CN109874326A - 用于三维打印的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种三维打印机挤出机，包括：加热构件，包括两个或更多个加热构件通道，每个加热构件通道适于接纳细丝；以及喷嘴，包括：用于挤出材料的单个挤出孔；以及两个或更多个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接到两个或更多个加热构件通道中的一个，并且每个喷嘴通道具有距离单个挤出孔最多1.5mm的输出端，其中每个细丝在包括加热构件通道和相应的喷嘴通道的单独的空间中熔化。

Description

用于三维打印的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及三维(3D)打印，以及尤其涉及用于3D打印中的高色彩分辨率的装置和方法。

背景技术

也称为增材制造(AM)的三维(3D)打印涉及用于制备3D物体的多种处理。在典型的3D打印中，使用增材处理，其中连续的材料层在计算机控制下被挤出以形成所需的形状。物体可以制成几乎任何形状或几何形状，并且由3D模型或其他电子数据源产生。

可以利用计算机辅助设计(CAD)工具、通过3D扫描器或通过数字照相机和摄影测量软件来创建3D可打印模型。

然后，模型可以经历“流形错误”检查。对于通过3D扫描获得的模型，特别需要此步骤。流形错误的示例包括不连接的表面，模型中的间隙等。可以手动或通过相应的软件检测和校正流形错误。

然后，模型可以进行切片，其中它被转换成一系列薄层和指令文件。然后可以使用3D打印客户端软件打印该模型，该软件在3D打印过程中加载用于指示3D打印机的指令。在一些实施方案中，客户端软件和切片器通常被组合成一个软件程序。

3D打印机遵循用于挤出液体、粉末、纸或片材的连续层的指令，以从一系列剖面构建模型。诸如塑料、沙子、金属或甚至巧克力的材料可以通过打印喷嘴使用。这些层对应于来自CAD模型的虚拟剖面，被连接或自动融合以产生最终形状。

在一些实施方案中，可打印聚合物允许使用化学气相法平滑和改进表面光洁度。

打印机分辨率包括以每英寸点数(dpi)或微米(μm)计的层厚度和X-Y分辨率。

在一些实施方案中，以标准分辨率打印所需物体的略大尺寸的版本，然后应用更高分辨率的减去处理以去除多余的材料以实现更高的精度。

发明概述

结合旨在是示例性和说明性的而不是限制范围的系统、工具和方法描述和示出了以下实施方案及其方面。

本公开的第一方面涉及三维打印机挤出机，包括：加热构件，其包括两个或更多个加热构件通道，每个加热构件通道适于接纳细丝；以及喷嘴，包括：用于挤出材料的单个挤出孔；以及两个或更多个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接到加热构件通道中的一个，并且每个喷嘴通道具有距离单个挤出孔最多1.5mm的输出端，其中每个细丝在包括加热构件通道和相应喷嘴通道的单独的空间中熔化。在打印机挤出机内，喷嘴还可以包括轴。在打印机挤出机内，至少一个附加通道任选地穿过轴。在打印机挤出机内，加热构件通道任选地接纳不同材料的细丝。在打印机挤出机中，不同的材料是具有不同颜色的材料，从包括以下的列表中选择：青色，品红色，黄色，黑色和白色。在打印机挤出机内，加热构件通道任选地接纳具有不同特性的材料的细丝。在打印机挤出机内，特性从包括以下的列表中选择：导电性；磁性；弹性；强度；坚固度；重量；粘度；在流体中的溶解度；和浓度。在打印机挤出机内，由三维打印机挤出机挤出的物体的不同部分任选地具有不同的特性。在打印机挤出机内，可以根据由控制器控制的过程任选地制备物体，该控制器适于：选择待挤出作为物体的层或子层的部分的材料；将打印机挤出机从当前位置移动到物体内的位于填充区域、支撑区域或内壳区域内的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；挤出预定量的材料；将打印机挤出机移至需要材料的新位置；在所需区域上挤出材料；并对另一材料重复上述步骤。

本公开的另一方面涉及用于模型的三维打印的方法，包括：选择待挤出作为模型的层或子层的部分的材料；将三维打印机的打印机挤出机从当前位置移动到模型内的位于填充区域、支撑区域或内壳区域中的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；挤出预定量的材料；将三维打印机的打印机挤出机移动到需要材料的新位置；在所需区域上挤出材料；以及对于另一材料重复所述步骤。在该方法中，材料和另一材料任选地具有不同的颜色。在该方法中，不同的颜色可以任选地从包括以下的列表中选择：青色，品红色，黄色，黑色和白色。在该方法中，材料和另一材料任选地具有不同的特性。在该方法中，将三维打印机的打印机挤出机移动到新位置任选地沿分段直线进行。

