[發明專利]用于增材制造的快速噴嘴冷卻

有效

• 申請號: 201580064946.7
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN107000317B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 約翰·羅維亞羅;托馬斯·霍克
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術有限公司
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/30;B29C64/386;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;宮傳芝

根據本公開的系統、設備和方法配置為用于增材制造。用于增材制造的系統可以包括獨立的制造單元、裝配線上的系列單元、或具有工作流程自動化特征部的大容量系統，該自動化特征部包括用于將零件運輸至構建區域或從構建區域運輸零件的傳送機、或用于運輸零件或調整系統組件的機器人臂。增材制造系統(100)可以包括流量調節器(130)以改變在材料擠出噴嘴盒(171)的前端(150)處或前端(150)內的熱塑性材料的溫度，例如，使得熱塑性材料能夠從前端流動或抑制熱塑性材料從前端流動。流量調節器可以配置為以指定的溫度、速度或體積提供指定的氣體或液體。

優先權要求

本申請要求根據35U.S.C.§119(e)于2014年12月1日提交的Roviaro等人的美國臨時專利申請序列號62/085,849的題為“RAPID NOZZLE COOLING FOR ADDITIVEMANUFACTURING”的優先權益。

背景技術

增材制造或三維(3D)打印，是一種使用自動化系統制造基于數字模型的實體物體(solid object)的生產技術。通常而言，計算機輔助設計(CAD)建模軟件用于創建所需實體物體的數字模型。然后增材制造系統的指令基于該數字模型，例如通過將數字模型虛擬地“切片”成橫截面或層來創建。該層就能夠在增材制造裝置中按照順序進程形成或沉積來創建物體。

增材制造方法提供了多種優點，包括潛在地減少從設計階段到原型或商業化階段的時間段。設計更改可以在整個開發過程中，基于物理原型，而不是僅基于數字模型、或基于由昂貴的生產工具制作的原型來進行。通常而言，是不需要專門的工具的，因為增材制造系統中的相同的擠出頭能夠用于創建具有多種不同形狀、尺寸和造型的復合零件。在一些實例中，增材制造能夠用于減少零件庫存。使用增材制造，能夠根據需要或現場快速制作某些零件。

各種聚合物可以用于增材制造，包括具有不同顏色、分子量、阻燃特性或其它特性的聚合物。一些復合零件使用單絲增材制造技術(例如，在熔融沉積成型(FDM)或熔絲制造(FFF)中)制成。單絲可以包括直徑為約0.1至3.0mm的材料股線(material strand)。一些單絲材料可以在熱和大氣壓力下粘合，而產生在股線表面之間具有高度相互作用的復合零件，其中在粘合股線中具有一小部分空隙。

有人已經提出了用于在增材制造系統中調節熱塑性材料流動的各種系統和方法。Batchelder等在題為“Apparatus and Method for Thermoplastic extrusion”的美國專利No.6,578,596中提及，在擠出頭中從熱塑性材料供給歧管延伸到排放口的熱塑性流動通道。Batchelder等還提及在供給歧管和排放口之間的中間位置處，使用冷卻劑以打開或關閉所述流動通道。Labossiere等在題為“Single-motor Extrusion Head Having MultipleExtrusion Lines”的美國專利No.7,604,470中提及從氣流歧管供給冷卻空氣以冷卻所擠出的物料流，以改進與先前沉積的材料的熔合。

發明內容

概述

本發明人已經認識到，除其它問題之外，需要解決的問題包括提高增材制造系統的產量和效率。本發明主題物質可以，例如通過減少兩種或更多種不同材料的擠出之間的切換時間，包括減少支撐材料的擠出和模型材料的擠出之間的切換時間來幫助提供該問題的解決方案。本文所述的系統和方法可以用于改變噴嘴盒的前端處或前端內的熱塑性材料的溫度而減少材料切換時間，或促進另一噴嘴盒過程事件或改變事件，如材料變化或清掃事件。

改變噴嘴盒前端處或前端內的熱塑性材料的溫度可以改變所述材料的流動特性。例如，當前端中的所述熱塑性材料加熱到等于或高于所述材料的流動閾值溫度(flowthreshold temperature)的溫度時，所述熱塑性材料可以至少部分液化，并且構建事件可以通過擠出或沉積來自前端的熱塑性材料進行。當前端中的所述熱塑性材料的溫度降低時，熱塑性材料可能硬化成基本固體的狀態，并且可以停止或抑制來自所述前端的物料流。