TW202039220A - 積層製造的系統、方法及製品 - Google Patents

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安力歐瑪利歐 波盧門柏
湯瑪士馬修 梭納
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Abstract

一種玻璃製品製造系統，包括坩鍋。坩鍋包括機筒和噴嘴。機筒接收原料。平移台位於坩鍋的噴嘴下方。平移台是可移動的。加熱器與噴嘴熱連通，使得由加熱器提供的熱能被傳遞到原料。進料器組件定位在坩鍋的機筒上方，以使進料器組件將玻璃原料進料到機筒中。

Description

積層製造的系統、方法及製品
對於相關申請案的交互參照：本申請案根據專利法規定，主張對於申請於2019年2月13日的美國臨時申請案第62/805,049號的優先權，在此仰賴且併入此美國臨時申請案之內容以作為參考。
本揭示內容大體係關於積層製造系統，更具體地，係關於用於形成玻璃製品的積層製造系統。
常用的積層製造技術，例如填充玻璃顆粒的樹脂的立體平版印刷術，或玻璃顆粒的直接激光燒結，可能難以製造出具有極佳光學透明性的零件，因為玻璃顆粒可能難以燒結至全密度。一種用於塑膠的積層製造技術，稱為熔融沉積模型化（FDM），具有使用纖維而不是粉末作為原料的優勢。在FDM系統中，使用牽引輪將纖維拉入加熱區。將FDM與脆性玻璃纖維一起使用來代替撓性塑膠纖維會導致纖維斷裂。另外，由於撓性玻璃纖維的黏度曲線並不總是與纖維拉伸處理相容，因此並不總是能夠拉伸所需玻璃成分的纖維。習知的擠出技術也同樣不適合用於玻璃產品的積層製造，因為擠出是設計用於更大的直徑，並且可能需要太高的溫度和壓力才能產生所需尺寸的玻璃珠直徑。放置玻璃薄珠的另一種方法，是將玻璃融化在坩鍋中，坩鍋的底部有一個孔。然而，隨著玻璃料流的直徑減小，料流的穩定性也降低，並且料流可能螺旋並屈曲。
根據本揭示內容的一個態樣，揭示一種玻璃製品製造系統，包括坩鍋。坩鍋包括機筒和噴嘴。機筒接收玻璃原料。平移台位於坩鍋的噴嘴下方。平移台可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。加熱器，與噴嘴熱連通，使得由加熱器提供的熱能被傳遞到玻璃原料。加熱器加熱噴嘴附近的玻璃原料以形成玻璃熔池。進料器組件定位在坩鍋的機筒上方，以使進料器組件將玻璃原料進料到機筒中。
根據本揭示內容的另一個態樣，揭示一種玻璃製品製造系統，包括坩鍋。坩鍋包括機筒和噴嘴。機筒接收玻璃原料。平移台位於坩鍋的噴嘴下方。平移台可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。平移台92設有真空保持部分。加熱器，與噴嘴熱連通，使得由加熱器提供的熱能被傳遞到玻璃原料。進料器組件定位在坩鍋的機筒上方，以使進料器組件將玻璃原料進料到機筒中。
根據本揭示內容的另一個態樣，揭示一種玻璃製品製造系統，包括坩鍋。坩鍋包括機筒和噴嘴。機筒接收玻璃原料。平移台位於坩鍋的噴嘴下方。平移台可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。加熱器，與噴嘴熱連通，使得由加熱器提供的熱能被傳遞到玻璃原料。進料器組件定位在坩鍋的機筒上方，以使進料器組件將玻璃原料進料到機筒中。製品的預製部件位於平移台上。來自玻璃原料的熔融玻璃被通過噴嘴擠出並到達製品的預製部件上。
根據本揭示內容的另一個態樣，一種操作玻璃製品製造系統的方法，包括以下步驟：在包括噴嘴的坩鍋內加熱玻璃原料，將玻璃原料作為珠通過噴嘴的孔擠出到預製部件上，並在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個方向上操縱平移台。
藉由參考以下說明書、申請專利範圍和附圖，本領域技術人員將進一步瞭解和理解本揭示內容的這些和其他的特徵、優點和目的。
