專利名稱：用于基于擠壓的沉積系統(tǒng)的粘性泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用基于擠壓的分層制造系統(tǒng)構(gòu)造三維(3D)物體。具體 地，本發(fā)明涉及與用于構(gòu)造3D物體的基于擠壓的分層制造系統(tǒng)一起使用的 粘性泵。
背景技術(shù)：
基于擠壓的分層制造系統(tǒng)(例如，由位于美國明尼蘇達(dá)州Eden Prairie 的Stratasys公司開發(fā)的熔融沉積造型系統(tǒng))用于由計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)(CAD) 模型通過擠壓可流動(dòng)構(gòu)建材料以逐層方式構(gòu)建3D物體。構(gòu)建材料被擠壓 通過擠壓頭所帶的噴嘴，并且沉積為x-y平面內(nèi)基底上的連續(xù)路徑。被擠 壓的構(gòu)建材料與之前沉積的構(gòu)建材料相熔合，在溫度降低后固化。然后擠 壓頭相對于基底的位置沿z軸線(與x-y平面垂直)增加，然后重復(fù)這個(gè) 過程以形成與CAD模型相似的3D物體。
擠壓頭相對于基底的運(yùn)動(dòng)在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)表示3D物體的構(gòu)建數(shù)
據(jù)而執(zhí)行。構(gòu)建數(shù)據(jù)通過初始將3D物體的CAD模型切片成多個(gè)水平薄層 而獲得。然后，對于每個(gè)薄層，主機(jī)生成用于構(gòu)建材料沉積路徑的構(gòu)建路 徑以形成3D物體。
在通過沉積構(gòu)建材料層構(gòu)造3D物體中，支撐層或結(jié)構(gòu)典型地構(gòu)建在懸 垂部下方或在結(jié)構(gòu)下面的物體的腔中，支撐層或結(jié)構(gòu)不是通過構(gòu)建材料自 身支撐。支撐結(jié)構(gòu)可以利用與構(gòu)建材料被沉積的相同沉積技術(shù)構(gòu)建。主機(jī) 產(chǎn)生另外的幾何形狀，所述幾何形狀作為用于正在形成的3D物體的懸垂或
自由間隔部分的支撐結(jié)構(gòu)。支撐材料然后依照在構(gòu)建過程期間產(chǎn)生的幾何 形狀從第二擠壓端沉積。在構(gòu)造期間，支撐材料粘附構(gòu)建材料，并且當(dāng)構(gòu) 建過程完成時(shí)可從完成的3D物體移走
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及適合用在基于擠壓的沉積系統(tǒng)中的泵系統(tǒng)。所述泵系統(tǒng)包 括輸送組件，其與第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可操作地接合；和螺桿泵，所述螺桿 泵包括至少部分地限定螺桿泵的桶體的外殼、在桶體的第一端處固定到 外殼的擠壓末端、固定到外殼并且與桶體相交的液化器、和至少部分地延 伸通過桶體的葉輪。輸送組件被構(gòu)造成在第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作動(dòng)力下供 給固體材料。液化器被構(gòu)造成接收從輸送組件供給的固體材料，以至少部 分地熔化所接收的固體材料，并且將至少部分熔融的材料引導(dǎo)到桶體。葉 輪被構(gòu)造成在第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作動(dòng)力下將引導(dǎo)到桶體的至少部分熔 融的材料朝向擠壓末端驅(qū)動(dòng)。


圖1A是本發(fā)明兩級泵系統(tǒng)的側(cè)視圖； 圖1B是本發(fā)明的兩級泵系統(tǒng)的透視圖2A和2B是兩級泵系統(tǒng)的絲狀體狀輸送組件的底視圖； 圖3是兩級泵系統(tǒng)的螺桿泵的側(cè)視圖4是在圖3中截得的部分4-4的剖視圖，其中顯示螺桿泵的內(nèi)部區(qū)域；
圖5是螺桿泵頂部分的放大剖視圖6是在圖3中截得的部分6-6的剖視圖，其中顯示螺桿泵的液化器
腔；
圖7A是螺桿泵的葉輪的側(cè)視圖； 圖7B是螺桿泵的葉輪的透視圖8是與外部加熱系統(tǒng)一起使用的螺桿泵的側(cè)視圖； 圖9是在圖8中截得的部分9-9的剖視圖IO是與可選的加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)一起使用的螺桿泵的側(cè)視圖； 圖11是在圖10中截得的部分11-11的剖視圖； 圖12是兩級泵系統(tǒng)的可選螺桿泵的透視圖；以及 圖13是包括可選的兩級泵系統(tǒng)的擠壓裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B分別是兩級泵系統(tǒng)10的側(cè)視圖和透視圖，兩級泵系統(tǒng)10是在基于擠壓的分層制造系統(tǒng)(例如，由位于美國明尼蘇達(dá)州Eden Pmirie的 Stratasys公司開發(fā)的熔融沉積造型系統(tǒng))中作為擠壓頭使用的合適的擠壓 系統(tǒng)。如圖1A所示，泵系統(tǒng)10包括框架12、入口部分14、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16 和18、引導(dǎo)管20、絲狀體輸送組件22和螺桿泵24。
框架12是泵系統(tǒng)10的支撐結(jié)構(gòu)，并且入口部分14、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16和18、 引導(dǎo)管20、絲狀體輸送組件22和螺桿泵24中的每個(gè)都直接或間接地連接到 框架12。入口部分14是提供用于接收來自絲狀體源(未顯示)的構(gòu)建或支撐 材料(未顯示)的絲狀體的便利入口端口的結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)管20是延伸進(jìn)入口部 分14的管，用于將來自絲狀體源的絲狀體引導(dǎo)到絲狀體輸送組件22。
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16和絲狀體輸送組件22限定泵系統(tǒng)10的第一級。驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)16是延伸通過框架12的第一電動(dòng)機(jī)，并被構(gòu)造成操作絲狀體輸送組件 22。絲狀體輸送組件22設(shè)置在框架12下方，并且包括由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16操作 的壓帶輪和齒輪系統(tǒng)。此布置允許絲狀體輸送組件22將來自引導(dǎo)管20的絲 狀體供給螺桿泵24。
如圖1B所示，泵系統(tǒng)10還包括軸向地連接到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18的電動(dòng)機(jī)滑 輪26。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18是固定在框架12上方的第二電動(dòng)機(jī)，并且所述第二電 動(dòng)機(jī)被構(gòu)造成通過電動(dòng)機(jī)滑輪26操作螺桿泵24。因此，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18、螺 桿泵24和電動(dòng)機(jī)滑輪26限定泵系統(tǒng)10的第二級。螺桿泵24延伸通過框架 12，并且包括皮帶輪28，皮帶輪28通過皮帶(未顯示)可操作地連接到電動(dòng) 機(jī)滑輪26。這允許電動(dòng)機(jī)滑輪26(通過驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18)的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)皮 帶輪28(通過皮帶)。如下所述，皮帶輪28的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)螺桿泵24的葉 輪(在圖1A或1B中未顯示)。
