用于三维打印机的可移除的构建板的制作方法

本公开大体上涉及三维打印。

背景技术：

1、已经设计出各种三维制造技术来支持由计算机模型的快速原型制作。多年来，对这些技术进行改进，以提高准确性、工作量以及在快速原型环境中可用的各种构建材料。尽管这些日益复杂和昂贵的机器经常出现在商业设计和工程环境中，已经出现适用于业余爱好者和家庭用户的低成本三维原型制作装置的最新趋势。随着这些资源变得更容易和广泛地可用，已经出现对三维打印的改进的需求，例如，专门为业余爱好者和家庭用户量身定制的改进。

2、多挤压机组件典型地采用一些类型的高度控制机构，使得非活动挤压机可升高(或活动挤压机降低，或两者)，以避免干扰由其活动挤压机对应物沉积的材料层。然而，在该上下文中，在不同的挤压机之间切换可能很麻烦，且可需要额外的硬件、控制复杂性等。此外，物理高度调整可产生明显的噪声和振动，这些噪声和振动可损坏打印机构件或在打印期间产生不需要的背景噪声。仍需要具有改善的高度控制的多挤压机打印机。

3、一种用于三维打印机的挤压机可限定与加热器热连通的室，该加热器将构建材料加热到高于构建材料液化温度的目标温度，且熔化的构建材料可在三维打印期间移动通过挤压机的喷嘴以形成物体。当加热器将构建材料加热到目标温度时，加热器可不希望地加热挤压机的其它部分，在这些地方，此类热量可造成损坏。例如，在挤压机的入口和/或出口附近经历的过多热量可损坏位于这些孔口上或附近的构件。仍需要改进用于三维打印机的挤压机的热管理。

4、用于三维打印机的构建板大体上为制造物体提供稳定的水平表面。然而，为该目的所设计的构建板通常忽略用户友好特征，其提高舒适性、易于装卸、易于移除打印零件等。仍需要改进用于三维打印机的构建板。

5、用于三维打印机的挤压机需要例行维护以及对技术问题的定期解决，在此期间，用户需要就地处理挤压机或将挤压机从打印机移除以用于维修。在该上下文中，挤压机的热端——挤压加热的构建材料所通过的尖端——可带来安全问题。在使用期间，热端也容易发生飞溅、弄脏和其它不希望的构建材料堆积。仍需要解决这些问题的挤压机盖。

技术实现思路

1、本教导包括三维打印方面的改进，诸如与构建平台、挤压机和挤压技术相关的改进。

2、一种多挤压机包括被动高度控制机构，该机构可调整其挤压机的相对高度，而无需使用额外的活动构件。此外，高度控制机构可采用斜面的控制表面，该倾斜的控制表面通过在从一个活动挤压机转移到另一个活动挤压机时逐渐转移竖直负载来减轻噪声和振动。

3、在一方面，本文公开的挤压机组件包括第一挤压机，第一挤压机包括第一从动件，第一挤压机限定第一挤压路径，且第一挤压路径的至少一部分限定z轴。挤压机组件还包括凸轮，该凸轮具有工作表面，工作表面可相对于第一挤压机移动，且定形为将凸轮沿x轴或y轴的第一移动转换为第一从动件沿z轴的第二移动，随着工作表面相对于第一挤压机移动以沿z轴升高第一从动件，第一从动件可沿凸轮的工作表面移动。挤压机组件还包括可与凸轮接合以反转凸轮的第一移动并沿z轴降低与第一从动件相邻的工作表面的支承件，以及联接到该支承件的阻尼器，该阻尼器可与第一挤压机相接合，以随着支承件降低与第一从动件相邻的凸轮的工作表面而接收来自第一挤压机的z轴负载且使第一从动件与凸轮的工作表面分离。

