CN107921704A - 用于三维打印的系统 - Google Patents

Abstract

一种积层制造(AM)系统包含：一支架(150)，所述支架以一定义的图案沉积材料及一建造平台，接收从所述支架沉积的材料。所述支架包含一预热组件(138)具有多个预热腔室(130)以及一打印块(120)具有多个槽口，所述多个槽口用于容纳多个打印头。所述支架配备有比所述多个打印头槽口多的所述多个预热腔室。

Description

用于三维打印的系统

技术领域及背景技术

本发明在一些实施例中是有关于任意形式制造方式，特别是但不独指一种三维(3D)打印。

积层制造(AM)通常是一制造方法，其为利用物体的计算机模型制造一种三维物体的制造方法。这样的制造方法被用于各种领域，例如用于可视化、演示及机械原型以及快速制造等目的设计相关领域。

任何积层制造系统的基本操作由将一个三维计算机模型切成薄的多个横截面、将结果转换成二维位置数据、以及将数据提供给一系统的一控制器组成，所述系统以分层的方式构成一个三维结构。

积层制造涉及达成制造方法的多种手段，包含：三维喷墨打印，叠层物体制造，熔融沉积造型等。

在三维打印制程中，例如，一建造材料是由包含一个或多个打印头的一支架分配的。所述多个打印头中的每一个具有一组喷头，材料可以选择地从所述多个喷头分配到一支撑结构上，以一次形成一层结构。取决于所述建造材料，多层结构然后可以使用也设置在所述支架上的合适装置使所述多层结构固化(cured或solidified)。所述建造材料可以包含造型材料，所述造型材料形成物体以及支撑材料，所述支撑材料在建造时支撑所述物体。所述支架扫描所述支撑结构并对其构成图案。各种三维打印技术被揭露于例如所有专利具有相同的受让人的美国专利第6,259,962号、第6,569,373号、第6,658,314号、第6,850,334号、第7,183,335号、第7,209,797号、第7,225,045号、第7,300,619号、第7,364,686号、第7,500,846号、第7,658,976号、第7,962,237号、第8,781,615号及第9,031,680号以及美国申请案公开第20130040091号及第20150035186号，其内容通过引用结合于此。

例如，发明名称为“具有生产取向测定的快速生产装置”的美国专利第8,781,615号揭露了一种制造物体的方法，通过依次打印多层建造材料中的一个在另一个上来制造物体。

所述方法包含在一第一较低的温度下提供所述建造材料，使所述建造材料流过一加热流动通道以加热所述建造材料并将加热的所述建造材料输送到一打印头中的一加热贮存器。加热的所述建造材料然后从所述贮存器分配，以逐层建造所述物体。在一个实施例中，描述了使用一个或多个螺旋形流动通道来提供足够的长度以使得能够有效地将热交换到流动的材料。

发明名称为“用于沉积液体的系统及方法”的美国专利申请案公开第20150035186号描述了用于打印系统的打印头。所述打印头包含多个隔室，每个具有一出口端口用于沉积液体及可单独连接到单独的液体容器的入口端口。至少两个隔间彼此可控地流体连通，并且打印头包含被配置为产生指示(i)每个隔间的填充状态的信号的传感器的布置，以及(ii)至少两个隔室之间的流体连通状态两个车厢。任选地，至少两个隔室占据一腔室并且通过至少一隔板分离，并且其中所述流体连通经由在所述腔室中的一液体通道。

发明内容

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种三维打印机，所述三维打印机提供全彩打印，所述打印具有较广阵列的机械性质及/或使用相对较少的打印头以广泛范围的多种不同材料进行打印。可选地，每个打印头在打印期间同时分配两种不同的材料。根据本发明的一些实施例，所述三维打印机的托架具有一紧凑设计，所述紧凑设计提供了显着增加建造材料的范围，而不增加或不显着增加所述打印机的所述托架的尺寸。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种积层制造(AM)系统，所述积层制造系统包含：一支架，所述支架包含：一预热组件，包含多个预热腔室；以及一打印块，包含多个槽口，所述多个槽口用于容纳多个打印头，其中所述支架包含比所述多个打印头的槽口多的所述多个预热腔室；以及一建造平台，配置为接收从所述支架沉积的一材料。

