用于操作增材制造喷嘴的装置、系统和方法制造方法及图纸

提供热以实现具有精细打印控制和增强的打印速度的FDM增材制造喷嘴的装置、系统和方法。加热元件可包括至少一个护套，其尺寸适于配合地接合在FDM打印机喷嘴的外周周围；至少一个线圈，所述至少一个线圈至少部分地接触所述护套的内径；以及与所述至少一个导线线圈相关联的至少一个能量接收器。

Device, system and method for operating additive manufacturing nozzle

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作增材制造喷嘴的装置、系统和方法
技术介绍

本公开涉及增材制造，并且更具体地涉及操作用于增材制造的熔融沉积材料(FDM)喷嘴的装置、系统和方法。背景说明增材制造，包括三维(3D)打印，已经在不仅打印技术，而且例如产品研究和开发能力、原型制作能力和实验能力方面的开发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，熔融沉积材料("FDM")打印是已经开发的3D打印中最重要的类型之一。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，从印刷元件的基础层或底层开始，并且通过加热和挤出热塑性细丝到连续层中来打印到顶层或最后一层。为了实现这些结果，FDM系统至少包括打印头、X-Y平面控制模板和打印平台，热塑性打印丝从打印头供给到FDM打印机喷嘴，打印头在X-Y平面中移动，基底打印在打印平台上，并且当打印连续层时打印平台在Z轴中移动。FDM打印机喷嘴将从打印头接收的热塑性打印细丝材加热到半液态，并且沿着为构建元件的每个连续层而提供的X-Y平面挤出路径平面以可变尺寸的珠粒沉积半液态热塑性塑料。打印珠/迹线尺寸可以基于被打印的部件或部件的方面而变化。此外，如果需要用于部件的方面的结构支撑，则由FDM打印机打印的迹线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可以用于在使用常规方法制造这种物体所花费的时间的一部分中为实验或功能部件构建简单或复杂的几何形状，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，特别是影响FDM工艺的打印速度、质量和效率的多种因素，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，通常将热塑性细丝加热到熔融状态，然后从FDM打印喷嘴向外挤压到打印板/平台或正在生产的零件的先前层上。FDM打印机喷嘴通过打印头的机器人X-Y平面调节器根据预先输入的几何形状来回移动，例如可以输入处理器以控制FDM打印头的移动，从而形成所需的部件。由于机器人技术的进步和高可用处理速度，FDM打印过程的"瓶颈"通常是FDM打印机喷嘴本身。特别地，对FDM打印机喷嘴的加热和冷却速度的控制，以及特别地对通过喷嘴的加热和冷却的先进控制而提供的打印的控制和开始/停止定时的改进，将允许FDM技术提供的打印的显著改进，但是目前在已知技术中没有考虑。因此，提供对与FDM打印相关联的各个方面(例如打印材料的加热和冷却、打印材料上的压力和打印材料的液态等)的精细控制和感测的能力将允许对FDM工艺的精细改进。尽管如上所述，目前可用的喷嘴大部分是金属的，因此本质上是导电的，并且具有与其相关联的大加热块(例如可包括用于加热与其相关联的喷嘴的热电偶)，该加热块具有显著的热质量。因此，由于加热块的大热质量，喷嘴的加热和冷却的精确控制目前由于热量渗透到金属喷嘴的不期望方面而受到限制。此外，由于喷嘴的典型的传导特性，以及由于与喷嘴相关联的加热块的大热质量引起的喷嘴的加热和冷却的缓慢，当前的喷嘴设计使得难以将热量集中到喷嘴的区域，其中从所述加热块提供用于加热(和冷却)的控制。因此，当前的喷嘴设计遭受阻碍改善FDM打印过程的能力的显著问题。这些障碍中的主要障碍是不能对打印喷嘴或其特定方面提供精细的加热和冷却控制。缺乏加热和冷却控制可能导致例如热塑性材料的不一致熔化，这可能导致低打印速度和喷嘴堵塞。缺乏冷却控制可能导致由于不能快速和准确地控制喷嘴的温度而发生斑点、凸起或误打印。因此，需要一种用于提供具有精细打印控制和增强打印速度的FDM增材制造喷嘴的装置、系统和方法。
技术实现思路
