CN112423918A - 用于打印三维物体的装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于打印三维物体的方法，该方法包括：基于3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；以及根据该沉积参数使用打印头开始打印。打印包括在电流流过原料并流入基底中时对至少一种原料进行加热，反之亦然。接着，(i)可以测量3D物体或原料的一个或多个性质，并且(ii)可以确定在(i)中测量的3D物体的一个或多个性质是否满足3D物体或原料的一个或多个预定性质。可以在确定所测量的性质不满足预定性质时调节沉积参数。打印头和调节后的沉积参数可用于继续打印3D物体。

Description

用于打印三维物体的装置、方法和系统

交叉引用

本申请要求于2018年3月19日提交的美国临时专利申请No.62/644,990的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。

背景技术

用于金属结构的增材制造的现有技术通常可以分为三类：粉末床熔合(例如，直接金属激光烧结)、粘合剂粉末粘结并于随后烧结以及熔合金属沉积。

粉末床熔合技术包括在构建区域中的金属粉末床，并且可以将激光或电子束应用于粉末颗粒以使其彼此选择性地接合以形成适当的图案。当完成一层时，可以将更多的金属粉末散布在第一层上，并且可以使粉末颗粒以针对该层适当的图案而与先前的层接合。该过程可以继续，将新鲜的粉末散布在构建区域的整个表面上，并且继而使其选择性地接合，从而逐层地构建结构。可以从粉末床内取出成品零件，并且继而可以将粉末从构建区域清空，以开始下一零件。然而，常规使用金属粉末作为原材料可能是有问题的。金属粉末可能生产昂贵，并且对于相同体积的材料而言一般比由相同材料制成的线更昂贵。金属粉末可能处理困难且危险。例如，溅出的金属粉末可以在空气中形成灰尘，吸入该灰尘是危险的，并且这样的灰尘甚至可能有爆炸危险。此外，粉末床熔合增材制造技术所需的粉末的量可比制造该零件所需的粉末的量大许多倍，原因在于会用粉末来填充整个构建区域。这可增加该过程的成本，并可导致粉末的损耗和浪费，使其可能不容易重复使用。常规的基于粉末的工艺还可能非常缓慢，原因在于会将粉末在并行层的散布精确地进行为所需的层厚度，并且原因在于用激光或电子束添加热量以熔合粉末可能比较慢且效率低。

粉末床熔合可以使用大功率激光或电子束作为热源来熔合颗粒。此类工艺可能会有很多安全风险，特别是在熔合金属所需的功率下。此外，与直接施加到接合面的热量相比，使用激光或电子束熔化粉末可能需要更多的热量，这可能会减慢整个工艺并导致多余的热量散发到粉末床中。因此，在激光加热周围的区域中可能存在不希望的烧结颗粒的危险。因此，该工艺可能更适用于热传导不良的金属和合金。

粘合剂粘结可以使用粘结剂来接合相邻的粉末颗粒，而不是通过加热颗粒来对颗粒进行直接熔合。可以将粘结剂选择性地进行喷涂以形成图案，并可以逐层添加粉末以形成结构，通常称为“生坯”。在可替选形式中，可以从打印头挤出粘结剂和粉末的混合物。为了制造机械上牢固的金属零件，通常可以从粉末床移除所述生胚，去除胶，并将零件放置在炉中以对粘结的金属粉末进行烧结。烧结可增加工艺的复杂性以及生产零件所需的时间。对于较厚的零件，可能难以除去所有粘结剂，或难以将基于粉末的零件烧结至完全的密度和强度。另外，被粘结剂占据的体积可在金属部件中变成空隙。当对零件进行烧结时，它们可能会收缩以填充此类空隙，从而难以保持精确的形状。

在熔融金属沉积技术中，对金属进行液化的热量源于等离子体、电弧或激光束。继而，当金属冷却时，以图案来喷涂或滴注熔融金属，从而通过构建各层来形成结构。通过喷涂或滴注金属而实现的分辨率与其他工艺相比通常较差。另外，由于对金属被进行喷射或滴注，因此可以沉积的几何结构受到限制。

发明内容

在另一方面，本公开提供了一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的方法，该方法包括：(a)至少部分地基于所述3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；(b)根据所述至少一个沉积参数使用打印头以开始所述3D物体的打印，其中，所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；(c)在用所述打印头打印所述3D物体的同时，(i)测量所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个性质，并且(ii)确定在(i)中测量的所述3D物体的所述一个或多个性质是否满足所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个预定性质；(d)在确定在(c)中测量的所述3D物体或所述至少一种原料的所述一个或多个性质不满足所述一个或多个预定性质时，调节所述至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数；和(e)使用所述打印头和所述至少一个调节后的沉积参数来继续打印所述3D物体。

在一些实施方式中，通过模拟所述3D物体来生成所述一个或多个预定性质。在一些实施方式中，所述模拟包括有限元分析。在一些实施方式中，在打印3D物体之前执行所述模拟。在一些实施方式中，在打印所述3D物体的同时实时地调节所述至少一个沉积参数。

在一些实施方式中，所述至少一种原料是金属线或多金属线(multi-metalwire)。在一些实施方式中，所述多金属线是管状多金属线。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数是所述打印头可用于打印所述3D物体的工具路径轨迹或工艺参数。在一些实施方式中，在(c)中的所述测量包括测量在其中生成所述3D物体的所述基底或环境的至少一个沉积参数。在一些实施方式中，(c)还包括使用一个或多个传感器来测量所述3D物体的所述一个或多个性质。在一些实施方式中，所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、重量测量器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。

在一些实施方式中，所述测量包括使用选自以下各项中的一种或多种：光学高温测定法、红外热成像法、光谱法、激光超声法、重量测量、接触力测量、位置测量、电能测量、电阻测量、电感测量和电容测量。在一些实施方式中，所述一个或多个性质包括选自以下各项中的一种或多种：调制信号、质量、热质量、所述至少一种原料的质量流率、腔室温度、热容、表面温度、电流、电压、所述至少一种原料的尖端的接触力以及所述至少一种原料的量。在一些实施方式中，所述调制信号是脉冲宽度调制。

在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电阻、所述至少一种原料的接触力、所述至少一种原料的几何结构、所述3D物体的至少一部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的至少一部分的位置、所述打印头和所述基底的位置、所述打印头和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、电流、在所述至少一种原料和所述基底之间施加的电压、电阻参数、所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电容。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数是所述3D物体或所述至少一种原料的能量或质量。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数对应于所述3D物体的至少一个体素或所述至少一种原料的能量或质量。在一些实施方式中，(c)还包括计算所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量。在一些实施方式中，用于打印3D物体的方法还包括将所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量存储在计算机存储器中。在一些实施方式中，(d)包括控制所述3D物体或所述至少一种原料的质量。在一些实施方式中，(d)包括在所述打印所述3D物体期间控制沉积速率或质量流率。在一些实施方式中，所述加热是焦耳加热。

在另一方面，本公开提供了一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的系统，包括：打印头，所述打印头被配置为打印所述3D物体；和一个或多个计算机处理器，所述一个或多个计算机处理器可操作地耦合到所述打印头，其中所述一个或多个计算机处理器被单独或共同编程以：(i)至少部分地基于所述3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；(ii)根据所述至少一个沉积参数引导所述打印头以开始所述3D物体的打印，其中，所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；(iii)在用所述打印头打印所述3D物体的同时，(1)测量所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个性质，并且(2)确定在(1)中测量的所述3D物体的所述一个或多个性质是否满足所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个预定性质；(iv)在确定在(iii)中测量的所述3D物体或所述至少一种原料的所述一个或多个性质不满足所述一个或多个预定性质时，调节所述至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数；和(v)使用所述打印头和所述至少一个调节后的沉积参数来继续打印所述3D物体。在一些实施方式中，所述基底包括被固定到支撑体的至少一个导电片。

在另一方面，本公开提供了一种用于打印三维(3D)物体的方法，该方法包括：(a)提供用于在所述打印期间支撑所述3D物体的基底，以及被固定到所述基底的至少一个导电片；和(b)打印被固定到所述至少一个导电片上的所述3D物体，所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述至少一个导电片中时使所述至少一种原料与所述至少一个导电片接触以进行加热，反之亦然。

在一些实施方式中，所述加热是焦耳加热。在一些实施方式中，所述打印包括在使所述电流流过所述至少一种原料并流入所述至少一个导电片中的同时，使所述至少一种原料相对于所述至少一个导电片移动，反之亦然。在一些实施方式中，所述基底是导电的。

在另一方面，本公开提供一种用于打印三维(3D)物体的系统，该系统包括：基底，所述基底用于在所述打印期间支撑所述3D物体；至少一个导电片，所述至少一个导电片被固定到所述基底，并且在所述打印期间所述3D物体被固定到所述至少一个导电片；和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为在电流流过至少一种原料并流入所述导电片时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然。

在一些实施方式中，所述基底是导电的。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括在多轴机械臂上的至少一个打印头，用于分配所述至少一种原料。在一些实施方式中，所述多轴机械臂是六轴或七轴机械臂。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括一个或多个尖端，所述一个或多个尖端用于对所述3D物体的至少一层进行成形。在一些实施方式中，所述成形包括机械操控。

在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括切割器，所述切割器用于在沉积期间或之后切割所述至少一种原料的一部分。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于测量所述3D物体的至少一个性质。在一些实施方式中，所述一个或多个传感器位于所述基底的外部。在一些实施方式中，所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、重量测量器、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。

在一些实施方式中，所述基底是旋转圆柱体或转盘。在一些实施方式中，所述至少一个导电片采取所述基底的形式。在一些实施方式中，所述至少一个导电片包括选自金属网、箔和膜中的一种或多种。在一些实施方式中，所述至少一个导电片由粘附到所述至少一种原料的材料形成。在一些实施方式中，所述至少一个导电片形成所述3D物体的一部分。在一些实施方式中，所述至少一个导电片被使用真空固定到所述基底。在一些实施方式中，所述基底包括用于所述真空的孔。在一些实施方式中，改变所述真空以改变热量流动或所述电流的流动。

在一些实施方式中，所述至少一个导电片被非磁性地固定到所述基底。在一些实施方式中，所述基底包括用于热电偶和加热盒的孔。在一些实施方式中，通过控制所述3D物体的至少一个沉积参数来调节用于打印所述3D物体的至少一部分的工具路径。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料的电阻、接触力、几何结构、所述3D物体的所述至少所述部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的所述至少所述部分的位置、馈送器和所述导电片的位置、所述馈送器和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电流、电压、电阻参数、电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电容。在一些实施方式中，所述至少一个导电片被可移除地固定到所述基底。

在另一方面，本公开提供了一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的方法，包括：(a)至少部分地基于所述3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；(b)通过在电流流过至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，使用打印头和所述至少一个沉积参数开始所述3D物体的打印，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；(c)在用所述打印头打印所述3D物体的同时，(i)测量所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个性质，并且(ii)确定在(i)中测量的所述3D物体的所述一个或多个性质是否满足所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个预定性质；(d)在确定在(c)中测量的所述3D物体或所述至少一种原料的所述一个或多个性质不满足所述一个或多个预定性质时，调节所述至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数；和(e)使用所述打印头和所述至少一个调节后的沉积参数来继续打印所述3D物体。

在一些实施方式中，通过模拟所述3D物体来生成所述一个或多个预定性质。在一些实施方式中，所述模拟包括有限元分析。可以在打印所述3D物体之前执行所述模拟。在一些实施方式中，在打印所述3D物体的同时实时地调节所述至少一个沉积参数。在一些实施方式中，所述至少一种原料是金属线或多金属线。所述多金属线可以是管状多金属线。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数是所述打印头可用于打印所述3D物体的工具路径轨迹或工艺参数。在一些实施方式中，在步骤(c)中的所述测量包括测量在其中生成所述3D物体的所述基底或环境的至少一个沉积参数。在一些实施方式中，步骤(c)还包括使用一个或多个传感器来测量所述3D物体的所述一个或多个性质。

在一些实施方式中，所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、重量测量器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。在一些实施方式中，所述测量包括使用选自以下各项中的一种或多种：光学高温测定法、红外热成像法、光谱法、激光超声法、重量测量、接触力测量、位置测量、电能测量、电阻测量、电感测量和电容测量。在一些实施方式中，所述一个或多个性质包括选自以下各项中的一种或多种：调制信号、质量、热质量、所述至少一种原料的质量流率、腔室温度、热容、表面温度、电流、电压、所述至少一种原料的尖端的接触力以及所述至少一种原料的量。所述调制信号可以是脉冲宽度调制。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电阻、所述至少一种原料的接触力、所述至少一种原料的几何结构、所述3D物体的至少一部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的至少一部分的位置、所述打印头和所述基底的位置、所述打印头和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、电流、在所述至少一种原料和所述基底之间施加的电压、电阻参数、所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电容。所述至少一个沉积参数可以是所述3D物体或所述至少一种原料的能量或质量。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数对应于所述3D物体的至少一个体素或所述至少一种原料的能量或质量。在一些实施方式中，步骤(c)还包括计算所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量。在一些实施方式中，步骤c)还包括将所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量存储在计算机存储器中。在一些实施方式中，步骤(d)包括控制所述3D物体或所述至少一种原料的质量。在一些实施方式中，步骤(d)包括在所述打印所述3D物体期间控制沉积速率或质量流率。在一些实施方式中，所述加热是焦耳加热。

在另一方面，本公开提供了一种用于打印三维(3D)物体的系统，包括：导电基底，所述基底用于在所述打印期间支撑所述3D物体；至少一个片材，所述至少一个片材被固定到所述导电基底，并且在所述打印期间所述3D物体被固定到所述至少一个片材；和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为在电流流过至少一种原料并流入所述导电基底时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括在多轴机械臂上的至少一个打印头，用于分配所述至少一种原料。在一些实施方式中，所述多轴机械臂是六轴或七轴机械臂。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括一个或多个尖端，所述一个或多个尖端用于对所述3D物体的至少一层进行成形。在一些实施方式中，所述成形包括机械操控。在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括切割器，所述切割器用于在沉积期间或之后切割所述至少一种原料的一部分。

