CN113302036A - 用于混合增材制造喷嘴的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种增材制造设备、系统和方法。该设备、系统和方法用于混合增材制造打印喷嘴，该混合增材制造打印喷嘴可以包括输送导管；挤出器，所述挤出器能够挤出打印材料通过所述输送导管；高热质量加热器，其在所述输送导管周围接近所述挤出器；低热质量加热器，其在所述输送输送导管周围远离所述挤出器并且靠近所述输送输送导管的出口；以及控制器，其能够至少执行使用打印材料的打印构建，并且能够控制高热质量加热器和低热质量加热器两者。

Description

用于混合增材制造喷嘴的设备、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月19日提交的名称为：“用于混合增材制造喷嘴的设备、系统和方法”的美国临时申请62/782,197的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文，如同其全部内容被阐述一样。

背景技术

技术领域

本公开涉及增材制造，并且更具体地，涉及用于混合增材制造打印喷嘴的设备、系统和方法。

背景说明

包括三维打印的增材制造已经在开发方面，不仅打印技术，而且例如产品研究和开发能力、原型制作能力和实验能力方面构成了非常显著的进步。在可用的增材制造(统称为“3D打印”)技术中，熔融沉积材料(“FDM”)打印是已经开发的最重要类型的3D打印之一。

FDM是一种增材制造技术，其允许在逐层的基础上创建3D元件，从打印元件的基础层或底层开始，并且通过使用例如加热和将热塑性丝材挤出到连续层中来打印到顶层或最后一层。简单地说，FDM系统通常包括打印头、X-Y平面控制器和打印平台，打印头通过加热的喷嘴进给打印材料丝材以进行打印，X-Y平面控制器用于在X-Y平面中移动打印头，基底在打印平台上打印，并且打印平台在打印连续层时在Z轴中移动。

更特别地，FDM打印机喷嘴将接收的热塑性打印丝材加热成半液态，并且将半液态热塑体沿着为构建元件的每个连续层而提供的X-Y平面挤出路径平面沉积成可变尺寸的珠粒(bead)。打印的珠粒/迹线尺寸可以基于部件或部件的方面而变化，然后被打印。此外，如果需要用于部件的方面的结构支撑，则由FDM打印机打印的轨迹可包括可移除的材料以充当一种脚手架来支撑需要支撑的部件的方面。因此，FDM可用于构建实验或功能部件的简单或复杂几何形状，例如用于原型制作、小批量生产、制造辅助等。

然而，由于影响FDM，特别是影响FDM工艺的打印速度、质量和效率的多种因素，FDM在更广泛的应用中的使用受到严重限制，例如中等到大批量生产。如所提及的，在FDM打印中，通常将热塑体挤出，并且加热，并在打印头/构建板的X-Y和/或Z驱动器的控制下，从加热喷嘴向外推到打印板/平台或正在生产的零件的先前层上。更具体地说，喷嘴至少通过打印头的机器人X-Y平面调整根据预先输入的几何形状而移动，例如可以输入到处理器中作为打印计划，以控制机器人移动，从而形成所需的部件。

由于喷嘴和打印环境都可能被加热，并且喷嘴经受重复的高速运动，所以可能发生喷嘴和打印材料的不均匀加热。同样，可能在打印喷嘴自身内发生不均匀加热。此外，在一些情况下，喷嘴的移动可能导致打印缺陷，例如在喷嘴尖端上形成条纹或结块，特别是在喷嘴液化速率不足以满足遵循打印计划所必需的X-Y-Z打印移动的情况下。

因此，如上所述，典型的FDM打印机需要通过X-Y-Z阶段来遵循打印计划，所述X-Y-Z阶段在三维中生成打印构建的逐层几何结构；挤出器，其响应于打印计划而驱动所述丝材；以及热端，其包括喷嘴，所述热端与X-Y-Z移动相连地相关联。所谓热端是因为其用于将打印材料输出到打印构建，并且因此还熔融材料以允许根据打印计划进行打印。