本公开的另一方面涉及通过包括以下步骤的方法制备的物体：选择待挤出作为物体的层或子层的部分的材料；将三维打印机的打印机挤出机从当前位置移动到物体内的位于填充区域或内壳区域内的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；挤出预定量的材料；将三维打印机的打印机挤出机移动到需要材料的新位置；在所需区域上挤出材料；以及对于另一材料重复所述步骤。

除了上述示例性方面和实施方案之外，通过参考附图和通过研究以下详细描述，其他方面和实施方案将变得显而易见。

本公开的又一方面涉及三维打印机挤出机，包括：融合构件，其包括至少两个制备通道，每个制备通道适于接纳细丝；以及喷嘴，包括：用于挤出材料的单个挤出孔；以及两个或更多个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接到一个制备通道，其中每个细丝在包括制备通道和相应的喷嘴通道的单独的空间中制备，并且其中所述制备通道接纳不同材料的细丝。在三维打印机挤出机中，不同的材料任选地具有从包括以下的列表中选择的不同颜色：青色，品红色，黄色，黑色和白色。在三维打印机挤出机中，不同的材料任选地具有从包括以下的列表中选择的不同特性：导电性；磁性；弹性；强度；坚固度；重量；粘度；在流体中的溶解度；和浓度。在三维打印机挤出机中，由三维打印机挤出机挤出的物体的不同部分任选地具有不同的物理特性。在三维打印机挤出机中，由三维打印机挤出的物体的区域之间的特性可选择地逐渐地或突然地变化。在三维打印机挤出机内，可任选地通过由控制器控制的过程制备物体，所述控制器适于：选择待挤出作为模型的层或子层的部分的材料；将打印机挤出机从当前位置移动到模型内位于填充区域、支撑区域或内壳区域中的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；挤出预定量的材料；将打印机挤出机移至需要材料的新位置；在所需区域上挤出材料；以及对另一材料重复上述步骤。

附图说明

示例性实施方案在附图中示出。通常选择附图中所示的部件和特征的尺寸以便呈现的方便和清楚，并且不一定按比例显示。附图列于下面。

图1A和1B是示出根据本公开的一些示例性实施方案的层和子层结构的示意图；

图2是根据本公开的一些示例性实施方案的包括五种基本颜色的环形子层以及片段被挤出的顺序的示意图；

图3是根据本公开的一些示例性实施方案的挤出子层的方法中的步骤的流程图；

图4A，4B和4C是根据本公开的一些示例性实施方案的喷嘴的视图；且

图4D是根据本公开的一些示例性实施方案的加热构件的示意图。

发明详述

本公开涉及也称为增材制造(AM)的三维(3D)打印，其中连续的材料层在计算机控制下被挤出以形成所需的形状。

打印机分辨率以每英寸点数(dpi)或微米(μm)表示层厚度(Z尺寸)和X-Y分辨率。

一些3D打印机和技术能够在构造部件的过程中使用多种材料，从而能够以多种颜色和颜色组合进行打印，使得成品不一定需要喷涂。然而，目前可用的打印机和技术不提供在层内切换颜色，或至少没有足够高的颜色分辨率。这无法例如形成颜色在表面上变化的精细图案。

为了提供彩色打印，将不同颜色的细丝提供给打印机。例如，可以使用青色、品红色、黄色、黑色和白色(CYMBW)这五种基本颜色的细丝。

在传统的3D打印方法中，为了实现各种颜色和色调(也称为纹理)，确定打印特定颜色的每个区域所需的基本颜色的量。然后以正确的比例将基本颜色的细丝馈送到热端室中，在热端室中将细丝融合并混合，产生新的颜色。然而，混合物不会以均匀的颜色出现，而喷嘴的颜色输出逐渐变化。因此，该方法在根据期望的图案打印时不能实现打印色的即时改变。

另一种传统方法涉及预处理细丝着色：在该方法中，丝被着色，或者CMYBW被插入到预处理装置中，从而根据所需纹理产生颜色分割的细丝。然而，热端室不能在最终的打印层中实现快速的颜色变化。

