CN109070446A - 用于生成具有可调属性的三维物体的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了用于形成三维物体的系统和方法。可以使用本文所描述的材料、过程、方法和系统形成本公开内容的基材。

Description

用于生成具有可调属性的三维物体的装置、系统和方法

交叉引用

本申请要求2016年3月10日提交的美国临时专利申请序列号62/306,088的优先权，其通过引用全部地并入本文。

背景技术

三维打印(3D打印)是用于制作各种形状和大小的三维物体的过程。可以基于模型设计来形成三维物体。模型设计可以经由计算机、绘图来形成，或者可以基于另一个物体。

在三维打印中可以使用不同的材料，包括硅、硅胶橡胶、硅化丙烯酸填缝料、聚氨酯和可固化树脂。三维打印可以有效地形成经由传统方法难以制造的物体。

发明内容

虽然三维(3D)打印系统和方法是可用的，但是本文认识到了某些3D打印系统和方法的各种问题。例如，3D打印系统和方法可能无法打印具有可调属性的3D物体，可调属性诸如是材料成分、颜色梯度、密度和硬度。本文所提供的方法和系统有利地使得能够形成具有可调属性的3D物体。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的方法，包括：(a)提供与混合器流体连通的至少两个材料盒(material cartridge)，所述混合器与打印头的喷嘴流体连通，其中所述至少两个材料盒包含构建材料(building material)；(b)使用来自所述至少两个材料盒的构建材料来在所述混合器中生成第一混合物；(c)通过所述喷嘴将所述第一混合物从所述混合器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一层，其中所述第一层包括第一周边(perimeter)和在所述第一周边内的区间的第一子区段；(d)使用来自所述至少两个材料盒的构建材料来在所述混合器中生成第二混合物；和(e)通过所述喷嘴将所述第二混合物从所述混合器朝向所述支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第二层，其中所述第二层包括第二周边和在所述第二周边内的区间的第二子区段，其中所述第二子区段的至少一部分与所述第一子区段的至少一部分相邻。

在一些实施方式中，所述方法还包括重复(d)-(e)至少10次。在一些实施方式中，所述方法还包括重复(d)-(e)至少100次。在一些实施方式中，所述方法还包括重复(d)-(e)至少200次。在一些实施方式中，所述混合器是通道。在一些实施方式中，所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的99％。在一些实施方式中，所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的90％。在一些实施方式中，所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的75％。在一些实施方式中，所述至少两个材料盒包括具有第一颜色和第二颜色的构建材料，并且其中所述第一混合物具有与所述第一颜色和所述第二颜色不同的第三颜色。在一些实施方式中，所述第一颜色不同于第所述二颜色。

在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种包括硅胶、硅胶橡胶、聚氨酯、含氟弹性体、丙烯酸糊、环氧树脂或其组合。在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种具有小于或等于10,000,000厘泊(cP)的粘度。在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种具有小于或等于1,000,000cP的粘度。在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种具有小于或等于100,000cP的粘度。在一些实施方式中，所述三维物体的所述第一层具有至少0.1毫米的厚度。在一些实施方式中，所述三维物体材料的所述第一层具有至少0.2毫米的厚度。在一些实施方式中，所述三维物体的所述第一层具有0.1毫米至100毫米的厚度。

在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种处于液态。在一些实施方式中，通过机械力、气动力、重力、渗透压差、压力差或其组合将所述构建材料引导至所述喷嘴。在一些实施方式中，所述打印头相对于所述支撑件移动到所述第一子区段。在一些实施方式中，所述喷嘴在所述第一周边内的所述第一子区段上方移动，而不将所述构建材料向所述支撑件引导。在一些实施方式中，所述三维物体是各向异性的。在一些实施方式中，所述三维物体是各向同性的。

在一些实施方式中，所述三维物体的所述第一层和所述三维物体的所述第二层具有不同的至少一种物理属性。在一些实施方式中，所述至少一种物理属性是填充密度、拉伸强度或颜色。在一些实施方式中，所述第一子区段符合所述三维物体的模型设计。在一些实施方式中，所述三维物体在小于1周的时间段内形成。在一些实施方式中，所述三维物体在小于3天的时间段内形成。在一些实施方式中，所述三维物体在小于36小时的时间段内形成。在一些实施方式中，所述三维物体具有小于10m×10m×10m的尺寸。在一些实施方式中，所述三维物体具有小于1m×1m×1m的尺寸。在一些实施方式中，所述三维物体具有小于0.5m×0.5m×0.5m的尺寸。

在一些实施方式中，所述模型设计包括所述三维物体的至少10个平行横截面。在一些实施方式中，所述模型设计包括所述三维物体的至少100个平行横截面。在一些实施方式中，所述构建材料中的至少一种包括聚合物。在一些实施方式中，所述三维物体的所述第一层和所述三维物体的所述第二层具有相同的至少一种物理属性。在一些实施方式中，所述至少两个材料盒的构建材料具有不同的参数。在一些实施方式中，所述不同参数包括颜色或材料成分。

在一些实施方式中，在形成所述第二层时，所述三维物体的横截面不是100％填充的。在一些实施方式中，其中沿着横截面，所述三维物体具有不同填充密度的多个区域。在一些实施方式中，所述三维物体具有各向同性的填充密度。在一些实施方式中，所述三维物体具有各向异性的填充密度。在一些实施方式中，所述方法还包括填充所述三维物体的腔体。在一些实施方式中，所述腔体以这样的填充速率填充：所述填充速率被选择为提供所述三维物体的预定物理属性。在一些实施方式中，所述预定物理属性是硬度、密度、拉伸强度和断裂伸长率中的一个或多个。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的方法，包括：(a)提供与打印头的喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器包括至少一种构建材料；(b)通过所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一部分，在与所述支撑件相邻的所述构建材料凝固时形成该第一部分，其中所述第一部分包括第一物理属性；(c)通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成与所述第一部分或所述支撑件相邻的所述三维物体的第二部分，在所述构建材料凝固时形成该第二部分，其中所述第二部分包括与所述第一物理属性不同的第二物理属性。

在一些实施方式中，所述构建材料是聚合材料。在一些实施方式中，在向所述构建材料施加能量时所述构建材料固化。在一些实施方式中，所述聚合材料包括硅胶、聚氨酯、弹性体或环氧胶。在一些实施方式中，所述弹性体是含氟弹性体。在一些实施方式中，所述方法还包括向所述构建材料施加热能或电磁能以固化所述构建材料。在一些实施方式中，所述电磁能是紫外光。

在一些实施方式中，所述方法还包括通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成所述三维物体的第三部分，在所述构建材料凝固时形成该第二部分。在一些实施方式中，所述第一部分和/或所述第二部分包括一层或多层所述构建材料。在一些实施方式中，所述第一物理属性或所述第二物理属性选自填充密度、拉伸强度和颜色。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的方法，包括(a)通过打印头的喷嘴将处于液态的至少一种构建材料从至少一个材料容器朝向支撑件引导，和(b)在与所述支撑件相邻的所述至少一种构建材料凝固时，以可变的填充密度生成所述三维物体的至少一部分。

在一些实施方式中，所述方法还包括调节引导通过所述喷嘴的所述构建材料的速率，以调节所述三维物体的所述至少所述部分的填充密度。在一些实施方式中，其中在给定的横截面上，所述三维物体未被完全填充。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的系统，包括：包括喷嘴的打印头；与所述喷嘴流体连通的混合器；与所述混合器流体连通的至少两个材料容器，其中所述至少两个材料容器被配置用于包含构建材料；可操作地耦合到所述至少两个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程用于(i)使用来自所述至少两个材料容器的所述构建材料来在所述混合器中生成第一混合物；(ii)通过所述喷嘴将所述第一混合物从所述混合器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一层，其中所述第一层包括第一周边和在所述第一周边内的区间的第一子区段；(iii)使用来自所述至少两个材料容器的所述构建材料来在所述混合器中生成第二混合物；(iv)通过所述喷嘴将所述第二混合物从所述混合器朝向所述支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第二层，其中所述第二层包括第二周边和在所述第二周边内的区间的第二子区段，其中所述第二子区段的至少一部分与所述第一子区段的至少一部分相邻。

在一些实施方式中，所述混合器是通道。在一些实施方式中，所述混合器是腔室。在一些实施方式中，所述打印头被配置为相对于所述支撑件移动到所述第一子区段。在一些实施方式中，所述喷嘴被配置成在第一周边内的第一子区段上方移动，而不将构建材料向所述支撑件引导。在一些实施方式中，所述至少两个材料容器是材料盒。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的系统，包括：包括喷嘴的打印头；与所述喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器被配置用于包含至少一种构建材料；可操作地耦合到所述至少一个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程成：(i)通过所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一部分，在与所述支撑件相邻的所述构建材料凝固时形成该第一部分，其中所述第一部分包括第一物理属性；和(ii)通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成与所述第一部分或所述支撑件相邻的所述三维物体的第二部分，在所述构建材料凝固时形成该第二部分，其中所述第二部分包括与所述第一物理属性不同的第二物理属性。在一些实施方式中，所述至少一个材料容器是材料盒。在一个方面，本公开内容提供了用于形成三维物体的系统，包括：包括喷嘴的打印头；与所述喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器被配置用于包含至少一种构建材料；和可操作地耦合到所述至少一个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程成：(i)通过所述打印头的所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，和(ii)在与所述支撑件相邻的所述至少一种构建材料凝固时，以可变的填充密度生成所述三维物体的至少一部分。

