CN109070460A - 将冷却气流传送到打印头的导管 - Google Patents

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Abstract

在一些示例中，一种用于打印系统的载架包括打印头、用于将冷却气流传送到打印头的导管、用于接收因打印头加热冷却气流产生的加热的排气气流的返回室、以及位于打印头和返回室之间的密封件，所述密封件用以防止加热的气流流到打印头下方的位置。

Description

将冷却气流传送到打印头的导管
背景技术
一种打印系统可以包括用于将制剂(例如液体制剂或其它物质)输送到目标的打印头。在一些示例中，打印头可用在能够形成3D物体的三维(3D)打印系统中。3D打印系统执行三维打印工艺，其也被称为增材制造(AM)工艺，其中3D物体的连续材料层在计算机的控制下基于3D模型或物体的其它电子表示形成。物体的层被依次形成，直到形成整个3D物体。
附图说明
本公开的一些实施方式关于下面的附图进行说明。
图1是根据一些示例的打印系统的一部分的框图。
图2是根据一些示例的包括主动冷却子系统和正被主动冷却子系统冷却的打印头的组件的透视图。
图3是根据一些示例的图2所示的组件的一部分的横截面图。
图4是根据一些示例的打印系统的一部分的简化框图。
图5是根据另外示例的包括主动冷却子系统和由主动冷却子系统冷却的打印头的组件的前视图。
图6是根据一些示例的打印系统的一部分的框图，其包括用以执行对气流发生器的反馈控制的控制器。
图7是根据一些示例的形成用于打印系统的载架的工艺的流程图。
具体实施方式
在随后的讨论中，参考了用于三维(3D)打印系统的打印头的冷却方案。在可替代的示例中，根据一些实施方式的冷却方案也可用于冷却用于二维(2D)打印的打印头，其中打印头可以用于在平坦打印介质(如纸基底或其它类型的基底)上打印文本或图像。
在3D打印系统中，通过将构建材料沉积为连续层直至形成最终的3D物体，可以将构建材料(或多个不同的构建材料)用于形成三维物体。构建材料可包括以微细颗粒或团粒形式的颗粒组成的粉末状构建材料。粉末状构造材料可包括金属颗粒、塑料颗粒、聚合物颗粒或其它材料的颗粒。
随着构造材料的层形成在构建平台的表面上，打印头可用于将制剂输送到构建材料的连续层。制剂可以是液体制剂或不同物质。在一些示例中，制剂可被输送到粉末状构建材料的层的部分，用以熔合或协助熔合构建材料的层的所述部分，以限定构建材料的层的所述部分的边缘或形状，和/或用于其它目的。
在2D打印系统中，打印头可以用于输送墨或其它打印液体以在打印介质上打印文本或图像。这打印介质可以设置在打印系统的支撑平台上。
通常，如本文所使用的术语“打印平台”可以是指3D打印系统的构建平台，或者指2D打印系统的支撑平台。
“打印头”可以指代打印系统中用以向目标输送制剂(诸如液体制剂)的部件或部件的组合件。在打印操作期间，打印头的温度可能明显上升。对打印头的加热可以通过打印头中包括的加热元件(诸如电阻器的形式)引起，该加热元件用于在液体制剂从打印头的喷嘴发射之前加热液体制剂。
另外，在3D打印系统中，设置在打印系统的构造平台上的构建材料的层可以被加热到相对高的温度。结果，在其中设置构造平台的打印室会变得非常热，并且结果，打印头也可以因热的打印室或其它元件而经受加热。对于一些构建材料，构建平台可以达到约165℃的温度，使得打印室可以达到高达约100℃的温度，并且具有竖直的温度分层(其中打印室的下部可以具有比打印室的高部低的温度)。虽然给出了具体示例的温度值，但应当注意，在其它示例中，打印室可以达到其它温度。
打印头可以包括各种电子元件，如控制打印头中的加热和制剂从打印头的喷嘴发射的集成电路器件。如果打印头的温度上升过高，则这些电子元件可能被损坏。
根据本公开的一些实施方式，在打印系统中提供主动冷却子系统以提供冷却气流来冷却打印头。在随后的讨论中，提到“打印头”可以是指打印系统中的单个打印头或多个打印头。“气流”可以指气体(例如空气或另一类型气体(例如，惰性气体))的流。