4、实施方式可包括以下一项或多项特征。凸轮的工作表面可响应于同支承件与凸轮的接合相关联的力来相对于第一挤压机移动。第一挤压机可包括可沿阻尼器移动的第二从动件，且来自第一挤压机的z轴负载可经由第二从动件由阻尼器接收。阻尼器可包括用于第二从动件的接触表面，该接触表面定形为在第一挤压机沿x轴或y轴远离支承件移动时使第一挤压机沿z轴平稳地降低到工作位置中。第一从动件可沿凸轮的工作表面与凸轮的工作表面滚动接触地移动，且第二从动件可沿阻尼器与支承件滚动接触地移动。第一从动件和第二从动件可至少沿z轴彼此间隔开。挤压机组件还可包括机架和滑架，其中机架具有限定垂直于z轴的轴线的引导表面，第一挤压机支承于滑架上，且滑架可在沿垂直于z轴的轴线的至少一个方向上沿机架的引导表面移动。阻尼器或支承件中的至少一个可在沿垂直于z轴的轴线的固定位置中。挤压机组件还可包括支承于滑架上的第二挤压机，其中第二挤压机限定第二挤压路径，且第一从动件沿凸轮的工作表面的移动改变第一挤压机的z轴位置。凸轮的工作表面可沿垂直于z轴的轴线相对于第一挤压机移动。阻尼器可包括沿垂直于z轴的轴线从支承件悬伸的臂。凸轮可为线性凸轮，且凸轮的工作表面可在由z轴和垂直于z轴的轴线限定的平面中具有第一二维轮廓。臂可在由z轴和垂直于z轴的轴线限定的平面中具有第二二维轮廓，第一挤压机可包括第二从动件，且臂可与第二从动件接合，以随着第一挤压机的z轴负载支承于臂上而沿臂的第二二维轮廓移动第二从动件。凸轮的工作表面的第一二维轮廓可与臂的第二二维轮廓不同。

5、在一方面，本文公开的三维打印机包括具有基本平的表面的构建板，以及多个挤压机，多个挤压机中的每个限定指向构建板的相应的挤压孔口，且每个挤压孔口在沿垂直于基本平的表面的z轴的相应高度处支承于构建板上方。该三维打印机还包括凸轮，该凸轮具有可与多个挤压机中的第一挤压机接合的工作表面，该凸轮的工作表面可相对于第一挤压机移动，以改变第一挤压机相对于多个挤压机中的至少另一个挤压机的z轴位置。三维打印机还包括支承件，其可与凸轮接合来以降低支承第一挤压机的工作表面的方式移动凸轮；以及联接到支承件的阻尼器，该阻尼器可与第一挤压机接合以从挤压机接收z轴负载，从而随着与支承件的接触降低工作表面而将第一挤压机与凸轮分离。

6、实施方式可包括以下一项或多项特征。多个挤压机和凸轮可在平行于构建板的基本平的表面的第一方向上一起移动，支承件可与凸轮选择性地接合，以使凸轮在与第一方向相反的第二方向上相对于多个挤压机移动，且凸轮在第二方向上相对于第一挤压机的移动可使第一挤压机与凸轮分离。阻尼器可包括在平行于构建板的基本平的表面的方向上从支承件悬伸的臂。臂可包括倾斜表面，该倾斜表面倾斜于基本平的表面延伸，该倾斜表面定位成随着阻尼器接合第一挤压机而与第一挤压机初始接触，其中随着第一挤压机沿倾斜表面朝向支承件并且远离构建板移动，第一挤压机的z轴负载由臂接收。倾斜表面可包括第一表面和第二表面，该第一表面成角度，以随着多个挤压机朝向支承件移动而接收来自第一挤压机的负载，该第二表面成角度，以在多个挤压机远离支承件移动时使第一挤压机平稳且连续地降低到工作位置中。

