专利名称：高温成型装置的制作方法
背景技术：
本发明涉及应用加成法成型技术(additive process modelingtechniques)制造三维物件。特别是，本发明涉及成型机械，该机械在配料头和成型基底之间在三维方向上移动时，把成型材料从一个配料头淀积到一个成型基底上，从而在一个加热室内成型三维物件。
加成法成型机械根据计算机辅助设计系统(CAD)提供的设计数据，通常在平面层上，建造一个成型介质(modeling medium)，以制造三维模型。对有形部件的数学描述被分解成(通常)平面层，这些平面层被分别成型和应用以生产最终的部件。三维模型被用于下列这些用途，这些用途包括美学的评估、试验数学的计算机辅助设计(CAD)模型、成型坚硬的工具、研究干扰和空间定位，以及测试功能。近年来，分层制造技术的主要用途是快速原型建立法(rapid prototyping)。
通过分层淀积可流动的成型材料来制造三维模型的装置和方法的例子在下列的文献中得到描述Valavara美国专利第4749347；Crump美国专利第5121329，Batchelder等人美国专利第5303141，Crump美国专利第5340433，Batchelder等人美国专利第5402351，Crump等人美国专利5503785，Abrams等人美国专利第5587913，Danforth等人美国专利第5738817，Batchelder等人美国专利第5764521和Comb等人美国专利第5939008，所有这些专利被转让给Stratasys公司，即本发明的受让人。一个压出头把受热的、可流动的成型材料从喷嘴挤压到一个基底上。基底包括一个成型衬底，该成型衬底被可拆卸地固定在一个成型平台上。当压出头和基底互相之间被一个XYZ方向台架系统沿三维方向相对移动时，挤压材料被逐层淀积在由CAD模型限定的区域内。材料被淀积之后固化以形成一个三维模型。已经公开，可以使用热塑材料做成型材料，这种材料在淀积之后通过冷却可以被固化。
上述专利的技术被应用在Stratasys FDM成型机械上。压出头，它包括液化器和一个配料喷嘴，接收固态的成型材料。丝状材料在液化器内被加热到可流动的温度，然后通过喷嘴被配送。已经发现，热塑的材料，特别是ABS热塑塑料，尤其适用于在Stratasys FDM成型机械上淀积成型。一个控制器控制压出头在水平的X-Y平面内的移动，控制制造平台在垂直的Z轴向的移动，控制成型材料向压出头内的输送。通过控制这些工艺过程的变量，成型材料以需要的速度以串珠(beads)状或线(roads)状被逐层淀积在由CAD模型限定的区域内，以制造一个与CAD模型相似的三维物件。成型材料热固化，然后把制成的模型从衬底上取下来。
当热塑材料冷却时，特别是当其从可流动的材料转变为固态时，材料内会产生由热塑塑料的密度变化(即收缩)造成的应力。这些应力会使模型产生几何变形。相应地，模型制造系统的一个目的是应用热固化以释放由冷却产生的应力，以便使几何变形减小到最低程度。除热塑塑料外的其它的淀积材料，如金属、热固性聚合物和复合材料都具有相似的问题，这些问题是把与挤压工艺过程有关的密度、剪力、温度和压力变化产生的几何变形减小到最小的程度。如美国专利第5866058中所公开的，在一个加热室内制造模型，该加热室被加热到高于热塑塑料或其它的能热固化的成型材料的固化温度，然后逐渐冷却，释放材料中的应力。在模型被制造的过程中，通过退火把这些应力从模型中释放出来，以使制成的模型中不存在应力，因此几乎没有一点变形。如在058专利中进一步公开的，加热室的温度应该被保持在成型材料的玻璃化转变温度(Tg)以下，以使模型不会变得太软而造成塌落。制造室的优选的温度是在材料的固化温度和它的蠕变松弛温度(蠕变松弛温度被定义为一个温度点，该温度点指应力松弛系数从材料的低温极限降低到它的十分之一时的温度)之间的范围。对于ABS热塑塑料，温度范围(temperature window)在大约70℃和90℃之间。
