Ленточный ожижитель для использования в экструзионных цифровых системах изготовления

Ленточный ожижитель для использования в экструзионных цифровых системах изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к прямым цифровым системам изготовления для изготовления трехмерных (3D) моделей. В частности, настоящее изобретение относится к ожижителям с экструзионной головкой для использования в экструзионных цифровых системах изготовления.

Экструзионная цифровая система изготовления (например, системы моделирования расплавленным осаждением, разработанные Stratasys, Inc., Eden Prairie, MN) используется для изготовления 3D модели из цифрового представления 3D модели послойным образом экструзией текучего расходуемого моделирующего материала. Моделирующий материал экструдируют через экструзионный наконечник, удерживаемый экструзионной головкой, и осаждается в виде последовательностей трасс на подложке в плоскости x-y. Экструдированный моделирующий материал плавится для предварительного осаждения моделирующего материала и твердеет в результате падения температуры. Далее положение экструзионной головки относительно подложки возрастает вдоль оси z (перпендикулярной плоскости x-y), и далее этот процесс повторяется для образования 3D модели, сходной с цифровым представлением.

Перемещение экструзионной головки относительно подложки выполняется под управлением компьютера в соответствии с данными изготовления, которые представляют 3D модель. Данные изготовления получают изначальным разделением цифрового представления 3D модели на множественные горизонтальные разделенные слои. Далее, для каждого разделенного слоя главный компьютер создает маршрут изготовления для осаждения трасс моделирующего материала для образования 3D модели.

При изготовлении 3D моделей осаждением слоев моделирующего материала, поддерживающие слои или структуры обычно изготавливаются под нависающими участками или в полостях объектов, находящихся в процессе изготовления, которые не поддерживаются самим моделирующим материалом. Опорная структура может быть изготовлена с использованием тех же технологий осаждения, с помощью которых моделирующий материал осаждается. Главный компьютер создает дополнительную геометрию, действующую в качестве опорной структуры для нависающих сегментов или сегментов свободного пространства образуемой 3D модели. Расходуемый опорный материал далее осаждается из второго сопла в соответствии с созданной геометрией во время процесса изготовления. Опорный материал прилипает к моделирующему материалу во время изготовления, при этом он является удаляемым из готовой 3D модели при завершении процесса изготовления.

Раскрытие изобретения

Аспект настоящего изобретения относится к ленточному ожижителю для использования в экструзионной цифровой системе изготовления, имеющему приводной механизм и теплопроводящий компонент. Ленточный ожижитель включает внешний участок ожижителя, выполненный с возможностью принимать тепловую энергию от теплопроводящего компонента, и канал, по меньшей мере частично определенный внешним участком ожижителя. Канал имеет размеры, который выполнены с возможностью принимать ленточное волокно, причем ленточный ожижитель выполнен с возможностью плавить ленточное волокно, принятое в канале, до по меньшей мере экструдируемого состояния с помощью принятой тепловой энергии для обеспечения потока расплава. Дополнительно, размеры канала дополнительно выполнены с возможностью приведения потока расплава от осеасимметричного потока к по существу осесимметричному потоку в экструзионном наконечнике, соединенном с ленточным ожижителем.

Другой аспект настоящего изобретения относится к ленточному ожижителю для использования в экструзионной цифровой системе изготовления, имеющему приводной механизм и теплопроводный компонент, причем ленточный ожижитель включает внешнюю трубку, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и причем внешняя поверхность внешней трубки выполнена с возможностью зацеплять теплопроводный компонент. Ленточный ожижитель также включает участок сердцевины, размещенный внутри внешней трубки и имеющий внешнюю поверхность, и прокладочный компонент, размещенный между внешней трубкой и участком сердцевины. Прокладочный компонент имеет зазор, который продолжается вдоль продольной длины прокладочного компонента, причем зазор определяет канал между внутренней поверхностью внешней трубки и внешней поверхностью участка сердцевины. Канал имеет размеры, которые выполнены с возможностью принимать ленточное волокно, причем внешняя поверхность участка сердцевины выполнена с возможностью обеспечивать поддерживающую опору ленточному волокну, когда приводной механизм зацеплен с ленточным волокном.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу изготовления трехмерной модели в экструзионной цифровой системе изготовления. Способ включает этап, на котором приводят в движение ленточное волокно через канал ленточного ожижителя, причем ленточный ожижитель дополнительно включает внешний участок ожижителя, который по меньшей мере частично определяет канал. Способ также включает этапы, на которых плавят ленточное волокно в канале до экструдируемого состояния для обеспечения потока расплава, причем размеры канала приводят поток расплава к осеасимметричному потоку, и экструдируют расплавленный поток из экструзионного наконечника ленточного ожижителя, причем поток расплава имеет по существу осесимметричный поток в экструзионном наконечнике.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 представляет собой вид спереди экструзионной цифровой системы изготовления, которая включает ленточный ожижитель для плавления принятых ленточных волокон моделирующего и опорного материалов.

