本公開(kāi)涉及用于打印或以其它方式制造三維(3D)部件和支撐結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)。特別是，本公開(kāi)涉及使用增材制造技術(shù)以逐層方式打印3D部件和支撐結(jié)構(gòu)的液化器組件。

增材制造系統(tǒng)用于采用一種或多種增材制造技術(shù)根據(jù)3D部件的數(shù)字表示(digital representation)(例如，AMF和STL格式文件)來(lái)打印或以其它方式構(gòu)建3D部件。商業(yè)上可獲得的增材制造技術(shù)的示例包括：基于擠出的技術(shù)、噴射法、選擇性激光燒結(jié)、粉末/粘結(jié)劑噴射、電子束熔練、數(shù)字光處理(DLP)以及立體平面打印工藝。對(duì)于這些技術(shù)中的每一種，3D部件的數(shù)字表示最初被切分成多個(gè)水平層。

例如，在基于擠出的增材制造系統(tǒng)中，可以通過(guò)擠出可流動(dòng)部件材料，根據(jù)3D部件的數(shù)字表示以逐層方式打印3D部件。部件材料通過(guò)該系統(tǒng)的打印頭所附帶的擠出尖端擠出，并且在平面層的壓板上沉積為一系列道路(road)。擠出的部件材料熔合至先前沉積的部件材料，并且在溫度下降時(shí)凝固。然后，打印頭相對(duì)于基板的位置遞增，并且重復(fù)該過(guò)程以形成類似于所述數(shù)字表示的3D部件。

在通過(guò)部件材料的沉積層制造3D部件時(shí)，通常在懸伸部分的下面或建造中的3D部件的腔(其不被部件材料本身所支撐)內(nèi)構(gòu)建支撐層或支撐結(jié)構(gòu)?？梢岳贸练e部件材料所采用的相同的沉積技術(shù)來(lái)構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。主機(jī)產(chǎn)生附加的幾何結(jié)構(gòu)，該附加幾何結(jié)構(gòu)用作形成中的3D部件的懸伸段或自由空間段的支撐結(jié)構(gòu)。然后在打印工藝期間依照所產(chǎn)生的幾何形狀來(lái)沉積支撐材料。支撐材料在制造期間粘附至部件材料，并且可以在打印工藝完成時(shí)從完成的3D部件上移除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種用于在增材制造系統(tǒng)中打印3D部件的液化器組件。所述液化器組件包括具有凸緣的框架，其中該框架限定了沿著凸緣之間的縱軸延伸的通道。液化器組件還包括液化器，該液化器設(shè)置在通道內(nèi)并具有沿著縱軸偏移的入口端和出口端，并且其中液化器可橫向壓縮。液化器組件還包括位于液化器出口端處的噴嘴和可操作地連接至框架的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)，其中致動(dòng)器機(jī)構(gòu)配置成可控制地施加壓力以橫向壓縮液化器。在一些實(shí)施例中，液化器組件是具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的打印頭的子部件和/或可拆卸且可更換的消耗組件的子部件。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面涉及一種用于打印3D部件的增材制造系統(tǒng)。所述增材制造系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液化器組件，液化器組件包括：框架，設(shè)置在框架內(nèi)并具有入口端和出口端的液化器，位于液化器出口端處的噴嘴以及可操作地連接至框架的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)。所述系統(tǒng)還包括控制器組件，該控制器組件配置成命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將消耗材料供給到液化器的入口端并且命令致動(dòng)器機(jī)構(gòu)可控制地對(duì)框架施加壓力以橫向壓縮液化器。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種利用增材制造系統(tǒng)打印3D部件的方法。所述方法包括：利用由增材制造系統(tǒng)保持的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將細(xì)絲供給到由增材制造系統(tǒng)保持的液化器，以及在液化器中熔融所供給的細(xì)絲以產(chǎn)生細(xì)絲的熔融材料。所述方法還包括：利用將細(xì)絲供給到液化器的粘性泵動(dòng)作從液化器的噴嘴擠出熔融材料，以及橫向壓縮液化器以使熔融材料的擠出物從噴嘴涌出。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面涉及一種用于打印三維部件的增材制造系統(tǒng)，所述增材制造系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液化器，該液化器具有沿著縱軸偏移的入口端和出口端，其中液化器在組成上包括導(dǎo)熱導(dǎo)電材料。所述系統(tǒng)還包括位于液化器出口端處的噴嘴以及控制器組件；該控制器組件配置成：將電流可操作地施加給液化器，以便通過(guò)電阻加熱來(lái)加熱液化器，根據(jù)所施加電流產(chǎn)生的電阻來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控液化器的一個(gè)或多個(gè)溫度，并且命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將消耗材料供給到液化器的入口端。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面涉及一種用于在增材制造系統(tǒng)中打印3D部件的液化器組件，所述液化器組件包括液化器，該液化器設(shè)置成具有沿著縱軸偏移的入口端和出口端，其中液化器在組成上包括導(dǎo)熱導(dǎo)電材料。液化器組件還包括位于液化器出口端處的噴嘴，位于液化器入口端處的第一電極以及沿著縱軸連接至液化器的一個(gè)或多個(gè)位置的一個(gè)或多個(gè)電線，其中所述一個(gè)或多個(gè)電線配置成可操作地從增材制造系統(tǒng)的控制器組件接收電流，以通過(guò)電阻加熱來(lái)加熱液化器。

本公開(kāi)的另一個(gè)方面涉及一種利用增材制造系統(tǒng)打印3D部件的方法。所述方法包括：利用施加給液化器的電流來(lái)電阻加熱由增材制造系統(tǒng)保持的液化器，以及利用由增材劑制造系統(tǒng)保持的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將細(xì)絲供給到經(jīng)加熱的液化器。所述方法還包括：在加熱后的液化器中熔融所供給的細(xì)絲以產(chǎn)生細(xì)絲的熔融材料，以及從連接至液化器的噴嘴擠出熔融材料。

定義

除非另有說(shuō)明，本文使用的下列術(shù)語(yǔ)具有下文中提供的含義：

相對(duì)于彼此可操作地連接的物項(xiàng)而言，術(shù)語(yǔ)“可操作地連接”是指直接連接(物理上彼此接觸)和間接連接(利用設(shè)置在它們之間的一個(gè)或多個(gè)附加部件(諸如間隔件)彼此連接)。

相對(duì)于命令裝置(例如，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、致動(dòng)器等)的控制器組件而言，術(shù)語(yǔ)“命令(command)”、“命令(commading)”等是指控制信號(hào)從控制器組件到裝置的直接和/或間接中繼，使得裝置根據(jù)中繼的信號(hào)進(jìn)行操作?？梢詫?duì)任何合適形式的信號(hào)進(jìn)行中繼，諸如傳送到裝置上的微處理器的通信信號(hào)，用于操作裝置所施加的電功率等。

術(shù)語(yǔ)“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指可以在某些情況下提供某些益處的本發(fā)明的實(shí)施例。然而，在相同或其它情況下，其它的實(shí)施例也可以是優(yōu)選的。此外，一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的列舉并不意味著其它實(shí)施例不是有益的，并且不旨在將其它實(shí)施例排除在本公開(kāi)的范圍之外。

諸如“上方”、“下方”、“頂部”、“底部”等的方向方位是相對(duì)于3D部件的層打印方向而言。在下面示出的實(shí)施例中，層打印方向是沿著垂直z軸的向上方向。在這些實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)“上方”、“下方”、“頂部”、“底部”等是基于垂直z軸。然而，在其中沿著不同的軸線(諸如沿著水平x軸或y軸)打印3D部件的層的實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)“上方”、“下方”、“頂部”、“底部”等是相對(duì)于給定軸線而言的。

術(shù)語(yǔ)“提供”(諸如對(duì)于“提供材料”)，當(dāng)在權(quán)利要求中描述時(shí)，不意圖要求對(duì)所提供的項(xiàng)目的任何特定傳遞或接收。相反，出于清楚和易于閱讀的目的，術(shù)語(yǔ)“提供”僅用于列舉在權(quán)利要求的后續(xù)元件中及將被提及的項(xiàng)目。

除非另有說(shuō)明，本文提及的溫度是基于大氣壓力(即一個(gè)大氣壓)。

術(shù)語(yǔ)“至少一個(gè)”和“一個(gè)或多個(gè)”元素可互換使用，并且具有包括單個(gè)元素和多個(gè)元素的相同含義，還可以在元素的結(jié)尾處由后綴“(s)”表示。

本文中，術(shù)語(yǔ)“約”和“基本上”的使用是相對(duì)于因本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的預(yù)期變化(例如，測(cè)量中的限制和變化)而產(chǎn)生的可測(cè)量值和范圍而言。

附圖說(shuō)明

圖1是增材制造系統(tǒng)的前視圖，該增材制造系統(tǒng)配置成利用本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)液化器組件打印3D部件和支撐結(jié)構(gòu)。

圖2是保持本公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液化器組件的打印頭的立體圖。

圖3是在打印3D部件的打印操作期間使用的液化器組件的前視圖。

圖4是液化器的俯視圖，示出了液化器壓縮階段。

圖5是液化器組件的俯視圖，示出了液化器釋放和膨脹階段。

圖6是與液化器組件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一起使用的增材制造系統(tǒng)的控制器組件的示意圖。

圖7A-7C是擠出物體積流速隨著打印頭圍繞工具路徑拐角移動(dòng)的時(shí)間的信號(hào)曲線圖。

圖8是第一替代液化器組件的俯視圖，其包括固定至液化器的側(cè)向端的替代加熱器組件。

圖9是第二替代液化器組件的俯視圖，其包括具有反向夾緊布置的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)。

圖10是第三替代液化器組件的前視圖，其包括可拆卸且可更換的液化器。

圖11是第四替代液化器組件的前視圖，其包括具有沿著液化器組件的縱向長(zhǎng)度偏移的多個(gè)單獨(dú)致動(dòng)器的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)。

圖12是第五替代液化器組件的俯視圖，其包括用于測(cè)量液化器組件的壓縮和膨脹的一個(gè)或多個(gè)傳感器。

圖13是第六替代液化器組件的俯視圖，其包括用于測(cè)量液化器組件的壓縮和膨脹的電容傳感器。

圖14是第七替代液化器組件的俯視圖，其包括用于適應(yīng)液化器組件壓縮和膨脹的鉸接框架。

圖15是第八替代液化器組件的俯視圖，其包括鉸接框架和用于保持致動(dòng)器機(jī)構(gòu)的相對(duì)凸緣。

圖16是第九替代液化器組件的俯視圖，其包括一對(duì)相對(duì)的致動(dòng)器。

圖17是第十替代液化器組件的俯視圖，其包括一對(duì)相對(duì)的致動(dòng)器以及圓柱形框架。

圖18是在打印3D部件的打印操作期間使用的自加熱液化器組件的前視圖。

圖19是在打印3D部件的打印操作期間使用的替代自加熱液化器組件的前視圖，其可任選地是不具有致動(dòng)器機(jī)構(gòu)的獨(dú)立液化器。

圖20是在打印3D部件的打印操作期間使用的另一個(gè)替代自加熱液化器組件的前視圖，其包括多個(gè)加熱區(qū)。

圖21是包括約束電線的另一個(gè)替代自加熱液化器組件的前視剖面圖。

圖22是示例性測(cè)試中擠出物體積流速相對(duì)于時(shí)間的圖表，示出了對(duì)帶狀液化器橫向施加的壓縮和釋放可實(shí)現(xiàn)的快速響應(yīng)時(shí)間。

圖23是示例性自加熱導(dǎo)向管測(cè)試的紅外照片。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)涉及一種用于在增材制造系統(tǒng)中采用增材制造技術(shù)以逐層方式打印3D部件和支撐結(jié)構(gòu)的液化器組件。所述液化器組件包括液化器和用于從液化器擠出熔融消耗材料的兩種不同機(jī)構(gòu)。具體而言，兩種不同的機(jī)構(gòu)包括：(i)一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其將消耗材料供給到液化器并且產(chǎn)生軸向壓力(例如，粘性泵動(dòng)作)以從液化器擠出熔融材料，和ii)一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，其產(chǎn)生液化器中的熔融材料的快速涌出和縮回。

如下所述，致動(dòng)器配置成以受控方式橫向壓縮和釋放液化器或其一部分，以產(chǎn)生熔融材料的涌出和縮回。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有特定幾何形狀的液化器(諸如帶狀液化器)可以在施加的載荷下橫向壓縮和膨脹，以便以非常快的時(shí)間響應(yīng)擠出熔融材料。事實(shí)上，這些時(shí)間響應(yīng)可明顯快于利用較慢反應(yīng)的細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的那些。

