專利名稱：基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的非圓柱形細絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直接數(shù)字制造系統(tǒng)構建三維(3D)模型。具體地，本發(fā)明涉及基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的諸如造型材料和支撐材料的消耗材料。
背景技術：
基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)(例如，由Mratasys，Inc.，Eden Prairie,麗開發(fā)的熔融沉積成型系統(tǒng))用于通過擠出可流動的消耗造型材料以逐層方式由3D模型的數(shù)字表示法構建3D模型。造型材料通過由擠出頭攜帶的擠出端擠出，并被作為一系列條道沉積在 x-y平面中的基板上。擠出的造型材料熔化到先前沉積的造型材料并在溫度降低時凝固。 擠出頭相對于基板的位置接著沿著ζ軸線(垂直于χ-y平面)增長，并且所述過程接著被重復以形成類似于數(shù)字表示的3D模型。在計算機控制下根據(jù)表現(xiàn)3D模型的構建數(shù)據(jù)執(zhí)行擠出頭相對于基板的運動。所述構建數(shù)據(jù)通過初始將3D模型的數(shù)字表示切成多個水平切片層而獲得。接著，主計算機對每ー個切片層產(chǎn)生用于淀積造型材料的條道的構建路徑以形成3D模型。在通過淀積造型材料層制造3D模型中，支撐層或結構在建造中典型地被構建在物體的懸垂部分的下面或物體的空腔中，所述懸垂部分或所述空腔本身沒有被造型材料支撐。支撐結構可以利用相同的沉積技術構建，其中造型材料通過所述沉積技術沉積。主計算機產(chǎn)生用作用于形成的3D模型的懸垂或自由空間段的支撐結構的額外幾何結構?？上闹尾牧显跇嫿ㄟ^程期間接著根據(jù)生成的幾何結構從第二噴嘴沉積。支撐材料在制造期間粘接到造型材料，并且在構建過程完成時被從完成的3D模型移走。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一方面涉及ー種基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料。消耗材料包括一個區(qū)段以及所述區(qū)段的至少一部分的為軸向不對稱的橫截面輪廓。所述橫截面輪廓被構造成通過基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的非圓柱形液化器對于相同的熱限制 (thermally limited)最大體積流量提供比通過圓柱形液化器中的圓柱形細絲獲得的響應時間快(例如，至少快50% )的響應時間。本發(fā)明的另ー個方面涉及基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料，其中消耗材料包括含有具有非晶特性的至少ー個材料的成分。消耗材料還包括一個區(qū)段和所述區(qū)段的至少一部分的橫截面輪廓的非圓柱形幾何形狀。橫截面輪廓被構造成與具有入口橫截面面積As和液壓直徑Dh的基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的非圓柱形液化器配合，其中
