CN203381196U - 用在熔融沉积造型系统中的打印头组件和打印头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件和打印头。一种打印头组件(43)，其包括打印头载体(18)和多个可更换的打印头(36，42)，所述打印头被配置成被能够拆卸地保持在所述打印头载体(18)的接收器(46，48)中。

Description

用在熔融沉积造型系统中的打印头组件和打印头

技术领域

本实用新型涉及一种使用基于层的增材制造技术构建三维(3D)部件的增材制造系统。特别地，本实用新型涉及用在熔融沉积造型系统中的打印头组件。 

背景技术

熔融沉积造型系统被用于通过挤出可流动的部件材料以逐层的方式根据3D部件的数字表达建造3D部件或模型。部件材料通过挤出头上承载的挤出尖端挤出，并且以顺次铺路的形式沉积在x-y平面中的基片上。被挤出的部件材料熔化成先前沉积的造型材料，并且随着温度的降低而凝固。之后，挤出头相对于基片的位置沿z-轴(垂直于x-y平面)增加，并且该过程被重复执行以形成与数字表达类似的3D部件。 

挤出头相对于基片的运动是在计算机的控制下依据表达所述3D部件的构建数据执行的。所述构建数据是通过最初将3D部件的数字表达分割为多个水平的分割层的方式获得的。之后，对于每个分割层，主机生成构建路径，用于路径沉积造型材料以形成3D部件。 

在通过沉积造型材料层制造3D部件时，支撑层或结构通常被构建于正在被构造的物体的悬突部分下方或空腔中，而不被部件材料本身支撑。支撑结构可以通过使用与沉积部件材料相同的沉积技术构建。主机生成额外的几何形状用作正在被形成的3D部件的悬突或空间部分的支撑结构。随后，通过使用第二管嘴按照构建构成中生成的所述集合形状沉积支撑材料。支撑材料在制造过程中附着于造型材料，并且在构建过程完成时从完整的3D部件中移除。 

实用新型内容

本实用新型的一个方面涉及一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件。该打印头组件包括被熔融沉积造型系统的台架机构保持着的载体框 架，和接收器。接收器被所述载体框架支撑，从而所述接收器可相对于所述载体框架沿至少一个轴运动，其中接收器被配置为以这样的方式牢固地保持可拆卸的打印头，即在所述熔融沉积造型系统的操作过程中防止所述打印头相对于所述接收器移动。 

本实用新型的另一方面涉及一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件，其中该打印头组件包括：被所述熔融沉积造型系统的台架机构保持着的载体框架。所述打印头组件还包括具有底部和盖的接收器。所述底部被所述载体框架支撑并且被配置成接收可拆卸的打印头，其中所述底部包括与被接收的打印头的往复定位特征相啮合的定位特征。所述盖被配置成关闭所述底部以将所述被接收的打印头至少部分地保持在所述接收器内。 

一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件，所述打印头组件包括： 

载体，所述载体被所述熔融沉积造型系统的台架机构保持，所述载体被进一步配置成接收能够更换的打印头，其中所述打印头具有料筒组件和液化器泵组件；和 

至少一个悬挂机构，所述至少一个悬挂机构被可操作地连接到所述载体，其中所述载体和所述至少一个悬挂机构被配置成防止被接收的所述打印头相对于所述载体在x-y平面内运动，同时还允许被接收的打印头被可控制地在所述x-y平面之外的维度中运动；和 

肘杆机构，所述肘杆机构被配置成相对于所述载体基本上在x-y平面之外的维度中可控制地移动被接收的所述打印头。 

一种用在熔融沉积造型系统中的打印头，所述打印头包括： 

料筒组件，所述料筒组件被配置成可拆卸地插入到所述熔融沉积造型系统的载体中，所述载体组件包括： 

导管口，所述导管口被配置为接收长丝导管；和 

至少一个电接口； 

液化器泵组件，所述液化器泵组件延伸进入所述料筒组件并与所述导管口对准；和 

电路板，所述电路板被设置在所述料筒组件内并且可通过所述至少一个电接口接近，其中所述电路板与所述液化器泵组件电通信。 

附图说明

图1是熔融沉积造型系统的俯视透视图，其包括本实用新型的打印头组件。 

图2是打印头组件的前方俯视透视图，其包括载体(carriage)、一对可拆卸的打印头、和一对音圈机构。 

图3是打印头组件的后方俯视透视图。 

图4是打印头组件的分解的后方俯视透视图，描绘了载体的上弯曲部。 

图5是打印头组件的前方仰视透视图，描绘了载体的下弯曲部。 

图6是载体的下弯曲部的仰视图。 

图7是打印头组件的一部分的仰视图，描绘了下弯曲部与载体的连接。 

图8是打印头组件的前视图，描绘了打印头组件的音圈机构的操作。 

图9是打印头组件的后视图，进一步描绘了音圈机构的操作。 

图10是没有打印头的载体的前方俯视透视图。 

图11是载体的前视图。 

图12是载体的接收器的侧视图，描绘了接收器盖的操作。 

图13是沿图11中的截面13-13截取的截面图。 

图14是沿图12中的截面14-14截取的截面图，进一步描绘了音圈机构。 

图15是被设置在载体的接收器上方的其中一个打印头的前方俯视透视图，描绘了将打印头装载和插入接收器的过程。和 

图16是打印头的仰视图。 

具体实施方式

本实用新型涉及一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件。打印头组件包括可移动的打印头载体和由所述打印头载体可拆卸地保持的可更换的多个打印头。如上所述，打印头载体包括载体框架和用于接收和保持所述可拆卸打印头的至少一个并且更理想地为两个或更多个打印头桶或接收器。 

载体框架以防止或限制接收器相对于载体框架沿轴线或平面(例如水平平面)运动的方式支撑接收器。在一个实施例中，接收器还被载体框架以允许接收器相对于载体沿至少一个轴线(例如沿垂直轴)运动的方式支 撑，提供单个运动自由度。此外，接收器理想地锁定被接收的打印头，以防止它们相对于接收器移位。当打印头被保持在打印头载体的接收器中时，熔融沉积造型系统可使用熔融沉积造型技术构建3D部件和支撑结构。 

图1是系统10的透视图，其是结合有本实用新型的打印头组件的熔融沉积造型系统的例子。用于系统1的适当的熔融沉积造型系统包括明尼苏达州Eden Prairie市的Stratasys公司(Stratasys，Inc.，Eden Prairie，MN)开发的那些系统。如图所示，系统10包括构建室12、工作台14、台架16、打印头载体18和可消耗的组件20和22。 

构建室12是封闭环境，容纳用于通过使用部件和支撑可消耗材料(例如热塑性材料)构建3D部件24和相应的支撑结构26的工作台14。构建室12有利地被加热，以便在部件和支撑可消耗材料被挤出和沉积之后降低其固化的速率(例如，以减少扭曲和卷曲)。在替换实施例中，构建室12可以被省略和/或用不同类型的构建环境予以替代。例如，3D部件24和支撑结构26可以被构建于面向大气环境打开的或者被可替换的结构(例如柔性屏障)封闭的构建环境中。构建环境也可以各种方式加热(例如，用被加热的循环空气，发热灯及类似物)。 

工作台14是台架可移动的平台(3D部件24和支撑结构26在上面被构建)并且基于由计算机操作的控制器(以下称之为控制器28)提供的信号沿垂直的z-轴运动。控制器28是一个或多个基于处理器的控制器，其可通过通信线路30与构建室12、工作台14、台架16以及载体18通信。尽管只描绘了单个信号线路，但通信线路30可包括一个或多个信号线路，实现控制器28与系统10的各种构件例如构建室12、工作台14、台架16以及载体18的通信。此外，虽然控制器28和通信线路30被描绘在系统10外部，它们也可以是系统10的内部构件10。 

台架16是导轨台架机构，被配置成基于控制器28(经由通信线路30)提供的信号在构建室12上方水平的x-y平面内移动载体18。水平的x-y平面是由x轴和y轴限定的平面，其中x轴、y轴和z轴彼此正交。在替换实施例中，工作台14可以被配置成在构建室12内的水平的x-y平面内移动，并且载体18可以被配置成沿z轴移动。其他类似的布置也是可以采用的，只要工作台14和载体18二者相对于都可以彼此移动。 

