CN114126841A - 用于形成制品的模块化挤压系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成制品的模块化挤压系统，其包括支承框架和可移除地连接于支承框架的多个打印头部模块。打印头部模块中的每个包括打印机头部、打印机喷嘴、料斗，以及集成控制模块。料斗构造用于保持多个聚合物颗粒。多个打印头部模块的打印机头部均包括限定筒的本体、延伸穿过筒的旋转挤压螺杆，以及一个或多个加热器，该一个或多个加热器至少部分地包绕筒，用于将多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂。打印机喷嘴构造用于将聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成制品。模块化挤压系统还包括控制系统，该控制系统通信地耦合于集成控制模块中的每个，用于控制模块化挤压系统。

Description

用于形成制品的模块化挤压系统
技术领域
本公开大体上涉及增材制造，并且更具体而言，涉及用于形成制品(诸如风力涡轮的转子叶片构件)的模块化挤压系统。
背景技术
风力发电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面获得增加的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来捕捉风的动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能，以便使轴转动，该轴将转子叶片联接于齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接地联接于发电机。发电机接着将机械能转换为电能，其可部署到公用电网。
转子叶片大体上包括典型地使用模制过程形成的吸入侧壳体和压力侧壳体，该吸入侧壳体和该压力侧壳体在沿着叶片的前缘和后缘的联结线处联结在一起。此外，压力壳体和吸入壳体为相对轻质的，并且具有结构特性(例如，刚度、抗屈曲性以及强度)，该结构特性不构造成耐受在操作期间施加在转子叶片上的弯矩和其它载荷。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗屈曲性以及强度，本体壳体典型地使用一个或多个外部结构构件(例如，具有构造在其间的抗剪腹板的相对的翼梁帽)来增强，该一个或多个外部结构构件接合壳体半部的内压力侧表面和内吸入侧表面。
翼梁帽典型地由各种材料构成，该各种材料包括但不限于玻璃纤维层压复合材料和/或碳纤维层压复合材料。转子叶片的壳体大体上通过在壳体模具中堆叠纤维织物层而围绕叶片的翼梁帽构建。层接着典型地与树脂一起灌注。
然而，随着增材制造和挤压系统的普及的增加，将合乎需要的是，使用此类技术制造各种风力涡轮构件中的一些。但是，在制造风力涡轮构件时必须考虑某些因素，诸如大小、粘附力、加载、刚度、强度等。
典型地，挤压系统为大型落地安装机器，其重达数千磅并且以水平构造操作。甚至最小的实验室级挤压机可占据几十平方英尺的占地面积。控制面板典型地安装在单元本身上。用于此类单元的典型框架为铸铁或钢，具有低效率的重铁芯感应马达。
此外，单个螺杆挤压设计通过树脂材料的高摩擦剪切生成大部分热。就此而言，需要在挤压机内围绕筒的周边放置的电带加热器的非常少的能量。因此，此类系统的主要能源为电动机，其用于使螺杆转动。此类设计需要非常大的齿轮箱，这增加系统的重量和互联性(intertie)。因此，为了此类系统有效，长径比(通常被称为L/D比)必须大于24:1。
另外，自动化机械典型地利用具有线束的集中式电气控制柜构建，该线束将功率和信号传送至马达及其构件的安装地点。这需要针对每个特定安装地点制造的定制长度的线束。另外，此类构造可需要高带宽信号/敏感信号在机械与控制柜之间行进高达一百英尺，由此增加控制线缆的数量和体积。在待挤压的期望零件在大小方面扩大时，集中所有控制装备也变得越来越困难。在一定大小下，线缆线束长度超过伺服放大器的最大长度额定值。
鉴于上述情况，本公开涉及用于形成制品的改进的模块化挤压系统，其解决前述问题。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在一个方面中，本公开涉及一种用于形成制品的模块化挤压系统。模块化挤压系统包括支承框架和多个打印头部模块，该多个打印头部模块可移除地连接于支承框架。打印头部模块中的每个包括打印机头部、打印机喷嘴、至少一个料斗，以及集成控制模块。料斗构造用于保持多个聚合物颗粒。多个打印头部模块的打印机头部均包括限定筒的本体、延伸穿过筒的旋转挤压螺杆，以及一个或多个加热器，该一个或多个加热器至少部分地包绕筒，用于将多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂。打印机喷嘴构造用于将聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成制品。模块化挤压系统还包括控制系统，其通信地耦合于集成控制模块中的每个，用于控制模块化挤压系统。
在实施例中，多个打印头部模块中的每个的集成控制模块中的每个可收纳在壳内，并且可包括容纳在其中的促动器。就此而言，促动器构造用于沿着至少一个轴线(诸如z轴线)移动多个打印头部模块中的每个。
在另一实施例中，集成控制模块中的每个可包括伺服马达和伺服齿轮箱(诸如行星减速伺服齿轮箱)，用于控制促动器。在另外的实施例中，集成控制模块中的每个可包括用于驱动相应的打印头部模块的电气构件的组合，电气构件包括一个或多个放大器、一个或多个继电器、一个或多个电源，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置中的至少一个。在特定的实施例中，集成控制模块中的至少两个可具有电气构件的相同组合，使得集成控制模块中的至少两个为可互换的。
在实施例中，挤压螺杆的直径在挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的挤压螺杆的压缩区中变化。此外，挤压螺杆的直径在压缩区中从第一直径增加至第二直径。挤压螺杆的第二端部邻近于打印机喷嘴。此外，挤压螺杆的螺纹中的深度在压缩区内变化。
更具体而言，在实施例中，在挤压螺杆的压缩区的第一端部处的螺纹中的深度大于多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。另外，在实施例中，螺纹的深度从压缩区的第一端部朝向压缩区的第二端部减小，使得在压缩区的第二端部处的螺纹中的深度小于多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。
在另一实施例中，打印机喷嘴可限定有角度的模形状。