lJ :■ し,b _； - __ °本發(fā)明的另ー個方面涉及ー種用于制造在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料的方法。所述方法包括以下步驟提供具有片材厚度和包括至少ー種熱塑性材料的成分的片材。所述方法還包括以下步驟將片材切成多個非圓柱形細絲，其中多個非圓柱形細絲中的至少ー個具有一個區(qū)段和所述區(qū)段的至少一部分的橫截面輪廓。橫截面輪廓被構造成與具有入口橫截面面積As和液壓直徑Dh的基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的非圓柱形液化器配合，其中Dft < 0.95 γΟ。所述方法還包括以下步驟以基本上平行的方式將多個非圓柱形細絲的至少一部分裝載到供應組件上。


圖1是用于由造型材料和支撐材料的非圓柱形細絲構建3D模型和支撐結構的基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的正視圖；圖2是為具有矩形橫截面輪廓的非圓柱形細絲的帯狀細絲的立體圖；圖3為圖2中截得的截面3-3的剖視圖，顯示了帯狀細絲的橫截面輪廓；圖4為與帶狀細絲一起使用的基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的擠出頭分組件的分解立體圖，其中擠出頭分組件包括矩形液化器；圖5Α是圖4中截得的截面5Α-5Α的剖視圖，顯示了帯狀細絲正在通過矩形液化器被擠出；圖5Β是圖4中截得的截面5Β-5Β的剖視圖，進ー步顯示了帯狀細絲正在通過矩形液化器被擠出；圖5C是圖4中截得的截面5C-5C的剖視圖，顯示了矩形液化器的入口橫截面輪廓；圖6是疊置在矩形液化器上的多個圓柱形液化器的示意圖；圖7是形成帯狀細絲的方法的流程圖；圖8是用于形成帶狀細絲的擠出片材的立體圖；圖9是用于形成擠出片材的片材擠出系統(tǒng)的示意圖；圖10是用于由擠出片材形成帯狀細絲的細絲制造系統(tǒng)的示意圖；圖11是圖2中截得的截面3-3的可選剖視圖，顯示具有單個層疊表面的第一可選帯狀細絲；圖12是圖2中截得的截面3-3的可選剖視圖，顯示具有兩個層疊表面的第二可選帶狀細絲；以及圖13是圖2中截得的截面3-3的可選剖視圖，顯示具有兩個具有多個層的層疊表面的第三可選帶狀細絲。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的造型材料和支撐材料的非圓柱形細絲以及用于制造所述非圓柱形細絲的方法和系統(tǒng)。如下所述，非圓柱形細絲是在具有相同體積流量的情況下與由圓柱形液化器熔化并擠出的圓柱形細絲相比能夠以減少的響應時間由非圓柱形液化器熔化并擠出的消耗材料。這有利于提高沉積精度并減少構建時間，從而增加用于構建3D模型和相應的支撐結構的過程效率。在此使用的術語“非圓柱形細絲”表示具有為非圓形的橫截面輪廓(例如，矩形橫截面輪廓)的造型材料或支撐材料的細絲。這將與具有為圓形的橫截面輪廓的“圓柱形細絲”相比較。相應地，在此使用的術語“非圓柱形液化器”表示具有通道的液化器，所述通道具有為非圓形的橫截面輪廓(例如，矩形或弧形橫截面輪廓)以容納非圓柱形細絲。這將與具有通道的“圓柱形液化器”相比較，所述通道具有為圓形的橫截面輪廓以容納圓柱形細絲。圖1是系統(tǒng)10的正視圖，所述系統(tǒng)為包括構建室12、臺板14、臺架16、擠出頭18 以及供應源20和22的基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)，其中擠出頭18被構造成在構建操作期間容納并熔化非圓柱形細絲(圖1中未示出)的連續(xù)部分。用于系統(tǒng)10的適當?shù)幕跀D出的數(shù)字制造系統(tǒng)包括由Mratasys，Inc.，Eden Prairie, MN開發(fā)的熔融沉積成型系統(tǒng)。構建室12為容納臺板14、臺架16以及用于構建3D模型(稱為3D模型24)和相應的支撐結構(稱為支撐結構26)的擠出頭18的封閉環(huán)境。