在所示的实施例中，当被固定在台架16中时，载体18的前侧面对系统10的后侧。为了便于讨论，基于载体18及其相应的打印头组件的定向，以下的说明是参照x-y-z笛卡尔坐标系的特殊定向加以说明的。然而，本实用新型的打印头组件也可以选择在各种不同的定向和/或坐标系内设置和操作。 

载体18被台架16支撑以便基于控制器28提供的信号在工作台14上以逐层的方式构建3D部件(例如3D部件24)和相应的支撑结构(例如支撑结构26)。在所示的实施例中，载体18被保持在外罩(cowling)31内，外罩31是一个绕载体18侧向地延伸的外壳(例如塑料的和/或金属的外壳)，用于保护载体18，同时允许用户接近载体18。如下所述，载体18被配置成接收一个或多个可移动的打印头，其中每个打印头都被配置成接收和融化部件和支撑材料长丝的连续部分。 

可消耗的组件20和22是可移动和可更换的容器装置，其被配置为保持用于构建3D部件(例如3D部件24)和支撑结构(例如支撑结构26)的部件和支撑材料的供给，并且可以被分别装入系统10的舱(bay)20a和22a中。在所示的实施例中，可消耗的组件20包括容器部分32、导管34和打印头36，其中容器部分32可被安装在舱20a中，并且打印头36被插入或者以其它方式装入载体18中。导管34与容器部分32和打印头36互连，以从容器部分32向打印头36提供部件材料长丝的连续部分。 

同样地，可消耗组件22包括容器部分38、导管40和打印头42，其中容器部分38可被安装在舱22a中，并且打印头42被插入或者以其它方式装入载体18中，靠近打印头36。导管40与容器部分38和打印头42互连，以从容器部分38向打印头42提供部件材料长丝的连续部分。 

在所示的例子中，可用于可消耗组件20和22的适当的组件包括在Swanson的美国专利申请公开号2010/0283172和国际公开号WO2009/088995中公开的那些，这些文件的全文被结合于此作为参考，以说明它们不与本实用新型相冲突。如在这些参考文件中公开的一样，打印头36和42可以被设置成可消耗组件20和22的子构件。当容器部分32和38被分别装入舱20a和22a中时，打印头36和42可以被操作并装入载体18。 

载体18与打印头36和42的组合可整体地在本文中称之为打印头组件 43。因此，在打印头36被插入或装入载体18中之后，部件材料的连续部分(例如部件材料长丝)可以从容器部分32通过导管34供给至打印头36。类似地，在将打印头42插入或装入子载体18中之后，支撑材料的连续部分(例如支撑材料长丝)可以从容器部分38通过导管40供给至打印头42。 

随着部件和支撑材料被有选择地送入打印头36和42，台架16可绕构建室12在水平的x-y平面中移动载体18(以及被保持的打印头36和42)。打印头36热熔化所接收的部件材料的连续部分，从而允许熔融的部件材料被挤出并沉积在工作台14上以构建3D部件24。类似地，打印头42热熔化所接收的支撑材料的连续部分，从而允许熔融的支撑材料被挤出并沉积在工作台14上以构建3D部件24。 

通过使用熔融沉积造型方法，被挤出的部件和支撑材料以逐层的方式沉积到工作台14上以构建3D部件24和支撑结构26。支撑结构26被理想地沉积，以沿z轴为3D部件24的层的悬突区域提供垂直支撑。在构建操作完成之后，所生产的3D部件26和支撑结构26可从构建室12中移除，并且支撑结构26可从3D部件24上移除。3D部件24随后可接受一个或多个额外的后处理步骤，例如Priedeman等人的美国专利申请公开号2005/0173838和美国专利申请公开号2008/0169585中公开的表面处理工艺。 

以下关于系统10的讨论是参照可消耗组件20和22做出的，其中可消耗组件20和22包括作为可消耗组件的子构件的打印头(例如，打印头36和42)。然而，在替换实施例中，打印头36和42可以是与容器部分32和38和/或导管34和40分离的可拆卸的打印头。在这些实施例中，用作可消耗组件20和22的适当的组件(例如，卷筒(spooled)容器)包括在Swanson的美国专利申请公开号2010/0283172和国际公开号WO2009/088995中公开的那些，以及在Swanson等人的美国专利第6,923,634号、Comb等人的美国专利第7,122,246号、以及Taatjes等人的美国专利申请公开号2010/0096485和2010/0096489中公开的那些。 

图2-9描绘了打印头组件43，示出了与打印头36和42一起使用的载体18。载体18与打印头36和42理想地为轻质构件。使用轻质构件作为打印头组件43可以减小台架16(如图1所示)需要在水平的x-y平面中移动的质量。质量减小相应地减小了在(例如光栅型式的)水平的x-y平面内移动打印 头组件43所产生的惯性力，从而改进了台架16的响应时间控制并且还减少了台架16的子构件上的磨损。 

如图2所示，载体18包括载体框架44、打印头桶或接收器46和48、控制板50、音圈机构52和54(位于接收器46和48下方)以及控制单元56和58。载体框架44为刚性的框架元件，其通过使用多个紧固件(例如螺钉59)可操作地固定到台架16(如图1所示)。载体框架44可由一种或多种金属和/或塑料材料模制或铸造而成。 

接收器46和48是分别保持打印头36和42的载体18的构件，并且可以由一种或多种金属和/或塑料材料模制或铸造而成。打印头36包括料筒组件60和液化器泵组件62，其中料筒组件60的后部被保持在接收器46中并且液化器泵组件62从料筒组件60的前部向下延伸。类似地，打印头42包括料筒组件64和液化器泵组件66，其中料筒组件64的后部被保持在接收器48中并且液化器泵组件66从料筒组件64的前部向下延伸。液化器泵组件62和66分别包括尖端62a和66a和通风口62b和66b，并且还包括Swanson等人的名称为“用在基于挤出的增材制造系统中的液化器组件(Liquefier Assembly For Use In Extrusion-Based Additive Manufacturing System)”的美国专利申请第12/888,087号中公开的特征。 

在所示的实施例中，打印头36和42彼此镜像。这样可以减少将不正确的打印头插入指定接收器的风险。相比之下，在所示的实施例中，接收器46和48是相同的或基本相同的，可以在制造接收器46和48时使用相同的模具。在替换实施例中，打印头36和42以及接收器46和48可具有不同的设计，从而打印头36和42可按照下文所述的方式被接收器46和48接收和保持。 

接收器46包括底部68和盖70，其中盖70通过使用枢转连接部72枢接到底部68的上后部，允许盖70相对于底部68打开和关闭。在被用于系统10之前(如图1所示)，(打印头36的)料筒组件60可以被插入或装入底部68中，并且盖70可以在料筒组件60的后部上方关闭以将打印头36固定到接收器46。 

盖70包括锁定夹74和夹紧致动器76。当关闭底部68时(如图2所示)，锁定夹74与底部68啮合以防止盖70意外地打开。当用户希望打开盖70时，用户可以挤压夹紧致动器76，其使锁定夹74与底部68分离，从而允许用户 随后打开盖70。 

接收器48包括底部78和盖80，其中盖80通过使用枢转连接82被枢接到底部78上后部，允许盖80相对于底部78打开和关闭。在被用于系统10之前，(打印头42的)料筒组件64可以被插入或装入底部78中，并且盖80可以在料筒组件64的后部上方关闭以将打印头42固定到接收器48。 

盖80包括锁定夹84和夹紧致动器86。当关闭底部78时(如图2所示)，锁定夹74啮合底部78以防止盖70意外地打开，与上文中锁定夹74的方式相同。当用户希望打开盖80时，用户可以挤压夹紧致动器86，其使锁定夹84与底部78分离，从而允许用户随后打开盖80。 

接收器46和48理想地防止打印头36和42在盖70和80关闭时在接收器46和48内移位。系统10被配置成以高分辨率构件3D部件24和支撑结构26。为了实现这种高分辨率，打印头36和42被理想地锁定到载体框架44，以防止打印头36和42相对于载体框架44在水平的x-y平面内意外移位。否则，即使打印头36和42的很小的意外的水平移位都可能导致在所形成的3D部件24和支撑结构26的层中出现沉积路径错误。 

