專利名稱：用在基于擠出的分層沉積系統中的擠出頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于基于擠出的分層沉積系統中的擠出頭。該擠出頭包括安裝結構；第一液化器泵，所述第一液化器泵被固定于所述安裝結構上；第二液化器泵，所述第二液化器泵被靠近第一液化器泵設置；切換機構，所述切換機構被所述安裝結構支撐，和槽接合組件，所述槽接合組件與所述第二液化器泵部分地相連接。切換機構被配置以沿第一軸線相對于所述第一液化器泵移動所述第二液化器泵，和所述槽接合組件限定了所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍。
圖1是用于構建3D目標和支撐結構的基于擠出的分層沉積系統的正視圖。
圖2A是基于擠出的分層沉積系統的擠出頭的正視圖，其中擠出頭被設置處于構 建狀態中。 圖2B是被設置處于支撐狀態中的擠出頭的正視圖。
圖3是省略了部件的擠出頭的前透視圖。 圖4是擠出頭的扭矩組件和線性軸承組件的放大的前透視圖。 圖5A和圖5B是擠出頭的放大的前透視圖。 圖6是擠出頭的支撐液化器泵的后透視圖。 圖7是擠出頭的可替代的支撐液化器泵的后透視圖。 圖8A是在圖2A中截取的截面8A的截面視圖，描述了用于擠出頭的支撐液化器泵 的槽接合機構。 圖8B是在圖2B中截取的截面8B的截面視圖，進一步描述了用于擠出頭的支撐液 化器泵的槽接合機構。 圖9A是用于擠出頭的支撐液化器泵的槽接合機構的側視圖，其中擠出頭被設置 處于構建狀態中。 圖9B是用于擠出頭的支撐液化器泵的槽接合機構的側視圖，其中擠出頭被設置 處于支撐狀態中。 圖IO是省略了部件的可替代的擠出頭的前透視圖，其中可替代的擠出頭包括額 外的液化器泵。
具體實施例方式
圖1是系統10的正視圖，其是包括構建室12、基板14、構臺16以及擠出頭18的 基于擠出的分層沉積系統。用于系統10的適合的系統包括明尼蘇達州Eden Prairie的 Stratasys公司開發的熔融沉積模型化系統。構建室12為一個封閉環境，所述環境包含基 板14、構臺16、以及用于構建3D目標(被稱為3D目標20)和相應支撐結構(被稱為支撐 結構22)的擠出頭18。可以理解，3D目標20和支撐結構22的幾何形狀僅是示例性的，并 且系統10適合于構建具有各種不同的幾何設計的3D目標和支撐結構。
基板14為在其上構建3D目標20和支撐結構22的平臺，并可根據由計算機操作 的控制器(未顯示)提供的信號沿垂直的z軸線運動。構臺16為引導軌道系統，該引導軌 道系統被配置以根據由計算機操作的控制器(未顯示)提供的信號，在構建室12內在水平 x-y平面中移動擠出頭18。水平x-y平面為x軸線和y軸線(圖1中未顯示)所定義的平 面，其中x軸線、y軸線和z軸線彼此正交。如在此處所使用的，術語"軸線"被稱為空間坐 標系統(例如，笛卡爾坐標系統)的坐標軸。 擠出頭18為由構臺16支撐的雙尖端擠出頭，用于以一層一層的方式在基板14上 構建3D目標20和支撐結構22。如下文所討論的，擠出頭18被配置以在"構建狀態"與"支 撐狀態"之間轉換，其中，擠出頭18在構建狀態中沉積用于3D目標20的構建材料，和在支 撐狀態中沉積用于支撐結構22的支撐材料。在較優選的實施例中，每個構建材料和支撐材 料被提供給擠出頭18，作為連續的細絲。在Swanson等的美國專利No. 6， 923， 634和Comb等的美國專利No. 7， 122， 246中公開了適當的細絲和用于將細絲供給至系統10的適當的組 件的示例。雖然此處所討論的材料是構建材料和支撐材料，但是與擠出頭18—起使用的適 合的材料包括任何類型的可擠出的材料(例如，熱塑性材料)。 在構建操作期間，擠出頭18最初被定位在構建狀態中，該構建狀態允許擠出頭18 以路徑的次序沉積構建材料，以形成3D目標20的層。在3D目標20的層完成之后，擠出頭 18然后切換到支撐狀態，該支撐狀態允許擠出頭18以路徑的次序沉積支撐材料，以形成支 撐結構22的層。支撐結構22的層之后可用于垂直地支撐被沉積的構建材料和/或支撐材 料的隨后的層。在支撐結構22的層完成之后，基板14沿z軸降低單個層的增量，并且擠出 頭18切換返回至構建狀態以形成3D目標20的隨后的層。這個過程可以被重復，直至3D目 標20和支撐結構22的每個層都完成為止。在一種可替代的布置中，擠出頭18可以最初被 定位在支撐狀態中，用于形成支撐結構22的層，然后切換至構建狀態以形成3D目標20的層。
