用于与增材制造系统一起使用的打印头喷嘴的制作方法_4

文档序号:8268417阅读:来源:国知局
且产生与外顶端94的直径100相当的平滑的、质 量高的路径。例如,如图10所示,当内顶端直径90的外径98为大约760微米(大约0. 03 英寸)并且外顶端94的直径100为大约2000微米(大约0? 08英寸)时,喷嘴68可产生 具有从大约250微米(大约0? 01英寸)至大约1000微米(大约0? 04英寸)范围内的路 径宽度108的稳定路径104以及具有从大约2000微米(大约0. 08英寸)至大约2500微 米(大约0. 10英寸)范围内的路径宽度118的稳定路径116。
[0084]当能够流动的材料106的挤出速率被设置为产生具有小于大约250微米(大约 〇. 01英寸)(被称为路径宽度范围122a)的路径宽度的挤出路径时,产生的路径会在被挤出 材料中展现出不期望的条纹和间隙。或者,当能够流动的材料106的挤出速率被设置为产 生具有大于大约2500微米(大约0. 10英寸)(被称为路径宽度范围122b)的路径宽度的 挤出路径时,产生的路径会展现出卷起效果,其中能够流动的材料106围绕外环92的横向 边缘卷起。
[0085] 而且,当能够流动的材料106的挤出速率被设置为产生具有在内环90的尺寸与外 环92的尺寸之间(被称为路径宽度范围122c)的路径宽度的挤出路径时,产生的路径没有 路径104和116稳定,并且会展现出低程度的波峰。然而,产生的路径的稳定性仍然比使用 传统喷嘴时更大。
[0086] -般地,由内环90产生的狭窄路径104比外环92产生的更宽路径116更稳定。然 而,在路径104为3D零件52的一层的外缘路径并且路径116为该层的内部填充路径时,由 于路径104限定了该层的表面质量,所以不用担心路径116的稳定性。这样,只要外缘路径 104具有与内环90的外径98相当的路径宽度(例如,从外径98的大约30%至外径98的 大约125% ),那么内部填充路径就可以具有从大于内环90的大约外径98至直径100的大 约120 %范围内的路径宽度,同时可以维持打印的3D零件和/或支撑结构的良好的表面质 量。这允许从相同的喷嘴68打印出具有不同壁厚的薄壁层区域。
[0087] 图11-16图示了用于与系统36-起使用的本公开的可替代的喷嘴,其中对应的参 考数字分别从喷嘴68的参考数字增加"200"," 400"," 600"," 800"," 1000" 和"1200"。如图11所示,喷嘴268与喷嘴68类似,除了内环290以偏移距离328超出外 环292( S卩,进一步向下延伸)之外。
[0088] 偏移距离328的合适距离的示例为从大约25微米(大约0. 001英寸)至大约250 微米(大约〇?01英寸)的范围,特别合适的距离为从大约50微米(大约0? 002英寸)至 大约130微米(大约0.005英寸)的范围。在该实施例中,凹槽294的深度302基于最上 顶端环的高度,在该示例中,该最上顶端环的高度为外环292的高度。
[0089] 如图12所示,喷嘴468也与喷嘴68类似,除了外环492具有平面的底面495而不 是刀刃面。在该实施例中,外环492具有内径530和外径532,其中外径532与喷嘴68的直 径100相一致。因此,外径532的合适直径的示例包括上述讨论的喷嘴68的直径100。
[0090] 内径530的合适直径的示例为从大约1300微米(大约0. 05英寸)至大约2300微 米(大约〇? 09英寸)的范围,其中特别合适的直径为从大约1500微米(大约0? 06英寸) 至大约2000微米(大约0. 08英寸)的范围,其中外环492的内径530大于内环490的外 径498并且小于外径532。凹槽494的合适的内径和外径分别与(内环490的)外径498 和(外环492的)内径530 -致。外环494的平面底面还可以与喷嘴268的如上所讨论的 延伸的内环实施例(图11中示出)组合。
[0091] 如图13所示,喷嘴668与喷嘴68和468类似,除了外环692具有圆角的或环形的 (toroidal)底面695,而不是刀刃面或平面底面。在该实施例中,外环692具有内径730和 外径732,其与喷嘴468的内径530和外径532 -致。因此,内径730和外径732的合适直 径的示例包括如上所讨论的喷嘴468的内径530和外径532的合适直径。外环694的圆角 的或环形的底面495还可以与喷嘴268的如上所讨论的延伸的内环实施例(图11中示出) 组合。
[0092] 如图14所示,喷嘴868与喷嘴68类似,除了内环890具有刀刃或大体刀刃的面 888,而不是平面底面。在该实施例中,内环890具有与喷嘴68的内径96 -致的直径934。 因此,直径934的合适直径的示例包括如上所讨论的喷嘴68的内径96的合适直径。内环 890的刀刃的面888还可以与如上所讨论的延伸的内环268(图11中示出)的实施例组合, 与(图12中示的喷嘴468的)外环492的平面的底面495组合,和/或与(图13中示的 喷嘴668的)外环694的圆角的或环形的底面695组合。
