[发明专利]高速挤出3-D打印系统

说明书

一种三维打印机和打印方法，包括：通过利用供料系统在原料上施加第一挤出力，将原料供给到包括已加热筒的打印喷嘴中；以第一温度加热已加热筒中的原料使原料熔融；以及将熔融原料沉积到支撑台上，其中选择第一挤出力和第一温度以提供高达120立方毫米/秒范围内的体积流速。

相关申请的交叉引用

本公开要求2018年3月21日提交的美国临时申请No.62/646,019的权益，其内容教导通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及三维(3D)打印系统，更具体地，涉及一种高速挤出3D打印系统。

背景技术

本部分陈述仅提供与本公开相关的背景信息，且可以构成也可以不构成现有技术。

三维(3D)打印是用于直接通过数字模型制造3D模型的增材制造工艺，3D模型可包括原型或产品部件。增材制造是一种通过计算机辅助设计(CAD)或动画建模软件获取虚拟蓝图，并将虚拟蓝图进行切片，形成用于3D打印系统(包括3D打印机)的数字横截面，以用作打印3D模型的指南的过程。以液滴或连续珠粒的形式依次沉积复合材料层，直到打印出最终的3D模型。将这些层焊接(也称为熔合)在一起以形成并保持3D打印模型的形状。

对于使用挤出沉积工艺(例如，熔丝制造(Fused Filament Fabrication，FFF)和熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印系统，通过加热的挤出喷嘴施加热塑性复合细丝。阻碍ME3D打印技术在工业制造业中广泛应用的主要限制因素之一是构建速度慢。打印机移动速度、控制打印头速度的固件，以及通过打印头的挤出材料的体积流速是影响构建速率的因素。已知的3D打印系统受限于可用于“推动”细丝的力(给定速度下的扭矩)。例如，FFF/FDM打印速度受限于驱使粘弹性熔融聚合物通过直径为0.4-2.0mm的小口的能力。

人们期望改进3D打印系统的速度、精度和可控性以提升打印3D部件的效率和生产率。因此，虽然当前的3D打印系统实现了其预期目的，但是仍需要一种新的和改进的3D打印系统及方法来更快更精确地生产3D部件。

发明内容

根据本公开的若干方面，提供了一种利用3D打印机进行打印的方法。该方法包括通过在原料上施加第一挤出力将原料供给到筒中；以第一温度加热料筒中的原料以使原料熔融；以及将熔融原料沉积到支撑台上，其中选择第一挤出力和第一温度以提供高达120立方毫米/秒范围内的体积流速。

在另一方面，该方法进一步包括在筒的液化器部分中熔融原料，其中筒温度在20℃至600℃的范围内。

在另一方面，原料为细丝，并且该方法还包括使细丝与可旋转供料架接合以将细丝供给到筒中。

在另一方面，可旋转供料架安装在联接到驱动电机的驱动轴上。

在又一方面，该方法还包括测量由驱动电机施加到驱动轴的扭矩。

在另一方面，通过测量供应到驱动电机的电流来测量扭矩。

在另一方面，第一供料速率和第一温度根据主粘度曲线选择，其中主粘度曲线根据多个粘度测量值计算得出，多个粘度测量值由在不同供料速率和不同筒温度下获得的多个传感器测量值得到。

在另一方面，传感器测量值包括挤出力测量值、编码器测量值和温度传感器测量值。

在又一方面，该方法还包括以在0.1℃/秒到60℃/秒范围内的速率降低筒温度。

在又一方面，该方法还包括通过减小第一挤出力来暂停或停止沉积熔融原料。