臺板14為其上構建3D模型 24和支撐結構沈的平臺，并且根據(jù)計算機操作的控制器(稱為控制器28)提供的信號沿著垂直的ζ軸線移動。臺架16為被構造成根據(jù)從控制器觀提供的信號使擠出頭18在構建室12內在水平x-y平面中移動的導軌系統(tǒng)。水平χ-y平面為由χ軸線和y軸線限定的平面(圖1中未示出)，其中χ軸線、y軸線和ζ軸線彼此正交。在一個可選實施例中，臺板 14可以被構造成在構建室12內在水平的x-y平面中移動，而擠出頭18可以被構造成沿著 ζ軸線移動。也可以使用其它類似的裝置以使臺板14和擠出頭18中的一個或兩者都可相對于彼此移動。擠出頭18由臺架16支撐以用于根據(jù)控制器觀提供的信號以逐層方式在臺板14 上構建3D模型M和支撐結構26。擠出頭18包括一對非圓柱形液化器(圖1中未示出)， 其中第一非圓柱形液化器被構造成容納并熔化非圓柱形造型材料細絲的連續(xù)部分，而第二非圓柱形液化器被構造成容納并熔化非圓柱形支撐材料細絲的連續(xù)部分。非圓柱形的造型材料細絲可以通過通道30被從供應源20供應到擠出頭18。類似地，非圓柱形支撐材料細絲可以通過通道32被從供應源22供應到擠出頭18。系統(tǒng)10還可以包括附加的驅動機構(未示出)，所述驅動機構被構造成幫助將非圓柱形細絲從供應源20和22供給到擠出頭18。供應源20和22是用于非圓柱形細絲的源(例如，卷線筒式容器)，并且理想地保持在遠離構建室12的遠位置處。用于供應源20和22的適當組件包括Swanson等人的美國專利第6，923，634號；Comb等人的美國專利第7，122，246號；以及 Taatjes等人的美國專利申請公開出版物第2010/0096485號和第2010/0096489號中所公開的組件。在構建操作期間，臺架16使擠出頭18在構建室12內大約在水平χ-y平面中移動， 并且非圓柱形細絲被供應給擠出頭18。擠出頭18熱熔化容納的造型材料細絲的連續(xù)部分， 從而允許擠出熔融材料以構建3D模型對。類似地，擠出頭18熱熔化支撐材料細絲的連續(xù)部分，從而允許擠出熔融材料以構建支撐結構26。非圓柱形細絲的上游未熔化部分每ー個都可以用作具有粘性泵作用的活塞，以將熔融材料從擠出頭18的相應液化器中擠出。擠出的造型材料和支撐材料被沉積到臺板14上以利用基于層的添加技術構建3D 模型M和支撐結構26。支撐結構沈理想地被沉積以沿著ζ軸線為3D模型M的層的懸垂區(qū)域提供垂直支撐。在構建操作完成之后，產(chǎn)生的3D模型24/支撐結構沈可以被從構建室12移除，并且支撐結構沈可以被從3D模型M移除。如下所述，非圓柱形細絲的橫截面輪廓以及液化器與圓柱形細絲和液化器相比允許以減少的響應時間熔化非圓柱形細絲并從擠出頭18擠出。這增加了用于構建3D模型M 和支撐結構26的系統(tǒng)10中的過程效率。例如，減少的響應時間可以増加用于造型材料和支撐材料的沉積條道的起始位置的精度。在用于形成3D模型(例如，3D模型24)的層的構建操作期間，擠出頭(例如，擠出頭18)在水平χ-y平面中移動并沉積熔融的造型材料。在完成給定的沉積圖案之后，擠出頭停止沉積造型材料。這伴隨有使細絲停止供給到擠出頭的液化器中，從而停止細絲的粘性泵作用。然而，擠出頭使將細絲供給到液化器停止的時間與造型材料實際上停止從擠出頭擠出的時間之間的響應時間不是瞬時的。相反，具有基于諸如液化器的熱特性、細絲的成分以及如下所述的細絲和液化器通道的橫截面輪廓的因素的延遲。類似地，還具有與從零流量狀態(tài)轉變到穩(wěn)定狀態(tài)流動相關聯(lián)的響應時間延遲。需要大的響應時間的液化器和細絲增加這些延遲，從而潛在地降低沉積精度。