任选地，所述打印块形成一对的贮存器，配置为：当所述多个打印头中的一个安装于所述多个槽口中的一个时，与所述多个打印头中的一个形成流体连通。

任选地，所述打印块环绕于所述多个槽口中的每一个皆形成一对的贮存器，其中每一对所述贮存器被配置为与安装于所述打印块中的所述多个打印头中的一个形成流体连通。

任选地，每一对所述贮存器对中的每一个被配置为与所述多个打印头中的一个的一分离喷头阵列形成流体连通。

任选地，所述多个预热腔室中的每一个是被配置为与形成在所述打印块中的所述贮存器对中的一个形成流体连通。

任选地，每一对所述贮存器是通过一分离墙形成分离。

任选地，所述分离墙被配置为允许在每一对所述贮存器之间选择性的溢流。

任选地，所述多个打印头被配置为同时接收从所述多个预热腔室的全部而来的材料。

任选地，所述积层制造系统包含多个加热板安装于所述打印块的两相对的表面上。

任选地，所述多个预热腔室中的至少一个包含：一螺杆型螺丝的通道，被配置为引导材料穿过所述多个预热腔室中的一个。

任选地，所述螺杆型螺丝由一热导材料制成。

任选地，所述材料通过一专用块盖体通道从一预热腔室被引导至一打印头的贮存器。

任选地，所述多个预热腔室中的每一个包含一螺杆型螺丝。

任选地，所述支架包含：一硬化单元，配置为用以硬化被分配在所述建造平台上的一层材料。

任选地，所述支架包含：一整平装置，配置为用以整平被分配在所述建造平台上的一层材料。

任选地，所述积层制造系统是一台三维喷墨打印机。

任选地，所述预热组件被区分为：一第一部件，包含一第一预热腔室；及一第二部件，包含多个第二预热腔室，其中所述第一部件是以一第一加热元件预热，以及其中所述第二部件是以一第二分离加热元件加热。

任选地，所述打印块包含至少一个贮存器与所述多个槽口中的每一个相连结，以及其中所述打印块包含多个开口，所述多个开口被配置成使容纳在所述多个贮存器的一个中的材质热绝缘于容纳在所述打印块的其他多个贮存器中的材料。

任选地，所述预热组件被区分为至少一第一部件及一第二部件，其中所述第一部件包含一第一预热腔室，及所述第二部件包含一第二预热腔室，且其中所述第一部件是以一第一加热元件预热，以及所述第二部件是以一第二分离加热元件加热。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种方法，所述方法包含：对多个分离腔室中的多种不同材料进行加热；同时将所述多种不同材料中的每一种的多种内容物传递至多个打印头，其中所述多种不同材料在数量上超过所述多个打印头；及通过三维喷墨打印，以所述多个打印头分配所有所述多种不同材料。

任选地，所述多种不同材料中的每一种通过形成在所述打印块内的专用的一对的贮存器而被引导到所述多个打印块，所述打印块被配置用以支持所述多个打印头，其中每一对所述贮存器都与所述多个打印头中的一个形成流体连通。

任选地，所述方法包含：同时将材料从每一对所述贮存器引导到所述打印头的多个分离喷头阵列。

任选地，所述方法包含：通过一专用块盖体通道将材料从一预热器的螺杆型螺丝的底部引导到一打印头的贮存器。

任选地，将所述多种不同材料中的一种加热至一第一温度，以及将所述多种不同材料中的另一种加热至一第二温度。

任选地，所述多种不同材料中的一种是一支撑材料，及所述多种不同材料中的另一种是一造型材料。

任选地，所述支撑材料被加热到一温度，所述温度比所述造型材料低2至10度。

任选地，将所述支撑材料加热并保持在65℃的温度，以及将所述造型材料加热并保持在70℃的温度。

任选地，所述多种不同材料中的又一种被加热至一第三温度。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然在本发明的实施例的实践或测试中可以使用与本文所述的方法及材料类似或等同的方法及材料，但是下面描述示例性的方法及/或材料。如果发生冲突，包含定义在内的专利说明书将受到验证。另外，这些材料，方法及实例仅是说明性的，并非意在限制。

附图说明

本文仅通过举例的方式参照附图来描述本发明的一些实施例。现在具体参照附图详细说明，应该强调的是，所示出的细节是作为示例并且出于对本发明的实施例说明性讨论的目的。就这一点而言，对于本领域技术人员来说，利用附图进行的描述对于可以如何实施本发明的实施例是明白易懂的。

在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例，一种积层制造系统的简化方框图；

图2是根据本发明的一些实施例，一示例性支架的正面透视图；

图3A至图3B是根据本发明的一些实施例，示出了用于一种积层制造系统的一预加热器的多个内部部件的示例性正面及背面透视图；

图4A是根据本发明的一些实施例，一打印块的透视图；

图4B是根据本发明的一些实施例，沿打印头槽口的长度切割的打印块横截面的侧视透视图；

图5A至图5B是根据本发明的一些实施例，一种积层制造系统的一打印块基座的示例性透视图及俯视图；

图6是根据本发明的一些实施例，一种积层制造系统的一支架的示例性背面透视图；

图7是根据本发明的一些实施例，用于一种积层制造系统的一示例性电子组件；

图8是根据本发明实施例的一示例性打印头；

图9是根据本发明的一些实施例，安装有多个打印头的一打印块组件的示例性透视图；

图10是根据本发明的一些实施例，一种积层制造系统的另一打印块基座的示例性俯视图；

图11是根据本发明的一些实施例，安装有两个加热板的一打印块基座的示例性透视图；

图12A是示出根据本发明的一些实施例，一种积层制造系统的一打印块组件的多个组件与一加热器组件表面接触的背面透视图；

图12B是示出根据本发明的一些实施例，对于分离成两个部件的一种积层制造系统的预热器的内部多个部件的背面透视图；

图13是根据本发明的一些实施例，另一示例性支架的正面透视图；

图14是示出根据本发明的一些实施例，对于分离成两个部件的一种积层制造系统的另一加热器的内部多个部件的透视图；

图15是根据本发明的一些实施例，又一示例性支架的正面透视图；

图16是示出根据本发明的一些实施例，对于分离成两个部件的一种积层制造系统的又一加热器的内部多个部件的透视图；以及

图17是示出根据本发明的一些实施例，一打印块的各个位置随着时间的温度特性图。

具体实施方式

本发明在其一些实施例中涉及自由形式制造，并且更具体地但不独指关于一种三维(3D)打印。

根据本发明的一些实施例，一种积层制造(AM)系统允许将来自两个不同来源的建造材料同时馈送到单一打印头，并且以单个打印头同时打印来自两个不同来源的材料。在一些示例性实施例中，多达八种不同的材料被同时传递到安装在所述积层制造系统的一支架中的四个打印头。可选地，所述多个打印头中的三个用六种不同颜色的树脂进行打印，并且一第四打印头用于打印支撑材料。