對于甚至單個3D目標和相應的支撐結構(例如，3D目標20和支撐結構22)，擠出 頭18可在構建狀態和支撐狀態之間切換多次。在快速制造過程中制作大量的3D目標和支 撐結構時，所述次數被翻倍。因為擠出頭18的切換涉及擠出頭18的部件的機械運動，所以 多次切換可能引起對一個或更多個部件的磨損和未對準的關注。這樣的磨損和未對準可以 降低所獲得的3D目標和支撐結構的質量和精度。然而，如下文所討論的，擠出頭18包括降 低磨損和未對準的風險的防護裝置，從而使得擠出頭18在延長的使用周期(例如，快速制 造過程)內用于構建操作中。 圖2A和2B是擠出頭18 (外殼和冷卻空氣管線被省略)的正視圖，在所述的視圖 中擠出頭18被設置在圖2A的構建狀態中和圖2B的支撐狀態中。如圖2A所示，擠出頭18 包括電路板支架24、電機支架26、扳手塊28、構建液化器泵30、支撐液化器泵32，以及切換 機構34。電路板支架24為第一安裝結構，該第一安裝結構包括用于與計算機操作的控制器 (未顯示)通信的擠出頭18的電路板(未顯示)。電機支架26為第二安裝結構，該第二安 裝結構包括頂板(ceiling)部分26a、壁部分26b和底板部分26c，其中，頂板部分26a和底 板部分26c通常是平行的且與壁部分26b的相對末端相連。用螺栓36將壁部分26b固定 到電路板支架24上，從而允許頂板部分26a和底板部分26c保持切換機構34。
扳手塊28為第三安裝結構，該第三安裝結構用向后的螺栓(未顯示)固定在電路 板支架24上，以及通過螺釘38固定在構臺16上(圖1中所示)。期望螺釘38是被捕獲 的，以當擠出頭18被移除時防止螺釘掉下來，且期望地沿擠出頭18的重心被定位以在高加 速的運動期間減小構建液化器泵30和支撐液化器泵32的偏斜。扳手塊28也通過螺栓40 被固定在電機支架26的底板部分26c上。電路板支架24、電機支架26，以及扳手塊28期 望被緊密固定在一起，以在構建操作期間擠出頭18圍繞構建室12(圖1中所示)運動時防 止電路板支架24、電機支架26以及扳手塊28之間的相對運動。 構建液化器泵30是用于從構建材料源(未顯示)擠出構建材料的細絲(未顯示) 的被固定到扳手塊28上的液化器泵。構建液化器泵30包括基底塊42、細絲入口 44、細絲 檢測開關46、電機48、驅動輪組件50、液化器52和構建尖端54。基底塊42是固定于扳手 塊28上的液化器泵30的一部分，從而可防止構建液化器泵30和扳手塊28之間的相對運 動。細絲入口44被基底塊42支撐，且是細絲供給管線(未顯示)的連接點，該細絲供給管 線用于向擠出頭18提供構建材料細絲。細絲檢測開關46也被基底塊42支撐，并且提供一
7種用于檢測構建材料細絲何時到達構建液化器泵30的裝置。當卸載構建液化器泵30時， 細絲檢測開關46也可檢測構建材料細絲的損失。 電機48是用于操作驅動輪組件50的被固定到基底塊42的驅動電機(例如伺服 電機)。驅動輪組件50是被安裝于基底塊42上的且由電機48供給動力的輪、齒輪和管道 的組件，用于從細絲入口 44將構建材料細絲的連續部分供給至液化器52。 LaBossiere等 的美國公開出版物No. 2007/0003656公開了用于電機48和驅動輪組件50的適合配置的示 例。液化器52是熔化已接收到的構建材料細絲的被加熱的塊，從而允許熔化的構建材料流 至構建尖端54。構建尖端54是沿z軸線對齊的擠出尖端，用于擠出熔化的構建材料以形成 3D目標20的層(圖l中所示)。 支撐液化器泵32是由切換機構34進行轉換的液化器泵，用于從支撐材料源(未 顯示)擠出支撐材料細絲(未顯示)。支撐液化器泵32包括基底塊56、細絲入口 58、細絲 檢測開關60、電機62、驅動輪組件64、液化器66和構建尖端68。基底塊56是由切換機構 34可移動地支撐的支撐液化器泵32的一部分。細絲入口 58被基底塊56支撐且是細絲供 應管線(未顯示)的連接點，該細絲供應管線向擠出頭18提供支撐材料細絲。細絲檢測開 關60也由基底塊56支撐且以與細絲檢測開關46相同的方式起到用于檢測支撐材料細絲 何時到達支撐液化器泵32和當卸載支撐液化器泵32時檢測支撐材料細絲的損失的功能。
電機62是用于操作驅動輪組件64的被固定于基底塊56上的驅動電機(例如，伺 服電機)。驅動輪組件64是安裝于基底塊56上的且由電機62供給動力的輪、齒輪和管道 的組件，用于從細絲入口 58將支撐材料細絲的連續部分供給至液化器66。用于電機62和 驅動輪組件64的適當的配置的示例包括用于電機48和驅動輪組件50的上文所討論的這 些示例。液化器66為類似于液化器52的熱交換器塊，該熱交換器塊熔化已接收到的支撐 材料細絲，從而允許熔化的支撐材料流向支撐尖端68。支撐尖端68也是沿z軸線對齊的擠 出尖端，用于擠出熔化的支撐材料以形成支撐結構22的層(圖1中所示)。
切換機構34是被配置以沿z軸線調節支撐液化器泵32的位置的機構，并且包括 切換電機70和扭矩組件72。切換電機70是被配置以向扭矩組件72提供可旋轉的動力的 電機(例如，直流(DC)電機)，并固定于電機支架26的頂板部分26a上。扭矩組件72被電 機支架26的底板部分26c保持，并與切換電機70和支撐液化器泵32相連接。這允許切換 電機70的可旋轉的動力沿z軸線對支撐液化器泵32的位置進行調節。