ФИГ.2 представляет собой вид сверху в перспективе подузла экструзионной головки, который включает ленточный ожижитель, зацепляемый с приводным механизмом и термоблоком.

ФИГ.3 представляет собой вид в перспективе ленточного ожижителя, который включает внешнюю трубку с отверстиями.

ФИГ.4А представляет собой вид в разрезе 4А-4А, взятом на ФИГ.3.

ФИГ.4В представляет собой вид в разрезе 4В-4В, взятом на ФИГ.3.

ФИГ.4С представляет собой вид в разрезе 4С-4С, взятом на ФИГ.3.

ФИГ.5 представляет собой разобранный вид в перспективе ленточного ожижителя.

ФИГ.6 представляет собой вид сбоку ленточного ожижителя при использовании с приводным механизмом, имеющим вращаемый шкив для принятия, плавления и экструзии ленточного волокна.

ФИГ.7 представляет собой вид сбоку ленточного ожижителя при использовании с альтернативным приводным механизмом, имеющим механизм резьбового вращаемого вала для принятия, плавления и экструзии ленточного волокна.

ФИГ.8А представляет собой вид в разрезе ленточного волокна в уравновешенном, неизогнутом состоянии.

ФИГ.8В представляет собой вид в разрезе ленточного волокна в изогнутом состоянии.

ФИГ.9 представляет собой вид в перспективе первого альтернативного ленточного ожижителя, который включает открытую сверху конструкцию.

ФИГ.10 представляет собой альтернативный вид в разрезе 4С-4С, иллюстрирующий второй альтернативный ленточный ожижитель, который включает недугообразный канал для приема ленточного волокна.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к ленточному ожижителю для использования в экструзионных цифровых систем изготовления, причем ленточный ожижитель выполнен с возможностью приема ленточных волокон моделирующих и/или опорных материалов. В контексте настоящего документа выражение «ленточное волокно» относится к нити материала, имеющего нецилиндрическую геометрию, например прямоугольное и/или ленточное поперечное сечение. Это отличает его от «цилиндрического волокна», которое имеет круглый профиль поперечного сечения. Использование ленточного волокна в совокупности с ленточным ожижителем позволяет моделирующий и опорный материалы плавить и экструдировать с уменьшенным временем реакции. Это является благоприятным для улучшения точности осаждения и уменьшения времени изготовления, тем самым увеличивая эффективность процесса изготовления 3D моделей и соответствующих опорных структур с помощью ленточного ожижителя.

ФИГ.1 представляет собой вид спереди системы 10, которая представляет собой экструзионную цифровую систему изготовления, которая включает камеру 12 изготовления, плиту 14, балку 16, экструзионную головку 18 и источники 20 и 22 питания, причем экструзионная головка 18 может включать один или более ленточных ожижителей (не показаны на ФИГ.1) для плавления последовательных участков ленточных волокон (не показаны на ФИГ.1) во время операции изготовления с помощью системы 10. Целесообразные экструзионные цифровые системы изготовления для систем 10 включают системы моделирования расплавленным осаждением, разработанные Stratasys, Inc., Eden Prairie, MN.

Камера 12 изготовления представляет собой закрытую среду, который содержит плиту 14, балку 16 и экструзионную головку 18 для создания 3D модели (называемой 3D модели 24) и соответствующей опорной структуры (называемой опорной структурой 26). Плита 14 представляет собой платформу, на которой изготавливают 3D модель 24 и опорную структуру 26, и перемещается вдоль вертикальной оси z, основываясь на сигналах, обеспеченных управляемым компьютером контроллером (называемым контроллером 28). Балка 16 представляет собой систему направляющих рельс, выполненную с возможностью перемещать экструзионную головку 18 в горизонтальной плоскости x-y в пределах камеры 12 изготовления, основываясь на сигналах, обеспеченных контроллером 28. Горизонтальная плоскость x-y представляет собой плоскость, определенная осью x и осью y (не показаны на ФИГ.1), где ось x, ось y и ось z ортогональны друг другу. В альтернативном варианте выполнения плита 14 может быть выполнена с возможностью перемещаться в горизонтальной плоскости x-y в пределах камеры 12 изготовления, и экструзионная головка 18 может быть выполнена с возможностью перемещаться вдоль оси z. Другие подобные конструкции могут также быть использованы так, что одна или обе из плиты 14, и экструзионной головки 18 являются подвижными относительно друг друга.

