CN114025943A - 用于3d打印的打印头和方法以及由其获得的产品 - Google Patents

Abstract

一种用于3D打印机的打印头(100)，该打印头包括可连接到打印材料源(106)的打印材料入口(104)、打印材料出口(110)和可调容积挤出室(108)，所有这些都通过导管系统连接。该导管系统包括一个或更多个阀(112)，该一个或更多个阀可操作以在至少两种配置之间切换打印头(100)，该至少两种配置包括：第一配置，其中打印材料入口(104)和可调容积挤出室(108)经由导管系统彼此流体连通，但不与打印材料出口(110)流体连通；和第二配置，其中可调容积挤出室(108)和打印材料出口(110)经由导管系统彼此流体连通，但不与打印材料入口(104)流体连通。

Description

用于3D打印的打印头和方法以及由其获得的产品

技术领域

本发明涉及用于3D打印的方法和设备以及由其获得的产品。本发明还涉及用于3D打印食物产品特别是3D打印的糖食产品的方法和设备以及由其获得的产品。

背景技术

三维(3D)打印是一种制造3D固体物体的工艺，其中基于来自数字模板的图案铺设打印材料的连续层。在大多数3D打印应用中，通过选择性激光烧结、熔融沉积或立体平版印刷来铺设材料层。

3D打印机通常包括具有喷嘴的挤出头或打印头。原料的进料以固体形式进料到挤出头的上部区域中。在挤出头内熔融或变得可流动之后，长丝以其熔融或可流动形式作为熔融或可流动材料的连续料流离开挤出机。熔融材料随后逐层沉积以构建预期产品。在许多3D打印应用中，在获得最终固体物体之前，可将构建材料的数百或甚至数千个层层叠在彼此的顶部上。

在许多3D打印设备和应用中，原始构建材料存在于料筒或容器中，并且可为长丝形式或粉末/颗粒形式。用于已知的3D打印机的大多数建模材料通常为无定形热塑性材料，诸如热塑性聚合物。

还已知的是，提供食物诸如糖食的3D打印。例如，US2012/0251688提供了用于3D打印巧克力的3D打印机，其中设备包括被配置成剪切和加热巧克力材料以提供可流动巧克力的贮存器、被配置成从贮存器泵送可流动巧克力材料的泵、以及被配置成接收所泵送的可流动巧克力材料并挤出所泵送的可流动巧克力材料的一部分以形成三维固体物体的打印头。

因此，已知的3D巧克力和糖食挤出机通常使用熔融和/或调温巧克力的较大容器，该熔融和/或调温巧克力经由压力直接推动到作为打印头的挤出模具头部。在此类设备中，可能非常难以控制系统或设备内的压力，并且因为在容器填充有固体巧克力时必须停止打印，然后操作者必须等待巧克力熔化和/或调温，才能用于打印产品，所以开始打印操作可能是耗时的。

因此，有利的是，提供一种3D打印机或3D打印机的打印头，该3D打印机或3D打印机的打印头可被装填大量的打印材料(诸如，糖食材料)或以其它方式供应大量的打印材料，但可使背压最小化，提供对打印头内的压力的更精细控制和/或减少与直接从较大的打印材料贮存器进行挤出相关联的其它缺点(诸如，对预挤出的需求)。

还将有利的是，提供一种3D打印机或3D打印机的打印头，该3D打印机或3D打印机的打印头允许打印材料以固体状态形式引入3D打印机或打印头，或在打印材料被引入到打印机/打印头之前以经预热或可流动状态或塑性状态提供，同时也以便利快速和容易地启动打印流程和/或减少在填充打印材料时的打印停机时间。

将进一步有利的是，提供一种3D打印机或3D打印机的打印头，该3D打印机或3D打印机的打印头使得能够打印食物材料，例如，诸如巧克力的脂肪基食物材料或糖食材料，其中可将食物材料以离散的固体批次供应到3D打印机，但可将该食物材料以塑性、可流动或熔融状态连续进行打印。

还将有利的是，提供一种打印3D产品的方法，该方法避免或减轻在打印的产品包装期间处置该打印的产品时的问题。

因此，本发明的实施方案的目的是克服或减轻现有技术的本文描述或未描述的至少一个问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于3D打印机的打印头，该打印头包括打印材料入口、打印材料出口以及可调容积挤出室，所有这些通过导管系统连接，其中打印材料入口可连接到打印材料源，并且其中导管系统包括一个或更多个阀，该一个或更多个阀可操作以在至少两种配置之间切换打印头，该至少两种配置包括：

第一配置，其中打印材料入口和可调容积挤出室经由导管系统彼此流体连通，但不与打印材料出口流体连通；和

第二配置，其中可调容积挤出室和打印材料出口经由导管系统彼此流体连通，但不与打印材料入口流体连通。

打印材料可包括在环境温度(例如，室温)下处于可流动状态或塑性状态或可被加热成可流动状态或塑性状态的任何材料。

该打印材料或每种打印材料可包括聚合物材料、弹性体材料、塑料材料或塑性材料。在优选的实施方案中，打印材料可包括食物材料，诸如脂肪基食物材料，例如糖食材料，优选地为巧克力，诸如牛奶巧克力、黑巧克力、纯巧克力、复合巧克力或白巧克力，或它们的任何组合。

本发明允许仅将打印材料源中的一定容积的打印材料的一部分在其被挤出之前馈送到单独的挤出室中，这可允许更高的打印精度和/或减少打印材料中滞留的空气(导致更受控的、高质量的打印品，而无需预挤出)。

导管网络的导管或每个导管可包括管道或软管。

在一些实施方案中，导管系统可包括彼此分支以形成分支导管网络的多个导管。在此类实施方案中，导管系统可包括初级导管，该初级导管连接到打印材料入口并从该打印材料入口延伸，并且该初级导管可具有从其分支的次级导管和从其分支的三级导管，该次级导管连接到可调容积挤出室，该三级导管连接到打印材料出口。次级导管和三级导管可在沿初级导管的不同点处或在沿初级导管的相同点处从初级导管分支(例如，使得初级导管有效地“分割”成次级导管和三级导管)。

初级导管、次级导管和三级导管的任何组合可包括单向阀和/或流量控制阀。“单向阀”在本文中被定义为仅允许打印材料沿一个方向流过的阀，并且“流量控制阀”在本文中被定义为“开”(打印材料可沿任一个方向流过)或“关”(打印材料不可能沿任一个方向流过)的阀，并因此在本文中也可被称为“打开/关闭阀”或“开/关阀”。

在实施方案中，该单向阀或每个单向阀可仅允许打印材料沿一个方向流动，但仅当在其上施加最小量的力或压力(例如，通过在压力下被迫通过的打印材料来施加)时才允许。

在一些实施方案中，次级导管可包括流量控制阀。

在一个优选的实施方案中，初级导管包括流量控制阀和/或单向阀(其中任何单向阀被配置成仅允许打印材料沿从打印材料入口到可调容积挤出室的方向流动)，并且三级导管包括流量控制阀。在此类实施方案中，可通过以下方式将打印头置于第一配置：关闭三级导管流量控制阀以及打开初级导管流量控制阀(在包括流量控制阀的实施方案中)以及/或者使打印材料沿从打印材料入口到可调容积挤出室的方向流过单向阀(从而打开单向阀)(在包括单向阀的实施方案中)。次级导管中的任何流量控制阀也将在第一配置中打开。

同样在此类实施方案中，可通过以下方式将打印头置于第二配置：关闭初级导管中的任何流量控制阀(或简单地通过在初级导管中设置单向阀)以及打开三级导管中的流量控制阀。次级导管中的任何流量控制阀也将在第二配置中打开。

可能优选的是，在三级导管中设置流量控制阀，在阀被定位成防止不仅因由打印头产生的流动压力所导致的而且还因重力所导致的打印材料的流动的实施方案中尤为如此。然而，在重力下的流动并不是问题的实施方案中(例如，如果阀被定位在三级导管的一部分中，该部分沿打印材料流动的方向基本上水平或向上倾斜)，则单向阀可满足或是优选的。初级导管和次级导管(以及下文关于另一优选实施方案所述的第一打印头导管和第二打印头导管)也是如此。

该流量控制阀或每个流量控制阀可包括电子阀或机械阀。任何电子流量控制阀可被独立地编程为在特定时间和/或响应于电信号而打开和关闭。任何流量控制阀(诸如电子或机械流量控制阀)可独立地可操作地连接到打印头的另一部件，并且可响应于该部件的致动或移动和/或响应于来自该部件的信号而打开——例如，在可调容积挤出室包括柱塞或活塞的实施方案中，流量控制阀可以可操作地连接至柱塞或活塞，并且可响应于柱塞或活塞沿两个相应的相反方向中的一个方向移动而打开和关闭。

在另一优选的实施方案中，导管系统可包括位于初级导管、次级导管和三级导管之间的分支点处的中心阀(即，初级导管连接到打印材料入口和中心阀，次级导管连接到可调容积挤出室和中心阀，并且三级导管连接到打印材料出口和中心阀)，并且可在与打印头的至少两种配置相对应的至少两个位置之间切换。