然而，減少響應時間可以提高產(chǎn)生的3D模型的美感和結構質量，特別是在構建含有細微特征的3D模型時更是如此。例如，系統(tǒng)10的減少的響應時間可以在靠近沉積開始和停止點的適當位置處以閘道的方式(gate)使臺架16的加速。這可以増加隱藏每一個層的接縫的能力，從而可以増加部件質量。另外，響應時間確定在臺架16在x-y平面中移動大約一個拐角時臺架16 可以偏離恒定切向速度多遠。因此，減少的響應時間允許擠出頭18獲得更大的拐彎加速度和減速度。這可以以與賽車的拐彎性能對于減少整個空轉時間很重要的相同方式減少構建 3D模型和支撐結構所需的制造時間。為了便于說明，關于具有矩形橫截面輪廓的非圓柱形細絲(稱為帶狀細絲)以及具有用于容納帯狀細絲的相應矩形通道的非圓柱形液化器做出以下公開內容。然而，本發(fā)明還可應用到具有各種不同橫截面輪廓的非圓柱形細絲，所述非圓柱形細絲與圓柱形細絲相比減少響應時間。圖2是帶狀細絲34的立體圖，所述帶狀細絲為具有矩形橫截面輪廓的非圓柱形細絲并包括區(qū)段36。區(qū)段36為可以根據(jù)供應源20或22(圖1所示)中剰余的帯狀細絲34 的量變化的連續(xù)區(qū)段。帯狀細絲34理想地沿著區(qū)段36可彎曲，以允許帯狀細絲34保持在供應源20和22中(例如，卷繞在卷線筒上)并通過系統(tǒng)10 (例如，通過通道30和32)供給而不會出現(xiàn)塑性變形或裂縫。例如，在一個實施例中，帯狀細絲34理想地能夠承受大于 t/r的弾性應變，其中“t”為帶狀細絲34在彎曲平面中的橫截面厚度(例如，厚度42，圖3 所示)，“r”為彎曲半徑(例如，供應源20或22中的彎曲半徑和/或通過通道30或32的彎曲半徑)。帯狀細絲34可以由各種可擠出的造型材料和支撐材料制造以分別構建3D模型M 和支撐結構沈(圖1所示)。用于帶狀細絲34的適當?shù)脑煨筒牧习ň酆喜牧虾徒饘俨牧?。在一些實施例中，適當?shù)脑煨筒牧习ň哂蟹蔷匦缘牟牧希?，熱塑性材料、非晶金屬材料及其組合。用于帶狀細絲34的適當?shù)臒崴苄圆牧系膶嵗ū╇?丁ニ烯-苯乙烯(ABQ共聚物、聚碳酸酷、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚醚酰亞胺、非晶聚酰胺、其修改變體 (例如。ABS-M30共聚物)、聚苯乙烯及其混合物。適當?shù)姆蔷Ы饘俨牧系膶嵗ü_在 Batchelder的美國專利申請公開出版物第2009/(^63582號中的材料。用于帶狀細絲34的適當?shù)闹尾牧习ň哂蟹蔷匦缘牟牧?例如，熱塑性材料)，并且所述材料理想地可在構建3D模型M和支撐結構沈之后從相應的造型材料移去。用于帶狀細絲34的適當?shù)闹尾牧系膶嵗ㄔ谫Q(mào)易指定(trade designations) “WATERWORKS”和“SOLUBLE SUPPORTS”下市場上可從 Mratasys，Inc.，EdenI^rairieJN買到的水溶性支撐材料；在貿(mào)易指示“BASS”下可在市場上從Mratasys，Inc.， Eden Prairie, MN買到的破壞支撐材料，以及公開在Crump等人的美國專利第5，503，785 號；Lombardi等人的美國專利第6，070, 107號和第6，228，923號；Priedeman等人的美國專利第6，790，403號；以及Hopkins等人的美國專利申請公開出版物第2010/0096072號中公開的材料。帯狀細絲34的成分還可以包括另外的添加剤，例如，增塑劑、流變改性劑、惰性填料、著色劑、穩(wěn)定劑及其組合。支撐材料中使用的適當添加的增塑劑的實例包括臨苯ニ甲酸 ニ烷基酯、環(huán)烷酞酸鹽、苯甲基及芳香基酞酸鹽、烷氧基酞酸鹽、烷基/磷酸芳基酷、聚乙ニ 醇酯、己ニ酸鹽酯、檸檬酸鹽酯、甘油酯及其組合。