通过以下详细描述，本公开内容的附加方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式。如将认识到的那样，本公开内容能够具有其他的和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都未脱离本公开内容。因此，附图和说明书本质上将被认为是说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出以通过引用并入。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图(本文中也称为“图形”和“图”)，将会获得对本发明特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了，在附图中：

图1图示出了三维打印过程的流程图的示意图；

图2图示出了盒系统的前视图，其图示出了将构建材料从每个注射器输送到混合器的示例性机械系统；

图3图示出了支撑图2中的注射器柱塞的示例性棒的俯视图；

图4图示出了使用图1的系统的示例性打印过程的示意图；

图5图示出了具有3D移动台以形成3D物体的示例性系统；

图6图示出了3D彩色打印机的另一个实施方式；

图7图示出了示例性3D彩色打印过程；

图8图示出了构建彩色物体的过程的示例性流程图；

图9是3D打印的一般过程的示意图示；

图10提供了中等填充密度球体的俯视剖视图；

图11提供了高填充密度球体的俯视剖视图；

图12提供了球体的俯视剖视图；

图13提供了在前部和后跟具有不同填充密度的鞋底的俯视剖视图；

图14提供了具有三层不同填充密度的物体的侧剖视图；

图15提供了在前部和后跟具有不同材料的鞋底的俯视剖视图；

图16提供了具有三层不同材料的物体的侧剖视图；

图17是示例性3D打印物体的照片，其中层中的区间的子区段包括蜂窝或六边形形状；

图18是另一个示例性3D打印物体的照片，其中层中的区间的子区段包括正方形形状；

图19是模仿人体皮肤的另一个示例性3D打印物体的照片；和

图20示出了被编程或以其他方式被配置成实现本文所提供的方法的计算机控制系统。

具体实施方式

虽然本文已经示出和描述了本发明的各种实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，仅以举例的方式提供这样的实施方式。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。应该理解，可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。

如本文中所使用的，术语“子区段”通常是指物体的小于总区间的100％、95％、90％、80％、70％、75％、60％、50％、40％、30％、20％或10％的区间。例如，一个子区段是总区间的50％。总区间可以具有多个子区段，诸如至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个、100个或更多个子区段。物体的每个子区段可以具有一组选择材料属性。

如本文中所使用的，术语“层”通常是指表面上的原子层或分子层，例如基材。在一些情况下，层包括一个外延层或多个外延层(或子层)。层通常可以具有从大约一个单原子单层(ML)到几十单层、数百单层、数千单层、数百万单层、数十亿单层、数万亿单层或更多的厚度。在一个示例中，层是多层结构，其具有大于一个单原子单层的厚度。另外，层可以包括多个材料层。

如本文中所使用的，术语“构建材料”通常是指可以用来生成三维(3D)物体的至少一部分的任何材料。构建材料可以是固体、半固体或液体形式。构建材料可以是液体形式，其可以通过湿气、热、紫外(UV)光或其他方法而被固化。当为固体形式时，固体可以包括颗粒。构建材料可以是粉末形式。构建材料粉末可以包括具有横截面(例如，直径)为至少约5纳米(nm)、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、1微米(μm)、5μm、10μm、15μm、20μm、35μm、30μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm或100μm或更多的单个颗粒。可以加热或熔化这样的粉末以生成液体，该液体可以用来形成3D物体。

用于形成本公开内容的3D物体的构建材料可以具有不同的属性，诸如粘度、耐久性、颜色、导电性和/或电阻率。

例如，可以使用具有不同颜色的一组构建材料来形成各种颜色的3D物体。

如本文中所使用的，术语“支撑件”通常是指在其上放置用于形成3D物体的材料的任何工件。3D物体可以直接形成在基座上，直接从基座形成，或者与基座相邻。3D物体可以形成在基座上方。支撑件可以是基材。在一些情况下，例如经由在酸、碱或水中溶解，可以随后移除支撑件。其他材料(构建材料)可以形成三维物体。可以将支撑件设置在外壳(例如，腔室)中。外壳可以具有由各种类型的材料形成的一个或多个壁，诸如元素金属、金属合金(例如，不锈钢)、陶瓷或元素碳的同素异形体。外壳可以具有各种横截面的形状，诸如圆形、三角形、正方形、矩形或部分形状或其组合。外壳可以是隔热的。外壳可以包括隔热材料。外壳可以提供热绝缘或环境绝缘。基座可以包括元素金属、金属合金、陶瓷、碳的同素异形体或聚合物。基座可以包括石头、沸石、粘土或玻璃。

当提及数字或数值范围时，术语“约”意指所提及的数字或数值范围是实验可变性内(或在统计实验误差内)的近似值，并且因此数字或数值范围可以不同于，例如在规定数字或数值范围的1％至15％之间。

外壳可以放在空气中或保持在受控环境中。在一些示例中，外壳处于惰性气氛下，诸如惰性气体(例如，Ar、He、N₂、Kr、Xe、H₂、CO、CO₂或Ne)。可以用非反应性气体填充外壳。

作为替代方案，可以将外壳保持在真空下。腔室中的压力可以是至少10^-7托、10^-6托、10^-5托、10^-4托、10^-3托、10^-2托、10^-1托、1托、10托、100托、1巴、2巴、3巴、4巴、5巴、10巴、20巴、30巴、40巴、50巴、100巴、200巴、300巴、400巴、500巴、1000巴或者更多。外壳中的压力可以是至少100托、200托、300托、400托、500托、600托、700托、720托、740托、750托、760托、900托、1000托、1100托、1200托。外壳中的压力可以是至多10^-7托、10^-6托、10^-5托、10^-4托、10^-3托、10^-2托、10^-1托、1托、10托、100托、200托、300托、400托、500托、600托、700托、720托、740托、750托、760托、900托、1000托、1100托或1200托。在一些情况下，外壳中的压力可以是标准大气压。

三维打印(3D打印)可以是指形成三维物体的过程。这样的过程可以包括通过添加材料形成3D物体的增材制造，或者通过去除材料形成3D物体的减材制造。在一个示例中，为了形成三维物体，构建材料的多个层可以彼此相邻地顺序层叠。

在一些情况下，三维物体可以具有未完全填充构建材料的中空部分、腔体或区间。中空结构可以有利于降低生产和材料成本。在一些情况下，可能会创建可能在外观上看起来相同但是物理属性不同的物体。这可以通过改变三维物体的填充密度来实现。对照而言，诸如塑料、金属或其他坚硬或硬质材料之类的构建材料可能不允许用户极大地改变所得三维物体的物理属性或宏观属性。

模型设计可以用来指导3D物体或构建材料的特定区间或子区段的形成，该构建材料被引导到支撑件上以形成3D物体。模型设计可以是诸如使用3D打印软件的计算机生成的设计。可以顺序层叠构建材料的各层，直到形成的物体得到三维物体的模型设计的形状。

材料

可以在表面上形成三维物体。表面可以是平坦表面、不平坦表面、容器、构建盒子、盒子、桌子或其任何组合。

在一些情况下，本文所使用的构建材料可以包括硅、硅胶橡胶、硅化丙烯酸填缝料、环氧树脂、聚氨酯、含氟弹性体、可固化树脂和替代物。构建材料可以是单体、二聚体或聚合物。另外，构建材料可以包括但不限于可以通过将混合腔室加热到合适的温度而固化并且作为熔化的可热塑性加工的材料而被递送到打印头的液体或糊料。在该替代实施方式中，构建材料可以包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚次苯基醚砜(PPSU)、HDPE、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚乳酸(PLA)或这些聚合物中的至少两种的混合物、或由至少50％重量的聚合物之一组成的混合物。这里的术语(甲基)丙烯酸酯通常是指甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等)或丙烯酸酯(例如丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙酯等)、或两者的混合物。关于来自第三喷嘴的第二构建材料，在一些情况下可以使用聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。关于来自第一打印头的支撑材料，该系统可以使用酸溶性、碱溶性或水溶性聚合物。构建材料可以是丙烯酸糊、巧克力糊、果冻、紫外(UV)光固化树脂、热塑性塑料或硅固体或半固体(例如粉末)。

构建材料可以包括固体、液体、凝胶或其任何组合。

构建材料可以包括硅、硅胶橡胶、硅化丙烯酸填缝料、聚氨酯、含氟弹性体、可固化树脂、或可固化的液体或糊料。构建材料可以包括单体、二聚体或聚合物。聚合物可以是环氧树脂。在一些情况下，凝固过程可涉及化学反应、辐射、冷却、脱水或干燥。也可以使用可以自发干燥的材料。当在材料容器或材料盒中时，构建材料可以处于液态。当向支撑件引导构建材料时，构建材料可以固化或经历凝固。构建材料在支撑件上的固化可以形成三维物体的一部分。固化的构建材料可以具有与当其处于液态时的构建材料不同的第一物理属性。固化的构建材料可以具有与当其处于液态时的构建材料相同或相似的第二物理属性。

