CN111448049A - 积层制造中的原料液化器替换技术 - Google Patents

Abstract

一种列印头总成包括：连接装置，用于连接AM系统的定位系统；原料液化单元，其包括用于将液化AM原料沉积在建造板及欲产生物体中的至少一者上的喷嘴。所述原料液化单元具有供给孔及由所述供给孔至所述喷嘴的供给通道。所述列印头总成还包括附接在所述列印头总成上的热交换装置，其中所述热交换装置组配且配置成与所述原料液化单元建立可分离夹持连接以便将所述原料液化单元收纳在所述列印头总成中。所述热交换装置可致动，以使所述热交换装置进入开启状态及使所述热交换装置进入关闭状态。一种用于积层制造的系统包括：建造板；定位系统，其与所述列印头总成及所述建造板中的至少一者连结；原料液化单元储存部；及控制器，用于控制所述定位系统以便替换所述原料液化单元。

Description

积层制造中的原料液化器替换技术

技术领域

本发明为有关于用于积层制造的系统。更详而言之，本发明为有关于在用于积层制造系统中的原料液化单元的替换技术。

背景技术

在三维模制时，借由以控制方式成层模制材料形成多数物体以便可产生所需三维形状物体。这种形成物体的方式亦可称为积层制造。三维模制经常使用三维模制列印机。该列印机具有可三维地移动的列印头，且当该列印头移动通过该模制材料的先前沉积轨迹时，该列印头分配该模制材料。

该欲列印物体可放在建造板上。该列印头可在三维空间中相对被模制或列印的物体移动。在某些情形中，该物体可一或多维地相对该列印头移动。使模制该物体的建造板及列印头相对地移动有多种选项。

该列印头的动作由控制系统来控制，该控制系统控制附接在该列印头上的可三维地控制的定位系统。借由软体可产生轨迹的图案，该图案为用于移动该列印头及用于沉积该等轨迹。

该物体在建造板上且在相对该可移动列印头的参考位置产生。该模制材料可与先前形成的轨迹熔合。该三维模制材料可用例如长纤维、颗粒、杆、液体、树脂或悬浮液的形态供给至该列印头中。

亦被称为原料的模制材料由该列印头分配通过原料液化单元且用形成轨迹层的多数轨迹的形态沉积在该建造板上，或当已沉积前一层该欲产生物体时，沉积在可固化的先前沉积轨迹上。该模制材料可热或化学地或以其他方式与该等先前沉积轨迹熔合。该模制材料可由该列印头分配且沉积在该等先前沉积轨迹上并硬化而在该沉积后固化。

该建造板及物体相对该列印头沿着轨迹的移动及由该列印头同时沉积模制材料容许该熔合沉积模制物体与各沉积轨迹一起成长且逐渐获得其所需形状。

该列印头的供料通道内的模制材料会在列印时劣化。这可能是由于例如该模制材料内的不纯物，或灰尘或其他颗粒由该三维列印机所在的环境或其他来源进入的缘故。对在沉积前被列印头的原料液化单元熔化以便让它可列印的可熔材料而言，有若该材料保持在靠近熔点的高温太久则会分解或崩解的风险。

这会形成崩解的模制材料的固体颗粒。在沉积例如可硬化树脂时，该模制材料内的污染物及/或该进料通道内的死点最后亦会形成固体颗粒。这种情形特别会发生在经常在该列印头内保持在最高温度的原料液化单元中。靠近该进料通道壁处，特别是靠近该原料液化单元处，该模制材料流速最低。因此，在这区域中经常发生不必要的固化及崩解。

当沉积该模制材料时，在该原料液化单元的进料通道或喷嘴中的碎屑或固体颗粒会堵塞且可在该原料液化单元内产生材料的回流，造成该原料液化单元的阻塞。

或者，该原料液化单元的喷嘴孔会磨损及扩大，产生较大宽度的列印轨迹及较不准确的部件尺寸。此外，由该喷嘴挤出的材料的压力较高，可能造成被沉积在前一层上的层的过挤压。这会在该物体与该列印头之间产生过大力量且由于该模制材料的溢流而产生该产生物体的一粗糙表面。该模制材料的溢流会进一步在该列印头的喷嘴尖端外侧产生碎屑或残留物，且该碎屑或残留物会脱离该喷嘴尖端并与被列印的物体熔合而造成该物体的可能损失。

此外，当列印物体时，会使用不同颜色或不同材料。另外，不同原料沉积模制方法会依据随后的要求使用包括例如不同喷嘴尺寸或不同原料供给管应用不同材料。

因此，需要依据对维修、材料选择、原料沉积方法等原料沉积模制要求来更换该原料液化单元。

在现有技术中，原料液化单元与该热交换装置整合在一起以便在该热交换装置的加热元件间提供热热交换。在该原料液化单元内必须防止热点。为更换该原料液化单元，必须更换包括热交换装置及原料液化单元的整个列印头。因为该热交换装置通常由电驱动，所以需要特殊电气连接来连接该更换列印头的热交换装置。

或者，该原料液化单元的喷嘴或喷嘴尖端可更换。在现有技术中，这需要手动介入，例如由该列印头螺旋卸下欲更换的现有原料液化单元，并将替换原料液化单元或喷嘴或喷嘴尖端螺旋进入该列印头。但是，这步骤使该3D模制程序中断，其中该列印头必定会被冷却。该中断及后来的冷却会导致进行中的模制工作中断及后来的资源及时间损失。

