用在基于挤出数字化制造系统中的具有地形表面图案的消耗性料材技术方案

一种用在基于挤出的数字化制造系统(10)中的消耗性料材(34)，所述消耗性料材(34)包括地形表面图案(40)，所述表面图案(40)构造为与基于挤出的数字化制造系统(10)的驱动机构(56)接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于构件三维(3D)模型的直接数字化制造系统。尤其是，本专利技术涉及用在基于挤出的数字化制造系统中的消耗性料材，例如建模和支撑料材。
技术介绍
基于挤出的数字化制造系统(例如由明尼苏达州伊甸草原市的Mratasys，Inc. 开发的熔融沉积建模系统)用来通过挤出可流动的消耗性建模料材以逐层的方式根据3D 模型的数字化表示构建3D模型。通过由挤出头承载的挤出尖端挤出建模料材，并按照一定顺序的路线将建模料材沉积在x_y平面内的基板上。被挤出的建模料材与先前沉积的建模料材熔合，并在温度下降时凝固。随后，挤出头相对于基板的位置沿着ζ轴线(垂直于x_y 平面)逐渐增加，且随后重复该过程，以形成摹写所述数字化表示的3D模型。根据表示3D模型的构建数据，在计算机的控制下，执行挤出头相对于基板的运动。构建数据通过首先将3D模型的数字化表示划分成多个水平切片层而被获得。随后，对于每个切片层，主机产生用于沉积建模料材的路线的构建路径以形成3D模型。在通过沉积建模料材层而制造3D模型时，支撑层或支撑结构通常构建在悬空部分的下面或在建对象的腔中，悬空部分或腔没有被建模料材自身支撑。支撑结构可以采用与沉积建模料材相同的沉积技术构建。主机产生额外的几何构型作为被形成的3D模型的悬空或自由空间段的支撑结构。随后在构建过程中，根据所产生的几何构型，从第二喷嘴沉积消耗性支撑料材。在制造过程中，支撑料材粘结到建模料材上，在构建过程完成时可以从完成的3D模型上去除支撑料材。
技术实现思路
本公开的一个方面针对一种用在基于挤出的数字化制造系统中的消耗性料材。所述消耗性料材具有长度和沿所述长度的至少一部分的表面图案，所述表面图案构造成接合基于挤出的数字化制造系统的驱动机构。对于0.01毫米到1.0毫米之间的长度标尺，地形表面图案为消耗性料材的外表面的至少一部分提供大于2的分形维数。本公开的另一个方面针对一种用在基于挤出的数字化制造系统中的消耗性料材， 所述消耗性料材包括成分以及几何结构，所述成分包括至少一种具有无定形特性的料材。 消耗性料材的几何结构具有长度、沿所述长度延伸的外表面以及沿长度的至少一部分形成在外表面中的多个轨道，其中对于0.01毫米到1. 0毫米之间的长度标尺，所述多个轨道为外表面提供大于2的分形维数。本公开的另一个方面针对一种用在基于挤出的数字化制造系统中的消耗性料材的形成方法。所述方法包括提供挤出的消耗性料材前体，所述前体具有长度和沿所述长度延伸的外表面，其中被挤出产品由无定形料材形成。所述方法还包括沿所述长度的至少一部分在外表面中形成地形表面图案，其中地形表面图案的至少一部分构造成与基于挤出的数字化制造系统的驱动机构接合。对于0. 01毫米到1. 0毫米之间的长度标尺，所述地形表面图案为外表面提供大于2的分形维数。附图说明图1为用具有地形表面图案的消耗性料材来构建3D模型和支撑结构的基于挤出的数字化制造系统的正视图。图2为具有包括矩形轨道的地形表面图案的圆柱形细丝的一部分的透视图。图3为圆柱形细丝的一部分的侧视图。图4为图3中截取的4-4部分的截面图。图5示意性示出与挤出头子组件一起使用的圆柱形细丝，所述挤出头子组件包括具有驱动轮和惰轮的细丝驱动机构。图6示意性示出与第一替代挤出头子组件一起使用的圆柱形细丝，所述第一替代挤出头子组件包括带端口的液化器和具有驱动轮的细丝驱动机构。图7示意性示出与第二替代挤出头子组件一起使用的圆柱形细丝，所述第二替代挤出头子组件包括有端口的液化器和具有带螺纹的转轴的细丝驱动机构。