專利名稱：具有受控的材料進料的快速原型系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用以擠出為基礎的分層制造技術制造三維物體。更具體 地，本發(fā)明涉及利用供給驅(qū)動機構(gòu)的沉積成型系統(tǒng)，所述供給驅(qū)動機構(gòu)容 納各種直徑的細絲，本發(fā)明更有效地控制細絲的移動并更容易維護和修理。
背景技術：
三維模型用于包括美學判斷、證明數(shù)學計算機輔助涉及(CAD)模型、 形成硬質(zhì)工具、研究干擾和空間分布(interference and space allocation) 以及試驗功能性的功能。擠出為基礎的分層制造機器根據(jù)由CAD系統(tǒng)提供 的設計數(shù)據(jù)，通過從在預定圖案中的擠出頭擠出可固化的成型材料建造三 維模型?；蛘呤且后w或者是固體成型材料的進料被供給到擠出頭。 一種技 術用于以細絲束的形式供給成型材料。在成型材料的進料為固體形式的情 況下，液化器使得該進料為可流動的溫度以便于沉積。用于制造三維物體的以擠出為基礎的設備和方法披露在Valavaara的 美國專利No.4749347、 Crump的美國專利No.5121329、 Crump的美國專 利No.5340433、 Crump等人的美國專利No.5503785、 Danforth等人的美 國專利No.5900207、 Batchelder等人的美國專利No.5764521 、 Batchelder 等人的美國專利No.5968561、 Dahlin等人的美國專利No.6022207、 Stuffle 等人的美國專利No.6067480以及Batchelder等人的美國專利No.6085957 中，所有這些專利都轉(zhuǎn)讓給斯特拉塔西斯公司(Stratasys， inc.)，即本發(fā) 明的受讓人。在采用細絲供給的成型機器中，成型材料作為纏繞在巻軸上的柔性細 絲被裝入機器中，這例如披露在美國專利No.5121329中。當固化時利用 足夠的粘結(jié)劑粘附到前面的層上并且可以作為柔性材料供給的可固化的
材料用作成型材料。包括液化器和分配噴嘴的擠出頭接收細絲，在液化器中熔化細絲，并將熔化的成型材料從噴嘴中擠出到包含在建筑封套(build envelope)內(nèi)的基部上。成型材料一層一層地擠出在由CAD模型限定的區(qū) 域內(nèi)。被擠出的材料熔合到先前沉積的材料上并固化以形成表現(xiàn)(或類似) 該CAD模型的三維物體。在建造由溫度降低時熱固化的成型材料制成的模型中，建筑封套優(yōu)選是在沉積期間被加熱到剛好低于成型材料的固化溫 度，然后被逐漸冷卻以從材料釋放應力的腔室。如美國專利No.5866058中所披露的，此方法使得模型在建造時消除模型的應力，從而完成的模型 是無應力的并且具有非常小的變形。在通過沉積可固化材料形成三維物體中，支撐層或結(jié)構(gòu)在下面建造伸 出部分或建造在建造中不由模制材料本身支撐的物體的空腔內(nèi)。例如，如 果物體是地下洞穴的內(nèi)部的模型且洞穴原型由底到頂構(gòu)造，鐘乳石將需要 臨時支撐直到頂部完成。利用相同的沉積技術和設備可以建造支撐結(jié)構(gòu)， 且成型材料通過該沉積技術和設備被沉積。在適當?shù)能浖刂葡碌脑O備產(chǎn) 生作為用于正在形成的物體的伸出或自由空間部分的支撐結(jié)構(gòu)的另外的 幾何形狀。支撐材料或者由在成型設備中的分開的分配頭沉積，或者由沉 積成型材料的相同的分配頭沉積。支撐材料選擇為將在構(gòu)造期間粘附到成 型材料上并且可以從完成的物體上移除。已知成型材料和支撐材料的各種 組合，例如在美國專利No.5503785中披露的。在當前技術的Stratasys FDIV^三維成型機器(如在上述專利中披露 的，其采用細絲供給)中，包繞在線軸上的成型細絲巻通過將巻安裝到軸 上而裝入機器內(nèi)。細絲由熱塑性或蠟材料制成。通過由低摩擦系數(shù)材料制 成的導向管，使用者可以手動供給細絲束，將細絲從巻上解開直到細絲束 到達在擠出頭出的一對電機驅(qū)動的供給輥。相反， 一系列供給輥可以利用 并定位在細絲的巻或源的開始，沿供給通道并最終在擠出頭處進給在成型 機器內(nèi)的細絲束。需要進給、驅(qū)動或供給細絲束的力可以大體上時常需要 多達大約20磅的推力。細絲束最終由供給輥進給到由擠出頭承載的液化器內(nèi)。在液化器內(nèi)， 細絲被加熱到可流動的溫度。