现有的Strastasys FDM机械在一个室内制造模型(也被称为制造室或制造炉)，该加热室被加热到70℃和90℃之间。像压出头和XYZ向台架一样，在其上制造模型的基底被设置在加热室内。把压出头和XYZ向台架设置在加热环境内有许多缺点。XYZ向台架由动作控制组件组成，如电动机、轴承、导向杆、皮带和导线。将这些动作控制组件放在加热室内使这些组件的寿命降到了最低。此外，制造室温度的上限被限定在动作控制组件能被操作的温度。这样的制造室的温度极限致使在机械内用于成型的材料被限制为这样的材料，这些材料应能在相对低的温度消除应力。
同样地，在Strastasys FDM机械上，把压出头放在加热室内要求设置一个冷却机构，以便当成型材料的原料以固体的形态(或者是丝状或者是片状的材料)向压出头输送时能对材料进行冷却。还要设置冷却线束的机构。万一电力供应出现故障或电力中断，正常情况下处于冷却状态的材料原料和线束被暴露在制造炉的温度下。最后，在实际的应用方面，当需要调整、维护、修理、更换动作控制组件或压出头时，操作人员必须在制造室内工作。这样，必须将制造室冷却之后，才能安全地进行这些工作。
发明综述本发明是一个三维成型装置，其带有设置在绝热的制造室外部的动作控制组件，在该加热室内，物件被制造。当配料头和基底根据由来自控制器的控制信号确定的模式沿三维方向互相之间相对移动时，成型材料从配料头被输送到基底上，以此形成三维物件。在一个优选的实施例中，一个XY向台架使配料头在一个XY平面内移动，一个Z向升降装置使基底在垂直的Z向移动。在这个实施例中，一个可变形的绝热体构成制造室的一部分，通过该绝热体配料头被移动，配料头上有一个在制造室内的成型材料送料出口和一个在制造室外部的成型材料入料口。Z向升降装置通过在制造室的壁上的密封的细长口与基底连接。
使动作控制组件与制造室之间热隔绝有若干优点。因为制造室的温度不会受到动作控制组件的操作温度的限制，本发明的机械可以用在相对高的温度上应力消除的材料来制造模型。而且，动作控制组件的寿命不会受到制造室的温度的负面影响。使动作控制组件与制造室之间绝热还使得当使用者需要接近或接触这些组件时，操作起来更容易。本发明的装置的动作控制组件的延长了的寿命和使用时的更简易性提高了该机械的生产量和可靠性。
发明详述本发明的装置是这样一种装置，它应用一种熔化淀积工艺在加热室内制造三维物件，其中的动作控制组件与加热室隔开，以便使加热室内的温度不会受到动作控制组件的温度极限的限制。该装置能应用具有高玻璃化转变温度的材料制造物件，这种材料因为其具有高的玻璃化转变温度，所以必须被淀积进一种高温室内，以生产一种高质量的模型。这些材料包括高温热塑塑料，如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、非晶态的聚酰胺以及其它的材料。
图1表示了本发明的三维成型装置的一个优选的实施例。装置10包括一个炉体12、一个压出头14、一个平台16、一个XY向台架18、一个Z向升降装置20和一个框架22，XY向台架18使压出头14在水平的XY平面内移动，Z向升降装置20使平台16沿垂直的Z轴移动。炉体12坐落在腿23上，腿23被安装在框架22内。框架22排列在炉体12的外周边上(图1所示，部分被剖开)，并以一个确定的构造支撑着炉体12、XY向台架18和Z向升降装置20。