本文為了說明所使用的用詞「上」、「下」、「右」、「左」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」及其衍生詞，應與圖1中定向的概念有關。然而應理解到，除非明確相反地指出，否則這些概念可以採取各種替代定向。還應理解到，附圖中示出的以及以下說明書中描述的特定裝置和處理，僅僅是所附申請專利範圍中限定的發明構思的示例性具體實施例。因此，與本文揭示的具體實施例有關的特定尺寸和其他物理特性不應被認為是限制性的，除非申請專利範圍另有明確說明。
當前示出的具體實施例主要在於與積層製造系統有關的方法步驟和設備部件的組合。因此，設備部件和方法步驟已經適當地由附圖中的習知符號表示，其僅示出與理解本揭示內容的具體實施例有關的具體細節，以免將本揭示內容與具有本文描述之優勢之習知的為本領域技術人員所顯而易見的細節相混淆。此外，說明書和附圖中相同的元件符號表示相同的元件。
本文所述用詞「和/或」在用於兩個或多個項目的列表中時，表示可以使用所列出的項目中的任何一個，或者可以使用兩個或多個所列出的項目的任意組合。例如，如果組合被描述為包含組分A、B和/或C，則組合可以：單獨包含A；單獨包含B；單獨包含C；A與B的結合；A與C的結合；B與C的結合；或A、B與C的結合。
在本文件中，諸如第一和第二、頂部和底部之類的關係用詞，僅用於區分一個實體或動作與另一實體或動作，而並非必需要求或暗示此類實體或動作之間的任何實際這種關係或順序。用詞「包括」、「包含」或其任何其他變體旨在覆蓋非排他性包含，使得包括一系列要素的處理、方法、製品或設備不僅僅包括那些要素，還可以包括未明確列出或此類處理、方法、製品或設備所固有的其他要素。以「包括」前綴的要素，在沒有更多限制的情況下，並不排除在包括此要素的處理、方法、製品或設備中存在其他相同要素。
本文所使用的用詞「約」，表示數量、尺寸、配方、參數、和其他數量和特性不是並且不必是精確的，但可根據所需而為近似的及（或）更大或更小的、反映容限、轉換因素、四捨五入、測量誤差等等、以及本領域技術人員已知的其他因素。當用詞「約」用於描述範圍的值或端點時，應該瞭解到本揭示內容包括所提及的特定的值或端點。無論範圍的數值或端點是否表示「約」，範圍的數值或端點旨在包括兩個實施方案：一個用「約」修飾，一個不用「約」修飾。 將進一步瞭解到，每個範圍的端點對於另一端點而言都是重要的，並且獨立於另一端點。
本文所使用的用詞「基本上」、「實質上」及其變異，意為表示所說明的特徵係等於或約等於一值或說明。例如「實質上平坦」的表面意為標註為平坦或大約平坦的表面。再者，「實質上」意為標註兩個值係相等或大約相等。在一些具體實施例中，「實質上」可標註在彼此的10%以內（諸如在彼此的5%以內，或在彼此的2%以內）的值。
本文所使用的用詞「該」、「一」、或「一」，表示「至少一個」，且不應被限制為「僅有一個」，除非另外明確說明。因此，例如，對於「一部件」的參照，包含具有兩個或更多個此種部件的具體實施例，除非背景內容清楚說明並非如此。
參照圖1至圖8，描繪了用於製造玻璃製品以及其他部件的積層製造系統20。在一些示例中，系統20可以被稱為玻璃製品製造系統20。系統20包括具有適配器28的支撐結構24。在所描繪的示例中，進料器組件32被定位成朝向支撐結構24的頂部。進料器組件32包括一個或多個馬達36（例如一個或多個伺服馬達）。進料器組件32還包括一個或多個輥40。一個或多個輥40中的每一個可以由一個或多個馬達36中的一個驅動。或者，一個或多個馬達36中的一個可以驅動複數個輥40。在一些示例中，一個或多個輥40中的一個或多個可以是不被一個或多個馬達36中的一個主動驅動的被動輥。坩鍋44位於進料器組件32下方。坩鍋44包括凸緣48、機筒52、轉向節56、噴嘴60和孔64。坩鍋44可以由適配器28保持在支撐結構24上。原料68位於坩鍋44內。系統20還包括加熱器72。加熱器72包括感應單元76和感應線圈80。爐84由支撐結構24支撐。爐84限定出空腔88，坩鍋44延伸到此空腔中。