當供給輥繼續(xù)將細絲進給到擠出頭內(nèi)時，進 來的細絲束的力將可流動的材料從分配頭中擠出，在分配頭處，可流動的 材料被沉積到可移除地安裝在建筑平臺上的襯底上。從噴嘴擠出的材料的 流量是細絲進給到頭部的速度以及分配噴嘴孔板的尺寸的函數(shù)。在液化器 中也會存在污物部分，并且這些污物部分與細絲一起從噴嘴中擠出?；?污物部分的尺寸，污物部分可以局部或完全堵塞噴嘴，這形成比液化器中 的正常壓力水平大大約4一5倍的很大的壓力峰值。在此壓力峰值期間，供 給輥必須能夠繼續(xù)驅(qū)動細絲。控制器控制擠出頭在水平x、 y平面內(nèi)移動，控制建筑平臺在垂直z方 向上移動，并控制供給輥將細絲進給到頭部內(nèi)的速度。通過同時控制這些 處理變量，成型材料以希望的流速以"珠子"或"線路" 一層一層地沉積 在由CAD模型限定的區(qū)域內(nèi)。分配的成型材料在冷卻時固化以形成三維固為了控制器適當控制擠出頭的移動以形成希望的限定的三維固態(tài)物 體，供給輥必須以預定速度且細絲沒有滑動地恒定地供給或驅(qū)動細絲。在 供給輥中細絲的滑動在盡管供給輥旋轉(zhuǎn)但是細絲沒有以希望的速度進給 時出現(xiàn)。細絲滑動導致供給到擠出頭的成型材料減少，這又導致用于在限 定的時間和位置建造希望的三維模型的成型材料減少。這會導致三維模型 的建造不成功，即在建筑過程中，三維模型不是完好地構(gòu)造為所設計的部 分或由于缺少成型材料而會變形。為了防止細絲滑動，供給輥由尿烷制造并安裝在固定的軸上以壓向細 絲束和進給或驅(qū)動細絲束。然而，時間和由供給輥驅(qū)動的細絲束的直徑的 變化引起尿烷供給輥上的磨損，這最終導致供給輥不能將充分的壓力施加 在細絲束上以便在變化的條件下恒定地進給細絲束。特別地，當用于進給 細絲所需要的推力達到20磅的壓力時，該壓力經(jīng)常會超出尿烷供給輥能夠 施加到細絲上的力的大小，這導致細絲滑動并且甚至根本沒有以希望的速 度進給。由此，存在提供一種對用于容納具有變化的直徑的細絲、同時更加有 效地驅(qū)動供給輥以進給細絲的驅(qū)動裝置的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種沉積成型系統(tǒng)，所述沉積成型系統(tǒng)利用驅(qū)動機構(gòu)以供 給細絲束而形成模型。所述驅(qū)動機構(gòu)包括樞轉(zhuǎn)塊和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸的電機，該 樞轉(zhuǎn)塊可旋轉(zhuǎn)地連接到固定塊上。驅(qū)動輥連接到驅(qū)動軸上并且惰輥連接到 惰軸上，該惰軸在大體上垂直于樞轉(zhuǎn)塊相對于固定塊旋轉(zhuǎn)的方向上以及平 行于驅(qū)動軸的方向上從樞轉(zhuǎn)塊延伸。驅(qū)動輥進一步包括圍繞它的外圓周表 面的溝道，所述溝道包括用于驅(qū)動細絲束的一系列齒。


圖1是圖示使用分層擠出技術形成的模型及其支撐結(jié)構(gòu)的視圖；圖2A和2B分別是本發(fā)明的實施例的組裝透視圖和分解透視圖； 圖3是圖2A中的截面3 —3的前剖視圖； 圖4是沿圖2A中的4一4局部剖開的前剖視圖； 圖5是沿圖2A中的截面5 — 5的前剖視圖；圖6是剖視俯視圖，且完全示出了在圖2A中的截面6 — 6中的部分；圖7是圖6中的剖視俯視圖的局部放大視圖；圖8是本發(fā)明的驅(qū)動輥的實施例的側(cè)視圖；圖9是圖8中的截面9一9的前剖視圖；圖10是圖9中的前剖視圖的局部放大視圖；圖11是使用在在先技術的細絲驅(qū)動機構(gòu)中的在先技術供給輥的側(cè)視 圖；禾口圖12是圖11中的截面12 — 12的剖視圖。
具體實施方式
下面參照圖1中示出類型的沉積成型系統(tǒng)來描述本發(fā)明。圖1顯示了根 據(jù)本發(fā)明的擠出設備1，該擠出設備1建造由支撐結(jié)構(gòu)3支撐的模型2。擠出 設備1包括擠出頭4、材料接收基部5和材料供給件6。擠出頭4相對于基部5 在X和丫方向上移動，而基部5在垂直方向Z上移動。材料供給件6將材料的 進料供給到擠出頭4上。在所述的實施例中，材料的固態(tài)進料被供給到擠 出頭4，并在由擠出頭4承載的液化器7中被熔化。液化器7加熱進料材料到 稍微高于其固化點的溫度，這將進料材料還原到熔化的狀態(tài)。熔化的材料 通過液化器7的噴嘴8被擠出到基部5上。 