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CN104582939B - 具有扩展的打印体积的添加物制造系统以及其的使用方法 - Google Patents

具有扩展的打印体积的添加物制造系统以及其的使用方法 Download PDF

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CN104582939B
CN104582939B CN201380043692.1A CN201380043692A CN104582939B CN 104582939 B CN104582939 B CN 104582939B CN 201380043692 A CN201380043692 A CN 201380043692A CN 104582939 B CN104582939 B CN 104582939B
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Abstract

一种用于打印三维部件(50)的添加物制造系统(30)，所述系统(30)包括可加热的区域(34)；接收表面(36a)；打印头(40)，其被构造为以逐层的方式沿着打印轴线在接收表面(36a)上打印三维部件(50)；以及驱动机构(38)，其被构造为沿着所述打印轴线导引所述接收表面(36a)，从而所述接收表面(36a)和所述三维部件(50)的至少一部分移出到可加热的区域(34)之外。

Description

具有扩展的打印体积的添加物制造系统以及其的使用方法
技术领域
本发明公开内容涉及一种用于利用基于层的添加物制造技术而构建三维(3D)部件的添加物制造系统。更具体地，本发明公开内容涉及一种用于打印大的3D部件的添加物制造系统，以及在添加物制造系统中打印3D部件的方法。
背景技术
添加物制造系统被用于使用一种或多种添加物制造技术而打印3D部件或以其他方式由3D部件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)来构建3D部件。商业上可购得的添加物制造技术的示例包括基于挤出的技术、喷射、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束熔化以及立体光刻工艺。对于这些技术中的每一个，3D部件的数字表示最初被切割成多个水平层。对于每个切割层，然后产生一个或多个工具路径，该工具路径提供用于特定的添加物制造系统的指示以打印所述制定的层。
例如，在基于挤出的添加物制造系统中，通过挤出可流动部件材料以逐层的方式可以由3D部件的数字表示来打印3D部件。部件材料通过由系统的打印头所承载的挤出顶端或喷嘴而被挤出，并且被沉积为在x-y平面中在基板上的一系列路径，同时打印头沿着工具路径移动。被挤出的部件材料融合到之前沉积的部件材料，并且在温度降低时固化。打印头相对于基板的位置然后沿着Z轴线(垂直于x-y平面)被增高，并且然后重复所述过程以形成与数字表示类似的3D部件。
在通过沉积多层部件材料制造3D部件时，支撑层或结构典型地被构建在正在构建的3D部件的悬出部的下面或者其的腔中，这些部分不被部件材料本身支撑。使用与沉积部件材料相同的沉积技术可以构建支撑结构。主机电脑生成作用为支撑结构的额外几何结构，该支撑结构用于正被形成的3D部件的悬出部或自由空间段。然后在打印过程中，按照所生成的几何结构，利用第二喷嘴来沉积支撑材料。该支撑材料在制造期间粘合到部件材料，并且当打印过程完成之后可从已完成的3D部件上移除。
发明内容
本发明公开内容的一方面涉及一种用于打印3D部件的添加物制造系统，以及使用所述系统的方法。所述系统包括加热机构，所述加热机构被构造成将所述系统的区域(例如，腔室或其他区域)加热至一个温度或更多的温度；打印头，所述打印头被构造为沿着非竖直打印轴线打印部件材料。所述系统还包括非水平接收表面，所述非水平接收表面被构造为在被加热的区域中接收来自于所述打印头的被打印的部件材料以逐层的方式生产三维部件；以及驱动机构，所述驱动机构被构造为沿着所述非竖直打印轴线导引所述接收表面，从而所述接收表面和所述三维部件的至少一部分移出到被加热的区域之外。
本发明公开内容的另一方面涉及一种用于打印3D部件的添加物制造系统和使用该系统的方法，其中所述系统包括多个连续的腔室，这些腔室能够加热到不同的温度以限定台阶式降低的温度梯度。该系统还包括被设置在多个连续腔室的第一腔室中的打印头，所述打印头被构造为沿着非竖直打印轴线打印部件材料，非水平接收表面被构造为在被加热的区域中接收来自打印头的被打印的部件材料以逐层的方式生产3D部件。该系统还包括驱动机构，该驱动结构被构造为沿着非竖直打印轴线导引接收表面，使得接收表面和3D部件的至少一部分在台阶式降低的温度梯度的情况下经过多个连续的腔室。
本发明公开内容的另一方面涉及一种用于利用添加物制造系统打印3D部件的方法。所述方法包括加热添加物制造系统的一个区域，并且以逐层的方式沿着非竖直打印轴线在接收表面上打印3D部件和骨架，优选地在被加热的区域中。所述方法还包括协同于打印所述3D部件和骨架，沿着打印轴线导引所述接收表面，从而接收表面、3D部件的至少一部分和骨架的至少一部分优选地移动到被加热的区域之外。
定义
除非另外定义，否则以下的用在本文中的术语具有如下所提供的含义：
由于本领域的技术人员所已知的期望变量(例如，测量中的限制和可变化性)，术语“大约”和“大致”被在本文中用于指代可测量的值和范围。
诸如“之上”、“之下”、“顶部”和“下部”等方向取向被用于指代沿着3D部件的打印轴线的方向。在打印轴线是竖直z轴线的实施例中，层打印方向是沿着竖直z轴线的向上方向。在这些实施例中，术语“之上”、“之下”、“顶部”和“下部”等基于竖直z轴线。然而，在沿着一个不同的轴线打印3D部件的层的实施例中，诸如沿着水平x轴线或y轴线，术语“之上”、“之下”、“顶部”和“下部”等是相对于给定轴线。此外，在被打印的层是平面的实施例中，打印轴线与层的构建平面垂直。
术语“打印在……上”，诸如“将3D部件打印在打印基底上”包括在打印基底上直接和间接的打印。“直接打印”涉及将能够流动的材料直接沉积在打印基底上以形成粘合到打印基底的层。相比，“间接打印”涉及将能够流动的材料沉积在直接被打印在接收表面上的中间层上。如此，将3D部件打印在打印基底上可以包括：(i)3D部件被直接打印在打印基底上的情形，(ii)3D部件被直接打印在中间层上(例如，支撑结构的中间层上)的情形，其中中间层被直接打印在打印基底上，以及(iii)情况(i)和(ii)的组合。
术语“提供”，诸如“提供腔室”等，当在权利要求中被引述时，不是要要求任何特定的所提供物品的传送或接收。然而，出于清楚和便于阅读的目的，术语“提供”仅仅用于引述在权利要求的随后的元件中被提及的物品。
附图说明
图1A是带有支撑机构和骨架的正被打印的3D部件的侧视图，其示出了竖直打印轴线。
图1B是带有支撑机构和骨架的正被打印的3D部件的侧视图，其示出了水平打印轴线。
图2是本发明公开内容的具有用于水平地打印3D部件的压板和压板台架的第一示例性添加物制造系统的俯视图。
图3是第一示例性系统的侧视图。
图4A是打印在压板上的3D部件、支撑结构和骨架的立体图。
图4B是打印在压板上的3D部件、支撑结构和骨架的分解立体图。
图5是第一示例性系统的侧视图，其示出了正被水平地打印的3D部件。
图6是本公开的具有用于水平地打印3D部件的压板启动件的第二示例性添加物制造系统的俯视图。
图7是第二示例性系统的侧视图。
图8A是打印在压板启动件上的3D部件、支撑结构和骨架的立体图。
图8B是打印在压板启动件上的3D部件、支撑结构和骨架的分解立体图。
图8C是打印在压板启动件上的3D部件、支撑结构和骨架的立体图，其示出了可选的驱动机构。
图9是第二示例性系统的侧视图，其示出了正被水平地打印的3D部件。
图10是本公开的具有用于水平地打印3D部件的楔形启动件的第三示例性添加物制造系统的俯视图。
图11是第三示例性系统的侧视图。
图12是楔形启动件的放大侧视图，其示出了用于打印支撑结构的技术。
图13A是打印在楔形启动件上的3D部件、支撑结构和骨架的立体图。
图13B是打印在楔形启动件上的3D部件、支撑结构和骨架的分解立体图。
图14是第三示例性系统的侧视图，其示出了正被水平地打印的3D部件。
图14A是第三示例性系统(或任何其他示例性系统)的替代方案的侧视图，其包括具有一个或更多的楔形启动件的转动带机构。
图14B是被定位成接收被打印的材料的楔形启动件中的一个的分解立体图。
图14C是使用转动带机构的打印后的处理组件的侧视图。
图14D是打印后的处理组件的示例性支撑件移除站的侧视图。
图14E是第三示例性系统(或者任何其他的示例性系统)的第二替代方案的侧视图，其包括一个基于螺旋钻的粘性泵打印头。
图14F是示例性的基于螺旋钻的粘性泵打印头的侧视示意图。
图14G是第三示例性系统(或者任何其他的示例性系统)的第二替代方案的侧视图，其包括多个基于螺旋钻的粘性泵打印头。
图15是本公开的第四示例性添加物制造系统的侧视图，其具有用于竖直地打印3D部件的楔形启动件。
图16是是第四示例性系统的侧视图，其示出了正被竖直地打印的3D部件。
图17是本公开的具有用于提供多个温度区的多个腔室的第五示例性添加物制造系统的侧视图。
图18A是带有骨架的水平地打印的薄壁3D部件的正视图。
图18B是带有骨架的多个水平地打印的薄壁3D部件的正视图，其中多个3D部件被横向地打印成彼此相邻。
图18C是带有多个骨架的多个水平地打印的薄壁3D部件的正视图，其中多个3D部件以层叠布置的方式被打印成彼此相邻。
图19是带有骨架的竖直地打印的薄壁3D部件的后视立体图。
图20A和20B是打印在楔形启动件上的多个3D部件、支撑结构和骨架的立体图，其示出了用于打印多个连续的3D部件的骨架技术。
图21是带有支撑机构和骨架的水平地打印的示例性机翼部件的俯视照片。
图22是带有骨架的竖直地打印的示例性薄壁面板的正视照片。
图23是带有骨架的竖直地打印的示例性薄壁面板的后视照片。
具体实施方式