在附加的实施例中，控制系统可经由网络通信地耦合于集成控制模块中的每个。此外，在实施例中，集成控制模块可呈菊花链状连接在一起。就此而言，控制系统构造成单独地、同步地或以它们的组合控制集成控制模块中的每个。
在若干实施例中，多个打印头部模块中的每个可经由一个或多个紧固件可移除地连接于支承框架。
在特定的实施例中，线性位移系统可与支承框架集成或者安装至支承框架，用于沿着至少一个或多个轴线(诸如沿着x轴线和/或y轴线)移动多个打印头部模块。在此类实施例中，线性位移系统可为铁轨系统或轨道。
在另一方面中，本公开涉及一种用于与模块化挤压系统一起使用的单独打印头部模块。打印头部模块包括料斗和打印机头部，该料斗用于保持多个聚合物颗粒，该打印机头部用于将多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂。打印机头部包括本体，该本体具有延伸穿过其的筒、延伸穿过筒的旋转挤压螺杆，以及至少部分地包绕筒的一个或多个加热器。打印头部模块还包括打印机喷嘴，其布置在打印机头部的端部处，用于将聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成制品。此外，打印头部模块包括集成控制模块，其具有至少一个处理器和用于控制单独打印头部模块的单独功率源。就此而言，集成控制模块可经由分布式网络通信地耦合于模块化挤压系统的总体控制系统。应当理解的是，打印头部模块还可包括本文中描述的附加特征中的任何特征。
在又一方面中，本公开涉及一种用于由多个聚合物颗粒形成制品的打印机头部。打印机头部包括本体和旋转挤压螺杆，该本体具有延伸穿过其的筒，该旋转挤压螺杆延伸穿过筒。挤压螺杆包括从第一端部延伸至第二端部的多个螺纹。此外，挤压螺杆的直径在挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的挤压螺杆的压缩区中变化。打印机头部还包括打印机喷嘴，其布置在挤压螺杆的第二端部处。就此而言，在压缩区的第一端部处的螺纹中的深度大于多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。另外，螺纹的深度从压缩区的第一端部朝向压缩区的第二端部减小，使得在压缩区的第二端部处的螺纹中的深度小于多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。应当理解的是，打印机头部还可包括本文中描述的附加特征中的任何特征。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且能实现的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出根据本公开的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；
图3示出图2的模块化转子叶片的分解图；
图4示出根据本公开的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面视图；
图5示出根据本公开的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面视图；
图6示出根据本公开的图2的模块化转子叶片的截面视图；
图7示出根据本公开的图2的模块化转子叶片的截面视图；
图8示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统的一个实施例的透视图；
图9示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统的打印模块的一个实施例的透视图；
图10A示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统的集成控制模块的一个实施例的侧视图；
图10B示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统的集成控制模块的一个实施例的后视图；
图11示出根据本公开的安装至支承框架的模块化挤压系统的打印模块的一个实施例的局部透视图；
图12示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统的集成控制模块的一个实施例的后视透视图；
图13示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的一个实施例的截面视图；
图14示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的一个实施例的局部截面视图；
图15A示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的筒的一个实施例的正视侧视图；
图15B示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的筒的一个实施例的截面视图；
图15C示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的筒的一个实施例的后视侧视图；
图15D示出从线D-D观察的图15B的筒的端视图；
图16A示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的挤压螺杆的一个实施例的侧视图；
图16B示出根据本公开的模块化挤压系统的打印模块的打印机头部的挤压螺杆的一个实施例的截面视图；
图16C示出从线C-C观察的图16B的挤压螺杆的端视图；
图17示出根据本公开的打印机头部的筒内的挤压螺杆的一个实施例的局部截面视图，特别地示出其间的间隙；
图18示出根据本公开的模块化挤压系统的控制系统的一个实施例的示意图；以及
图19示出根据本公开的模块化挤压系统的控制系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。每个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本公开涉及用于形成制品的模块化挤压系统(或模块化三维(3D)打印机)。如本文中使用的，3-D打印大体上理解为包含用于合成三维物体的过程，其中在计算机控制之下形成连续的材料层，以创建物体。就此而言，几乎任何大小和/或形状的物体可从数字模型数据中产生。还应当理解的是，本公开的方法不限于3-D打印，而是相反地，还可包含多于三个自由度，使得打印技术不限于打印堆叠的二维层，而是还能够打印弯曲的形状。