在一些实施方式中，用于打印3D物体的系统还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于测量所述3D物体的至少一个性质。在一些实施方式中，所述一个或多个传感器位于所述导电基底的外部。在一些实施方式中，所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、重量测量器、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。在一些实施方式中，所述导电基底是旋转圆柱体或转盘。

在一些实施方式中，所述至少一个片材采取所述导电基底的形式。在一些实施方式中，所述至少一个片材包括选自金属网、箔和膜中的一种或多种。在一些实施方式中，所述至少一个片材由粘附到所述至少一种原料的材料形成。在一些实施方式中，所述至少一个片材形成所述3D物体的一部分。在一些实施方式中，所述至少一个片材被使用真空固定到所述导电基底。

在一些实施方式中，所述导电基底包括用于所述真空的孔。在一些实施方式中，改变所述真空以改变热量流动或电流的流动。在一些实施方式中，所述至少一个片材被非磁性地固定到所述导电基底。在一些实施方式中，所述导电基底包括用于热电偶和加热盒的孔。在一些实施方式中，通过控制所述3D物体的至少一个沉积参数来调节用于打印所述3D物体的至少一部分的工具路径。在一些实施方式中，所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料的电阻、接触力、几何结构、所述3D物体的所述至少所述部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的所述至少所述部分的位置、馈送器和所述导电基底的位置、所述馈送器和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电流、电压、电阻参数、电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电容。在一些实施方式中，所述至少一个片材被可移除地固定到所述导电基底。

在另一方面，本公开提供了一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的方法，包括：(a)在计算机存储器中接收所述3D物体的计算表示；(b)通过以下方式使用打印头以开始打印所述3D物体：(i)将至少一种原料通过馈送器导向所述基底，和(ii)使电流流过所述至少一种原料并流入所述基底，反之亦然；(c)在电流流过所述至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；(d)根据所述3D物体的所述计算表示，紧邻所述基底沉积所述至少一种原料的所述至少所述部分的至少一层，从而打印所述3D物体；和(e)使用一个或多个尖端使所述至少一层成形。在一些实施方式中，用于打印3D物体的方法还包括将(d)和(e)重复一次或多次，以紧邻所述基底对所述至少一种原料或至少一种其它其他原料的另外的部分进行沉积和成形。在一些实施方式中，用于打印3D物体的方法还包括继(e)之后，改变所述一个或多个尖端相对于所述至少一层的相对位置。

在一些实施方式中，在打印所述3D物体之后执行步骤(e)。在一些实施方式中，步骤(d)包括在沉积所述至少一层之后切割所述至少一种原料的所述至少所述部分。在一些实施方式中，步骤(e)还包括对所述至少一种原料的所述至少所述部分的所述至少一层进行机加工。在一些实施方式中，机加工包括所述机加工包括使用选自计算机数控机加工、铣削精加工、喷砂和抛光中的一种或多种。在一些实施方式中，在同一装置中执行对所述3D物体的所述打印和所述机加工。在一些实施方式中，所述成形包括机械操控。在一些实施方式中，通过改变选自压力、热量、功率和气体量中的一个或多个参数来执行所述成形。在一些实施方式中，该基底是预先存在的3D物体或导电基底。在一些实施方式中，所述一个或多个尖端是涂抹尖端或重熔尖端。

本公开提供了用于利用一种或多种原料以受控方式逐层制造金属物体的方法和系统，从而能够制造3D结构。所述一种或多种原料可以包括，例如，(1)线、带或片材，(2)多个线、带或片材，或(3)线、带和片材中的两种或更多种的组合(例如，线和带的组合)。此类方法和系统可以不使用金属粉末作为原材料，可以不需要过多的热量，可以不需要用于固化的耗时且不经济的烧结步骤，并且可以产生更高的精度、分辨率和零件几何结构。

金属原料可包括一种或多种元素金属(例如合金)或包含金属和至少一种非金属的复合材料。可以使用如所需的原料的量来形成所要制造的物体，从而消除了与基于粉末的技术相关联的大部分浪费和/或回收过程(如果不是全部的话)。原料可以更容易处理，并且使得能够进行更快的制造，原因在于其仅被部署在制造固体结构的精确点处。原料可以在与制造平台或者与正在制造的结构的先前层接触时经由流过原料流入平台或先前层电流的流动而被加热，从而在接触点处形成熔融液滴(或“片段”)。流动可以包括电流的脉冲。熔融的液滴可以粘附在适当的位置，从而使得能够逐层地制造零件。有利地，可以需要单个融化/沉积步骤，从而避免了对于将金属片段粘在一起的分开的烧结步骤的需要。此外，电流可以在原料与制造平台或正在制造的结构的先前层接触时流过原料，从而使对原料(以及所制造的结构)的加热最小化，防止在原料尖端处形成电弧并且以最小的热量熔化原料。。

本公开的方法和系统公开的方法和系统有利地能够使得能够在相邻片段之间的接触点处(即，在原料的尖端与制造平台或正在制造的结构的先前层之间)——恰好在需要热量以进行熔合之处生成热量。这可以允许与在激光加热技术中所使用的产生热量相比在适当位置更快地产生热量。这种热量产生可以包括低的热时间常数。在其他情况下，这种热量产生能够实现更快的整体加工，不会对周围片段造成不希望的加热风险，并且使用许多不同的金属和合金。其还可以减少安全问题，并且构建区域通常保持在较低的温度。

本公开的方法和系统解决了现有方法例如电弧焊(GMAW)、电阻点焊(RSW)和计算机辅助制造(CAM)技术所固有的问题。本公开的实施方式利用惰性气体屏蔽和细原料电极作为金属原料的电极和源，由于电阻而加热和熔化馈送金属和基底金属的电流，并且可以通过计算机控制接口来控制原料电极在三维中的运动，从而允许以适当的形状沉积材料这些特征使得能够以低成本并以最小的安全问题而使用多种金属和金属合金中的任何一种来生产3D金属结构。

本公开提供一种在导电基底上逐层地制造三维金属结构的方法。通过将多个金属片段沉积到所述基底上而形成所述结构的第一层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将原料安置成与所述基底相接触，以及(ii)使电流经过所述原料和所述基底。所述原料的一部分熔化以在所述基底上形成所述金属片段。通过在所述结构的所述第一层上沉积多个金属片段而形成所述结构的一个或多个后续层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将所述原料安置成与先前沉积的金属片段相接触，以及(ii)使电流经过所述原料、所述先前沉积的金属片段和所述基底。原料的一部分可以熔化以在所述先前沉积的金属片段上形成所述金属片段。

在所述金属片段的沉积期间可以使气体流过所述原料的尖端。所述气体可以减少或基本上防止在沉积期间所述金属片段的氧化。所述气体可以增加在沉积期间所述金属片段的冷却速率。在沉积每个金属片段之后，可以用一个或多个机械致动器(例如，线性马达、伺服传动装置、步进马达、螺线管等)来改变所述原料和所述基底的相对位置。所述原料可包含一种或多种金属。在一些示例中，原料包含选自钢、不锈钢、铁、铜、金、银、钴、铬、镍、钛、铂、钯、钛和铝的一种或多种金属。原料可以包含至少一种金属和至少一种非金属(例如，半导体)。原料可以包含至少一种金属和至少一种聚合物材料。至少一种聚合物材料可以包括热固性聚合物树脂，或者可以是聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚乙烯(PE)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚苯醚(PPO)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对亚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PESU)、聚苯醚和聚碳酸酯(PC)。原料可以包括至少一种纤维材料，例如含碳、碳纳米管和/或石墨烯的纤维。该纤维可以提供加强。

可以通过以下方式来控制所述结构的至少一部分的密度或孔隙度：(i)改变所述原料与所述基底或下层片段之间的相邻接触点之间的间距，(ii)改变施加在所述原料与所述基底之间的电流的大小，和/或(iii)改变馈送到每层的各个部分中的原料的量。可以储存三维结构的计算表示(例如，模型设计)。可以从所述计算表示提取与连续层相对应的数据集，并且可以根据所述数据执行所述形成步骤中的每一个。可以通过控制(例如，在沉积期间和/或之后)所述原料从其中回缩的速度来选择至少一个金属片段的尺寸。在其他情况下，可以(例如，在沉积期间和/或之后)通过控制插入馈送器中原料的量和/或速度来选择至少一个金属片段的尺寸。在所述原料熔化之前可以移除所述原料的外部部分，以形成所述金属片段中的至少一个。可以跟踪和/或储存用于形成所述结构的所述第一层和所述一个或多个后续层的原料的量。可以响应于至少部分地(例如，基本上完全由于)由所述原料的尖端处的电阻(即，由原料的尖端与下层结构例如基底、下层片段或相邻体素之间的接触所产生的电阻)所产生的热量来形成所述金属片段。

在另一方面，本公开提供一种用于从通过熔化原料所形成的片段来逐层地制造三维金属结构的装置。所述装置包括下列各项或者基本上由其组成：导电基底，用于在制造期间支撑所述结构；馈送原料机构，用于在所述基底上分发原料；一个或多个机械致动器，用于控制所述基底与所述原料馈送机构的相对位置；电源，用于在所述原料与所述基底之间施加足以使所述原料释放金属片段(例如，经由从所述原料和例如所述基底等与之接触的物体之间的电阻所产生的热量)的电流；以及电路，用于控制所述一个或多个致动器和所述电源以从连续释放的金属片段在所述基底上创建所述三维金属结构。

所述电路可以包括基于计算机的控制器或者基本上由其组成，用于控制所述一个或多个机械致动器和/或所述电源。所述基于计算机的控制器可以包括计算机存储器和3D渲染模块，或者基本上由其组成。所述计算机存储器可以储存三维结构的计算表示。所述3D渲染模块可以从所述计算表示提取与连续层相对应的数据集。所述控制器可以使得所述机械致动器和所述电源根据所述数据而形成连续层沉积的金属片段。可以将原料安置在所述原料馈送机构内。

本公开提供一种在导电基底上逐层地制造三维金属结构的方法。通过将多个金属片段沉积到所述基底上而形成牺牲筏结构。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将第一原料安置成与所述基底相接触，以及(ii)使电流经过所述第一原料和所述基底。所述第一原料的一部分熔化以在所述基底上形成所述金属片段。通过将多个金属片段沉积到所述牺牲筏结构上而形成所述结构的第一层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将第二原料安置成与所述牺牲筏结构相接触，以及(ii)使电流经过所述第二原料、所述牺牲筏结构和所述基底。所述第二原料的一部分熔化以在所述牺牲筏结构上形成所述金属片段。通过在所述结构的所述第一层上沉积多个金属片段而形成所述结构的一个或多个后续层。每个金属片段通过以下方式来沉积：(i)将所述第二原料安置成与先前沉积的金属片段相接触，以及(ii)使电流经过所述第二原料、所述先前沉积的金属片段、所述牺牲筏结构和所述基底。所述第二原料的一部分熔化以在所述先前沉积的金属片段上形成所述金属片段。

所述牺牲筏结构的密度和/或孔隙度可以小于所述结构的密度和/或孔隙度。所述牺牲筏结构可以限定穿过其中的一个或多个开口。所述牺牲筏结构可以包括多个层、基本上由其组成，或者由其组成。所述牺牲筏结构的至少一层的厚度可以大于所述结构中的至少一层的厚度。所述牺牲筏结构的至少一层的厚度可以大于所述结构的所有层的厚度。所述牺牲筏结构的最底层(即，与所述基底直接接触的所述牺牲筏结构的层)的厚度可以大于所述结构的至少一层或者甚至所有层的厚度。在制造所述结构之后，可以从所述基底移除所述牺牲筏结构，并且所述结构的至少一部分可以保留在所述牺牲筏结构上。在从所述基底移除所述牺牲筏结构之后，可以从所述结构分离所述牺牲筏结构。所述第一原料和所述第二原料可以包含不同材料(例如，不同的金属)、基本上由不同材料(例如，不同的金属)组成，或者由不同材料(例如，不同的金属)组成。所述第一原料和第二原料可以包含相同材料(例如，相同的金属)、基本上由相同材料(例如，相同的金属)组成，或者由相同材料(例如，相同的金属)组成。可以响应于至少部分地(例如，基本上完全由于)由所述原料的尖端处的电阻(即，由原料的尖端与下层结构例如基底、筏或下层片段之间的接触所产生的电阻)所产生的热量来形成所述金属片段。

本公开的另一方面提供了一种用于在支撑体或先前沉积在支撑体上的层上逐层打印三维(3D)物体的方法，该方法包括：在计算机存储器中接收3D物体的计算表示；在接收到3D物体的计算表示之后，通过馈送器的开口导送至少一种原料，直到原料与支撑体或先前沉积在支撑体上的层接触；使用电源以使电流流过至少一种原料并流入支撑体或先前沉积在支撑体上的层中；在电流流过至少一种原料并流入支撑体或先前沉积在支撑体上的层中时，对至少一种原料和支撑体进行焦耳加热，该焦耳加热足以熔化至少一种原料的一部分；将至少一种原料的所述部分沉积在支撑体或先前沉积在支撑体上的层上以产生包含至少一种原料的所述部分的层；和重复进行沉积一次或多次以沉积至少一种原料的一个或多个另外的层。

本公开的另一方面提供了一种用于在支撑体或先前沉积在支撑体上的层上逐层打印三维(3D)物体的系统，该系统包括：至少一种原料的源；支撑体，其被配置为在成形期间支撑3D物体；馈送器，其被配置为将来自所述源的所述至少一种原料通过所述馈送器的开口导向所述支撑体或先前沉积在所述支撑体上的层；电源，其被配置为供应流过所述至少一种原料并流入所述支撑体或先前沉积在所述支撑体上的层中的电流；以及控制器，其可操作地联接到电源，其中，所述控制器被配置为：(i)在计算机存储器中接收3D物体的计算表示，(ii)在接收到3D物体的计算表示之后，通过馈送器的开口引导至少一种原料，直到原料与支撑体或先前沉积在支撑体上的层接触；(iii)使用电源引导电流流过至少一种原料并流入支撑体或先前沉积在支撑体上的层中；(iv)在电流流过至少一种原料并流入支撑体或先前沉积在支撑体上的层中时，对至少一种原料进行焦耳加热，焦耳加热足以熔化至少一种原料的一部分，使得至少一种原料的所述部分沉积在支撑体或先前沉积在支撑体上的层上以产生包含至少一种原料的所述部分的层，(v)通过将(iv)重复一次或多次以沉积至少一种原料的一个或多个另外的层，以将至少一种原料的另外的部分直接沉积在支撑体上。

