CN114786925A - 增材制造系统 - Google Patents

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CN114786925A CN202180007083.5A CN202180007083A CN114786925A CN 114786925 A CN114786925 A CN 114786925A CN 202180007083 A CN202180007083 A CN 202180007083A CN 114786925 A CN114786925 A CN 114786925A
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N·A·斯特兰伯格
A·M·什图尔茨
B·A·雅纳
S·T·威尔逊
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Abstract

公开了一种用于制造结构的增材制造系统。增材制造系统可以包括支撑件和可操作地连接到支撑件并且可通过支撑件移动的打印头。打印头包括：外壳(22)；供应模块(44)，可操作地安装到外壳并配置成保持连续增强体的供应；浸渍模块(48)，可操作地安装到外壳并且配置成使用基质来浸渍连续增强体；以及夹紧模块(46)，所述夹紧模块(46)相对于增强体通过打印头的移动而可操作地安装到供应模块外壳的下游。夹紧模块配置成选择性地夹紧连续增强体。与支撑件和打印头通信的控制器配置成协调支撑件和打印头的操作以制造三维结构。

Description

增材制造系统
相关申请
本申请基于2020年2月25日提交的美国临时申请第62/981,515号与2020年5月19日提交的美国临时申请第63/027,188号并要求享有其优先权，所述专利申请的全部内容以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本公开通常涉及一种制造系统，更具体而言，涉及一种增材制造系统的打印头。
背景技术
连续纤维3D打印(又名
Figure BDA0003679033300000011
)涉及使用嵌入在从可移动打印头排出的材料中的连续纤维。基质被供应到打印头，并且与一根或多根也同时穿过同一打印头的连续纤维一起被排出(例如，挤压和/或拉挤)。基质可以是传统的热塑性塑料、液体热固性材料(例如，能量可固化的单个或者多部分树脂)、快速固化液，或者这些基质与其他已知基质的组合。在离开打印头时，固化增强器(例如，紫外线、激光、超声波发射器、热源、催化剂供应等)被激活以引发、改善和/或完成基质的固化。这种固化几乎立即发生，从而允许在自由空间中制造无支撑结构。当纤维，特别是连续纤维嵌入结构内时，结构的强度可能会倍增，超过基质相关强度。这项技术的示例在2016年12月6日授予Tyler的美国专利9,511,543中公开。
尽管连续纤维3D打印提供提高的强度，但与不使用连续纤维增强的制造工艺相比，必须注意确保纤维与基质的正确润湿、纤维的正确切割、切割后的自动重启、排出后对基质涂覆的纤维适当的压实和压实的材料的适当固化。在2019年10月17日公布的美国专利申请公布2019/0315057(“'057公布”)中公开了提供这些功能中的至少一部分功能的示例性打印头。
虽然'057公开的打印头在功能上可能足以满足许多应用，但它可能不是最佳的。例如，打印头可能缺乏其他应用所需的放置、切割、压实和/或固化操作中的准确性和/或控制粒度。所公开的打印头和系统旨在解决现有技术的这些问题和/或其他问题中的一个或多个。
附图说明
图1是公开的示例性制造系统的示意图。
图2、图3、图4以及图5是可与图1的系统配合使用的示例性公开的打印头的分解图和示意图。
图6、图7、图8以及图9是可与图2-5的打印头配合使用的示例性滑动件子组件的分解图和示意图。
图10是可以与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性供应模块的示意图。
图11是可以与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性夹紧模块的示意图。
图12、图13、图14以及图15是可以与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性润湿模块的示意图和截面图。
图16、图17以及图18是可以与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性切割和进给模块的示意图和截面图。
图19、图20以及图21是可以与图16-19的切割和进给模块配合使用的示例性切割和进给轮的示意图和截面图。
图22、图23以及图24是可与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性固化模块的分解图和截面图。
图25、图26、图27、图28、图29以及图30是可以与图6-9的滑动件子组件配合使用的示例性压实模块的示意图和截面图。
发明内容
在一方面，本公开涉及一种增材制造系统。增材制造系统可以包括支撑件和可操作地连接到支撑件并且可以通过支撑件移动的打印头。打印头可以包括：外壳；供应模块，可操作地安装到外壳并配置成保持连续增强体的供应；浸渍模块，可操作地安装到外壳并且配置成使用基质来浸渍连续增强体；以及夹紧模块，夹紧模块相对于增强体通过打印头的移动而可操作地安装到供应模块下游的外壳。夹紧模块可以被配置为选择性地夹紧连续增强体。增材制造系统还可以包括控制器，其与支撑件和打印头通信并且被配置成协调支撑件和打印头的操作以制造三维结构。
在另一方面，本公开涉及另一种增材制造系统。增材制造系统可以包括支撑件和可操作地连接到支撑件并且可以通过支撑件移动的打印头。打印头可以包括辊和限制器中的至少一个，其被配置为在打印头沿大致垂直于第一方向的第二方向移动期间沿第一方向压到由打印头排出的连续增强体上。打印头可以包括引导件，该引导件被配置为沿着相对于第一和第二方向以倾斜角定向的轨迹将连续增强体引导到辊和限制器中的至少一个。打印头还可以包括能量源，该能量源被配置为将固化能量引导到位于辊和限制器中的至少一个之后的位置处的连续增强体。增材制造系统还可包括与支撑件、打印头和能量源通信的控制器。控制器可以被配置为协调支撑件、打印头和能量源的操作以制造三维结构。
在另一方面中，辊和限制器中的至少一个可以包括引导辊和从动辊。
在另一方面，前辊可以具有不同于从动辊的直径。
在另一方面，前辊的直径可以大于后辊。
在另一方面中，该能量源可以被配置为将固化能量导向拖曳位置并且导向通过辊和限制器中的至少一个的位置处。
在另一方面，通过辊和限制器中的至少一个引导的固化能量可能仅足以将连续增强体固定在适当位置，并且引导至拖曳位置的固化能量可能足以彻底固化浸渍连续增强体的基质。
在另一方面中，拖曳位置可以是拖曳引导辊和引导从动辊的位置。
在另一方面，拖曳位置可以是拖曳前辊和后辊两者的位置。
在另一方面，能量源可以被配置为沿着相对于第一方向向后倾斜的轨迹引导固化能量。