適當?shù)亩栊蕴盍系膶嵗ㄌ妓徕}、碳酸鎂、玻璃球、石墨、炭黒、碳纖維、玻璃纖維、滑石、硅灰石、云母、礬土、硅石、高嶺土、碳化硅、 復合材料(例如，球狀及絲狀復合材料)及其組合。在其中成分中包括附加的添加劑的實施例中，附加的添加劑的適當?shù)慕Y合濃度的實例根據(jù)成分的整個重量在從大約重量比至大約10%重量比的成分范圍內，并且特別適當?shù)臐舛仍趶拇蠹s重量比至大約5%重量比的范圍內。帯狀細絲34還理想地表現(xiàn)出允許帶狀細絲34用作系統(tǒng)10中的消耗材料的物理特性。在一個實施例中，帯狀細絲34的成分沿著其長度基本上是同質的。另外，帯狀細絲 34的成分理想地表現(xiàn)出適合用于構建室12中的玻璃轉變溫度。大氣壓力下對于帶狀細絲 34的成分的適當?shù)牟ＡмD變溫度的實例包括大約80°C或更大的溫度。在一些實施例中，適當?shù)牟ＡмD變溫度包括大約100°C或更大。在另外的實施例中，適當?shù)牟ＡмD變溫度包括大約120°C或更大。帯狀細絲34還理想地表現(xiàn)出低壓縮性，使得所述帶狀細絲的軸向壓縮不會造成帯狀細絲34卡在液化器內。用于帶狀細絲34的聚合物成分的適當?shù)臈钍夏Ａ恐档膶嵗ù蠹s0.2吉帕斯卡(GPa)(大約30，000磅/平方英寸(psi))或更大的模量值，其中楊氏模量值依據(jù)ASTMD638-08測得。在一些實施例中，適當?shù)臈钍夏Ａ吭趶拇蠹sl.OGPa(大約 145, OOOpsi)到大約5. OGPa(大約725，OOOpsi)的范圍內。在另外的實施例中，適當?shù)臈钍夏Ａ恐翟趶拇蠹s1. 5GPa(大約200，OOOpsi)到大約3. OGPa(大約440，OOOpsi)的范圍內。在一些實施例中，如下所述，帶狀細絲34可以為多層細絲。例如，帯狀細絲34可以包括設置在不同材料外表層之間的中心層。這允許帯狀細絲34表現(xiàn)出各種物理及美學特性。在另外的實施例中，帯狀細絲34可以沿著區(qū)段36在不同位置處表現(xiàn)出地形表面圖案。例如，帯狀細絲34可以包括Batchelder等人的美國臨時專利申請第61/247，078號； 以及Batchelder等人的美國專利申請第12/612，342號的名稱為“Consumable Materials Having Topographical buriace Patterns ror Use In Extrusion—Based Digital Manufacturing Systems”所公開的地形表面圖案。圖3是圖2中截得的截面3-3的剖視圖，顯示了帯狀細絲34的輪廓38。輪廓38 為帶狀細絲34在沿著區(qū)段36的位置處的軸向不對稱的橫截面輪廓。在所示的實施例中， 帯狀細絲34沿著區(qū)段36具有基本上相同的輪廓38，從而允許在構建操作期間使用整個區(qū)段36?？蛇x地，區(qū)段36的ー個或多個部分(例如，后端部分)可以是不可用的。在所示實施例中，帯狀細絲34具有橫截面寬度40和橫截面厚度42。用于寬度40 和厚度42的適當尺寸理想地允許帶狀細絲34與擠出頭18的矩形液化器配合，并且還理想地提供與具有相同體積流量的圓柱形液化器中的圓柱形細絲相比降低擠出材料的響應時間的橫截面縱橫比。用于寬度40的適當尺寸的實例在大約1.0毫米(大約0.04英寸)至大約10. 2毫米(大約0.40英寸)的范圍內，并且特別適當?shù)膶挾仍诖蠹s2.5毫米(大約0. 10英寸)至大約7.6毫米(大約0.30英寸)的范圍內，而且更加特別適當?shù)膶挾仍诖蠹s3.0毫米(大約0.12英寸)至大約5.1毫米(大約0.20英寸)的范圍內。