擠出頭4的移動受到控制從而以多個通道和多層將材料沉積到基部5 上以建造三維模型2，并且在建造模型2時進一步建造限定成物理支撐模型 2的支撐結(jié)構(gòu)3。模型2和它的支撐結(jié)構(gòu)3在建筑腔室(沒有示出)內(nèi)建造在 基部5上，所述建筑腔室具有控制成促進熱固化的環(huán)境。沉積材料的第一 層粘附到基部5上，從而形成基礎，同時隨后的材料層彼此粘附。成型材料M被分配以形成模型2，且支撐材料S根據(jù)成型材料M的分配 被分配以形成支撐結(jié)構(gòu)3。為了方便，擠出設備1顯示為僅僅具有一個材料 供給件6。但應該理解的是，在本發(fā)明的實踐中，成型材料M和支撐材料S 作為來自分開的材料供給件的分開的材料進料提供給擠出設備1。擠出設 備1然后可適合兩種不同材料的分配，通過(1)提供兩個擠出頭，以供 供給有成型材料M，而另一個供給有支撐材料(如在Batchelder的美國專 利No.5968561中披露的)；(2)提供既供給有成型材料M又供給有支撐材 料S的單個擠出頭4，且單個噴嘴8用于分配這兩種材料(如在Crump的美 國專利No.5121329的圖6中示出的)；或(3)提供供給有兩種材料的單個 擠出頭，且每一種材料通過分開的噴嘴8分配(如在Crump等人的美國專 利No.5503785的圖6中示出的)。在上述實施例中，成型材料M和支撐材料S從擠出頭4在多個水平層上沉積為大體上連續(xù)的"路徑"，并以固態(tài)的形式被供給到擠出頭。本發(fā)明 旨在改進由材料供給件6提供到擠出設備1中的擠出頭4的進料的輸送。本發(fā)明的驅(qū)動機構(gòu)10的實施例顯示在圖2A和2B中。驅(qū)動機構(gòu)10由擠 出設備1的擠出頭4承載以接收和進給由材料供給件6提供的材料的進料。 驅(qū)動機構(gòu)10包括電機12、固定塊14和樞轉(zhuǎn)塊16。電機12和固定塊14由一 系列的緊固件被固定到電機安裝板17上。樞轉(zhuǎn)塊16由樞軸18可旋轉(zhuǎn)地連接 到固定塊14上，所述樞軸18容納在從固定塊14延伸的部件22的孔20內(nèi)。 緊固件24 (例如螺栓)通過樞轉(zhuǎn)塊16并固定到固定塊14上。緊固件24哦 鴕鳥滾過樞轉(zhuǎn)塊16內(nèi)的通孔56并且固定在固定塊14的帶螺紋的孔58內(nèi)。 緊固件24使得彈簧60處于通孔56內(nèi)。固定塊14包括驅(qū)動輥或輪26，所述驅(qū)動輥26安裝在驅(qū)動軸28上。驅(qū) 動軸28從固定塊14大體上平行于容納樞軸18的孔20延伸。驅(qū)動輥26具有 外圓周表面34。
惰輥或輪30安裝在惰軸32上，所述惰軸32從樞轉(zhuǎn)塊16延伸。惰輥30 包括上圓周表面36。惰軸32大體上平行于驅(qū)動軸28和樞軸18。惰軸32相 對于驅(qū)動軸28定位從而惰輥30的外表面與驅(qū)動輥26的外表面相對。細絲束38代表由材料供給件6提供的材料的進料。細絲束38由漏斗40 定向成處于驅(qū)動輥26的外表面34和惰輥36的外表面36之間。漏斗40可以 固定到固定塊14上以將細絲束38引導到驅(qū)動輥26和惰輥30之間。細絲束 38然后由驅(qū)動輥26和惰輥30引導到由擠出頭4承載的液化器7，在液化器7 處細絲束38被加熱到熔化狀態(tài)并通過噴嘴8被擠出以建造模型2。一系列齒輪42使得電機12能夠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸28以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輥26。在本 發(fā)明的實施例中，該系列齒輪42包括固定到電機12的輸出驅(qū)動軸46上的驅(qū) 動齒輪44。驅(qū)動齒輪44延伸通過電機安裝板17。驅(qū)動齒輪44與從動齒輪 46相互嚙合。驅(qū)動軸28從從動齒輪46延伸以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輥26。驅(qū)動軸28通過在電機安裝板17內(nèi)的孔，和固定塊14?？梢允褂帽绢I域 普通技術人員已知的一套軸承或其它可選技術作為驅(qū)動軸28和固定塊14 之間的接合部位。驅(qū)動軸28從固定塊14延伸出以接收安裝在其上的驅(qū)動輥 26。驅(qū)動輥26可以通過本領域普通技術人員已知的任何技術固定到驅(qū)動軸 28上，例如通過壓配合。惰軸32從樞轉(zhuǎn)塊16延伸并允許惰輥30自由旋轉(zhuǎn)。