Экструзионная головка 18 поддерживается балкой 16 для изготовления 3D модели 24 и опорной структуры 26 на плите 14 послойным образом, основываясь на сигналах, обеспеченных контроллером 30. Экструзионная головка 18 включает подузлы 30 и 32, каждый из которых целесообразно включает ленточный ожижитель настоящего изобретения. Соответственно, подузел 30 выполнен с возможностью принимать и плавить последовательные участки ленточного волокна моделирующего материала с помощью первого ленточного ожижителя (не показан на ФИГ.1), и подузел 32 выполнен с возможностью принимать и плавить последовательные участки ленточного волокна опорного материала с помощью второго ленточного ожижителя (не показан на ФИГ.1).

Ленточное волокно моделирующего материала может быть обеспечено подузлу 30 от источника 20 питания по маршруту 34. Подобным образом, ленточное волокно опорного материала может быть обеспечено подузлу 32 от источника 22 питания по маршруту 36. Система 10 также может включать дополнительные приводные механизмы (не показаны), выполненные с возможностью содействовать подаче ленточных волокон от источников 20 и 22 питания для подузлов 30 и 32. Источники 20 и 22 питания представляют собой источники (например, намотанные контейнеры) для моделирующего и опорного ленточных волокон, и целесообразно удерживаются в положении, удаленном от камеры 12 изготовления. Пригодные узлы для источников 20 и 22 питания раскрыты в патенте США №6923634, Swanson и др.; патенте США №7122246, Comb и др.; и публикации заявки на патент США 2010/0096485 и 2010/0096489, Taatjes и др.

Во время операции изготовления балка 16 перемещает экструзионную головку 18 в горизонтальной плоскости x-y внутри камеры 12 изготовления, при этом ленточные волокна подаются в узлы 30 и 32. Подузел 30 термически плавит последовательные участки принятого ленточного волокна моделирующего материала, тем самым позволяя расплавленному материалу экструдироваться для изготовления 3D модели 24. Подобным образом, подузел 32 термически плавит последовательные участки ленточного волокна опорного материала, тем самым позволяя расплавленному материалу экструдироваться для изготовления опорной структуры 26. Каждый из задних нерасплавленных участков ленточных волокон может функционировать как поршень с вязкостно-нагнетательным воздействием для экструзии расплавленного материала из соответственных подузлов 30 и 32.

Экструдированные моделирующий и опорный материалы далее осаждаются на плиту 14 для изготовления 3D модели 24 и опорной структуры 26, используя слоевую аддитивную технологию. Опорная структура 26 целесообразно осаждается для обеспечения вертикальной опоры вдоль оси z для нависающих областей слоев 3D модели 24. Это позволяет изготавливать 3D модели 24 с различными геометриями. После завершения операции изготовления получившаяся модель 3D 24/опорная структура 26 может быть удалена из камеры 12 изготовления, и опорная структура 26 может быть удалена от 3D модели 24.

ФИГ.2 представляет собой вид сверху в перспективе подузла 30 экструзионной головки 18, причем следующее далее обсуждение подузла 30 равно применимо к подузлу 32 (показанному на ФИГ.1). Как показано на ФИГ.2, подузел 30 включает ленточный ожижитель 38, термоблок 40 и приводной механизм 42, причем приводной механизм 42 подает последовательные механизмы ленточного волокна 44 через ленточный ожижитель 38. В показанном варианте выполнения ленточный ожижитель 38 включает ряд кольцеобразных трубок, продолжающихся между верхним концом 48 и нижним концом 50. Верхний конец 48 и нижний конец 50 являются противоположным концам ленточного ожижителя 38 вдоль продольной оси 46, причем верхний конец 48 выполнен с возможностью принимать ленточное волокно 44 в изогнутом состоянии. Когда подузел 30 устанавливается в системе 10 (показанной на ФИГ.1), продольная ось 46 соответствует вертикальной оси z. Как показано на ФИГ.2, кольцеобразные трубки ленточного ожижителя 38 продолжаются через приводной механизм 42 и термоблок 40 вдоль продольной оси 46.