在另一方面，能量源可以被配置为沿着相对于第一方向向前倾斜的轨迹引导固化能量。
在另一方面，能量源可以被配置为沿着相对于第一和第二方向中的至少一个倾斜的轨迹引导固化能量。
在另一方面，能量源可以被配置为沿着相对于第一和第二方向两者倾斜的轨迹引导固化能量。
在又另一方面，本公开涉及一种增材制造结构的方法。该方法可以包括引导来自头戴式供应模块的连续增强体通过浸渍模块以用基质浸渍连续增强体。该方法还可以包括在头部内部的增强体内保持期望的非零水平的张力，在浸渍模块上游的位置处选择性地夹紧连续增强体，以及在夹紧期间，于浸渍模块下游的位置处切断连续增强体。
在又一方面，本公开可涉及另一种增材制造方法。该方法可以包括从打印头排出基质浸渍连续增强体并在排出期间压实基体浸渍连续增强体。该方法还可以包括在第一位置选择性地将基体润湿的连续增强体暴露于固化能量以固化基质浸渍的连续增强体的外部，以及在第二位置选择性地将基体浸渍的连续增强体暴露于固化能量以固化内部的基质浸渍连续增强体。
在另一方面，在第一位置处选择性地将基质浸渍连续增强体暴露于固化能量包括将固化能量沿着相对于基质浸渍连续增强体轴线中的至少一个和压实的力作用方向倾斜的轨迹导向基质浸渍连续增强体。
具体实施方式
出于本公开的目的，本文中使用的术语“约”用于合理地涵盖或描述通过仪器分析测量的数值或样品处理结果上的微小变化。这种微小变化可以是数值的正负约0％至10％，正负约0％至5％，或正负约0％至1％。本文中使用的术语“基本上”是指大多数或大部分，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％，或至少约99.999％或更多。
图1示出了示例性系统10，其可以用于制造具有任何所期望的形状、尺寸、结构和/或材料成分的复合结构12。系统10可以至少包括支撑件14和头部16。在复合材料的排放过程中，头部16可以连接到支撑件14并通过支撑件14移动(如C所示)。在图1的公开实施例中，支撑件14是能够在构建结构12期间，在各个方向上移动头部16的机械臂。支撑件14可以选择性地体现为机架(例如，高架桥或单支柱机架)或混合机架/臂，其同样能够在构建结构12期间在各个方向上移动头部16。尽管示出支撑件14能够进行6轴运动，但是可以考虑，也可以使用以相同或不同方式移动头部16的任何其他类型的支撑件14。在一些实施例中，驱动器或联结器18能够将头部16机械地联接到支撑件14，并且包括协作移动头部16的一部分和/或向所述头部16供应动力或材料的部件。
头部16可以配置成接收或以其他方式包含基质，该基质与连续增强物(和其他任何添加剂、填料、催化剂、引发剂等)一同组成从头部16排出的复合材料。基质可以包括任何类型的可固化材料(例如，诸如零挥发性有机化合物树脂之类的液体树脂；金属粉末等)。示例性树脂包含热固性树脂、单部分或多部分环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯类、热塑性塑料、光敏聚合物、聚环氧化合物、硫醇、烯烃、硫醇-烯类等。在一实施例中，头部16内的基质，例如，可以被通过相应的导管(未示出)流体连接到头部16的外部装置(例如，被挤出机，或者其他类型的泵-未示出)加压。然而，在另一实施例中，压力可以通过类似类型的装置在头部16内部完全生成。在又另一实施例中，可将基质通过重力送入头部16中和/或穿过头部。例如，可将基质送入头部16中，并与一种或多种连续增强物一起从头部16中推出或拉出。在一些情况下，可以优选将头部16内部的基质放置在微冷和/或没有阳光的地方(例如，为了抑制过早固化或排出后通过其它方式获得所期望的固化速率。)在其它情况下，出于类似的原因，可能需要将基质保持温暖和/或照明。在任一种情况下，头部16可以被特别地配置(例如，绝缘的、温度受控的、屏蔽的等)以提供这些需求。
基质可用于涂覆任何数量的连续增强物(例如，单独的纤维、丝束、粗纱、鞋垫和/或连续材料片)，并且与增强物一起构成复合结构12的一部分(例如，壁)。增强体可以储存在(例如，在一个或多个单独的内部绕线轴19上)头部16内或以其他方式穿过头部16(例如，从一个或多个外部线轴进给-未示出)。当同时使用多个增强体时，增强体可以具有相同的材料成分，并且具有相同的尺寸和截面形状(例如，圆形、方形、矩形等)，或者具有不同的材料成分、尺寸和/或截面形状。增强体可以包括例如碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属线、光管等。应注意，术语“增强体”意在包括所有结构性和非结构性类型的连续材料，其可以至少部分地被从头部16排出的基质包围。
在增强体传到头部16和/或从头部16排出的过程中，当增强体在头部16内部时，增强体可以至少部分地接触到基质。基质、干燥增强体和/或与基质接触的增强体(例如，预浸渍的增强体)可以以本领域技术人员显而易见的任何方式被输送到头部16中。在一些实施例中，填充材料(例如，短切纤维)、添加剂(例如，纳米粒子)、催化剂以及引发剂等可在基质涂覆连续增强体之前和/或之后与基质混合。
在以下将更详细解释的说明中，一种或多种固化增强剂(例如，紫外光、超声波发射器、激光器、加热器、催化剂分配器等)可以安装在头部16附近(例如，在内部、之上或相邻)，并且被配置成提高基质从头部16排出时的固化速率和/或质量。可以通过控制(多个)固化增强器来在材料排出和结构12成型期间选择性地将结构12部分暴露于能量因素(例如，紫外光、电磁辐射、震动、热、化学催化剂等)。能量因素能够触发化学反应在基质内发生，增加化学反应速率，烧结基质，硬化基质，或以其它方式使基质从头部16排出时固化。由固化增强器产生的能量因素的量可足以在结构12从头部16轴向生长超过预定长度之前固化基质。在一实施例中，结构12在轴向生长长度等同于基质-涂覆增强体的外径之前被固化。
基质和/或增强体可以通过至少两种不同的操作模式从头部16排出。在第一操作模式中，当支撑件14移动头部16以在排出的材料的纵向轴线内制造三维轨道时，基质材料和/或增强体从头部16挤出(例如，在压力和/或机械力的作用下被推出)。在第二操作模式中，至少增强体从头部16被拉出，从而在排出期间，在增强体内产生张应力。在此操作模式中，基质可以附着在增强体上，从而也与增强体一起从头部16被拉出，和/或基质可以在压力下与被拉出的增强体一起从头部16排出。在第二操作模式中，在增强体从头部16被拉出的情况下，在增强体中产生的张力可增加结构12的强度(例如，通过对准增强体、阻止屈曲等)，同时还允许更大长度的无支撑结构12形成更直的轨道。即在基质固化后剩余的增强体中的张力可抵抗重力(例如，通过形成反重力力矩而直接和/或间接地)，从而为结构12提供支撑。
增强体可以在头部16通过支撑件14移动从而远离固定点(例如，打印床、桌子、地板、墙、结构12表面等)时从头部16拉出。例如，在结构形成的开始，一段基质浸渍的增强体可从头部16拉出和/或推出，沉积在固定点上，并且至少一部分固化，使得排出的材料附着(或者以其他方式结合)在固定点。此后，头部16可从固定点移开，并且其相对移动可使得增强体从头部16被拉出。应注意，可以根据需要，通过一个或多个内部供给机构来协助增强体在头部16作用下的移动。然而，增强体从头部16的排出速率可能主要是头部16和固定点之间相对移动的结果，从而在增强体内形成张力。设想固定点可以从头部16移开，而不是或者除了头部16从固定点移开。