厚度42理想地厚到足以為帶狀細絲34提供適當?shù)慕Y構整體性，從而減低帶狀細絲34保持在供應源20或22中時以及通過系統(tǒng)10 (例如，通過通道30或3 供給時破裂或斷裂的風險。用于厚度42的適當尺寸的實例在從大約0. 08毫米(大約0. 003英寸)到大約1.5毫米(大約0.06英寸)的范圍內，并且特別適當?shù)暮穸仍趶拇蠹s0.38毫米(大約0.015英寸)到大約1.3毫米(大約0.05英寸)的范圍內，而且更加特別適當?shù)暮穸仍趶拇蠹s0.51毫米(大約0.02英寸)到大約1.0毫米(大約0.04英寸)的范圍內。如下所述，寬度40與厚度42的縱橫比以及矩形液化器的相應縱橫比可以被選擇為有效地消除與具有圓形橫截面的圓柱形細絲相關的芯體。這允許以減少的響應時間在矩形液化器中熔化并擠出帶狀細絲34。圖4是分組件44的分解立體圖，所述分組件為與帶狀細絲34 —起使用的擠出頭 18 (圖1所示)的適當?shù)姆纸M件。分組件44包括驅動機構46、液化器48和熱塊50。驅動機構46為將帶狀細絲34的連續(xù)部分從通道30 (圖1所示)供給到液化器48的細絲驅動機構。驅動機構46理想地與控制器觀(圖1所示)信號通信，從而允許控制器28控制驅動機構46將帶狀細絲34供給到液化器48的比率。驅動機構46在顯示為一對驅動輪時可以包括用于將帶狀細絲34供給到液化器48的各種不同機構。用于驅動機構46的適當?shù)募毥z驅動機構的實例包括Batchelder等人的美國專利申請公開出版物第2009/0274540號和第2009/0273122號中公開的驅動機構。液化器48為包括在頂端M與底端56之間延伸的通道52的非圓柱形液化器。頂端M和底端56是液化器48沿著縱向軸線58相対的端部。通道52為其中容納并熔化帶狀細絲34的矩形槽。因此，通道52在頂端M處的入口理想地具有允許帶狀細絲34與通道52配合的尺寸。這允許帯狀細絲34在沒有不適當摩擦阻力的情況下滑入通道52。通道 52還理想地表現(xiàn)出沿著縱向軸線58在頂端M與底端56之間基本上相同的橫截面輪廓。 然而，在可選的實施例中，通道52的橫截面輪廓在底端56處可以漸細成較小橫截面面積。液化器48還包括擠出端60，所述擠出端為位于底端56的小直徑末端并被構造成以期望的條道寬度擠出帶狀細絲34的熔融材料。用于擠出端60的適當?shù)哪┒藘葟降膶嵗诖蠹s125微米(大約0.005英寸)到大約510微米(大約0. 020英寸)的范圍內。熱塊50為熱傳遞部件，所述熱傳遞部件繞著帶狀液化器48的至少一部分延伸并被構造成將熱量傳導到帯狀液化器48和容納的帯狀細絲34。用于熱塊50的適當?shù)臒醾鬟f部件的實例包括Swanson等人的美國專利第6，004, 124號；Comb的美國專利第6，547, 995 號；LaBossiere等人的美國公開出版物第2007/0228590號；以及Batchelder等人的美國專利申請公開出版物第2009/0273122號中公開的部件。在可選實施例中，熱塊50可以被替換成產(chǎn)生熱量和/或將熱量傳遞到液化器48的許多不同的熱傳遞部件，從而沿著縱向軸線58在液化器48內形成熱梯度。
