CN109940885A - 用于3d打印机的印刷室 - Google Patents

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吉列尔莫·埃尔奈斯洛佩斯
亚历杭德罗·皮科博拉尼奥
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Abstract

本发明涉及一种用于3D打印机(6)的印刷室(1)，所述印刷室被适配成用于接纳高性能塑料丝(19)、并且包括打印头(7)和打印床(8)，其中，所述印刷室(1)包括用于界定打印空间(20)的隔热板(2)和附接至所述板(2)的聚酰亚胺薄膜(3)。所述板(2)被确定尺寸成具有与有待打印的所述工件(5)的主要表面相等或比其更大的表面(2a)，并且所述薄膜(3)被确定尺寸成围绕所述打印床(8)。所述板(2)提供有第一通孔(15)，以用于允许所述打印头(7)的至少一部分通过，使得所述板(2)通过所述打印头(7)的移动而移动，并且所述薄膜(3)被所述移动拖动，从而提供柔性的印刷室(1)。

Description

用于3D打印机的印刷室
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造的印刷室，并且更具体地是用于高性能塑料的根据熔丝制造工艺3D打印的印刷室。
本发明的目的是提供一种印刷室，该印刷室能够为高性能塑料的3D打印提供简单的并且成本有效的解决方案。
本发明的另一个目的是提供一种用于高性能塑料的3D打印的印刷室，该印刷室能够为这种塑料提供熔融和冷却条件，以便避免在打印出的工件中出现残余强度。
本发明的另一个目的是提供一种用于高性能塑料的3D打印的印刷室，该印刷室能够有效地保护3D打印机的机械和电子部件免受在腔室内所达到的高温的影响。
背景技术
3D打印是已知的技术，用于使得设计能够更加自由并且用于减少产品开发周期，从而允许快速原型制作、单件生产、和大规模定制。
若干材料可以用于3D打印。在这些材料中，高性能塑料与其他标准或工程塑料相比满足更高的需求，这是由于它们更好的机械性能、更高的化学稳定性和/或更高的热稳定性。出于这些原因，高性能塑料越来越多的用于航空和汽车工业的许多要求高的应用中，在这些应用中材料的可靠性和性能是极其重要的。
用于熔丝制造3D打印的这些高性能塑料的使用需要在3D打印机的打印或印刷室中到达较高的温度。应当以最高达400℃的温度3D打印高性能塑料，相比之下，对于其他标准或工程塑料所需要的温度大约是180℃。这些更高的温度允许材料到达熔融条件，并且确保材料的适当熔化以及正确的沉积。所沉积的材料必须被可控地冷却，以避免在打印出的工件中出现残余强度，这些残余强度可能在工件中引起翘曲以及机械性能的损失。
控制3D打印机印刷室中的温度变得更加重要，并且在某些情况下，当打印的材料的熔融温度较高时，由于必须提供对产生的工件和打印机自身两者的隔离或保护，这变得至关重要。为此，旨在使用高性能塑料、尤其是如PAEK族(PEEK、PEKK、PAEK)，PEI，PPS，PARA，PA的热塑性材料的3D打印机提供有额外的保护。
至今所提供的用于热保护3D打印机和打印出的工件的解决方案需要保护被布置在印刷室内对高温敏感的所有的电子和机械元件。
专利文件US 2016039147 A1和US 2004104515 A1披露了用于打印3D零件的增材制造系统，这些系统包括可加热腔室，在这些可加热腔室中所有的部件都受保护而免受内部达到的温度的影响。
然而，保护包含在3D打印机的印刷室内的所有电子和机械元件成为了冗长且昂贵的解决方案。
因此期望的是，提供允许3D打印机以成本有效的方式使用高性能塑料、同时提供用于3D打印适当的且期望的条件的技术手段。
发明内容
