CN108136678B - 使用聚合物材料的添加制造 - Google Patents

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Abstract

提供了添加制造的系统和方法，其中连续接收以股线或颗粒的形式的固体聚合物材料，并且其表面使用指定的与加热有关的参数被周边地加热以液化该表面，与加热有关的参数被选择成使连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中。聚合物基材的表面也被液化，并且连续接收的固体聚合物材料的周边地被加热的表面附接到聚合物基材的液化表面，随后液化表面再凝固以产生材料与基材的整体附接。仅液化材料的表面保持了该材料的一些强度并防止了在凝固时的变形。整体附接提供均匀的和可控制的工业产品。

Description

使用聚合物材料的添加制造
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年10月9日递交的美国临时专利申请第62/239,291号的权益，该专利申请通过引用以其整体并入本文中。
发明背景
1.技术领域
本发明涉及添加制造(additive manufacturing)的领域，并且更具体地，涉及使用聚合物材料的添加制造。
2.相关技术的讨论
历史上，原型开发和定制制造通过使用金属挤出技术、计算机控制加工技术和人工建模技术的传统方法(其中材料块被切割或铣削成特定物体)来执行。这些减量制造方法具有许多局限性。它们通常需要专业技术人员，并可能是时间和劳动密集型的。传统建模的时间强度可能给设计错误或后续重新设计留下较少空间，但没有有意义地影响产品上市时间和研发成本。因此，原型仅在设计过程后期中的所选定的转折点时进行创建，这阻止设计人员在初步设计阶段使物体的设计真正可视化以及验证物体的设计。无法快速迭代设计阻碍设计团队成员和其它利益相关者之间的协作，并降低优化设计的能力，尽管上市时间和优化在设计过程中成为必要的权衡。
添加制造(“AM”)通过其将功能、质量和易用性、速度和成本相结合，解决了传统建模技术的固有局限性。与传统的模型制作技术相比，对于在整个设计过程中使用而言，从概念建模和设计审查和验证到适配和功能原型设计、图案制作和加工，到直接制造可重复的，成本效益好的零件、短期零件和定制的最终产品，添加制造明显地更有效率并且更具有成本效益。
在设计过程的早期引入3D建模以评估适配性，形式和功能可以导致更快的上市时间并降低产品研发成本。对于定制制造，3D打印机消除了对复杂的制造设备的需要，并且降低了与传统工具作业相关的成本和前置时间。第一台商用3D打印机于20世纪90年代初期推出，并且自21世纪初以来，3D打印技术在价格、材料品种和质量、准确性、创建复杂物体的能力、易用性和办公环境适用性方面一直在显著地进展。3D打印已经跨越诸如建筑、汽车、航空航天和国防、电子、医疗、鞋类、玩具、教育机构、政府和娱乐等各行业取代了传统的原型开发方法，突出了其对更广泛行业范围的潜在适用性。
3D打印已经在某些新的市场类别中为模型制作创造了新的应用，例如：教育，其中机构正在将3D打印纳入其工程和设计课程计划中；牙科和正畸应用，其中3D打印模型被用作传统石材模型、植入物和手术导板的替代品，以及用作铸造的冠和桥的替代品；此外，许多行业正在使用3D打印，以用于最终使用的零件的直接的数字化制造。
Carneiro等人2015，使用聚丙烯的熔融沉积成型，材料与设计83：768-776讨论了聚丙烯(PP)用于在基于3D打印的熔融沉积成型(FDM)中使用的适用性。
发明概述
以下是简要概述，该简要概述提供了对本发明的初始理解。该概述不一定确定关键要素，也不限制本发明的范围，而仅作为对以下描述的介绍。
本发明的一个方面提供了一种添加制造的方法，该方法包括：连续接收以至少一根股线(strand)或多个颗粒的形式的固体聚合物材料；使用指定的与加热有关的参数来周边地加热所连续接收的固体聚合物材料的表面以液化该表面，所述与加热有关的参数被选择成使连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中；液化聚合物基材(polymer substrate)的表面；以及将连续接收的固体聚合物材料的周边地加热的表面附接至聚合物基材的所液化的表面，其中通过所液化的表面的再凝固实现与聚合物基材的附接以产生整体附接(monolithic attachment)。
本发明提供了以下内容：
1).一种添加制造的方法，所述方法包括：
连续接收以至少一根股线或多个颗粒的形式的固体聚合物材料，
使用指定的与加热有关的参数来周边地加热连续接收的固体聚合物材料的表面的至少一部分以液化所述表面的所述至少一部分，所述指定的与加热有关的参数被选择成使所述连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中，
液化聚合物基材的表面的至少一部分，以及
将所述连续接收的固体聚合物材料的所述表面的周边地加热的至少一部分附接至所述聚合物基材的所述表面的所液化的至少一部分，其中通过所述表面的所液化的至少一部分的再凝固实现与所述聚合物基材的附接以产生整体附接。
2).根据1)所述的方法，其中，所述接收包括连续接收多根固体材料股线，并且其中所述附接包括根据空间进给构造将所述多根股线附接至彼此。
3).根据2)所述的方法，还包括将所述股线彼此压靠以增强所述附接。
4).根据2)所述的方法，还包括使所述股线以相对于彼此的特定角度进给以增强所述附接。
5).根据2)所述的方法，其中，所述空间进给构造是所述股线彼此相邻的线性布置。
6).根据2)所述的方法，还包括控制待被接收的每根股线的进给参数。
7).根据2)所述的方法，还包括连续地生产待接收的股线。
8).根据7)所述的方法，还包括根据指定的附接和结构要求来调节所生产的股线的横截面。
9).根据2)所述的方法，其中，所述股线包括以下中的至少一种：至少一根中空股线、不同固体材料的股线、至少一根强化股线和具有添加物的至少一根股线。
10).根据1)所述的方法，其中，所述基材包括通过所述方法先前生产的结构。
11).根据10)所述的方法，还包括根据指定的产品设计来执行相对于所述基材的附接。
12).根据10)所述的方法，还包括将所述连续接收的固体材料的表面的周边地加热的至少一部分压靠在所述基材的所述表面的所液化的至少一部分上。
13).根据10)所述的方法，其中，所述接收包括连续接收多根固体材料股线，并且所述附接包括根据空间进给构造将所述多根股线附接至彼此并同时将所述多根股线附接到所述基材。
14).根据1)所述的方法，其中，所述固体聚合物材料包括多个聚合物颗粒。
15).根据1)所述的方法，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述方法还包括修改所述指定的与加热有关的参数以确定相对于所述基材的几何形状的表面液化深度，同时使所述中心体积保持在固体状态中。
16).根据1)所述的方法，还包括根据所述方法连续地控制制造过程。
17).根据1)所述的方法，还包括闭环监测所述附接以控制所制造的产品的质量。