更换或备用的列印头可储存在列印头保持器中。因为列印头体积庞大，所以需要非常大尺寸及比较昂贵的保持器或匣来储存该等列印头。

发明内容

因此本发明的目的是提供克服上述问题及缺点的原料液化单元替换技术。

该目的是由如本申请案的方案一的一种用于积层制造(AM)的系统的列印头总成达成。该列印头总成包括用于连接该列印头总成及AM系统的定位系统的连接装置。该列印头总成还包括该列印头总成还包括附接在该列印头总成上的热交换装置，其中该热交换装置组配且配置成，与组配成使AM原料液化的原料液化单元建立可分离夹持连接，以便将该原料液化单元收纳在该列印头总成中，其中该热交换装置可致动，以使该热交换装置进入开启状态以容许移除该原料液化单元及获取替换原料液化单元中的至少一者，及使该热交换装置进入关闭状态以固持该原料液化单元。

用于液化AM原料的原料液化单元可包括用于将液化AM原料沉积在建造板及欲产生物体中的至少一者上的喷嘴。该原料液化单元具有供给孔及由该供给孔至该喷嘴的供给通道。

该现有原料液化单元可用具有相同或不同原料的另一原料液化单元替换。该替换原料液化单元可更具有如喷嘴直径的不同性质。但是，该外形轮廓及尺寸必须对应该热交换装置的内形状轮廓，其中它可紧密嵌合地放置以确保由该热交换装置至该原料液化单元的适当热传送。

在一实施例中，该热交换装置包括第一热交换段及第二热交换段及支持结构中的至少一者，其中该支持结构与该列印头总成连结。

该第一热交换段及该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可相对移动。该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可致动，以使该热交换装置进入开启状态，以容许移除该原料液化单元及获取该替换原料液化单元中的至少一者。此外，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可致动以使该热交换装置进入关闭状态，以固持该原料液化单元。

应注意的是本发明的上下文中，关闭状态应被视为该热交换装置及该原料液化单元配置成互相夹持接触的状态。此外，开启状态应被视为在该热交换装置与该原料液化单元之间没有夹持接触的状态。在开启状态，该等热交换段可为完全开启及稍微开启中的一者。在后者的情形中，该热交换装置及该原料液化单元配置成在更换该原料液化单元时滑动抵靠接触。

在该开启状态中，该原料液化单元可抽出且被替换原料液化单元替换。在该原料液化单元被该至少一个第一热交换段及该第二热交换段及支持结构中的至少一者固持的该关闭状态中，该原料液化单元可被该热交换装置加热且牢固地固持以便使用该定位系统获得该系统所设计的3D列印效能。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者使用枢转铰链与该列印头总成连结。这容许该至少一个第一热交换段枢转至开启位置。该枢轴可配置在与该定位系统的X、Y平面垂直的方位，因此容许该原料液化单元使用该定位系统借由在该X、Y平面中的移动来替换。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者使用可滑动配置与该列印头总成连结。这容许该原料液化单元用另一种方式释放。

在一实施例中，该列印头总成还包括用于对该至少一个第一热交换段提供参考位置的参考元件。该原料液化单元必须与该列印头总成准确地对齐以容许准确地定位该原料液化单元喷嘴，且因此准确地模制该欲产生物体。

在一实施例中，该热交换装置具有配置成可收纳原料液化单元的凹部，该热交换装置配置成沿着与该凹部的轴向中心线横交的方向，即在与该建造板平行的X、Y平面中及沿着该与该凹部的该轴向中心线平行的方向，即沿着朝向或远离该建造板的方向释放及获取该原料液化单元。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者具有至少一个导热元件。

在一实施例中，该至少一个导热元件具有对应该原料液化单元的外圆周的凹形以便紧密嵌合地收纳原料液化单元。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者具有第一致动装置，且其中该第一致动装置配置成与原料液化单元储存部及AM系统的定位系统的第二致动装置协作。

这容许该热交换装置在结合该第一致动装置及该第二致动装置时呈现该开启状态。该热交换装置在该第一致动装置及该第二致动装置分离时呈现该关闭状态。用于在该开启状态与该关闭状态之间改变该热交换装置所需的致动能量由该原料液化单元储存部及该定位系统中的至少一者提供。

在一实施例中，该列印头总成还包括原料液化单元，其中该原料液化单元包括用于沉积液化AM原料在建造板及欲产生物体中的至少一者上的喷嘴，该原料液化单元具有供给孔及由该供给孔至该喷嘴的供给通道。

这容许该列印头总成在AM系统中操作。

在一实施例中，该原料液化单元包括附接在该喷嘴上的导热管，其中该供给通道收纳在该导热管内，且该供给孔由配置成与该喷嘴相对的该导热管的端部形成。

在一实施例中，该导热管具有至少同心导热段。

这容许在该导热元件与该液化单元之间透过该导热段的最佳热传送。当多数同心导热段与在其间的隔热段组合使用时，可在该液化单元内产生不同温度区域。

该目的进一步在如本申请案的方案十三的一种用于积层制造(AM)的系统中达成。

该用于积层制造的系统包括：建造板，用于定位欲产生物体；及至少一个列印头总成，用于熔化沉积模制。该列印头总成包括用于连接定位系统、热交换装置的连接装置。该系统还包括收纳在该至少列印头总成中用于液化AM原料的原料液化单元。

该原料液化单元包括用于沉积液化AM原料在该建造板及该欲产生物体中的至少一者上的喷嘴。

该系统还包括配置成用于供给该原料至该原料液化单元中的原料供给装置。

该系统还包括与该列印头总成及该建造板中的至少一者连结的定位系统，该定位系统配置成用于相对空间地定位该列印头总成及该建造板。

该系统还包括：原料液化单元储存部，其包括用于收纳至少一个原料液化单元的固持装置；及控制器，其配置成用于控制该定位系统以便将该原料液化单元设置在原料液化单元储存部中，且用于控制该定位系统以便由该原料液化单元储存部获取替换原料液化单元。