本发明通过提供一种用于3D打印机的印刷室克服了以上提及的缺点，该印刷室为高性能塑料的3D打印提供简单并且成本有效的解决方案。
本发明涉及一种用于熔丝制造3D打印机的印刷室，所述3D打印机适配成用于接纳高性能塑料丝、并且包括打印头和打印床，所述打印头是可移动的以用于提供被沉积以形成工件的相继的熔丝层，所述打印床用于支撑所述层的沉积。所述印刷室包括用于界定封闭的打印空间的隔热板和附接至所述板的至少一个第一聚酰亚胺薄膜，有待在所述封闭的打印空间中打印高性能塑料工件。因此，本发明提供了封闭的隔热体积，在该闭合的隔热体积中可以达到用于3D打印的高温。
所述板被确定尺寸成具有至少与有待打印的所述工件的主要表面相等或比其更大的表面。这种方式，板足够大以覆盖工件、并且因此为3D打印机提供热保护，其中，该板下方所达到的高温不会从该板向上传递。
所述至少一个第一聚酰亚胺薄膜被确定尺寸成围绕所述打印床以将所述打印床保持在所述打印空间内。因此，为执行3D打印提供了封闭的腔室。
根据本发明，所述板进一步提供有至少一个第一通孔，以用于允许所述打印头的至少一部分通过，使得所述板通过所述打印头的移动而移动，并且所述聚酰亚胺薄膜被所述移动拖动，从而提供柔性的并且可适配的印刷室。
通过隔热板和至少一个第一聚酰亚胺薄膜，本发明提供了简单并且经济的用于3D打印机的印刷室，该打印机旨在使用用于3D打印的高性能塑料。
此外，隔热板允许简单并且有效地保护3D打印机，从而避免了对用于保护3D打印机敏感的机械和电子部件的复杂系统的需求。
另外，本发明允许到达高性能塑料的熔融条件、并且减慢所沉积的材料的冷却。以此方式，印刷室使得避免了在打印的工件中出现残余强度，该残余强度是在打印出的工件中引起翘曲和机械性能的损失的原因。
附图说明
为了更好的理解本发明，出于展示性且非限制性目的提供以下附图，其中：
图1示出了适配成用于使用高性能塑料来3D打印的现有技术熔丝制造3D打印机的示意性透视图。
图2根据本发明优选的实施例示出了用于图1中示出的3D打印机的印刷室的示意性透视图。
图3示出了图2中示出的印刷室的详细视图，其中，板附接至第一聚酰亚胺薄膜以界定打印空间。
图4示出了根据本发明另一个优选的实施例的、安排在打印头的散热器与加热块之间的板的详细视图。
图5示出了图4中示出的打印头和板的详细视图，其中热断器(heat break)与散热器解除联接。
图6示出了根据本发明另一个优选的实施例的板的详细视图。
图7示出了根据本发明另一个优选的实施例的印刷室的透视图，该印刷室包括板、以及第一和第二聚酰亚胺薄膜的以界定打印空间。
具体实施方式
图1示出了现有技术的熔丝制造3D打印机6。如所示出的，3D打印机6被适配成用于接纳高性能塑料丝19，以加热该高性能塑料丝并且获得用于形成工件5的高性能塑料熔丝。3D打印机6包括打印头7和打印床8。打印头7可沿纵向和横向导轨21移动，以用于提供用于形成工件5所需要的熔丝的相继层。打印床8所包括的表面能够支撑为形成工件5而进行这种层沉积。
图2和图3分别示出了用于图1中示出的3D打印机6的印刷室1的透视图和详细视图。根据本发明，印刷室1包括用于界定封闭的打印空间20的隔热板2和附接至板2的第一聚酰亚胺薄膜3，有待在该封闭的空间中打印高性能塑料工件5。
如图3所示，第一聚酰亚胺薄膜3优选地通过聚酰亚胺胶粘带18、并且优选地通过卡普顿(Kapton)胶粘带附接至板2。
根据本发明，板2被确定尺寸成具有与有待打印的工件5的主要表面相等或比其更大的表面2a，并且至少一个第一聚酰亚胺薄膜3被确定尺寸成围绕打印床8以将所述打印床8保持在打印空间20内。因此，印刷室6的打印空间20通过板2和第一聚酰亚胺薄膜3界定。