可以提供控制器20，该控制器20与支撑件14和头部16通信连接。每个控制器20可以被实现为经过特别编制和/或以其它方式被配置成控制系统10的操作的单个处理器或多个处理器。控制器20可以包括一个或多个通用或专用处理器或微处理器。控制器20还可以包括，或者与存储器连接，所述存储器例如，用于存储诸如设计极限、性能特征、操作指令、工具轨迹以及系统10的每个部件相关参数的数据。各种其它已知电路可与控制器20连接，所述电路包括电源电路、信号调节电路、螺线管驱动电路、通信电路以及其它适当的电路。此外，控制器20可以通过有线和/或无线传输与系统10的其它部件通信。
一个或多个电路图可以存储在控制器20的存储器中，并在结构12的形成期间通过控制器20使用。这些电路图中的每一个均可包括查找表、图形和/或等式形式的数据集合。在所公开的实施例中，控制器20可以被特别编制以参照电路图确定产生所期望的大小、形状和/或结构12轮廓所需的头部16的移动，并响应地协调支撑件14、(多个)固化增强器以及其他头部16组件的操作。
在图2-5中更详细地公开了示例性头部16。如这些图所示，头部16可以包括外壳22等等，该外壳22被配置成保持、包围、容纳和/或提供滑动部件(“滑动件”)24的安装。外壳22可以包括任意数量的相互连接的面板以形成支撑和保护滑动件24的多边壳体。在所公开的实施例中，外壳22的壳体通常是三边形的(例如，U形)，使得滑动件24可以从与联结器18相对的正面、背面以及底部进入。滑动件24可以在底侧延伸超过外壳22的末端。
外壳22至少可以包括顶部26、第一侧部28以及第二侧部30。第一侧部28和第二侧部30均可以是细长的，具有刚性连接到顶部26的较宽的近端和近端的悬臂式远端。较窄的远端可以朝向U形的中心倾斜，从而形成改善头部16的形状因数的外锥形(例如，通过允许头部16的排放端进入更紧密的空间中)。第一侧部28和第二侧部30可以彼此间隔开以在它们之间形成用于滑动件24的开口。第一和第二侧部28、30中的一个或每一个可以形成够成为接收头部16的一个或多个功能和/或控制部件的向外(例如，彼此横向背离)开口32。联结器18可以连接到顶部26并且用于快速且可释放地将头部16连接到支撑件14。一个或多个支架机构(例如，把手、钩子、挂环等)34可以与联接器18相邻布置并且在未连接到支撑件14时用于支架头16(例如，在工具更换期间)。
滑动件24可以安装在第一侧部28和第二侧部30之间的开口内，并且构成为在大致垂直于顶部26的方向上滑动(例如，在头部16的顶部和底部之间，如图1和图2中所示)。在所公开的实施例中，滑动件24包括具备位于横向相反边缘处的任意数量的轴承38的安装板36。轴承38可以包括滚柱轴承、空气轴承、滑动轴承或任何其他类型的低摩擦轴承，它们滑动和/或滚动接合位于外壳22内部的相应导向件(例如，导轨)40。一个或多个致动器(例如，一对气缸、气囊、减震器等)42可以连接在顶部26和安装板36之间以影响(例如，辅助、引起、缓冲等)滑动件24在外壳22内的移动。例如，(多个)致动器(42)可以选择性地升高滑动件24、降低滑动件24和/或简单地改变(例如，增加和/或减小)升高和/或降低滑动件24所需的外力的大小。
如图6、7、8和9所示，头部16的任意数量的附加部件可以通过安装板36和/或凹槽32连接到外壳22。例如，增强体供应模块44、夹紧模块46、浸渍模块48、切割/供给模块52和/或压实/固化模块54可以连接到安装板36并随其移动。然而，设想，可以根据需要将更少数量的这些模块安装到滑动件24上，以减小其惯性。任何数量的导管、阀门、致动器、冷却器、加热器、歧管、线束和其他类似部件可以共同安装到一个或多个共同面板上，这些面板可拆卸地安装在凹槽32内部。
如下面更加详细的描述，增强体可以从模块44释放，穿过模块48中的基质并被基质浸渍，并由模块52供给到模块54以压实印刷表面或排放到自由空间中。在压实之前、期间和/或之后，模块54可以将增强体上的基质涂层暴露于引发基质的固化、增强固化和/或完全固化的能量因素。在选择时间，模块46可以在卸料位置之间移动时夹紧增强体以供模块52切断。
如图10所示，供给模块44可以是一个子组件，包括：安装板56；绕线轴19旋转连接到该安装板56上(例如，通过轴承58)；由绕线轴19支撑的线筒、线轴和/或其他增强体供应件60；以及致动器(例如，旋转马达和/或齿轮箱、旋转流体阻尼器、电磁制动器等)等。62被配置成选择性地驱动绕线轴19旋转；以及拉紧子组件64，被配置成监控从供应件60接收的增强体和/或提供所述增强体内期望水平的张力。供应模块44可以可拆卸地连接到滑动件24的安装板36。
拉紧子组件64可以包括协作以产生从供应件60传递到模块46的增强体内张力水平指示信号的部件。这些部件可以包括可沿轨道或其他类似支撑件68移动(例如，可平移、可滑动、可滚动、可旋转、可枢转等)的惰轮66，以及被配置成检测平移并且响应地产生相应信号的传感器70等。任意数量的重定向件(例如，固定或可移动的滚筒、销钉等)72可以与子组件64相连并且设置在惰轮66的上游和/或下游(例如，相对于加强件通过头部16的通道)。如图10所示，惰轮66和/或(多个)重定向件72可以实现为具有端部定位凸缘的凸面轧辊。在一实施例中，更下游的(多个)辊子(即距绕线轴19最远的部件，诸如所说明实施例中的重定向件72)可以具有有助于引导增强体的较大直径的凸缘。靠近绕线轴19的部件对这种引导的需求可能较少。设想，可以根据需要，使用不同于辊子或者除了所述辊子之外的引导机构。例如，一个或多个固定的和/或中心偏置的孔眼(例如，陶瓷涂层的孔眼)71可用于帮助将来自绕线轴19的增强体集中到改向72上。还可以设想，根据需要，辊子可以是无凸面和/或无凸缘的。
在一示例中，编码器、电位计或其他类似传感器73可与拉紧子组件64的一个或多个重定向件72连接。例如，图10示出编码器73连接到下游(即惰轮66的下游)重定向件72。在这种布置中，编码器73可以在增强体被基质浸渍之前生成指示经过相连重定向件72的增强体释放的信号。编码器73的这种位置可以减少惰轮66移动的干扰和基质污染的可能性。由编码器73产生的信号可以到达控制器20以进一步进行处理。
应注意，尽管编码器73被示出和描述为连接于模块44，但可以位于头部16内的其他地方。例如，在一些实施例中，编码器73可以位于模块46的下游。在该替换性的位置处，来自编码器73的信号能够检测出模块46内增强体的破损。此外，尽管增强体显示为仅环绕与编码器73相连的重定向件72的一小部分，但发现较大的环绕角可提高编码器73的可靠性。即更大的角度可以降低增强体在重定向件72上滑动的可能性。在一实施例中，环绕角可以大于90°，大于180°，大于270°或大于360°。
