CN117428889A - 防止3d打印机喷嘴板处沉积物的方法以及3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防止3D打印机喷嘴板处沉积物的方法以及3D打印机。该方法包括增加所述喷嘴板前面的空气中所述打印液体的载体液体的饱和水平。所述3D打印机具有喷嘴板并且包括用于增加所述喷嘴板前面的空气中所述打印液体的载体液体的饱和水平的系统。

Description

防止3D打印机喷嘴板处沉积物的方法以及3D打印机
技术领域
本发明涉及用于防止3D打印机内打印头的喷嘴板处打印液体沉积物的方法，并且涉及具有包括喷嘴板的打印头的3D打印机。
背景技术
当打印包含水和陶瓷颗粒的水性浆料时，水在喷嘴处蒸发，导致固体堵塞喷嘴。为了防止喷嘴堵塞，可以在超声波浴中或手动进行清洁。当前的打印机包括可以通过打印头启动的清洁装置。通常通过湿布将打印头移入其中。然而，可以通过多种方法来实现清洁。
当使用喷墨打印头喷射水性陶瓷浆料或其他水基或亲水材料时，浆料的干燥发生在喷嘴板的底侧。当周围气氛的湿度水平低于90％时，这会导致喷嘴堵塞。虽然浆料在喷嘴板的上侧逐渐积累，但这通常不足以将喷嘴中干燥的颗粒转回可流动的浆料并使喷嘴再次可通过。
发明内容
本发明的技术任务是防止在打印头的喷嘴板的底侧上形成沉积物以及防止喷嘴板的喷嘴中的打印材料变干。
该技术任务通过根据本文所述的主题来解决。
根据第一方面，该技术任务通过一种用于防止3D打印机内打印头的喷嘴板处打印液体沉积物的方法解决，该方法包括增加喷嘴板前面的空气湿度中打印液体的载体液体的饱和水平的步骤。载体液体可以是水或任何其他合适的溶剂。在水的情况下，饱和水平是相对空气湿度。相对空气湿度可以立即指示空气中水蒸气的饱和程度。当增加喷嘴板前面的空气中载体液体的饱和水平时，载体液体会在喷嘴板处沉淀。相反，喷嘴板上的载体液体也增加了喷嘴板前面的空气中载体液体的饱和水平。喷嘴板上的载体液体膜还减少了沉积物。该方法不需要启动单独的清洁站。此外，载体液体可以不接触地施加到喷嘴板，即不与另一装置(例如海绵)直接机械接触。在该方法期间，例如，水基浆料不会在喷嘴板的底侧或喷嘴内干燥，从而喷嘴不会被干燥的浆料堵塞。
在该方法的技术上有利的实施方式中，喷嘴板被载体液体润湿。这实现了例如液体膜另外防止在喷嘴板处形成沉积物的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，将载体液体气相沉积到喷嘴板上。这实现了例如载体液体可以均匀地施加到喷嘴板上并且液体膜另外防止沉积物的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，将载体液体喷雾到喷嘴板上。这实现了例如可以不费力地将载体液体施加到喷嘴板的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，使载体液体在喷嘴板前面雾化。这具有例如可以有效地增加喷嘴板前面的载体液体的饱和水平的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，在喷嘴板的底侧前面局部地产生具有高饱和水平的气氛。饱和水平例如大于50％，优选大于90％，高度优选大于95％，并且最优选大于99％。例如，通过沿着喷嘴板的目标气流来实现饱和水平的局部生成。这实现了直接保持喷嘴板底侧前面的气氛湿润的技术优势。在这种情况下，水基浆料无法将水释放到环境中，因此它不会变干并在喷嘴中保持可流动。该程序可以在过程中执行(“在进行中”)。这样打印头就不需要移动到单独的清洁站。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，载体液体通过超声波雾化。雾化产生载体液体的小液滴。这实现了例如可以不费力地产生载体液体雾的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，喷嘴板上的载体液体通过喷嘴被吸入。这实现了例如喷嘴板的喷嘴保持功能性(即可通过)的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，在印刷操作之前、期间或之后将载体液体施加到喷嘴板。这实现了例如喷嘴板随时准备运行的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，载体液体或富含载体液体的空气经由出口喷嘴排出，或者借助布或海绵将载体液体施加至喷嘴板。在此过程中，布或海绵可能会被轻微压缩。海绵或布可以贴在喷嘴板的侧面。在这种情况下，它们与喷嘴板一起移动。这具有例如可以直接增加喷嘴板前面的饱和水平的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，载体液体或富含载体液体的空气经由喷嘴板处的吸嘴被吸走。这具有例如可以从喷嘴板去除消耗的载体液体或具有降低的饱和水平的空气的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，用于增加饱和水平的载体液体具有高于50℃的温度。这具有例如可以有效地去除喷嘴板上的沉积物的技术优点。
