图；图4是图3的筒的横截面图；图5a是本公开的z轴板总成和打印喷嘴的一个方面的透视图；图5b是图5a的z轴板总成和打印喷嘴的后透视图；图5c是图5a和5b的z轴板总成的弯曲件的顶透视图；图6a是包括驱动电机、供料板和供料架的一个方面的供料系统的一部分的侧透视图；图6b是包括驱动电机、供料板、空转总成和接收器的一个方面的供料系统的一部分的侧透视图；图7a是本公开的供料架的一个方面的侧透视图；图7b是图7a的供料架的不带面板的侧透视图；图7c是图7b的供料架的横截面图；图8a是本公开的空转总成的一个方面的前透视图；图8b是图8a的空转总成的剖视图；图9是本公开的打印头的一个方面的前分解透视图，示出了横杆和空转总成调节旋钮；图10是本公开的空转总成的调节旋钮的一个方面的后视图；图11a示出了本公开的传感器总成的一个方面的横截面图；图11b示出了图14a的传感器总成的分解图；图12是图2的打印头的横截面图，示出了本公开的力传感器的布置的一个方面；图13示出了用于本公开的打印头的控制系统的一个方面的示意图；图14是珠粒挤出物的示意性线条图；图15是代表性粘度与剪切速率的对数曲线图，示出了随着剪切速率增加而粘度降低到呈现接近牛顿流动的区域；图16是代表性挤出力与挤出速率的曲线图，示出了挤出力随着挤出速率的增加先减小后增加；以及图17是表示流变表征方法的流程图。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或用途。结合附图公开了图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用3D打印机打印的方法，包括：/n通过施加第一挤出力将原料供给到筒中；/n以第一温度加热所述筒中的原料以使所述原料熔融；以及/n将熔融的所述原料沉积到支撑台上，其中所述第一挤出力和所述第一温度选取为提供高达120立方毫米/秒的体积流速。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180321 US 62/646,0191.一种利用3D打印机打印的方法，包括：
通过施加第一挤出力将原料供给到筒中；
以第一温度加热所述筒中的原料以使所述原料熔融；以及
将熔融的所述原料沉积到支撑台上，其中所述第一挤出力和所述第一温度选取为提供高达120立方毫米/秒的体积流速。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述筒的液化器部分中熔融所述原料，其中所述筒的温度在20℃至600℃范围内。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料为细丝，并且所述方法还包括使所述细丝与可旋转供料架接合以将所述细丝供给到所述筒中。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述可旋转供料架安装在联接到驱动电机的驱动轴上。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括测量由所述驱动电机施加到所述驱动轴的扭矩。


6.根据权利要求5所述的方法，其中通过测量供应到所述驱动电机的电流来测量所述扭矩。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一挤出力和所述第一温度根据主粘度曲线选择，其中所述主粘度曲线根据多个粘度测量值计算得出，所述多个粘度测量值由在不同供料速率和不同筒温度下获得的多个传感器测量值得到。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述传感器测量值包括挤出力测量值、编码器测量值和温度传感器测量值。


9.根据权利要求1所述的方法，还包括以0.5℃/秒到60℃/秒范围内的速率降低所述筒的温度。


10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过减小所述第一挤出力来暂停或停止沉积所述熔融原料。


11.一种三维打印机，包括：
控制系统；
筒，包括电耦合到所述控制系统的加热元件，其中所述控制系统配置成选择筒温度；
供料系统，配置成将原料供应至所述筒，其中所述控制系统配置成选择由所述供料系统施加至所述原料的挤出力；并且
其中所述控制系统配...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·J·麦克尼什三世，B·泰佩，C·B·斯威尼，E·J·耶维克，
申请(专利权)人：埃森提姆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US