CN111805897A - 用于半色调着色3d对象的附加制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于半色调着色3D对象的附加制造系统”。3D打印系统在打印聚合物层中施加着色粉末(例如，原色，白色，黑色，青色，品红，黄色，荧光色，金属色)以形成着色3D对象。该系统可例如利用热，压力和/或高强度光中的一者或多者来稳定粉末层或其颜色子层。在每一层上，各种颜色的粉末可按半色调图案顺序沉积并稳定，以便在其整个结构中产生具有指定颜色排列的部件。有益效果包括比涉及喷射有色流体的策略更稳定的颜色。部件内部的颜色布置可为特定应用提供功能或可追溯性有益效果。实施例允许在每个纤维基座或衬底上沉积更大量的粉末，降低纤维与粉末的比率并提高生产速度。

Description

用于半色调着色3D对象的附加制造系统

技术领域

本公开整体涉及用于基于复合材料的添加剂制造的系统和方法，更具体地讲，涉及同时生产着色复合结构的此类方法。

背景技术

通常包括对输出产品进行模制或机加工的各种形式的传统对象、零件和部件制造过程已扩展到包括全球范围内称为“增材制造”或AM技术的一类新技术的商业实施方式。这些AM技术通常涉及替代地被称为“固态自由形式制造(SFF)”或“3D打印”的过程，其中根据特定的材料沉积和固化方案，将处于未完成状态的添加剂材料层(有时有毒或其他危险)依次沉积在进程中的3D对象上。在3D对象形成过程中添加每一个层时，新材料层将被添加并粘附到一个或多个已经存在的层。然后，在3D对象构建过程中沉积任何下一个AM层之前，可以至少部分地分别固化每个AM层。贯穿3D工作行程的这种连续层材料添加/接合是在各种复杂级别的自动控制下执行的。

AM制造技术包括但不限于已被广泛地称为可用于生产3D打印对象的“3D打印”技术的那些技术。3D打印技术采用一种或多种过程，这些过程改良自并且在一些方面看来类似于众所周知的用于在图像接收介质衬底上形成二维(2D)打印图像的过程。通过3D打印技术生产的输出结构的显著差异通常基于(1)用于从3D打印机形成输出3D打印对象的沉积材料的组合物；和/或(2)“打印”头在沉积相对大量的连续(且非常薄)的沉积材料层以将层构建成输出3D打印对象的形式时进行的扫描遍数。

许多基于粉末的AM技术已经被商业化。这些技术包括选择性激光烧结(SLS)，以及用于3D打印的基于调色剂的2D打印技术的某些适配。本领域技术人员认识到，在这些实施方式中的某些实施方式中，通常不需要单独的支持结构来支持某些复杂形状的创建。在这些过程中的某些过程中，粉末材料被选择性地固结成3D对象，同时多余粉末被手动移除。例如，在SLS过程中，薄粉末层沉积在工作空间容器中，并且然后使用跟踪期望横截面形状的激光束将粉末融合在一起。通过沉积粉末层来重复该过程，由此以这种方式逐层构建3D对象。在典型的基于调色剂的3D打印过程中，在通常用于将粘结剂以3D对象横截面形状打印在每个粉末层上的打印技术中，粘结剂材料选择性地粘结沉积在层中的粉末。

现在可以使用数量越来越多的AM或3D打印过程和技术。这些AM或3D打印过程的多样性之间的主要区别特性是沉积层以创建输出3D对象的方式、以及用于形成输出3D对象的材料。

某些AM技术(贯穿本公开的其余部分将使用此术语来指代各种3D对象分层和构建技术，包括3D打印)熔化或软化材料，以使用技术(诸如通过施加热的对输入材料的选择性激光熔化或烧结)来生产构建层。其他AM制造技术使用用于沉积液体材料的技术(诸如喷射(油墨)材料“打印”技术)来沉积和固化液体材料。

使用着色碳纤维或其他纤维衬底的着色润湿剂完成制备着色的基于复合材料的添加剂制造(CBAM)雕塑对象的现有方法，然后将单层粉末施加到每个衬底层上。然后将层压缩并加热以形成叠堆。然后通过喷砂或化学方法除去不需要的多余衬底。该方法公开于题为“Methods for Photosculpture”的美国专利9,393,770B2中。如第4栏第12行中所述，“使用制造商油墨，在这种情况下HP的问题是油墨是水溶性的，并且可在载体移除过程中渗出，漂白和移动。该问题可以多种方式解决，包括使用压电头和颜料油墨或使用颜料。”在单次加工过程中以集成方式制造复合多色结构将是有益的。

发明内容

以下给出简要的发明内容，以便提供对本教导内容的一个或多个实施方案或实施例的一些方面的基本理解。这个发明内容不是全面的概述，也并不旨在标识本教导内容的关键或重要元素，也并不旨在描述本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念，作为后面所呈现的具体实施方式的前序。在附图的描述，本公开的具体实施方式和权利要求书中，附加的目标和优点将变得更明显。

本公开中所实施的上述和/或其它方面和效用可通过提供用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构剂的打印系统来实现。示例性打印系统包括在加工方向上通过系统转移的衬底材料和多个颜色添加剂制造设备。第一颜色添加剂制造设备与衬底材料相邻，并且包括第一图像形成设备，第一色粉施加器和第一色粉移除器。第一图像形成设备选择性地以所需的第一半色调图案将第一粘附剂沉积到衬底材料的成像区域上。第一色粉施加器将第一色粉施加到成像区域和第一粘附剂上，其中第一色粉经由与第一粘附剂的相互作用附接到衬底材料。第一色粉移除器移除未附接到衬底材料的任何所施加的第一色粉，以在成像区域上产生第一半色调颜色图像。在加工方向上的第一颜色添加剂制造设备下游的附加颜色添加剂制造设备包括第二图像形成设备，第二色粉施加器和第二色粉移除器。第二图像形成设备选择性地以所需的第二半色调图案将第二粘附剂沉积到成像区域和第一半色调颜色图像上。第二色粉施加器将第二色粉施加到成像区域和第二粘附剂上，第二色粉不同于第一色粉，其中第二色粉经由与第二粘附剂的相互作用附接到衬底材料。第二色粉移除器移除未附接到衬底材料的任何所施加的第二色粉，以在成像区域上产生第二半色调颜色图像图案。因此，用第一半色调颜色图像和第二半色调颜色图像打印衬底材料以在成像区域处形成聚合半色调颜色图像。

根据本文所示的方面，用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的示例性方法包括：在加工方向上转移衬底材料，利用第一图像形成设备以所需的第一半色调图案选择性地将第一粘附剂沉积到衬底材料的成像区域上，经由第一色粉施加器将第一色粉施加到成像区域上，以经由与第一粘附剂的相互作用将第一色粉附接到衬底材料，用第一色粉移除器移除未附接到衬底材料的任何所施加的第一色粉，移除使衬底材料上产生第一半色调颜色图像；用在加工方向上位于第一色粉移除器下游的第二图像形成设备，以理想的第二半色调图案选择性地将第二粘附剂沉积到成像区域和第一半色调颜色图像上，用第二色粉施加器将第二色粉施加到成像区域上，以经由与第二粘附剂的相互作用将第二色粉附接到衬底材料，第二色粉不同于第一色粉，以及用第二色粉移除器移除未附接到衬底材料的任何所施加的第二色粉，移除使成像区域上产生第二半色调颜色图像。第一半色调颜色图像和第二半色调颜色图像在成像区域处形成聚合半色调颜色图像。