主动冷却子系统被附接到打印系统的载架，或者是打印系统的载架的一部分。主动冷却子系统包括气流发生器和管状导管，管状导管用以将气流发生器产生的冷却气流输送到打印头。管状导管可以包括能够将冷却气流直接传送到打印头的主体的一个管或多个管。密封件可以围绕打印头设置以防止气流流经载架，以不干扰在打印系统的打印平台上的目标(例如，粉末状构建材料的层)。
图1是根据一些示例的示例打印系统100，其包括承载打印头104的载架102。“载架”可以指用于承载部件的结构，这些部件包括打印头104以及诸如用以产生热的加热灯组件的其它部件、感测相应的参数的传感器等等。打印系统100可以是2D打印系统或3D打印系统。
打印系统100还包括打印平台106。载架102和打印平台104能够相对于彼此移动。在一些示例中，打印平台106是固定的，而载架102可沿着轴线108移动。在其它示例中，载架102可以是固定的，而打印平台106沿轴线108相对于打印头102移动。在另外示例中，载架102以及打印平台106可沿轴线108移动。注意到，还可能的是载架102和打印平台104能够相对于彼此沿多个不同轴线移动。载架102和打印平台164的相对运动可以通过马达(或多个马达，未示出)驱动。
载架102和打印平台104的相对运动可以使打印头104处于不同位置。在打印头104在打印平台106上方时，打印头104处于活动区域110。在打印头104在活动区域110上方时，打印头104可被激活以朝向打印平台106的上表面上的目标112输送制剂。
在一些示例中，如果打印平台106是3D打印系统的构建平台，则目标112可以是粉末状构建材料的层，打印头104能够将制剂输送到该层上。在其它示例中，如果打印平台106是2D打印系统的支撑平台，则目标112是打印介质，打印头104能够将墨输送到打印介质上。
在随后的讨论中，参考了载架102相对于打印平台106的移动。但是要注意，根据一些实施方式，该技术或机制可以应用于其中载架102固定而打印平台106可移动的其它布置，或者应用于其中载架102以及打印平台106可移动的布置。
在其中该打印头104可在打印平台106上被前后移动多次(如处理形成在打印平台106上的构建材料的连续层)的打印操作中，打印头104可以由于打印头104中的加热元件的激活而被加热，该加热元件用于在制剂从打印头104(诸如从打印头104的喷嘴)喷射之前加热制剂。另外，在3D打印系统中，还加热构建材料(112)的层，这使得打印平台106上方的活动区域110被加热，而引起打印头104的加热。
打印头104可以包括可以控制制剂的加热及制剂通过打印头104的喷嘴的输送的电子元件(例如集成电路装置或其它电子元件)。如果打印头104的温度上升到高于温度阈值，则打印头104的这些电子元件可能损坏。
为了冷却打印头104，可以提供包括气流发生器116和管状导管118的主动冷却子系统14。主动冷却子系统114可以由载架102与打印头104一起承载。由此，主动冷却子系统114附接到载架102，或者可以被认为是在载架102的一部分。
气流发生器116可以包括一个风扇或多个风扇。气流发生器116能够产生的冷却气流可以被传送通过管状导管118，以使冷却气流被引导到打印头104的主体，诸如打印头104的表面(或多个表面)。用于形成管状导管118的管(或多个管)可以包括被外壳体包围的内孔。冷却气流可以穿过管的内孔。管可以具有圆形横截面、矩形横截面或不同形状的横截面。在不同的示例中，气流发生器可以到压缩空气系统或其它机构的连接，以提供足够的流量和压力。
由打印头104加热的冷却气流通过排气开口120远离活动区110被输出为加热的排气气流，以不干扰打印平台106上的目标112。
在活动打印操作期间，打印头104可以由主动冷却子系统114冷却，因为冷却气流和被加热的排气气流不干扰目标112，并且不会影响打印头104发射的制剂的轨迹。以这种方式，打印头104可保持低于目标温度阈值的温度，而高于该目标温度阈值，则会发生打印头104的损坏。更具体地，打印头104的温度可保持在规定范围内，从而不会发生打印头104的损坏，并且打印头104可以根据目标规范操作。
图2是根据一些示例的主动冷却子系统114(图1)的透视图，在根据图2的示例中，其可用于将冷却气流输送到多个打印头104-1、104-2和104-3。虽然图2中示出了三个打印头104-1、104-2和104-3，但应该注意，在其它示例中，主动冷却子系统114可以冷却不同数目(一个或多于两个)的打印头。