一种类型的热端从“顶部”到“底部”包括加热器块，该加热器块在喷嘴的下部打印部分中包含至少部分熔融的丝材，该下部打印部分可以包括下部加热部分，诸如简单的电阻加热器，该下部加热部分加热喷嘴的下部部分以便使打印的丝材达到期望的温度，从而允许对应于打印计划的给定部分的必要打印速度。散热器可防止液化材料“蔓延(creeping)”回到喷嘴。通常还与热端相关联的是温度传感器，例如热电偶(thermocouple)，以便向加热器控制系统提供反馈。

因此，各种热端，例如上面刚刚提到的热端，通常包括高和/或低热质量区域。高热质量部分在没有大量热能注入的情况下取消了热块区域的加热，可以明显减慢在热块区域中发生的任何加热，并且由于加热高热质量所需的大量热能而可能使目标热量过冲；并且低热质量的下部需要非常少的能量来允许加热喷嘴的加热部分，并且因此允许加热快速发生，但是由于即使对于甚至少量的加热能量，低热质量的部分也过度响应的事实，呈现非常宽的耐热性。

更特别地，一些已知的FDM热端可允许高速丝材挤出和打印，通常通过仅提供适于将非常大量的热能传递到热端的高热质量加热区域。然而，如上所述，尽管这种高热质量的热端允许显著的加热和非常宽的温度容限，但是它们不允许热端温度的迅速变化。因此，尽管这种高热质量的热端提供了高温稳定性和增加的加热能力，但是它们不允许打印速率的快速变化，打印速率的快速变化在整个打印计划中可能变化。

其它已知的喷嘴加热器可提供不同程度的加热或热阻塞能力。简而言之，这种打印机可以提供更大或更小的低热质量区域，从而增强(或延迟)对热的施加的响应时间。然而，这种热端部不适于接收高能热量，并且因此不适于提供高水平的打印材料液化以用于高速打印。此外，这种喷嘴通常在温度方面非常不稳定，这当然不适合于某些打印计划。例如，具有低热质量的较长喷嘴可以允许增加打印速度，但是难以保持在适当的温度并且难以加热到高加热水平。

因此，具有高热质量的已知热端适于为高丝材速率提供高加热能量，并且在较差的温度容限内这样做，并且不能提供打印速率的快速改变。低热质量的热端允许打印速率和温度非常快速的变化，但通常缺乏提供足以解决丝材进给速率的快速增加的热能的能力，且确实提供相当紧密的温度容限范围。

发明内容

公开了一种增材制造设备、系统和方法。该设备、系统和方法用于混合增材制造打印喷嘴，该混合增材制造打印喷嘴可以包括输送导管；挤出器，所述挤出器能够挤出打印材料通过所述输送导管；高热质量加热器，其在所述输送导管周围接近所述挤出器；低热质量加热器，其在所述输送输送导管周围远离所述挤出器并且靠近所述输送输送导管的出口；以及控制器，其能够至少执行使用打印材料的打印构建，并且能够控制高热质量加热器和低热质量加热器两者。

因此，实施例提供了高热质量，其适于在较宽的温度容限内提供用于高丝材速率的高热能，以及提供了低热质量的热端，其适于非常快速的温度变化，并且适于进一步细化高热质量加热器的温度容限。

附图说明

所公开的非限制性实施例是关于附图来讨论的，附图形成了本发明的一部分，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是增材制造打印机的图示；

图2是示例性增材制造系统的图示；

图3示出了混合打印喷嘴；

图4是打印喷嘴模口膨胀的图示；以及

图5示出了示例性计算系统

具体实施方式

本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的设备、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的设备、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。

在全文中提供实施例，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施例。因此，实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的工艺、公知的设备结构和公知的技术。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。

当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，除非另外清楚地指出，否则其可以直接在另一元件或层上、接合到、连接到或联接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

实施例提供了一种经受混合加热的增材制造喷嘴，所述混合加热在打印喷嘴的热端的单个下部部分中组合高热质量区域和低热质量区域。如本文所用，热质量被定义为材料吸收和储存热能的能力。热质量可以在数学上定义为：