然而，在不受理論束縛的情況下，由于噴嘴尖端附近的區(qū)域中的壓力變化可以與液化器的入口端處的壓力變化同時(shí)發(fā)生，因此認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了快速時(shí)間響應(yīng)。因此，當(dāng)壓力波沿著液化器下降時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)傳播延遲。此外，常規(guī)液化器的壁附近的流動(dòng)條件被認(rèn)為是液化器中黏和滑條件(stick and slip)的復(fù)雜混合。然而，在當(dāng)前情況下，壁條件可以在最初被固定為黏性條件。

這提供了用于快速改變擠出物流速的獨(dú)特機(jī)構(gòu)，它可以用來(lái)以受控方式補(bǔ)充較慢反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(諸如細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))。具體而言，橫向壓縮和膨脹改變液化器的橫截面面積，但不改變其周長(zhǎng)尺寸。以體積計(jì)，橫向壓縮和膨脹改變液化器的體積，但不改變其表面積。與熔融材料的可擠壓或可流動(dòng)性質(zhì)相結(jié)合，可以容易地對(duì)此進(jìn)行建模和精確控制。因此，打印頭的擠出物流速的變化可以更精確地對(duì)預(yù)測(cè)流速變化進(jìn)行建模。因此，這使得打印頭在沿著具有非穩(wěn)態(tài)條件的各種不同工具路徑軌跡(諸如道路起動(dòng)和停止、拐角和其它條件)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生體積精確且一致的道路，其中擠出物流速可以改變。

液化器組件可以具有多種配置，以適應(yīng)增材制造系統(tǒng)的不同臺(tái)架機(jī)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，諸如以下圖2-17中所示的，液化器組件具有單級(jí)布置，其中固體消耗材料被供給到由致動(dòng)器壓縮和釋放的液化器中，并且在相同的液化器中熔融。

在另一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及一種具有自加熱液化器的液化器組件。在此方面，液化器可以直接接收施加的電流，該電流可以沿著液化器產(chǎn)生電阻加熱。施加電的電阻也可以用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控液化器52的溫度。自加熱液化器可以與上述具有可橫向壓縮液化器和致動(dòng)器的液化器組件組合使用?？商娲?，如下所述，自加熱液化器可以是不同的，并且獨(dú)立于上述可橫向壓縮的液化器組件。

在任一個(gè)方面，液化器組件可以與任何合適的增材制造系統(tǒng)一起使用。例如，系統(tǒng)10是采用基于層的增材制造技術(shù)打印3D部件或模型和對(duì)應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)(例如，3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14)的示例性增材制造系統(tǒng)。用于系統(tǒng)10的合適增材制造系統(tǒng)包括由Stratasys有限公司(伊登普雷利，明尼蘇達(dá)州(Eden Prairie,MN))開(kāi)發(fā)的基于擠出的系統(tǒng)，例如商標(biāo)為“FDM”的熔融沉積成型系統(tǒng)。在示出的實(shí)施例中，使用打印頭18分別由消耗組件16的部件和支撐材料來(lái)打印3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14，其中每個(gè)打印頭18優(yōu)選地包括本公開(kāi)的液化器組件20。

每個(gè)消耗組件16包括容器部分22，容器部分22是一種易裝載、可拆卸且可更換的容器裝置，其保持供應(yīng)系統(tǒng)10打印所用的消耗細(xì)絲。每個(gè)容器部分22可以將消耗細(xì)絲保持在繞線卷軸、無(wú)卷軸線圈或其它供應(yīng)裝置上，諸如在以下文獻(xiàn)中所描述的：美國(guó)專利第7,374,712號(hào)(Swanson等人)；美國(guó)專利第7,938,356號(hào)(Taatjes等人)；美國(guó)公開(kāi)第2013/0161432和2013/0161442號(hào)(Mannella等人)；以及美國(guó)公開(kāi)第2004/0158802號(hào)(Batchelder等人)。

在替代實(shí)施例中，容器部分22可以用消耗材料的其它供應(yīng)源來(lái)替換，其中消耗材料可以是任何合適的物料類型，諸如細(xì)絲、粉末、丸狀物、粘流(slugs)等。例如，在以粉末形式提供消耗材料的實(shí)施例中，容器部分22可以替換為一個(gè)或多個(gè)料斗，諸如在美國(guó)公開(kāi)第2013/0333798號(hào)(Bosveld等人)中所描述的。

每個(gè)容器部分22優(yōu)選地與導(dǎo)向管24接合，導(dǎo)向管24將容器部分22互連至其相關(guān)聯(lián)的打印頭18。因此，打印頭18(和/或系統(tǒng)10)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將消耗細(xì)絲的連續(xù)段從容器部分22通過(guò)導(dǎo)向管24抽吸到打印頭18的液化器組件20。

在一些實(shí)施例中，打印頭18和導(dǎo)向管24是系統(tǒng)10的固定子部件，并且每個(gè)消耗組件16包括容器部分22和所保持的消耗細(xì)絲。然而，在替代實(shí)施例中，打印頭18、容器部分22和導(dǎo)向管24是消耗組件16的子部件，使得打印頭18、容器部分22和導(dǎo)向管24以可更換的方式被共同替換，諸如美國(guó)專利第8,403,658號(hào)(Swanson)中所描述的。

如圖1進(jìn)一步所示，系統(tǒng)10還可以包括系統(tǒng)外殼26、腔室28、壓板30、壓板臺(tái)架32、頭托架34和頭臺(tái)架36。系統(tǒng)外殼26是系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)部件，并且可以包括多個(gè)結(jié)構(gòu)子部件，諸如支撐框架、殼體壁等。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)外殼26可以包括容器壁龕(bay)或配置成接收消耗組件16的容器部分22的其它接收區(qū)域。在替代實(shí)施例中，可以省略容器壁龕以減少系統(tǒng)10的整體占用面積。在這些實(shí)施例中，容器部分22可以鄰近系統(tǒng)外殼26，同時(shí)為導(dǎo)向管24和打印頭18提供足夠的移動(dòng)范圍。

腔室28是容納用于打印3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14的壓板30的示例性構(gòu)建環(huán)境，其中可以任選地省略腔室28和/或替換為不同類型的構(gòu)建環(huán)境。例如，3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14可以在對(duì)周圍條件開(kāi)放或可用替代結(jié)構(gòu)(例如，柔性簾幕)封閉的構(gòu)建環(huán)境中進(jìn)行構(gòu)建。在示出的示例中，腔室28的內(nèi)部體積可以用加熱器28h加熱，以降低部件和支撐材料在擠出和沉積之后凝固的速率(例如，減少變形和卷曲)。加熱器28h可以是(諸如)通過(guò)輻射加熱和/或使加熱的空氣或其它氣體(例如，惰性氣體)循環(huán)來(lái)加熱腔室28的內(nèi)部體積的任何合適的裝置或組件。在替代實(shí)施例中，加熱器28h可以替換為其它調(diào)節(jié)裝置(諸如冷卻單元)，以產(chǎn)生冷卻空氣或其它氣體并使其循環(huán)。構(gòu)建環(huán)境的特定熱條件可以根據(jù)所使用的特定消耗材料而變化。

壓板30是一種在其上以逐層方式打印3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14的平臺(tái)，并且由壓板臺(tái)架32支撐。在一些實(shí)施例中，壓板30可以接合并支撐構(gòu)建基板，該構(gòu)建基板可以是如美國(guó)專利第7,127,309號(hào)(Dunn等人)中所公開(kāi)的托盤(pán)基板，可以由塑料、瓦楞紙板或其它合適的材料制成，并且還可以包括柔性聚合物膜或襯墊、漆用膠帶、聚酰亞胺膠帶、粘合層壓體(例如，涂布膠水)或用于將沉積材料粘附到壓板30上或涂布到構(gòu)建基板上的其它一次性構(gòu)造物。在一些實(shí)施例中，可以(諸如)利用一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件來(lái)加熱壓板30和/或構(gòu)建基板。

壓板臺(tái)架32是配置成使壓板30沿著(或基本上沿著)垂直z軸移動(dòng)的臺(tái)架組件。壓板臺(tái)架32可以利用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)(例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和編碼DC電動(dòng)機(jī))、齒輪、滑輪、皮帶、螺桿、機(jī)械手臂等來(lái)操作。

頭托架34是配置成接收并保持一個(gè)或兩個(gè)打印頭18的示例性效應(yīng)器單元，并且由頭臺(tái)架36支撐。用于頭托架34的合適裝置的示例和用于將打印頭18保持在頭托架34和頭臺(tái)架36中的技術(shù)包括以下專利中所公開(kāi)的：美國(guó)專利第5,340,433號(hào)(Crump)；美國(guó)專利第8,153,182號(hào)(Comb等人)；以及美國(guó)專利第8,647,102號(hào)(Swanson等人)。

頭托架34優(yōu)選地以防止或約束打印頭18相對(duì)于頭托架34在x-y構(gòu)建平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)保持每個(gè)打印頭18，但是允許打印頭18可控制地移出x-y構(gòu)建平面(例如，隨動(dòng)、撥動(dòng)或者以線性或樞轉(zhuǎn)方式切換)。在一些實(shí)施例中，如上所述，可以(諸如)利用卡扣機(jī)構(gòu)從頭托架34可拆卸地更換打印頭18。在另外的實(shí)施例中，打印頭18可以任選地改裝到現(xiàn)有系統(tǒng)10中。

在示出的實(shí)施例中，頭臺(tái)架36是機(jī)械機(jī)構(gòu)，其配置成使頭托架34(和所保持的打印頭18)在(或基本上在)壓板30上方的水平x-y平面內(nèi)移動(dòng)。用于頭臺(tái)架36的合適的臺(tái)架組件的示例包括以下文獻(xiàn)中所公開(kāi)的：美國(guó)專利第6,722,872號(hào)(Swanson等人)和美國(guó)公開(kāi)第2013/0078073號(hào)(Comb等人)，其中頭臺(tái)架36還可以支撐限定腔室28的頂板的可變形隔板(未示出)。

雖然示出為橋型臺(tái)架，但是頭臺(tái)架36可以利用任何合適的機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)移動(dòng)頭托架34(和所保持的打印頭18)，諸如利用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)(例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和編碼DC電動(dòng)機(jī))、齒輪、滑輪、皮帶、螺桿、機(jī)械臂等。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)打印頭18由多級(jí)機(jī)械臂保持。

在另外的替代實(shí)施例中，壓板30可以配置成在腔室28內(nèi)的水平x-y平面內(nèi)移動(dòng)，并且頭托架34(和打印頭18)可以配置成沿著z軸移動(dòng)。也可以使用其它類似的布置，使得壓板30和打印頭18中的一個(gè)或兩個(gè)可相對(duì)于彼此移動(dòng)。壓板30和頭托架34(以及打印頭18)也可以沿著不同的軸線定向。例如，壓板30可以垂直定向，而打印頭18可以沿著x軸或y軸打印3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14。在另一個(gè)示例中，壓板30和/或頭托架34(以及打印頭18)可以在非笛卡爾坐標(biāo)系中(諸如在極坐標(biāo)系中)相對(duì)于彼此移動(dòng)。

系統(tǒng)10還包括控制器組件38，控制器組件38是配置成對(duì)系統(tǒng)10的部件進(jìn)行操作的一個(gè)或多個(gè)基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)?？刂破鹘M件38可以通過(guò)通信線路40與系統(tǒng)10的各種部件通信，諸如打印頭18(包括液化器組件20)、腔室28(例如，加熱器28h)、頭托架34、用于壓板臺(tái)架32和頭臺(tái)架36的電動(dòng)機(jī)以及各種傳感器、校準(zhǔn)裝置、顯示裝置和/或用戶輸入裝置。在一些實(shí)施例中，控制器組件38還可以與壓板30、壓板臺(tái)架32、頭臺(tái)架36以及系統(tǒng)10的任何其它合適的部件中的一個(gè)或多個(gè)通信。