该热交换装置组配成且配置成与该原料液化单元建立可分离夹持连接以便收纳该原料液化单元在该列印头总成中。该热交换装置这组态及配置容许该原料液化单元被储存在该原料液化单元储存部内的原料液化单元替换，同时保持该热交换装置于定位。该热交换装置仍与其能源连接以便加热该原料液化单元。该控制单元控制该定位装置以便更换该原料液化单元。

该现有原料液化单元可被具有相同或不同原料的另一原料液化单元替换。该替换原料液化单元可更具有如喷嘴直径的不同性质。但是，该外形轮廓及尺寸必须对应该热交换装置的内形状轮廓，其中它可紧密嵌合地放置以确保由该热交换装置至该原料液化单元的适当热传送。

在一实施例中，该热交换装置包括第一热交换段及第二热交换段及支持结构中的至少一者，其中该支持结构与该列印头总成连结。

该第一热交换段及该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可相对移动。该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可致动以使该热交换装置进入开启状态，以容许移除该原料液化单元及获取该替换原料液化单元中的至少一者。此外，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者可致动以使该热交换装置进入关闭状态，以固持该原料液化单元。

应注意的是本发明的上下文中，关闭状态应被视为该热交换装置及该原料液化单元配置成互相夹持接触的状态。此外，开启状态应被视为在该热交换装置与该原料液化单元之间没有夹持接触的状态。在开启状态，该等热交换段可为完全开启及稍微开启中的一者。在后者的情形中，该热交换装置及该原料液化单元配置成在更换该原料液化单元时滑动抵靠接触。

在该开启状态中，该原料液化单元可抽出且被替换原料液化单元替换。在该原料液化单元被该至少一个第一热交换段及该第二热交换段及支持结构中的至少一者固持的该关闭状态中，该原料液化单元可被该热交换装置加热且牢固地固持以便使用该定位系统获得该系统所设计的3D列印效能。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者使用枢转铰链与该列印头总成连结。这容许该至少一个第一热交换段枢转至开启位置。该枢轴可配置在与该定位系统的X、Y平面垂直的方位，因此容许该原料液化单元使用该定位系统借由在该X、Y平面中的移动来替换。

在一实施例中，该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者使用可滑动配置与该列印头总成连结。这容许该原料液化单元用另一种方式释放。

在一实施例中，该列印头总成还包括用于对该至少一个第一热交换段提供参考位置的参考元件。该原料液化单元必须与该列印头总成准确地对齐以容许准确地定位该原料液化单元喷嘴，且因此准确地模制该欲产生物体。

在一实施例中，该原料液化单元储存部具有第一致动装置，且该第一热交换段、该第二热交换段及该支持结构中的至少一者具有第二致动装置，且其中该第一致动装置配置成与该第二致动装置协作。

这容许该热交换装置在结合该第一致动装置及该第二致动装置时呈现该开启状态。该热交换装置在该第一致动装置及该第二致动装置分离时呈现该关闭状态。用于在该开启状态与该关闭状态之间改变该热交换装置所需的致动能量由该原料液化单元储存部及该定位系统中的至少一者提供。

在一实施例中，该原料液化单元储存部具有用于收纳该原料液化单元的至少一个对接位置。这容许该原料液化单元被扣持在该原料液化单元储存部中。

在一实施例中，配置成控制该定位系统以便将该原料液化单元设置该原料液化单元储存部中的控制器组配成：

控制该定位系统以使该列印头总成移动至未占用对接位置，

使该第二致动装置及该第一致动装置接合以使该热交换装置移动至该开启状态，且

将该原料液化单元放置在该未占用对接位置中。

这容许需要维修的现有原料液化单元由该列印头总成，即由该热交换装置移除。

使用时，该原料液化单元储存部可具有至少一个已占用对接位置，各已占用对接位置组配且配置成可收纳替换原料液化单元。

在一实施例中，配置成控制该定位系统以便由该原料液化单元储存部获取替换原料液化单元的该控制器组配成：

控制该定位系统以使该列印头移动至已占用对接位置，

使该第二致动装置及该第一致动装置接合以使该热交换装置移动至开启状态，且将该替换原料液化单元包封在该已占用对接位置中，

控制该定位系统以使该列印头由该已占用对接位置退出，且

在由该已占用对接位置退出该列印头前，使该第二致动装置及该第一致动装置接合以使该热交换装置移动至该关闭状态。

这容许替换原料液化单元被收集且放置在该热交换装置中。

在一实施例中，该原料液化单元具有供给孔及由该供给孔至该喷嘴的供给通道。

这容许该原料供给装置通过该原料液化单元。因为该原料液化单元可被该热交换装置加热，所以该原料通过该供给通道时可被加热。

在一实施例中，该原料供给装置与该原料液化单元的该供给孔连接。

这对于可透过供给管供给的呈长纤维形式的原料特别有利。该供给管可与该供给孔连接以容许该长纤维通过该供给管至该原料液化单元以便在该原料液化单元内熔化后进行沉积。

在一实施例中，该原料供给装置与该列印头总成连接，且其中该原料供给装置还包括用于可分离地连接该原料供给装置及该原料液化单元的可分离通道。该可分离通路可与该原料液化单元的原料供给孔连接。

这容许当该原料液化单元与该列印头总成连接时，将该原料供给至该原料液化单元供给通道中。当替换该原料液化单元时，该原料供给装置可仍保持于定位。这可应用于将原料供给至该原料液化单元中及将多数原料杆送至该原料液化单元。

在一实施例中，该热交换装置具有配置成可收纳该原料液化单元的凹部，该热交换装置配置成沿着与该凹部的轴向中心线横交的方向，即在与该建造板平行的X、Y平面中及沿着该与该凹部的该轴向中心线平行的方向，即沿着朝向与远离该建造板的方向释放及获取该原料液化单元。