18).根据16)或17)所述的方法，其中，所述指定的与加热有关参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述方法还包括根据所监测到的附接和所控制的质量实时修改所述指定的与加热有关的参数。
19).根据1)-18)中任一项所述的方法，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
20).一种添加制造系统，包括：
进给器，其构造成连续进给以至少一根股线或多个颗粒的形式的固体聚合物材料，
至少一个末端部，其构造成连续接收来自所述进给器的所述固体聚合物材料，
至少一个加热元件，其构造成将所述至少一个末端部加热到指定温度，并且构造成通过加热聚合物基材的表面的至少一部分来液化，其中所述至少一个末端部和基材表面的所述至少一部分由相同或不同的加热元件加热，
其中所述至少一个末端部还构造成使用指定的与加热有关的参数来周边地加热连续接收的固体聚合物材料的表面的至少一部分，以液化表面的所述至少一部分，所述指定的与加热有关的参数被选择成使所述连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中，并且
其中所述系统还构造成使所述连续接收的固体聚合物材料的表面的周边地加热的至少一部分附接至所述聚合物基材的表面的所液化的至少一部分，其中通过表面的所液化的至少一部分的再凝固实现与所述基材的附接以产生整体附接。
21).根据20)所述的系统，其中，所述至少一个末端部还构造成连续接收多根固体材料股线，所述多根固体材料股线根据空间进给构造通过其表面的所液化的至少一部分的再凝固而附接至彼此。
22).根据21)所述的系统，其中，所述至少一个末端部还构造成将所述股线彼此压靠以增强股线的附接。
23).根据21)所述的系统，其中，所述进给器还构造成使所述股线以相对于彼此的特定角度进给以增强股线的附接。
24).根据21)所述的系统，其中，所述空间进给构造是所述股线彼此相邻的线性布置。
25).根据21)所述的系统，其中，所述进给器还构造成控制进给到所述至少一个末端部的每根股线的进给参数。
26).根据21)所述的系统，其中，所述股线具有矩形或三角形横截面。
27).根据21)所述的系统，还包括股线生产模块，所述股线生产模块构造成与所述进给一起连续且同时地生产所述股线。
28).根据27)所述的系统，其中，所述股线生产模块还构造成根据指定的附接和结构要求来调节所生产的股线的横截面。
29).根据21)所述的系统，其中，所述股线包括以下中的至少一种：至少一根中空股线、不同固体材料的股线、至少一根强化股线和具有添加物的至少一根股线。
30).根据20)所述的系统，其中，所述基材包括由所述添加制造系统先前生产的结构。
31).根据30)所述的系统，还包括定位单元，所述定位单元构造成根据指定的产品设计使所述至少一个末端部相对于所述基材定位。
32).根据31)所述的系统，其中，所述定位单元还构造成定位所述至少一个末端部以将所述连续接收的固体材料的表面的周边地加热的至少一部分压靠在所述基材上。
33).根据31)所述的系统，其中，所述至少一个末端部构造成连续接收多根固体材料股线并且将所述多根固体材料股线附接至彼此，并且其中所述定位单元构造成定位所述至少一个末端部以同时地将所述多根股线附接至所述基材。
34).根据20)所述的系统，其中，所述固体聚合物材料包括多个聚合物颗粒。
35).根据31)所述的系统，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述系统还包括控制模块，所述控制模块构造成控制所述进给器、所述加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还构造成修改所述指定的与加热有关的参数以确定相对于所述基材的几何形状的表面液化的深度，同时使所述中心体积保持在固体状态中。
36).根据31)所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块构造成控制所述进给器、所述至少一个加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还构造成通过所述系统连续地控制制造过程。
37).根据31)所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块构造成控制所述进给器、所述至少一个加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还构造成闭环监测所述附接以控制所制造的产品的质量。
38).根据36)或37)所述的系统，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述系统还包括控制模块，所述控制模块构造成控制所述进给器、所述加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还构造成根据所监测的附接和所控制的质量实时修改所述指定的与加热有关的参数。
39).根据20)-38)中任一项所述的系统，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
本发明的这些、另外的和/或其它的方面和/或优点，在下面的详细描述中陈述；可能地从详细描述可推断出；和/或通过本发明的实践可获得。
附图简述
为了更好地理解本发明的实施方案并且示出实施方案可以如何实行，现在仅通过示例的方式参考附图，在附图中相似的标记始终标示对应的元件或区段。
在附图中：
图1A是根据本发明的一些实施方案的添加制造系统的高层级(high level)示意性框图。
图1B是根据本发明的一些实施方案的添加制造系统以及它们的修改可能性的高层级流程示意图。
图2是根据本发明的一些实施方案的添加制造圆柱形零件的系统的高层级示意图。
图3A和图3B是根据本发明的一些实施方案的系统的末端部(tips)和定位单元的高层级示意图。
图4A和图4B是根据本发明的一些实施方案的系统的末端部的高层级示意图。
图5是根据本发明的一些实施方案的示例性股线生产模块和末端部的高层级示意图。
图6A-6F是根据本发明的一些实施方案的使用股线作为添加材料的系统的高层级示意图。
图7A-7F是根据本发明的一些实施方案的处于各种空间构造的所附接的股线的高层级示意性构造。
图8A-11是根据本发明的一些实施方案的各种类型的股线以及它们的附接的高层级示意图。
图12是图示根据本发明的一些实施方案的添加制造的方法的高层级流程图。
发明的详细描述
在陈述详细描述之前，陈述下文中将用到的某些术语的定义可能是有帮助的。
本申请中使用的术语“整体附接”是指聚合物零件在由给定产品要求所限定的水平上的连接。整体附接的水平可以根据应用来选择。在某些实施方案中，整体附接的水平可以使得任何两层、股线和/或颗粒仅在施加撕裂等效均匀零件所需的力的一定比例(例如，70％、80％、90％或100％，取决于情况)时是可分离的。在某些实施方案中，整体附接可以包括以均匀的方式将层、股线和/或颗粒彼此连接，该均匀的方式不留下机械上比周围材料弱的连接界面的痕迹(大约相当于以上提到的力的100％)。