平台16包括在炉体12的加热制造室24内，并处于压出头14的下方。当压出头14在XY平面内移动，而平台16沿Z轴向移动时，装置10通过把成型材料从压出头14淀积到平台16上，在制造室24内制造三维物件。为了支撑一个正在被制造的物件，平台16必须有一个上表面，成型材料将粘附于该上表面上。最好把一个成型衬底安装在平台16的顶部，在该成型衬底上制造物件。使用成型衬底使得在模型完成后，可以从装置上容易地取下模型。应选择适于应用在高温环境中的成型衬底用在本发明上。例如，平台16可以是一个真空工作台，该工作台上可拆卸地安装着一个弹性板衬底，如Comb等人的美国专利第5939008所公开的。真空泵启动时，弹性板衬底吸附于平台上，真空泵关机时，弹性板衬底被从平台上松开。为了适应本发明的高温环境，可能需要一个热交换器(例如，一个平行排列的热交换器蛇管)，以冷却流入真空泵的空气。应选择一种会与成型材料粘合的材料作弹性板衬底的材料。在用高温热塑塑料制造模型时，最好选择高温热塑塑料制成的弹性板做衬底。在一块安装在真空工作台上的由UltemTM制成的衬底上，在一个加热到大约200℃的加热室内，已经成功地制造出由UltemTM制成的模型。
可以从一个绝热的炉门25进入炉体12的制造室24内。如图2所示，制造室24有一个底板以及右侧和左侧面，它们被一个加热管26围绕。加热管26由金属管制成并在制造室24的右上侧和左上侧向制造室24开通。在炉体12的下面的右手侧设置两台鼓风机(只表示出一台)28，鼓风机28吹出流经加热管26的顺时针的空气流。这样，在制造室右上侧的是一个进气口30，在制造室左上侧的是一个出气口32。，每一列均由六个750瓦带式翅片加热器34组成，相同的两列加热器被安装在加热管26里的加热管的进气的一侧。一个文氏管36被设置在加热管26内，以使流过出气口32返回到制造室24的空气形成直流的流型。当空气被吹过加热器34，流经导管26，再返回到制造室时，制造室24被对流加热。一束绝热材料37包围着炉体12的右侧和左侧、底部、以及后侧，以便将炉体保持在受热状态(图1中，绝热材料已经被去掉，以便于说明)。制造室24被设计成能达到至少200℃的温度。最好在进气口30上方放置一个热电偶和一个热熔丝，以便使制造室24内的温度可以被控制，如果制造室24变得太热，加热器34可以被关闭。
在制造室24内，平台16被Z向升降装置20支撑，如图1和2所示。Z向升降装置被设置在炉体12的外部，由两个相同的I型部件38、一个Z向电动机40和一个同步皮带42组成。两个I型部件38在炉体12的左右两侧互相平行着与框架22固定连接。通过一对刚性的水平梁44平台16与Z向升降装置20的每一个I型部件38连接，水平梁44把平台16支撑在一个水平面内。每一个梁44通过一个垂直的细长口46伸进炉体12内，使Z向升降装置20在制造室24内垂直地移动平台16。在炉体12的每一侧，在加热管26的前面有一个细长口46，在加热管26的后面有另一个细长口46。两个细长口46被使用弹性的硅酮条密封起来，以便使从制造室24向Z向升降装置20的热传导降低到最小程度。两个梁44都由低导热性的金属如不锈钢制成，并钻有许多孔，以进一步降低从制造室24向Z向升降装置20的热传导。
每一个I型部件38由一个垂直板48、一个安装在垂直板48上的导向螺母50、以及一个垂直丝杠52组成，一对梁44与垂直板48连接，在丝杠52上，导向螺母50上升或下降。丝杠52在它的顶部与水平顶板54的下面连接，在靠近它的下端处穿透下部水平板56，在它的底端与滑轮58连接。丝杠52与滑轮58同步转动。每一个I型部件38的滑轮58通过同步皮带42互相连接起来。
右手的I型部件38的滑轮58被Z向电动机40驱动，该电动机最好是一个伺服电动机。Z向电动机40可以选择地驱动滑轮58沿顺时针方向或逆时针方向转动。同步皮带轮42与两个滑轮58的转动同步。滑轮58的同步转动实现了丝杠52的同步转动。当丝杠52转动时，导向螺母50或者向上移动或者向下移动，根据滑轮的转动方向，使每一个垂直板48或者被升起或者被降低。
在导向螺母50的相对的两侧，两对直线导向轴座60与每一个垂直板48连接。每一对导向轴座60有一个相连的导轨62，导轨穿透每一个导向轴座60并与丝杠52平行。每一个导轨62的顶部与顶板54的下面连接，每一个导轨62的底部与下部板56的顶面连接。导向轴座60沿导轨62移动，当垂直板48上下升降时，为垂直板48提供横向的支撑。成对的托架63与每一个I型部件38的顶板54和下部板56连接并将I型部件38固定在框架22上。