另外，控制器組件38還可以通過(guò)通信線路42經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接(例如，因特網(wǎng)連接、局域網(wǎng)(LAN)連接、通用串行總線(USB)連接、蜂窩連接等)與外部設(shè)備(諸如其它計(jì)算機(jī)和服務(wù)器)通信。盡管通信線路40和42中的每個(gè)被示出為單個(gè)信號(hào)線，但是它們各自可以包括一個(gè)或多個(gè)電氣、光學(xué)和/或無(wú)線信號(hào)線和中間控制電路，其中通信線路40的一些部分也可以是打印頭18和液化器組件20的子部件。例如，在一些實(shí)施例中，通信線路40可以包括與快速加速和減速的設(shè)備(例如，高g力臺(tái)架)通信的無(wú)線部件，其中物理電纜可靠性可能是一個(gè)問(wèn)題。

在一些實(shí)施例中，控制器組件38的一個(gè)或多個(gè)基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)位于系統(tǒng)10的內(nèi)部，而允許用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信線路42(諸如來(lái)自外部計(jì)算機(jī))以與二維打印機(jī)相同或相似的方式來(lái)操作系統(tǒng)10?？商娲?，控制器組件38還可以包括一個(gè)或多個(gè)基于外部計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)(例如，臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦、基于服務(wù)器的設(shè)備、基于云的設(shè)備、平板、移動(dòng)媒體設(shè)備等)，這些系統(tǒng)可以與控制器組件38的基于內(nèi)部計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)通信，并且經(jīng)由通信線路42通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

在該替代實(shí)施例中，以下描述的控制器組件38的處理功能可以在基于內(nèi)部計(jì)算機(jī)和基于外部計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)之間劃分。在又一個(gè)替代實(shí)施例中，控制器組件38的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)可以全部位于系統(tǒng)10的外部(例如，一個(gè)或多個(gè)外部計(jì)算機(jī))，并且可以通過(guò)通信線路40與系統(tǒng)10通信。

在打印操作期間，控制器組件38可以命令壓板臺(tái)架32將壓板30移動(dòng)至腔室28內(nèi)的預(yù)定高度。然后，控制器組件38可以命令頭臺(tái)架36使頭托架34(和所保持的打印頭18)在腔室28上方的水平x-y平面內(nèi)四處移動(dòng)?？刂破鹘M件38還可以分別地命令打印頭18選擇性地從容器部分22并通過(guò)導(dǎo)向管24抽取消耗細(xì)絲(或其它消耗材料)的連續(xù)段。

然后，每個(gè)消耗細(xì)絲的連續(xù)段在相應(yīng)打印頭18的液化器組件20中熔融，以產(chǎn)生熔融材料。細(xì)絲的向下運(yùn)動(dòng)起到粘性泵的作用，以擠出熔融材料作為擠出物。如上簡(jiǎn)略提及的，在控制器組件38命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改變消耗細(xì)絲供給到液化器的速率時(shí)和液化器的擠出物流速實(shí)際上改變時(shí)之間存在時(shí)間響應(yīng)延遲。因此，控制器組件38還可以命令液化器組件20的致動(dòng)器組件產(chǎn)生液化器的擠出物的快速響應(yīng)涌出和縮回，從而補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的較慢反應(yīng)的粘性泵動(dòng)作。

在離開(kāi)液化器組件20時(shí)，所得到的擠出物可以作為一系列道路沉積到壓板30上，用于以逐層方式打印3D部件12或支撐結(jié)構(gòu)14。例如，可以通過(guò)以堆疊在彼此頂部上的二維橫截面圖案產(chǎn)生沉積道路的連續(xù)層，而以三維方式打印或以其它方式構(gòu)建3D部件12或支撐結(jié)構(gòu)14。在一些申請(qǐng)中，諸如美國(guó)專利第5,121,329號(hào)(Crump)中所描述的，沉積的道路也可以(諸如)以垂直延伸的曲弧延伸到x-y構(gòu)建平面上方的自由空間內(nèi)。在完成打印操作之后，可以從腔室28移除所得到的3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14，并且可以從3D部件12移除支撐結(jié)構(gòu)14。然后，可以根據(jù)需要對(duì)3D部件12實(shí)施一個(gè)或多個(gè)附加的后處理步驟。

圖2是示例性打印頭18的分解圖，其包括本公開(kāi)的殼體44、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46和液化器組件20，這些被示出為與細(xì)絲48一起使用。殼體44可以包括用于系統(tǒng)10的任何合適的設(shè)計(jì)，其中導(dǎo)向管24優(yōu)選地接合殼體44或以其它方式將細(xì)絲48引導(dǎo)至殼體44中，并且液化器組件20可以從殼體44向下延伸。殼體44的合適設(shè)計(jì)的示例包括美國(guó)專利第8,403,658和8,647,102號(hào)(Swanson等人)中所公開(kāi)的?？商娲?，如果需要，可以省略殼體44。此外，在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以是液化器組件20的子部件。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46是用于供給細(xì)絲48(或其它消耗材料)的機(jī)動(dòng)化裝置，諸如一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的輪、齒輪、軸和/或螺桿，這些可操作地連接至一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)(例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和編碼DC電動(dòng)機(jī))。用于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的合適裝置的示例包括滾花輪、齒輪傳動(dòng)輪或帶齒輪，諸如美國(guó)專利第7,384,255和7,604,470號(hào)(LaBossiere等人)以及美國(guó)專利第8,236,227號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。另外的示例包括：內(nèi)螺紋部件(例如，螺旋線圈)，諸如美國(guó)專利第7,896,209號(hào)(Batchelder等人)中所公開(kāi)的；和可旋轉(zhuǎn)的帶齒軸，諸如美國(guó)專利第8,647,102號(hào)(Swanson等人)和美國(guó)公開(kāi)第2004/0159273號(hào)(Koop等人)中所公開(kāi)的。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以用作將細(xì)絲、粉末或丸狀物供給到液化器組件20的螺桿泵。螺桿泵尤其適用于其中液化器組件20包括多部件液化器(例如，下面在圖21中所示)的實(shí)施例。用于驅(qū)動(dòng)或供給細(xì)絲的合適的螺桿泵的示例包括美國(guó)專利第7,891,964號(hào)(Skubic等人)中所描述的。用于驅(qū)動(dòng)或供給粉末和/或粒狀物的合適的螺桿泵的示例包括美國(guó)公開(kāi)第2013/0333798號(hào)(Bosveld等人)中所描述的。在其它實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以用作容積式泵(displacement pump)。

在示出的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46是細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其位于液化器組件20的上游，并且配置成基于控制器組件38的命令在機(jī)動(dòng)動(dòng)力下將連續(xù)的細(xì)絲段48從導(dǎo)向管24供給到液化器組件20。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46還可以包括任何合適的支承表面(例如，旋轉(zhuǎn)支承表面，未示出)，該支承表面配置成在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46作用于細(xì)絲48時(shí)支撐細(xì)絲48的相對(duì)側(cè)。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”是相對(duì)于細(xì)絲供給方向和熔融材料流動(dòng)方向(如箭頭50所示)而言的。

盡管驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46在圖2中被示出為直接定位在液化器組件20的上游，但在替代實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以沿著容器22和液化器組件20(且包括容器22)之間的細(xì)絲48的途徑定位在任何合適的位置。例如，在一些實(shí)施例中，線軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)可以用來(lái)與容器22中的線軸接合，其中線軸保持卷繞供應(yīng)的細(xì)絲48。在這種情況下，線軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以使線軸旋轉(zhuǎn)，以通過(guò)導(dǎo)向管24將細(xì)絲48供給到液化器組件20內(nèi)(而不是直接接合細(xì)絲48)。

可替代地，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以通過(guò)液化器組件20中的端口接合細(xì)絲48，諸如美國(guó)專利第7,897,074號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。在又一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以沿著導(dǎo)向管24位于容器22和打印頭18之間，并且通過(guò)導(dǎo)向管24中的端口或交叉點(diǎn)接合細(xì)絲48。此外，多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以一起使用。例如，可以使用第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將細(xì)絲48從容器22供給到打印頭18。然后，由打印頭18保持的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46)可以從第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接收供給的細(xì)絲48，并且將接收的細(xì)絲48供給到液化器組件20內(nèi)。

如圖2和圖3所示，液化器組件20包括液化器52、加熱器組件54、噴嘴56、間隔件58、蛤殼式框架60和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62，其中本實(shí)施例中的液化器52是單部件液化器，其中細(xì)絲48被供給到由致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62壓縮和釋放的液化器52中，并且在相同的液化器52中熔融。此外，在本文中，液化器組件20被描述為具有與帶狀細(xì)絲一起使用的帶狀液化器結(jié)構(gòu)。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“帶狀細(xì)絲”是指具有沿其縱向長(zhǎng)度大致為矩形、弓形和/或橢圓形橫截面的細(xì)絲(例如細(xì)絲48)，其可包括用于與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46接合的一個(gè)或多個(gè)表面軌道，諸如美國(guó)專利第8,236,227號(hào)(Batchelder等人)中所公開(kāi)的。相應(yīng)地，如本文所用的術(shù)語(yǔ)“帶狀液化器”是指具有沿其縱向長(zhǎng)度基大致為矩形、弓形和/或橢圓形的中空內(nèi)通道橫截面的中空液化器(例如，液化器52)。

對(duì)于帶狀細(xì)絲和帶狀液化器中的每一個(gè)，橫截面具有寬度和厚度，其中寬度的最大范圍是厚度的最大范圍的至少約2.5倍。對(duì)于具有大致為矩形或弓形橫截面的帶狀細(xì)絲或帶狀液化器，橫截面可以具有尖角(即，90度角)和/或圓角。在帶狀細(xì)絲具有橢圓形橫截面的方面，橢圓形橫截面優(yōu)選地具有約0.8或更大、更優(yōu)選為約0.9或更大的偏心率。用于細(xì)絲48和液化器組件20的合適的帶狀細(xì)絲和帶狀液化器結(jié)構(gòu)的示例包括美國(guó)專利第8,221,669、8,236,227和8,439,665號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。

如圖3所示，液化器52包括相對(duì)的面52a和相對(duì)的側(cè)向端52b，其中面52a作為液化器52的較大尺寸(對(duì)應(yīng)于液化器52的寬度)，而側(cè)向端52b作為液化器52的較小尺寸52(對(duì)應(yīng)于液化器52的厚度)。液化器52優(yōu)選地由一種或多種剛性導(dǎo)熱材料(諸如不銹鋼)制成，并且可以以各種不同的方式來(lái)制造。在第一示例中，可以通過(guò)使圓柱形液化器變平或以其它方式將其壓扁或壓塌(諸如圍繞墊片插入件)而獲得液化器52的橫截面尺寸。

可替代地，液化器52可以通過(guò)將一對(duì)金屬片沖壓成半截面(half-sections)而制成，然后將其焊接或以其它方式封在一起以獲得所需的橫截面尺寸。在另一個(gè)示例中，可以將U形溝槽激光切割或以其它方式機(jī)械加工成金屬塊以形成液化器52的側(cè)壁，然后可以用包圍溝槽的一個(gè)或多個(gè)金屬膜覆蓋以形成內(nèi)部通道。在又一個(gè)示例中，液化器52可以由橫跨平版印刷形成的通道或溝槽的硅膜形成。在一些情況下，諸如對(duì)于低溫應(yīng)用，液化器52的面52a可以由聚合物膜形成，諸如聚酰亞胺膜。

液化器52還具有入口端64和出口端66，入口端64和出口端66優(yōu)選地沿著縱軸68彼此偏移。入口端64配置成從驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46接收細(xì)絲48，其中入口端64和細(xì)絲48優(yōu)選地具有互補(bǔ)性橫截面幾何形狀，諸如美國(guó)專利第8,221,669和8,439,665號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。出口端66是液化器52的下游部分，并且終止于噴嘴56。

液化器52的合適尺寸包括美國(guó)專利第8,221,669和8,439,665號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，液化器52沿著縱軸68的長(zhǎng)度范圍為約7.6毫米(約0.3英寸)至約130毫米(約5英寸)，更優(yōu)選為約50毫米(約2英寸)至約100毫米(約4英寸)。面52a之間合適的中空內(nèi)通道的厚度范圍為約0.25毫米(約10密耳)至約2.5毫米(約100密耳)，在一些實(shí)施例中為約0.76毫米(約30密耳)至約1.3毫米(約50密耳)。

側(cè)向端52b(垂直于內(nèi)通道寬度)之間合適的中空內(nèi)通道的寬度范圍為約2.5毫米(約100密耳)至約10.2毫米(約400密耳)，在一些實(shí)施例中為約5.1毫米(約200密耳)至7.6毫米(約300密耳)。液化器52的合適的壁厚度范圍為130微米(約5密耳)至約500微米(約20密耳)。液化器52的上述寬度和厚度是基于寬度和厚度的最大范圍。