在以下描述中，描述了本发明的各个方面。出于解释的目的，具体的构造和细节被陈述以便提供对本发明的完全理解。然而，对本领域的技术人员也将明显的是，本发明可以在没有本文中所提供的这些具体的细节的情况下被实践。此外，可能已经省略或简化了公知的特征，以便不使本发明模糊不清。具体地参照附图，应当强调的是，所示的细节是通过示例的方式且仅为了本发明的说明性讨论的目的，并且为了提供被确信为本发明的原理和概念性方面的最有用和易于理解的描述而呈现。在这一点上，除了本发明的基本理解所需内容，不试图更详细地示出本发明的结构细节，对于本领域的技术人员来讲，描述连同附图很明显地表明了可以如何在实践中实施本发明的几种形式。
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应理解本发明在其应用中不限于下面描述中陈述的或附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明可应用于可以以各种方式实践或执行的其它实施方案以及可应用于所公开的实施方案的组合。而且，应理解，本文中所使用的用语和术语是为了描述的目的且不应视为是限制性的。
除非另有特别说明，否则根据以下讨论明显的是，应理解，在整个说明书中，使用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“增强”等术语的讨论涉及计算机或计算系统或类似电子计算设备的操作和/或过程，该计算机或计算系统或类似电子计算设备将计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理的(例如电子的)量的数据操纵和/或转换成类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其它此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。所公开的模块或单元中的任何一个可以至少部分地通过计算机处理器来实现。
本发明涉及通过机器人3D真实生产系统的添加制造，用于直接制造随后用作产品的真实物体。制造过程是现代化的以能够生产符合所需工业标准的物体，以取代生产加工的密集劳动力以及重大投资。本发明能够实际生产使用常规的减材制造方法通常难以制造或制造起来昂贵的物体。显然，本发明还能够实现小零件的工业生产以及原型的生产和简单且便宜的零件的生产。
提供了添加制造的系统和方法，其中连续接收以股线或颗粒的形式的固体聚合物材料，并且其表面使用指定的与加热有关的参数被周边地加热以液化该表面，与加热有关的参数被选择成使连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中。聚合物基材的表面也被液化，并且连续接收的固体聚合物材料的周边地被加热的表面附接到聚合物基材的液化表面，随后液化表面再凝固以产生材料与基材的整体附接。仅液化材料的表面保持了该材料的一些强度以及其柔韧性和材料性能，并且防止了在凝固时的变形和其它变化。整体附接提供均匀的和可控制的工业产品，均匀的和可控制的工业产品目前不可以通过聚合物添加制造来生产。
图1A是根据本发明的一些实施方案的添加制造系统100的高层级示意框图。系统100中的单元被示意性地示出并且可以以各种方式来实现，其中的一些单元在以下附图中被示出。单元可以与用于执行数据处理有关功能的处理器99相关联。
添加制造系统100包括一个或更多个进给器和一个或更多个末端部110，所述一个或更多个进给器构造成连续地进给以至少一根股线90和/或多个颗粒95的形式的固体聚合物材料91，该一个或更多个末端部110连续地接收来自进给器150的固体聚合物材料91。在下文，为了简单起见，系统100有时被描述为具有一个末端部110和一个进给器150，而不将本公开的范围限于此。如下所描述，末端部110可以理解为处理单根进给的材料股线或处理多根材料股线。
系统100还包括至少一个加热元件120，该至少一个加热元件120构造成将末端部110加热到指定温度。至少一个加热元件120还构造成通过加热聚合物基材80的表面123的至少一部分(使基材80的大部分124处于固态)进行液化和/或通过加热作为聚合物基材的进给材料91的表面121的至少一部分进行液化，使材料91的芯部122保持固态。被液化的表面121、123的部分的实际深度可以根据各种参数而变化，例如所进给的材料91和基材80的形式和类型(相应地)，如下所表示的与加热有关的参数等。液化表面的深度可以被选择成使足够大的材料芯部122和基材大部分124保持固态以提供所生产零件的所需机械和形状特性，同时优化凝固过程和所产生的零件特性。例如，与较浅的液化表面比，较深的液化表面需要更强烈的加热，还提供更多的凝固时间。表面深度可以作为如下所描述的实时过程控制的一部分进行监测和调节。
在某些实施方案中，材料91的多达50％的横截面积可以被液化，使材料91的至少50％的横截面积处于固态。液化的表面部分121可以是圆周的或者可以仅延伸到材料91的横截面面积的一个或更多个侧面。例如，可以液化方形横截面的仅一侧、两侧或三侧。
末端部110和基材表面123可以由相同或不同的加热元件120来加热。末端部110还构造成使用指定的与加热有关的参数周边地加热连续接收的固体聚合物材料91的表面121以液化表面121，该与加热有关的参数选择成使连续接收的固体聚合物材料91的中心体积122保持在固体状态中。
有利地，关于诸如2015年Carneiro等人的现有技术(其中PP股线在沉积之前熔化)，仅加热聚合物基材的周边和聚合物材料的周边，可能地在浅的深度加热并加热短的时间，防止了再凝固125时的收缩(图1A中由粗箭头表示的)，并确保所产生的制造零件的良好形状控制。
此外，所公开的系统100和方法300提供了添加制造，其适用于工业过程并且能够实现实际工业零件的添加制造，而不仅仅是现有技术中的模型的添加制造。特别是，质量控制集成在制造过程中，这提供均匀和密切监测的零件。所公开的系统100和方法300构造为稳健的添加制造系统和方法，其能够每小时处理数千克或数十千克数量级的接收材料。显然，多个系统100可以处理更大的量，并且更小的系统构造可以处理更小的量和更精细的细节(例如，范围降至克)。
在制造期间仅液化接收材料91的周边保持了材料强度，使得能够生产悬垂结构(参见例如下面的图7A、图7C、图7E、图7F)，而不需要额外的支撑并且能够在生产期间导引或弯曲接收材料91以实现所需的形状和表面/块体特征。保持固态的材料芯部的强度使得能够生产悬垂结构，而不需要额外的支撑件，这在现有技术中是前所未闻的。接收材料91与基材80的整体附接在整个所制造的零件中保持均匀的机械特性。
作为示例，指定的与加热有关的参数可以包括热源(例如，接触式加热器，热空气或其它对流式加热器，诸如卤素或红外加热器的辐射加热器，以及感应加热器，激光器加热器等)、加热温度、加热持续时间以及诸如确定进给材料91的加热持续时间的固体材料91的进给速度(或进给力)的进给参数的选择。