Q＝Cth xΔT；

其中Q是传递的热能，Cth是材料的热质量，ΔT是材料的温度变化。

因此，需要大量的热能来改变具有高热质量的材料的温度，并且因此所公开的高热质量区域可能比所公开的低热质量部分消耗更多的能量来加热打印丝。也就是说，改变具有低热质量的材料的温度需要较少的大量热能，例如所公开的低热质量部分，即，低热质量部分因此具有更高的响应性。

图1是示出示例性的基于丝材的打印机100的框图。在该图示中，打印机包括X-Y轴驱动器102，其适于响应于打印计划1190而在二维平面中，即沿着X和Y轴移动打印头/热端104，并且因此移动打印头104上的打印喷嘴106。在用于增材制造的打印机100中还包括前述打印头104，其包括具有加热器105的打印喷嘴106。

如从图1中明显看出的，打印可以在由加热器105加热的打印材料相对于X-Y驱动器102的X-Y平面移动沿着Z轴从喷嘴106向外流动时发生。由此，打印材料层110可以从喷嘴106沿着由X-Y驱动器102指定的路径经由Z轴提供到打印构建111上。

更具体地并且如图2中所示，基于丝材的3D打印机通常包括挤压打印头104，其使用滚刀103将丝材110移动到加热的喷嘴106中，即，以依赖于控制器1100的进给速率绕喷嘴106经过加热器105，该控制器经由X-Y-Z轴驱动器102(图1中所示)执行打印计划算法1190。电机109通常用于驱动至少一个滚刀103，例如抵靠未被驱动的一个滚刀103。该挤出和X-Y-Z运动响应于由控制器1100执行的打印计划1190而进行。

如图所示，响应于打印计划1190，打印材料110经由头104的圆模103从打印材料110a的卷轴挤出到加热喷嘴106中并通过该加热喷嘴，并且因此经过加热器105。更具体地，当喷嘴106使用加热器105加热打印材料110时，打印材料至少部分地液化，以便在沿着远离打印头104的喷嘴的点处从喷嘴的端部端口/尖端106a输出到打印构建111(图1中所示)上。由此，挤出材料从端口106a经由Z轴沿着由与打印头104连接地关联的X-Y驱动器(参见图1)确定的X-Y平面路径向外“打印”。

如图3所示，混合加热器打印喷嘴302的下部304b的上部区域加热器302a(这里用于参考喷嘴106上的加热器105的混合加热器的组合)适于向喷嘴302内的打印丝材110提供大量的热能，以便允许喷嘴302通过提供增强的液化来解决快速流速。因此，该上部区域可包括高热质量加热区/加热器302a，其可例如沿着喷嘴位于包括在已知热端中的典型高热质散热器310“下方”。这种散热器310通常可以防止液化的打印材料110a“向上”蠕变通过喷嘴302，诸如防止堵塞，如本领域技术人员将理解的。

因此，在实施例中设置在喷嘴302上的高热质量区域/加热器302a适合于为需要高打印速率的打印计划方面1190提供显著的加热。此外，如通篇所讨论的，该高热质量区域302a还提供了打印材料温度的相对紧密的容限。

值得注意的是，高热质部分302a的加热能力不仅可以取决于上述等式，而且可以另外取决于高热质部分302a的尺寸和/或几何形状。例如，具有较大体积的高热质量部分302a具有比具有较小体积的相同材料的加热器更高的热质量。同样，具有细长几何形状的高热质部分可向丝材110提供更显著的热能，至少因为与非细长高热质部分302a相比，喷嘴302内的丝材110暴露于细长高热质部分302a的时间增加。

图3中还示出了低热质量喷嘴区域/加热器302b，其沿着喷嘴302位于上述高热质量喷嘴部分302a“下方”。该低热质量喷嘴区域302b允许喷嘴302(并且因此喷嘴内的丝材110)的温度的动态变化，并且与已知的不精确的低热质量喷嘴加热器不同，可以采用其低热质量特性来实现根据打印计划1190对温度打印材料110的高度精确的热控制。在所公开的混合喷嘴302中由低热质量部分302a提供的增强的精度发生，因为根据打印计划1190，从高热质量喷嘴区域302a进入低热质量部分302b的打印材料110可能已经被该高热质量区域302a基本上或完全预加热到该丝材110的必要液化水平。