平移台92位於爐84的空腔88內。平移台92由支撐桿96支撐。支撐桿96可操作地耦接至Z平台100。Z平台100配置成使平移台92在爐84的空腔88內沿Z方向（例如沿著垂直平面）移動。支撐結構24耦接至XY平台104。Z平台100和XY平台104被配置為使平移台92相對於坩鍋44移動。將理解到，平移台92和爐84可以以允許彼此相對運動的多種構型佈置，而不背離本文提供的教示內容。例如，平移台92和/或爐84可以圓形、圓柱形或以笛卡爾坐標或極坐標定義的類似運動來運動。將在下面更詳細地解釋，積層製造系統20包括控制器108，控制器108被配置為調節進料器組件32的進料速率、由加熱器72提供給坩鍋44（以及原料68）的熱量、平移台92和/或坩鍋44相對於彼此的移動、以及爐84的溫度，以形成玻璃製品112（見圖9）。
支撐結構24被配置為在操作期間將系統20的各種部件保持在適當的位置。在一些示例中，支撐結構24可以包括線性滑動件，耦接進料器組件32和/或適配器28，使得可以在Z方向上調節坩鍋44和/或進料器組件32。適配器28可以包括凹槽114，以允許將坩鍋44的凸緣48安置到適配器28上。絕緣體可以包括在適配器28內的凸緣48的兩側，同時確保坩鍋44正確地安置在支撐結構24內。在一些示例中，這些絕緣體可以是由陶瓷或聚合物材料組成的墊圈或纖維毯，以提供對坩鍋44的電絕緣。此外，絕緣體可以在支撐結構20和坩鍋44之間提供熱絕緣。
進料器組件32位於坩鍋44上方。應當理解到，進料器組件32和坩鍋44之間的位置關係，可以根據要製造的玻璃製品112而改變。例如，坩鍋44和進料器組件32可以實質上定位在相同的高度，使得原料68在實質水平的方向上被致動。進料器組件32構造成將原料68輸送或進料到坩鍋44的機筒52中。在一個特定示例中，進料器組件32的輥40以反向旋轉的方式旋轉，使得進料68在坩鍋44的機筒52的方向上前進。輥40的圓周表面可以設置有塗層116，或者另外設置有填充和/或抓握材料，以幫助抓持原料68。例如，輥40的圓周表面可以設置有橡膠塗層，此橡膠塗層為原料68提供一定程度的填充或順應性，以及增加與原料68的摩擦係數。輥40之一可以設置有或稱為速度編碼器120，速度編碼器120在原料68朝坩鍋44前進時記錄和/或提供原料68的線性速度。可以將諸如直徑和/或長度之類的關於原料68的尺寸信息提供給控制器108，控制器108可以根據此尺寸信息藉由參考期望的或預定的擠出速率來確定進給原料68的速率。例如，與速度編碼器120相關聯的輥40的半徑和/或周長以及至少原料68的直徑是已知的。控制器108可以從速度編碼器120獲得旋轉速率，根據與速度編碼器120相關聯的輥40的已知尺寸計算原料68的線性前進速率，並且參考所計算出的原料68的前進速率朝向坩鍋44相對於期望的或其他預定的目標前進速率，此目標前進速度可以被定義為前進速率範圍。在一個特定示例中，控制器108可以監視進料到坩鍋44中的原料68的計算出的輸入體積和/或擠出的原料68的測定出的或計算出的輸出體積。原料68的目標輸入體積可以是每秒5立方毫米（mm3 / s）、每秒10立方毫米（mm3 / s）、每秒15立方毫米（mm3 / s）、每秒20立方毫米（mm3 / s）、每秒25立方毫米（mm3 / s）、每秒30立方毫米（mm3 / s）、每秒35立方毫米（mm3 / s）、每秒40立方毫米（mm3 / s）和/或其組合或範圍。原料68的目標輸出體積可以實質上類似於原料68的目標輸入體積。例如，進料68的目標輸出體積可以在原料68的目標輸入體積的百分之二（2％），百分之五（5％）和/或百分之十（10％）之內。原料68的目標線性速度可以是每秒至少五微米（5μm/ s）、每秒至少十微米（10μm/ s）、每秒至少五十微米（50μm/ s）、至少每秒一百微米（100 µm / s）、每秒至少兩百微米（200 µm / s）和/或其組合或範圍。