可以使用两种或更多种颜色的材料，使得可以将它们混合以形成所期望颜色的液体。用于打印三维物体的混合物可以包括来自1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个盒的构建材料，并且可以包括混合在一起的1种、2种、3种、4种、5种、6种、7种、8种、9种、10种或更多种不同颜色的构建材料。构建材料可以用可溶于构建材料中的颜料来着色。

在一些情况下，材料盒包括第一类型的构建材料。在一些情况下，当打印机包括至少两个材料盒时，该两个材料盒包括第一类型构建材料和第二类型构建材料的构建材料。在一些情况下，当打印机包括至少两个材料盒时，该至少两个材料盒包括具有相同类型构建材料的构建材料。在一些情况下，当混合来自不同盒的构建材料以产生混合物时，该混合物是与第一类型构建材料和/或第二类型构建材料不同的第三类型构建材料。在一些情况下，可以仅使用单一类型的构建材料来形成三维物体。

在一些情况下，材料盒包括单色的构建材料。在一些情况下，当打印机包括至少两个材料盒时，该两个材料盒包括具有第一颜色和第二颜色的构建材料。在一些情况下，当混合来自不同盒的构建材料以产生混合物时，该混合物具有与第一颜色和第二颜色不同的第三颜色。

当形成三维物体时，平滑的颜色过渡是可能的。在一些情况下，第一混合物可以是与第二混合物完全不同或仅略微不同的颜色。因此，平滑的颜色过渡可以实现三维物体中的颜色梯度。

在一些情况下，构建材料可以包括可以改变所得三维物体的特性的颗粒、油或水。当使用本文所描述的方法时，可以改变三维物体的物理特性。可以改变的特性包括刚性、硬度、刚度、柔韧性、耐久性、密度、拉伸强度、弹性、断裂伸长率和其他物理或化学属性。在一些情况下，当与三维物体的第二层、第二子区段或第二层的第二横截面相比时，该三维物体的第一层，第一子区段或第一层的第一横截面可以具有至少一个不同的物理属性，其中该至少一个物理属性是刚性、硬度、刚度、柔韧性、耐久性、密度、拉伸强度、弹性、断裂伸长率、颜色或它们的组合。

在一些情况下，构建材料还可以包括附加添加剂、粘附促进剂或粘合剂。通过微波或通过磁场或电场可以活化或者可以加热构建材料。添加剂可以预先混合到构建材料腔室中，或者可以在分开的腔室中，其继而在通过打印头挤出之前与各种其他构建材料腔室混合。例如，一种或多种构建材料可以包括可与另一种构建材料接触的交联剂、引发剂或促进剂。在接触过程中，可能发生反应，诸如热反应或其他活化。在一些情况下，构建材料的反应可以产生具有不同属性的混合物，诸如所得混合物的弹性。

在一些情况下，还可以添加表面涂料并且随后可以发生反应，其中添加剂可以通过微波、热、等离子体、UV光或磁场而被活化。在一些情况下，添加剂的反应可以发生在表面上，并且可以是有益的并且仅在三维物体的表面上是期望的。

在一个替代实施方式中，来自各种注射器的添加剂本身可以在混合过程之后彼此反应，并且从而提供化学交联以催化固化和/或改善打印过程下游的构建材料向彼此呈现的粘附性。在另一个实施方式中，在打印过程的下游，可以将一种或多种涂料组分沉积在所得物体的表面上。

构建材料可以是具有细颗粒的固体。构建材料可以包括个体颗粒，并且颗粒可以是球形、椭圆形、立方形、不规则形状或其任何组合。

构建材料可以包括基本均匀大小的颗粒。构建材料可以包括至少约0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、0.9微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、或1毫米的颗粒。在一些情况下，构建材料可以包括10微米至100微米、20微米至90微米、30微米至80微米或40微米至60微米的颗粒。在一些情况下，构建材料可以包括约50微米的颗粒。

形成三维物体的方法可能需要将多个层沉积到构建材料上。形成三维物体的方法可能需要至少1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层、50层、100层、200层、500层、700层、1000层或更多层构建材料以形成物体。该物体可能需要1至1000层构建材料、10至700层、100至500层、或200至400层以完成物体的形成。该物体可能需要10至1000层构建材料、100至700层、200至600层或300至500层以完成物体的形成。

可以将构建材料层均匀地分布在表面上。一层构建材料可以在表面或支撑件的至少一部分上具有一定的厚度。一层构建材料可以具有至少约0.001毫米、0.01毫米、0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米、0.8毫米、0.9毫米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米的厚度。一层构建材料可以具有0.1毫米至10毫米、0.3毫米至5毫米、0.4毫米至2毫米、0.5毫米至1毫米的厚度。在一些情况下，三维物体可以包括多于一层，其中每层的厚度可以相同、大约相同或不同。

三维物体可以模仿皮肤或组织，并且可以具有至少约0.001毫米、0.01毫米、0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米、0.8毫米、0.9毫米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米的厚度。

构建材料可以具有小于或等于约100,000,000厘泊(cP)、

10,000,000cP、1,000,000cP、100,000cP、10,000cP、1000cP、900cP、800cP、700cP、600cP、500cP、400cP、300cP、200cP、100cP、50cP、10cP、9cP、8cP、7cP、6cP、5cP、4cP、3cP、2cP、1cP或更低的粘度。粘接物质可以具有1000cP至100cP、700cP至200cP或600cP至300cP的粘度。

可以将构建材料储存在容器、瓶子、杯子或器皿中。

在一些情况下，混合器是通道、腔室、管子或连接器。在一些情况下，来自不同容器的构建材料可以通过机械混合器混合，其可以包括叶片、搅拌器或其组合。

在一些情况下，打印头接收构建材料并将其挤出以打印三维物体，并且打印头尖端的尺寸可以限定打印物体的分辨率。在一些情况下，打印头可以是针、喷嘴或圆珠笔头。打印头可以根据材料选择、分辨率要求或堵塞防止而是可更换或可改变的。在一些实施方式中，打印头模块可以具有混合构建材料的能力。例如，可以将静态混合喷嘴用作打印头模块，其可以混合进入的构建材料并将其挤出。静态混合喷嘴能够以可承受的成本混合溶液，并且可以在大喷嘴(其可以降低堵塞的可能性)与小喷嘴(其可以提高打印精度)之间优化喷嘴尖端的内径。

三维物体可以具有可以相同或不同的高度、宽度和长度，其。三维物体可以具有高度、宽度或长度，其单独且独立地大于约0.1毫米、0.5毫米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米或更大。三维物体的高度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米、10米或更大。三维物体的宽度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米或10米。三维物体的长度可以大于约20毫米、50毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米、700毫米、800毫米、900毫米、1米、2米、3米、5米或10米。在一些情况下，三维物体可以具有约1米×1米×1米的尺寸。在一些情况下，三维物体可以具有约500毫米×500毫米×500毫米的尺寸。在一些情况下，三维物体可以具有约200毫米×200毫米×200毫米的尺寸。

方法

在一方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的方法。该方法可以包括提供与混合器流体连通的至少两个材料盒，该混合器与打印头的喷嘴流体连通。至少两个材料盒可以包含构建材料。接下来，可以使用来自至少两个材料盒的构建材料来在混合器中生成第一混合物。可以通过喷嘴将第一混合物从混合器朝向支撑件引导，以形成与支撑件相邻的三维物体的第一层。第一层可以包括第一周边和在第一周边内的区间的第一子区段。接下来，可以使用来自至少两个材料盒的构建材料来在混合器中生成第二混合物。继而可以通过喷嘴将第二混合物从混合器朝向支撑件引导，以形成与支撑件相邻的三维物体的第二层。第二层可以包括第二周边和在第二周边内的区间的第二子区段，其中第二子区段的至少一部分与第一子区段的至少一部分相邻。

可以重复这样的操作至少2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次、10次、20次、30次、40次、50次、100次、200次、300次、400次、500次、1000次或更多次。

在另一方面，本公开内容提供了一种用于形成三维物体的系统。该系统可以包括打印头，该打印头包括喷嘴，该喷嘴可以与流体连通的混合器流体连通。至少两个材料盒可以与混合器流体连通。至少两个材料盒可以被配置用于包含构建材料。控制器能够可操作地耦合到至少两个材料盒。控制器可以被编程成使用来自至少两个材料盒的构建材料以在混合器中生成第一混合物。控制器可以被编程成通过喷嘴将第一混合物从混合器朝向支撑件引导，以形成与支撑件相邻的三维物体的第一层。第一层可以包括第一周边和在第一周边内的区间的第一子区段。控制器可以被编程用于使用来自至少两个材料盒的构建材料以在混合器中生成第二混合物。控制器可以被编程成通过喷嘴将第二混合物从混合器朝向支撑件引导，以形成与支撑件相邻的三维物体的第二层。第二层可以包括第二周边和在第二周边内的区间的第二子区段。第二子区段的至少一部分可以与第一子区段的至少一部分相邻。

可以使用一种装置来创建三维物体，其包括打印头和挤出模块。挤出模块可以能够将构建材料从一个或多个盒传送到打印头。盒可以是罐子、瓶子、注射器或任何可以容纳粘性材料的容器。用于将构建材料从盒输送到打印头的力可以是机械力、气动力、重力、渗透压差、表面张力、磁力或由压力差引起的力。打印头可以确定打印物体的分辨率，并且它可以由塑料、金属或其他材料制成。