模块化挤压系统包括支承框架和可移除地连接于支承框架的多个打印头部模块。打印头部模块中的每个包括打印机头部、打印机喷嘴、料斗，以及集成控制模块。料斗构造用于保持多个聚合物颗粒。打印机头部均包括限定筒的本体、延伸穿过筒的旋转挤压螺杆，以及一个或多个加热器，该一个或多个加热器至少部分地包绕筒，用于将多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂。小型化打印机头部还可均包括促动器。打印机喷嘴构造用于将聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成制品。此外，模块化挤压系统还包括控制系统，该控制系统通信地耦合于集成控制模块中的每个，用于控制模块化挤压系统。
因此，通过将所有电子设备、控制设备以及机械结构移动成一体组件，实现若干优点。例如，通过轻质的一体本体结构连同若干集成特征(诸如水冷却、缩短筒设计，以及紧凑型高功率密度驱动马达)的使用，模块化打印机头部可为较小且较轻的。更具体而言，模块化打印机头部可利用伺服马达和行星齿轮箱减速器来减少质量，例如，减少大约90%。此外，模块化挤压系统包括改进的挤压螺杆，其具有如本文中描述的、针对平均颗粒大小的优化的挤压螺杆尺寸(例如，其允许较短和更高效的挤压机)，这提供高流率挤压螺杆。模块化挤压系统还可包括有角度的后模，以允许打印机头部在与水平面成高达45度的斜面上打印。
现在参照附图，图1示出根据本公开的风力涡轮10的一个实施例。如示出的，风力涡轮10包括塔架12，塔架12具有安装在其上的机舱14。多个转子叶片16安装至转子毂18，转子毂18继而连接于主法兰，其使主转子轴转动。风力涡轮发电和控制构件收纳在机舱14内。图1的视图仅出于说明性目的提供，以将本发明放置在示例性使用领域中。应当认识到的是，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。
现在参照图2和图3，示出根据本公开的转子叶片16的各种视图。如显示的，示出的转子叶片16具有分段或模块化构造。还应当理解的是，转子叶片16可包括本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的构造。如显示的，模块化转子叶片16包括主叶片结构15和装固于主叶片结构15的至少一个叶片节段21。更具体而言，如显示的，转子叶片16包括多个叶片节段21。
更具体而言，如显示的，主叶片结构15可包括以下中的任何一种或其组合：预成型的叶片根部区段20、预成型的叶片末端区段22、一个或多个一个或多个连续的翼梁帽48,50,51,53、一个或多个抗剪腹板35(图6-7)、装固于叶片根部区段20的附加的结构构件52，和/或转子叶片16的任何其它合适的结构构件。此外，叶片根部区段20构造成安装或以其它方式装固于转子18(图1)。另外，如图2中示出的，转子叶片16限定翼展23，翼展23等于叶片根部区段20与叶片末端区段22之间的总长度。如图2和图6中示出的，转子叶片16还限定翼弦25，翼弦25等于转子叶片16的前缘24与转子叶片16的后缘26之间的总长度。如大体上理解的，在转子叶片16从叶片根部区段20延伸至叶片末端区段22时，翼弦25可大体上在长度方面相对于翼展23变化。
特别地参照图2-4，具有任何合适大小和/或形状的任何数量的叶片节段21或面板(在本文中也被称为叶片壳体)可大体上在大体展向方向上沿着纵向轴线27布置在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳/外罩，并且可限定大致空气动力学的轮廓，诸如通过限定对称或弧形的翼型形状的截面。
在附加的实施例中，应当理解的是，叶片16的叶片节段部分可包括本文中描述的节段的任何组合，并且不限于如描绘的实施例。更具体而言，在某些实施例中，叶片节段21可包括以下中的任何一种或其组合：压力侧节段44和/或吸入侧节段46(图2和图3)、前缘节段40和/或后缘节段42(图2-6)、非连结节段、单连结节段、多连结叶片节段、J形叶片节段，或类似物。
更具体而言，如图4中示出的，前缘节段40可具有前压力侧表面28和前吸入侧表面30。类似地，如图5中示出的，后缘节段42中的每个可具有后压力侧表面32和后吸入侧表面34。因此，前缘节段40的前压力侧表面28和后缘节段42的后压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段40的前吸入侧表面30和后缘节段42的后吸入侧表面34大体上限定转子叶片16的吸入侧表面。另外，如图6中特别地示出的，(多个)前缘节段40和(多个)后缘节段42可在压力侧接缝36和吸入侧接缝38处连结。例如，叶片节段40,42可构造成在压力侧接缝36和/或吸入侧接缝38处重叠。此外，如图2中示出的，相邻的叶片节段21可构造成在接缝54处重叠。作为备选，在某些实施例中，转子叶片16的各个节段可经由粘合剂(或机械紧固件)装固在一起，该粘合剂(或机械紧固件)构造在重叠的前缘节段40和后缘节段42之间和/或在重叠的相邻的前缘节段40或后缘节段42之间。
在特定的实施例中，如图2-3中示出的，叶片根部区段20可包括与其一起灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48,50。例如，叶片根部区段20可根据2015年6月29日提交的、标题为“Blade Root Section for a Modular Rotor Blade and Method of ManufacturingSame”的美国申请No.14/753,155来构造，该申请通过引用以其整体并入本文中。
类似地，叶片末端区段22可包括与其一起灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51,53。更具体而言，如示出的，翼梁帽48,50,51,53可构造成接合抵靠转子叶片16的叶片节段21的相对的内表面。此外，叶片根部翼梁帽48,50可构造成与叶片末端翼梁帽51,53对准。因此，翼梁帽48,50,51,53可大体上设计成控制弯曲应力和/或其它载荷，其在风力涡轮10的操作期间在大体展向方向(平行于转子叶片16的翼展23的方向)上作用在转子叶片16上。另外，翼梁帽48,50,51,53可设计成耐受在风力涡轮10的操作期间发生的展向压缩。此外，(多个)翼梁帽48,50,51,53可构造成从叶片根部区段20延伸至叶片末端区段22或其部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末端区段22可经由它们的相应翼梁帽48,50,51,53连结在一起。
参照图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48,50,51,53之间。更具体而言，(多个)抗剪腹板35可构造成增加叶片根部区段20和/或叶片末端区段22的刚性。此外，(多个)抗剪腹板35可构造成关闭叶片根部区段20。
