CN106166840B - 一种用于三维物体打印系统的移动推车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移动通过三维物体打印系统的移动推车，所述移动推车包括平台，和至少一个承载件，所述至少一个承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述打印系统的导轨的下表面接合以便相对于与所述导轨相对定位的喷射器头定位所述平台。所述推车还包括至少一个其它承载件，所述至少一个其它承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述导轨的下表面。所述导轨可以配置成阻挡由所述喷射器头喷射的材料到达其上的下表面。

Description

一种用于三维物体打印系统的移动推车

技术领域

本公开总体上涉及三维物体打印机，并且特别地涉及用于三维物体打印机的移动推车。

背景技术

数字三维物体制造也称为数字增材物体制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。三维物体打印是增材过程，其中一个或多个喷射器头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。典型地，类似于文档打印机中的打印头的喷射器头包括联接到不同材料源的喷射器的阵列。单个喷射器头内的喷射器可以联接到不同材料源或者每个喷射器头可以联接到不同材料源以使喷射器头中的所有喷射器能够喷射相同材料的滴。变为正在产生的物体的一部分的材料被称为构建材料，而用于为物体形成提供结构支撑、但是随后从物体去除的材料被称为支撑材料。三维物体打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术(如切割或钻孔)可区分。

在图8中显示先前已知的三维物体打印系统10。在图中所示的视图中，称为推车的平台14包括表面18(图7)，其在导轨22上滑动以使推车能够在过程方向P上在打印站(如图8中所示的打印站26)之间移动。替代地，推车可以包括配置成沿着轨道滚动的轮子，或其它类型的可接受移动机构。打印站26包括四个喷射器头30，如图中所示，但是可以在打印站中使用更少或更多的喷射器头。一旦推车14到达打印站26，推车14过渡到并且沿着精密导轨38移动通过打印站。精密导轨38是圆柱形导轨部段，其在紧密公差内制造以帮助保证推车14在喷射器头30下方的精确放置和操纵。线性电动马达设在外壳42内以与在连接到推车14的下表面的外壳46内部的磁体相互作用。马达生成电磁场，其与磁体相互作用以沿着导轨22在打印站之间并且沿着打印站内的精密导轨38推动推车。一旦推车14在打印站26下方，材料的喷射与推车的运动同步地发生。电动马达(未显示)可操作地连接到喷射器头安装到的机架从而当材料的层形成于物体中时在平行于推车14的上表面并且垂直于推车沿着轨道或导轨向下的运动的X-Y平面中移动喷射器头。当材料的层积累以形成物体时附加马达(未显示)相对于推车14竖直地移动打印站26。替代地，可以提供机构以竖直地和水平地移动推车14的上表面以便形成物体。一旦由打印站执行的打印完成，推车14移动另一打印站以用于另一部分形成、层固化或其它处理。

在图7中显示系统10的端视图。该视图更详细地描绘靠置在从电动马达外壳42并且在其上延伸的导轨22上的表面18。当马达生成与外壳46中的磁体相互作用的电磁场时，推车14的表面18沿着导轨22滑动。在打印站处，推车14的承载件34以便于构建台板精确定位在推车14上的布置接触精密导轨38。具体地，承载件34彼此成直角定位在导轨38中的一个上以消除推车14的四个自由度，同时其它承载件34靠置在另一导轨38上以消除又一个自由度。重力和电动马达与外壳46中的磁体之间的磁吸引保持承载件34与导轨38相接触。

当推车不存在于喷射器头30下方时，材料的游移滴会从喷射器头落下并且在精密导轨38和外壳42上产生非期望的碎屑和污染。污染物在固化过程期间在打印系统10中可以使用的紫外辐射存在的情况下或在热塑性材料的情况下通过冷却会变为硬化。这会导致污染材料的层的持续积累。诸如微粒和其它杂散物质的其它材料也会积累在导轨38或打印系统10的其它部分上并且干扰打印操作。

