CN112004679A - 辅助熔融沉积成型 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及熔融沉积喷嘴成型工艺,具有用于工艺改进的同轴的热气流喷嘴。同轴的热流能够有助于改善层间的结合,因受控的能量超额而提高沉积速度,因更好地管控冷却速度而减小局部应力。另外,如果金属、陶瓷粉末被加入热流中,则可以赋予塑料件新性能,例如像导电性、磁性。

Description

辅助熔融沉积成型
技术领域
本发明涉及带有喷嘴的熔融沉积成型用挤出头以及熔融沉积成型方法。
背景技术
熔融沉积成型是众所周知的固体模型快速成型方法。其是受热塑料长丝经由挤出喷嘴沉积而形成零件。挤出头经喷嘴挤出受热可流动的成型材料(例如像被加热超过其玻璃转变温度的热塑料)并将其沉积到底材上。在沉积过程中,喷嘴通过数控方式逐层地在X-Y平面中移动。通过该多层沉积来形成三维物体。成型材料热凝固且完成的零件从底材上被移除。
在此加工过程中极其重要的是层间的相互结合,因为这相当主要地决定了最终模型的稳定性。本发明的目的是改善层间的相互结合。
发明内容
在零件中,热梯度和快速加热冷却循环产生应力。因此,在采用热凝固以消除由冷却造成的应力的建模系统中的一个目的是要尽力减小几何变形。
根据本发明的挤出头机构除喷嘴外还包括流道机构。流道机构包括一个或更多个流体用的流道。喷嘴限定出挤出头的轴线并且流道机构优选与该轴线同轴布置。周围的热流体流局部加热沉积点且因此减小零件内的局部热梯度。
本文语境中的流体可以是气体、液体或粉末或者气体和粉末的混合物或含有固体颗粒的液体。
如果例如流体是含粉末的气体,则可以将粉末颗粒嵌埋入塑料基材中且尤其是在层之间。这样的粉末例如可以是金属粉末。利用此方法,可以赋予热塑性零件新性能例如像导电性和/或磁性。通过控制粉末联合体,可以将独特的金属(磁性)图形插入模型中以便例如使得该模型可追踪。
该方法也可以被用来给模型上色。为了这样做,流体可能含有着色颗粒。
总而言之,本发明尤其涉及一种熔融沉积喷嘴成型工艺,其利用同轴热空气流喷嘴来改善工艺过程。同轴热流能够有助于改善层间的相互结合,因受控的能量超额而提高沉积速度,并且因更好管控冷却速度而减小局部应力。另外,如果金属粉末和/或陶瓷粉末被加入热流中,则可以赋予塑料件新性能例如像导电性和/或磁性。
本发明的目的是可以通过提供一种挤出头机构来实现,其包括具有长丝通道的主体,长丝通道具有材料入口和材料出口,形成用于可流动材料经由该出口挤出到基材上的喷嘴,其中,该挤出头机构还包括具有一个或多个流道口的流道机构,该流道机构允许产生靠近出口且朝向基材的流体流。
为了使用上述挤出头机构来制造三维物体,挤出头机构优选应该不仅可在xy方向上调节,也可以在z方向上调节。另一方面,也可以想到的是,对于挤出头机构替代地或补充地,基材的x位置、y位置和z位置也是可调节的。
本发明进一步披露了:
如上所述的挤出头机构,其中,该流道机构包括一个或多个流道以及一个或多个流道口,其中,所述流道口与该喷嘴同轴布置,或者其中,一个或多个流道是环形的。
如上述实施例中任一项所述的挤出头机构,其中,所述出口和一个或更多个流道口布置在一个平面内。
如上述实施例中任一项所述的挤出头机构,其中,该挤出头机构包括用于给所述一个或多个流道中的至少一个供应气流的气体供应系统。
如上所述的挤出头机构,其中,该气体供应系统被设计成能够设定气体的温度。
如上所述的挤出头机构,其中,该气体供应系统被设计成允许加热该气体高于室温至少20℃。通过加热该气体高于室温至少20℃,尤其可以改善层间的相互结合,因受控的能量超额而提高沉积速度,因更好的冷却速度管控而减小局部应力。
如上所述的挤出头机构,其中,该气体供应系统被设计成允许将粉末混合至该气体。通过将粉末混合至所述气体,尤其可以赋予塑料件以新性能,例如像导电性或磁性。
如上所述的挤出头机构,其中,该气体供应系统被设计为允许至少部分电离化该气体。
一种用于熔融沉积成型的设备,包括如上述实施例之一所述的挤出头机构。
另外,本发明的目的可以通过提供一种用于制造三维物体的方法来实现,其包括以下步骤:
a)提供热塑性材料的长丝,
b)经如上述实施例之一所述的挤出头机构(1)的喷嘴挤出该长丝,且通过在X-Y平面中移动该喷嘴在该喷嘴下方的表面上沉积一层热塑性材料,
c)多次重复步骤b)以沉积多层热塑性材料,
其中,在步骤b1)中,在根据步骤b)沉积的第一层之后和在根据步骤c)要沉积最后层之前,至少一次施加流体至刚最近已沉积的层的至少一部分,其中,该流体优选与一层沉积同时地被施加。
于是,本发明的方法具有如已关于本发明装置所详细描述的一样的优点。
本发明进一步披露了:
如上所述的方法,其中,该挤出头机构是如前述实施例之一所述的挤出头机构。
如上所述的方法,其中,该流体包含气体,优选是空气且最优选是热空气。
如上所述的方法,其中,该流体是气体和粉末颗粒的混合物。
如上所述的方法,其中,一些粉末颗粒,优选是所有的粉末颗粒是金属颗粒。
如上所述的方法,其中,执行步骤b1的频率是步骤c)的至少一半。
通过本发明,尤其通过使用良好定位的热流体流,可以改善熔融沉积成型方法。尤其是,可以减轻由在熔融沉积成型方法中的冷却引起的应力,从而产生了沉积层间改善的相互结合。另外,通过本发明,可以赋予热塑料件以新性能例如像导电性和/或磁性。
附图说明
在本发明的说明书的以下部分中将提到一些例子以方便理解本发明。着眼于此目的,在说明书中将提到图1和图2。
图1示出根据本发明的一个实施例的挤出头机构。
图2示出根据图1的挤出头机构还有长丝和基材和沉积层的一部分。
具体实施方式
披露的挤出头机构1包括主体3,其包括具有材料入口7和材料出口9的长丝通道5,形成用于经由出口将可流动材料挤出到基材上的喷嘴。挤出头还包括具有一个或多个流道口13的流道机构11,该流道机构11允许产生靠近出口9且朝向基材的流体流。
如可在图2中看到地,长丝15经由长丝通道5被供应到基材17的表面上,基材17可以是底材或当前最近沉积的层。断箭头表示长丝供应方向。双箭头表示喷嘴的X-Y运动。单箭头表示流体流动方向。
在挤出头机构1中,该流道机构11可以包括一个或多个与该喷嘴同轴布置的流道口13。
在挤出头机构1中,所述出口9和一个或多个流道口13可以布置在一个平面中。该流道可以是环形流道。
挤出头机构1可以包括用于给所述一个或多个流道中的至少一个供应气流的气体供应系统。
气体供应系统可被设计成容许设定气体的温度。
气体供应系统可被设计成允许加热该气体至少高于室温20℃。
气体供应系统可被设计成容许混合粉末至所述气体。
气体供应系统可被设计成容许至少部分电离化所述气体。
披露了一种用于熔融沉积成型的设备,包括具有如上所述的其中一个或多个特征的挤出头机构1。
披露了一种用于制造三维物体的方法,其包括以下步骤:
a)提供热塑性材料的长丝15,
b)经由如上述实施例之一所述的挤出头机构1的喷嘴挤出长丝15,并且通过使喷嘴在X-Y平面中移动在喷嘴下方的表面上沉积一层热塑性材料,
c)多次重复步骤b)以沉积多层热塑性材料。
该方法也包括如下步骤(下称步骤b1),其中,在根据步骤b)沉积的第一层之后且在根据步骤c)要沉积最后层之前,至少一次将流体施加至刚刚已沉积的层的至少一部分,其中优选地,该流体与一层的沉积同时地被施加。
在该方法中,挤出头机构1可以是如上所述的挤出头机构1。
该流体可以包括气体,优选是空气和最优选是热空气。
该流体可以是气体和粉末颗粒的混合物。其中一些粉末颗粒,最好是所有的粉末颗粒可以是金属颗粒。
优选地,执行步骤b1的频率是步骤c)的至少一半。