此外，液化器52優(yōu)選地具有這樣的壁厚度(至少在面52a處)，使得當(dāng)由一種或多種多晶金屬制成時(shí)，對(duì)于面52a的橫向壓縮和膨脹優(yōu)選地產(chǎn)生小于約0.3％的應(yīng)變。在液化器52由一種或多種非晶態(tài)金屬和/或聚合物制成的實(shí)施例中，對(duì)于面52a的橫向壓縮和膨脹優(yōu)選地產(chǎn)生小于約3％的應(yīng)變。

加熱器組件54是一個(gè)或多個(gè)加熱元件，其配置成基于控制器組件38的命令(例如，通過(guò)線路40接收的電功率)將熱傳導(dǎo)至液化器52以熔融液化器52內(nèi)所接收的細(xì)絲48。例如，加熱器組件54可以包括：纏繞在液化器52周圍的一個(gè)或多個(gè)電阻絲線圈，固定至液化器52的一個(gè)或多個(gè)加熱器塊，固定至液化器52的一個(gè)或多個(gè)電阻加熱器，一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)加熱元件，或用于加熱液化器52(以及任選地用于冷卻液化器52)的任何其它合適的熱電加熱元件。

在示出的示例中，加熱器組件54與液化器52的面52a配合接觸，諸如美國(guó)專利第8,221,669、8,236,227和8,439,665號(hào)(Batchelder等人)中以及美國(guó)專利申請(qǐng)第14/046,301號(hào)(Batchelder等人)中所描述的。在該實(shí)施例中，如下所述，加熱器組件54優(yōu)選地具有足夠的柔性而隨著液化器52的壓縮和膨脹而折曲?？商娲?或另外)，如下所述，一個(gè)或多個(gè)加熱器組件54可以位于液化器52的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)向端52b處。

另外，液化器52還可以包含單獨(dú)的獨(dú)特且有益的特征，該特征區(qū)別于且獨(dú)立于液化器52的橫向可壓縮性質(zhì)和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的使用。在該實(shí)施例中，液化器52(優(yōu)選地是導(dǎo)熱導(dǎo)電的)可以直接接收所施加的電流(例如，經(jīng)由線路40)，該電流可以沿著液化器52產(chǎn)生電阻加熱?？刂破鹘M件38還可以通過(guò)施加電流(例如，經(jīng)由線路40)的電阻實(shí)時(shí)地測(cè)量和監(jiān)控液化器52的溫度。這有效地提供了自加熱和/或自傳感液化器，這對(duì)于液化器52的橫向可壓縮性質(zhì)是特別有利的，因?yàn)榭梢匀芜x地不需要位于面52a處的加熱器組件并且還可以降低部件成本。除了液化器52之外，本公開(kāi)的這種自加熱特征還可以與任何合適的薄壁液化器(圓柱形和/或非圓柱形)一起使用，如下所述。

噴嘴56是位于液化器52的出口端66處的小直徑噴嘴，并且配置成以所需的道路寬度擠出熔融材料。噴嘴56的優(yōu)選內(nèi)部尖端直徑包括高達(dá)約760微米(約0.030英寸)、更優(yōu)選為約125微米(約0.005英寸)至約510微米(約0.020英寸)的直徑。在一些實(shí)施例中，噴嘴56可以包括孔環(huán)(annular rings)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，以產(chǎn)生具有不同道路寬度的道路，如美國(guó)公開(kāi)第2004/0048969號(hào)(Swanson等人)中所描述的。在其它實(shí)施例中，噴嘴90可以具有較大的內(nèi)部尖端直徑，諸如對(duì)于大量擠出物的實(shí)施例。

噴嘴56還可以具有軸向通道，該軸向通道具有任何合適的長(zhǎng)徑比。例如，在一些實(shí)施例中，噴嘴56的軸向通道可以具有用于產(chǎn)生高流動(dòng)阻力的長(zhǎng)徑比，諸如約2:1至約5:1的比率。在其它實(shí)施例中，噴嘴56的軸向通道可以具有用于產(chǎn)生較低流動(dòng)阻力的長(zhǎng)徑比，諸如小于約1:1的比率。因此，噴嘴56的軸向通道的合適長(zhǎng)徑比范圍可以為約1:2至約5:1，其中在一些低流動(dòng)阻力實(shí)施例中，約1:2至約1:1的比率范圍可以是優(yōu)選的。

間隔件58是設(shè)置在加熱器組件54和蛤殼式框架60之間的一對(duì)相對(duì)的間隔塊或組件。每個(gè)間隔件58優(yōu)選地由相對(duì)柔順的一種或多種材料制成，以在液化器52、加熱組件54和蛤殼式框架60之間提供良好的配合界面，但這些材料也足夠剛性而防止間隔件58被顯著壓縮。

在一些實(shí)施例中，諸如美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2015/007053號(hào)(Batchelder等人)中所描述的，用于間隔件58的材料也可以具有適度的熱傳導(dǎo)性以從液化器52和加熱器組件54吸取熱量，并且還可以具有用于將單獨(dú)的加熱區(qū)熱隔離的多組凹痕(indentations)(未示出)。用于間隔件58的合適的材料包括片狀硅酸鹽材料，諸如片狀云母。在一些替代實(shí)施例中，可以省略間隔件58，并且液化器52和(任選的)加熱器組件54可以直接由蛤殼式框架60保持。

如圖3和圖4最佳示出，蛤殼式框架60是U形或C形剛性框架，其包括一對(duì)相對(duì)的凸緣70a和70b，在示出的示例中，凸緣70a和70b從基部72大體上彼此平行地延伸?？商娲兀咕?0a和70b可以以非平行的角度延伸，諸如布置成V形。基部72與凸緣70a和70b共同限定了沿著縱軸68延伸的通道74，通道74優(yōu)選地至少與液化器52一樣長(zhǎng)。在示出的布置中，液化器52設(shè)置在通道74內(nèi)以及相對(duì)的加熱器組件54之間，其中通過(guò)間隔件58以及凸緣70a和70b使加熱器組件54保持抵靠液化器52的面52a。凸緣70a和70b優(yōu)選地在足夠的壓縮下夾持液化器52、加熱器組件54和間隔件58，以維持部件之間良好的界面接觸并且防止它們滑開(kāi)，但優(yōu)選的是，液化器52優(yōu)選在組件中是可更換的。

蛤殼式框架60可以由提供堅(jiān)固和剛性結(jié)構(gòu)的一種或多種材料制成，諸如一種或多種金屬(例如，不銹鋼和鋁)。另外，蛤殼式框架60優(yōu)選地能夠保持在保持對(duì)通道74內(nèi)的部件的壓縮，同時(shí)還能夠折曲而不會(huì)斷裂、破裂或塑性變形。

在打印操作期間，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46將連續(xù)的細(xì)絲段48供給到液化器52的入口端64。在這種情況下，細(xì)絲48被推擠到入口端64內(nèi)。可替代地，在諸如美國(guó)專利第7,897,074號(hào)(Batchelder等人)中所描述的端口式液化器實(shí)施例中，其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46位于入口端64的下游，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46可以通過(guò)將細(xì)絲48拉到入口端64而將細(xì)絲48的連續(xù)段48供給到入口端64內(nèi)。

當(dāng)細(xì)絲48沿著箭頭50的方向穿過(guò)液化器52時(shí)，加熱器組件54將接收的連續(xù)段熱熔融，其中細(xì)絲材料的熔融部分圍繞細(xì)絲48的未熔融部分形成彎月形。細(xì)絲48的向下運(yùn)動(dòng)起到粘性泵的作用，以對(duì)熔融材料加壓并將其擠出為用于打印3D部件12(或支撐結(jié)構(gòu)14)的擠出物。

可以理解，當(dāng)打印3D部件12或支撐結(jié)構(gòu)14時(shí)，來(lái)自噴嘴56的擠出物流難以保持在恒定的穩(wěn)態(tài)速率。相反，擠出物流速通常反復(fù)地改變以適應(yīng)各種不同的工具路徑條件，諸如道路起動(dòng)加速度、道路停止減速度、拐彎減速度和加速度、道路寬度變化等。

通常，基于控制器組件38的命令，通過(guò)利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46調(diào)節(jié)細(xì)絲48到液化器52的供給速率來(lái)控制這些流速變化。這相應(yīng)地調(diào)節(jié)了粘性泵動(dòng)作對(duì)熔融材料所造成的壓力。然而，當(dāng)控制器組件38命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46改變細(xì)絲48到液化器52的供給速率(以改變來(lái)自噴嘴56的擠出物流速)時(shí)，在信號(hào)命令和噴嘴的擠出速率實(shí)際上改變時(shí)之間存在響應(yīng)延遲56；這是由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的電動(dòng)機(jī)中的響應(yīng)限制和液化器52中的粘性泵動(dòng)作而導(dǎo)致。

對(duì)于上述時(shí)間響應(yīng)延遲的先前解決方案包括：在預(yù)測(cè)模型下操作，其中控制器組件38利用預(yù)泵運(yùn)動(dòng)、回滾運(yùn)動(dòng)和超速驅(qū)動(dòng)(例如，如美國(guó)專利第6,054,077和6,547,995號(hào)(Comb)中所公開(kāi)的)來(lái)命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46。已經(jīng)證明這些解決方案在減少對(duì)于各種非穩(wěn)態(tài)條件的時(shí)間響應(yīng)延遲的影響方面是有效的。然而，因?yàn)?在示出的實(shí)施例中)液化器52以開(kāi)環(huán)方式操作，這不包括對(duì)來(lái)自噴嘴56的擠出物流速的反饋，所以擠出物流速的變化將仍舊體現(xiàn)出時(shí)間響應(yīng)限制。

然而，液化器組件20通過(guò)液化器52的壓縮和膨脹來(lái)補(bǔ)充這種較慢響應(yīng)的粘性泵動(dòng)作。如上面簡(jiǎn)略提及的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有特定橫截面幾何形狀的液化器(諸如帶狀液化器(例如，液化器52))易受橫向施加的壓力的影響，并且可以在面52a處向內(nèi)壓縮并向外膨脹。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液化器52由于打印操作期間所產(chǎn)生的內(nèi)部壓力而在面52a處橫向向外膨脹或鼓起。這些內(nèi)部壓力一般由供給的細(xì)絲48的粘性泵動(dòng)作和細(xì)絲材料熔融時(shí)的熱膨脹所導(dǎo)致。

控制器組件38可以以獨(dú)特的方式來(lái)利用液化器52的可壓縮性，以便在壓縮液化器52時(shí)產(chǎn)生來(lái)自噴嘴56的擠出物的快速涌出，并且在允許液化器52膨脹時(shí)產(chǎn)生來(lái)自噴嘴56的向上擠出物流的快速縮回。這些快速響應(yīng)操作可以補(bǔ)充由于粘性泵動(dòng)作的較慢響應(yīng)的流速變化，以便改善非穩(wěn)態(tài)條件期間的擠出物流的精度。

具體而言，控制器組件38可以命令致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62可控制地將凸緣70a和70b拉到一起(從而壓縮液化器52)并且釋放臂70a和70b(從而釋放對(duì)液化器52的壓縮)。在圖3和圖4所示的實(shí)施例中，致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62包括張緊螺栓76、偏壓彈簧78和壓電致動(dòng)器80。張緊螺栓76包括軸部分76a和頭螺母76b，其中軸部分76a自由地延伸通過(guò)凸緣70b并與凸緣70a螺紋接合。頭螺母76b位于凸緣70b的外部，而偏壓彈簧78被壓在頭螺母76b和凸緣70b之間。這種布置沿著箭頭82的方向使凸緣70a和70b偏壓在一起，這將凸緣70a和70b拉到一起而抵靠間隔件58、加熱器組件54和液化器52，并且對(duì)抗液化器52的任何膨脹壓力。