为了产生具有可接受质量的三维物体，推车14在喷射器头30下方的运动需要是精确的。如果来自喷射器头的材料聚集在承载件34与精密导轨38接口处，推车14的线性速度被破坏并且打印物体的质量受到影响。另外，材料滴聚集在外壳42的顶部上可能影响热从马达的消散并且影响马达的性能和可靠性。所以，消除精密导轨、马达外壳和移动推车上的污染的风险的三维物体打印系统的改进将是有益的。

发明内容

为了减小污染并且促进精确和有效的打印，一种三维物体打印系统包括至少一个导轨，与所述至少一个导轨相对定位的喷射器头，以及配置成沿着所述至少一个导轨移动的移动推车。所述至少一个导轨具有上表面和下表面，并且所述喷射器头与所述至少一个导轨相对定位，并且配置成喷射用于形成三维物体的介质。

所述移动推车包括平台，和可操作地连接到所述平台的多个承载件。至少一个承载件配置成与所述至少一个导轨的下表面接合以相对于所述喷射器头定位所述平台。至少一个其它承载件配置成与所述至少一个导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述至少一个导轨的下表面。

附图说明

在结合附图进行的以下描述中解释本公开的前述方面和其它特征。

图1是根据本公开的移动通过三维物体打印系统的移动推车的示例性实施例的端视图。

图2是根据本公开的移动通过三维物体打印系统的移动推车的另一示例性实施例的端视图。

图3是根据本公开的移动通过三维物体打印系统的移动推车的又一示例性实施例的端视图。

图4是根据本公开的移动通过三维物体打印系统的移动推车的再一示例性实施例的端视图。

图5是根据本公开的三维物体打印系统的导轨的端部分的透视图。

图6是移动到图5的导轨上的移动通过三维物体打印系统的移动推车的示例性实施例的侧视图。

图7是移动通过三维物体打印系统的已知移动推车的端视图。

图8是使用移动推车的已知三维物体打印系统的透视图。

具体实施方式

为了本实施例的一般理解，参考附图。在附图中，始终使用相似的附图标记来标示相似的要素。

图1描绘在三维物体打印系统中从处理站移动到处理站的移动推车100的示例性实施例。移动推车100包括平台102，第一多个承载件104，第二多个承载件106，一对引导件108，以及偏压构件110。承载件104可操作地连接到平台102并且配置成与打印系统的一对平行导轨114和116的下表面112接合并且沿其移动。承载件106可操作地连接到平台102，并且配置成与平行导轨114、116的上表面118接合并且沿其移动。承载件104和106配置为沿着导轨114、116滚动的轮子，但是也可以预料其它类型的运动机构，如滑动表面，以及平面、流体和磁性承载件。

在图1所示的实施例中，第一多个承载件104布置有一对120承载件104，承载件104的所述对定位成接合导轨114的下表面112，因此所述对120中的承载件相对于彼此成角度。例如，角度可以在约20度到约160度、特别地约50度到约90度的范围内，或约70度。第二多个承载件106布置成配对的每个承载件106分别接合导轨114、116中的一个的上表面118。移动推车100包括其它数量和分组的承载件104、106，并且这样的承载件104、106可以配置和布置成接合其它数量的导轨并且沿其移动。

第一多个承载件104可操作地连接到平台102从而具有相对于平台102的固定位置。喷射器头122与导轨114和116相对定位并且配置成喷射材料以在平台102的上表面上形成三维物体。导轨114和116相对于喷射器头122精确地定位，并且当与导轨114、116的下表面112接合时，承载件104相对于喷射器头122精确地定位平台102。这样的精确定位使喷射器头122能够将材料精确地和有效地喷射到平台102上以便形成三维物体。

为了保证承载件104与下表面112接合，承载件106还配置成施加偏压力，所述偏压力促使承载件104抵靠下表面112。在该实施例中，偏压力至少部分地由偏压构件110提供。在该实施例中，偏压构件110是弹簧，所述弹簧相应地在一个端部124处可操作地连接到每个承载件106并且在另一端部126处可操作地连接到平台102。如图所示，承载件106可操作地连接到平台102以相对于平台102可移动。引导件108响应向承载件104和承载件106之间的方向的偏压力限制承载件106相对于平台的运动。在该实施例中，引导件108是线性滑动件。