在形成3D目標20的層的構建操作期間，擠出頭18設置在構建狀態中，其中切換 機構34將支撐液化器泵32保持在上升的位置上(如圖2A所示)。在上升的位置上，與構 建尖端54相比支撐尖端68沿z軸線延伸更高，且高上升的偏移距離74。上升的偏移距離 74的適當距離的示例包括至少約1. 0毫米(mm)的距離，具體地適合的距離是在約1. 3毫 米至約3. 0毫米的范圍內，更具體地適合的距離是在約1. 5毫米至約2毫米的范圍內。上 升的偏移距離74允許構建液化器泵30擠出構建材料的路徑以形成3D目標20的層，而不 受支撐尖端68的干擾。另外，上升的偏移距離74減少了支撐材料被嵌于3D目標20內的 風險。當擠出頭18被設置處于構建狀態中時，支撐材料的剩余量可潛在地從支撐液化器泵 32滲出。然而，定位支撐尖端68比構建尖端54高上升的偏移距離74，降低了剩余的支撐 材料與被形成的3D目標20的層相接觸的風險。 在擠出頭18被設置處于構建狀態中時，電機48和驅動輪組件50將構建材料細絲的連續部分供給至液化器52。液化器52包括熔化構建材料細絲的溫度梯度，同時構建材料 細絲穿過液化器52。液化器52的溫度梯度可以依賴于所使用的構建材料發生變化，且期 望地允許構建材料細絲的未熔化部分起到用于將融化的部分從液化器52和構建尖端54擠 出去的活塞的功能。如上文所討論的，被擠出的構建材料然后以路徑的次序被沉積，以形成 3D目標20的層。 當完成3D目標20的給定層時，電機48被停止，從而停止通過構建液化器泵30的 擠出過程。然后，切換電機70沿旋轉箭頭76的方向旋轉扭矩組件72。扭矩組件72沿旋轉 箭頭76的方向的旋轉，使支撐液化器泵32沿z軸線(箭頭78所顯示的)向下運動，直至 支撐液化器泵32到達下降的位置為止。當支撐液化器泵32到達下降的位置時，期望切換 電機70繼續沿旋轉箭頭76的方向對扭矩組件72施加低量至中等量的旋轉動力，以將支撐 液化器泵32保持在下降的位置上。如下文所討論的，當擠出頭18在支撐狀態中圍繞構建 室12(圖1中所示)運動時，這防止支撐液化器泵32相對于構建液化器泵30水平或垂直 的運動。 圖2B顯示出被設置處于支撐狀態中的擠出頭18，其中切換機構34將支撐液化器 泵32保持在下降的位置上。在下降的位置處，支撐尖端68沿z軸線延伸，且低于構建尖端 54下降的偏移距離80。下降的偏移距離80的適當距離的示例包括至少約1. O毫米的距離， 具體地適合的距離在約1. 3毫米至約3. 0毫米的范圍內，更具體地適合的距離在從約1. 5 毫米至約2毫米的范圍內。下降的偏移距離80允許支撐液化器泵32擠出支撐材料的路徑 以構建支撐結構22(圖1中所示)，而不受構建尖端54的干擾。此外，下降的偏移距離80 可以以與對于上升的偏移距離74(圖2A中所示的)在上文所討論的方式相同的方式降低 構建材料被嵌于支撐結構22中的風險。 在圖2A和圖2B所示的實施例中，支撐液化器泵32在上升的位置(圖2A中所示) 和下降的位置(圖2B中所示)的兩個位置上沿z軸線延伸。具體地，當支撐液化器泵32 位于上升的位置和下降的位置上時，支撐尖端68沿z軸線延伸。這樣，在這個實施例中，支 撐液化器泵32沿z軸線被預先對齊，且在從上升的位置運動至下降的位置之后，不必重新 進行校準以開始擠出支撐材料。這樣減少了在構建操作期間所需要的時間。
當擠出頭18被設置處于支撐狀態中時，電機62使得驅動輪組件64將支撐材料細 絲的連續部分供給到液化器66中。液化器66包括在支撐材料細絲穿過液化器66時熔化 支撐材料細絲的溫度梯度。液化器66的溫度梯度也依賴于所使用的支撐材料發生變化，并 期望地使得支撐材料細絲的未熔化部分起到將熔化的部分從液化器66和構建尖端68擠出 去的活塞的功能。被擠出的支撐材料然后以路徑的次序被沉積，以形成支撐結構22的層。
在完成支撐結構22的給定層之后，電機62被停止，從而停止通過支撐液化器泵32 的擠出過程。然后，切換電機70沿旋轉箭頭82的方向旋轉扭矩組件72，箭頭82的方向與 旋轉箭頭76(圖2A中所示)的旋轉方向相反。扭矩組件72沿旋轉箭頭82的方向的旋轉 使得支撐液化器泵32沿z軸線(箭頭84所示)向上運動，直至支撐液化器泵32到達上升 的位置為止。當支撐液化器泵32到達上升的位置時，切換電機70期望沿旋轉箭頭82的方 向對扭矩組件72持續施加低量至中等量的旋轉動力，以將支撐液化器泵32保持在上升的 位置處。當擠出頭18在構建狀態下圍繞構建室12(圖1中所示)運動時，這防止支撐液化 器泵32相對于構建液化器泵30水平或垂直的運動。
在一個可替代的實施例中，根據上文所討論的內容，利用扭矩組件72的相反的旋 轉升高和降低支撐液化器泵32。在這個實施例中，當扭矩組件72沿旋轉箭頭82的方向旋 轉時，支撐液化器泵32在箭頭78的方向上(圖2A中所示的)沿z軸線被降低，和當扭矩組 件72沿旋轉箭頭76的方向旋轉時支撐液化器泵32在箭頭84的方向上沿z軸線被升高。 在另一個可替代的實施例中，構建液化器泵30與支撐液化器泵32互換，使得構建液化器泵 30經由切換機構34沿z軸線是可調節的，并且支撐液化器泵32被固定于扳手塊28上。