另外，如图2和图3中示出的，附加的结构构件52可装固于叶片根部区段20，并且在大体展向方向上延伸，以便向转子叶片16提供进一步的支承。例如，结构构件52可根据2015年6月29日提交的、标题为“Structural Component for a Modular Rotor Blade”的美国申请No.14/753,150来构造，该申请通过引用以其整体并入本文中。更具体而言，结构构件52可在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间延伸任何合适的距离。因此，结构构件52构造成提供用于转子叶片16的附加的结构支承，以及用于各种叶片节段21的可选的安装结构，如本文中描述的。例如，在某些实施例中，结构构件52可装固于叶片根部区段20，并且可延伸预先确定的展向距离，使得前缘节段40和/或后缘节段42可安装至其。
现在参照图8-19，本公开涉及模块化挤压系统，用于使用增材制造形成聚合物制品(诸如本文中描述的转子叶片构件中的任一种)，其中在打印之前改进聚合物颗粒的干燥。更具体而言，图8示出根据本公开的用于形成制品的模块化挤压系统100的一个实施例的透视图。就此而言，在某些实施例中，制品可包括转子叶片壳体(压力侧壳体、吸入侧壳体、后缘节段、前缘节段、网格结构等)、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末端、叶片根部，或任何其它转子叶片构件。
现在参照图8和图9，在实施例中，系统100可包括多个打印头部模块106(例如，成排对准)。更具体而言，如图8中特别地示出的，多个打印头部模块106可以可移除地连接或以其它方式装固于支承框架134。在特定的实施例中，线性位移系统143可与支承框架134集成或者安装至支承框架134，用于沿着至少一个轴线(诸如x轴线和/或y轴线)移动多个打印头部模块106。在此类实施例中，线性位移系统例如可为铁轨系统、轨道，或任何合适的可移动台架。另外，如图11中示出的，多个打印头部模块106中的每个可经由一个或多个紧固件13可移除地连接于支承框架134。更具体而言，如示出的，打印模块106中的每个可包括装固于其的一个或多个安装支承件139，其可经由紧固件135在相应的支架137处装固于支承框架134。
特别地参照图8、图9、图10A和图10B，打印头部模块106中的每个包括打印机头部108、打印机喷嘴116、料斗110，以及集成控制模块102。因此，如将在本文中论述的并且如图8和图9中示出的，料斗110构造用于保持多个聚合物颗粒104，打印机头部108构造用于熔化聚合物颗粒104，并且打印机喷嘴116构造用于将熔化的聚合物颗粒104打印和沉积到基底120上，以形成制品。
更具体而言，如图8和图9中示出的，打印机头部108构造成熔化干燥的聚合物颗粒104。另外，单独的打印机喷嘴116构造成打印和沉积熔化的聚合物颗粒104，以独立地或同时地形成制品。因此，打印头部模块106构造用于将制品打印到基底120上。例如，如图8中示出的，基底120可对应于二维或平坦表面或者三维表面，诸如弯曲的转子叶片模具。此外，基底120可简单地为打印表面，或者可最后成为最终制品的部分。因此，如示出的，在实施例中，打印机喷嘴116可构造成在转子叶片模具上的一个或多个表皮的顶上打印增强网格结构62，在该情况下，基底120对应于成为转子叶片16的部分的表皮。作为备选，基底120可简单地为支承表面，用于在其上打印制品并且接着随后从其移除。
本文中描述的聚合物颗粒104可包括任何合适的材料，诸如例如热塑性材料。本文中描述的热塑性材料大体上包含本质上可逆的塑料材料或聚合物。例如，热塑性材料典型地在加热到特定的温度时变成柔韧或可塑的，并且在冷却时恢复至更刚性的状态。此外，热塑性材料可包括无定形热塑性材料和/或半结晶热塑性材料。例如，一些无定形热塑性材料可大体上包括但不限于苯乙烯、乙烯基、纤维素、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜，和/或酰亚胺。更具体而言，示例性无定形热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙二醇化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、无定形聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯，或任何其它合适的无定形热塑性材料。此外，示例性半结晶热塑性材料可大体上包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、氟聚合物、丙烯酸甲酯、聚酯、聚碳酸酯，和/或缩醛。更具体而言，示例性半结晶热塑性材料可包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮，或任何其它合适的半结晶热塑性材料。
特别地参照图9、图13和图15A-15D，多个打印头部模块106的打印机头部108均可包括本体112，本体112可用作隔热罩109，并且还限定延伸穿过其的非旋转筒124、延伸穿过筒124的旋转挤压螺杆114，以及一个或多个加热器122，一个或多个加热器122至少部分地包绕筒124，用于将多个聚合物颗粒104熔化成聚合物树脂制剂。因此，聚合物颗粒104在螺杆114旋转时进入筒124，使得螺杆114的多个螺纹125将材料移动穿过筒124。同时，加热器122熔化颗粒104，以形成可从喷嘴116挤压的熔化材料。
另外，如图13、图16A、图16B和图16C中特别地示出的，挤压螺杆114可在第一端部126与第二端部128之间延伸。此外，如图14中示出的，挤压螺杆114可包括一个或多个区，诸如例如供给区、过渡/压缩区，以及计量区。此外，如图14中示出的，挤压螺杆114可限定在压缩区中变化的直径130,132。更具体而言，如在示出的实施例中显示的，挤压螺杆114的直径可从挤压螺杆114的第一端部126附近的第一直径130增加至第二端部128附近的第二直径132。此外，如图13和图14中示出的，较大的第二直径132可更靠近打印机喷嘴116。
因此，如图14和图17中示出的，挤压螺杆114的螺纹125的深度127在压缩区中变化。更具体而言，如图14中示出的，在压缩区的第一端部129处的螺纹125中的深度127大于多个聚合物颗粒104中的一个或多个的最大直径。另外，如示出的，螺纹125中的深度127从压缩区的第一端部129朝向压缩区的第二端部131减小，使得在压缩区的第二端部131处的螺纹125中的深度127小于多个聚合物颗粒104中的一个或多个的最大直径。
另外，在实施例中，供给区的长度可设计成使得聚合物颗粒104在它们达到软化温度之前不进入压缩区，这降低挤压螺杆114的扭矩需求，因为颗粒104在其进入与挤压螺杆114和内部筒壁同时接触的区时塑性地变形。