在操作期間，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16使絲狀體輸送組件22將構(gòu)建或支撐材料的 絲狀體供給螺桿泵24,在螺桿泵24中，絲狀體被熔化以提供可流動(dòng)狀態(tài)下 的構(gòu)建材料。然后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18使螺桿泵24的葉輪(通過電動(dòng)機(jī)滑輪26、 皮帶輪28和同步皮帶)旋轉(zhuǎn)，以擠壓可流動(dòng)材料，從而以逐層的方式形成 3D物體或支撐結(jié)構(gòu)。
如下所述，泵系統(tǒng)10以高于通常利用標(biāo)準(zhǔn)液化器泵獲得的流量的流量 擠壓可流動(dòng)材料。另外，泵系統(tǒng)10提供更恒定的響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間是泵 中可流動(dòng)材料的體積的函數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)液化器泵中，可流動(dòng)材料的體積通常與流量成比例。例如，在低流量下，液化器中的絲狀體具有熔化時(shí)間，使 得液化器的大部分體積被熔化，并且響應(yīng)時(shí)間緩慢。然而，在高流量處，
被熔化的體積減小，從而增加響應(yīng)時(shí)間。因?yàn)榇蠖鄶?shù)3D物體具有以各種擠
壓流量構(gòu)建的各種幾何形狀，所以標(biāo)準(zhǔn)液化器泵的響應(yīng)時(shí)間也變化。相反，
螺桿泵24中的可流動(dòng)材料的體積保持較低。因而，泵系統(tǒng)10的響應(yīng)時(shí)間快
并且可以基本上保持恒定。
圖2A和2B是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16和絲狀體輸送組件22的底部透視圖，其中， 絲狀體輸送組件22是用于將構(gòu)建或支撐材料(未顯示)的絲狀體供給螺桿泵 24(如圖1 A和1B所示)的適當(dāng)?shù)牟牧贤七M(jìn)機(jī)構(gòu)。絲狀體輸送組件22包括支撐 板30、供給塊32、絲狀體管34、出口塊36、偏置塊38和齒輪系統(tǒng)40，其中 支撐板30由框架12(顯示在圖1A和1B中)保持。
供給塊32固定到支撐板30，并且包括延伸通過供給塊32的通道42。供 給塊32是絲狀體輸送組件22的、連接到引導(dǎo)管20(顯示在圖1A和1B中)的部 分，在所述供給塊處，構(gòu)建或支撐材料的絲狀體從引導(dǎo)管20供給到通道42。 絲狀體管34從通道42的與引導(dǎo)管20相對的端部延伸，并且提供用于將絲 狀體引向出口塊36的通路。如下所述，出口塊36固定到支撐板30，并且包 括用于將絲狀體引向螺桿泵24的出口通道44(顯示在圖2B中)。偏置塊38也 固定到支撐板30，并且包括槽46和48以及銷50，其中銷50延伸通過槽48。
齒輪系統(tǒng)40包括驅(qū)動(dòng)輥52和54、驅(qū)動(dòng)齒輪56、空轉(zhuǎn)齒輪空轉(zhuǎn)58、 60、 .62、 64和66、支撐臂68和扭簧70。驅(qū)動(dòng)輥52和54是夾緊絲狀體并從絲狀體 管34將所述絲狀體拉向出口塊36的可旋轉(zhuǎn)輥。驅(qū)動(dòng)齒輪56和空轉(zhuǎn)齒輪58、 60、 62、 64和66—系列嚙合齒輪，其中空轉(zhuǎn)齒輪58、 60、 62和64軸向地連 接到支撐板30，從而允許空轉(zhuǎn)齒輪58、 60、 62和64旋轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動(dòng) 輥52軸向地連接到空轉(zhuǎn)齒輪58，并且驅(qū)動(dòng)輥54軸向地連接到空轉(zhuǎn)齒輪66。 此外，驅(qū)動(dòng)齒輪56通過支撐板30軸向地連接到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16。此布置允許 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16在操作期間旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪56，驅(qū)動(dòng)齒輪56相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)齒 輪58、 60、 62、 64和66。空轉(zhuǎn)齒輪58和66的旋轉(zhuǎn)分別旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輥52和54。
在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)輥54和空轉(zhuǎn)齒輪66沒有固定到支撐板30，并且 空轉(zhuǎn)齒輪58不直接與空轉(zhuǎn)齒輪66嚙合。支撐臂68具有通過螺栓72軸向地連 接到空轉(zhuǎn)齒輪64的第一端，和通過銷74軸向地連接到驅(qū)動(dòng)輥54和空轉(zhuǎn)齒輪
966的第二端。因此，驅(qū)動(dòng)輥54、空轉(zhuǎn)齒輪66和支撐臂68繞螺栓72栓轉(zhuǎn)地固 定到支撐板30，同時(shí)也允許空轉(zhuǎn)齒輪66保持與空轉(zhuǎn)齒輪64嚙合。扭簧70 具有圍繞銷(未顯示)固定的第一端、與螺栓72軸向?qū)R的主體和接合偏置 塊38的第二端。這以圖2A中的逆時(shí)針方向?qū)⑴ぞ厥┘釉谥伪?8上。在偏 置塊38處，扭簧70在槽46中延伸，并且抵靠銷50被偏壓。因此，銷50可以 用于調(diào)節(jié)支撐臂68上的扭矩。
當(dāng)銷50朝向槽48的右側(cè)(箭頭76的方向)移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥54、空轉(zhuǎn)齒輪 66和支撐臂68圍繞螺栓72樞轉(zhuǎn)(在圖2A中的逆時(shí)針方向上)。這增加了驅(qū)動(dòng) 輥52和54之間的接觸力。如下所述，銷50期望地位于槽48中，使得驅(qū)動(dòng)輥 52和54之間的接觸力大約為零(或稍大于零)，從而最小化驅(qū)動(dòng)輥52和54之 間的壓力。銷50則可以固定在槽48中的給定位置處，從而以期望的使驅(qū)動(dòng) 輥54預(yù)受載荷。
支撐臂68的角位置提供用于對驅(qū)動(dòng)輥52和54之間絲狀體滑移進(jìn)行自 校正的機(jī)構(gòu)。在操作期間，當(dāng)施加阻力(FR)(在箭頭78的方向上)時(shí)，驅(qū)動(dòng) 輥52和54由于由絲狀體對被推入到和推進(jìn)螺桿泵24中的抵抗而產(chǎn)生的阻 力(FR)而作用。與驅(qū)動(dòng)輥52和54接觸的絲狀體具有基于絲狀體的成分和 結(jié)構(gòu)而給定的摩擦系數(shù)OO。因而，假設(shè)驅(qū)動(dòng)輥52和54之間的接觸力大約為 零(從扭簧70的位置)，當(dāng)施加到絲狀體驅(qū)動(dòng)力(FD)乘以絲狀體的摩擦系數(shù) Oi)大于阻力(FR)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥52和54驅(qū)動(dòng)絲狀體朝向出口塊36，而絲狀體沒 有滑移。因此，用于絲狀體滑移的閾值在 FDxp = FR (方程l)或