在一些实施方案中，在第一配置中，打印材料入口和可调容积挤出室经由初级导管、中心阀(在第一位置)和次级导管流体连通，并且/或者在第二配置中，可调容积挤出室和打印材料出口经由次级导管、中心阀(在第二位置)和三级导管流体连通。

中心阀可包括贯穿其中的通道或孔洞，该通道或孔洞包括相对的端部，相对的端部在中心阀的相应位置中与导管网络的适当导管对准，以便将打印头置于特定配置中，或者便利将打印头置于特定配置中。因此，中心阀通道或孔洞在导管和打印头的部分之间形成连续通道，以使它们彼此流体连通。通道或孔洞可为无分支的。

在优选的实施方案中，中心阀可在每个位置之间旋转或以其它方式移动。

中心阀可包括电子中心阀或机械中心阀。电子中心阀可被编程为在特定时间和/或响应于电信号而在位置之间切换。中心阀(诸如电子或机械中心阀)可独立地可操作地连接到打印头的另一部件，并且可响应于该部件的致动或移动和/或响应于来自该部件的信号而在位置之间切换——例如，在可调容积挤出室包括柱塞或活塞的实施方案中，中心阀可以可操作地连接到柱塞或活塞，并且可响应于柱塞或活塞沿两个相应的相反方向中的一个方向移动而切换位置。

在包括中心阀的实施方案中，初级导管、次级导管和三级导管的任何组合可包括单向阀和/或流量控制阀。

打印头的第一配置用于利用来自打印材料入口的打印材料装填可调容积挤出室，但也可用于清洗打印头，诸如从打印头中去除空气和/或打印材料，例如从可调容积挤出室和/或打印材料入口和/或初级导管和/或次级导管中去除空气和/或打印材料。

第二配置用于将打印材料的至少一部分排出或以其它方式迫使打印材料的至少一部分离出可调容积挤出室，并且将打印材料的至少一部分从打印材料出口排出/挤出，但是也可用于清洗打印头，诸如从打印头中去除空气和/或打印材料，例如从可调容积挤出室和/或打印材料出口和/或次级导管和/或三级导管中去除空气和/或打印材料。

在一些实施方案中，打印头可切换到第三配置，其中打印材料入口和打印材料出口经由导管系统彼此流体连通，但不与可调容积挤出室流体连通。在此类实施方案中，次级导管和三级导管可各自包括流量控制阀，并且初级导管可包括流量控制阀和/或单向阀。在包括中心阀的实施方案中，中心阀可与上文针对第一配置和第二配置所述类似的方式切换到对应于第三配置的第三位置。

第三配置可用于利用打印材料装填打印头和/或清洗或清洁打印头，例如装填和/或清洗或清洁初级导管、三级导管、打印材料入口和/或打印材料出口。

可调容积挤出室可包括位于其中的活塞或柱塞，该活塞或柱塞可操作以沿该室移动，从而根据移动方向增大和减小该室的容积。可调容积挤出室可包括往复泵，诸如单动式往复泵。可调容积挤出室可包括活塞泵或柱塞泵。

在一些实施方案中，打印材料入口可连接到打印材料源。

打印材料源可以可拆卸地可连接或连接到打印材料入口。

在一些实施方案中，打印材料源可包括贮存器，诸如料筒。优选地，贮存器或料筒包括封闭容积的打印材料。

在一些实施方案中，贮存器可至少部分地填充有打印材料，该打印材料可处于塑性或可流动状态，或者可处于固体状态。例如，在打印材料是脂肪基食物材料(例如糖食材料，诸如巧克力)的实施方案中，打印材料可以可流动状态或塑性状态(例如，任何适当的温度或温度范围，诸如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃的温度)存在于贮存器中。温度可不大于40℃，诸如不大于35℃。所提及的温度可精确到例如±1℃、±2℃或±3℃以内，并且/或者可包括固体和/或预冷却的打印材料(诸如可被调温或预调温的结晶/预结晶的打印材料，例如糖食材料，诸如巧克力)。

在优选的实施方案中，与可调容积挤出室的最大容积相比，贮存器具有更大的容积。此类布置允许大量的打印材料连接到打印头，同时避免从较大的贮存器直接挤出的问题，诸如较低的柱塞线性位移精度，以及用作贮存器内的弹簧并导致回吹(blow-back)的压缩空气。贮存器或其它打印材料源可具有最大容积，该最大容积为例如可调容积挤出室的最大容积的至少两倍、三倍、四倍、五倍、六倍、七倍、八倍、九倍、十倍、十五倍、二十倍、三十倍、五十倍或至少一百倍。

打印材料源(诸如可移除料筒)可具有至少500cm³、1000cm³、1500cm³、2000cm³、2500cm³、3000cm³、3500cm³或至少4000cm³的内部容积(该内部容积可部分地或基本上完全地填充有打印材料)。

可调容积挤出室可具有不大于2cm³、3cm³、4cm³、5cm³、10cm³、20cm³、30cm³、40cm³、50cm³、100cm³、200cm³、300cm³、400cm³、500cm³、600cm³、700cm³、800cm³、900cm³或1000cm³的容积。

可调容积挤出室可具有不大于300mm²、250mm²、200mm²、190mm²、180mm²、170mm²、160mm²、150mm²、140mm²、130mm²、120mm²、110mm²或100mm²的最大、恒定和/或平均的内部横截面积。

在一些实施方案中，贮存器可包括可调容积贮存器。在此类实施方案中，贮存器可包括上述用于可调容积挤出室的任何容积调节装置，例如活塞或柱塞。

打印材料源可被配置成保持或可保持足够的打印材料以用于整个打印位移，其中打印位移可包括打印至少5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时或打印至少12小时。打印可以例如每小时至少20、25、30、35、40、45或至少50个打印品(“打印品”是完整的打印的产品)和/或每小时至少200g、250g、300g、350g或至少400g打印材料的速率进行。打印材料源可被配置成保持或可保持至少1kg、2kg、3kg、4kg或至少5kg的打印材料。

在一些实施方案中，打印材料源可包括连续进料。

可调容积挤出室可被配置成例如以上述任何打印速率保持足够的打印材料至少1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、1小时、2小时或至少3小时。

可调容积挤出室和/或可调容积贮存器(诸如料筒)可包括至少一个容积监测装置以监测其容积和/或其中包含的打印材料的容积。该容积监测装置或每个容积监测装置可包括被布置成检测位于室和/或贮存器内的活塞或柱塞(例如)的位置的至少一个传感器和/或被布置成检测可调容积挤出室和/或可调容积贮存器的任何可调节部分的位置或构造的至少一个传感器。可调容积挤出室和/或可调容积贮存器(诸如料筒)和/或该容积监测装置或每个容积监测装置可以可操作地连接到用于显示由该容积监测装置或每个容积监测装置收集的信息的显示装置。

打印材料出口可包括喷嘴。喷嘴可从基座到顶端向内或向外渐缩。喷嘴可包括如上所述的三级导管的远侧端部，并且可与三级导管成为整体或可从三级导管拆卸。打印材料出口可包括容纳三级导管的至少一部分的容纳块。容纳块可包括一个或更多个温度调节元件。

在一些实施方案中，打印材料出口可包括诸如螺旋泵的包含螺旋的泵。

打印头可包括打印头块。打印头块可包括结构锚定件，打印头的其它部件中的至少一些部件连接到该结构锚定件。打印头块可容纳初级导管、次级导管和三级导管中的一个或更多个、或它们的一部分。打印材料入口可包括打印头块中的狭槽、孔口、腔、凹口或其它打印材料源连接点。可调容积挤出室可作为打印头块的一部分整体形成，但在其它实施方案中可为固定到打印头块的单独的部件——这可允许可调容积挤出室更容易移除、更换、修理和/或清洁。在一些实施方案中，打印材料出口容纳块可作为打印头块的一部分整体地形成，但是在其它实施方案中可为固定到打印头块的单独的部件——这可允许容纳块更容易移除、更换、修理和/或清洁。打印材料出口或该打印材料出口的三级导管的大部分或全部可位于打印头块的外部。

在另一优选的实施方案中，打印头可包括第一打印头导管和第二打印头导管，该第一打印头导管连接到打印材料入口和双端口可调容积挤出室，该第二打印头导管连接到双端口可调容积挤出室和打印材料出口，第一打印头导管和第二打印头导管不直接彼此连接，而是仅通过双端口可调容积挤出室间接连接。因此，可调容积挤出室可包括由第一打印头导管进料的入口端口和进料到第二打印头导管中的出口端口。在此类实施方案中，因为打印材料入口和打印材料出口只能经由可调容积挤出室进入流体连通，所以如上所述的打印头的第三配置是不可能的。

第一打印头导管和/或第二打印头导管可各自包括流量控制阀和/或单向阀。第一打印头导管单向阀可被配置成仅允许打沿印材料在从打印材料入口到可调容积挤出室的方向流动，并且第二打印头导管单向阀可被配置成仅允许打印材料沿从可调容积挤出室到打印材料出口的方向流动。

在优选的实施方案中，第一打印头导管和第二打印头导管两者均包括流量控制阀和/或单向阀。因此，在此类实施方案中，可通过以下方式将打印头置于第一配置中：关闭第二打印头导管流量控制阀或通过设置如上所述的第二打印头导管单向阀，以及打开第一打印头导管流量控制阀(在包括第一打印头导管流量控制阀的实施方案中)以及/或者使打印材料沿从打印材料入口到可调容积挤出室的方向流过第一打印头导管单向阀(从而打开该第一打印头导管单向阀)(在包括第一打印头导管单向阀的实施方案中)。