本发明公开内容涉及一种用于长或高的3D部件具有扩展的打印体积的添加物制造系统。该添加物制造系统包括加热机构，其被构造为加热所述系统的构建区域，诸如具有朝向腔体之外的外界条件开口的端口的腔体。该系统还包括一个或多个打印头，被构造为基底压板以逐层的方式将3D部件打印在被加热的腔体或其他构建区域中的打印基底(例如，压板或具有接收表面的其他部件)上。
随着被打印的3D部件在打印基底上生长，打印基底可被导引(index)或以其他方式移动通过上述端口。被打印的3D部件可以继续生长到该端口之外，直到达到期望的长度或高度。使用上述端口扩大了沿着系统的打印轴线的可打印体积，允许在单次打印操作中打印诸如机翼、歧管、机身等的长或高的3D部件。因此，3D部件可以比添加物制造系统的尺寸大。
如下进一步说明的那样，添加物制造系统可以被构造为在水平方向、竖直方向或沿着其他取向(诸如，相对于水平和竖直方向的斜坡)上打印3D部件。在这些实施例的每一个中，被打印的3D部件的多个层可以通过一个或多个打印的“建筑架或骨架(scaffold)”而被稳定，该“建筑架”相对于系统的打印轴线横向地支撑3D部件以处理或提供平行于构建平面的力。这与如下的被打印的“支撑结构”进行比较：该支撑结构相对于系统的打印轴线支撑3D部件的底面以提供与构建平面垂直的力(例如，用作后续的被打印层的锚定件以降低扭曲和卷曲)。
例如，图1A是正从打印头喷嘴12以逐层的方式打印的3D部件10的简化正视图，其中，3D部件10的多个层沿着竖直z轴线生长。因此，图1A中的“打印轴线”是竖直z轴线，每个层平行于水平的x-y构建平面(y轴线未示出)延伸。
3D部件10的多个层被打印在支撑结构14的多个层上，该支撑结构14的多个层相应地被设置在压板16上。支撑结构14包括第一系列的打印层14a，该打印层14a沿着打印轴线(例如，沿着竖直z轴线)支撑3D部件10的底面10a，由此提供与构建平面垂直的力。层14a有助于将3D部件10粘合至压板16或其他适当的打印基底上，为了降低使得层14a卷曲的风险，同时也允许在不损坏3D部件10的情况下从压板16上移除3D部件10。另外，支撑结构14包括第二系列打印层14b，该打印层14b沿着打印轴线支撑3D部件10的悬出表面10b。在每一情形中，支撑结构14的多个层(例如，层14a和14b)沿着打印轴线支撑3D部件10的底面(例如，底面10a和10b)，由此进一步提供垂直于构建平面的支持力。
相比，骨架18a和18b的多个层相对于3D部件10被打印在横向位置并且不用于支撑底面10a和10b。然而，示出为沿z轴线延伸的管状骨架的骨架18a和18b被打印为支撑3D部件10的横向侧以用作提供平行于构建平面的力的扶垛(buttress)。例如，在一些情形中，诸如当3D部件10是高且窄的时，层14a和3D部件10之间的粘合在打印操作期间可能不足以防止3D部件10的最上面的层发生摇晃。3D部件10的摇晃可能降低打印头喷嘴12和3D部件10之间的配合或对准，潜在地导致打印精度的降低。然而，骨架18a和18b提供了适当的机构，从而相对于打印轴线(即，竖直z轴线)在一个或多个横向位置处支撑3D部件10以稳定3D部件10防止发生摇晃。
可选地，图1B示出了正从打印头喷嘴22以逐层的方式打印的3D部件20，其中，3D部件20的多个层沿z轴线水平地生长。以此方式，在图1B中的“打印轴线”是水平z轴线，每个层平行于竖直的x-y构建表面(y轴线未示出)延伸。
在该情形中，3D部件20的多个层被打印在支撑结构24的多个层上，该支撑结构24的多个层相应地被设置在压板26上。支撑结构24包括第一系列打印层24a，该打印层24a沿着打印轴线(例如，沿着水平z轴线)支撑3D部件20的底面20a；以及第二系列打印层24b，该打印层24b沿着打印轴线支撑3D部件20的悬出表面20b。在每一情形中，支撑结构24的多个层(例如，层24a和24b)沿着打印轴线支撑3D部件20的底面(例如，底面20a和20b)，以提供垂直于构建平面的力。
相比，骨架28的多个层相对于3D部件20的多个层被打印在横向位置并且不用于支撑底面20a和20b。反而是，骨架28被打印以相对于打印轴线支撑3D部件20的横向侧，该横向侧在图1B示出的视图中是3D部件20的竖直底侧。在该水平情况中，骨架28支撑3D部件20，防止3D部件20在打印操作过程中在重力的作用下在平行于构建平面的方向上下垂。
例如，在一些情形中，诸如当3D部件20是长且窄的时，层24a和3D部件20之间的悬臂式粘合可能不足以防止3D部件20的最远端的层在打印操作期间在重力的作用下下垂。以此，骨架28提供了适当的机构，以相对于打印轴线(即，水平z轴线)在一个或多个横向位置处支撑3D部件20，从而降低下垂的风险。之后，骨架28自身可以倚靠在y-z平面中的底下的表面29上并且沿着该底下的表面29滑动。
为了便于论述，不论打印方向或取向如何，在提及打印轴线时，在本文中使用z轴线。对于诸如如图1A所示的竖直打印操作，打印z轴线是竖直轴线，3D部件的每个层、支撑结构以及骨架沿着水平的x-y构建平面延伸。可选地，对于诸如如图1B所示的水平打印操作，打印z轴线是水平轴线，3D部件的每个层、支撑结构以及骨架沿着竖直的x-y构建平面延伸。在另一可选的实施例中，3D部件的层、支撑结构以及骨架可以沿着任何适当的轴线生长。
另外，虽然图1A和1B示出了平坦的构建平面(即，每个层是平面的)，但是在其他可选的实施例中，3D部件的层、支撑结构和/或骨架可以是非平面的。例如，给定的3D部件的层可以每一个呈现出从平坦的构建平面的稍微弯曲或曲率。在这些实施例中，构建平面可以确定为具有所述曲率的一般的平面。除非另外明确说明，术语“构建平面”不是要限制成平坦平面。
如在下文中将进一步论述的那样，在一些实施例中，在其上打印3D部件、支撑结构和/或骨架的接收表面在构建平面中可以具有比3D部件、支撑结构和/或骨架的足迹(footprint)面积小的横截面面积。例如，打印基底的接收表面可以具有比期望的3D部件的足迹面积小的横截面面积。在此情况下，支撑结构和/或骨架的多个层可以以增大的横截面面积打印，直到它们至少包围期望的3D部件的足迹面积。这允许一起使用小的打印基底和本发明公开内容的添加物制造系统。此外，这允许利用作为接收表面的骨架来打印多个连续的3D部件。
水平打印
图2至14示出了本发明公开内容的示例性添加物制造系统，该系统具有用于水平地打印长的3D部件(诸如如上讨论的用于3D部件20)的扩展的打印体积(在图1B中示出)。图2至5示出了系统30，该系统是用于使用基于层的添加物制造技术而水平地打印或以其他方式构建3D部件、支撑结构和/或骨架的第一示例性添加物制造系统。适合用于系统30的系统包括由在明尼苏达州的Eden Prairie的Stratasys,Inc公司开发的商标为“FDM”以及“FUSED DEPOSITION MODELING”的基于挤出的添加物制造系统，该系统被定向成使得打印z轴线是水平轴线。
如图2所示，系统30可以倚靠在台或其他适当的表面32上，并且包括腔室34、压板36和压板台架38、打印头40、头部台架42以及可消耗组件44和46。腔室34是具有腔室壁48的封闭环境，并且最初包括用于打印3D部件(例如，3D部件50)、支撑结构(例如，支撑结构52)和/或骨架(例如，如图3-5所示的骨架54)的压板36。
在示出的实施例中，腔室34包括加热机构56，该加热机构56可以是构造为加热腔室34的任何适当机构，诸如一个或多个加热器和空气循环器以将被加热的空气吹过腔室34。加热机构56可以至少在打印头40的附近加热腔室34和将腔室34维持在如下的一个或多个温度下：该一个或多个温度是部件材料和/或支撑材料的固化温度和蠕变松弛温度之间的窗口(window)中。这降低了部件材料和支撑材料在被挤出和被沉积之后固化的速率(例如，降低扭曲和卷曲)，其中材料的蠕变松弛温度与其玻璃态转变温度成比例。用于确定部件材料和支撑材料的蠕变松弛温度的适当技术的示例在Batchelder等的美国专利No.5,866,058中被公开。
腔室壁48可以是用于降低被加热的空气从腔室34内的构建环境损失的任何适当的阻挡件，并且也可以热隔离腔室34。如图所示，腔室壁48包括横向延伸通过的端口58，以使得腔室34向系统30之外的周围环境条件开口。因此，系统30在端口58处表现出热梯度，其中将腔室34中的被升高的一个或更多的温度下降到腔室34之外的周围环境温度(例如，室温，大约25℃)。
在一些实施例中，系统30可以被构造为诸如利用气帘主动地降低经由端口58的热损失，由此改善节能。此外，系统30也可以包括一个或多个位于端口58处的诸如隔离帘条、布或柔性衬里、刚毛等的可穿透性的阻挡件，这些阻挡件限制到端口58之外的空气流，同时允许压板36从其中通过。在可选的实施例中，腔室34可以被省去，系统30可以包含不具有腔室壁48的开放式可加热区域。例如，加热机构56诸如利用将热空气引导向打印头40(或打印头附近)的热空气鼓风机可以将可加热区域的温度加热至一个或更多的被升高的温度。
压板36是具有接收表面36a的打印基底，其中以逐层的方式将3D部件50、支撑结构52和骨架54水平地打印在接收表面36a上。在一些实施例中，压板36也可以包括可以用作接收表面36a的柔性聚合物膜或衬里，或其他的基板或层。压板36被压板台架38支撑，该压板台架38是被构造为导引压板36或以其他方式沿着打印Z轴线移动压板36的基于台架的驱动机构。压板台架38包括压板安装件60、引导轨道62、螺杆64、螺杆驱动件66和马达68。
压板安装件60是刚性结构，其将压板36保持成使得接收表面36a被保持成平行于x-y平面。压板安装件60被可滑动地联接到作为线性支承或支承件以沿着z轴线引导压板安装件60的引导轨道62并且将压板36的运动限制成沿着z轴线的方向(即，限制压板36在x-y平面内移动)。螺杆64具有联接到压板安装件60的第一端和与螺杆驱动件66接合的第二部分。螺杆驱动件66被构造为基于来自于马达68的转动动力而转动和拔出螺杆64以沿着z轴线导引压板36。