H = FD / FR (方程2)
當(dāng)阻力(FR)和驅(qū)動(dòng)力(FD)分別地表示為力矢量(即，圖2A中的力矢量 FR和FD)時(shí)，支撐臂68與垂直于支撐塊38的軸線(平行于力矢量FD)之間的
角度e可以由以下方程式定義
tan(e) = FR/FD (方程3) 其代替方程式2，使得
e = arctan()i) (方程4)
因此，以角度e定向的支撐臂68提供自校正絲狀體滑移的機(jī)構(gòu)，因?yàn)?br> 驅(qū)動(dòng)輥52和54之間的夾緊力響應(yīng)阻力(FR)的改變而改變。例如，當(dāng)阻力(FR)由于螺桿泵24中的抵抗壓力增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥52和54之間的夾緊力增加，以 在絲狀體上提供更高水平的驅(qū)動(dòng)力(FD)，從而減少絲狀體滑移的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu) 選地，角度e被確定以稍微地小于arctan(n)，和/或驅(qū)動(dòng)輥52和54之間的接 觸力被設(shè)定為稍微大于零，以提供克服滑移的安全余量。
在操作期間，構(gòu)建或支撐材料的絲狀體通過供給塊32的通道42、通過 絲狀體管34和驅(qū)動(dòng)輥52和54之間被供給。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16然后旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪 56。這相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)齒輪58、 60、 62、 64和66(如由圖2A中的旋轉(zhuǎn)箭頭 所示)?？辙D(zhuǎn)齒輪58的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輥52，而空轉(zhuǎn)齒輪66的旋轉(zhuǎn)相 應(yīng)地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輥54。驅(qū)動(dòng)輥52和54的轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊絲狀體的連續(xù)部分并將所述 絲狀體的連續(xù)部分拉向出口塊36。
如圖2B所示，出口塊36包括基部80a和罩部80b，所述基部和所述罩部 限定出口通道44，并且基部80a和罩部80b通過螺栓81固定到一起。出口塊 36提供用于將絲狀體從齒輪系統(tǒng)40朝向螺桿泵24引導(dǎo)的機(jī)構(gòu)，并且減少絲 狀體在受到的阻力(FR)下彎曲的風(fēng)險(xiǎn)。出于清潔和修理目的(例如，移除出 口通道44中堵塞的絲狀體)，罩部80b期望可移除地固定到基部80a，以允 許進(jìn)入出口通道44。
在可選的實(shí)施方式中，當(dāng)單獨(dú)設(shè)計(jì)必要時(shí)，齒輪系統(tǒng)40可以包括另外 或較少數(shù)量的空轉(zhuǎn)齒輪。在沒有提供自緊固能能力的另一個(gè)可選的實(shí)施方 式中，齒輪58軸向地連接到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16，并且直接與空轉(zhuǎn)齒輪66嚙合。 這允許驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16直接旋轉(zhuǎn)齒輪58和驅(qū)動(dòng)輥52，所述齒輪和所述驅(qū)動(dòng)輥 相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)齒輪66和驅(qū)動(dòng)輥54。在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)輥54和空轉(zhuǎn)齒 輪66可旋轉(zhuǎn)地固定到支撐板30，并且可以省略驅(qū)動(dòng)齒輪56和空轉(zhuǎn)齒輪60、 62和64。在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)輥54可以被空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)輥(未顯 示)代替，所述空轉(zhuǎn)輥不直接或間接地與驅(qū)動(dòng)輥52接合。在本實(shí)施方式中， 空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)輥可旋轉(zhuǎn)地固定到支撐板30(g卩，沒有自緊固能力)，或可旋轉(zhuǎn)地 固定到偏置的支撐臂68(如圖2A和2B所示)。
圖3是沿著縱向軸線L延伸的螺桿泵24的側(cè)視圖。如從圖3中上下所示， 螺桿泵24還包括擠壓末端82、桶狀外殼84、液化器85(通過液化器外殼86 和88限定)、供給通道90、螺桿泵主體92、葉輪94和安裝板96。擠壓末端 82可移除地連接到桶狀外殼84，并且是螺桿泵24—部分，可流動(dòng)材料從所述螺桿24的一部分?jǐn)D壓。
桶狀外殼84是包圍葉輪94的獨(dú)立的圓周外殼部件，并且期望地與液化 器外殼86—體形成。液化器外殼86和88是外殼部件，所述外殼部件固定在 一起(例如，螺栓連接)以限定液化器85，從而包圍葉輪94的中心部分。供 給通道90是進(jìn)入到上葉輪外殼88的開口 ，并且被構(gòu)造成接收來自絲狀體輸 送組件22(顯示在圖1A和1B中)的構(gòu)建或支撐材料的絲狀體。
螺桿泵24還包括在安裝板96上方、用于接收定位螺釘(未顯示)的螺紋 孔98，所述螺紋孔是螺桿泵24中的開口。螺桿泵主體92固定到上葉輪外殼 88，并且是包圍葉輪94的上部的外殼部件。安裝板96是固定到螺桿泵主體 92的板，并且是螺桿泵24的、固定到框架12(顯示在圖1A和1B中)的一部分。 螺桿泵主體92包括孔口100，所述孔口在液化器外殼88上方的位置處延伸 通過螺桿泵主體92，并且提供開口，通過所述開口能夠看見葉輪94。
當(dāng)將皮帶輪28安裝在框架12上時(shí)，皮帶輪28通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶 (未顯示)旋轉(zhuǎn)，這相應(yīng)地使葉輪94旋轉(zhuǎn)。當(dāng)葉輪94旋轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)建或支撐材 料的絲狀體通過供給通道卯被供給螺桿泵24，并且被熔化成可流動(dòng)狀態(tài)。 可流動(dòng)材料然后通過葉輪94的旋轉(zhuǎn)被擠壓通過擠壓末端82。
圖4是圖3中部分4-4的剖視圖，其中圖示了螺桿泵24的內(nèi)部區(qū)域。如 圖4所示，擠壓末端82包括噴嘴102和孔104，其中孔104是噴嘴102中的、 沿著縱向軸線L的用于擠壓可流動(dòng)材料的開口。噴嘴102可移除地?cái)Q在桶狀 外殼84上，這允許噴嘴102在需要時(shí)(例如，對于提供不同的孔直徑來說) 被替換。
桶狀外殼84、液化器外殼86和88、和螺桿泵主體92限定內(nèi)部桶體106， 內(nèi)部桶體106是沿著縱向軸線L延伸的中央圓柱形腔。如圖所示，桶體106 可通過孔口100進(jìn)入。葉輪94沿著縱向軸線L延伸通過桶體106，并且葉輪 94和桶體106理想地至少在桶狀外殼84和液化器85內(nèi)具有緊密配合的表面 (即，葉輪94的外徑緊密地配合桶體106的直徑)。
