[发明专利]用于在增材制造系统中使用的挤出机机头的经优化的喷嘴布置

说明书

本发明题为“用于在增材制造系统中使用的挤出机机头的经优化的喷嘴布置”，公开了一种挤出机机头在面板中具有多个喷嘴的布置，该布置避免了在面板中心处与0°‑180°轴线和90°‑270°轴线相交成角取向处对齐该多个喷嘴。该挤出机机头包括具有面板的外壳，该面板具有多个喷嘴，该多个喷嘴在该喷嘴被投影到该面板的平面中的第一轴线上时彼此等距间隔开，并且该喷嘴在被投影到该面板的该平面中与该第一轴线正交的第二轴线上时彼此等距间隔开。挤出机机头从该面板的该平面中的该第一轴线和该第二轴线的交点沿着任何角路径的移动使得该多个喷嘴中的至少一个喷嘴能够不与任何其它喷嘴对齐。

本公开涉及在以矢量图形实现的三维物体打印机中使用的多喷嘴挤出机，并且更具体地讲，涉及在此类挤出机中喷嘴的布置。

三维打印也称为增材制造，是由几乎任何形状的数字模型制备三维固体物体的工艺。许多三维打印技术使用增材工艺，其中增材制造设备在先前沉积的层的顶上形成零件的连续的层。这些技术中的一些技术使用挤出机，挤出机将挤出材料诸如ABS塑料软化或熔融成热塑性材料，然后以预定图案发射热塑性材料。打印机通常操作挤出机以形成连续的热塑性材料层，该连续的热塑性材料层形成具有多种形状和结构的三维打印物体。在形成三维打印物体的每一层之后，热塑性材料冷却并硬化以将该层粘结到三维打印物体的下面层。这个增材制造方法能与传统的物体形成技术区分开，传统的物体形成技术大多依赖于通过减材工艺诸如切割或钻孔从工件移除材料。

打印二维图像的大多数打印机使用与打印机的分辨率匹配的位图图像。然后在介质上在被称为栅格的路径中扫描打印头。因此，这种打印方法有时被称为栅格打印。打印机通过在油墨或其它标记材料接收表面上逐个光栅地连续扫描印刷头来形成图像。有时这个扫描是通过前后运动来执行，其被称为双向打印。在其他情况下，接收表面或打印头仅在单个方向上移动，并且这种类型的打印被称为单向打印。矢量图形打印机的工作方式不同。由矢量图形打印机形成的二维图像使用基于一系列点、线和曲线的形状描述。这些描述用作将工具诸如挤出头沿着由线和曲线限定的路径移动的命令。这个移动发生在两个以上的正交方向上。使用本文档所述多喷嘴挤出机的打印机是矢量图形打印机。

许多现有的三维打印机使用通过单个喷嘴挤出材料的单个挤出机。打印头在预定路径中移动，以基于三维打印物体的模型数据将构建材料发射到支撑构件的选定位置或三维打印物体的先前沉积的层上。然而，使用仅具有单个喷嘴的打印头发射构建材料常常需要相当长的时间来形成三维打印物体。此外，具有较大喷嘴直径的印刷头可以更快地形成三维打印物体，但是丧失了为细节更多的物体以更精细的形状发射构建材料的能力，而具有较窄直径的喷嘴可以形成细节更多的结构，但需要更长的时间来构建三维物体。

为了解决单喷嘴挤出机的局限性，已经开发了多喷嘴挤出机。在这些多喷嘴挤出机中，喷嘴形成在公共面板中，并且通过喷嘴挤出的材料可以来自一个或多个歧管。在具有单个歧管的挤出机中，所有喷嘴都挤出相同的材料，但是从歧管到每个喷嘴的流体路径可以包括被操作以选择性地打开和关闭喷嘴的阀。这种能力使得能够通过改变挤出材料的喷嘴的数量和哪些喷嘴正在挤出材料来改变从喷嘴挤出的热塑性材料条带的形状。在具有不同歧管的挤出机中，每个喷嘴可以挤出不同的材料，其中从歧管中的一个歧管到其对应喷嘴的流体通道包括可以操作以选择性地打开和关闭喷嘴的阀。这种能力使得条带中材料的组成能够改变并使得从喷嘴挤出的热塑性材料条带的形状能够改变。同样，这些改变是通过改变挤出材料的喷嘴的数量和哪些喷嘴正在挤出材料来实现。这些多喷嘴挤出机使得不同的材料能够从不同的喷嘴挤出并被用于形成物体而不必协调不同挤出机主体的运动。这些不同的材料可以増强增材制造系统制备具有不同颜色、物理特性和构型的物体的能力。此外，通过改变挤出材料的喷嘴的数量，可以改变所产生的条带的尺寸，以在需要精确特征形成的区域诸如物体边缘提供窄的条带，而提供较宽的条带给物体的快速形成区域诸如其内部区域。