根据本公开的各个教导，可以利用金属原料以受控的方式逐层制造金属物体，从而能够制造3D结构。经过馈送器的所有原料都可以用于所打印的物体，从而消除了与基于粉末的技术相关的大多数浪费和/或回收过程。原料可更容易地处理。可以打印零件的至少一部分的近净形状。

原料可以经由电流在与制造平台或所制造的结构的先前层接触时被加热，从而在接触点处形成熔化片段。熔融液滴可以附着在适当的位置，从而实现零件的逐层制造。在一些情况下，可能需要单个熔化和/或沉积步骤，从而不需要单独的烧结步骤来将金属片段粘接在一起。

另外，在与制造平台或所制造的结构的先前层接触时，可以将电流施加到原料上，从而使对原料(和所制造的结构)的加热最小化并防止在原料尖端形成电弧。本公开的教导利用焦耳加热来熔化原料。焦耳加热是一种快速而有效的金属加热机制，其可以允许大大提高打印速度。

在本公开中，可以在相邻片段之间的接触点(即，在原料的尖端与制造平台或所制造的结构的先前层之间)产生热量。该位置与需要热量进行熔合之处重合。与在激光加热技术中利用的热量输入相比，这导致较低的热量输入。较低的热量输入可以能够实现更快的整体处理，而无需加热周围的片段。使用焦耳加热可以适用于许多不同的金属和合金。这也减少了安全隐患，并且通常可以将构建区域保持在较低的温度。

本公开还提供了一种馈送单元，该馈送单元精确地测量和控制原料的位置、原料的馈送速度以及流经原料的电流，从而允许对整个打印过程进行精准控制。在其他情况下，可以将多种金属用作原料，并且可以在零件的构建期间更换原料，使得打印的零件可以由多于一种的金属制成。

惰性气体保护和原料电极可以用作金属原料的电极和源两者，由于接触电阻，电流加热和熔化原料金属和碱金属。这种组合可以通过计算机控制的界面在三个维度上控制金属线电极和/或原料的运动，从而允许以期望的形状沉积材料。这些特征可以使得能够以低成本在最小的安全考虑的情况下使用多种金属和金属合金中的任何一种来产生3D金属结构。在一方面，本公开提供了在导电基底上逐层制造三维金属结构的的方法。可以通过将多个金属片段沉积到基底上来形成结构的第一层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将原料安置成与基底接触，以及(ii)使电流经过原料和基底。原料的一部分可以熔化以在基底上形成金属片段。可以通过在结构的第一层上沉积多个金属片段来形成结构的一个或多个后续层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)将原料安置成与先前沉积的金属片段接触，以及(ii)使电流经过原料、先前沉积的金属片段和基底。原料的一部分可以熔化以在先前沉积的金属片段上形成金属片段。

在一些情况下，在金属片段的沉积期间，可以使气体流过原料的至少一个尖端。气体可以在沉积期间减少或基本上防止金属片段的氧化。气体可以在沉积期间增大金属片段的冷却速率。在沉积每个金属片段之后，可以通过一个或多个机械致动器(例如，步进马达、螺线管等)来改变原料和基底的相对位置。原料可以包括以线形式可用的任何金属或多种金属，或基本上由以线形式可用的任何金属或多种金属组成。原料可以选自线、带和片材。

结构的至少一部分的孔隙度可以通过以下方式来控制：(i)改变原料与基底或下层片段之间的相邻接触点之间的间隔，和/或(ii)改变施加在原料和基底之间的电流的大小和/或(iii)改变输送到结构的每个部分的原料的量。可以存储三维结构的计算表示。可以从计算表示中提取与连续层相对应的数据集，并且可以根据该数据执行每个成形步骤。可以通过控制原料从其中回缩的速度(例如，在沉积期间和/或之后)来选择至少一个金属片段的尺寸。可以在原料熔化以形成金属片段中的至少一个之前去除原料的外部。可以追踪和/或存储用于形成结构的第一层和一个或多个后续层的原料的量。可以响应于至少部分地(例如，基本上全部由于)在原料的尖端处的焦耳加热而产生的热量来形成金属片段。例如，电流可以流过原料的尖端流入诸如基底或下层片段的下层结构中。

在另一方面，本公开提供了一种用于由通过熔化原料形成的片段来逐层制造三维金属结构的装置。该装置可以包括：导电基底，其用于在制造期间支撑结构；原料馈送机构，其用于在基底上分配原料；一个或多个机械致动器，其用于控制基底和原料馈送机构的相对位置；电源，其用于施加足以熔化原料尖端的量的流过基底的电流；以及电路，其用于控制一个或多个致动器和电源，以由连续释放的金属片段在基底上创建三维金属结构。熔化可以由于电流与原料尖端的电阻的相互作用、原料与物体之间的接触而产生的热量引起。该物体可以是基底。

该装置可以包括以多种组合中的任何一种的以下的一个或多个。该电路可以包括基于计算机的控制器或基本上由基于计算机的控制器组成，所述基于计算机的控制器用于控制一个或多个机械致动器和/或电源。所述基于计算机的控制器可以包括计算机存储器和3D渲染模块或基本上由计算机存储器和3D渲染模块组成。该计算机存储器可以存储三维结构的计算表示。3D渲染模块可以从计算表示中提取与连续层相对应的数据集。控制器可以根据数据使机械致动器和电源形成连续的沉积金属片段的层。原料可以设置在原料馈送机构内。

本公开还提供了一种在导电基底上逐层制造三维金属结构的方法。可以通过将多个金属片段沉积到基底上来形成牺牲筏结构。牺牲筏可以是与打印的3D物体分离的部分。分离的部分可以是圆柱体或板。可以通过如下来沉积每个金属片段：(i)将第一原料安置成与基底接触，以及(ii)使电流流过第一原料和基底。第一原料的一部分可以熔化以在基底上形成金属片段。可以通过将多个金属片段沉积在牺牲筏结构上来形成结构的第一层。每个金属片段可以通过以下方式来沉积：(i)将第一原料或第二原料安置成与牺牲筏结构接触，以及(ii)使电流流过第一原料或第二原料、牺牲筏结构和基底。第一原料或第二原料的一部分可以熔化以在牺牲筏结构上形成金属片段。可以通过将多个金属片段沉积在结构的第一层上来形成结构的一个或多个后续层。每个金属片段通过如下方式来沉积：(i)使第一原料或第二原料与先前沉积的金属片段接触，以及(ii)使电流经过第一原料或第二原料、先前沉积的金属片段、牺牲筏结构以及基底。第一原料或第二原料的一部分可以熔化以在先前沉积的金属片段上形成金属片段。

在一些情况下，牺牲筏结构的密度和/或孔隙度可以小于结构的密度和/或孔隙度。牺牲筏结构可限定从其中穿过的一个或多个开口。牺牲筏结构可以包括多个层，基本上由多个层组成或由多个层组成。牺牲筏结构的至少一层的厚度可以大于所述结构的至少一层的厚度。牺牲筏结构的至少一层的厚度可以大于所述结构的所有层的厚度。牺牲筏结构的最底层的厚度(即，牺牲筏结构的直接与基底接触的层)的厚度可以大于所述结构的至少一层或甚至所有层的厚度。在制造所述结构之后，可以将牺牲筏结构从基底移除，并且所述结构的至少一部分可以保留在牺牲筏结构上。在从基底移除牺牲筏结构之后，可以将牺牲筏结构与所述结构分离。

第一原料和第二原料可以包括不同的材料(例如，不同的金属)，基本上由不同的材料(例如，不同的金属)组成或由不同的材料(例如，不同的金属)组成。原料可包括至少一种类型的材料(例如金属)。第一金属原料和第二金属原料可包括相同的材料(例如，相同的金属)，基本上由相同的材料(例如，相同的金属)组成或由相同的材料(例如，相同的金属)组成。可以响应于至少部分地(例如，基本上完全由于)在原料的尖端处的焦耳加热而产生的热量来形成金属片段。热量可以是由流经原料尖端和原料尖端与之直接接触的下层结构的电流产生的。下层结构可以是基底、筏或下层片段。

本公开的另一方面提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在被一个或多个计算机处理器执行时，实现了本文以上或其他地方的任何方法。

本公开的另一方面提供了一种系统，该系统包括一个或多个计算机处理器和耦合到一个或多个计算机处理器的计算机存储器。所述计算机存储器包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现本文以上或其他地方的任何方法。

根据以下详细描述，本公开的另外的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的说明性实施方式。如将会认识到，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各个显而易见的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利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、专利或专利申请被具体地和单独地指明通过引用并入本文。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与说明书中包含的公开内容相抵触的程度上，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类抵触的材料。

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。通过参考以下详细描述以及附图(本文中也称为“图”和“附图”)，可以更好地理解本发明的特征和优点，以下详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施方式，其中：

图1是根据本公开的各个实施方式的增材制造装置的示意图；

图2A-图2G是根据本公开的各个实施方式的，在三维物体的制造期间的金属片段的沉积的示意图；

图3是根据本公开的各个实施方式的，具有不同片段分辨率的区域的打印三维物体的示意图；

图4A是根据本公开的各个实施方式的，以低孔隙度打印的片段的示意图；

图4B是根据本公开的各个实施方式的，以高孔隙度打印的片段的示意图；

图5A-图5C示意性地描绘了根据本公开的各个实施方式的，来自原料的片段的沉积；

图5D-图5F示意性地描绘了根据本公开的各个实施方式的，通过使用不同的原料回缩速率而沉积的不同尺寸的片段；

图6是根据本公开的各个实施方式的机械原料跟踪系统的示意图；

图7是根据本公开的各个实施方式的光学原料跟踪系统的示意图；

图8是根据本公开的各个实施方式的抗堵塞机构的示意图；

图9A和图9B是根据本公开的各个实施方式的，在基底与打印零件之间打印的牺牲结构的示意平面图；

图9C是根据本公开的各个实施方式的，在基底上的牺牲结构上打印的零件的示意截面图；

图10A是根据本公开的各个实施方式的，从基底移除牺牲结构和打印零件的示意图；

图10B是根据本公开的各个实施方式的，从打印零件移除牺牲结构的示意图；

图11示出了计算机系统的示例，该计算机系统被编程或否则被配置为实现本文提供的方法；

图12是根据本公开的各个实施方式的，使用原材料使金属添加剂沉积并行化的示意图；

图13是根据本公开的各个实施方式的，用于在打印过程中沉积节点的子系统的示意图；

图14是根据本公开的各个实施方式的，用于原料的切削工具的示意图；

图15是根据本公开的各个实施方式的，用于将片材卷轴切割成小片材的子系统的示意图；

图16是根据本公开的各个实施方式的子系统的示意图，在该子系统中，通过激光阵列从片材上切割带；

图17是根据本公开的各个实施方式的，用于控制电流的并联电路设计的示意图；和

图18是根据本公开的各个实施方式的，用于清除未使用的金属的子系统的示意图。

具体实施方式

尽管本文已经示出和描述了本发明的各个实施方式，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以作出许多变型，改变和替换。应当理解，可以采用本文所述的本发明的实施方式的各种替代方案。

如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数个指称物。除非另有说明，否则本文中对“或”的任何引用旨在涵盖“和/或”。

如本文所使用的，术语“三维物体”(也称为“3D物体”)通常是指通过3D打印所打印的物体或零件。3D物体可以是较大的3D物体的至少一部分或整个3D物体。

每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3相当于大于或等于1、大于或等于2或者大于或等于3。

每当术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一数值之前时，术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1相当于小于或等于3、小于或等于2或者小于或等于1。

三维打印可以包括以受控方式(例如，在自动控制下)依次添加材料层或接合材料层或材料层的部分以形成3D零件或结构。三维打印可以包括去除一个或多个材料层。

图1示出了可以用于以逐层的方式制造3D结构的装置100(例如，沉积装置)。装置100包括机械台架105，该机械台架105能够通过一个或多个致动器110(例如，诸如步进马达之类的马达)而沿五个或六个控制轴中的一个或多个轴(例如，XYZ平面中的一个或多个)运动。如图所示，装置100还包括原料馈送器115，该原料馈送器115将原料120定位在装置内部，提供到原料120的电连接，并且将原料120从源125(例如，线轴)连续馈送到装置中。原料可以是金属线、带或片材。在一些情况下，原料可以是颗粒或多个颗粒(例如粉末)。基底130也通常被定位于装置内部并提供电连接；可以经由致动器135(例如，诸如步进马达之类的马达)来控制基底130的垂直运动。基底可以是基板。基底可以是先前沉积的3D零件的至少一部分。电源140可以连接到原料120和基底130，使得它们之间能够实现电连接。台架105的运动和原料馈送器115的运动可以由基于计算机的控制系统(或“控制器”)145控制。来自电源140的电流和电压的施加以及电流的功率水平和持续时间由控制器145控制。当原料120与基底130或在基底130上或邻近基底130的另一层之间接触时，电流可以流过原料120。例如，电源140可以在原料120和基底130之间提供电压差。当原料120与基底130接触时，电流可以从原料120流到基底130，反之亦然。

原料可以包含一种或多种金属。原料可以是一根或多根金属线。原料可以选自线、带和片材。在一些情况下，原料可以包含不同的金属。原料可包含至少一种类型的金属。原料可以包含一种或多种选自钢、不锈钢、工具钢、铁铜、金、银、钴、铬、镍、钛、铂、钯、钛和铝的金属。原料可包含合金，例如超级合金。超级合金可以是与其他合金相比提供增强的材料性能的元素的组合，材料性能例如耐久性、强度、熔化性、抗热变形性、稳定性和/或抗氧化性。超级合金可以选自铬钴、哈氏合金、因科内尔铬镍铁合金、沃斯帕洛伊合金、雷内合金、海恩斯合金、因科洛伊合金、MP98T、TMS合金和CMSX单晶合金。