典型地，聚合物颗粒104中的一个在直径方面测量为大约2.9mm。通过在螺杆114的第二端部128附近产生螺纹125的减小的深度127，单个颗粒104可捕获在移动的螺杆114与筒124之间(见图17)，这使颗粒104翻滚，由此提高产生熔膜的效率。传统的螺杆典型地在该区域中采用大得多的间隙(例如，大约5mm到10mm)，并且不可利用此类效果。
返回参照图13，在另一个实施例中，打印机喷嘴116还可限定有角度的模形状136。因此，有角度的模形状136允许打印机喷嘴116在与水平面成高达大约45度的斜面上打印。此类截面确保：存在足够的传导路径，以将热有效地传递至喷嘴116的末端，以防止熔体的过早凝固。流动路径还构造成在熔体从挤压螺杆114的端部过渡并且流动穿过喷嘴模136的会聚出口锥体时，使纤维断裂最小化。
特别地参照图8、图10A、图10B、图11和图12，集成控制模块102中的每个可收纳在壳138或柜内，并且可包括容纳在其中的促动器140。因此，如图10A和图10B中特别地示出的，促动器140构造用于沿着至少一个轴线(诸如z轴线)移动打印头部模块106中的每个。另外，如图10A中示出的，集成控制模块102中的每个可包括一个或多个伺服马达142，一个或多个伺服马达142与行星减速伺服齿轮箱144耦合，用于控制其相应的促动器140。
在另外的实施例中，集成控制模块102中的每个可包括用于驱动相应的打印头部模块106的电气构件的组合。例如，如图10A和图10B中示出的，电气构件可包括一个或多个放大器146、一个或多个断路器151、一个或多个继电器145、一个或多个电源148，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置150(例如，诸如Ethercat连接)。就此而言，伺服马达放大器、继电器、电源、数字I/O装置等可在物理上定位成邻近于它们控制的构件。这一切为可能的，这是由于集成的控制箱/竖直促动器，其还可减少系统100的线缆长度(例如，从大约30米到大约半米)。因此，与现有技术系统相比，噪声和干扰以及布线成本也降低。
另外，如示出的，在某些实施例中，针对整个模块，仅需要单个高压源。在此类实施例中，所有后续的功率可在模块106中的每个内部转换和滤波。在另外的实施例中，集成控制模块102中的至少两个(或所有集成控制模块102)可包括电气构件的相同组合，使得集成控制模块102中的至少两个能够与彼此互换。这容许模块106的更有效制造以及维护的容易。另外，如果需要维护，则这允许每个模块106用另一个模块容易地替换(例如，在大约五(5)分钟内)。作为备选，在实施例中，集成控制模块102中的每个可包括电气构件的不同组合。
另外，如图10B和图12中示出的，壳138可包括一个或多个水冷却入口147和水冷却出口149，以及用于在壳/柜138内维持期望温度的风扇152。
现在参照图18，模块化挤压系统100还可包括总体控制系统115，其通信地耦合于集成控制模块102中的每个，用于控制模块化挤压系统100。例如，如示出的，控制系统可经由网络117通信地耦合于集成控制模块102中的每个。此外，在实施例中，集成控制模块102可呈菊花链状连接在一起，使得模块化挤压系统100具有单个高压源。就此而言，控制系统115可单独地、同步地或以它们的组合控制集成控制模块102中的每个。在特定的实施例中，每个模块106可在可扩展的Ethercat控制网络117上具有其自身的地址，由此允许每个模块106作为其自身的独立系统起作用，或者与系统100上的任何其它轴线同步。这允许每个轴线的高度的独立控制。此类控制可对在涡轮叶片模具上打印的要求而言为至关重要的，因为每个轴线需要跟踪模具上不同的高度区域。
现在参照图19，示出根据本公开的控制系统115(和/或单独的控制模块102)的各种构件的一个实施例的框图。如示出的，控制系统115可包括一个或多个(多个)处理器154和相关联的(多个)存储装置156，其构造成执行各种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，并且储存相关的数据，如本文中公开的)。此外，控制系统115还可包括通信模块158，以促进控制系统115与本文中描述的各种构件之间的通信。此外，通信模块158可包括传感器接口160(例如，一个或多个模拟-数字转换器)，以容许从打印模块106传输的信号转换成可由(多个)处理器154理解和处理的信号。应当认识到的是，一个或多个传感器162还可并入到系统100中，用于提供与单独模块106有关的信息。例如，此类传感器162可使用任何合适的手段通信地耦合于通信模块158。例如，如图19中示出的，(多个)传感器162可经由有线连接耦合于传感器接口160。然而，在其它实施例中，(多个)传感器162可经由无线连接耦合于传感器接口160，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。
如本文中使用的，用语“处理器”不仅是指本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。此外，(多个)存储装置156可大体上包括(多个)存储元件，其包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)，和/或其它合适的存储元件。此类(多个)存储装置162可大体上构造成储存合适的计算机可读指令，该合适的计算机可读指令在由(多个)处理器154实施时将控制系统115构造成执行本文中描述的各种功能。
本发明的各个方面和实施例由以下编号的条款限定：
条款1.一种用于形成制品的模块化挤压系统，其包括：
支承框架；
多个打印头部模块，其可移除地连接于所述支承框架，所述打印头部模块中的每个包括打印机头部、打印机喷嘴、至少一个料斗，以及集成控制模块，所述料斗用于保持多个聚合物颗粒，所述打印机头部均包括限定筒的本体、延伸穿过所述筒的旋转挤压螺杆，以及一个或多个加热器，所述一个或多个加热器至少部分地包绕所述筒，用于将所述多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂，所述打印机喷嘴构造用于将所述聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成所述制品；以及，
控制系统，其通信地耦合于所述集成控制模块中的每个，用于控制所述模块化挤压系统。
条款2.根据条款1所述的模块化挤压系统，其中，所述多个打印头部模块中的每个的所述集成控制模块中的每个收纳在壳内，并且还包括容纳在其中的促动器，所述促动器构造用于沿着至少一个轴线移动所述多个打印头部模块中的每个。
条款3.根据条款2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的每个还包括伺服马达和伺服齿轮箱，用于控制所述促动器。