在将材料输递到打印头之前，将所述多种建造材料中的每一种在一分离预热腔室中预热，所述分离预热腔室携带在积层制造系统的支架上。所述多个预热腔室中的每一个都需要提供足够的长度以实现有效的热量传递给流动的材料。通常地，希望对于所述支架具有一紧凑结构，因此可以包含在所述支架中的所述多个分离预热腔室的数量可能是有限的。本发明的发明人发现，预热所述建造材料所需的所述多个预热腔室中的每一个的体积能够通过所述建造材料引导在一螺杆型螺丝状流道的周围而减少。在一些示例性实施例中，具有一直径基本上与所述预热腔室的一直径匹配的一螺杆型螺丝流道被安装在所述多个预热腔室中的每一个中。所述液体建造材料向下环绕所述螺杆型螺丝。通过减小每个预热腔室所需的体积，可以在相同尺寸的支架上增加更多的预热多腔室，从而实现所述积层制造的紧凑性。

系统被改善。在一些示例性实施例中，所述预热系统包含两个或更多个热独立部件，所述多个部件提供用于同时预热到不同的温度。所述预热系统提供将所述多个支撑材料腔室加热至一第一温度，并将所述造型材料加热至一不同温度，例如，更高的温度。所述预热系统可以将所述多个腔室中的每一个加热到不同的预定温度。

所述多打印头通常安装在携带在所述支架上的一打印块上。根据本发明的一些实施例，所述打印块由每个打印头的一槽口以及环绕所述多个槽口中的每一个的一对贮存器组成。根据所述本发明的一些实施例，从所述多个预热腔室中的每一个的出流被引导到所述多个贮存器中的一个，并且馈入所述贮存器中的材料被引导到一打印头通过形成在所述贮存器中的一个或多个输出。通常地，材料馈入一对的贮存器中的一个以提供材料用于通过所述打印头的多个喷头的一第一阵列打印，并且馈入所述对的贮存器的另一个以提供材料用于通过所述打印头的多个喷头的一替代阵列打印。在一些示例性实施例中，一隔板分离所述对的贮存器，所述隔板尺寸被设定为允许控制所述对的贮存器之间的材料的溢流。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明的应用并不一定限于其应用于以下描述中阐述的及/或附图中示出的部件及/或方法的构造及布置的细节。本发明能够具有其他实施例或者以各种方式实践或执行。

本发明实施例制造三维物体的方法及系统基于计算机对象数据，以逐层的方式通过以与物体的形状相对应的配置图案形成多个层。所述计算机对象数据可以是任何已知的格式，包含但不限于：一标准镶嵌语言(STL)或一立体光刻轮廓(SLC)格式、虚拟现实建模语言(VRML)、积层制造文件(AMF)绘图交换格式(DXF)、多边形文件格式(PLY)或适用于计算机辅助设计(CAD)的任何其他格式。

在此使用的术语“物体、对象(object)”是指对象(或对象)整个或其一部分。

每一层通过一积层制造(AM)装置形成，所述积层制造装置包含一支架用于扫描一二维表面，移动并对其进行图案化。在扫描时，所述支架视察所述二维图层或表面上的多个目标位置，并针对每个目标位置或多个目标位置的一群组判断所述目标位置或所述多个目标位置的所述群组是否为被建造材料占用，何种类型的建造材料将被传递到哪里。所述判断是根据所述表面的一计算机图像进行的。

在本发明的优选实施例中，所述积层制造包含三维打印，更优选地包含三维喷墨打印。在这些实施例中，一建造材料是从具有一组多个喷头的一分配头分配的，以在一支撑结构上分层沉积所述建造材料。所述积层制造装置因此将建筑材料分配在目标位置，所述目标位置为将被占用的目标位置并且使其他目标位置没有被分配。所述建造材料的类型可以分为两大类：造型材料及支撑材料。所述支撑材料用于在制造过程及/或其他目的期间形成用于支撑所述物体或物体部件的一支撑基体或结构，例如，提供中空或多孔的物体。支撑结构或基体可以另外包含造型材料元件，例如，用于提供进一步的支持力量。

所述造型材料通常是一种组合物，其被配制用于积层制造，并且能够自己形成一个三维物体，即不需要与任何其他物质混合或组合。

最终的三维物体是由所述造型材料或多种造型材料或多种成型材料及多种支撑材料的一组合或其改性材料(例如接着固化)。所有这些操作对于固体任意形式制造领域的技术人员来说都是熟知的。