在该方法的另一技术上有利的实施方式中，沉积在喷嘴板上的载体液体通过喷嘴抽吸。这具有例如自动清洁喷嘴板的技术优点。
根据第二方面，该技术任务通过一种具有喷嘴板的3D打印机来实现，其包括用于增加喷嘴板前面的空气中打印液体的载体液体的饱和水平的系统。该3D打印机实现了与根据第一方面的方法相同的技术优点。
在3D打印机的一个技术上有利的实施方式中，3D打印机包括用于在喷嘴板前面产生载体液体的蒸气的蒸发装置、用于在喷嘴板前面产生雾化载体液体的超声波装置、和/或用于将载体液体喷雾到喷嘴板上的喷雾装置。这实现了例如可以有效地增加喷嘴板前面的饱和水平的技术优点。
在3D打印机的另一技术上有利的实施方式中，喷嘴板处设置有用于增加饱和水平的出口喷嘴。这实现了例如可以直接增加喷嘴板前面的空气湿度的技术优点。
在3D打印机的另一技术上有利的实施方式中，喷嘴板处设置有用于吸走载体液体或富含载体液体的空气的吸嘴。这实现了例如可以从喷嘴板去除消耗的载体液体或具有降低的饱和水平的空气的技术优点。
在3D打印机的另一技术上有利的实施方式中，出口喷嘴布置在喷嘴板的一侧，并且吸嘴布置在喷嘴板的另一侧。这实现了例如可以通过喷嘴板前面的气流来维持高饱和水平的技术优点。
在3D打印机的另一技术上有利的实施方式中，3D打印机具有用于加热用于增加饱和水平的载体液体的加热器。这具有例如可以有效地去除喷嘴板上的沉积物的技术优点。
在另一技术上有利的实施方式中，通过在到达喷嘴的打印机液体系统中施加真空，重新溶解的固体经由喷嘴从喷嘴板的底侧被再次吸入。这实现了例如使喷嘴再次发挥作用(即可以通过)的技术优点。
附图说明
本发明的示例性实施方式在附图中示出并在下面更详细地描述，其中：
图1示出了3D打印机的示意图；
图2A和2B示出了有和没有沉积物的喷嘴板的示意图；
图3A和3B示出了具有水膜和溶解的沉积物的喷嘴板的示意图；
图4示出了打印头加湿系统的示意图。
图5示出了打印头加湿系统的又一示意图。
图6示出了用于打印头的容器的示意图；和
图7示出了打印头和水蒸汽发生器的示意图。
具体实施方式
图1示出了3D打印机100的示意图。3D打印机100在增材制造工艺中执行自由流动材料施加。在此过程中，原材料以打印液体的小滴的形式选择性沉积。在多喷射或多重喷射建模中，模型由具有多个线性布置的喷嘴的打印头105制造。
3D打印机100例如使用打印液体以便在组装平台119上逐层构建牙科修复体127。打印液体例如包含固体颗粒和用于固体颗粒的载体液体。
对于打印，材料通过来自多个喷嘴的打印射流123从打印液体点涂。打印头105可以在X方向、Y方向和Z方向上移动，使得打印射流123可以到达组装平台119的任意位置。打印液体通过供给装置113供给到打印头105。
然而，这里出现的问题是，在打印头105中会形成墨渣、异物或沉淀形式的沉积物。这些沉积物粘附到打印头105内部的液体系统的内表面和喷嘴板101的外部，因此随着时间的推移，它们会导致堵塞并损害喷嘴107(打印喷嘴)和打印头105的功能。
图2A示出了没有沉积物的喷嘴板101的示意性外部视图。喷嘴板101包括布置成平行的两排的多个喷嘴107。打印液体从喷嘴107放出。
图2B示出了具有沉积物109的喷嘴板101。沉积物109是在打印期间由干燥的打印液体形成的。例如，在喷嘴107周围的喷嘴板101的底侧上形成干燥的浆料残留物。如果不去除这些沉积物109，则打印质量下降并且在喷嘴107处发生堵塞。
图3A示出了具有施加的作为载体液体103的水的膜的喷嘴板101的示意图。载体液体通常可以是任何合适的溶剂。水103被施加到喷嘴板101的中心并且作用于沉积物109。水103溶解污垢。在3D打印机的操作期间，水蒸气被施加到喷嘴板101或者细水滴被喷雾到喷嘴板101上。结果，喷嘴板101被润湿。也可以使用各打印液体的载体液体来代替水。
图3B示出了具有溶解的沉积物109的喷嘴板101的示意图。在打印期间，打印头105在轻微的负压下操作，使得打印液体不会滴出。可以利用负压来调节是否吸入少量的水或润湿是否充分。溶解的沉积物109可以通过喷嘴107被吸入。