液化器外殼86和88還限定液化器腔108，所述液化器腔是在液化器85 中的盤形腔，并且被連接到供給通道90。由于液化器85的盤形形狀，液化 器85通常稱為"冰球(hockey puck)液化器"。如下所述，液化器85熔化通 過供給通道90進(jìn)入液化器腔108的固態(tài)絲狀體的連續(xù)部分。液化器外殼86和88包括加熱棒110，加熱棒110將熱量供應(yīng)給液化器腔108。這以對流的 方式加熱液化器腔108，從而允許液化器腔108將絲狀體熱熔化為期望的可 流動(dòng)粘度。
螺桿泵主體92還包括上主體加熱器111，所述上主體加熱器位于液化 器外殼88和孔口100之間。加熱器111在液化器外殼88上方防止可流動(dòng)材料 與桶體106固化。這是理想的，使得可流動(dòng)材料的彎液面在桶體106中上升 和下降，從而在絲狀體輸送組件22和螺桿泵24之間的供給速度瞬間不平衡 期間，提供解耦功能(decoupling ftmction)。
在可選的實(shí)施方式中，螺桿泵24可以包括另外的或較少的加熱元件以 獲得桶體106和/或液化器腔108中期望的熱剖面(thermal profile)。在一個(gè) 實(shí)施方式中，通過用一個(gè)或多個(gè)熱電偶(未顯示)監(jiān)控的溫度反饋，可以獨(dú) 立控制一個(gè)或多個(gè)加熱棒110和加熱器1U。
葉輪94在螺桿泵24的頂部112處固定到皮帶輪28。如下所述，這允許 皮帶輪28的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)葉輪94。葉輪94具有在葉輪94的外表面被 切成的多個(gè)螺旋槽，所述螺旋槽與桶體106形成粘性泵。螺旋槽的上部(稱 為部分94a)具有相對較深的槽，從而以相對較高體積和較低壓力(即，葉輪 94輸送區(qū))提供粘性泵送。螺旋槽的下部(稱為部分94b)具有相對較淺的槽， 從而以相對較高的壓力和較低體積(即，葉輪94的增壓區(qū))提供粘性泵送。
在操作期間，構(gòu)建或支撐材料的絲狀體被供給液化器腔108并且被熔 化成期望的可流動(dòng)粘度。當(dāng)絲狀體的連續(xù)部分繼續(xù)供給到液化器腔108中 時(shí)，絲狀體在熔化的同時(shí)圓周向內(nèi)移動(dòng)(即，以螺旋形方式)。熔化的可流 動(dòng)材料最終到達(dá)葉輪94的輸送區(qū)(g卩，鄰近葉輪94的部分94a)，在所述輸送 區(qū)中，葉輪94的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)可流動(dòng)材料進(jìn)入到葉輪94的增壓區(qū)(即，鄰近葉 輪94部分94b)。葉輪94的部分94b增加可流動(dòng)材料的壓力，并且將可流動(dòng) 材料通過擠壓末端82的孔104擠壓。可流動(dòng)材料的擠壓速度則可以通過葉 輪94的旋轉(zhuǎn)速度(所述旋轉(zhuǎn)速度與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18的驅(qū)動(dòng)力相對應(yīng))來控制。 擠壓材料以期望的圖案沉積以形成3D物體和/或支撐結(jié)構(gòu)。
螺桿泵24有益于生產(chǎn)高流量和快速可預(yù)測的響應(yīng)時(shí)間。為提高泵的響 應(yīng)時(shí)間，通過最小化葉輪94和桶體106之間的間隙，可理想地減小桶體106 中的構(gòu)建材料體積。例如，具有0.25英寸直徑的葉輪和0.001英寸的間隙的圓柱形螺桿泵具有小于0.010秒的時(shí)間常數(shù)，所述螺桿泵通過0.016英寸直 徑的噴嘴可以每秒鐘泵送20，000立方微英寸。相比較，通過0.016英寸直徑 的噴嘴每秒鐘僅可以泵送2,000立方微英寸的液化器泵可具有大于0.020秒 的時(shí)間常數(shù)。
在絲狀體以比可流動(dòng)材料被擠出孔104快的方式供給到液化器腔108 中的情況下，過量可流動(dòng)材料可能向上回流通過桶體106。如果阻塞過大 (例如，如果孔104被阻塞)，過量可流動(dòng)材料可能通過孔口100從螺桿泵24 流出?？卓?00防止螺桿泵24的頂部112意外地暴露給可流動(dòng)材料，并且確 ?；亓鳂?gòu)建材料不會(huì)在液化器腔108中停留很長而使熱退化(例如，退色)， 并然后在隨后的過程中被再混合和擠壓。孔口100也有助于排出液化器腔 108中出現(xiàn)的任何氣體(例如，水蒸汽)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，螺桿泵24還可以包括在桶體106中的一個(gè)或多個(gè) 溢流傳感器(未顯示)。溢流傳感器可以用于監(jiān)控可流動(dòng)材料的回流快要達(dá) 到孔口100的時(shí)間。如果溢流傳感器(一個(gè)或多個(gè))檢測到可流動(dòng)材料的 阻塞，溢流傳感器(一個(gè)或多個(gè))則可以控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16(顯示在圖1A、 1B、 2A和2B中)，以減少或停止絲狀體的供給速度。
在另外可選的實(shí)施方式中，液化器85和桶狀外殼84 (可任選地)可以 被移除并且夾緊到螺桿泵主體92。這允許多個(gè)液化器易于交換，以便維修 或更換。
圖5是螺桿泵24的頂部112的放大視圖，其中進(jìn)一步說明皮帶輪28和葉 輪94之間的連接。如圖所示，螺桿泵24的頂部112包括葉輪延伸部114、頂 部軸承116、底部軸承118、螺紋環(huán)120、間隔件122和彈簧124。葉輪延伸 部114固定到皮帶輪28和葉輪94，從而允許皮帶輪28的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地使葉輪 94圍繞縱向軸線L旋轉(zhuǎn)。
頂部軸承116和底部軸承118設(shè)置在螺桿泵主體92和葉輪延伸部114之 間。底部軸承118和彈簧124裝載在間隔件122的相對表面上，其中，彈簧 124抵靠間隔件122被偏置。葉輪延伸部114的鄰近底部軸承118的部分的直 徑被底切，從而不能夠徑向限制底部軸承U8。因此，葉輪94和葉輪延伸 部114僅通過頂部軸承116和葉輪94與桶狀外殼84(顯示在圖3中)之間的水 力對中力(hydrodynamic centering force )而被徑向限制。頂部軸承116位于底軸承118上方，并且通過螺紋環(huán)120軸向地保持在 螺桿泵主體92內(nèi)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶(未顯示)和頂部軸承116理想地沿著水 平軸線H對齊，從而使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶的徑向負(fù)載作用，并且減少設(shè)置 在葉輪94上的任何潛在的側(cè)負(fù)載。由于葉輪94和桶體106之間緊密的徑向 間隙，即使在低旋轉(zhuǎn)速度下，期望的是減小葉輪94和桶體106之間的接觸， 水力對中力在所述低旋轉(zhuǎn)速度下較低。
螺紋環(huán)120位于皮帶輪28中并在皮帶輪28下方，并用于調(diào)節(jié)擠壓末端 82(顯示在圖3和4中)和葉輪94之間的間隙。為了調(diào)節(jié)擠壓末端82和葉輪94 之間的間隙，旋轉(zhuǎn)螺紋環(huán)120，這壓縮或釋放彈簧124上偏置力(根據(jù)間隙 減小或增加)。當(dāng)獲得期望的間隙尺寸時(shí)，定位螺釘(未顯示)插入到螺紋孔 98(顯示在圖3中)中，以防止螺紋環(huán)120的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。
