[发明专利]三维模制系统及方法

说明书

一种用于建立对象的三维模制系统，其包括：一个三维模制打印头，其中，该打印头附接至一定位构件，其用以使该打印头与正被印制的对象中的至少一者彼此空间性地相对移动。该打印头包括一管状馈入构件与配置在该管状馈入构件的一端的一喷嘴，该喷嘴具有用于施配模制材料的一喷嘴出口，与用于介接在待建立的该对象上的模制材料的先前沉积轨道的一喷嘴尖端。该管状馈入构件包括用于馈入该模制材料至该喷嘴出口的一馈入通道。该系统进一步包括：该管状馈入构件在该喷嘴对面的一端的一模制材料馈入构件，其中，该模制材料馈入构件经配置为可用于使一压力朝向该喷嘴施加于在该馈入通道内的该模制材料。该系统进一步包括：一压力判定构件，其用于判定指示施加于该模制材料的一压力的一第一参数。该系统进一步包括：一控制系统，其经配置为可基于指示施加于该模制材料的一压力的该经判定的第一参数来控制该模制材料馈入构件。一种使用该系统的三维模制方法。

技术领域

本发明是有关于一种用于建立三维对象的三维模制系统，与一种用于三维模制三维对象的方法

背景技术

在三维模制中，对象的形成是借由以控制的方式层迭模制材料，以建立带有所要三维形状的对象。形成对象的此一方式也被称为积层制造法。三维模制经常使用三维模制打印机。该打印机有三维活动打印头，该打印头是在模制材料的先前沉积轨道上方移动时施配模制材料。

待打印对象可放上基底。该打印头相对于正被模制或打印的对象可在三维空间中移动，反之亦然。在有些情形下，对象相对于打印头可在一或多个维度中移动。模制对象有各种可能组合用于使对象相对于打印头移动，反之亦然。

打印头的移动由控制系统控制，其是控制打印头附接至它的三维可控定位系统。用软件，可设计轨道的图案，此图案用来移动打印头以及用来沉积轨道。

对象建立于在相对于活动打印头的参考位置的基底结构上。模制材料可与先前形成的轨道熔合。三维模制材料馈入打印头的形式例如可为丝线、颗粒、棒杆、液体或悬浮液。该打印头从打印头通过喷嘴施配模制材料，且使其以轨道的形式沉积于基底上而形成一层轨道，或在已沉积待建立对象的前一层时，沉积于对象的先前沉积轨道上，让它凝固。该模制材料可与先前沉积轨道以热或化学或其它方式熔合。化学模制材料可从打印头施配且沉积于先前沉积轨道上且使其固化以在沉积后立即凝固。

基底及对象与打印头在轨道中的相对移动以及同时沉积来自打印头的模制材料，允许熔合的沉积模制对象随着各个沉积轨道成长且逐渐得到它所欲形状。

在当前的材料挤出打印机(包括颗粒挤出机、撞头挤出机(ram extruder)及注射器挤出机)中，材料是以前馈流量受控的方式沉积。取决于待沉积轨道的厚度与打印速度，模制材料的流量保持不变。材料流量的校准作为机器校准的一部份。

此外，为了维持待建立对象的准确尺寸，特别是维持正被沉积的轨道的受控厚度，必须校准造成打印头在正被建立对象的先前沉积轨道上方移动的X-Y-Z定位系统。

在校准正确时，利用流量控制可准确地打印无空隙对象。在例如打印头喷嘴与例如先前沉积层的间隙由于缺乏校准而增加时，模制材料的流量可能变得太小而不能填满间隙，因而造成在打印轨道之间出现空间，而在打印对象中产生空腔。这被称为挤出不足(under-extrusion)。

另一方面，当打印头喷嘴与先前沉积轨道的间隙由于缺乏校准而减少时，模制材料的流量对于正被沉积的轨道可能变得太大，使得太多材料会被挤出。这被称为过度挤出(over-extrusion)。在轨道被铺在两个先前沉积轨道之间且其间的空间越来越窄时，也可能出现过度挤出。这可能导致对象与打印头之间有过大的力以及对象由于模制材料溢流而有粗糙的表面。模制材料的溢流可能导致在打印头的喷嘴尖端(nozzle tip)上有残渣或残留物，而可能脱落喷嘴尖端且与正被印制的对象熔合且造成对象的潜在损失。