这确保了喷嘴板101的所有喷嘴107始终起作用，而不必移动到单独的清洁站。后者节省了成本、组装空间并提高了打印速度。为了增强清洁效果，可暂时增大负压。由于保持喷嘴107打开并清洁喷嘴板101是在打印操作期间(运行中)进行的，所以不存在因移动到单独的清洁站而造成的中断。此外，还可以确保没有打印喷嘴出现故障。可以控制喷射过程，使得喷嘴板101的底侧上的浆料不会局部干燥。
然后可以将清洁过程中吸收的溶液收集在箱中，并可以在真空下蒸发，以便再次将其去除。因此，即使有少量不含颗粒的液体连续进入系统，固体浓度也不会发生变化。
图4示出了用于打印头105的加湿系统200的示意图。加湿系统200包括水箱115，其中储存有用于加湿喷嘴板101的水103。水103通过泵117经由导管输送到打印头101。
喷嘴板101的每一侧均设有出口喷嘴131。出口喷嘴131将来自水箱115的水103排放到喷嘴板101上。这不仅润湿了喷嘴板101，而且还增加了喷嘴板101前面的空间区域中的空气湿度。由此，再溶解的固体借助负压通过喷嘴107返回到液体系统。
图5示出了用于增加打印头105的饱和水平的装置或系统200的另一示意图。系统200还包括储存用于润湿喷嘴板101的水103的水箱115。
在水箱115内设置有作为雾化器(汽化器)的超声波压电元件121。超声波压电元件121在水箱115内靠近水面处产生超声波振动。超声波压电元件121将电振动转换为机械振动。机械振动导致液膜表面形成毛细波，随着激励频率的增加，毛细波呈指数上升。当激励频率达到一定值时，形成一定直径的液滴。雾是通过高达3MHz的机械振动产生的，该振动被传递到液体中。液滴的直径随着激励频率的增加或相应液体的较高密度和较低表面张力而减小。通过超声波压电元件121，可以获得2至4μm的液滴尺寸。超声波压电元件121使来自水箱115的水雾化或蒸发。
这在水面上方形成细小液滴的雾125。以这种方式产生的雾125通过使用鼓风机或泵117的再循环系统经由出口喷嘴(出口)131和吸嘴(入口)129被引导遍及喷嘴板101。在被吸嘴129吸走后，雾125返回到水箱115。
出口喷嘴131和吸嘴129可以与喷嘴107布置在同一平面内，或者可以直接集成到喷嘴板101中。出口喷嘴131和吸嘴129确保由具有高湿度的雾125沿着喷嘴板101在下方产生层流。这防止在浆料和紧邻喷嘴107的气氛之间形成湿度梯度。
沿喷嘴板101下方的层流的流速应比料滴的出口速度小许多倍，以使料滴的飞行方向不至于过度偏转。另外，层流应与料滴的飞行方向大致正交，理想地与串联布置的喷嘴107成直角。在打印单个材料液滴期间可以中断流动，这样就不会影响打印结果。
施加到喷嘴板101的底侧的高湿度层流空气流实现了防止喷嘴107处的周围空气吸水，因此浆料不会变干。这防止了喷嘴107和喷嘴板101处的沉积物109。
该方法减少了技术工作并节省了组装空间，因为不需要用于喷嘴板101的单独的清洁站。由于可以在打印操作过程中进行清洁，因此可以更快地完成打印订单。
替代地，3D打印机的整个组装空间的气氛可以保持湿润，使得喷嘴板101底侧的浆料没有机会将湿气释放到环境中从而变干。
图6示出了用于打印头105的容器111的示意图。容器111由模制部件形成，打印头105从上方插入到该模制部件中。容器111可包括联接至出口喷嘴131和吸嘴129的供给通道137和排出通道139。水蒸气或水经由供给通道137和排出通道139供给或排出。
确保打印头105可靠操作所需的任何部件都可以集成到打印头105的容器111中。因此，这些部件与打印头105一起行进，例如真空端口、压缩空气端口、超声波发生器、蒸发器或气溶胶发生器。如果打印头保持在原位并且组装平台移动，则不需要接近单独的清洁站或者不需要在打印头下方移动单独的清洁站。
另外，容器111可以包括用于在喷嘴板101前面产生水蒸气的蒸发装置133。在蒸发装置133中，喷嘴板101的环境中的水103通过加热装置被加热，以便产生水蒸气。蒸发的水103在喷嘴板101处凝结。结果，不仅喷嘴板101周围的空气湿度增加，而且喷嘴板101被液膜润湿，其防止沉积物109。
容器111还可以包括用于例如通过喷嘴将水103喷雾到喷嘴板101上的喷雾装置135。喷嘴板101还可以通过喷雾装置135用水103润湿，从而可以通过液膜防止沉积物109。
图7示出了打印头105和水蒸汽发生器141的示意图。水蒸汽发生器141可以例如被设计为超声波压电元件，其布置在水箱中。3D打印机可以包括蒸汽发生器、加热器或两者作为用于增加喷嘴板前面的空气中的打印液体的载体液体的饱和水平的系统。
使用鼓风机或泵117经由出口喷嘴(出口)131将产生的雾125引导至喷嘴板101。雾125可以在喷嘴板101处凝结并且从那里作为水滴落下。在非水平组装平台119中，这些水滴可被收集在收集盘中，其可再次供给水箱，从而防止载体液体被重新吸收或重新吸入喷嘴中。
