[发明专利]用于增材制造的快速喷嘴冷却

说明书

根据本公开的系统、设备和方法配置为用于增材制造。用于增材制造的系统可以包括独立的制造单元、装配线上的系列单元、或具有工作流程自动化特征部的大容量系统，该自动化特征部包括用于将零件运输至构建区域或从构建区域运输零件的传送机、或用于运输零件或调整系统组件的机器人臂。增材制造系统(100)可以包括流量调节器(130)以改变在材料挤出喷嘴盒(171)的前端(150)处或前端(150)内的热塑性材料的温度，例如，使得热塑性材料能够从前端流动或抑制热塑性材料从前端流动。流量调节器可以配置为以指定的温度、速度或体积提供指定的气体或液体。

优先权要求

本申请要求根据35U.S.C.§119(e)于2014年12月1日提交的Roviaro等人的美国临时专利申请序列号62/085,849的题为“RAPID NOZZLE COOLING FOR ADDITIVEMANUFACTURING”的优先权益。

背景技术

增材制造或三维(3D)打印，是一种使用自动化系统制造基于数字模型的实体物体(solid object)的生产技术。通常而言，计算机辅助设计(CAD)建模软件用于创建所需实体物体的数字模型。然后增材制造系统的指令基于该数字模型，例如通过将数字模型虚拟地“切片”成横截面或层来创建。该层就能够在增材制造装置中按照顺序进程形成或沉积来创建物体。

增材制造方法提供了多种优点，包括潜在地减少从设计阶段到原型或商业化阶段的时间段。设计更改可以在整个开发过程中，基于物理原型，而不是仅基于数字模型、或基于由昂贵的生产工具制作的原型来进行。通常而言，是不需要专门的工具的，因为增材制造系统中的相同的挤出头能够用于创建具有多种不同形状、尺寸和造型的复合零件。在一些实例中，增材制造能够用于减少零件库存。使用增材制造，能够根据需要或现场快速制作某些零件。

各种聚合物可以用于增材制造，包括具有不同颜色、分子量、阻燃特性或其它特性的聚合物。一些复合零件使用单丝增材制造技术(例如，在熔融沉积成型(FDM)或熔丝制造(FFF)中)制成。单丝可以包括直径为约0.1至3.0mm的材料股线(material strand)。一些单丝材料可以在热和大气压力下粘合，而产生在股线表面之间具有高度相互作用的复合零件，其中在粘合股线中具有一小部分空隙。

有人已经提出了用于在增材制造系统中调节热塑性材料流动的各种系统和方法。Batchelder等在题为“Apparatus and Method for Thermoplastic extrusion”的美国专利No.6,578,596中提及，在挤出头中从热塑性材料供给歧管延伸到排放口的热塑性流动通道。Batchelder等还提及在供给歧管和排放口之间的中间位置处，使用冷却剂以打开或关闭所述流动通道。Labossiere等在题为“Single-motor Extrusion Head Having MultipleExtrusion Lines”的美国专利No.7,604,470中提及从气流歧管供给冷却空气以冷却所挤出的物料流，以改进与先前沉积的材料的熔合。

发明内容

概述

本发明人已经认识到，除其它问题之外，需要解决的问题包括提高增材制造系统的产量和效率。本发明主题物质可以，例如通过减少两种或更多种不同材料的挤出之间的切换时间，包括减少支撑材料的挤出和模型材料的挤出之间的切换时间来帮助提供该问题的解决方案。本文所述的系统和方法可以用于改变喷嘴盒的前端处或前端内的热塑性材料的温度而减少材料切换时间，或促进另一喷嘴盒过程事件或改变事件，如材料变化或清扫事件。

改变喷嘴盒前端处或前端内的热塑性材料的温度可以改变所述材料的流动特性。例如，当前端中的所述热塑性材料加热到等于或高于所述材料的流动阈值温度(flowthreshold temperature)的温度时，所述热塑性材料可以至少部分液化，并且构建事件可以通过挤出或沉积来自前端的热塑性材料进行。当前端中的所述热塑性材料的温度降低时，热塑性材料可能硬化成基本固体的状态，并且可以停止或抑制来自所述前端的物料流。