图8为具有地形表面图案的第一替代圆柱形细丝的一部分的侧视图，所述表面图案包括两组矩形轨道。图9为具有地形表面图案的第二替代圆柱形细丝的一部分的侧视图，所述表面图案包括交错的两组矩形轨道。图10为具有地形表面图案的第三替代圆柱形细丝的透视图，所述表面图案包括抛物线轨道。图11为具有地形表面图案的第四替代圆柱形细丝的透视图，所述表面图案包括蜗纹型(worm-type)轨道。图12为具有地形表面图案的第五替代圆柱形细丝的透视图，所述表面图案包括波纹(corrugated)轨道。图13为具有地形表面图案的带丝(ribbon filament)的透视图，所述表面图案包括矩形轨道。图14为具有地形表面图案的第一替代带丝的透视图，所述表面图案包括有织纹 (textured)轨道。图15为具有地形表面图案的第二替代带丝的透视图，所述表面图案包括压印锉型(impressed file-type)轨道。图16为具有地形表面图案的第三替代带丝的透视图，所述表面图案包括鲱骨型 (herringbone-type)轨道。图17为具有地形表面图案的第四替代带丝的透视图，所述表面图案包括链轮轨道。图18为具有地形表面图案的第五替代带丝的透视图，所述表面图案包括面向边缘的矩形轨道。图19为具有地形表面图案的第六替代带丝的透视图，所述表面图案包括面向边缘的链轮轨道。图20为形成具有地形表面图案的带丝的方法的流程图。图21为用于形成具有地形表面图案的带丝的挤出片的透视图。图22为用于形成具有地形表面图案的挤出片的片挤出系统的示意图。图23为用挤出片形成带丝的细丝生产系统的示意图。具体实施例方式本公开针对消耗性料材，例如建模料材和支撑料材的细丝，其用在基于挤出的数字化制造系统中。消耗性料材具有地形表面图案，所述表面图案允许细丝驱动机构接合和驱动消耗性料材的连续部分至液化器内和/或通过液化器。如下面讨论的那样，具有地形表面图案的消耗性料材适合以更高的工艺可靠性和细部质量来构建3D模型和支撑结构。图1为系统10的正视图，该系统为基于挤出的数字化制造系统，包括构建室12、台板14、台架16、挤出头18和供给源20和22。如下面讨论的那样，在构建操作期间，挤出头 18构建成接收和熔化连续部分的建模料材细丝和支撑料材细丝(未在图1中示出)，其中建模料材细丝和/或支撑料材细丝具有地形表面图案。用于系统的合适的基于挤出的数字化制造系统包括明尼苏达州伊甸草原市的Mratasys，Inc.开发的熔融沉积建模系统。构建室12为封闭环境，包含台板14、台架16和用于构建3D模型(称为3D模型 24)的挤出头18以及对应的支撑结构(称为支撑结构26)。台板14是其上构建3D模型M 和支撑结构26的平台，并基于从计算机操作的控制器(称为控制器28)提供的信号沿垂直的ζ轴移动。台架16为导轨系统，构造成基于从控制器观提供的信号在构建室12内在水平的x-y平面内移动挤出头18。水平的χ-y平面是由χ轴和y轴(未在图1中示出)限定的平面，其中χ轴、y轴和ζ轴彼此正交。在替代实施例中，台板14可构造成在构建室12内在水平的x-y平面内移动，而挤出头18可构造成沿ζ轴移动。可以使用其它类似的布置， 从而台板14和挤出头18中的一个或两者可相对于彼此移动。挤出头18被台架16支撑，用于基于从控制器观提供的信号，以逐层方式在台板 14上构建3D模型M和支撑结构26。挤出头18包括一对细丝驱动机构和液化器(未在图 1中示出)，第一驱动机构构造成驱动建模料材的连续部分到用于熔化和挤出建模料材的第一液化器中。类似地，第二驱动机构构造成驱动支撑料材细丝的连续部分到用于熔化和挤出支撑料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞缪尔·J·巴彻尔德，威廉·J·斯万松，斯科特·S·克伦普，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：