压出头14在平台16上方在一个XY平面内由一个XY向台架18移动，压出头14被安装在炉体的顶部。如图2所示，压出头14有一个接收成型材料的入口63和一个把成型材料以流动的状态配送到平台16上的出料喷嘴66。出料喷嘴66一般被加热以在一个预定的温度淀积成型材料。压出头喷嘴66被设置在制造室24内。在优选的实施例中，压出头的入口63被设置在制造室24的外部。因此，压出头14穿透炉体12的顶部。由于优选的实施例的压出头14必须能在XY平面内移动，炉体12的顶部由可变形的绝热体构成，下面将对其进行详细的描述。
图1-3表示了XY向的台架18。XY向的台架18包括一个基板64、一个桥65、一对X向导轨68、一对Y向导轨70、一个滑架72、一个X向电动机74、一个Y向电动机76、一个传动皮带78、一个传动皮带80和各种滑轮。基板64，上面有一个中央开口，坐落在Z向升降装置20的顶板54的顶部，并与框架22固定连接。桥65有一个中央开口并沿Y向横跨基板64。X向导轨68在桥65的前端和后端的下面被安装在基板64的顶部，在X向上沿基板64延伸。桥65通过两对轴承82与X向导轨68连接。一对轴承82被安装在桥65的前端的下面，另一对轴承82被安装在桥65的后端的下面。轴承82使桥65可以沿X向导轨68移动。
Y向导轨70被安装在桥65的中央开口部分的相对的两侧的桥65的下面。Y向导轨70互相之间平行着沿Y向延伸。滑架72通过相对的两对轴承84与Y向导轨70连接。滑架72，安置在Y向导轨70上，被设置在桥65的中央开口部分。压出头14被安装在滑架72上，以使滑架72沿Y向导轨70的移动能带动压出头14沿Y向移动。压出头14被这样安装在滑架72上，使压出头入料口63在桥65的上方，而喷嘴66在桥65的下方。
X向电动机74，通过X向皮带78和数个滑轮，使桥65沿X向导轨68前后移动，以实现压出头14沿X方向的移动。Y向电动机76通过Y向皮带80和数个滑轮，使滑架72沿Y向导轨70移动，以实现压出头14在Y向的移动。该系统被称为H-桥台架。
图4表示了一个X轴向的驱动系统的示意图。如图所示，X向皮带78通过一个驱动轮86的转动被X向电动机74驱动。X向皮带78被固定连接在一个系带88上，按顺序卷绕滑轮90、92、94、96、86、98、100和102，然后再被固定到一个系带104上。滑轮90、96和102被安装在桥架65上，而滑轮92、94、98和100被安装在基板64上。
图5示意性地表示一个Y轴向的驱动系统。如图所示，Y向皮带80通过一个驱动轮106的转动被Y向电动机76驱动。Y向皮带80被固定连接在一个系带108上，并且按顺序卷绕滑轮1 10、112、114、116、118、106、120、122和124，然后再被固定到一个系带126上。滑轮110、114、120和124被安装在桥架65上，而滑轮116和118被安装在基板64上，而滑轮122和112被安装在滑架72上。滑轮110、114和124分别与X轴向驱动系统的滑轮90、102、和96共用一个转动轴。
X向电动机74和Y向电动机76最好是伺服电动机。在优选的实施例中，这两个电动机均是固定的以降低移动组件的重量，这样致使皮带卷绕走向的路线形式有多种。可以通过调整系带88和104调整X向皮带78上的拉力。可以通过调整系带108和126调整Y向皮带80上的拉力。
XY台架18的动作控制组件被设置在制造室24的外部并由一个可变形的绝热体绝热，该绝热体包括两组折叠成褶状的绝热板，如图1-3所示。一个X向板座130，其上有一个中央开口，被固定在基板64的内周边并沿该内周边布置以支持X向的绝热板132。X向绝热板132在桥65的左右两侧从基板64向桥65延伸。一个Y向板座134，其上也有一个中央开口，坐落在桥65的底面以下并与其底面固定连接，以支撑一组Y向绝热板136。这组Y向绝热板136在压出头的前后两侧从基板64向压出头14延伸。X向绝热板132通过与Y向板座134连接从而与桥65固定连接。在图3中，两组绝热板132和136被部分地去掉，以显示出板座130和134。