该实施例中的弹簧偏压构件110在平行于引导件108的纵轴线的方向上定向以使偏压力能够在承载件104、106之间的方向上被施加。换句话说，引导件108使偏压力能够偏压承载件104抵靠导轨114和116并且朝着承载件106使得承载件104、106将移动推车保持在导轨114、116上。尽管该实施例包括用于每个承载件106的相应的引导件108和偏压构件110，但是其它实施例包括其它数量的引导件108和偏压构件110。在一个实施例中，多个偏压构件110可操作地连接在每个承载件106和平台102.之间。

如上所述，从喷射器头122喷射的材料和其它杂散物质(如污染物128)会积累在导轨114、116上。由于承载件106相对于平台102可移动，当承载件106在污染物128上移动时，承载件106沿着引导件108并且远离导轨114和承载件104移动。如图1中所示，正在越过污染物128的左边的承载件106离导轨114比右边的另一承载件106离导轨116更远。响应污染物128在承载件104的方向上作用并且因此与承载件106的运动的方向相反的偏压力保持承载件104抵靠导轨114、116的下表面112接合。换句话说，当第二承载件106响应移动推车100越过具有污染物的导轨114和116的一部分移动时，由承载件106施加的偏压力保证平台102相对于喷射器头122保持正确地定位。因此，该配置提供相对于导轨114、116的污染健壮的移动推车100。

保持承载件104和导轨114和116的下表面112之间的牢靠接合有益于提供以上述方式健壮的移动推车100。在一个实施例中，“预加载”偏压构件110。当在本文中使用时“预加载”表示当移动推车100安装在导轨114、116上时偏压构件110处于加载状态而不是休止状态。在该实施例中，偏压构件110是弹簧。弹簧具有自然休止位置，由此延伸或压缩弹簧导致反偏压力。通过将弹簧偏压构件110配置成使得当移动推车100安装在导轨114、116上时弹簧从休止状态压缩或延伸，弹簧用于抵抗压缩或延伸，并且被预加载。也可以预料预加载各种类型的偏压构件110的其它可接受方法。

在例子中，偏压构件可以由平台102的重量、由引导件108的范围、由偏压构件110的未加载配置或布置或由其它可接受的预加载方法预加载。当预加载偏压构件110时，第一承载件104被偏压抵靠导轨114和116的下表面112，即使当没有污染物存在于导轨114、116上时。

尽管导轨114和116的下表面112背离喷射器头122，但是由喷射器头122喷射的材料的一些类型例如可以围绕上表面118行进并且积累在导轨114、116的下表面112上。在图1中，相应的构件130附着到导轨114、116的每一个并且沿其长度行进。每个构件130配置成至少部分地遮挡下表面112免于由喷射器头122喷射的材料。在例子中，在沿着其上的上表面118的一部分向下行进之后导轨114上的污染物132由构件130阻挡而不能到达下表面112。另外，如图1中所示，另一相应的构件134也附着到每个导轨114和116并且也配置成至少部分地遮挡下表面112免于由喷射器头122喷射的材料，如污染物136。在该实施例中，构件130定位在面对平台102的导轨114和116的一部分上，并且构件134附着到背离平台102的导轨114和116的一部分。在该实施例中，构件134是配置成分别支撑导轨114和116的支撑构件。这样的支撑构件可以连接到打印系统(未示出)的其它支撑构件。构件130和134一起限定导轨114和116的上表面118和下表面112之间的分离以防止通过材料经过构件。该配置保证下表面112保持没有污染物并且使移动推车100能够平滑地和精确地移动通过打印系统。在另一实施例(未示出)中，构件130和/或构件134配置成引导行进材料远离导轨114和116而不是俘获污染物。例如，构件130或134可以用作引导行进污染物远离表面的板瓦，在所述表面处污染物的积累会影响打印系统的性能。