添加制造系统100还构造成使连续接收的固体聚合物材料91的周边地被加热的表面121(分别)附接到聚合物基材80/91的液化表面123/121，其中基材的附接通过(分别)液化表面的再凝固125A/125B来实现以产生整体附接。如图1A中所图示的，通过系统100可以制造以下选项中的任何一个：两根或更多根股线90可以彼此附接(一根或更多根股线作为相应的基材)，颗粒95可以附接到彼此(一个或更多个颗粒作为相应基材)和/或作为材料91的至少一根股线或至少一个颗粒可以附接到基材80，基材80可以包括由添加制造系统100先前生产(例如，一个操作层接一个操作层)的结构。材料91可以作为块状材料(bulkmaterial)、粒料、标物(bids)、棒材、线材等被进给，材料91可能地可以包含多于一种材料以提供复合材料，并且可能地被预处理。在这些情况中的任何一种情况下，使用了相同的操作原理，即仅液化所附接元件的表面以提供整体附接，而不在再凝固时改变形状。该操作原理使得能够生产具有可控且均匀特性的零件。
末端部110还可以构造成连续地接收多根固体材料股线90，该多根固体材料股线根据空间进给构造(例如，相邻股线90的线性布置，或者其它构造，对于各种非限制性示例，参见图7A-7F)通过其液化表面121的再凝固125A附接至彼此。附接可以通过末端部110和/或通过进给器150来辅助，末端部110还构造成将股线90彼此压靠以增强它们的附接，进给器150还构造成使股线90相对于彼此以特定角度进给，该特定角度增强它们的附接。
对应于进给材料91、加热要求和产品设计，末端部110可具有广泛的设计。例如，末端部110可以包括一个或更多个开口，可能地具有不同的形状和尺寸，并且每个过程或过程步骤可以使用开口中的一个、一些或全部。末端部110中的一个或更多个开口可以具有可调节的横截面。末端部110可以包括附加元件，例如熔化或半熔化材料的共同分配器和/或振动单元(内部或外部，可能地使用超声波)。末端部110可包括用于导引材料移动穿过末端部110的导引元件、混合和修匀材料91和/或附接材料91的刮擦器(wiper)以及可能的预加热元件和后冷却元件(例如，激光加热元件)。
进给器150还可以构造成控制进给到末端部110的每根股线90的进给参数。进给参数可以用于控制所生产的零件的形式，例如，在线性进给的股线的一个方向上的逐渐增加的进给速度可以配置成产生所生产的零件在相反方向上的弯曲——朝向缓慢进给的股线弯曲。例如，例如以较高速度进给的股线朝向以较低速度进给的股线向内弯曲。
股线90可以具有任何形式的横截面(例如，矩形、圆形、三角形、六角形等，对于非限制性示例，参见图3B、图4B、图5、图7A、图8A、图9A、图10A和图11)并且可以是满的或中空的(在中空股线的情况下，股线中的中空部的内周边在附接期间处于固态)。股线横截面可以通过附接过程通过表面液化以及可能由于所施加的压力而改变。附接的股线90可以不同，例如一根或更多根股线90可以由不同的固体材料制成，一根或更多根股线90可以被加强(例如，通过碳纤维)和/或一根或更多根股线90可以具有添加物(例如，填料，着色剂等)。使用各种类型的股线90能够制造具有特定设计特征的复杂零件。例如，系统100可用于制造零件，诸如具有由股线制成的壁的容器(对于非限制性示例，参见图2)。壁可以具有使用外部着色股线制造的外部着色表面，使用中间中空，可能的加强股线制造的中等轻质块体和使用内部股线制造的内部钝化表面，内部股线具有抑制化学反应性的相应的添加物。
系统100还可以包括股线生产模块160，该股线生产模块160构造成在股线90进给至末端部110的情况下，连续并且同时地(在线地)生产股线90。在股线生产模块160中进行形状调节之后，股线90可以在其用于末端部110之前，由熔化颗粒(例如，通过挤出)来生产。例如，股线生产模块160可以被构造成根据指定的附接和结构要求，调节所生产的股线的横截面。可选地或补充地，股线90可以由进给器150从相对于系统100的操作离线生产的股线卷进给到末端部110。
系统100还包括定位单元130，该定位单元130构造成根据指定的产品设计，使末端部110相对于基材80定位。定位单元130可以在指定之后遵循详细的添加制造过程参数以生产产品或零件(其可适应于系统100的独特的制造特性)。定位单元130可以包括一个或更多个机器人单元，该一个或更多个机器人单元构造成根据所设计的制造过程来定位和操纵末端部110。定位单元130可以包括龙门架、桥、机器人、线性轴和旋转轴、导轨、滑轮等中的任何一种。定位单元130可以构造成操作多个末端部110，可能同时地制造多个零件。
定位单元130还可以构造成定位末端部110以将连续接收的固体材料91的周边地受热的表面121压靠在基材80上。末端部110可构造成连续地接收多根固体材料股线90并将该多根固体材料股线90附接至彼此，并且定位单元130可构造成定位末端部110以同时将股线90附接至基材80(参见用于非限制性示例的图6A-6F)。
系统100还包括控制模块140，控制模块140构造成控制进给器150、加热元件120和定位单元130中的任何一个并且构造成闭环监测附接以控制所制造的产品的质量。例如，闭环控制可以实现为，控制模块140构造成修改进给参数和/或指定的加热参数以确定相对于基材80的几何形状的表面液化部121的深度，同时保持中心体积122处于固体状态中。控制模块140可以构造成根据监测到的附接和所控制的质量实时修改指定的加热参数和/或进给参数。需要强调的是，控制模块140提供制造过程的连续控制(不仅仅是如其它添加制造过程中的逐层控制)并且连续地确保所制造的零件的质量。
控制模块140可以包括多种类型的多个传感器142(例如，激光扫描仪、相机、IR传感器、电感和电容传感器、声学传感器、温度传感器)，该多个传感器142构造成监测生产过程，例如，测量系统元件的位置、测量温度(如实际材料和喷嘴的温度曲线并与计划的数据和/或过去的数据相比较)、表面温度对比、测量材料特性(例如，材料成分的体积、材料混合物和特性)及其变化。控制模块140还构造成通过修改加热参数和进给参数，定位单元运动等来校正所测量的特征中的任一个特征。例如，可以设置校正标准，诸如体积和尺寸约束和零件参数的公差，例如尺寸、表面特征、平坦度和垂直度、关键特征(例如，孔洞、凸缘、连接器等)、材料强度、标准、纹理等。通过控制模块140的过程校正可以实时地(即时)和/或以时空间隔或在生产之后进行。校正可以通过使用所测量到的变化来执行以(i)将计划尺寸调整为实际制造的特征(自适应制造，例如，根据基材中的某些移位改变制造参数)，(ii)创建逐渐修正以使尺寸逐渐恢复到初始设计，(iii)建议或提示设计修改，(iv)添加对应于所监测的变化的支持，和/或(v)改变材料流动特性(例如，末端部110中的孔口的尺寸，温度，熔化物质的几何形状、处理速度等)。另外地或可选地，控制模块140可以构造成使用用于执行校正的其它装置或外部元件144，诸如第二端部执行器或元件——例如加热源/冷却源、刮擦器、锤状单元、心轴和/或最终加工或其它外部机器人或机器。