在一实施例中，该原料液化单元包括附接在该喷嘴上的导热管。该供给通道被收纳在该导热管内，且该供给孔由配置成与该喷嘴相对的该导热管的端部形成。这容许热由该热交换装置传送至该供给通道中，且该原料材料可在该供给通道中被加热。

在一实施例中，该导热管具有至少同心导热段，且其中至少该第一热交换段具有至少导热元件，该导热元件具有对应于该至少同心导热段的外圆周的凹形以便紧密嵌合地收纳该原料液化单元。

该原料液化单元的该等导热段可与多数槽交替，且该热交换段的该等导热元件可互相热绝缘。

这容许产生各具有可独立控制温度的多数温度区域，各区域具有在该热交换装置与该原料液化单元间的最佳热传送，借此该等导热段确保热由该等热交换段均一地分配，同时在不同温度区域的该等导热元件中的至少一热交换段、该等导热段与该热交换段间防止热干扰。依此方式，可在这阶段加热该原料液化单元内的原料，同时防止热点。

附图说明

在以下提出的图中进一步说明本发明。

图1显示依据本发明一实施例的一积层制造系统的等角示意图。

图2显示依据本发明一实施例的一热交换装置的等角图。

图3a显示依据本发明一实施例的在一关闭状态的一热交换装置的等角图。

图3b显示依据本发明一实施例的在一开启状态的图3b的热交换装置的等角图。

图3c显示在一开启状态的一热交换装置的另一组态。

图3d显示在一关闭状态的图3c的热交换装置。

图3e至3i显示该热交换装置的另一实施例。

图4显示依据本发明一实施例的一原料液化单元。

图5显示依据本发明一实施例的收纳在一热交换装置中的原料液化单元的横截面图。

图6显示依据本发明一实施例的一原料液化单元储存部。

图7a至7h显示依据本发明一实施例的用于设置及获得一原料液化单元在一原料液化单元储存部中的一程序。

具体实施方式

在如下所述的示范实施例中进一步说明本发明。

在一积层制造系统100的图1的等角示意图中，显示支持一欲产生物体108的一建造板104。显示为一支架的一定位系统101具有一附接的列印头102。该定位系统可预想到各种替代例，该定位系统配置成相对该建造板104及该欲产生物体108提供该列印头102的水平(X-Y)移动及垂直(Z)移动。在其他实施例中，该物体108及/或该建造板104可相对该列印头102移动。在另一替代例中，列印头102及物体108及/或建造板104都可相对移动。

该定位系统101可具有可被一控制系统控制的多数驱动器，该控制系统可配置成用于将该欲产生物体的一电子三维模型转译成用于移动该列印头的指令。

该列印头102可具有由一原料供给源103获得积层制造(AM)原料的一原料液化单元107。该原料液化单元107可分离地放置在一热交换装置106内以容许该原料液化单元107被移除且被一替换原料液化单元替换。在大多数情形中，该热交换装置106配置成将热传送至该原料液化单元107，因此容许该原料液化单元107内的原料熔化。该热交换装置106可更配置成用于至少部份地冷却该原料液化单元107。该热交换装置106可更细分成对应于该热交换段201a、201b的热交换元件204a、204b的多数温度区域，因此容许该原料液化单元107内的原料材料在多数阶段中被加热。为达此目的，该热交换装置106的一或多数区域可配置成用于冷却该原料液化单元107的一对应部分。

原料被一驱动器(未显示于图1中)推入该原料液化单元107。该驱动器可被该控制单元控制以容许一受控制熔融原料流与相对该物体108的列印头移动配合。

由该驱动器施加在该原料上的压力容许该熔融原料透过一出口，即该原料液化单元107的喷嘴沉积在该建造板104及该欲产生物体108中的至少一者上，且它在此被冷却并在此固化。

该原料液化单元107可设置在一原料液化单元储存部105中。一先前储存的替换原料液化单元107可由该原料液化单元储存部105取出。

在图2中显示该热交换装置106的一示范实施例。

该热交换装置106包括两个热交换段201a、201b，该等热交换段201a、201b可使用结合在该等热交换段201a、201b内的电阻电气地加热。在这例子中，该热交换装置106更具有与各热交换段201a、201b连接的导热元件204a、204b。该等导热元件204a、204b的内表面206a、206b弯曲，借此产生一凹部205以容许一原料液化单元107被紧密嵌合地夹持在该等段201a、201b之间。该等导热元件204a、204b互相热绝缘且与连结它们的各热交换段201a、201b热绝缘。依此方式可防止热干扰。

在这例子中，该等热交换段201a、201b透过铰链202枢转地连接。该铰链202可包括一铰链轴，该铰链轴可在一端与一列印头子框架(未图示)连接以便连接该列印头102及该定位系统101。在这实施例中，该铰链202的铰链轴定向成与该凹部205的一轴向中心线平行。但是，在另一示范、非限制实施例中，铰链202的铰链轴可定向成与该凹部205的该轴向中心线横交。后者的组态会参照图3c与3d进一步说明。所属技术领域中具有通常知识者可使用各种替代例来将该热交换装置附接在该列印头102上且最后附接在该定位系统101上。该等热交换段201a、201b可例如独立枢转地安装在该列印头子框架上，且各具有一独立枢轴。该等热交换段201a、201b可更具有各凸轮互锁以获得该等热交换段201a、201b的往复运动的一有齿凸轮。

作为可枢转热交换段201a、201b的一替代例，该热交换段201a、201b可弹性地移动或弹性地安装在该列印头总成上，以使该等段弹性地或弹力地分离以便进接该液化单元。

该等热交换段201a、201b可具有用于供热至该原料液化单元107或由该原料液化单元107散热的一热源及一散热器中的至少一者。该热源可为例如一电阻。该散热器可例如借由冷却可透过一流体通道进入该热控制段的冷却流体源来提供。该冷却流体可为例如冷空气的一冷气体，或一冷液体。该等热交换段201a、201b可更具有一温度感测器，该温度感测器与该控制单元连接以便控制该液化单元107的温度。

