CN113453872A - 用于弹性材料的增材制造系统、方法和相应部件 - Google Patents

Abstract

一种用于增材制造医疗器材的系统，所述系统(100)包括第一分配系统(102)、第二分配系统(104)、附着装置(106)和附着基材(130)，所述附着装置(106)构造为在所述附着基材的表面上将至少一种弹性材料附着为细丝。附着装置(106)按一定比例从第一分配系统(102)和第二分配系统(104)处接收至少一种弹性材料，以在医疗器材中实现预期的特性。附着装置(106)可包括加热和/或冷却元件(160)、声波振动模块(164)，和/或气动回吸阀(162)。附着基材(130)可具有与医疗器材的预期形状相对应的构造，并构造为能相对于附着装置(106)旋转和/或平移。系统(100)包括构造为用于控制附着的控制器。

Description

用于弹性材料的增材制造系统、方法和相应部件

相关申请

本申请涉及本发明的某些发明人于2019年11月12日提交的名称为“包含基于细丝的结构的医疗器材”的共同待审美国专利申请。本申请还涉及2018年11月12日提交的美国临时申请No.62/759,237，以及2018年11月12日提交的美国临时申请No.62/760,030。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，更特别地涉及一种用于制造基于细丝和弹性材料的结构的增材制造系统、方法和相应部件。

背景技术

增材制造是一种越来越重要的制造方法，包括许多行业的众多应用。增材制造(也称为“3D打印”)被认为是一种工业生产的变革性方法，它有利于通过计算机辅助制造(CAM)得到的确定制品、根据计算机辅助设计(CAD)来从材料中制造三维制品。在这个意义上，增材制造是一种模拟制造工艺的数字革命。已经进行了努力来将增材制造应用于由多种类型的材料(包括聚合材料，其子集为弹性材料)所形成的制品。

包括硅胶在内的弹性材料的增材制造受到一些因素的限制。在许多现有的系统中，弹性材料的流动性要求提供一桶液体的弹性材料或前体，其中喷嘴送入固化剂，以从液体的弹性材料现场形成固态制品，而剩余的弹性材料在成型过程完成之后被排出和冲走。另外的增材制造系统要求低温或室温固化或者硫化弹性材料，以使弹性材料体能快速地固化且在成型过程中不会变形，因为如果弹性材料未固化，那么可能无法准确地添加多层弹性材料。还有其他一些增材制造系统要求一次性添加独立、离散的弹性材料的珠体或液滴，以从基底开始构建固态的三维弹性结构。

现有的用于弹性材料的增材制造的系统(包括那些使用硅胶的系统)会因使用低粘度、低温固化的材料来实现附着过程而损害最终产品的结构质量。在本领域中还不知道该如何提供一种具有预期材料特性的附着材料的顺滑、一致的质地。在医学应用中，现有的增材制造系统会阻碍具有常规制造的医疗产品所需的强度、生物相容性和弹性的医用级硅胶的增材制造。因此，现有的增材制造系统不能满足由医用级硅胶所制成的制品的需求，该制品可表现出从现有制品中获得的机械和化学特性，其包括通过其他常规制造方法(例如，模塑和挤出)形成的医疗器材。

在医疗保健应用中，硅胶由于其生物相容性和植入医疗器材的悠久历史而成为一种理想的弹性材料。由于进行了验证性的生物学测试，因此希望能使用现有的医用级硅胶材料，以缩短从概念到上市的时间。尽管硅胶材料已在医疗保健领域得到了公认的使用，但它们又厚又粘，需要高压才能将其注入模具中，以制造出精确的制品，例如通过注射成型和转送成型工艺。增材制造面临一些挑战，因为如果不使用模具，就很难以高压将基材上的很高粘度的硅胶精确地挤压成一个确定形状，同时考虑到固化速率和收缩速率，硅胶经常会在固化前变形、下陷或以其他方式失去其所需的形状。

虽然硅胶材料可以在设计阶段小批量地加工和成型，但在扩大硅胶的生产规模时会遇到困难，不仅因为其粘度难以控制，还因为为了制造医学上可接受的制品必须考虑其他因素，包括固化温度和时间，空气或气泡的夹带、收缩、部件混合和交联。硅胶是一种热固性聚合材料，会固化成给定形状的坚固、尺寸稳定且耐热和耐化学腐蚀的制品，但这种优势还要求硅胶固化成的结构必须在开始时就正确地制成，因为后续的适应性加工通常是不可行的。这限制了通过增材制造形成弹性结构的可定制性。在商业上可扩展的水平上的任何增材制造方法都应该能够保持固化的硅胶的机械特性，例如医用级硅胶制品所期望的韧性和弹性及其他特性，同时还能提供高产量和精度。

现有的用于增材制造的系统仅可提供整体式或单特性的结构，因为仅可附着单一等级或混合的材料。增材制造的制品的结构和功能受限于通过单一材料特性可以实现的内容。需要一种增材制造系统，其可以精确地附着具有不同特性的材料，以获得在期望的区域中具有期望特性的最终产品。

现有的制造系统的另一个问题在于，许多制造系统仅限于一次性附着一种离散的弹性材料的珠体，从而将3D打印制品的构造限制为不连续的结构，这些结构是独立的液滴或珠体的总和，而不包括顺滑且连续的层、细丝或具有各种特性的结构。

许多生产和制造方法限于提供一种模具，其中可以注入弹性材料并随后固化以获得所需的形状和性能。这在制备制品时极大地限制了设计和制造的灵活性。由于现有方法限于附着离散珠体的工艺或将弹性材料注入阴模的工艺，因此需要一种系统，其能够附着弹性材料的细丝，以形成在所需位置具有所需特性的结构。

现有系统针对如下实施方式，其中：仅在笛卡尔坐标系中从下至上地构建制品。在其他系统中，重力对未固化或部分固化的聚合材料的影响限制了制品的尺寸，因为在制品上添加的材料过多会导致因重力变形，特别是与如上所述的粘度和固化速率的影响相结合。需要一种增材制造系统，其能克服重力的影响，并允许在多个维度中增材制造制品。

试图在旋转的构建表面或基材上执行增材制造的方案并不能用于要求特定粘度和固化速率的医用级硅胶的增材制造，而是限于使用能清除多余的非预期的附着材料的刮刀或切割器的系统。这些系统还构造为允许材料从基材上滴落或掉落。关于使用旋转基材来在没有切割器和滴落构造的情况下通过硅胶实现医用级结构的预期打印，以实现导电负性制造程过程，这并没有相关的教导。

需要一种增材制造系统，以克服现有系统的局限性，即，使用低品质的弹性材料来实现限于附着离散珠体的附着，材料特性单一，且不能动态地考虑增材制造的弹性制品的不同部件或部件的不同结构和功能需求，以及增材制造方法限于自下而上的过程，其中重力影响不能得到缓解和解决。非常需要在增材制造中使用具有确定性生物学测试的已知硅胶材料，以形成适用于医疗器材的精确的硅胶基结构。

发明内容

本发明的用于制造硅胶结构的增材制造系统、方法和相应部件有利地提供了一种系统，其用于提供预期量的材料，并在制品的预期位置处提供改进的分配和附着装置，以便在预期位置处得到顺滑、连续附着的具有各种受控的预期特性的材料的珠体、细丝或层。本发明的增材制造系统可包括三个主要分配系统，包括第一分配系统、第二分配系统和附着装置。增材制造系统还可包括设置为与这三个主要分配系统配合的附着基材。