根据本文所述的方面，公开了用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的打印系统。系统包括在加工方向上通过系统转移的衬底材料，控制器和邻近衬底材料串联布置的多个颜色添加剂制造设备。多个颜色添加剂制造设备中的每一个可包括图像形成设备，图像形成设备用于选择性地将相应半色调图案中的无染料粘附剂沉积到衬底材料的成像区域上，色粉施加器，被配置为将相应的色粉施加到衬底材料和粘附剂上，其中相应的色粉经由与粘附剂的相互作用而附着到衬底材料上，相应的色粉由具有不同颜色的色粉施加器中的每一个施加，以及色粉移除器，配置为移除未附接到衬底材料的任何所施加的相应色粉，以在衬底材料上留下相应颜色的半色调聚合物图像。打印系统还可包括在加工方向上定位在多个颜色添加剂制造设备中的每一者之后的融合器，每个融合器被配置为至少部分地固化由先前的颜色添加剂制造设备添加的相应颜色半色调聚合物图像，足以使相应颜色半色调聚合物图像与衬底材料的成像区域上的任何先前添加的颜色半色调聚合图像稳定。控制器可与多个颜色添加剂制造设备中的每一个通信以输出控制信号来控制相应颜色添加剂制造设备的操作。颜色聚合物图像在成像区域处结合为子层以形成聚合半色调颜色图像。

本文描述了示例性实施方案。然而，设想并入本文所述的装置和系统的特征的任何系统都被示例性实施方案的范围和精神所涵盖。

附图说明

将参考以下附图来详细描述本发明所公开的装置，机构和方法的各种示例性实施方案，其中类似的参考数字表示类似或相同的元件，并且：

图1是根据实施方案的示例的用于打印3D对象的增材制造系统的侧视图；

图2为根据实施方案的用于制造半色调着色的添加剂制造的复合结构的打印系统的侧视图；

图3示出了用于实现半色调着色添加剂制造方案的示例性控制系统的框图；和

图4是示出根据本发明实施方案的一个实施例的用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的示例性方法的操作的流程图。

具体实施方式

下面提供了本文公开的设备、系统和方法的例示性示例。设备、系统和方法的实施方案可以包括以下描述的示例中的任何一个或多个以及其任意组合。然而，本发明可能以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于以下阐述的实施方案。相反，提供这些示例性实施方案以使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。因此，示例性实施方案旨在覆盖可以包括在本文所述的装置、机构和方法的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。

我们首先指出，可以仅概述或省略对众所周知的起始材料、处理技术、部件、设备和其他公知细节的描述，以免不必要地使本公开的细节不清楚。因此，在细节以其他方式众所周知的情况下，我们将其留给本公开的应用以建议或指示与那些细节有关的选择。附图描绘了与用于打印到衬底幅材上并且自动堆叠幅材的单独片材以用于AM制造的例示性方法、设备和系统的实施方案有关的各种示例。

当在本文中提及值的任何数值范围时，此类范围应理解为包括所述范围的最小值和最大值之间的每个数字和/或分数。例如，范围0.5-6％将明确包括端点0.5％和6％，加上所有中间值0.6％、0.7％和0.9％，一直到并包括5.95％、5.97％和5.99％。除非上下文另外明确指出，否则这同样适用于本文阐述的每个其他数值性质和/或元素范围。

与数量结合使用的修饰语“约”包括所述值，并且具有由上下文指示的含义(例如，它至少包括与特定数量的测量相关的错误程度)。当与特定值一起使用时，其也应当被视为公开该值。例如，术语“约2”还公开了值“2”，范围“约2至约4”也公开了范围“2至4”。

术语“介质”、“幅材”、“幅材衬底”、“打印衬底”和“衬底片材”大体是指用于图像的纸、聚合物、聚酯薄膜材料、塑料、或其他合适物理打印介质衬底、片材、幅材等的通常柔性的物理片材(无论被预切割还是幅材馈送)。如技术人员容易理解的，所列出的术语“介质”、“打印介质”、“打印衬底”和“打印片材”还可以包括织造织物、非织造织物、金属膜、碳纤维增强材料和箔。

如本文所用，术语“标记材料”可以指通过图像形成设备沉积到幅材衬底上以在衬底上形成图像的打印物。所列出的术语“标记材料”可以包括油墨、调色剂、金属颗粒、塑料、颜料、粉末、熔融材料、聚酰胺、尼龙、玻璃填充聚酰胺、环氧树脂、生物基树脂、蜡、石墨、石墨烯、碳纤维、光敏聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、ABS长丝、高密度聚乙烯(HDPE)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETT)、陶瓷、导电长丝和其他喷墨材料。

如本文所用，术语“图像形成设备”、“打印设备”或“打印机”涵盖出于任何目的执行打印输出功能的任何装置，诸如数字复印机、扫描仪、图像打印机、静电打印设备、数字生产打印机、文档处理系统、图像再现机、簿册机、传真机、多功能机等，并且可以包括若干标记引擎、馈送机构、扫描组件以及其他打印介质处理单元(诸如馈送器、修整器等)。图像形成设备可以处理片材、幅材、标记材料等。图像形成设备可以将标记放置在任何表面等上，并且是读取输入片材上的标记的任何机器；或此类机器的任何组合。3D打印机可以制作3D对象等。应当理解，在附图中描绘的结构可以包括为了简化而未描绘的附加特征，而所描绘的结构可以被移除或修改。

术语“控制器”在本文中通常用于描述与指导或调节过程或机器的一个或多个设备的操作有关的各种装置。可能以多种方式(例如，诸如通过专用硬件)来实现控制器以执行本文讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来进行编程以执行本文讨论的各种功能。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，并且可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件和用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关电路)的组合。可以在本公开的各种实施方案中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

示例还包括至少一个机器可读介质，该机器可读介质包括当在计算设备上执行时用于实现或执行本文所公开的方法的多个指令。此类计算机可读介质可以是可以由通用或专用计算机访问的任何可用介质。以举例的方式且并非出于限制目的，此类计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或者可用于以计算机可执行指令或数据结构形式承载或存储期望程序代码的任何其他介质。当信息通过网络或另一个通信连接(硬连线、无线或其组合)转移或提供给计算机时，计算机将连接正确地视为计算机可读介质。因此，任何此类连接被正确地称为计算机可读介质。上述组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

计算机可执行指令包括例如致使通用计算机、专用计算机、或专用处理设备执行某些功能或一组功能的指令和数据。计算机可执行指令还包括由计算机在独立或网络环境中执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件和数据结构等。计算机可执行指令、相关联数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法的步骤的程序代码装置的示例。此类可执行指令或相关联数据结构的特定序列表示用于实现其中描述的功能的对应动作的示例。