也就是说，如本领域技术人员将理解的，高热质喷嘴部分302a可以为打印材料110提供基本上窄的但仍然非零的温度容限，并且因此低热质量喷嘴部分302a可以不仅提供超过已知技术的低热质量喷嘴的改进的温度容限，而且提供甚至超过已知技术的高热质量加热器的改进的温度容限。前述情况至少在于本公开的低热质量部分302b仅需要提供对由高热质量部分302a赋予的打印材料110的温度的细化(因为高热质量部分302a已经基本上提供了打印计划1190的温度需要)。这样，低热质量下喷嘴部分302b可以用于打印材料温度的迅速调整，并且在一些实施例中，这些调整可以在通常可从高热质量加热器获得的更宽的温度容限内进行。由此，低热质量喷嘴部分302b和高热质量喷嘴部分302a组合地可以解决在已知技术中仅低热质量喷嘴的典型缺点，并且可以改进仅高热质量喷嘴的已经窄的公差。

因此，所公开的混合喷嘴302提供了高热质量区域302a，其适于提供足够的热能以使丝材110在加速的时间范围内达到或基本上达到液化。进入低热质量部分302b的打印材料110，其可以是例如NiChrome部分，因此已经在接近打印计划1190的给定方面所需的最佳温度的给定范围内。因此，低热质量区域/加热器302b仅需要控制由高热质量区域302a赋予的温度变化，例如通过细化高热质量区域温度容限；和/或仅需要对从高热质量区域302a输出的打印材料温度进行小的调整，以达到打印计划1190的指示温度。

一个或多个传感器320可以与喷嘴302结合设置，诸如至少与高热质量部分和低热质量部分302a、b结合设置，这些传感器320可以感测和传递与喷嘴302的部分相关联的或与流过喷嘴的打印材料110相关联的温度信息。传感器数据320a可以被传送到控制器1100，以便允许修改由加热部分302a、b中的任一个或两个所输送的热能，以便确保有效地符合打印计划1190。

因此，实施例提供了在打印期间以比现有技术中更快的速率加速和减速打印丝材110并因此进行打印而没有或基本上没有温度过冲或下冲的能力。此外，由于实施例在单个喷嘴中提供高热质量加热器和低热质量加热器两者的优点，所以还提供了精确地达到丝材110的较高稳态速度的能力。

此外，已知技术的打印机喷嘴在显著的打印速率加速时经常经历“离模膨胀”。离模膨胀是一种状态，其中打印喷嘴的变窄的方面在增加的流速期间延长了打印材料的聚合物构象，如图4所示，当打印材料110从喷嘴尖端106a离开时，这些修改的聚合物402可以引起“膨胀”404。这种状况可在增材制造中引起许多缺点，例如打印错误、拉丝、堵塞、滴落等。前述缺点源于以下事实，即，通常特别地针对给定打印来选择喷嘴珠粒输出尺寸/喷嘴尖端尺寸，并且因此，由于“离模膨胀”而引起的喷嘴输出珠粒尺寸的修改导致不正确和意外的打印珠粒输出，这导致缺乏与打印计划的符合性。

然而，在很大程度上，由于混合喷嘴能够非常快速地调节温度，并且具有比现有技术更严格的温度容限，因此本文公开的混合喷嘴302提供了比现有技术更少的膨胀、更少的滴落以及更少的缺点。不用说，实施例的这些能力相对于已知技术显著地改进了与打印计划1190的一致性和可用的复杂性。

作为示例，使用所公开的混合喷嘴302，在较高速度打印速率下改进的打印计划顺应性使得能够实现较高复杂度的打印构建，并且在较少时间内打印复杂构建。在特定示例中，在已知技术中的典型高热质量打印喷嘴在调节到每秒5mm的打印速率时经历膨胀；在已知技术中典型的低热质量打印喷嘴在调节到5mm每秒的打印速率时经历膨胀；然而，所公开的混合喷嘴避免膨胀，直到将进给速率调节到远高于5mm/秒，例如在10至11mm/秒或更高的范围内。不必说，在没有离模膨胀的可能性的情况下，现有技术上的可用进给速率加速度的加倍允许实施例比现有技术更快地执行更复杂的打印计划。