第一分配系统可包括至少一种增材制造材料的桶或容器，该材料设置为当增材制造系统从材料形成制品时从桶或容器中被抽出并输送到第二分配系统。不同的桶或容器可对应于不同的材料。硅胶通常具有双组分、1：1混合比例的材料，优选地从至少两个容器中抽取，然而更多的容器可以在增材制造制品的预期位置处形成具有预期特性的硅胶成分的不同组合。

第二分配系统可包括配料柱或配料器以及控制阀，其设置为与第一分配系统中的相应的桶或容器相对应或配合。配料柱优选地从容器中抽取材料，并将其存储在配料柱的空间中。与配料柱相关联的控制阀设置为用于控制速率和体积，材料根据该速率和体积而存储在配料柱中，并以该速率和体积被输送至附着装置。可以设置多个配料柱和相应的控制阀，并且每个配料柱和对应的控制阀可对应于第一分配系统中的相应的桶或容器，其中对每个配料柱、控制阀和包含不同的材料或材料混合物的桶进行选择和配料，以使最终制品具有预期的特性。

附着装置设置为用于以一定速率和体积从配料柱处接收材料，该速率和体积对应于要形成的制品的特定位置处的期望特性。附着装置包括用于混合材料的动态混合模块，如上文所述，该材料可包括在附着之前混合的两种或更多种组分或独立的组分。

附着装置可具有模块化结构，并包括传热部件、声波振动部件、气动截止阀和其他模块，以使材料能顺滑地、一致地附着，并改变预期特性。可以设置喷嘴以将材料附着到制品上。

可设置附着基材以与增材制造系统配合。附着基材可包括移动基材，材料可在其上附着和固化。移动基材可抵消或克服重力对附着材料的影响，从而在材料固化时将其保持在预期的尺寸状态。附着基材允许以与现有的增材制造系统不同的路径或顺序形成在预期位置处具有预期特征和特性的制品，特别是对于诸如医用级硅胶之类的材料而言。附着基材可包括传热部件，以用于调整附着材料的固化速率并改善附着过程，这是因为材料可以更好地保持期望的形状和构造。

通过阅读如下说明、权利要求和附图可以更加理解本发明的上述和其他特征。

附图说明

图1显示了根据一个实施例的增材制造系统的立体图。

图2显示了图1中的增材制造系统的第二分配系统的立体图。

图3显示了图1中的增材制造系统的附着装置的正视图。

图4显示了图1中的增材制造系统的材料流动部分的正视截面图。

图5A显示了图1中的增材制造系统的附着装置的立体图。

图5B显示了沿图5A中的线VB-VB的附着装置的正视截面图。

图6显示了图5A中的附着装置的立体截面图。

图7A显示了图5A中的附着装置的气动阀总成的VIIA部分的截面细节图。

图7B显示了在根据本发明的增材制造系统中的附着装置的一个实施例中的热传递系统的正视截面图。

图8显示了根据本发明的增材制造系统的一个实施例的共挤出附着装置的立体截面图，其包括并联的动态混合装置。

图9显示了根据本发明的增材制造系统的一个实施例的附着装置和附着基材的正视图。

图10显示了图9中的附着装置和附着基材的平面图。

图11显示了根据本发明的增材制造系统的一个实施例的附着装置的正视截面图。

图12A显示了根据图9的增材制造系统的附着基材的平面图。

图12B显示了图12A中的附着基材的正视截面图。

图12C显示了根据一个实施例的图12A中的附着基材的正视图。

图13A显示了根据一个实施例的附着装置的喷嘴的立体图。

图13B显示了根据一个实施例的图13A中的喷嘴与附着基材的立体图。

图14A和图14B显示了根据本发明的一个实施例的安装机构的立体图。

图14C显示了根据本发明的一个实施例的安装机构和附着基材的立体图。

具体实施方式

本发明的用于制造弹性结构的增材制造系统、方法和相应部件可通过提供根据本发明的一些实施例的第一分配系统、第二分配系统和附着装置来解决现有的增材制造系统的局限性。增材制造系统能通过动态混合装置而在整个生产的制品中实现材料特性的受控的可变性，该动态混合装置可形成顺滑、一致的材料混合物，以精确、离散和/或连续地附着材料，例如化学键合在一起的弹性材料的细丝，以限定弹性的3D打印制品。动态附着基材可设置为与附着装置配合，以克服重力的影响，并利于增材制造的动态顺序或路径。这些部件的组合可设置有其他已知的部件，且不必须彼此组合使用。

在本发明的某些发明人于2019年11月12日同时提交的名称为“包含基于细丝的结构的医疗器材”的共同待审的美国专利申请中描述了可根据该系统、方法及其部件来制造的结构。

申请人参考了于2018年11月8日在www.Albright1.com上检索到的、由美国马萨诸塞州莱明斯特市的Albright Technologies公司所发布的《Albright Technologies Inc.第六版硅胶设计手册》。

图1示出了根据本发明的一个实施例的增材制造系统100的立体图。第一分配系统102包括盛有至少一种材料的桶或容器，并连接到第二分配系统104，该第二分配系统将材料以期望的比例从第一分配系统102提供到附着装置106。增材制造系统100可设置为与附着基材130配合，在本文中将进行进一步说明。

可由增材制造系统100使用的医用级弹性材料的示例包括硅胶、聚氨酯或其他弹性材料。对于本发明而言，实施例将被描述为由医用级硅胶形成。可以从美国加利福尼亚州卡平特里亚的NuSil Technology公司获得医用级硅胶的示例，产品型号为MED-4901、MED-6340或MED-6345，然而也可使用其他硅胶成分。

图2是图1示出的实施例中的第二分配系统104的立体图。该第二分配系统104包括多个配料柱或配料器112A、112B、112C、112D。配料柱112A、112B、112C、112D中的每一个均经由相应的容器进料管线108A、108B、108C、108D连接到第一分配系统102中的相应的桶或容器。弹性材料、添加剂、色料、交联剂、固化剂或任何其他合适的组分可以从第一分配系统102中的容器经由容器进料管线108A、108B、108C、108D提供到第二分配系统104。在一些实施例中，弹性材料可以是包括双组分的液体硅胶材料，其可被固化以形成固态的硅胶结构。

配料柱112A、112B、112C、112D可构造为在其内部空间(未显示)中接收来自第一分配系统102的桶或容器的一定量的材料或其他材料，并经由相应的配料控制阀114A、114B、114C、114D向附着装置106配送材料。配料柱112A、112B、112C、112D可以通过接收控制阀110A、110B、110C、110D以受控的方式从第一分配系统102的桶中抽取材料。接收控制阀110A、110B、110C、110D设置成能在配料柱112A、112B、112C、112D中维持特定体积的材料，和/或基于配料柱112A、112B、112C、112D下游的附着工艺来提供所需量的材料。

接收控制阀110A、110B、110C、110D可以是伺服控制的或以其他方式控制的，并设置为与控制器相连。控制器可包括数学模型和/或过程控制方案，以指示接收控制阀110A-D和配料控制阀114A、114B、114C、114D打开并将配料柱或配料器112A、112B、112C、112D的内部空间中的材料以期望的比例输送到附着装置106处，从而在制品的期望位置处得到期望的特性。