圖6是在圖3中截得的部分6-6的剖視圖，其中說明液化器85中的液化 器腔10S。如圖所示，液化器腔108包括螺旋形擋板202。螺旋擋板202使熔 化的絲狀體以減少的螺旋的方式流向葉輪94，從而減少形成熔化的可流動(dòng) 材料的停滯凹穴(pocket)的風(fēng)險(xiǎn)。
可流動(dòng)材料以與從擠壓末端82(顯示在圖3和4中)的擠壓流量匹配的流 量期望地輸送給桶體106。過充滿的桶體106可以使可流動(dòng)材料回流通過孔 口100(顯示在圖3和4中)?？蛇x地，未充滿的桶體106可以導(dǎo)致低流動(dòng)體積。 通過控制來自絲狀體輸送組件22(顯示在圖1A、 1B、 2A和2B)絲狀體供給 速度，液化器85中的流量可以與從擠壓末端82擠壓的流量相匹配。
絲狀體供給速度可以響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)反饋傳感器，從而控制驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)16(顯示在圖1A、 1B、 2A和2B)。例如，力傳感器(例如，負(fù)載單元) 可以設(shè)置在框架12或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16上，以監(jiān)控液化器85的流量。合適的力 傳感器的示例公開在Zinnid等人的美國專利No.6,085,957中，其中力傳感 器與正在被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入液化器85中的絲狀體的力作用。因此，如果測量的力 太低，液化器85的流量被增加，而如果力太大，則減少流量。通過匹配液 化器85的響應(yīng)特征，還可獲得可流動(dòng)材料的開環(huán)調(diào)節(jié)。另外，如上所述， 孔口100處的溢流傳感器可以用于以相同的方式調(diào)節(jié)絲狀體的供給速度。
圖7A和7B分別是葉輪94的側(cè)視圖和透視圖。如圖所示，兩個(gè)溝槽起 始于部分94a中，每個(gè)槽過渡到部分94b中的淺槽。如上所述，部分94a具有相對較深的槽以提供相對較高體積和較低壓力的粘性泵送(即，葉輪94 的輸送區(qū))。相應(yīng)地，部分94b具有相對較淺的槽以提供相對較高的壓力和 較低體積的粘性泵送(即，葉輪94的增壓區(qū))。
圖8是沿縱向軸線L延伸的螺桿泵24的側(cè)視圖，其中，螺桿泵24與外部 加熱系統(tǒng)128—起使用。圖9是在圖8中截得的部分9-9的剖視圖，進(jìn)一步說 明了外部加熱系統(tǒng)128。如圖8和9中所示，外部加熱系統(tǒng)128包括上加熱盤 管130和下加熱盤管132，所述上加熱盤管和所述下加熱盤管連接到熱控制 源(未顯示)。上加熱盤管130圍繞桶狀外殼84纏繞，以在擠壓過程期間將熱 量傳遞給桶狀外殼84。相似地，下加熱盤管132圍繞擠壓末端82纏繞，以 在擠壓過程期間將熱量傳遞給擠壓末端82。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上加熱盤管130和下加熱盤管132中的一個(gè)或兩個(gè) 都通過利用一個(gè)或多個(gè)熱電偶(未顯示)監(jiān)控的溫度反饋而被獨(dú)立控制。外 部加熱系統(tǒng)128的使用減少當(dāng)利用葉輪94泵送時(shí)可流動(dòng)材料冷卻的風(fēng)險(xiǎn)， 否則這可能導(dǎo)致可流動(dòng)材料阻塞桶體106、孔口100和/或孔104。在可選的 實(shí)施方式中，另外的熱區(qū)也可以在液化器腔108上方加在液化器腔108和擠 壓末端82之間。桶體106和孔104所需要的熱量通常隨著通過螺桿泵24的流
量的近期歷史而變化。
圖10是沿著縱向軸線L延伸的螺桿泵24的放大側(cè)視圖，其中，螺桿泵 24與熱套管134—起使用。圖11是在圖10中截得的部分11-11的剖視圖，進(jìn) 一步還說明熱套管134。如圖10和11所示，熱套管134包括套管外殼136、上 加熱盤管138和下加熱盤管140。套管外殼136圍繞桶狀外殼84延伸，并且 大致包圍上加熱盤管138。上加熱盤管138圍繞桶狀外殼84纏繞以在擠壓過 程期間將熱量傳遞給桶狀外殼84。類似地，下加熱盤管140圍繞擠壓末端 82纏繞以在擠壓過程期間將熱量傳遞給擠壓末端82。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上加熱盤管138和下加熱盤管140中的一個(gè)或兩個(gè)
都通過利用一個(gè)或多個(gè)熱電偶(未顯示)監(jiān)控的溫度反饋而被獨(dú)立控制。這 提供沿著擠壓末端82和桶狀外殼84的較大的溫度控制。例如，上加熱盤管 138可以被控制以沿著利用熱電偶監(jiān)控的桶狀外殼84獲得期望的溫度剖 面。類似的布置也被應(yīng)用到下加熱盤管140。在可選的實(shí)施方式中，另外 的熱區(qū)也可以在液化器腔108上方加在液化器腔108和擠壓末端82之間。在另一個(gè)實(shí)施方式中，被壓縮的氣體源(未顯示)可以連接到氣體入口141a。 在此實(shí)施方式中，被加熱或冷卻的氣體在桶狀外殼84和套管外殼136之間 可以流入到氣體入口141a中，并且從氣體出口141b流出。這提供沿著擠壓 末端82和桶狀外殼84的進(jìn)一步的溫度控制。以上在圖8-ll中公開的外部加 熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是可以與螺桿泵24—起使用的合適的外部溫度控制系 統(tǒng)的示例。
圖12是螺桿泵224的透視圖，所述螺桿泵是泵系統(tǒng)10中使用的螺桿泵 24的可選物。為便于說明，與螺桿泵24相對應(yīng)的部件的附圖標(biāo)記增加200。 在此實(shí)施方式中，螺桿泵224包括一對液化器342和344，所述液化器以與 螺桿泵24的液化器85(顯示在圖3、 4和6中)相同的方式作用。螺桿泵224也 包括支撐架346和348，所述支撐架圍繞桶狀外殼284固定，用于分別將液 化器342和344固定到桶狀外殼284。
液化器342包括液化器外殼350和352、供給通道354和在液化器外殼 352中的出口通道(未顯示)，其中，液化器外殼352是液化器342的通過支撐 架346固定到桶狀外殼284的部分。這允許來自液化器342的出口通道與桶 體306(未顯示)相交。液化器344包括液化器外殼356和358、供給通道360 和出口通道362，其中，液化器外殼356是液化器344的通過支撐架348固定 到桶狀外殼284的部分。這允許出口通道362與桶體306和來自液化器342 的出口通道相交。
液化器342和344允許多種材料被供給到桶體306中。例如，在一個(gè)實(shí) 施方式中，構(gòu)建材料和支撐材料可以以連續(xù)擠壓步驟通過桶體306和擠壓 末端282被供給，而不需要對多個(gè)端部進(jìn)行校準(zhǔn)和對準(zhǔn)。當(dāng)從一種材料轉(zhuǎn) 換到另一種材料時(shí)，在沉積第二材料之前，第一材料期望被清洗?？梢栽?將擠壓末端282放置在廢物容器(未顯示)上的同時(shí)通過供應(yīng)和擠壓第二材 料足夠的時(shí)間以從桶體306清除第一材料而完成清洗。
可選地，多種構(gòu)建或支撐材料可以一起混合(通過葉輪294)并擠壓。這 允許不同類型的構(gòu)建或支撐材料被混合以增加3D物體或支撐結(jié)構(gòu)的期望 的物理性能。在此實(shí)施方式中，第一構(gòu)建或支撐材料的絲狀體(未顯示)可 以被供給到通道354中，并且在液化器342中被熔化(如上對于液化器85 的描述)。熔化的可流動(dòng)材料然后流動(dòng)通過液化器342的出口通道，并進(jìn)入