在当前的商业熔融沉积造型系统中，例如可购自尼苏达州Eden Prairie市的Stratasys公司的那些，挤出或打印头通过使用螺钉或其他紧固件固定到可移动的台架载体。在不进行维护、清洁或其他类似目的的情况下，这些打印头通常不从所述可移动的台架载体上拆卸下来。相比之下，当它们的可消耗材料耗尽时，打印头36和42可方便地被拆卸和更换。因此，如下文所述，载体18被配置成接收多个可更换的打印头，即打印头36和42，并且牢固地锁定被接收的打印头36和42，以防止它们相对于载体框架44在水平的x-y平面内意外地移位。特别地，当盖70和80关闭时，接收器46和48牢固地锁定打印头36和42，以防止打印头36和42相对于接收器在任何方向上移动。 

接收器46和48本身以如下方式从载体框架44上悬挂下来：允许接收器46和48通过音圈机构52和54相对于载体框架44沿垂直的z轴进行受控的运动，同时还防止接收器46和48(以及打印头36和42)相对于载体框架44在水平的x-y平面中意外地移动。例如，接收器46和48可通过上弯曲部88从载体框架44上悬挂下来，其中上弯曲部88被定位在接收器46和48的上后部 的后方，如下文所述。本文中，术语例如“防止打印头的移动或移位”及类似表述意图包括微量的移动或移位，这是本领域技术人员可以理解的，因此，打印头的移动或移位不会显著地影响3D部件或支撑结构的分辨率。 

音圈机构52和54是肘杆机构，其被配置成彼此独立地沿垂直的z轴向上和向下可控制地移动接收器46和48(以及打印头36和42)。如在Leavitt的第7,625,200号美国专利中讨论的一样，肘杆机构，例如音圈机构52和54允许打印头36和42中的每一个都在位于下方的可挤出材料的活动状态与位于上方的非活动状态之间切换。在一个实施例中，如下文所述，音圈机构52和54的每一个都包括被设置在磁性板(图2中未示出)之间的一个或多个磁体组(图2中未示出)，其中磁体组被配置成产生磁场。 

音圈机构52和54中的每一个还可包括音圈(图2中未示出)，所述音圈被设置在所产生的磁场中并且被配置成基于穿过音圈的感应电流的强度和方向相对于所产生的磁场移动。如下文所述，音圈相对于所产生的磁场的移动可使接收器46和48以及被接收的打印头36或42相对于载体框架44移动，以在一个或多个上方和下方的高度之间肘接(toggle)打印头36和42。音圈机构52和54还可包括连接到控制板50的界面89的电连接(例如电缆，未示出)，以接收来自控制板50的电功率，用于诱导电流穿过音圈。 

控制板50为固定到载体框架44后侧的印刷电路板或其他类似的装置。如图所示，控制板50包括界面90和91，其中界面90通过使用电缆和/或无线连接(未示出)被可操作地连接到通信线路30(如图1所示)、电源和/或系统10内的其它电接口(未示出)。例如，界面90可从系统10向打印头36和42、控制板50、音圈机构52和54(经由界面89)和冷却单元56和58传递电功率。界面90还可允许控制器28(如图1所示)指引打印头36和42、音圈机构52和54、和冷却单元56和58的操作，如下文所述。 

界面91是电界面，其允许电功率通过额外的电连接(例如，电缆，未示出)从控制板50传递到冷却单元56和58。同样如下文所述，控制板50可包括一个或多个位置编码器，用于追踪或监控打印头36和42相对于载体18和控制板50的位置(例如，垂直位置)。 

冷却单元56和58是被(例如通过螺钉92)固定到台架16和/或载体框架44的基于风扇的单元。冷却单元56和58被配置成产生和引导气流进入打 印头36和42。例如，冷却单元56可将空气吸入打印头36的料筒组件60，随后，空气在那里被向下引导穿过液化器泵组件62并从通风口62b排出。类似地，冷却单元56可将空气吸入打印头42的料筒组件64，在那里，空气随后被向下引导穿过液化器泵组件66并从出口66b排出。强制气流冷却打印头36和42的内部构件并防止分隔和制成材料过早地熔化。在可替换实施例中，其他类型的冷却单元可以用作冷却单元56和58，其可以是基于风扇的单元或非基于风扇的单元(例如，基于制冷剂的单元)。 

接收器46和48的盖70和80还包括电界面94和96，它们被定位在盖70和80的外表面上，邻近载体18的顶部后侧。如图3所示，控制板50还包括界面98和100，它们是分别通过电连接(例如电缆，未示出)用于与电界面94和98通信的端口。这种布置允许控制板50向打印头36和42以及在打印头36和41与它自身之间传递电功率和通信信息。控制板50可通过螺钉02或其他类似的紧固件固定到载体框架44。 

在所示的实施例中，载体18还包括上弯曲部88，上弯曲部88是被固定到载体框架44的柔性的金属的或塑料的元件。如下文所述，上弯曲部88和下弯曲部(图3中未示出)以下述方式支撑接收器46和48：防止接收器46和48(以及被保持的打印头36和42)水平地移动，同时由于上弯曲部88和下弯曲部的弯曲而允许有限范围的垂直移动。 

如图4所示，上弯曲部88通过螺钉44a-44c或其他类似的紧固件固定到载体框架44。这一连接可防止上弯曲部悬架88除弯曲之外相对于载体框架44移动。螺钉104a-104c的间隔分开的位置将上弯曲部悬架88分隔成弯曲段106和108，其中弯曲段106被定位在螺钉104a和104b之间，而弯曲段108被定位在螺钉104b和104c之间。弯曲段106和108的每一个都被配置成彼此独立地相对于载体框架44可向上弯曲、向下弯曲或向上和下方弯曲的组合。 

接收器46的底部68包括突键元件110，突键元件110从底部68的主体向后延伸并通过螺钉113或其他类似紧固件固定到弯曲段106。螺钉112将接收器46连接到弯曲段106，弯曲段106允许接收器46和打印头36通过弯曲段106(和下弯曲部，图4中未示出)的弯曲(经由音圈机构52，如图2和3所示)相对于载体框架44向上和向下移动。这一连接还防止接收器46和打印头36在水平的x-y平面内相对于载体框架44侧向地移动，以及防止滚动、 倾斜和偏转运动。 

接收器48的底部78包括突键元件114，突键元件114从底部78的主体向后延伸并通过螺钉116或其他类似紧固件固定到弯曲段108。螺钉116将接收器48连接到弯曲段108，弯曲段108允许接收器48和打印头42通过弯曲段108(和下弯曲部，图4中未示出)的弯曲(经由音圈机构54，如图2和3所示)相对于载体框架44向上和向下移动。这一连接还防止接收器48和打印头42在水平的x-y平面内相对于载体框架44侧向地移动，以及防止滚动、倾斜和偏转运动。 

在载体18的组装过程中，上弯曲部88可以被设置在载体框架44上，如图4所示，并且螺钉104a-104c可以被插入穿过上弯曲部88的开口并进入载体框架44以将上弯曲部88固定到载体框架44。突键元件110和114可以通过螺钉112和116连接到弯曲段106和108，以将底部68和78固定到上弯曲部88。 

如图5所示，它是打印头组件43的底部透视图，接收器46和48分别包括下延伸部118和120。下延伸部118在底部68下方延伸并保持音圈机构52(例如，音圈，图5中未示出)的一部分。类似地，下延伸部120在底部78下方延伸并保持音圈机构54(例如，音圈，图5中未示出)的一部分。如图5中进一步所示，控制板50的前侧包括传感器阵列122a和122b，它们是用于测量接收器46和48的位置(例如，垂直位置)的一对光学编码器组件的子构件，如下文所述。 

载体18还包括下弯曲部124，该下弯曲部124在所示的实施例中具有H形的几何形状。下弯曲部124是被垂直地设置在底部68和78的底面与载体框架44的底部之间的柔性的金属或塑料元件。 