3D模型通常可以包括：外壳，其是可以包括图案的代表性视图；内壳，其可以由观看成品的人从至少一个方向可观看，但不包括模型的设计面，例如容器(例如罐)的内表面；作为不能从外部观看的模型的隐藏区域的填充，以及用于支持模型的但不是物体的一部分并被稍后移除的支撑区域。

虽然下面的公开主要涉及颜色，特别是涉及高分辨率3D彩色打印，但是应当理解，本公开不限于颜色，而是还可以应用于3D模型或其材料的其它特性，例如原料的种类，原料的任何特性，如重量；粘度；在水、乙醇等中的溶解度；浓度；导电性；磁性；弹性；强度，坚固度或其它。因此，本公开还涉及创建多材料物体。

还将理解，尽管下面的讨论涉及青色、品红色、黄色、黑色和白色这五种基本颜色，但是本公开不限于任何数量的颜色或特性，并且可以使用任何数量的组件的任何其它配色方案或材料组合。

在下面的讨论中，术语体素和像素可互换使用，并且涉及具有特定颜色或材料的最小单元。材料可以在像素的区域上挤出，使得挤出的材料的体积形成体素。

下面的公开涉及从基本颜色或基本材料的预定数量的细丝子层创建每个体素，使得由层组合产生的体素具有颜色和/或材料的所需的颜色、材料组合，或性质。例如，如果体素高度为250微米，则体素可以通过挤出五个每个都是50微米高度的子层而产生，其中每个这样的子层是基本颜色或基本材料之一。由于较小的高度，子层序列显示为所需颜色或材料的体素，并且可能具有所需的性质。例如，为了创建绿色体素，可以使用青色和黄色细丝的子层，其中青色的一个子层和黄色的四个子层可以用于浅绿色，并且青色的四个子层和黄色的一个子层将产生较深的绿色。因此，当物体的一些体素由其他体素的材料制成时，所得到的物体是多材料的，并且其部分具有与其它部分不同的性质或特性。

应当理解，子层的数量可以取决于可用的打印分辨率。因此，如果可以形成高度为25微米的子层，则可以为每个像素挤出多至十个基本颜色或材料的子层，从而提供更高的色彩精度。然而，也可以使用更少的子层。

为了创建每个层，喷嘴产生预定数量的子层，其中在每个这样的子层的挤出期间，根据子层的设计，喷嘴输出一个或多个基本颜色。因此，在切换到另一基本颜色之前，具有相同基本颜色的子层的区域将连续挤出，以避免不必要的颜色切换。

现在参考图1A和1B，展示了层和子层的构建过程。

应当理解，图1A、图1B和图2中的不同图案表示不同的颜色。图案116,120,124,128和132表示细丝可用的基本颜色，图案100,104和108表示通过组合两种或更多种基本颜色而产生的其它颜色。

颜色100由组合112产生，组合112由基本颜色116的一个子层、基本颜色120的两个子层和基本颜色120的两个子层组成。颜色104由组合136产生，组合136由基本颜色128的三个子层和基本颜色132的两个子层组成。颜色108由组合140产生，组合140由基本颜色116的一个子层和基本颜色128的四个子层组成。

应当理解，可以确定表格或另一数据结构，其指示对于多种颜色中的每一种来说基本颜色的子层组合，包括不同的基本颜色，它们的百分比和提供所需颜色的相对顺序。当需要挤出具有新颜色的片段时，可以搜索这种组合可用的最接近的颜色。如果对于与所需颜色足够相似的颜色不存在条目，则可以确定创建新颜色的组合。可替代地，可以对于任何新颜色确定基本配色方案。颜色之间的距离可以例如通过将基于颜色的百分比差的绝对值求和来确定。如果两种颜色距所需颜色相同的距离，则可以任意选择其中一种颜色，例如较浅的颜色。

图1B示出了挤出具有颜色100,108,104,104和100的片段的序列144。序列由五个子层形成，其中每个片段的子层中的颜色形成所需的颜色。

因此，第一子层和第二子层中的每一个由基本颜色124的片段、基本颜色128的片段、基本颜色132的两个片段和基本颜色124的另一片段组成。

第三子层和第四子层由基本颜色120的一个片段、基本颜色128的三个片段和基本颜色120的另一片段组成。应当理解，基本颜色128的区域156和160都是连续挤出的，尽管它们参与生成不同的像素颜色。