同样在此类实施方案中，可通过以下方式将打印头置于第二配置中：关闭第一打印头导管流量控制阀或通过设置如上所述的第一打印头导管单向阀，以及打开第二打印头导管流量控制阀(在包括第二打印头导管流量控制阀的实施方案中)和/或使打印材料沿从可调容积挤出室到打印材料出口的方向流过第二打印头导管单向阀(从而打开该第二打印头导管单向阀)(在包括第二打印头导管单向阀的实施方案中)。

在尤其优选的实施方案中，第一打印头导管和第二打印头导管各自均包括如上所述的单向阀。在此类实施方案中，一旦设置，打印头就有效地不需要干预(例如，不需要编程或链接到打印头的其它部件，如可能需要与流量控制阀一起编程或链接)来在两种配置之间切换，因为单向阀被设计成允许这一点。

打印头可包括温度控制系统，该温度控制系统被配置成控制打印头内的打印材料的温度。温度控制系统可向打印头提供热量和/或冷却打印头。打印头的至少一部分可至少部分地被温度控制系统的一个或更多个温度调节元件围绕、覆盖或紧邻温度控制系统的一个或更多个温度调节元件，并且/或者可包括一个或更多个温度调节元件。在一些实施方案中，打印材料入口、打印材料源(如果存在)、打印头块(如果存在)、可调容积挤出室、初级导管、次级导管、三级导管、中心阀(如果存在)、打印材料出口、打印材料出口容纳块、第一打印头导管或第二打印头导管、或它们的任何适当组合可被一个或更多个温度调节元件围绕、覆盖或紧邻一个或更多个温度调节元件，并且/或者可包括一个或更多个温度调节元件。

在一些实施方案中，打印材料源(诸如贮存器或料筒)和/或可调容积挤出室可包括位于该打印材料源(诸如贮存器或料筒)和/或可调容积挤出室的壁内的一个或更多个加热元件。如果期望在将打印材料源连接到打印头之前预热打印材料，则打印材料源自身中的加热元件可为有利的，以便在连接打印材料源时减少打印停机时间。

在一些实施方案中，打印材料入口可包括围绕打印材料源(诸如料筒)可被插入/定位到的腔体的一个或更多个壁。在此类实施方案中，打印材料入口可包括位于该打印材料入口的壁内的一个或更多个加热元件。因为这样允许诸如料筒的可移除的打印材料源没有内置的加热元件，因为打印头本身提供加热元件，所以这样是有利的。这在打印材料(诸如巧克力)在被连接到打印头之前以预冷却、固体状态和/或结晶/预结晶状态存在于料筒中并且必须被加热成可流动状态或塑性状态以用于打印的实施方案中尤为有用。打印材料入口可因此包括料筒接纳腔体、凹口或狭槽，诸如限定料筒接纳腔体、凹口或狭槽的料筒接纳容器或圆筒(圆筒可具有任何适当的横截面，诸如圆形)。

该温度调节元件或每个温度调节元件可包括加热元件或冷却元件。

该温度调节元件或每个温度调节元件可包括被布置成与打印头的外表面的至少一部分或打印头的一个或更多个部分或部件接触的套筒或夹套。该套筒或夹套或者每个套筒或夹套可包括流体夹套，诸如液体夹套，流体可循环通过该流体夹套。该流体夹套或每个流体夹套可包括水夹套。该套筒或夹套或者每个套筒或夹套可包括电加热套筒。

水夹套提供的优点在于，它们可容易地被配置成通过简单地改变流过的水的温度而在加热和冷却功能之间切换。

在一些实施方案中，与设备内部的打印材料接触的基本上所有表面由温度控制系统控制温度。

在优选的实施方案中，至少任何打印材料源(诸如贮存器或料筒)、可调容积挤出室和打印材料出口的至少一部分被一个或更多个温度调节元件围绕、覆盖或紧邻一个或更多个温度调节元件，并且/或者包括一个或更多个温度调节元件。

温度控制系统允许随着打印材料行进通过设备而控制打印材料的温度，这对于确保打印材料保持在期望的温度范围内是重要的，使得例如打印材料在处于打印头内不至少部分地或完全地固化，或者在高温下分解，并且/或者保持在适当的塑性状态或可流动状态。温度控制系统可被布置和配置成将打印材料保持在可流动状态或塑性状态——例如(特别是对于脂肪基或糖食的食物材料)任何适当的温度或温度范围，诸如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃的温度。温度可不大于40℃，诸如不大于35℃。所提及的温度可精确至例如±1℃、±2℃或±3℃内。

应当理解，打印头或打印头的一个或更多个部件的尺寸可改变，以便优化其中包含的打印材料的温度调节。

根据本发明的第二方面，提供了使用本发明的第一方面的打印头来3D打印产品的方法，该方法包括以下步骤：

a)将打印头置于第一配置中，并且经由导管网络将打印材料从连接到打印材料入口的打印材料源转移到可调容积挤出室；以及

b)将打印头置于第二配置中，并且经由导管网络将打印材料的至少一部分从可调容积挤出室转移到打印材料出口，并且将其从打印材料出口排出以形成3D打印的产品的至少一部分。

该打印材料可包括在环境温度(例如室温)下处于可流动状态或可被加热成可流动状态的任何材料。

该打印材料或每种打印材料可包括聚合物材料、弹性体材料、塑料材料或塑性材料。在优选的实施方案中，打印材料可包括食物材料，诸如糖食材料，例如巧克力，诸如牛奶巧克力、黑巧克力、纯巧克力、复合巧克力或白巧克力，或它们的任何组合。

在打印头包括初级导管、次级导管和三级导管的实施方案中，步骤a)可包括经由初级导管和次级导管转移打印材料，并且步骤b)可包括经由次级导管和三级导管转移打印材料的至少一部分。

在一些实施方案中，该方法可包括在步骤a)之前的另外的步骤：将诸如贮存器(例如，料筒)的打印材料源连接到打印材料入口(例如，将其连接到打印头块中的凹口、狭槽或孔口)。在此类实施方案中，该方法还可包括利用打印材料填充打印材料源和/或预热和/或加热打印材料源(以及因此加热其中的任何打印材料)，然后将该打印材料源连接到打印材料入口、打印头或打印头块。打印材料可被预热到可流动状态或塑性状态，或者可被预热到刚好低于打印材料处于可流动状态或塑性状态所需的温度(在这种情况下，该方法还可包括在连接打印材料源之后将几乎可流动/几乎塑性的打印材料加热到可流动/塑性状态的步骤，这应当为相对快速的过程)，诸如比打印材料处于可流动状态或塑性状态所需的温度低不大于1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或不大于10℃(例如，±1℃、±2℃或±3℃)。

在优选的实施方案中，任何打印材料源(诸如贮存器或可拆卸料筒)中的打印材料可处于固体状态、冷却/预冷却、调温/预调温和/或结晶/预结晶状态，并且该方法包括在将打印材料源连接到打印材料入口之前在打印材料源内部制备所述状态的打印材料。该方法可包括在连接到打印材料入口之后将固体状态、冷却/预冷却和/或结晶/预结晶的打印材料加热到可流动状态或塑性状态的步骤。例如，在打印材料包括脂肪基或糖食的食物材料(例如巧克力)的实施方案中，该方法可包括利用固体状态、冷却/预冷却和/或结晶/预结晶的打印材料至少部分地填充打印材料源，并且在连接到打印材料入口之后将其加热到可流动状态或塑性状态，例如，加热到25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃的温度或至少25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃的温度，和/或不大于40℃，诸如不大于35℃(所提及的温度可精确到例如±1℃、±2℃或±3℃内)。预冷却、预固化、预调温和/或预结晶打印材料的优点中的一个是，可减少和/或消除一旦打印材料被引入到打印头中就需要执行的操作，这可减少在引入到打印头中之后进行这种操作将会导致的打印头的停工时间。

在打印材料入口包括一个或更多个壁的一些实施方案中，该一个或更多个壁包括位于其中的一个或更多个加热元件，该壁在其间限定腔体并围绕该腔体，该方法可包括将打印材料源插入腔体中，并且利用打印材料入口的所述加热元件对打印材料源进行加热。

步骤a)可包括增加可调容积挤出室的容积，并且步骤b)可包括减小可调容积挤出室的容积，例如，通过沿室在两个相反方向中的一个方向上移动柱塞或活塞。

步骤a)可包括在由室的容积增加而产生的减压下将打印材料从打印材料入口抽入可调容积挤出室中。在打印材料源包括贮存器(诸如料筒)的实施方案中，贮存器可包括可调容积贮存器，并且步骤a)可以可选地或另外地包括减小贮存器的容积(例如，通过移动位于其中的活塞或柱塞)，以便将打印材料推出贮存器并沿导管网络到达可调容积挤出室。

在包括贮存器的实施方案中，步骤a)可包括将位于该贮存器中的所有打印材料转移到可调容积挤出室，但优选地包括仅转移一部分，诸如不大于1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、30％、40％或不大于50％。