如图6所示，下弯曲部124包括沿y轴延伸的中间部分126，和臂128a-128d，其中臂128a和128b为由中间部分126的前端沿x轴在相反的方向上延伸的前臂，臂128c和128d为由中间部分126的后端沿x轴在相反的方向上延伸的后臂。 

中间部分126包括分别位于中间部分126的前端和后端上的开口130和132。开口130和132为使用紧固件(例如螺钉，未示出)将中间部分126固定到载体框架44(如图2-5所示)的连接点。臂128a-128d分别包括开口134a-134d和销槽136a-136d。下弯曲部124具有对称的几何形状，允许其 每一端部面朝前方。这一布置通过允许下弯曲部124被固定到底座68和78，以及固定到载体框架44，方便了载体18的组装，而无需考虑其定向。 

如图7所示，下弯曲部124的臂128a-128d被固定到底部68和78。特别地，臂128a通过延伸穿过销槽136a的定位销138与底部68的前部对齐。臂128a通过延伸穿过臂128a中的开口134a的螺钉140或其他类似紧固件固定到底部68。相应地，臂128b通过延伸穿过销槽136b的定位销142与底部78的前部对齐。臂128b通过延伸穿过臂128b中的开口134b的螺钉144或其他类似紧固件固定到底部78。 

臂128c通过延伸穿过销槽136c的定位销146(二者都被图7中的载体框架44部分地遮挡)与底部68的后部对齐。臂128c通过延伸穿过臂128c中的开口134c的螺钉148或其他类似紧固件固定到底部68。臂128d相应地通过延伸穿过销槽136d的定位销150(二者都被图7中的载体框架44部分地遮挡)与底部78的后部对齐。臂128d通过延伸穿过臂128d中的开口134d的螺钉152或其他类似紧固件固定到底部78。 

此外，下弯曲部124可通过螺钉和/或销(未示出)或其他类似紧固件对准并固定到载体框架44于载体框架44的底部开口154a和154b。开口154a和154b沿y轴延伸并与下弯曲部124的开口130和132对准。因此，在载体18的组装过程中，下弯曲部124可以如图7所示沿载体框架44定位，并且螺钉和/或销可以插入穿过载体框架44的开口154a和154b，并且穿过下弯曲部124的开口130和132，以将中间部分126(图6中未示出)固定到载体框架44。底部68和78可以随后被设置到载体框架44上并且下弯曲部124的臂128a-128d可以被固定到底部68和78。这样就将下弯曲部固定在载体框架44与底部68和78之间，从而用载体框架44支撑底部68和78。如上所述，底部68和78还可通过上弯曲部88(如图3和4所示)由载体框架44进一步支撑。 

臂128a-128d中的每一个都被配置成可相对于载体框架44沿垂直的z轴向上弯曲、向下弯曲、或向上和向下弯曲的组合，其中(被固定到底部68的)臂128a和128c可以一起弯曲，(被固定到底部78的)臂128b和128d可以一起弯曲。因此，臂128a和128c(以及上弯曲部88的弯曲段106，如图4所示)允许接收器46和打印头36相对于载体框架44(通过音圈机构52)向上和向下移动。这些连接还防止接收器46和打印头36相对于载体框架44 在水平的x-y平面内移动，以及防止滚动、倾斜和偏转运动。类似地，臂128b和128d(以及上弯曲部88的弯曲段108，如图4所示)允许接收器48和打印头42相对于载体框架44(通过音圈机构54)向上和向下移动。这些连接还防止接收器48和打印头42相对于载体框架44在水平的x-y平面内移动，以及防止滚动、倾斜和偏转运动。 

尽管只描绘了为每个接收器46和48提供三个连接点的一对弯曲部(即，上弯曲部88和下弯曲部124)，然而载体18可以替换地包括额外的弯曲部和/或额外的连接点，以进一步防止接收器46和48相对于载体框架44在水平的x-y平面内运动。例如，载体18可替换性地为每个接收器都包括一对上弯曲部和一对下弯曲部，其中每个上和下弯曲部都被可操作地固定到载体框架44，。这样就为每个接收器提供了四个连接点，从而进一步防止水平运动，同时允许通过音圈机构52和54进行受控制的垂直运动。 

在额外的可替换实施例中，上弯曲部88和下弯曲部124中的一个或二者都可以用可替换的机构代替，其中所述可替换的机构被配置成从载体框架44悬挂底部68和78，同时还防止或限制底部68和78相对载体框架44在水平的x-y平面内运动(以及防止滚动、倾斜和偏转运动)。例如，上弯曲部88可被刚性的元件替换，该刚性元件以基于跷板或杠杆的方式使底部68和78与载体框架44互连。 

在该实施例中，刚性元件例如可通过一铰接接头被可枢转地连接到框架载体44的螺钉104b的位置(如图4所示)。底部68和78的突键元件110和114可随后被固定到刚性元件(例如，可枢转地固定)的螺钉112和116的位置(如图4所示)。因此，音圈机构52可以向上肘接接收器46和打印头36，而音圈机构54可向下肘接接收器48和打印头42，这样使刚性元件绕其与载体框架44的可枢转连接枢转。该枢转运动允许打印头36和42垂直地运动，同时防止或限制它们在水平的x-y平面中的运动。 

在进一步的替换实施例中，刚性元件可以被一对独立的刚性元件替代，它们可以被可枢转地连接到载体框架44并分别连接到底部68和78的突键元件10和114。这种布置允许打印头36和42被彼此独立地肘接。在另一替换实施例中，载体18可包括垂直的线性轴承或衬套，以防止或限制68和78相对于载体框架44的水平运动，同时允许垂直运动。 

如图7所示，载体框架44还包括位于底部68下方的一对开口154，和位于底部78下方的一对开口156。在图7中只有一个开口154和一个开口156是可见的。第二个开口154和156被隐藏在下弯曲部124的臂128c和128d后面。如下文所述，开口154和156可接收螺钉或其他类似紧固件(未示出)以便与螺钉59一同将载体框架44固定到台架16(见图1)，其中所述螺钉可从上方穿过底部68和78插入开口154和156。 

图8描绘了使用音圈机构52和54对接收器46和48做出的肘接。如图所示，音圈机构52包括前板158，并且音圈机构54包括前板160。在所示的实施例中，前板158和160被形成为延伸跨过音圈机构52和54的前侧的单个板，并且它通过螺钉161或其他类似紧固件固定到载体框架44。前板158和160是铁磁性板，用于保持音圈机构52和54的磁体组(图8中未示出)，如下文所述。 

在图8所示的例子中，打印头42和接收器48相对于打印头36和接收器46被设置在沿垂直的z轴较低的高度。这是通过尖端62a和66a的相对高度表现出来的，其中尖端62a被定位在较高的高度162，尖端66a被定位早较低的高度164。因此，打印头42处于挤出支撑材料的活动状态，而打印头36处于不挤出部件材料的非活动状态。 

较高的高度162与较低的高度164之间的适当的距离(以下称为距离165)包括至少0.5毫米，尤其适当的距离165的范围是约1.0毫米至约3.0毫米，并且更尤其适当的距离165的范围是约1.3毫米至约2.0毫米。这里所使用的术语“约”或“基本上”涉及可测量的值和范围，其归因于本领域技术人员可以预期的偏差(例如，测量中的限制或变异性)。当载体18在水平的x-y平面内绕构件腔12(如图1所示)移动时，尖端62a相对于尖端66a的较高的高度可防止尖端62a接触3D部件24(如图1所示)或支撑结构26(如图1所示)的已形成的层。 

图9是打印头组件43的后视图，描绘了从较高的高度162被向下肘接的打印头36和同时从较低的高度164被向上肘接的打印头42，如箭头166a和166b所示。当接收器48和打印头42处于下方的活动状态时(如图8的上方所示)，上弯曲部88的弯曲段108和下弯曲部124的臂128b和128d(如图5-7的上方所示)沿垂直的z轴向下弯曲。相应地，当接收器46和打印头36处 于上方的非活动状态时(如图8的上方所示)，上弯曲部88的弯曲段106和下弯曲部124的臂128a和128c(如图5-7的上方所示)是不弯曲并且水平的。上弯曲部88和下弯曲部124因此限制了接收器46和48以及打印头36和42相对于载体框架44基本上沿垂直的z轴向上和向下的运动。 