在系統(tǒng)10(圖1所示)中的構建操作期間，帶狀細絲34與驅動機構46接合并被裝載到液化器48的通道52中?？刂破饔^接著引導驅動機構46以驅動帯狀細絲34的連續(xù)部分通過液化器48。在帯狀細絲34通過液化器48吋，熱塊50產(chǎn)生的熱梯度使液化器 48內的帯狀細絲34的材料熔化。帯狀細絲34的由驅動機構46驅動的上游未熔化部分用作具有作用于未熔化部分與液化器48的壁之間的熔融材料的粘性泵的活塞，從而將熔融材料從擠出端60中擠出。所述擠出材料接著可以被沉積為條道，以便以逐層方式形成3D 模型對。如上所述，帶狀細絲34與以相同體積流量熔化并從圓柱形液化器擠出的圓柱形細絲相比能夠以減少的響應時間熔化并被從液化器48擠出。對于圓柱形液化器，通過類似于RC的集總參數(shù)控制響應。因此，圓柱形液化器的響應時間是指Ι/e時間，該時間為流量從0%變化到新的穩(wěn)態(tài)值的大約63%內的時間。比較起來，對于諸如液化器48的非圓柱形液化器，通過傳輸線參數(shù)控制響應。因此，諸如液化器48的非圓柱形液化器的響應時間是指在流量變化的大約10%與大約90%之間的時間。例如，分組件44的響應時間為擠出端60處的熔融材料的流量(由于來自控制器觀的指令)響應驅動機構46施加到帯狀細絲34的驅動壓力的變化所需的時間。低響應時間特別是在構建包含細微特征的3D模型時有助于提高產(chǎn)生的3D模型的美感和結構質量。 具體地，以高速構建3D模型需要低響應時間，這是因為這決定臺架(例如，臺架16)可以慢下來進入拐角并接著在其離開拐角時加速的程度?！绑w積流量”是指通過液化器的熱限制最大體積流量，所述最大體積流量為液化器可以將其液化成可擠出狀態(tài)并接著擠出的材料的最大體積流量。對于圓柱形液化器，可以依據(jù)公式ι確定熱限制最大體積流量Oiax,。Qfflaxjc = 2π kLp,c其中k為圓柱形細絲的材料的熱擴散率，Lp,。為含有熔融材料的圓柱形液化器的長度。因此，僅根據(jù)該特征，體積流量Qmax,?？梢詢H通過增加含有熔融材料的圓柱形液化器的長度來増加。然而，在具有特定直徑的圓柱形液化器中，増加流量Qmax,。還會增加流動阻力，從而相應地增加響應時間。響應時間可以由集總壓カ變化時間常數(shù)、表示，所述集總壓カ變化時間常數(shù)為圓柱形液化器和細絲材料的流體阻力與流動電容的乘積。對于圓柱形液化器每個壓力下的流動阻カFI 。(體積/秒)可以根據(jù)公式2確定
權利要求
1.一種在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料，所述消耗材料包括一區(qū)段和所述區(qū)段的至少一部分的為軸向不對稱的橫截面輪廓，其中所述橫截面輪廓被構造成對于相同的熱限制最大體積流量，與通過圓柱形液化器中的圓柱形細絲獲得的響應時間相比， 通過所述基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的非圓柱形液化器提供快至少50%的響應時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的消耗材料，其中，所述非圓柱形液化器中的所述消耗材料的響應時間比所述圓柱形液化器中的所述圓柱形細絲的響應時間至少快大約兩倍。
3.根據(jù)權利要求2所述的消耗材料，其中，所述非圓柱形液化器中的所述消耗材料的響應時間比所述圓柱形液化器中的所述圓柱形細絲的響應時間至少快大約三倍。
4.根據(jù)權利要求1所述的消耗材料，其中，所述橫截面輪廓包括矩形幾何形狀。
5.根據(jù)權利要求4所述的消耗材料，其中，所述橫截面輪廓具有大約為2 1或更大的寬度與厚度的橫截面縱橫比。
6.根據(jù)權利要求5所述的消耗材料，其中，所述橫截面縱橫比在大約2.5 1到大約 20 1的范圍內。
7.根據(jù)權利要求5所述的消耗材料，其中，所述橫截面輪廓的所述寬度在大約1.0毫米到大約10. 2毫米的范圍內。
8.根據(jù)權利要求1所述的消耗材料，其中，所述消耗材料成分上包括選自由熱塑性材料、非晶金屬合金及其組合構成的組的至少ー種材料。