通过使控制器与配料控制阀114A、114B、114C、114D相连，可以在对应于附着工艺期间的特定时刻的特定时间处提供期望量的材料类型，包括液体硅胶材料的双组分或其他添加剂，在上述特定时间处，附着装置106将材料或添加剂附着在所形成的制品上的预期位置处。由于配料柱112A、112B、112C、112D和相应的配料控制阀114A、114B、114C、114D同时且相配合地工作，所以可限定液态硅胶材料的两个组分和其他添加剂的无限多种组合，以使所形成的制品具有精确的材料组合，从而形成具有特定特性的连续部分、特征和部件，而不中断通过系统100的材料流动，这与通过现有的增材制造方法或诸如注射成型之类的方法所形成的整体式制品相反(其在整个制品中具有不可变化的特性)。

例如，第二分配系统104可设置为用于形成材料混合物，其包括弹性聚合材料，例如双组分硅胶材料混合物的组分A和B，以及可影响材料混合物的固化时间、材料混合物的固化温度、颜色、刚度、强度、弹性或最终制品的特定区域的任何其他属性的添加剂。第二分配系统104可有利地以任意所需比例提供弹性材料和添加剂，从而可以在制品的预期位置处实现无限多种特性组合。

尽管在图2的实施例中仅示出了四个配料柱112A、112B、112C、112D，但是应当理解的是，可以使用认为适当的更少或更多的配料柱。例如，对于大型或复杂的制品，可以设置更多的配料柱，以提供额外的专用添加剂或不同类型的聚合材料。例如，可以提供硅油来调节某些材料的硬度，可提供促进剂来调节固化时间，可以提供其他试剂或添加剂来微调制品中的最终材料的特性。可设置多余的桶或配料柱，以利于在特定的桶或配料柱用完材料组分时实现连续的附着。

图3是根据图1中的增材制造系统100的实施例的附着装置106的平面图。附着装置106可包括附着头120和供料部件122，该附着头120控制材料在制品上的附着，供料部件122控制材料从第二分配系统104供应到附着头120的速率和量。供料部件122可包括材料入口123，其构造为用于在或从配料控制阀114A、114B、114C、114D处接收材料。供料部件122可相对于附着头120安装在支架130上，以利于排量泵124运动而将材料向附着头120输送。驱动器140可设置为能使排量泵124或附着头120沿预期方向平移。喷嘴190将材料附着到正在形成的制品上。

材料配置为能从第二分配系统104处经由排量泵控制阀126接收到排量泵头125处。排量泵124最终将材料从排量泵头125向附着头120输送。控制阀126有利地构造成以先进先出的方式输送材料，也就是说，材料按照其从第二分配系统104输送的顺序而移动到附着头120处，以保持其特性和分配的相继顺序。这允许对打印制品的特性的全程控制，其追溯到接收控制阀110A-D和第一分配系统102的各个容器，从而能改进方法控制的特殊性和资源消耗的效率。

排量泵124可包括活塞泵，其具有外部部件和与该外部部件同心、位于其内部和/或相邻的内部部件。从图4的正视截面图中可以更加详细地看出，材料可从第二分配系统104沿流动方向136流动或输送向第一材料入口131A和第二材料入口131B，它们分别对应于未固化或未聚合的弹性材料(在一个示例性实施例中为一种双组分的硅胶材料)的组分A和组分B。该材料在独立的第一材料入口131A和第二材料入口131B中输送，以使流体的流动不会因形成弹性固体而中断。驱动器126设置为以先进先出的方式通过排量泵头125将材料输送进入布置在排量泵124的内部部件处的材料填充口132。

当材料通过排量泵124的内部部件中的材料填充口132累积时，引导活塞杆135相反地沿方向137朝向排量泵头125移动。活塞杆135构造为在其内部空间中接收累积的材料，而不混合或以其他方式影响累积的材料的顺序。当朝向附着头120向外驱动活塞杆135时，将累积的材料按照与其从第二分配系统104接收到排量泵124处的顺序相同的顺序向附着头120引导，从而使得具有期望特性的材料能附着在产品的预期位置处。

排量泵124将材料向附着装置106的附着头120输送。参见图5A和图5B，附着头120可包括动态混合模块150，其配置为能驱动和混合材料，例如双组分的硅胶材料的组分A和组分B，以准备将混合材料附着在基材上而形成制品。附着头120还可包括传热模块160，其有利于形成附着头120的块体的加热或冷却。在喷嘴190附近设置有气动回吸或截止阀162，以在材料的离散部分已经附着到制品上之后实现混合材料的干净利落的截止。

在一些实施例中，气动回吸阀162可设置为能限定一起形成3D打印制品的多个细丝中的不同细丝。当附着头120在制品的不同部分处附着材料时，可驱动气动回吸阀162以使附着头中的材料从喷嘴190处收回或缩回，从而有利于在不同的细丝或制品的部分之间实现干净的截止。因此，该附着可避免在制品中形成材料串或变脏的问题。现有的打印头通过叶轮反向旋转来使材料的流动方向反向，以实现回吸，在下文中将对其进行更加详细的说明，而本发明的实施例中的气动回吸阀162作为替代地使用了活塞布置，其形成了真空效应，以根据需要从喷嘴中收回材料，从而形成干净的截止以区分不同的细丝、珠体或印刷材料层。

可根据需要将额外的混合器或阀模块有利地添加到附着头120。例如，在喷嘴190附近设置声波振动模块164，以提供额外的混合过程，例如以降低混合材料的粘度，和/或激活材料中的某些添加剂。附着装置106可有利地构造为模块化组件，以便为了方便清洁和/或根据特定任务的需要更换各个部件而容易地进行拆卸和重新组装。例如在需要额外的振动、传热或回吸模块的情况下，可以容易地将其添加到附着头120上，此后再从附着头120上移除。

可在凹槽处和/或在附着装置106中的各个模块之间，或在沿增材制造系统100的任何位置处设置刻线，在那里鼓励材料从增材制造系统100中泄漏，该泄漏能促进污染物从材料中排出。这尤其可用于高纯度应用中，例如在污染物不适用于人体的生产医用级硅胶中。

参见图5B，动态混合模块150可包括叶轮180，其构造为能动态地混合从第一控制阀170A和第二控制阀170B获得的材料，该第一控制阀170A和第二控制阀170B设置成能根据材料的预期最终混合而从排量泵124输送和分配材料。控制阀驱动器175可设置为与控制器相连，并基于制品的期望位置处的期望材料特性而独立地驱动第一控制阀170A和第二控制阀170B。第一控制阀170A和第二控制阀170B可对应于双组分的硅胶材料的组分A和组分B，或者可对应于第二分配系统104的相应的配料器。

图6中所示的附着装置106的正视截面图显示了附着头120对所接收的材料的操作。当从排量泵124的内部空间133中获得材料时，控制阀170A、170B控制材料(在该实施例中其为组分A和B)朝向动态混合模块150前进的速率和体积。当材料组分A通过控制阀170A时，它沿着流动方向171向从控制阀170B提供的材料组分B输送，然后组分A和组分B可以组合但未混合的流动方式沿流动方向172朝向动态混合模块150前进。

叶轮180由驱动器151所驱动，以沿方向R1旋转，其中凸起182驱动组合但未混合的材料组分A和B向下流动。当组分A和组分B流过由凸起182所限定或限定在凸起182之间的动态流动路径183时，组分A和组分B混合以获得顺滑且一致的材料混合物。在一个示例性实施例中，动态混合模块150有利地从材料中去除气泡，从而有利于结构更坚固、光滑且在美学上更令人愉悦的成形制品。因此，大体上向下的流动路径183沿流动方向173向喷嘴190输送材料。叶轮180还设置为能保持压力恒定，这能改善流动性和一致性。