7、在一方面，本文公开的方法包括在平行于构建板的基本平的表面的平面内移动多个挤压机，多个挤压机中的每个限定相应的挤压孔口，相应的挤压孔口在基本平的表面上方的相应高度处支承于相应的构建板上方；相对于多个挤压机中的第一挤压机移动凸轮的工作表面，工作表面的移动改变第一挤压机相对于构建板的z轴位置；以及使阻尼器与第一挤压机接合，以接收来自第一挤压机的z轴负载。多个挤压机和凸轮可在第一方向上一起移动，其中该方法还包括使支承件与凸轮接合，以使凸轮在与第一方向相反的第二方向上移动，以提供工作表面的移动。

8、在一方面，本文公开的挤压机组件包括限定第一挤压路径的第一挤压机，第一挤压路径的至少一部分限定z轴，第一挤压机包括工作表面，其定形为将沿工作表面的水平移动转换为第一挤压机的竖直移动。挤压机组件还包括凸轮，该凸轮具有第一从动件，该第一从动件可相对于第一挤压机水平地移动并且定位成沿工作表面行进，随着第一从动件相对于第一挤压机在第一方向上移动以沿z轴降低工作表面，第一从动件可沿第一挤压机的工作表面移动。挤压机组件还包括可与凸轮接合以使凸轮沿与第一方向相反的第二方向移动以沿z轴升高工作表面的支承件，以及阻尼器，其可与第一挤压机接合，以接收来自第一挤压机的z轴负载，且随着支承件响应于沿第一方向的移动而将工作表面降到第一从动件下方而将第一从动件与工作表面分离。

9、在另一方面，本文公开的挤压机组件包括第一挤压机、可移动地联接到第一挤压机以允许第二挤压机相对于第一挤压机竖直移动的第二挤压机，以及结构上构造为机械地控制第二挤压机相对于第一挤压机的z轴位置的联接器，联接器包括水平滑动件，该水平滑动件在结构上构造成响应于在第一方向上的第一水平移动而引起第二挤压机向上移动，并允许第二挤压机响应于在与第一方向相反的第二方向上的第二水平移动而向下移动。

10、实施方式可包括以下一项或多项特征。联接器可从挤压机组件水平地延伸以暴露第一端和第二端，第一端和第二端提供控制表面以分别使联接器在第一方向和第二方向上水平地移动。挤压机组件还可包括在三维打印机内的预定位置中的支承件，该支承件包括第一表面和第二表面，第一表面定形为随着挤压机组件水平接触支承件而接收并竖直地支承第二挤压机，且第二表面定形为随着挤压机组件水平接触支承件而在第二方向上同时移动联接器。联接器或第二挤压机可包括工作表面，该工作表面具有斜面，斜面定形为在出口孔口位于第一挤压机的最低点以下的活动位置与出口孔口位于第一挤压机的最低点以上的非活动位置之间逐渐地升高和降低第二挤压机。工作表面可包括在斜面上方以将第二挤压机支承于非活动位置的台阶，以及脊，该脊的高度大于台阶，且该脊位于台阶与斜面之间，以在挤压机组件不与阻尼器接合时将第二挤压机双稳态地固持在非活动位置。

11、使用多种技术来用于管理三维打印机的挤压机内和周围的温度。

12、在一方面，本文公开的用于三维打印机的挤压机包括喷嘴组件，该喷嘴组件限定第一孔口、第二孔口和将第一孔口流体地联接到第二孔口的室。挤压机还包括定位成加热该室的加热元件；指向第一孔口以形成减轻从室到第一孔口的向上热流的热中断的第一流体源；以及歧管，该歧管在结构上构造成围绕第二孔口引导流体流，歧管限定用于流体流的多个出口孔，多个出口孔定位和定向成引导全向流体流中的流体流远离第二孔口的周边，以冷却围绕第二孔口的周边的区域。