在打印头包括连接有初级导管、次级导管和三级导管(如本发明的第一方面所述)的中心阀的实施方案中，步骤a)可包括将中心阀置于(例如旋转到)第一位置，并且步骤b)可包括将中心阀置于(例如旋转到)第二位置。在一些实施方案中，中心阀包括贯穿其中的通道或孔，并且该方法包括将孔/通道的端部与导管网络的适当导管对齐，以实现适当/期望的打印头配置，或以便利实现适当/期望的打印头配置。

在打印头包括初级导管和三级导管的实施方案中，该初级导管包括流量控制阀和/或单向阀，该三级导管包括流量控制阀，步骤a)可包括：打开初级导管阀(例如，通过打开流量控制阀或通过使打印材料流过单向阀从而打开该单向阀)，以及关闭三级导管流量控制阀，并且步骤b)可包括：关闭初级导管阀(例如，通过关闭流量控制阀或通过简单地设置自动保持关闭的单向阀)以及打开三级导管流量控制阀。

如本发明的第一方面所述，在一些实施方案中，三级导管可替代地包括单向阀。应当理解，可在导管的任何组合中(或实际上遍及整个打印头)使用各种类型的阀的任何组合，只要它/它们便利将打印头切换成不同的配置即可。

该方法还可包括以下步骤：将打印头置于第二配置，并且清洗可调容积挤出室、次级导管、三级导管、第二打印头导管、中心阀或打印材料出口，或它们的任何适当组合。清洗可涉及移除空气和/或打印材料或残余的打印材料，例如通过减小可调容积挤出室的容积以将它们挤出，例如通过致动位于其中的柱塞或活塞以减小室的容积。清洗步骤优选在步骤a)之前和/或步骤b)之后进行。

该方法还可包括以下步骤：将打印头置于第三配置(如本发明的第一方面所述)，并且利用打印材料装填打印头和/或清洗打印头。在此类实施方案中，该方法可包括装填和/或清洗打印材料入口、初级导管、三级导管、中心阀或打印材料出口、或它们的任何适当的组合。在一些实施方案中，该步骤可包括清洗，然后装填打印头或打印头的部分。该步骤可在任何时间点进行，但优选地，在步骤a)之前和/或步骤b)之后进行。

在打印头包括通过双端口可调容积挤出室间接连接的第一打印头导管和第二打印头导管的实施方案中，第一打印头导管在其相对端部处连接到打印材料入口并且包括单向阀和/或流量控制阀，并且第二打印头导管在其相对端部处连接到打印材料出口并且包括单向阀和/或流量控制阀(如本发明的第一方面所述)，步骤a)可包括打开第一打印头导管阀以及关闭第二打印头导管阀，并且步骤b)可包括打开第二打印头导管阀以及关闭第一打印头导管阀。

该方法可包括使用一个或更多个容积监测装置和/或传感器来监测可调容积室的容积和/或打印材料源(其可为可调容积打印材料源，诸如可调容积贮存器或料筒)的容积和/或打印材料源中包含的打印材料的体积。该方法还可包括利用显示装置显示由该容积监测装置或传感器或者每个容积监测装置或传感器采集的信息。

该方法可包括调节打印头的至少一部分和/或打印材料的至少一部分的温度。该方法可包括调节打印材料的温度，使得打印材料保持可流动状态或塑性状态，优选地在打印操作期间其在打印头中的整个停留时间内保持可流动状态或塑性状态。该方法可包括调节打印材料入口、打印材料源(如果存在)、打印头块(如果存在)、可调容积挤出室、初级导管、次级导管、三级导管、中心阀(如果存在)、打印材料出口、打印材料出口容纳块、第一打印头导管或第二打印头导管或它们的任何适当组合的至少一部分的温度和/或它们内的打印材料的至少一部分的温度。温度调节可包括加热和/或冷却。

在优选的实施方案中，该方法包括调节任何打印材料源(诸如贮存器或料筒)、可调容积挤出室和打印材料出口的至少一部分的温度和/或它们内的打印材料的至少一部分的温度。

根据本发明的第三方面，提供了一种部件套件，该部件套件包括本发明的第一方面的一个或更多个打印头以及可连接到该打印头或每个打印头的打印材料入口的一个或更多个打印材料源。

该打印材料源或每个打印材料源可包括可拆卸贮存器或料筒，该可拆卸贮存器或料筒优选地预填充有打印材料。该材料源或每个材料源可预填充的材料可处于可流动状态或塑性状态，或者可处于刚好低于打印材料处于可流动状态或塑性状态所需的温度的温度，诸如比打印材料处于可流动状态或塑性状态所需的温度低不大于1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或不大于10℃。预填充的打印材料可处于固体状态、冷却/预冷却和/或结晶/预结晶状态。在打印材料包括脂肪基材料或糖食材料(例如巧克力)的实施方案中，预填充的打印材料可为固体状态巧克力，并且可为结晶/预结晶的巧克力。巧克力可被调温或预调温。

根据本发明的第四方面，提供了包括本发明的第一方面的一个或更多个打印头的3D打印机。

该3D打印机可包括具有本发明的第一方面的一个或更多个打印头的一个或更多个打印模块。3D打印机可包括至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个打印模块。

3D打印机或一个或更多个打印模块可包括本发明第一方面的至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、25个、50个、75个或至少100个打印头。

在一个或更多个模块包括多个打印头的实施方案中，该模块或每个模块的打印头可串联布置，诸如沿曲线或直线或沿形状(例如，正方形或圆形)的周边，任选地一个或更多个打印头位于形状的周边内，诸如同心地和/或在形状的中心处或朝向形状的中心，以及/或者可布置在任何2D或3D阵列或网格中。在优选的实施方案中，3D打印机包括具有多个打印头的至少一个打印模块，该打印头被布置成例如至少两行(优选地仅两行)和/或至少2列、3列、4列、5列或至少6列。打印模块中特别优选的打印头布置的示例包括3×2、4×2和5×2网格。然而，可采用打印头和打印模块的任何合适的布置。

在至少一个打印模块包括多个打印头的实施方案中，此类模块中的一个模块内的每个打印头可包括自身的单独的打印材料源，或者至少两个打印头可共享共用的打印材料源，该共用的打印材料源可连接或连接到那些打印头中的每个打印头的打印材料入口。在一些实施方案中，至少一个模块的每个打印头包括单个共用的打印材料源。

在包括多个打印模块的实施方案中，每个打印模块可包括自身单独的打印材料源，或者至少两个打印模块可共享共用的打印材料源，该共用的打印材料源可连接或连接到那些模块中的每个模块和/或模块的打印头。在一些实施方案中，打印模块包括单个共用的打印材料源。

该打印材料源或每个打印材料源可包括基本上如关于本发明的第一方面、第二方面和第三方面所述的打印材料源，诸如贮存器或料筒，该打印材料源可例如至少部分地填充有处于可流动状态或塑性状态、或处于固体状态的打印材料。

在多个打印头或打印模块连接到单个打印材料源的实施方案中，打印材料源、打印头、打印模块和/或连接它们的任何导管可包括一个或更多个阀，该一个或更多个阀可操作以允许选择性地填充打印头的任何组合的可调容积挤出室。

该3D打印机可包括一个或更多个温度调节部件和/或加热部件(诸如，打印材料源、可调容积挤出室和/或打印材料出口温度调节部件和/或加热部件)，该温度调节部件和/或加热部件被配置成调节多个打印头或打印模块(诸如，多个打印材料源、多个可调容积挤出室和/或多个打印材料出口)的温度以及/或者加热多个打印头或打印模块。因为这消除了对每个打印头或打印模块或每个打印头或打印模块的一个或更多个部件(诸如每个打印头的每个打印材料入口、可调容积挤出室和/或打印材料出口)包括自身的单独且不同的温度调节和/或加热元件和/或部件的需求，所以这可降低3D打印机的复杂性。该温度调节部件和/或加热部件或者每个温度调节部件和/或加热部件可包括温度调节和/或加热外壳，在该外壳中可定位多个打印头或打印模块或者它们的一个或更多个部件(诸如打印材料源、可调容积挤出室和/或打印材料出口)。

根据本发明的第五方面，提供了一种制造一个或更多个经包装的3D打印的产品的方法，该方法包括以下步骤：

a)将一个或更多个3D打印的产品打印到基座上；以及

b)包装该3D打印的产品或每个3D打印的产品，其中该3D打印的产品或每个3D打印的产品在包装期间不从基座移除，并且该基座形成最终经包装的产品的一部分。

该3D打印的产品或每个3D打印的产品可包含聚合物材料、弹性体材料、塑料材料或塑性材料。在优选的实施方案中，打印材料可包括食物材料，诸如脂肪基食物材料，例如糖食材料，优选地为巧克力，诸如牛奶巧克力、黑巧克力、纯巧克力、复合巧克力或白巧克力，或它们的任何组合。

因此，提供了一种有利的方法，该方法允许3D打印的产品进行打印并且在打印之后对产品本身进行最小程度的直接处理或基本上不进行直接处理的情况下进行包装。因此，这大大简化了生产过程，并且还降低了产品在打印与包装之间被损坏的风险。