由板座130支撑的X向绝热板132和由板座134支撑的Y向绝热板136组成制造室24的可变形的绝热顶。随着桥65沿X向导轨68前后移动，X向绝热板132压缩和展开。随着滑架72沿Y向导轨70移动，Y向绝热板136压缩和展开。
在优选的实施例中，两组绝热板132和136由高温织物材料制成，如TeflonTM涂层玻璃纤维。用八边形的横断面把这些绝热板缝制成，以使它们能进行展开和收缩，并把XY向台架18与制造室24内的热量隔绝开。其它的绝热板构造形式是本领域所公知的，可以用它们代替涂层织物应用在本发明上。例如，可以用不锈钢薄钢板焊接制成该绝热板，或可以用互相之间滑动的板组成该绝热板。可以选择，在X向台架18的上方安装一个风扇，以便驱散从制造室24内泄露出来的热量，使XY向台架18保持在周围环境的温度。
装置10在控制器140的控制下，把成型材料从压出头14逐层淀积到平台16上，从而制造三维物件。材料被以流畅的状态淀积并与先前淀积的材料融合。如图1示意性地说明的，以一种公知的方式，控制器140接收CAD数据，这些数据确定一个要被制造的物件，根据这些数据控制器140发出驱动信号。驱动信号被送到X向电动机、Y向电动机和Z向电动机，以控制压出头14和平台16的移动。还如图1所示，与控制压出头14和平台16的移动同步，控制器140发出驱动信号控制挤压泵144。挤压泵144回应式地把成型材料从材料源146送到压出头14的入口63，并控制材料从喷嘴66压出的速度。当以CAD数据决定的模式在平台16的上方移动压出头14时，通过控制压出速度，一个与CAD模型类似的三维物件被制造出来了。
制造物件时，平台16最初被放置在一个升起的位置，靠近压出头14的喷嘴66。然后开始进行材料的淀积，淀积出成型材料的连续的水平层面，随着每一层的形成逐渐地进一步降低平台16。或，层面可以在一个垂直平面内或相对于水平面成任何角度的平面内形成。
本领域的技术人员可以意识到，对于用本发明的装置所完成的淀积成形工艺，和所描述的该装置的实施例，都可以做出可枚举的改进。优选的实施例中的台架的设置方案是，压出头14在XY平面内移动，而平台16沿Z轴移动，作为替换该方案的另一方案，平台16可以被支撑以便使其在XY平面内移动，而压出头14被安装成使其可以沿Z轴向在朝向或离开平台16的方向上移动。在这种情况下，可变形的绝热体成为制造室的一部分，台架通过该部分使平台16移动。还可以理解，在XY平面内的移动不必限制在成直角的移动方向的范围内，而可以包括在XY平面内的径向的、切向的、拱形的和其他方向的移动。同样，可以替换XY台架18和Z向升降装置20，XYZ方向的台架可以应用本领域内熟知的任何形式的机械的驱动系统，只要该系统能被控制器发出的驱动信号控制。可以使用任何与制造环境相适应的可变形的绝热体替换X向绝热板132和Y向绝热板136。
作为另一个备选的方案，可以理解，本发明可以采用这样一种设置，该设置能带来优点，其中，XY向台架18在制造室24的外面并与制造室热隔绝，而Z向升降装置20设在制造室24内部。如公开的实施例中描述的，台架18使压出头14在XY平面内移动，成型材料从压出头被淀积成层面，在XY平面内的移动远远超出基底沿Z轴向的移动。这样，Z向升降装置不需具有与XY向台架同样的速度和精度。在这样一种情况下，XY台架可能会比Z向升降装置的成本高出许多，使Z向升降装置的动作控制组件更适宜更换。