17桶體306。類似地，第二構(gòu)建或支撐材料的絲狀體(未顯示)可以被供給通道 360中，并且在液化器344中被熔化(如上對于液化器85的描述)。熔化的 可流動(dòng)材料然后流動(dòng)通過出口通道362，并進(jìn)入桶體306。當(dāng)可流動(dòng)材料被 迫通過桶體306朝向擠壓末端282時(shí)，葉輪300則混合可流動(dòng)材料。被混合 的可流動(dòng)材料然后被擠壓通過擠壓末端382以形成產(chǎn)生的3D物體或支撐結(jié) 構(gòu)。
多個(gè)液化器(例如，液化器342和344)也可允許使用不同顏色的構(gòu)建和 支撐材料。不同顏色的絲狀體可以被同時(shí)供應(yīng)到螺桿泵242，并且可以與 螺桿泵242的混合作用結(jié)合，以為產(chǎn)生的3D物體或支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生全部色域。
在可選的實(shí)施方式中，螺桿泵242可以包括多于兩個(gè)的液化器。當(dāng)使 用多個(gè)液化器時(shí)(例如，與螺桿泵242—起使用)，每個(gè)絲狀體利用其自身的 材料推進(jìn)機(jī)構(gòu)(例如，絲狀體輸送組件22)被期望地供給給定的液化器，以 獨(dú)立地控制絲狀體的供給速度。
圖13是擠壓裝置400的俯視圖，其是用于螺桿泵24的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)位于 遠(yuǎn)離泵系統(tǒng)10的遠(yuǎn)距離位置處的可選實(shí)施例。這有利于最小化通過泵系統(tǒng) IO所承載的有效載荷。另外，此布置最小化到桶架的支架的線的數(shù)量，并 且也允許對X-Y-Z桶架和泵使用相同電動(dòng)機(jī)(例如，較低成本利益)。
如圖所示示，擠壓裝置400包括泵系統(tǒng)402、 X-Y桶架404、遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)406、第一滑輪部分408和第二滑輪部分410。除了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18被 省略之外(所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)被遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406代替)，泵系統(tǒng)402類似于 泵系統(tǒng)IO。泵系統(tǒng)402包括皮帶輪403，所述皮帶輪以與皮帶輪28 (顯示在 圖1A和1B中灘同的方式作用，用于旋轉(zhuǎn)螺桿泵葉輪沐顯示)。X-Y桶架404 是用于在X-Y平面圍繞擠壓裝置400移動(dòng)泵系統(tǒng)402以沉積構(gòu)建和/或支撐 材料的桶架組件。遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406包括電動(dòng)機(jī)滑輪412，其以與電動(dòng)機(jī) 滑輪26(顯示在圖1B中)相同的方式作用。
第一滑輪部分408包括驅(qū)動(dòng)皮帶414、中間軸輸入滑輪416和空轉(zhuǎn)滑輪 418，其中，驅(qū)動(dòng)皮帶414圍繞電動(dòng)機(jī)滑輪412、中間軸輸入滑輪416和空轉(zhuǎn) 滑輪418成一圈。第二滑輪部分410包括驅(qū)動(dòng)皮帶420、中間軸滑輪422和空 轉(zhuǎn)滑輪424，其中驅(qū)動(dòng)皮帶420圍繞皮帶輪403、中間軸輸出滑輪422和空轉(zhuǎn) 滑輪424成一圈。中間軸輸出滑輪422軸向地連接到中間軸輸入滑輪416。
18此布置允許遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406旋轉(zhuǎn)皮帶輪403(并相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)泵系統(tǒng) 402的螺桿泵葉輪)。在操作期間，遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406使電動(dòng)機(jī)滑輪412旋 轉(zhuǎn)。這相應(yīng)地使驅(qū)動(dòng)皮帶414旋轉(zhuǎn)中間軸輸入滑輪416。中間軸輸入滑輪 416的旋轉(zhuǎn)使中間軸輸出滑輪422轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使驅(qū)動(dòng)皮帶420旋轉(zhuǎn)皮帶輪 403(和螺桿泵的葉輪)。
遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406期望地被移動(dòng)以"減去(subtract out) "X-Y桶架404 的運(yùn)動(dòng)，使得X-Y桶架404的運(yùn)動(dòng)不使葉輪旋轉(zhuǎn)?？梢钥刂七h(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)406以抵消X-Y桶架404的運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)如下方程式進(jìn)行數(shù) 學(xué)算出
使用如下定義
W^m =電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度
W中間軸-中間軸旋轉(zhuǎn)速度
PD電動(dòng)機(jī)=電動(dòng)機(jī)滑輪節(jié)徑(pitch diameter)
PD中間軸輸人=中間軸輸入滑輪節(jié)徑
PD中間軸輸出=中間軸輸出滑輪節(jié)徑
PD螺ff =螺桿滑輪節(jié)徑
V^^X方向上的支架速度
Vy-Y方向上的支架速度
中間軸和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度通過方程式給出
W中間軸=W電動(dòng)機(jī)(PD電動(dòng)機(jī)/PD中間軸輸入)-Vx/兀PD中間軸輸入 (力fM 5 )
W螺桿-W巾間軸(PD中間軸輸出/PD螺桿)-Vy/7iPD蟝桿 (方程6) 對方程6中的W中間軸用方程5替換，得到
W螺桿-(W電動(dòng)機(jī)(PD電動(dòng)機(jī)/PD中間軸輸入)-Vx/兀P中間軸輸入XPD中間軸輸出/PD瞎桿)-Vy/7iPD嫘桿
(方程7)
方程式7可以被變形用于求解W電動(dòng)機(jī)
(W瞎桿十Vy/兀PD媒桿)(PD據(jù)桿/ PD中間軸輸出)-W電動(dòng)機(jī)(PD電動(dòng)機(jī)/PD中間軸輸入)-Vx/兀PD中間軸袖入
(方程8)
W電動(dòng)機(jī)氣(W螺桿十Vy/兀PD煤桿)(PDai桿/ PD*isi ai)+ Vx/丌PD中間軸輸入)PD中間軸輸入/PD電動(dòng)機(jī)
(方程9)
根據(jù)方程9，遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)406轉(zhuǎn)動(dòng)速度(W暢機(jī))與X-Y桶架404的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，這允許螺桿泵葉輪通過驅(qū)動(dòng)皮帶414和420進(jìn)行精確控制。