在本发明的一些示例性实施方式中，一物体通过分配多种不同的造型材料来制造，例如，不同颜色的树脂。

所述多种材料任选地及优选地是在所述多种材料通过打印头期间以多层的方式沉积。在所述层内的所述多种材料及多种材料的组合是根据所述物体的所需性质来选择的。

现在参考图1，其示出了根据本发明的一些实施例的一种积层制造系统的简化方框图。通常，积层制造系统100是一种三维液滴沉积系统，例如，喷墨打印装置。

通常地，积层制造系统100包含支架150扫描一建造表面或托盘660。通常地，支架150携带一预热组件138，预热组件138包含多个预热腔室130，用于预热建造材料，多个打印头20，用于选择性地沉机材料在托盘660上，一整平装置220，用于整平一打印层及一个或多个硬化装置210，用于硬化打印层。多个打印头20通常固定在一打印块120上。

支架150优选地，可操作的在托盘660上往复移动，所述托盘660作为工作表面。所述托盘660被水平地放置。根据惯例，选择XYZ笛卡尔坐标系统，使得XY平面平行于托盘660。在一些示例性实施例中，支架150以一扫描方向移动，在此被称为X方向，并且多个打印头20选择性地在其通过托盘660的过程中以一种预定配置分配建造材料。建造材料通常包含一种或多种类型的支撑材料及一种或多种类型的造型材料。多个打印头20的通过之后是硬化，例如，以多个硬化装置210中的一个来固化(多种)造型材料。在支架150的反向通道中，返回到刚刚沉积的层的起始点，建造材料的另外分配可以根据预定的配置及所述多个硬化装置210的另一个的操作来达成。在支架150的前进及/或后退通道中，所形成的层可以通过整平装置220进行拉直，优选地沿着多个打印头20的前进及/或后退运动的路径。一旦支架150沿着X方向返回到起始点，就可以沿着一指标方向移动到另一个位置，本文称为Y方向，并继续沿着X方向通过往复移动建造相同层。替代地，支架150可以在多个前进及后退运动之间或者在多于一次前进-后退运动之后在Y方向上移动。通过多个分配头执行完成一单层的一系列扫描在此称为一单一扫描周期。

一旦所述层被完成，根据随后要打印的层的所需厚度，托盘660可以在Z方向上降低到预定的Z值。重复所述制造方式以逐层方式形成三维物体650。替代地，支架150可以根据所述层的所需厚度在Z方向上移动。

一控制单元640控制包含在支架150中的多个元件的操作。控制单元640通常地包含一电子电路被配置为执行所述控制操作。控制单元640优选地与一处理器600相通信，所述处理器600基于计算机对象数据传送与制造指令有关的数字数据，例如在一种计算机可读介质上以一种标准镶嵌语言(STL)格式表示的一种CAD配置等。通常地，处理器600包含一存储器单元及/或存储器能够用于存储基于计算机对象数据与制造指令有关的数据。通常地，控制单元640控制施加到每个打印头20或喷头阵列124的电压及在所述多个预热腔室130及打印块120中的所述建造材料的温度。

一旦所述制造数据被加载到控制单元640，其可以在没有用户干预的情况下操作。在一些实施例中，控制单元640接收来自操作者的另外输入，例如，使用数据处理器600或使用与单元640相通信的一用户接口610。

在操作期间，建造材料被提供给多个预热腔室130以用于预热，然后通过打印块120中包含的多个贮存器125被馈送到多个打印头20。在一些示例性实施例中，一对的贮存器125环绕每个打印头20并将材料供应到其打印头，使得每个打印头20通过两个贮存器125馈入。根据所述本发明的一些实施例，支架150包含多个预热腔室130多于多个打印头20，且所述多个打印头20中的至少一个同时接收来自两个不同的预热腔室130的供应。通常，每个预热腔室130将材料引导到一个不同的贮存器125。根据本发明的一些实施例，每个打印头20包含至少两个阵列的喷头124，且每个贮存器125与喷头124的一专用阵列形成流体连通。为了分配所述建造材料，一电压信号被施加到所述多个打印头20以选择性地通过打印头的多个喷头124沉积材料的液滴。每个打印头20的分配速率取决于所述多个喷头124的数量、所述多个喷头的类型及施加的电压信号率(频率)。在一些示例性实施例中，所述多个打印头20中的每一个(或所述多个打印头20中的至少一个)从两个不同的预热腔室接收建造材料，并且从每个预热腔室的材料通过多个喷头124的一专用阵列分配。

现在参照图2，示出了根据本发明的一些实施例，一支架的示例性前透视图。支架150包含打印块120，一预热组件138包含多个预热腔室130(图1)，一对硬化单元210在X方向上位于方块150两侧，以及一整平装置220(图1)通常连接到一滑轮系统225并与所述滑轮系统225一起操作。通常，所述多个硬化单元210是紫外光(UV)模块发射UV光束通过一辐射窗口215。

建造材料被引入到支架150中首先由预热组件138通过入口135接收。任选地，预热组件138包含八个入口135，用于接收多达八种不同类型的材料，例如，成型及支撑材料。接收在预热组件138中的材料通常在将所述材料供应到打印块120之前被加热到一定的温度。打印块120通常包含多个打印头20。

现在参照图3A至图3B，示出了根据本发明的一些实施例，用于一积层制造系统的一加热器的内部部件的示例性前背面透视图。根据本发明的一些实施例，在组件138中的每个腔室130包含一螺杆型螺丝形状的流道131环绕，材料通过腔室130被引导穿过。任选地，组件138包含八个腔室130同时接收高达八种不同的材料。通常，螺杆131的一直径与腔室130的一直径紧密匹配，使得引导进入腔室130的材料随着由螺杆131提供的螺旋路径，以通过一预热匣体136到达腔室130的出口。所述螺旋路径增加材料所需的一路径长度。路径长度的增加允许更长的热交换。