[0093] 如图15所示,喷嘴1068与喷嘴868类似,除了凹槽894由圆周向地位于内环1090 与1092之间的多个凹槽1136a和1136b代替之外。凹槽1136a和1136b限定圆周向地位 于二者之间的中间环1138,该中间环1138具有直径1140。在示出的实施例中,中间环1138 具有刀刃或大体刃形的面。在可替代的实施例中,中间环1138可具有平面底面或圆角的底 面。
[0094] 凹槽1136a和1136b以及中间环1138(例如,直径1140)的合适尺寸可以根据内环 1090和外环1092的尺寸改变。例如,中间环1138可以位于内环1090与外环1092之间的 中点直径处。凹槽1136a和1136b有利地足够宽,以防止顶端1082用作完全平坦的底面。 特别地,当从内环1090产生狭窄的路径时,中间环1138和外环1092有利地不接触或干涉 被挤出的能够流动的材料。
[0095] 中间环1138有助于内环1090和外环1092产生具有在内环1090的尺寸和外环 1092的尺寸之间的路径宽度的稳定路径。这进一步增强了喷嘴1068可产生的路径的稳定 性。尽管图示为单个中间环1138和一对凹槽1136a和1136b,但是,只要中间环和凹槽继 续防止顶端1082作为完全平坦的底面的功能,那么喷嘴1068可以可代替地包括中间环和 凹槽的其它构件。而且,该实施例还可以与喷嘴68的上述所讨论的内环1090的平坦底面 1088、喷嘴268的上述所讨论的延伸的内环实施例(图11中示出)、(图12中示出的喷嘴 468的)外环492的平坦底面495、和/或(图13中示出的喷嘴668的)外环694的圆角 的或环形的底面695组合。
[0096] 如图16所示,喷嘴1268与喷嘴68类似,除了外环1292是与喷嘴主体1078分离的 部件(被称为环部件1342)之外,并且可以联接到喷嘴主体1078上,以喷嘴68的如上所讨 论的相同的方式使用。例如,环部件1342可以机械地连接至喷嘴主体1278上(例如,螺纹 拧上)、磁性地联接至喷嘴主体1278上等。因此,顶端1282可包括内环1290、外环1292 (可 拆除和可连接至喷嘴主体1278上)和凹槽1294(当外环1292被联接到喷嘴主体1278上 时被限定)。
[0097] 当环部件1292联接到喷嘴主体1278上时,内环1290和外环1292的相对位置限 定了凹槽1294,该凹槽1294以与凹槽94如上所讨论的相同的方式起作用。环部件1342允 许喷嘴1268用作单环喷嘴(当环部件1342被拆除时)或多环喷嘴(当环部件1342被联 接至顶端主体1278上时)。这还允许具有不同的外环1292的直径的多个环部件1342被 使用。此外,环部件1292可以沿着z轴被致动,以允许外环1292延伸超过内环1290,并且 在不使用时向上缩回。所述实施例还可以与上述所讨论的喷嘴268,468,668,868,和/或 1068的实施例的任何一个组合。
[0098] 在该实施例的另外的方面中,环部件1342可以与可能具有相同尺寸或不同尺寸 的多种环部件1342互换(例如,允许不同尺寸的外环被可互换地使用)。各种换部件1342 还可以由例如金属材料(例如,钢)、陶瓷、硅和/或聚合物的不同材料制造。在所述示例 中,在给定的打印持续时间之后(例如,在几百层之后),可以拆除给定的环部件1342,并且 喷嘴1268可以定位在分配器、托盘、转塔或其它分配器上,以取回(retrieve)新的环部件 1342以便使用。例如,控制器60可以引导头架46,以使打印头44 (具有喷嘴1268)移动至 位于腔室38中的顶端拆除站,例如具有刃形V形槽的站,以从喷嘴主体1278上机械地拆除 环部件1342。可替代地,喷嘴1268可被构造为喷出环部件1342。然后控制器60可以引导 头架46,以使打印头移动至分配站,在该分配站处,喷嘴1268可以取回新的环部件1342,以 便后续的打印操作。
[0099]图17是可以用本公开的喷嘴打印的示例性的薄壁3D零件或支撑结构(被称为 3D零件1452)的图示。3D零件1452下面的讨论参照喷嘴68进行,应该理解的是,3D零件 1452可以由本公开的任何合适的喷嘴打印。如图17所示,3D零件1452包括多层1544,每 一层都从外缘路径1546和内部填充路径1548打印。3D零件1452可具有任何合适的薄壁 几何结构,例如对于大型平板零件、车辆表皮(例如,机身、门和护罩)、机翼等。
[0100] 如图18A所示,给定层1544可以通过以第一挤出速率从喷嘴68开始挤出可流动 零件材料或支撑材料、同时喷嘴68例如由箭头1552图示的那样沿工具路径1550移动而形 成。特别地,如上所述,当以第一挤出速率被挤出时,基于喷嘴68下方的被挤出的能够流动 的材料的压力,外缘路径1546的高度可以被拉低到较低的路径高度(例如,路径高度114)。 该拉动效应防止外环92接触并且干涉被挤出的能够流动的材料。
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