13、实施方式可包括以下一项或多项特征。流体流可由第一流体源提供。流体流可由独立于第一流体源的第二流体源提供。多个出口孔中的出口孔可围绕喷嘴组件的周边彼此等距间隔。加热元件可配置成加热室以将室中的构建材料保持在高于构建材料的液化温度的目标温度下，其中第一流体源在低于室中的构建材料的目标温度的第一温度下将流体朝向第一孔口移动，且其中围绕第二孔口的流体流是在低于构建材料的目标温度的第二温度下提供的。

14、在一方面，本文公开的用于三维打印机的挤压机包括限定第一孔口、第二孔口和从第一孔口延伸至第二孔口的室的喷嘴组件，该室限定延伸穿过第一孔口和第二孔口的纵向轴线。挤压机还包括联接到喷嘴组件的导管，该导管限定指向第一孔口的第三孔口，以形成减轻从室朝向第一孔口的热流的热中断。挤压机还包括联接到喷嘴组件的歧管，该歧管限定多个出口孔，多个出口孔中的每个出口孔设置在第一孔口和第二孔口之间的沿纵向轴线的位置，且多个出口孔中的每个出口孔定向成在远离第二孔口的方向上引导流体以冷却围绕第二孔口的周边的区域。

15、实施方式可包括以下一项或多项特征。歧管可与由喷嘴组件限定的室流体隔离。歧管可与导管流体连通，使得可经由单个流体源通过歧管的多个出口孔和导管的第三孔口输送流体。歧管可包括与由室限定的纵向轴线同轴的环形空间，以产生围绕第二孔口的周边的全向流体流。对应于多个出口孔的出口孔可围绕喷嘴组件的表面的周边彼此等距间隔。由喷嘴组件的室限定的纵向轴线可在第一孔口处与由导管限定的横向轴线相交。在沿纵向轴线的方向上，喷嘴组件的表面可在多个出口孔的位置和第二孔口之间渐缩。挤压机还可包括联接到喷嘴组件的加热元件，该加热元件经由通过喷嘴组件的热传导与室热连通。加热元件和室之间的第一热传导率可小于加热元件和由歧管限定的多个出口孔之间的第二热传导率。

16、在一方面，本文公开的方法包括加热由挤压机的喷嘴组件限定的室，该室从第一孔口延伸至第二孔口；移动第一流体横跨第一孔口；以及移动第二流体以产生远离第二孔口的全向流体流，以冷却围绕第二孔口周边的区域。

17、实施方式可包括以下一项或多项特征。加热该室可包括将室中的构建材料保持在高于构建材料的液化温度的目标温度下，其中第一流体在低于室中的构建材料的目标温度的第一温度下移动横跨第一孔口，且其中第二流体在低于构建材料的目标温度的第二温度下围绕第二孔口的周边移动。移动第一流体横跨第一孔口可包括基于喷嘴组件的温度来调整第一流体横跨第一孔口的体积流率。移动第二流体可包括基于挤压机的移动来调整第二流体的体积流率。移动第二流体可包括围绕第二孔口的周边引导第二流体的多个流。第一流体横跨第一孔口的移动可相对于第二流体围绕第二孔口的周边的移动可独立地控制。

18、用于三维打印机的可移除和可替换的构建板支承与打印机的磁联接以及对构建材料的初始层的有利粘附。

19、在一方面，本文公开的用于三维打印机的构建板包括：包括铁磁金属的弹性柔性材料的片；以及围绕片的周边的至少一部分的框架，框架由随片弹性弯曲的弹性体材料形成，该弹性体材料相对于片具有低的热传导率，且弹性体材料定位成使框架的暴露表面与片的温度隔离。构建板还包括从框架延伸的弹性材料的一个或多个凸片，以提供用于从三维打印机移除构建板的抓握表面。

20、实施方式可包括以下一项或多项特征。框架可限定可由用户的指尖抓握的凹部。框架可设置在片的整个周边上。一个或多个凸片中的每个可具有第一表面粗糙度，且框架可具有第二表面粗糙度，该第二表面粗糙度小于第一表面粗糙度。构建板还可包括设置在片的构建区段的至少一个表面上的聚碳酸酯层。铁磁金属可包括弹簧钢。片的弹性柔性材料可具有第一热传导率，而框架的弹性体材料可具有第二热传导率，其中在室温下，第一热传导率大于第二传导率。