第五子层由基本颜色116的两个片段164和168、基本颜色128的两个片段和基本颜色116的另一片段组成，每个片段参与生成不同的颜色。

应当理解，如果子层包括相同基本颜色的两个或更多个非连续区域，则这些区域将一个接一个地挤出，而不在其间切换到另一颜色，以避免过多的切换。因此，当挤出图1B所示的第一子层时，片段148和152将相互挤出，尽管它们彼此不相邻。

现在参考图2，示出了包括五种基本颜色的片段的示例性环形子层以及片段被挤出的顺序。为了简单起见，假设环的宽度是一个像素。

挤出子层从点201开始并且在挤出基本颜色120的同时前进到点202。

然后将布置移至点203并将颜色切换到基本颜色116。应当理解，挤出材料在点202处不继续，尽管从点202开始的片段与从点203开始的片段具有相同的颜色，因为在点202处挤出的先前基本颜色的材料刚刚挤出并且尚未干燥。因此，立即挤出与其相邻的不同颜色将导致一些混合，这将模糊边界并减少颜色分离。移动到另一区域避免在相同位置挤出额外的材料，从而提供颜色分离，当稍后在该区域继续挤出时，如点205所示，不同的基本颜色将不会混合。

从点203处挤出继续到点204，然后移动到点205并从那里继续到点206。

然后将所使用的颜色改变为基本颜色132，并且挤出继续直到点208。然后将颜色再次切换为基本颜色128，并且挤出移动到点209并继续到点210。

然后将颜色切换到最后的颜色，为基本颜色124，并且挤出从点211开始并继续到点212，然后再次移动到点213并继续到214，完成环。

因此，当需要改变基本颜色时，挤出移动到不同的区域以使先前颜色的新挤出的材料变干。

可以通过从每个这样的区域移动到另一个区域来顺序地挤出相同基本颜色的不同区域，使得在每个子层的挤出期间切换到每个基本颜色或材料最多进行一次。

然而，当改变基本颜色或材料时，包含下一个颜色或材料的通道或挤出孔附近的打印机部件仍然可以包含先前颜色的残留量的细丝，因而模糊颜色区别并阻碍打印机创建高分辨率打印，或具有详细图案的打印。

为了避免这种效应，打印机可以例如通过编程来适应在子层的不可见区域(例如填充物，支持体，或必要时为内壳)挤出所使用的任何新颜色的初始量的细丝。因此，由于挤出材料被用作模型的一部分，因此不会浪费材料，但是由于它是常规使用下不可见的区域，所以颜色杂质和模糊不成问题。在这样的区域挤出初始量之后，挤出可以按照计划在具有新颜色的子层的区域中继续进行，使得新颜色被挤出而没有先前颜色或材料的残留物。

应当理解，打印头不限于在直线上的位置之间移动，并且可以使用任何其他路径移动，例如位置205和206之间的“V”路径230，或者位于位置211和212之间的“U”路径234。还可以理解，可以使用任何其它路径，并且本公开不限于直线或分段直线段。

应当理解，每当挤出移动到另一区域时，无论是用于挤出不期望的混合色细丝，或者按所需颜色在远距离区域中挤出，挤出应该移动至少预定的距离，例如约5mm，以避免在相同位置上挤出额外的材料，并提供颜色分离并避免一颜色被另一颜色污染。

因此，在规划设计时可以使用以下规则：

将包含顶层和底层和外皮的外壳按照为每个子层确定的基本颜色挤出，以产生正确的体素颜色。

在填充物或支撑体中使用替换为不同颜色的初始量，如果不可能，则在内壳中使用替换为不同颜色的初始量。

填充物、内壳、支撑体、边缘和筏子的其他区域可以以任何所需的颜色打印，例如白色或其它默认颜色。

在每个子层的挤出期间，当使用新的颜色挤出物时应该移开至少预定的距离，例如约5mm。

任选地，如果层中不需要基本颜色之一，则可以省略一个子层。例如，不是创建五个子层，而是可以从四个子层创建体素。

如下所述，顶层和底层可以通过挤出产生每个子层的基本颜色而不是如现有技术中那样沿着对角线被打印。

应当理解，根据所需的颜色，顶部、底部和其它层可以具有不同的颜色排序。例如，根据子层的顺序，品红色的三个子层和黑色的两个子层将产生不同的颜色。因此，当在不同位置创建体素时，可以以不同的顺序应用相同的子层。应当理解，与所有子层都可从侧部看到的侧部层相比，确切的顺序可能在诸如顶部或底部的层中更重要，其中下部子层仅通过顶层可见。