在一些情况下，喷嘴被配置成在支撑件上方移动而不会在第一周边内的第一子区段上方移动时将构建材料朝向支撑件引导。这样的运动可以是相对运动。在一些示例中，喷嘴是移动的但是支撑件是静止的。作为替代方案，喷嘴是静止的但是支撑件是移动的(例如，沿XY平面)。作为另一种替代方案，喷嘴和支撑件两者都是移动的。

子区段可以小于由第一周边所包围的区间的约99％、95％、90％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。在一些情况下，物体的横截面不是100％填充的，并且可以小于100％、99％、95％、90％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％填充。

在一些情况下，一种方法还包括填充三维物体的腔体，其中腔体构成三维物体体积的至多99％、95％、90％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。能够以至少约0.01立方毫米/秒(mm³/s)、0.1mm³/s、0.2mm³/s、0.3mm³/s、0.4mm³/s、0.5mm³/s、0.6mm³/s、0.7mm³/s、0.8mm³/s、0.9mm³/s、1mm³/s、2mm³/s、3mm³/s、4mm³/s、5mm³/s、6mm³/s、7mm³/s、8mm³/s、9mm³/s、10mm³/s、100mm³/s、500mm³/s、1000mm³/s、2000mm³/s、3000mm³/s、4000mm³/s、5000mm³/s、6000mm³/s、7000mm³/s、8000mm³/s、9000mm³/s、10,000mm³/s或更高的平均速率填充三维物体的腔体。

子区段可以具有图案，并且图案可以具有蜂窝形状、菱形形状、方形形状、圆形形状或其组合。图17是示例性3D打印物体的照片，其中层中的区间的子区段包括蜂窝或六边形形状。图18是另一个示例性3D打印物体的照片，其中层中的区间的子区段包括正方形形状。

三维物体的横截面可以被称为具有不同的填充密度。横截面可以具有填充密度相同、填充密度不同或填充密度为梯度的区段。所形成的三维物体在构建材料凝固后可具有有可变填充密度的至少一部分。在一些情况下，三维物体的层或横截面的填充密度可以是至少约1％、2％、3％、4％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％。

三维物体的第一横截面可以具有与相同三维物体的第二横截面相同或基本相似的物理属性。可替代地，三维物体的第一横截面可以具有与相同三维物体的第二横截面不同的物理属性。

三维物体的第一层可以具有与相同三维物体的第二层相同或基本相似的物理属性。可替代地，三维物体的第一层可以具有与相同三维物体的第二层不同的物理属性。

在一些情况下，可以根据肖氏A硬度标度测量三维(3D)物体的硬度。3D物体可以具有至少约1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A、15A、20A、25A、30A、40A、50A、60A、70A、80A、90A、100A、150A、200A或更高的硬度。在一些情况下，3D物体可以具有至多约200A、150A、100A、90A、80A、70A、60A、50A或更低的硬度。硬度可以是1A至100A、或5A至80A。

在一些示例中，三维物体的层或横截面的填充密度可以赋予三维物体不同的物理属性。三维物体的硬度可以与物体的填充密度相关。例如，较高的填充密度可以赋予比较低的填充密度更高的硬度。

在一些示例中，两个构建材料盒具有不同的物理属性或参数。两个构建材料盒可以具有不同颜色或不同材料成分的构建材料。

图13提供了在前部1305和鞋跟1301具有不同填充密度的鞋底的俯视剖视图。图14提供了具有三层不同填充密度1405、1410和1415的物体的侧剖视图。

在一些情况下，物体可以包括不同的构建材料。图15提供了在前部1505和鞋跟1501具有不同材料的鞋底的俯视剖视图。图16提供了具有三层不同材料1605、1610和1615的物体的侧剖视图。

本公开内容还包括通过在一个物体内使用多于一种材料来改变物理属性的方法。例如，鞋底可以由三种材料组成，以在鞋底的不同部分提供不同的机械属性。可替代地，在一些情况下，物体可以具有多层不同的材料。本公开内容允许在一个过程中创建多材料物体，其可能具有不同的结构。

可以使用打印机来形成本文所描述的三维物体。打印机可以包括一个或多个盒，在其中存储有构建材料。可以在混合器中形成来自一个或多个盒的构建材料的混合物。可以将混合物引导到喷嘴或打印头以挤出材料。可以将混合物朝向支撑件挤出。喷嘴或打印头可以连续地挤出构建材料或者可以在不挤出构建材料的情况下通过支撑件的各区段。

可以经由打印头或打印头的喷嘴将一层构建材料沉积到支撑件上。打印头的部件与表面上的构建材料层之间的距离可以是至少1厘米(cm)、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、1m或更多。打印头的部件与构建材料层之间的距离可以在三维物体的形成过程中改变。在一些情况下，打印头的部件与构建材料层之间的距离可以在三维物体的形成过程中减小。

可以将构建材料储存在构建材料的储器或器皿中。储器可以容纳至少约10克(gr)、100gr、200gr、500gr、750gr、1千克(kg)、2kg、5kg、10kg或更多的构建材料。

打印头能够以至少约0.01立方毫米/秒(mm³/s)、0.1mm³/s、0.2mm³/s、0.3mm³/s、0.4mm³/s、0.5mm³/s、0.6mm³/s、0.7mm³/s、0.8mm³/s、0.9mm³/s、1mm³/s、2mm³/s、3mm³/s、4mm³/s、5mm³/s、6mm³/s、7mm³/s、8mm³/s、9mm³/s、10mm³/s、100mm³/s、500mm³/s、1000mm³/s、2000mm³/s、3000mm³/s、4000mm³/s、5000mm³/s、6000mm³/s、7000mm³/s、8000mm³/s、9000mm³/s、10,000mm³/s或更高的平均速率分配构建材料。打印头能够以至多约100mm³/s、90mm³/s、80mm³/s、70mm³/s、60mm³/s、50mm³/s、40mm³/s、30mm³/s、20mm³/s、10mm³/s、9mm³/s、8mm³/s、7mm³/s、6mm³/s、5mm³/s、4mm³/s、3mm³/s、2mm³/s、1mm³/s或更低的平均速率分配构建材料。打印头能够以从约0.01mm³/s至100mm³/s、或0.1mm³/s至10mm³/s的平均速率分配构建材料。打印机可以调节打印头分配构建材料的速率或将构建材料朝向支撑件引导的速率。速率可以调节三维物体的至少一部分的填充密度。

构建材料能够以一定的流速从容器、打印头、喷嘴或泵施加到构建材料层。在一些情况下，构建材料能够以小于或大约100mL/s、90mL/s、80mL/s、70mL/s、60mL/s、50mL/s、40mL/s、30mL/s、20mL/s、10mL/s、9mL/s、8mL/s、7mL/s、6mL/s、5mL/s、4mL/s、3mL/s、2mL/s或1mL/s的流速施加。

在一些情况下，通过力将构建材料引导到喷嘴。力可以是机械力、气动力、重力、渗透压差、压力差或其组合。可以使用正压或负压将构建材料引导至喷嘴。可以使用压缩机提供正压。可以使用泵提供负压。

在一些情况下，喷嘴移动到相对于支撑件的区间的子区段。在一些情况下，喷嘴可以在支撑件的特定区间上方移动而不将构建材料向支撑件引导，从而形成三维物体的层的开放区间。

在一些情况下，使用本文所描述的方法创建的三维物体即使在材料相同时也可以具有不同的属性。用以控制打印的三维物体的物理属性的一种方法可以是改变打印物体的内部结构。传统的FDM 3D打印机可以创建各种内部结构的物体，但是所生产的热塑性物体的物理属性几乎不会改变。当前方法可以使用粘性材料作为构建材料，并且打印的三维物体可以是柔性的。打印的物体的密度、杨氏模量、拉伸强度、硬度、韧性或透气性可以根据其内部结构而变化。例如，3D打印的硅胶物体的填充密度会影响其硬度和杨氏模量。当填充密度较高时，硬度和杨氏模量较高。填充密度较高的物体需要更多的构建材料，并且可能需要更长的时间来构建。

内部结构还可以通过创建各向异性内部结构以使得打印的物体各向异性——即使物体在外部看起来是各向同性的。例如，立方体内部结构的物体在X和Y方向上具有相似的机械属性。仅具有垂直线内部结构(沿Y方向的壁)的物体可以在X和Y方向上具有各向异性的机械属性。基于该示例，本文所描述的方法可以通过调整内部结构来创建各向异性物理属性的三维物体。本公开内容还允许物理属性在打印的物体上不同。物体包含一些硬的区域和一些软的区域是可行的。例如，通过将鞋底构造成一件中具有多个密度，3D打印的鞋底可以具有柔软的鞋面和硬的堆积部分，从而允许产品适合不同的应用。类似地，物体可以沿垂直轴具有不同的结构，这是鞋底的常见结构。

三维物体的层的某些区间可以不包括构建材料。三维物体的设计可以影响三维物体的物理属性，诸如例如硬度、柔韧性、耐久性、质地和密度。三维物体可以是各向异性的。当在不同方向上测量时，这样的各向异性的三维物体可以具有一种或多种不同的物理属性。三维物体可以是各向同性的。当在不同方向上测量时，这样的各向同性的三维物体可以具有一个或多个相同的物理属性。