壓電致動(dòng)器80是用于對(duì)液化器52快速產(chǎn)生橫向壓縮的示例性致動(dòng)器。如圖所示，壓電致動(dòng)器80具有固定在凸緣70a和70b之間的壓電疊堆配置，并且配置成基于電功率的施加(諸如從線路40施加電功率)延伸和收縮。控制器組件38優(yōu)選地將壓電致動(dòng)器80的基線收縮設(shè)置設(shè)定在完全膨脹和完全收縮之間的中間狀態(tài)或中間位置。這樣允許壓電致動(dòng)器80根據(jù)需要收縮和伸展。致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62還優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)位移傳感器(例如，電容傳感器，未示出)，所述位移傳感器監(jiān)控和/或校正可能由于滯后、熱效應(yīng)等造成的壓電致動(dòng)器80中的位移誤差。因此，可以任選地更新壓電致動(dòng)器80的基線收縮設(shè)置，以將這些位移誤差考慮在內(nèi)。

如圖4所示，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80收縮(如箭頭84所示)時(shí)，抵抗偏壓彈簧78的阻力減小，從而允許偏壓彈簧78進(jìn)一步將凸緣70a和70b壓在一起而抵靠液化器52、加熱器組件54和間隔件58(如箭頭83所示)。由于加熱器組件54和間隔件58與液化器52相比是相對(duì)不可壓縮的，因此橫向施加的壓力將液化器52的面52a快速壓在一起(如箭頭86所示)，這迅速減小了液化器52相對(duì)于其初始橫截面的內(nèi)部體積。因?yàn)橐夯?2中的熔融材料也是相對(duì)不可壓縮的，所以液化器52的快速壓縮導(dǎo)致來(lái)自噴嘴56的熔融材料的涌出或快速噴射。

壓電致動(dòng)器80是特別適用于以這種受控方式壓縮和釋放液化器52的致動(dòng)器，這是因?yàn)樗軌蛞苑浅？斓念l率產(chǎn)生高的壓縮載荷。然而，由于液化器52本身可以響應(yīng)于壓縮載荷而壓縮，因此這正好是可以實(shí)現(xiàn)的。凸緣70a和70b優(yōu)選地沿著其整個(gè)長(zhǎng)度或其整個(gè)長(zhǎng)度的至少大部分壓縮液化器52。這允許液化器52相對(duì)于其表面積(基本上保持不變)較大的內(nèi)部體積被壓縮，從而如果需要，則允許體積相對(duì)大的熔融材料在涌出時(shí)從噴嘴56快速擠出。

另外，如圖5所示，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80延伸(如箭頭88所示)時(shí)，凸緣70a和70b克服偏壓彈簧78的偏壓而被壓開(kāi)(如箭頭90所示)。這減小了施加給液化器52的橫向壓力，從而允許液化器52向外膨脹(如箭頭92所示)，諸如膨脹回其初始狀態(tài)(例如，基于壓電致動(dòng)器80的基線收縮設(shè)置)，或者回到完全膨脹狀態(tài)(例如，對(duì)于擠出物的縮回)。

可以理解，由致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62以及凸緣70a和70b施加給液化器52的壓縮是在液化器52外部橫向施加的壓力，并且施加到液化器52的外表面(例如，施加在面52a處)。這與由細(xì)絲48的粘性泵動(dòng)作或由于熔融時(shí)細(xì)絲材料的熱膨脹產(chǎn)生的內(nèi)部壓力或由于液化器52的內(nèi)部或內(nèi)部區(qū)域而影響液化器52的任何其它壓力有所不同。

圖6示出了與液化器組件20和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46一起使用的控制器組件38的示例性結(jié)構(gòu)?？刂破鹘M件38可以包括任何合適的基于計(jì)算機(jī)的硬件，諸如用戶接口94、存儲(chǔ)器控制器96、處理器98、存儲(chǔ)介質(zhì)100、輸入/輸出(I/O)控制器102以及通信適配器104。控制器組件38還可以包括常規(guī)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、媒體設(shè)備、信號(hào)處理設(shè)備和/或打印機(jī)控制器中所包含的各種附加部件。

用戶接口94是配置成操作控制器組件38的用戶操作接口(例如，鍵盤(pán)、觸摸板、觸摸屏顯示器、顯示監(jiān)視器以及其它眼睛、語(yǔ)音、移動(dòng)或手動(dòng)控制裝置)。存儲(chǔ)器控制器96是一種使控制器組件38的部件與存儲(chǔ)介質(zhì)100的一個(gè)或多個(gè)易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)模塊相互作用的電路組件。處理器98是一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)處理單元，其配置成任選地利用存儲(chǔ)器控制器96且優(yōu)選地利用相關(guān)處理電路(例如，可編程門(mén)陣列、數(shù)字和模擬組件等)來(lái)操作控制器組件38。例如，處理器98可以包括一個(gè)或多個(gè)基于微處理器和/或基于微控制器的單元，一個(gè)或多個(gè)中央處理單元和/或一個(gè)或多個(gè)前端處理單元。

存儲(chǔ)介質(zhì)100是用于控制器組件38的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部和/或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備或計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如易失性RAM模塊、只讀存儲(chǔ)器模塊、光學(xué)介質(zhì)、磁介質(zhì)(例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)、固態(tài)介質(zhì)(例如閃速存儲(chǔ)器和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器)、模擬介質(zhì)等。存儲(chǔ)介質(zhì)100可以留存處理程序106的可執(zhí)行副本，并且可以留存待利用系統(tǒng)10打印的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字模型(諸如數(shù)字模型108)?？刂破鹘M件38可以通過(guò)通信線路42接收數(shù)字模型108，其中數(shù)字模型108可以具有任何合適的文件格式，諸如STL文件格式、AMF文件格式等。

處理程序106是一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理和/或后處理程序，用于任選地定向數(shù)字模型108，將定向的數(shù)字模型108切片成層，生成支撐結(jié)構(gòu)，生成用于利用系統(tǒng)10打印每個(gè)切片層的工具路徑指令等。I/O控制器102是一種使存儲(chǔ)器控制器96、處理器98和存儲(chǔ)介質(zhì)100與控制器組件38的各種輸入和輸出部件(包括用戶接口94和通信適配器104)相互作用的電路組件。通信適配器104是配置成通過(guò)通信線路40和42進(jìn)行通信的一個(gè)或多個(gè)有線或無(wú)線發(fā)射器/接收器適配器。

利用以下中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)執(zhí)行從控制器組件38到系統(tǒng)10和打印頭18的部件(諸如驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46、加熱組件54和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62)的命令：如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，用戶接口94、存儲(chǔ)器控制器96、處理器98、存儲(chǔ)介質(zhì)100、輸入/輸出(I/O)控制器102、通信適配器104、處理程序106和/或其它合適的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。

控制器組件38可以以各種方式利用液化器52的可壓縮性質(zhì)，以改變來(lái)自液化器組件20的擠出物流速。例如，控制器組件38可以命令致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62以補(bǔ)充中繼到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46(或任何其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))的命令的受控方式壓縮液化器52并使其膨脹，以改變細(xì)絲48到液化器52的供給速率。

在一個(gè)實(shí)施例中，控制器組件38對(duì)如下兩者進(jìn)行比較：(i)用于獲得具有預(yù)期尺寸的擠出道路的所需噴嘴56的擠出物流速，和(ii)實(shí)際上可利用提供給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的命令獲得的噴嘴56的擠出物流速。來(lái)自噴嘴56的實(shí)際擠出物流速可以以多種方式獲得，諸如利用低通過(guò)濾器(例如，單極貝塞爾過(guò)濾器)和/或預(yù)先建模的擠出物流數(shù)據(jù)的編譯表，諸如從速度測(cè)量傳感器獲得(如美國(guó)專利申請(qǐng)第13/840,538號(hào)(Batchelder)中所公開(kāi)的)。然后，控制器組件38可以命令壓電致動(dòng)器80延伸或收縮而減小或消除這些流速差。

例如，控制器組件38可以將沿著工具路徑的擠出物體積流速作為時(shí)變流速信號(hào)Q(t)處理，流速信號(hào)Q(t)具有命令驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的低通分量Q_lp(t)和命令壓電致動(dòng)器80的高通分量Q_hp(t)，如等式1所示：

等式1的表達(dá)式也可以用時(shí)變體積V(t)和V_lp(t)(它們是信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)的積分)表示，如等式2所示：

采用等式2的模型具有如下益處：高通信號(hào)Q_hp(t)的積分在相比于低通信號(hào)Q_lp(t)的反相較長(zhǎng)的時(shí)間段上為零，并且不需要校正來(lái)維持壓電致動(dòng)器80的基線收縮設(shè)置。

控制器組件38可以將這些時(shí)變信號(hào)Q(t)、Q_lp(t)、Q_hp(t)、V(t)、V_lp(t)和/或V_hp(t)中的一個(gè)或多個(gè)作為一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)文件(例如，數(shù)據(jù)文件110、112和114)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)100上，并且可以使用這些數(shù)據(jù)文件110、112和/或114與處理程序106生成用于利用系統(tǒng)10打印每個(gè)切片層的工具路徑指令。

以這種交叉方式組合使用低通和高通信號(hào)特別適用于諸如拐彎、道路起動(dòng)和道路停止的工具路徑軌跡。例如，如圖7A所示，當(dāng)以給定擠出物流速(例如區(qū)域116處)接近工具路徑拐角時(shí)，優(yōu)選地降低擠出物流速(區(qū)域118)，以在打印頭18接近拐角并在拐角處轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與降低的打印頭18速度一致。然后優(yōu)選地再次增大擠出物流速(區(qū)域120)，以在離開(kāi)工具路徑拐角時(shí)與增大的打印頭18速度一致，然后在打印頭18沿著工具繼續(xù)操作時(shí)保持在原始流速(區(qū)域122)路徑。

圖7B示出了基于利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46(例如，基于低通過(guò)濾器和/或預(yù)建模的擠出物流數(shù)據(jù))可獲得的時(shí)間響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的流速分量?？梢钥闯?，在穩(wěn)態(tài)擠出物流動(dòng)(例如區(qū)域124處)期間，信號(hào)Q_lp(t)與區(qū)域116處的信號(hào)Q(t)基本上相同。然而，當(dāng)控制器組件38試圖利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46降低擠出物流速(區(qū)域126)時(shí)，則驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46和細(xì)絲48的粘性泵動(dòng)作不能與區(qū)域118處的信號(hào)Q(t)的期望流速分布相匹配。

類似地，當(dāng)控制器組件38試圖在經(jīng)過(guò)拐角之后再次增大擠出物流速(區(qū)域128)時(shí)，則粘性泵動(dòng)作不能與區(qū)域120處的信號(hào)Q(t)的期望流速加速度相匹配。相反，信號(hào)Q_lp(t)需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到原始流速(區(qū)域130)。

因此，控制器組件38可以利用圖7C所示的信號(hào)Q_hp(t)補(bǔ)充每個(gè)時(shí)間間隔處信號(hào)Q_lp(t)(圖7B所示)和信號(hào)Q(t)(圖7A所示)之間的差。這些信號(hào)Q_hp(t)可以通過(guò)通信線路40中繼到壓電致動(dòng)器80(例如，作為施加的電壓)。

如圖7C所示，信號(hào)Q_hp(t)最初被調(diào)到壓電致動(dòng)器80的基線收縮設(shè)置的零位(區(qū)域132)。因此，在穩(wěn)態(tài)擠出物流動(dòng)(例如區(qū)域124處)期間，液化器52的壓縮狀態(tài)保持恒定。然而，在接近拐角時(shí)，中繼的信號(hào)Q_hp(t)增大(區(qū)域134)，以補(bǔ)償信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)之間的差。雖然最初看似違反直觀，但這使得從噴嘴56得到的擠出物流速更加接近地匹配由信號(hào)Q(t)指示的期望流速。

區(qū)域134處增大的信號(hào)Q_hp(t)致使壓電致動(dòng)器80收縮(由箭頭84示出，如上圖4中所示)。如上所述，這在偏壓彈簧78的偏壓下(由箭頭83示出，在上圖4中所示)將凸緣70a和70b快速地壓靠在一起。這相應(yīng)地以受控的方式壓縮液化器52(由箭頭86示出，如上圖4中所示)，以便增加噴嘴56的擠出物流。

然而，當(dāng)信號(hào)Q(t)在區(qū)域118處減小時(shí)，則中繼到壓電致動(dòng)器80的信號(hào)Q_hp(t)減小(區(qū)域136)，從而繼續(xù)彌補(bǔ)信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)之間的差。區(qū)域136處減小的信號(hào)Q_hp(t)致使壓電致動(dòng)器80延伸(由箭頭88示出，如上圖5中所示)。如上所述，這克服偏壓彈簧78的偏壓而將凸緣70a和70b壓開(kāi)。這相應(yīng)地以受控的方式使液化器52橫向膨脹(由箭頭92示出，如上圖5中所示)，以便減少噴嘴56的擠出物流。