应当理解，设计方案还可以指产品及其部分的所需性质。例如，设计的一些部分，例如内壳或外壳的部分或全部，可以通过对其中的一些体素的至少一些层使用包含碳纤维、玻璃纤维或另一强化材料的细丝来增强，从而加强打印物体的结构。另外或替代地，一些部件可以被制成比其他部件更有弹性。

还将理解，该设计可以包括一种或多种颜色或性质的逐渐变化。例如，设计可以包括弹性、磁性、强度、坚固度等的突然或逐渐变化。可以通过逐渐改变浓度，例如具有所需性质(例如弹性，磁性，颜色等)的材料层的层数或体素密度来获得逐渐变化。也可以通过将材料替换成具有所需性质的较高或更低值的材料来获得突然或逐渐变化。

在另一实施例中，零件或整个产品可以通过使用与主细丝结合的导电细丝制成导电的。在一些实施方案中，可以在产品内产生一系列导电体素，从而根据需要提供导电性。这样的设计可能是有用的，例如，用于创建没有或具有最小布线的照明设备或者另一电气设备。

还将理解，所公开的主题可以用于构建四维(4D)结构，其中一个或多个体积元素可以响应于诸如温度、辐射、湿度等外部条件改变其性质。使用这样的材料，可以创建可以在稍后的时间，例如当安装在其所需位置时可以呈现其所需性质的元素。所需的性质可以在产品的不同部件之间变化，例如，建筑物的外部部件可以通过使用更强的材料或通过使用在辐射或其他条件下变得更强的材料而变得比内部部件更强。

现在参考图3，示出了用于布置子层的方法中的步骤的流程图。

尽管图3的方法涉及彩色打印，应当理解，该方法不限于多种颜色的打印，并且可以用于具有不同材料的高分辨率打印，或具有不同特性或性质的材料的高分辨率打印，例如导电性，磁性，强度，坚固度，质地，溶解度等。在一些情况下，可能不需要挤出子层，并且层的体素可以作为单层挤出。在这种情况下，可以忽略下面的步骤30，并且可以将步骤应用于层而不是子层。

在步骤300中，确定每个子层所需的基本颜色或材料组成。应当理解，可以一次对特定层的所有子层进行确定。此外，可以对整个模型或其部分先验地确定基本颜色或材料组成。该确定可以在基于体素的基础上进行，其中，每个体素可以由预定数量的子层构成，它们一起作为所需颜色呈现于眼前或具有所需的性质或特性。

对模型的一个或多个层中的每个这样的子层执行以下步骤。

在步骤304中，选择在子层中使用的基本细丝。基本细丝可以从用于子层的尚未被挤出的基本细丝或者根据诸如干燥时间、体素结构等的其它考虑因素任意选择。在一些实施方案中，基本细丝可以以恒定的顺序挤出。例如，如果基本细丝具有不同的颜色，则它们可以按以下顺序挤出：白色，青色，品红色，黄色和黑色。

在步骤308，将打印机挤出机移动到模型的不可见区域，例如填充物、支撑体或内壳。打印机挤出机将至少移动预定距离，例如至少约5mm。

在步骤312，至少预定量的材料在该位置挤出。挤出量使得在顶端和挤出孔之间的间隙中收集的量以及扩散到所选细丝的通道中的先前细丝的量都被挤出。应当理解，当喷嘴移动时，材料可以被挤出，使得覆盖区域。

对于模型的第一子层的第一个细丝，，或者在其中没有使用先前丝线的其他情况下，可以省略步骤308和312，并且在末端和挤出孔之间的间隙中或在末端中没有留有残留物。

在步骤316，将打印机挤出机移动到模型的需要所选择的基本细丝的区域中。

在步骤320，将材料诸如所选材料加热的细丝挤出在需要材料的区域上。

在步骤324，可以确定是否存在需要特定基本材料的子层的附加区域。如果存在这样的区域，则执行返回步骤316，并且对于该区域继续挤出。否则执行返回步骤304，其中选择另一基本材料，直到为子层挤出所有基本材料。

然后，执行可以继续到下一子层，并且一旦该层完成，就到下一层。

应当理解，图3的方法不限于以多种颜色的打印，并且可以用于具有不同材料或具有不同特性的材料的高分辨率打印以挤出新材料和/或新的复合材料。在一些情况下，可能不需要挤出子层，并且层的体素可以作为单层挤出。