当混合材料通过叶轮180的远端时，混合材料沿流动方向174流向喷嘴190。声波振动模块164可提供额外的混合，并可紧接在附着之前根据需要有利地降低混合材料的粘度，例如以增加附着在特定位置处的材料的量。在一些实施例中，包含在混合材料中的某些添加剂可设置为能在声波振动模块164处接收到声波振动时激活或改变特性，从而紧接在附着之前增强混合材料的特性。

在图7A的正视截面图中可以更清楚地看到，气动回吸或截止阀162可实现混合材料的干净的截止，其操作为暂时阻止混合材料沿流动方向174流动，这可通过提供负压将混合材料在流动通道184中向上收回一段距离来实现，从而防止混合材料从喷嘴190中非预期地附着、涂抹或滴落。如上文所述，当限定不同的材料细丝时和/或在印刷制品上的不同点处，这是特别有利的。

气动回吸阀162包括柱塞163，其构造为能由驱动器操作而从流动通道184急剧撤回，从而在气动停止管线166中产生负压，以将混合材料从喷嘴190处向上收回，否则混合材料会由于叶轮180的驱动(并且在某些构造中由于重力和由排量泵124施加的背压)而朝向喷嘴190流动。当驱动器释放柱塞163且该柱塞能返回其初始构造时，可以释放负压，并可重新建立混合材料沿流动路径174的流动。

具有柱塞163的气动回吸阀162的设置有利于材料的回缩以及不同的液滴、细丝或层之间的干净截止，而无需驱动器151反向旋转以实现回缩。鉴于现有的打印头要利用反向流动来使材料缩回，动态混合模块150的操作得到了简化，并且通过提供模块化的气动回吸阀162，可以减轻驱动器151和叶轮180的磨损和破损。

在一些实施例中，气动回吸阀162可操作为能在层、膜、细丝或其他材料附着物中以高精度限定孔。当附着装置106设置或附着另一连续的材料层或材料细丝时，气动回吸阀162可在一段受控的时间内中断附着，从而在连续的层或细丝中限定间隙或孔。

在附着阶段(其中附着头120沿基材改变方向)，气动回吸阀162是特别有效且有利的。例如，附着头120和基材可设置成能相对于彼此移动，使得附着头120和喷嘴190能沿着基材的表面移动，并在增材制造制品时在其上附着连续的细丝。当附着头120如此移动并附着连续的细丝时，附着头120和基材可改变移动方向，从而限定制品的边缘或边角部分，或者以其他方式限定连续的细丝中的中断。在改变移动方向时，可激活气动回吸阀162以使流过流动路径174的材料回缩，从而实现干净的截止来区分沿基材表面附着的细丝或材料。由于所显示和描述的气动回吸阀162仅是示例性的，所以可设想其他合适的方法、部件和设置，以在喷嘴190处实现材料的干净截止。

喷嘴190可包括用于改变和控制材料附着的任何构造或尺寸。在某些实施例中，喷嘴190可具有较大的直径，其构造为能附着材料的离散珠体或连续层，而在其他实施例中，喷嘴190可具有构造为用于附着连续的细丝的喷嘴。喷嘴190可具有圆形直径，或者可包括带纹理的孔，以允许具有期望的纹理特征的珠体、层或细丝的附着。喷嘴190可具有动态尺寸和/或形状，并可在附着期间改变以形成不同尺寸和形状的附着物。在一些实施例中，喷嘴190的尺寸可实现同心或同轴布置以及不同材料的流动，在下文中将对其进行更详细的说明。

在一些实施例中，在增材制造单个制品的整个过程中，喷嘴190具有相同的尺寸。喷嘴190所附着的层和/或细丝的线径可借由控制打印速度的大小(即，通过附着头120的材料的流速)和材料分配速率(即，来自和通过第一分配系统102和第二分配系统104的材料的流速)来调节。这允许在持续通过单个尺寸的喷嘴190得到连续的打印层时在整个印刷制品中实现可变的厚度和刚度。

图7B示出了传热模块160的操作。传热介质或流体沿着至少部分地限定了附着头120的块体155内的流动路径166输送通过至少一条传热管线164。块体155可由能提供足够的机械支撑、材料纯度和/或热传递特性的铝、不锈钢、特氟隆、聚合物或任意其他适当的材料形成。可有利地选择形成块体155的材料，以降低流过其中的材料的污染，这种设置有利于医用级弹性制品的使用和生产。

在某些实施例中，传热流体可以是制冷剂或诸如冷却水之类的其他冷却流体，其设置成能降低块体155的温度，并因此降低流过限定在其中的流动通道171、172、173、174的材料的温度。这对于低温固化的材料可以是特别有利的，冷却效果能防止过早的聚合。在其他实施例中，传热介质可设置成向块体155加热，例如以增加诸如流过块体155的材料的粘度之类的特性。

传热模块160可手动地或由控制器基于经由设置在附着装置106中的温度和/或压力传感器而获得的信息来进行控制。例如，离开动态混合模块150的混合材料的下游温度可基于根据混合材料的计算特性的过程控制方案来触发对降低块体115中的温度的需要。传热模块160可与控制器相连，以自动增加冷却流体的流速，从而降低块体155的温度，并因此降低离开动态混合模块150的混合材料的温度。

在一些实施例中，控制器可指示或确定块体155中的温度应该增加，以例如使材料的温度升高和粘度减小。这在需要于特定位置处增加流速和附着速率以增加特定细丝或部分的厚度或硬度时可以是有益的。在传热模块160为冷却模块的实施例中，冷却传热流体或介质(例如冷却水)的流速可以相应地减小；相反，当传热模块160为加热模块时，加热流体或热力的流速可以相应地增加。

传热模块160在设置为加热模块时可利用任何合适的加热元件，包括设置成能流过至少一条传热管线164的加热流体，设置成能延伸穿过块体155的厚度的电加热元件，或任何其他合适的设置或部件。传热模块160可设置为在不同的时间从块体155的离散部分或附着头120的任何部分处传递热量；例如，传热模块160可在叶轮180的上游和附近提供热量，而在吸嘴190的附近移除热量。在其他实施例中，传热模块160可在叶轮180附近移除热量，以防止在附着头120中发生任何非预期的固化。由传热模块160执行的热传递可以是动态的，并可基于在任何给定时间流经附着头120的材料的成分而变化。

类似地，可通过位于增材制造系统100中的任意数量的位置处的压力传感器来监测材料的压力。控制器可设置为例如用于检测动态混合模块150、排量泵124或喷嘴190的出口处的压力，并例如在排量泵124、控制阀170A、170B和/或第二分配系统的控制阀114A、114B、114C、114D处进行调整，以在整个增材制造系统100中保持适当的材料压力并优化材料的流动特性。

在图8所示的增材制造系统100的一个替代实施例中，附着装置206设置为用于共挤出具有不同和离散特性的材料混合物。并联设置了多个用于接收具有不同特性的材料的动态混合模块。例如，第一动态混合模块210可包括容纳在块体211内的叶轮281，其在朝向喷嘴290的流动方向271上混合和驱动第一材料。