在示出的示例中，打印头40是双顶端挤出头，该双顶端挤出头被构造为接收来自于可消耗组件44和46(例如，经由引导管70和72)的可消耗细丝或其他材料，用于在压板36的接收表面36a上打印3D部件50、支撑结构52和骨架54。用于打印头40的适当装置的示例包括在如下的专利中公开的装置：Crump等的美国专利No.5,503,785；Swanson等的美国专利No.6,004,124；LaBossiere等的美国专利No.7,384,255以及No.7,604,470；Leavitt的美国专利No.7,625,200；Batchelder等的美国专利No.7,896,209；以及Comb等的美国专利No.8,153,182。
在一些实施例中，打印头40可以是基于螺旋钻的粘性泵，诸如在如下的专利中公开的粘性泵：Batchelder等的美国专利No.5,312,224和No.5,764,521以及Skubic等的美国专利No.7,891,964。在打印头40是可互换的单喷嘴打印头的额外的实施例中，用于每个打印头40的适当装置的示例以及打印头40和头部台架42之间的连接包括在如下的专利中公开的那些：Swanson等的美国专利申请公开No.2012/0164256。
打印头40被头部台架42支撑，该头部台架42是被构造为在平行于压板36的x-y平面中(或者大致在该平面中)移动打印头40。例如，头部台架42可以包括y轴线轨道74，x轴线轨道76和支承套筒78。打印头40可滑动地联接到y轴线轨道74以沿着水平y轴线移动(例如，经由一个或多个马达驱动的带和/或螺杆，未示出)。Y轴线轨道74被固定到支承套筒78，该支承套筒78自身被可滑动地联接到x轴线轨道76，从而允许打印头40也沿竖直x轴线移动或者在x-y平面中在任何方向上移动(例如，经由马达驱动的带，未示出)。虽然本文讨论的添加物制造系统示出为在笛卡尔坐标系中进行打印，但是该系统可以可选地在多个不同的坐标系中操作。例如，头部台架42可以在极坐标系中移动打印头40，从而提供用于系统30的柱面坐标系。
用于可消耗组件44和46的适当装置包括在如下的专利中公开的装置：Swanson等的美国专利No.6,923,634；Comb等的美国专利No.7,122,246；Taatjes等的美国专利No.7,938,351和No.7,938,356；Swanson的美国专利申请公开No.2010/0283172；以及Mannella等的美国专利申请No.13/334,910和No.13/334,921。
与打印头40一起使用的适当的材料和细丝包括在如下专利文献中公开和列出的那些：Crump等的美国专利No.5,503,785；Lombardi等的美国专利No.6,070,107和No.6,228,923；Priedeman等的美国专利No.6,790,403；Comb等的美国专利No.7,122,246；Batchelder的美国专利申请公开No.2009/0263582、No.2011/0076496、No.2011/0076495、No.2011/0117268、No.2011/0121476以及No.2011/0233804；以及Hopkins等的美国专利申请公开No.2010/0096072。用于这些细丝的适当平均直径的示例在从大约1.02毫米(大约0.040英寸)到大约3.0毫米(大约0.120英寸)的范围中。
系统30还包括控制器80，该控制器是被构造为监视和操作系统30的部件的一个或多个控制电路。例如，由控制器80所执行的控制功能的一个或多个能够在硬件、软件、固件等或者它们的组合中实施。控制器80可经由通信线路82与腔室34(例如，加热机构56)、打印头40、马达68和各种传感器、校准装置、显示装置和/或用户输入装置进行通信。
在一些实施例中，控制器80也可与压板36、压板台架38、头部台架42以及系统30的任何其他适当的部件中的一个或多个通信。虽然通信线路82示出为单一信号线路，但是该通信线路82可以包括一个或多个电信号线路、光信号线路和/或无线信号线路，从而允许控制器80与系统30的多个部件通信。此外，虽然控制器80和通信线路82示出为位于系统30的外侧，但是控制器80和通信线路82期望是位于系统30的内部部件。
系统30和/或控制器80也可与计算机84通信，该计算机84是与系统30和/或控制器80通信的一个或多个基于计算机的系统，并且可以与系统30分开，或者可选地可以是系统30的内部部件。计算机84包括用于产生和储存工具路径和相关的打印指令的基于计算机的硬件，诸如数据存储装置、处理器、内存模块等。计算机84可将这些指令传输给系统30(例如，控制器80)以执行打印操作。
在操作期间，控制器80可以指示打印头40选择性地从可消耗组件44和46(经由引导管70和72)中吸取或拉动连续多段的部件和和支撑材料细丝。打印头40热融化这些连续多段的被接收的细丝，从而它们变成融化的可流动的材料。这些融化的可流动材料然后沿着打印z轴线从打印头40中被挤出并且被沉积在接收表面36a上，从而用于打印3D部件50(由部件材料)、支撑结构52(由支撑材料)和骨架54(由部件和/或支撑材料)。
打印头40最初可以在接收表面36a上打印一层或多层支撑结构52，以提供用于后续打印的添加物基础。这保持3D部件50的多个层和压板36之间的良好粘结，并且降低或消除压板36的接收表面36a和x-y平面之间的平坦度的任何公差。在每个层被打印之后，控制器80可以指示压板台架38沿着z轴线在箭头86的方向上以单个层增量的方式导引压板36。
在支撑结构52最初被打印之后，打印头40然后可以打印3D部件50的多个层和骨架54以及可选地打印支撑结构52的任何附加的多个层。如上所述，支撑结构52的多个层的意图是沿着打印z轴线支撑3D部件50的底面以抵抗卷曲力，并且骨架54的多个层旨在沿着竖直的x轴线支撑3D部件50以抵抗重力。
如图3所示，以交叉的阴影示出了引导轨道62，并且为了可视性的原因，省略了头部台架42。因为被打印的3D部件50和骨架54沿着z轴线生长，所以压板36在箭头86的方向上的导引使得压板36朝向端口58移动通过腔室34。端口58期望具有允许压板36在不接触腔室壁48的情况下通过端口58的尺寸。具体地，端口58期望与压板36平行(或大致平行)(即，两者在x-y平面中延伸)，该端口58具有比压板36的横截面面积稍大的尺寸。这允许压板36(以及生长的3D部件50和骨架54)在没有干涉的情况下穿过端口58，同时也期望降低经过端口58的热损失。
随着3D部件50的被打印的多个层、支撑结构52和骨架54在箭头86的方向上朝向端口58移动通过腔室34，腔室34的温度逐渐地将它们从它们各自的挤出温度冷却到腔室34中的温度。如上所述，这降低了扭曲和卷曲的风险。台架组件38期望以如下的速率导引压板36，该速率足够慢从而被打印的层冷却到腔室34的温度并且在达到端口58之前驻留在腔室34中一段时间，该一段时间足以充分地实质上解除冷却应力。这允许被打印的层被充分地松弛从而当它们到达端口58处的温度梯度时，在温度梯度处的温度降低不会导致任何实质上的扭曲或卷曲。
图4A和4B示出了在打印操作期间的3D部件50、支撑结构52、骨架54和压板36。3D部件50包括内部结构50a和外部表面50b，其中内部框架50a以与骨架54相同的方式起作用以用于横向地支撑3D部件50的外表面50b。在可选的实施例中，根据3D部件50的几何尺寸，内部结构50a可以被省略或者可以由随后能够从3D部件50上移除的支撑材料打印制成(例如，可溶解的支撑材料)。在内部结构50a由可溶解的支撑材料打印而制成的实施例中，内部框架50a期望是多孔的和/或稀疏的以增大溶解流体(例如，碱性水溶液)流过3D部件50的内部区域的流量。这能够增大内部结构50a的溶解速率。
在示出的示例中，骨架54包括条带部88和传送器基底90。该用于骨架54的基于条带的结构布置的进一步细节在下文中将被讨论。简言之，条带部88以小的接触点被连接到3D部件50的外表面50b以支撑3D部件50以抵抗由于重力而产生的下垂。小的接触点允许条带部88在打印操作结束之后可被轻易地分离或者以其他方式从3D部件50上移除。传送器基底90是支撑条带部88的平面片材，从而提供了平滑的表面，随着沿着z轴线导引压板36，该平滑表面可以倚靠在引导轨道62上以及在引导轨道62上滑动。
如在图4A和4B中进一步地示出，支撑结构52期望被打印在接收表面36a上以至少包围3D部件50和骨架54的足迹面积(即，3D部件50和骨架54在x-y平面中的横截面面积)。在示出的示例中，支撑结构52只覆盖压板36的底面的大约40％。然而，对于在x-y平面中具有较大的几何尺寸的3D部件和骨架而言，压板36的整个表面可以被使用，从而允许3D部件具有达压板36大约被打印的压板36的横截面面积的横截面面积。此外，3D部件的长度可只受压板台架38的长度限制。因此，系统30适于打印具有多种不同的截面几何尺寸的长的3D部件，诸如机翼、歧管、机身等。
如图4B所示，压板36包括基底凹口91，该凹口91被构造为与引导轨道62的顶面对齐。该结构布置允许支撑结构52和骨架54的传送器基底90被打印成与凹口91对齐。这允许在箭头86的方向上导引压板36的同时支撑结构52和骨架54倚靠在引导轨道62上并且在引导轨道62上滑动。
如图5所示，压板台架38在箭头86的方向上连续地导引压板36，3D部件50的连续多个层和骨架54经过端口58处的热梯度并且移动到腔室34之外。如上文所述，被打印的层期望在到达端口58之前冷却到腔室34的温度以降低扭曲和卷曲的风险。在经过端口58时，被打印的多层然后可以冷却到腔室34之外的环境温度(例如，室温)。
打印操作可以持续直到3D部件50的最后一层被打印和/或当压板36被全部导引到压板台架38的末端时为止。如可以理解的那样，与具有封闭的腔室的添加物制造系统相比，允许压板36移动到腔室34之外增大了可以由系统30打印的3D部件的长度。
在打印操作完成之后，被打印的3D部件50、支撑结构52、骨架54和压板36可以从系统30上移除(例如，通过从压板台架38上拆卸下压板36)。压板36然后可以从支撑结构52上移除，并且支撑结构52可以从3D部件50和骨架54上移除(例如，通过溶解支撑结构52)。骨架54然后可以与3D部件50分离或者以其他方式从3D部件50上移除。