权利要求3的方法可以由控制器或处理器来控制，诸如中央处理单元(CPU)、微处理器、电子电路、集成电路(IC)、中央处理器(CP)或类似物。控制器可以适于控制挤出机并执行上述步骤。

现在参考图4A-4D，示出了根据本公开的三维打印机挤出机的构件，该打印机挤出机包括加热构件和喷嘴。

现在参考图4A，4B和4C，示出了根据一些实施方案的喷嘴的视图。

在典型的打印装置中，每个细丝可以缠绕在圆柱体上并且退卷以将材料供应到挤出喷嘴。加热构件加热材料并打开和关闭流。通常使用步进电动机或伺服电动机来移动以调节每个细丝的流动。

在本公开的一些实施方案中，为了通过布置基本颜色的子层来创建特定颜色的体素，可以使用由任何数量例如五个细丝进料以及具有单个挤出孔的喷嘴，一次挤出一个基本颜色的材料。每个细丝可以通过喷嘴内的喷嘴通道接纳，并且所有喷嘴通道尽可能靠近喷嘴的单个挤出孔口终止。

具有单个挤出孔避免了一种或多种先前使用的颜色的滴落或其他污染，这可能污染设计并抑制高分辨率图案。单个挤出孔口也更容易制造和维护。

根据本公开的喷嘴一次熔化并输出单一基本颜色的细丝，并且不混合颜色，不包括残留量。为了尽可能地减少可能保留在喷嘴通道端部和挤出孔之间的间隙中并且可能与下一挤出的细丝混合的挤出细丝的剩余材料的池集，使得喷嘴通道端部与喷嘴的挤出孔之间的距离尽可能小，例如高达0.5mm，高达1mm，高达1.5mm等，取决于可用的生产精度和公差。然而，应当理解，喷嘴通道端部与挤出孔之间的距离也可以取决于应用及其尺寸。例如，当创建诸如墙壁的大对象时，距离可以大到100mm或更大。因此，喷嘴不包含混合室，并且不混合用于获得特定颜色的不同基本颜色的细丝，而是通过挤出基本颜色的单独的子层来产生体素的颜色，其中基本颜色组合，包括每种颜色的百分比和顺序，形成所需的颜色。

图4A示出了根据本公开的喷嘴的侧视图。总体上标示为400的喷嘴可以包括主轴404，其可以将喷嘴连接到打印机，包含用于从打印机向喷嘴供电或其他功用的线，或者将数据传送到喷嘴或从喷嘴传送数据。

在一些实施方案中，也可以通过沿着轴404的长剖面的通道(未示出)来供应一根细丝，例如白色细丝。

喷嘴400可以进一步包括盖408，其包括喷嘴通道的另外的区段，以及具有在用于细丝的喷嘴通道的其他区段内的主体412，以及挤出孔。主体412可以通过一个或多个螺钉416连接到盖408。

现在参考图4B，示出了沿图4A的线A-A的剖面。

图4B示出了当使用CMYBW方案时，喷嘴400的喷嘴通道410，其可以供应一个细丝，例如白色细丝。然而，本公开不限于具有沿着主轴的喷嘴通道的喷嘴，并且可以省略这种管。

盖408和主体412可以包括相应的喷嘴通道段，其形成用于其它细丝的喷嘴通道，例如输入喷嘴通道420和424。类似地，在垂直于图4B的剖面中可以看到另外两个喷嘴通道。

然而，应当理解，本公开不限于任何数量的细丝，并且也可以使用除四个之外的任何数量(包括沿主轴的喷嘴通道的五个)。

每个喷嘴通道可以具有窄的末端，例如喷嘴通道420的末端428，喷嘴通道424的末端432和喷嘴通道410的末端436。末端不是强制性的，可以使用其他喷嘴通道的输出端尽可能靠近挤出孔438的其它设计。

喷嘴通道和末端被定位成使得末端尽可能靠近挤出孔438，材料被挤出通过挤出孔438，以便最小化末端和孔之间的间隙，从而减少了将要在不可见区域中挤出的残留材料量，以避免颜色模糊。

现在参考图4C，示出了喷嘴400的俯视图。盖408具有在喷嘴通道410内的用于一个细丝439的轴404。

另外的细丝444,452,460和468可以分别通过开口440,448,456和464供给到喷嘴。

开口416可用于连接盖408和主体412的螺钉。

应当理解，喷嘴400可以包括附加的部件，例如一个或多个电动机，用于使每个细丝推进通过下面描述的加热构件通道以及相应的喷嘴通道到其输出端，在其输出端由加热构件或熔化构件进行加热或以其它方式熔化，并且通过挤出孔流出。