本领域的技术人员可以理解，可以使用任何带有至少一个送出流动的成型材料的出料口的可移动的压出头来执行本发明的淀积工艺，只要该压出头能被控制以输送流动的材料到一个由控制信号确定的几何区域内。这样的装置可以包括，例如，通常的活塞或柱塞型的配料机构，或能被高度控制的螺杆型供料器，如美国专利第5312224中所公开的。
同样，可以应用不同形式的原料作为材料源146。例如，成型材料可以以固体的形式被供给，如卷绕在一个供料卷轴上的连续的柔软的丝状材料，或长度限定的固体的棒材，如美国专利第5121329中所描述的。可以选择使成型材料以片状的形态供给，如美国专利第5764521中所描述的，或材料可以以液态的形态从一个储液箱中被泵送，如美国专利第4749347中所描述的。不论向配料头供给的原材料的形态，材料输送泵必须能被控制，以便使材料的配送速度可以被准确地控制，以成型三维物件。泵必须与原料类型和配料头相匹配。
可以对淀积工艺进行设置，以便使多种不同的原材料能被配送。在通过分层淀积能固化的材料的方法制造三维物件时，在一个正处于制造过程中的物件任何伸出部分的下面或物件的空腔里通常需要支撑层或结构，因为这种物件没有被成型材料自身直接支撑。本领域中众所周知，可以与成型材料的淀积配合淀积支撑材料，以形成这些支撑结构或支撑层。在应用本发明时，可以使用用于淀积成型材料的同样的技术和装置建造支撑结构。支撑材料可以从在成型装置里的一个单独的压出头被淀积，或用淀积成型材料的同一个压出头淀积。更具体地，可以通过下列的方法使装置10适于配送两种材料(1)设置两个配料头，每一个被一个滑架夹持住，一个配料头供给成型材料，另一个供给支撑材料；(2)设置一个供给成型材料和支撑材料两种材料的配料头，该配料头带有一个配送两种材料的喷嘴(如329专利的图6所示的)；或(3)设置一个供给两种材料的配料头，每一种材料通过一个单独的喷嘴配送(如785专利的图6所示)。同样地，装置可以被设计成能配送两种不同的成型材料以成型多相的物品或多彩的物品。
当使用快速吸湿的材料(许多高温热塑材料有快速吸湿的性质)成型时，应将材料源146保护起来防止其受潮。如果成型材料吸收了水分，模型的质量会降低。例如，当使用UltemTM成型时，高于0.05％的含水量会降低模型的质量。通过对材料源进行有效地干燥，可以取得适宜的干燥环境。或，从制造环境内排除氧气，而充入另一种气体或气体混合物，这样就无须有效地干燥。
如图2所示，在所示的实施例中，一个空气偏导管150被安装在压出头14上，以防止在喷嘴66的区域产生局部过热。当成型一个部件只需小范围移动压出头14时，从压出头14辐射出的热量会倾向于滞留并在喷嘴66处产生局部过热。如果产生局部过热，围绕着过热的局部的压出材料的温度会升高。如果压出材料达到了它的玻璃化转变温度，材料会变形，部件的质量会降低。在现有技术的系统中，该系统有一个被加热到70℃-90℃范围的制造室，周围的空气被吹进制造室以防止在喷嘴的区域产生局部过热。在一个高温制造环境中，周围的空气会使压出材料过于突然地被冷却，造成翘曲应力并使被制造的物件发生几何变形。
如图6-8所示，空气偏导器150利用在制造室24内的空气流动冷却喷嘴区域。如图所示，空气偏导器150有一个面对空气出口32的鼻部152。在鼻部152的上方有一对叶片154，该叶片将来自空气出口32的气流分成两股。两股空气流流入两个导管156，这些导管156被设置在鼻部152的两侧。这两个空气导管156向下偏转一个角度，然后向内使互相相向，以便使从两个导管来的气流都射向喷嘴66。每一个空气导管156有一个前叶片159和一个后叶片160，它们在每一个导管156内把空气流进一步分成三道。这三道气流确保了流向喷嘴区域的气流的相当均匀的分布。但是，将空气导管156再进一步分成多条气道不是必须的。而本发明可以使用任何偏导流向喷嘴的空气的装置。