當(dāng)信號(hào)Q(t)在經(jīng)過(guò)拐角之后在區(qū)域120處增大時(shí)，則中繼到壓電致動(dòng)器80的信號(hào)Q_hp(t)增大(區(qū)域138)，以繼續(xù)彌補(bǔ)信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)之間的差。區(qū)域138處增大的信號(hào)Q_hp(t)再次致使壓電致動(dòng)器80收縮而壓縮液化器52(由箭頭86示出，如上圖4中所示)，以便以受控的方式增加噴嘴56的擠出物流。

當(dāng)信號(hào)Q(t)在區(qū)域122處增大至原始流速時(shí)，則中繼到壓電致動(dòng)器80的信號(hào)Q_hp(t)減小(區(qū)域140)，以繼續(xù)彌補(bǔ)信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)之間的差。區(qū)域140處減小的信號(hào)Q_hp(t)致使壓電致動(dòng)器80延伸，這使得液化器52橫向膨脹(由箭頭92示出，如上圖5中所示)，以便以受控的方式減少噴嘴56的擠出物流。

中繼的信號(hào)Q_hp(t)可以以與信號(hào)Q_lp(t)達(dá)到區(qū)域130處的原始流速所用的速率相匹配的受控速率繼續(xù)減小至基線收縮設(shè)置。然后，中繼到壓電致動(dòng)器80的信號(hào)Q_hp(t)可以保持在基線收縮設(shè)置(區(qū)域142)，直到下一個(gè)非穩(wěn)態(tài)條件發(fā)生。通過(guò)圖7A-7C的比較可以理解，利用液化器52的壓縮和膨脹可以增加在經(jīng)過(guò)拐角或其它非穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的擠出物流速的精度。增加的精度因此允許打印頭18在沿著各種不同的工具路徑軌跡移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生體積準(zhǔn)確且一致的道路。

類似的分布也可以用于道路起動(dòng)和道路停止條件。例如，在道路起動(dòng)期間，控制器組件38可以操作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46開(kāi)始從噴嘴56擠出熔融材料的粘性泵動(dòng)作。然而，如上對(duì)于區(qū)域120和128(分別示出在圖7A和7B中)所描述的，較慢響應(yīng)的粘性泵動(dòng)作不能與信號(hào)Q(t)的期望流速加速度相匹配。相反，信號(hào)Q_lp(t)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到期望流速。

因此，控制器組件38還可以命令壓電致動(dòng)器80收縮而壓縮液化器52(由箭頭86示出，如上圖4中所示)，從而以受控的方式增大噴嘴56的擠出物流，使得噴嘴56的擠出物流速更加匹配期望流速。當(dāng)信號(hào)Q_lp(t)最終趕上信號(hào)Q(t)時(shí)，控制器組件38可以命令壓電致動(dòng)器80開(kāi)始延伸，而以逐步和受控的方式釋放對(duì)液化器52的壓縮，直到再次達(dá)到基線收縮設(shè)置。通過(guò)釋放對(duì)液化器52的壓縮而導(dǎo)致的減小的擠出物流速可以通過(guò)信號(hào)Q_lp(t)的逐漸增加來(lái)補(bǔ)償，以將實(shí)際擠出物流速保持在期望流速。

類似地，當(dāng)接近或到達(dá)道路末端時(shí)，控制器組件38可以停止操作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46而停止從噴嘴56擠出熔融材料。然而，較慢響應(yīng)的粘性泵動(dòng)作不能與信號(hào)Q(t)的期望流率減速度相匹配。相反，信號(hào)Q_lp(t)需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到零流量。

為了補(bǔ)償這一點(diǎn)，控制器組件38還可以命令壓電致動(dòng)器80延伸而允許液化器52橫向膨脹(由箭頭92示出，如上圖5中所示)，以快速地抽回?cái)D出物并且中止噴嘴56的擠出物流。在到達(dá)道路末端之后，控制器組件38可以命令壓電致動(dòng)器80開(kāi)始收縮而以逐步和受控的方式壓縮液化器52，直到再次達(dá)到基線收縮設(shè)置。然后，液化器組件20準(zhǔn)備好沿著下一個(gè)工具路徑開(kāi)始打印。

采用等式1和2的模型也可以引起驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的預(yù)泵運(yùn)動(dòng)、回滾運(yùn)動(dòng)和/或超速驅(qū)動(dòng)。例如，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46在道路起動(dòng)處的預(yù)泵運(yùn)動(dòng)期間，控制器組件38可以以類似于區(qū)域138和140(圖7C所示)的方式使液化器52膨脹和壓縮，使得信號(hào)Q_hp(t)補(bǔ)償信號(hào)Q_lp(t)和Q(t)之間的正差和負(fù)差。因此，控制器組件38可以結(jié)合各種預(yù)測(cè)性流動(dòng)控制模型來(lái)操作液化器組件20。

另外，雖然以上參照等式1和2關(guān)于補(bǔ)償信號(hào)Q(t)和Q_lp(t)之間的差進(jìn)行了論述，但是控制器組件38可以使用各種不同的流量控制模型來(lái)操作致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62以實(shí)現(xiàn)期望的流量分布，其中致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的操作使液化器52橫向壓縮和膨脹從而以快速響應(yīng)時(shí)間改變擠出物流速。例如，在一些實(shí)施例中，控制器組件38可以僅依靠液化器52的橫向壓縮和/或膨脹來(lái)改變擠出物流速。在這些實(shí)施例中，控制器組件38可以將信號(hào)Q_lp(t)保持到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46恒定(或?yàn)榱?，并且僅通過(guò)液化器52(例如，利用致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62)的壓縮和膨脹來(lái)調(diào)節(jié)擠出物流。

當(dāng)打印頭18在工具路徑拐角周圍移動(dòng)時(shí)，可以發(fā)生該操作的如下示例。當(dāng)接近拐角時(shí)，控制器組件38可以命令致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62釋放對(duì)液化器52的壓縮(離開(kāi)基線狀態(tài))以降低擠出物流速。在經(jīng)過(guò)拐角之后，然后控制器組件38可以命令致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62壓縮液化器52(回到基線狀態(tài))，以將擠出物流速提高回原始流速。在圍繞拐角的整個(gè)操作期間，到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的信號(hào)Q_lp(t)可保持恒定，使得粘性泵動(dòng)作猶如在穩(wěn)態(tài)條件下運(yùn)行。

另外，根據(jù)特定的工具路徑分布，控制器組件38可以在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的操作之間進(jìn)行切換。例如，當(dāng)需要緩慢且逐步的流速加速度或減速度時(shí)，控制器組件38可以僅僅依賴于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46的流速變化，并且使施加給液化器52的橫向壓力保持恒定。

在本公開(kāi)的另一個(gè)方面，控制器組件38可以以高頻調(diào)制壓電致動(dòng)器80，以將熔融材料沉積為接觸微滴而不是涌出物。用于調(diào)制壓電致動(dòng)器80的示例性頻率范圍為約500赫茲至約10千赫茲，在一些實(shí)施例中，所述頻率范圍為約1千赫茲至約5千赫茲。在不受理論束縛的情況下，認(rèn)為壓電致動(dòng)器80的高頻振蕩可以對(duì)液化器52內(nèi)的熔融材料產(chǎn)生剪切稀化效應(yīng)。這種剪切稀化效應(yīng)可以將熔融材料的粘度從其低剪切水平(例如，對(duì)于ABS為約3000泊)降低至多達(dá)100倍(例如，對(duì)于ABS為約30泊)。這被認(rèn)為是以按需噴墨(drop-on-demand)方式產(chǎn)生接觸微滴。

用于液化器組件20的消耗材料由于其較高的粘度而通常不適用于高頻的按需噴墨沉積。用于液化器組件20的合適的消耗材料(例如，作為細(xì)絲48)示例包括熱塑性材料(諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚苯乙烯)、可溶性支撐材料、可斷裂支撐材料以及它們的共混物。消耗材料還可以任選地包括一種或多種附加的添加劑，諸如增塑劑、流變改性劑、惰性填料、著色劑、穩(wěn)定劑以及它們的組合。這些消耗材料在液化器組件20中的熔體粘度優(yōu)選地在非剪切狀態(tài)下大于2000泊，而在經(jīng)受剪切稀化時(shí)降低至50倍或更多，在一些實(shí)施方案中降低至90倍或更多。

在該實(shí)施例中，噴嘴56的底部尖端優(yōu)選地沿著z軸定位在積聚擠出物的下墊面附近，諸如壓板30的頂部表面或者3D部件12或支撐結(jié)構(gòu)14的頂層。因此，形成的接觸微滴具有很短的下落距離或無(wú)下落距離(即，同時(shí)微滴與噴嘴56的底部尖端和所述表面保持接觸)。

盡管以上通過(guò)圖2-6所示的配置描述了液化器組件20和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62，但是液化器組件20和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62可選地具有各種不同的配置。例如，圖8示出了替代液化器組件20，其包括沿著液化器52的側(cè)向端52b延伸(而不是沿著面52a設(shè)置)的加熱器組件54。在該實(shí)施例中，加熱器組件54可以沿著側(cè)向端52b軸向延伸，而部分沿著液化器52的長(zhǎng)度向下延伸到出口端66和/或噴嘴56。加熱器組件54優(yōu)選地不向上延伸到入口端64，以防止細(xì)絲48在入口端64熔融，否則可能導(dǎo)致不期望的壓曲或蕈狀擴(kuò)展效應(yīng)。

液化器52的帶狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一是面52a的大的可加熱表面積以及它們之間相對(duì)小的厚度，這減少了熱通過(guò)細(xì)絲48傳遞所需的時(shí)間。因此，如上圖2-6所示的將熱傳導(dǎo)至面52a的加熱器組件54可以減少由于細(xì)絲48的熱熔融引起的時(shí)間響應(yīng)延遲。

然而，加熱器組件54可選地(或另外地)放置成與液化器52的側(cè)向端52b相接觸，如圖8所示。該實(shí)施例有益于防止液化器52的壓縮和膨脹損壞加熱器組件54，從而防止干擾液化器52和加熱器組件54之間的配合接觸。這也允許蛤殼式框架60機(jī)械地包圍液化器52，從而增加蛤殼式框架60的強(qiáng)度并減小其所需質(zhì)量。在這種情況下，每個(gè)加熱器組件54可以包括釬焊連接(例如，釬焊到側(cè)向端52b的銅導(dǎo)線)，并且可以接收合適的電流(例如，約35安培)來(lái)產(chǎn)生熱量。

圖9示出了致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的替代配置，其中可以省略張緊螺栓76和偏壓彈簧78，并且替換為在反向夾緊布置中接合壓電致動(dòng)器80的夾持臂144a和144b。如圖所示，夾持臂144a固定至凸緣70a或與凸緣70a一體形成，夾持臂144b固定至凸緣70b或與凸緣70b一體形成并且在夾持臂144a下方通過(guò)。夾持臂144a和144b中的每一個(gè)優(yōu)選地是有效地用作凸緣70和70b的延伸部的剛性構(gòu)件(例如，鋼或鋁)。

在該實(shí)施例中，由于夾持臂144a和144b的反向夾緊布置，控制器組件38以與上述相反的方式操作壓電致動(dòng)器80。具體而言，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80延伸(如箭頭146所示)時(shí)，夾持臂144a和144b被壓開(kāi)(如箭頭148所示)。這相應(yīng)地由于反向夾緊布置而將凸緣70a和70b拉到一起(如箭頭150所示)，由此橫向壓縮液化器52(如箭頭152所示)。

相反，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80收縮時(shí)，夾持臂144a和144b被拉到一起而將凸緣70a和70b壓開(kāi)。這相應(yīng)地釋放施加給液化器52的橫向壓力。因此，由于反向夾緊布置，控制器組件38實(shí)際上反轉(zhuǎn)了中繼到壓電致動(dòng)器80的縱向收縮和膨脹信號(hào)。這示出了致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的多種可選配置中的一種，這些配置允許壓電致動(dòng)器80壓縮和釋放液化器52。