用于增加饱和水平的雾125可以具有50℃或更高的温度。温度为至少50℃的雾125可以有效地软化喷嘴板101上干燥或沉积的打印液体。这具有例如可以有效、容易且快速地去除喷嘴板101上的沉积物的技术优点。使用温度为至少50℃至60℃的水雾125使得无需使用腐蚀性化学品。这具有例如可以有效地清洁喷嘴板101而不需要可能导致腐蚀的苛性化学品的进一步技术优点。
在这种情况下，在喷嘴板101的表面上形成冷凝的载体液体。如果喷嘴板101的温度在20℃至25℃之间并且用于增加饱和水平的载体液体的蒸气在50℃至60℃之间，则喷嘴板101的清洁非常有效。大气压力可以是1.013hPa。载体液体的可能的最大饱和水平可以在莫里尔图中找到，该图是预定义压力下空气温度、水分含量和空气热函之间关系的图形表示。
结合本发明的各个实施方式解释和示出的所有特征可以在本发明的主题中以不同的组合来提供，以同时实现它们的有益效果。
所有方法步骤都可以由适合于执行相应方法步骤的设备来实现。由相关特征执行的所有功能都可以是方法的方法步骤。
本发明的保护范围由权利要求给出，并且不受说明书中解释的或附图中示出的特征限制。
附图标记
100 3D打印机
101喷嘴板
103载体液体/水
105 打印头
107 喷嘴
109 沉积物
111 容器
113 供给装置
115 水箱
117 泵
119 组装平台
121 超声波压电元件
123 打印射流
125 雾
127 牙科修复体
129 吸嘴
131 出口喷嘴
133 蒸发装置
135 喷雾装置
137 供给通道
139 排出通道
141 水蒸气发生器
200 系统。

Claims (17)

1.一种用于防止3D打印机内打印头的喷嘴板处打印液体沉积物的方法，包括以下步骤：
-增加所述喷嘴板前面的空气中所述打印液体的载体液体的饱和水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述喷嘴板被所述载体液体润湿。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述载体液体气相沉积到所述喷嘴板上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述载体液体喷雾到所述喷嘴板上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述载体液体在所述喷嘴板前面雾化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述载体液体通过超声波雾化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过所述喷嘴吸入所述喷嘴板上的所述载体液体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在打印操作之前、期间或之后将所述载体液体施加到所述喷嘴板。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述载体液体或富含载体液体的空气经由出口喷嘴排出，或者所述载体液体通过布或海绵施加至所述打印板。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经由所述喷嘴板处的吸嘴吸走所述载体液体或富含载体液体的空气。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于增加饱和水平的所述载体液体具有高于50℃的温度。
12.一种具有喷嘴板的3D打印机，包括：
-用于增加所述喷嘴板前面的空气中所述打印液体的载体液体的饱和水平的系统。
13.根据权利要求12所述的3D打印机，其中，所述3D打印机包括用于在所述喷嘴板前面产生所述载体液体的蒸气的蒸发装置、用于在所述喷嘴板前面产生雾化载体液体的超声波装置、和/或用于将所述载体液体喷雾到所述喷嘴板上的喷雾装置。
14.根据权利要求12或13所述的3D打印机，其中，所述喷嘴板处设置有用于增加所述饱和水平的出口喷嘴。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的3D打印机，其中，所述喷嘴板处设置有用于吸走载体液体或富含载体液体的空气的吸嘴。
16.根据权利要求14或15所述的3D打印机，其中，所述出口喷嘴布置在所述喷嘴板的一侧，并且所述吸嘴布置在所述喷嘴板的另一侧。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的3D打印机，其中，所述3D打印机具有用于加热用于增加所述饱和水平的所述载体液体的加热器。
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