根據各種示例，原料68可以包括一種或多種玻璃和玻璃材料。原料68可以形成為直徑大於或等於約1mm、20mm、30mm、40mm、50mm、100mm或大於約125mm的桿。在桿的厚度和可承受的壓縮力方面，可將桿與細絲區分開，因為桿比細絲更粗且可承受更大的壓縮力。例如，儘管細絲在室溫下可能是撓性的，但是原料68的桿示例在室溫下可能不是撓性的，使得由進料器組件32施加的力不會導致原料68的損壞或變形。將理解到，可以基於待製造的玻璃製品112的期望尺寸來調節原料68的桿的直徑。此外，原料68的直徑可以在原料68的長度上不同。在其他示例中，原料68可以由複數個桿（例如，一束）、粉末、複數個細絲、複數個盤（例如，桿的薄片或小切段）、複數個顆粒、複數個珠子和/或其組合。
如上所述，原料68可以由玻璃或玻璃材料形成。原料68的玻璃或玻璃材料可以包括Pyrex®、石英、矽酸鋁玻璃、鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鹼金屬硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃、熔融石英玻璃、耐高熱衝擊的玻璃、具有高工作範圍的玻璃、有色玻璃、摻雜玻璃、透明玻璃、半透明玻璃、不透明玻璃及其組合。將理解到，原料68的組成可以在原料68的長度上改變或變化。例如，可以將具有不同玻璃成分的多個不同的桿裝載到坩鍋44中，使得在將原料68擠出到平移台92上的過程中的不同點處，形成不同玻璃成分。這樣的例子在形成具有不同成分的不同區域的玻璃製品112時可能是有利的。
根據各種示例，原料68的玻璃可以具有長的工作範圍。玻璃的工作範圍定義為與玻璃開始軟化到玻璃太軟而無法控制的溫度相對應的溫度範圍。換句話說，工作範圍是原料68的黏度足夠低而能夠擠出，但是不會低到太為熔融且從噴嘴60滴出的溫度範圍。可以藉由選擇具有不會導致繁重的溫度變化而影響黏度的黏度曲線或工作範圍的玻璃，來指導原料68的玻璃成分的選擇。此外，在玻璃成分的選擇過程中，應注意選擇黏度曲線對溫度變化不太敏感的玻璃，以不會在較短的溫度範圍內（例如小於100°C、小於50°C、低於10°C）發生較大的黏度變化。換句話說，當為原料62選擇玻璃成分時，成分應該不難被加熱至流動狀態，而且也應不難保持為流動狀態或固體狀態。在黏度變化（即，在小溫度範圍內急劇變化的黏度）中包括節點的玻璃成分對於系統20的各種啟動和停止以及順序可能是有利的。原料68的工作範圍可以大於或等於約100℃、150℃、200℃、275℃、300℃、350℃或大於約500℃。在一些示例中，可以將原料68加熱到1000℃、1200℃、1400℃、1600℃、1700℃和/或它們的組合或範圍。例如，可以將原料68加熱到1400℃至1600℃範圍內的溫度，例如1450℃至1575℃範圍內的溫度。當加熱到系統20的操作溫度時，原料68可表現出小於5000泊、小於4000泊、小於3000泊、小於2000泊、小於1000泊、小於800泊、大於600泊、和/或其組合或範圍。
坩鍋44接收原料68。如上所述，坩鍋44包括凸緣48、機筒52、噴嘴60，並限定孔64。機筒52可具有大於或等於約10mm、20mm、30mm、34mm、40mm、50mm、100mm、200mm或500mm的內徑。機筒52可具有大於或等於約1mm、2mm、5mm、10mm、25mm或50mm的厚度。將理解的是，機筒52的厚度可以是用於支撐原料68、承受坩鍋44經受的壓力、以及承受加熱器72提供的溫度的任何可行的厚度。在各種示例中，坩鍋44可以能夠承受大於600℃、大於800℃、大於1000℃、大於1200℃、大於1400℃、大於1600℃、大於1700℃、小於1800℃、小於1900℃、小於2000℃和/或它們的組合或範圍，而不會損壞、變形或以其他方式使坩鍋44不能滿足其預期用途。孔64可以定位在坩鍋44的底部，使得原料68在被加熱（例如熔化或以其他方式加熱到其工作溫度）時可以從孔64被擠出。孔64可具有小於或等於約500mm、125mm、25mm、3mm、1.5mm、0.5mm、或小於約0.1mm的內徑。將理解的是，可以根據玻璃製品112的尺寸（例如，對較大的玻璃製品112選擇較大的孔64以減少製造時間）或基於從孔64擠出的原料68的期望的珠尺寸，來改變孔64的直徑。