在支撑结构26的指定层完成之后，控制器28(如图1所示)可指示音圈机构54沿垂直的z轴从较低的高度164向上升高接收器48和打印头42至较高的高度162(或沿垂直的z轴以其他适当的方式升高)，如箭头166b所示。上弯曲部88的弯曲段108和下弯曲部124的臂128b和128d因此与接收器48和打印头42一同向上弯曲，以达到不弯曲并且水平的状态。 

控制器28也可以指示音圈机构52去沿垂直的z轴从较高的高度162降低接收器46和打印头36至较低的高度164(或沿垂直的z轴以其他适当的方式降低)，如箭头166a所示。上弯曲部88的弯曲段106和下弯曲部124的臂128a和128c因此与接收器46和打印头36一同向下弯曲。 

在构件过程的这一点，打印头36处于挤出部件材料的活动状态，而打印头42处于不挤出支撑材料的非活动状态。当载体18在水平的x-y平面内绕构件腔12移动时，尖端66a相对于尖端62a的较高的高度可防止尖端66a接触3D部件24或支撑结构26的已形成的层。 

在3D部件24的指定层完成之后，控制器28可随后指示音圈机构52沿垂直的z轴从较低的高度164向上升高接收器46和打印头36至较高的高度162(或沿垂直的z轴以其他适当的方式升高)。控制器28也可以指示音圈机构54去沿垂直的z轴从较高的高度162降低接收器48和打印头42至较低的高度164(或沿垂直的z轴以其他适当的方式降低)。这种肘接使打印头42重新回到较低的活动状态，并且使打印头36重新回到较高的非活动状态。 

打印头36和42可随后通过使用音圈机构52和54继续在活动和非活动状态之间可交替的肘接，其中打印头36和42的运动被上弯曲部88和下弯曲部124限制为基本上沿垂直的z轴的方向。在替换实施例中，肘接过程可以通过使用单个音圈机构实现。例如，打印头36可以被固定在指定的高度(音圈机构52可以被省略)，并且音圈机构54可以分别低于和高于打印头36的固定高度的较低的高度与较高的高度之间移动打印头42。工作台14随后可在肘接过程中上升和下降，以适应打印头36和42的不同的高度。然而，使 用两个音圈机构(即，音圈机构52和54)能够使打印头36和42的尖端位置被独立地调节，例如在构建的运行过程中打印头36和42之一需要更换。 

如图9进一步所示，音圈机构52包括后板167，并且音圈机构54包括后板168。在所示的实施例中，后板167和168被形成为延伸跨过音圈机构52和54的后侧的单个板，并且它通过螺钉169或其他类似紧固件固定到载体框架44。后板167和168是铁磁性板，与前板158和160一起用于保持音圈机构52和54的磁体组(图9中未示出)，如下文所述。 

图10-12描绘了载体框架44和接收器46和48，其中打印头36和42、控制板50以及冷却单元56和58被省略。如图10所示，接收器46的底部68具有被设定为用于接收和保持料筒组件60的尺寸。类似地，接收器48的底部78具有被设定为用于接收和保持料筒组件64的尺寸。 

底部68和78包括通风口170和172，它们是穿过底部68和78的侧壁的开口。外通风口170和172允许来自冷却单元56和58(如图2，3，5和8所示)的空气被分别引导至打印头36和42。包括彼此相互面对的内通风口170和172是为了使底部68和78相同，从而可以只制造一种底部用作底部68和78。 

图10中描绘的盖80处于打开状态。如图所示，盖80还包括连接着夹紧致动器86的平行突键的桥元件173。桥元件173被配置成：当夹紧致动器86被挤压时偏转，从而允许锁定夹84与底部78脱离。 

盖80还包括通过螺钉176或其他类似紧固件固定到盖80的内表面上的电路板174。电路板174是印刷电路板或其他类似的装置，其被连接到电界面96(如图2-4和9所示)并且包括电触点178。如下文所述，电触点178被配置成当打印头42被插入底部78并且该80关闭时与打印头42对接。这样允许在打印头42和控制板50之间(通过电路板174、电界面96和电触点178)传递电功率和通信。如下文所述，盖70包括类似的结构，用于在打印头36和控制板50之间传递电功率和通信。在替换实施例中，电路板174和盖70的相应的电路板可以被不同类型的电路替代，例如一个或多个柔性电路。在这些实施例中，柔性电路可在控制板50与盖70和80(即，电界面94和96可以被省略)之间直接地连接。 

盖70和80还包括凹入的唇缘180和182，其中凹入的唇缘180被设置在锁定夹74之间，凹入的唇缘182被设置在锁定夹84之间。凹入的唇缘180和 182具有当打印头36和42被插入底部68和78时与料筒组件60和64相配合的几何形状，如图2，3和8所示。 

底部68和78可每一个都包括与打印头36和42的往复对阵特征相接合的一个或多个对准部件。例如，底部68包括定位锥体184，底部78包括定位锥体186。定位锥体184和186向上突出，与打印头36和42中的往复槽(图10或11中未示出)接合，以提供三点定位。底部68还包括槽188，螺钉140可延伸穿过槽188将下弯曲部124(如图5-7所示)固定到底部68。类似地，底部78还包括槽190，螺钉144可延伸穿过槽190将下弯曲部124固定到底部78。 

当盖70和80关闭时，打印头36和42被向下压入底部68和78至完全啮合定位锥体184和186。这样可以确保打印头36和42位于接收器68和78内并且分别防止打印头36和42相对于接收器68和78的水平和垂直运动(以及防止滚动、倾斜和偏转运动)。在替换实施例中，打印头36和42可包括定位锥体，并且底部68和78可包括往复槽。 

如图10进一步所示，底部68包括一对底板开口(floor opening)192并且底部78包括一对底板开口194(只有一个底板开口192和一个底板开口194在图10中是完全可见的)。底板开口192和194与载体框架44(如图7所示)的开口154和156对准。在通过使用上弯曲部88和下弯曲部124由载体框架44支撑接收器46之后，底板开口192和194提供了用于将螺钉和其他紧固件插入开口154和156的通过点，以将载体框架44固定到台架16(如图1所示)。其通过允许载体18在被安装到台架16之前组装，减少了将载体18固定到台架16所需的时间和劳动。 

底部68和78还包括底板间隙196和198，它们是底部68和78的底板中的自上而下的开口。下延伸部118和120可通过上述底板间隙196和198接近。同样地，音圈机构52和54的音圈(未示出)可穿过底板间隙196和198插入下延伸部118和120，以将音圈固定在下延伸部118和120中。 

如图11所示，底部68和78还包括后壁开口200和202，它们是U形开口，被配置成与打印头36和42相配合(在图10中可部分地看见后壁开口202)。如下文所述，控制板50(如图2-5，8和9所示)还包括分别定位在后壁开口200和202附近并从中穿过的编码传感器204和206(如图11中的虚线所示)。 用于编码传感器204和206的适当的传感器的例子包括旋转式霍尔传感器(例如，2D霍尔传感器)及类似物。 

图12是接收器46的侧视图，描绘了底部68与接收器46的盖70之间的锁定接合。如上所述，在所示的实施例中，接收器46和48是彼此相同的。同样地，下面关于接收器46的侧视图的讨论也同样适用于接收器48。 

如图12所述，盖70包括连接着夹紧致动器76的平行突键的桥元件208。桥元件208被配置成当夹紧致动器被挤压时偏转，从而允许锁定夹74与底部68脱离。如图进一步所示，底部68和前侧包括一对锁定钩210和斜面212(在图12中仅示出了一个锁定钩210和斜面212)。锁定钩210是底部68上与盖70的锁定夹啮合的特征，以将该70锁定到底部68。 

用户可以通过挤压夹紧致动器76打开盖70，如箭头214所示。锁定夹74由于桥元件208而在箭头216的方向上偏转，其中所述偏转从锁定钩212上释放了锁定夹74。锁定夹74的释放从底部68上解锁了盖70，从而允许通过绕枢转连接72打开盖70，如箭头218所示。 