在传递到模块46(参照图6-9和11)之前，增强体可以从供应件60延伸(例如，蛇形)并环绕惰轮66(以及任何含有的重定向器72)，并且增强体内部的张力水平变化可导致惰轮66朝向和/或远离重定向件72平移。例如，随着增强体的张力增加，惰轮66(连同传感器70的至少一部分)可以被增强体拉向重定向件72(例如，在与滑动件24的平移方向大体正交的方向上)。相反，随着增强体的张力减小，惰轮66可从重定向件72偏离(例如，通过弹簧69)。惰轮66和传感器70的可移动部分的平移可能导致与惰轮66的位置、速度和/或加速度相关(例如，成比例)的一个或多个信号产生。这些信号可以到达控制器20(参照图1)以进行进一步处理。应注意，由弹簧69施加的力可能大于惰轮66和传感器70的重量组合，使得至少一部分张力仍然可能与头部16的倾斜方向无关地施加到加强件上。
基于传感器70产生的信号，致动器62可以选择性地(例如，由控制器20通电)旋转、停止旋转和/或以更快或更慢的速度旋转，从而调整增强体内的张力水平。例如，响应于传感器70产生的张力增加信号，可以使致动器62释放更多的增强体或以更高的速率释放增强体。这种调整可降低增强体的张力，导致惰轮66从重定向件72平移。相反，响应于传感器70产生的张力减小信号，可以使致动器62释放较少的增强体或以较慢的速率释放增强体。这种调整可以提升张力，导致惰轮66平移回重定向件72。通过这种配置，可以将增强体内的张力保持在所期望的水平和/或范围。在一种应用中，所需的张力范围可以是约0-5磅。
如图11所示，夹紧模块46可以是具备部件的子组件，这些部件通过配合来选择性地夹紧增强体并从而抑制增强体移动通过头部16(例如，任何移动，仅向前或反向移动)。这可以是有帮助的，例如，在将增强体从结构12切断期间，防止增强体无意中被拉紧子组件64拉回并通过头部16。换言之，夹紧模块46可以选择性地用作单向阀，确保增强体通过头部16的单向移动。模块46的部件可以包括：砧座74，可拆卸地连接到滑动件24的安装板36；限制器75，通过销76可枢转地连接到砧座74；以及致动器(例如，线性圆柱体)77，安装到砧座74并构成为选择性地围绕销76枢转限制器75，从而将增强体夹在限制器75和砧座74之间。
如图11所示，砧座74可以具有大致C形的横截面，具备穿过C形中心处的开口。从模块44接收的增强体可以在枢销76和C形的基部或安装部分之间的位置处穿过该开口。当致动器77处于沿伸位置时(如图11所示)，可使限制器75抵靠增强体和C形的基部。当致动器77移动到缩回位置时，限制器75可以被拉离增强体，使得增强体通过砧座74的移动基本上不受限制器75的限制。设想，致动器77可以根据需要移动到延伸位置和缩回位置之间的任何位置，从而改变施加到通过的增强体的摩擦量。
在所公开的实施例中，限制器75可以包括跟端和牵引端。限制器75的跟端可以通过销76连接到砧座74，并且牵引端可以具有圆形外表面，该圆形外表面被构成为当致动器77移向延伸位置时选择性地与增强体接合。致动器77可以在跟端和牵引端之间的位置处与限制器75枢轴连接，从而增加由致动器77产生并由限制器75的圆形外表面施加到增强体的力的机械优势。
在一实施例中，限制器75的接合运动可用于当增强体被驱动而沿相反方向通过砧座74(例如，通过拉紧子组件64)时，增加施加到增强体的夹紧力。例如，可以在限制器75的趾端产生力矩，该力矩以更大的力将限制器75拉入砧座74的下方基面，从而在增强体上产生更多的摩擦力。由于此后增强体在正常的释放方向上被拉动，从而可能产生将限制器75从增强体上解开的反向力矩，从而导致增强体上的摩擦水平较低。在一实施例中，为砧座74和/或限制器75选择的材料可以是低摩擦材料(例如，青铜、聚四氟乙烯、氟化乙丙烯等)。在另一实施例中，砧座74和/或限制器75中的任何一个都可以被涂有低摩擦材料。
设想，可以根据需要，用一个或多个具备离合器轴承的辊代替夹紧模块46。增强体可以在正常的释放方向上自由通过，但轴承将被禁止沿相反方向旋转。在这种设计中，当在通过头部16的增强体的移动中增加一定程度的反张力时，定时控制可以更简单、更便宜，并且几乎不需要。
如图12所示，浸渍模块48可以是子组件，其中包括：基质储器78；一个或多个泵82，流体连接以从储器78抽取基质；以及浸渍机构84，流体连接以从(多个)泵接收加压的基质82。在一实施例中，包括两个彼此相对相移的循环泵82，使得加压基质一致地流向机构84(即，没有显着压力脉动的流动)。在另一实施例中，使用单个恒压泵。
在所公开的实施例中，贮液器78是局部容器，其构成为在头部16内包含一定量的足以浸渍整个线轴或安装在绕线轴19上的增强体供应件60的基质(参照图1)。在该实施例中，贮液器78可以以快速可拆卸的方式连接到泵82以允许清洁、更换和/或补充。设想，在一些实施例中，可以根据需要，贮液器78可以远离浸渍模块48的其余部分安装。例如，贮液器78可以安装在支撑件14上的另一个位置，甚至可以在支撑件14外，通过外部导管(未示出)连接。进一步设想，贮液器78可以实现为可消耗盒，该可消耗盒在耗尽时被定期更换。
从图12中可以看出，机构84可以是部件的子组件，这些子组件协作以在基体中跨被润湿的相关联的加强件产生压力差。这些部件可以包括：底座106；盖108；以及任意数量的紧固件(例如，螺栓、扣环、铰链、带扣等)109，被配置成将盖108可拆卸地连接到底座106。底座106和盖108中的至少一个可以包括至少一个压力表面104。在所公开的实施例中，仅包括单个压力表面104并且所述压力表面104仅位于底座106内。在该实施例中，盖108可提供通向压力表面104的通道以刻螺纹，进行清洁等。然而，应注意，多个压力表面104可替代地包括并位于仅底座106内，仅盖108内，或在底座106和盖108的组合内。
在所公开的示例中，压力表面104是横向平坦(即相对于通过机构84的增强体的行进方向)且具有约90°弧角的纵向圆形曲面。压力表面104的宽度和高度可各自大于相应增强体的直径，以设计机构84，使其发挥功能。应注意，压力表面104的角度和/或半径可以是增强体直径，所期望的增强体与基质的比率和/或经过和抵靠压力表面104时增强体内张力水平的应变量。另外设想，增强体的特性(例如，脆性、增强体直径、增强体密度等)可以另外影响压力表面104的角度和/或半径。最后，设想，压力表面104可以根据需要替代地或附加地横向弯曲。
由(多个)泵82加压的基质可以在压力表面104上游的位置处传递到机构84内部的增强体。为了促进流体流动，通道110可以在上游位置从泵82的内部和/或外部延伸到基座106(和/或从盖部108，如果压力表面104位于其中)。设想，在具备多个压力表面104的实施例中，可以包括多个通道110并且每个通道110分别与特定压力表面104相连。一个或多个密封件112可位于压力表面104的侧面以防止泄漏。
模块48的任何部分可以被加热、冷却或以其他方式调节，从而选择性地影响增强物与基体的浸渍和/或结构12的其他特性。在所公开的示例中，模块48通过与通道110和/或机构84相连的加热器(例如，一个或多个加热电极-未示出)加热。一个或多个传感器(未示出)可与加热器(或其他调节装置)配对并配置成(例如，定位和编程)产生导向控制器20的反馈信号。