21、在一方面，本文公开的用于三维打印机的构建板包括具有构建区段的片，该构建区段在没有外力的情况下基本是平的，该片由第一材料沿构建区段形成，第一材料包括铁磁成分，且第一材料具有第一热传导率。构建板还包括沿片的周边区域的至少一部分的框架，该框架至少与片一样柔性，且该框架包括第二材料，该第二材料的第二热传导率小于第一材料的第一热传导率。构建板还包括联接到框架的一个或多个凸片，每个凸片通过框架的至少第二材料与片的第一材料隔热，且每个凸片可由用户抓握以移动构建板。

22、实施方式可包括以下一项或多项特征。在室温下响应于围绕延伸穿过片和框架的任何轴线的转矩，片可具有第一扭转刚度，且框架可具有第二扭转刚度，该第二扭转刚度小于或等于片的第一扭转刚度。框架的第二材料可包括弹性体材料。第二材料可包括热塑性弹性体。

23、在一方面，本文公开的三维打印机的构建板系统包括构建板，该构建板包括具有构建区段的片，该片由包括铁磁成分的材料沿构建区段形成。构建板系统还包括骨架结构，该骨架结构包括本体和由该本体支承的多个磁体，该构建板经由多个磁体的磁力联接到骨架结构，磁力沿片的构建区段在第一方向上施加在铁磁成分上，且构建板的片可在垂直于磁力的第一方向的第二方向上相对于本体滑动。

24、实施方式可包括以下一项或多项特征。在构建板的片的热膨胀力下，构建板的片可相对于本体在第二方向上滑动。骨架结构的本体可包括基本平的表面，且构建板的片可沿基本平的表面在第二方向上相对于本体滑动。构建板系统进一步可包括在基本平的表面上并且在远离基本平的表面的方向上延伸的斜面，该斜面定向成在构建板在远离基本平的表面的方向上移动时使构建板的区域与骨架结构分开。在约80摄氏度的温度下，经由磁力联接到骨架结构的构建板的片的构建区段可具有相对于平面大于约0.2mm且小于约0.4mm的平整度。

25、在一方面，本文公开的方法包括经由构建板和骨架结构之间的磁力将构建板联接到骨架结构，该磁力在第一方向上施加在构建板的构建区段上；沿联接到骨架结构的构建板的构建区段输送构建材料；利用沿构建板的构建区段的构建材料，通过包括使构建板在垂直于磁力的第一方向的第二方向上相对于骨架结构滑动的移动使构建板与骨架结构分离；以及从与骨架结构分离的构建板的构建区段移除构建材料。

26、实施方式可包括以下一项或多项特征。沿构建板的构建区段输送构建材料可包括使构建板热膨胀，且在构建板联接到骨架结构的情况下，构建板的热膨胀力使构建区段相对于骨架结构在垂直于磁力的第一方向的第二方向上相对于骨架结构移动。在使构建区段相对于骨架结构移动的构建板的热膨胀力下，构建板的构建区段可在约80摄氏度的温度下保持大于约0.2mm且小于约0.4mm的平整度。使构建板与骨架结构分离可包括沿由骨架结构限定的斜面移动构建板，该斜面具有在第一方向上的第一维度的分量和在第二方向上的第二维度的分量。

27、用于三维打印机的挤压机的盖可在挤压机的热端上移除和更换，例如，用于盖或挤压机的清洁或其它维护。盖可由热传导率比挤压机的热端低的聚合物形成，使得盖在挤压机的热端和外部环境之间形成热障。此外，盖可在三维打印过程期间保护挤压机的热端免于与沉积的构建材料(例如，飞溅物)的破坏性接触以及其它不希望的接触。

