[发明专利]选择性沉积熔融塑性材料的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于选择性地沉积熔融塑性材料的设备。尤其涉及一种向其中供给通常固态塑性材料，并且随后在排出之前熔化塑性材料的设备。

背景技术

现有技术已知一种用于沉积熔融塑性材料的设备。

WO 2004/024415公开了一种用于改进注射成型或挤出成型材料的流动特性的器具。该器具包括流路，使用时，将要注射成型或挤出成型的材料穿过该流路，以及超声波振动设备，其包括超声焊极，布置成与使用时穿过流路的材料直接接触，用于当注射或挤出材料时直接振动该材料。

US 6036467描述了一种用于热塑性聚合物的熔融挤出的器具，在熔融挤出过程中在该器具中使用超声波能量。该器具包括模具外壳以及用于将超声波能量应用于熔融热塑性聚合物的一部分的装置。模具外壳限定出适合于容纳熔融热塑性聚合物的室，用于向该室供给熔融聚合物的进口孔以及挤出孔。

以上公开的两种器具均具有将熔融热塑性聚合物强行作为初始材料的缺陷，即，供给至设备并且随后供给至室的塑性材料已经处于适合于被注射或挤出的熔融状态。

US2002019683公开了一种经由超声波物品固结和消减技术而结合材料添加剂的机床，其用于对最终的物品提供高维准确度。

相同申请人提交了关于用于沉积熔融塑性材料的设备的申请WO2009/030791，在该设备中供给固态塑性材料。该设备包括设有熔化室的中空外壳，容纳于外壳的中空部分中并且与所述熔化室相接触的超声焊极，用于固态塑性材料的入口通道以及用于沉积熔融塑料的出口开口。借助于通过中空外壳推动材料的螺纹筒将塑性材料供给至熔化室。

尽管操作良好，但WO 2009/030791的设备具有以下详细描述的缺点：

—即使塑性材料为固态，也需要借助于螺纹筒挤压塑性材料来通过外壳的长度，因此意味着所述外壳具有内螺纹；而且，螺纹的存在使得设备在超声焊极振动过程中刚性降低；

—为了将螺纹筒插入室内而使用复杂结构及相关的成本；

—熔化室产生于外壳中，并且较宽(沿围绕超声焊极的室的轴线延伸)，因此不能使所有材料受到最大幅度的振动；

—材料在熔化室中受到振动，熔化室并不直接与排出熔融塑料开口相连接；并且

—熔化室并不靠近排出熔融塑料开口，因此使得在所述材料通过出口排出之前熔融的塑性材料可能固化。

其他已知的现有技术设备在DE 41 03 740和SU 570496中公开，该最后一个提供了主权利要求1的前序部分特征。

本发明通过提供一种用于根据权利要求1所述的热塑性材料的熔融挤出的改进设备而解决了一些上述问题和困难。

发明内容

该设备包括支撑件、超声波变换器、超声焊极、喷嘴以及与沉积出口相连通的熔化室。

根据本发明的特征，超声焊极具有穿过其整个长度的内沟道。所述沟道的直径允许塑性材料在不与其侧向壁摩擦的情况下宽松地穿过该沟道，直到材料到达熔化室。

呈丝状、球状或类似形式的塑性材料穿过超声焊极内沟道，因此该内沟道用作材料到达熔化室的导向件。

借助于具有电机的推进器而将固态塑性材料穿过进入开口供给至该设备，该推进器向塑性材料施力，以便推动塑性材料持续地穿过超声焊极通道直至其到达熔化室。

在熔化室中，在细丝等与熔化室壁之间产生最大摩擦力，因此导致塑性材料熔化。

事实上，由于变换器，超声焊极振动，并且这些振动在超声焊极的最后部分，即，在熔化室中具有最大幅度。

当借助于推进器在超声焊极内沟道中被推动，塑料细丝等到达熔化室时，由于熔化室横截面从其进口开口朝向其出口开口减小，所述细丝相对于室壁而被挤压。同时，所述熔化室中的塑性材料经受最大振幅的超声波。

因此，推进器的电机所施加的力和超声焊极的振幅是控制该过程的两个参数，并且其影响熔化温度，因此允许使用具有不同熔化温度的不同塑性材料。

为了最小化该过程的启动时间，提供一种用于控制沉积出口的温度的系统。所述温度控制系统可以是外部的或内部的。

外部温度控制系统基于一组电阻，该设备将与电阻相接触，仅在该过程开始时，加热所述设备的沉积出口。

内部温度控制系统包括集成于设备中的电阻，优选地在超声焊极的端部处，以便自动地调节温度。

为了避免过热，并且为了避免随后设备操作的停止，提供内部或外部冷却系统。在借助于压缩空气执行的例子中实现内部冷却，压缩空气被迫使穿过用于将塑性材料供给至熔化室的同一内沟道。