该热交换段201a、201b分别地具有接合点203a、203b，借此该等热交换段可操作以使该热交换装置在一开启状态及一关闭状态之间移动以便分别地释放或接收及固持该原料液化单元107。

应注意的是本发明的上下文中，一关闭状态应被视为该热交换装置106及该原料液化单元107配置成互相夹持接触的一状态。此外，一开启状态应被视为在该热交换装置106与该原料液化单元107之间没有夹持接触的一状态。在一开启状态，该等热交换段201a、201b可为完全开启及稍微开启中的一者。在后者的情形中，该热交换装置106及该原料液化单元107配置成在更换该原料液化单元时滑动抵靠接触。

该等接合点203a、203b可被设置在该列印头102的一驱动器致动。在以下所述的示范实施例中，该等接合点203a、203b配合由该定位系统101实行的该列印头102的移动被该原料液化单元储存部105的突起致动，因此不必在该列印头上使用一专用驱动器。

可明白的是可使用各种替代例来分离及关闭该等二热交换段以便释放及获取一原料液化单元。在上述例子中，该等二段201a、201b可移动。亦可使一段固定在该列印头子框架上且使另一热交换段可移动。此外，可想到的是只有一热交换段与一支持结构协作，具有对应一原料液化单元外表面轮廓的一内表面轮廓且与该列印头子框架连接。在后者的情形中，一热交换段或二热交换段及该支持结构可相对移动。另外，该等接合点203a、203b为用于该等热交换段的致动点的例子。可预期用于该等致动点的各种替代例，如缺口、凸块或杠杆或任何其他致动装置。该等致动点可被一专用驱动器驱动。

在图3a中显示具有一夹形状的热交换装置106的横截面，且在一关闭状态时在其固持凹部205中具有一原料液化单元107。在图3a中显示安装有该铰链202的一列印头子框架301。热交换段201a及热交换段201b可透过该铰链202枢转地相对移动。图3a中所示的热交换段201a具有一杠杆304，该杠杆304使用一弹簧303抵靠该列印头子框架301的一参考点302，借此防止该热交换装置106的旋转。这亦容许该热交换段201a相对该子框架301旋转。该参考点302使该等热交换段201a与201b相对该列印头子框架301对齐，借此准确地定位该原料液化单元107。该等热交换段201a、201b可借由弹簧305关闭，借此夹持该原料液化单元107。

在图3b中，该热交换装置106显示在一开启状态且具有由其固持凹部205释出的一原料液化单元。在图3b中，因为该杠杆304移动远离该参考点302，所以该热交换段201a未对齐。这开启状态可用于释放该原料液化单元及设置该原料液化单元在该原料液化单元储存部105中，或用于由该原料液化单元储存部105获得一替换原料液化单元。在这开启状态中弹簧303被压缩，借此容许该热交换装置106在释放该等热交换段201a、201b后返回其初始关闭位置，其中杠杆304抵靠参考点302，如图3a所示。

在上述例子中，当使该等热交换段201a、201b分开时，一液化单元107可释放且沿着与例如该建造板的该列印头的一基底平面平行的一X、Y平面插入该热交换装置106的凹部205中。

或者，该液化单元107可释放且朝与凹部205的一轴向中心线平行的方向，即朝与该建造板104平行的X、Y平面横交的一Z方向插入该热交换装置106的凹部205中。

在图3c中显示在一开启状态的一热交换装置106’的另一组态，其中该等热交换段201a、201b借由铰链202互连以容许朝上述Z方向释放及插入一原料液化单元107。该等热交换段201a、201b具有一弯曲内表面以形成用于收纳该原料液化单元107的该凹部205。

图3d显示在一关闭状态的图3c的热交换装置106’，其中该热交换段201a、201b借由该铰链202作为枢轴相邻地定位。

所属技术领域中具有通常知识者可明白的是可如图3a与3b地提供类似装置来致动该等热交换段201a、201b以使它们进入一开启状态或一关闭状态。

图3e至3i显示该热交换装置106”的另一实施例。依据这实施例，该等热交换段201a、201b或支持结构可互相直移地配置，如图3e至3i所示。该等热交换段201a、201b或支持结构可滑动地安装在该列印头总成子框架上。为了清楚起见，该热交换装置106”的其他部份未显示在图3e至3i中。

该等热交换段201a、201b或支持结构可滑动地配置在该列印头总成子框架中的一或多数槽孔及/或引导件中。该等热交换段201a、201b或支持结构可类似于图3a、3b中的该等热交换段201a、201b或支持结构地致动。

在图3e中，该等热交换段201a、201b固持该原料液化单元107。可设置作为该原料液化单元储存部的一部分的一容器306来收容该原料液化单元107。

在图3f中，使该容器306及该原料液化单元107接触。

在图3g中，该等热交换段201a、201b横向地位移以使该热交换装置106”进入一开启状态，借此释放该原料液化单元107。

在图3h中，使该热交换装置106”及容器分开以便由该热交换装置106”移除该原料液化单元107。

在图3i中，该热交换装置106”准备好收容一替换原料液化单元(未图示)。

在图4中显示该原料液化单元107的一例子。在这例子中，该原料液化单元107包括一导热管402，该导热管402可包括一金属、一导热聚合物组成物及一陶瓷材料中的至少一者。该导热管402内具有一原料供给通道、用于释放熔融原料在该建造板104及欲产生物体108中的至少一者上的一喷嘴401、及借由与该喷嘴401相对的护套405连接该原料供给通道的一原料供给源103。该导热管402可具有多数导热段403。各导热段可由该导热管402的一加厚部份形成。或者，各导热段403包括如一高导热金属的高导热材料的一同心环。

