[发明专利]在三维打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置

说明书

在三维打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置。在用于打印三维物体的三维打印系统和方法中，将固体形态材料的温度升高至使材料熔化或部分熔化的点，从而因致动力或导致力的位移而开始从喷嘴流出。因为到材料的热传递对于材料熔化和流动并最终实现打印过程最重要，所以将材料升温至恰当温度是有用的。通过预测材料经由喷嘴的大的流量并在增大的淀积率之前调节加热速率，来使材料保持熔化，并且经由喷嘴挤出材料不受加热限制。

技术领域

本发明涉及用于在三维(3D)打印中控制针对改进挤出流的热的方法和装置。

背景技术

在还已知为三维(3D)打印的添加制造(AM)中，可以通过在计算机控制下形成连续的材料层来创建3D物体。例如，基于挤出的分层制造机器可以通过将构建材料(在本文中也可互换地称为原料(feedstock)、丝料(filament)，或介质)以预定图案从挤出机挤出到构建表面(在本文中也可互换地称为构建板、构建平台、台架、基部或床)上来构建这样的3D物体。可以基于表示3D物体的计算机辅助设计(CAD)模型或任何其它合适的数据来确定预定图案。

原料可以供应到挤出机，并且挤出机可以使原料达到可流动的温度，从而生成可流动的原料以供淀积到构建板上。传入原料的力可导致可流动原料从挤出机挤出，例如从挤出机的喷嘴挤出。可流动原料可以经由喷嘴挤出，并且可以在凝固时以足够的黏合粘附到先前淀积的原料层上。

从喷嘴挤出的可流动原料的流率可以是原料投入率(即，原料被驱入挤出机的液化区的速率)(在本文中也可互换地称为进料率)的函数。控制器可以控制用于推进原料的机构的速度或者施加至原料的压力，以便控制投入率。除了控制投入率，控制器还可以控制挤出机沿水平x、y平面的移动，以及构建板沿垂直z方向的移动。

控制器可以控制挤出机相对于正被打印的3D物体的移动。例如，在一些情况下，被打印的3D物体可以沿x和y方向移动，并且挤出机可以是静止的。通过同步控制这种移动和投入率，可流动原料可以沿着可以从CAD模型获得的工具路径逐层淀积到构建板上。被挤出的可流动原料可以融合到先前淀积的原料上并固化以形成类似于该CAD模型的3D物体。

发明内容

根据一示例实施方式，一种三维(3D)打印系统，其可以包括：挤出机，该挤出机被配置成从挤出位置挤出给定原料，和控制器，该控制器被配置成，通过调节经由所述挤出机传递到所述给定原料的热传递量，来保持所述给定原料在所述挤出位置处为所述期望温度。所述调节可以基于所述给定原料的计划原料投入率和期望温度。所述控制器可以被配置成，在实施所述计划原料投入率之前的时间调节所述热传递量。所述时间可以基于所述3D打印系统中的热传递的时间响应。

所述3D打印系统还可以包括比例积分微分(PID)控制器和温度传感器。所述温度传感器可以联接至所述挤出机和所述PID控制器，并且可以被配置成感测所述挤出机的工作温度。所述PID控制器可以被配置成，还基于所述工作温度来调节所述热传递量。

所述时间响应可以取决于所述挤出机的尺寸、所述挤出机的比热、所述挤出机的传导率、所述挤出机的质量或它们的组合。

所述时间还可以基于当前时间、在当前时间的当前原料投入率、实施所述计划原料投入率的将来时间，以及在当前时间的所述当前原料投入率与在所述将来时间的所述计划原料投入率之间的变化率。

所述3D打印系统还可以包括联接至所述挤出机的加热部件。所述控制器可以被配置成，调节所述加热部件的输入功率设定以调节所述热传递量。

所述输入功率设定可以是功率值、百分比值，或占空比值。

所述控制器可以被配置成，基于所述计划原料投入率以及所述加热部件的输入功率与原料投入率之间的关系来控制所述输入功率设定。所述关系可以特定于所述期望温度、所述挤出机的环境条件、所述挤出机的特性，以及所述给定原料的特性。