固定器48 (例如速 度螺母)可以用來將惰輥30固定到惰軸32上。驅(qū)動輥26的外表面34優(yōu)選包括溝道55。在溝道55內(nèi)形成了用于接觸 細絲束38的一系列齒52，以便在希望的方向上進給細絲束38。惰輥30的外表面36可以由416cd不銹鋼制造并且可以包括與驅(qū)動輥 26的溝道50對準并相對的槽54。在一個實施例中，電機12是精確伺服電機。然而，本領域普通技術人員將認識到也可以使用可選的電機，例如裝有旋轉(zhuǎn)編碼器的電機。盡管電 機12的輸出驅(qū)動軸45可以用作驅(qū)動軸28，圖2A和2B中示出的驅(qū)動機構(gòu)10的實施例使用一系列齒輪42，該一系列齒輪42的從動齒輪46大于驅(qū)動齒輪 44。較大的從動齒輪46使得能夠?qū)︱?qū)動軸28的旋轉(zhuǎn)量進行更大的控制，因 此對驅(qū)動輥26施加更大的控制。驅(qū)動輥26的外表面34和惰輥30的外表面36形成用于接觸并壓向或擠
壓向細絲束38的輥隙(njp)，以便通過驅(qū)動輥26的旋轉(zhuǎn)在希望的方向上進 給或驅(qū)動細絲束38。將槽54定位成與溝道50相對有助于當細絲束38被壓 在或擠壓在驅(qū)動輥26與惰輥30之間時維持接觸并對準細絲束38。槽也有助 于將對著細絲束38的壓力施加在與溝道50中的一系列齒52相對的側(cè)面上。 此壓力有助于將細絲束38嵌入到一系列齒52內(nèi)，以便在希望的方向上進給 細絲束38。圖3和4圖示了樞轉(zhuǎn)塊16相對于固定塊14的旋轉(zhuǎn)。圖3和4分別為沿圖 2A中的截面3—3和4一4的驅(qū)動機構(gòu)10的前剖視圖。在圖3中，樞轉(zhuǎn)塊16 圖示處于其與固定塊14接觸的偏壓位置。在此位置，驅(qū)動輥26和惰輥30 之間的距離最小。在圖4中，樞轉(zhuǎn)塊16遠離固定塊14樞轉(zhuǎn)，并增加驅(qū)動輥 26語言惰輥30之間的距離。如圖3中所示，樞轉(zhuǎn)塊16的通孔56在它的外邊緣上具有較大的半徑， 且沿它的鄰接固定塊14的內(nèi)邊緣具有較小的半徑，以形成肩部62。通孔56 的內(nèi)徑允許緊固件24通過它，然而，肩部62接觸彈簧60并將彈簧60置于 肩部62與緊固件24的頭部之間。 一旦緊固件24固定到固定塊14的帶螺紋 的孔58中，彈簧60就壓向肩部62，從而將樞轉(zhuǎn)塊16偏壓向固定塊14。如 果通過驅(qū)動輥26和惰輥30之間的細絲束38足夠大，它將自動克服由彈簧 60形成的施加在肩部60上的力，并使得樞轉(zhuǎn)塊16圍繞樞轉(zhuǎn)18遠離固定塊 14旋轉(zhuǎn)。圖4圖示了從固定塊14旋轉(zhuǎn)開的樞轉(zhuǎn)塊16。當樞轉(zhuǎn)塊16從固定塊14遠 離地樞轉(zhuǎn)時，彈簧60繼續(xù)將壓力施加在樞轉(zhuǎn)塊16上并且將樞轉(zhuǎn)塊16向固定 塊14偏壓。將樞轉(zhuǎn)塊16朝向固定塊14偏壓也可以將惰軸32和惰輥30分別 朝向驅(qū)動軸28和驅(qū)動輥26偏壓。這導致惰輥30將連續(xù)的壓力施加在細絲束 38上以進入驅(qū)動輥26的一系列齒52上。當樞轉(zhuǎn)塊16旋轉(zhuǎn)離開固定塊14時，因為將樞軸18放置在大體上與驅(qū)動 軸28和惰軸32平行的方向上，驅(qū)動輥26與惰輥30之間的距離增加了。這 導致樞轉(zhuǎn)塊16圍繞樞軸18的旋轉(zhuǎn)方向大體上垂直于驅(qū)動軸28和惰軸32。 固定到固定塊14上的緊固件24限制樞轉(zhuǎn)塊16從固定塊14的旋轉(zhuǎn)量。樞轉(zhuǎn) 塊16遠離固定塊的旋轉(zhuǎn)范圍在大約0度一15度之間，由此允許細絲束38的 巻的直徑厚度在大約.040至.100英寸之間。通過允許惰軸32相對于樞軸18