本领域技术人员根据本文的讨论还将理解，所公开的混合喷嘴302还可以以优于已知技术的改进方式提供打印速率减速/冷却。作为非限制性示例，所提供的打印材料的冷却可以是主动的或被动的。也就是说，喷嘴的低热质量部分302b可例如通过主动冷却器或例如通过简单地减少提供给低热质喷嘴部分302b的热量来冷却。因为低热质量加热器和部分302b是高度响应的，因此打印材料的冷却在低热质量部分302b中非常快速地发生。

与现有技术相比，上述增强的冷却允许非常快速地并且在非常窄的公差内进行温度细化，这进一步减少了滴落和离模膨胀，并且还进一步改善了喷嘴输出106a处的可用温度容限。与现有技术相反，这种增强和精细的冷却(和加热)还允许增强打印方案复杂性，而不会相应降低打印构建速度。

所公开的混合喷嘴302提供的又一优点在于，可以利用上述挤压电机109上的较小负载来实现所提及的较高的丝材进给速率。也就是说，对打印材料110的精确和加速的温度控制使得能够使用比现有技术中所需的推力更低的推力，从而使用更小的电机电流。

所公开的混合喷嘴302的上述优点还可以实现其它有利方面，诸如基本消除喷嘴302内部和喷嘴输出点106a处的材料积聚，这在现有技术中由于缺乏对打印材料110的精确温度控制而发生。当然，这种积累的消除为所公开的喷嘴302提供了比已知技术的喷嘴更长的寿命。

根据前述内容，高热质喷嘴部分302a可以允许完全熔融或基本熔融一种或多种类型的打印材料110。作为示例，高热质量部分302a可以提供升高打印材料110的温度以转变到液态所需的能量的90％，并且低热质量部分因此可以仅提供达到完全熔融所需的能量的10％。这样，在目标完全熔融温度为150℃的示例性实施例中，高热质量部分302a可使丝材110达到135℃，即150℃的90％；因此低热质量部分仅通过剩余的15℃加热丝材，以达到目标150℃的熔融温度。

在具有150℃目标温度的另一示例中，高热质量部分302a可供应将丝材110的温度升高到150℃的温度所需的能量的100％，但可在3％的公差内这样做。因此，在该示例中，低热质量部分302b可以将丝材加热或冷却高达4.5℃，即，“固化”高热质量部分302a的+/-3％公差。

当然，低热质量部分302b的贡献可在不同的应用中变化。例如，在给定应用中，期望所公开的混合喷嘴302的物理长度更短，例如给定受限的工作区域，那么低热质量部分302b不仅可有助于温度细化，而且有助于对于给定的进给速率的液化，如上所述。即，在某些情况和应用中，可以向低热质量喷嘴部分302b提供更多的热能，以便低热质量喷嘴部分可以越来越多地参与打印材料加热；但是，即使在这样的情况下，通过不提供更大量的能量以提供来自高热质量部分302a的相同温度变化而实现的热能节省可能超过由低热质量部分302b提供的增加参与熔融的任何缺点(回想高热质量部分302a比低热质量部分302b消耗更多的能量)。当然，根据本文的讨论，将理解的是，虽然低热质量部分302b可以是设计用于在某些应用中参与主动熔融，但是在其他应用中，其可以不参与熔融，而是可以用于维持或甚至冷却打印材料110，如通篇所讨论的。