在图13-15中示出替代性浸渍机构114。如同浸渍机构84，浸渍机构114可以包括至少一个压力表面，该压力表面从远距离源(例如，从泵82)接收液体基质并产生压力梯度以推动基质，使其通过增强体。然而，与浸渍机构84的静止弯曲表面相比，浸渍机构114可以包括多个旋转的圆柱形压力表面。例如，浸渍机构114可以包括第一表面116和位于第一表面116下游的任意数量(例如，三个)的第二表面118。首先，增强体可以在表面116处被浸渍并且从不同侧交替缠绕每个表面118。
出口120可以在第一次接触到增强体的位置的上游，将基质供给到表面116外部的环形部分上。该基质可被限制在由表面116的端部凸缘122和增强体的第一侧形成的通道内，使得增强体与表面116外部弯曲部分的接合增加基质的压力并产生上述梯度。在所公开的实施例中，增强体在延伸到下一个表面118之前缠绕表面116的约170-190°(例如，约180°)。预计，表面116的环形部分整体上，根据需要，可以为圆柱形、凹形或凸形。凹面可以帮助分离增强体的单个纤维，从而提高润湿性。
在公开的实施例中，额外的基质(即未浸渍增强体的基质)可以从表面116滴落到收集容器124中。储存器124可以是新月形的，与表面116同心，在重力方向上，位于表面116的下方，并且向内径向延伸超过表面116的周围，使得储存器124可以用作收集容器和当填充有增强物时的附加的基质盆。溢流口126可以形成在储存器124的一侧，以抑制基质在储存器124的边缘上泄漏。
增强体可以通过相对于增强体交替布置的每个表面118。这可以产生交替的压力梯度，有助于确保在表面116处和储存器124处拾取的液体基质均匀地分布在增强体的宽上。每个表面118的形状可以与表面116类似地形成，以形成供增强体通过的通道。表面118的直径可以约等于或小于表面116的直径。
在一些应用中，可以有益于额外的控制。在这些应用中，额外的浸渍装置130可以位于机构114的下游。如图12所示，装置130可以实现为具有入口横截面积大于出口横截面积的喷嘴。在一实施例中，入口和/或出口的横截面区域可以具有大致矩形的形状，使得矩形形状的增强体在通过的期间不会变形。在一些实施例中，可以根据需要，将喷嘴出口处的矩形形状设计成其他形状(例如，减小和/或提供其恒定宽度)。然而，在其他实施例中，另一种形状(例如，圆形)可以更简单和/或更便宜地精确制造。
可以选择喷嘴出口处的横截面积以提供所需的纤维体积分数(FVF)或增强体与基质的比率。在所公开的实施例中，可以选择喷嘴出口处的横截面积以提供约30-60％的FVF。即喷嘴出口处的横截面积可以是穿过其中的增强体横截面积的约0.67至2.5倍。在一些应用中，装置130可以涂有低摩擦材料，以减少在穿过时对增强体的损坏。
喷嘴出口处的横截面区域可用于刮掉附着在穿过其中的增强体上的多余基质，并且多余的基质可以积聚在喷嘴内。此后，当具有极少基质粘附到其上的增强体通过装置130时，累积的基质可用作增强体的附加盆，使得增强体被额外的基质浸渍。在一些应用中，使过量的树脂泵入装置130，使得至少一部分树脂在喷嘴内积聚。例如，可以将2-3倍于使增强体完全浸渍所需的树脂泵入装置130中。溢流口132可以设置成在多余的基质泄漏于装置130的上边缘之前将其引开。浸渍的增强体可以从装置130传递到模块52。
如图16、17以及18所示，模块52可以是通过配合来选择性地通过头部16供给增强体的部件的子组件。这些部件可以包括：摆臂136；供给辊138，位于摆臂136的第一端；以及旋转致动器140(例如，电机和/或齿轮箱组合)，安装到摆臂136的中间部分并且可操作地连接供给辊138以驱动所述供给辊138的旋转(例如，通过传送带141和滑轮142)。摆臂136通常可以实现为直角三角形，该直角三角形在枢轴点143处(例如，通过销-未示出)可旋转地和可拆卸地连接到滑动件24(参照图6-9)的安装板36。在该实施例中，枢轴点143位于三角形中相对于斜边的直角部分，并且供给辊138位于斜边和最短边的交点处。线性致动器(例如，气动活塞-为清楚起见仅在图17中示出)144可以将摆臂136三角形中剩余角部枢转连接到板36。利用这种配置，致动器140的延伸或收缩可用于分别在顺时针和逆时针方向上围绕枢轴点143旋转摆臂136、供给辊138和旋转致动器140。应注意，摆臂136可以根据需要，具有另一种形状(例如，非直角三角形)。
摆臂136可以在接合位置和脱离位置之间枢转。当摆臂136处于接合位置时(例如，由线性致动器144的延伸造成)，供给辊138可通过挤压压实模块54(参照图6-9)来将增强体夹在其中间。此时旋转致动器140的旋转驱动可以使供给辊138从头部16推动增强体。供给辊138可主要在新的印刷事件开始期间使用，其中，基质浸渍增强体的松散端被推出打印头16。当摆臂136处于脱离位置时(例如，由线性致动器144的收缩造成)，供给辊138可以远离压实模块54并且几乎或者不影响增强体的移动。
在一些应用中，发现当增强体被基质浸渍时，增强体可以不合期望地粘到供给辊138上。除非另有说明，否则即使在供给辊138移动到脱离位置时，也可能造成增强体缠绕供给辊138。为了确保在不使增强体粘附到供给辊138的情况下通过头部16供给所述增强体，可以使加压介质流(例如，空气或惰性气体)通过供给辊138并挤压增强体以将增强体径向推离供给辊138表面。该介质可以定向通过位于供给辊138末端的端口146，通过空心轴148轴向进入供给辊138，并通过任意数量的孔口150从供给辊138径向排出。轴148可以通过任何数量和类型的轴承152安装到摆臂136。
如图19、20以及21所示，孔口150可以在一个或多个圆周上排列，其延伸通过约90-250°(例如，约240°)的弧α。该弧长与供给辊138的直径结合，可以帮助确保弧长α约等于供给距离，使得增强体的整个末端可以被推离供给辊138并推出到模块54上。在所公开的实施例中，包括5个圆周上的孔口150排列部，并且孔口150可以在相邻排列部之间交错排列。横跨供给辊138上的一排孔口150排列部的外表面宽度w可以是供给辊138轴向长度l的约1/2。
已发现，供给辊138和/或模块54的直径可能另外影响上述增强体的粘附。例如，供给辊138的较小直径(即小于模块54的直径)可能导致浸渍的增强体更可能粘附并跟随模块54。在一示例中，供给辊138的圆周可以大到在供给辊138不到一圈的时间内足以将增强体从切割位置推进到模块54的工具中心点(TCP)。从下面对供给辊138的描述中可以理解，这种关系可以防止增强体无意中被切断。通常，供给辊138可以是模块54直径的约3/4，并且增强体可以围绕模块54圆周的约110°缠绕。
在一些实施例中，供给辊138还可以用作切割机构。例如，切割装置(例如，轴向延伸的刀片)154可以安装到供给辊138的外表面并且径向向外延伸。切割装置154可以可拆卸地连接到供给辊138(例如，通过凹入供给辊138中的一个或多个紧固件156)，从而可以定期维修和/或更换切割装置154。切割装置154可以通过致动器144的延伸控制(参照图17)选择性地启动(例如，通过控制器20)，这导致切割装置154被径向推动穿过增强体并挤压模块54的一部分(参照图6)。