任选地，螺杆131由热导材料形成，并且材料与螺杆131之间的接触改善了热交换。本发明的发明人已经发现，螺杆131提供了显着增加的材料路径长度，同时占据相对较小的占用面积。通过减小占用面积，更多的多个腔室130及因而在一相同尺寸的支架150上可以包含更多种建造材料。本发明的发明人发现，八个预热腔室适合在一支架尺寸上，否则在使用预热组件138时通常将用有四个预热腔室。通常，预热组件138在进入所述多个打印头贮存器之前将所有腔室130的内容物加热到或接近喷射温度，使得材料可以准备好喷射也可以提高生产量。任选地，预热组件138可以选择地将所述多个腔室的每一个或一部分加热到不同的温度。

根据本发明的一些实施例，预热组件138包含一加热板132，用于加热组件138的每个腔室130中的内容物。任选地，加热板132是54瓦的加热器，其在相对于面向多个腔室130的表面的一个表面上覆盖有一热绝缘体133。通常，组件138附加地包含一温度传感器134，用于监测组件138的温度。在一些示例性实施例中，在组件138中的热交换持续时间是通过控制加热板132的温度来控制的。通常地，入口135通过凸缘137形成并以O形圈密封。

现在参考图4A至图4B，示出了一打印块组件的透视图，图4A示出了根据本发明的一些实施例的一打印块的透视图，以及图4B示出了根据本发明的一些实施例沿着一打印头槽口的一长度切割的横截面侧面透视图。

根据本发明的一些实施例，预热组件138被安装在歧管320上，所述歧管320包含对于每个腔室130的一止回阀310。歧管320控制材料向打印块120的传递，并且还避免不希望的滴落，当一腔室130没有被使用时。在一些示例性实施例中，打印块120安装有多个真空入口315，用于评估所需的入口数量。任选地，打印块120包含每一个打印头20有一真空入口315。替代地，打印块120包含每个预热腔室130有一真空入口315。

任选地，打印块120包含一块体基座325，一块盖体335及一顶部绝缘体330，所有这些部件定义出多个槽口25，用于插入多个打印头20中的每一个。通常，每个打印头被固定到带有弹簧加载的锁定螺钉345的一槽口25，例如，用一对弹簧加载的锁定螺钉345固定，在槽口25的两侧各一个。通常，打印块120被加热以将打印块120中积累的材料保持在期望的温度。任选地，加热是以加热板355提供，所述加热板355安装在沿着一Y方向隔开的两个相对的块侧面上。任选地，加热板355是一个44瓦的加热器。通常地，利用安装在靠近每个加热板355的块体温度传感器350监测热量水平。另外，多个热敏电阻340检测在多个贮存器环绕多个打印头槽口25的材料温度。

根据本发明的一些实施例，每个槽口25被形成在打印块基座325中的两个贮存器环绕。所述多个贮存器更详细地示出及描述参考图5及图5B。任选地，包含八个热敏电阻340以监测环绕四个槽口25的八个贮存器中的温度。通常，为了安全，打印块120还安装有一热熔丝305。

现在参考图4B，来自预热组件138的材料通过在块盖体335中形成的专用通道360到达打印块120中的所述多个贮存器。通常地，来自腔室130的材料通过歧管320中的止回阀310及以Y方向沿着打印块120高达大约一半的通道360，然后向下滴落通过一盖体接管370进入到环绕槽口25的所述多个贮存器中的一个。打印块盖体335包含多个专用通道将每个预热腔室130连接到打印块120中的一个贮存器。材料到达所述多个贮存器然后馈入到安装在槽口25中的一打印头的一定义的阵列喷头。

现在参照图5及图5B，示出了一积层制造系统的一打印块基座的示例性透视图及俯视图。根据本发明的一些实施例。打印块基座325包含用于接收打印头20(图1)的多个槽口25，一框架123包含多个孔29用于容纳弹簧加载的锁定螺钉345以及多个孔27用于接收螺钉以固定在槽口25中的打印头20。根据本发明的一些实施例，每个槽口25被一对贮存器40包围，例如多个贮存器40A及40B，沿一Y方向延伸。通常地，每个贮存器40A及40B延伸到框架123下方。根据所述本发明的一些实施例，一挡板或障壁30将贮存器40A及贮存器40B分隔开。

根据本发明的一些实施方式，障壁30的一高度相对较低，使得当液位被定义为低于墙体30时，多个贮存器40A及40B中的每一个可以填充不同的材料，或者当多个贮存器40A及40B中的液位被定义为高于墙体30时，多个贮存器40A及40B中的每一个可以填充相同的材料或材料的混合。任选地，热敏电阻340(图4B)用于监测及控制每个多个贮存器40中的每一个的水平。任选地，一个或多个水平传感器安装在多个贮存器40中，以监测及控制在所述多个贮存器中所含的材料水平。任选地，包含支撑材料的多个贮存器40多个贮存器40通常被淹没，以致于相关连的打印头完全专门的打印支撑材料。当仅有一种材料使用于一打印头20时，所述材料可以选定路线送到一打印头20的贮存器40A及4B两者，或者仅送到多个贮存器40中的一个，然后淹没过墙30以提供材料在贮存器40A及4B两者中。