条款4.根据条款2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的每个还包括用于驱动相应的打印头部模块的电气构件的组合，所述电气构件包括一个或多个放大器、一个或多个继电器、一个或多个电源，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置中的至少一个。
条款5.根据条款2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的至少两个还包括电气构件的相同组合，使得所述集成控制模块中的所述至少两个为可互换的。
条款6.根据前述条款中的任何所述的模块化挤压系统，其中，所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化，所述挤压螺杆的所述直径在所述压缩区中从第一直径增加至第二直径，所述挤压螺杆的所述第二端部邻近于所述打印机喷嘴，其中所述挤压螺杆的螺纹中的深度在所述压缩区内变化。
条款7.根据条款6的所述模块化挤压系统，其中，在所述挤压螺杆的所述压缩区的第一端部处的螺纹中的所述深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。
条款8.根据条款7所述的模块化挤压系统，其中，所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
条款9.根据前述条款中的任何所述的模块化挤压系统，其中，所述打印机喷嘴限定有角度的模形状。
条款10.根据前述条款中的任何所述的模块化挤压系统，其中，所述控制系统经由网络通信地耦合于所述集成控制模块中的每个，所述集成控制模块呈菊花链状连接在一起，所述控制系统构造成单独地、同步地或以它们的组合控制所述集成控制模块中的每个。
条款11.根据前述条款中的任何所述的模块化挤压系统，其中，所述多个打印头部模块中的每个经由一个或多个紧固件可移除地连接于所述支承框架。
条款12.根据前述条款中的任何所述的模块化挤压系统，所述模块化挤压系统还包括线性位移系统，所述线性位移系统与所述支承框架集成或者安装至所述支承框架，用于沿着至少一个轴线移动所述多个打印头部模块，所述线性位移系统包括铁轨系统或轨道中的至少一个。
条款13.一种用于与模块化挤压系统一起使用的单独打印头部模块，其包括：
料斗，其用于保持多个聚合物颗粒；
打印机头部，其用于将所述多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂，所述打印机头部包括本体，所述本体具有延伸穿过其的筒、延伸穿过所述筒的旋转挤压螺杆，以及至少部分地包绕所述筒的一个或多个加热器；
打印机喷嘴，其布置在所述打印机头部的端部处，用于将所述聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成所述制品；以及，
集成控制模块，其包括至少一个处理器和用于控制所述单独打印头部模块的单独功率源，所述集成控制模块经由分布式网络通信地耦合于所述模块化挤压系统的总体控制系统。
条款14.根据条款13所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块收纳在壳内，并且还包括容纳在其中的促动器，所述促动器构造用于沿着至少一个轴线移动所述打印头部模块。
条款15.根据条款13-14所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块还包括伺服马达和伺服齿轮箱，用于控制所述促动器。
条款16.根据条款13-15所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块还包括用于驱动所述打印头部模块的电气构件的组合，所述电气构件包括一个或多个放大器、一个或多个继电器、一个或多个电源，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置中的至少一个。
条款17.根据条款13-16所述的打印头部模块，其中，所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化，所述挤压螺杆的所述直径在所述压缩区中从第一直径增加至第二直径，所述挤压螺杆的所述第二端部邻近于所述打印机喷嘴，其中所述挤压螺杆的螺纹中的深度在所述压缩区内变化。
条款18.根据条款17所述的打印头部模块，其中，在所述挤压螺杆的所述压缩区的第一端部处的螺纹中的所述深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。
条款19.根据条款18所述的打印头部模块，其中，所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
条款20.一种用于由多个聚合物颗粒形成制品的打印机头部，其包括：
本体，所述本体包括延伸穿过其的筒；
旋转挤压螺杆，其延伸穿过所述筒，所述挤压螺杆包括从第一端部延伸至第二端部的多个螺纹，其中所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化；以及，
打印机喷嘴，其布置在所述挤压螺杆的所述第二端部处，
其中在所述压缩区的第一端部处的螺纹中的深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径，并且
其中所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于形成制品的模块化挤压系统，其包括：
支承框架；
多个打印头部模块，其可移除地连接于所述支承框架，所述打印头部模块中的每个包括打印机头部、打印机喷嘴、至少一个料斗，以及集成控制模块，所述料斗用于保持多个聚合物颗粒，所述打印机头部均包括限定筒的本体、延伸穿过所述筒的旋转挤压螺杆，以及一个或多个加热器，所述一个或多个加热器至少部分地包绕所述筒，用于将所述多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂，所述打印机喷嘴构造用于将所述聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成所述制品；以及，
控制系统，其通信地耦合于所述集成控制模块中的每个，用于控制所述模块化挤压系统。
2.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，其中，所述多个打印头部模块中的每个的所述集成控制模块中的每个收纳在壳内，并且还包括容纳在其中的促动器，所述促动器构造用于沿着至少一个轴线移动所述多个打印头部模块中的每个。
3.根据权利要求2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的每个还包括伺服马达和伺服齿轮箱，用于控制所述促动器。