如本文所用，除非另有说明，否则术语“对象”也可以表示零件、元件、工件或部件。如本文所用，对象是指将由3D打印系统(打印机)单独地构建或实际地构建的3D对象。如本文所指，通过连续添加层以形成整体工件来构建对象。一些打印机能够根据3D模型(其包括多个单独3D对象)构建多个单独工件作为相同打印作业的一部分。对象可以包括嵌入对象主体的空隙空间。

尽管本发明的实施方案在此方面不受限制，但利用术语诸如“处理”、“计算”、“算数”、“确定”、“使用”、“建立”、“分析”、“检查”等的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统、或其他电子计算设备的一个或多个操作和/或一个或多个过程，其将表示为计算机的寄存器和/或存储器内的物理(例如，电子)数量的数据操纵和/或转换成类似表示为计算机的寄存器和/或存储器或可存储指令以执行操作和/或过程的其他信息存储介质内的物理数量的其他数据。

图1是用于打印3D对象的示例性AM系统100的框图。AM系统100可以包括部件，诸如材料馈送器102、图像形成设备104、粉末子系统106、融合器108、传感器110、切割器112、转移子系统114、堆叠器子系统116、以及连接和控制各种部件的其他特征部。虽然在图1中示出了示例性部件，但各种替代和可选部件也适合于系统100一起使用。

在例示性实施方式中，根据由计算机辅助设计(CAD)程序创建的对象的计算机3D模型来打印三维(3D)对象。例如，CAD程序可以是自由格式的非均匀有理基础样条(NURBS)程序，或者CAD程序可以是Solid

在AM系统100中，标记材料148(例如，粉末)(图4)由粉末子系统106以物理图案选择性地沉积在衬底材料118(或其衬底片材)上，该物理图案对应于如图像形成设备104所限定的3D对象的薄切片或层的“正图像”。对于3D对象的每个切片，粉末以与切片中3D对象存在的位置相对应的图案附接，并且粉末在切片中不存在3D对象的位置处不附接到衬底。例如，可以通过以STL文件格式的3D模型开始并且使用用于创建薄切片的netfabb(R)工作室软件(可购自德国帕尔斯贝格的netfabb GmbH)的切片命令器特征来创建3D CAD模型的薄切片。针对制造指定3D零件或对象所需的许多附加衬底片材，重复进行选择性地对衬底片材进行图案化的此循环，其中每个片材通常表示3D零件或对象的一个层。

材料馈送器102以卷或片材形式(例如，此处以卷状示出)保持衬底材料118(例如，碳纤维、纸)，并且将衬底材料放置在适当位置以用于转移到图像形成设备104。衬底材料118可以经由转移子系统114转移到图像形成设备104，该转移子系统可以包括张紧机构120以及用于保持和推进幅材的馈送辊122，该幅材由通过AM系统100馈送的衬底长度确定。张紧机构120可以包括被定位成在将衬底材料118馈送通过AM系统的部件时保持其被教导的一个或多个辊124。衬底材料118的幅材可以延伸通过AM系统的所有部件，包括图像形成设备104、粉末子系统106、融合器108、传感器110，并且然后在堆叠之前由切割器112切割成单片材，如下文更详细地讨论。

然后，图像形成设备104可能以图像方式使粘附剂(例如，流体126)的图案在精确位置处沉积到衬底材料118上。流体126选择性地沉积在衬底材料118上，使得材料的一些部分被液体覆盖作为3d对象切片的正图像，并且材料的一些部分没有被液体覆盖。流体126的图案可以经由多种方法沉积。例如，图像形成设备104可以包括用于分配流体的热喷墨头或压电喷墨头。在示例中，图像形成设备104可以施加气压以分配流体126。如果使用气压来控制空气的释放或流体的分配，则图像形成设备104还可以包括电磁阀。

在一些情况下，选择性沉积的流体粘附剂可以是水或包含减慢水的蒸发的材料的水溶液。例如，水溶液可以包括2-吡咯烷酮。在其他情况下，可以选择性地沉积不同的流体(诸如醇)作为粘附剂。例如，如果衬底材料118是水敏感的(例如，聚乙烯醇、PVOH)，则水可以使衬底材料变形或溶解。在该情况下，可以将醇用作选择性沉积的流体。在一些情况下，为了防止选择性沉积的液体扩散或过度吸收到衬底中，在选择性沉积液体之前先向衬底施加表面能改性剂或防护剂是有帮助的。

然后，材料馈送器102将衬底材料118转移到粉末子系统106，该粉末子系统包括可作为单独部件设置或集成为单个部件的粉末施加器128和粉末移除器130。在任一种布置中，粉末施加器128被配置为将3D对象粉末(例如，热塑性粉末)沉积到衬底材料上。粉末被配置为粘附到已经被图像形成设备104弄湿的衬底区域，即层图像。换句话说，粉末施加器128将粉末(诸如但不限于热塑性粉末)沉积到刚在其上打印图案化层形状的衬底材料118的表面上。经由与流体粘附剂的相互作用色粉粘附到衬底材料或其片材上的打印(浸湿)区域以在衬底材料上形成聚合物图像，但不粘附到衬底材料的未由流体覆盖的部分。

在典型应用中，粉末施加器128可以包括包含粉末的槽。槽可以在其底侧上具有狭缝开口，并且连接到粉末子系统的机电振动器。当振动器处于活动状态时，振动器致使粉末向下流动通过狭缝开口，然后当它在槽下方移动时从槽流出到衬底上。振动器由控制器150致动，该控制器可以包括感测下方的衬底上是否存在图案化流体的传感器电路。当图案化流体已经完全穿过时，振动器可能停用以停止粉末从槽流出。

可以通过其他方法来选择性地沉积粉末。例如，可以通过用粉末淹没衬底层的一侧，然后用适当设备(诸如热敏打印头)选择性地加热衬底的相对侧来选择性地沉积粉末。在这种方法中，热敏打印头包括可以被选择性地打开或关闭的高分辨率加热元件阵列。在被加热的区域中，粉末熔化并粘附到衬底。移除了未粘附的多余粉末，例如通过由粉末移除器130真空吸走多余粉末或者翻转衬底(其中多余粉末经由重力从衬底掉落)。

可以替代地使用与静电打印中采用的技术类似的选择性沉积技术来沉积粉末。在这种方法中，将电荷施加到粉末颗粒，这些粉末颗粒被引导朝向衬底118，然后选择性地粘附到衬底的一些部分，但是由于静电吸引或排斥而没有粘附到其他部分。粉末颗粒粘附到衬底的具有相反电荷或邻近具有这种电荷的衬底表面的部分，并且从衬底的具有相同电荷或邻近具有这种电荷的衬底表面的部分排斥。

可以替代地使用与磁式打印中采用的技术类似的选择性沉积技术来沉积粉末。在这种方法中，粉末选择性地粘附到衬底层的一些部分，但由于粉末和衬底表面或邻近衬底表面的衬底层之间的静磁相互作用而没有粘附到其他部分。例如，粉末可以是单组分磁性调色剂、胶态悬浮液(例如，铁磁流体)、或双组分调色剂。在这种方法中，各种磁性颜料(诸如磁铁矿或氧化铁(FeO))可以用于调色剂粉末。