Ленточный ожижитель 38 также включает экструзионный наконечник 52, которая представляет собой наконечник небольшого диаметра, который размещен на нижнем конце 50 и выполнен с возможностью экструдировать расплавленный материал ленточного волокна 44 с требуемой шириной трассы. В одном варианте выполнении экструзионный наконечник 52 является прикрепляемым с возможностью удаления к одной или более кольцеобразным трубкам на нижнем конце 50, тем самым позволяя множественным экструзионным наконечникам 52 использоваться с возможностью замены. Примеры пригодных внутренних диаметров наконечника для экструзионного наконечника 52 находятся в пределах от около 125 микрометров (около 0,005 дюймов) до около 510 микрометров (около 0,020 дюймов).

Термоблок 40 представляет собой теплопроводный компонент, который продолжается вокруг по меньшей мере участка ленточного ожижителя 38 и выполнен с возможностью проводить тепло к ленточному ожижителю 38 и принятому ленточному волокну 44. Примеры пригодных теплопроводных компонентов для термоблока 40 включают раскрытые в патенте США №6004124, Swanson и др.; патенте США №6547995, Comb; публикации U.S. №2007/0228590; и публикации заявки на патент №2009/0273122, Batchelder и др. В альтернативных вариантах выполнения термоблок 40 может быть заменен множеством различных теплопроводных компонентов, которые создают перепады температур вдоль продольной оси 46.

Приводной механизм 42 включает опорную пластину 54, базовый блок 56 и шкив 58, причем шкив 58 крепится с возможностью вращения между опорной пластиной 54 и базовым блоком 56. Опорная пластина 54 и базовый блок 56 представляют собой опорные компоненты приводного механизма 42, при этом одна или обе из опорной пластины 54 и базового блока 56 могут быть прикреплены к экструзионной головке 18 (показанной на ФИГ.1). Шкив 58 представляет собой вращаемый компонент, который приводит в движение последовательные участки ленточного волокна 44 через ленточный ожижитель 38 с помощью использования поверхности с внутренней резьбой (не показанной на ФИГ.2). Примеры пригодных приводных механизмов для приводного механизма 42 включают механизмы, раскрытые в публикации заявок на патент №2009/0274540 и 2009/0273122, Batchelder и др.

Во время операции изготовления в системе 10 (показанной на ФИГ.1) ленточное волокно 44 целесообразно изгибается в изогнутое состояние для выравнивания с ленточным ожижителем 38. Далее изогнутое ленточное волокно 44 может быть погружено в ленточный ожижитель 38 на верхнем конце 48 (представленном стрелкой 60) для зацепления с поверхностью с внутренней резьбой шкива 58. Шкив 58 далее вращается (вращение представлено стрелкой 62), основываясь на сигналах, обеспеченных контроллером 28 (показанным на ФИГ.1). Вращение шкива 58 соответственно вращает поверхность с внутренней резьбой шкива 58, которая приводит в движение последовательные участки ленточного волокна 44 через ленточный ожижитель 38.

Когда ленточное волокно 44 проходит через ленточный ожижитель 38, перепад температур, созданный термоблоком 40, плавит материал ленточного волокна 44 внутри ленточного ожижителя 38 до по меньшей мере экструдируемого состояния. Задний нерасплавленный участок ленточного волокна 44, приводимый в движение приводным механизмом 42, функционирует как поршень с вязкостно-нагнетательным воздействием на расплавленный материал между нерасплавленным участком и стенками ленточного ожижителя 38, тем самым экструдируя расплавленный материал из экструзионного наконечника 52. Далее, экструдированный материал может быть осажден в виде трасс для образования 3D модели 24 послойным образом.

Как дополнительно показано на ФИГ.2, верхний конец 48 ленточного ожижителя 38 размещен в заднем положении вдоль продольной оси 46 относительно приводного механизма 42. В силу этого, ленточное волокно 44 может входить в ленточный ожижитель 38 во впускной области (называемой впускной областью 64) до зацепления с приводным механизмом 42 и может непрерывно поддерживаться ленточным ожижителем 38 во время и после зацепления с приводным механизмом 42. Это уменьшает риск прерывания операции изготовления с помощью экструзионной головки 18, и может позволять достигать более высоких движущих сил, так как ленточный волокно 44 поддерживается неизгибаемым.