4.根据权利要求2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的每个还包括用于驱动相应的打印头部模块的电气构件的组合，所述电气构件包括一个或多个放大器、一个或多个继电器、一个或多个电源，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置中的至少一个。
5.根据权利要求2所述的模块化挤压系统，其中，所述集成控制模块中的至少两个还包括电气构件的相同组合，使得所述集成控制模块中的所述至少两个为可互换的。
6.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，其中，所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化，所述挤压螺杆的所述直径在所述压缩区中从第一直径增加至第二直径，所述挤压螺杆的所述第二端部邻近于所述打印机喷嘴，其中所述挤压螺杆的螺纹中的深度在所述压缩区内变化。
7.根据权利要求6所述的模块化挤压系统，其中，在所述挤压螺杆的所述压缩区的第一端部处的螺纹中的所述深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。
8.根据权利要求7所述的模块化挤压系统，其中，所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
9.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，其中，所述打印机喷嘴限定有角度的模形状。
10.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，其中，所述控制系统经由网络通信地耦合于所述集成控制模块中的每个，所述集成控制模块呈菊花链状连接在一起，所述控制系统构造成单独地、同步地或以它们的组合控制所述集成控制模块中的每个。
11.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，其中，所述多个打印头部模块中的每个经由一个或多个紧固件可移除地连接于所述支承框架。
12.根据权利要求1所述的模块化挤压系统，所述模块化挤压系统还包括线性位移系统，所述线性位移系统与所述支承框架集成或者安装至所述支承框架，用于沿着至少一个轴线移动所述多个打印头部模块，所述线性位移系统包括铁轨系统或轨道中的至少一个。
13.一种用于与模块化挤压系统一起使用的单独打印头部模块，其包括：
料斗，其用于保持多个聚合物颗粒；
打印机头部，其用于将所述多个聚合物颗粒熔化成聚合物树脂制剂，所述打印机头部包括本体，所述本体具有延伸穿过其的筒、延伸穿过所述筒的旋转挤压螺杆，以及至少部分地包绕所述筒的一个或多个加热器；
打印机喷嘴，其布置在所述打印机头部的端部处，用于将所述聚合物树脂制剂打印和沉积到基底上，以形成所述制品；以及，
集成控制模块，其包括至少一个处理器和用于控制所述单独打印头部模块的单独功率源，所述集成控制模块经由分布式网络通信地耦合于所述模块化挤压系统的总体控制系统。
14.根据权利要求13所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块收纳在壳内，并且还包括容纳在其中的促动器，所述促动器构造用于沿着至少一个轴线移动所述打印头部模块。
15.根据权利要求13所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块还包括伺服马达和伺服齿轮箱，用于控制所述促动器。
16.根据权利要求13所述的打印头部模块，其中，所述集成控制模块还包括用于驱动所述打印头部模块的电气构件的组合，所述电气构件包括一个或多个放大器、一个或多个继电器、一个或多个电源，和/或一个或多个输入/输出(I/O)装置中的至少一个。
17.根据权利要求13所述的打印头部模块，其中，所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化，所述挤压螺杆的所述直径在所述压缩区中从第一直径增加至第二直径，所述挤压螺杆的所述第二端部邻近于所述打印机喷嘴，其中所述挤压螺杆的螺纹中的深度在所述压缩区内变化。
18.根据权利要求17所述的打印头部模块，其中，在所述挤压螺杆的所述压缩区的第一端部处的螺纹中的所述深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径。
19.根据权利要求18所述的打印头部模块，其中，所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
20.一种用于由多个聚合物颗粒形成制品的打印机头部，其包括：
本体，所述本体包括延伸穿过其的筒；
旋转挤压螺杆，其延伸穿过所述筒，所述挤压螺杆包括从第一端部延伸至第二端部的多个螺纹，其中所述挤压螺杆的直径在所述挤压螺杆的第一端部和第二端部之间的所述挤压螺杆的压缩区中变化；以及，
打印机喷嘴，其布置在所述挤压螺杆的所述第二端部处，
其中在所述压缩区的第一端部处的螺纹中的深度大于所述多个聚合物颗粒中的一个或多个的最大直径，并且
其中所述螺纹的所述深度从所述压缩区的所述第一端部朝向所述压缩区的第二端部减小，使得在所述压缩区的所述第二端部处的螺纹中的所述深度小于所述多个聚合物颗粒中的所述一个或多个的所述最大直径。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204505858U (zh) * 2015-03-23 2015-07-29 西安科技大学 颗粒供料螺旋挤压三维打印喷头装置
CN105216327A (zh) * 2015-10-27 2016-01-06 大连理工大学 一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3d打印方法
CN105666640A (zh) * 2016-01-29 2016-06-15 深圳森工科技有限公司 打印机喷头、3d打印机及成型方法
CN106029345A (zh) * 2014-02-25 2016-10-12 柚山精 三维打印机
US20160311159A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Caterpillar Inc System and method for forming an object using additive manufacturing process
US20160377051A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 General Electric Company Structural component for a modular rotor blade