在打印头36被插入或装入底部68之后，用户可随之可通过使盖70绕枢转连接72在与箭头218相反的方向上枢转而关闭盖70。当盖70的锁定夹74到达斜面212时，斜面212在眼y轴方向上增加的斜率将逐渐地使锁定夹74在箭头216所示的方向上偏转(与挤压夹紧致动器76的方式类似)。在推进到斜面212的下方之后，锁定夹74与锁定钩210搭扣锁定，从而将盖70紧靠着底部68锁定。 

当用锁定夹74和锁定钩210关闭和锁定时，接收器36牢固地固定和保持打印头36，防止打印头36相对于接收器46在任意方向上运动。如上所述，这种布置适于防止意外的水平和垂直移位，以及防止滚动、倾斜和偏转运动。 

图13是沿图11中的截面13-13截取的截面图，其描绘了音圈机构52和光学编码组件220。如图所示，载体18包括光学编码组件220，其是接收器46的反射光学编码器，用于检测底部68的向上和向下的运动。载体18还包括第二光学编码器组件(未示出)，其是接收器48的反射光学编码器，用于检测底部78的向上和向下的运动。同样地，光学编码器组件220测量接收器46和打印头36的垂直位置，第二光学编码器组件测量接收器48和打印 头42的垂直位置。 

用作光学编码器组件220和第二光学编码器组件的适当的光学编码器组件的例子包括Batchelder的名为“递增光学编码器”的第61/312,737号美国临时专利申请中公开的那些。光学编码器组件220包括传感器阵列122a和传感器目标222。如上所述，传感器阵列122a被保持在控制板50的前表面上，并且包括用于操作光学传感器组件220的刀口电子器件(knife-edge electronics)(例如，光发射器，光接收器和处理器)。 

传感器目标222是固定到底座68的后侧的面板。在所示的实施例中，传感器目标222包括反光的或浅色的表面(例如反光的金属片，硅反射镜等类似物)和不反光的或深色的表面或开口，其中反光表面被定位在不反光表面或开口的上方或下。在任一种布置中，接收器46沿垂直的z轴的位置可以基于传感器目标222的表面相对于传感器阵列122a的位置来确定。 

用于接收器48的第二光学编码器组件可按照与光学编码器组件220相同的方式起作用。如上所述，传感器阵列122b被保持在控制板50的前表面上，并且包括用于操作第二光学传感器组件的刀口电子器件(例如，光发射器，光接收器和处理器)。第二光学编码器组件也包括固定到底部78的后侧的传感器目标(未示出)。接收器48沿垂直的z轴的位置可以基于传感器目标的表面相对于传感器阵列122b的位置来确定。 

如图13进一步所示，音圈机构52包括上磁体224和226和下磁体228和230，它们是设置在前板158和后板167之间的两组磁体。上磁体224和下磁体228被固定到前板158，使上磁体224被垂直地定位在下磁体228上方，上磁体226和下磁体230被固定到后板167，使上磁体226被垂直地定位在下磁体230的上方。 

上磁体224和226被定向为产生上磁场，具有定向在第一方向上的磁力线(例如，箭头231a所示的方向)，其可穿过后板167闭合。下磁体228和230被定向为产生与上磁场的极性相反的下磁场，其具有定向在第二方向上的磁力线(例如，箭头231b所示的方向)，其可穿过前板158闭合。上磁体224和226与下磁体228和230可替换性地设置反向设置，从而上磁场在箭头231b的方向上延伸，而下磁场在箭头231a的方向上延伸。 

如图所示，上磁体224和226彼此面对，下磁体228和230彼此面对。在 所示的实施例中，前板158、后板167、上磁体204和206、下磁体208和210被载体框架44保持并且不随接收器46移动。音圈机构52还包括音圈232，其是被固定到接收器46的下延伸部118并由下延伸部118支撑的线圈或其他线圈组件。这样允许接收器46相对于载体框架44与音圈232一起移动。 

图14是沿图12中的截面14-14截取的截面图。如图14所示，音圈机构54包括上磁体234、下磁体236、与磁体226和230(如图13所示)相对应的后磁体，它们都被设置在前板160和后板168(如图9所示)之间。同样地，在所示的实施例中，前板160、后板168、上磁体234、下磁体236和相应的后磁体被载体框架44保持并且不随接收器48移动。音圈机构54包括音圈238，它是固定到接收器48的下延伸部120并由下延伸部120支撑的第二线圈或其他线圈组件，从而允许接收器48与音圈238一同相对于载体框架44移动。 

在所示的实施例中，音圈机构52和54可用作音圈致动器，其中接收器48被描绘在图14中相对于接收器46(与图8的视图相对应)较低的垂直高度上。因此，相对于音圈机构52，接收器46(和打印头36)可通过诱导电流穿过音圈232而被向上或向下肘接，其中向上或下方的方向取决于电流穿过音圈232时的旋转方向。特别地，运动的方向由施加到音圈232上的力决定，该力通常与被诱导穿过音圈232的电流的旋转方向以及与所生成的磁场成直角。 

例如，如果电流沿第一旋转方向绕过音圈232，则由上磁体224和226以及下磁体228和230产生的磁场将迫使音圈232相对载体框架44向上运动。因为音圈232被固定到接收器46的下延伸部118，因此作用在音圈232上的向上的力相应地推动接收器46和打印头36相对于载体框架44向上运动。可替换地，如果电流沿第二并且相反的旋转方向绕过音圈232，则由上磁体224和226以及下磁体228和230产生的磁场将迫使音圈232向下运动，从而使接收器46和打印头36相对于载体框架44向下运动。 

音圈机构54可按照与音圈机构52相同的方式起作用，以基于被诱导穿过音圈238的电流使接收器48和打印头42相对于载体框架44向上和向下移动。音圈232和238的这种方式的使用，为接收器46和48提供了彼此独立的可精确定位的垂直运动控制。如上所述，所述精确定位的控制对于保持打 印头36和42的正确的垂直定位是理想的。 

此外，除了在较低的活动状态和较高的非活动状态之间肘接打印头36和42之外，音圈机构52和54还可具有额外的功用。例如，在某些实施例中，音圈机构52和54的每一个可被用于补偿工作台14(如图1所示)的台架的粗糙的z轴定位器的潜在的反跳(backlash)。这种定位器反跳可由工作台14的台架的机械配合特征的摩擦阻力引起。 

此外，音圈机构52和54可用在打印头36和42可能需要快速的垂直加速度的应用中，例如当到达工具路径的端部时。例如，当打印头36到达工具路径的端部并且挤出操作暂停时，音圈机构52可快速地向上肘接打印头36(例如约3被重力加速度)以切断可能跟随着打印头36的尖端的被挤出材料的条。音圈机构54可按照类似的方式起作用。 

在替换实施例中，被下延伸部118和120保持的音圈机构52和54的构件可改变。例如，在一个实施例中，前板158、后板167、上磁体224和226、以及下磁体228和230可以被下延伸部118保持，从而允许这些构件随着接收器46一起移动。在该实施例中，音圈232可随后被载体框架44保持。类似的布置也可适用于音圈机构54。在额外的替换实施例中，音圈机构52和54之一或二者可包括铁磁流体或具有悬浮于载流体(例如水或有机溶剂)中的小体积的铁磁体或铁磁性颗粒的其他类似的成分。 

关于上文讨论的肘接的例子(见图8和9)，在支撑结构26的指定层完成之后，控制器28可指示音圈机构54沿垂直的z轴从较低的高度164向上提升接收器48和打印头42。为了完成这一目标，控制器28可(通过控制板50)指示载体18去诱导电流沿第一旋转方向穿过音圈238。环绕音圈238的磁场迫使音圈238和接收器48(以及打印头42)向上运动，如箭头166b所示。 

上弯曲部88的弯曲段108和下弯曲部124的臂128b和128d相应地与接收器48和打印头42向上弯曲，以到达非弯曲的和水平的状态。底部68和78与载体框架44之间的接合还可在较高的高度162与较低的高度164处定义上和下硬停止部(即，物理停止点)。例如，底部68(和/或下延伸部118)可以被向上抬升，直到与载体框架44的与较高的高度162对应的面向下的元件接触，并且可以被向下降低，直到与载体框架44的与较低的高度164对应的面朝上的元件。 