第二动态混合模块220包括容纳于第二块体222中的第二叶轮282，并在朝向喷嘴290的流动方向261上混合和驱动第二材料。在前文所述的附着装置106中，叶轮281、282混合弹性材料，例如包括双组分的硅胶材料，并可实现两个材料组分的动态混合，以形成顺滑、一致的材料混合物。各个动态混合模块210、220可组合和混合分离的硅胶材料的第一组分A和第二组分B。

来自叶轮281、282的混合材料在各自的第二流动方向272、262上朝向共挤出法兰250而被引导。共挤出法兰250设置为具有同心或同轴关系的多层，但在其他实施例中可具有任何合适的层和形状构造。在混合材料输送通过共挤出法兰250时，共挤出法兰250将混合材料沿各自的第三流动方向273、263引导。

共挤出法兰250可包括限定了中心孔和外孔的法兰，该外孔与中心孔同心并由法兰壁隔开。例如，当来自第一动态混合模块210的材料被引导通过内孔时，来自第二动态混合模块220的材料可被引导通过外孔。

在共挤出法兰250的远端或面向喷嘴的端部处，将具有不同特性的第一混合材料和第二混合材料输送到组合室251中，在该组合室中，混合材料不再被法兰壁分开，而是以同心且分层的关系组合在一起。由于第一混合材料和第二混合材料在进入和通过组合室251时已预先混合，因此无需再对两种混合材料进行混合，而是混合材料(例如，一种形成外层，另一种形成同心的内层)可以彼此邻接，并因此在固化后彼此化学键合，同时保留不同的材料特性。

在一个实施方案中，形成内层的第一混合材料可以是低温固化的弹性材料，其设置为能在附着时快速地固化和凝固。相比之下，外层可以是高温固化的弹性材料，其设置为能在附着时更慢地固化，从而外层会因其未固化的状态而与相邻且随后附着的特征形成化学键合。这种设置使得附着材料体(可以是连续的细丝)可以快速地固化，从而能减少脏污，但允许相邻的细丝之间发生对于成型的制品的机械强度来说充分的结合。

在混合材料已经组合但未在组合室251中混合之后，组合材料沿相应的同轴流动路径274、264输送到喷嘴290处，其中，由于叶轮281、282处的动态混合而导致的顺滑一致，组合材料可在增材制造的制品中附着为连续的细丝、离散的点，或连续的膜或层。

由于增材制造的制品是逐层地、逐丝地、逐滴地，或通过不同的附着图案的组合形成，所以材料的性质可以动态地变化，以使得制品的第一区域可包括一定的硬度、弹性、机械强度、颜色、固化速率和/或其他特性，而随后附着的区域可包括不同的硬度、弹性、机械强度、颜色、固化速率和/或其他特性，同时能被连续地增材制造。这种设置是通过上文所述的附着装置206的动态混合能力及由第一分配系统和第二分配系统以及排量泵所提供的特定材料的精确混合而实现的，第一分配系统和第二分配系统以及排量泵将材料输送至附着装置206，而不必混合不同的材料。

在前述共同待审的专利申请中详细记载了由该系统、方法及其部件所提供的结构的细节，其描述了离散和连续附着的弹性材料的细丝。在一个优选的实施例中，附着材料描述为多个细丝，它们可以在x、y和z坐标/平面中邻接和相邻，以形成确定的制品。细丝以未固化或至少部分固化的状态附着，同时保持附着的形状。喷嘴和细丝可适用于极细的细丝或附着材料，例如直径为0.1mm或具有其他形状和尺寸。在一些实施例中，可将具有不同形状和直径的喷嘴设置为具有任意数量的不同形状、尺寸且材料层同心或轴向布置的设置。

虽然所示的实施例描述了一种两个系统并联结合以形成具有不同特性的离散层的组合材料的系统，但是应当理解的是，可以设置任何数量的并联系统，以形成具有任意数量的特性的材料组合。例如，组合材料可由两个并联系统形成，并设置为具有分层设置，其中具有两个材料组合但未混合的片材，其还可设置有和连接到在另一对并联系统中形成的包括离散的内层和外层的细丝。

在某些实施例中，并联系统可设置为能动态地向共挤出法兰250或组合室251提供混合材料。在一些实施例中，如上文所述，第一并联系统可将第一混合材料作为连续的细丝的内层输送，第二并联系统可将第二混合材料作为连续的细丝的外层输送，而第三并联系统可根据动态模式将第三混合材料输送到外层中的第二混合材料处。例如，有时可将第三混合材料添加和混合到第二混合材料中至预期程度，以适于在增材制造的制品上的特定位置处得到某一特性，而在其他时候或后续时间处，可使第三混合材料的流动相对于第一并联系统和第二并联系统减少、增加或中断。本发明的实施例设想了任何数量的并联系统的任何合适的模式和设置，其可随着时间、成分及它们相对于彼此如何设置而改变。

在其他实施例中，多个系统可并联和/或串联工作。例如，在上文所述的实施例中，第一并联系统可以混合材料，混合材料本身是多种材料的混合物，并根据本发明的实施例进行混合。也就是说，第一并联系统可混合一个或多个材料流，每个材料流在根据实施例的附着头或动态混合模块中混合。本发明不欲限制不同形状、特性和设置的可能配置。

在某些实施例中，附着装置206可产生空心的或包括孔或其他纹理的细丝、点或层。作为由叶轮281提供的内层材料的替代，可以在法兰周围提供单个外层材料，以产生中空的内部，从而减小增材制造制品的重量和体积。类似地，可根据需要设置间隙、孔或其他纹理，以改变附着材料或细丝的任何数量的特性。

在图9所示的增材制造系统及其部件的另一实施例中，附着装置306可从第一分配机构和第二分配机构和/或排量泵处接收根据前述实施例的材料。附着装置306还配备有动态混合模块350和气动截止阀362，以允许如前文所述的材料从喷嘴390的精确附着。尽管喷嘴390显示为布置在动态混合模块350和气动截止阀362之下，但是应当理解的是，附着装置306的部件可以采用任何合适的构造、形状或顺序，在下文中将对其进行更加详细的描述。

除了附着装置备306之外，还设置了附着基材330以实现材料的动态附着。附着基材330可提供在其上附着制品的可移动基材。这种设置允许实现增材结构的多个顺序、层和方向，从而增加了增材制造过程的灵活性。在所示的实施例中，附着基材330可包括旋转心轴336，其构造为在附着装置306在其表面上附着聚合材料时沿方向R9旋转。当旋转心轴336沿方向R9旋转时，不仅附着装置306可沿旋转心轴336的表面按照不同的图案和顺序附着材料，而且旋转心轴336还可有利地克服重力对增材制造过程的有害影响。

令人惊讶地发现，当旋转心轴336沿方向R9旋转时，作用在旋转心轴336的表面上的附着材料上的向心力和离心力的反作用防止了制品的非预期的变形，特别是在其部件的高度、重量或其他尺寸增加时，以及在材料正在充分固化时。向心力和离心力在向内指向旋转心轴336的中心和从旋转心轴336的中心向外指向的方向上相反地作用，以防止由附着材料形成的正在生长的制品侧向下垂、塌陷或以其他方式改变其构造，这在使用旋转构建表面的现有3D打印系统中无所不在地发生。虽然旋转心轴336被示为具有圆锥形构造，但是也可使用任何其他形状或构造。