因此，所公开的混合喷嘴302可以但不必须被设计用于特定种类或类型的打印丝材110的完全熔融或目标百分比熔融，使得高热质量部分302b可以针对那些丝材110的特定丝材要求而被优化。在实施例中，低热质量部分302b然后可用于改善由高热质量部分302a提供的熔融，并且可通过消耗比已知的低热质量喷嘴中所需的显著更少的热能来这样做。然而，本领域技术人员根据本文的讨论将理解，包括高热质量喷嘴部分302a和精制低热质量喷嘴部分302b两者也可允许所公开的混合喷嘴302不特定于任何丝材族，至少因为高热质量区域302a和低热质量区域b的组合可适于提供宽范围的高度变化的打印材料温度，该打印材料温度也可以本文所讨论的高速率调节。

此外，根据实施例，高热质量部分302a可适于解决最积极的特定或非特定的丝材进给速率，包括此类进给速率的高度积极的加速和减速。即使在侵蚀性的情况下，混合喷嘴302的低热质量部分302b也可以提供打印材料温度的高度精确的控制。作为非限制性实例，低热质量部分302b可提供在给定温度设定点的正或负1℃或更小的范围内的温度控制，甚至在较高进给速率下，所述设定点大体上由高热质量部分302a赋予。

图5描绘了与本文描述的系统和方法相关联的用作控制器1100的示例性计算系统1100。计算系统1100能够执行软件，例如操作系统(OS)和/或一个或多个计算应用程序/算法1190，例如包括和应用打印计划的应用程序/算法和温度变化1190(包括温度变化和与预期那些进给速率的变化进给速率相对应的容差)。

示例性计算系统1100的操作主要由计算机可读指令控制，诸如存储在诸如硬盘驱动器(HDD)1115、诸如CD或DVD等光盘(未示出)、诸如USB“拇指驱动器”等固态驱动器(未示出)等计算机可读存储介质中的指令。这些指令可以在中央处理单元(CPU)1110内执行，以使计算系统1100执行贯穿本文所讨论的操作。在许多已知的计算机服务器、工作站、个人计算机等中，CPU 1110在称为处理器的集成电路中实现。

可以理解，尽管示例性计算系统1100被示为包括单个CPU 1110，但这种描述仅是说明性的，因为计算系统1100可包括多个CPU 1110。另外，计算系统1100可以例如通过通信网络1170或一些其它数据通信手段来利用远程CPU(未示出)的资源。

在操作中，CPU 1110从计算机可读存储介质，例如HDD 1115，获取、解码和执行指令。这样的指令可以包括在诸如操作系统(OS)、可执行程序等的软件中。诸如计算机指令和其它计算机可读数据的信息经由系统的主数据传输路径在计算系统1100的组件之间传输。主数据传输路径可以使用系统总线体系1105，尽管可以使用其他计算机体系结构(未示出)，诸如使用串行器和解串器以及纵横开关以通过串行通信路径在设备之间传送数据的体系结构。系统总线1105可以包括用于发送数据的数据线、用于发送地址的地址线、以及用于发送中断和用于操作系统总线的控制线。一些总线提供总线仲裁，该总线仲裁通过扩展卡、控制器和CPU 1110来调节对总线的访问。

耦合到系统总线1105的存储器设备可以包括随机存取存储器(RAM)1125和/或只读存储器(ROM)1130。这种存储器包括允许存储和检索信息的电路。ROM 1130通常包含不能被修改的存储数据。存储在RAM 1125中的数据可以由CPU 1110或其它硬件设备读取或改变。对RAM 1125和/或ROM 1130的访问可以由存储器控制器1120控制。存储器控制器1120可以提供地址转换功能，其在执行指令时将虚拟地址转换成物理地址。存储器控制器1120还可以提供存储器保护功能，该功能隔离系统内的进程并且将系统进程与用户进程隔离。因此，在用户模式下运行的程序通常只能访问由其自身进程虚拟地址空间映射的存储器；在这种情况下，程序不能访问另一进程的虚拟地址空间内的存储器，除非已经建立了进程之间的存储器共享。

另外，计算系统1100可以包含外围通信总线135，其负责将指令从CPU 1110传送到外围设备和/或从外围设备接收数据，所述外围设备诸如外围设备1140、1145和1150，其可以包括打印机、键盘和/或本文通篇讨论的传感器、编码器等。外围总线的一个例子是外围部件互连(PCI)总线。