该等导热段403的连接表面可与热交换段201a、201b机械地且热地连接。可有朝一轴向沿着该导热管402分布的多数导热段403。该等导热段403的热连接表面相对被多数槽404抑制的轴向导热朝径向及切线方向导热。槽408提供对该列印头102中的一对应边缘的一垂直参考。可使用多数槽404来对齐该原料液化单元107及该原料液化单元储存部105。此外，多数槽404可作为各个导热段403间的热绝缘体。依此方式，可防止热干扰。另外，若可保证热绝缘，亦可使用该等槽404作为如槽408的垂直位置参考。可使用槽406与槽407来连接该原料液化单元107及该原料液化单元储存部105。

在这例子中该原料供给源103可由一长纤维引导件形成，该长纤维引导件由一长纤维原料储存部引导呈长纤维形态的AM原料至该原料液化单元107。该原料源亦可配置在该列印头102或在该列印头102上。该原料源103可安装在例如该子框架301上。在这情形中该原料源103可分离地连接该原料液化单元107，且在该喷嘴401的相对端连接该供给通道的开口。这容许该原料AM材料以如长纤维、杆、颗粒、粒子或任何形式的不同形式供给。

该原料供给源103可包括一驱动器，其中该驱动器与该列印头总成连接，且其中该原料供给源103透过该驱动器与该列印头总成连接。

较佳地，该驱动器设置成靠近该列印头，借此克服该原料供给的延迟、弹回或等待时间且因此改善供给该原料至该液化单元中的准确控制。

当该原料液化单元107安装在该列印头102中时，槽406位在列印头102下方且槽407在上方以使该原料液化单元储存部105可进接它们。

不同原料液化单元107可具有适用于不同AM原料材料的不同喷嘴性质，例如出口直径、材料、热性质及长度。当在具有不同AM原料材料的原料液化单元间切换时，该列印头102的各段的温度设定值必须适用于新AM原料。为减少交换时间，重要的是保持热时间常数为低使得该新原料液化单元的升温尽可能地快。

在图5中显示夹在热交换段201a、201b间的一原料液化单元107的横截面。在这例子中，该等热交换段201a、201b分别地具有加热器505a、505b，该等加热器505a、505b产生加热该原料液化单元107及在其中的AM原料材料501所需的热。该等加热器505a、505b可为电阻。导热元件204a、204b将在该等热交换段201a、201b的加热器505a、505b中产生的热传导至该原料液化单元107。

在这例子中，由于制造公差及磨损，导热元件204a的内半径可稍大于原料液化单元107的外半径，而该导热元件204b的内半径可稍微过小。因此，在该等导热元件204a、204b与该原料液化单元107之间产生多数空气间隙502。

主热通路503将热由该等导热元件204a、204b传送至该原料液化单元107，其中该等热传导器内表面与该原料液化单元外表面间有实体接触。次要通路可由透过该等空气间隙502的热传送来界定。但是，因为该等空气间隙502内的热阻比该等主热通路503的热阻大很多，所以该主热通路503具有比通过该等空气间隙502的热通路好的导热率。

在这例子中来自该等导热元件204a、204b的热的不均一分布会导致该原料材料501中的局部热点，该等局部热点会对欲列印物体108的材料性质产生负面影响。

因此该原料液化单元107设计成具有足够正切导热率。这可借由选择足够壁厚度及具有足够导热率的一材料来达成。这可进一步借由该导热段403达成，该导热段403将由该等导热元件204a、204b传送通过该原料液化单元107的一圆周的热均一地重分布。

在图6中显示一示范原料液化单元储存部105。该原料液化单元储存部105具有固定在一框架601上的一顶架602a及一底架602b。该框架可由其中可列印该物体108的一列印腔室的一内壁形成。顶架602a具有可与该等原料液化单元107的多数槽407连接的多数槽孔603a。底架602b的槽孔603b可与该等原料液化单元107的多数槽406连接。在这例子中，该等槽孔603a标示为A至D，但可具有任何数目的槽孔。

在该顶架602a与该底架602b之间，设置可朝如图6中所示的X方向移动的一致动器凸轮604。该致动器凸轮604可借由一致动器透过例如接合点607来移动。所属技术领域中具有通常知识者可使用致动该凸轮604的各种替代方式。该致动器凸轮604具有多数凸轮齿605，该等凸轮齿605具有多数外表面，该等外表面可与该等热交换段201a、201b的接合点203a、203b分别地接合以开启列印头102的热交换装置106。

该开启借由使用该定位系统101使该列印头102与该致动器凸轮604的多数位置606对齐使得该等接合点203a、203b与齿605的外表面对齐来实行。借由使该凸轮604及该热交换装置106相向移动，该等接合点203a、203b被推开，借此使被固持在该热交换装置106内的原料液化单元107被释放。

该原料液化单元107可接着设置在该等对应顶架602a及底架602b的槽孔603a、603b中的一槽孔中。类似地，借由朝相反方向及以一反向顺序致动该定位系统101及该致动器凸轮604，可由该原料液化单元储存部105获得一替换原料液化单元107。

该原料液化单元储存部105可更具有用于将该原料液化单元107固定在该等槽孔603a、603b中的如夹具、缺口及闩锁的辅助固持装置。该原料液化单元储存部105可更具有用于控制一或多数储存的原料液化单元的如加热器、冷却器、感测器及调整器的温度控制装置。这容许一预热的替换原料液化单元载入该列印头102的热交换装置106中且立即地使用。