28、在一方面，本文公开的用于三维打印机的挤压机包括限定第一孔口、第二孔口和在其间延伸的室的喷嘴组件，其中喷嘴组件的至少一部分由第一材料沿室形成。挤压机还包括具有内表面和与内表面相对的外表面的盖，该盖限定沿盖的最窄径向尺寸从内表面延伸至外表面的开口，喷嘴组件的室延伸穿过开口使得第二孔口远离与盖的内表面接触的喷嘴组件的周边在轴向方向上延伸超过开口，且盖由第二材料形成，第二材料包括聚合物，聚合物的第二热传导率小于第一材料的第一热传导率。

29、实施方式可包括以下一项或多项特征。喷嘴组件的第一材料可具有第一线性热膨胀系数，且第二材料可具有第二线性热膨胀系数，该第二线性热膨胀系数大于第一线性热膨胀系数。盖的内表面可限定与开口流体连通的腔，该腔限定第一轴线，该第一轴线平行于且轴向偏离第二轴线，该第二轴线由喷嘴组件的室限定且延伸穿过第二孔口。挤压机还可包括伸长的加热器，其支承于喷嘴组件上并与喷嘴组件的室热连通，其中由腔限定的第一轴线在由室限定的第二轴线与由伸长的加热器限定的第三轴线之间。内表面和喷嘴组件的周边之间的接触可界定喷嘴组件的周边。盖的内表面可包括与喷嘴组件的周边接触的锥形部分。第二孔口可由喷嘴组件的平表面限定，且盖的外表面的至少一部分可限定相对于喷嘴组件的平表面倾斜的平面。盖的内表面和喷嘴组件的周边之间的接触可为过盈配合。盖可经由盖的至少一部分的变形而从喷嘴组件的周边移除。盖可包括凸缘，喷嘴组件可限定脊，且凸缘可与脊可释放地接合以限制盖至少在轴向方向上的移动。聚合物可为弹性体。弹性体可为含氟聚合物。该聚合物可具有大于约200摄氏度且小于约350摄氏度的熔点。挤压机还可包括机械地联接到喷嘴组件并与盖间隔开的供给系统，该供给系统包括齿轮系(gear train)和控制器，该控制器配置成促动齿轮系以经由第一孔口将构建材料移动到室中。

30、在一方面，本文公开的三维打印机包括构建板和挤压机，挤压机包括喷嘴组件和盖，喷嘴组件限定第一孔口、第二孔口和在其间延伸的室，喷嘴组件的至少一部分由第一材料沿室形成，盖在从喷嘴组件延伸到构建板的方向上设置在喷嘴组件和构建板之间，该盖限定开口，喷嘴组件的室延伸穿过该开口，且喷嘴组件的第二孔口延伸超过该开口，盖由包括聚合物的第二材料形成。三维打印机还包括构建材料，构建材料在喷嘴组件的室中，且可从第二孔口朝构建板移动，该构建材料的第一熔化温度小于盖的第二材料的第二熔化温度。

31、实施方式可包括以下一项或多项特征。三维打印机还可包括与室热连通的加热器，该加热器可控制至在构建材料的第一熔化温度与盖的第二材料的第二熔化温度之间的温度。至少喷嘴组件的第一材料和盖的第二材料的一部分可在加热器和盖的外表面之间。加热器可在一定热阻下与盖的外表面热连通，使得加热器在构建材料的第一熔化温度与盖的第二材料的第二熔化温度之间的温度下，盖的外表面具有大于约35摄氏度且小于约70摄氏度的温度。沿喷嘴组件的室的第一材料可具有第一热传导率，且盖的第二材料可具有小于第一热传导率的第二热传导率。聚合物可在结构上构造成在三维打印过程期间抵抗粘附到从第二孔口朝向构建板移动的构建材料。盖可经由在盖和喷嘴组件之间的免工具(toolless)的配合来可释放地固定到喷嘴组件。