通过设置与附着头306结合的旋转心轴336，可以避免现有3D打印系统(包括使用旋转表面的那些)需要使用切割器、刮刀和滴盘来捕获下落材料的问题。相反，本发明的增材制造系统可将弹性材料连续地附着为长丝、珠体或层，而不会出现已知的垂降、变形或变脏的问题。

移动架332设置为能在其上通过连接块331安装旋转心轴336。驱动器334(例如马达或其他合适的器件)使得旋转心轴336能沿方向R9旋转。旋转心轴336可因此而有利地借助于驱动器335与移动架332一起平移，从而有利于通过喷嘴390来附着图案和/或层。与仅限于在笛卡尔坐标中打印的现有的增材制造装置(例如通过喷墨打印机)相比，本发明的实施例中的增材制造系统可在角坐标中以任何所需的顺序或图案进行打印。例如，附着和形成在旋转心轴336上的制品可以由内向外地形成，制品在从旋转心轴336上取下时可以反转。制品也可从右侧向外形成，其中可按照编制形式附着多个层。

虽然在所示的实施例中借助于移动架332和驱动器335来使旋转心轴336相对于喷嘴390移动和平移，但是在一些实施例中，附着装置306可构造为能相对于心轴336移动和平移。附着装置306和心轴336均可相对于彼此移动，以适于特定的应用。如上文所述，使基材或旋转心轴336和附着装置306中的一个相对于彼此移动的能力允许喷嘴390沿着旋转心轴336的表面移动，同时附着弹性材料的连续的细丝、珠体或层，以助于高效、精确和连续的构建过程。

旋转心轴336可通过设置传热模块335来加速附着材料的固化过程，其中可以提供加热或制冷。例如，传热模块335可包括沿着旋转心轴336的内表面延伸的管，以向附着材料提供热量从而加速固化。作为替代，传热模块335可构造为向旋转心轴336的表面提供冷却或制冷，以在附着额外的材料层或细丝时延迟固化过程，由此有利于不同细丝之间的改进的结合，例如，随后附着的细丝可具有更多的时间与先前附着但尚未固化的细丝化学键合。在其他实施例中，传热模块可对旋转心轴336的传导表面施加热量或进行冷却。

传热模块335可在旋转心轴336的表面上提供动态传热轮廓。可在旋转心轴336的离散区域处实现增加的传热。例如，传热模块335可利用由控制器指示从泵或其他驱动器(未示出)提供到旋转心轴336的表面附近的通道的加热流体，以增加最近附着的材料的固化速率，而心轴336的另一表面提供有较低流速的加热流体；这可有助于确保附着在此处的材料可以与随后附着的其他细丝结合。

在一种变型中，附着装置306可相对于附着基材330移动，其中附着装置306和附着基材330均可相对于彼此移动，或者两者都可以移动。根据期望的制品，附着基材330可作为旋转心轴336平移，并沿着诸如所示的实施例中的水平方向或平面之类的方向平移。在每种情况下，对附着装置306进行测量(以及移动，如果这样设置的话)，并可根据控制制造过程的CAM系统来移动附着基材330。

根据本发明的一些实施例，CAM系统可以是用于指示第一分配系统和第二分配系统、附着装置及附着基材的操作的任何合适的系统。在一些实施例中，也可使用计算机数控(CNC)系统。控制器或控制系统可设置成能从布置在整个增材制造系统中的多个传感器处接收信号。例如，传感器可设置成用于检测材料的流速、压力、温度、位置、速度和特定部件的方向。

在一些实施例中，传感器可检测附着基材相对于附着头的喷嘴的取向。传感器可检测第一分配系统中的一个或多个桶或容器中的材料量，和/或第二分配系统的配料柱中累积的材料量。至少一个处理器可构造为指示增材制造系统的各个部件的操作，例如控制阀110A-D、114A-D，排量泵124，动态混合模块，或者附着基材的旋转和平移运动。该控制系统可以利用各种驱动器的伺服控制来控制增材制造系统的控制阀、泵、附着装置、叶轮、气动回吸阀和其他运动部件，以得到在预期位置处具有不同特性的增材制造制品。部件的伺服控制可使系统具有比其他模态更高的精度和角度重复度，然而本发明不限于伺服控制。

伺服控制的增材制造系统的每个驱动器均可单独地和手动地调节，以在特定制品的增材制造期间优化系统的操作。在使用过程中，可基于使用控制回路的过程控制方案来优化和调节控制分配系统、附着装置和附着基材的伺服控制驱动器的操作。例如，可使用任何适合形式(例如并联、串联或扩展形式)的PID(比例-积分-导数)控制、PI(比例-积分)控制、PD(比例-导数)控制、比例控制、双位控制、反馈、前馈或模型预测控制、其组合和/或任何其他合适的过程控制方案来控制增材制造系统。

控制器还可包括任何适当的实用程序，以将CAD文件或其他文件转换成用于增材制造系统的指令。用于将CAD文件或其他文件转换为合适指令的实用程序可沿增材制造制品或在整个增材制造制品中的不同位置处实现所需或所预期的不同特性，例如不同的颜色、弹性、硬度等。基于不同的预期特性，控制器可确定实现该预期特性所需的材料的适当混合，并基于附着装置可在附着基材的整个表面上追踪的预期路径来确定用于要供给到附着装置的材料的确定混合的适当时间，使得确定的混合物会在所需的时间和位置到达喷嘴。

在图11中更加详细地显示了附着装置306的正视截面图。如在前述实施例中那样，动态混合模块350可包括叶轮380，其在外表面上包括有凸起，设置为用于混合两个或更多个材料流，以形成顺滑、一致的混合材料流，并向喷嘴390驱动材料。材料控制阀370可有利地控制进入动态混合模块350的材料的体积或流速，并且可通过材料管线340将材料输送到动态混合模块350中。气动回吸阀362可与前述实施例类似地工作，其中可收回柱塞363以在喷嘴390附近产生负压，从而将混合材料吸回到附着装置306中。气动回吸阀362的操作可用于减少脏污，并通过连续的层或细丝实现离散的附着物和离散的孔。

旋转心轴336可定制为具有针对最终的增材制造制品而言特定或期望的构造。例如，可将泡沫或其他可成形材料和/或添加剂材料添加到旋转心轴336的外表面上，以形成具有动态或定制尺寸的基材，可在该基材上附着材料。在其他实施例中，旋转心轴336可包括或支撑要集成到最终制品中的结构，最终制品可在其周围进行增材制造。例如，可以向旋转心轴336和处于其上和/或其周围的增材制造制品上添设刚性基质或织物套筒。在一些实施例中，该结构可在附着过程期间或之后添设到旋转心轴336和/或增材制造制品上。

在一些实施例中，可以在平面基材上增材制造制品，然后将其安装在旋转心轴336上以进行进一步的附着。在一个示例中，设置为形成弹性衬里的外层的织物材料可在平坦表面上与某些弹性结构(例如，密封带或其他摩擦特征)增材制造。然后，可将织物材料安装到旋转心轴336上，此后可以通过本发明的系统在织物材料上增材制造硅胶衬里。

类似地可设想预处理步骤和预设置材料的其他组合。另外，可以在另外的步骤中对增材制造制品进行后处理；例如，可在附着过程完成之后将增材制造制品从旋转心轴336上移除下来，并可在旋转平面或非旋转构建表面上执行另外的增材制造步骤。