圖2-6、8和9所示的實(shí)施例示出了用于將壓電致動(dòng)器80與液化器52和加熱器組件54熱隔離的設(shè)計(jì)的示例。壓電致動(dòng)器通常對(duì)高溫敏感。因此，壓電致動(dòng)器80優(yōu)選地與液化器52和加熱器組件54熱隔離，諸如利用一個(gè)或多個(gè)絕緣間隔件、氣隙、散熱片等。可替代地，壓電致動(dòng)器80可以替換為任何合適的致動(dòng)器，諸如能夠在高頻(例如，壓力變化小于一毫秒)下使液化器52壓縮和膨脹的致動(dòng)器。例如，壓電致動(dòng)器80可以替換為液壓致動(dòng)器，這樣則從液化器52和加熱器組件54的加熱區(qū)域移除熱敏壓電致動(dòng)器。任選地，液壓致動(dòng)器可以由一個(gè)或多個(gè)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)。

圖10示出了一個(gè)實(shí)施例，其中液化器52和噴嘴56是可更換的消耗組件16的子部件，并且液化器組件20和打印頭18的其余部件是系統(tǒng)10的子部件。在這種情況下，液化器52可以插入到加熱器組件54之間的通道74中(如箭頭154所示)，然后可以緊固張緊螺栓62而將液化器52牢固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

然后，控制器組件38可以利用壓電致動(dòng)器80執(zhí)行校正例程，以確保液化器52不會(huì)由于張緊螺栓62的緊固而被不適當(dāng)?shù)貕嚎s。當(dāng)需要更換液化器52(例如，更換為新的消耗組件16)時(shí)，可以松開(kāi)張緊螺栓62，可以移除液化器52，并且可以采用與上述相同的方式插入新的液化器52。

如圖11所示，致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62還可以包含沿著縱向長(zhǎng)度68彼此偏移的多個(gè)致動(dòng)器，諸如多個(gè)壓電致動(dòng)器80。在該實(shí)施例中，如果需要，控制器組件38可以統(tǒng)一命令壓電致動(dòng)器80一起收縮和延伸，以沿著縱向長(zhǎng)度68進(jìn)行壓縮和膨脹。壓縮和膨脹可以沿著縱向長(zhǎng)度68以統(tǒng)一的方式進(jìn)行?？商娲?或另外地)，如果需要，可以沿著縱向長(zhǎng)度68以徑向?qū)ΨQ的方式執(zhí)行壓縮和膨脹以產(chǎn)生蠕動(dòng)波。因此，液化器組件20可以包含具有一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的致動(dòng)器組件，以基于控制器組件38的命令信號(hào)使液化器52壓縮和膨脹。

如圖12所示，液化器組件20還可以包括配置成測(cè)量液化器組件20的壓縮和膨脹的一個(gè)或多個(gè)傳感器。例如，液化器組件20可以包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變儀傳感器156，應(yīng)變儀傳感器156固定至基部72(或固定在液化器組件20的任何其它合適位置)并且沿著縱軸68彼此偏移。這允許測(cè)量基部72的壓縮和膨脹(由于凸緣70a和70b的撓曲所致)，并且通過(guò)通信線路40將基部72的壓縮和膨脹傳送到控制器組件38。傳感器156可以用于多種目的，諸如打印操作(例如，用于到控制器組件38的反饋回路)期間的實(shí)時(shí)壓力測(cè)量，和/或用于以施加給液化器52的壓縮水平來(lái)校正壓電致動(dòng)器80的目的。

可替代地，如圖13所示，液化器組件20可以連接至電容傳感器158，電容傳感器158可以連接至控制器組件38或任何其它合適的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。電容傳感器158配置成(諸如)利用一個(gè)或多個(gè)電線160在間隔件58之間產(chǎn)生穿過(guò)通道74的電場(chǎng)，用于測(cè)量所產(chǎn)生電場(chǎng)的電容。具體而言，電容傳感器158配置成測(cè)量在液化器52被橫向壓縮和釋放時(shí)所產(chǎn)生電場(chǎng)的變化。這種布置允許準(zhǔn)確地測(cè)量精確的時(shí)間相關(guān)壓縮距離，從而為壓電致動(dòng)器80產(chǎn)生的涌出和縮回提供實(shí)時(shí)反饋。

這還可以用于各種目的，諸如用來(lái)描述消耗材料的特性，用于打印操作(例如，用于到控制器組件38的反饋回路)期間的讀取時(shí)間反饋控制，和/或用于以施加給液化器52的壓縮水平校正壓電致動(dòng)器80的目的。在一些實(shí)施例中，控制器組件38也可以使用壓電致動(dòng)器80和電容傳感器158的組合來(lái)測(cè)量液化器52的壓縮性。在這種情況下，如果細(xì)絲48是濕的并且在液化器52中熔融時(shí)釋放蒸汽，則形成的氣囊相比熔融材料將具有更高的壓縮性。因此，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，液化器52的橫向壓縮將超出電容傳感器158的預(yù)期，這可以指示錯(cuò)誤狀況。然后控制器組件38可以停止系統(tǒng)10的操作，給出錯(cuò)誤狀況的警告指示，和/或執(zhí)行清除操作。

圖14示出了液化器組件20的另一個(gè)替代實(shí)施例。在該實(shí)施例中，蛤殼式框架60的基部72被分成基部子部分72a和72b，基部子部分72a和72b中的每一個(gè)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)鉸鏈機(jī)構(gòu)162可操作地連接。鉸鏈機(jī)構(gòu)162可樞轉(zhuǎn)地將基部子部分72a和72b連接，并且允許凸緣70a和70b折曲，而沒(méi)有損壞基部72的風(fēng)險(xiǎn)并具有較小的橫向偏壓電阻。這減小了壓電致動(dòng)器80使液化器72壓縮和膨脹所需的推拉壓力。根據(jù)需要，具有鉸鏈機(jī)構(gòu)162(或任何其它合適的鉸鏈機(jī)構(gòu))的這種鉸鏈連接布置可以結(jié)合到本文所述的任何實(shí)施例中。

如圖15所示，蛤殼式框架60還可以延伸到基部72的相對(duì)側(cè)，以利用凸緣164a和164b來(lái)保持致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62。該實(shí)施例有利于進(jìn)一步將壓電致動(dòng)器80與液化器52和加熱器組件54熱隔離。在操作期間，控制器組件38以與以上對(duì)于圖2-6所示示例所述的方式相反的方式操作壓電致動(dòng)器80。具體而言，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80延伸(如箭頭166所示)時(shí)，則凸緣164a和164b被壓開(kāi)(如箭頭168所示)。這相應(yīng)地使基部子部分72a和72b(或基部72)圍繞鉸鏈機(jī)構(gòu)162樞轉(zhuǎn)，以在液化器52處將凸緣70a和70b的相對(duì)端拉到一起(如箭頭170所示)，由此橫向壓縮液化器52(如箭頭172所示)。

相反，當(dāng)控制器組件38命令壓電致動(dòng)器80收縮時(shí)，則凸緣164a和164b被拉到一起而將凸緣70a和70b拉開(kāi)。這相應(yīng)地釋放了施加給液化器52的橫向壓縮。因此，與圖2-6所示的示例相比，控制器組件38以與以上對(duì)于圖9所示反向夾緊布置所述的方式相同的方式有效地使中繼到壓電致動(dòng)器80的縱向收縮和延伸信號(hào)反轉(zhuǎn)。

圖16示出了包括設(shè)置在間隔件58與凸緣70a和70b之間的兩個(gè)(或更多個(gè))相對(duì)的壓電致動(dòng)器80的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，凸緣70a和70b優(yōu)選地由于對(duì)液化器52直接施加橫向壓力而不折曲。因此，可以任選地省略張緊螺栓76和偏壓彈簧78，并且蛤殼式框架60可以替換為具有相對(duì)底端72的封閉矩形框架60。

由于壓電致動(dòng)器80與液化器52非常接近，因此間隔件58優(yōu)選地將壓電致動(dòng)器80與液化器52(和加熱器組件54)熱隔離，以防止壓電致動(dòng)器80暴露于過(guò)熱。在一些方面，間隔件58和/或框架60可以連接至一個(gè)或多個(gè)散熱片，以便從液化器52吸走熱量，從而減少傳遞到壓電致動(dòng)器80的熱量。

在操作期間，控制器組件38可以以同步的方式命令壓電致動(dòng)器80，使得兩個(gè)壓電致動(dòng)器80延伸以對(duì)液化器52施加壓縮壓力(用于產(chǎn)生熔融材料的涌出)，或者使得兩個(gè)壓電致動(dòng)器80收縮以從液化器52釋放施加橫向的壓力(用于產(chǎn)生熔融材料的縮回)。

控制器組件38也可以以各種不同的方式命令壓電致動(dòng)器80，(諸如)用于提供噴嘴56沿著x軸的高精度運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，控制器組件38可以命令壓電致動(dòng)器80中的一個(gè)延伸，并且命令另一個(gè)壓電致動(dòng)器80收縮。這使得液化器52和噴嘴56相對(duì)于框架60沿著x軸移動(dòng)。這可以補(bǔ)充噴嘴56的任何精細(xì)-粗略定位。

圖17示出了類似于圖16所示的優(yōu)選實(shí)施例，其中封閉的矩形框架60替換為封閉的圓柱形框架60。圓柱形框架60是具有圓形或橢圓形橫截面的剛性構(gòu)件，使得相對(duì)的凸緣70a和70b以及相對(duì)的底端72彼此合并。因此，凸緣70a和70b可以以類似于圖16所示實(shí)施例的方式發(fā)揮作用，并且由于對(duì)液化器52直接施加橫向壓力而優(yōu)選地不折曲。本實(shí)施例中的框架60是有益的，這是因?yàn)榕c圖1所示的矩形實(shí)施例相比，其圓柱形幾何形狀進(jìn)一步地抵抗向內(nèi)和向外折曲。這使得橫向施加的壓力幾乎完全被引導(dǎo)至液化器52。

如圖中進(jìn)一步所示，液化器52、間隔件58和壓電致動(dòng)器80可以利用附加的間隔件174而固定在圓柱形框架60內(nèi)。間隔物174優(yōu)選地是相對(duì)不可壓縮的剛性部件(例如，不銹鋼、鋁或高強(qiáng)度塑料)。在一些方面，間隔件58、間隔件174和/或框架60可以連接至一個(gè)或多個(gè)散熱片，以從液化器52吸走熱量，從而減少傳遞到壓電致動(dòng)器80的熱量。

控制器組件38可以以與圖16所示的實(shí)施例相同的方式來(lái)操作圖17中所示的液化器組件20，(諸如)用于壓縮和釋放液化器52。此外，圓柱形框架60的圓柱形幾何形狀便于牢固地保持液化器52和壓電致動(dòng)器80，并且便于提供使液化器組件20的整體尺寸減小的緊湊設(shè)計(jì)。

圖18示出了替代液化器級(jí)176，其包括至少部分地被加熱器組件190包圍的圓柱形液化器184，并且與圓柱形細(xì)絲48一起使用。本實(shí)施例中的圓柱形液化器184可以具有用于熔融圓柱形細(xì)絲48以及用于將加壓的熔融材料推向?qū)Ч?78的任何合適的尺寸(如上所述)。

在該實(shí)施例中，圓柱形液化器184的合適長(zhǎng)度的示例包括至少約1.5英寸，更優(yōu)選為約1.5英寸至約5英寸，甚至更優(yōu)選為約50毫米(約2英寸)至76毫米(約3.0英寸)。圓柱形液化器184的合適的中空內(nèi)徑的示例范圍為約1.5毫米(約60密耳)至約2.5毫米(約100密耳)，并且在一些實(shí)施例中為約2毫米(約80密耳)至約2.4毫米(約95密爾)。在其它實(shí)施例中，中空內(nèi)徑范圍為約1.5毫米(60密耳)至約2毫米(約80密耳)。圓柱形液化器184的合適壁厚范圍為約0.25毫米(約10密耳)至約0.76毫米(約30密耳)，更優(yōu)選為約0.38毫米(約15密耳)至約0.5毫米(約20密耳)。

從上述描述中還可以理解，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46和致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62的協(xié)同操作允許控制器組件38在沿著具有非穩(wěn)態(tài)條件(諸如道路起動(dòng)和停止、拐角以及擠出物流速可以變化的其它條件)的各種不同工具路徑軌跡移動(dòng)時(shí)以精確且一致的體積打印熔融部件和支撐材料的道路。