圖3為擠出頭18的前透視圖，在所述的視圖中為便于討論電路板支架24、電機支 架26、扳手塊28、細絲入口 44和58以及細絲檢測開關46和60被省略。因此，圖3顯示出 構建液化器泵30、支撐液化器泵32和切換機構34，其中支撐液化器泵32位于下降的位置 上(也就是，擠出頭18處于支撐狀態中)。如所顯示的，切換機構34還包括線性軸承組件 86，該線性軸承組件固定于支撐液化器泵32的基底塊56上。線性軸承組件86被扳手塊28 保持(圖2A和圖2B中所示)，用于當切換機構34沿z軸線提升和降低支撐液化器泵32時 引導支撐液化器泵32。在支撐液化器泵32沿z軸線被提升和降低時，這減小支撐液化器泵 32在x-y平面內的橫向運動。 圖4為扭矩組件72和線性軸承組件86的放大的前透視圖。如所顯示的，扭矩組 件72包括上部分88、中間部分90和下部分92，其中，上部分88包括電機軸94、聯結銷96 和聯結器98。電機軸94從切換電機70延伸，且是扭矩組件72的一部分，該扭矩組件接收 來自切換電機70的旋轉動力。聯結銷96固定于電機軸94上，使得聯結銷96垂直于電機 軸94的縱向軸線延伸。這使得電機軸94的旋轉相應地在x-y平面內旋轉聯結銷96。
聯結器98在切換電機70和電機軸94的下方延伸，且包括一對通道100，聯結銷 96延伸通過所述通道，用于旋轉聯結器98。在所示的實施例中，通道100的尺寸大于聯結 銷96的徑向尺寸。這樣，聯結銷96未不動地固定在通道100中，且可在x-y平面內沿任一 旋轉方向自由地旋轉小的距離，以及可以延z軸線垂直地移動。這防止聯結銷96被摩擦地 束縛在通道100中，這可以限制聯結銷96的旋轉。然而，如果聯結銷96可沿任一旋轉方向 旋轉足夠遠，那么聯結銷96與通道100的垂直壁接觸，從而允許聯結銷96旋轉聯結器98。 如上文所討論的，當支撐液化器泵32被設置在上升的或下降的位置上時，期望切換電機70 對扭矩組件72持續施加低量至中等量的旋轉動力。這一施加的旋轉動力使得聯結銷96與 通道100中的一個垂直壁保持接觸，從而防止扭矩組件72沿相反的旋轉方向旋轉。
扭矩組件72的中間部分90包括上偏轉組件102、軸承104、下偏轉組件106和軸 向螺栓108。上偏轉組件102和下偏轉組件106為偏置組件，當支撐液化器泵32 (圖3中所 示)分別到達上升的位置和下降的位置時，偏轉組件壓縮和吸收切換電機70的旋轉動力。 如下文所討論的，當支撐液化器泵32到達上升的位置和下降的位置時這減小了所施加的 沖擊負載。軸承104被設置在上偏轉組件102與下偏轉組件106之間，并且接收扭矩組件 72的徑向推力負載。軸向螺栓108將聯結器98與下部分92相互連接起來，并且支撐位于 其之間的上偏轉組件102、軸承104和下偏轉組件106。 扭矩組件72的下部分92包括螺紋軸110和保持螺母112。螺紋軸110是縱向的 螺紋致動器(例如，ACME螺桿)，第一端固定于軸向螺栓108上，第二端與保持螺母112螺 紋接合。保持螺母112固定于支撐液壓泵32的基底塊56上，且包括與螺紋軸110互補的 螺紋。螺紋軸110與保持螺母112之間的螺紋接合允許螺紋軸110的旋轉運動轉換成保持
10螺母112沿z軸線的垂直運動。保持螺母112的垂直運動相應地在上升的位置與下降的位 置之間運動支撐液化器泵32。 如圖4進一步地顯示出的，線性軸承組件86包括軸承軸114、線性軸承116、墊片 118和線性軸承120。軸承軸114是在一端處被固定于基底塊56上的縱軸，且沿z軸線延 伸靠近扭矩組件72。線性軸承116和120被軸向布置在軸承軸114上，并被墊片118偏移。 如上文所討論的，當支撐液化器泵32在上升的位置與下降的位置之間進行調節時，線性軸 承組件86沿z軸線引導支撐液化器泵32的運動。 圖5A和圖5B為擠出頭18的放大透視圖，進一步顯示出切換機構34的部件和組 件。如圖5A所示，電機支架26的頂板部分26a和底板部分26c分別包括開口 122和124， 上述開口是扭矩組件72延伸通過的開口 。切換電機70通過螺栓126固定于頂板部分26a 上，從而沿z軸線將切換電機70定位在開口 122的上方。電機軸94被插入穿過開口 122， 以使聯結銷96與聯結器98相接合，其中聯結器98被定位在頂板部分26a與底板部分26c 之間。軸向螺栓108在開口 124處被插入穿過底板部分26c，從而將上偏轉組件102、軸承 104和下偏轉組件106定位在開口 124中。如上文所討論的，螺紋軸110固定于軸向螺栓 108上。這樣，螺紋軸110沿z軸線在底板部分26c中的開口 124的下方延伸。
上偏轉組件102包括位于墊片132和134之間的偏轉盤128和130。偏轉盤128 和130為偏置部件(例如，碟型(Belleville)墊圈)，當支撐液化器泵32 (圖3中所示)到 達下降的位置時，該偏置部件減小了所施加的沖擊負載。當到達下降位置時，這減小了施加 到支撐液化器泵32上的應力的量。 下偏轉組件106包括夾具136、偏轉盤138和140。夾具136為用于在開口 124處 將軸承104固定于底板部分26c上的保持夾具。偏轉盤138和140為偏置部件(例如，碟 型墊圈)，當支撐液化器泵32(圖3中所示)到達上升的位置時，偏置部件減小了所施加的 沖擊負載。當到達上升位置時，這減小了施加到支撐液化器泵32上的應力的量。
