CN114641387A - 短长度高效液体冷却分配器方法 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种通过分配器制造物体的方法。所述方法包括将打印材料供给到打印机。所述方法进一步包括从冷却剂源接收液体冷却剂。所述方法进一步包括以芯的螺旋几何形状用所述液体冷却剂冷却所述打印材料。所述方法进一步包括通过热源加热所述打印材料。所述方法进一步包括通过所述分配器分配所述打印材料用于打印。

Description

短长度高效液体冷却分配器方法

技术领域

本发明的实施方案一般涉及一种分配器方法，并且特别涉及一种用于制造的液冷分配器方法。

背景技术

挤出器是三维（3D）打印机的一部分，其将原材料分配到构建表面上。挤出器在其热端融化材料，并且然后将材料从喷嘴挤出到构建表面。通常，挤出器通过在相对于基座在三维中移动挤出头的同时，从挤出头选择性地挤出融化热塑性塑料，以执行三维物体的快速成型。挤出头相对于基座的移动是在计算机控制下执行的。为了进行有效的挤出，冷端的温度应该比热端低得多。

保持挤出器的热端中的较低温度的常规方法依赖于通过在冷端旁边放置风扇来空气冷却冷端。然而，由于空气的热容量较小，空气冷却不是很有效，当热端温度很高(>260°C)时，空气冷却甚至无效。此外，例如当在加热环境中使用时，空气冷却可能仅将冷端冷却到可能不是有效的环境温度。

常规上，已设计工艺来应对上述问题并且维持较高的热端温度，但它们也非常无效，因为它们只是用水代替空气作为冷却剂。在常规工艺中，水只是绕着冷端流动来吸收热量。在常规工艺中，热传递量是有限的，尽管它比空气冷却挤出器更高。此外，由于冷端可能从环境中吸收热量，水冷的常规方法在沉积高融化温度材料所需的较高环境温度下几乎不起作用。

因此，需要一种改进的工艺或方法，其能够解决上述与挤出器/分配器的常规工艺或方法相关联的问题。

发明内容

根据本公开的一个方面，本文提供了一种用于打印的方法。该方法包括将打印材料供给到打印机。该方法进一步包括通过热源加热打印材料。该方法进一步包括从冷却剂源接收液体冷却剂。该方法进一步包括通过促进底部区的入口和顶部区的出口的螺旋流，用液体冷却剂有效地冷却冷端中的打印材料。该方法进一步包括通过分配器分配打印材料。

前文是提供对本发明的实施方案的一些方面的理解的简化概述。此概述并非本发明及其各个实施方案的扩展也并非详尽综述。该概要以简化的形式呈现本发明的实施方案的选定概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如将明白，本发明的其他实施方案可单独或组合利用上文陈述或下文详述的特征中的一个或多个。

附图简要说明

在尤其结合附图考虑本发明的实施方案的以下具体实施方式之后，本发明的以上和又其他特征和优点将变得显而易见，且其中：

图1示出了根据本发明的一个方面的打印机的示意图；

图2示出了根据本发明的一个方面的分配器的示意图；

图3示出了根据本发明的实施方案的通过液体冷却分配器的方法的流程图；

图4示出了根据本发明的实施方案的用于分配器的循环液体冷却剂的方法的流程图；

图5示出了根据本发明的实施方案的分配器的螺旋芯的横截面；并且

图6比较了不同冷却方法下沿分配器的材料的机械、化学和热状态。

为了促进理解，已酌情使用相同参考数字来指代图示所共有的相同元件。

具体实施方式

如本申请全文使用，用词“可”以许可意义使用（即，意谓可能），而不是强制意义（意谓必须）。类似地，词字“包括（include、including和includes）”意指包括但不限于。

短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中既是连词又是析词的开放式表述。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”中的每一个表述意指单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A、B和C一起。

术语“一个（a或an）”实体是指该实体中的一个或多个。因此，本文术语“一个（a或an）”、“一个或多个”和“至少一个”可以互换使用。还应注意的是，术语“包括（comprising、including）”和“具有”可以互换使用。