所公开的示例性装置、系统和方法至少提供热量输送以使得FDM打印机喷嘴能够用于具有精细的打印控制和提高的打印速度的增材制造。加热输送元件可包括至少一个护套，所述至少一个护套尺寸适当地地接合在FDM打印机喷嘴的外周周围；至少一个导线线圈，所述至少一个导线线圈至少部分地接触所述护套的内径；以及至少一个能量接收器，所述至少一个能量接收器与所述至少一个导线线圈相关联以增加FDM打印机喷嘴的效率。所公开的示例性装置、系统和方法可另外包括至少一个包括镍铬合金导线的线圈。此外，所述至少一个线圈可以包括至少两个线圈。至少两个线圈可沿着FDM打印喷嘴的纵向轴线至少部分地交错。所述至少两个线圈可以分别嵌入在至少两个护套中。所述至少两个护套可以彼此同心。因此，所公开的实施例提供了一种用于提供用于增材制造的FDM打印机喷嘴的设备、系统和方法，其具有精细的温度控制、打印控制和增强的打印速度。附图说明所公开的非限制性实施例是是参照所附附图并构成附图的一部分进行讨论的，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1是示例性FDM打印系统；图2是示例性FDM打印系统；图3是示例性的电阻喷嘴热端；图4A示出了现有技术的FDM打印机喷嘴和相关的加热块；图4B示出了示例性的电阻热端打印机喷嘴；图5示出了向电阻热端打印机喷嘴的示例性功率输送；图6示出了示例性FDM热端打印机喷嘴；图7说明具有嵌入式传感器的示例性热端打印机喷嘴；以及图8示出了具有交错加热区的示例性热端打印机喷嘴。具体实施方式本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的设备、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。在全文中提供实施例，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施例。因此，实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的工艺、公知的器件结构和公知的技术。本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式"一"、"一个"和"该"也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语"包括"、"包含"、"含有"和"具有"是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印机喷嘴的加热元件，包括：/n至少一个护套，所述至少一个护套包括第一内径和第一外径，所述至少一个护套的尺寸设置为围绕所述3D打印机喷嘴的外周接合；/n至少一个导线线圈，所述至少一个导线线圈至少部分地接触所述至少一个护套的所述第一内径；以及/n至少一个能量接收器，所述至少一个能量接收器与所述至少一个导线线圈相关联。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171003 US 15/723,5031.一种用于3D打印机喷嘴的加热元件，包括：
至少一个护套，所述至少一个护套包括第一内径和第一外径，所述至少一个护套的尺寸设置为围绕所述3D打印机喷嘴的外周接合；
至少一个导线线圈，所述至少一个导线线圈至少部分地接触所述至少一个护套的所述第一内径；以及
至少一个能量接收器，所述至少一个能量接收器与所述至少一个导线线圈相关联。


2.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述至少部分地接触包括嵌入其中。


3.根据权利要求1所述的加热元件，其中所述至少一个能量接收器包括至少一个电流接收导线。


4.如权利要求1所述的加热元件，其中所述至少一个导线线圈包括镍铬合金导线。


5.根据权利要求1所述的加热元件，其中所述至少一个导线线圈包括至少第一导线线圈和第二导线线圈。


6.根据权利要求5所述的加热元件，其中，所述至少两个线圈沿着所述3D打印机喷嘴的纵向轴线至少部分地交错。


7.根据权利要求5所述的加热元件，其中，所述第一导线线圈嵌入在所述第一护套中，并且所述第二导线线圈嵌入在第二护套中。


8.根据权利要求7所述的加热元件，其中，所述第二护套围绕所述第一护套同心地定位。


9.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述至少一个导线线圈围绕所述3D打印机喷嘴的所述外周附接地盘绕，并且其中，所述至少一个护套至少基本上在所述至少一个导线线圈上滑动。


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【专利技术属性】
技术研发人员：W·麦克尼什，E·约维克，
申请(专利权)人：捷普有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US