现在参照图5B，根据本发明的一些实施例，每个贮存器被成形为具有一个或多个出口的一定义的通道，例如，通常是两个出口45，材料通过所述两个出口被引导进入到安装在槽口25中的一打印头20(图1)中。任选地，一出口45位于贮存器40的每一个端部，例如，40A及40B，沿着Y方向。根据本发明的一些实施例，贮存器40A将材料供应到一打印头20中的多个喷头的第一阵列，且贮存器40B将材料供应到相同的所述打印头20中的多个喷头的第二阵列。通常地，所述第一及第二阵列不重叠，并且两个阵列皆同时用于打印。

在一个示例性配置中，一预加热组件138包含具有六种不同颜色的树脂加上用四个打印头20打印支撑材料。

任选地，八个里面的二个预热腔室130馈入支撑材料，而另外六个腔室则馈入多种不同的造型材料，例如，多种不同颜色的造型材料。在这种配置中，多个打印头20中的三个以六种不同颜色打印及所述多个打印头20中的一个专用于打印支撑材料。

现在参考图6，示出了根据本发明的一些实施例的一支架的示例性背面透视图，以及图7示出了根据本发明的一些实施例一种积层制造系统的一个示例性电子组件。根据本发明的一些实施例，支架150的一后部包含一电子组件400(图7)部分地被一壳体410覆盖。通常，电子组件400包含打印头块体板450、打印头驱动器430及打印头连接器440。打印头连接器440将每个打印头20连接到一打印头驱动器430。打印头驱动器430与打印头块板450一起包含用于控制打印的电路。通常，支架150还包含用于冷却电子组件400的一风扇420。

现在参考图8，示出了根据本发明的多个实施例的一个示例性打印头。根据本发明的一些实施例，打印头20包含一喷头表面22，具有多个喷头28的至少一第一阵列28及多个喷头的一第二阵列28B。在一些示例性实施例中，容纳在贮存器40A中的材料被引导到多个喷头的第一阵列28A，且容纳在贮存器40B中的材料被引导到多个喷头的第二阵列28B。在一些示例性实施例中，打印头20包含与电子组件400连接的一单一打印头板21。使用一单一打印头板21而不是使用一双打印头板21改善了支架150的紧凑性。另外，所述板向侧面，例如沿着Y-Z平面而不是直的，例如平坦的沿着X-Z平面。

现在参考图9，示出了根据本发明的一些实施例安装有多个打印头的一打印支架的示例性透视图。一打印头20被引导进入到多个槽口25中的每一个中，使得喷头表面22在打印块120的下方。在一个示例性实施例中，打印块120包含用于四个打印头20的多个槽口。

应该注意的是，虽然本发明的许多实施例的描述已经参照一块匣体150包含八个预热腔室130及四个打印头20，但是这些数字仅仅是示例性的，本发明还可以用不同数量的多个预热腔室130及不同数量的多个打印头20来实施。

现在参考图10，示出了本发明的一些实施例中一种积层制造系统的另一种打印块基座的示例性俯视图，并且图11示出了本发明的一些实施例中安装有两个加热板的所述打印块基座的示例性透视图。根据一些示例性实施例，一打印块基座326提供在第一温度下将沉积在多个贮存器40中的所述建造材料的一部分维持在一第一温度，并且沉积在贮存器41中的所述建造材料的另一部分维持在一第二温度。通常，打印块基座上安装有一第一加热板358，用于加热在多个贮存器40中的所述建造材料，一第二加热板356，用于加热在贮存器41中的所述建造材料。通常，一第二组的第一加热板358及第二加热板356也安装在打印块基座326的一个相对表面上。在第一加热板358及第二加热板356之间，一断开件357可以被放置以减少所述多个板之间的热交换。任选地，打印块326包含一个或多个空间24，其减少多个贮存器40与贮存器41之间的热交换。任选地，贮存器41是沿着槽口26的一侧的一单一贮存器41，其靠近打印块基座326的一边缘及多个贮存器40的远端。通常，贮存器41为安装在槽口26中的一打印头提供材料。任选地，槽口26的体积可以大于多个槽口25。贮存器41与多个贮存器40保持距离也可以帮助减少热交换。

在一些示例性实施例中，期望将在打印块基座326中的造型材料保持在一第一温度并且将支撑材料保持在一第二温度。通常，所述支撑材料保持在比所述造型材料低的一个较低的温度，例如，低2至10度。替代地，可以期望将一种类型的造型材料保持在与其它类型的造型材料于一不同的温度下，并且可以将一种类型的造型材料传递到贮存器41。打印块基座326被示出为包含两个热独立部件。部件326A包含多个槽口25，多个贮存器40及多个加热板358，而部件326B包含槽口26，贮存器41及多个加热板356。可选地，一打印块基座可以包含多于两个的热独立部件或者两个热独立以不同的方式分开，例如，每个部件可以与多于一个的槽口相连。任选地，每个槽口及相对应的贮存器可以与其它的槽口热独立，从而可以将不同的材料同时预热到不同的温度。