可以在三维物体的层的周边施加构建材料。可以在周边内的区间施加构建材料。可以将构建材料施加到大于层的约1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％的区间。在一些情况下，可以将构建材料施加到小于层的约99％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％的区间。在一些情况下，可以将构建材料施加到层的5％至90％、10％至80％、30％至70％、40％至60％或40％至60％。

在整个单层构建材料的施加过程中，打印头或喷嘴头与表面上的构建材料层之间的距离可以保持恒定。在构建材料的层的一次施加与层的另一次施加之间，打印头或喷嘴头与表面上的构建材料层之间的距离可以不同。在一些情况下，打印头或喷嘴头与构建材料层之间的距离随着三维物体的层数增加而减小。打印头或喷嘴头与表面上的构建材料层之间的距离可以是至少0.1毫米(mm)、0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、50mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm或更大。

可以在受限空间内或容器中形成或部分地形成三维物体的层。受限空间可以包含氢、氮、氩、氧、二氧化碳或其任何组合。在一些情况下，受限空间中的氧含量可以低于100,000份/百万份(ppm)、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm、或1ppm。受限空间可以包含水蒸气。受限空间中的水量可以小于100,000份/百万份、10,000ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm。可以在暴露于大气的同时形成或部分地形成三维物体。大气可以包括氢、氮、氩、氧、二氧化碳或其任何组合。可以在敞开的大气下而不是在容器中形成三维物体的层。敞开的大气可以在房间或建筑物内，其中房间或建筑物内的空气对大气敞开。

可以在至少约1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时、20小时、30小时、50小时、75小时、4天、5天、1周、2周、3周、4周的时间段内形成三维物体。可以在1分钟至50小时、30分钟至30小时、1小时至20小时、2小时至10小时、或3小时至10小时的时间段内形成三维物体。

可以在本公开内容的方法中使用计算机系统或控制器来设计三维物体的模型。可以在形成物体之前用信息对计算机系统进行预先编程。可以在开始形成三维物体之前生成模型设计，或者可以实时(即，在形成三维物体的过程期间)生成模型设计。可以在计算机上生成模型设计。

在一些情况下，所形成的三维物体可以与模型设计的尺寸有偏差。所形成的三维物体与模型设计的偏差可以是至多1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米、10微米、5微米或更小。

在所形成的三维物体与模型设计之间可能存在偏差。三维物体的单个部分可以偏离模型设计的相应部分至少约0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或99％。

模型设计可以包括至少约1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、100个、1000个、10,000个、50,000个或100,000个横截面。模型设计可以包括物体的1个至1000个横截面(或切片)、10个至700个横截面、100个至500个横截面、或200个至400个横截面。模型设计可以包括三维物体的10个至1000个横截面、100个至700个横截面、200个至600个横截面、或300个至500个横截面。这样的横截面(或切片)可以由3D打印软件生成，并且可以是根据三维物体的模型设计。

从打印头挤出构建材料流的速度可以是至少约1mm/秒(s)、10mm/s、100mm/s、200mm/s、300mm/s、400mm/s、500mm/s、600mm/s、700mm/s、800mm/s、900mm/s、1000mm/s、1250mm/s、1500mm/s、1750mm/s、2000mm/s或更高。从打印头挤出构建材料流的速度可以是至少约1mm/min、10mm/min、100mm/min、200mm/min、300mm/min、400mm/min、500mm/min、600mm/min、700mm/min、800mm/min、900mm/min、1000mm/min、1250mm/min、1500mm/min、1750mm/min、2000mm/min或者更高。

在一些情况下，本文所描述的方法可以是完全自动化的过程。可以从计算机程序或软件生成三维物体的设计。可以基于用户的请求生成这样的设计。混合物的生成可以由计算机系统自动化。将混合物引导至支撑件可以由计算机系统自动化或控制。在一些情况下，本文所描述的方法的步骤可能不是完全自动化的过程并且可能需要工人。

在一些情况下，本文所描述的方法涉及打印头、构建材料和打印表面。在打印头移动到另一个位置之后，构建材料可以从打印头流出并粘到打印表面上。为了创建中空内部结构的三维物体，打印头可以仅移动到打印表面的子区域。可替代地，打印头可以使构建材料停止在表面的子区域中流动。在一些情况下，只有一部分打印表面沉积有构建材料。通过调整控制系统(PC、移动设备、平板电脑或其他可以进行输入的设备)中的参数，可以控制填充密度的程度，从而给出打印的三维物体的各种物理属性。

图1示出了示例性彩色3D打印系统，其包括多个构建材料盒11、混合器12和具有单个热挤出器的打印头13。存储在盒11中的构建材料可以被输送到打印头13，沿着通道混合，并且当它们处于液态或半液态时从尖端沉积。构建材料可以从尖端挤出。构建材料能够以液体形式(例如，液滴)从尖端流出至支撑件。随后，液滴可以在支撑件附近凝固——诸如在冷却之后。

每个盒11可以在输送构建材料之前存储构建材料。可以使用一个以上的盒来存储诸如，例如，颜色、硬度和密度等各种属性或参数的液体。构建材料可以作为注射器而被存储，以使构建材料的输送变得容易。替代的存储设备可以是管子、瓶子或其他液体容器——只要内部的液体可以按要求输出。

系统可以包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个或50个盒。在使用多个盒的情况下，盒可以具有不同的构建材料，例如不同颜色或其他属性(例如，硬度或粘度)的构建材料。在一些示例中，该系统具有四个盒。每个盒可以具有红色(或品红色)、黄色、蓝色(或青色)和白色(或透明)颜色的构建材料。黑色(关键)材料可以用来替换白色/透明材料，因此系统类似于CMYK颜色系统。然而，可以使用三盒系统或具有不同数目的盒的系统。

系统可以使用单个挤出器来为熔化提供能量。单个挤出器可以沉积混合的液滴以形成连续的全色物体。相比之下，具有多个挤出器的传统系统不可以提供连续的全色，因为每个液滴可能太大(远大于台式喷墨打印机中墨滴的大小，并且熔化的塑料一旦接触到支撑件就会冷却下来，进而受到固化。单个挤出器的方法还可以处理熔化的热塑性塑料——不同颜色的常见构建材料，因为它们在200摄氏度以上熔化。

图2图示出了注射器21中的构建材料，其在挤出期间由相应注射器的柱塞推出。注射器21的底部部分可以接触连接到螺纹杆23的棒状部件22。如图3中详细所示，推杆33固定在螺纹杆32上，并且杆由步进电机31驱动。在图2中，当螺纹杆由步进电机25旋转时，棒22和柱塞沿着引导件24移动，步进电机25能够以小角度旋转，因此柱塞递增地移动，导致输送的构建材料的体积较小。注射器21通过线27将构建材料移动到混合器26。

在一些情况下，四个盒与管子连接到混合器，以便在不同颜色的构建材料流到打印头模块时进行混合。混合器可以是五路连接器(或具有不同数目的开口端的连接器)。可替代地，静态混合器(如直列式混合器)或有源混合器可以用作混合器的核心部件。连接器的材料可以是塑料、金属或其他材料，只要它是液体密封的。从连接器的一端流出的颜色由进入材料的相对流速确定，该进入材料为两种(或更多种)颜色。来自连接器的一端的流速可以是由用户定义的常数，而无论混合材料流出哪种颜色。也就是说，各种颜色的进入材料的流速可以总计为用户所定义的常数，并且它们之间的比率给出了流出材料的颜色。当形成三维物体时，混合器与打印头模块之间的距离可以是可控因素。当混合器与打印头模块之间的路径较短时，颜色过渡之间的间隔可能较短，因为材料沿较短路径混合的时间较短。另一方面，如果混合器与打印头模块之间的路径较大，则颜色过渡间隔可以较大，混合质量更好。用于连接模块的管子可以足够薄以最小化颜色过渡之间的延迟，并且它们应足够长以使得喷嘴的运动不受限。可以将该混合器设计成一次性的，以保持打印的质量。

如图4中所示，打印过程可以涉及喷嘴41的打印头、支撑件和出自喷嘴13的构建材料。在一个实施方式中为糊状的构建材料通过液滴44而出自喷嘴液滴，并且它开始凝固。可以控制凝固速率，使得当与支撑件或下面的物体43接触时液滴基本上被固化，但是正好从打印头出来的材料却保持液态，因此头部可以不被材料阻塞。

系统可以独立存在或与其他系统集成。例如，手持式彩色3D打印机实施方式允许用户在表面上、在空中或在溶液中打印各种颜色的3D物体。可替代地，可以将该系统安装在现有的3D打印机上，以将传统的打印机转换成多色3D打印机。