在所有以上示例中，选择性沉积粉末的步骤可以包括以非选择性方式朝向衬底118引导固体粉末的子步骤。例如，该子步骤可以包括用粉末淹没衬底的整个表面。或者例如，在静电打印或磁式打印的示例中，该子步骤可以包括朝向整个衬底层发送带电或磁化的粉末。

仍然参考图1，粉末移除器130然后移除未粘附到衬底的任何粉末。可以例如通过在粉末移动到粉末移除器附近时真空吸走多余粉末而将粉末从衬底移除。在典型应用中，粉末移除器130可以包括具有耦接到旋风分离器的真空马达的真空装置(稍后描述)。在操作中，真空装置拉取未粘附到衬底材料118的粉末，而施加到打印区域的粉末仍然保留作为聚合物图像。如技术人员也理解的，旋风分离器可以使真空吸走的粉末再循环回到粉末施加器128以供重新使用如技术人员也理解的。在某些情况下，从真空装置移除的粉末的量可能不足，因为一些不需要的粉末可能仍驻留在衬底材料上。出于该原因，粉末移除器130可以在真空装置之后包括气刀以从衬底移除任何剩余的多余粉末。移除的多余粉末也可以通过旋风分离器再循环回到粉末施加器以供重复使用。

可以将粉末子系统106设置为连续运行，使得一旦衬底118穿过图像形成设备104，则衬底自动行进通过粉末子系统106。另选地，与转移子系统114、图像形成设备和粉末子系统106通信的控制器150可以指示粉末施加器128和粉末移除器130或其子系统在适当的时间开启和关闭。

在衬底118已经施加粉末并且移除多余粉末之后，可以将剩余的形成图案的粉末熔化，至少部分固化或固定到衬底上，使得粉末化的聚合物图像更永久地附连到衬底的打印区域并且由此在后续处理步骤期间免受移位、破坏或掉落。为此，可以在粉末子系统106之后设置可选融合器108。融合器108可以设置在引出粉末移除器130的衬底的上方、下方或附近。融合器108可以是例如但不限于辐射、IR、或足以至少部分地固化或固定图案化粉末并从而将其固定到衬底的其他加热方法。当衬底118行进到粉末子系统106外部时，来自融合器108的热量使衬底表面上的图案化粉末稳定，以致使其固定到衬底。

AM系统100可以可选地具有传感器110(例如，成像设备诸如相机)以确保系统没有发生故障，沉积了适量的粉末，衬底材料正在根据期望移动，单独衬底片材正在根据期望移动，以及过程的其他质量保证方面。传感器可以例如基于来自控制器150的输入而操作，或者基于检测到打印材料或衬底片材的边缘而自动操作。

如上文在示例性AM系统100中所述，衬底材料118的卷轴102安装并位于图像形成设备104的前方。当未限于特定理论时，衬底材料118的幅材可以延伸通过AM系统的所有部件，包括图像形成设备104、粉末子系统106、融合器108、传感器110，并且然后在堆叠之前被切割器112切割成单片材132，其中这些片材对应于3D对象的层。在示例中，可以在过程中的任何先前点通过切割器112将衬底材料118的幅材切割成单片材132。例如，在将所得的衬底片材推进到图像形成设备104之前，可以将幅材转换成单片材。同样，可以在图像形成设备104之后和粉末子系统106之前，或者在粉末子系统之后和融合器108之前，或者在融合器之后和传感器110之前将幅材转换为单片材。在示例中，幅材可以被预切割成单独片材，其中片材被布置为由材料馈送器保持的片材堆叠以用于由AM系统进行单独处理。切割器112可以通过机械仪器(例如，刀片、冲头)或技术人员也理解的其他方法(例如，激光)来切割片材。

在示例中，AM系统100还可以包括用于在期望位置处将配准孔放置在衬底材料118或其衬底片材132中的打孔设备134。配准孔相对于衬底片材的位置放置在精确的预定义位置，以用于精确对准打印到片材上的图案化标记材料图像。这可以通过以下方式来完成：将打孔设备134安装成接近由转移子系统114移动的衬底材料118(例如，在放置有图像形成设备104和粉末子系统106的相同框架上)，或者使用本领域众所周知的其他对准机构。打孔设备134可以包括将配准孔从衬底材料中戳出的硬仪器，或者从衬底材料切出配准孔的激光切割机。

接下来，在形成3D对象的示例性AM过程中，粉末打印的衬底片材132可以通过经由其配准孔对准衬底片材来进行堆叠，并且熔融在一起以将堆叠的衬底片材附接成组合对象。然后可以通过例如喷砂、化学移除或溶解将未涂覆的衬底材料从组合对象移除。堆叠器子系统116被配置用于基于前述配准孔以配准方式堆叠已切割打印衬底片材132。如在图1中可以看到的，堆叠器子系统116接收打印衬底片材132，其中配准孔围绕堆叠器子组件的配准销136对准以形成打印片材的堆叠138。

在堆叠打印片材之后，可以将片材上的图案化粉末组合并硬化成3D对象。图1示出了包括压缩设备140的堆叠器子系统116，该压缩设备包括一个或多个弹性部件(例如，弹簧142)以便即使它们压缩时也会维持衬底片材132上的压力。在已经将多个衬底片材(层)放置在堆叠器子系统116中(一个重叠另一个地位于底板144上)之后，插入的衬底片材可以被压缩在一起，其中弹簧142朝向底部底板在顶板146上施加压力。

压缩堆叠138可以例如在烤箱(未示出)中加热。来自烤箱的热量致使热塑性粉末熔化。熔融材料涂覆衬底层。然后将其中具有衬底堆叠138的压缩设备140从烤箱移除，并且允许衬底层冷却。熔融材料然后固化。这样，它将衬底片材132粘结(融合)在一起。然后如上所述通过例如喷砂、化学移除或溶解来移除多余衬底(未被固化材料覆盖的衬底)以产生3D打印对象。

可以使用一个或多个控制器150对由AM系统100执行的过程进行排序和监测。控制器150可以基于要打印的对象的3D模型读取并执行由外设计算机(未示出)生成的构建指令。例如，材料馈送器102、图像形成设备104、粉末子系统106、融合器108、传感器110、切割器112、转移子系统114、打孔设备134和堆叠器子系统116可以基于来自控制器的输入而如本文所讨论的那样操作。因此，尽管控制器150被示为与图像形成设备104通信，但应当理解，控制器可以与AM系统的任何部件通信。

图2描绘了对上述AM系统的改进，系统使用AM系统200来制造半色调着色添加剂制造的复合结构。在AM系统200中，衬底材料可以是碳纤维或其他为浅色或白色的纤维质衬底。AM系统200使用可在聚合物的制造过程中着色的聚合物粉末，如技术人员容易理解的，并且因此在整个粉末粒料中着色。例如，第一颜色添加剂制造设备152可包括图像形成设备104和粉末子系统106。由粉末施加器128施加的聚合物粉末可为施加到衬底材料118的成像区域上的给定颜色(例如，潘通色，白色)，成像区域粘附到由图像形成设备104沉积的流体126的粘附剂半色调图案，以产生可与其他添加剂制造生产的对象区别开的半色调颜色图像。上文结合AM系统100讨论的类似参考数字在AM系统200中指定相似或相同的元件。

