[发明专利]在增材制造打印头中提供动态滚刀夹紧力的设备、系统和方法

说明书

本公开具有以及包括用于增材制造的打印头的至少一种设备、系统和方法。所述设备、系统和方法可包括至少两个邻近的滚刀，其适于在其间接收和挤出用于所述增材制造的打印材料细丝；马达，所述马达能够将旋转赋予所述两个滚刀中的至少一个，其中所述挤出由所述旋转造成；动态力调节装置，其能够在所述两个滚刀中的一个上施加力，以将所述受力滚刀推向所述两个滚刀中的另一个；以及控制器，其与所述动态力调节装置通信连接，并且能够控制所述动态力调节装置的力的运用。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月20日提交的申请号为62/782,574，题目为：“在增材制造打印头中提供动态滚刀夹紧力的设备、系统和方法”的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文，如同其全部内容被阐述一样。

背景技术

技术领域

本公开涉及增材制造，并且更具体地，涉及在增材制造打印头中提供动态滚刀夹紧力的设备、系统和方法。

背景说明

包括三维打印的增材制造不仅在打印技术的发展上，而且例如在产品研究和开发能力、原型制作能力和实验能力方面的发展都已经构成了非常显著的进步。在可用的增材制造(统称为“3D打印”)技术中，材料熔融沉积(“FDM”)打印是已经开发的最重要类型的3D打印之一。

FDM是一种增材制造技术，其允许在逐层的基础上创建3D元件，从打印元件的基础层或底层开始，并且通过使用例如加热和将热塑性塑料细丝挤出到连续层中来打印到顶层或最后一层。简单地说，FDM系统包括打印头、X-Y平面控制器和打印平台，在打印头中打印材料细丝通过材料引导件馈送到加热喷嘴，X-Y平面控制器用于在X-Y平面中移动打印头，在打印平台上打印基底，并且当打印连续层时打印平台在Z轴中移动。

更特别地，FDM打印机喷嘴将从材料引导件接收的热塑性塑料打印细丝加热成半液态，并且沿着由打印计划规定的X-Y平面挤出路径将半液态热塑性塑料沉积成可变尺寸的珠粒，所述打印计划被提供用于构建元件的每个连续层。打印的珠/迹线尺寸可以基于部件或部件的方面而变化，然后被打印。此外，如果需要用于部件的方面的结构支撑，则由FDM打印机打印的轨迹可包括可移除的材料以充当一种脚手架来支撑需要支撑的部件的方面。因此，FDM可用于构建实验或功能部件的简单或复杂几何形状，例如用于原型制作、低容量生产、制造辅助等。

然而，由于影响FDM的多种因素，特别是影响FDM工艺的打印速度、质量和效率，FDM在更广泛的应用中的使用受到严重限制，例如中等到大批量生产。如所提及的，在FDM打印中，通常将热塑性塑料从打印头挤出，然后加热，并在打印头的控制下从加热喷嘴向外推到打印板/平台或正被生产的部件的先前层上。喷嘴根据预先输入的几何形状通过打印头的机械的X-Y平面调节来回移动，例如可以输入处理器以控制机械的移动以形成所需的部件。

因此，由于已知打印头的性质，例如FDM打印中通常提供的那些打印头，目前经常发生对增材制造的成本、效率和性能的限制。简而言之，在典型的已知打印头中，打印材料从通过两个打印滚刀的卷轴供给，两个打印滚刀被迫旋转接触，以便朝向打印机的“热端”挤出打印材料。在已知的实施例中，步进电机可以转动其间具有打印材料的相邻的滚刀中的任一个或两个，以便将打印材料从卷轴馈送到热端。然而，往往由于施加到滚刀的不适当设定的力，当前的打印材料馈送经常使细丝刻痕或卷曲，并且进一步使打印材料细丝经受各种不期望的效果，诸如压缩、摩擦和滞后。

此外，已知技术不包括用于动态地调节材料馈送以避免上述提及的馈送材料的划痕和卷曲。更具体地，通常使用手动调节螺钉来调节材料馈送滚刀。因此，如果出现卷曲、划痕、成环等材料馈送误差，用户将需要使用前述手动调节螺钉来手动调节滚刀力，以便采取补救措施。并且，由于其非精确的手动性质，为了解决该问题手动调节必然很可能是不能胜任的或不适当的。

发明内容