因此，這可以相應(yīng)地提高所打印的3D部件和支撐結(jié)構(gòu)(例如，3D部件12和支撐結(jié)構(gòu)14)的分辨率和精度。此外，對(duì)于許多工具路徑軌跡，由于時(shí)間響應(yīng)延遲減少，控制器組件38可以基本上保持打印頭18的速度。這提供的優(yōu)點(diǎn)是以每層為基礎(chǔ)減少了打印時(shí)間，這樣可以大大減少打印大型3D部件和支撐結(jié)構(gòu)所用的生產(chǎn)時(shí)間。

另外，在任一上述實(shí)施例中，液化器52還可以接收沿著液化器52施加的可產(chǎn)生電阻加熱的電流(例如，經(jīng)由線路40)。控制器組件38還可以根據(jù)施加電流(例如，經(jīng)由線路40)的電阻來(lái)實(shí)時(shí)地測(cè)量和監(jiān)控液化器52的溫度。這有效地提供了自加熱和/或自傳感液化器，這對(duì)于液化器52的橫向可壓縮性質(zhì)是特別有利的，因?yàn)樗梢匀芜x地不需要位于面52a處的加熱器組件54并且還可以降低部件成本。此外，該設(shè)計(jì)還可以減小移動(dòng)質(zhì)量，這可以降低臺(tái)架成本并增加靈活性，并且還可以降低熱質(zhì)量，這可以減少漏液(drool)、提高溫度精度并實(shí)現(xiàn)熔體流動(dòng)的熱膨脹控制。

例如，如圖18所示，液化器組件20還可以包括頂部電極208，頂部電極208被夾持或以其它方式保持在液化器52的入口端64處，并且可以用作電觸頭和機(jī)械接地。液化器組件20還包括電線210，電線210可以固定(例如釬焊)至液化器52和/或噴嘴56的出口端66并用作尖端電極。電線210的相對(duì)端可以終止于連接器，該連接器可以連接至任何合適的電觸頭以接收電流(例如，經(jīng)由線路40)。

電極208和電線210還可以連接至一個(gè)或多個(gè)電流傳感器(例如，一個(gè)或多個(gè)霍爾傳感器211)，所述電流傳感器可以是控制器組件36的子部件和/或與控制器組件36分離。電流或霍爾傳感器211可以測(cè)量并監(jiān)控施加電流的電阻，從而有效地用作液化器52的溫度傳感器。這允許控制器組件36調(diào)整所施加的電流，以便使用一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制回路來(lái)維持沿著液化器52的期望熱分布。

電極208和電線194可以通過(guò)焊接、釬焊、分子鍵合、夾持(例如，用碳或銀接口)等以電力和機(jī)械的方式接觸液化器52。在這些實(shí)施例中，液化器52可以可選地由除了不銹鋼之外的一種或多種其它材料制成，諸如合金(例如鎳、鉬、鎳鉻合金、塊狀金屬玻璃等)、半導(dǎo)體(例如硅)、正和/或負(fù)溫度系數(shù)陶瓷(鈦酸鋇)等。

另外，如上所述，本公開(kāi)的這種自加熱特征也可以與任何合適的液化器(圓柱形和/或非圓柱形)一起使用，諸如圖19和20所示的液化器。在這些實(shí)施例中，液化器組件20不一定包括任何致動(dòng)器機(jī)構(gòu)(例如致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62)，并且可以作為液化器組件改裝成現(xiàn)有的增材制造系統(tǒng)。

在這種情況下，可受益于該自加熱(和/或自感)特征的合適的液化器的示例包括以下文獻(xiàn)中所公開(kāi)的：美國(guó)專利第7,897,074、8,221,669、8,236,227和8,439,665號(hào)(Batchelder等人)；美國(guó)專利第6,004,124、8,647,098和8,647,102號(hào)(Swanson等人)；美國(guó)公開(kāi)第2013/0241102號(hào)(Rodgers等人)；美國(guó)公開(kāi)第2014/0048969號(hào)(Swanson等人)；以及美國(guó)公開(kāi)第2014/0159284號(hào)(Leavitt)，這些中的每一個(gè)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文，在此意義上，它們與本公開(kāi)并不沖突。因此，本實(shí)施例中的液化器52可以具有中空?qǐng)A柱形幾何形狀、中空帶狀幾何形狀或任何其它合適的中空幾何形狀。

如圖19所示，在該示例中，液化器組件20還可以包括頂部電極208，頂部電極208被夾持或以其它方式保持在液化器52的入口端64處，并且可以用作電觸頭和機(jī)械接地。液化器組件20還包括電線210，電線可以固定(例如釬焊)至液化器52和/或噴嘴56的出口端66并用作尖端電極。電線194的相對(duì)端可以終止于電連接器，電連接器可以連接至任何合適的電觸頭以接收電流(例如，經(jīng)由線路40)。

在圖18和圖19所示的配置中，控制器組件36可以通過(guò)電線210施加電流，諸如施加的具有“接通”和“斷開(kāi)”狀態(tài)的直流電。當(dāng)接通時(shí)，所施加電壓除以電流消耗則給出電路的電阻，電阻隨著液化器52溫度的升高而升高?？梢匀芜x地在室溫啟動(dòng)時(shí)測(cè)量電路的非控制電阻(主要是觸頭)。此后，電阻/溫度系數(shù)的變化可以(諸如)利用霍爾傳感器211來(lái)提供溫升(和/或可以任選地使用查找表)。

由于在該實(shí)施例中使用了單個(gè)電線210(即，單個(gè)加熱區(qū)設(shè)計(jì))，因此所測(cè)量的溫度是液化器52的平均溫度。在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)期間，沿著液化器52的最高溫度的位置通常會(huì)位于距噴嘴56(沿著液化器52)的三分之一距離處。這是因?yàn)樵谑褂闷陂g，噴嘴56被3D部件22和空氣冷卻，并且入口端64可以通過(guò)進(jìn)入的入口空氣和細(xì)絲48的熔融來(lái)冷卻。

如果需要在高的操作溫度下具有長(zhǎng)壽命，則電流驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選地改變符號(hào)，使得施加給液化器52的平均電流為零。這優(yōu)選地執(zhí)行為使缺陷電遷移最小化，并且可以用H橋、變壓器耦合或其它驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖20示出了圖18和圖19所示的替代實(shí)施例，其可以包括帶有多個(gè)電線210的多區(qū)自加熱，電線210在任何合適的位置處連接至液化器52。在該實(shí)施例中，液化器組件20可以包括2至10個(gè)電線210(對(duì)于多達(dá)10個(gè)加熱區(qū))，2至8個(gè)電線210(對(duì)于多達(dá)8個(gè)加熱區(qū))，2至6個(gè)電線210(對(duì)于多達(dá)6個(gè)加熱區(qū))，2至4個(gè)電線210(對(duì)于多達(dá)4個(gè)加熱區(qū))，2至3個(gè)電線210(對(duì)于多達(dá)3個(gè)加熱區(qū))和/或2個(gè)電線210(對(duì)于2個(gè)加熱區(qū))。

如圖21所示，在一些實(shí)施例中，電線210可以替換為外管210，外管210可以圍繞液化器52延伸(諸如圍繞液化器52同軸地延伸)，其中術(shù)語(yǔ)“同軸地”不旨在限于圓柱形液化器實(shí)施例，并且可以包括帶狀和/或其它非圓柱形液化器52。外管210(可以由一種或多種導(dǎo)電材料制成)的使用有利于將電連接約束在遠(yuǎn)離噴嘴56的位置。在這種情況下，液化器52的出口端66和外管210可以(諸如)利用一個(gè)或多個(gè)釬焊連接212連接至噴嘴56。

這通過(guò)外管210、釬焊連接212和液化器52形成電路。外管210和液化器52可以由一個(gè)或多個(gè)電隔離材料隔離，諸如絕緣氧化物和/或空氣。因此，電流可以進(jìn)入(由箭頭213a示出)并向下流經(jīng)外管210(由箭頭213b示出)，通過(guò)釬焊連接212，返回向上流經(jīng)液化器52(由箭頭213c示出)，以及從電極208流出(由箭頭213d示出)。這具有以下優(yōu)點(diǎn)：液化器52的有效電阻率可以乘以4，這可以顯著降低所需的峰值電流，并且可以顯著減少輻射?？商娲兀娏骺梢匝刂^213a-213d的相反方向經(jīng)過(guò)。在另外的替代方案中，外管210也可以由一個(gè)或多個(gè)電絕緣層和/或隔熱層包圍或以其它方式覆蓋。

實(shí)施例

在以下實(shí)施例中對(duì)本公開(kāi)進(jìn)行了更具體的描述，這些實(shí)施例僅作為說(shuō)明，本公開(kāi)范圍內(nèi)的許多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。

I.實(shí)施例1

裝配根據(jù)圖2-5所示實(shí)施例的液化器組件，以便比較細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間和對(duì)帶狀液化器橫向施加和釋放的壓力。帶狀液化器的寬度為6.85毫米(0.27英寸)，厚度為0.991毫米(0.039英寸)，壁厚為0.076毫米(0.003英寸)，加熱長(zhǎng)度為35.6毫米(1.4英寸)。液化器組件不包括與致動(dòng)器機(jī)構(gòu)62相對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器機(jī)構(gòu)。相反，蛤殼式框架的一個(gè)凸緣固定至剛性安裝件以防止液化器組件移動(dòng)，并且桿被固定至另一個(gè)凸緣。

在測(cè)試期間，使用速度測(cè)量傳感器(如美國(guó)專利申請(qǐng)第13/840,538號(hào)(Batchelder)中所公開(kāi)的)測(cè)量擠出物的流速，將速度測(cè)量傳感器與到細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的信號(hào)命令進(jìn)行比較。圖22是擠出物的體積流速相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。步階圖214示出了對(duì)細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的信號(hào)指令，曲線216示出了響應(yīng)于輸入變化的擠出物的體積流速。

可以看出，當(dāng)細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在階段218將細(xì)絲供給到帶狀液化器中時(shí)，擠出物流速表現(xiàn)出時(shí)間響應(yīng)延遲以達(dá)到期望的流速，如在階段218處斜率增大的流速所示。類似地，當(dāng)在階段220命令細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止將細(xì)絲供給到帶狀液化器中時(shí)，擠出物流速表現(xiàn)出時(shí)間響應(yīng)延遲(以指數(shù)衰減)以停止擠出，如在階段220處斜率減小的流速所示。

相比之下，如峰222所示，當(dāng)使用者壓縮和釋放桿以壓縮帶狀液化器(增大的斜率222a)和釋放帶狀液化器(減小的斜率222b)時(shí)，擠出物流速迅速增大為具有非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間的短促涌出。如峰224和226所示，進(jìn)行數(shù)次壓縮和釋放，其中在釋放階段期間也施加負(fù)壓以引起擠出物的吸回，如在減小的斜率224b和226b處降低的流速所示。

在細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被命令停止之后也進(jìn)行類似的壓縮和釋放測(cè)試，如峰228、230和232所示。由于帶狀液化器的壓縮和膨脹，這些峰228、230和232也表現(xiàn)出非常快的響應(yīng)時(shí)間。由帶狀液化器(峰222-232)的壓縮和膨脹產(chǎn)生的擠出物的這些時(shí)間響應(yīng)明顯快于用細(xì)絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可獲得的擠出物的時(shí)間響應(yīng)(階段218和220)。

II.實(shí)施例2

還進(jìn)行了確定導(dǎo)向管(例如，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)管178)是否能夠在所施加的電流下自加熱的測(cè)試。圖30是處于電加熱的測(cè)試導(dǎo)向管的紅外圖像。所述導(dǎo)向管是14號(hào)304不銹鋼管，12英寸長(zhǎng)，外徑為84密耳，壁厚為10密耳。12號(hào)銅線(長(zhǎng)度為3英尺)將導(dǎo)向管連接至10安培的電源，這需要大約1.9伏的驅(qū)動(dòng)。使用丙烷炬利用Muggy Weld SSF-6銀焊料將銅線釬焊至導(dǎo)向管。如圖23所示，通過(guò)導(dǎo)向管進(jìn)棧10安培將導(dǎo)向管在環(huán)境空氣中的溫度升高至約90℃。這說(shuō)明本公開(kāi)的導(dǎo)向管、液化器和蓄電池能夠在施加的電流下自加熱。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本公開(kāi)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。申請(qǐng)人在此通過(guò)引用將于2014年9月26日提交的序列號(hào)為62/056,200的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(標(biāo)題為“用于增材制造系統(tǒng)的打印組件及其使用方法(PRINT ASSEMBLY FOR ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM,AND METHODS OF USE THEREOF)”)的全部?jī)?nèi)容并入本文。