在图5中所示的另一个实施方式中，盒模块和混合器51相对于3D打印机的框架而被固定，而打印头模块52是可移动的。支撑件53用来支撑打印的3D物体。

图6示出了3D彩色打印机的另一个实施方式。在图6中，彩色3D打印机包括精确限定挤出喷嘴15和支撑件14的相对位置的机械系统、用于固化聚合物17的光系统以及打印沿轴18和19移动的物体的挤出系统。存储在盒16中的可固化构建材料被输送到喷嘴，沿着通道混合好，并从尖端挤出。挤出的液体构建材料的液滴在被辐射照射下而被固化在支撑件上。当喷嘴在移动时，可以将液滴打印到支撑件上的任何位置，因此可以确定打印材料的结构。机械系统可以控制喷嘴和支撑件的位置，在一些情况下具有至少1个、2个、3个、4个或5个电机。支撑件可以是对固化物体的支撑件。它可以由金属或塑料制成，并且可以将一些涂料施加到表面上以在支撑件与打印物体之间创建最佳的粘合力。以这样的方式将喷嘴固定到由y轴电机控制的y轴皮带上：以使得当y轴电机旋转时喷嘴沿y轴移动。y轴皮带可以沿y轴由杆支撑，以便增加其坚固性。继而将y轴皮带固定到x轴带上的轮子上，使得整个y轴皮带可以根据x轴电机而沿x轴移动。由两个电机控制的皮带系统决定喷嘴的x和y位置，同时其高度保持恒定。z轴电机操纵支撑件的z位置，这可以通过如下方式来完成：电机与螺纹杆同心连接，螺纹杆耦合到支撑件，使得支撑件随着电机的旋转而沿螺纹杆(z轴)移动。机械系统中使用的电机可以是步进电机。这种步进电机在它们旋转时可以具有小的增量，因此可以精确地限定喷嘴的位置。在该示例中，通过电机和皮带而提供和平移运动的动力，但是作为替代方案，可以包括齿轮系统或机械臂。校准设备可以用来精确地确定部件的位置，并且它可以包括但不限于以下的碰撞传感器、I传感器或标记的轨道。以碰撞传感器为例，喷嘴将朝向X轴和Y轴的边界移动，直到它碰到传感器。该点被定义为原点，并且可以通过记录步进电机旋转的角度来跟踪喷嘴的坐标。

在图6的实施方式中所利用的构建材料可以是可光固化的树脂，并且替代物包括但不限于可以在被辐射、冷却或干燥时被固化的液体。使用三种或更多种颜色的材料，使得可以将它们混合以形成所需颜色的均匀液体，并且它们用颜料着色，在被填充到盒中之前所述颜料可以溶解在构建材料中。由于常见的可光固化的材料是聚合物，这些颜料可以是油溶性的。光系统包括辐射源以固化从喷嘴挤出的构建材料，并且固化的液滴可以附接到支撑件或已经建造的下面的物体上。利用辐射源来固化可光固化的树脂，并且可能的选择包括但不限于UV、可见光和激光。光源与打印的物体之间的几何关系可以变化。光聚焦在打印的液滴的地点上，或者从顶部照射整个支撑件，或从底部照射，以使液体固化在支撑件上。在打印过程期间可以控制辐射源打开和关闭或移动。

图6的挤出系统包括混合喷嘴和盒系统。喷嘴被固定在y轴皮带上的轮子上，因此它能够在X-Y平面内移动。管子连接到喷嘴，以便允许构建材料流入喷嘴中、被充分混合并被挤出。可以使用静态混合喷嘴以可承受的成本混合溶液，并且喷嘴的内径应该在较大(可以降低堵塞的可能性)和较小(可以提高打印的精度)之间进行优化。所使用的管子足够薄以最小化颜色过渡之间的延迟，并且它们应该足够长以使得喷嘴的运动不受限。

接下来，详细说明盒系统。可以包括若干用来存储不同颜色的液体的盒。这样的盒可以是注射器、瓶子或其他液体容器——只要内部的液体可以按要求被输出。在一些情况下，可以使用四盒系统：每个盒可以具有红色、黄色、蓝色和白色(透明)颜色的构建材料。在该示例中，注射器可以用来使构建材料的输送更容易。注射器应覆盖轻质块，诸如深色片或防光盒子，以防止构建材料暴露于辐射，从而导致凝固。三个盒用软管连接到多对一适配器(例如3对1适配器)，以便将不同颜色的构建材料沿着喷嘴的路径很好地混合。适配器的材料可以是塑料或金属，只要它是液体密封的即可。从适配器的一端流出的颜色由三种进入材料的相对流速确定，这三种进入材料是三种元素颜色。来自一端的流速是由用户定义的常数，而无论混合材料流出哪种颜色。三种颜色的材料的流速可以总计为用户所定义的常数，并且它们之间的比率给出了流出材料的颜色。适配器与挤出喷嘴之间的距离可以是可控因素。当适配器与喷嘴之间的路径较短时，颜色变化之间的间隔较短，但材料沿较短路径混合的时间较短。另一方面，如果它们之间的路径较大，则颜色变化间隔较大，混合质量更好。构建材料的运动在挤出期间由对应注射器的柱塞驱动，其底部被固定到耦合到螺纹杆和细杆的棒状部件。在一个实施方式中，棒具有用于杆的孔和被嵌入以用于耦合到螺纹杆的六角螺母。用于棒的材料应足够坚固以防止棒沿杆移动时弯曲。衬套可以被固定在孔中，以使棒沿着细杆更平稳地运动。当螺纹杆通过步进电机旋转时，棒和柱塞沿垂直轴移动，步进电机能够以小角度旋转，因此柱塞递增地移动，导致输送的构建材料的体积小。

打印过程涉及喷嘴的打印头、支撑件和辐射源。构建材料、光固化树脂可以通过液滴而从喷嘴液滴提供，并且当被暴露于辐射时它开始凝固。控制凝固速率，使得当与支撑体或下面的物体接触时液滴几乎被固化，但是正好从打印头出来的材料却保持液态，因此头部可以不被材料阻塞。物体是逐层被打印的：喷嘴可以在XY平面内水平移动以打印材料，并且继而支撑件可以沿着z轴向下移动一层的厚度(用户定义的因子)，然后在新的XY平面内进行相同的打印过程。

图7示出了示例性3D彩色打印过程。在图7中，给出了利用上述实施方式构建彩色物体的过程的示意性流程图。3D打印系统可以促进该过程。用户可以最初提供输入，诸如一个用于构建3D物体的请求。该请求可以包括3D物体的一个或多个属性，诸如材料和/或颜色。该系统可以包括用于接收这样的请求的用户接口701。用于用户接口701的输入可以是在可以与系统通信的计算机/智能电话上的软件接口。可替代地，用于用户接口701的输入可以是用于在便携式储存设备(诸如，例如，SD卡、微型SD卡或闪存驱动器)上加载数据的内置接口。在接收来自用户端的数据时，电气系统702可以控制电机系统703。电机系统可以包括来自注射器系统707的构建材料，该注射器系统707被移动到混合器和喷嘴系统708，使得机械系统可以将构建材料从盒中输送到喷嘴并朝向支撑件704输送。构建材料也可以直接作为液滴709被引导以形成彩色三维物体705。打印头可以相对于支撑件移动，同时打印三维物体或彩色三维物体705。在光系统中，可以使用能够将构建材料固化在支撑件上的UV光源、可见光源或辐射源706。机械系统可以包括用户接口701、电气系统702、电机系统703和支撑件704，以形成彩色三维物体705。挤出系统可以包括注射器系统707。

图8是通过应用本文所描述的系统来构建彩色物体的过程的示意性流程图。用户使用用户接口801来输入三维物体的设计。用于用户接口801的输入可以是在可以与系统通信的计算机/智能电话上的软件界面。可替代地，用于用户接口801的输入可以是用于在便携式储存设备(诸如，例如，SD卡、微型SD卡或闪存驱动器)上加载数据的内置接口。在接收来自用户接口801的数据时，电气系统802可以控制构建材料从盒模块803到混合模块804的移动。继而可以将混合物输送到打印头模块805，该打印头模块805将混合物向支撑件引导以形成彩色三维物体806。

图9是3D打印的一般过程的示意图。图10提供了中等填充密度球体的俯视剖视图。图11提供了高填充密度球体的俯视剖视图。图12提供了球体的俯视剖视图。

本公开内容的装置、系统和方法可以用来打印解剖模型。3D打印机可以加载有数字文件(*.STL、CT图像或其他)，并且可以相应地构建解剖模型。由于系统中使用的材料柔软且柔韧，因此在感觉、纹理和成像结果(诸如超声成像)方面，打印模型更类似于真实器官。打印模型可以用作教具、手术模拟或其他医学应用。

该系统的替代应用是多材料3D打印机。每个盒可以容纳不同的构建材料，因此打印机可以用盒中的材料之一或它们的混合物(一些或所有材料)来打印物体。如果机器用来打印器官模型，则可以使用具有各种属性(诸如密度、颜色或硬度)的材料来模仿具有多个部分的器官。

每种构建材料可以是固体、半固体或液体。如果使用固体或半固体构建材料，则这样的构建材料可以在与支撑件相邻地沉积之前熔化。借助于诸如辐射(例如激光)和/或导电(例如电阻加热)加热单元之类的一个或多个熔化单元，可以促进熔化。

3D挤出打印机可以具有：带喷嘴的打印头，该喷嘴用于施加构造材料作为打印品；供应给打印头以被熔化并提供构建材料的细丝流；在细丝流上打印头上游的涂料单元；位于涂料单元与打印头之间的固定区域；和多个进料容器，其配备有计量设备以在进入打印头之前向熔化的细丝供应具有一种或多种添加剂和油墨的涂料成分。混合单元12可以在液体或液化(即熔化的)成分被进料到打印头之前将其混合。打印头可以是喷嘴的下部区域中的静态混合器。构建材料可能未着色。构建材料可以是不透明的。