以下参照图7a至7h进一步说明用于将该原料液化单元107设置在该原料液化单元储存部105中及由该原料液化单元储存部105获得该替换原料液化单元的一程序。应注意的是在图7a至7h中，为了清楚起见，只显示具有或没有原料液化单元的该列印头102的热交换装置106。此外，该例子使用笛卡儿坐标(X、Y、Z)来说明。可明白的是亦可使用例如球坐标的不同坐标系统。另外，该等原料液化单元A至D储存在该原料液化单元储存部105的对应槽孔A至D中以便在使用呈长纤维形态的原料材料时防止长纤维引导件间的扭转及缠结。

在图7a中，该列印头已停止用原料液化单元A列印且朝向原料液化单元储存部105的位置A移动。

在图7b中，该列印头在该原料液化单元储存部105的槽孔A内沿正X方向(由黑箭头表示)移动。致动器凸轮604仍保持后退状态，因此该热交换装置106在它进入该原料液化单元储存部105时保持在一关闭状态。该原料液化单元107的槽407与在该顶架602a的位置A上的槽孔603a对齐且槽406与该原料液化单元储存部105的底架602b的槽孔603b对齐。

在图7c中，在该列印头在槽孔A内移动后，该致动器凸轮604沿负X方向(由黑箭头表示)朝向该热交换装置106移动。齿605的外表面与该热交换装置106的接合点203a、203b接合，因此开启该热交换装置106且释放原料液化单元A。在本发明的一替代、非限制实施例中，该致动器凸轮604的齿605可与该热交换装置106的接合点203a、203b接合同时使该列印头在槽孔A内移动，借此使该热交换装置进入该开启状态。所属技术领域中具有通常知识者可了解如一夹持弹簧或一闩锁的用于防止过早由该热交换装置106释放该原料液化单元的装置。

在图7d中，该列印头移动远离该原料液化单元储存部105(由黑箭头表示)。当接合点203a、203b沿着该致动器凸轮604的齿605的外表面移动时，该热交换装置106因为由弹簧303施加的力而关闭。

在图7e中，该列印头沿Y方向(由黑箭头表示)移动至原料液化单元储存部105的槽孔C。

在图7f中，该列印头沿X方向(由黑箭头表示)朝向原料液化单元C移动。接合点203a、203b与该致动器凸轮604上的齿605的外表面接合，因此开启该热交换装置106。该热交换装置106可包封替换原料液化单元C。

在图7g中，致动器凸轮604后退(由黑箭头表示)，因此该热交换装置106的热交换段201a、201b关闭且该等导热元件204a、204b的内表面与替换原料液化单元C的导热段403的表面接合。

在图7h中，在该热交换装置呈现该关闭状态后，该列印头由该原料液化单元储存部105移动远离(由黑箭头表示)且可用替换原料液化单元C实施列印。在本发明的一替代、非限制实施例中，该致动器凸轮604的齿605可由该热交换装置106的接合点203a、203b分离同时使该列印头移动离开槽孔A，借此使该热交换装置进入该关闭状态。所属技术领域中具有通常知识者可了解如一夹持弹簧或一闩锁的用于当使该列印头移动远离该原料液化单元储存部105时防止该原料液化单元掉出该热交换装置的装置。

所属技术领域中具有通常知识者可了解本发明的范围不限于所述例子而是在不偏离由附加申请专利范围界定的本发明范围的情形下可有数种改良例及修改例。特别是可作成本发明的各种态样的特定特征的组合。本发明的一态样可借由加入对本发明的另一态样说明的一特征来进一步有利地改善。虽然本发明已在图及说明中详细地显示及说明过了，但该图及说明应被视为只是说明或示范而非限制。

本发明不限于揭露的实施例。借由研究图式、说明及附加申请专利范围，所属技术领域中具有通常知识者在实施请求的发明时可了解及实施该等揭露实施例的多数变化例。在申请专利范围中，该用语“包括”未排除其他步骤或元件，且该不定冠词“一”未排除多数的情形。唯一事实是在互不相同的依附项中提及的某些手段不表示无法使用这些手段的一组合来获益。申请专利范围中的任何符号不应被视为限制本发明的范围。

附图标记说明

100…积层制造系统

101…定位系统

102…列印头

103…原料(供给)源

104…建造板

105…原料液化单元储存部

106、106’、106”…热交换装置

107…原料液化单元

108…物体

201a、201b…热交换段

202…铰链

203a、203b、607…接合点

204a、204b…导热元件；热交换元件

205…凹部

206a、206b…内表面

301…子框架

302…参考点

303、305…弹簧

304…杠杆

306…容器

401…喷嘴

402…导热管

404、406、407、408…槽

403…导热段

405…护套

501…(AM)原料材料

502…空气间隙

503…主热通路

505a、505b…加热器

601…框架

602a…顶架

602b…底架

603a、603b…槽孔

604…(致动器)凸轮

605…(凸轮)齿

606…位置

Claims (19)

1.一种用于积层制造(AM)系统(100)的列印头总成(102)，其中所述列印头总成(102)包括：

·连接装置，用于连接所述列印头总成及AM系统(100)的定位系统；

·热交换装置(106、106’、106”)，其附接在所述列印头总成(102)上，其中所述热交换装置组配且配置成，与组配成使AM原料液化的原料液化单元(107)建立可分离夹持连接，以便将所述原料液化单元(107)收纳在所述列印头总成(102)中；其中

·所述热交换装置(106、106’、106”)可致动，以使所述热交换装置(106、106’、106”)进入开启状态，以容许所述原料液化单元(107)的移除及替换原料液化单元的获取中的至少一者，及使所述热交换装置(106、106’、106”)进入关闭状态，以固持所述原料液化单元(107)。

2.根据权利要求1所述的列印头总成(102)，其中所述热交换装置(106、106’、106”)包括第一热交换段(201a)，及第二热交换段(201b)及支持结构中的至少一者，其中所述支持结构与所述列印头总成连结，其中

