[发明专利]用于具有可变排出速率的3D打印的打印头、方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于具有热塑性构建材料的增材熔融沉积成型方法的打印头（100），包括：‑至少一个入口（10），用于接收构建材料（11）进入所述打印头；‑至少一个熔化区域，用于熔化所述构建材料（11），其布置在所述入口（10）的下游并且至少临时地流体连接到所述入口（10）；和‑至少一个第一出口（30），其至少临时地流体连接到所述熔化区域（20），以用于以第一排出速率从所述熔化区域（29）排出熔化的构建材料（12）；其中，‑所述打印头（100）还包括至少一个第二出口（40），该第二出口（40）至少临时地流体连接到所述熔化区域（20），以用于从所述熔化区域（20）以第二排出速率排出熔化的或未熔化的构建材料（11、12）；和‑所述第一排出速率能受到熔化的构建材料（12）的第一排出速率影响设备（50）的影响。

技术领域

本发明涉及一种用于使用热塑性构建材料进行增材熔体层叠方法的打印头，该打印头包括用于允许构建材料进入打印头内部的至少一个入口；至少一个熔化区域，其布置在所述入口的下游并且至少间歇地流体连接到所述入口以熔化构建材料；以及至少一个第一出口，其至少间歇地流体连接到所述熔化区域以用于从熔化区域以第一排出速率排出熔化的构建材料。本发明还涉及使用这种打印头在增材熔体层叠方法中生产物品的方法，以及涉及用于利用热塑性构建材料进行增材熔体层叠方法的包括这种打印头和控制单元的系统。

背景技术

增材制造方法是用来以层叠的方式构造物品的方法。因此，它们与诸如铣削、钻孔或材料去除之类的其它生产物品的方法明显不同。在后面的方法中，处理物品使得其通过去除材料获得其最终几何形状。

增材制造方法利用不同的材料和工艺技术来实现物品的层叠构造。在所谓的熔融沉积成型（FDM）或熔体层叠方法中，例如将热塑性材料长丝液化并使用喷嘴将其层叠沉积到可移动的构造平台上。凝固后就形成固体物品。基于物品的CAD图来控制喷嘴和构造平台。该技术的早期专利文献是US 5,121,329。如果该物品的几何形状复杂，例如具有几何底切，则还必须额外地打印支撑材料，并且在完成物品之后再移除支撑材料。

可能的情况是待构造的物品的一层包括多个不相互连接的区域。此时，在FDM方法中必须中断熔化长丝的沉积，以重新定位打印头并随后重新开始熔体长丝的沉积。

通常通过辊推进等将长丝状构建材料输送到打印头的熔化区域中。尚未熔化的材料用作熔化的材料的活塞，从而可以通过用于尚未熔化的材料的给料的推进来控制熔化的材料的排出速率。这种方法的优点是打印头可以构造简单。然而，缺点是停止长丝挤出可能仅通过停止引入未熔化的构建材料实现。这增加了在重新定位打印头的过程中材料继续从打印头排出的风险，这导致的结果是对于成功的3D打印来说不可接受的材料细线保留在打印头的结束位置和打印头的新开始位置之间。

即使打印头的热出口（“热端”）处的闭合机构在重新定位期间防止材料的排出，仍然存在另一个问题：在恢复材料沉积时打印头的熔化区域中的内部压力增加。这种压力增加能一开始就导致无意地排出过大量的熔化的构建材料。

此外，FDM方法的另一方面是熔化的材料在熔化区中的停留时间。如果热塑性聚合物被保持处于一定温度之上达过长的时间，则链断裂和/或交联的风险增加，从而损害聚合物的加工性能和机械性能。

所谓的循环挤出机使熔化的材料循环，从而允许挤出机出口处的压力变化减小。其示例在US 4,642,040 A中描述。

在WO2012/135279A1中公开了熔化的材料在打印头的排出区中的短停留时间的另一个实例。用于打印巧克力果仁糖的增材生产系统包括板、用于循环巧克力材料和用于热处理巧克力材料的再循环回路。打印头适于从再循环回路接收至少一部分巧克力材料并用于挤出巧克力材料并将其沉积在板上。基于来自控制单元的命令，至少一部分巧克力被打印。

发明内容

根据本发明，该目的通过如权利要求1所述的打印头、如权利要求10所述的方法和如权利要求15所述的系统来实现。有利的实施例在从属权利要求中详细说明。它们可以根据需要组合，除非从上下文中有明显相反说明。