機筒52的內徑（例如，噴嘴60的入口）與孔64之間的比例，可以大於或等於大約1、1.5、5、10、20或50。噴嘴60可將孔64限定為多種形狀，包括圓形、正方形、三角形、星形、或擠出的原料68的珠的其他所需形狀。此外，噴嘴60可以是動態的，使得孔64的尺寸和/或形狀可以在系統20的整個處理運行中改變。例如，孔64可以以實質圓形的形狀開始，但是可以在整個處理的部分過程中改變為矩形或三角形的形狀，然後視情況返回到圓形。此外，噴嘴60可包括構造成將原料68擠壓成管或其他中空結構的心軸。複數個熱電偶122可以透過噴嘴60、轉向節56和機筒52附接或以其他方式耦接到坩鍋44，以測量在不同點通過坩鍋44的原料68的溫度。
坩鍋44可由諸如鉑、銠、鋼、不銹鋼和其他金屬的導電金屬形成，其熔融溫度充分高於原料68的工作範圍。在特定示例中，坩鍋44可以由80重量百分比（wt％）的鉑和20 wt％的銠合金形成。坩鍋44可以由熔點大於原料68的軟化點的金屬形成。也可以基於金屬與玻璃的反應性來選擇坩鍋44的金屬。例如，可以使用與原料68不反應的金屬。原料68和坩鍋44材料之間的反應性，可以包括在原料68和坩鍋44的材料之間的離子或元素的轉移，使原料68和/或坩鍋44不適合其預期目的的程度（例如，屬性或特性改變）。
另外地或可替代地，坩鍋44可包括一個或多個插入物124，插入物124位於機筒52和原料68之間。插入物124可以由與坩鍋44不同的材料形成。插入物124可以採取插入坩鍋44中的單獨部件的形式，和/或採取在坩鍋44的內表面上的膜或塗層沉積的形式。藉由分離原料68和坩鍋44材料之間的接觸，使用這樣的插入物124在拓寬可用於坩鍋44的材料（例如，原本可能與原料68反應的金屬）方面可能是有利的。例如，坩鍋44可以由不銹鋼製成，並且位於坩鍋44內部的插入物124或薄膜可以是對原料68具有低反應性的鉑銠合金。也可以基於抗蠕變性來選擇用於坩鍋44的金屬。隨著坩鍋44的溫度升高，坩鍋44暴露於的環境可能導致坩鍋44的應變。因此，可以將具有高抗蠕變性或在高溫下受力時應變敏感性低的材料用於坩鍋44。
根據各種示例，在系統20的處理運行開始時，可以加工插入坩鍋44中的原料68的第一桿，使得原料68的外表面實質上與坩堝44的噴嘴60的內表面匹配，使得熱量可以更有效地從坩鍋44傳遞到原料68。原料68的這種加工可以減少開始生產玻璃製品112所需的時間量。
如上所述，積層製造系統20包括加熱器72。加熱器72包括感應單元76和感應線圈80。感應單元76被配置為向感應線圈80提供交流電，使得感應線圈80可以感應加熱坩鍋44。換句話說，加熱器72與坩鍋44的噴嘴60熱連通。然後，坩鍋44的熱量被傳遞到原料68以加熱原料68。當原料68被擠出到玻璃製品112中時，基於原料68的期望特性，可以在積層製造系統20的過程運行期間改變由感應單元76提供的電量。感應線圈80被描繪為圍繞坩鍋44的轉向節56，但是將理解的是，感應線圈80可以沿著坩鍋44的長度定位在多個位置中。此外，可以沿著坩鍋44利用多個感應線圈80，以便加熱原料68的各個位置。感應線圈80的使用在提供對坩鍋44和原料68的溫度的幾乎瞬時控制方面可能是有利的。在一些示例中，可以在坩鍋44和感應線圈80之間提供傳熱材料，以在坩鍋44和感應線圈80之間提供直接接觸，同時保持允許加熱時坩鍋44膨脹的容限距離。將瞭解到，加熱器72的感應單元76和感應線圈80可以由加熱坩鍋44的其他形式代替。例如，加熱器72可以與火焰加熱系統、紅外加熱系統、電阻線圈加熱系統（例如，鎳鉻合金包裝紙）和其他形式的加熱結合使用或被其取代。
