具有自定义特征的消耗材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于形成自定义消耗材料(60，160，260)的混合系统(12，112，212)，所述混合系统包括被构造成以独立速率供给原材料的多个驱动机构(48a-48c，148a-148c，248a-248c)和挤出部件(50，150，250)，所述挤出部件被构造成接收供给的原材料，以及进一步被构造成至少部分地熔融和混合接收到的原材料以使消耗材料(60，160，260)在可挤出状态下被提供。在固化时，消耗材料(60，160，260)包括基于原材料的特征的自定义特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于构建三维(3D)模型的直接数字制造系统。具体地，本专利技术涉及用于与诸如基于挤出的数字制造系统的数字制造系统一起使用的消耗材料(consumable material)的处理。
技术介绍
基于挤出数字制造系统(例如，由Stratasys, Inc, Eden Prairie, MN研制的熔融沉积建模系统)用于通过挤出可流动消耗建模材料以逐层的方式由3D模型的数字表示构建3D模型。建模材料通过由挤出头支承的挤出末端被挤出，并作为行程的顺序(as a sequence of roads)被沉积在xy平面中的衬底上。挤出的建模材料熔融到先前沉积的建模材料，并在温度降低时固化。然后，挤出头相对于衬底的位置沿着ζ轴(垂直于xy平面) 增加，然后重复该过程以形成再现数字表示的3D模型。根据表示3D模型的构建数据在计算机控制下执行挤出头相对于衬底的移动。通过初始将3D模型的数字表示切片成多个水平切片层来获得构建数据。接着，对于每一个切片层，主计算机生成用于建模材料的沉积行程的构建路径以形成3D模型。在通过沉积多层建模材料制造3D模型中，支撑层或支撑结构典型地被构建在要构造的对象的突出部分(overhanging portion)下方或空腔中，其中所述突出部分或空腔不受到建模材料本身的支撑。可以使用沉积建模材料的相同的沉积技术构建支撑结构。主计算机生成作为用于正在被形成的3D模型的突出部分或自由空间部分的支撑结构的另外的几何形状。消耗支撑材料然后根据构建过程期间生成的几何形状从第二喷嘴沉积。在制造期间支撑材料粘附到建模材料，并当完成构建过程时从完成的3D模型移除所述支撑材料。典型地，在数字制造系统中使用的可消耗建模和支撑材料的制造商仅提供有限颜色及其它特征的建模材料。这种限制主要是由于提供大量选择材料所需的成本。然而，对在构建3D模型中使用具有各种颜色及其它特征的建模材料具有越来越多的需求。因此，需要为用户提供构建具有多种光学特征和组分特征的3D模型的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种用于形成消耗材料的混合系统。该混合系统包括控制器，所述控制器被构造成可操作地接收与一个或多个用户选择的材料特征有关的用户输入；和多个驱动机构，所述多个驱动机构被构造成可操作地与控制器通信，并且进一步被构造成以独立供给速率供给多种原材料(Stock material)，所述供给速率至少部分地基于用户输入被确定。混合系统还包括挤出部件，所述挤出部件被构造成接收供给的多种原材料， 并且进一步被构造成至少部分地熔融并混合接收到的原材料以使所述自定义消耗材料在可挤出状态下被提供，其中在固化时，自定义消耗材料显示一个或多个用户选择的材料特征。本公开的另一个方面涉及一种用于形成自定义消耗材料细丝的方法。所述方法包括以下步骤接收多种原材料细丝，其中原材料细丝中的至少一种具有在用于数字制造系统的尺寸规范内的平均尺寸。该方法还包括以下步骤接收与一个或多个用户选择的材料特征有关的用户输入；至少部分地根据用户输入为原材料细丝中的至少两种原材料确定独立的供给速率；根据确定的独立供给速率将至少两种原材料细丝供给到挤出部件；以及在挤出部件中至少部分地熔融和混合供给的原材料细丝。