可将多个3D打印的产品打印到共用的基座上，但优选地将每个3D打印的产品打印到其自身单独的或可分离的基座上。

该基座或每个基座可包括任何合适的材料，诸如塑料、塑性材料、聚合物材料、金属、纸材、纸板、纸箱板、卡纸，或聚合物涂覆的纸材、纸板、纸箱板或卡纸。在一些实施方案中，该基座或每个基座可包括托盘(优选地为聚合物托盘或塑料托盘，诸如热成型塑料托盘)或“杯”(诸如纸杯，例如通常用于纸杯蛋糕的类型的纸杯)。在该基座或每个基座为杯的实施方案中，该杯或每个杯在步骤a)之前和/或期间可为基本平坦的，并且随后在步骤a)期间和/或之后诸如在步骤b)期间被折叠成某种形状(例如，该杯或每个杯的一个或更多个侧壁被向上折叠)。可选地，该杯或每个杯可在整个步骤a)和b)中被折叠成形。任何纸杯均可由夹具形成。

在一些实施方案中，该基座或每个基座可包括一个或更多个抓握部分和/或一个或更多个柄部，以便利在基座上打印该产品或每个产品之前和之后更容易地抓握该基座。

步骤a)可包括将该基座或每个基座定位或装载到一个或更多个打印头下方和/或将该基座或每个基座装载到3D打印机中。在一些实施方案中，步骤a)可包括直接装载或定位该基座或每个基座，或者可包括将该基座或每个基座可释放地固定到台板或弹力盘或共用台板或弹力盘，然后装载或定位该台板或弹力盘。

该基座或每个基座可使用例如以下的任何合适的装置可释放地固定到台板或弹力盘：任何形式的夹紧或固定装置，诸如夹具、磁体(利用在该基座或每个基座上有目的地添加的磁性节段，或利用该基座或每个基座自身的磁性材料)或基座与台板之间的相互接合形式。在优选的实施方案中，步骤a)包括经由真空将该基座或每个基座固定到台板。该方法可包括将该基座或每个基座放置在形成于台板中的一个或更多个真空孔口上方，并且通过该孔口向该基座或每个基座施加真空，以便将该基座或每个基座保持在台板上的适当位置。

在制造多个经包装的产品(并因此利用多个基座，每个基座在步骤a)中具有其上打印的产品)的实施方案中，步骤a)可包括使用单个打印床，该打印床包括多个可分离的基座，其中在步骤a)中将产品打印到每个基座上，然后步骤b)包括分离打印床的基座以便获得多个不同的基座，每个基座具有位于其上的打印的产品。在此类实施方案中，打印床可包括界定和限定基座的削弱线或削弱区域(诸如穿孔或较薄材料的区域)，或者可包括便利在步骤a)之后更容易地分离基座的任何其它配置。然而，在其它实施方案中，打印床可为基本上均匀的片材或托盘——在此类实施方案中，打印床可不包括有助于分离成单个基座的特征，但可包括例如视觉分离结构(诸如，表面装饰)或者可不包括可辨别的单个基座，但仍然可被划分成理论区段，区段中的每个区段可具有打印在其上的产品，在这种情况下，步骤b)可包括例如在假想区段或视觉标记区段之间的边界处切割打印床，因此将打印床切割成不同的基座。

打印床可通过上文关于固定该基座或每个基座所述的任何装置保持在适当位置，例如夹片、相互接合形式、磁铁和/或通过台板中的一个或更多个真空孔口或通道施加的一个或更多个真空。在一些实施方案中，可存在与打印床的每个基座相关联的单独且不同的真空或一个或更多个单独且不同的真空孔口/通道或真空孔口/通道组——这可有助于在基座是分离的但仍然在台板上或固定到台板上的实施方案中将每个基座保持在适当位置。

在制造多个经包装的产品的其它实施方案中，步骤a)可包括将多个单独且不同的未连接基座固定到共用台板上。每个基座可利用上述装置中的任何一种固定到台板上，但是优选地每个基座使用通过一个或更多个真空孔口/通道施加的真空来固定，每个基座通过自身相应的真空孔口/通道或一套/一组真空孔口/通道与台板相关联并保持在适当位置(在使用中)。

在一些实施方案中，台板可包括一个或更多个凸起区域，该一个或更多个凸起区域在使用中支撑相应的基座(无论基座是单独且不同的还是作为共用打印床的一部分连接的)。该凸起区域可包括突起表面(优选为平坦和/或水平表面)，例如“钠”——在优选的实施方案中，该基座或每个基座以及凸起区域可为互补成型的，使得步骤a)包括将该基座或每个基座放置在该凸起区域或每个凸起区域的顶部上，使得该凸起区域或每个凸起区域通过其底部侧面至少部分地插入到该基座或每个基座中，或者使得该凸起区域或每个凸起区域至少部分地围绕该基座或每个基座。这些布置中的任一个是有利的，因为其可允许在打印期间以及在基座仍然在台板上时可执行的任何后续步骤期间更牢固地保持基座。

每个凸起区域可包括如本文所述的任何固定装置，但优选地，每个凸起区域包括一个或更多个真空孔口/通道或真空孔口/通道组。

每个基座可具有适用于接纳特定打印的产品的尺寸。在一些实施方案中，基座的直径或宽度可为至少10mm、20mm、30mm、40mm或至少50mm。基座可为任何合适的形状，诸如矩形、正方形或圆形。

当与单独插入装载/定位基座相比时，使用台板/弹力盘可以便利更快且更简单的装载/定位基座。这还允许第二台板预装载有基座(或单个基座)，同时装载有一个或更多个基座的第一台板在使用中，使得当移除使用过的基座并插入新基座时打印停机时间最小化。

步骤b)中的基座的移除可通过台板中的一个或更多个移除孔口来进行，该一个或更多个移除孔口在使用中定位在基座下方。移除孔口可允许操作者或机器使用该移除孔口将基座向上推动并远离台板下方。

该基座或每个基座可为刚性的，以便在被处置(例如，放置在弹力盘上或从弹力盘移除，或以其它方式处置)时不显著弯曲或变形，这提供了以下优点：在处置基座时，位于基座上的3D打印的产品将不会从该基座移除和/或分离，或者将更不易从基座移除和/或分离。用于此类刚性基座的合适材料可包括例如金属、合金、复合材料或硬塑料、或它们的任何组合。

可存在至少2个、3个、4个、5个、6个、7个或至少8个基座，诸如单独的或可分离的基座。在具有多个基座的实施方案中，基座可被布置成基本上平面(或二维)的阵列。该阵列可为诸如矩阵的规则阵列，或者可为不规则的。在一些实施方案中，该阵列是包括至少一行和至少一列的规则阵列。在优选的实施方案中，存在被布置成至少2行的至少8个基座，诸如2×4基座、2×5基座等的阵列。

在一些实施方案中，步骤a)和/或步骤b)可包括在XY平面(即，基本上水平的打印平面)中并且优选地也沿垂直于XY的Z方向(即，竖直地)移动台板，优选地同时该一个或更多个打印头保持静止。沿XY(和任选地Z)方向移动台板，同时保持该打印头或每个打印头静止(至少在XY平面中静止)使得能够精确和快速地打印复杂的产品形状，同时避免与重型打印头(该重型打印头具有用于移动打印头的重型部件，诸如马达、伺服机构等)的移动相关联的问题。高质量打印头的运动在系统中产生不稳定性(部分地由于它们的较高重心导致的不稳定性)，该不稳定性必须通过增加3D打印设备的基座的质量来偏移。因此，可移动台板能够实现重量更轻、更稳定和/或更便宜的系统。

步骤b)可包括包装产品的任何方法，只要产品保持在基座或相应的基座上。步骤b)可包括例如包裹产品和基座，将覆盖件放置在产品上使得该覆盖件搁置在基座的顶部上或该覆盖件围绕基座的侧壁(诸如塑料覆盖件)，以便形成完整的盒，或者使用任何其它合适的包装技术或材料。在该基座或每个基座为杯(诸如，纸杯)的实施方案中，该杯或每个杯可单独包装或者例如通过将它们放入到盒中来包装在一起。基座可具有一个或更多个连接器，该一个或更多个连接器与包装和/或其它基座上的对应连接器配合或耦接。

步骤b)可包括利用刚性覆盖件覆盖产品和/或基座，使得该覆盖件不接触产品。该覆盖件可包括对总体包装的基本封盖(整个覆盖件可充当封盖，或者覆盖件可包括可移除的封盖部分)。

该覆盖件可由例如塑料、硬纸板、纸材、纸箱板、聚合物涂覆硬纸板、聚合物涂覆塑料、聚合物涂覆硬纸板、聚合物涂覆纸材或聚合物涂覆纸箱板形成。

该覆盖件可例如使用相互接合形式(诸如突出部和/或狭槽)或诸如粘合剂、系带(诸如带或绳)或夹具的其它固定装置固定到基座。

步骤b)可包括围绕整个基座和产品形成完整的盒或包装(即，完全围绕基座和产品，而不是由基座本身形成整个盒或包装的底部表面)。此类盒可形成有如上所述的覆盖件，该覆盖件另外围绕基座的底部延伸，或者可例如包括围绕整个产品和基座包裹的可变形包裹物，诸如塑料包裹物(例如，收缩包裹物)。