虽然系统30特别适于打印沿着z轴线是长的3D部件(即3D部件50)，但是系统30也可以打印沿着z轴线较短的3D部件。在3D部件50沿着z轴线短从而支撑结构52的粘度足以在没有实质上的下垂的情况下以悬臂的方式支撑3D部件的情况下，骨架54可以被省略。然而，如可以理解的那样，随着3D部件的长度沿着z轴线生长，支撑结构52自身不足以防止3D部件的远端被打印的层在重力的作用下下垂。在该情况下，一个或多个骨架(例如，骨架54)可以与3D部件一起被打印以横向地支撑3D部件。
图6-9示出了系统230，该系统是具有压板启动件和相关的驱动机构的第二示例性添加物制造系统。如图6所示，系统230可以以与系统30(如图2-5所示)类似的方式操作，其中用于各自的特征的参考标记被增加“200”。在该实施例中，系统30的压板36和压板台架38被压板启动件292和驱动机构294替代。
启动件292是具有压板部296、平台部298和加强臂300(在图8B中最好地示出)的可拆卸打印基底。压板部296包括用于以与压板36的接收表面36a类似的方式接收被打印的支撑结构252的接收表面296a。平台部298包括边缘段302和中心段304，其中，边缘段302沿着y轴线彼此偏置。压板部296在中心段304与平台部298一体地形成或者以其他方式连接到平台部298，并且不横向地延伸到边缘段302。以此方式，压板部296平行于x-y平面延伸并且与在y-z平面中延伸的平台部298成直角。加强臂300是结构上加强压板部296的可选部件。
启动件292可以由一种或多种聚合物材料和/或金属材料制造而成。例如，启动件292可以利用添加物制造系统由聚合物材料模制而成(例如，注射模制)或者打印而成以提供能够支撑3D部件250的被打印的多个层、支撑结构252和骨架254的刚性件。在一个可选的实施例中，平台部298可以是基于腹板或网的膜，在该膜上固定有压板部296。
如图6和7所示，驱动机构294是基于轮的驱动机构，该驱动机构包括引导轨道308、马达310和两对驱动轮306，其中，在图7中，为了便于观察，引导轨道308以交叉的阴影示出了(并且省略了头部台架242)。在打印操作之前，启动件292的平台部298可以被插入到所述成对的驱动轮306之间。平台部298也可以包括一个或多个对齐凸片312(在图8B中最好地示出)以将启动件292对齐到和可滑动地联接到引导轨道308。
引导轨道308以与引导轨道62(如图2、3和5所示)类似的方式作为沿着水平z轴线的线性支承件。然而，引导轨道308与引导轨道62相比在长度上明显地较短，由此降低了台232上的系统10的尺寸。例如，引导轨道308可以被全部地保持在腔室234中。
在操作期间，打印头240最初在接收平面296a上打印支撑结构252的一个或多个层以提供用于后续打印的粘合基底。这保持了3D部件250的多个层和接收表面296a之间的良好粘合。然而，如图8A和8B最好地示出，支撑结构252的多个层还包括与启动件292的边缘段302相对应的边缘段314以及与启动件292的对齐凸片312相对应的对齐凸片316(如图8B所示)。
在支撑结构252的每个层被打印之后，驱动机构294可以沿着z轴线在箭头286的方向上以单个层的增量的方式导引启动件292。具体地，如图8A所示，每对驱动轮306可接合边缘段302中的每一个的相对的表面。驱动轮306由使得驱动轮306转动的马达310操作以沿着z轴线在箭头286的方向上导引启动件292。
在可选的实施例中，驱动机构294可以被多个不同的驱动机构替代，从而以相同的方式接合和移动启动件292、支撑结构252和骨架254。例如，驱动轮306可以被如下的结构替代：钝齿、有纹理的轮、尖端轮、有纹理的和/或粘性的传送带等，从而接合各个边缘段302的一侧，每个边缘段302的两侧或者它们的组合。
在支撑结构252被打印之后，打印头240然后可以打印3D部件250的多个层，以及骨架254，并且可选地打印支撑结构252的任意附加的多个层。如图8A和8B进一步地示出，骨架254的传送基部288被打印以包括与边缘段302和314相对应的边缘段318，以及与对齐凸片312和316相对应的对齐凸片320。在可选的实施例中，对齐凸片312、316和/或320可以被省略。在这些实施例中，系统230可以包括其他适当的特征(例如对齐销)以保持在x-y平面中的对准。
随着驱动轮306在箭头286的方向上持续导引启动件292、支撑结构252的对齐凸片316和骨架254的对齐凸片320，最终到达引导轨道308和与引导轨道308滑动地接合以维持在x-y平面中的正确对准。此外，如图8A中的箭头322所示，驱动轮306最终地经过启动件292的边缘段302，并且接合边缘段314和318以在箭头286的方向上持续导引支撑结构250和骨架254。在一些实施例中，系统230可包括一个或多个传感器(未示出)以向控制器280提供反馈，由此维持对骨架250的适当导引。例如，系统230可包括一个或多个光学传感器以测量骨架250沿着z轴线的位移，该传感器可以将信号传递给控制器280以提供骨架250的精确导引。
如可以理解的那样，因为驱动轮306在骨架254的边缘段318的两侧接合骨架254，所以相对的驱动轮306可以需要沿着y-轴线被调整以补偿3D部件250的尺寸。例如，如果3D部件250沿着y轴线非常宽，那么相对的一对驱动轮306可能需要沿着y轴线被进一步地分离(如图8A中的分离线321所示)以容纳较宽的支撑结构252和骨架254。可选地，如果3D部件250沿着y轴线非常窄，那么相对的一对驱动轮306可能需要沿着y轴线被一起移动得更加接近，以降低支撑结构252和骨架254的宽度。这降低了对支撑结构252和骨架254的需求的尺寸。然而，在一个实施例中，驱动轮306沿着y轴线可以维持一定的间隔距离，该间隔距离容纳可被系统230打印的最宽的尺寸。在该实施例中，可以以到达驱动轮306的宽度来打印支撑结构252和骨架254。
可选地，如图8c所示，系统230可包括可选的诸如驱动机构294a的驱动机构，该驱动机构只接合支撑结构252、骨架254和启动件292的底面。如图所示，驱动机构294a包括辊306a和驱动带306b，其中，驱动带306b接合支撑结构252、骨架254和启动件292的底面。该底面的接合允许在不考虑3D部件250、支撑结构252和骨架254的尺寸的情况下使用驱动机构294a。
驱动带306b可以以多种不同的特征接合启动件292、支撑结构252和骨架254，诸如有纹理和/或粘性的带表面。这允许驱动带306b摩擦地、机械地和/与粘性地夹紧启动件292、支撑结构252和骨架254的底面，从而在箭头286的方向上导引或以其他方式移动它们。驱动带306b与启动件292、支撑结构252和骨架254之间的接合可以基于启动件292、支撑结构252和骨架254的重量，而将它们保持为抵靠驱动带306b。另外地，驱动机构230可以包括额外的部件以帮助维持所述接合，诸如启动件292和驱动机构294a之间的磁性联接。如将进一步理解的那样，虽然示出了驱动机构294a具有驱动带306b，但是驱动机构294a可选地可以包含不同的特征(例如，驱动轮)以接合启动件292、支撑结构252和骨架254的底面。
如图9所示，随着驱动机构294在箭头286的方向上持续导引骨架254，3D部件250和骨架254的连续的多层经过端口258处的热梯度并且移动到腔室234之外。在这一实施例中，工作台或表面232期望在腔室壁248的外部成台阶升高以接收对齐凸片312、316和318，允许它们在导引期间滑动跨越工作台232。此外，工作台232的被台阶式升高的部分可被处理或抛光，可包括低摩擦材料(例如，聚四氟乙烯)、和/或可包括气体喷射器以形成气垫，由此降低与对齐凸片312、316和318的滑动摩擦。可选地，在对齐凸片312、316和318被省略的实施例中，工作台232的被台阶式升高的部分可与引导轨道308的高度对齐或者稍微位于该高度之下以接收骨架254的传送基部288。
在通过端口258时，被打印的层然后可以冷却到腔室234之外的环境温度(例如，室温)。打印操作可以继续直到3D部件250的最后一层被打印。如可以理解的那样，通过打印具有可通过驱动机构294接合的边缘段314和318的支撑结构252和骨架254，系统230有效地在其自己的传送机构上生长。以此方式使用基于传送装置的骨架允许引导轨道308相对短，并且甚至保持在腔室壁248的内部。这降低了系统230的整体尺寸并且有效地允许沿着z轴线以无界限的长度打印3D部件250。
图10-14示出了作为第三示例性添加物制造系统的系统430，该系统具有楔形启动件和相关的驱动机构。如图10所示，系统430以与系统230(在图6-9中示出的)类似的方式操作，其中与系统30(如图2-5所示)相对应的各个特征的参考标记被增大“400”，并且与系统230相对应的各个特征的参考标记被增大“200”。在该实施例中，系统230的压板启动件292被楔形启动件492所替代。
启动件492是与启动件292类似的打印基底，并且包括楔形部496(代替压板部296)以及平台部498，并且可以由金属和/或聚合物材料制成。楔形部496具有斜坡式几何构造，该几何构造包括用于接收支撑结构452的被打印层的接收表面496a。平台部498包括边缘段502和中心段504，并且以与启动件292的平台部298的方式相同的方式起作用。楔形部496在中心段504与平台部498一体地形成或者以其他方式被连接到平台部498，并且不会横向地延伸到边缘段502。以此方式，接收表面496a平行于x-y平面延伸，并且与在y-z平面中延伸的平台部498成直角。
启动件292(如图6-9所示)以及启动件492示出了本公开的示例性启动件。本公开的每个启动件可以包括平台部和接收表面，其中，用于相对于平台部在结构上加强接收表面的特定几何结构可以变化。在接收表面小的实施例中，额外的结构加强件是不必要的，并且启动件可以具有“L”型或块型几何结构。随着接收表面的尺寸增加，一个或多个结构加强件(例如，加强臂300和楔形部496的斜坡式几何结构)可以期望用于防止接收表面在打印操作期间挠曲或晃动。
如图10和11所示，驱动机构494是基于轮子的驱动机构，该驱动机构以与驱动机构294相同的方式起作用，并且包括引导轨道508、马达510和两对驱动轮506，其中，在图7中，为了便于观察，以交叉的阴影示出了引导轨道308(并且头部台架242被省略)。在打印操作之前，启动件492的平台部498可以被插入上述多对驱动轮506之间。打印头440然后可以最初在接收表面496a上打印支撑结构452的一层或多层，其中，楔形部496的倾斜几何结构加强接收表面496a。
