[发明专利]能够串联的多材料的挤出技术

说明书

提供用于生产多部件原料的方法和设备，该多部件原料被传递经过3D打印机的打印头。多个部件长度由单独的原料生产并且对齐以形成被传输进入打印头用于挤出的多部件原料。该方法包括提供至少两个不同材料的原料源，沿着进料路径传输第一原料的远端，以预定长度切割该第一原料以提供一定长度的具有近端的第一原料。该方法包括沿着进料路径传输第二原料的远端并且使第二原料的远端与该一定长度的第一原料的近端对齐。以预定长度切割第二原料以提供与一定长度的第一原料串联地对齐的一定长度的第二原料，从而形成一定长度的多部件原料。将一定长度的多部件原料传输进入打印头。

相关申请

本申请主张于2015年4月14日递交的美国临时申请No.62/147,393的权益，并且主张于2014年8月21日递交的美国临时申请No.62/040,045的权益。

上述申请的全部教导通过引用结合与本文。

背景技术

挤出是使材料通过对该材料施加改变的模板或模具的过程。在制造过程(如注塑成型)中使用较大体积的挤出机，而在很多其他应用和熔融沉积成型三维打印机(本文中也称为3D打印机)中使用较小尺寸的挤出机。传统上，挤出机加工/输出单一材料，但是如果需要第二种材料，则通常引入第二个挤出机。这种情况的示例是当牙刷手柄利用两个挤出机进行注塑成型的时候，其中，一个挤出机使用塑料填充用于手柄基底的模具的一部分，而另一个挤出机利用用于手柄握把的弹性体材料填充模具的一部分。在熔融沉积成型3D打印机中，相同的情形可以是在打印机上引入多个挤出机，其中，每个挤出机加工不同的构造材料(原料)。

这是“并联”进料方法以实现来自挤出机的多材料输出，使得需要单独的挤出机以用于每一种新材料。为了公开目的，术语新材料是指化学成分和性质(包括但是不限于，颜色、物理外观、强度、传导性、几何形状和大小)不同的物质，或者是与可以考虑的现有技术材料相同的物质(例如，已经排出第一供给原料并且需要采用新供给的情形)。

聚焦于熔融沉积成型3D打印，目前存在若干已知方法以实现多材料打印部分。如上所述，在熔融沉积成型3D打印中的并联进料方案是将额外的挤出机引入到3D打印机。通过这样做，打印机可以在这些挤出机之间交替以允许使用多种构造材料制造打印部分，其中，每一个挤出机包含不同的构造材料。重要的是注意到尽管进料入口是并联的，但是通常一次仅使用一个入口，因此，整体打印过程的本质仍然是串联的。

并联进料技术存在很多问题，本领域技术人员可能认识到的问题包括但是不限于：与单个挤出机相比打印速度和构造体积的减小、在具有不同材料的区域之间过渡的质量较差以及最大构造材料的有限数量。速度的减小是由于以下事实：每一个额外的挤出机单元/进料器向打印头增加重量，转而减小打印头可以操作的速度。打印体积的减小是因为以下事实：每一个额外的挤出机单元/进料器需要喷嘴，该喷嘴使打印头更大并且限制其行程。较差质量的过渡是因为工业中已知的“渗透”现象，该现象是当构造材料以不受控制的方法存在于挤出机喷嘴/从挤出机喷嘴泄露。这对于多个挤出机而言是常见的，这是因为当一个挤出机被激活地用于制造打印部分时另一个挤出机未被使用个并且内部的构造材料可以泄露。该不受控制的渗透可能在不期望位置中粘附于打印部分，这导致较差质量的打印部分。最后，由于每一个构造材料需要专用的打印喷嘴并且重量、体积和经济约束限制构造材料的最大数量，因此在熔融沉积成型3D打印机上具有是实际的。

因此，提供一种避免需要多个挤出机的用于3D打印的方法和装置是有益的。

发明内容

本公开涉及能够串联的多部件材料的挤出技术，以用于但是不限于熔融沉积成型三维打印机。

本公开提供对并联进料方法的替换，在该替换中，采取串联进料方法。串联进料是指多个材料串联地进入挤出机或者是指分体的并联挤出机的事实。这提供能够串联的多材料的挤出方法(下文简称为SEME)。术语“多材料”和“多部件”可互换使用。