如在图2中看到的，管状导管118可以由附接在一起的多个离散管段形成。在其它示例中，管状导管118可使用单个一体管形成。图2还示出了主动冷却子系统114的附接机构202，其中附接机构202用于将主动冷却子系统14附接至载架102的支撑结构203。在根据图2的示例中，附接机构202包括具有通孔的凸缘构件，以允许相应的螺钉穿过而将主动冷却子系统连接114附接到载架102的支撑结构203。在其它示例中，附接机构202可以包括用于将主动冷却子系统114附接到支撑结构203的不同类型的附件。
管状导管118的相应的端部119-1和119-2布置为邻近相应的打印头104-1和104-2。更具体地说，在一些示例中，端部119-1和119-2可以接触相应的打印头104-1和104-2的主体，使得通过管状导管118输送的冷却气流可以以不同方式来提供(不同于冷却气流不穿过管状导管118而是将冷却气流吹送至打印头)到打印头104-1和104-2。管状导管118的一部分也可以被布置成邻近打印头104-3，以将冷却气流输送至打印头104-3。
如图2中进一步示出的，载架102的打印头安装结构206-1、206-2和206-3用于将相应的打印头104-1、104-2和104-3安装在载架102中。打印头安装结构206-1、206-2和206-3可以限定用接收相应的打印头104-1和104-2的相应的容器。另外支撑结构208-1和208-3可以分别附接到打印头的安装结构206-1和206-3。用于打印头安装结构208-2的所述另外支撑结构在图2的视图中不可见。
此外，载架102还包括导管安装结构(未示出)，其用于安装管状导管118的一部分。管状导管118可使用紧固件(诸如螺钉或任何其它类型附接元件)附接至导管安装结构。
图3示出了图2所示的组件的一部分沿截面线3-3的横截面图。打印头104-1在图3中安装到载架102的安装结构206-1。图3中还示出主动冷却子系统114的管状导管118的端部。在图3的视图中，管状导管118的端部件已被削去，以允许在图3的视图中能够看到管状导管118的内孔304。在实际的实现方式中，管状导管118的端部件可以接触打印头104-1的侧表面308，如图2所示。冷却气流306流过管状导管118的内孔304，并冲击打印头104-1的侧表面308。由主动冷却子系统114执行的冷却不干扰打印头的喷嘴，因此可以在打印操作期间使用。
在替代示例中，管状导管118可以用于将冷却气流输送到打印头104-1的多个表面，而不是只输送到打印头104-1的侧表面308。打印头104-1加热冷却气流306产生的加热的排气气流通过通道312，通道312被限定在打印头104-1的侧表面308和壁314之间，壁314是载架102的安装结构206-1的一部分。加热的排气气流310流过通道312流到返回室316，返回室316被限制在打印头104-1的侧表面308和安装结构206-1的托架320之间。加热的排气气流310继续穿过返回室316、穿过限定在壁314和托架320之间的排气开口120。
加热的排气气流310继续穿过排气开口120，以使加热的排气气流310被大致向上定向、远离活动区域110，该活动区域110沿图3所示的取向位于打印头104-1下方。此外，如图3中所示，密封件322设置在打印头104-1的外表面和载架102的安装结构206-1之间。密封件322可以是例如O形环密封件或橡胶或发泡膜，并且围绕打印头104-1的外表面设置。密封件322可以由可压缩材料形成，例如弹性体或其它柔性材料，以提供空气密封，阻止加热的排气气流310通过打印头104-1的外表面与安装结构206-1之间的通道泄漏并经过载架泄漏到活动区域110。密封件322的存在防止加热的气流流向打印头104-1下方或载架102的下方的位置(图1)。如果密封件322不存在，则泄漏的加热的排气气流可能以相对高的速率排出到打印头104-1下方或载架下方的活动区域110(图1)，这可能引起对打印平台106上的目标112(例如粉末状构建材料112的层)的干扰。通过使用图3所示的布置，冷却气流306能够经过打印头104-1的表面以冷却打印头104-1，并且加热的排气气流310能够被引导远离活动区域110，使得气流不干扰目标112。