喷嘴390的构型可以是动态的，并可在附着期间借助于驱动器来改变，以构造特定的结构或制品。在一些实施例中，喷嘴390可在附着于旋转心轴336上的结构的底部附近相对于旋转心轴336采取水平构型，并可在更靠近附着在旋转心轴336上的结构的顶面处转变为垂直构型。在一些实施例中，附着装置306可设置为用于在旋转心轴336周围以螺旋图案附着材料，从而在强度和弹性方面获得具有期望特性的编织图案，同时减少所使用的材料的量。驱动器还可改变喷嘴形状的构型，使得当附着连续的细丝时可在制品的某些区域处附着较大的细丝或不同形状的细丝，而不会破坏连续的细丝的连续性。这允许在增材制造制品的期望位置处赋予不同的特性。

如图12A至图12C所示，诸如旋转心轴336之类的附着基材可设置有用于冷却和加热的传热通道。冷却通道438可从旋转心轴436的背侧延伸并穿过旋转心轴336的厚度。冷却通道438可限定对应于旋转心轴436的圆锥形状的“v”形，并可在旋转心轴436的远端或前端附近接合。这样，冷却通道438中的一个可限定入口，而另一个可限定出口，从而可通过冷却通道438来提供冷却介质流。

如前述实施例所述，冷却通道438可以任何合适的方式连接到连接块，冷却介质可以是任何合适的介质，例如冷却水、制冷剂、气体或任何其他合适的介质。所示的冷却通道438的实施例和描述以及旋转心轴的锥形形状的描述都仅是示例性的，可以采用任何合适的构造。

例如，在基材为旋转的平面的实施例中，冷却通道438可限定为能以任何合适的构造通过平面的厚度。冷却通道438可具有对称或不对称的构造，并可以均匀且一致的方式提供热传递，或者可以动态的方式在期望的位置处提供热传递。还示出了连接部442，旋转心轴436可在该连接部处通过任何合适的方式可拆卸地连接到连接块上。旋转心轴436的可拆卸连接可利于在增材制造系统中使用不同形状的基材，以提高增材制造制品的可定制性和操作灵活性。

还示出了加热通道440。与冷却通道338类似，加热通道440可构造成能以任何合适的构造向旋转心轴336的表面提供热量。在一些实施例中，加热通道440可构造为用于接收盒式加热模块。盒式加热模块可由CAM系统控制，以确保提供能导致预期的表面温度的预期热量，在一些实施例中，这可用于加速附着材料的固化过程。每个盒式加热模块所提供的热量可以是动态的，其中可以对旋转心轴436的一个表面区域进行加热以促进固化，而在另一区域不施加热量，例如以延迟固化过程，直到附着随后的细丝。在其他实施例中，加热通道440可构造成能接收诸如加热流体之类的加热介质，或使用嵌入式的电加热元件。

参见图12C，可设置围绕旋转心轴436的屏障450。屏障450可设置有孔或其他机构，以利于加热流体(例如，热空气)的流452向内流动并与旋转心轴436的表面437接触。屏障450内的流452可进一步加速固化过程。作为替代，流452的温度可低于附着材料的温度，以延迟固化过程，直到附着随后的细丝或层。

图13A和13B示出了根据本发明的另一实施例的旋转喷嘴490的一个示例。由于基材可以限定不对称的形状，所以可期望在根据本发明的一些实施例的附着头处提供另一旋转轴，以确保喷嘴能以垂直于基材表面上的任何给定点的角度而附着材料。在旋转心轴436的情况下，心轴436由于其基本上圆锥形构造而可限定轮廓或曲率460。为了允许喷嘴490以垂直于轮廓460的角度D13附着材料，喷嘴490可以是在臂或轴494上背离于附着头延伸的旋转喷嘴490。喷嘴490可通过驱动器480绕轴线A13旋转，该驱动器可在包括主体481的连接部482处连接到附着头。

为了适应轮廓460而不受干扰，附着基材436和/或附着装置可包括驱动器(未示出)，其构造为能改变附着基材436相对于附着装置的垂直位置。不论轮廓460如何，驱动器允许喷嘴490以适合于附着弹性材料的期望距离接触附着基材436的表面，该驱动器或者也可改变附着基材436和喷嘴间隔开的距离。这在附着基材436不对称以限定不对称的最终制品形状的情况下是特别有益的。

附着装置还可设置有固化机构470，其构造为能进一步加速固化过程。固化机构470可以是UV灯或加热灯。通过设置与本文所述的附着装置、附着基材和材料混合物相结合的固化机构470，增材制造的产品可以克服现有工艺的如下问题，即：需要切割器、刮刀和滴落机构来解决不能精确地附着材料和不能有效原地固化以限定具有预期特性的精确特征的制品的问题。

相反，本发明的增材制造系统通过结合使用根据一些实施例的设置有具有定制特性的材料混合物的附着装置和附着基材，能够附着和增材制造在预期位置具有定制特性的制品，同时能提供一种更加清洁且连续的用于弹性制品的增材制造方法。

图14A至图14D示出了安装机构500、600的实施例，其构造为与附着基材配合。图14A和图14B示出了根据第一实施例的安装机构500，其构造为与根据本文所记载的实施例中的旋转心轴配合。安装机构500可包括多个用作末端执行器的臂502，其构造为能在附着基材上设置或放置独立的制品，例如非3D打印的制品，以与增材制造制品相接合。

可在组装器材时使用安装机构500，以利用预处理或后处理步骤来将增材制造制品与独立的制品结合在一起以形成器材。使用根据一些实施例的安装机构所形成的一种示例性器材为衬里，其中将织物套筒施加到增材制造的硅胶结构上，然而本发明不限于该实施例。

末端执行器502设置在安装机构500周围，以形成基本上包围附着基材的外壳或圆周，安装机构500构造成与之配合。末端执行器502可调节为适应不同尺寸的附着基材以及构建于其上的增材制造制品。末端执行器502可围绕至少第一接头505旋转或枢转，以扩展由末端执行器502所限定的圆周，进而允许安装机构500与较大的附着基材相接合。

末端执行器502可由从中心驱动器507处向外延伸的臂509相对于中心驱动器507来支撑。末端执行器502还可构造为围绕第二接头511枢转，以在端部执行器502与附着基材之间保持大体上平行的关系。中心驱动器507可由至少一个电机驱动器504驱动。或者，端部执行器502可相对于彼此独立地被驱动，以使安装机构500能够与非对称或偏心形状的附着基材相接合。

在使用中，诸如织物套筒之类的独立的制品定位在末端执行器502上，以限定相对于附着基材的圆周。可调节安装机构500和末端执行器502，以使织物套筒的尺寸和形状与附着基材相符。安装机构500可构造为相对于附着基材平移，以将附着基材定位在末端执行器502之间限定的腔或空间内，从而能使织物套筒包围附着基材并与其接合。

在图14C所示的第二实施例中，安装机构600类似地包括末端执行器602，其设置为能限定围绕附着基材的圆周或外壳。末端执行器602可支撑线缆驱动器606，该线缆驱动器可通过路径机构610而沿末端执行器602的长度确定路径，该路径机构可以是滑轮、导轨或任何其他合适的路径机构。线缆驱动器606可由中心驱动器或线轴608共同驱动，或可设置有各自的驱动器。