用于每個(gè)絲狀體輸送組件的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(例如，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16)也可以 安裝在擠壓頭、X-Y桶架404上，或者以類似的方式安裝在擠壓裝置400的 固定部分上。在遠(yuǎn)程位置處，絲狀體輸送組件可以提供適當(dāng)?shù)牧σ詫⒔z狀 體推入到螺桿泵中。這降低由X-Y桶架404承載的有效負(fù)載重量、簡化機(jī) 械組件、并且最小化X-Y桶架404上的支架的尺寸。
如上所述，泵系統(tǒng)10和402中使用的構(gòu)建材料期望以絲狀體形式提供。 合適的絲狀體材料和絲狀體源的示例公開在Swanson等人的美國專利No. 6,923，634和Comb等人的美國出版No.2005/0129941中。用于構(gòu)建材料的適 當(dāng)材料的示例包括任何類型的可擠壓的熱塑性材料，例如，丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯((ABS))、聚碳酸酯、聚苯砜(polyphenylsulfone)、聚砜、尼 龍、聚苯乙烯、非晶態(tài)聚酰胺、聚酯、聚亞苯基醚(polyphenylene ether)、 聚亞安酯、聚醚醚酮(polyetheretherketone)和其共聚物及其組合。同時(shí) 上述說明所涉及的構(gòu)建材料、泵系統(tǒng)10和402的使用也適用于擠壓支撐材 料以構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。合適的水溶性支撐材料的示例包括在市場上可買得到 的位于美國明尼蘇達(dá)舛l Eden Prairie的Stratasys公司商標(biāo)為 "WATERWORKS"和"SOLUBLE SUPPORTS"的水溶性支撐材料。
如上所述，泵系統(tǒng)10(和泵系統(tǒng)402)提供用于作為基于擠壓的分層制造 系統(tǒng)中的擠壓頭的適當(dāng)擠壓系統(tǒng)。泵系統(tǒng)10的有益特性的示例包括快速和 恒定響應(yīng)時(shí)間、高流量(例如，20,000立方微英寸/秒)、解耦(decouple) 流量和響應(yīng)時(shí)間、沉積多種類型的構(gòu)建和支撐材料、當(dāng)材料改變對最小化 需要替換的部件數(shù)量、最小化擠壓頭和X-Y桶架質(zhì)量、在噴嘴之間不需要 進(jìn)行校準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)、最小化供給原材料的成本、最小化泵制造成本、最小化 磨損部件、消除螺桿對孔的未對準(zhǔn)、在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)以泵送高溫材料(例如， 400。C以上)和允許用于全色譜造型。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方式說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí) 到在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上做改 變。例如，雖然在上述說明中，泵系統(tǒng)10用在基于擠壓的分層制造系統(tǒng)中， 但是泵系統(tǒng)10也適合用于構(gòu)建3D物體的任何類型的基于擠壓的沉積系統(tǒng) 中。
權(quán)利要求
1.一種泵系統(tǒng)，包括第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；輸送組件，所述輸送組件與所述第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠操作地接合，并被構(gòu)造成在所述第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作力下供給固體材料；和螺桿泵，所述螺桿泵包括外殼，所述外殼至少部分地限定所述螺桿泵的桶體；擠壓末端，所述擠壓末端在所述桶體的第一端處固定到所述外殼；液化器，所述液化器固定到所述外殼并且與所述桶體相交，所述液化器被構(gòu)造成接收從所述輸送組件供給的所述固體材料，以至少部分地熔化接收的所述固體材料，并且將所述至少部分熔融的材料引導(dǎo)到所述桶體；和葉輪，所述葉輪至少部分地延伸通過所述桶體，并且被構(gòu)造成在所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作動(dòng)力下將引導(dǎo)到所述桶體的所述至少部分熔融的材料朝向所述擠壓末端驅(qū)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵系統(tǒng)，其中所述固體材料設(shè)置為絲狀體， 并且所述輸送組件包括多個(gè)嚙合齒輪，其中，所述嚙合齒輪中的至少一個(gè)是與所述第一驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)能夠操作地接合的所述輸送組件的一部分；第一驅(qū)動(dòng)輥，所述第一驅(qū)動(dòng)輥與所述多個(gè)嚙合齒輪中的第一齒輪軸向 接合；和第二驅(qū)動(dòng)輥，所述第二驅(qū)動(dòng)輥與所述多個(gè)嚙合齒輪中的第二齒輪軸向 接合，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)輥和所述第二驅(qū)動(dòng)輥被構(gòu)造成接合所述絲狀體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵系統(tǒng)，其中所述第二驅(qū)動(dòng)輥被偏置以響 應(yīng)于所述絲狀體的阻力的變化而改變所述第一驅(qū)動(dòng)輥和所述第二驅(qū)動(dòng)輥 之間的夾緊力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵系統(tǒng)，其中所述液化器包括與所述葉輪大致同心的圓柱形腔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的泵系統(tǒng)，其中所述液化器包括螺旋形擋板。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵系統(tǒng)，其中所述葉輪至少部分地限定所 述桶體中的增壓區(qū)和運(yùn)輸區(qū)，所述運(yùn)輸區(qū)與所述液化器相鄰，而所述增壓 區(qū)與所述擠壓末端相鄰。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵系統(tǒng)，還包括外部溫度控制系統(tǒng)，所述外 部溫度控制系統(tǒng)圍繞所述外殼的至少一部分延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的泵系統(tǒng)，其中所述液化器是第一液化器， 而所述固體材料是第一固體材料，其中，所述泵系統(tǒng)還包括第二液化器， 所述第二液化器固定到所述外殼并與所述桶體相交，所述第二液化器被構(gòu) 造成接收第二固體材料，以至少部分地熔化接收的所述第二固體材料，并 將至少部分熔融的第二材料引導(dǎo)到所述桶體。