AM系统200可添加位于第一颜色添加剂制造设备152下游的附加的颜色添加剂制造设备，附加的颜色添加剂制造设备提供可组合以制备用于3D对象的多色打印层的其它半色调颜色图像。除非另外指明，附加的颜色添加剂制造设备类似于第一颜色添加剂制造设备152，并且各自有意设计成以颜色或某种其他品质沉积与第一颜色添加剂制造设备不同的聚合物子层。将由每种颜色添加剂制造设备添加的子层合并为衬底材料上的多色层图像，其可被切割为打印的衬底片132。

虽然不限于特定理论或数量，AM系统200可包括第二，第三和第四颜色添加剂制造设备154，156和158，其中每个均具有相应的图像形成设备104和粉末子系统106。相应的图像形成设备104中的每一个被配置为以相应的图案选择性地将无染料粘附剂沉积到衬底材料118的成像区域上。粘附剂可以是无染料或无色液体，并且可被设计成不使衬底材料118或衬底材料上的任何粉末或聚合物图像变色。由每个相应的图像形成设备120选择性地沉积的流体126的图案可以是半色调图案。由每个成像设备沉积的粘附剂可以是相同的材料。因此，在一些情况下，选择性沉积的流体粘附剂可以是水或包含减慢水的蒸发的材料的水溶液。例如，水溶液可以包括2-吡咯烷酮。在其他情况下，可以选择性地沉积不同的流体(诸如醇)作为粘附剂。例如，如果衬底材料118是水敏感的(例如，聚乙烯醇、PVOH)，则水可以使衬底材料变形或溶解。在该情况下，可以将醇用作选择性沉积的流体。在一些情况下，为了防止选择性沉积的液体扩散或过度吸收到衬底中，在选择性沉积液体之前先向衬底施加表面能改性剂或防护剂可能是有帮助的。流体126的组成还可取决于随后施加到衬底材料118上的聚合物粉末的类型(例如，颜色，磁性特性，珠光)。

相应粉末子系统106中的每一个包括粉末施加器128和粉末移除器130。每个粉末施加器128可存储和施用具有不同颜色或其它特性的相应粉末。例如，每种粉末施加器可施用四种组分颜色中的一种(青色，品红色，黄色和黑色—“CMYK”)。任何粉末施加器或附加的粉末施加器均可施用不同类型的粉末(例如，磁性粉末，荧光粉)或其它色粉，包括白色。粉末被配置为粘附到衬底材料的已被由颜色添加剂制造设备的相应图像形成设备沉积的粘附剂流体润湿的区域。经由与粘附剂的相互作用粉末粘附到衬底材料或其片材上的打印(浸湿)区域以在衬底材料上形成附加的颜色图像子层，但不粘附到衬底材料的未由相应粘附剂流体覆盖的部分。

每个粉末施加器128可包括槽，槽包含相应的(例如，颜色)聚合物粉末。槽可以在其底侧上具有狭缝开口，并且连接到粉末子系统的机电振动器。当振动器处于活动状态时，振动器致使相应聚合物粉末向下流动通过狭缝开口，然后当它在槽下方移动时从槽流出到衬底材料上。振动器可由控制器150致动。当相应的图案化流体已经完全通过时，振动器可能停用以停止相应的聚合物粉末从槽流出。粉末也可通过如上所述的其它方法选择性地沉积，或者由技术人员以其他方式理解。

还有参照图2，来自第一颜色添加剂制造设备152的粉末施加器128可存储和通过溢流粉末将第一着色聚合物粉末(例如，青色)施加到衬底材料118的成像区域上，首先施加的着色粉末通过第一颜色添加剂制造设备的成像设备104沉积的图案化粘附剂混合以在衬底材料上形成着色图像(例如，青色)。第一着色图像可为匹配由第一颜色添加剂制造设备152的图像形成设备104图案化的半色调图像的半色调图像。未附着或未与粘附剂混合的多余的第一着色粉末可通过第一颜色添加剂制造设备的粉末移除器130移除。在典型应用中，每个相应粉末移除器130可以包括具有耦接到旋风分离器的真空马达的真空装置。在操作中，真空通过与相应的粘附剂流体126的相互作用而牵拉不粘附到衬底材料118的相应粉末，而施加到打印的粘附剂上的聚合物粉末保持为相应的聚合物图像。如技术人员也理解的，旋风分离器可以使真空吸走的粉末再循环回到显相应粉末施加器以供重新使用如技术人员也理解的。每个粉末移除器130还可以在真空装置之后包括气刀以从衬底材料移除任何剩余的多余粉末。

每个粉末子系统106可被设定为连续地运行，使得一旦衬底材料118穿过相应的颜色添加剂制造设备的相关图像形成设备104，衬底材料就自动行进通过相关联的粉末子系统。另选地，控制器150可指示相关联的粉末施加器128和粉末移除器130或其子系统在适当的时间打开和关闭。

融合器108可邻近和位于第一颜色添加剂制造设备粉末子系统106的下游，以至少部分地固化或固定第一着色图像。

衬底材料118可继续至第二颜色添加剂制造设备154，第二颜色添加剂制造设备具有图像形成设备104，图像形成设备被配置为以所需的第二图案选择性地将第二粘附剂沉积到成像区域和第一半色调颜色图像上。第二颜色添加剂制造设备154的粉末施加器128可存储并通过浸没粉末将第二着色聚合物粉末(例如，品红色)施加到成像区域上，此处可包括第一着色图像(例如，青色)和第二粘附剂。接触第二粘附剂的第二着色聚合物粉末可与粘附剂混合或组合以在衬底材料的成像区域处形成第二着色图像(例如品红色)。第二颜色添加剂制造设备154的粉末移除剂130可从衬底材料中移除过量的第二着色聚合物粉末，其中过量的第二着色聚合物粉末为衬底材料上未接触粘附剂的粉末。第二颜色图像(例如品红色)保留在具有第一颜色图像的成像区域处。第二着色图像可为匹配由第二颜色添加剂制造设备154的图像形成设备图案化的半色调图像的半色调图像。第二融合器108可邻近和位于第二颜色添加剂制造设备粉末子系统106的下游，以至少部分地固化或固定第二着色图像。

衬底材料118可继续至第三颜色添加剂制造设备156和第四颜色添加剂制造设备158，以与上文针对第一和第二颜色添加剂制造设备所讨论的类似方式分别接收第三颜色图像(例如，黄色)和第四颜色图像(例如，黑色)。每个着色图像可以半色调格式将相应粉末的特定颜色的子层添加到成像区域，这一起可在成像区域处产生组合的颜色图像层，颜色图像层具有所需的点对点半色调“CMYK”粉末以为打印的衬底材料产生所需的颜色。通过改变四种打印颜色，青色，品红色，黄色和黑色的密度，可再现任何特定阴影。打印的衬底材料可被切割器112切割成打印的衬底片材132并转移以用于堆叠和进一步加工。颜色添加剂制造设备152，154，156，158可重复将颜色图像添加至可堆叠并进一步加工(例如，加热，压缩，清洁)的附加打印的衬底片材132以产生着色3D物体。