然而，如图12所示，楔形部496的接收表面496a与接收表面36a和296a相比具有小的横截面面积，并且也比3D部件450和骨架454的组合的足迹面积小。以此方式，在该实施例中，支撑结构452可以以在x-y平面中的横截面面积渐增的方式生长。这可以通过以支撑结构452在x-y平面中的横截面面积渐增的方式打印支撑结构452的连续多层来完成。例如，支撑结构452的连续多层可以在不需要之前的层的支撑的情况下以如下的角度被打印：渐增尺寸在任何方向上与z轴线所成的角度(例如，角度526)可以多达大约45°。
支撑结构452可以至少以横截面面积渐增的方式生长，直到它包围3D部件450和骨架454的足迹面积(即，3D部件450和骨架454在x-y构建平面中的横截面面积)为止。另外地，如图13A和13B最好地示出，支撑结构452的层可以被打印为包括与启动件492的边缘段502相对应的边缘段514，以及与启动件492的对齐凸片512相对应的对齐凸片516(如图13B所示)。
在打印支撑结构452的每个层之后，驱动机构494可以在箭头286的方向上沿着z轴线以单个层的增量的方式引启动件492，与如上所述的用于启动件292和驱动机构294的方式相同。因此，支撑结构452的被最后打印的层用作用于3D部件450和骨架454的打印基底接收表面。打印头440然后可以打印3D部件450和骨架454的多个层，并且可选地打印支撑结构452的任意附加的多个层。如在图13A和13B进一步地示出，骨架454的传送基部488被打印以包括与边缘段502和514相对应的边缘段518，以及与对齐凸片512和516相对应的对齐凸片520。
随着驱动轮506在箭头486的方向上持续导引启动件492，支撑结构452的对齐凸片516和骨架454的对齐凸片520最终到达引导轨道508和与引导轨道508滑动地联接以维持在x-y平面中的正确对准。此外，如图13A中的箭头522所示，驱动轮506最终经过启动件492的边缘段502，并且接合边缘段514和518以在箭头486的方向上持续导引支撑结构450和骨架454。
如图14所示，随着驱动机构494在箭头486的方向上持续导引骨架454，3D部件450和骨架454的连续的多层经过端口458处的热梯度并且移动到腔室434之外。在通过端口458时，被打印的层然后可以冷却到腔室434之外的环境温度(例如，室温)。
打印操作可以继续直到3D部件450的最后一层被打印，或者如下所述，利用骨架454可以打印附加的3D部件，其中骨架454的部分可以用作用于附加的3D部件的打印基底接收表面。通过降低系统430的整体尺寸并且允许沿着z轴线以无界限的长度打印3D部件450，使用启动件492达到了与使用启动件292相同的优点。此外，楔形部494相对于启动件292降低了启动件492的尺寸和重量，并且允许支撑结构452的最后一层用作用于3D部件450和骨架454的打印基底接收表面。
图14A-14D示出了可选的系统430，该系统包括被固定到转动带机构的一个或多个楔形启动件。如图14A所示，在该实施例中，每个启动件的平台部498可以被省略，导致只有楔形部496被固定到带508a。可选地，如果期望，每个启动件可以包括被固定到带508a的平台部498。带508a因此可以在箭头508b的方向上通过驱动轮506a和/或惰轮506a转动，驱动轮506a和/或惰轮506a中的一个或多个可以通过马达510a被驱动。
带508a期望是足够刚性的以防止在打印操作期间产生振动移动，同时也是足够柔性的以围绕轮506a转动。用于带508a的适当材料包括纤维加强(增强)橡胶(例如，钢纤维和/或芳纶纤维)、塑料(例如，聚酰胺和/或聚醚酰亚胺)、薄金属片(例如，不锈钢和/或铝)等。每个楔形部496可以使用诸如机械互锁装置、粘结带层以及它们的组合等的适当的机构被固定到带508a。在一些实施例中，每个楔形部496可以被可拆卸地附接到带508a(例如，经由一个或多个夹具)，从而按照用户的需要，允许每个楔形部496沿带508a被重新定位。楔形的材料-塑料或金属。
如图14A进一步地示出，每个楔形部496可以以与如上所述的方式相同的方式接收被打印的3D部件450、支撑结构452和骨架454。3D部件450的长度不受带508a沿着z轴线的长度限制，因为楔形部496优选地可以从带508a上移除。例如，随着3D部件450正被构建并且沿着z轴线移动，楔形部496在到达带的端点之前可以被从所述部件上移除。在此情况下，随着3D部件450的前缘延伸超过带508a的长度，台或其他支撑表面可以被定位为支撑3D部件450的前缘。与之前的实施例相比，在3D部件450和骨架454的长度变长时，带508a可以用作用于骨架454的横向支撑，由此消除可以以其他方式在骨架454和任何下层表面(例如，台432的表面)之间发生的任何潜在滑动摩擦。
如图14B所示，每个楔形部496期望被固定到带508a。相比之下，如果期望的话，每个楔形部496的尾部部分498c期望不被固定到带508a，但是可以包括抓取表面或粘性表面，或者可拆卸的夹具，以减小楔形部496和带508a之间的移动。该布置允许每个楔形部496随着带508a的转动围绕轮506a翻转，使得接收表面496a在比带508a更加靠近打印头440的位置处平行于x-y平面延伸。例如，接收表面496a可以延伸为沿着z轴线比带508a(和/或轮506a)更加靠近打印头440一引出距离496d。沿着z轴线的用于引出距离496d的适当距离的范围从大约5毫米至大约50毫米。这防止带508a和轮子506a在打印操作期间与打印头440干涉和/或允许楔形部496围绕轮子506a翻转。
在打印操作之间，带508a可被转动以定位一个给定的楔形部496，以用于接收来自打印头440的被打印部件和支撑材料(诸如图14A和14B所示)。当给定的楔形部496在腔室434中围绕轮506a翻转时，打印头440期望被移动远离带508a(例如，沿着x轴线上升)以防止楔形部496与打印头440碰撞。当楔形部496被定位成接收来自打印头440的被打印部件和支撑材料时，打印头440可以被往回移动并且可以利用被定位的楔形部496而经受一个或多个校准程序。如可以理解的那样，在图14A和14B中示出的实施例允许利用连续转动的带打印多个3D部件450，其中在带508a沿着z轴线到达其端点之前，每个楔形部496和/或被打印3D部件450(以及相关的支撑结构452和骨架454)可以被移除(例如，通过用户或机器人)。类似地，其他楔形部496可以被定位成用于下一被排序的待构建的部件。通过添加和移除楔形部496，系统430可适用于被打印的部件的尺寸和数量。
在另一实施例中，如图14C所示，带508a可延伸到一个或多个打印后的处理站中，诸如处理站445a-445d。例如，处理站445a-445d可以独立地是自动的支撑件移除站、自动的表面处理站、研磨或其他的自动消减制造站、自动涂色(例如，涂漆)站、自动镀层站等。
适当的自动的支撑件移除站的示例包含在Swanson等的美国专利No.8,459,280中公开的移除站。例如，如图14D所示，带508a可浸渍在站445a的用于移除支撑结构452的移除溶液或液体中，并且然后回升到溶液或液体之外以用于干燥。在一些情形中，优选地使得3D部件450和/或骨架454保持为至少部分地被连接到楔形部496，从而在移除支撑结构452(例如，具有断裂特征)之后，3D部件450保持为随着带508a的转动而可移动。
适当的表面处理站的示例包括诸如在如下的文献中公开的自动表面处理系统：Priedeman等的美国专利No.8,123,999；Zinniel的美国专利No.8,075,300；以及Zinniel的美国公开No.2008/0169585。这些系统可生产用于位于暴露的位置处的每个3D部件450的平滑的、磨光的和/或抛光的表面。
如可以理解的那样，因为带508a在箭头508b的方向上转动，所以被打印的3D部件450/支撑结构452/骨架454可以以装配线的方式连续地移动到每个处理站445a-445d。在一些站中，诸如在表面处理站、研磨或其他的自动消减制造站和/或涂色站中，每个3D部件450(带有或不带有支撑结构452)优选地在连续的多个3D部件450的多个打印操作之间被处理。这防止在打印期间导引带508a不利地影响打印后的处理。
相比，利用其他站，诸如利用支撑件移除站，3D部件450/支撑结构452/骨架454在随后的打印操作中可以导引到支撑件移除站中，如果需要的化，因为无论在支撑件移除站中驻留的时间有多长，支撑件移除溶液或液体典型地不会不利地影响部件材料。然而，在部件材料在延长的时间段上可被支撑件移除溶液或液体不利地影响的实施例中，可能优选地限制在支撑件移除站中的驻留时间。
处理站445a-445d的示例性布置可以包括研磨或其他的自动消减制造站445a、表面处理站445b、涂色站445c和支撑件移除站445d。该布置在如下的情况下是有利的：3D部件450的与支撑结构452接触的表面不需要表面处理、研磨或涂色(例如，用于生产牙种植体)。也可以使用多种打印后的处理站和这些站的布置。
图14E-14G示出了另一可选实施例，该实施例包含用于打印头440的基于螺旋钻的粘性泵，该打印头440被构造为由颗粒部件和/或支撑材料(例如，粉末基材料)来进行打印。例如，如图14E所示，系统430(以及系统30和230)可以包括打印头440a，该打印头440a是被构造为经由导管470a从料斗444a接收颗粒部件或支撑材料的基于螺旋钻的粘性泵。导管470a期望是料斗444a和打印头440a之间的短供给路径以转运颗粒材料。
用于打印头440a的适当的粘性泵的示例包括在如下的专利中公开的被构造为接收颗粒材料的泵：Batchelder等的美国专利No.5,312,224以及No.5,764,521，以及Skubic等的美国专利No.7,891,964。用于打印头440a的适当粘性泵的其他示例包括在如下的专利申请中公开的泵：Bosveld等的美国专利申请No.13/525,793，其以不与本发明公开内容冲突的程度通过引用被纳入本文。打印头440a可以以与用于打印3D部件450、支撑结构452、骨架454的打印头40、240和/或440类似的方式根据上述公开实施例的任一个而进行操作。