现在参考图12A，示出了根据本发明的一些实施例用于一种积层制造系统中一打印块组件的多个元件与一加热器组件表面接触的背面透视图，图12B示出了根据本发明的一些实施例对于分离成两个部件的一种积层制造系统的一预热组件的内部组件的背面透视图。根据本发明的一些实施例，一预热组件139包含一第一部件139A具有多个预热腔室被加热到一第一温度及一第二部件139B具有至少一个预热腔室被加热到一第二温度。在一些示例性实施例中，凸缘137也被分成一第一部件137A，多个入口被引导通过所述第一部件137A及一第二部件137B，另一个入口，例如用于引导支撑材料的入口，被引导通过所述第二部件137B。根据一些示例性实施例，预热组件137A及137B中的每一个安装在一歧管320上，所述歧管320包含对于所述预热腔室的每一个的止回阀。

通常，每个预热组件139A及139B分别包含其自己的加热板132A及132B以及一专用绝缘体133A及133B。在一些示例性实施例中，块盖体335也被分成多个单独单元。一第一单元335A覆盖在所述第一温度下用于接收材料的块基座326上的一区域，以及第二单元335B覆盖在所述第二温度下用于接收材料的块基座326上的一区域。任选地，加热板132B仅在预热腔室的一部分上延伸，同时加热板132A可以基本上在多个预热腔室130A的整个长度上延伸。任选地，加热板132B被安置在靠近打印块及远离入口135处。预热组件139被示为包含两个热独立部件。部件139A包含多个腔室130A、加热板132A及绝缘体133A以及部件139B包含多个腔室130B，加热板132B及绝缘体133B。同样，打印块组件的其他组件显示为包含两个热独立部件，每个部件包含一分离的块盖体335及凸缘137。替代地，打印块组件(包含预热组件139)可以包含以不同的方式分隔的多于两个的热独立部件或两个热独立部件，例如每个部件可能与多于一种的材料相连结。任选地，每个腔室130可以与其他腔室热独立，使得每种材料可以预热到一个不同的温度。

现在参考图13，示出了根据本发明的一些实施例的另一个示例性支架前透视图，图14示出了根据本发明的一些实施例的对于分离成两个部件的一种积层制造系统的另一个加热器的内部组件透视图。根据本发明的一些实施例，一支架550包含一预热组件538，所述预热组件538与位于打印块120上的歧管320(包含所述多个止回阀310)分离并且不直接接触。多个管可以被使用将所述预热组件538的多个通道连接到歧管320。在一些示例性实施例中，预热组件538包含一第一部件538A，具有多个预热腔室被加热到一第一温度及一第二部件538B，具有至少一预热腔室被加热到一第二温度。通常，每个预热组件538A及538B分别包含其自己的加热板532A及532B。任选地，加热板532B只在预热腔室的一部分上延伸，同时加热板532A可以基本上在多个预热腔室130A的整个长度上延伸。任选地，加热板132B安置在靠近入口135处。如参照图12A及图12B所讨论的加热器组件538及歧管320可以包含以不同的方式分隔的多于两个热独立部件或两个热独立部件。任选地，每个腔室130可以与其他腔室热独立，使得每种材料可以预热到一个不同的温度。

现在参考图15，示出了根据本发明的一些实施例的又一个示例性支架的前透视图以及图16示出了根据本发明的一些实施例对于分离成两个部件的一种积层制造系统的又一种加热器的内部组件透视图。根据本发明的一些实施例，一支架650包含安装在歧管320上的一预热组件638(包含多个止回阀310)。预热组件638与打印块120分离并且不直接接触。歧管320可以分为一第一部件320A，预热至一第一温度的材料通过所述第一部件320A传递，以及一第二部件320B，预热至一第二温度的材料通过所述第二部件320B传递。多个管可以被使用将预热组件638的歧管320连接到打印块120。在一些示例性实施例中，预热组件538包含一第一部件538A，具有多个预热腔室被加热到一第一温度及一第二部件538B，具有至少一预热腔室被加热到一第二温度。通常，每个预热组件538A及538B分别包含其自己的加热板532A及532B。任选地，加热板532B只在预热腔室的一部分上延伸，同时加热板532A可以基本上在多个预热腔室130A的整个长度上延伸。任选地，加热板132B安置在靠近入口135处。

根据例如参照图10至图16描述的实施例，一支架可以同时加热一第一组材料，例如造型材料，到一第一温度，以及加热一第二材料，例如支撑材料，到一第二温度，使得第一及第二材料每个可以在适合于所述材料的一个温度下同时沉积。在一些示例性实施例中，使用相同的打印块基座，并且可控地实现不同的温度，而不显着增加打印块基座的占用空间。所述支架可以包含多于两个热独立部件或两个热独立部件，每个部件都包含多于一种材料穿过。任选地，每个腔室130可以与其他腔室热独立，使得每种材料可以预热到一个不同的温度，同时例如用所有的材料打印。

现在参考图17，示出了根据本发明的一些实施例的一打印块在不同位置随着时间的温度特性图。曲线710显示环绕多个槽口25及多个贮器40(图10)沿着墙体的Y轴的两个相对端随着时间测量的示例性温度。曲线720显示环绕槽口26及贮存器41(图10)沿着墙体的Y轴的两个相对端随着时间测量的示例性温度。可以看出，根据需要，槽口26及贮存器41的周围温度保持在一稳定温度，所述稳定温度低于多个槽口25的周围温度。此外，根据需要，多个槽口25及多个贮存器41的周围温度也保持在一稳定温度。在本发明的具体实施例中，多个槽口25及多存储器40的周围温度保持在约70℃，而槽口26及贮存器41的周围温度保持在约65℃。