旋轉(zhuǎn)更多的量，可以增加細絲束38的直徑的范圍。這可以通過使用更長的緊固件24或?qū)⒍栎?2進一步遠離樞軸化或通過其它本領域中普通技術人員已知的技術而實現(xiàn)。圖5是沿圖2A中的截面5—5的前剖視圖。圖5標示(突出)了縫隙A， 所述縫隙A形成了由一系列齒52產(chǎn)生的溝道50的底部與槽54的底部之間 的輥隙。在本發(fā)明的一個實施例中，當樞轉(zhuǎn)塊16遠離驅(qū)動塊14旋轉(zhuǎn)時由縫 隙A所代表的輥隙的寬度可以在.059至.109英寸之間變化。然而，本領域 普通技術人員應該認識到，當樞轉(zhuǎn)塊16的旋轉(zhuǎn)范圍被調(diào)整時，由縫隙A所 代表的輥隙可以被調(diào)整以便容納不同直徑的細絲束38。當驅(qū)動輥26和惰輥 30進給細絲束38時，所述細絲束38通過縫隙A或輥隙。更具體地，當將細 絲束38被導出漏斗40時，細絲束38被置于或夾緊在驅(qū)動輥26的溝道50內(nèi) 的一系列齒52與惰輥30的槽54之間。盡管惰輥30在自由旋轉(zhuǎn)的同時，但 是當其繞惰軸32旋轉(zhuǎn)時將壓力施加到與一系列齒52相對的側(cè)面上的細絲 束38上。惰輥30將細絲束38壓到一系列齒52內(nèi)并且允許驅(qū)動輥26在希望 的方向上進給細絲束38。由于惰輥30在細絲束38上的壓縮， 一系列齒52 可以夾緊或咬入細絲束38的相對側(cè)并且控制其進給。一系列齒52接觸細絲束38并且部分嵌入細絲束38中。這由沿細絲束 38的外表面的記號(tics) 64圖示。在一個實施例中， 一系列齒52咬入或 嵌入大約.009英寸以產(chǎn)生記號64(在由斯特拉塔西斯公司制造的標準ABS 成型或建筑材料中)。在此實施例中，這導致一系列齒52接觸細絲束38的 位置與槽54之間的距離對于在大約.040至.100英寸之間的細絲束直徑的 典型范圍而言為大約.031至.091英寸。然而，本領域普通技術人員將認識 到一系列齒52咬入或嵌入到細絲束38內(nèi)的距離可以根據(jù)細絲的類型、細絲 的硬度、細絲的直徑以及齒52的尖銳度或高度而變化。標記64代表一系列齒52對細絲束38的牽引點。相較于先前獲得的牽引 量， 一系列齒52提供了對細絲束38的更大的牽引量。在細絲束38與一系列 齒52之間的牽引力的增加允許驅(qū)動輥26以更大的力進給細絲束38并使得 驅(qū)動輥26大體上避免了刮削或切下細絲束38的部分。這還導致本發(fā)明的細 絲驅(qū)動機構(gòu)10能夠恒定地提供高達24磅的推力到細絲束38上，且沒有破壞 或刮削細絲束。結(jié)果，驅(qū)動機構(gòu)10能夠更好地控制對細絲束38的輸送。
圖6是剖視俯視圖，且完全示出了在圖2A中的截面6—6中的部分。如 圖6中所示，細絲束38的置于驅(qū)動輥26與惰輥30之間。惰輥30提供壓向細 絲束38的壓力以將細絲束38壓向位于驅(qū)動輥26的溝道50內(nèi)的一系列齒52上。圖7提供了置于驅(qū)動輥26與惰輥30之間的細絲束38的放大視圖。圖7 圖示了一系列齒52沿線段B咬入并接觸細絲束38。在細絲束38的相對側(cè)上 的線段B之間的最小距離優(yōu)選地大于細絲束38的直徑的大約1/10。此距離 被作為距離D。維持線段B之間的最小距離在細絲束38的直徑的大約1/10 保證了細絲束38在兩側(cè)接觸一 系列齒52并且細絲束38沒有達到最低點 (bottom out)且沒有僅沿溝道52的底部接觸一系列齒52。圖7也圖示了當細絲束38位于溝道50內(nèi)時惰輥30的槽54如何進一步 幫助將連續(xù)的壓力施加在細絲束38上，以及惰輥30的槽54如何防止細絲束 從溝道50中滑動或滑移。圖8是驅(qū)動輥26的側(cè)視圖。溝道50顯示為沿外圓周大體上居中。 一系 列齒52沿溝道50形成而產(chǎn)生大致V形的形狀。為了增加耐久性，輥優(yōu)選由 金屬制成且由416cd不銹鋼制造。在本發(fā)明的實施例中，驅(qū)動輥26沿它的 外表面34的寬度大致在.245與.255英寸之間(優(yōu)選為.250英寸)，并且溝 道寬度在大約.084與.114英寸之間(優(yōu)選為.089英寸)，且直徑大致為.550圖9是沿圖8中的截面9—9的驅(qū)動輥26的剖視圖。如圖9中所示，溝道 50沿驅(qū)動輥26的圓周延伸。 一系列齒52也沿圓周特別是沿溝道50的基部 被更清晰地示出。溝道50的深度以及驅(qū)動輥26旋轉(zhuǎn)的速度將一起確定細絲 束38被進給并供給到液化器的速度。溝道50的深度可以直接或間接測量。 保證恒定的深度的技術用于溝道50，通過使用放置到溝道50內(nèi)的鉻球66 (直徑.0625士.0001英寸)。球66停留在由相連的齒52形成的穴上(如圖9 中所示)以測量驅(qū)動輥26的直徑與球66之間的距離。對于在每一個相鄰的 齒52之間的每一個穴，距離C應該維持大體上恒定，以維持驅(qū)動輥26的可 預知的和恒定的旋轉(zhuǎn)速度。