[发明专利]用于3D打印机的自动机械卷轴更换机

说明书

一种用于3D打印机的自动机械卷轴更换机包括丝引导器和预加载装置。丝引导器的输入端至少接收来自主要卷轴的主要丝和来自次要卷轴的次要丝。来自丝引导器的输出端连接到挤出机，并且来自丝引导器的输出端按顺序并且自动地将主要丝并且接着次要丝提供到挤出机。预加载装置在主要丝的挤出期间将预加载力施加在次要丝上。在主要丝通过丝引导器内的预定位置之后，施加在次要丝上的力使次要丝穿线通过丝引导器的输出端并且进入到挤出机中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月30日提交的并且借此以全文引用方式并入本文中的美国临时申请第62/356,995号的权益。

技术领域

本发明大体涉及自动更换用于三维(“3D”)打印机的机械卷轴，并且更具体来说，涉及实现机械卷轴的自动更换的丝引导器和丝预加载张紧器元件的配置。

背景技术

3D打印或增材制造是基于由数字文件提供的设计图制作三维实体物体的过程。通过在3D打印机的平台上以一图案策略性地产生增材材料的连续层直到形成整个物体而实现所期望3D实体物体的合成。通过数字文件驱动3D物体的合成，该数字文件提供描述如何形成层的图案和用于产生物体的材料的技术参数。技术说明设计的数字文件由用户提供，并且由3D打印机读取的数字文件可以包括G-码文件、计算机辅助设计(“CAD”)文件、立体平版印刷(“STL”)CAD文件或增材制造过程中通常使用的其他文件类型。在一些情况下，数字文件指代新物体的3D模型，但替代性地，数字文件可以指代使用3D扫描仪所获得的物体的副本。

例如，可以根据以下各项中的一者来执行增材材料的连续层的产生：(1)容器内光聚合、(2)材料喷射、(3)粘结剂喷射、(4)材料挤出、(5)粉末床熔融、(6)薄片层叠或(7)方向能量沉积。用于产生连续层的具体过程可以涉及使用熔融沉积成型(“FDM”)，熔丝制造(“FFF”)或直接油墨书写(“DIW”)来形成连续沉积物。

用作3D打印机的“油墨”以产生3D物体的材料可以包括例如以下各项中的任一者：粉末材料、聚合物材料、热塑性塑料、共晶金属、可食用材料、橡胶、模制粘土、橡皮泥、金属粘土、陶瓷材料、金属合金、纸、由陶瓷和金属材料组成的复合材料（“金属陶瓷”）、金属基质复合材料、陶瓷基质复合材料、光敏聚合物、石膏、不锈钢、铝、塑料薄膜和金属箔。

对于一些增材过程，油墨被称为丝并且丝被保持在被称为卷轴的圆筒中。丝通常以具有小直径的长股线形式提供，并且丝以卷筒形式缠绕在卷轴上，这在将丝供送到丝引导器或丝管之前将丝固定就位。在将丝供送到丝引导器中之后，丝由挤出机牵拉到挤出机头部中。将丝供送到丝引导器中的过程通常手动执行直到挤出机的步进马达夹持丝并且开始牵拉丝使得丝从卷轴解绕。在挤出机的步进马达开始牵拉丝之后，挤出机头部将丝加热到由3D打印机设定的温度，并且经加热丝通过挤出机头部的喷嘴端部释放。经加热丝在3D打印机的平台上以一图案策略性地释放成连续层，这形成实体物体。

图1示出用于将丝手动加载到3D打印机中的常规装置100。图1中显示两个单独卷轴102和104。卷轴102是活动卷轴，因为来自该卷轴的丝106将被供送到引导管110中。卷轴104是新卷轴并且其不活动，因为丝108不被供送到引导管110中。丝106具有缠绕在卷轴102上的长度和小于引导管110的直径的直径。在一些常规装置中，引导管110并非从挤出机112突出而是嵌入在挤出机112中。挤出机112是用于挤出机112的马达和热端部组件的壳体。在挤出机112内，已知马达和热端部组件的不同配置，包括直接驱动挤出机和鲍德（Bowden）驱动挤出机。常规装置100被构造为直接驱动挤出机，但常规装置100可以被修改成鲍德驱动挤出机。