线缆驱动器606可用于将独立的制品(例如，包括织物套筒的非3D打印制品)朝向末端执行器602的远端移动，以放置到附着基材上。与图14A至图14B的实施例类似，可相对于附着基材来驱动安装机构600，以使得安装在末端执行器602上的独立的制品能基本上包围附着基材，从而使得当线缆驱动器606将独立的制品朝向末端执行器602的远端移动时，独立的制品可与附着基材和正在或刚在其上增材制造的制品相接合，并接合到其上。

线缆驱动器606可操作为在不同时间以不同速度移动织物套筒，以将独立的制品以预期构型精确地定向在附着基材上。在一个实施例中，独立的制品是要设置在增材制造于附着基材上的弹性衬里上的织物套筒。通过使用安装机构600将织物套筒设置在弹性衬里上，由于能避免与手动地将独立的制品安装在附着基材上相关的不精确性和风险，因此能利于自动化且因此能实现更加精确的安装操作。

尽管显示和描述了具有圆锥形状的旋转心轴，但是附着基材也可基于要增材制造的任何期望的最终制品而具有任何合适的构造。附着基材可基本上是平面的、圆柱形的、直线的或任何其他合适的形状的。附着基材不必是对称的，并且可限定任何合适的轮廓。根据本发明的增材制造系统可用于增材制造任何合适的制品，包括弹性乳房植入物、衬里、诸如管和密封件之类的医疗植入物、关节部件替换物、手术工具以及任何其他合适的器材。

在增材制造系统构造为用于生产弹性乳房植入物的实施例中，附着基材可设置有与弹性乳房植入物的期望形状相对应的形状和/或旋转构型。因为弹性乳房植入物通常包括可限定外壳的上部和下部(其中可包含弹性凝胶、盐溶液或其他合适的材料)，所以增材制造系统的附着基材可构造为用于从弹性材料中增材制造连续的或基本上连续的外壳，以使得外壳在预期位置具有预期特性。例如，与设置为植入在下部外侧的上部相比，设置为在内侧植入的下部可具有更大的硬度或更低的弹性。例如，上部可增材制造为在一些区域中具有更高的弹性，以获得可以不对称的合适形状。

因为弹性乳房植入物通常是不对称的，所以附着基材可设置为能相对于附着装置进行旋转、平移等运动，以限定弹性乳房植入物的不对称形状。在一些实施例中，附着基材可具有平面，当平面的附着基材相对于附着装置旋转时，可先由增材制造系统将外壳的下部附着在该平面上。

增材制造系统可操作为能沿下部在预期位置处施加预期的特性，例如硬度、弹性和其他特性。附着装置可附着连续的细丝，沿该连续的细丝的长度可具有不同的特性，并且其可与相邻和/或随后附着的细丝化学键合，以限定在预期位置处具有预期特性的连续弹性主体。

上部可从下部开始并在其上构建，以限定连续的外壳，并可包括与限定下部的细丝连续的细丝，但仍然具有限定上部的不同特性。细丝可散布有连续附着的弹性材料层和/或液滴，以使外壳能限定任何合适的纹理；例如，在一些实施例中，外壳可包括带纹理的外表面，其包括凸脊和相应的凹陷。在其他实施例中，外壳的外表面可以是基本光滑的。可通过外壳的厚度来限定动态的纹理和特性，其中外壳的光滑且硬质的内表面构造为能将硅凝胶或盐水包裹在植入物内，并且带纹理的外表面构造为能在放置植入物之后破坏囊膜组织。所描述的实施例仅是示例性的，而不是限制性的。

在一些实施例中，附着基材可以是增材制造的制品，其尺寸与要在其上打印的制品的定制尺寸相对应。例如，在使用增材制造系统来制造用于残肢的弹性衬里的实施例中，可以测量用户的肢体尺寸，并将其用于增材制造或以其他方式准备附着基材，以匹配用户的肢体。由此，增材制造的弹性衬里可紧密地对应于使用者的肢体。

通过提供根据本发明的用于制造弹性结构的增材制造系统、方法和相应部件，可以解决现有增材制造方法的局限性，即：使用低质量的聚合材料来促进更好的附着，重力效应会扭曲所制造的制品，或者通过单组特性的单个材料来形成整个结构的制品的单一性结构。增材制造系统提供了一种动态系统，用于从多种材料和特性的组合中进行选择，以使所制造的制品在印刷制品中的预期区域处具有动态的特性。附着装置提供了顺滑且一致地混合的材料的产生，以在预期区域实现可靠且一致的特性。该系统可设置为用于共挤出具有不同特性的多层材料。附着基材可有利地提供动态表面，在该动态表面上构建增材制造的制品。

Claims (17)

1.一种增材制造系统(100)，包括：

第一分配系统(102)，其包括至少一种弹性材料的容器；

第二分配系统(104)，其包括至少一个配料器(112)和至少一个控制阀(110)，所述第二分配系统(104)构造为用于以预定量从所述第一分配系统(102)处接收所述至少一种弹性材料；

附着装置(106)，其构造为用于在附着所述至少一种弹性材料之前从所述第二分配系统(104)处接收和混合所述至少一种材料；以及

附着基材(130)，所述至少一种弹性材料附着在所述附着基材上，所述附着基材(130)设置为能在所述附着装置附着至少一种弹性材料时沿第一方向移动；

其中，当所述附着装置将所述至少一种弹性材料附着到所述附着基材(130)上时，所述附着装置(106)或所述附着基材(130)沿不同于所述第一方向的方向移动。

2.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括声波振动模块(164)。

3.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置包括喷嘴(190)、动态混合模块(150)和第二控制阀(170)，所述动态混合模块(150)构造为用于从所述第一分配系统(102)处以预定量接收所述至少一种弹性材料。

4.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)还包括至少一个加热和/或冷却元件(160)。

5.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)还包括至少一个气动回吸阀(162)。

6.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述动态混合模块(150)包括叶轮(180)，所述叶轮设置为能旋转并由驱动器(151)驱动。

7.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括位于所述喷嘴(190)附近的声波振动模块(164)。

8.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括至少一个温度传感器和至少一个压力传感器。

9.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述至少一个配料器(112)、所述第二分配系统(104)中的至少一个控制阀(114)、所述动态混合模块(150)以及所述附着基材(130)为伺服控制的。

10.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，在所述第二分配系统(104)中设置有多种弹性材料和多个配料器(112)以及相应的控制阀(114)，一对配料器和控制阀与设置为从所述第一分配系统(102)处抽取的相应材料相对应。

11.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述第二分配系统(104)的排量单元(124)构造为接收所述至少一种弹性材料，并按照所述至少一种弹性材料接收到所述排量单元(124)内的顺序来分配所述至少一种弹性材料给所述附着装置(106)。

12.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，设置并联的附着装置(210,220)以附着至少一种弹性材料的不同混合物。

13.根据权利要求12所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述并联的附着装置(210,220)包括共享的喷嘴(290)，所述喷嘴设置为从所述并联的附着装置(210,220)处接收不同的弹性材料混合物，并按照相邻、通信或相接合的构造附着不同的材料混合物。

14.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)设置有中空的喷嘴，所述喷嘴构造为能以中空的细丝构造来附着所述至少一种弹性材料。

15.根据权利要求2所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着基材(130)为圆柱形的或圆锥形的心轴。

16.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，当所述附着装置(106)附着所述至少一种弹性材料时，所述附着基材(130)旋转。

17.根据权利要求2所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着基材(130)包括加热元件(438)和/或冷却元件(440)。

Images