图2示出具有旋转引导件208的移动推车200的另一示例性实施例的侧视图。引导件208将承载件106的运动限制为围绕引导件208在平行于导轨114和116延伸的轴线上的旋转。在该实施例中，引导件208包括使承载件106能够围绕引导件旋转的销连接，但是也可以预料包括弯曲轨道的其它可接受类型的旋转引导件。该实施例中的弹簧构件可以是张紧/压缩弹簧210A、扭转弹簧210B或作用于旋转元件的其它类型的可接受弹簧。当推车200越过污染物228时，承载件106被推动远离轨道114。引导件208将承载件106的由此产生的运动引导为围绕引导件208的旋转，并且弹簧210A导致承载件104被偏压抵靠轨道114。

图3示出具有旋转引导件308的移动推车300的另一示例性实施例的侧视图。引导件308将承载件106限制为围绕引导件308围绕在与导轨114交叉的交叉过程方向上延伸的轴线旋转。在该实施例中，引导件308包括使承载件106能够围绕引导件旋转的销连接，但是也可以预料包括弯曲轨道等的其它可接受类型的旋转引导件。该实施例中的弹簧构件可以是张紧/压缩弹簧310A、扭转弹簧310B或作用于旋转元件的其它类型的弹簧。当推车300越过污染物328时，承载件106被推动远离轨道114。引导件308引导承载件106围绕引导件308旋转，并且弹簧310A导致承载件104被偏压抵靠轨道114。

图4示出移动通过三维打印系统的移动推车400的再一示例性实施例。移动推车400包括平台402，第一多个承载件104，以及第二多个承载件406。承载件104可操作地连接到平台402使得它们相对于平台402处于固定位置，并且配置成沿着导轨414和416的下表面112滚动。承载件406也可操作地连接到平台402使得它们相对于平台402处于固定位置并且配置成接合导轨414和416的上表面418。当与下表面112接合时，承载件104使平台402相对于与导轨414和416相对定位的喷射器头122定位。承载件406配置成响应承载件越过导轨414和416的上表面418上的污染物变形。例如，如图4中所示，左承载件406具有区域408，所述区域响应该区域越过已积累在导轨414上的污染物410变形。

在一个实施例中，承载件406至少部分地由弹性或弹力材料形成，因此承载件406可以由于区域408的弹性变形施加偏压力。换句话说，左承载件406朝着恢复未变形的形状作用。由于承载件406可操作地连接到平台402，因此它们相对于平台402处于固定位置，该恢复力用于偏压承载件104抵靠导轨414和416的下表面112。因此，尽管承载件406可以响应越过污染物变形，平台402相对于喷射器头122保持其位置。

在一个实施例中，预加载承载件406。例如，承载件406配置成使得当移动推车400未正在沿着导轨移动时它们处于未变形状态并且使得导轨414和416的上表面418至少部分地变形承载件406。该配置偏压承载件104抵靠下表面112，即使当不存在污染物时。该相互作用使移动推车400能够沿着导轨414和416平滑地和精确地移动。

如上所述，阻挡从喷射器头122喷射的、到达导轨414和416的上表面418的材料行进到下表面112将是有益的。导轨414和416的上表面418均限定通道430，所述通道配置成接收承载件406并且使承载件406能够在通道内滚动，并且还配置成俘获由喷射器头122喷射的材料或其它污染物并且阻挡这样的污染物从上表面418行进到下表面112。在该实施例中，通道430由上表面418中的半圆形切口限定使得污染物被吸引到通道的中心区域中，但是也可以预料通道的其它可接受形状。

在诸如上面关于图8所述的打印系统10的一些三维物体打印系统中，精密导轨38仅仅延伸通过具有在移动推车14上执行操作的打印站26的打印系统的一部分。在打印系统的其它部分中，移动推车14可以沿着导轨22例如经由滑动表面18移动。当移动推车(如上述的移动推车100、200、300和400)不正在沿着精密导轨移动时，第二多个承载件可以处于未加载或未变形状态。在图8中所示的打印系统10中，精密导轨38具有平坦端部。在这样的配置中，当推车14在导轨上移动时接合精密导轨38的第二多个承载件将从未加载/未变形状态快速地转变到加载/变形状态。该配置也引起作用于第一多个承载件的偏压力的快速变化。偏压力的这样的快速转变和变化会导致干扰或损坏推车和正在推车上形成的物体。另外，这样的转变可能暂时动摇推车14，需要更长的精密导轨38，使得推车14在到达打印站之前可以充分地稳定。平滑偏压力的转变和施加将是有益的。