在所描繪的示例中，爐84位於坩鍋44下方。坩鍋44延伸到爐84的空腔88中。將理解的是，坩鍋44可以延伸到爐84中，或者孔64可以與爐子84的入口共面。爐84可以在頂部和底部被密封以將加熱的環境保持在爐84內。爐84的腔88可以填充有惰性氣體（例如，與玻璃製品112或原料68不反應），或者可以填充有典型的大氣氣體。爐84可以保持足夠高的溫度以使玻璃製品112退火，但低於原料68的工作溫度。爐84的溫度可以足夠高以保持擠出的玻璃製品112柔韌性，但又不高到足以允許製品112下垂。在一些示例中，爐84可以設置有一個或多個窗口，通過此窗口可以監視玻璃製品112的生產進度。窗口可以是從爐84的側面切開的孔，爐84可以限定孔，和/或可以在孔中設置觀察窗，使得可以在保持大抵封閉的環境的同時觀察爐84的內部。
平移台92位於爐84的空腔88內。將理解的是，平移台92可以用任何構建表面或基板代替。如上所述，平移台92位於爐84內以接收或接受擠出的玻璃原料68。將瞭解到，可以將部件（例如機械和/或電氣部件）放置在平移台92上並接收原料68，使得玻璃製品112是較大部件的子部件。例如，部件可以是製品（例如，玻璃製品112）的預製部件，此製品接收原料68，從而得到完整的製品。完成的製品可以是不需要大量後期處理的近似淨形或近似最終尺寸的產品。支撐桿96從平移台92的底部延伸穿過空腔88，並從爐84中伸出。支撐桿96與Z平台100耦接，使得平移台92可以在Z方向上升高和降低。此外，支撐結構24與XY平台104耦接，使得噴嘴60和平移台92可相對於彼此在X方向、Y方向和Z方向上移動。根據至少一個替代示例，支撐結構24可以耦接至Z平台100和XY平台104，使得控制器108可以調節坩鍋44相對於平移台92的運動。這樣的例子對於大型玻璃製品112的生產可能是有利的（即，使得不必移動大型玻璃製品112）。在另一替代示例中，平移台92可以耦接至Z平台100和XY平台104，使得控制器108可以調節平移台92相對於坩鍋44的運動。這樣的示例對於較小的玻璃製品112的生產可能是有利的（即，因為相對較大的支撐結構24可以保持靜止）。甚至更進一步，系統20的全部或部分可以放置在爐84內，以生產大型玻璃製品112。
根據一些示例，加熱元件126（圖6）可以定位在平移台92的底部上。加熱元件126可以在平移台92的全部或一部分上延伸。加熱元件126可被配置為加熱平移台92的全部或僅一部分（即，在平移台92上形成熱區和冷區）。如此，平移台92可以形成加熱的構建表面。這種熱區和冷區在製造玻璃製品112時具有優勢，使其在整個結構中具有不同的特性。當原料68從坩鍋44中擠出時，加熱元件126對平移台92的加熱可減少玻璃製品112的熱衝擊體驗。在不包括爐84的積層製造系統20的示例中，或在爐84保持在較低溫度的示例中，加熱元件126的使用可能是有利的。將理解的是，在系統20的商業示例中，平移台92可以是輸送帶或被配置為批量生產玻璃製品112的其他生產線部件的一部分。在這樣的示例中，坩鍋44可以被配置為相對於平移台92移動。
在系統20的操作中，控制器108構造成指示進料器組件32在原料68上施加力，以將原料68移動到坩鍋44中。隨著加熱坩鍋44，將熱量傳遞到原料68。將原料68加熱到其工作範圍內的溫度，使得原料68可以開始流過噴嘴60的孔64。如此，通過坩鍋44的噴嘴60擠出原料68。可以在轉向節56和噴嘴60附近加熱原料68，但是也可以在整個機筒52的多個點處加熱原料68。原料68作為連續的珠離開噴嘴60。然後，原料68接觸平移台92或製品的預製部件，並在擠出時開始「凝結」或冷卻。換句話說，當原料68接觸平移台92或製品的預製部件時，原料68冷卻並增加黏度，直到原料68固化。
在原料珠68接觸平移台92或製品的預製部件之後，平移台92可以開始使用Z平台100和/或XY平台104以三維（3D）方式移動。如上所述，另外或替代地，坩鍋44可相對於平移台92 86移動（例如，用於生產大型玻璃製品112）。隨著平移台92相對於噴嘴60移動，原料珠68開始延伸通過空間（即，並隨著延伸而固化）以形成玻璃製品112。換句話說，原料68在擠出時固化，使得玻璃製品112保持由平移台92和噴嘴60的相對運動產生的形狀。在玻璃製品112的終點，控制器108控制加熱器72以停止坩鍋44的加熱，這又使原料68返回到低於其工作範圍的溫度。