US20170050382A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Voxel8, Inc. Closed-Loop 3D Printing Incorporating Sensor Feedback
CN108140064A (zh) * 2015-09-21 2018-06-08 西门子产品生命周期管理软件公司 用于在包含内含物的结构体积内分布多层复合物的方法、系统和非暂时性计算机可读介质
CN108327252A (zh) * 2018-04-11 2018-07-27 清华大学 螺杆式挤出系统及包含该系统的3d打印机
CN108437444A (zh) * 2018-03-31 2018-08-24 宁夏共享模具有限公司 一种工业级fdm打印设备的挤出机构
US20190099946A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-04 Jabil Inc. Apparatus, system and method for an additive manufacturing print head
CN110039795A (zh) * 2018-01-17 2019-07-23 空中客车西班牙有限责任公司 用于制造航空结构件的方法
CN110039766A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 华中科技大学 一种熔融沉积成型3d打印机的混粉进料喷头装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10814369B2 (en) * 2015-08-07 2020-10-27 Arconic Technologies Llc Architectural manufactures, apparatus and methods using additive manufacturing techniques
US20170291364A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-12 Timothy W. Womer Single screw micro-extruder for 3d printing
CN107443739B (zh) * 2016-05-30 2019-11-08 刘江 一种同层连续纤维复合材料3d打印机喷头装置
US11254901B2 (en) * 2016-07-12 2022-02-22 Deka Products Limited Partnership System and method for printing tissue
DE102016213439A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Robert Bosch Gmbh Extruder für 3D-Drucker mit variablem Materialdurchsatz
US10688719B2 (en) * 2016-08-31 2020-06-23 Thermwood Corporation Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing
CN107839229A (zh) * 2016-09-17 2018-03-27 罗天珍 拼接式多喷头fdm‑3d成型法及多挤出机总成系统
DE102018128107A1 (de) * 2018-11-09 2020-05-14 GEWO Feinmechanik GmbH Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106029345A (zh) * 2014-02-25 2016-10-12 柚山精 三维打印机
CN204505858U (zh) * 2015-03-23 2015-07-29 西安科技大学 颗粒供料螺旋挤压三维打印喷头装置
US20160311159A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Caterpillar Inc System and method for forming an object using additive manufacturing process
US20160377051A1 (en) * 2015-06-29 2016-12-29 General Electric Company Structural component for a modular rotor blade
US20170050382A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 Voxel8, Inc. Closed-Loop 3D Printing Incorporating Sensor Feedback
CN108140064A (zh) * 2015-09-21 2018-06-08 西门子产品生命周期管理软件公司 用于在包含内含物的结构体积内分布多层复合物的方法、系统和非暂时性计算机可读介质
CN105216327A (zh) * 2015-10-27 2016-01-06 大连理工大学 一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3d打印方法
CN105666640A (zh) * 2016-01-29 2016-06-15 深圳森工科技有限公司 打印机喷头、3d打印机及成型方法
US20190099946A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-04 Jabil Inc. Apparatus, system and method for an additive manufacturing print head
CN110039795A (zh) * 2018-01-17 2019-07-23 空中客车西班牙有限责任公司 用于制造航空结构件的方法
CN108437444A (zh) * 2018-03-31 2018-08-24 宁夏共享模具有限公司 一种工业级fdm打印设备的挤出机构
CN108327252A (zh) * 2018-04-11 2018-07-27 清华大学 螺杆式挤出系统及包含该系统的3d打印机
CN110039766A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 华中科技大学 一种熔融沉积成型3d打印机的混粉进料喷头装置

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