此外，板2进一步提供有至少一个第一通孔15，以用于允许打印头7的至少的一部分通过。这种方式，板2被配置成用于接纳打印头7的一部分并且被附接至所述打印头7。附接至打印头7的板2可以随着打印头7的移动而移动，并且聚酰亚胺薄膜3可以被所述移动拖动。这种方式，本发明提供一种灵活的并且可适配的印刷室1。
如图4所示、并且根据优选的实施例，3D打印机6的打印头7可以包括适配成用于接纳高性能塑料丝19的热断器9、围绕热断器9的用于冷却热断器9的散热器10、以及附接至热断器9并且适配成用于加热高性能塑料丝19以便获得高性能塑料熔丝的加热块11，其中，板2的第一通孔15被确定尺寸成允许热断器9通过，使得板2被安排在散热器10与加热块11之间。通过这种构型，板2被固定至打印头7，其方式为使得为3D打印机6的热敏感部件提供了隔热。因此，板2产生了热接口，在该热接口中，板2的下方限定为热区，并且板2的上方限定为冷区。本发明因此为3D打印机提供简单并且有效的保护，从而避免了对用于保护3D打印机的敏感的机械和电子部件的复杂系统的需求。
图5示出了打印头7的详细视图，其中，热断器9与散热器10解除联接。如所示出的，板2优选地被配置成用于不仅允许热断器9穿其而过，还允许温度传感器13和加热器套筒12穿其而过。为此，如图6最佳示出的、根据另一个优选的实施例，板2提供有三个通孔，确定尺寸成允许热断器9通过的第一通孔15、确定尺寸成允许加热器套筒12通过以连接至加热块11的第二通孔16，以及确定尺寸成允许温度传感器13通过从而用于感测打印空间20内部的温度的第三通孔17。温度传感器13被适配成用于感测温度，并且加热器套筒12被适配成用于供给加热块11，该加热块装备有用于喷出高性能塑料熔丝的喷嘴14。
如图7所示、并且根据另一个优选的实施例，3D打印机6的打印床8具有上表面8a和与该上表面相反的下表面8b，有待在该上表面上打印工件5，并且其中，印刷室1进一步包括密封至第一聚酰亚胺薄膜3的第二聚酰亚胺薄膜4，其中，第一聚酰亚胺薄膜3被确定尺寸成至少覆盖打印床8的上表面8a，并且第二聚酰亚胺薄膜4被确定尺寸成至少覆盖打印床8的下表面8b。这两个聚酰亚胺薄膜3、4便于形成并且界定印刷室1。
根据另一个优选的实施例，聚酰亚胺薄膜3、4包括至少一个卡普顿层3a、4a。此卡普顿层通过承受使用用于3D打印的高性能塑料丝所需要的高温(大约130℃)来提供所需要的隔离。进一步，卡普顿层由于其半透明性而允许看见工件的形成。
根据另一个优选的实施例，聚酰亚胺薄膜3、4进一步包括玻璃纤维层3b、4b，卡普顿层3a、4a朝向打印空间20的外侧布置、并且玻璃纤维层3b、4b朝向打印空间20的内侧布置。通过具有卡普顿层和玻璃纤维层而减少热量散失。因此，打印出的工件在沉积在打印床中时经受由其冷却引起的较小的残余应力。这减小了打印出的工件的变形，从而导致获得具有更加规则几何形状的工件。
由于聚酰亚胺薄膜3、4没有固定至打印床8的边缘，所以本发明提供一种柔性的腔室1，该腔室允许3D打印机7在三个笛卡尔方向上执行其移动。当打印头7被定位在打印床8的边界的旁边时，薄膜3、4中可以发生一些小的褶皱。然而，这些褶皱不会与打印出的零件5冲突。此外，可以用一些张力装置来避免出现褶皱并且保持这至少一个第一聚酰亚胺薄膜3，4与打印床8分离。

Claims (10)

1.-一种用于3D打印机(6)的印刷室(1)，所述3D打印机(6)适配成用于接纳高性能塑料丝(19)、并且包括打印头(7)和打印床(8)，所述打印头是可移动的以用于提供被沉积以形成工件(5)的相继的熔丝层，所述打印床用于支撑所述层的沉积，
其特征在于，所述印刷室(1)包括用于界定封闭的打印空间(20)的隔热板(2)和附接至所述板(2)的至少一个第一聚酰亚胺薄膜(3)，有待在所述封闭的打印空间中打印高性能塑料工件(5)，
-其中，所述板(2)被确定尺寸成具有至少与有待打印的所述工件(5)的主要表面相等或比其更大的表面(2a)，