切割装置154的圆周位置可以相对于孔口150的位置和供给辊138的正常旋转方向(例如，如箭头158所表示的)策略性地选择。例如，切割装置154可位于引导孔口150的位置，并且孔口150的弧线α可以从切割装置154处开始记或紧随其后开始。这种布置可允许被切割装置154切断的增强体的松散端被立即推离切割装置154并推向模块54以定位随后的新路径。
供给辊138的方向可以由控制器20基于来自传感器的反馈选择性地调节。在所公开的实施例中，传感器是具有一个或多个元件(例如，嵌入式磁体、槽盘、光条等)的非接触式传感器。–仅在图19中显示)164，由相关接收器(例如，电子眼、照相机、半导体、电子电路等)检测到。–仅在图16)162中显示。当索引元件164被放置在接收器162附近时，接收器可以生成与接近度相对应的信号。该信号可被引导至控制器20以用于进一步处理和用于激活致动器140和/或致动器144。
图22、23以及24示出了示例性压实模块54的各种视图。如这些图所示，压实模块54可以是多个部件的独立组件，所述多个部件相互作用以在从头部16排出时选择性地压实浸渍的增强体。这些部件可以包括在间隔开的轴承166之间旋转地安装到滑动件24的板36上的空心轴165，配置成将能量(例如，光)引导到轴165中的能量源168，定位成围绕轴165的分配器170，以及安装在分配器170上的一个或多个盖(例如，可塑性内盖172和/或保护性外盖174)。轴向引导到轴165的中空内部的能量可以通过光学器件(例如，挡板、透镜、镜子、抛光表面等-仅在图24中示出)176径向向外分配、聚焦和/或重定向，所述光学器件176位于轴165的内端和一个或多个与轴165的中空内部相交的径向通道177。能量可穿过分配器170的一个或多个轴向延伸的周向槽178，然后穿过相关联的覆盖件，其中，能量(例如，约350-450nm波长下的光能，所述波长例如约405nm)可至少部分地透过(例如，透过约70-99％)所述覆盖件。在一些实施例中，一个或多个槽178分别可装配有帮助支撑覆盖件的透明间隔件180。在一些实施例中，间隔件180本身可为光学件，其功能是集中、放大、分散和/或瞄准来自能量源168的能量。
如图6-9所示，模块54可以比其他模块在排放端从头部16延伸得更远。在一些应用中，模块54(例如，覆盖件174的外表面)可形成头部16的TCP。在所公开的实施例中，头部16可以是无喷嘴的。因此，头部16的TCP可对应于覆盖件174的外表面与结构12的作用表面(例如，模块54将浸渍增强体推到表面上的位置)之间的轴向定向接触线。TCP还可以对应于从头部16通过模块54传递到被压到结构12表面上的增强体的最大力的矢量。应注意，例如，当头部16被支撑件14(参照图1)相对于打印表面和/或相对于行进方向(例如，如果打印到自由空间)倾斜时，TCP可位移。
在材料从头部16排出期间，模块52的供给辊138可以周期性地与模块54的外盖174接合。在增强体供给期间的这种接合可以允许供给辊138将旋转运动(例如，在相反方向上)传递到外盖174，任何相关联的内盖172和分配器170。由于增强体夹在供给辊138和外盖174之间，这些部件的反向旋转可能导致增强体被推出头部16。
在一实施例中，供给辊138和模块54的外盖174可以具有不同的表面特性，这些表面特性有助于将增强体通过头部16供给并抑制增强体不合期望的粘附。例如，外盖174可以更光滑和/或由不同于供给辊138的外表面的材料制成。在一实施例中，外盖可由低摩擦材料(例如，聚四氟乙烯-PTFE、氟化乙烯丙烯-FEP等)制成，而供给辊138的外表面可由高摩擦材料制成(例如，铝)。在一示例中，由于与PTFE相比透明度更高，因此FEP可用于外盖174。可以根据需要，对供给辊138的外表面进行粗糙化(例如，喷砂)以进一步增加其摩擦力。
在一实施例中，内盖172可具有约20-50肖氏A硬度(例如，约40肖氏A硬度)，并且外盖174可具有更大的硬度以增加切割期间的寿命。内盖172的可塑性可允许在增强体上有足够的接合力和压缩力，而不需要非常精确地定位模块52和模块54。内盖172的可塑性还可在与结构12接合的区域处产生平坦点179(参照图1)。平坦点179可帮助基质浸渍增强体从模块54脱离且仅粘附到结构12，并且还帮助增强体平贴结构12的底层。此外，内盖172的可塑性可以允许切割装置154在模块54中推进一段距离，从而提高模块52的切断性能。由于外盖174与切割装置154接合，因此可能需要定期更换所述外盖。外盖174的厚度可小于内盖172的厚度，使得内盖172的可塑性直至较硬外盖174仍可有效。例如，内盖172可以是外盖174厚度的大约5-25倍。
因为能量可被引导穿过模块54到达基质浸渍增强体，所以在TCP处(例如，刚好在TCP前方、在TCP正上方和/或刚好在TCP之后)进行固化是可能的。设想在增强体远离TCP位置的极小移动(如果存在的话)已经发生之前，可发生足够的固化以粘住增强体。这可提高增强体的放置精度。还设想基质可仅在外表面固化(例如，足以粘住和/或保持期望形状)或基质可通过仅暴露于来自能量源168的能量(另外有或没有任何外来环境暴露)而完全固化。在一些应用中，在完成结构12之后可能需要额外的能量暴露(例如，烘箱烘烤、高压釜加热等)。
在一实施例中，选择分配器170的几何形状以将来自能量源168的能量集中在TCP。例如，几何形状可允许来自能量源168的能量仅通过与TCP成角度对齐的槽178，同时防止能量穿过其他槽178。具有较窄槽178的较厚壁分配器170可以具有甚至更集中的暴露区域。在所公开的示例中，槽178的轴向长度可为穿过分配器170的增强体的宽度的约0-2倍。
如图25、26以及27所示，模块54的上述功能可以根据需要，按顺序依次分布在多个组件或设备中。例如，第一辊400可以被定位成与排放增强体直接接合并将增强体压靠在下表面上。第二滚轮402可以在第一辊400之后拖曳并且用于在固化期间通过后能量源404来抑制增强体。
第一辊400可以通过弹簧406在垂直于下表面的方向上偏置。类似于图22和图23的模块54，图25-图27的第一辊400可以包括轴165、轴承166、内盖172和外盖174。然而，与模块54相比，第一辊400可以不包括分配器170，或者连接到能量源168。此外，轴165可以是空心的，也可以不是空心的，并且可以不包括光学器件176或通道177。即第一辊400可以不具有任何固化功能。
第二辊402可以在第一辊400之后被拖出一段距离，其具有较小的直径(例如，第一辊402直径的1/4-1/2)，并且配置成具有固化功能。在第一实施例中，第二辊402可以骑在结合有光学器件176和/或通道177的轴(例如，类似于轴165的轴)408上，使得来自能量源168的能量通过第二辊402中至少部分透明的表面径向向外传递到下面的增强体。在第二实施例中，来自后能量源404的能量可以径向导向和流出(例如，完全通过)第二辊402到达其压合点(例如，除了或者代替从通道177发出的光)。然而，设想，可以根据需要引导后能量源404，使其在第二辊402后面的位置处撞击增强体。这些固化增强能量布置可以以任何组合布置。能量源404可以包括例如紫外光和从该紫外光延伸到所需固化位置的任意数量的光管。由于可以不针对第二辊402执行切割，因此第二辊402可能不需要盖172或174中的一个或两个。