Профили в поперечном сечении ленточного ожижителя 38 и ленточного волокна 44 позволяют плавить ленточное волокно 44 и экструдировать из экструзионной головки 18 с уменьшенным временем реакции по сравнению с цилиндрическими волокнами и ожижителями. Как описано в предварительной заявке на патент США №61/247067; и заявке на патент США №12/612,333 под названием “Non-Cylindrical Filament For Use In Extrusion-Based Digital Manufacturing Systems”, предполагается, что профили в поперечном сечении ленточного ожижителя 38 и ленточного волокна 44 эффективно удаляют сердцевину, которая связана с цилиндрическим волокном, имеющим круглое поперечное сечение. Это позволяет плавить ленточное волокно 44 и экструдировать из экструзионной головки 18 с уменьшенным временем реакции, что может соответственно увеличивать эффективности процесса в системе 10 для изготовления 3D модели 24 и/или опорной структуры 26.

Например, уменьшенное время реакции может увеличивать точность положений запуска и остановки для осаждаемых трасс моделирующего и опорного материалов. Во время операции изготовления для образования слоя 3D модели (например, 3D модели 24), экструзионная головка (например, экструзионная головка 18) перемещается в горизонтальной плоскости x-y и осаждает расплавленный моделирующий материал. После завершения данной конфигурации осаждения, экструзионная головка останавливает осаждение моделирующего материала. Оно завершается удержанием волокна от подачи в ожижитель экструзионной головки, тем самым прекращая вязкостно-нагнетательное воздействие волокна.

Однако время реакции от момента, когда экструзионная головка останавливает погружение волокна в ожижитель и до момента, когда моделирующий материал по существу останавливает экструзию из экструзионной головки, не является мгновенным. Наоборот, существует задержка, которая основана на таких параметрах, как термические свойства ожижителя, состав волокна и, как описано ниже, профиль в поперечном сечении канала волокна и ожижителя. Подобным образом, также существует задержка времени реакции, связанная с переходом из состояния нулевого потока в состояние стабильного потока. Ожижители и волокна, которые требуют большое время реакции, увеличивают эти задержки, тем самым потенциально уменьшая точности осаждения. Уменьшение времени реакции, однако, может улучшать эстетическое и конструкторское качества полученной 3D модели особенно при изготовлении 3D моделей, содержащих высококачественные признаки.

Например, уменьшенное время реакции для системы 10 может регулировать ускорение балки 16 в пригодных положениях вблизи позиций начала и конца осаждения. Это может повышать способность закрывать трещины каждого слоя, что может увеличивать качество детали. Дополнительно, время реакции определяет, насколько балка 16 может быть отклонена от постоянной тангенциальной скорости, когда балка 16 перемещается под углом в плоскости x-y. В результате, уменьшенное время реакции позволяет экструзионной головке 18 достигать больших ускорений и замедлений на повороте. Это может уменьшать время изготовления, требуемое для изготовления 3D моделей и опорных структур приблизительно таким же образом, как при поворачивании гоночного автомобиля, что является важными для уменьшения времени гонки.

ФИГ.3 представляет собой развернутый вид в перспективе ленточного ожижителя 38, который включает внешнюю трубку 66, трубку 68 сердцевины и прокладочный компонент 70. Как показано, прокладочный компонент 70 размещен по окружности между внешней трубкой 66 и трубкой 68 сердцевины так, что внешняя трубка 66, трубка 68 сердцевины и прокладочный компонент 70 определяют канал 72, продолжающийся вдоль продольной оси 46 между верхним концом 48 и нижним концом 50. Как обсуждается ниже, канал 72 представляет собой участок ленточного ожижителя 38, который принимает ленточное волокно 44 (показанное на ФИГ.2).

Каждая из внешней трубки 66, трубки 68 сердцевины и прокладочного компонента 70 может быть изготовлен из множества материалов, которые целесообразно способны выдерживать тепловую энергию от термоблока 40 и любую повышенную температуру камеры 12 изготовления (показанной на ФИГ.1). Пригодные материалы для изготовления каждой из внешней трубки 66, трубки сердцевины 68 и прокладочного компонента 70 включают теплопроводные металлические материалы, например нержавеющую сталь.

Внешняя трубка 66 представляет собой внешний участок ленточного ожижителя 38, который включает внешнюю поверхность 74, которая продолжается вдоль продольной оси 46 между верхним концом 48 и нижним концом 50. В показанном варианте выполнения внешняя трубка 66 имеет цилиндрическое поперечное сечение. В альтернативных вариантах выполнения внешняя трубка 66 может быть заменена трубками, имеющими различные геометрии поперечного сечения. Соответственно, используемое здесь выражение «трубка» включает множество полых геометрий, например цилиндрические геометрии, эллиптические геометрии, полигональные геометрии (например, прямоугольные и квадратные геометрии), аксиально суженные геометрии и т.п. Внешняя поверхность 74 представляет собой участок внешней трубки 66, который контактирует с термоблоком 40 для создания перепада температур вдоль ленточного ожижителя 38. Перепад температур создает температурный профиль в ленточном волокне 44 вдоль продольной оси 46, который плавит последовательные участки ленточного волокна 44, когда ленточное волокно 44 приводится в движение через ленточный ожижитель 38.