类似地，底部78(和/或下延伸部120)可以被向上抬升，直到与载体框架44的与较高的高度162对应的面向下的元件接触，并且可以被向下降低，直到与载体框架44的与较低的高度164对应的面朝上的元件。因此，这些应停止位置可相应地防止打印头36或42在较高的高度162以上或在较低的高度164以下进一步垂直运动。因此，当达到底部78的上部硬停止部件时，控制板50保持穿过音圈238的电流的强度。这样可以将底部78撑靠在上部硬停止部件上，并且保持期望的高度(例如，较高的高度162)。 

因此，用于接收器48的第二光学编码器组件(具有传感器阵列222b，如图5所示)可测量接收器48和打印头42的垂直位置。这是与基于伺服电机的机构相比不同的，在基于伺服电机的机构中，接收器48将被伺服至特定的垂直位置(而不是被移动至硬停止部件，随后进行编码测量)。测得的垂直位置可以被用于各种功能，例如用于维护记录和用于通过使用来自第二光学编码组件的测量信号用伺服音圈机构54维持沿垂直的z轴的恒定的高度。 

控制器28还可以指示音圈机构52沿垂直的z轴从较高的位置162向下降低接收器46和打印头36。特别地，控制器28可(通过控制板50)指示载体18引导电流沿第一旋转方向穿过音圈232。围绕音圈232的磁场迫使音圈232和接收器46(及打印头36)向下运动，如箭头166a所示。 

上弯曲部88的弯曲段106和下弯曲部124的臂128a和128c相应地与接收器46和打印头36一同向下弯曲。当到达底部68的下硬停止部时，光学控制板50可保持穿过音圈232的电流的强度。这样就把底部68撑靠在下硬停止部，并且保持预期的高度(例如，较低的高度164)。此外，光学编码器组件220可测量接收器46和打印头的垂直位置。测得的垂直位置可用于各种功能，例如用于维护记录和用于通过使用来自第二光学编码组件的测量信号用伺服音圈机构52维持沿垂直的z轴的恒定的高度。 

在3D部件24的指定层完成之后，控制器28可随后指示音圈机构52沿垂直的z轴从较低的高度164向上抬升接收器46和打印头36。为此，控制器28可(通过控制板50)指示载体18引导电流沿与先前施加于音圈232的电流的第一旋转方向相反的第二旋转方向穿过音圈232。围绕音圈232的磁场因此迫使音圈232和接收器46(以及打印头36)向上运动。 

上弯曲部88的弯曲段106和下弯曲部124的臂128a和128c相应地与接收器46和打印头36一同向上弯曲以达到非弯曲和水平的状态。当到达底部68的上部硬停止部件时，光学控制板50可保持穿过音圈232的电流的强度。这样就使底部68撑靠上部硬停止部件，并且保持预期的高度(例如，较高的高度162)。此外，光学编码器组件220可测量接收器46和打印头36的垂直位置。 

相应地，控制器28也可指示音圈机构54沿垂直的z轴从较高的高度162向下降低接收器48和打印头42。特别地，控制器28可(通过控制板50)指示载体18引导电流沿与先前施加于音圈238的电流的第一旋转方向相反的第二旋转方向穿过音圈238。围绕音圈238的磁场因此迫使音圈238和接收器48(以及打印头42)向下运动。 

上弯曲部88的弯曲段108和下弯曲部124的臂128b和128d相应地与接收器48和打印头42一同向下弯曲。当到达底部78的下硬停止部时，光学控制板50可保持穿过音圈238的电流的强度。这样就把底部78撑靠在下硬停止部，并且保持预期的高度(例如，较低的高度164)。此外，第二光学编码器组件可测量接收器48和打印头42的垂直位置。 

由于它们独立的操作，如果需要，音圈机构52和54可以同时以往复运动的方式抬升和降低接收器46和48。这样可减少在构建运行之间肘接打印头36和42所需的时间。此外，音圈机构52和54的组合，与上弯曲部88和下弯曲部124一同提供了对于接收器46和48的垂直运动的精确的控制，同时还防止接收器46和48(以及打印头36和42)相对于载体框架44的意外的水平运动。这样使系统10能够以高分辨率特征构建3D部件24和支撑结构26，同时还使得打印头36和42能够被很容易地拆卸并用新的打印头36和42进行更换。 

图15描绘了将打印头36插入或装载进入接收器46的过程，该过程也可应用于打印头42和接收器48。如图所示，盖70包括通过使用螺钉242或其他类似紧固件固定到盖70的内侧表面上的电路板240。电路板240是连接到电界面94(如图2-4和9中所示)印刷电路板或其他类似的装置，并且包括电触点244。电触点244被配置成当打印头36被插入底部68并且盖70关闭时与打印头36对接。这样可允许在电功率和通信按照与电路板174(如图10 和11所示)相同的方式(经由电路板240、电界面94和电触点244)在打印头36和控制板50之间传递。如上所述，在替换实施例中，电路板240可被不同类型的电路替代，例如一个或多个柔性电路。在这些实施例中，柔性电路可以在控制板50和盖70之间直接连接(即，电界面94可以被省略)。 

如图15进一步所示，打印头36的料筒组件60包括壳体盖246和壳体主体248，其每一个都是由一种或多种金属和/或塑料材料模制或铸造而成的。壳体盖246通过锁销(latch)250固定到壳体主体248，其中锁销250与壳体主体248的夹子252啮合以组装打印头36。壳体盖248包括电接口254，凹入部256、和导管口258和260 

电接口254是穿过壳体盖246的开口，提供了通向料筒组件60内的电路板(图15中未示出)的通路。当接收器46的盖70被关闭时，电触点244插入其中一个电接口254以与打印头36的电路板接合。这种布置可以在电路板240与打印头36之间传递电功率和通信。 

在所示的实施例中，电接口254被布置成向多个电触点(例如电触点242)提供通道，并且适用于具有多个电触点的电路板(例如电路板240)。在替换实施例中，壳体盖246可包括被配置成接收电触点244的单个电接口254。 

凹入部256是壳体盖226的面朝向的凹入部，当打印头36被接收器46固定时，凹入部256与盖70的凹入的唇缘180的几何形状相适应。例如，当盖70关闭时，凹入的唇缘180可以被插入凹入部256，这样有助于将打印头36固定到接收器46。 

导管口258和260是穿过壳体盖226的开口，用于向部件或支撑材料的导管提供通路。例如，导管口258可接收延伸穿过导管口258的导管34(如图1所示)，从而沿垂直的z轴将导管34与液化器管组件62对准。 

在所示的实施例中，导管口260是打印头36的不使用的开口，其允许壳体盖246这一单一设计。可同时用于镜像的打印头36和42。因此，对于打印头42而言，导管40可延伸穿过导管口260，而导管口258可以是不使用的开口。在替换实施例中，不使用的导管口(例如，打印头36的导管口260)可以被省略。 

壳体主体248被配置成搁放在底部68的底板上，并且包括悬突特征262 和通风孔264。当打印头36被安装在接收器46中时，悬突特征262具有向下收缩的几何形状，并且是料筒组件60的液化器泵组件62向下开始延伸的部分。 

如上图所示(例如见图2和8)，悬突特征262与打印头42的相应的悬突特征具有彼此镜像的向下收缩的几何形状。这样可以降低将打印头错误地插入指定接收器的风险。因此，与壳体盖(例如，壳体盖246)相比，壳体主体248与相应的打印头242的壳体主体彼此镜像。通风孔264是穿过壳体主体248的侧壁通风孔，其允许空气流从冷却单元56和通风口170进入打印头36。 

打印头36可以通过将料筒组件60滑入底部68(例如，如箭头266所示)直到料筒组件60的后部落座于底部68内部的方式插入或装入接收器46。在插入过程中，定位锥体184被插入壳体主体248的底部往复槽(图15中未示出)，以在打印头36和底部68之间提供三点定位。当料筒组件60被插入底部68内时，悬突特征262和液化气泵组件62向下延伸(如图2，3，5和8中的上方所示)。此外，当料筒组件60被插入底部68时，通风孔264与底部68的侧壁上的通风口170对准。如上所述，这一对准允许冷却单元56(如图2，5和8所示)引导空气流穿过通风口170并经由通风孔264进入打印头36。 