覆盖件可包括钟形罩式覆盖件，使得步骤b)可包括将覆盖件降低到产品和/或基座上和/或上方，并且任选地将覆盖件固定到产品和/或基座上。

在一些实施方案中，步骤b)可包括在产品和/或基座上方和/或周围组装覆盖件，诸如在产品和/或基座周围或上方从坯件折叠覆盖件。

在一些实施方案中，步骤b)可包括将产品和/或基座定位在例如塑料包裹的初级包装内，然后将该经包装的或包裹的产品/基座至少部分地定位在例如如上所述的刚性覆盖件的次级包装内。

在一些实施方案中，该基座或每个基座以及包装的至少一部分可包括相互接合的、互补的和/或互锁的特征(诸如，突起和/或凹口或狭槽)，使得包装(诸如，覆盖件)可以稳定的方式固定到该基座或每个基座。每个基座可包括凸形连接器，并且包装可包括凹形连接器，或反之亦然，凸形连接器和凹形连接器被布置成进行配合以将基座和包装固定在一起。

在一些实施方案中，该基座或每个基座可包括基座相互接合的、互补的和/或互锁的连接器，该连接器使得多个基座能够以稳定的方式固定或连接在一起。每个基座可包括例如至少一个凸形连接器和至少一个凹形连接器，使得在使用中，一个基座的凸形连接器可与另一基座的凹形连接器连接。

步骤b)可包括使此类基座包装和/或基座-基座特征和/或连接器接合。

在一些实施方案中，包装(诸如，盖)可包括基座移除特征，该基座移除特征可有助于从包装中移除该基座或每个基座，而基本上不会拆卸或破坏包装。此类特征可包括包装中位于基座或每个基座下方的和/或围绕包装的侧壁的一个或更多个孔口。

在一些实施方案中，该包装可包括一个或更多个基座挂钩或附接构件，该基座挂钩或附接构件固定(诸如可释放地固定)到该基座或每个基座(例如，系到、插入到或以其它方式附接到该基座或每个基座)，并且这便利移除该基座或每个基座，例如通过允许消费者从包装的顶部的外部或基本上紧邻顶部牵拉构件，以便使用该挂钩或附接构件或每个挂钩或每个附接构件将该基座或每个基座牵拉出包装。该挂钩或附接构件或者每个挂钩或每个附接构件可包括例如一个或更多个带、系带或杆。在一些实施方案中，可存在围绕该基座或每个基座以及包装的周边布置的多个挂钩或附接构件。在一些实施方案中，该挂钩或附接构件或每个挂钩或每个附接构件附接到包装的盖或覆盖件的一部分或形成为包装的盖或覆盖件的一部分，使得盖的移除将该基座或每个基座拉向包装的顶部。在一些实施方案中，类似的效果可通过在基座上设置一个或更多个抓持部或突出部来实现，该抓持部或突出部突出穿过包装中的孔口并且可沿包装中的一个或更多个通道被抓持和牵拉，使得可容易地从外部将基座从包装中移除。

包装、覆盖件、初级包装和/或次级包装可包括至少一个透明的部分和/或至少一个不透明的部分和/或至少一个半透明的部分，或者可为完全透明的、不透明的或半透明的。

任何覆盖件或包装可包括一个或更多个抓持或抓握部分，诸如一个或更多个突出部或柄部。

任何台板可包括本发明的第六方面的台板。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于3D打印机的台板，该台板包括顶面和底面，其中顶面适于接纳适于支撑3D打印的产品的一个或更多个基座，并且台板包括在该台板的顶面和底面之间延伸的一个或更多个真空孔口或通道。

台板可基本上如关于本发明的第五方面所述。例如，在一些实施方案中，台板可包括各自适于接纳基座的一个或更多个凸起区域，该凸起区域或每个凸起区域包括一个或更多个真空孔口或通道。

在一些实施方案中，台板包括位于该台板顶面上的一个或更多个基座，诸如例如位于台板的一个或更多个凸起区域的顶部上、位于该一个或更多个凸起区域上方或至少部分地插入该一个或更多个凸起区域内，以及/或者位于一个或更多个真空孔口/通道的顶部上或位于该一个或更多个真空孔口/通道上方。

在一些实施方案中，台板包括一个或更多个基座移除孔口，该一个或更多个基座移除孔口被配置成便利更容易地移除放置在台板顶部上/上方的任何基座。

台板和/或置于台板顶部上的任何基座可包括如关于本发明的第五方面所述的特征的任何合适的组合。

台板可用于本发明的第五方面的方法中。

根据本发明的第七方面，提供了一种包括本发明的第六方面的台板的3D打印机，其中该台板的真空孔口或通道或者每个真空孔口或每个通道连接到真空源。

真空源可为任何真空产生或生成装置，诸如真空泵。

在包括多个真空孔口/通道或多组真空孔口/通道的实施方案中，每个孔口/通道或者每组孔口/通道可连接到其自身的真空源，或者两个或更多个孔口/通道或组可连接到共用的真空源。可有利的是，每个基座与连接到自身真空源的一个或更多个真空孔口/通道或组相关联，因为这允许从台板移除一个或更多个特定基座而不损害台板上的其它基座的安全性/稳定性。

3D打印机可用于本发明的第五方面的方法中。

本发明的第五方面、第六方面和第七方面中的每一个可适当地应用于本发明的第一方面、第二方面、第三方面和第四方面中的任何一个。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明，现参照附图仅以举例方式描述本发明的一个或更多个实施方案，附图中：

图1示出了穿过本发明的第一方面的打印头的第一实施方案的横截面。

图2a是图1的横截面的一部分的放大视图，中心阀被定位成使得打印头处于第一配置。

图2b示出了图1的横截面的一部分的放大视图，中心阀被定位成使得打印头处于第二配置。

图2c示出了图1的横截面的一部分的放大视图，中心阀被定位成使得打印头处于第三配置。

图3示出了穿过本发明的第一方面的打印头的第二实施方案的横截面。

图4示出了穿过本发明的第一方面的打印头的第三实施方案的横截面。

图5示出了在本发明的第五方面的方法的实施方案中使用的本发明的第六方面的台板的实施方案的透视图(具有剖开部分)。

图6示出了本发明的第五方面的方法的多个实施方案的步骤b)。

图1示出了穿过本发明的第一方面的打印头100的实施方案的横截面。打印头100包括打印头块102、打印材料入口104、连接到打印材料入口104的料筒106形式的贮存器、可调容积挤出室108、打印材料出口110和中心阀112。

打印材料入口104包括固定到打印头块102的料筒接纳圆筒114。该圆筒114包括限定可移除料筒106所位于的腔体的连续壁，以及连接到初级导管118的打印材料入口孔口116，该初级导管118在其相对端处连接到中心阀112。打印材料入口的壁包括多个加热元件124。

料筒106具有填充有打印材料的内部容积120。打印材料120是例如巧克力，诸如可流动或塑性牛奶巧克力，或固体状态、冷却/预冷却和/或结晶/预结晶牛奶巧克力。料筒106还包括设置在内部容积120内的柱塞122。内部容积120与初级导管118流体连通。

可调容积挤出室108固定到打印头块102，并且包括内部容积126和设置在该内部容积中的柱塞128。室108还包括多个加热元件130，并且室108连接到次级导管132，该次级导管在其相对端处连接到中心阀112。内部容积126与次级导管132流体连通。

打印材料出口110包括三级导管136，该三级导管在第一端部处连接到中心阀112并且在第二端部处包括渐缩喷嘴138。三级导管136被容纳在温度调节容纳块140内，该温度调节容纳块自身连接到打印头块102。

连接到初级导管118、次级导管132和三级导管136的中心阀112包括可旋转盘142，该可旋转盘包括贯穿其中的通道144。如图2a至图2c所示，中心阀112可在3种不同配置之间旋转。图2a示出第一配置，由此阀112/盘142被取向成使得通道144在一端部处与初级导管118对齐，并且在另一端部处与次级导管132对齐，从而使打印材料入口104(以及因此料筒106的内部容积120)与可调容积挤出室108(即，其内部容积126)流体连通。图2b示出第二配置，由此中心阀112/盘142被取向成使得通道144在一端部处与次级导管132对准，并且在另一端部处与三级导管136对准，从而使可调容积挤出室108(即，其内部容积126)与打印材料出口110流体连通。图2c示出第三配置，由此中心阀112/盘142被取向成使得通道144在一端部处与三级导管136对准，并且在另一端部处与初级导管118对准，从而使打印材料出口110与打印材料入口104(以及因此料筒106的内部容积120)流体连通。在图1中，中心阀112/盘142被示出为处于第二配置。

为了使用图1和图2a至图2c的打印头100来3D打印产品，首先通过将料筒106插入到料筒接纳圆筒114的腔体(形成在其壁之间)和入口孔口116中并将其固定在适当位置将该料筒连接到打印材料入口104。然后，将中心阀112/盘142旋转到第一配置(根据图2a)，并且致动料筒柱塞122以在料筒106的内部容积120中的打印材料上施加向下的力。这迫使打印材料通过初级导管118、通过中心阀112的通道144、通过次级导管132并进入可调容积挤出室108的内部容积126中。室柱塞128可通过该力被迫向上和/或可自身致动以向上移动并在减压下将打印材料向上抽吸到室108中。随着更多的打印材料进入室108，室108的内部容积126的大小因此增加以容纳打印材料。