融合器108可位于颜色添加剂制造设备152，154，156，158中的每一个附近和下游，以至少部分地固化或固定最近施加到衬底材料的成像区域的相应图像，足以赋予图像足够的稳定性，使得其不受后续处理的干扰。相应的融合器108可以设置在引出相关粉末移除器130的衬底材料的上方、下方或附近。每个融合器108被示出为热/压辊，但不限于任何特定结构。例如，融合器也可以是热板压机，高强度光发射器，电磁辐射发射器，或足以至少部分地固化或固定并从而将相应的图案化聚合物粉末图像固定到衬底材料上的另一种熔合设备，其足以赋予图像足够的稳定性，使得其不受后续加工的干扰。换句话讲，在每个颜色子层之后使用融合器将颜色子层固定到衬底材料防止着色粉末从先前施加的子层不希望的迁移。颜色子层的中间固定也减少了不需要的颜色混合，并且增加了回收过量粉末的可能性。此外，每个聚合物图像子层的稳定可增加聚合物图像的与图像的其他子层接触的部分之间的粘结。

图3示出了控制器150的框图，该控制器用于执行指令以自动控制图1和图2所示的AM系统中的示例性设备。示例性控制器150可以向控制器的部件提供输入或作为控制器的部件，以用于执行系统(诸如图1中所描绘的以及以下在图4中更详细描述的)中的多色AM过程。

示例性控制系统150可以包括操作接口310，用户可以通过该操作接口与示例性控制系统150进行通信。操作接口310可以是与AM 3D对象形成系统200相关联的本地可访问用户接口。操作接口310可以被配置为控制设备和/或计算设备共有的一种或多种常规机构，其可以允许用户向示例性控制系统150输入信息。操作接口310可以包括例如常规键盘、具有“软”按钮或具有用于与兼容触笔一起使用的各种部件的触摸屏、用户可以通过其向示例性控制系统150提供口头命令以由语音识别程序“翻译”的麦克风、或用户可通过其将特定操作指令传送到示例性控制系统150的其他类似设备。操作接口310可以是图形用户界面(GUI)的部分或功能，该图形用户界面(GUI)安装在与示例性控制系统150相关联的AM系统上、与该AM系统成一体、或与该AM系统相关联。

示例性控制系统150可包括一个或多个本地处理器320，用于单独操作示例性控制系统150并实施用于AM 3D多色对象形成的控制和操作功能，并且具体地用于实施基于多色的复合材料的层形成方案。一个或多个处理器320可以包括至少一个常规处理器或微处理器，其解释并执行指令以引导示例性控制系统150的特定功能，以及通过示例性控制系统150的对多色AM 3D对象形成过程的控制。

示例性控制系统150可以包括一个或多个数据存储设备330。一个或多个此类数据存储设备330可以用于存储将由示例性控制系统150(具体地讲，一个或多个处理器320)使用的数据或操作程序。一个或多个数据存储设备330可以用于存储有关例如一个或多个3D对象模型的信息，这些模型用于在与示例性控制系统150相关联的AM系统中产生多色3D对象。可以将存储的3D对象模型信息转化成用于打印一系列多色2D切片层的数据，以用于以上面大体描述的方式来形成3D对象。

一个或多个数据存储设备330可以包括随机存取存储器(RAM)或另一种类型的动态存储设备，其能够存储可更新的数据库信息，并且用于单独存储供例如一个或多个处理器320执行系统操作的指令。一个或多个数据存储设备330还可以包括只读存储器(ROM)，其可以包括常规ROM设备或存储用于一个或多个处理器320的静态信息和指令的另一种类型的静态存储设备。另外，一个或多个数据存储设备330可以与示例性控制系统150成一体，或者可以设置在示例性控制系统150的外部或者与该控制系统进行有线或无线通信，包括作为基于云的数据存储部件。

示例性控制系统150可以包括至少一个数据输出/显示设备340，其可以被配置为向用户输出信息的一种或多种常规机构，包括但不限于可与示例性控制系统150相关联的AM系统200的GUI上的显示屏。数据输出/显示设备340可以用于向用户指示由可与示例性控制系统150相关联的AM系统实现的多色3D对象形成操作的状态，包括在设备中的多个单独处理站或子系统中的一个或多个处的一个或多个单独控制的部件的操作。

示例性控制系统150可以包括一个或多个单独外部通信接口350，示例性控制系统150可以通过该一个或多个单独外部通信接口与示例性控制系统外部的部件进行通信。外部通信接口350中的至少一个可以被配置为输入端口以支持连接外部CAD/CAM设备，该外部CAD/CAM设备存储用于在3D对象形成操作中执行控制功能的建模信息。设想所描绘的外部通信接口350涵盖了用于在示例性控制系统150与外部和/或相关联部件之间提供有线或无线通信的任何合适的数据连接。

示例性控制系统150可以包括可用于控制衬底材料118上的图像形成过程的多色图像形成控制设备360(例如，图像形成设备104、粉末子系统106、融合器108，颜色添加剂制造设备)，该图像形成控制设备根据转化的3D对象建模信息为进程中的多色3D对象产生一系列2D切片(例如，打印衬底片材132)。衬底材料118可被馈送穿过颜色添加剂制造设备152，154，156，158以在多色图像形成控制设备360的控制下具有其上形成的多色图像层。衬底材料可以作为打印衬底幅材离开颜色添加剂制造设备，并且在AM系统200的输出侧被切割和自动堆叠以便构成用于形成多色复合对象的打印片材堆叠138。多色图像形成控制设备360可以作为耦接到一个或多个数据存储设备330的处理器320的部分或功能来操作，或者可以作为示例性控制系统150中的单独的独立部件模块或电路来操作。处理器320或多色图像形成控制设备360中的任何一者都可以解析输入3D对象模型信息，以确定逐层2D切片多色材料层打印方案并且在AM系统200中的衬底材料118上执行该方案。

示例性控制系统150可以包括3D复合对象修整器控制设备(未示出)，其用于在减材机加工过程中对切割的打印片材切片的已处理堆叠执行最终3D对象成形方案，该减材机加工过程可以移除分层支撑部件结构并表面修整3D对象。与上述其他单独的控制设备一样，3D复合对象修整器控制设备可以作为耦接到一个或多个数据存储设备330以用于执行修整设备操作的处理器320的部分或功能来操作，或者可以作为示例性控制系统150中的单独的独立部件模块或电路来操作。

如图3中描绘的，示例性控制系统150的所有各种部件可以通过一个或多个数据/控制总线370在内部连接并且连接到一个或多个AM多色复合对象形成设备和/或其部件。这些数据/控制总线370可以在示例性控制系统150的各种部件之间提供有线或无线通信，无论所有这些部件整体地容纳在可与示例性控制系统150相关联的AM系统200内，还是另外在该AM系统的外部并连接到该AM系统。

应当理解，尽管在图3中被描绘为整体单元，但示例性控制系统150的各种公开的元件可能以子系统的任何组合布置为单独部件或部件组合，与单个单元成一体，或者在示例性控制系统的单个单元的外部或与该单元进行有线或无线通信。换句话说，图3中的图示不暗示作为整体单元或作为支撑单元的特定配置。另外，尽管为了便于理解在本公开中提供的有关示例性控制系统150的细节而被描述为单独单元，但是应当理解，例如，可以由连接到一个或多个数据存储设备330并与之通信的一个或多个处理器320执行任何单独描绘的部件(并且具体是每个所描绘的控制设备)的所描述功能。