Claims (15)

1.一种挤出头机构(1),包括具有长丝通道(5)的主体(3),该长丝通道(5)具有材料入口(7)和材料出口(9),形成用于可流动材料经该出口(9)挤出到基材上的喷嘴,其特征是,该挤出头机构(1)还包括带有一个或以上流道口(13)的流道机构(11),其允许产生靠近该出口(9)且朝向该基材的流体流。
2.根据权利要求1的挤出头机构(1),其特征是,该流道机构(11)包括一个或以上流道以及一个或以上流道口(13),其中,所述流道口(13)与该喷嘴同轴布置,或者其中,所述一个或以上流道是环形的。
3.根据权利要求1或2之一的挤出头机构(1),其特征是,该出口(9)和所述一个或以上流道口(13)布置在一个平面中。
4.根据前述权利要求之一的挤出头机构(1),其特征是,该挤出头机构(1)包括气体供应系统,所述气体供应系统用于给所述一个或以上流道中的至少一个供应气流。
5.根据权利要求4的挤出头机构(1),其特征是,该气体供应系统被设计成允许设定气体的温度。
6.根据权利要求4或5的挤出头机构(1),其特征是,该气体供应系统被设计成允许加热该气体高于室温至少20℃。
7.根据权利要求4至6之一的挤出头机构(1),其特征是,该气体供应系统被设计成允许将粉末混合至该气体。
8.根据权利要求4至7之一的挤出头机构(1),其特征是,该气体供应系统被设计成允许至少部分电离化该气体。
9.一种用于熔融沉积成型的设备,包括根据前述权利要求之一的挤出头机构(1)。
10.一种用于制造三维物体的方法,包括以下步骤:
a)提供热塑性材料的长丝(15),
b)经根据权利要求1至9之一的挤出头机构(1)的喷嘴挤出该长丝(15),且通过在X-Y平面中移动该喷嘴在该喷嘴下方的表面上沉积一层所述热塑性材料,
c)多次重复步骤b)以沉积多层热塑性材料,
其特征是,
在步骤b1)中,在根据步骤b)沉积的第一层之后和在根据步骤c)要沉积最后层之前,至少一次施加流体至最近已沉积的层的至少一部分,其中,该流体优选与一层沉积同时地被施加。
11.根据权利要求10的方法,其特征是,该流体包括气体,优选是空气且最优选是热空气。
12.根据权利要求10和11之一的方法,其特征是,该流体是气体和粉末颗粒的混合物。
13.根据权利要求12的方法,其特征是,所述粉末颗粒中的一些,优选是所有粉末颗粒是金属颗粒。
14.根据权利要求12和13之一的方法,其特征是,所述颗粒中的一些是着色颗粒。
15.根据权利要求10至14之一的方法,其特征是,执行步骤b1的频率是步骤c)的至少一半。
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