图5示出用于三维物体打印系统的导轨500的端部分502的示例性实施例，其中第一端部分502包括锥部504。锥部504具有在导轨500的范围处的第一直径，并且过渡到第二直径，所述第二直径大于第一直径，并且配置成逐渐接合移动推车的第一多个和第二多个承载件。当移动推车300到达导轨500的第一端部分502时，锥部504逐渐接合移动推车300的第二多个承载件506和508使得当移动推车沿着锥部504移动时逐渐施加偏压力。

图6示出移动推车300正在逐渐接合导轨500的端部分502处的锥部504的示例性实施例。在图6中，承载件506已移动超出锥部504并且完全被偏压抵靠导轨500，并且承载件508正在通过锥部504，并且因此仅仅部分被偏压抵靠导轨500。当移动推车300已经过第一端部分502时，第二多个承载件506、508完全接合并且完全施加偏压力。偏压力的逐渐施加使移动推车能够平滑地过渡到导轨500上。

在可以在推车300上执行精确打印之前，推车300必须在导轨500的平坦部分上，即，推车300必须已移动超出导轨500的第一端部分502。所以，导轨500的锥部504延伸超出包括诸如喷射器头的打印站的打印系统的区域，使得当推车300到达喷射器头时它完全在导轨500的平坦部分上。

在实施例中，导轨500还包括与第一端部分相对并且具有第二锥部的第二端部分，所述第二锥部在导轨500的第二范围处从第二直径过渡到第一直径以使移动推车能够从导轨500平滑地过渡离开。在其它实施例中，与锥部504相对的导轨500的端部是平坦端部。

如图5中所示，锥部504具有圆锥形截面形状，但是在其它实施例中，可接受的锥部形状包括斜坡、辐射状部分(radiuses)、台阶、斜切等。在一个实施例中，导轨500包括平滑锥部504和导轨500的剩余部分之间的过渡的辐射状部分或斜切。这样的平滑过渡可以减小过渡处的推车300的振动，并且使推车能够在更短时间内并且在导轨500的更短范围上稳定在导轨500的平坦部分上。

Claims (15)

1.一种移动推车，所述移动推车移动通过三维物体打印系统，所述移动推车包括：

平台；

至少一个承载件，所述至少一个承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述打印系统的至少一个导轨的下表面接合以相对于所述打印系统的喷射器头定位所述平台；以及

至少一个其它承载件，所述至少一个其它承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述至少一个导轨的下表面，所述至少一个其它承载件配置成响应越过所述至少一个导轨的上表面上的污染物变形以保持所述平台和所述至少一个承载件之间的距离。

2.根据权利要求1所述的移动推车，所述平台包括：

至少一个引导件，所述至少一个引导件响应所述偏压力将所述至少一个其它承载件相对于所述平台的运动限制到所述至少一个承载件和所述至少一个其它承载件之间的方向；以及

偏压构件，所述偏压构件将所述偏压力施加到所述至少一个承载件。

3.根据权利要求2所述的移动推车，所述偏压构件还包括：

弹簧，所述弹簧可操作地连接在所述至少一个其它承载件和所述平台之间，所述弹簧配置和布置成如由所述至少一个引导件限制的，与所述至少一个其它承载件的运动的方向相反地作用。

4.根据权利要求2所述的移动推车，其中预加载所述偏压构件。

5.根据权利要求1所述的移动推车，其中所述至少一个承载件还包括：

一对承载件，所述一对承载件配置成彼此成直角接合所述至少一个导轨的下表面。

6.一种三维物体打印系统，其包括：

至少一个导轨，所述至少一个导轨包括上表面和下表面；

喷射器头，所述喷射器头配置成喷射用于形成三维物体的材料；以及

移动推车，所述移动推车配置成沿着所述至少一个导轨移动，并且所述移动推车包括：

平台；

至少一个承载件，所述至少一个承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的下表面接合以相对于所述喷射器头定位所述平台；