气流以高的速率到达3D打印系统中的活动区域110会干扰粉末状构建材料层，使得粉末状构建材料的颗粒因气流而分散。粉末状构建材料的分散的颗粒可被朝向打印系统的载架(未示出)的打印头和其它部件吹送，其中这些其它部件可以包括加热灯组件、传感器等等。分散的粉末会通过打印头的喷嘴聚集而引起堵塞，或者可能涂覆其它部件的表面而降低这些其它部件的性能，或者可能在打印的部件中产生缺陷。而且，粉末状构建材料的与热的表面(例如加热灯组件的热表面)接触的粉末能够使粉末点燃，这会损坏打印系统100或对人造成安全危害。
图4是根据一些示例的用于打印系统的载架102的简化图。载架102包括打印头104、管状导管118和返回室316。管状导管118将冷却气流传送至打印头104的侧表面308。打印头104加热冷却气流产生的加热的排气气流被接收在返回室316中，以允许加热的排气气流在大体远离活动区域110(图1)的方向上退出返回室316。
如在图4中进一步示出的，密封件322围绕打印头104的其它表面设置在打印头和载架102的安装结构之间，以防止冲击打印头104的气流泄漏到活动区域110。
图5是载架102的一部分的前视图，其包括管状导管118和由载架102的安装结构302中承载的打印头104-1。图5示出了加热的排气气流310已经通过图3所示的返回室316的排气开口120退出。
载架102具有上盖502，其中盖502具有出口504，以允许加热的排气气流310从载架102的出口504逸出(沿路径506)。出口504可以是盖502中的开口的形式，其中开口可以作为烟囱，以允许加热的气流310从载架102朝向载架502外部的空间逸出。
图6是根据进一步示例的打印系统的一部分的框图。该打印系统包括控制器602，其可以实现为微处理器、多核微处理器的核、微控制器、可编程集成电路器件、可编程门阵列，或者其它的硬件处理电路。在一些示例中，控制器502也可以包括能够在硬件处理电路上执行的机器可读指令。
控制器602可用于基于在作为打印头104的一部分的温度传感器604接收的温度测量值对气流发生器116进行反馈控制。温度传感器604测量打印头104的温度，并将所测量的温度提供给控制器602。基于接收到的测量的温度，控制器602可以对气流发生器116提供控制信号，以调节气流发生器116。例如，控制器602可以响应于温度测量值而激活或停用气流发生器116。此外，控制器602可以控制气流发生器116产生的冷却气流的速率。例如，控制器602可以控制气流发生器116的风扇的转速。响应于来自温度传感器604的测量的温度处于较高水平，控制器602可以指示气流发生器116提高其速度，以产生更高的速率的冷却气流。在另一方面，如果来自温度传感器604的测量的温度指示打印头104的温度处于较低水平，则控制器602可指示气流发生器116降低其速度，以降低冷却气流的速率。此外，如果来自温度传感器604的测量的温度足够低(例如，比规定阈值低)，则控制器602能够指示气流发生器116关闭。
由于能够减小气流发生器116的速度或甚至停用气流发生器116，气流发生器116的速度可被保持得尽可能低，以降低噪音并降低功耗。另外，气流发生器116的反馈控制允许将打印头104的温度维持在规定的温度范围内。该温度范围内可以确保在打印头104不会过热，因此不会发生对打印头104的电子部件的损坏。此外，温度范围可以维持为使得制剂的微滴的大小可以保持成目标大小。
图7是根据一些实施方式的形成用于打印系统的载架的过程的流程图。该过程包括将打印头安装(在702)到载架的安装结构。该过程还包括将主动冷却子系统附接(在704)到载架，主动冷却子系统包括气流发生器和连接到气流发生器的管状导管。该过程进一步包括将主动冷却子系统布置(在706)为邻近打印头，以将气流发生器产生的冷却气流提供给打印头。