除了黑色之外以及除了油墨和/或原色或添加剂之外，还向容器中进料包含有色颜料的颜料。颜料可以是金属颜料或者可以使用荧光颜料。可以提供传感器来测量到混合器的材料流，并用该信息进行优化以进行颜色监控和打印控制。

在其他实施方式中，代替注射器，系统可以使用已知用于彩色打印(诸如用于2D彩色喷墨打印机)的可移动盒，或者涉及通过泵送从中移除液体的进料器皿，或者涉及可以被夹持在往复泵中的盒。这些的设计可以使得它们可以简单地和单独地更换或更新。

可以在基于挤出的3D打印中使用该系统，使得将相应的色调输入到CAD程序中，并且提供一个文件，该文件除了坐标之外还包括用于制造过程和用于调节材料和着色剂的配方的的颜色信息。在添加剂制造文件格式(ASTM F2915-12)中描述了合适的文件格式的示例。可以通过调节计量设备和通过对相应的原色和从进料容器进入系统中的黑色进行控制计量来建立相应的色调。

另一个实施方式与Autodesk的Spark一起使用，其以简化的方式将数字信息连接到3D打印机，使得其更容易在没有反复试验的情况下可视化和优化打印，同时扩展用于打印的材料的范围。采用Spark的针对3D打印的软件平台的系统能够实现软件供应商、硬件供应商和材料供应商的互操作性。Spark平台是开放的，因此硬件制造商、应用程序开发人员、产品设计人员可以使用其构建块来进一步突破3D打印的极限。

本公开内容的方法、装置和系统可以用来形成可以用于各种用途和应用的三维物体。在一些情况下，三维物体的使用和应用包括但不限于用于教学的仿皮肤物体、用于医疗用途的人造皮肤、制造模具、柔性器具、厨房工具、硅模具、橡胶原型和用于医疗用途的假体。

计算机可以用来调节和控制本公开内容的方法(诸如，例如，产生三维物体的方法)的各个方面，包括但不限于支撑件的移动、构建材料涂抹器的移动和打印头的移动。

计算机控制系统

本公开内容提供了被编程用于实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图20示出了被编程或以其他方式被配置用于产生三维物体的计算机控制系统2001。计算机控制系统2001可以调节本公开内容的方法(诸如，例如，产生三维物体的方法)的各个方面，包括但不限于支撑件的移动、构建材料涂抹器的移动、粘合物质涂抹器、切割工具和加热工具的移动。可以在用户的电子设备或相对于电子设备位于远程的计算机系统上实现计算机控制系统2001。电子设备可以是移动电子设备。

计算机系统2001包括中央处理单元(CPU，本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)2005，其可以是单核或多核处理器，或者用于并行处理的多个处理器。计算机控制系统2001还包括存储器或存储器位置2010(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子储存单元2015(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口2020(例如，网络适配器)和外围设备2025(诸如高速缓存、其他存储器，数据储存器和/或电子显示适配器)。存储器2010、储存单元2015、接口2020和外围设备2025通过诸如主板的通信总线(实线)来与CPU 2005通信。储存单元2015可以是用于存储数据的数据储存单元(或数据存储库)。计算机控制系统2001可以借助于通信接口2020而可操作地耦合到计算机网络(“网络”)2030。网络2030可以是互联网、因特网和/或外联网，或外联网和/或与互联网通信的外联网。在一些情况下，网络2030是电信和/或数据网络。网络2030可以包括一个或多个计算机服务器，所述计算机服务器可以支持诸如云计算之类的分布式计算。在一些情况下，借助于计算机系统2001，网络2030可以实现对等网络，对等网络可以使得耦合到计算机系统2001的设备能够充当客户端或服务器。

CPU 2005可以执行可以在程序或软件中体现的机器可读指令序列。可以将指令存储在诸如存储器2010等存储器位置中。可以将指令引导到CPU 2005，该指令可以随后用程序指令或以其他方式配置CPU 2005以实现本公开内容的方法。由CPU 2005执行的操作的示例可以包括获取、解码、执行和回写。

CPU 2005可以是诸如集成电路之类的电路的一部分。系统2001的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在一些情况下，该电路是应用专用集成电路(ASIC)。

储存单元2015可以存储诸如驱动程序、库和保存的程序等文件，。储存单元2015可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统2001可以包括一个或多个附加数据储存单元，该一个或多个附加数据储存单元在计算机系统2001外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统2001通信的远程服务器上。

计算机系统2001可以通过网络2030来与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统2001可以与用户(例如，控制三维物体的制造的用户)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)、板或平板电脑(例如，iPad、Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，iPhone、支持Android的设备、)，或个人数字助理。用户可以经由网络2030访问计算机系统2001。

本文所描述的方法可以通过存储在计算机系统2001的电子储存位置上(诸如，例如，存储器2010或电子储存单元2015上)的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现。能够以软件的形式提供机器可执行代码或机器可读代码。在使用期间，代码可以由处理器2005执行。在一些情况下，代码可以从储存单元2015中检索并存储在存储器2010上以供处理器2005迅速访问。在一些情形中，可以排除电子储存单元2015，并且将机器可执行指令存储在存储器2010上。

可以预编译和配置代码以与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行时期间编译代码。代码可以用编程语言提供，可以选择该编程语言以使代码能够以预编译或编译的方式执行。

可以在编程中体现本文所提供的系统和方法的各方面，诸如计算机系统2001。该技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，通常是机器(或处理器)可执行代码和/或在一种机器可读介质上承载或体现在其中的相关联数据的形式。可以将机器可执行代码存储在电子存储单元上，诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘。“储存”型介质可以包括计算机、处理器等的有形存储器的任何一个或全部，或者诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等之类的其相关联模块，它们可以在任何时候提供非暂时性储存以供软件编程。有时，全部软件或部分软件可以通过互联网或各种其他电信网络进行通信。例如，这样的通信可以使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括诸如通过在本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路而使用的光波、电波和电磁波。携带这样的波的物理元件，诸如有线或无线链路，光学链路等，也可以被认为是承载软件的介质。如本文所使用的，除非限于非暂时性、有形“储存”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”之类的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码之类的机器可读介质可以采用许多形式，包括但不限于有形储存介质、载波介质或物理传输介质。非易失性储存介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何(一个或多个)计算机等中的任何储存设备，诸如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性储存介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括构成计算机系统内的总线的线。载波传输介质可以采用电信号或电磁信号，或声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间所生成的那些。因此，常见形式的计算机可读介质包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡纸磁带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒带、载波传输数据或指令、传输这样的载波的电缆或链路或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。在将一个或多个指令的一个或多个序列传送到处理器以供执行的过程中可以涉及许多这些形式的计算机可读介质。

本公开内容的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以在由中央处理单元2005执行时通过软件实现。该算法可以例如促进3D物体的打印。

示例

示例1

将硅胶构建材料沉积到材料盒中，并将第二类型的硅胶构建材料沉积到第二材料盒中。来自两个材料盒的构建材料在混合器中在大气温度下被混合。通过喷嘴将混合物向支撑件引导。将混合物向支撑件引导以形成三维物体的第一层，其中第一层包括第一周边和在第一周边内的区间的第一子区段。在第一周边内的区间的第一子区段小于由第一周边所包围的区间的99％。

将第三类型的硅胶构建材料沉积到第三材料盒中。来自第二和第三材料盒的构建材料在混合器中在大气温度下被混合。通过喷嘴将混合物向支撑件引导以形成三维物体的第二层，其中第二层包括第二周边和在第二周边内的区间的第二子区段。在第二周边内的区间的第二子区段小于由第二周边所包围的区间的99％，并且第二子区段的至少一部分与第一子区段的至少一部分相邻。

随后施加构建材料层，直到层数等于模型设计的横截面数。

在不改变构建材料的情况下通过改变物体的填充密度来改变所得三维物体的硬度。使用相同的硅构建材料形成具有不同填充密度、重量和硬度特性的三个物体，如表1中所示。

表1

样品	填充密度	重量	硬度(肖氏A)
				1	30％	3.9g	10A
2	60％	6.2g	25A
				3	100％	8.4g	30A

示例2

将第一类型的硅胶构建材料沉积到第一材料盒中，并将第二类型的硅胶构建材料沉积到第二材料盒中。来自两个材料盒的构建材料在大气温度下在混合器中被混合。通过喷嘴将混合物向1米(m)×1米×1米的支撑件引导。将混合物向支撑件引导以形成三维物体的第一层，其中第一层包括第一周边和在第一周边内的区间的第一子区段。在第一周边内的区间的第一子区段小于由第一周边所包围的区间的90％。

将第三类型的硅胶构建材料沉积到第三材料盒中。来自第二和第三材料盒的构建材料在混合器中在大气温度下被混合。通过喷嘴将混合物向支撑件引导以形成三维物体的第二层，其中第二层包括第二周边和在第二周边内的区间的第二子区段。在第二周边内的区间的第二子区段小于由第二周边所包围的区间的90％，并且第二子区段的至少一部分与第一子区段的至少一部分相邻。