Как дополнительно показано на ФИГ.3, внешняя трубка 66 также включает отверстие 76 и нагреваемую длину 78. Отверстие 76 представляет собой боковое отверстие во внешней трубке 66 между внутренней областью 64 и нагреваемой длиной 78. Как обсуждается ниже, отверстие 76 позволяет шкиву 58 (показанному на ФИГ.2) зацеплять ленточное волокно 44 после того, как ленточное волокно 44 погружается в канал 72. Это позволяет поверхности с внутренней резьбой шкива 58 приводить в движение ленточное волокно 44 по направлению нагреваемой длины 78.

Размеры отверстия 76 могут быть изменены в зависимости от размеров ленточного волокна 44 и от используемого приводного механизма (например, приводного механизма 42). Например, длина отверстия 76 вдоль продольной оси 46 (называемой длиной 80 отверстия) может быть изменена в зависимости от размеров поверхности с внутренней резьбой шкива 58. Примеры пригодных длин для длины 80 отверстия находятся в пределах от около 1,25 миллиметров (около 0,05 дюймов) до около 25,0 миллиметров (около 1,0 дюймов), причем особо пригодные длины 64 находятся в пределах от около 5,1 миллиметров (около 0,2 дюймов) до около 12,7 миллиметров (около 0,5 дюймов).

Нагреваемая длина 78 представляет собой область вдоль внешней трубки 66, в которой перепад температур, созданный термоблоком 40 (показанным на ФИГ.2) выполняется для плавления ленточного волокна 44. Нагреваемая длина 78 целесообразно продолжается вдоль продольной длины внешней трубки 66 ниже отверстия 76, тем самым предотвращая плавление ленточного волокна 44 при зацеплении со шкивом 58. Соответственно, нагреваемая длина 78 целесообразно продолжается вдоль продольной длины внешней трубки 66 между отверстием 76 и нижним концом 50/экструзионным наконечником 52. В одном варианте выполнения экструзионная головка 18 (показанная на ФИГ.1) также может включать распределитель воздушного потока (не показан), выполненный с возможностью направлять охлаждающий воздух по направлению к верхнему концу 48 и/или отверстию 76 для дополнительного уменьшения риска воздействия перепада температур на ленточное волокно 44 в отверстии 76.

Пригодные размеры для нагреваемой длины 78 для размещения между отверстием 76 и нижним концом 50 (называемой длиной 82) могут быть изменены в зависимости от свойств теплопроводности термоблока 40, толщины и материала внешней трубки 66 и толщины, материала и скорости перемещения ленточного волокна 44. Примеры пригодных длин для длины 82 находятся в пределах от около 13 миллиметров (около 0,5 дюймов) до около 130 миллиметров (около 5,0 дюймов), причем особо пригодные длины 88 находятся в пределах от около 25 миллиметров (около 1,0 дюймов) до около 51 миллиметра (около 2,0 дюймов).

Трубка 58 сердцевины представляет собой участок сердцевины ленточного ожижителя 38 и размещена внутри внешней трубки 66 между верхним концом 48 и нижним концом 50. Как показано, трубка 68 сердцевины включает внешнюю поверхность 84, которая открыта в отверстии 76. Тогда как показана в виде полой трубки, множество альтернативных участков сердцевины может быть использовано вместо трубки 68 сердцевины, например неполые, заполненные участки сердцевины. Эти варианты выполнения могут быть благоприятны для упрочнения боковой опоры для ленточного волокна 44 при зацеплении с приводным механизмом 40. Тем не менее, использование полой трубки (например, трубки 68 сердцевины) для участка сердцевины является благоприятным для уменьшения веса ленточного ожижителя 38 и может позволять закреплять здесь электрический и/или термальный компоненты. Например, один или более дополнительных теплопроводных компонентов (не показаны) могут быть закреплены внутри трубки 68 сердцевины для содействия термоблоку 40 в создании перепада температур вдоль продольной оси 46. В этих вариантах выполнения трубка 68 сердцевины целесообразно имеет толщину стенки, которая является достаточной для поддержания ленточного волокна 44 при зацеплении с приводного механизма 42 (например, по меньшей мере около 0,25 миллиметров (около 0,01 дюйма)). Более того, как описано выше для внешней трубки 66, трубка 68 сердцевины также может быть заменена трубками, имеющими различные геометрии поперечного сечения.