9.一種在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料，所述消耗材料包括包括具有非晶特性的至少ー種材料的成分；和非圓柱形幾何結構，所述非圓柱形幾何結構包括一區(qū)段；和所述區(qū)段的至少一部分的橫截面輪廓，所述橫截面輪廓被構造成與所述基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的具有入ロ橫截面面積K和液壓直徑Dh的非圓柱形液化器配合，其中 Dh < 0.95 孤。
10.根據(jù)權利要求9所述的消耗材料，其中，Dh< 0.90風。
11.根據(jù)權利要求9所述的消耗材料，其中，Dft> 0.40^/1；。
12.根據(jù)權利要求9所述的消耗材料，其中，所述橫截面輪廓包括具有寬度和厚度的矩形幾何形狀，所述寬度大于所述厚度。
13.根據(jù)權利要求12所述的消耗材料，其中，所述橫截面輪廓的所述寬度在大約1.0毫米到大約10. 2毫米的范圍內。
14.根據(jù)權利要求9所述的消耗材料，其中，所述至少ー種材料選自由熱塑性材料、非晶金屬合金及其組合構成的組。
15.一種用于制造在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)中使用的消耗材料的方法，所述方法包括以下步驟提供具有片材厚度以及包括至少ー種熱塑性材料的成分的擠出片材；將所述擠出片材切成多個非圓柱形細絲，其中所述多個非圓柱形細絲中的至少ー個包括一區(qū)段以及所述區(qū)段的至少一部分的橫截面輪廓，其中所述橫截面輪廓被構造成與所述基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)的具有入口橫截面面積ん和液壓直徑Dh的非圓柱形液化器配合，其中Dft <: 0.95 禾ロ將所述多個非圓柱形細絲的至少一部分以基本上平行的方式裝載到供應組件上。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，ル<0.90仏。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述橫截面輪廓包括具有寬度和厚度的矩形幾何形狀，其中所述橫截面輪廓的所述厚度基本上等于所述片材厚度。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述橫截面輪廓的所述寬度在大約1.0毫米到大約10. 2毫米的范圍內。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括以下步驟 在所述擠出片材中形成至少ー個地形表面圖案。
20.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，提供所述擠出片材的所述步驟包括以下步驟 擠出所述擠出片材的基部；和在所述擠出片材的所述基部上形成至少ー層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)(10)中使用的消耗材料(34)，消耗材料(34)包括一個區(qū)段(36)和區(qū)段(36)的至少一部分的為軸向不對稱的橫截面輪廓(38)。橫截面輪廓(38)被構造成對于相同的熱限制最大體積流量與通過圓柱形液化器中的圓柱形細絲獲得的響應時間相比通過基于擠出的數(shù)字制造系統(tǒng)(10)的非圓柱形液化器(48)提供更快的響應時間。
文檔編號B29D7/00GK102548737SQ201080043878
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者J·塞繆爾·巴徹爾德, S·斯科特·克倫普, 威廉·J·斯萬松 申請人:斯特拉塔西斯公司