原料可以是预成型的或预处理的。可以通过竖直向下或垂直于表面切割或压制将凹槽添加到原料中。开槽方法可以包括管开槽、端部开槽或侧面开槽。

在一些情况下，可以在打印之前或打印过程中使用清洁部件对原料进行清洁以在馈送到原料馈送器中之前除去杂质。清洁部件可以包括加热器，该加热器用于在原料周围产生加热分布，以促进杂质的蒸发。具体地，原料可以进入清洁部件中，并且原料的外表面可以被加热以蒸发残留物并且输送具有清洁表面的原料。清洁部件可用于使原料脱氧。原料可以是一根或多根线。

可以用保护气体清洁原料或基底以去除杂质和氧化物。保护气体可以防止原料或基底表面暴露于大气中存在的氢气、氧气和氮气。保护气体可用于从原料和/或从3D物体化学还原、氧化或以其他方式去除大气中的杂质。例如，氢气(H₂)或其他还原剂可用于与氧气反应，以还原或消除可能存在于3D物体和/或原料上的任何金属氧化物。作为另一个示例，氧气可用于与3D物体和/或原料上可能存在的任何碳反应。保护气体可以是选自氢气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳和氧气中的一种或多种。在一些情况下，保护气体可以是惰性气体(例如氩气或氦气)与小于或等于约40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、4％、3％、2％、1％或更少的另一种气体(例如二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、氢气(H₂)或氧气(O₂))或这些其他气体的组合的混合物(例如，Ar与至多1％的H₂和CO₂的混合物)。在一些情况下，保护气体可以是惰性气体(例如氩气或氦气)与至少约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、50％或更多的另一种气体(例如二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、氢气(H₂)或氧气(O₂))或这些其他气体的组合的混合物(例如，Ar与至少1％的H₂和CO₂的混合物)。

根据本公开的实施方式的基于计算机的控制器145可以例如包括计算机存储器150和3D渲染模块155。可以将3D结构的计算表示储存在计算机存储器150中，并且3D渲染模块155可以从计算表示中提取与3D结构的连续层相对应的数据集(例如，3D结构的模型设计)。控制器145可以根据所述数据来控制机械致动器110、机械致动器135、原料馈送机构115和电源140以形成连续层沉积的金属片段。

根据本公开的方法和系统的控制器145可以包括计算机形式的通用计算设备或者基本上由其构成，所述计算机包括处理单元(或“计算机处理器”)160、系统存储器150以及将包括系统存储器150在内的各个系统组件耦合到处理单元160的系统总线165。计算机通常包括可以形成系统存储器150的一部分并由处理单元160读取的各种计算机可读介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和/或通信介质。系统存储器150可以包括诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)之类的易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质。在ROM中可以储存基本输入/输出系统(BIOS)，其包含诸如在启动期间有助于在元件之间传送信息的基本例程。RAM可以包含可由处理单元160立即访问和/或当前正在由处理单元160操作的数据和/或程序模块。数据或程序模块可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。操作系统可以是或者包括各种操作系统，诸如Microsoft WINDOWS操作系统、Unix操作系统、Linux操作系统、Xenix操作系统、IBM AIX操作系统、Hewlett Packard UX操作系统、Novell NETWARE操作系统、Sun MicrosystemsSOLARIS操作系统、OS/2操作系统、BeOS操作系统、MACINTOSH操作系统、APACHE操作系统、OPENSTEP操作系统或其他平台操作系统。

可以使用任何合适的编程语言，在不用进行过多实验的情况下实现本文所描述的功能。示例而言，所使用的编程语言例如可以包括汇编语言、Ada、APL、Basic、C、C++、C*、COBOL、dBase、Forth、FORTRAN、Java、Modula-2、Pascal、Prolog、Python、REXX和/或JavaScript。此外，结合本公开的技术和系统的操作，不是必须使用单一类型的指令或编程语言。相反，可以按照期望而使用任何数目的不同的编程语言。

计算环境还可以包括其他可移动式/不可移动式的易失性/非易失性计算机存储介质。例如，硬盘驱动器可以读取或写入不可移动式、非易失性磁介质。磁盘驱动器可以从或向可移动式、非易失性磁盘进行读取或写入，而光盘驱动器可以从或向诸如CD-ROM或其他光学介质等可移动式的非易失性光盘进行读取或写入。可以在操作环境中使用的其他可移动式/不可移动式、易失性/非易失性计算机存储介质包括但不限于磁带盒、闪存卡、数字通用盘、数字录像带、固态RAM、固态ROM等。存储介质可以通过可移动式或不可移动式存储器接口而连接到系统总线。

执行命令和指令的处理单元160可以是通用计算机处理器，但是可以利用多种其他技术中的任何一种，包括专用硬件、微计算机、迷你计算机、大型计算机、编程微处理器、微控制器、外围集成电路元件、CSIC(客户专用集成电路)、ASIC(专用集成电路)、逻辑电路、数字信号处理器、诸如FPGA(现场可编程门阵列)、PLD(可编程逻辑器件)、PLA(可编程逻辑阵列)等可编程逻辑器件、RFID处理器、智能芯片，或者能够实现本公开的实施方式的过程步骤的任何其他器件或器件布置。

在一方面，本公开提供了一种用于通过逐层添加至少一种原料来沉积(例如打印)3D物体的至少一部分的系统。该系统可以被配置为通过在电流流过至少一种原料并流入基底中时对至少一种原料进行加热来形成3D物体的至少一部分。加热可以是电阻加热(例如焦耳加热)。该系统可以被配置为通过在电流流过基底并流入至少一种原料中时对至少一种原料进行加热来形成3D物体的至少一部分。

系统可包括基底，该基底用于在沉积期间支撑3D物体的至少一部分。基底可以是导电基底。基底可以是基板。基底可以是先前沉积的3D物体的至少一部分。基底可以是旋转的基板，例如圆柱体或转盘。在其他情况下，基底可以是支撑材料。支撑材料可以是可移除的。在打印3D物体的至少一部分时，基底可以沿x轴、y轴和z轴旋转或移动。基底可由x轴马达、y轴马达或z轴马达中的一个或多个控制，以在x位置、y位置和z位置移动基底。

基底可以包括一个或多个传感器和/或加热元件。传感器可以位于基底外部。基底可包括用于传感器和加热元件的孔。加热元件可以是加热盒。一个或多个传感器可以选自热电偶、高温计、辐射温度计、热成像仪、红外温度计、线扫描仪、光纤温度传感器、照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、重量测量器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。在一些情况下，基底可以包括与3D物体的至少一部分的材料相比具有高延展性和低屈服强度的材料。在一些情况下，基底可以包括与3D物体的至少一部分的材料相比具有低弹性模量和高破坏应变的材料。基底可以包括能够与3D物体的至少一部分的材料熔合的材料。在一些情况下，可使用诸如夹具或探针的装置将3D物体的至少一部分接地并固定到构建板上。

所述基底可以通过沉积工艺可重复用于构建连续的零件。在一些情况下，基底可以是或可以包括顶层，在每次构建之后可以将该顶层去除以重新定义基底。在一些情况下，基底的上部的厚度和/或构造可以被布置成容许至少约1、2、3、4、5、10、15、20或更多个构建体。在一些情况下，基底的上部的厚度和/或构造可以被布置成容许小于或等于约30、20、15、10、5、4、3、2或1个构建体。在一些情况下，可以从基底顶部铣削或以其他方式去除小于或等于约100毫米(mm)、50mm、25mm、20mm、15mm、10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm，4mm、3mm、2mm、1mm或更小的厚度，以在每次构建后重新定义构建表面。在一些情况下，可以从基底顶部铣削或以其他方式去除至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、25mm、50mm、100mm或更大的厚度，以在每次构建后，重新定义构建表面。

通过从基底移除构建材料，可以移除在先前构建期间可能已塑性变形的任何材料。此过程可能会在基底上留下已弹性变形的材料。如此，基底表面中的材料特性或机械特性因此可以被恢复。

在一些情况下，基底可以是支撑体。支撑体可以包含与3D物体的至少一部分不同的材料。在一些情况下，支撑体可以包含与3D物体的至少一部分相同的材料。支撑体可以具有高于打印温度的沸点。在这种情况下，支撑体可以不会在打印温度下蒸发。在一些情况下，支撑体可以具有有利的熔点与电导率之比，并且可以更加导电和导热。支撑体材料还可以在打印金属中具有有限的溶解度，并且可以不使打印原料脆化以引起不期望的性质，例如翘曲。支撑体材料可以包含一种或多种选自体心立方(BCC)、面心立方(FCC)和六方最密堆积(HCP)的晶体结构。例如，金属，例如镁，可以用作支撑体材料，因为它显示出所需的电性能和热性能、在打印材料中的低溶解性以及易于去除性。表1示出了各种打印材料和支撑体材料及其性能的实例。

表1打印材料和潜在支撑体材料的说明性示例

在一些情况下，可以通过选自熔化、溶解、电解、电化学移除、机械移除或非机械移除的一种或多种方法从基底移除至少一部分3D物体。例如，如果在打印材料和基底之间形成金属间层，则可以使用机械移除来破坏脆性金属间层。在一些情况下，3D物体的至少一部分可以包括适于机械移除的部分。在一些情况下，在冷却至合适的温度时，可以在不从至少3D物体的一部分机械或化学地移除材料的情况下移除3D物体的至少一部分。

在一些情况下，系统可以包括被固定到基底的至少一个片材，并且在打印期间3D物体被固定到该至少一个片材。该片材可以包括粘附到至少一种原料材料上的材料。该片材可以成为3D物体的一部分。例如，系统可以在散热器的基底顶部打印翅片。片材可以采取基底的形式。在一些情况下，该片材可以包括一个或多个选自金属网、箔和膜的构件。在该片材是网的情况下，网可以包括一系列线。金属线可以是编织在一起的管状金属线，使得金属线可以彼此单独地滑动。该片材可以是可锻的或可变形的材料，以使成品部件容易地从基底移除。移除方法可能是剥离或撕开。在一些情况下，该片材的厚度可以小于或等于约10,000微米(微米)、5000微米、1000微米、750微米、500微米、250微米、200微米、150微米、100微米、50微米或更小。在一些情况下，该片材可以为至少约25微米。在一些情况下，至少一个片材可以被磁性地固定到基底。在一些情况下，至少一个片材可以被非磁性地固定到基底。例如，可以使用支腿、轨道、弹簧、快速闩锁和释放机构或真空来固定该片材。

可以通过施加真空压力将片材固定到基底。例如，基底可包括可在其中施加真空的通道或孔。片材可能需要适合于保持真空的厚度和平坦度。相对于系统的构建室内的大气，可以降低真空压力。在这种情况下，可以通过压差将连接至基底的片材固定在适当的位置。使用真空将片材固定到基底上可以是有利的，因为可以以各种速度施加和去除真空压力，从而导致片材的瞬时和有效交换。可以改变真空以改变热量流动或电流的流动。至少一个片材可以被可移除地固定到导电基底。

该系统还可以包括至少一个沉积头，该沉积头连接到至少一个多轴机械臂，该至少一个多轴机械臂用于分配至少一种原料。打印头可以不与基底接触。多轴机械臂可以使得打印头能够在一个或多个平面中和/或沿一个或多个取向操作和沉积原料。多轴机械臂可以是六轴或七轴机械臂，用于分配至少一种原料。六个操控轴可以导致非平面的材料沉积路径，并允许在不使用基底或支撑材料的情况下进行制造。打印头可以从一个或多个方向(例如，x轴、y轴、z轴)添加材料。可以采用三个自由度(或三个轴)X-Y-Z，其中可以一次一层地构建3D物体。此外，在打印期间，物体可以绕x轴、y轴或z轴旋转。在一些情况下，打印头可以从任何方向在3D物体的至少一部分的表面上的任何点处沉积片段。

在一些情况下，3D打印机可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器用于测量3D物体的至少一种特性。该一个或多个传感器可以在基底的外部。传感器可以位于基底中。该一个或多个传感器可以选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器、电容传感器和重量测量器。频率响应分析仪可用于测量阻抗。磁力计可用于测量磁场。加速器可用于测量振动。该一个或多个传感器可以在工艺进行时和工艺停止时使用。

在另一方面，本公开提供一种用于沉积(例如，打印)与基底相邻的3D物体的方法。在计算机存储器中，可以接收3D物体的计算表示。沉积头(例如，打印头)可用于通过以下方式启动3D物体的沉积：(i)将至少一种原料通过馈送器导向基底，以及(ii)使电流流过至少一种原料并流入基底。接着，当电流流过至少一种原料并流入基底时，可以对至少一种原料进行加热。加热可以足以熔化至少一种原料的至少一部分。加热可以是电阻加热(例如焦耳加热)。在一些情况下，使用焦耳加热来沉积3D物体的方法可以被称为焦耳打印。在一些情况下，可以根据3D物体的计算表示，紧邻基底沉积至少一层，从而沉积3D物体。在一些情况下，可以使用一个或多个尖端对至少一种原料的至少一部分的至少一层进行成形。成形可以包括机械操控。成形可包括去除材料，例如切割。沉积和成形的过程可以重复一次或多次，以紧邻基底沉积和成形至少一种原料的另外部分。在成形之后，可以相对于至少一层改变一个或多个尖端的相对位置。在一些情况下，可以在打印3D物体之后执行成形。可以通过改变选自压力、热量、功率和空气量中的一个或多个参数来进行成形。在一些情况下，沉积步骤可以包括在至少一层的沉积期间或之后切割原料。基底可以是需要修复的预先存在的3D物体、新打印零件的前一层或导电的构建板。