可以理解的是，为了清楚起见，在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供，或者适合于在本发明的任何其他描述的实施例中提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非所述实施例在没有这些元件的情况下不起作用。

Claims (28)

1.一种积层制造(AM)系统，其特征在于，所述积层制造系统包含：

一支架，所述支架包含：

一预热组件，包含多个预热腔室；以及

一打印块，包含多个槽口，所述多个槽口用于容纳多个打印头，其中所述支架包含比所述多个打印头的槽口多的所述多个预热腔室；以及一建造平台，配置为接收从所述支架沉积的一材料。

2.如权利要求1所述的积层制造系统，其特征在于：所述打印块形成一对的贮存器，配置为：当所述多个打印头中的一个安装于所述多个槽口中的一个时，与所述多个打印头中的一个形成流体连通。

3.如权利要求1或2所述的积层制造系统，其特征在于：所述打印块环绕于所述多个槽口中的每一个皆形成一对的贮存器，其中每一对所述贮存器被配置为与安装于所述打印块中的所述多个打印头中的一个形成流体连通。

4.如权利要求3所述的积层制造系统，其特征在于：每一对所述贮存器对中的每一个被配置为与所述多个打印头中的一个的一分离喷头阵列形成流体连通。

5.如权利要求2至4任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述多个预热腔室中的每一个是被配置为与形成在所述打印块中的所述贮存器对中的一个形成流体连通。

6.如权利要求2至5任一项所述的积层制造系统，其特征在于：每一对所述贮存器是通过一分离墙形成分离。

7.如权利要求6所述的积层制造系统，其特征在于：所述分离墙被配置为允许在每一对所述贮存器之间选择性的溢流。

8.如权利要求1至7任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述多个打印头被配置为同时接收从所述多个预热腔室的全部而来的材料。

9.如权利要求1至8任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述积层制造系统包含多个加热板安装于所述打印块的两相对的表面上。

10.如权利要求1至9任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述多个预热腔室中的至少一个包含：一螺杆型螺丝的通道，被配置为引导材料穿过所述多个预热腔室中的一个。

11.如权利要求10所述的积层制造系统，其特征在于：所述螺杆型螺丝由一热导材料制成。

12.如权利要求1至10任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述材料通过一专用块盖体通道从一预热腔室被引导至一打印头的贮存器。

13.如权利要求10至12任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述多个预热腔室中的每一个包含一螺杆型螺丝。

14.如权利要求1至13任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述支架包含：一硬化单元，配置为用以硬化被分配在所述建造平台上的一层材料。

15.如权利要求1至14任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述支架包含：一整平装置，配置为用以整平被分配在所述建造平台上的一层材料。

16.如权利要求1至15任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述积层制造系统是一台三维喷墨打印机。

17.如权利要求1至16任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述预热组件被区分为：一第一部件，包含一第一预热腔室；及一第二部件，包含多个第二预热腔室，其中所述第一部件是以一第一加热元件预热，以及其中所述第二部件是以一第二分离加热元件加热。

18.如权利要求1至17任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述打印块包含至少一个贮存器与所述多个槽口中的每一个相连结，以及其中所述打印块包含多个开口，所述多个开口被配置成使容纳在所述多个贮存器的一个中的材质热绝缘于容纳在所述打印块的其他多个贮存器中的材料。

19.如权利要求1至16任一项所述的积层制造系统，其特征在于：所述预热组件被区分为至少一第一部件及一第二部件，其中所述第一部件包含一第一预热腔室，及所述第二部件包含一第二预热腔室，且其中所述第一部件是以一第一加热元件预热，以及所述第二部件是以一第二分离加热元件加热。

20.一种方法，其特征在于，所述方法包含：

对多个分离腔室中的多种不同材料进行加热；

同时将所述多种不同材料中的每一种的多种内容物传递至多个打印头，其中所述多种不同材料在数量上超过所述多个打印头；及

通过三维喷墨打印，以所述多个打印头分配所有所述多种不同材料。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述多种不同材料中的每一种通过形成在所述打印块内的专用的一对的贮存器而被引导到所述多个打印块，所述打印块被配置用以支持所述多个打印头，其中每一对所述贮存器都与所述多个打印头中的一个形成流体连通。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述方法包含：同时将材料从每一对所述贮存器引导到所述打印头的多个分离喷头阵列。

23.如权利要求20至22任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包含：通过一专用块盖体通道将材料从一预热器的螺杆型螺丝的底部引导到一打印头的贮存器。

24.如权利要求20至23任一项所述的方法，其特征在于：将所述多种不同材料中的一种加热至一第一温度，以及将所述多种不同材料中的另一种加热至一第二温度。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述多种不同材料中的一种是一支撑材料，及所述多种不同材料中的另一种是一造型材料。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于：所述支撑材料被加热到一温度，所述温度比所述造型材料低2至10度。

27.如权利要求25或26所述的方法，其特征在于：将所述支撑材料加热并保持在65℃的温度，以及将所述造型材料加热并保持在70℃的温度。

28.如权利要求24至27任一项所述的方法，其特征在于：所述多种不同材料中的又一种被加热至一第三温度。