能够在图6的控制器602上执行的机器可读指令可以存储在非瞬态计算机可读或机器可读存储介质中。存储介质可以包括一个或多个不同形式的存储器，包括半导体存储器设备，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)和闪速存储器；磁盘，诸如固定盘、软盘和可移动盘；其它磁介质，包括磁带；光介质，诸如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)；或其它类型的存储设备。需要注意，以上讨论的指令可以提供在计算机可读或机器可读存储介质上，或者可替换地，可以提供在分布于可能具有多个节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质。这样的计算机可读或机器可读存储介质或媒介认为是物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的单个部件或多个部件。该存储介质或媒介可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于从其可以通过网络下载机器可读指令以执行的远程站点处。
在前面的描述中，阐述了许多细节以提供对本文所公开主题的理解。然而，实现的实践可以没有这些细节中的一些细节。其它实施方式可以包括相对上面讨论的细节的修改和变化。意图是，所附权利要求书覆盖这样的修改和变型。

Claims (15)

1.一种用于打印系统的载架，所述载架包括：
打印头；
导管，所述导管用于将冷却气流传送到所述打印头；
返回室，所述返回室用于接收由所述打印头加热所述冷却气流产生的加热的排出气流；和
密封件，所述密封件位于所述打印头和所述返回室之间，以防止加热的气流流到所述打印头下方的位置。
2.根据权利要求1所述的载架，其中所述导管包括管。
3.根据权利要求1所述的载架，其中所述导管和所述返回室被提供在所述载架的内部空间内。
4.根据权利要求1所述的载架，进一步包括另一打印头，其中所述导管将所述冷却气流进一步传送到所述另一打印头。
5.根据权利要求1所述的载架，其中所述返回腔室具有排出开口，所述排出开口用以引导所述加热的排气气流远离所述打印系统的打印平台，以避免干扰所述打印平台上的目标。
6.根据权利要求5所述的载架，进一步包括盖，所述盖包括开口，其中所述加热的排气气流朝向所述盖上升，以通过所述开口离开。
7.根据权利要求1所述的载架，进一步包括连接到所述导管的气流发生器。
8.根据权利要求7所述的载架，进一步包括温度传感器，所述温度传感器用于将温度测量值通信到所述打印系统的控制器，以引起对所述气流发生器的反馈控制。
9.一种打印系统，包括：
载架，所述载架能相对于所述打印系统的打印平台移动；
由所述载架承载的打印头，所述打印头用于将制剂输送到所述打印平台上的目标；和
主动冷却子系统，所述主动冷却子系统附接到所述载架，并且包括：
气流发生器；
管状导管，所述管状导管连接到所述气流发生器并且与所述打印头接触，所述管状导管将由所述气流发生器产生的冷却气流输送到所述打印头；和
排气开口，加热的排气气流通过所述排气开口流动远离所述打印平台。
10.根据权利要求9所述的打印系统，进一步包括由所述载架承载的另一打印头，并且其中所述管状导管与所述另一打印头接触以将冷却气流输送到所述另一打印头。
11.根据权利要求9所述的打印系统，进一步包括在所述载架的安装结构和所述打印头之间的密封件，以阻止所述加热的排气气流经过所述载架流向所述打印平台。
12.根据权利要求11所述的打印系统，其中所述管状导管将冷却气流传送到所述打印头的侧表面，所述载架进一步包括通道，所述通道用以将所述加热的排气气流输送到包括所述排气开口的返回室。
13.根据权利要求12所述的打印系统，其中所述载架包括盖，所述盖包括开口，并且其中所述加热的排气气流在所述载架的内部空间中上升，以通过所述盖的所述开口排出。
14.根据权利要求9所述的打印系统，其中所述打印头包括温度传感器，所述打印系统进一步包括控制器，所述控制器用以响应于来自所述温度传感器的温度测量值来调节所述气流发生器。
15.一种形成用于打印系统的载架的方法，包括：
将打印头安装到所述载架的安装结构；
将主动冷却子系统附接到所述载架，所述主动冷却子系统包括气流发生器和连接到所述气流发生器的管状导管；以及
将所述主动冷却子系统布置为邻近所述打印头，以将由所述气流发生器产生的冷却气流通过所述管状导管提供到所述打印头。
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