9. 一種泵系統(tǒng)，用于擠壓作為絲狀體被提供的熱塑性材料，所述泵 系統(tǒng)包括一對驅(qū)動(dòng)輥，所述一對驅(qū)動(dòng)輥被構(gòu)造成供給所述絲狀體的連續(xù)部分； 外殼，所述外殼至少部分地限定桶體，所述桶體具有第一端和孔口； 液化器外殼，所述液化器外殼固定到所述外殼，并且限定液化器腔，所述液化器腔在所述桶體的所述第一端和所述桶體的所述孔口之間的位置處繞所述桶體圓周地延伸；供給通道，所述供給通道延伸通過所述液化器外殼，并且被構(gòu)造成將從所述一對驅(qū)動(dòng)輥供給的所述絲狀體的所述連續(xù)部分引導(dǎo)到所述液化器腔；擠壓末端，所述擠壓末端在所述桶體的所述第一端處固定到所述外 殼；禾口葉輪，所述葉輪延伸通過所述桶體，并且包括多個(gè)溝槽，所述溝槽至 少在所述液化器腔和所述桶體的所述第一端之間沿著所述葉輪的縱向軸 線在深度上變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵系統(tǒng)，其中所述一對驅(qū)動(dòng)輥中的至少 一個(gè)被偏置以響應(yīng)于所述絲狀體的阻力的變化而改變所述一對驅(qū)動(dòng)輥之 間的夾緊力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵系統(tǒng)，其中所述葉輪至少部分地限定所述桶體中的增壓區(qū)和運(yùn)輸區(qū)，所述運(yùn)輸區(qū)與所述液化器腔相鄰，而所述 增壓區(qū)與所述擠壓末端相鄰。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的泵系統(tǒng)，其中所述運(yùn)輸區(qū)至少在所述液 化器腔和所述孔口之間延伸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵系統(tǒng)，其中所述一對驅(qū)動(dòng)輥和所述葉 輪被構(gòu)造成由分開的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)操作。
14. 一種用于構(gòu)建三維物體的擠壓裝置，所述擠壓裝置包括 泵系統(tǒng)，所述泵系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；絲狀體輸送組件，所述絲狀體輸送組件與所述第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能 夠操作地接合，并且被構(gòu)造成在所述第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作動(dòng)力下供給熱 塑性材料的絲狀體；和螺桿泵，所述螺桿泵包括-外殼，所述外殼至少部分地限定所述螺桿泵的桶體； 擠壓末端，所述擠壓末端在所述桶體的第一端處固定到所述外殼；液化器，所述液化器固定到所述外殼，并且與所述桶體相交， 所述液化器包括供給通道，所述供給通道被構(gòu)造成接收從所述絲狀體輸送 組件供給的所述絲狀體；和葉輪，所述葉輪至少部分地延伸通過所述桶體； 桶架組件，所述桶架組件被構(gòu)造成在至少一個(gè)方向上移動(dòng)所述泵系統(tǒng)；第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)置在遠(yuǎn)離所述泵系統(tǒng)和所述 桶架組件的位置處；皮帶輪組件，所述皮帶輪組件被構(gòu)造成使所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與所述 泵系統(tǒng)的所述葉輪接合，從而允許所述葉輪在所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作 動(dòng)力下旋轉(zhuǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的擠壓裝置，其中所述皮帶輪組件包括 第一滑輪部，所述第一滑輪部包括第一滑輪；和第一驅(qū)動(dòng)皮帶，所述第一驅(qū)動(dòng)皮帶與所述第一滑輪和所述第二驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)接合，從而允許所述第一滑輪在所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的操作動(dòng)力下旋轉(zhuǎn)；第二滑輪部，所述第二滑輪部包括第二滑輪，所述第二滑輪軸向地連接到所述第一滑輪，從而允許 所述第一滑輪的旋轉(zhuǎn)使所述第二滑輪旋轉(zhuǎn)；和第二驅(qū)動(dòng)皮帶，所述第二驅(qū)動(dòng)皮帶與所述第二滑輪和所述葉輪接 合，從而允許所述第二滑輪的旋轉(zhuǎn)使所述葉輪旋轉(zhuǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的擠壓裝置，其中所述第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)被 構(gòu)造成減去所述桶架組件的運(yùn)動(dòng)，使得所述桶架組件的所述運(yùn)動(dòng)不使所述 葉輪旋轉(zhuǎn)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的擠壓裝置，其中所述絲狀體輸送組件包括多個(gè)嚙合齒輪，其中所述嚙合齒輪中的至少一個(gè)是與所述第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠操作地接合的所述絲狀體輸送組件的一部分；第一驅(qū)動(dòng)輥，所述第一驅(qū)動(dòng)輥與所述多個(gè)嚙合齒輪中的第一齒輪軸向接合；和第二驅(qū)動(dòng)輥，所述第二驅(qū)動(dòng)輥與所述多個(gè)嚙合齒輪中的第二齒輪軸向 接合，其中所述第一驅(qū)動(dòng)輥和所述第二驅(qū)動(dòng)輥被構(gòu)造成接合所述絲狀體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的擠壓裝置，其中所述第二驅(qū)動(dòng)輥被偏置以響應(yīng)于所述絲狀體的阻力的變化而改變所述第一驅(qū)動(dòng)輥和所述第二驅(qū) 動(dòng)輥之間的夾緊力。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的擠壓裝置，其中所述液化器包括與所述葉輪大致同心的圓柱形腔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的擠壓裝置，其中所述葉輪至少部分地限定所述桶體中的增壓區(qū)和運(yùn)輸區(qū)，所述運(yùn)輸區(qū)與所述液化器相鄰，而所述 增壓區(qū)與所述擠壓末端相鄰。
全文摘要
本發(fā)明公開一種泵系統(tǒng)(10)，包括輸送組件(22)，其被構(gòu)造成在第一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(16)操作動(dòng)力下供給固體材料；和螺桿泵(24)，所述螺桿泵包括至少部分地限定螺桿泵(10)的桶體(106)的外殼(84)、在桶體(106)的第一端處固定到外殼(84)的擠壓末端(82)、固定到外殼(84)并且與桶體(106)相交的液化器(85、342)、和至少部分地延伸通過桶體(106)的葉輪(94)。液化器(85、342)被構(gòu)造成接收從輸送組件(22)供給的固體材料，以至少部分地熔化接收的固體材料，并且將至少部分熔融的材料引導(dǎo)到桶體(106)，并且葉輪(94)被構(gòu)造成在第二驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(18)的操作動(dòng)力下將引導(dǎo)到桶體(106)的至少部分熔融的材料朝向擠壓末端(82)驅(qū)動(dòng)。
文檔編號B28B17/00GK101605641SQ200880004820
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者Jr·杰羅姆·K·格魯?shù)履? 史蒂文·M·布羅澤, 威廉姆·J·斯萬松, 約翰·塞繆爾·巴徹爾德, 羅伯特·L·斯庫比科, 詹姆斯·W·科姆 申請人:斯特拉塔西斯公司