如本文所用，术语“自动”及其变型是指在执行工艺或操作时，在没有实质性人力投入的情况下进行的任何工艺或操作。然而，如果一个实质性或非实质性的人力投入是在该工艺或操作的执行之前接收的，那么即使该工艺或操作的执行使用了投入，该工艺或操作仍可以是自动的。如果这种人力投入影响工艺或操作的执行方式，则认为人力投入是实质性的。同意工艺或操作执行的人力投入不被认为是“实质性”的。

图1示出了用于通过附加制造或3D打印来打印物体的打印机10的实施方案。如图1所示，打印机10包括底盘11、泵12、冷却剂贮存器13和散热器/过滤器14。打印机10进一步包括X台架15、Y台架16和Z台架17。打印机10进一步包括供料马达18、供料管19和供料20。打印机10进一步包括作为输出的打印平台21和打印部分22。根据本发明的实施方案，打印机10进一步包括液冷挤出器100。

图2示出了分配器100的示意图。如图2所示，分配器100包括热端部分102、冷端部分104、冷却剂源304（图2中未示出）和材料供给部分108。冷端104通过冷却剂入口（129）进入冷端、绕渠道（128）流动、从螺旋芯吸收热量并最终通过冷却剂出口（125）离开冷端的冷却剂流保持冷却。

图3示出了根据本发明的实施方案的打印物体和通过液体冷却分配器的方法的流程图。在步骤302处，打印材料被供给到打印机。在一个实施方案中，打印材料可以由适当的材料制成，包括但不限于塑料。在步骤304处，从冷却剂源接收液体冷却剂。在一个实施方案中，冷却剂源可以位于分配器的外部，从其中可以接收并返回冷却剂。

在步骤306处，用液体冷却剂（即，从冷却剂源接收的冷却剂）冷却芯。在一个实施方案中，冷却芯被构造成保持打印材料冰凉。在一个实施方案中，打印材料可以在分配器100的冷端部分104处被冷却。在一个实施方案中，冷却包括通过使用分配器的冷端部分的螺旋芯122来冷却液体冷却剂。在一个实施方案中，由于螺旋芯使渠道（如图5所示）的几何形状被构造成增加芯与冷却剂的接触面积，以及冷却剂在壳体内的停留时间，从而增加了冷却的效率。

在步骤308处，打印材料由热源加热。在一个实施方案中，打印材料可以在热端部分102处被加热。在步骤310处，打印材料由分配器分配。在一个实施方案中，喷嘴可以充当分配器。

图4示出了根据本发明的实施方案的用于分配器的循环液体冷却剂的方法的流程图。在步骤402处，从冷却剂贮存器或冷却剂源中取出冷却剂。在一个实施方案中，冷却剂贮存器可以位于分配器的外部。此外，冷却剂贮存器可以含有预定的

最佳条件例如适当的温度、pH值和纯度的冷却剂。此外，冷却剂贮存器可连接到主动或被动冷却系统以保持较低的冷却剂温度，该系统可包括散热器、热电冷却器、制冷循环等。

在步骤404处，冷却剂由过滤系统过滤。在一个实施方案中，过滤系统可以去除可能进入冷却剂循环的任何污染物。在步骤406处，冷却剂被输送到输送系统。在一个实施方案中，输送系统可以包括泵和入口/出口管道。在步骤408处，向分配器提供冷却剂。在一个实施方案中，冷却剂被提供到分配器的冷端部分。在步骤410处，冷却剂返回到冷却系统。

方法300和400有利地提供可用于但不限于三维（3D）打印设备的先进冷却工艺。方法300能够通过使用液体冷却剂（而不是常规分配器使用的空气）以更高效和更有效的方式获得更高的挤出温度。此外，方法300有利地确保有效的热传递，因为水开始从最热区的芯底部流动，并在相对较少热的芯顶部处离开，同时保持螺旋流，使冷却剂的接触面积最大化。本领域技术人员将明白，当冷水与芯的最热部分接触时，该方法确保了最大的热传递。

