] 这样，被挤出的能够流动的材料被喷嘴68的内环90(而不被外环92)引导，以产 生具有良好的路径边缘质量、具有与内环90的外径98相当的路径宽度的外缘路径1546。 因此，外缘路径的侧壁不会形成波纹并且与工具路径1550保持基本不变的距离。这相应地 产生具有狭窄的路径宽度（例如，路径宽度104)的外缘路径1546,并且该外缘路径1546限 定了给定层1544的内部区域1554。
[0102] 如图18B所示，具有与外缘路径1546的路径宽度一致的顶端直径的传统喷嘴会需 要多次经过，例如沿光栅形的工具路径1556,以用能够流动的材料填充内部区域1554。可 以预见的是，打印头的来回运动增加了需要的填充内部区域1554的时间。
[0103] 相反，如图18C所示，喷嘴68可以在挤出头68沿例如箭头1560图示的单个工具 路径1558移动时以第二挤出速率（其大于第一挤出速率）挤出能够流动的材料。如上所 述，增大挤出速率使得能够流动的材料围绕喷嘴68的内环90侧向地流动并且进入凹槽94 中以及至外环92。然而，外环92用作较大直径的顶端，以引导被挤出的能够流动的材料。 [0104] 这样，被挤出的能够流动的材料被内环90并且被外环92引导，以产生具有与外环 92的直径100相当的路径宽度的稳定的内部填充路径1548。因此，内部填充路径1548的侧 壁不会振荡，并且与工具路径1556保持基本不变的距离。这产生具有更宽的路径宽度（例 如，路径宽度118)以填充内部区域1554的内部填充路径1548。
[0105] 由喷嘴68的内环90产生的较窄的外缘路径1546 -般比外环92产生的较宽的内 部填充路径1548更稳定。然而，因为层1544的边界由外缘路径1546限定，并且内部填充 路径1548填充内部区域1554并且被先前形成的外缘路径1546横向地支撑，所以不用担心 内部填充路径1548的稳定性。因此，内部填充路径1548可以具有任何合适的路径宽度，例 如从大约与内环90的外径98的宽度相同的宽度至外环92的直径100的大约120%的宽 度。
[0106] 比较光栅形工具路径1556(图18B中示出）与工具路径1558(图18C中示出）， 可以认识到，用单一沉积路径代替来回的光栅式打印，可以减少填充每一层1544的内部区 域1554的需要的时间。因为薄壁几何结构3D零件1452可以具有很多层，以提供高分辨度 表面，所以喷嘴68 (或者本公开的任一可替代的喷嘴）的使用可以充分地减少打印3D零件 1452或具有薄壁几何结构的其它3D零件的时间。
[0107] 本公开的喷嘴可以使用内环90打印一层的狭窄的外缘路径，并且然后同时使用 内环90和外环92打印较宽的内部路径以填充多个外缘路径之间的内部区域。这消除了对 内部区域的光栅式填充的需要，该光栅式填充可能是耗时的过程。这额外地增强了z轴的 层压强度（由于较宽的填充路径1548)，同时减小了孔隙率和密封性能。
[0108] 从上述讨论的上述实施例可以认识到，本公开的喷嘴包括具有内环和外环的底面 或出口面、以及位于内环和外环之间的至少一个凹槽。其允许单个喷嘴产生具有不同路径 宽度的稳定路径，由此维持了打印的3D零件和/或支撑结构的良好的表面质量。
[0109] 示例
[0110] 在接下来仅意图作为说明的示例中更具体地描述了本公开，因此在本公开的范围 的多种修改和变化对本领域技术人员来说将是明显的。
[0111]示例 1-6
[0112] 示例1-6的喷嘴可被制造和安装可在商业上从Stratasys，Inc.，EdenPrairie， 丽的商标"FDM"和"FORTUS400mc"下获得的增材制造系统。对于每一个喷嘴，6英寸 长的单一路径壁由聚碳酸酯零件材料打印，其中单一路径壁具有〇. 5毫米（0. 02英寸）、1. 0 毫米（0? 04英寸）、1. 5毫米（0? 06英寸）、2. 0毫米（0? 08英寸）和2. 5毫米（0? 1英寸） 的壁厚度。此外，对于每一个喷嘴，6英寸X6英寸的单一路径方形壁由具有2. 5毫米（0. 1 英寸）的壁厚的聚碳酸酯零件材料打印。然后每一个打印的壁和方形被视觉地检查对肉眼 可见的表面波峰/波纹。然后结果按照1-5的等级的排名如表1中的总结：
[0113]表1
[0114]
【主权项】
1. 一种用于在基于挤出的增材制造系统中与打印头一起使用的喷嘴，该喷嘴包括： 入口端，该入口端被构造为紧固到所述打印头的流动通道上； 顶端，该顶端从所述入口端纵向地偏移； 顶部管，该顶部管在所述入口端与所述顶端之间至少部分地纵向延伸；以及 位于所述顶端处的内环，所述内环在所述顶部管处具有内径； 外环，位于所述顶端处，并且围绕所述内环延伸；以及 至少一个环形的凹槽，该至少一个环形的凹槽位于所述顶端处，并且圆周向地位于所 述内环与所述外环之间。
2. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述内环还具有限定所述至少一个凹槽的内径的 外径，和在所述内径与所述外径之间延伸的平坦底表面。
3. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述内环的外径的范围为从大约500微米至大约 1300微米。
4. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述外环包括刀刃面。
5. 根据权利要求4所述的喷嘴，其中所述外环具有范围是从大约1500微米至大约 2500微米的刀刃直径。
6. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述至少一个凹槽包括两个凹槽，并且其中所述 喷嘴还包括中间环，该中间环在所述两个凹槽之间位于所述顶端处。
7. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述外环被构造为可拆卸地连接到顶部主体上。
8. 根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述顶部管具有纵向长度和直径，并且其中所述 顶部管的纵向长度与直径的比的范围为从大约1 : 2至大约5 : 1。
9. 一种用在基于挤出的增材制造系统中的打印头，该打印头包括： 流动通道，该流动通道具有入口端和出口端，该流动通道的入口端被构造为接收可消 耗材料； 加热元件，该加热元件用于将所述流动通道中的可消耗材料加热至一温度，在该温度 下，所述可消耗材料是能够流动的；以及 喷嘴，该喷嘴包括： 入口端，该喷嘴的入口端被连接到所述流动通道的出口端或与所述流动通道的出口端 一体地形成； 顶端，该顶端从所述喷嘴的入口端纵向地偏移； 顶部管，该顶部管用于挤出从所述流动通道接收的能够流动的材料； 内环，该内环在所述喷嘴的顶端处围绕所述顶部管圆周向地延伸； 外环，该外环围绕所述内环圆周向地延伸；以及 至少一个环形的凹槽，该至少一个环形的凹槽圆周向地位于所述内环与所述外环之 间。
10. 根据权利要求9所述的打印头，其中所述内环包括在所述顶部管和所述至少一个 凹槽之间延伸的平坦底面。
11. 根据权利要求9所述的打印头，其中所述外环包括刀刃面。
12. 根据权利要求9所述的打印头，其中所述内环具有范围是从大约500微米至大约 1300微米的外径或刀刃直径。
13. 根据权利要求9所述的打印头，其中所述外环具有范围是从大约1500微米至大约 2500微米的外径或刀刃直径。
14. 根据权利要求9所述的打印头，其中所述至少一个环形的凹槽在内顶端和外顶端 之间具有至少大约760微米的径向宽度。
15. -种使用基于挤出的增材制造系统以逐层方式打印三维零件的方法，所述方法包 括如下步骤： 将可消耗材料供给至由所述基于挤出的增材制造系统保持的打印头，其中所述打印头 包括流动通道和喷嘴，所述喷嘴包括内环、围绕所述内环圆周向地延伸的外环、以及圆周向 地位于所述内环与所述外环之间的至少一个环形的凹槽； 在所述流动通道中熔化所述可消耗材料； 以第一流动速率从所述喷嘴挤出熔化的材料，以产生具有第一路径宽度的挤出材料的 第一路径，其中用于产生所述第一路径的挤出材料向下拉并且不与所述外环接触；以及 以大于所述第一流动速率的第二流动速率从所述喷嘴挤出熔化的材料，以产生挤出 材料的第二路径，其中所述第二路径具有大于所述第一路径的第一路径宽度的第二路径宽 度。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述内环包括平坦底面，该平坦底面在所述内 环的内径与外径之间延伸，并且其中所述内环的平坦底面引导所述挤出材料，以产生所述 第一路径。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述内环具有范围是从大约500微米至大约 1300微米的刀刃直径或外径。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述外环包括刀刃面。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述外环具有范围是从大约1500微米至大约 2500微米的刀刃直径。
20. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一路径为所述三维零件的一层的外缘路 径的至少一部分，并且其中所述第二路径为所述三维零件的所述层的内部填充路径的至少 一部分。
【专利摘要】一种用于增材制造系统(36)打印三维零件(52)的喷嘴(68)，该喷嘴(68)包括喷嘴主体(78)，该喷嘴主体(78)具有入口端(80)和顶端(82)，该顶端从所述入口端(80)纵向地偏移，用于挤出能够流动的材料的顶部管(86)，在所述出口端(80)处围绕所述顶部管(86)圆周向地延伸的内环(90)，围绕所述内环(90)圆周向地延伸的外环(92)，圆周向地位于所述内环(90)与所述外环(92)之间的至少一个环形的凹槽(94)。
【IPC分类】B41J2-145, B41J2-14
【公开号】CN104582971
【申请号】CN201380043584
【发明人】威廉·J·斯万松, 多米尼克·F·曼内拉, 凯文·C·詹森, 罗纳德·G·施莱辛舍
【申请人】斯特拉塔西斯公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年8月16日
【公告号】EP2885133A1, US20140048969, WO2014028826A1