在一些情况下，一个或多个尖端可以联接至沉积头(例如，同时或在不同时间)，以对3D物体的至少一层进行成形。一个或多个尖端可以在打印头的外部联接。在一些情况下，可以随时将一个或多个尖端连接到打印头。此外，此类尖端可以是一次性的(例如，被自动地或手动地布置)。一个或多个尖端可以是可互换的沉积尖端。可以选择性地使用此类尖端，从而以各种形状或尺寸将3D物体的至少一部分沉积到构建表面上，以根据预定顺序和图案形成3D物体。在一些情况下，可以将一个或多个尖端机械地、电子地、手动地或磁性地调节为不同的尺寸或形状。一个或多个尖端的示例可包括但不限于再成形唇缘、压制尖端、熨烫尖端和/或熨烫板。尖端可沿着基底压缩至少一种原料材料。一个或多个尖端可以对从打印头离开的3D物体的至少一部分进行压制。此类尖端可以压缩先前沉积的一层或多层。一个或多个尖端可用于在打印之后或打印期间使原料再成形。原料材料(例如，熔化的原料材料)的机械操控可以通过改变在3D物体的至少一部分上的压力、热量和功率以及驱使气体来实现。

在一些情况下，一个或多个尖端可以是涂抹尖端或重熔尖端。尖端可以是拖曳头(trailing head)，当该拖曳头为热的时，其涂抹3D物体的至少一部分。在一些情况下，可以同时对3D物体进行打印和平滑，或者先打印然后进行平滑。可以在成形之前、期间和/或之后使用切割器，以在沉积期间或之后切割至少一种原料的一部分。

在一些情况下，成形过程可以包括机械操控。成形步骤可以包括对至少一种原料的至少一部分的至少一层进行机加工。机加工可以包括选自以下各项中的一种或多种工艺：研磨、抛光、搭接、珩磨、放电机加工、光刻、工业蚀刻、计算机数控机加工、铣削精加工、喷砂、激光纹理化和抛光。可以在同一装置中完成3D物体的沉积和机加工。在一些情况下，成品3D物体可以包含预定的图层(lay)。该图层可以是主要表面图案的方向，该方向由机加工工艺确定。该图层可以是竖直的、水平的、径向的、交叉阴影线的、圆形的、各向同性的或其组合。

如图2A-图2F中所示，本公开的实施方式经由在原料的熔融尖端处形成的金属片段来形成金属结构。如图所示，3D结构的形成通常开始于将从原料120熔化的单个片段200沉积到基底130上。片段200和随后的片段可以具有任何形态。在一些情况下，可以认为片段是基本上球形的。附加的片段205、210与先前沉积的片段相邻地逐一沉积，并且来自每个新片段的形成的热量部分地熔化相邻的片段并将它们熔合在一起。一旦针对结构在单个层上彼此相邻的所有片段已被沉积，则片段215、220、225的沉积在熔合的片段200、205和205的先前层的顶部上逐一地开始。沉积以这种方式逐层地继续，直到完成整个结构。在一些情况下，沉积的片段可以是如图2G所示的线性片段，而不是体素。结构的每一层可以包括不同数目的片段，这取决于结构的形状，并且在上层中的片段可以不需要(但在各个实施方式中可以)直接沉积在下层的片段的顶部上。在一些情况下，可以根据各种图案将原料绝缘或传导到基底上。

片段的直径可以决定每一层的高度，并且因此可以至少部分地决定可以形成的结构的分辨率。层的高度会影响工艺的分辨率。竖直分辨率，例如层厚度或层高度可以是打印机一次通过所产生的最小片段厚度。较小的片段厚度可以使打印表面更平滑。在一些情况下，分辨率可以是片段直径的因素和/或打印头在X轴和Y轴上运动的精度。水平分辨率，例如XY分辨率可以是沉积头在X轴和Y轴上的一层内可以进行的最小移动。较小的移动能够导致沉积更精细的细节。

可以通过改变原料120的直径以及沉积参数(例如，电流水平)来改变片段的直径，并且从而可以在该过程期间动态地控制结构的分辨率。在一些情况下，更高的分辨率将可以增加形成结构所需的时间，而更低的分辨率会减少该时间。因此，可以按高分辨率制造3D结构的一些区段以保持严格的机械容差或更具视觉吸引力，而其他区段则可以按低分辨率进行制造以提高沉积的速度，如图3中所示。图3描绘了包含至少部分地由高分辨率部分310包围的低分辨率部分305的打印结构300。如图所示，低分辨率部分305包括多个较大片段315或者基本上由其组成，而高分辨率部分310包括多个较小片段320或者基本上由其组成。部分305、310可以包括片段之间的孔325，孔325由片段的熔化期间在颗粒之间留下的空间所产生。

制造的3D结构的孔隙度可以至少部分地由相邻片段之间的间距和/或熔合程度来确定，如图4A和图4B中所示。图4A描绘了紧密熔合在一起的两个片段，从而产生由较小孔隙区域400(在完成的零件中，其可以是其中的孔的至少一部分)所指示的较小孔隙度，并且图4B描绘了较低程度地熔合在一起的两个片段，从而产生由较大孔隙区域410所指示的较大孔隙度。可以主要通过沉积期间所生成的热量来改变沉积参数，从而确定片段之间的熔合程度。如果增加热量，则片段之间的熔合将会更大，并且孔隙度通常将会更低。如果生成足够的热量，则所得到的结构可以基本上没有孔隙度，这对于实现特定的机械性能可能是适当的。相反，较少的热量可导致较少的熔合，并且孔隙度会更高。更多孔的结构通常可具有比完全致密结构更低的重量。由于在沉积期间可以动态地控制热量的量，因此可以使3D结构的一些区段比其他区段更多孔。例如，可以将多孔过滤器包含在较大的3D物体的内部通道中。较少的热量的施加可以需要较少的时间，因此如果在结构的一些区段中孔隙度是适当的或者可以容许孔隙度，则沉积的速度可以提高。具有高孔隙度的材料通常可以具有低拉伸强度，但是可以获得良好的压缩强度。可以对结构进行设计，使得可以将压缩载荷中的区域生产成具有一定的孔隙度，从而导致更快的沉积速度，并且还降低成品结构的重量。孔隙度也可以通过控制添加到熔池中的团块的量来控制。

根据本公开的方法和系统，通过用电流熔化原料120的尖端来形成金属片段。原料120可以具有基本上为圆形、矩形、正方形、卵形的横截面或其形状的组合。原料120的直径(或其他横截面维度)可以基于沉积性质来选择，但是通常可以在约0.001mm与1000mm之间、或0.01mm与100mm之间、或0.1mm与10mm之间、或0.1mm与1mm之间。直径(或其他横截面维度)可以是至少约0.001mm、0.01mm、0.1mm、1mm、10mm、100mm、1000mm或更大。在一些情况下，直径(或其他横截面维度)可以小于或等于约1000mm、100mm、10mm、1mm、0.1mm、0.01mm、0.001mm或更小。原料120可以是一个电极，而装置100的金属基底130可以是另一电极，如图1中所示。当原料120与基底130物理接触时，两者也是电接触的。由于细原料120的较小表面积以及基底130的表面和原料120的尖端上的微观缺陷，因此在原料120与基底130之间可存在电阻。原料120与基底130之间的电阻是由两个电极(即，原料120和基底130)之间经过的电流所经受的电阻，并且接触点处的局部区域根据等式1(即，焦耳第一定律)而得到加热。

Q＝I²×R×t 等式1

所生成的热量(Q)超过了将原料120的尖端熔化成片段并将片段熔合到相邻片段所需的热量。热量可以由所通过的电流量(I)、原料120与基底130之间的电阻(R)以及施加电流的持续时间(t)来确定。(因此，本公开的方法和系统可以不使用或生成电弧和/或等离子体，而是利用基于电阻的原料的融化来形成片段)。在该过程中可以经由控制器145和电源140来控制电流和时间(I和t)。在一些情况下，在较短持续时间内采用高电流(与在较长持续时间内采用较低电流相反)以增加沉积的速度。电流和持续时间取决于沉积性质，但其通常可以是在约10安培(A)至约2000A的范围内以及在约0.01秒(s)至约1s的范围内。在一些情况下，电流可以至少约为1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A、20A、30A、40A、50A、60A、70A、80A、90A、100A、200A、300A、400A、500A、600A、700A、800A、900A、1000A、1100A、1200A、1300A、1400A、1500A、1600A、1700A、1800A、1900A、2000A或更大。在一些情况下，电流可以小于或等于约2500A、2000A、1900A、1800A、1700A、1600A、1500A、1400A、1300A、1200A、1100A、1000A、900A、800A、700A、600A、500A、400A、300A、200A、100A、90A、80A、70A、60A、50A、40A、30A、20A、10A、9A、8A、7A、6A、5A、4A、3A，2A或更小。在一些情况下，持续时间可以至少为约0.01s、0.02s、0.03s、0.04s、0.05s、0.06s、0.07s、0.08s、0.09s、0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.5s、0.6s、0.7s、0.8s、0.9s，1s或更长。在一些情况下，持续时间可以小于或等于5s、4s、3s、2s、1s、0.9s、0.8s、0.7s、0.6s、0.5s、0.4s、0.3s、0.2s、0.1s、0.09s、0.08s、0.07s、0.06s、0.05s、0.04s、0.03s、0.02s，0.01s或更短。在一些情况下，所需的电流可以是连续的。在完成熔合片段的第一层之后，与基底130电接触的先前的片段层充当第二电极。随着该过程的进行，一个电极(原料120)可以被消耗，原因在于利用了来自原料120的尖端的金属来形成片段。

可以使用消耗性原料作为电极。原料可以储存在大线轴上并连续馈送以继续沉积过程。因此，可以存在许多容易以低成本获得的金属和金属合金原料。为了保护沉积的金属不被氧化，惰性气体(诸如Ar)或半惰性气体(诸如N₂或CO₂)可以流过原料电极周围的区域以取代氧气。例如，当金属处于高温或被熔融时，气体可以按一定速率(例如在沉积过程期间约0.7m³/小时)连续流动。有利地，可以将气体流速增加成超过提供屏蔽效应所需要的流速，以增加沉积金属冷却速率。冷却速率还可以影响所得的金属机械性能，并且在沉积期间利用动态控制，可以将结构的各区段制造成具有不同的机械性能。例如，可以在结构的表面上使用高冷却速率以增加硬度和耐磨性，而在内部可以使用较慢的冷却速率以保持延展性和强度。也可以将气体预热至高温，以进一步减慢结构的冷却速率，以改善延展性和强度。

在一些情况下，选择用于基底电极130的材料以获得良好的导电性和与所沉积的金属的相容性。在正常操作期间，基底130通常是非消耗性的，因此不会被损坏并且可以不需要更换。可以选择基底材料以允许沉积金属弱粘附至基板，使得沉积金属的第一层将会在进一步沉积期间将结构牢固地保持在基底130上的适当位置。例如，如果沉积金属是钢，则铜、钛或铝可以是用于基底130的适当材料。铜和铝可具有高导电性，可以不与钢铸成合金且不改变沉积金属的组成，并且可具有良好的导热性因此可以将沉积区域处生成的热量快速地传导掉，并且不存在熔化基底130的危险。基底130的表面光洁度可以略微粗糙，使得第一层的金属熔化到基底130的细小表面特征(例如，划痕)中，并且允许弱粘附。可以选择基底130的表面光洁度以给出适当的粘附量，因此在沉积期间牢固地保持结构，但是可以使用合理的力在沉积结束时将成品结构从基底130移除。基底130可以是容易更换的，从而可以将其改变成适合沉积金属的材料。

可以通过原料120的直径以及沉积参数来控制沉积片段的形态。沉积片段的直径通常可以与原料120的直径大致相同。通过在片段仍然被熔融的同时将另外的原料120馈送到片段中，可以增加片段的直径。可以通过在片段仍然被熔融时对原料120进行插入或回缩而影响片段顶部的形状，例如，其中片段的顶部可以经由原料回缩而被拉成凸峰。如果允许片段部分地冷却，则原料120可以用于推挤片段的顶部以使片段变平。可以使用对片段形态的这些操纵来改变结构的孔隙度。

类似地，仍然熔融的线尖端从先前的沉积片段的插入或回缩可以用于控制原料120的尖端的形态，如图5A-图5C中所示。在本公开的各个实施方式中，如果快速回缩原料120，则尖端将会被拉成尖锐点。图5A描绘了从原料120的尖端熔化的片段500的初始形成。在图5B中，原料120从片段500回缩，片段500仍然至少部分地被熔融。如图所示，原料120的尖端开始颈缩，从而使其直径减小。图5C图示了在完全回缩和从片段500分离之后，原料120的尖锐尖端510。因此，回缩或插入速度可以用于控制原料120的尖端的直径。由于尖端处的直径是用于下次沉积的原料120的有效直径，因此该受控的颈缩可用于沉积直径小于主体原料直径的片段。以这种方式，有可能利用较大的原料直径来进行更高分辨率的沉积。图5D-图5F图示了不同尺寸的片段500，当沉积先前的片段时可以通过控制原料的回缩或插入速度而使用相同的原料来沉积所述不同尺寸的片段500。原料的颈缩也可以通过限制每单位行程的原料馈送量来控制。例如，在不增加原料馈送速度的情况下在X-Y平面中更快地移动可以产生较小直径的沉积物。

在另一方面，本公开提供了一种用于紧邻基底沉积(例如，打印)3D物体的方法。可以至少部分地基于3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数。可以通过在电流流过至少一种原料并流入基底中时对至少一种原料进行电阻加热(例如焦耳加热)来打印3D物体的至少一部分。沉积头和至少一个沉积参数可用于通过在电流流过至少一种原料并流入基底中时对至少一种原料进行加热来启动3D物体的沉积，反之亦然。加热可以足以熔化至少一种原料的至少一部分。加热可以是电阻加热(例如焦耳加热)。在用沉积头打印3D物体时，可以测量3D物体或至少一种原料的一个或多个性质。另外，可以确定所测量的3D物体的一个或多个性质是否满足3D物体或至少一种原料的一个或多个预定性质。