固体聚合物材料91和/或聚合物基材80可以包括具有大的热膨胀系数(数量级为10-4m/(mK)以及更高)的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。以下公开的系统100和方法300能够使用PP或PE以工业规模实现添加制造，这在现有技术中是不可能的，因为现有技术液化所有材料，材料然后在再凝固时发生形状和尺寸变化，这使所制造的产品扭曲并导致产品的不均匀的机械性能。相比之下，所公开的系统和方法保持聚合物材料的固体中心体积122的形式和机械性质，并提供附接到基材80的材料91的均匀再凝固和均匀的机械附接，导致所制造产品(其可以被设计成用于产生工业上可行的零件)的形状和机械性能。此外，闭环过程控制提供了在线的制造质量验证，确保符合设计的一致的零件的批次，并具有均匀的机械性能。显然，也可以使用具有较小热膨胀系数(例如，数量级为10-5m/(mK)以及该数量级以下的聚合物材料，例如ABS-丙烯腈丁二烯苯乙烯，PC-聚碳酸酯等)。
系统100还可以包括设计模块102，设计模块102构造成使用系统100生产给定零件的适当过程设计。例如，材料91可以针对某些要求进行优化，可以根据产品要求设计所添加的层，可以最小化定位单元的移动，减少材料切割并且可以针对添加制造调整特定特征(例如，锐化边角)。设计模块102可以在制造期间和在制造之后从控制模块140接收修改以改进过程设计和制造过程。
图1B是根据本发明的一些实施方案的添加制造系统100以及它们的修改可能性的高层级流程示意图。图1B示意性地示出了流程，从诸如聚合物颗粒95的原材料开始，聚合物颗粒95可包含PP或任何其它热塑性聚合物，其可能地具有各种添加物(例如，UV防护材料，填充剂)和各种强化组分(例如，碳纤维，玻璃纤维等等)，原材料通过挤出机161(作为非限制性示例)，相对于系统100的操作或在线或离线地被拉伸成股线90。股线90可以具有任何横截面(圆形、方形、三角形)，任何尺寸或形式，并且可以从多于一个的挤出机共挤出并且包括多种材料。挤出机161可由控制单元140来控制141以提供对应于产品要求的股线并提供在线闭环制造控制和质量保证(QA)。
定位单元130可以包括任何系统，诸如机器人单元、臂、龙门架、桥或甚至远程控制的旋翼机，并且还可以由控制单元140来控制141以根据产品要求来控制系统100的部件以及特别是末端部110的位置和移动(在所有方向上)，并提供在线闭环QA。
进给器150可以包括股线定时模块(strand timing module)151，股线定时模块151可能地以与零件生产的几何构造、加热参数、股线材料有关的不同速度并且可能与挤出机161同步地将股线90进给到末端部110。进给器150和/或股线定时模块151可由控制单元140控制141以根据产品要求控制每根股线(一起或单独地)的进给参数并提供在线闭环QA。股线定时模块151使得例如通过提供对应于特定产品半径和表面特征的进给速度，通过将对应的股线提供给特定的产品零件并且修改制造期间股线的成分等等，能够精确控制股线进给速度并且完全控制所制造的产品的几何形状。
末端部110可以包括任何多个通道单元，用于处理多根股线并用于加热和附接股线以提供待添加到基材80的所制造的带条(参见图3B、图6A-6F、图7A、图7D-11)。末端部110可以具有不同的横截面，恒定的或可变的，并且可以实现对股线的进给角度的控制。加热元件120可以利用上面列出的各种加热技术(接触、对流、辐射、感应、激光等)以相同或不同的方式并根据对应的要求加热末端部110和基材80。作为加热参数的一部分的加热水平可根据产品规格、几何形状和股线材料进行调节，并且可由控制单元140根据产品要求进行控制141并提供在线闭环质量保证(QA)。
系统100可以包括附接单元135，附接单元135构造成将具有液化表面的材料91附接到基材80，例如，例如使用辊可控制地将带条180附接到基材80(例如，参见图3B和图6F)。系统100还可以包括切割单元170，切割单元170构造成切割带条180的边缘以提供所生产的零件的整饰要求(finish requirements)(例如，使用激光切割器)。一旦添加制造300完成，将所制造的产品从制造区域190移除(或者系统100移动到不同的生产区域)并且产品完成195(例如，产品被添加部件，完成，组装等)并且测试。
图2是根据本发明的一些实施方案的添加制造圆柱形零件的系统100的高层级示意图。图2示意性地示出了作为可添加制造的圆柱形零件，诸如容器的基材80，基材80可能地位于转台上(与定位单元130相关联并由控制单元140控制)，并且通过经由从进给器150接收材料并由定位单元130定位的末端部110的添加制造来生产。控制单元140未被示出，然而可以包括远程用户界面(例如，经由云服务，通信链路等)、设计模块和对应的监测和控制软件。圆柱形零件可以通过多个末端部110同时制造。
图3A和图3B是根据本发明的一些实施方案的系统100的末端部110和定位单元130的高层级示意图。在所图示的非限制性设计中，定位单元130可以包括马达131、空腔112和作为孔控制构件111的柱塞，马达131构造成正确地定位末端部110，空腔112穿过其进给材料91，柱塞构造成修改末端部110中的孔110A的尺寸以及可能的形式。柱塞111可能地由马达131中的一个来控制。加热材料91的表面可以经由孔控制构件111(诸如柱塞)和/或经由空腔112来执行。一个或更多个末端部110可用于在任何方向(例如，在基材80的水平或竖直表面上)上将材料沉积在基材80上。所沉积的材料可以包括所附接的宽股线90和/或条带180，条带180由在末端部110中彼此附接的细股线90组成。
图4A和图4B是根据本发明的一些实施方案的系统100的末端部110的高层级示意图。在图4A中，孔控制构件111被图示为旋转单元，旋转单元具有可变开口的通道。在旋转单元111旋转时，末端部110中的孔110A的尺寸和形式改变以修改挤出材料。在图4B中，孔控制构件111被图示为可旋转杆，可旋转杆具有变化的轮廓，可旋转杆控制末端部110中的多个可用的孔110A，多个可用的孔110A可以接收股线90。加热材料91的表面可以经由孔控制构件111(诸如旋转单元或可旋转杆)和/或经由空腔112来执行。
图5是根据本发明的一些实施方案的示例性股线生产模块160和末端部110的高层级示意图。在所示的非限制性实施方案中，股线生产模块160可以包括活塞162A，活塞162A将例如粒料的原材料95推入到原材料容器162B中。然后原材料通过加热器162C熔化并且通过挤出机161(例如，马达131驱动的剂量泵，穿过多个孔洞)被挤出以将固态股线90提供到末端部110，其中股线90的表面可以在其附接之前被液化。孔控制构件111可以与图4B中的图示类似地来构造，以控制提供给末端部110和排出孔110A的股线90的数量。