如圖5B所示，扳手塊28包括螺栓孔142、軸口 144和軸承口 146。構建液化器泵 30的基底塊42通過螺栓148固定于扳手塊28上，其中，螺栓148延伸通過螺栓孔142。如 上文所討論的，這防止構建液化器30與扳手塊28之間的相對運動。軸口 144為沿z軸線 穿過扳手塊28延伸的間隙孔，其提供螺紋軸110通過其延伸以與保持螺母112相接合的通 道。軸承口 146為沿z軸線穿過扳手塊28的精密鉆孔，其提供通過其將線性軸承組件86壓 配合到其中的通道，用于當在上升的位置與下降的位置之間運動時引導支撐液化器泵32。 線性軸承組件86與軸承口 146之間的壓配合干涉(press fitinterference)期望是平衡 的，使得對于線性軸承組件86來說摩擦力不是太高而不能克服，和使得在擠出支撐材料的 同時，支撐液化器泵32不在x-y平面內運動。 如圖5B進一步所顯示的，擠出頭18還包括槽接合機構150，該槽接合機構相應地 包括垂直槽152。垂直槽152是位于基底塊42內的槽，所述槽限定了支撐液化器泵32在上 升與下降位置之間沿z軸線的運動范圍。如下文所討論的，垂直槽152的尺寸允許支撐液 化器泵32以減少的量的摩擦阻力升高和降低，同時當支撐液化器泵32被設置處于上升的 位置和下降的位置上時，也可將支撐液化器泵32固定地保持到構建液化器泵30上。
圖6為支撐液化器泵32的后透視圖，該視圖進一步顯示出槽接合機構150。如所 顯示的，槽接合機構150還包括銷孔154和水平銷156。銷孔154是在支撐液化器泵32的
11基底塊56中沿x軸線延伸的孔。水平銷156是被固定到銷孔154中的接合構件，使得水平 銷156的一部分沿x軸線延伸超過銷孔154。當構建液化器泵30 (圖5B中所示)和支撐液 化器泵32安裝于扳手塊28 (圖5B中所示)上時，水平銷156被設置位于基底塊42的垂直 槽152內(圖5B中所示)。因此，水平銷156在垂直槽152內沿z軸線的運動限定支撐液 化器泵32在上升的位置與下降的位置之間的運動范圍。 在一個可替代的實施例中，垂直槽152和水平銷156的位置相互交換。在這個實 施例中，構建液化器泵30的基底塊42 (圖5B中所示)包括銷孔154和水平銷156，并且支 撐液化器泵32的基底塊56包括垂直槽152。此外，當槽接合機構150被公開與水平銷156 一起使用，槽接合機構150可以可替代地使用具有多種不同幾何構型的接合構件，并且接 合構件被配置以與垂直槽152相接合，用以限定支撐液化器泵32在上升的位置與下降的位 置之間的運動范圍。 圖7為支撐液化器泵32的后透視圖，顯示出槽接合機構158，其中，槽接合機構 158為槽接合機構150(圖6中所示)的一個可替代的實施例。如圖7所示，槽接合機構158 包括銷孔160和水平銷162，其中銷孔160為從液化器泵32的后表面(稱作后表面163)沿 y軸線延伸的孔。水平銷162為固定在銷孔160內的細長銷，使得水平銷162的一部分沿y 軸線延伸超過銷孔160。在這個實施例中，類似于垂直槽152(圖5B中所示)的垂直槽被設 置在部件(未顯示)上，該部件相對于扳手塊28和構建液化器泵30 (圖5B中所示)是不 動的，但面向后表面163。這樣，水平銷162被設置在支撐液化器泵32后面的垂直槽中，以 限定支撐液化器泵32在上升的位置與下降的位置之間的運動范圍。因此，依照本發明，槽 接合機構(例如，槽接合機構150和158)可以由多個部件與支撐液化器泵32相配合，該部 件相對于構建液化器泵30基本上是不動的。 圖8A和圖8B分別為在圖2A和圖2B中截取的截面8A和8B的截面視圖，進一步 顯示出槽接合機構150。如圖8A所示，垂直槽152包括頂周邊164和底周邊166，頂、底周 邊沿z軸線為水平銷156提供停止點。在使支撐液化器泵32運動至上升的位置的切換操 作期間，切換電機70沿旋轉箭頭82的方向(圖2B中所示)對切換組件72施加旋轉動力。 如上文所討論的，這使得切換組件72的部件(包括螺紋軸110)旋轉。螺紋軸110與保持 螺母112之間的螺紋接合將螺紋軸110的旋轉運動轉換成保持螺母112的垂直運動。這沿 箭頭84的方向(圖2B中所示)提升保持螺母112、基底塊56、水平銷156和支撐液化器泵 32的其余部件。 螺紋軸110的連續旋轉提升支撐液化器泵32，直至水平銷156與頂周邊接觸為止。 在此時，支撐液化器泵32到達上升的位置，并且擠出頭18處于構建狀態中。頂周邊164防 止支撐液化器泵32運動至高于上升的位置的位置，而不管切換電機70的功率輸出。如上 文所討論的，由切換電機70施加的過度的旋轉動力被偏轉盤128和130吸收(圖5A中所 示)。 圖8B示出了當支撐液化器泵32被設置處于下降的位置中時的槽接合機構150。 當將支撐液化器泵32由上升的位置切換至下降的位置時，切換電機70沿旋轉箭頭76的方 向(圖2A中所示)對切換組件72施加旋轉動力。這樣使得沿相同的旋轉方向旋轉切換組 件72的部件(包括螺紋軸110)，沿箭頭78的方向(圖2A中所示)降低保持螺母112、基 底塊56、水平銷156和支撐液化器泵32的其余部件。