由显示控制器1155控制的显示器1160可以用于响应于上述计算程序的操作，显示由计算系统1100生成或应其请求而生成的视觉输出和/或呈现。这样的视觉输出可以包括例如文本、图形、动画图形和/或视频。显示器1160可以用基于CRT的视频显示器、基于LCD或LED的显示器、基于气体等离子体的平板显示器、触摸面板显示器等来实现。显示控制器1155包括产生发送到显示器1160的视频信号所需的电子组件。

此外，计算系统1100可以包含网络适配器1165，其可以用于将计算系统1100耦合到外部通信网络1170，其可以包括或提供对因特网、内联网、外联网等的访问。通信网络1170可以向计算系统1100提供用户访问，其具有电子地通信和传送软件和信息的装置。另外，通信网络1170可以提供分布式处理，其涉及若干计算机以及在执行任务时的工作量或协作工作的共享。可以理解，所示的网络连接是示例性的，并且可以使用在计算系统1100和远程用户之间建立通信链路的其它手段。

网络适配器1165可以使用任何可用的有线或无线技术来与网络1170进行通信。作为非限制性示例，这样的技术可以包括蜂窝、Wi-Fi、蓝牙、红外等。

可以理解，示例性计算系统1100仅示出了此处所描述的系统和方法可在其中操作的计算环境，并且不限制此处所描述的系统和方法在具有不同组件和配置的计算环境中的实现。也就是说，本文描述的概念可以使用各种组件和配置在各种计算环境中实现。

在上述详细描述中，为了本公开的简洁，各种特征可以在各个实施例中组合在一起。这种公开方法不应被解释为反映了任何随后要求保护的实施例需要比明确记载的特征更多的特征的意图。

此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施例。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的示例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种增材制造打印喷嘴，所述喷嘴包括：

输送导管；

挤出器，所述挤出器能够挤出打印材料通过所述输送导管；

高热质量加热器，所述高热质量加热器在所述输送导管周围接近所述挤出器；

低热质量加热器，所述低热质量加热器在所述输送导管周围远离所述挤出器并且靠近所述输送导管的出口；以及

控制器，所述控制器能够使用所述打印材料至少执行打印构建，并且能够控制所述高热质量加热器和所述低热质量加热器两者。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述控制是基本上同时的。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述控制通过所述挤出器提供所述打印材料的高的加速和减速而不堵塞所述输送导管。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其中，所述加速在不存在实质离模膨胀的情况下发生。

5.根据权利要求4所述的喷嘴，其中，所述加速是在10-11mm/sec的范围内的进给速率。

6.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述高热质量加热器提供液化，并且所述低热质量加热器提供温度细化。

7.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述温度细化在+/-1℃的范围内。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，还包括至少两个传感器，至少一个传感器对应于所述低热质量加热器，并且至少一个传感器对应于所述高热质量加热器。

9.根据权利要求8所述的喷嘴，其中，所述控制器至少响应于来自所述至少两个传感器的数据进行控制。

10.根据权利要求9所述的喷嘴，其中，所述控制包括来自所述挤出器的进给速率。

11.根据权利要求9所述的喷嘴，其中，所述控制包括输送到所述低热质量加热器的能量。

12.根据权利要求9所述的喷嘴，其中，所述控制包括输送到所述高热质量加热器的能量。

13.根据权利要求1所述的喷嘴，进一步包括至少一个散热器，所述至少一个散热器比所述高热质量加热器更接近所述挤出器。

14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中，所述散热器防止所述打印材料的反向流动。

15.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述低热质量加热器包括镍铬合金加热器。

16.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述控制器包括进给速率与高热质量加热器温度的相关性。

17.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述控制器包括进给速率与低热质量加热器温度的相关性。

18.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述挤出器包括至少一个电机，并且其中，所述至少一个电机上的负载通过致动所述高热质量加热器和所述低热质量加热器两者而减小。

19.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述打印材料的液化部分地由所述低热质量加热器提供，并且部分地由所述高热质量加热器提供。

20.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述高热质量加热器对应于特定种类的打印材料，包括在组成和几何形状中的一个方面。

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