另外，料斗444a可以例如使用如在Bosveld等的美国专利申请No.13/525,793中讨论的工具变换器443a而从一个或多个供给容器441接收颗粒材料。这允许料斗444a当有必要或期望时被用相同的或不同的材料再次填满。
如图14F所示，打印头440a可以包括壳体部447a、混合通道447b、可转动螺旋钻447c和喷嘴447d，其中颗粒材料被传送到混合通道447b。在混合通道447b中，颗粒材料被融化并且被剪碎成利用螺旋钻447c的转动可挤出的状态，并且可被挤出到喷嘴447d之外。
如图14G所示，系统430(以及系统30和230)也可以包括头部工具变换器443b，该变换器443b被构造为利用与头部台架42相对应的头部台架(未示出)而可互换地接合多个基于螺旋钻的粘性泵，诸如打印头440a至440c。在这一实施例中，如图所示，每个打印头440a至440c可经由导管470a至470c分别从一个或多个料斗444a至444c接收颗粒部件或支撑材料。每个料斗444a至444c也使用如上所述的工具变换器443a而用来自于多个供给容器441的颗粒填充。
每个打印头440a至440c可以以与用于打印3D部件450、支撑结构452和/或骨架454的打印头40、240和/或440类似的方式根据上述公开实施例的任一个而进行操作。然而，在该实施例中，如果希望的话，每个打印头440a-440c可专门用于特定的部件或支撑材料，和/或可以是不同尺寸或构造。
竖直打印
图15和16示出了系统630，其作为本公开的具有扩展的打印体积的用于竖直地打印高的3D部件的示例性添加物制造系统，诸如如上所述用于3D部件10(如图1A所示)的添加物制造系统。如图15所示，系统630可以以与系统430(如图10-14所示)类似的方式操作，其中与系统30(如图2-5所示)相对应的各个特征的参考标记被增大“600”，并且与系统230(如图6-9所示)相对应的各个特征的参考标记被增大“400”，并且与系统430相对应的各个特征的参考标记被增大“200”。
在示出的实施例中，系统630可以被支撑在地板之上的或其他适当的表面632之上的腿或其他适当的延伸件730上。端口658延伸通过底腔壁648并且基本上平行于x-y平面。因此，系统630被构造为沿着作为竖直轴线的打印z轴线打印3D部件650、支撑结构652和骨架654，其中启动件692可以沿着z轴线在箭头686的方向上被向下导引。
随着驱动机构694在箭头686的方向上持续导引启动件692、支撑结构652和骨架654，3D部件650、支撑结构652和骨架654的连续多层经过端口658处的热梯度并且移动到腔室634之外。在通过端口658时，被打印的层然后可以冷却到腔室634之外的环境温度(例如，室温)。打印操作可以继续直到3D部件650的最后一层被打印，或者和/或当启动件692被完全导引到表面632为止。如可以理解的那样，与具有封闭的腔室的添加物制造系统相比，允许3D部件650向下移动到腔室634之外增加了可以由系统630打印的高度。
如上文对于骨架18a和18b(如图1A所示)所论述的，骨架654可以被打印以支撑3D部件650的横向侧。如图16所示，这允许驱动机构694向下导引骨架654。另外，骨架654可以降低或防止在打印3D部件650的同时可能发生的晃动，由此基本上维持3D部件650和打印头640之间的正确对准。
虽然被描述具有楔形启动件692和基于轮的驱动机构694，但是系统630可以可选地与多种不同的打印基底和驱动机构一起使用，诸如压板和压板台架(例如，压板36和压板台架38)以及压板启动件(例如，启动件292)，这些打印基底和驱动机构可以以与如上所述的用于系统30和230的方式相同的方式被使用。在这些实施例中，骨架654可以连续地被使用以通过横向地支撑3D部件650而降低晃动。
多个腔室
如上所述的用于本公开的添加物制造系统的实施例可以被称为单腔室系统，该单腔室系统提供两个温度区(即，腔室内和腔室外的环境温度)。图17示出了具有多个腔室的可选系统830以提供四个温度区。如图17所示，系统830可以以与系统430的方式类似的方式操作(如图10-14所示)，其中与系统30(如图2-5所示)相对应的各个特征的参考标记被增大“800”，并且与系统230(如图6-9所示)相对应的各个特征的参考标记被增大“600”，与系统430相对应的各个特征的参考标记被增大“400”，并且与系统630相对应的各个特征的参考标记被增大“200”。
系统830包括腔室834a、834b和834c，这些腔室834a、834b和834c分别具有腔室壁848a、848b和848c、加热机构856a、856b和856c以及端口858a、858b和858c。多腔室布置在端口858a、858b和858c处提供了多个温度梯度。例如，加热机构856a可以将腔室834a维持在第一温度，加热机构856b可以将腔室834b维持在比第一温度低的第二温度，并且加热机构856c可以将腔室834c维持在比第二温度低且比环境温度(例如，室温)高的第三温度。
该实施例尤其适于使用对温度和氧气敏感的材料，诸如聚酰胺材料(例如，基于尼龙的材料)，这些材料当暴露至加热环境中的升高温度时氧化，潜在地使得它们易碎。如上文对于单腔室系统30、230、430和630所描述的，驱动机构期望以足够慢的速率导引打印基底，从而被打印的层驻留在腔室中一段时间，在达到通向周围环境的端口之前，该一段时间足以实质上解除冷却应力。这允许被打印的层被足够地松弛，从而当它们到达端口处的温度梯度时，该温度梯度的温度降不会造成任何实质的扭曲或卷曲。然而，这可以导致对温度/氧气敏感的材料在到达上述端口之前氧化。
替代地，如图17所示，使用多腔室允许被打印的层在完全地解除它们的冷却应力之前从腔室834a经由端口858a进入到腔室834b。腔室834b的第二温度期望足够高以允许层在不扭曲或卷曲的情况下逐渐地松弛，同时也足够低以降低部件材料的氧化速率(或者整体地防止氧化)。该过程可以继续到腔室834c(经由端口858b)以及在到达端口858c之前继续逐渐地松弛被打印的层。
在腔室834a、834b和834c中维持的特定温度可以基于所使用的特定部件和支撑材料而改变。此外，腔室的数量(腔室834a、834b和834c可以改变)。腔室的适当数量的范围可以是从1到5。另外，每个腔室的尺寸可以相同或不同以容纳不同部件和支撑材料的冷却。在这些实施例中，每个腔室的尺寸可以诸如利用可折叠类型的壁848a、848b和848c而是可改变的，以进一步容纳不同部件和支撑材料的冷却。如可以理解的那样，使用维持在阶梯降低的温度下的多个连续的腔室增大了可以由本公开的添加物制造系统打印的材料的数量。
骨架
如上所述，本公开的骨架(例如，骨架54、254、454和654)在利用添加物制造系统的打印操作期间可以提供多种功能。例如，骨架在水平打印操作期间可以横向地支撑被打印的3D部件以防止3D部件由于重力而下垂。另外，骨架在竖直打印操作期间可以横向地支撑被打印的3D部件以防止3D部件晃动。此外，在水平和竖直打印操作期间，骨架可包括传送器基底，这些传送器基底可以通过添加物制造系统的驱动机构导引，由此允许3D部件和骨架在不需要长的台架的情况下被导引到系统之外。另外，如下所述，骨架可以起打印基底接收表面的作用以用于打印多个连续的3D部件。
图18A-18C和19示出了示例性骨架，该骨架可以利用添加物制造系统而被打印。然而，本公开的骨架不限于这些特定的实施例并且基于它们特定的目的可以可选地包括多个不同的几何结构。然而，如图18和19所示的体现的骨架尤其适于在打印如下的3D部件时使用：该3D部件相对于它们的截面尺寸沿它们的打印轴线是长或高的。
在图18A-18C和19中示出的示例中，骨架与薄壁3D部件(例如，薄壁面板)被打印。在一些实施例中，利用在同时提交的美国专利申请No.13/587,002中公开的打印头喷嘴，可以利用窄的周边路径和较宽的内部路径来打印薄壁3D部件、支撑结构和/或骨架的每个层。另外，利用在同时提交的美国专利申请No.13/587,006中公开的吸取或拉拔控制技术，打印在本文中公开的3D部件、支撑结构和骨架。
例如，图18A示出了利用骨架942而水平地打印的薄壁3D部件940，该骨架942可以以与如上所述的骨架54、254和454的方式相同的方式而执行。在该示例中，3D部件940包括主要外表面940a和940b，以及骨架942包括条带部944和传送器基底946。条带部944通过接触点948支撑3D部件940的外表面940b以抵抗重力。
接触点948沿着z轴线(未示出)间隔地位于条带部944的各个波峰处，并且每个接触点可以是部件或支撑材料的单个液滴，其将外表面940b连接到条带部944。尤其是，接触点948可以位于条带部944的波状图案的相切位置处。接触点948的聚集允许条带部944横向地支撑3D部件940以抵抗重力(即，防止下垂)，同时也允许条带部944在不需要过多的努力的情况下轻易地从3D部件940上移除。
在接触点948处的液滴来自于部件材料的实施例中，液滴由于它们的相对弱的粘合可用作断裂位置。可替代地，在接触点948处的液滴来自于可溶解的支撑材料的实施例中，液滴也被溶解掉以将条带部944与3D部件940分开。传送器基底946可以是支撑条带部944的平坦片材，从而提供了可以倚靠在引导轨道和/或其他表面上以及在引导轨道和/或其他表面上滑动的平滑表面，并且如上所述可以有助于导引骨架942和3D部件940。
可选地，如图8B所示，单个骨架942可以横向地支撑多个相邻地被打印的部件940a和940b。在该实施例中，3D部件940a和940b可以沿着y轴线彼此相邻地被横向地打印，其中条带部944稳定它们中的每一个。
另外，如图18C所示，多个骨架942a和942b(具有条带部944a和944b)可被用于打印多个堆叠的3D部件940a和940b，这些3D部件940a和940b沿着x轴线彼此相邻。在该实施例中，条带部944b(或多个条带部944b)可被设置在堆叠的3D部件940a和940b之间以在沿着水平z轴线打印的同时支撑它们以防止下垂。