螺紋軸110的持續旋轉使得支撐液化器泵32下降，直至水平銷156與底周邊166 接觸為止。在此時，支撐液化器泵32已經達到下降的位置，并且擠出頭18處于支撐狀態中。 底周邊166防止支撐液化器泵32運動至低于下降位置的位置，不管切換電機70的功率輸 出。如上文所討論的，由切換電機70施加的過度的向下力被偏轉盤138和140吸收(圖5A 中所示)。 圖9A和9B為槽接合機構150的側視圖，該視圖顯示出垂直槽152和水平銷 156(剖面中顯示出水平銷156)。如圖9A所示，水平銷156被設置在垂直槽152的頂周邊 164處，該頂周邊與位于上升的位置上的支撐液化器泵32相對應。垂直槽152還包括左周 邊168和右周邊170，它們是垂直槽152的相對的垂直壁。左周邊168和右周邊170沿y軸 線偏移橫向偏移距離172，其中，橫向偏移距離172為沿y軸線的左周邊168與右周邊170 之間的平均距離。 期望橫向偏移距離172大于水平銷156的直徑，從而當水平銷156在上升的位置 和下降的位置之間沿z軸線運動時減小垂直槽152和水平銷156之間的摩擦阻力。橫向偏 移距離172的適當距離的示例包括大于水平銷156的直徑100%的距離，具體地是適當距離 在大于水平銷156的直徑的約100%至約水平銷156的直徑的約120%的范圍內，更具體地 適當距離在大于水平銷156的直徑的約105%至約水平銷156的直徑的約110%的范圍內。
左周邊168和右周邊170通過聚集壁174和176向頂周邊164聚集，從而在頂周 邊164處形成反向的V形幾何形狀。這樣，當水平銷156沿z軸線向上運動時，水平銷156 與聚集壁174和176接觸，從而防止水平銷156進一步的向上的運動。在圖9A所示的實施 例中，聚集壁174和176被設置成彼此成直角，頂點位于頂周邊164上。當水平銷156與聚 集壁174和176接觸時，這種布置防止水平銷156沿y軸線的橫向運動，同時還期望最小化 水平銷156沿z軸線的摩擦阻力。 如上文所討論的，當支撐液化器泵32到達上升的位置時，切換電機70(圖2A和圖 2B中所示)期望對扭矩組件72(圖2A和圖2B中所示)持續施加中等量的旋轉動力以使支 撐液化器泵32保持在上升的位置上。這一旋轉動力連續地向上拉動水平銷156，這保持了 水平銷156與聚集壁174和176之間的接觸。因此，聚集壁174和176以物理的方式防止 水平銷156沿y軸線橫向地運動，同時支撐液化器泵32保持在上升的位置上。期望減小支 撐液化器泵32的橫向運動。在構建操作期間，在快速的往返運動中擠出頭18圍繞x-y平 面運動，這會造成擠出頭18的部件上的振動。利用槽接合機構150來限制支撐液化器泵32 的橫向運動減小了造成支撐液化器泵32未對準的風險。 如圖9B所示，水平銷156被設置在垂直槽152的底周邊166上，該底周邊與位于 下降的位置的支撐液化器泵32相對應。左周邊168和右周邊170也通過聚集壁178和180 向底周邊166聚集，從而在底周邊166處形成V形幾何形狀。這樣，當水平銷156沿z軸線 向下運動時，水平銷156與聚集壁178和180接觸，從而防止水平銷156進一步的向下運動。 在圖9B所示的實施例中，聚集壁178和180被設置成彼此成直角，頂點位于底周邊166上。 當水平銷156與聚集壁178和180接觸時，這種布置防止水平銷156沿y軸線的橫向運動， 同時還期望最小化水平銷156沿z軸線的摩擦阻力。 如上文所討論的，當支撐液化器泵32到達下降的位置時，切換電機70 (圖2A和圖 2B中所示)期望對扭矩組件72(圖2A和圖2B中所示)持續施加中等量的旋轉動力以使支撐液化器泵32保持在下降的位置上。這個旋轉動力連續地向下拉動水平銷156，其保持水 平銷156與聚集壁178和180之間的接觸。因此，以對于聚集壁174和176的上文所討論 的方式相同的方式，聚集壁178和180物理地防止水平銷156沿y軸線的橫向運動，從而進 一步地減小了造成支撐液化器泵32未對準的風險。 接合機構150還減少了由于切換機構34的一個或多個部件的磨損而造成未對準 的風險。例如，如果在延長的使用周期上螺紋軸110與保持螺母112之間的螺紋接合磨損， 那么旋轉運動與垂直運動之間的轉換可以相應地減少。然而，因為當提升或降低支撐液化 器泵32時切換電機70連續地施加旋轉動力，所以水平銷156被連續地提升或降低以分別 到達頂周邊164和底周邊166。這樣，切換機構34可以補償部件的磨損，從而使得利用敞口 環過程控制布置來控制切換電機70。因此，切換機構34提供了好的耐用性和可靠性，以允 許擠出頭18在構建狀態與支撐狀態之間切換，用于構建3D目標和相應的支撐結構。
圖10為擠出頭182的前透視圖，其是包括額外的液化器泵和切換機構的擠出頭 18(圖1 3中所示)的一個可替代的實施例。如圖10所示，擠出頭182包括構建液化器 泵184、支撐液化器泵186、補充的液化器泵188、切換機構190和切換機構192。擠出頭182 還包括外殼、冷卻空氣管線、電路板支架、電機支架、扳手塊、每個液化器泵的細絲入口，以 及每個液化器泵的細絲檢測開關(未顯示)。在圖10所示的實施例中，構建液化器泵184、 支撐液化器泵186和切換機構190以對于構建液化器泵30、支撐液化器泵32和切換機構 34的上文所討論的方式相同的方式起作用。 補充的液化器泵188和切換機構192為擠出頭182提供了一個額外的可運動的液 化器泵，其中，補充的液化器泵188以與支撐液化器泵32相同的方式起作用，用于擠出第三 材料。第三材料可以是多種不同的可擠出的構建和支撐材料，例如，不同顏色的材料、不同 材料的合成物及它們的組合。此外，補充的液化器泵188可結合不同的尖端尺寸，用于以與 構建液化器泵184和支撐液化器泵186相比不同的流速擠出第三材料。