在将打印头36插入底部68之后，盖70可随后关闭底部68。当盖70关闭时，电触点244与打印头36的电接口254接合。这种布置可以在电路板240与打印头36之间传递电功率和通信。此外，当盖70关闭并锁定到底部68时，料筒组件60的后部以三点定位的方式被固定在接收器46内，从而防止打印头36相对于接收器46侧向地或垂直地运动(或滚动、倾斜和偏转运动)。 

盖和底部接合的接收器46和48是与载体框架44一起使用的适当的接收器的例子，其通过使用搭扣配合机构保持打印头36和42。在替换实施例中，载体18可包括各种不同的接收器，这些接收器具有用于以防止打印头36和42相对于其相应的接收器运动的方式保持打印头36和42的搭扣配合机构。 

例如，接收器46的底部68可包括搭扣配合连接，其中，打印头36被插入底部68并搭扣(例如，与底部68的底板上的偏转弹簧配合)固定。在该实施例中，盖70可以被省略，并且打印头36可以被底部68和搭扣配合机构 保持，由此防止打印头36相对于底部68移动(例如，通过定位锥体184)。之后，可以在控制板50和打印头36之间直接进行电连接。 

如图16所示，壳体主体248还包括底表面268，定位槽270和272，螺钉槽274，和后袋276，其中后袋276是壳体主体248的U形部分，其被配置成延伸进入底部68的U形后壁开口200(如图11和15所示)。底表面268是搁放在底部68(如图2-5和7-15所示)的底板上的表面。定位槽270和272是与定位锥体184(如图10，11和15所示)接合以在打印头36和底部68之间形成三点定位的往复槽。螺钉槽274是当螺钉140延伸穿过开口188(如图10，11，14和15所示)时用于接收螺钉140的尖端的槽。这样可以在打印头36被插入底部68时防止螺钉140干涉所述三点定位。 

三点定位理想地将打印头36的位置相对应底部68在x-y-z坐标系内固定，此外还可防止滚动、倾斜和偏转定向。例如，底表面268与底部68的底板之间的接触可固定倾斜定向，定位槽270(细长槽)与其中一个定位锥体184之间的啮合可固定滚动和偏转定向，并且定位槽272与其他定位锥体284之间的啮合可固定x-y-z坐标系。 

用于液化器组件294(例如液化器310，长丝管362，和挤出尖端364)适当的液化器组件的例子包括在Swanson等人的名为“用在基于挤出的增材制造系统中的液化器组件”的第12/888,087号美国专利申请；Swanson等人的名为“用基于挤出的增材制造系统构建三维模型的方法”的第12/888,098号美国专利申请；Batchelder等人的第2009/0273122号美国专利申请；Swanson等人的第6,004,124号美国专利；Comb的第6,547,995号美国专利申请；和Labossiere等人的第7,384,255and7,604,470号美国专利中公开的那些。 

如上所述，打印头36和42可以被插入并被载体18的接收器46和48锁定(并且从而提供打印头组件43)。系统10可随后被控制，通过使用熔融沉积造型技术以从打印头36和42挤出和沉积部件和制成材料到工作台14上，以基于层的形式构建3D模型(例如，3D模型24)和支撑结构(例如，支撑结构26)。 

此外，接收器46和48本身被载体框架44以允许接收器46和48(以及打印头36和42)相对于载体框架44沿垂直的z轴通过音圈机构52和54进行受 控制的运动的方式悬挂，同时还防止接收器46和48(以及打印头36和42)相对于载体框架在水平的x-y平面内运动，以及防止滚动、倾斜和偏转运动。这种布置允许音圈机构52和54以对接收器46和48相对于彼此的垂直运动的提供精确控制的方式在较低的活动状态和较高的非活动状态之间肘接接收器46和48(以及打印头36和42)。由此，打印头组件43适于以高分辨率特征构建3D模型(例如3D模型24)和支撑结构(例如支撑结构26)，同时还允许多个打印头(例如，打印头36和42)被可替代地互换。 

如上所述，适用于系统10和打印头组件43的部件和支撑材料包括部件和支撑材料长丝。适于构建3D模型24的部件材料包括聚合物材料和金属材料。在某些实施例中，适合的造型材料包括具有无定形特性的材料，例如热塑性材料，无定形金属材料，和它们的组合。 

适于构建支撑结构26的支撑材料包括聚合物材料。在某些实施例中，适合的支撑材料包括具有无定形特性(例如热塑性材料)并且在3D模型24和支撑结构26被构建完成之后能够理想地从相应的造型材料上移除的材料。 

尽管本实用新型是结合优选实施例加以说明的，但本领域的技术人员将会意识到可以在不背离本实用新型的实质和范围的前提下对形式和细节作出改变。 

Claims (15)

1.一种用在熔融沉积造型系统中的打印头组件，所述打印头组件包括： 

载体，所述载体被所述熔融沉积造型系统的台架机构保持，所述载体被进一步配置成接收能够更换的打印头，其中所述打印头具有料筒组件和液化器泵组件；和 

至少一个悬挂机构，所述至少一个悬挂机构被可操作地连接到所述载体，其中所述载体和所述至少一个悬挂机构被配置成防止被接收的所述打印头相对于所述载体在x-y平面内运动，同时还允许被接收的打印头被可控制地在所述x-y平面之外的维度中运动；和 

肘杆机构，所述肘杆机构被配置成相对于所述载体基本上在x-y平面之外的维度中可控制地移动被接收的所述打印头。 

2.根据权利要求1所述的打印头组件，其中被接收的打印头被可控制地移动的所述x-y平面之外的维度是沿z轴的线性维度。 

3.根据权利要求1所述的打印头组件，其中被接收的打印头(36)被可控制地移动的所述x-y平面之外的维度是枢转维度。 

4.根据权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，所述载体包括载体框架和接收器，并且其中所述接收器是所述载体的被配置成接收所述可更换的打印头的部分。 

5.根据权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，所述肘杆机构包括音圈和被配置成产生磁场的多个磁体，其中所述音圈被设置成至少部分地位于所产生的磁场中。 

6.根据权利要求1所述的打印头组件，还包括编码器组件，其被配置成测量所述打印头相对于所述载体沿所述x-y平面之外的维度的位置。 

7.根据权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，所述打印头包括通风口，并且其中所述打印头组件还包括冷却单元，所述冷却单元被配置成引导空气穿过所述被接收的打印头的通风口。 

8.根据权利要求1所述的打印头组件，还包括控制板，所述控制板被配置成从所述熔融沉积造型系统向被接收的打印头提供电功率。 

9.一种用在熔融沉积造型系统中的打印头，所述打印头包括： 

料筒组件，所述料筒组件被配置成可拆卸地插入到所述熔融沉积造型 系统的载体中，所述载体组件包括： 

导管口，所述导管口被配置为接收长丝导管；和 

至少一个电接口； 

液化器泵组件，所述液化器泵组件延伸进入所述料筒组件并与所述导管口对准；和 

电路板，所述电路板被设置在所述料筒组件内并且可通过所述至少一个电接口接近，其中所述电路板与所述液化器泵组件电通信。 

10.根据权利要求9所述的打印头，其中所述料筒组件还包括用于接收来自外部源的冷却空气的通风口。 

11.根据权利要求9所述的打印头，其中所述料筒组件还包括多个对准部件，所述对准部件被配置为与所述熔融沉积造型系统的载体上的往复对准部件相接合。 

12.根据权利要求9所述的打印头，其特征在于，所述料筒组件从壳体主体和被固定到所述壳体主体的壳体盖导出，并且其中所述导管口和所述至少一个电接口被设置在所述壳体盖中。 

13.根据权利要求9所述的打印头，其中所述电路板被配置成当所述打印头被插入所述载体中时与所述熔融沉积造型系统的控制板通信。 

14.根据权利要求13所述的打印头，其中所述打印头被配置成当所述打印头被插入所述接收器时从所述熔融沉积造型系统接收电功率。 

15.根据权利要求9所述的打印头，其中当所述打印头的料筒组件被插入所述载体时，所述液化器泵组件的一部分在所述载体下方延伸。 

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