现在参考图4D，显示加热构件480的侧视图。加热构件480具有通过将轴404插入加热构件480中的相应空间(未示出)中而与喷嘴400连接的例如由黄铜制成的加热构件492，利用或不利用螺丝接合。插入后，喷嘴400位于加热构件480的下方。应当理解，根据具体设计，加热构件492可以包括多个零件。加热构件480可以包括多个，例如四个侧部圆柱体484,486和488，并且还可以包括另外的圆柱体(未示出)，其可以位于加热构件480的中心。每个圆柱体可以具有内部加热通道，使得当加热构件480连接到喷嘴400时，加热构件480的每个加热通道连接到喷嘴400一个喷嘴通道，诸如通道420,424或通道，或连接到通道410。细丝辊可以放置在任何圆柱体484上或附加圆柱体上。

加热构件480加热其中的管道中以及在喷嘴400的通道中的细丝。然而，加热构件480和喷嘴400被设计成使得每个细丝在单独的室中被加热和熔化，使得熔融的细丝不混合。当一根细丝由于其相应的发动机的激活而被挤出时，细丝从孔438中排出，并阻止其它细丝排出。因此，喷嘴400和加热构件480一次挤出一根细丝，其中细丝在包括加热构件通道和相应喷嘴通道的独立空间中熔化。由于通道开口和孔之间的距离很小，所以没有多个细丝共用的室，并且不会发生细丝的混合。因此，喷嘴400和加热构件480可以提供用于挤出单独的基本颜色，例如青色，品红色，黄色，黑色和白色。当系统用于创建多材料模型时，所选择的细丝可以是不同种类的材料，例如柔性ABS等级或导电材料等级。

应当理解，虽然上面的公开内容主要涉及高分辨率和相对较小的对象，但这不是限制，并且本公开也适用于任何尺寸的对象，其中分辨率和体素尺寸可以相应地变化例如，体素尺寸可以更大，更小或者根据需要变化。例如，可以使用根据本公开的三维打印机挤出机和方法来制造诸如墙壁或其它结构、车辆或车辆部件的大尺寸物体。这些物体还可受益于分配给打印结构的不同部分的不同性质或特性，例如不同的强度，坚固度，导电性等。例如，可以使用如所述的三维打印机制造墙壁，其中不同颜色施加到墙壁的不同区域，从而产生内置的壁画。在其他应用中，通过将导电材料沿着线嵌入到壁的体素中，导电线可以内部形成在壁上，该壁可替代线可以穿过的管道。

制造这样的物体可能需要以与加热不同的方式制备材料。因此，根据本公开的挤出机可以包括融合构件，其包括两个或更多个制备通道，每个制备通道适于接纳细丝，以及喷嘴，其包括用于挤出材料的挤出孔；以及两个或更多个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接到一个制备通道，其中每个细丝在包括制备通道和相应的喷嘴通道的单独的空间中制备。

已经出于说明的目的呈现了本发明的各种实施方案的描述，但并不旨在穷尽或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释实施方案的原理、对市场中发现的技术的实际应用或技术改进，或使本领域普通技术人员能够理解本文公开的实施方案。

在本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括”“包含”和“具有”以及其形式的每一个不必限于该词可与之相关联的列表中的成员。此外，本申请与通过参考并入的任何文件之间存在不一致之处。

如本领域技术人员将理解的，所公开的主题可以被体现为包括计算机程序的系统、方法或产品。

用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如Java，C#，C++等的面向对象的编程语言和常规程序性编程语言，例如作为“C”、汇编编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在任何设备上或在外部设备或系统上执行。

所附权利要求书中的所有手段或步骤加上功能元件的相应结构、材料、作用和等同物旨在包括与特别要求保护的其它要求保护的元件结合执行功能的任何结构、材料或动作。已经为了说明和描述的目的而呈现了本发明的描述，但并不旨在穷尽或限制于所公开的形式的本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员是显而易见的。选择和描述实施方案以便最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够理解本发明的具有适合于所预期的特定用途的各种修改的各种实施方案。

Claims (20)

1.三维打印机挤出机，包括：

加热构件，其包括至少两个加热构件通道，每个通道适于接纳细丝；和

喷嘴，包括：

用于挤出材料的单个挤出孔；和

至少两个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接到所述至少两个加热构件通道中的一个，并且每个喷嘴通道具有距离所述单个挤出孔最多1.5mm的输出端，