切換機構192為固定于電路板支架、電機支架和扳手塊上的和/或與其相接合的 機構，并被配置以與切換機構34的相同的方式沿z軸線調節補充的液化器泵188的位置。 補充的液化器泵188相對于構建液化器泵184的適當的上升偏移距離和下降偏移距離的示 例包括用于支撐液化器泵32的上文所討論的這些示例(即，上升的偏移距離74和下降的 偏移距離80)。 在構建操作期間，當構建液化器泵184擠出構建材料時(也就是，擠出頭182被設 置處于構建狀態中)，支撐液化器泵186和補充的液化器泵188分別通過切換機構190和切 換機構192，每個被保持在上升的位置上。當沉積操作完成時，支撐液化器泵186之后可被 切換到下降的位置以擠出支撐材料(也就是，擠出頭182被設置處于支撐狀態中)。此時， 補充的液化器泵188期望被保持在上升的位置中。然后，支撐液化器泵186和補充的液化器 泵188可交換位置，使得支撐液化器泵186被切換至上升的位置，以及補充的液化器泵188 被切換至下降的位置。之后，擠出頭182被設置在第三狀態中，并且補充的液化器泵188可 以擠出第三材料，而不受構建液化器泵184或支撐液化器泵186的干擾。
在一個實施例中，補充的液化器泵188利用槽接合機構(未顯示)與構建液化器 泵184相接合，槽接合機構以與槽接合機構158(圖7中所示)相同的方式起作用。這樣， 構建液化器泵184可以包括橫向槽接合機構(未顯示)和向后的槽接合機構，橫向槽接合
14機構與槽接合機構150(圖6中所示)相對應以與支撐液化器泵186相接合，向后的槽接合 機構與槽接合機構158相對應以與補充的液化器泵188相接合。可替代地，槽接合機構可 以由多種部件與液化器泵186和188相接合，該部件相對于構建液化器泵184基本上是不 動的。 擠出頭182顯示出用于擠出額外的材料以構建3D目標和相應的支撐結構的額外 數量的液化器泵和切換機構的使用。因此，本發明的擠出頭可包括多個液化器泵和切換機 構，其中，期望液化器泵(例如，構建液化器泵30和184)中的至少一個固定于一個或多個 安裝部件上，并且其余的液化器泵(例如，支撐液化器泵32和186，以及補充的液化器泵 188)被保持以及利用切換機構(例如，切換機構34、190和192)進行切換。盡管已經參考 較優選的實施例對本發明進行了描述，但是本領域的技術人員將認識到在不偏離本發明的 精神和范圍的情況下可以對形式和細節做出改變。
權利要求
一種擠出頭，包括至少一個安裝結構；第一液化器泵，所述第一液化器泵被固定于所述至少一個安裝結構上；第二液化器泵，所述第二液化器泵被靠近所述第一液化器泵設置；切換機構，所述切換機構被所述至少一個安裝結構支撐，并被配置以沿第一軸線相對于所述第一液化器泵移動所述第二液化器泵；和槽接合組件，所述槽接合組件與所述第二液化器泵部分地相連接，以限定所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍。
2. 根據權利要求1所述的擠出頭，其中，所述槽接合組件包括具有沿所述第一軸線偏移的第一周邊和第二周邊的槽和部分地設置在所述槽中的接合構件，其中，所述槽和所述接合構件中的一個被設置在所述第二液化器泵中。
3. 根據權利要求2所述的擠出頭，其中，所述槽和所述接合構件中的第二個被設置在所述第一液化器泵中。
4. 根據權利要求2所述的擠出頭，其中，所述接合構件和所述槽的所述第一周邊和所述第二周邊中的至少一個之間的接觸基本上防止所述第二液化器泵沿與所述第一軸線垂直的第二軸線相對于所述第一液化器泵的運動。
5. 根據權利要求1所述的擠出頭，其中，所述切換機構包括電機，所述電機固定于所述至少一個安裝結構上；螺紋致動器，所述螺紋致動器被可操作地固定于所述電機上；禾口保持部件，所述保持部件被固定于所述第二液化器泵上，并與所述螺紋致動器螺紋接合。
6. 根據權利要求5所述的擠出頭，其中，所述切換機構還包括電機軸，所述電機軸固定于所述電機上，所述電機軸具有縱向長度；聯結銷，所述聯結銷沿與所述縱向長度正交的方向固定于所述電機軸上；禾口聯結器，所述聯結器可操作地固定于所述螺紋致動器上，且具有至少一個槽，其中，所述聯結銷延伸到所述至少一個槽中。
7. 根據權利要求l中所述的擠出頭，其中，所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍包括第一位置和第二位置，其中，所述第二液化器泵包括構建尖端，當所述第二液化器泵被設置在所述第一位置和所述第二位置上時，所述構建尖端沿所述第一軸線被對齊。