图6A-6F是根据本发明的一些实施方案的使用股线90作为添加材料91的系统100的高层级示意图。图6A示意性地图示了接收股线90并将它们引导至末端部110的进给器150，并且包括股线定时模块151，股线定时模块151具有多个马达131和轮子152，轮子152由相应的马达131驱动并且构造成移动和控制进给至末端部110的股线90(例如，相对于所需制造的几何形状)。传感器142可以构造成提供关于股线状态的反馈(例如，股线的存在和类型、速度等)。每根股线90的单独控制提供了对制造过程的精确控制。图6B示意性地图示了附接单元135，附接单元135包括导引辊135A、侧辊135B和附接辊135C，导引辊135A、侧辊135B和附接辊135C分别构造成朝向末端部110导引股线90，固定股线90的横向位置并且可能地使股线90相互压靠，并确保股线90和/或所附接的股线180与基材80之间的附连和接触。定位单元130还可以包括用于将末端部110压靠在基材上的活塞135D。股线90与基材80的附接可以包括其间的相对运动以增强再凝固的均匀性。加热元件120可邻近附接单元135定位以液化股线表面。进给器150可以包括导引件153，导引件153构造成以特定角度将股线90进给到末端部110中，或平行或以特定角度，该特定角度可以被选择成在股线90之间提供附加的横向压力，该附加的横向压力可以被选择成进一步增强股线的附接。如下所例示的，导引件153可被构造成提供股线90的选定空间构造。图6C示意性地图示了基材80，其具有附接至彼此的股线90以形成条带180，条带180同时作为添加材料185连续地附接到基材80。基材80和末端部110中的任一个或两者可以移动以提供材料185的连续添加。示意性地示出了再凝固125，其用于使股线90附接至彼此和用于使条带180附接至基材80。
图6D和图6E分别是根据本发明的一些实施方案的进给器150、股线定时模块151和末端部110的透视仰视图和透视俯视图。加热器单元120被图示为处在设备的底部并且可以构造成，例如通过热空气对流加热基材80以及可能地还加热股线90。图6F示意性地图示了具有加热元件120的末端部110，该加热元件构造成液化股线表面并且可选地液化基材80的表面以提供股线90至基材80的附接和整体再凝固。股线和基材加热可以通过单个加热元件120或通过多个加热元件120来执行。
图7A-7F是根据本发明的一些实施方案的处于各种空间构造185A-185F的所附接的股线的高层级示意性构造。为了解释清楚，单根股线被图示为分离的，但它们整体地附接在实际制造的产品或零件中。空间构造中的任一个可以包括股线的添加制造的多个步骤。图7A示意性地图示了股线90的空间构造185A，其产生悬置的长凳状结构。为了提供在水平方向上的强度，股线可以在沉积之前使用附接到彼此的不同数量的股线以连续添加步骤被添加。图7B示意性地图示了股线90的空间构造185B，其产生凸缘，凸缘具有根据特定股线进给构造确定的可调节的微小尺度特征。图7C示意性地图示了股线90的空间构造185C，其产生复杂的结构，该复杂的结构仍然是整体附接的并且具有跨越结构的均匀的机械特性。所公开的系统100和方法300提供修改和监测高度通用的空间股线构造以产生许多复杂结构的能力。图7D示意性地图示了股线90的空间构造185D，其相应地在内连续层和外连续层185D-1和之间产生部分中空的中间层(185D-2，具有Z字形附接的股线)。空间构造185D可以用于，例如通过中间层185D-2减少所生产的圆柱形零件(参见图2)的重量，同时提供其内表面和外表面的所需特性。图7E示意性地图示了股线90的空间构造185E，其产生悬垂部，悬垂部提供圆顶状结构，而不需要如传统3D打印中的任何支撑物。机械强度来自沉积之前彼此附接的股线90。图7F示意性地图示了扁平股线90/180的空间构造185F，其产生提供圆顶状结构的悬垂部。扁平股线180可以由所附接的细股线来生产，或者可以作为进给材料91以宽股线的形式被接收。
图8A-11是根据本发明的一些实施方案的各种类型的股线90以及它们的附接的高层级示意图。图8A和图8B示意性地图示了具有复杂H形轮廓的股线90A，当将股线90A附接到条带180A时，股线90A彼此互补，轮廓中的相应突出部和凹部通过表面液化来支撑附接。图9A和图9B示意性地图示了具有六边形轮廓(可以是实心或中空的)的股线90B，在附接到条带180B上并且附接到基材80(未示出)上时，六边形轮廓使下部沉积股线和上部沉积股线90B互补。图10A和图10B示意性地图示了具有中空轮廓(在股线90C的附接期间，中空部的外周边保持固态)的股线90C，为条带180C提供了减小其重量的中空部并且可以使线材能够插入中空部中。图11示意性地图示了具有圆形轮廓的股线90D，股线90D可能在施加一些横向压力或导引的情况下被附接以形成具有矩形轮廓的条带180D，这通过股线90D的表面熔化而实现。股线90D的芯部在附接过程期间保持固态以避免热变形。
来自图1A和图1B以及图2-11的元件可以以任何可操作的组合进行组合，并且在某些图中但没有在其它图中的某些元件的图示仅用于解释目的，并且是非限制性的。
图12是图示根据本发明的一些实施方案的添加制造的方法300的高层级流程图。该方法阶段可以关于上面所描述的系统100来执行，系统100可以可选地构造成实施方法300。方法300可以通过至少一个计算机处理器，关于控制过程部分地实现。某些实施方案包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有随其而体现的计算机可读程序并且构造成执行方法300的有关阶段。
方法300包括连续接收以至少一根股线或多个颗粒的形式的固体聚合物材料(阶段310)，使用指定的与加热有关的参数，周边地加热连续接收的固体聚合物材料的表面以液化该表面，与加热有关的参数被选择成保持连续接收的固体聚合物材料的中心体积处于固体状态中(阶段340)，可选地选择与加热有关的参数以使中心保持固态(阶段342)。方法300还包括液化聚合物基材的表面(阶段350)，使基材的大部分保持固态(阶段352)，并将连续接收的固体聚合物材料的周边地受热表面附接到聚合物基材的液化表面，其中至聚合物基材的附接通过液化表面的再凝固来实现以产生整体附接(阶段360)。可以使用包含通过方法300先前生产的结构的基材(阶段354)。
接收310可以包括连续地接收多根固体材料股线(阶段312)并且附接360可以包括根据空间进给构造，诸如股线彼此相邻的线性布置(阶段320)，将多根股线附接至彼此(阶段314)。方法300还可以包括将股线彼此压靠以增强附接(阶段316)。方法300还可以包括使股线以相对于彼此的特定角度进给以增强附接(阶段318)。方法300还可以包括控制待被接收的每根股线的进给参数(阶段322)以控制所制造的产品的形式并控制股线的加热周期。可选地或补充地，附接360可以包括将股线附接至彼此，并且同时将股线附接到基材(阶段366)。可选地或补充地，方法300可以包括使用聚合物颗粒作为固体聚合物材料(阶段330)。
方法300还可以包括例如通过挤出连续生产待接收的股线(阶段324)。方法300还可以包括根据指定的附接和结构要求调节所生产的股线的横截面(阶段326)，以及可能地使用中空股线、不同固体材料的股线、加强股线以及具有添加物的股线(阶段328)。
方法300还可以包括根据指定的产品设计相对于基材执行附接360(阶段362)。在某些实施方案中，方法300还可以包括将连续接收的固体材料的周边加热表面压靠在基材的液化的表面上(阶段364)。