可以计算3D物体或至少一种原料的质量或能量。可以将3D物体或至少一种原料的质量或能量存储在计算机存储器中。当打印3D物体时，在确定所测量的3D物体或至少一种原料的一个或多个性质不满足一个或多个预定性质时，可以调节至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数。在一些情况下，沉积头和至少一个调节后的沉积参数可用于继续打印3D物体。

在一些情况下，可以通过模拟3D物体来生成一个或多个预定性质。模拟可以包括有限元分析。可以在沉积3D物体之前执行模拟。可以在沉积3D物体时实时地调节至少一个沉积参数。在一些情况下，可以停止打印，然后可以调节至少一个沉积参数，并且可以开始打印。至少一种原料可以是金属线或多金属线。多金属线可以是管状多金属线。例如，原料可以包含一种金属，该一种金属将另一种金属保持在管状几何结构内。至少一个沉积参数可以是3D物体或至少一种原料的能量或质量。至少一个沉积参数可以对应于3D物体或至少一种原料的至少一种体素的能量或质量。

调节至少一个沉积参数可以包括控制3D物体或至少一种原料的质量。在一些情况下，调节至少一个沉积参数可以包括在3D物体的打印期间控制沉积速率或质量流率。

至少一个沉积参数可以是沉积头可用于沉积3D物体的工具路径轨迹或工艺参数。测量3D物体或至少一种原料的一个或多个性质可以包括测量在其中生成3D物体的基底或环境的至少一个沉积参数。该测量还可以包括使用一个或多个传感器测量3D物体的一个或多个性质。一个或多个传感器可以选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器、电容传感器和重量测量器。频率响应分析仪可用于测量阻抗。磁力计可用于测量磁场。加速器可用于测量振动。

测量至少一个沉积参数的方法可包括使用选自以下各项中的一种或多种：光学高温测定法、红外热成像法、光谱法、激光超声、接触力测量、位置测量、电能测量、电阻测量、电感测量、电容测量和重量测量。3D物体的一个或多个性质可以包括选自以下各项中的一种或多种：调制信号、质量、热质量，至少一种原料的质量流率、腔室温度、热容、表面温度、电流、电压、至少一种原料的尖端的接触力以及至少一种原料的量。此类测量可以用于3D打印过程的统计过程控制。在一些情况下，所述测量可用于3D打印物体的非破坏性评估。调制信号可以是脉冲宽度调制。至少一个沉积参数可以包括选自以下各项中的一种或多种：至少一种原料或3D物体的至少一部分的电阻、至少一种原料的接触力、至少一种原料的几何结构、3D物体的至少一部分的几何结构、至少一种原料的位置、3D物体的至少一部分的位置、打印头和基底的位置、沉积头和前一层的位置、在打印期间使用的原料量、打印的电能输出、电流、在至少一种原料和基底之间施加的电压、电阻参数、至少一种原料或3D物体的至少一部分的电感、以及至少一种原料或3D物体的至少一部分的电容。在一些情况下，可以在沉积位于3D物体的至少一部分的边缘处的第一层或体素之后调节工艺参数。

在一些情况下，沉积装置可以包括反馈电路。反馈电路可以耦合到电源的输出以生成反馈信号，该反馈信号表示电源的输出电平。该输出电平可以是电压、电流或电压和电流两者的组合。输入可以被耦合以获得阈值。输入可以被耦合为对反馈信号敏感。该阈值可以是关断阈值。在一些情况下，沉积装置可以包括电源调节器。电源调节器可以包括比较器。比较器的输出可以包括反馈状态信号。此类信号可以用作控制电路的数字开或关信号或启用信号。如果输入信号的值大于阈值，则输出反馈状态信号可以处于第一状态。输入信号可以是电源的输出电平的特性。然而，如果输入信号的值小于阈值，则输出反馈状态信号可以处于第二状态。在一些情况下，反馈状态信号的第一状态和第二状态中的一个可以是逻辑高值，而反馈状态信号的第一状态和第二状态中的另一个可以是逻辑低值。反馈状态信号可以被耦合以被控制电路接收。此类控制电路可以帮助控制电源调节。控制电路还可以包括限流电路。限流电路可以被耦合以从电源开关接收电流感测信号。电流感测信号可以指示流过电源开关的电流。在一些情况下，控制电路还可以包括电流感测信号，以帮助控制电源调节。

在一些情况下，反馈信号可用于通过对比较器的输入进行比较来测量高于或低于预定值的输出电源的量。一个或多个波形可以在控制电路、反馈信号和电源调节器的开关电流内部。可以使此类波形在调制期间变化以形成至少一个调制信号。变化方法可以选自模拟调制方法、数字调制方法和脉冲调制方法。模拟调制方法可以选自振幅调制、角度调制、双边带调制、带载波的双边带调制、双边带抑制载波传输、双边带减少载波传输、单边带调制、带载波的单边带调制、单边带调制抑制载波调制、残留边带调制、正交幅度调制、频率调制、相位调制和换位调制。数字调制方法可以是一种或多种选自以下各项中的技术：相移键控(PSK)、二进制PSK、正交PSK(QPSK)、8PSK、16PSK、差分PSK、差分QPSK、偏移QPSK、π/4–QPSK、频移键控、音频频移键控、多元频移键控(M-ary FSK)、双音多频、幅移键控、开关键控、M-ary残留边带调制(例如8VSB)、正交调幅、极性调制、连续相位调制、最小频移键控、高斯最小频移键控、连续相位频移键控、正交频分复用、离散多音调、小波调制、网格编码调制、扩频技术、直接序列扩频、线性调频扩频和跳频扩频。脉冲调制方法可以是一种或多种选自以下各项中的技术：模拟-模拟方法、脉冲-振幅调制、脉冲-宽度调制、脉冲-深度调制、脉冲-位置调制、模拟-数字方法、脉冲-编码调制(PCM)、差分PCM(DPCM)、自适应DPCM、增量调制、增量-总和调制、连续可变斜率增量调制和脉冲-密度调制。其他类型的调制技术可以选自连续波(CW)操作、自适应调制和空间调制。

在一些情况下，沉积装置可以包括调节电路，该调节电路包括耦合至调制器的状态机。调节电路还可以包括耦合到调制器的部件。此类部件可以以传递反馈信号的方式耦合。该部件可以被耦合以将从调制器确定的调制信号与到比较器的输入的反馈信号进行组合。因此，可以从部件输出反馈信号，并将其与输入处的阈值进行比较，并可以利用调制信号进行调节。

在一些情况下，反馈信号可以包括脉冲宽度调制(PWM)信号。脉冲宽度调制信号可用于分解3D物体的至少一部分表面上的氧化物。可以使用洛伦兹力将PWM信号用于混合3D物体的部分。尽管由于各种打印问题(例如，打印版翘曲)而导致电阻或电容发生变化，但最终的交流(AC)电源仍可能更加一致。PWM信号可以包括每持续时间的振幅和宽度。PWM可用于改变每持续时间的振幅和宽度。改变持续时间可以改变波形的组成部分。组成部分可以是波形的频率。PWM可以改变3D打印机的脉冲，而不是改变信号的缓慢变化。PWM可以产生可以混合沉积的随时间变化的直接力。时变力可以是磁场。在一些情况下，控制回路可以包括电流。电流可以是交流电或直流电。在一些情况下，反馈信号可以是周期波形或傅立叶级数。可以使用傅立叶级数来分析反馈信号。周期波形可以选自正弦波、方波、三角波和锯齿波。在一些情况下，周期波形可以缓慢变化。

在一些情况下，可以使用对施加电流的控制来影响片段的沉积。通过在沉积之前选择功率强度以及持续时间来实现所施加电流的开环控制。可以校准强度水平以在恒定的接触电阻下达到特定电压或电流。然而，电阻可能在每个沉积部位处变化，并且在片段沉积期间变化。开环控制可能导致在沉积期间施加过多或过少的热量，并且可能影响片段之间的熔合。通过适当的校准，可以成功地使用开环控制来进行沉积。

在一些情况下，使用闭环控制。在闭环控制期间，可以在沉积期间测量电压和电流，并且可以根据等式2(即，欧姆定律)来计算电阻。

R＝V/I 等式2

由于电阻可以被动态地计算，因此可以精确地控制所施加的电流的功率，从而导致在沉积期间施加精确的热量以达到沉积参数和/或片段特性。除了沉积电路的DC电流之外，还可以施加0.001V至1000V或0.01V至100V的电压，以确定系统的阻抗响应。还可以动态地测量阻抗并将其用于反馈控制。闭环控制可以有益地消除由于片段的不完全熔合而产生的不合格零件，并且使得在沉积期间输入到结构中的热量最小化。

在一些情况下，通过保持电压固定并调节电流来执行加热。电流可以是直流电或交流电。可替选地，可以固定电流并且可以增大电压以引起加热。

在一些情况下，电压可以是至少约0.001V、0.01V、0.1V、1V、10V、20V、30V、40V、50V、60V、70V、80V、90V、100V、110V、120V、130V、140V、150V、160V、170V、180V、190V、200V、210V、220V、230V、250V、300V、400V、500V、1000V或更高。在一些情况下，电压可能小于或等于2000V、1000V、500V、400V、300V、250V、230V、220V、210V、200V、190V、180V、170V、160V、150V、140V、130V、120V、110V、100V、90V、80V、70V、60V、50V、40V、30V、20V、10V、1V、0.1V、0.01V、0.001V或更低。

除了可以从沉积的电路(即，经由控制器145和电源140而由基底130和原料120形成的电路)测量的数据之外，还可以利用附加的传感器来采集补充数据。可以使用诸如热电偶或热敏电阻之类的接触传感器以及诸如红外(IR)传感器和光学高温计之类的非接触方法来测量基底130上的或者打印零件或装置100上的其他点上的沉积部位的温度测量值。温度数据继而可以由系统控制回路使用，以确保沉积参数。

可以使用其他传感器来测量和/或分析构建表面，即，基底130或所打印的零件的先前沉积的片段层。可以使用声纳或电容响应系统来绘制表面并检测任何不在规范内的区域，从而允许纠正措施(例如，诸如在具有高孔隙度或缺失材料的区域中进行附加片段沉积之类的返工)。还可以记录为了反馈控制而收集的所有数据，并且继而在网络层面进行分析，以开发自动校准过程来改善任何连接的装置100的功能。

为了利用本公开的方法和系统中的逐片段的沉积机制，可以对设计过程进行定制以利用体素系统。3D渲染模块155可以例如使用计算机辅助设计(CAD)软件，基于沉积参数来向零件的某些区段赋予性质。例如，如果零件的内部区段可以是多孔的以便充当过滤器，则可以在CAD设计中选择该区段，并且用户可以向诸如适当的百分比孔隙度等参数赋值。与针对3D渲染模块155的基于体素的扩展想协同，可以利用计算机辅助制造软件以将适当的体素性质转换成产生用户的CAD设计所需的刀具路径和沉积参数。

基于体素的设计的另一示例是散热器的设计。在由3D渲染模块155利用的CAD设计中，用户可以指定诸如材料和密度等性质，以便引导热量经过零件的特定区域。这个概念可以用于使同一零件的热敏感区域保持冷却，而不必从多片零件或经由多个不同的沉积来制成该零件。还可以通过控制外表面或内表面的表面纹理来利用基于体素的设计系统。可以有意地通过增大的粗糙度制作具有非常大的表面积的表面，以向零件给予高摩擦表面、高辐射表面以更有效地进行冷却，向电极给予更高的导电性，或者允许表面涂层的增强粘附。

为了在精确的位置上沉积片段，可以用计算机控制的机械致动器110、135对原料电极120和基底130进行定位。存在许多可以使用电动、液压或气动马达与原料性致动器、皮带、滑轮、丝杆和其他器件的组合来实现所需运动的机械系统。在一些情况下，如上文所述，原料电极120位于允许在X方向和Y方向上运动的台架系统105上。基底电极130可以在Z轴上独立移动。原料120的馈送可由对源125加以控制的另一独立的致动器来控制。用于沉积的电流的定时、持续时间和功率由控制器145控制。由来自控制器145的信号所控制的结构的形成可以根据以下示例来进行。该结构是简单的立方体，由八个片段形成，每个片段的直径为1个单位。

1.台架105将原料120移动到XY平面中的第一位置(X0，Y0)。

2.基底130在Z轴中移动到靠近原料120的尖端的位置(Z0)。

3.从源125馈送原料120，直到其接触基底130。

4.电流流过电极(即，基底130和原料120)，从而熔化原料120的尖端并在基底130上形成金属片段。

5.台架105将原料120移动到XY平面中的下一位置(X1，Y0)。

6.馈送原料120以接触基底130，电流经过，并且形成另一片段。

7.台架105在XY平面中移动原料120，并在X1，Y1和X0，Y1处形成另外两个片段。

8.基底130从原料120移离一个单位(Z1)。

9.台架105将原料120移动到(X0，Y0)，从源125馈送原料120，直到其与下方的片段接触，并且在先前沉积的片段的顶部上形成新的片段。

10.台架105按顺序再一次将原料120移动到每个剩余的XY位置，从而在所述每个位置处的前一层的顶部上沉积片段。

片段可以是体素或连续线性片段。连续线性段的沉积可以包括在馈送电流时使原料馈送和机架的同时运动。根据本公开的方法和系统的基于金属的增材制造方法可以与单个机器中的其他工具和/或工艺相组合。其示例是如上所述的台架型机器，其具有聚合物挤出机工具和铣刀工具附接至金属沉积工具旁边的台架。以这种方式，可以由聚合物和金属的组合来构建混合结构，使用该组合来提高对结构进行构建的速度，降低结构的成本，或者使用具有针对该结构的该部分的适当性质的材料。例如，根据本公开的方法和系统制造的零件可以具有主要由非导电聚合物构建的结构，但是还具有内部打印的金属电路。铣刀可以用于加工结构上所需的任何精密表面。这一概念可以扩展到在单个机器中包含任何数目的工具以执行用于形成所需结构所需要的任何操作。