该方法还包括以下步骤挤出混合材料以提供自定义消耗材料细丝，其中在固化时，自定义消耗材料细丝显示一个或多个用户选择的材料特征和在用于数字制造系统的尺寸规范内的平均尺寸。本专利技术的另一个方面涉及一种用于形成消耗材料的方法。所述方法包括以下步骤在挤出部件中至少部分地熔融多种原材料；在挤出部件中混合至少部分熔融的材料； 从挤出部件挤出混合材料作为消耗材料；以及固化挤出的消耗材料。该方法还包括以下步骤以独立速率将多种原材料供给到所述挤出部件，从而为固化的消耗材料提供基于多种原材料的光学特征的至少一种光学特征和基于多种原材料的组分特征的至少一种组分特征。附图说明图1是与混合系统一起使用的基于挤出的数字制造系统的正视图；图2是混合系统的放大示意图；图3是混合系统的挤出部件的放大示意图；图4是考虑了材料消耗速率的变化的可选的卷绕轴装置的示意图；图5是包括用于实施过程控制回路的传感器的第一可选混合系统的放大示意图； 和图6是适于熔模铸造处理(investment casting process)的第二可选混合系统的放大示意图。具体实施例方式本公开涉及显示自定义特征(customized characteristics)的消耗材料 (consumable material)和用于形成该消耗材料的混合系统。如下所述，混合系统允许用户为消耗材料选择至少一个自定义特征，混合系统然后混和适当量的两种或更多种原材料 (stock material)以形成显示期望的自定义特征的消耗材料。形成的消耗材料然后可以在数字制造系统中使用以构建具有基于期望的自定义特征的性质的3D模型和/或支撑结构。 混合系统还允许由相对较小数量的不同原材料获得多个自定义特征，从而减少预制造不同原材料所需的成本。用于本公开的消耗材料的适当的自定义特征的示例包括光学特征、组分特征及其组合。如这里所使用的，关于材料的术语“光学特征”表示基于根据材料的光相互作用的一个或多个特征。用于材料的光学特征的示例包括反射色(例如，色调、饱和度和亮度)、透射色(例如，色调、饱和度和亮度)、乳白光(例如，在透明与高散射之间)、光泽度(例如，在有光泽与无光泽外观之间)等。如这里所使用的，关于材料的术语“组分特征”表示基于材料的化学组分的一个或多个特征。材料的组分特征的示例包括表面能(例如，粘度和滑移性)、密度、柔性、脆性、松软度、冲击强度、导电性、导热性等。术语光学特征和组分特征与诸如几何形状(例如，细丝的直径)的纯量纲特征不同。以下相对于具有自定义特征的“建模材料”论述消耗材料，这是因为消费者通常更加关心预定3D模型的美感和物理质量，而很少关心用于形成通常被移除和抛弃的支撑结构的“支撑材料”的这种质量。然而，本公开的混合系统还可以用于以相同的方式形成具有自定义特征的“支撑材料”。因此，术语“消耗材料”可以应用于建模材料和支撑材料。图1显示了与混合器12 —起使用的系统10，其中系统10是用于构建3D模型的数字制造系统，而混合器12是可以为系统10提供显示可自定义特征(例如，光学特征和组分特征)的建模材料的混合系统。用于系统10的适当系统的示例包括基于挤出的数字制造系统，例如，由Mratasys，Inc.，Eden Prairie, MN研制的熔融沉积建模系统。如图所示， 系统10包括构建室14、台板(platen) 16、台架(gantry) 18、挤出头20和供应源22。构建室14是包括台板16、台架18和挤出头20的用于构建3D模型(称为3D模型24)和相应的支撑结构(称为支撑结构26)的封闭环境。如以下论述，3D模型对可以由从混合器12获得的建模材料构建而成，从而允许3D模型M显示可自定义特征。台板16是3D模型M和支撑结构沈在上面被构建的平台，并且根据由计算机操作的控制器(称为系统控制器28)提供的信号理想地沿着垂直ζ轴移动。台架18是导轨系统，所述导轨系统理想地被构造成根据由控制器观提供的信号使挤出头20在构建室14 内的水平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·L·津内尔，J·塞缪尔·巴彻尔德，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：