方法300还可以包括优化指定的与加热有关的参数，例如加热源的选择、加热温度的调节、固体材料的加热持续时间和进给速度(阶段344)，以及可选地修改指定的与加热有关的参数以相对于基材的几何形状确定和控制表面液化的深度，同时保持中心体积处于固体状态中(阶段346)。方法300还可以包括根据方法300连续地控制制造过程和/或闭环监测附接以控制所制造产品的质量(阶段372)，以及可选地根据监测到的附接、制造过程和质量控制实时地修改指定的与加热有关的参数(阶段374)。方法300可以还包括修改附接位置(例如，根据闭环监测)以补偿与所需参数(例如，位置、体积、容差等)的几何偏差(阶段376)。
上面参照根据本发明的实施方案的方法的流程图图示和/或部分图、装置(系统)和计算机程序产品描述了本发明的方面。应理解，流程图图示和/或部分图的每个部分以及流程图图示和/或部分图表中的部分的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机的、专用计算机的或其它可编程数据处理装置的处理器，以生产机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或部分图表部分或多个部分中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以储存在计算机可读介质中，其可以指示计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备以特定方式工作，使得储存在计算机可读介质中的指令产生制造包括实现在流程图和/或部分图表部分或多个部分中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，以使得在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或部分图表部分或多个部分中指定的功能/动作的过程。
上面提到的流程图和图表图示了根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或部分图表中的每个部分可以表示模块、分段或代码的一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应注意，在一些可选实施方式中，部分中标注的功能可以不按照附图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个部分事实上可以被基本上同时执行，或者部分有时可以以相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。还将注意的是，部分图表和/或流程图图示的每个部分，以及在部分图表和/或流程图图示中的部分的组合，可以由进行指定的功能或动作的基于专用目的硬件的系统或专用目的硬件和计算机指令的组合来实施。
在以上描述中，实施方案是本发明的示例或实施方式。“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”的各种表现不一定都指相同的实施方案。尽管本发明的各种特征可以在单个实施方案的背景下进行描述，但这些特征还可以单独地提供或者以任何合适的组合提供。相反地，尽管为了清楚起见本文可在单独实施方案的背景下描述本发明，但本发明也可在单一的实施方案中实施。本发明的某些实施方案可包括来自上面所公开的不同实施方案的特征，并且某些实施方案可包含来自上面所公开的其它实施方案的要素。本发明的要素在具体实施方案的背景下的公开不应认为是限制其仅在该具体实施方案中使用。此外，应理解，本发明可以以不同的方式执行或实施，并且本发明可以在以上描述中所概述的实施方案之外的某些实施方案中实施。
本发明不限于那些附图或对应的描述。例如，流程不需要移动通过每个所示的方框或状态，或以与所示出和所描述的完全相同的顺序移动。本文中所使用的技术术语和科学术语的意思是本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的，除非另有定义。虽然本发明已参考有限数量的实施方案进行描述，但是这些不应被理解为对本发明的范围的限制，而是理解为一些优选实施方案的范例。其它可能的变型、修改和应用也在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应受限于至此已描述的内容，而是受限于所附权利要求及其法律的等同物。

Claims (41)

1.一种添加制造的方法，所述方法包括：
连续接收以至少一根股线或多个颗粒的形式的固体聚合物材料，
使用指定的与加热有关的参数来周边地加热连续接收的固体聚合物材料的表面的至少一部分以液化所述表面的所述至少一部分，所述指定的与加热有关的参数被选择成使所述连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中，
液化聚合物基材的表面的至少一部分，以及
将所述连续接收的固体聚合物材料的所述表面的周边地加热的至少一部分附接至所述聚合物基材的所述表面的所液化的至少一部分，其中通过所述表面的所液化的至少一部分的再凝固实现与所述聚合物基材的附接以产生在整个所制造的零件中保持均匀的机械特性的整体附接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收包括连续接收多根固体材料股线，并且其中所述附接包括根据空间进给构造将所述多根固体材料股线附接至彼此。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述股线彼此压靠以增强所述附接。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括使所述股线以相对于彼此的特定角度进给以增强所述附接。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述空间进给构造是所述股线彼此相邻的线性布置。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括控制待被接收的每根股线的进给参数。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括连续地生产待接收的股线。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括根据指定的附接和结构要求来调节所生产的股线的横截面。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述股线包括以下中的至少一种：至少一根中空股线、不同固体材料的股线、至少一根加强股线和具有添加物的至少一根股线。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材包括通过所述方法先前生产的结构。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括根据指定的产品设计来执行相对于所述基材的附接。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括将所述连续接收的固体材料的表面的周边地加热的至少一部分压靠在所述基材的所述表面的所液化的至少一部分上。