驅(qū)動輥26恒定的旋轉(zhuǎn)速度對于控制細絲束38的供給速度是很重要的。圖10顯示了圖9中圖示的剖視圖的一部分的放大視圖。如圖10中所示， 一系列齒52被更清楚地顯示。一系列齒52和溝道40可以通過本領域普通技 術人員所知的各種技術制造，例如通過使用具有大約0.020英寸的導向鉆 頭(pilot drill tip)的3/0X60度定心鉆(center dr川)。 一系列齒52通過沿 徑向線鉆孔而形成，且相鄰的徑向線形成在大約8度至15度之間的角度E。 一系列齒52被產(chǎn)生以在相鄰齒之間形成大約60度的角度A。然而，此角度 可以在大約55度至85度的范圍之間變化，并且仍將獲得大約20磅的希望的 推力。溝道50的寬度和深度被設定成將細絲束38容納在溝道50內(nèi)，從而沿 溝道50的側(cè)面而不是它的基部的一系列齒52接觸細絲束38。在相鄰的齒 52之間的交叉的邊緣也大致沒有清理毛刺以維持一系列銳利的齒52。一系 列齒52由此能夠咬入或夾緊細絲束38，并獲得更好的牽引以利用更大的力 在希望的方向上進給細絲束38，且沒有滑動、刮削或破壞細絲束38。沿一系列齒52的邊緣咬入細絲束38的一系列齒52的齒廓代表對圖示 在圖11和12中的在先技術齒廓的顯著改進。圖11提供了帶齒的供給輥100 的側(cè)視圖，該供給輥100試圖克服與尿垸供給輥相關的磨損和滑動問題。 帶齒的供給輥100包括一系列齒102，該一系列齒102沿在供給輥100的外 圓周表面106上的溝道104形成。圖12顯示了沿帶齒的金屬供給輥100的圖11中的截面12 — 12的俯視 剖視圖。細絲束108在圖12中以虛線示出。如從圖12中可以看見的， 一系 列齒102沿單個齒廓在溝道104附近的外邊緣抓緊細絲束108，且細絲束 108與一系列齒102之間為最小接觸。如圖11和12中所圖示的一對帶齒的 供給輥100需要試圖提供足夠的力以如所希望的進給細絲束108。一系列齒102試圖沿它們靠近溝道104的頂部邊緣咬入細絲束108。這 導致當細絲束108通過該對供給輥100時， 一系列齒102易于刮掉、削去或 刮削細絲。在雙帶齒的供給輥100的情況下，當需要繼續(xù)驅(qū)動細絲束108 的推力達到18磅時，也易于出現(xiàn)細絲滑動的現(xiàn)象。細絲滑動也通常會導致 從細絲束108刮掉或刮削細絲。細絲件或刮削屑易于使得細絲沿一系列齒 102或在擠出頭或成型機器的其他部分附近出現(xiàn)不希望的堆積。細絲堆積 使得成型機器性能惡化或可以潛在地損壞成型機器或不利地影響它的性 能。與供給輥100或其它己知的在先技術的供給輥相比，驅(qū)動機構(gòu)10能夠
接收更大直徑范圍的細絲，更易于制造和更易于維護，并且提供了對細絲 束的更大的控制和驅(qū)動。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實施例得到說明，但是 本領域普通技術人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況 下，可以做出形式和細節(jié)上的改變。例如，在相鄰的齒之間的角度可以變 化， 一系列齒切入其內(nèi)的溝道的深度或者槽的深度也可以變化。另外，輥 或輪可以由可選的材料制成，且本領域普通技術人員將認識到 一系列齒 輪以及樞轉(zhuǎn)塊與固定塊之間的樞轉(zhuǎn)互連可以通過各種方式獲得。
權(quán)利要求
1、一種使用在沉積成型系統(tǒng)中的驅(qū)動機構(gòu)，用于接收細絲束并且在希望的方向上控制細絲的運動，所述驅(qū)動機構(gòu)包括固定塊；可旋轉(zhuǎn)地連接到固定塊上的樞轉(zhuǎn)塊；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸的電機；連接到驅(qū)動軸的驅(qū)動輥；惰軸，所述惰軸在大體上垂直于樞轉(zhuǎn)塊的旋轉(zhuǎn)方向并且平行于驅(qū)動軸的方向上從樞轉(zhuǎn)塊延伸；和惰輥，所述惰輥安裝在惰軸上，從而所述惰輥能夠自由旋轉(zhuǎn)并且其外輪緣與驅(qū)動輥的外輪緣相對。