当室柱塞128达到期望水平(通常为室108的顶部)并且室108因此包含期望量的打印材料时，中心阀112/盘142旋转到第二配置(根据图2b)，并且室柱塞128被致动以将力施加在其内部容积126中的打印材料上。因此，打印材料被迫离开室108的内部容积126，沿着次级导管132，通过中心阀112的通道144，通过三级导管136，并离开喷嘴138，在该喷嘴处，打印材料用于3D打印的产品的至少一部分。

加热元件124、130和温度调节容纳块140确保打印材料在其在打印头100内的停留时间期间保持可流动状态或塑性状态。

在优选的实施方案中，牛奶巧克力打印材料120在连接到打印材料入口104之前和期间以固体状态、冷却、结晶状态存在于料筒中。然后，料筒接纳圆筒114的加热元件124用于将巧克力120加热成可流动状态或塑性状态，以便用于打印。该方法允许远离打印头100(或包括所述打印头100中的一个或更多个打印头的任何3D打印机)执行巧克力打印材料120的冷却和结晶步骤，这将减少在切换料筒时打印头100/3D打印机的停机时间，否则这将由在打印材料102连接到打印头100之后需要执行的这些过程引起。

中心阀112/盘142也可被置于第三配置(根据图2c)。这可用于例如在打印或打印运行之前利用打印材料装填初级导管118和三级导管136和/或中心阀112(即，其通道144)，并且/或者清洁或清洗它们。

图3示出了穿过本发明的第一方面的打印头200的第二实施方案的横截面。

打印头200类似于图1的打印头100，并且相同的附图标记表示相同的部件，不同之处在于，在初级导管118、次级导管132和三级导管136之间的分支点202处没有中心阀，而是它们彼此分支以形成连续的分支导管/导管网络。此外，初级导管118包括第一流量控制(开/关)阀204，并且三级导管136包括第二流量控制(开/关)阀206。

在使用中，打印头200的功能非常类似于图1的打印头100，不同的是，该打印头使用第一流量控制阀和第二流量控制阀被置于第一配置和第二配置中——在第一配置中，第一流量控制阀204打开并且第二流量控制阀206关闭，并且在第二配置中，第二流量控制阀206打开并且第一流量控制阀204关闭。在其它实施方案中，第一流量控制阀204可改为包括单向阀，该单向阀被配置成仅允许打印材料沿从料筒106到可调容积挤出室108的方向流动——因此，对于打印头200的第二配置，这种单向阀将自动关闭，并且对于打印头200的第一配置，这种单向阀可简单地通过使打印材料流过该打印头来打开(例如，使用如上文关于图1的打印头100所述的柱塞122、128中的一者或两者)。

图4示出了穿过本发明的第一方面的打印头300的第三实施方案的横截面。打印头300包括许多与上述其它打印头100、200相同或类似的部件，并且相同的附图标记表示相同的部件。与前述打印头100、200形成对比的是，图4的打印头300包括第一打印头导管302和第二打印头导管304，该第一打印头导管和该第二打印头导管不直接连接并且不直接彼此分支，而是通过双端口可调容积挤出室306间接连接，该室306包括内部容积308和设置在内部容积308内的柱塞310。第一打印头导管302在端口中的一个端口处连接到室306，并且由于存在位于该第一打印头导管中的第一单向阀312而包括室入口，该第一单向阀被配置成允许打印材料仅沿从打印材料入口104到双端口可调容积挤出室306的方向流动。第二打印头导管304在另一端口处连接到室306，并且由于存在位于该第二打印头导管中的第二单向阀314而包括室出口，该第二单向阀被配置成允许打印材料仅沿从双端口可调容积挤出室306到打印材料出口110的方向流动。

在使用中，柱塞122(以及任选地室柱塞310)以与先前所述的打印头100、200类似的方式致动。不同之处在于，使用第一单向阀312和第二单向阀314将打印头100置于第一配置和第二配置——当打印材料被迫离开料筒106并沿第一打印头导管302排出时，第一单向阀312被迫打开，而第二单向阀314保持关闭，因此，将打印头300置于第一配置中，并且当打印材料被迫离开可调容积挤出室306时，第二单向阀314被迫打开，而第一单向阀312保持关闭，从而将打印头300置于第二配置中。该实施方案的优点在于，两个单向阀312、314一旦安装就基本上是自操作的，并且不需要进一步的输入来发挥作用(例如，不编程或链接到打印头的其它部件，这可能是流量控制阀所需要的)。然而，在其它实施方案中，单向阀312、314中的一者或两者可替代地包括流量控制阀，该流量控制阀可操作以打开或关闭以将打印头300置于正确/期望的配置中。

图5示出了在本发明的第五方面的方法的实施方案中使用的本发明的第六方面的台板400的实施方案的透视图(具有剖开部分)。台板400包括顶面402、与顶面402相对的底面404以及八个凸起平台406形式的多个凸起区域。每个凸起平台406包括四个真空通道408和一个基座移除孔口410。八个塑料基座412铺放在台板400的顶面402的顶部上，更具体地讲，每个基座412铺放在相应平台406的顶部上并且包括悬在平台406上方的侧壁。

在使用中，将基座412放置到平台406上，并且将台板400放置到3D打印机中。然后，通过真空通道408施加真空以在打印期间将基座412保持在适当位置。然后，将产品(诸如图6所示的糖食产品414)打印到每个基座412上，停止施加的真空，使得基座412可从台板400移除。

如在图6中可见，在不从基座412移除产品414情况下，位于已从台板400移除的基座412上的3D打印的产品414可以多种方式进行包装(但在一些实施方案中，可在仍然在台板400上的同时进行包装)。四种不同类型的最终包装416a、418a、420a、422a(各自附带有相应的横截面416b、418b、420b、422b)。可选的包装416、418、420、422全部包括相同的基座412，并且不同之处在于，已经将不同形式的塑料覆盖件和/或包裹物置于产品414和基座412上方。

包装416包括圆形聚合物涂覆的纸箱板覆盖件424，该覆盖件包括便利抓持覆盖件424的抓持片426。覆盖件424被固定(诸如，胶合)到基座412的顶部，但是在其它实施方案中，该覆盖件可缠绕在基座412周围，使得该覆盖件包封整个基座412，并且锁定或以其它方式固定在适当位置。在任何情况下，覆盖件424通过本身或与基座412结合来形成围绕产品414的完整盒。覆盖件424是刚性的，使得该覆盖件不与产品414接触。

包装418包括刚性塑料的覆盖件428，该覆盖件已降低到基座412上(以与钟形罩类似的方式)，使得该覆盖件搁置在基座412的顶部上，并且固定(诸如，胶合)到该基座。因此，基座412和覆盖件428形成围绕产品414的完整盒。在其它实施方案中，覆盖件428可被配置成使得该覆盖件围绕基座412的侧壁并且紧密地贴合在基座周围(即，具有比基座412略大的宽度和长度)。此类覆盖件可固定(例如，胶合)到基座412的侧壁。

包装420还包括刚性塑料的覆盖件430，该覆盖件与包装418的硬塑料的覆盖件428相同，不同的是该覆盖件由两个部分构成；直接固定到基座412的第一部分432，以及安装到第一部分432的顶部边缘的第二部分434。覆盖件430被配置成使得在使用中，第二部分434可从第一部分432移除以从上方触及产品414。

包装422包括塑料袋436和刚性塑料覆盖件438。刚性塑料覆盖件438位于产品414和基座412上方，并且具有与基座412的侧壁接触的侧壁，它们在该侧壁上固定(例如，利用胶来固定)。刚性覆盖件438包括两个不透明的相对侧壁440和两个透明的相对侧壁442(这允许通过覆盖件438观察袋436中的产品414)，并且还包括相互接合的形式444a、444b，它们接合以形成覆盖件438的顶面。塑料袋436包括可变形塑料片，该可变形塑料片已放置在基座412下方并且在所有侧面上围绕产品414聚集，并且包括聚集的部分446，在该部分，塑料片中已被聚集并且围绕产品414的区域已被聚在一起。聚集部分446从覆盖件438内部穿过形成于相互接合形式444a、444b之间的间隙448突出到该覆盖件外部。因此，除了由突出穿过覆盖件438的顶部的聚集部分446形成的该塑料“簇(tuft)”之外，袋436完全被覆盖件438围绕。

上面仅作为示例描述了一个或更多个实施方案。在不背离由所附权利要求书中所限定的保护范围情况下，可作出许多变型。

Claims (30)

1.一种用于3D打印机的打印头，所述打印头包括打印材料入口、打印材料出口和可调容积挤出室，所有这些通过导管系统连接，其中所述打印材料入口能够连接到打印材料源，并且其中所述导管系统包括一个或更多个阀，所述一个或更多个阀可操作以在至少两种配置之间切换所述打印头，所述至少两种配置包括：