-其中，所述至少一个第一聚酰亚胺薄膜(3)被确定尺寸成围绕所述打印床(8)以将所述打印床(8)保持在所述打印空间(20)内，
-并且其中，所述板(2)进一步提供有至少一个第一通孔(15)，以用于允许所述打印头(7)的至少一部分通过，使得所述板(2)通过所述打印头(7)的移动而移动，并且所述聚酰亚胺薄膜(3)被所述移动拖动，从而提供柔性的并且可适配的印刷室(1)。
2.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述3D打印机(6)的可移动的打印头(7)包括适配成用于接纳高性能塑料丝(19)的热断器(9)、围绕所述热断器(9)的用于冷却所述热断器(9)的散热器(10)、以及附接至所述热断器(9)并且适配成用于加热所述高性能塑料丝(19)以便获得高性能塑料熔丝的加热块(11)，其中，所述板(2)的第一通孔(15)被确定尺寸成允许所述热断器(9)通过，使得所述板(2)能够被安排在所述散热器(10)与所述加热块(11)之间。
3.-根据权利要求2所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述3D打印机(6)进一步包括用于供给所述加热块(11)加热器套筒(12)，并且其中，所述板(2)包括第二通孔(16)，所述第二通孔被确定尺寸成允许所述加热器套筒(12)通过，以用于所述加热套筒与所述加热块(11)连接。
4.-根据权利要求2至3中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述3D打印机(6)进一步包括适配成用于感测温度的温度传感器(13)，并且其中，所述板(2)包括第三通孔(17)，所述第三通孔被确定尺寸成允许所述温度传感器(13)通过，以用于感测所述打印空间(20)内部的温度。
5.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述3D打印机(6)的打印床(8)具有上表面(8a)和与所述上表面相反的下表面(8b)，有待在所述上表面上打印所述工件(5)，并且其中，所述印刷室(1)进一步包括密封至所述第一聚酰亚胺薄膜(3)的第二聚酰亚胺薄膜(4)，其中，所述第一聚酰亚胺薄膜(3)被确定尺寸成至少覆盖所述打印床(8)的上表面(8a)，并且所述第二聚酰亚胺薄膜(4)被确定尺寸成至少覆盖所述打印床(8)的下表面(8b)。
6.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述聚酰亚胺薄膜(3，4)包括至少一个卡普顿层(3a，4a)。
7.-根据权利要求6所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述聚酰亚胺薄膜(3，4)进一步包括玻璃纤维层(3b，4b)，所述卡普顿层(3a，4a)朝向所述打印空间(20)的外侧布置，并且所述玻璃纤维层(3b，4b)朝向所述打印空间(20)的内侧布置。
8.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述板(2)是由玻璃纤维或陶瓷制成的。
9.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，所述板(2)和所述至少一个第一聚酰亚胺薄膜(3)通过聚酰亚胺胶粘带(18)附接。
10.-根据前述权利要求中任一项所述的用于3D打印机(6)的印刷室(1)，其中，进一步包括张力装置，所述张力装置用于保持所述至少一个第一聚酰亚胺薄膜(3，4)与所述打印床(8)分离。
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