其中每个细丝在包括加热构件通道和相应的喷嘴通道的单独空间中熔化。

2.根据权利要求1所述的打印机挤出机，其中所述喷嘴还包括轴。

3.根据权利要求2所述的打印机挤出机，其中至少一个附加通道穿过所述轴。

4.根据权利要求1所述的打印机挤出机，其中所述至少两个加热构件通道接纳不同材料的细丝。

5.根据权利要求4所述的打印机挤出机，其中不同的材料是具有不同颜色的材料，所述不同颜色从包括以下的列表中选择：青色、品红色、黄色、黑色和白色。

6.根据权利要求1所述的打印机挤出机，其中所述至少两个加热构件通道接纳具有不同特性的材料的细丝。

7.根据权利要求6所述的打印机挤出机，其中所述特性从包括以下的列表中选择：导电性；磁性；弹性；强度；坚固度；重量；粘度；在流体中的溶解度；和浓度。

8.根据权利要求7所述的打印机挤出机，其中由所述三维打印机挤出机挤出的物体的不同部分具有不同的特性。

9.根据权利要求1所述的打印机挤出机，其中根据由控制器控制的过程准备物体，所述控制器适于：

a.选择待挤出作为物体的层或子层的部分的材料；

b.将所述打印机挤出机从当前位置移动到物体内的位于填充区域、支撑区域或内壳区域内的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；

c.挤出预定量的材料；

d.将所述打印机挤出机移至需要材料的新位置；

e.在所需区域上挤出材料；以及

f.对另一材料重复步骤(a)至(e)。

10.用于模型的三维打印的方法，包括：

a.选择待挤出作为模型的层或子层的部分的材料；

b.将三维打印机的打印机挤出机从当前位置移动到模型内位于填充区域、支撑区域或内壳区域中的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；

c.挤出预定量的材料；

d.将所述三维打印机的打印机挤出机移动到需要材料的新位置；

e.在所需区域上挤出材料；以及

f.对另一材料重复步骤(a)至(e)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述材料和所述另一材料具有不同的颜色。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述材料和所述另一材料具有不同的特性。

13.根据权利要求10所述的方法，其中将所述三维打印机的打印机挤出机移动到新位置是沿着分段直线进行的。

14.通过包括以下步骤的过程制备的物体：

a.选择待挤出作为物体的层或子层的部分的材料；

b.将三维打印机的打印机挤出机从当前位置移动到物体内的位于填充区域或内壳区域内的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；

c.挤出预定量的材料；

d.将所述三维打印机的打印机挤出机移动到需要材料的新位置；

e.在所需区域上挤出材料；以及

对另一材料重复步骤(a)至(e)。

15.三维打印机挤出机，包括：

融合构件，包括至少两个制备通道，每个制备通道适于接纳细丝；和

喷嘴，包括：

用于挤出材料的单个挤出孔；和

至少两个喷嘴通道，每个喷嘴通道连接至所述至少两个制备通道之一，

其中每个细丝在包括制备通道和相应的喷嘴通道的单独的空间中制备，

其中所述至少两个制备通道接纳不同材料的细丝。

16.根据权利要求15所述的三维打印机挤出机，其中所述不同材料具有从包括以下的列表中选择的不同颜色：青色、品红色、黄色、黑色和白色。

17.根据权利要求15所述的三维打印机挤出机，其中所述不同材料具有从包括以下的列表中选择的不同特性：导电性；磁性；弹性；强度；坚固度；重量；粘度；在流体中的溶解度；和浓度。

18.根据权利要求15所述的三维打印机挤出机，其中由所述三维打印机挤出机挤出的物体的不同部分具有不同的物理特性。

19.根据权利要求18所述的三维打印机挤出机，其中由所述三维打印机挤出的物体的区域之间的特性逐渐或突然地改变。

20.根据权利要求15所述的打印机挤出机，其中通过由控制器控制的过程来制备物体，所述控制器适于：

a.选择待挤出作为模型的层或子层的部分的材料；

b.将所述打印机挤出机从当前位置移动到模型内的位于填充区域、支撑区域或内壳区域中的位置，其中该位置距离当前位置至少预定距离；

c.挤出预定量的材料；

d.将打印机挤出机移至需要材料的新位置；

e.在所需区域上挤出材料；以及

f.对另一材料重复步骤(a)至(e)。