图19示出了利用骨架952而竖直地打印的薄壁3D部件950，该骨架952可以以与如上所述的骨架654的方式相同的方式执行，或者在具有大的封闭腔室的添加物制造系统中可竖直地打印，诸如可从明尼苏达州(MN)的Eden Prairie的Stratasys,Inc.,商业上购得的商标为“FDM”和“FORTUS 900mc”的添加物制造系统。在该示例中，3D部件950包括主要外表面950a和950b，以及骨架952仅包括条带部954(不包括传送器基底)，该条带部954利用接触点956支撑3D部件940的外表面950b以防止晃动。接触点956可以以与接触点948的方式相同的方式起作用以用于在打印操作期间支撑3D部件950，同时还允许在打印操作完成之后可轻易地从3D部件950上移除骨架952。例如，接触点956可以位于条带部954的波纹图案的相切位置处。
然而，如上所讨论的那样，在竖直打印定向中，骨架952起横向支撑的作用以降低或防止3D部件250在打印操作期间晃动。例如，当3D部件950和骨架952利用系统630(如图15和16所示)被打印时，随着压板636向下导引到腔室634之外，骨架952可以横向地支撑3D部件950。可选地，当在大的封闭腔室中打印时，诸如在从明尼苏达州(MN)的Eden Prairie的Stratasys,Inc.,商业上销售的商标为“FDM”和“FORTUS 900mc”的添加物制造系统中，随着压板在大的封闭腔室中向下导引，骨架952可以横向地支撑3D部件950。在这些情况的每一个中，骨架950可以降低或防止3D部件950晃动，由此基本上维持3D部件950和打印头之间的正确对准。
这尤其适用于具有如下纵横比的3D部件：该3D部件的沿着打印z轴线的高度相对于其在x-y平面(或者垂直于打印轴线的平面)中的最小的横截面面积的纵横比是大约5：1或更大。因此，骨架(例如，骨架950)期望具有在x-y平面(或者垂直于打印轴线的平面)中的横截面面积，从而用于每个打印层(3D部件和骨架的)的组合横横截面面积比5:1小。
此外，骨架942和952可以利用每层单一路径宽度被打印。例如，骨架942的条带部944和传送器基底946的每个层(如图17所示)可以每个被用单一路径宽度打印，并且骨架952的条带部954的每个层(如图18所示)可以用单一路径宽度打印。
条带部944和954的波纹图案允许：打印头在没有必要在波纹的波峰和波谷处的角顶点降速以大致恒定的顶端速率或速度打印每一层。连同单一路径宽度，这可以基本上减少打印时间。此外，条带部944和954的波纹图案允许维持基本恒定的拉出量，如在同时提交的美国专利申请No.13/587,006中公开的那样，该专利申请提供了具有降低的波动或者波峰、或者没有波动或波峰的良好的平滑路径。
本公开的骨架也适用于以连续的方式打印多个连续的3D部件，尤其是与本公开的添加物制造系统和启动件组合使用时。图20A示出了分别被利用骨架组件962(具有骨架段962a、962b和962c)以及启动件964打印在支撑结构960a、960b和960c上的3D部件958a、958b和958c，同时在箭头966的方向上被导引。3D部件958a、支撑结构960a和骨架段962a的基于条带的部分可以以与如上所述的用于3D部件450、支撑结构452、骨架454和启动件492(如图6-9所示)的方式相同的方式被打印在启动件964上。
然而，如果多个3D部件依次用于连续打印，系统(例如，系统430)可以连续地打印骨架段962a以产生具有横截面面积增大的楔形部968(以如上所述的用于支撑结构452的方式相同的方式)。以此方式，骨架段962a的楔形部968的多个层可以利用增大的横截面面积被打印，直到它们至少包围3D部件958b和骨架段962b的足迹面积。因此，楔形部968的最后一层用作用于支撑结构960b的打印基底接收表面。在此点处，支撑结构960b、3D部件958b和骨架段962b可以被打印，其中支撑结构960b被设置在骨架段962a和3D部件958b之间。打印位于楔形部968和3D部件958b之间的支撑结构960b允许3D部件958b随后与骨架962b分开(例如，通过溶解支撑结构960b)，并且可以降低3D部件958b上的卷曲效应。
相同的技术然后可以被重复以打印骨架段962b的楔形部970，然后打印支撑结构960c、3D部件958c和骨架段962b。因为本公开的系统具有设置端口的加热腔室，所以该过程只要期望就可以继续以继续打印连续的3D部件。每个骨架楔形部(例如，楔形部968和970)可以具有与它们各自的3D部件的足迹面积相对应的不同的尺寸，其中每个楔形部限定x-y平面中的平面的接收表面以开始之后的打印。因此，每个被打印的3D部件可以具有不同的尺寸和几何结构。
在示出的示例中，楔形部968和970被打印作为骨架段962a和962b的部件。在可选的实施例中，楔形部968和970可以以与支撑结构960a的方式相同的方式被打印作为支撑结构960b和960c的部件。在这些实施例中，支撑结构960b和960c的多个层可以以增大的横截面面积被打印，如上所述的用于支撑结构452(如上文在图12中最好地示出)。
此外，如图20B所示，支撑结构960b可以覆盖3D部件958b和骨架段962b的整个足迹面积，从而提供用于支撑结构960b的边缘段。类似地，支撑结构960c可以覆盖3D部件958c和骨架段962c的整个足迹面积，以提供用于支撑结构960c的边缘段。在该实施例中，骨架段962a、962b和962c可以完全地分开多个骨架，多个骨架被支撑结构960b和960c分开。
3D部件可以利用该连续技术打印，通过向用于每个3D部件、支撑机构和骨架的添加物制造系统提供工具路径和相关的打印指令。在一个实施例中，主机电脑(例如，主机电脑484)可以接收连续地打印每个3D部件的数字表示。该主机电脑可以最初地切割每个数字3D部件并且给出相关的工具路径。该主机电脑也可以产生用于支撑结构和骨架的工具路径，其中支撑结构和/或骨架具有楔形部以接收连续的3D部件。
例如，主机电脑可以最初地确定或以其他方式识别打印基底接收表面(例如，用于启动件964的接收表面)的横截面面积，以及3D部件958a和骨架962a的组合足迹面积。主机电脑然后可以产生用于支撑结构960a的层的工具路径，其中，这些层具有增大的横截面面积，其起始于打印基底接收表面的位置，直到它们包围3D部件658a和骨架962a的组合足迹面积。主机电脑也可以切割3D部件958a的数字表示，给出用于每层的相关工具路径，并且产生用于骨架962a的层的工具路径。
对于3D部件958b，主机电脑可以确定或以其他方式识别骨架962a(在楔形部968之前)的最后一层的横截面面积，以及3D部件958b和骨架962b的组合足迹面积。主机电脑然后可以产生用于楔形部968的层的工具路径，其中，这些层具有增大的横截面面积，起始于骨架962a的最后一层的位置直到它们包围3D部件658b和骨架962b的组合足迹面积。主机电脑也可以切割3D部件958b的数字表示，给出用于每层的相关工具路径，产生用于支撑结构960b的层的工具路径，并且产生用于骨架962a的层的工具路径。如上所述，用于楔形部968的层的工具路径可选地可以被产生为支撑结构960b的一部分。
相同的过程然后可以被重复用于楔形部970，3D部件958c、支撑结构960c和骨架962c；并且用于以后每个随后的3D部件。主机电脑然后可以将产生的工具路径和相关的打印信息传送到添加物制造系统以打印3D部件、支撑结构和骨架。
在可选的实施例中，主机电脑可以以逐个的方式接收3D部件的数字表示。例如，主机电脑可以接收、切割和产生用于3D部件958a和958b、支撑结构960a和960b以及骨架段962a和962b的工具路径。因为在此示例中，在3D部件958b之后没有计划打印3D部件，所以只需要骨架段962b的基于条带的部分(例如，不生成楔形部970)。主机电脑然后可以将产生的工具路径和相关的打印信息传递到添加物制造系统以打印3D部件958a和958b、支撑结构960a和960b以及骨架段962a和962b(不具有楔形部970)。
如果在添加物制造系统进行打印的同时，主机电脑然后接收3D部件958c的数字表示，则主机电脑可以切割和产生用于3D部件958c、支撑结构960c、骨架段962b的楔形部970以及骨架段962c的工具路径。主机电脑然后可以将产生的工具路径和相关的打印信息传递到添加物制造系统以添加到之前的打印指令的末端。这是可实现的，因为骨架段962b的最后一层的横截面面积是已知的，从而允许楔形部970以增加的横截面面积从骨架段962b的最后一层被打印。
该技术有效地允许添加物制造系统沿着单一的骨架组件继续打印多个连续的3D部件，其中每个被打印的3D部件经由腔室的端口(例如，端口458)移出到系统的腔室之外。如可以理解的那样，使用启动件打印基底和相关的驱动机构，与此技术接合，有效地允许沿着z轴线打印数量不受限制的3D部件。在移出到系统之后，如果希望，每个被打印的3D部件可以与在该3D部件的支撑结构连接处生长的骨架组件分开，并且然后从其相关的骨架上移除，如上所述。
示例
本公开尤其在如下的示例中被描述，这些示例仅仅是示例性的目的，因为本公开的范围内的诸多修改和改变对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
示例1
利用可从明尼苏达州Eden Prairie的Stratasys,Inc.商业购得的商标为“FDM”和“UPRINT”的添加物制造系统执行水平的打印操作，所述添加物制造系统被定向成使得打印z轴线是水平的。端口可以被切入到系统的基底中，并且压板台架被安装到系统从而压板台架延伸到端口之外几英尺。该系统与具有延伸的压板台架的系统30(如图2-5所示)相对应。
系统被操作为打印多个长的3D部件，包括机翼、歧管和薄壁面板。在每个打印操作期间，系统的腔室最初被加热到升高的操作温度。这在所述端口处产生了腔室内的升高的操作温度和腔室外的环境空气(大约25℃)之间的热梯度。