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述接收包括连续接收多根固体材料股线，并且所述附接包括根据空间进给构造将所述多根固体材料股线附接至彼此并同时将所述多根固体材料股线附接到所述基材。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固体聚合物材料包括多个聚合物颗粒。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述方法还包括修改所述指定的与加热有关的参数以确定相对于所述基材的几何形状的表面液化深度，同时使所述中心体积保持在固体状态中。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所述方法连续地控制制造过程。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括闭环监测所述附接以控制所制造的产品的质量。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述指定的与加热有关参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述方法还包括根据所监测到的附接和所控制的质量实时修改所述指定的与加热有关的参数。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的方法，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
21.一种添加制造系统，包括：
进给器，其被构造成连续进给以至少一根股线或多个颗粒的形式的固体聚合物材料，
至少一个末端部，其被构造成连续接收来自所述进给器的所述固体聚合物材料，
至少一个加热元件，其被构造成将所述至少一个末端部加热到指定温度，并且被构造成通过加热聚合物基材的表面的至少一部分来液化，其中所述至少一个末端部和基材表面的所述至少一部分由相同或不同的加热元件加热，
其中所述至少一个末端部还被构造成使用指定的与加热有关的参数来周边地加热连续接收的固体聚合物材料的表面的至少一部分，以液化表面的所述至少一部分，所述指定的与加热有关的参数被选择成使所述连续接收的固体聚合物材料的中心体积保持在固体状态中，并且
其中所述系统还被构造成使所述连续接收的固体聚合物材料的表面的周边地加热的至少一部分附接至所述聚合物基材的表面的所液化的至少一部分，其中通过表面的所液化的至少一部分的再凝固实现与所述基材的附接以产生在整个所制造的零件中保持均匀的机械特性的整体附接。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个末端部还被构造成连续接收多根固体材料股线，所述多根固体材料股线根据空间进给构造通过其表面的所液化的至少一部分的再凝固而附接至彼此。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述至少一个末端部还被构造成将所述股线彼此压靠以增强股线的附接。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述进给器还被构造成使所述股线以相对于彼此的特定角度进给以增强股线的附接。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述空间进给构造是所述股线彼此相邻的线性布置。
26.根据权利要求22所述的系统，其中，所述进给器还被构造成控制进给到所述至少一个末端部的每根股线的进给参数。
27.根据权利要求22所述的系统，其中，所述股线具有矩形或三角形横截面。
28.根据权利要求22所述的系统，还包括股线生产模块，所述股线生产模块被构造成与所述进给一起连续且同时地生产所述股线。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述股线生产模块还被构造成根据指定的附接和结构要求来调节所生产的股线的横截面。
30.根据权利要求22所述的系统，其中，所述股线包括以下中的至少一种：至少一根中空股线、不同固体材料的股线、至少一根加强股线和具有添加物的至少一根股线。
31.根据权利要求21所述的系统，其中，所述基材包括由所述添加制造系统先前生产的结构。
32.根据权利要求31所述的系统，还包括定位单元，所述定位单元被构造成根据指定的产品设计使所述至少一个末端部相对于所述基材定位。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述定位单元还被构造成定位所述至少一个末端部以将所述连续接收的固体材料的表面的周边地加热的至少一部分压靠在所述基材上。
34.根据权利要求32所述的系统，其中，所述至少一个末端部被构造成连续接收多根固体材料股线并且将所述多根固体材料股线附接至彼此，并且其中所述定位单元被构造成定位所述至少一个末端部以同时地将所述多根股线附接至所述基材。
35.根据权利要求21所述的系统，其中，所述固体聚合物材料包括多个聚合物颗粒。
36.根据权利要求32所述的系统，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述系统还包括控制模块，所述控制模块被构造成控制所述进给器、所述加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还被构造成修改所述指定的与加热有关的参数以确定相对于所述基材的几何形状的表面液化的深度，同时使所述中心体积保持在固体状态中。
37.根据权利要求32所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块被构造成控制所述进给器、所述至少一个加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还被构造成通过所述系统连续地控制制造过程。
38.根据权利要求32所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块被构造成控制所述进给器、所述至少一个加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还被构造成闭环监测所述附接以控制所制造的产品的质量。
39.根据权利要求37或38所述的系统，其中，所述指定的与加热有关的参数包括热源、加热温度、加热持续时间和所述固体材料的进给速度中的至少一个；并且所述系统还包括控制模块，所述控制模块被构造成控制所述进给器、所述加热元件和所述定位单元中的至少一个，所述控制模块还被构造成根据所监测的附接和所控制的质量实时修改所述指定的与加热有关的参数。
40.根据权利要求21-38中任一项所述的系统，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
41.根据权利要求39所述的系统，其中，所述固体聚合物材料包括聚丙烯或聚乙烯。
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