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中一系列齒輪將電機連接 到驅(qū)動軸，從而使得電機能夠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述驅(qū)動軸延伸穿過固 定塊上的孔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中軸承接合在驅(qū)動軸與固 定塊的孔之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪， 所述驅(qū)動齒輪的齒與從動齒輪嚙合，驅(qū)動軸從所述從動齒輪延伸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述從動齒輪大于所述 驅(qū)動齒輪。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述電機是精確伺服電機。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述電機進一步包括編 碼器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)進一步包括在 固定塊上的孔，所述孔大體上平行于所述驅(qū)動軸以便容納樞轉(zhuǎn)塊的樞軸從 而可旋轉(zhuǎn)地將所述樞轉(zhuǎn)塊連接到所述固定塊。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述孔在沿固定塊的底部從與樞轉(zhuǎn)塊相對的側(cè)壁延伸的部件內(nèi)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述樞轉(zhuǎn)塊包括通孔， 所述通孔大體上垂直于所述驅(qū)動軸延伸并且所述通孔具有大于第二直徑 的第一直徑，以產(chǎn)生肩部。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述固定塊的與樞轉(zhuǎn) 塊相對的側(cè)壁包括帶螺紋的孔。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的驅(qū)動機構(gòu)，進一步包括緊固件，所述 緊固件穿過所述樞轉(zhuǎn)塊的通孔并且被固定在所述固定塊的帶螺紋的孔內(nèi) 以便將彈簧置于通孔的肩部與緊固件的頂部之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述驅(qū)動機構(gòu)進一步包 括在驅(qū)動輥與惰輥之間引導細絲束的導向器。
15、 一種在用于進給細絲束的、作為沉積成型系統(tǒng)的一部分的驅(qū)動機 構(gòu)中使用的驅(qū)動輥，所述沉積成型系統(tǒng)分配細絲并產(chǎn)生限定的模型，所述驅(qū)動輥包括輥:，所述輥具有限定內(nèi)表面的孔；輥的外圓周表面，所述外圓周表面具有比內(nèi)表面大的直徑； 在內(nèi)表面與外表面之間的一對側(cè)壁；在該對側(cè)壁之間沿外表面的溝道，其中所述溝道包括一系列齒，從而 沿通道的基部相鄰的齒形成在大約55°與85。之間的角度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15中所述的驅(qū)動輥，其中所述外表面具有在大 約.245與.255英寸之間的寬度。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15中所述的驅(qū)動輥，其中所述溝道具有大約.084 和.114英寸的寬度。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15中所述的驅(qū)動輥，其中所述輥具有大約.550英 寸的直徑。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15中所述的驅(qū)動輥，其中在相鄰的齒之間的徑向 線形成在大約8°與15°之間的角度。
20、 一種在用于進給細絲束的、作為沉積成型系統(tǒng)的一部分的驅(qū)動機 構(gòu)中使用的驅(qū)動輥，所述沉積成型系統(tǒng)分配細絲并產(chǎn)生限定的模型，所述驅(qū)動輥包括輥，所述輥具有限定內(nèi)表面的孔；輥的外圓周表面，所述外圓周表面具有比內(nèi)表面大的直徑； '在內(nèi)表面與外表面之間的一對側(cè)壁；在該對側(cè)壁之間沿外表面的溝道，其中所述溝道包括一系列齒，所述 齒在細絲的相對側(cè)上接觸細絲束，從而在細絲的相對側(cè)的接觸點之間的最 小距離大于細絲束的直徑的十分之一。