本发明所公开的实施方案可包括用于制造多色添加剂制造的复合结构的示例性方法。图4示出了这种示例性方法的流程图。如图4所示，该方法的操作开始于步骤S400并且行进到步骤S410。

在步骤S410处，图像形成设备以所需的第一图案选择性地将粘附剂沉积到在加工方向上移动的衬底材料的成像区域上。所需的第一图案可以是半色调图像。衬底材料可在转移子系统的帮助下在加工方向上移动，转移子系统可包括张紧机构以及用于保持和推进衬底材料的进料辊。该方法的操作行进到步骤S420。

在步骤S420，粉末子系统在衬底材料的成像区域上形成第一颜色图像作为第一颜色聚合物子层。具体地讲，粉末子系统的粉末施加器将第一色粉流到成像区域上，以经由与流体粘附剂的相互作用将粉末附接到衬底。第一颜色粉末在成像区域处粘附到粘附剂以在衬底材料上形成第一颜色图像，但不粘附至成像区域的未被流体覆盖的部分。第一颜色图像可为第一颜色粉末和粘附剂或在其附着到衬底的状态下的粉末的流体组合，其中粉末被粘附剂改变。然后，粉末移除剂从衬底移除过量的第一色粉。过量的第一色粉是未通过粘附剂粘附到衬底上的粉末。移除了多余粉末，例如通过由粉末移除器真空吸走多余粉末或者翻转衬底(其中多余粉末经由重力从衬底掉落)。移除过量的粉末后，第一颜色聚合物子层保持代表第一颜色图像。第一颜色图像可以是半色调格式。

该方法的操作前进至步骤S430，在该步骤中，第一颜色图像子层被稳定在衬底上。例如，粉末子系统下游的融合器可至少部分地将第一颜色图像固化到衬底上，使得第一颜色图像子层更永久地附连到衬底的打印区域，并且还在后续加工期间防止位移，破碎或脱落。该方法的操作行进到步骤S440。

在步骤S440处，在加工方向上融合器下游的附加图像形成设备选择性地将附加的粘附剂以所需的附加图案沉积到衬底的成像区域上。附加的粘附剂选择性地沉积在成像区域上，使得成像区域的一些部分被附加的粘附剂覆盖，作为3d对象切片的正附加图像子层。第二粘附剂可为与通过图像形成设备施加的粘附剂相同的材料，或不同的材料。所需的附加图案可为半色调图像，并且可覆盖第一颜色图像或位于衬底材料的成像区域中的任何附加颜色图像中的至少一些。

图4所示方法的操作前进至步骤S450，在该步骤中，附加的粉末子系统在衬底材料的成像区域上产生附加的颜色图像作为附加的颜色子层。具体地讲，附加粉末子系统的附加粉末施加器将与第一色粉不同的附加色粉施用到成像区域上，以经由与附加的粘附剂的相互作用将附加的色粉附接到成像区域。附加的色粉在成像区域处粘附到附加粘附剂以在衬底上形成附加颜色图像，但不粘附至成像区域的未被附加粘附剂流体覆盖的部分。附加的颜色图像可为第二粉末和第二粘附剂或在其附着到衬底的状态下的第二粉末的流体组合，其中粉末被附加粘附剂改变。然后，附加粉末子系统的另外的粉末移除剂从衬底中除去多余的附加色粉。过量的粉末为未通过附加的粘附剂粘附到衬底上的附加色粉。移除了多余附加色粉，例如通过由附加粉末移除器真空吸走多余粉末或者翻转衬底(其中多余粉末经由重力从衬底掉落)。在移除过量的附加色粉之后，第一颜色图像子层和附加的颜色图像子层作为聚合颜色图像层的一部分而保留，另外的颜色图像子层表示附加的颜色图像。附加颜色图像还可以是半色调格式。

该方法的操作前进至步骤S460，在该步骤中，附加颜色图像被稳定在衬底材料上。例如，附加粉末子系统下游的附加融合器可至少部分地将附加颜色图像固化到衬底材料上，使得附加颜色图像更永久地附连到衬底材料的成像区域，并且还在后续加工期间防止位移，破碎或脱落。附加的融合器还可进一步固化第一颜色图像和任何附加的颜色图像。然后该方法的操作可继续返回到步骤S440，以将另一个附加的颜色图像作为附加的颜色图像子层施加在成像区域，其中所有相应的附加颜色图像子层在成像区域处与第一颜色图像子层结合以形成用于具有成像区域的相应衬底片材的聚合多色图像层。另选地，该方法的操作可重复回到步骤S410以制造另一个多色图像打印片材，或在步骤S470处停止以允许进一步处理多色图像打印片材。

示例性描绘的可执行方法步骤序列表示用于实现步骤中描述的功能的对应动作序列的一个示例。可能以任何合理的顺序执行示例性描绘的步骤以实现所公开的实施方案的目的。图4中的描绘和随附的描述没有必要隐含方法的公开步骤的特定顺序，除非合理地将任何特定方法步骤视为执行任何其他方法步骤的必要前提。单独方法步骤可以同时或接近同时依次或并行地执行。另外，根据本公开，并非所有的描绘和描述的方法步骤都必须包括在任何特定方案中。

本领域技术人员将认识到，可以用许多不同配置的AM系统共有的许多类型的图像形成元件来实践所公开主题的其他实施方案。例如，尽管在所讨论的实施方案中示出了单程标记材料沉积，但这些示例可以应用于多程系统和方法，包括3d对象形成系统和方法。而且，尽管在所讨论的实施方案中示出了单侧打印，但这些示例可以应用于多侧多色添加剂制造打印。应当理解，这些是可以根据所公开的方案进行的变型的非限制性示例。换句话说，从以上描述和附图中将不暗示特定的限制性配置。

应当理解，上述公开的和其他特征和功能中的各种或其另选方案可以期望地组合到许多其他不同的系统或应用程序中。而且，本领域技术人员可以随后进行其中的各种目前无法预见或无法预料的替代、修改、变化或改进。

Claims (20)

1.一种用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的打印系统，包括：

衬底材料，所述衬底材料在加工方向上通过所述打印系统转移；

第一颜色添加剂制造设备，所述第一颜色添加剂制造设备邻近所述衬底材料，所述第一颜色添加剂制造设备被配置为以所需的第一半色调图案将第一半色调颜色图像沉积到所述衬底材料的成像区域上；和

第二颜色添加剂制造设备，所述第二颜色添加剂制造设备在所述加工方向上位于所述第一颜色添加剂制造设备的下游，所述第二颜色添加剂制造设备被配置为以所需的第二半色调图案将不同于所述第一半色调颜色图像的第二半色调颜色图像沉积到所述成像区域和所述第一半色调颜色图像上；