打印头最初在压板上利用支撑材料打印支撑机构的多个层，其用作之后的打印的粘合基底。打印头然后利用与骨架54相对应的骨架来打印3D部件的打印层，其中骨架54和3D部件都由相同的部件材料打印。骨架具有条带部和传送器基底，其中条带部利用部件材料的连接点液滴(如上所述的用于如图18A所示的骨架942)而被连接到3D部件。
在每个层被打印之后，压板台架以单个层的增量导引压板，这允许3D部件和骨架水平地生长。随着其继续，压板、支撑结构、3D部件和骨架最终穿过上述端口处的热梯度以延伸到系统之外。骨架的基部被压板台架的引导轨道适当地支撑，从而允许骨架在每个导引步骤期间横跨引导轨道滑动。
当打印操作完成时(在3D部件和骨架生成了几英尺之后)，然后压板被从压板台架上移除，并且与支撑结构断裂开。支撑结构然后被移除，并且骨架可轻易地与3D部件脱离。图21是示出在仍然停留在水平取向的系统中时被打印的3D部件和相关的骨架中的一个的照片。从顶部开口拍摄了该照片，该开口在打印操作期间被闭合，使得只有位于压板之后的单一端口向外界环境开口。在完成3D部件之前拍摄了该照片，仅显示了3D部件和骨架的整个长度的一小部分。
在可视检查时，以此方式打印的每个3D部件由于腔室中的加热环境以及相关的骨架的使用表现出了很好的空间一体型。腔室中的加热环境允许3D部件和骨架慢慢地冷却以充分地被固化，直到它们到达上述端口处的热梯度以防止扭曲或卷曲时候。另外，在不使用骨架的情况下，长的3D部件在打印操作期间由于重力可以其他方式下垂。然而，骨架稳定3D部件的多个层，从而允许长的3D部件沿着水平打印轴线被打印。
示例2
也利用示例1的系统执行水平打印操作，其中压板和压板台架被用楔形启动件和相关的驱动机构替代。该系统与系统430相对应(如图10-14所示)，并且被操作为打印多个长的3D部件。在每个打印操作期间，系统的腔室最初被加热到升高的操作温度。这在上述端口处产生了腔室内的升高的操作温度和腔室外的环境空气(大约25℃)之间的热梯度。
打印头最初在启动件的楔形部的接收表面上打印支撑机构的多个层。如上文对于楔形启动件492所述，支撑结构的多个层以竖直的x-y平面中的横截面面积渐增的方式被打印。具体地，每个连续层被打印以提供如下的角度：渐增的尺寸与打印轴线所成的大约45°的角度(与如图12所示的角度526相对应)。这被继续，直到达到预期的3D部件和骨架的足迹横截面面积。
打印头然后利用与骨架454相对应的骨架来打印给定的3D部件的打印层，骨架454和3D部件都由相同的部件材料打印。骨架具有条带部和传送器基底，其中条带部利用部件材料的连接点液滴(如上所述的用于如图18A所示的骨架942)而被连接到3D部件。
在每个层被打印之后，驱动机构以单个层增量的方式导引楔形启动件，这允许3D部件和骨架水平地生长。随着这被继续，楔形启动件、支撑结构、3D部件和骨架最终穿过在所述端口处的热梯度以延伸到系统之外。此时，驱动机构已经经过了楔形启动件并且已经接合骨架的传送器基底的边缘段以用于导引步骤。
当打印操作完成时，从驱动机构上移除骨架。楔形启动件然后与支撑结构分离开。支撑结构然后被溶解，并且骨架可轻易地与3D部件脱离。在视觉检查时，以此方式打印的每个3D部件由于腔室中的加热环境以及相关的骨架的使用也表现出了很好的空间一体型。此外，骨架有效地用作用于驱动机构的导引传送件，从而允许系统的整个足迹面积比示例1中的系统的足迹面积相比被减小，并且也有效地允许3D部件生长到不受限制的长度。
示例3
执行竖直打印操作以通过使用从明尼苏达州的Eden Prairie的Stratasys,Inc.,商业购得的商标为“FDM”和“FORTUS 900mc”的添加物制造系统利用骨架(与3D部件950和骨架952相对应，如图19所示)生产尺寸减小的汽车引擎盖。在此示例中，该系统具有大的用于打印尺寸减小的汽车引擎盖和骨架的封闭腔室。
分别利用在美国专利申请No.13/587,002中公开的打印头喷嘴由聚碳酸酯来打印引擎盖和骨架中的每个。骨架利用部件材料的连接点液滴在条带部(如上所述用于骨架952)的相切位置处被连接到引擎盖的后侧。被打印引擎盖的每个层被打印有120毫英寸的壁厚，该壁厚包括由一个80毫英寸宽的内部填充路径所跟随的两个20毫英寸宽的周边路径。骨架的每个层被打印为40毫英寸的单一路径壁。
最终形成的引擎盖和骨架如图22和23所示，其中引擎盖是35英寸宽和27英寸高。在视觉检查时，由于骨架的使用最终的引擎盖表现出了很好的空间一体型，该骨架在打印操作期间横向地支撑引擎盖。这防止引擎盖的上部在打印操作期间晃动，由此保持打印头和引擎盖的层之间的正确对准。
另外，如同时提交的美国专利申请No.13/587,002描述的那样，具有上述喷嘴的添加物制造系统在24小时25分钟内打印整个引擎盖和骨架。相比，利用适于打印20毫英寸宽的路径的传统喷嘴而进行的标准打印操作，需要大约76小时打印示出的引擎盖。因此，打印时间被降低3倍以上。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明的公开内容，但是本领域的技术人员将认识到在不背离本公开内容的精神和范围的情况下可在形式和细节上作出改变。

Claims (19)

1.一种用于打印三维部件的添加物制造系统，所述添加物制造系统包括：
腔室，所述腔室具有第一长度并且包括腔室壁和横向端口，该横向端口提供所述腔室中的开口；
加热机构，所述加热机构配置成将所述添加物制造系统的所述腔室加热至一个或更多的温度；
打印头，所述打印头被构造为沿着非竖直打印轴线打印部件材料；
非水平接收表面，所述非水平接收表面被构造为在所述腔室中接收来自于所述打印头的被打印的部件材料以逐层的方式生产所述三维部件，所述三维部件具有第二长度；以及
驱动机构，所述驱动机构被构造为沿着所述非竖直打印轴线导引所述接收表面，使得在所述三维部件的第二长度大于所述腔室的第一长度时，随着所述三维部件正被以逐层的方式构建，所述接收表面和所述三维部件的至少一部分通过所述横向端口移出到所述腔室之外。
2.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述非竖直打印轴线包括大致水平的打印轴线，并且其中所述非水平接收表面包括大致竖直的接收表面。
3.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述接收表面是所述添加物制造系统的压板的表面，并且其中所述驱动机构包括压板台架，所述压板台架具有被设置在被加热的所述腔室中的第一端和被设置在被加热的所述腔室外的第二端。
4.根据权利要求3所述的添加物制造系统，其中，所述压板台架包括沿着所述非竖直打印轴线延伸通过所述横向端口的至少一个引导轨道，所述至少一个引导轨道被构造为将所述压板的移动限制成大致沿所述非竖直打印轴线的方向。
5.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述接收表面是启动件的表面，并且其中所述驱动机构只沿所述启动件的侧表面接合所述启动件。
6.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述驱动机构包括可转动带，并且其中所述接收表面是启动件楔形部的被固定到可转动带的表面。
7.根据权利要求6所述的添加物制造系统，还包括一个或更多个打印后的处理站，其中所述可转动带延伸通过所述一个或更多个打印后的处理站。
8.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述打印头包括基于螺旋钻的粘性泵。
9.根据权利要求1所述的添加物制造系统，其中，所述添加物制造系统的区域包括多个连续的腔室，所述腔室能够加热到不同的温度以限定台阶式下降的温度梯度。
10.根据权利要求9所述的添加物制造系统，其中，多个连续的腔室的至少一部分具有能够改变的尺寸。
11.一种利用添加物制造系统打印三维部件的方法，所述方法包括：
提供腔室，所述腔室具有第一长度并且包括腔室壁和横向端口，该横向端口提供所述腔室中的开口；
以逐层的方式沿着非竖直打印轴线在接收表面上打印三维部件和骨架，其中所述骨架在打印期间竖直地支撑具有第二长度的三维部件的至少一部分；以及
协同于打印所述三维部件和所述骨架，沿着非竖直打印轴线导引所述接收表面，使得在所述三维部件的第二长度大于所述腔室的第一长度时，随着所述三维部件正被以逐层的方式构建，所述三维部件的至少一部分以及所述骨架通过所述横向端口导引到所述腔室之外。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述接收表面上以逐层的方式沿着非竖直打印轴线打印支撑结构，其中在打印基底上打印所述三维部件和所述骨架包括在所述支撑结构上打印所述三维部件和所述骨架。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括加热添加物制造系统的腔室。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括加热添加物制造系统的第二腔室，以限定在所述腔室和所述第二腔室之间的台阶式降低的温度梯度。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述骨架包括具有波纹图案的条带部，所述条带部在所述条带部的一个或更多个相切位置处被连接到所述三维部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述骨架还包括连接到所述条带部的与所述三维部件相对的传送器基底。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
使所述传送器基底与所述添加物制造系统的驱动机构接合；以及
利用被接合的所述驱动机构，沿着非竖直打印轴线导引所述骨架。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述接收表面包括所述添加物制造系统的压板的表面或者启动件的表面。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，沿着非竖直打印轴线导引所述接收表面包括转动保持所述接收表面的带。
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