·所述第一热交换段(201a)，及所述第二热交换段(201b)及所述支持结构中的至少一者，可相对移动；且其中

·所述第一热交换段(201a)、所述第二热交换段(201b)及所述支持结构中的至少一者可致动，以使所述热交换装置(106、106’、106”)进入所述开启状态，且其中

·所述第一热交换段(201a)、所述第二热交换段(201b)及所述支持结构中的至少一者可致动，以使所述热交换装置(106、106’、106”)进入所述关闭状态。

3.根据权利要求2所述的列印头总成(102)，其中所述第一热交换段(201a、201b)、所述第二热交换段及所述支持结构中的至少一者使用枢转铰链(202)与所述列印头总成(102)连结。

4.根据权利要求2或3所述的列印头总成(102)，其中所述第一热交换段(201a、201b)、所述第二热交换段及所述支持结构中的至少一者使用可滑动配置与所述列印头总成(102)连结。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的列印头总成(102)，其中所述列印头总成(102)还包括用于对该至少一个第一热交换段(201a)提供参考位置的参考元件(302)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的列印头总成(102)，其中所述热交换装置(106、106’、106”)具有配置成可收纳原料液化单元(107)的凹部(205)，所述热交换装置(106、106’、106”)配置成沿着与所述凹部(205)的轴向中心线横交的方向、及沿着与所述凹部(205)的轴向中心线平行的方向中的至少一者，来释放及获取所述原料液化单元。

7.根据权利要求6所述的列印头总成(102)，其中所述第一热交换段(201a)、所述第二热交换段(201b)及所述支持结构中的至少一者具有至少一个导热元件(204a)。

8.根据权利要求7所述的列印头总成(102)，其中所述至少一个导热元件(204a)具有对应所述原料液化单元(107)的外圆周的凹形，以便紧密嵌合地收纳所述原料液化单元(107)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的列印头总成，其中所述第一热交换段(201a)、所述第二热交换段(201b)及所述支持结构中的至少一者具有第一致动装置，且其中所述第一致动装置配置成与原料液化单元储存部及AM系统的定位系统的第二致动装置协作。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的列印头总成，还包括原料液化单元(107)，其中所述原料液化单元(107)包括用于液化AM原料沉积在建造板及欲产生物体(108)中的至少一者上的喷嘴(401)，所述原料液化单元具有供给孔及由所述供给孔至所述喷嘴的供给通道。

11.根据权利要求10所述的列印头总成(102)，其中所述原料液化单元(107)包括附接在所述喷嘴(401)上的导热管(402)，其中所述供给通道收纳在所述导热管(402)内，且所述供给孔由所述导热管(402)中的被配置成与所述喷嘴(401)相对的端部所形成。

12.根据权利要求11所述的列印头总成(102)，其中所述导热管(402)具有至少一个同心导热段(403)。

13.一种用于积层制造(AM)的系统(100)，包括：

·建造板(104)，用于定位欲产生物体(108)；

·至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的列印头总成(102)；

·原料液化单元(107)，其收纳在所述至少一个列印头总成(102)中；

·原料供给装置(103)，其配置成用于供给所述原料至所述原料液化单元(107)中；

·定位系统(101)，其与所述列印头总成(102)及所述建造板(104)中的至少一者连结，且配置成用于在空间上相对地定位所述列印头总成(102)及所述建造板(104)；

·原料液化单元储存部(105)，包括用于收纳至少一个原料液化单元(107)的固持装置(602a、602b)；

·控制器，其配置成用于：

·控制所述定位系统(101)以便将所述原料液化单元(107)设置在原料液化单元储存部(105)中；及

·控制所述定位系统(101)以便由所述原料液化单元储存部(105)获取替换原料液化单元。

14.根据权利要求13所述的系统(100)，其中

·所述原料液化单元储存部(105)具有第一致动装置(604)；

·所述第一热交换段(201a、201b)、所述第二热交换段及所述支持结构中的至少一者具有第二致动装置(203a、203b)；且其中

·所述第一致动装置(604)配置成与所述第二致动装置(203a、203b)协作。

15.根据权利要求13或14所述的系统(100)，其中所述原料液化单元储存部(105)具有至少一个对接位置(A)，以供收纳所述原料液化单元(107)。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的系统，其中，配置成控制所述定位系统(101)以便将所述原料液化单元(107)设置在所述原料液化单元储存部(105)中的所述控制器，组配成：

·控制所述定位系统(101)，以使所述列印头(102)总成移动至未占用对接位置(A)；

·使所述第二致动装置(203a、203b)及所述第一致动装置(604)接合，以使所述热交换装置(106)移动至所述开启状态；且

·将所述原料液化单元(107)放置在所述未占用对接位置(A)中。

17.根据权利要求16所述的系统(100)，其中，配置成控制所述定位系统(101)以便由所述原料液化单元储存部(105)获取替换原料液化单元的所述控制器，组配成：

·控制所述定位系统(101)，以使所述列印头(102)移动至已占用对接位置(C)；

·使所述第二致动装置(203a、203b)及所述第一致动装置(604)接合，以使所述热交换装置(106)移动至所述开启状态，且将所述替换原料液化单元包封在所述已占用对接位置(C)中；

·控制所述定位系统(101)，以使所述列印头(102)由所述已占用对接位置(C)退出；且

·在由所述已占用对接位置(C)退出所述列印头前，使所述第二致动装置(203a、203b)及所述第一致动装置(604)接合，以使所述热交换装置(106)移动至所述关闭状态。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的系统(100)，其中所述原料供给装置(103)与所述原料液化单元(107)的供给孔连接。

19.根据权利要求13-17中任一项所述的系统(100)，其中所述原料供给装置(103)与所述列印头总成连接，且其中所述原料供给装置(103)还包括用于可分离地连接所述原料供给装置(103)及所述原料液化单元的可分离通道。

Images