在用淀积法制造模型的过程中，当用压出头淀积成型材料时，成型材料可能会积聚在喷嘴上并最终堵塞喷嘴。高温热塑塑料特别易于积聚，因为它们往往是粘稠的。相应地，本发明的优选的实施例中包括一个喷嘴清洁装置170，用于清除积聚在喷嘴66上的成型材料。如图9所示，喷嘴清洁装置被安装在靠近制造室24的顶部的右手侧。在喷嘴清洁装置下面有一个用于汇集松散的成型材料的废料流动槽172。废料流动槽172在加热管26和垂直的细长口46之间变窄并在其间延伸，从炉体12的底部伸出。装置170包括两个并排安装在两个对转轴176上的清洁器174，对转轴176由一个电动机178(图1中所示)驱动，电动机178对来自控制器140的信号起反应。电动机178被安装在炉体12的外部。
如图所示，每一个清洁器174由一个刷子180和两个十字形断面的弹性的叶片182组成，两个叶片182在空间上分开设置，并对准一个轴184的中心。刷子180的优选的材料是钢，叶片182的优选的材料是硅酮。使用时，驱动喷嘴66在两个清洁器174之间来回运动，清洁器174被驱动以对喷嘴66传递一个向下的力，从而使压出头喷嘴66被喷嘴清洁装置170清洁。有效转速是550转/分钟(rpm)。叶片182把材料从喷嘴66上除去，而刷子180把材料从喷嘴66上刷掉。然后松散的材料落到废料流动槽172。最好在废料流动槽172的出口下面放置一个废料容器。清洁器174可从轴176上拆下来，以便清洗或更换。本领域的技术人员会意识到可以使用多种喷嘴清洁器174，只要该清洁器在靠近喷嘴转动时可以把材料从喷嘴66上除去。
尽管结合优选的实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员会意识到，可以做出各种细节和形式的改进，它们都不会超出本发明的思想和范围。例如，本发明不限于只应用在这里所述的优选的实施例的以淀积为基础的成型系统上。其他的在加热室内制造三维物品的叠合工艺制造技术都能从本发明中受益，如通过喷射能固化的材料的料滴、通过可熔化的棒料电弧焊(consumable rod arc welding)或通过等离子喷射等方法制造三维物件系统。
权利要求
1.一种三维成型装置，包括一个加热的制造室，一个设置在制造室内的基底，一个把成型材料配送到基底上的配料头，以及一个XYZ向台架，在制造室内三维物件被制造，配料头包括一个设在制造室内的成型材料配料出口，XYZ向台架与配料头连接并与基底连接以便使配料头和基底之间在三维方向产生相对移动，其特征在于XYZ向台架被设置在制造室的外部，并由一个可变形的绝热体与制造室隔离。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于其中可变形的绝热体构成制造室的一部分，XYZ向台架通过该部分使配料头移动。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于其中XYZ向台架包括一个XY向台架，其与配料头连接以实现配料头在XY平面内的移动；以及一个Z向升降装置，其与基底连接以实现基底沿Z轴方向的移动。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于其中Z向升降装置通过设在制造室的壁上的密封的细长口与基底连接。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于其中可变形的绝热体构成制造室的一部分，XYZ向台架通过该部分与基底连接。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于其中配料头有一个在制造室外部的成型材料入料口。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于其还包括一个框架，XYZ向台架和制造室被安装在该框架上。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于其中制造室被加热到高于150℃的温度。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于其中XYZ向台架实现配料头和基底在三个非正交的自由度上的移动。