如图6所示，螺旋冷却确保材料在加热块上方的任何部分处保持在熔化温度以下。在优选实施方案中，冷却剂的流率可以通过从监测过渡区103中的材料的温度的温度传感器获得反馈来控制泵的功率来控制。冷却剂的流率被控制以使打印材料的温度保持在加热块上方任何处的熔点之下。本领域技术人员将明白，熔化只在为有效挤出的理想选择的热块中开始。这也限制了材料在材料通道中的受限移动，从而消除了对材料通道的涂覆的需要，这与在其他冷却方法中必须对整个材料通道进行涂覆有所不同。本领域技术人员将明白，这使得该系统更加经济，因为涂覆工艺可能非常昂贵。此外，该系统的响应要快得多，因为只在热块中引起压力的建立。推动材料通过供给导致通过喷嘴的流动，并且当推动力被去除时，材料停止流动，这与其他方法不同，在其他方法中，流动停止有延迟，这可能对在某些应用中使用分配器制成的产品产生不利影响。

此外，由方法300提供的冷却效果允许冷端部分中有相对较短的芯（由于芯的螺旋形状），并且因此有缩短的冷端部分。此外，因为可以向热端提供更多的热，方法300提供更快的沉积速率/更高的打印速度。此外，由于冷端缩短，打印喷嘴由于蠕变失效而阻塞的机会最小化。此外，由于有效的热传递，冷却分配器由于需要较低压力的泵而更加经济。此外，在一个实施方案中，在环境温度升高的情况下，冷端部分的绝缘外壁可以防止热从环境传递到打印材料。这使得即使在高环境温度下打印，分配器的芯仍保持更冰凉。

出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的示例性实施方案的前述讨论。无意将本发明限制于本文所公开的一种或多种形式。在前述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，例如，本发明的各种特征在一个或多个实施方案、构造或方面中被分组在一起。实施方案、构造或方面的特征可组合在除上述所讨论的实施方案、构造或方面之外的替代实施方案、构造或方面中。此公开方法不应被解释为反映本发明需要比每一权利要求中明确论述的特征更多的特征的意图。正相反，由于以下权利要求所反映，发明方面所依赖的特征小于单个前述公开的实施方案、构造或方面的全部特征。因此，据此将以下权利要求并入具体实施方式中，就此点而论，每一权利要求均可作为本发明的个别实施方案。

此外，尽管本发明的描述已经包括了对一个或多个实施方案、构造或方面的描述以及某些变化和修改，但是其他变化、组合和修改都在本发明的范围内，例如，在理解本公开之后，可以在本领域技术人员和知识范围内。其目的是获得包括允许范围内的替代实施方案、构造或方面的权利，包括所要求保护的替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论此替换的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文公开，并且无意公开致力于任何可专利主题。

Claims (12)

1.一种通过分配器打印物体的方法，所述方法包括：将打印材料供给到打印机；

从冷却剂源接收液体冷却剂；

在芯的螺旋几何形状中用所述液体冷却剂冷却所述打印材料，以保持所述打印材料低于熔化温度；

利用热源加热所述打印材料；以及

由所述分配器分配所述打印材料用于打印。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芯的螺旋几何形状被构造成增加所述芯与所述冷却剂的接触面积，并且增加冷却效率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印材料在所述分配器的所述冷端部分被冷却。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分配器的所述热端部分处加热所述打印材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却剂在预定温度、pH值和纯度下存储。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却剂液体的所述接收包括通过过滤系统过滤所述液体冷却剂。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤系统被构造成从所述液体冷却剂中去除污染物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收所述冷却剂液体进一步包括通过输送系统将所述冷却剂输送到所述分配器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述接收所述冷却剂液体进一步包括将所述液体冷却剂返回到所述冷却剂源。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却包括通过在所述分配器的所述冷端部分处使用螺旋芯来冷却所述液体冷却剂。

11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括控制所述芯内的流率以将所述打印材料的温度控制在设定温度以下。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述设定温度低于加热块上方任何处的所述打印材料的熔点。

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