至少一个其它承载件，所述至少一个其它承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述至少一个导轨的下表面；以及

所述至少一个导轨的上表面具有通道，所述通道配置成接收所述至少一个其它承载件以使所述至少一个其它承载件能够在所述通道内滚动，俘获由所述喷射器头喷射的材料，并且将所述至少一个导轨的下表面与由所述喷射器头喷射的材料隔开。

7.根据权利要求6所述的打印系统，其中所述至少一个导轨包括一对平行导轨。

8.根据权利要求6所述的打印系统，所述平台包括：

至少一个引导件，所述至少一个引导件响应所述偏压力将所述至少一个其它承载件相对于所述平台的运动限制到所述至少一个承载件和所述至少一个其它承载件之间的方向；以及

偏压构件，所述偏压构件将所述偏压力施加到所述至少一个承载件。

9.根据权利要求8所述的打印系统，所述偏压构件还包括：

弹簧，所述弹簧可操作地在一端连接至所述至少一个其它承载件以及在另一端连接至所述平台，所述弹簧配置和布置成如由所述至少一个引导件限制的，与所述至少一个其它承载件的运动的方向相反地作用。

10.根据权利要求8所述的打印系统，其中预加载所述偏压构件。

11.根据权利要求6所述的打印系统，所述至少一个承载件还包括：

一对承载件，所述一对承载件配置成彼此成直角接合所述至少一个导轨的下表面。

12.根据权利要求6所述的打印系统，所述至少一个导轨的每一个导轨包括：

第一端，其具有锥部，所述锥部配置成逐渐接合所述移动推车的所述至少一个其它承载件以在所述移动推车移动通过所述锥部并移动到所述至少一个导轨上时逐渐施加偏压力。

13.一种三维物体打印系统，其包括：

至少一个导轨，所述至少一个导轨包括上表面和下表面；

喷射器头，所述喷射器头配置成喷射用于形成三维物体的材料；以及

移动推车，所述移动推车配置成沿着所述至少一个导轨移动，所述移动推车包括：

平台；

至少一个承载件，所述至少一个承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的下表面接合以相对于所述喷射器头定位所述平台；

至少一个其它承载件，所述至少一个其它承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述至少一个导轨的下表面；

分别附着到所述至少一个导轨的每一个的至少一个构件，所述至少一个构件沿着所述至少一个导轨的长度延伸，所述至少一个构件配置成至少部分地将所述至少一个导轨的下表面与由所述喷射器头喷射的材料隔开；以及

相应的附加构件，其被构造成支撑所述至少一个导轨中的每一个，所述至少一个构件配置成将所述至少一个导轨的下表面的第一侧面与由所述喷射器头喷射的材料隔开，并且所述相应的附加构件配置成将与所述第一侧面相对的所述至少一个导轨的第二侧面与所述喷射器头喷射的材料隔开。

14.根据权利要求13所述的打印系统，所述至少一个构件的每一个构件还配置成支撑所述至少一个导轨的相应导轨。

15.一种三维物体打印系统，其包括：

至少一个导轨，所述至少一个导轨包括上表面和下表面；

喷射器头，所述喷射器头配置成喷射用于形成三维物体的材料；以及

移动推车，所述移动推车配置成沿着所述至少一个导轨移动，并且所述移动推车包括：

平台；

至少一个承载件，所述至少一个承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的下表面接合以相对于所述喷射器头定位所述平台；

至少一个其它承载件，所述至少一个其它承载件可操作地连接到所述平台并且配置成与所述至少一个导轨的上表面接合并且施加偏压力，所述偏压力促使所述至少一个承载件抵靠所述至少一个导轨的下表面，并且所述至少一个其它承载件还配置成响应越过所述至少一个导轨的上表面上的污染物变形以保持所述平台和所述至少一个承载件之间的距离。