10.一种三维成型装置，包括一个加热的制造室；一个设置在制造室内的可移动的基底；一个可移动的配料头，其有一个可控制地配送成型材料的出料口，该出料口被设置在制造室内；以及一个XYZ向台架，其与配料头和基底连接，以便使配料头和基底互相之间在三维方向上与成型材料的配送同步地移动，从而制造一个预定形状的三维物件，XYZ向台架被设置在制造室的外部并与制造室热隔绝。
11.如权利要求10所述的成型装置，其特征在于其中制造室有一个有可变形的绝热体构成的顶部，通过该顶部，XYZ向台架移动配料头。
12.如权利要求11所述的成型装置，其特征在于其中XYZ向台架包括一个与配料头连接的XY向台架，以便实现配料头在XY平面内的移动；以及一个与基底连接的Z向升降装置，以便实现基底沿Z轴方向的移动。
13.如权利要求12所述的成型装置，其特征在于其中配料头有一个设置在制造室外部的成型材料入料口。
14.如权利要求10所述的成型装置，其特征在于它还包括一个在制造室外部的框架，XYZ向台架和制造室被安装在该框架上。
15.如权利要求10所述的成型装置，其特征在于其中制造室以这样的方式被对流加热，使制造室内产生一种空气流型，它还包括一个安装在配料头上的装置，该装置用于使流型中的气体朝向配料头出料口偏导。
16.如权利要求10所述的成型装置，其特征在于其还包括一个把积聚的成型材料从配料头出料口清除的装置。
17.如权利要求10所述的成型装置，其特征在于其中制造室被加热到高于150℃的温度。
18.一种三维成型装置，包括一个加热的制造室，一个设置在制造室内的基底，一个把成型材料配送到基底上的配料头，以及一个XY向台架，在制造室内三维物件被制造，配料头包括一个设在制造室内的成型材料配料出料口，XY向台架与配料头连接以便使配料头在一个XY平面内移动，其特征在于XY向台架被设置在制造室的外部，并与制造室热隔绝；以及一个可变形的绝热体构成制造室的一部分，通过该部分XY向台架使配料头移动。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于其中配料头有一个在制造室外部的材料入料口。
20.如权利要求18所述的成型装置，其特征在于其中制造室被对流加热，以使其内产生一种空气流型，其还包括一个安装在配料头上的装置，该装置用于使流型中的空气朝向配料头出料口偏导。
21.如权利要求18所述的成型装置，其特征在于其还包括一个把积聚的成型材料从配料头出料口清除的装置。
22.如权利要求18所述的装置，其特征在于其还包括一个设置在制造室外部并与其热隔绝的Z向升降装置，该Z向升降装置通过在制造室的壁上的密封的细长口与基底连接。
全文摘要
本发明涉及一种三维成型装置(10),通过以一种由来自控制器(140)的控制信号确定的模式,把成型材料从一个配料头(14)配送到一个基底(16)上,从而在一个加热的制造室(24)内制造三维物件。装置(10)的动作控制组件(18、20)在制造室(24)的外部并与其热隔绝。可变形的绝热体(132)构成制造室的一个顶部,使配料头(14)在XY平面内的移动被XY向台架(18)控制,该台架设置在制造室外部并与其热隔绝。在优选的实施例中,配料头(14)的材料入料口(63)也在制造室(24)的外部,而配料头的材料出料口在制造室内。动作控制组件与制造室之间热隔绝使制造室可以被保持在一个高温。
文档编号B29C71/02GK1356936SQ00809321
公开日2002年7月3日 申请日期2000年6月23日 优先权日1999年6月23日
发明者威廉·约翰·斯旺森, 帕特里克·威廉·特利, 保罗·约瑟夫·莱维特, 彼得·詹姆斯·卡沃斯基, 约瑟夫·爱德华·拉博西埃尔, 罗伯特·L·斯库比克 申请人:斯特拉塔系统有限公司