8. 根據權利要求1中所述的擠出頭，其中，所述切換機構為第一切換機構，所述槽接合組件為第一槽接合組件，其中，所述擠出頭還包括第三液化器泵，所述第三液化器泵被靠近所述第一液化器泵設置；第二切換機構，所述第二切換機構被所述至少一個安裝結構支撐，并被配置以使所述第三液化器泵沿所述第一軸線相對于所述第一液化器泵運動；禾口第二槽接合組件，所述第二槽接合組件與所述第三液化器泵部分地相連，以限定所述第三液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍。
9. 一種擠出頭，該擠出頭包括至少一個安裝結構；第一液化器泵，所述第一液化器泵被固定于所述至少一個安裝結構上；第二液化器泵，所述第二液化器泵被靠近所述第一液化器泵設置，并且包括槽和被設置在所述槽中的接合構件中的第一個，用于限定所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍；相對于所述第一液化器泵基本上不動的部件，其包括所述槽和所述接合構件中的第二個；和切換機構，所述切換機構與所述第二液化器泵相接合，用于沿所述第一軸線使所述第二液化器泵運動。
10. 根據權利要求9所述的擠出頭，其中，所述相對于所述第一液化器泵基本上不動的部件構成了所述第一液化器泵的一部分。
11. 根據權利要求9所述的擠出頭，其中，所述第二液化器泵包括所述接合構件，所述部件包括所述槽。
12. 根據權利要求9所述的擠出頭，其中，所述槽具有沿所述第一軸線偏移的第一周邊和第二周邊，其中，所述接合構件和所述槽的所述第一周邊和所述第二周邊中的至少一個之間的接觸基本上防止所述第二液化器泵沿與所述第一軸線垂直的第二軸線相對于所述第一液化器泵的運動。
13. 根據權利要求9所述的擠出頭，其中，所述切換機構包括電機，所述電機固定于所述至少一個安裝結構上；螺紋致動器，所述螺紋致動器可操作地固定于所述電機上；禾口保持部件，所述保持部件被固定于所述第二液化器泵上，并與所述螺紋致動器螺紋接合。
14. 根據權利要求13所述的擠出頭，其中，所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍包括第一位置和第二位置，其中，所述第二液化器泵包括構建尖端，當所述第二液化器泵被設置在所述第一位置和所述第二位置上時，所述構建尖端沿所述第一軸線被對齊。
15. —種擠出頭，該擠出頭包括至少一個安裝結構；電機，所述電機固定于所述至少一個安裝結構上；螺紋致動器，所述螺紋致動器可操作地固定于所述電機上，其中，所述電機被配置以使所述螺紋致動器旋轉；第一液化器泵，所述第一液化器泵被固定于所述至少一個安裝結構上，并且包括具有沿第一軸線偏移的第一周邊和第二周邊的槽；禾口第二液化器泵，所述第二液化器泵與所述螺紋致動器螺紋接合，其中，第二液化器泵包括接合構件，所述接合構件在所述第一周邊和所述第二周邊之間被設置在所述第一液化器泵的槽中，并且其中，所述螺紋致動器的旋轉使所述第二液化器泵沿所述第一軸線運動。
16. 根據權利要求15所述的擠出頭，其中，所述接合構件和所述槽的所述第一周邊和所述第二周邊中的至少一個之間的接觸基本上防止所述第二液化器泵沿與所述第一軸線垂直的第二軸線相對于所述第一液化器泵的運動。
17. 根據權利要求15所述的擠出頭，還包括電機軸，所述電機軸固定于所述電機上，所述電機軸具有縱向長度；聯結銷，所述聯結銷沿與所述縱向長度正交的方向固定于所述電機軸上；禾口聯結器，所述聯結器可操作地固定于所述螺紋致動器上，且具有至少一個槽，其中，所述聯結銷延伸到所述至少一個槽中。
18. 根據權利要求15所述的擠出頭，還包括至少一個偏轉盤，所述偏轉盤可操作地固定于所述電機和所述螺紋致動器之間。
19. 根據權利要求15所述的擠出頭，其中，所述槽還具有沿與所述第一軸線垂直的第二軸線偏移第一偏移距離的第三周邊和第四周邊，所述第一偏移距離大于所述接合構件的直徑。
20. 根據權利要求15所述的擠出頭，其中，所述電機為第一電機，所述螺紋致動器為第一螺紋致動器，并且其中，所述擠出頭還包括第二電機，所述第二電機固定于所述至少一個安裝結構上；第二螺紋致動器，所述第二螺紋致動器可操作地固定于所述第二電機上，其中，所述第二電機被配置以使所述第二螺紋致動器旋轉；第三液化器泵，所述第三液化器泵與所述第二螺紋致動器螺紋接合；禾口槽接合組件，所述槽接合組件與所述第三液化器泵部分地相連接，以限定所述第三液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍。
全文摘要
一種擠出頭，包括至少一個安裝結構；第一液化器泵，所述第一液化器泵被固定于所述至少一個安裝結構上；第二液化器泵，所述第二液化器泵被靠近第一液化器泵設置；切換機構，所述切換機構被所述至少一個安裝結構支撐，并被配置以沿第一軸線相對于所述第一液化器泵移動所述第二液化器泵；和槽接合組件，所述槽接合組件與所述第二液化器泵部分地相連接，以限定所述第二液化器泵沿所述第一軸線的運動范圍。
文檔編號B28B13/00GK101778704SQ200880025545
公開日2010年7月14日 申請日期2008年7月30日 優先權日2007年7月31日
發明者保羅·J·勒維特 申請人:斯特拉塔西斯公司