用所述第一半色调颜色图像和所述第二半色调颜色图像打印所述衬底材料，以在所述成像区域处形成聚合半色调颜色图像。

2.根据权利要求1所述的装置，所述第一颜色添加剂制造设备包括：

第一图像形成设备，所述第一图像形成设备用于选择性地以所需的第一半色调图案将第一粘附剂沉积到所述衬底材料的成像区域上，

第一色粉施加器，所述第一色粉施加器被配置为将第一色粉施加到所述成像区域和所述第一粘附剂上，其中所述第一色粉经由与所述第一粘附剂的相互作用附接到所述衬底材料，和

第一色粉移除器，所述第一色粉移除器被配置为移除未附接到所述衬底材料的任何所施加的第一色粉，以在所述成像区域上产生所述第一半色调颜色图像；并且

所述第二颜色添加剂制造设备包括：

第二图像形成设备，所述第二图像形成设备用于选择性地以所需的第二半色调图案将第二粘附剂沉积到所述成像区域和所述第一半色调颜色图像上，

第二色粉施加器，所述第二色粉施加器被配置为将第二色粉施加到所述成像区域和所述第二粘附剂上，所述第二色粉不同于所述第一色粉，其中所述第二色粉经由与所述第二粘附剂的相互作用附接到所述衬底材料，和

第二色粉移除器，所述第二色粉移除器被配置为移除未附接到所述衬底材料的任何所施加的第二色粉，以在所述成像区域上产生所述第二半色调颜色图像图案。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括在所述加工方向上定位在所述第二色粉移除器下游以至少部分地固化所述第二半色调颜色图像的融合器，足以将所述第二半色调颜色图像与所述衬底材料上的所述第一半色调颜色图像稳定为固定的第二半色调颜色图像。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述加工方向上定位在所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备中的每一者之后的融合器，每个融合器被配置为至少部分地固化由相应的颜色添加剂制造设备添加的相应的半色调颜色图像，足以使所述相应的半色调颜色图像与所述衬底材料的成像区域上的任何先前添加的半色调颜色图像稳定。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述融合器包括热板压机。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述融合器包括固定灯。

7.根据权利要求4所述的装置，其中所述融合器包括热辊。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备之间以至少部分地固化所述第一半色调颜色图像的融合器，足以将所述衬底材料上的所述第一半色调颜色图像稳定为未被所述第二颜色添加剂制造设备的加工扰动的固定的第一半色调颜色图像。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括控制器，所述控制器与所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备中的至少一者通信，以输出控制信号来控制与其通信的所述添加剂制造设备中的至少一者的操作。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一粘附剂和所述第二粘附剂为无染料流体。

11.一种用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的方法，包括：

a)在加工方向上转移衬底材料，所述衬底材料具有成像区域；

b)利用邻近所述衬底材料的第一颜色添加剂制造设备，以所需的第一半色调图案选择性地将第一半色调颜色图像沉积到所述衬底材料的成像区域上；以及

c)用在所述加工方向上位于所述第一颜色添加剂制造设备下游的第二颜色添加剂制造设备，以所需的第二半色调图案选择性地将不同于所述第一半色调颜色图像的第二半色调颜色图像沉积到所述成像区域和所述第一半色调颜色图像上，

所述第一半色调颜色图像和所述第二半色调颜色图像在所述成像区域处形成聚合半色调颜色图像。

12.根据权利要求11所述的方法，所述步骤b)还包括：

用第一图像形成设备以所需的第一半色调图案选择性地将第一粘附剂沉积到所述衬底材料的成像区域上，

经由第一色粉施加器将第一色粉施加到所述成像区域上，以经由与所述第一粘附剂的相互作用将所述第一色粉附接到所述衬底材料，以及

用第一色粉移除器移除未附接到所述衬底材料的任何所施加的第一色粉，所述移除使所述衬底材料上产生所述第一半色调颜色图像；并且

所述步骤c)还包括：

用在所述加工方向上位于所述第一色粉移除器下游的第二图像形成设备，以所需的第二半色调图案选择性地将第二粘附剂沉积到所述成像区域和所述第一半色调颜色图像上，

用第二色粉施加器将第二色粉施加到所述成像区域上，以经由与所述第二粘附剂的相互作用将所述第二色粉附接到所述衬底材料，所述第二色粉不同于所述第一色粉，以及

用第二色粉移除器移除未附接到所述衬底材料的任何所施加的第二色粉，所述移除使所述成像区域上产生所述第二半色调颜色图像。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括用在所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备之间的融合器固化所述第一半色调颜色图像，所述融合足以将所述衬底材料上的所述第一半色调颜色图像稳定为未被所述第二颜色添加剂制造设备的加工扰动的固定的第一半色调颜色图像。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括用在所述加工方向上定位在所述第二颜色添加剂制造设备下游的融合器固化所述第二半色调颜色图像，所述融合足以将所述第二半色调颜色图像与所述衬底材料上的所述第一半色调颜色图像稳定为固定的第二半色调颜色图像。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括用在所述加工方向上定位在所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备中的每一者之后的融合器，固化由所述相应的颜色添加剂制造设备添加的所述相应的半色调颜色图像，所述融合足以使所述相应的半色调颜色图像与所述衬底材料的成像区域上的任何先前添加的半色调颜色图像稳定。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括用切割设备将所述衬底材料切割成对应于3D对象的层的衬底片材。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括用堆叠器子系统堆叠所述切割的衬底片材，以及使所述堆叠的衬底片材与对齐机构对齐。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一粘附剂和所述第二粘附剂为无染料流体。

19.根据权利要求11所述的方法，还包括从控制器输出控制信号以控制所述第一颜色添加剂制造设备和所述第二颜色添加剂制造设备中的至少一者的操作。

20.一种用于制造半色调着色添加剂制造的复合结构的打印系统，包括：

衬底材料，所述衬底材料在加工方向上通过所述打印系统转移；

多个颜色添加剂制造设备，所述多个颜色添加剂制造设备邻近所述衬底材料连续地定位，所述多个颜色添加剂制造设备中的每一个包括：

图像形成设备，所述图像形成设备用于选择性地以相应半色调图案将无染料粘附剂沉积到所述衬底材料的成像区域上，

色粉施加器，所述色粉施加器被配置为将相应的色粉施加到所述衬底材料和所述粘附剂上，其中所述相应的色粉经由与所述粘附剂的相互作用附接到所述衬底材料，所述相应的色粉由每个具有不同颜色的所述色粉施加器施加，和

色粉移除器，所述色粉移除器被配置为移除未附接到所述衬底材料的任何所施加的相应色粉，以在所述衬底材料上留下所述相应颜色的半色调聚合物图像；

融合器，所述融合器在所述加工方向上定位在所述多个颜色添加剂制造设备中的每一者之后，每个融合器被配置为至少部分地固化由所述先前的颜色添加剂制造设备添加的相应颜色半色调聚合物图像，足以使所述相应颜色半色调聚合物图像与所述衬底材料的成像区域上的任何先前添加的颜色半色调聚合图像稳定；和

控制器，所述控制器与所述多个颜色添加剂制造设备中的每一个通信，以输出控制信号来控制所述相应颜色添加剂制造设备的操作，

用所述颜色半色调聚合物图像打印所述衬底材料以在所述成像区域处形成聚合半色调颜色图像。

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