可以按自动化方式连续地生产多个零件而不需要人类用户的参与。在零件完成之后，臂可以穿过基底130并移除零件，将其放入收集区域中。一旦从基底130清除了前一零件和移除臂，就可以制造下一零件。

在一些情况下，由3D渲染模块155执行的沉积参数的计算基于针对原料或聚合物细丝的静态直径值。然而，如上所述，所供应的细丝的直径可能是可变的，并且这些变化可能导致打印性能不良、原料馈送器115(例如，打印头)堵塞/阻塞，或者在严重的情况下损坏装置100的机械系统。可能还期望检测原料120的缺失以确定源125何时已耗尽。此外，可以记录所消耗的原料120的绝对长度的精确测量值，并将其用于开发算法以便更好地预计所需的总的原料120和完成打印所需的时间。

在本公开的各个方法和系统中，为了感测和跟踪原料120的使用(或其缺失)，装置100并入了包括与原料120接触的机械轮或者基本上由其组成的系统，或者具有对原料120的无阻碍视原料的光学系统。图6示意性地描绘了机械原料跟踪系统600，其包括在打印期间从源125馈送原料120时在原料馈送器115内的点处接触原料120的轮610。原料120的运动可以由连接到轮610的数字编码器来记录。可以从编码器读数计算出在一段时间内使用的原料120的量。如图所示，轮610可以连接到诸如弹簧加载杆620等机构，该机构将轮610推压到原料120。以这种方式，可以使用杆620的偏转来计算原料120的直径。轮运动的缺失或者非常小的直径测量值通常将会指示出源125已经将原料120排空。

图7描绘了可以并入到本公开的各个方法和系统中的光学原料跟踪系统700。可以利用光学图像传感器710来基于原料的表面的微观变化来确定原料120的移动，并且从而将其用于测量在打印过程期间所使用的原料120的绝对长度。可以使用在原料120的面向传感器710的背面上成角度的光720，基于由原料120所阻挡的光的区域来测量原料120的直径。可以使用多个传感器710来提供关于原料120的在多个轴中的更准确的测量值。与原料跟踪系统600类似，原料120的运动和直径例如可以用于计算所使用的原料的总长度，和/或检测源125何时已没有原料。

根据本公开的方法和系统的打印机还可以并入抗堵塞机构，以防止严重超尺寸的原料对原料馈送器(例如，其打印头)造成堵塞或其他损坏。例如，可以将具有与最大可允许原料直径相匹配的内径的环安置在原料馈送器115内或者原料馈送器115与源125之间。原料120可以穿过环，并且如果其尺寸过大，则原料可被卡在环中，或者无法穿过原料馈送器115以供进行打印。这种状况可以(例如由原料跟踪系统600或700)感测到，并报告给操作者。此外，图8描绘了这样的环800的实施方式。如图所示，环800可以在内径上具有尖锐边缘，使得原料120可以在其穿过环800时被自动修整成适当的直径。

一些打印零件，特别是那些具有高密度和/或可变或复杂几何形状的打印零件，在打印后可能难以从基底130移除。在本公开的各个实施方式中，可以在零件之前在基底130上打印牺牲结构(或“筏”)，并且使用该牺牲结构来支持从基底130移除零件。在各个实施方式中，对筏的结构加以选择，以便促进将零件锚定到基底130并且使得零件(即，原料电极)与基底130之间能够导电，同时促进在打印之后从成品零件移除筏。此外，具有相同尺寸和/或形状和/或内部构造的筏可以用于具有非常不同的几何形状的零件，从而实现针对从基底130移除不同零件的标准化过程——在打印之后，从基底130移除筏(以及打印零件)，并且继而从零件移除筏。在一些情况下，筏可以例如包含金属和/或聚合物、基本上由其组成，或者由其组成。筏可以不是由装置100打印的，而是通过其他途径提供(例如，在打印零件之前由另一装置制造并固定(例如，粘附)到基底130)。在一些情况下，筏包含一种或多种与在其上用于制造零件的材料不同的材料、基本上由其组成，或者由其组成。例如，可以利用包含不同金属、基本上由不同金属组成或者由不同金属组成的原料来打印筏以及打印一个或多个零件。

图9A和图9B是根据本公开的方法和系统所制造的筏900的示意顶视图。如图所示，在打印期望的零件之前，筏可以包含被打印于(例如，使用原料120打印)基底130上的一层或多层材料，或者基本上由其组成。为了促进随后从打印零件移除筏，筏可以例如由打印材料的一系列条带910或网格图案920组成，如图9A和图9B中所示。也就是说，在各个实施方式中，筏900限定穿过其中的在基底130与打印在筏900上的零件之间延伸的一个或多个开口，而不是筏900由实心材料片组成。可以利用与用于在筏900上打印零件的原料120(即，相同的材料和/或相同的原料直径和/或沉积条件)相对应的原料120来打印筏900，或者可以利用不同的材料、不同的原料直径和/或不同的沉积条件(例如，拉原料速率)来打印筏900。

在一些情况下中，筏900至少部分地由具有厚度930的打印区域以及位于其间的间隙940组成。可以选择厚度930和/或间隙940的尺寸以控制筏900与打印零件和/或基底130之间的粘附。替代地或附加地，可以选择整个筏900或其一部分的高度(即，垂直厚度)以促进零件随后在其上的打印。图9C描绘了打印在由一个或多个底层960、一个或多个中间层970以及一个或多个顶层980组成的筏900上的零件950。底层960可以具有比通常用于打印零件的层厚度更大的厚度，以便例如将零件与基底130的表面的任何粗糙性或不均匀性隔离。例如，如果打印零件通常由厚度约为0.6mm的层构成，则至少筏900的底层960可以具有大于0.6mm的厚度，例如大于1mm，甚至更厚。图9C中的筏900还含有一个或多个可以不与基底130或零件950机械接触的中间层970。所述一个或多个中间层970可以例如为筏900提供结构稳定性，同时还提供通过筏900的导电性。顶层980可以具有被设计成控制在筏900与打印在筏上的零件950之间的粘附量的结构。例如，可以增加顶层980的孔隙度和/或顶层980的间隙940的尺寸以减小筏900与零件950之间的界面处的表面积(以及因此粘附)的量。

一旦如本文所详述的那样打印了零件950，则可以将零件950和筏900从基底130分离。图10A图示了在其中使用刀片1000将筏900从基底130分离的示例性实施方式。如图10B中所示，在将筏900从基底130分离之后，可以将筏从零件950剥离。

在一些情况下，装置100可以是沿着模块化自动化加工站的装配原料的单个“站”，以便利用装置100的自动化能力。例如，可以利用装置100来打印零件，并且继而(例如，经由输送带、机器人装卸器或类似系统)将零件自动转移到精加工站(例如，石滚揉机、振动箱、喷丸柜)和/或清洁站，以供(例如使用紫外光、化学品)进行自动消毒。继而可以将零件转移到包装站(例如塑料包装站)中，并且继而转移到具有自动贴标机的包装站，该自动贴标机在零件离开时对盒装零件贴标。并行的装配原料可以生产用于打印零件的包装材料。例如，可以使用打印零件的模具来对包装泡沫进行成形，使得其与成品零件外形适配。可以将成型的泡沫与主装配原料中的盒一起馈送到包装系统中。

在一些情况下，诸如原料跟踪系统600、700等原料跟踪系统以及筏(例如，筏900)和/或装置100的其他部分可以与由非金属材料(例如，塑料)构成的线一起使用和/或用于打印非金属(例如，塑料)物体。

在一些情况下，诸如金属片或金属带的原料可以用作使打印过程并行化的原料。图12示出了在构建板1201上沿Y方向的金属添加剂沉积1200的并行化，以使用沉积装置产生打印阵列1202。打印可以是电阻打印(例如焦耳打印)。构建板1201可在构建板1201的任一侧包括至少一个杆或轨道1203。所述至少一个杆或轨道1203提供闭合的线性运动。在一些情况下，沉积装置的接触尖端可以供应电流。使用单独的接触尖端以选择性地驱动电流，可以对每种原材料(例如，原料)沿Z方向进行选择性运动控制。可以使用多种厚度或可变厚度的原材料(例如，原料)。

在一些情况下，打印过程的并行化可以包括多个节点从而获得高分辨率。这可以导致制造完全致密的零件。诸如金属片或金属箔的工业标准原料可用作原材料。可以在打印之前将原料卷转变成带。为了对原料同时且选择性地进行打印，可以在子系统1300中控制要沿着Y轴在每个位置处沉积的节点(图13)。子系统1300包括三个节点1301、1302和1303。节点1301和1302由间隙1304分隔。节点1302和1303由间隙1305分隔。对于具有长度L、厚度t(1306)和模量γ的原料，可以将分辨率优化为立方(t³)。L可以大于t，n可以是节点数，并且g可以是各个节点之间的间隙长度。在这种情况下，可以根据等式3计算原料的长度。

L＝nt+(n-1)g 等式3

对于原料的打印沉积的选择性平行化，可需要变量g。在一些情况下，g的最小值可以取决于原料的介电常数。可以根据等式4计算测量动态间隙电容所需的间隙面积。

间隙面积＝g_n×t_n 等式4

可以克服图13中的连续片材内的电容效应并且如果节点1和3不是通过节点2沉积的，则在每次沉积之前可以离散地控制每个节点的运动或者可以确保均匀的节点长度。在任何一种情况下，都可能需要清除。针对此需要，在系统1400(图14)中可以存在平行于构建板并垂直于原料运动的切割工具。切割工具1401可以是主动或被动切割工具。主动或被动切割工具可以选自激光、线放电加工(EDM)和剪切机。切割工具可以是剪床类型的刀片机构。在一些情况下，切割工具可以包括锋利的硬切割区域1402和坚韧的耐热区域1403。在一些情况下，当切割的材料掉落到工件上时，去除的材料可能包括重力问题。因此，可以清除构建体积外部的清除区域，或者可以倒置打印零件。可替选地，该零件可以被侧向打印，使得重力g平行于电压v，从而导致切割材料从工件上掉落。在一些情况下，可以使用高抽吸真空、磁体和/或电场来克服重力去除切割材料。

在一些情况下，可以从片材生成带，以经济有效地使打印过程并行化。金属片材可用作大规模工业应用的原料。当每个节点单独移动时，可以为每个节点单独馈送每个带。在一些情况下，可以利用内部系统，该内部系统将金属片材转换为带。通过机械地将片材切割成带，可以将剪切用于这种转换。在其他情况下，可以采用激光阵列，其使用高能激光阵列将片材切割成带。可替选地，可以使用线EDM、等离子切割机阵列或带锯机阵列进行切割。

在一些情况下，零件在一侧可能很薄而在另一侧则很厚。薄的一侧可能未充分利用节点1，厚的一侧可能过度利用了节点3。在这种情况下，连续的金属片材的线轴可能不合适，原因在于发生不均匀的打印。图15描绘了子系统1500，该子系统1500可以将片材卷轴1501切割1502成小片1503，该子系统1500可以将小片1503进一步切割1504成带1505，带1505可以被馈送到选择性打印接触尖端阵列1506中，继而被打印到构建板1507上。图16描绘了子系统1600，在该子系统1600中通过激光阵列1602从片材1601切割成带1603。切割阵列可以选自剪切阵列、线EDM阵列、超声振动阵列、等离子切割机阵列和/或带锯机阵列。可以根据等式5来计算金属片材W的宽度，其中w是每个带的宽度并且n是带的数量。可以通过等式6来计算体积流率，其中t是带的厚度并且f是馈送速率(例如，米/秒)。

W＝n×w 等式5

体积流率＝W×t x f＝w×n×t×f 等式6

每次沉积可以具有以上呈现的几何性质。

机械控制可以映射到电流控制。可以在每个节点处选择性地设置、监控和控制电流。可以将模拟功率电子装置用于使用数字逻辑在每个节点处进行功率控制，以控制何时和多少电流在每个节点处流动。图17示出了并联电路设计1700，其中电流1705流过n₁ 1701和n₃ 1703，并且其中没有电流1706流过n₂ 1702和n₄ 1704。当n₁ 1701和n₃ 1703馈送并接触构建板时，可以形成沉积。相反，在n₂ 1702和n₄ 1704处可能不会发生沉积，因为它们没有被馈送并且没有电流流动。在图17中，n₁ 1701和n3 1703两者都接收I/2安培的电流。通用电路设计对于打印过程控制系统可能不是理想的，原因在于它可能会限制沉积灵活性。例如，如果将n₁ 1701和n₃ 1703沉积到不同的金属上，则可以向n₁ 1701和n₃ 1703提供不同的电流，以实现所需的冶金学性质。因此，可以分别精确地设置和控制到每个节点的电流。

在一些情况下，串联沉积头可以与任何形状的原料一起使用。沉积头的并行阵列可以用于增大沉积速度。如图18的系统1800中所示，当使用金属片材时，可以清除未使用的材料。可以将原料1802馈送到沉积机中。原料1802可以选自圆线1813、方形挤出线1814、金属片材条和金属片材线轴。在将原料馈送到沉积机中之前，可以使用各种处理方法和装置1801例如磁体、抽吸、手动和/或摩擦辊来对原料进行预处理。可以将原料1802馈送到分离器1803中，并且可以将原料片材切割成多个带1804。在切割头的平行阵列产生要被馈送到一个或多个沉积头(例如，并行的沉积头)的带条之后，可以开始沉积1805。当一个或多个沉积头垂直于轨道和杆1808移动时，一个或多个沉积头可以选择性地将金属体素1806沉积到构建板1809上。一旦一个或多个沉积头移动了一个体素长度1807，则可以重复该过程，直到构建1810 3D物体。接着，当耗尽一个金属条并且可以清除其他束以为新的片材1811让路时，沉积头可以移至清除区域1813。清除的金属可以被回收和再加工以供再利用和用于其他用途1812。

计算机系统

本公开提供了被编程为实现本公开的方法的计算机系统。图11示出了被编程或以其他方式配置为实现本公开的3D打印方法和系统的计算机系统1101。计算机系统1101可以调节本公开的方法的各个方面，诸如例如紧邻基底打印3D物体的至少一部分。