Прокладочный компонент 70 представляет собой С-образный компонент, закрепленный между внешней трубкой 66 и трубкой 68 сердцевины, а также продолжается между верхним концом 48 и нижним концом 50. Как обсуждается ниже, прокладочный компонент 70 включает зазор, продолжающийся между верхним концом 48 и нижним концом 50 и по существу выровнен с отверстием 76. Зазор прокладочного компонента 70 между внешней трубкой 66 и трубкой 68 сердцевины определяет канал 72, который имеет дугообразное поперечное сечение и по существу выровнен с отверстием 76. Эта конструкция позволяет приводному механизму 42 зацеплять ленточное волокно 44, тогда как ленточное волокно 44 продолжается через канал 72, причем участок внешней поверхности 84 в отверстии 76 может функционировать как боковая поддерживающая опора для ленточного волокна 44 при зацеплении с приводным механизмом 42.

Во время изготовления подузла 30 (показанного на ФИГ.1 и 2), ленточный ожижитель 38 может быть закреплен внутри термоблока 40 так, что отверстие 76 продолжается выше термоблока 40. Как обсуждается выше, это целесообразно ограничивает нагреваемую длину 78 положением ниже отверстия 76. Ленточный ожижитель 38 может быть закреплен внутри термоблока 40 различными образами. В одном варианте выполнения термоблок 40 может быть разделен (или иначе открыт) для обеспечения прямого доступа внутрь термоблока 40. Далее, ленточный ожижитель 38 может быть вставлен внутрь термоблока 40, и термоблок 40 может быть снова собран (или иначе закрыт) для обеспечения хорошего теплопроводного контакта между внешней трубкой 66 ленточного ожижителя 38 и термоблоком 40. Экструзионный наконечник 52 также может быть прикреплен к внешней трубке 66 на нижнем конце 50. Ленточный ожижитель 38 также может быть прикреплен к приводному механизму 42 таким образом, чтобы обеспечивать зацепление поверхности с внутренней поверхностью шкива 58 с ленточным ожижителем 38 в отверстии 76.

Во время работы размеры канала 72 выполнены с возможностью приводить поток расплава расплавленного материала ленточного волокна 44 к осеасимметричному потоку, который в этом примере представляет собой дугообразный поток. Однако, в результате достижения экструзионного наконечника 52, этот поток расплава изменяется в по существу осесимметричный поток для экструзии. Эти отличает его от цилиндрического ожижителя, в котором поток расплава остается в виде осесимметричного потока в цилиндрическом ожижителе и в экструзионном наконечнике.

ФИГ.4А-4С представляют собой вид в разрезах 4А-4А, 4 В-4 В и 4С-4С, соответственно взятых на ФИГ.3. Разрез, показанный на ФИГ.4А, иллюстрирует впускную область 64. Как показано, внешняя трубка 66 дополнительно включает внутреннюю поверхность 86, причем внутренняя поверхность 86 определяет внутренний диаметр внешней трубки 66 (называемый внутренним диаметром 86d). Примеры пригодных средних диаметров для внутреннего диаметра 86d находятся в пределах от около 3,8 миллиметров (около 0,15 дюймов) до около 10,2 миллиметров (около 0,40 дюймов), причем особо пригодные диаметры находятся в пределах от около 5,1 миллиметров (около 0,2 дюймов) до около 7,6 миллиметров (около 0,30 дюймов).

Соответственно, внешняя поверхность 74 определяет внешний диаметр внешней трубки 66 (называемый внешним диаметром 74d). Внешний диаметр 74d может быть изменен в зависимости от толщины стенки внешней трубки 66 и внутреннего диаметра 86d и целесообразно позволяет вставлять внешнюю трубу 66 посредством опорной пластины 54, шкива 58 и базового блока 56 приводного механизма 42 (показанных на ФИГ.2) и закреплять одной или обоими из опорной пластины 54 и базового блока 56. Соответственно, примеры пригодной средней толщины стенки для трубки 66 ожижителя (т.е. разницы между внешним диаметром 74d и внутренним диаметром 86d) находятся в пределах от около 1,3 миллиметров (около 0,05 дюймов) до около 7,6 миллиметров (около 0,3 дюймов), причем особо пригодные толщины находятся в пределах от около 2,5 миллиметров (около 0,10 дюймов) до около 5,1 миллиметров (около 0,20 дюймов).