应注意，在一些实施例中，来自后固化源404和/或内部固化源168的能量可以被禁止朝向第一辊400向前传递。例如，遮光罩409可以放置在第二辊402的前侧以阻挡能量。这种能量阻挡可以降低在与第二辊400接触之前基质固化的可能性，从而提高增强体放置精度，层间剪切强度以及部件寿命。
在所公开的实施例中，第二辊402和后固化源404可以安装到公共支架411上，使得它们的相对位置是固定的。支架411可以被配置为通过沿承载导轨413滑动而相对于滑轨24的其余部分移动。支架411连同第二辊402和后固化源404可以偏向下面的材料(例如，通过弹簧415)。
模块54另外的替代方案可以在图28、29以及30中示出。例如，如图28和图29所示，第二辊402可以用限制器410代替。限制器410可以由可塑性材料(例如，由海绵泡沫)制成并且配置成对已被滚轮400向下压到下层表面上的浸渍增强体施加压缩力。限制器410可以或可以不偏向增强体，并且能量源404可以在限制器410后面的位置处施加到增强体。在该实施例中，限制器410可用作挡板以阻止来自能量源404的能量到达上游位置(例如，第一辊400)。在限制器410偏向增强体的应用中，限制器410的偏压可以小于第一辊400的偏压。这种阶梯式的偏置可能导致沿其轨迹施加到增强体的压力增加，从而降低了不希望的漂移和/或基质从增强体中拧出的可能性。如图30的实施例所示，辊400和限制器410的顺序可以相对于头部16的行进方向相反。
引导件412可以定位在图29和图30的实施例中，以根据实施例在相对于垂直轴线(例如，滑动件24的滑动轴线-参照图2和/或辊400的压实轴)的斜角和/或相对于头部16的行进方向(例如，当行进方向正交于垂直轴线时)的斜角处将增强体引导至第一辊400或限制器410的咬合点(例如，外表面的切线)。该定向可有助于进一步抑制增强体从期望位置离开，由于增强体的位置在暴露于来自能量源404的能量之前可能不会永久固定。在一实施例中，引导件412可用作装置130的喷嘴(例如，装置130可位于图29-30所示的位置处)。
如图29所示，能量源404可以包括多个(例如，三个后光学管)，其将固化能量在垂直方向上直接向下朝向增强体以及朝向增强体的横向侧引导。如图30所示，一个或多个光学管可以被另外定位以使能量通过辊400。
设想，除了左右倾斜之外，任何光学管都可以另外在前后或行进方向头16上倾斜。例如，图30说明了光学管在前进方向上的倾斜，使得能量仅作用于第一辊400下游的位置处。这可以帮助确保基质不会固化并堆积在辊400上。然而，沿相反方向倾斜光学管(例如，如图25所示)可导致固化更接近辊400的咬合点或TCP，从而提高增强体的放置精度。光学管的左右倾斜范围可以从垂直方向到水平方向，并且固化随着角度的增加而改善(尽管有损形状系数)。前进方向上的倾斜可被限制在抑制上游固化的同时保持固化位置尽可能靠近咬合点的角度。向后倾斜可能仅受外形尺寸限制。
工业适用性
所公开的系统和打印头可以用于制造具有任何期望的横截面尺寸、形状、长度、密度和/或强度的复合结构。复合结构可以包括相同或不同类型、直径、形状、构造和组成的任意数量的不同增强物，各自涂覆有共同的基质。现将参照图1-30详细描述系统10的操作。
制造开始时，可将关于期望结构12的信息加载到系统10中(例如，加载到负责调节支撑件14和/或头部16的操作的控制器20中)。该信息可以包括尺寸(例如，直径、壁厚、长度等)、形状、轮廓(例如轨迹)、表面特征(例如脊大小、位置、厚度、长度；凸缘尺寸、位置、厚度、长度；等)和表面处理、连接几何形状(例如，联轴器、三通、接头等的位置和尺寸)、位置特定性的基质规定、方位特定性的增强体规定、压实要求、固化要求等。应该注意，如果需要，该信息可以替代地或附加地在制造事件期间的不同时间和/或连续地加载到系统10中。
基于部件信息，可将一种或多种不同的增强体和/或基质选择性地装载到头部16中。例如，供应品60可以装载到绕线轴19上(参照图10)，并且贮液器78可以填充有基质(参照图12)。然后，在制造开始之前，可将增强体穿过头部16。穿线可以包括使来自供应件60的增强体绕过重定向件72和惰轮66(参照图10)，然后穿过砧74的开口和限制器75的下方(参照图11)。然后，增强体可以通过浸渍机构84(例如，在表面104上方——参照图12)、浸渍机构114(围绕表面116和/或表面118)和/或浸渍机构130(例如，通过喷嘴)。然后，增强体可以在模块52的供给辊138和模块54的外盖174之间通过。
可以手动或自动完成部分或全部线程。例如，当供给辊138被致动器144枢转离开模块54时，增强体可以在模块52和54之间通过(参见图16-17)。在另一示例中，当供给辊138通过致动器144与模块54接合时，致动器140能够驱动供给辊138使其拉动增强体通过其他部件。在穿线完成后，头部16可以准备好排出基质涂覆的增强体。
头部16装载好材料(例如，增强体和基质)，便可以开始启动序列。这可以包括例如基于从传感器160/162接收的输入来归位供给辊138。例如，供给辊138可以由致动器140旋转到一定角度，该角度为在切割装置154下游位置处的供给辊138的外表面和增强体在孔口150的气流路径中的角度。然后供给辊138可以由致动器144朝向模块54移动以将增强体夹在它们之间，并且可以启动通过孔口150径向向外的空气(或另一种介质)流动。
然后可以启动模块54以通过槽178径向向外引导固化能量。应注意，通过在激活模块54之前使供给辊138归位，切割装置154可以远离模块54并且免受固化能量的影响。这可以抑制切割装置154上基质的固化和堆积。当模块54处于活动状态时，致动器140可以被激活以旋转供给辊138并围绕模块54进给增强体的松散端(例如，从切割位置到或经过模块54的TCP和咬合点)。然后供给辊138可以通过致动器144的旋转从模块54缩回，并且可以停止空气通过孔150流动。然后，供给辊138可以朝向其起始位置旋转，使得切割装置154再次遮蔽固化能量。此后，头部16可以沿任何轨迹移动以将基质浸渍的增强体从头部16拉到现有的表面上和/或进入自由空间以形成结构12。
在从头部16排出浸渍的增强体期间，模块54可以在增强体上翻滚。由覆盖物174的外表面施加的压力可以将增强体压靠在结构12的相邻(例如，下面)层上，从而压实材料。能量源168可以在材料从头部16排放期间和在压实期间保持活跃，使得材料外部的至少一部分固化并硬化到足以保持粘附到下层和/或保持其排放的形状和位置。在一些实施例中，大部分(例如，全部)基质可以通过暴露于来自能量源168的能量而固化。
应注意，模块54产生的固化能量的量可变。例如，可以产生与头部16的其他参数(例如，行进速度)相关水平的能量。例如，随着头部16的行进速度增加并且来自头部16的增强体的排放率成比例地增加，由模块54产生并导向排放材料的能量同样可以增加。这可以允许由涂覆增强体的基质接收的能量在一定范围内一致。也可以根据需要，在特定条件期间(例如，在锚定期间、在自由空间印刷期间、在结构12的特定几何位置等)接收更大单位的能量。