计算机系统1101包括中央处理单元(CPU，在本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)1105，其可以是单核或多核处理器，或用于并行处理的多个处理器。计算机系统1101还包括存储器或存储器位置1110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1120(例如，网络适配器)以及外围设备1125，例如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器1110、存储单元1115、接口1120和外围设备1125通过诸如母板的通信总线(实线)与CPU1105通信。存储单元1115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机系统1101可以借助于通信接口1120可操作地耦合到计算机网络(“网络”)1130。网络1130可以是因特网、因特网和/或外联网、或与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络1130是电信和/或数据网络。网络1130可以包括一个或多个计算机服务器，其可以启用分布式计算，例如云计算。在一些情况下，网络1130可以在计算机系统1101的辅助下实现对等网络，该对等网络可以使耦合到计算机系统1101的设备能够充当客户端或服务器。

CPU 1105可以执行机器可读指令序列，其可以在程序或软件中实施。指令可以存储在诸如存储器1110的存储器单元中。指令可以被导送到CPU 1105，其可以随后对CPU1105进行编程或以其他方式配置CPU 1105以实现本公开的方法。CPU 1105执行的操作的示例可以包括获取、解码、执行和写回。

CPU 1105可以是电路，例如集成电路的一部分。系统1101的一个或多个其他部件可以被包括在电路中。在一些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。

存储单元1115可以存储文件，例如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1115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1101可以包括一个或多个另外的数据存储单元，所述一个或多个另外的数据存储单元在计算机系统1101外部，例如位于通过内联网或因特网与计算机系统1101通信的远程服务器上。

计算机系统1101可以通过网络1130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1101可以与用户(例如，3D打印系统的客户或运营商)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)、平板个人计算机或平板计算机(例如，

iPad、

Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，

iPhone、启用Android的设备、

)或个人数字助理。用户可以通过网络1130访问计算机系统1101。

如本文所述的方法可以通过机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现，所述机器可执行代码被存储在计算机系统1101的电子存储位置上，例如被存储在存储器1110或电子存储单元1115上。机器可执行或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器1105执行。在一些情况下，可以从存储单元1115检索代码并将其存储在存储器1110中，以供处理器1105访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元1115，并且将机器可执行指令存储在存储器1110中。

代码可以被预编译并配置为用于具有适于执行该代码的处理器的机器，或者可以在运行期间被编译。可以用可以选择以使代码能够以预编译或现编译的方式执行的编程语言来提供代码。

本文所提供的系统和方法的方面，例如计算机系统1101，可以在编程中实施。可以将技术的各个方面视为通常以机器可读介质的类型载送或实施的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式的“产品”或“制品”。机器可执行代码可以被存储在电子存储单元，例如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”类型的介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器，或其相关模块，例如可以对于软件编程随时提供非暂时性存储的各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。此类通信例如可以使得能够将软件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机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光波、电波和电磁波，例如通过有线和光学固网网络和在各种空中链路(air link)上跨本地设备之间的物理接口使用的光波、电波和电磁波。诸如有线或无线链路、光学链路等的载送此类波的物理元件也可以被视为承载软件的介质。如本文所使用的，除非限于非暂时性的有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”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的机器可读介质可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机等中的任何存储设备等，诸如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴线缆；铜线和光纤，包括有包括计算机系统内的总线的电线。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，例如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些电信号或电磁信号或声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括：软驱、软盘、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、打孔卡纸磁带、带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、用于传输数据或指令的载波、用于传输此类载波的线缆或链路、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。这些形式的计算机可读介质中的许多可能涉及将一个或多个指令的一个或多个序列载送到处理器以供执行。

计算机系统1101可以包括电子显示器1135或与电子显示器1135通信，该电子显示器包括用于向用户提供例如打印头工具路径的用户界面(UI)1140。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于web的用户界面。

本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以由中央处理单元1105在执行时通过软件来实现。例如，算法可以划分零件的计算机模型并从该计算机模型生成网格阵列。

计算机系统1101可以包括3D打印系统。3D打印系统可以包括一个或多个3D打印机。3D打印机可以是例如熔丝制造(FFF)打印机。可替选地或附加地，计算机系统1101可以例如通过网络1130与3D打印系统远程通信。

尽管本文已经示出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，这些实施方式仅以示例的方式提供。并非意图通过说明书中提供的特定示例来限制本发明。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是对本文中的实施方式的描述和说明并不意味着以限制性的意义来解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员此时将想到许多变型、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述的、取决于各种条件和变量的具体描绘、配置或相对比例。应当理解，本文描述的本发明的实施方式的各种可替选方案可以用于实施本发明。因此，可以预期的是，本发明还将涵盖任何此类可替选方案、修改、变型或等同方案。意图是所附权利要求书限定本发明的范围，并且由此涵盖在这些权利要求范围内的方法和结构及其等同方案。

Claims (63)

1.一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的方法，包括：

(a)至少部分地基于所述3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；

(b)根据所述至少一个沉积参数使用打印头以开始所述3D物体的打印，其中所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；

(c)在用所述打印头打印所述3D物体的同时，(i)测量所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个性质，并且(ii)确定在(i)中测量的所述3D物体的所述一个或多个性质是否满足所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个预定性质；

(d)在确定在(c)中测量的所述3D物体或所述至少一种原料的所述一个或多个性质不满足所述一个或多个预定性质时，调节所述至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数；以及

(e)使用所述打印头和所述至少一个调节后的沉积参数来继续打印所述3D物体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过模拟所述3D物体来生成所述一个或多个预定性质。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述模拟包括有限元分析。

4.根据权利要求2所述的方法，其中在打印所述3D物体之前执行所述模拟。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在打印所述3D物体的同时实时地调节所述至少一个沉积参数。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种原料是金属线或多金属线。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多金属线是管状多金属线。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个沉积参数是所述打印头可用于打印所述3D物体的工具路径轨迹或工艺参数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在(c)中的所述测量包括测量在其中生成所述3D物体的所述基底或环境的至少一个沉积参数。

10.根据权利要求1所述的方法，其中(c)还包括使用一个或多个传感器来测量所述3D物体的所述一个或多个性质。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、重量测量器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量包括使用选自以下各项中的一种或多种：光学高温测定法、红外热成像法、光谱法、激光超声法、重量测量、接触力测量、位置测量、电能测量、电阻测量、电感测量和电容测量。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个性质包括选自以下各项中的一种或多种：调制信号、质量、热质量、所述至少一种原料的质量流率、腔室温度、热容、表面温度、电流、电压、所述至少一种原料的尖端的接触力以及所述至少一种原料的量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调制信号是脉冲宽度调制。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电阻、所述至少一种原料的接触力、所述至少一种原料的几何结构、所述3D物体的至少一部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的至少一部分的位置、所述打印头和所述基底的位置、所述打印头和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、电流、在所述至少一种原料和所述基底之间施加的电压、电阻参数、所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的至少一部分的电容。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个沉积参数是所述3D物体或所述至少一种原料的能量或质量。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个沉积参数对应于所述3D物体的至少一个体素或所述至少一种原料的能量或质量。

18.根据权利要求16所述的方法，其中(c)还包括计算所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述3D物体或所述至少一种原料的所述能量或所述质量存储在计算机存储器中。

20.根据权利要求1所述的方法，其中(d)包括控制所述3D物体或所述至少一种原料的质量。

21.根据权利要求1所述的方法，其中(d)包括在所述打印所述3D物体期间控制沉积速率或质量流率。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热是焦耳加热。

23.一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的系统，包括：

打印头，所述打印头被配置为打印所述3D物体；以及

一个或多个计算机处理器，所述一个或多个计算机处理器可操作地耦合到所述打印头，其中所述一个或多个计算机处理器被单独或共同地编程以：

(i)至少部分地基于所述3D物体的计算表示来计算至少一个沉积参数；

(ii)根据所述至少一个沉积参数引导所述打印头以开始所述3D物体的打印，其中，所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；

(iii)在用所述打印头打印所述3D物体的同时，(1)测量所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个性质，并且(2)确定在(1)中测量的所述3D物体的所述一个或多个性质是否满足所述3D物体或所述至少一种原料的一个或多个预定性质；

(iv)在确定在(iii)中测量的所述3D物体或所述至少一种原料的所述一个或多个性质不满足所述一个或多个预定性质时，调节所述至少一个沉积参数，以产生至少一个调节后的沉积参数；以及

(v)使用所述打印头和所述至少一个调节后的沉积参数来继续打印所述3D物体。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述基底包括被固定到支撑体的至少一个导电片。

25.一种用于打印三维(3D)物体的方法，包括：

(a)提供用于在所述打印期间支撑所述3D物体的基底，以及被固定到所述基底的至少一个导电片；以及

(b)打印被固定到所述至少一个导电片上的所述3D物体，所述打印包括在电流流过至少一种原料并流入所述至少一个导电片中时使所述至少一种原料与所述至少一个导电片接触以进行加热，反之亦然。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述加热是焦耳加热。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述打印包括在使所述电流流过所述至少一种原料并流入所述至少一个导电片中的同时，使所述至少一种原料相对于所述至少一个导电片移动，反之亦然。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述基底是导电的。

29.一种用于打印三维(3D)物体的系统，包括：

基底，所述基底用于在所述打印期间支撑所述3D物体；

至少一个导电片，所述至少一个导电片被固定到所述基底，并且在所述打印期间所述3D物体被固定到所述至少一个导电片；以及

至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为在电流流过至少一种原料并流入所述导电片时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述基底是导电的。

31.根据权利要求29所述的系统，还包括在多轴机械臂上的至少一个打印头，用于分配所述至少一种原料。

32.根据权利要求31所述的系统，其中所述多轴机械臂是六轴或七轴机械臂。

33.根据权利要求29所述的系统，还包括一个或多个尖端，所述一个或多个尖端用于对所述3D物体的至少一层进行成形。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述成形包括机械操控。

35.根据权利要求29所述的系统，还包括切割器，所述切割器用于在沉积期间或之后切割所述至少一种原料的一部分。

36.根据权利要求29所述的系统，还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于测量所述3D物体的至少一个性质。

37.根据权利要求36所述的系统，其中所述一个或多个传感器位于所述基底的外部。

38.根据权利要求36所述的系统，其中所述一个或多个传感器选自照相机、红外传感器、光检测器、光学高温计、光学发射光谱仪、重量测量器、热电偶、热敏电阻、频率响应分析仪、磁力计、气体流量传感器、加速器、接触力传感器、位置传感器、电能传感器、电阻传感器、电感传感器和电容传感器。

39.根据权利要求29所述的系统，其中所述基底是旋转圆柱体或转盘。

40.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片采取所述基底的形式。

41.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片包括选自金属网、箔和膜中的一种或多种。

42.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片由粘附到所述至少一种原料的材料形成。

43.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片形成所述3D物体的一部分。

44.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片被使用真空固定到所述基底。

45.根据权利要求44所述的系统，其中所述基底包括用于所述真空的孔。

46.根据权利要求44所述的系统，其中改变所述真空以改变热量流动或所述电流的流动。

47.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片被非磁性地固定到所述基底。

48.根据权利要求29所述的系统，其中所述基底包括用于热电偶和加热盒的孔。

49.根据权利要求29所述的系统，其中通过控制所述3D物体的至少一个沉积参数来调节用于打印所述3D物体的至少一部分的工具路径。

50.根据权利要求49所述的系统，其中所述至少一个沉积参数包括选自以下各项中的一种或多种：所述至少一种原料的电阻、接触力、几何结构、所述3D物体的所述至少所述部分的几何结构、所述至少一种原料的位置、所述3D物体的所述至少所述部分的位置、馈送器和所述导电片的位置、所述馈送器和前一层的位置、在所述打印期间使用的所述原料的量、所述打印的电能输出、所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电流、电压、电阻参数、电感以及所述至少一种原料或所述3D物体的所述至少所述部分的电容。

51.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个导电片被可移除地固定到所述基底。

52.一种用于紧邻基底打印三维(3D)物体的方法，包括：

(a)在计算机存储器中接收所述3D物体的计算表示；

(b)通过以下方式使用打印头以开始打印所述3D物体：(i)将至少一种原料通过馈送器导向所述基底，和(ii)使电流流过所述至少一种原料并流入所述基底中，反之亦然；

(c)在电流流过所述至少一种原料并流入所述基底中时对所述至少一种原料进行加热，反之亦然，所述加热足以熔化所述至少一种原料的至少一部分；

(d)根据所述3D物体的所述计算表示，紧邻所述基底沉积所述至少一种原料的所述至少所述部分的至少一层，从而打印所述3D物体；以及

(e)使用一个或多个尖端使所述至少一层成形。

53.根据权利要求52所述的方法，还包括将(d)和(e)重复一次或多次，以紧邻所述基底对所述至少一种原料或至少一种其他原料的另外的部分进行沉积和成形。

54.根据权利要求52所述的方法，还包括继(e)之后，改变所述一个或多个尖端相对于所述至少一层的相对位置。

55.根据权利要求52所述的方法，其中在打印所述3D物体之后执行(e)。

56.根据权利要求52所述的方法，其中(d)包括在沉积所述至少一层之后切割所述至少一种原料的所述至少所述部分。

57.根据权利要求52所述的方法，其中(e)还包括对所述至少一种原料的所述至少所述部分的所述至少一层进行机加工。

58.根据权利要求57所述的方法，其中所述机加工包括使用选自计算机数控机加工、铣削精加工、喷砂和抛光中的一种或多种。

59.根据权利要求57所述的方法，其中在同一装置中执行对所述3D物体的所述打印和所述机加工。

60.根据权利要求52所述的方法，其中所述成形包括机械操控。

61.根据权利要求52所述的方法，其中通过改变选自压力、热量、功率和气体量中的一个或多个参数来执行所述成形。

62.根据权利要求52所述的方法，其中所述基底是预先存在的3D物体或导电基底。

63.根据权利要求52所述的方法，其中所述一个或多个尖端是涂抹尖端或重熔尖端。

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