第一配置，其中所述打印材料入口和所述可调容积挤出室经由所述导管系统彼此流体连通，但不与所述打印材料出口流体连通；以及

第二配置，其中所述可调容积挤出室和所述打印材料出口经由所述导管系统彼此流体连通，但不与所述打印材料入口流体连通。

2.根据权利要求1所述的打印头，其中所述导管系统包括初级导管、次级导管和三级导管，所述初级导管连接到所述打印材料入口并从所述打印材料入口延伸，所述次级导管从所述初级导管分支并连接到所述可调容积挤出室，所述三级导管从所述初级导管分支并连接到所述打印材料出口。

3.根据权利要求2所述的打印头，其中所述初级导管包括流量控制阀和/或单向阀，所述初级导管中的任何单向阀被配置成仅允许打印材料沿从所述打印材料入口到所述可调容积挤出室的方向流动，并且所述三级导管包括流量控制阀和/或单向阀，所述三级导管中的任何单向阀被配置成仅允许打印材料沿从所述可调容积挤出室到所述打印材料出口的方向流动。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的打印头，其中所述导管系统包括位于所述初级导管、所述次级导管和所述三级导管之间的分支点处的中心阀，使得所述初级导管连接到所述打印材料入口和所述中心阀，所述次级导管连接到所述可调容积挤出室和所述中心阀，并且所述三级导管连接到所述打印材料出口和所述中心阀，并且其中所述中心阀能够在与所述打印头的所述至少两种配置相对应的至少两个位置之间切换，使得在所述第一配置中，所述打印材料入口和所述可调容积挤出室经由所述初级导管、所述中心阀和所述次级导管流体连通，并且/或者在所述第二配置中，所述可调容积挤出室和所述打印材料出口经由所述次级导管、所述中心阀和所述三级导管流体连通。

5.根据权利要求4所述的打印头，其中所述中心阀包括贯穿其中的通道或孔，所述通道或孔包括相对的端部，所述相对的端部在所述中心阀的相应位置与导管网络的适当导管对准，以便将所述打印头置于特定配置中，或者以便利将打印头置于特定配置，中心阀通道或孔在所述适当导管和所述打印头的部件之间创建连续通道，以便使它们彼此流体连通或以便利使它们彼此流体连通。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的打印头，其中所述中心阀能够在每个位置之间旋转。

7.根据任一前述权利要求所述的打印头，其中所述可调容积挤出室包括位于其中的活塞或柱塞，所述活塞或柱塞可操作以沿所述室移动，从而根据移动的方向来增大和减小所述室的容积。

8.根据任一前述权利要求所述的打印头，其中所述打印材料源至少部分地填充有处于塑性状态或可流动状态或固体状态的打印材料，并且其中所述打印材料源的容积是所述可调容积挤出室的最大容积的至少五倍。

9.根据任一前述权利要求所述的打印头，其中所述打印材料源包括可调容积打印材料源。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的打印头，其中所述打印头包括打印头块，所述打印头块容纳所述初级导管、所述次级导管和所述三级导管中的一者或更多者的至少一部分，其中所述打印材料入口包括狭槽、孔口、腔体、凹口或所述打印头块中的其它打印材料源连接点，并且其中所述可调容积挤出室或所述可调容积挤出室的一部分和/或所述打印材料出口或所述打印材料出口的一部分与所述打印头块整体地形成或连接到所述打印头块。

11.根据任一前述权利要求所述的打印头，其中所述打印头能够切换到第三配置，其中所述打印材料入口和所述打印材料出口经由所述导管系统彼此流体连通，但不与所述可调容积挤出室流体连通。

12.根据权利要求1或从属于权利要求1的权利要求7至9中任一项所述的打印头，其中所述打印头包括第一打印头导管和第二打印头导管，所述第一打印头导管连接到所述打印材料入口和双端口可调容积挤出室，所述第二打印头导管连接到所述双端口可调容积挤出室和所述打印材料出口，所述第一打印头导管和所述第二打印头导管通过所述双端口可调容积挤出室间接连接，并且其中所述第一打印头导管和所述第二打印头导管两者各自包括可操作以将所述打印头置于所述第一配置和所述第二配置的流量控制阀和/或单向阀。

13.根据任一前述权利要求所述的打印头，其中所述打印头包括温度控制系统，所述温度控制系统被配置成控制所述打印头的至少一部分的温度和/或所述打印头内的所述打印材料的至少一部分的温度，优选地，控制至少任何所述打印材料源、所述可调容积挤出室和所述打印材料出口的温度，或者至少任何所述打印材料源、所述可调容积挤出室和所述打印材料出口内的所述打印材料的至少一部分的温度。

14.根据权利要求13所述的打印头，其中所述打印头的至少一部分至少部分地被所述温度控制系统的一个或更多个温度调节元件围绕、覆盖或紧邻所述温度控制系统的所述一个或更多个温度调节元件，并且/或者能够包括一个或更多个温度调节元件。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的打印头，其中所述打印材料源和/或所述可调容积挤出室包括位于其壁或多个壁内的一个或更多个加热元件。

16.一种使用根据任一前述权利要求所述的打印头来3D打印产品的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将所述打印头置于第一配置中，并且经由导管网络将打印材料从连接到打印材料入口的打印材料源转移到可调容积挤出室；以及

b)将所述打印头置于第二配置中，并且经由所述导管网络将所述打印材料的至少一部分从所述可调容积挤出室转移到打印材料出口，并且将所述打印材料从所述打印材料出口排出以形成3D打印的产品的至少一部分。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述打印头包括初级导管、次级导管和三级导管，所述初级导管包括流量控制阀和/或单向阀，并且所述三级导管包括流量控制阀和/或单向阀，其中步骤a)包括：打开所述初级导管的阀，关闭所述三级导管的阀，以及经由所述初级导管和所述次级导管转移所述打印材料，并且步骤b)包括：关闭所述初级导管的阀，打开所述三级导管的阀以及经由所述次级导管和所述三级导管转移所述打印材料的至少一部分。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，所述方法包括在步骤a)之前的将打印材料源连接到所述打印材料入口的另外的步骤，其中所述打印材料源至少部分地填充有处于可流动状态或塑性状态或者处于固体状态的打印材料，并且其中如果所述打印材料处于固体状态，则所述方法还包括在将所述打印材料源连接到所述打印材料入口之后但在步骤a)之前将所述打印材料加热到可流动状态或塑性状态。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中步骤a)包括增大所述可调容积挤出室的容积，并且步骤b)包括减小所述可调容积挤出室的容积。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中所述打印头包括中心阀，所述初级导管、所述次级导管和所述三级导管连接到所述中心阀，其中步骤a)包括将所述中心阀置于第一位置，并且步骤b)包括将所述中心阀置于第二位置。

21.根据权利要求16或从属于权利要求16时的权利要求18和权利要求19中任一项所述的方法，其中所述打印头包括第一打印头导管和第二打印头导管，所述第一打印头导管和所述第二打印头导管通过双端口可调容积挤出室间接连接，其中所述第一打印头导管连接到所述打印材料入口和所述可调容积挤出室，并且所述第二打印头导管连接到所述可调容积挤出室和所述打印材料出口，所述第一打印头导管和所述第二打印头导管各自包括单向阀和/或流量控制阀，其中步骤a)包括：打开所述第一打印头导管的阀以及关闭所述第二打印头导管的阀，并且步骤b)包括：打开所述第二打印头导管的阀以及关闭所述第一打印头导管的阀。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其中所述方法包括调节所述打印头的至少一部分和/或所述打印头内的所述打印材料的至少一部分的温度，优选地，调节至少任何所述打印材料源、所述可调容积挤出室和所述打印材料出口的温度，或者至少任何所述打印材料源、所述可调容积挤出室和所述打印材料出口内的所述打印材料的至少一部分的温度。

23.一种部件套件，所述部件套件包括根据权利要求1至15中任一项所述的一个或更多个打印头以及一个或更多个打印材料源，所述一个或更多个打印材料源能够连接到所述打印头或每个打印头的打印材料入口。

24.一种3D打印机，所述3D打印机包括根据权利要求1至15中任一项所述的一个或更多个打印头。

25.根据权利要求24所述的3D打印机，其中所述3D打印机包括多个打印头，所述多个打印头优选地布置成至少2行。

26.根据权利要求25所述的3D打印机，其中每个打印头包括自身的单独的打印材料源，或者至少两个打印头或优选地所有的打印头共享共用的打印材料源，所述共用的打印材料源能够连接或连接到那些打印头中的每个打印头的打印材料入口。

27.根据任一前述权利要求所述的打印头、方法、套件或3D打印机，其中所述打印材料包括脂肪基食物材料或糖食材料。

28.一种制造一个或更多个经包装的3D打印的产品的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将一个或更多个3D打印的产品打印到基座上；以及

b)包装所述3D打印的产品或每个3D打印的产品，其中所述3D打印的产品或每个3D打印的产品在包装期间不从所述基座移除，并且所述基座形成最终经包装的产品的一部分。

29.一种用于3D打印机的台板，所述台板包括顶面和底面，其中所述顶面适于接纳适于支撑3D打印的产品的一个或更多个基座，并且所述台板包括在所述台板的所述顶面和所述底面之间延伸的一个或更多个真空孔口或通道。

30.一种3D打印机，所述3D打印机包括根据权利要求29所述的台板，其中所述台板的所述真空孔口或通道或者每个真空孔口或通道连接到真空源。

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