Как дополнительно показано на ФИГ.4А, внешняя поверхность 84 трубки 68 сердцевины определяет внешний диаметр трубки 68 сердцевины (называемый внешним диаметром 84d). Разница между внутренним диаметром 86d внешней трубки 66 и внешним диаметром 84d трубки 68 сердцевины соответственно определяет толщину канала 72 (называемая толщиной 88 канала). Примеры пригодных размеров для толщины 88 канала находятся в пределах от около 0,25 миллиметров (около 0,01 дюймов) до около 2,5 миллиметров (около 0,10 дюймов), причем особо пригодные толщины находятся в пределах от около 0,52 миллиметров (около 0,02 дюймов) до 2,0 миллиметров (около 0,08 дюймов), и причем еще более пригодные толщины находятся в пределах от около 0,76 миллиметров (около 0,03 дюймов) до около 1,8 миллиметров (около 0,07 дюймов). Так как канал 72 определен отчасти зазором в прокладочном компоненте 70, прокладочный компонент 70 также имеет толщину, соответствующую толщине 88 канала.

В показанном варианте выполнения канал 72 также имеет дугообразную ширину, продолжающуюся поперечно зазору в прокладочном компоненте 70, который целесообразно соответствует размерам ленточного волокна 44 в изогнутом состоянии. Дугообразная ширина может быть измерена углом (называемым углом α) от радиально-концентрической позиции канала 72, например показанной на ФИГ.4А. Примеры пригодных углов для угла α находятся в пределах от около 30 градусов до около 180 градусов, причем особо пригодные углы находятся в пределах от около 45 градусов до около 130 градусов, и причем даже более особо пригодные углы находятся в диапазоне от около 60 градусов до около 90 градусов.

Альтернативно, ширина канала 72 может быть измерена, основываясь на прямоугольной геометрии, а не его дугообразной геометрии. Примеры пригодных размеров для ширины канала 72 находятся в пределах от около 1,0 миллиметра (около 0,04 дюймов) до около 12,7 миллиметров (около 0,50 дюймов), причем особо пригодные ширины находятся в пределах от около 3,0 миллиметров (около 0,12 дюймов) до около 10,1 миллиметров (около 0,40 дюймов), и причем еще более особо пригодные ширины находятся в пределах от около 3,8 миллиметров (около 0,15 дюймов) до около 6,4 миллиметров (около 0,25 дюймов).

Как обсуждается выше, могут быть выбраны аспектные отношения ленточного ожижителя 38 и ленточного волокна 44 для эффективного удаления сердцевины, которая связана с заготовкой волокна, имеющей круглое поперечное сечение. Это позволяет ленточному ожижителю 38 достигать уменьшенное время реакции по сравнению с цилиндрическими ожижителями, имеющими такие же объемные скорости потока. В частности, как раскрыто в предварительно заявке на патент США №61/247067; и заявке на патент США №12/612333 под названием “Non-Cylindrical Filament For Use In Extrusion-Based Digital Manufacturing Systems”, высокие аспектные отношения особо пригодны для уменьшения скорости реакции. Соответственно, примеры целесообразных аспектных отношений ширины канала 72 к толщине 88 канала включают аспектные отношения около 2:1 или более.

В некоторых ситуациях аспектные отношения, которые являются слишком большими, могут прикладывать нежелательные нагрузки на внешнюю поверхность 84 и ленточное волокно 44, а также может увеличивать сопротивление трения между ленточным волокном 44 и каналом 72. Соответственно, примеры особо пригодных аспектных отношений ширины канала 72 к толщине 88 канала находятся в пределах от около 2,5:1 до около 20:1, причем более особо пригодные аспектные отношения находятся в пределах от около 3:1 до около 10:1, и причем даже более особо пригодные аспектные отношения находятся в пределах от около 3:1 до около 8:1.

Может быть проведено дополнительное отличие от цилиндрических ожижителей посредством сравнения размеров, при которых тепловая энергия распространяется внутрь данного ожижителя. Тепловая энергия распространяется в цилиндрические волокна, принятые внутрь цилиндрических ожижителей, в двух направлениях, причем около 50% тепловой энергии распространяется вдоль первого размера (например, вдоль оси x) и около 50% тепловой энергии распространяется вдоль второго размера (например, вдоль оси y). Для сравнения, однако, большая часть тепловой энергии распространяется в ленточное волокно 44 в ожижителе 38 вдоль только одного размера. К тому же, это распространение в единственном направлении увеличивается аспектными отношениями ленточно