随后施加构建材料层，直到层数等于模型设计的横截面数。

在形成期望数目的层之后，将三维物体作为最终产品从支撑件上移除。

包括构建材料成分(例如，构建材料层)在内的本文的材料、装置、系统和方法，可以与包括材料成分在内的其他材料、装置、系统和方法组合或通过其进行修改，该材料成分，举例而言，诸如美国专利公开号2015/0142159中描述的那些，其通过引用全部地并入本文。

虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式仅以举例的方式提供。本发明不受本说明书中提供的具体实施例的限制。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文的实施方式的描述和说明并不意味着以限制意义来进行解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文所阐明的具体描述、配置或相对比例，其取决于各种条件和变量。应该理解的是，在实践本发明时可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。因此，可以想到本发明还应涵盖任何这样的替代、修改、变化或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构。

Claims (68)

1.一种用于形成三维物体的方法，包括：

(a)提供与混合器流体连通的至少两个材料盒，所述混合器与打印头的喷嘴流体连通，其中所述至少两个材料盒包含构建材料；

(b)使用来自所述至少两个材料盒的构建材料在所述混合器中生成第一混合物；

(c)通过所述喷嘴将所述第一混合物从所述混合器朝向一支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一层，其中所述第一层包括第一周边和在所述第一周边内的区间的第一子区段；

(d)使用来自所述至少两个材料盒的构建材料在所述混合器中生成第二混合物；和

(e)通过所述喷嘴将所述第二混合物从所述混合器朝向所述支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第二层，其中所述第二层包括第二周边和在所述第二周边内的区间的第二子区段，其中所述第二子区段的至少一部分与所述第一子区段的至少一部分相邻。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括重复(d)-(e)至少10次。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括重复(d)-(e)至少100次。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括重复(d)-(e)至少200次。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合器是通道。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合器是腔室。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的99％。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的90％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一子区段小于由所述第一周边包围的区间的75％。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个材料盒包括具有第一颜色和第二颜色的构建材料，并且其中所述第一混合物具有与所述第一颜色和所述第二颜色不同的第三颜色。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一颜色不同于所述第二颜色。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种包括硅胶、硅胶橡胶、聚氨酯、含氟弹性体、丙烯酸糊、环氧树脂或其组合。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种具有小于或等于10,000,000厘泊(cP)的粘度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种具有小于或等于1,000,000cP的粘度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种具有小于或等于100,000cP的粘度。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体的所述第一层具有至少0.1毫米的厚度。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述三维物体的所述第一层具有至少0.2毫米的厚度。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体的所述第一层具有0.1毫米至100毫米的厚度。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种处于液态。

20.根据权利要求1所述的方法，其中通过机械力、气动力、重力、渗透压差、压力差或其组合将所述构建材料引导到所述喷嘴。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印头相对于所述支撑件移动到所述第一子区段。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷嘴在所述第一周边内的所述第一子区段上方移动，而不将所述构建材料向所述支撑件引导。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体是各向异性的。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体是各向同性的。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体的所述第一层和所述三维物体的所述第二层具有不同的至少一种物理属性。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一种物理属性是填充密度、拉伸强度或颜色。

27.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一子区段符合所述三维物体的模型设计。

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体在小于1周的时间段内形成。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述三维物体在小于3天的时间段内形成。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述三维物体在小于36小时的时间段内形成。

31.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体具有小于10m×10m×10m的尺寸。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述三维物体具有小于1m×1m×1m的尺寸。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述三维物体具有小于0.5m×0.5m×0.5m的尺寸。

34.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型设计包括所述三维物体的至少10个平行横截面。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述模型设计包括所述三维物体的至少100个平行横截面。

36.根据权利要求1所述的方法，其中所述构建材料中的至少一种包括聚合物。

37.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体的所述第一层和所述三维物体的所述第二层具有相同的至少一种物理属性。

38.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个材料盒的构建材料具有不同的参数。

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述不同参数包括颜色或材料成分。

40.根据权利要求1所述的方法，其中在形成所述第二层时，所述三维物体的横截面不是100％填充的。

41.根据权利要求1所述的方法，其中沿着横截面，所述三维物体具有不同填充密度的多个区域。

42.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体具有各向同性的填充密度。

43.根据权利要求1所述的方法，其中所述三维物体具有各向异性的填充密度。

44.根据权利要求1所述的方法，还包括填充所述三维物体的腔体。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述腔体以这样的填充速率填充：所述填充速率被选择为提供所述三维物体的预定物理属性。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述预定物理属性是硬度、密度、拉伸强度和断裂伸长率中的一个或多个。

47.一种用于形成三维物体的方法，包括：

(a)提供与打印头的喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器包括至少一种构建材料；

(b)通过所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一部分，在与所述支撑件相邻的所述构建材料凝固时形成该第一部分，其中所述第一部分包括第一物理属性；和

(c)通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成与所述第一部分或所述支撑件相邻的所述三维物体的第二部分，在所述构建材料凝固时形成该第二部分，其中所述第二部分包括与所述第一物理属性不同的第二物理属性。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述构建材料是聚合材料。

49.根据权利要求47或48所述的方法，其中在向所述构建材料施加能量时，所述构建材料固化。

50.根据权利要求47所述的方法，其中所述聚合材料包括硅胶、聚氨酯、弹性体或环氧胶。

51.根据权利要求50所述的方法，其中所述弹性体是含氟弹性体。

52.根据权利要求47所述的方法，还包括向所述构建材料施加热能或电磁能以固化所述构建材料。

53.根据权利要求52所述的方法，其中所述电磁能是紫外光。

54.根据权利要求47所述的方法，还包括通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成所述三维物体的第三部分，在所述构建材料凝固时形成该第三部分。

55.根据权利要求47所述的方法，其中所述第一部分和/或所述第二部分包括一层或多层所述构建材料。

56.根据权利要求47所述的方法，其中所述第一物理属性或所述第二物理属性选自填充密度、拉伸强度和颜色。

57.一种用于形成三维物体的方法，包括：

(a)通过打印头的喷嘴将处于液态的至少一种构建材料从至少一个材料容器朝向支撑件引导，和

(b)在与所述支撑件相邻的所述至少一种构建材料凝固时，以可变的填充密度生成所述三维物体的至少一部分。

58.根据权利要求57所述的方法，还包括调节引导通过所述喷嘴的所述构建材料的速率，以调节所述三维物体的所述至少所述部分的填充密度。

59.根据权利要求57所述的方法，其中在给定的横截面上，所述三维物体未被完全填充。

60.一种用于形成三维物体的系统，包括：

包括喷嘴的打印头；

与所述喷嘴流体连通的混合器；

与所述混合器流体连通的至少两个材料容器，其中所述至少两个材料容器被配置用于包含构建材料；和

可操作地耦合到所述至少两个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程用于(i)使用来自所述至少两个材料容器的所述构建材料在所述混合器中生成第一混合物；(ii)通过所述喷嘴将所述第一混合物从所述混合器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一层，其中所述第一层包括第一周边和在所述第一周边内的区间的第一子区段；(iii)使用来自所述至少两个材料容器的所述构建材料在所述混合器中生成第二混合物；(iv)通过所述喷嘴将所述第二混合物从所述混合器朝向所述支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第二层，其中所述第二层包括第二周边和在所述第二周边内的区间的第二子区段，其中所述第二子区段的至少一部分与所述第一子区段的至少一部分相邻。

61.根据权利要求60所述的系统，其中所述混合器是通道。

62.根据权利要求60所述的系统，其中所述混合器是腔室。

63.根据权利要求60所述的系统，其中所述打印头被配置成相对于所述支撑件移动到所述第一子区段。

64.根据权利要求60所述的系统，其中所述喷嘴被配置成在所述第一周边内的所述第一子区段上方移动，而不将构建材料向所述支撑件引导。

65.根据权利要求60所述的系统，其中所述至少两个材料容器是材料盒。

66.一种用于形成三维物体的系统，包括：

包括喷嘴的打印头；

与所述喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器被配置用于包含至少一种构建材料；和

可操作地耦合到所述至少一个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程成：

(i)通过所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，以形成与所述支撑件相邻的所述三维物体的第一部分，在与所述支撑件相邻的所述构建材料凝固时形成该第一部分，其中所述第一部分包括第一物理属性；和

(ii)通过所述喷嘴将处于所述液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向所述支撑件引导，以形成与所述第一部分或所述支撑件相邻的所述三维物体的第二部分，在所述构建材料凝固时形成该第二部分，其中所述第二部分包括与所述第一物理属性不同的第二物理属性。

67.根据权利要求66所述的系统，其中所述至少一个材料容器是材料盒。

68.一种用于形成三维物体的系统，包括：

包括喷嘴的打印头；

与所述喷嘴流体连通的至少一个材料容器，其中所述至少一个材料容器被配置用于包含至少一种构建材料；和

可操作地耦合到所述至少一个材料容器的控制器，其中所述控制器被编程成：

(i)通过所述打印头的所述喷嘴将处于液态的所述至少一种构建材料从所述至少一个材料容器朝向支撑件引导，和

(ii)在与所述支撑件相邻的所述至少一种构建材料凝固时，以可变的填充密度生成所述三维物体的至少一部分。