21、 一種利用驅(qū)動機構(gòu)的沉積成型系統(tǒng)，所述驅(qū)動機構(gòu)進給用于形成 模型的細絲束，并且所述驅(qū)動機構(gòu)包括-安裝在驅(qū)動軸上的驅(qū)動輥，所述驅(qū)動輥包括具有一系列齒的溝道；和 與驅(qū)動輥相鄰并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在惰軸上的惰輥；和 在所述驅(qū)動輥上的溝道的基部與所述惰輥的外表面之間用于容納細 絲束的輥隙，其中所述輥隙的寬度在.059與.109英寸之間變化。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21中所述的沉積成型系統(tǒng)，其中所述惰軸樞轉(zhuǎn)遠 離所述驅(qū)動軸以便變化形成輥隙的縫隙的尺寸。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22中所述的沉積成型系統(tǒng)，其中所述惰輥朝向驅(qū) 動軸偏壓。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23中所述的沉積成型系統(tǒng)，其中彈簧朝向驅(qū)動軸 偏壓惰軸。
25、 根據(jù)權(quán)利要求21中所述的沉積成型系統(tǒng)，其中與溝道相對的惰 輥的外表面包括槽。
26、 一種利用驅(qū)動機構(gòu)的沉積成型系統(tǒng)，所述驅(qū)動機構(gòu)進給用于形成 模型的細絲束，并且所述驅(qū)動機構(gòu)包括安裝在驅(qū)動軸上的驅(qū)動輥，所述驅(qū)動輥包括具有一系列齒的溝道；和 與驅(qū)動輥相鄰并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在惰軸上的惰輥；和 在驅(qū)動輥與惰輥之間的縫隙，所述縫隙用于容納細絲束從而所述驅(qū)動 輥使用多達24磅的推力在希望的方向上進給細絲束。
27、 一種用于進給沉積成型系統(tǒng)內(nèi)的細絲以便產(chǎn)生模型的驅(qū)動機構(gòu)， 所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動輥，所述驅(qū)動輥具有包含齒的環(huán)形溝道； 惰輥，所述惰輥具有在圓周上的無齒槽；用于推動惰輥朝向驅(qū)動輥的偏壓器，用于限定與溝道對準并且與溝道 相對的槽之間的輥隙；和驅(qū)動鏈，用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輥，從而通過輥隙供給的細絲束由惰輪的槽強 迫與所述溝道的齒接合并且由驅(qū)動輥驅(qū)動通過輥隙。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中將惰輥可旋轉(zhuǎn)地安裝 在樞轉(zhuǎn)塊上并且彈簧偏壓述樞轉(zhuǎn)塊。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28中所述的驅(qū)動機構(gòu)，其中所述樞轉(zhuǎn)塊圍繞大體 上平行于惰輥的旋轉(zhuǎn)軸的軸樞轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種沉積成型系統(tǒng)，裝有驅(qū)動機構(gòu)(10)，所述驅(qū)動機構(gòu)用于供給細絲束(38)以形成模型。所述驅(qū)動機構(gòu)(10)包括樞轉(zhuǎn)塊(16)，所述樞轉(zhuǎn)塊(16)可旋轉(zhuǎn)地連接到固定塊(14)上；和電機(12)，所述電機(12)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸(46)。驅(qū)動輥(26)連接到驅(qū)動軸(46)上，并且惰輥(30)連接到惰軸(32)上，所述惰軸(32)在大致垂直于樞轉(zhuǎn)塊(16)相對于固定塊(14)的旋轉(zhuǎn)方向上并大體上平行于驅(qū)動軸(46)的方向上從樞轉(zhuǎn)塊(16)延伸。
文檔編號B29C41/34GK101213060SQ200680024165
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者約瑟夫·愛德華·拉博斯埃里, 馬文·E·埃思黑爾曼 申請人:斯特拉塔西斯公司