部件信息可以用于控制系统10的操作。例如，增强体可以从头部16(连同基质)一起排出，而支撑件14在固化期间以期望的方式选择性地移动头部16，使得所得结构12的轴线遵循期望的轨迹(例如，自由空间、不受支撑、3D轨迹)。此外，模块48可以由控制器20小心地调节，使得增强体被精确并且被期望量的基质浸渍。例如，基于由编码器73产生的通过头部16的增强体供给速率指示信号，控制器20可以选择性地增加或减小致动器102的速度以向浸渍机构提供相应的基质供给速率84。以这种方式，无论头部16的行进速度如何，都可以始终保持所需的基质与增强体的比率。
如上所述，在从头部16放出基质浸渍的增强体期间，子组件64可以起到在增强体内保持期望水平的张力的作用。应注意，在某些应用中，张力水平可变。例如，在锚定期间和/或之后不久，张力水平可能较低，以在粘附力可能较低的时候抑制增强体被拉动。可以在准备切断和/或在材料排放期间，降低张力水平。在自由空间印刷期间可能需要更高水平的张力以增加排放材料的稳定性。也考虑了改变张力水平的其他原因。可以通过阈值调节来调节张力水平，该阈值调节与致动器62打开/关闭时间和/或致动器62响应于来自传感器70的信号而施加的速度和/或扭矩相关联。
在一段时间的材料排出之后，可能需要切断增强体(例如，以完成制造和/或将头部16移动到结构12的另一个区域，以重新开始新的排出材料轨迹)。在这个时间点，致动器140(参照图16和17)可以被选择性地激活(例如，通过控制器20—参照图1)以将切割装置154(参见图19-21)转位到一个朝向模块54的适当位置。此后，致动器140可以被启动以使供给辊138和切割装置154朝向模块54枢转，从而切断位于它们之间的增强体。在一些应用中，模块46可以被选择性地激活以在切断之前夹紧增强体，使得切断不会导致增强体通过头部16的反向运动(例如，由增强体内的张力引起)。模块46可以保持接合，直到被切断的增强体的松散端被反馈回TCP以准备下一次排放。应注意，供给辊138和切割装置15d模块54的枢转可以与头部16的运动和其他操作同步，从而可以在保持增强体放置精度的同时即时完成增强体的切断。
在一实施例中，切割装置154可以在切断期间定向以选择性地增加或减少剩余末端的长度。例如，不是将切割装置154的方向确定为径向穿过模块54的中心(即，通过分配器170的轴线)，而是切割装置154可以向前或向后同步到模块54的中心和外罩174切线之间的位置。相对于模块54的旋转方向进一步向前同步切割装置154可导致更长的末端。相反，以相反方向同步切割装置154可导致较短的末端。
为了此后重新开始新的材料轨迹的排出，支撑件14(在控制器20的调节下)可以将头部16移动到新的起始区域。供给辊138可以通过致动器144的激活而缩回，并且可以使模块54在末端上滚动，从而开始新轨道的排放。
对于本领域技术人员将显而易见的是，可以对所公开的系统和头部进行各种修改和变型。通过考虑所公开的系统和头部的说明书和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，真正的范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (14)

1.一种增材制造系统(10)，其中，包括：
支撑件(14)；
打印头(16)，可操作地连接到支撑件并可通过所述支撑件移动，所述打印头包括：
外壳(22)；
供应模块(44)，可操作地安装到所述外壳上，并被配置为保持连续增强体(60)的供应；
浸渍模块(48)，可操作地安装到所述外壳上，并配置成使用基质来浸渍所述连续增强体；
夹紧模块(46)，相对于增强体通过所述打印头的移动，可操作地安装到所述供应模块的所述外壳的下游，所述夹紧模块配置为选择性地夹紧所述连续增强体；以及
控制器(20)，与所述支撑件和所述打印头通信，并配置为协调所述支撑件和所述打印头的操作以制造三维结构(12)。
2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述夹紧模块被配置成仅禁止所述连续增强体缩回到所述打印头中。
3.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述夹紧模块位于所述浸渍模块的上游。
4.根据权利要求3所述的增材制造系统，其中，还包括位于所述夹紧模块上游的拉紧子组件(64)。
5.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，还包括拉紧子组件(64)，所述拉紧子组件(64)被配置成生成所述连续增强体内的张力指示信号，其中，所述控制器被配置成基于所述信号调节所述供应模块的操作。
6.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述浸渍模块被配置成引导所述基质以大于与所述连续增强体一起从所述打印头排出的量的量浸渍所述连续增强体。
7.根据权利要求6所述的增材制造系统，其中，所述浸渍模块包括喷嘴(130)，所述喷嘴(130)被配置成限制所述基质的传递超过所需量。
8.根据权利要求6所述的增材制造系统，其中，所述浸渍模块被配置成穿过所述连续增强体在所述基质内产生压力差。
9.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，还包括可操作地安装到所述外壳的切割模块(52)和供给模块(52)中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的增材制造系统，其中，所述切割模块和所述供给模块中的至少一个安装在所述浸渍模块的下游。
11.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，还包括可操作地安装到所述外壳的压实模块(54)和固化模块(15)中的至少一个，其中，所述压实模块、所述固化模块和切割模块中的至少一个被配置为与所述供应模块一起相对于外壳移动。
12.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述压实模块和所述固化模块中的至少一个是被配置为压实所述连续增强体并固化所述基质的单个模块。
13.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述压实模块和所述固化模块中的至少一个包括：
引导装置(400)，其配置为通过并压缩连续增强体；以及
拖曳装置(402)，其配置为通过并压缩连续增强体。
14.根据权利要求14所述的增材制造系统，其中，所述压实模块和所述固化模块中的至少一个还包括至少一个能量源(404)，至少一个所述能量源(404)被配置成将通过或在所述引导装置后面的固化能量中的至少一种导向浸渍连续增强体的基质。
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