原料68和坩鍋44的溫度的相對快速降低，除了消除了可能由進料器組件32施加的力之外，還導致原料68由於負壓而吸回到噴嘴60中。此外，進料器組件32可將原料68向後拉，導致原料68被吸回到噴嘴60中。原料68的這種快速溫度變化和回捲可以幫助開始和停止材料流動，並在製品終點減少或消除「毛邊」或從玻璃製品112朝著噴嘴60延伸的細小物料束。此外，除了溫度和/或壓力的變化之外，噴嘴60在運行結束時（相對於成形的玻璃製品的終點）的快速運動，還可以從玻璃製品112的終點去除毛邊。控制器108可共同控制進料器組件32和平移台92，以由單個連續的原料68珠、由重疊放置的複數個原料68珠、或它們的組合，來產生玻璃製品112。在擠出和/或爐84的較高溫度下，原料68的珠可以合併成無縫的、光學透明的多層結構。
進一步參考圖1至圖8，在各種示例中，系統20包括坩鍋44，坩鍋44包括機筒52和噴嘴60。機筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移台92位於坩鍋44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本揭示內容不限於此。平移台92可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱能被傳遞到原料68。在各種示例中，加熱器72加熱靠近噴嘴60的原料68以形成熔池（例如玻璃的熔池）。熔池不同於原料68的軟化狀態。例如，可以藉由將坩鍋44和/或原料68加熱到大於與原料68的軟化區域相關的溫度範圍的溫度來實現熔池。與加熱到其軟化區的原料68相比，熔池可以在原料68的較低黏度下進行印刷或擠出。在一些示例中，可藉由重力、流體動力壓力和熔融原料68的黏度（例如玻璃原料的玻璃黏度）中的至少一項，將原料68的熔融部分（例如熔池）擠出噴嘴60。在所描繪的示例中，進料器組件32位於坩鍋44的機筒52上方，使得進料器組件32將原料68進料到機筒52中。在各種示例中，控制器108被配置為基於與要生產的製品的三維形狀有關的輸入資料，為系統20生成一個或多個運動指令。例如，控制器108可以被配置為基於與期望的或將要產生的製品的三維形狀有關的輸入資料，來生成用於平移台92的一個或多個運動指令。然而，可以預期的是，噴嘴60可以相對於平移台92移動，而不是平移台92相對於噴嘴60移動，或者可以將噴嘴60的移動與平移台92的移動結合起來，以用於製品的生產。在各種示例中，與製品的三維形狀有關的輸入資料可以是電腦輔助設計（CAD）檔案，並且由控制器108生成的移動指令（例如對於平移台92）可以是G代碼（G-code）檔案。在一些示例中，平移台92可以包括真空保持部分128。真空保持部分128可以包括由平移台92和輸送管線132限定的通道130。平移台92的真空保持部分128可以向平移台92的表面134的至少一部分提供負壓，從而可以將構建板保持在平移台92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負壓可以是0kPa、-5kPa、-10kPa、-15kPa、-20kPa、-25kPa、-30kPa和/或它們的組合或範圍。保留在平移台92上的構建板可以是製品136的預製部件。在一些示例中，製品136的預製部件可以是具有顯示品質的玻璃製品。在各種示例中，由系統20生產的玻璃製品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預製部件，而凸起部144可以是從系統20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在凸起部144的擠出之前被擠出。換句話說，就時域而言（即，按時間順序），可以在凸起部144的擠出或印刷之前擠出或印刷基部140。在各種示例中，玻璃製品112可以是實質上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無縫或近乎無縫的方式彼此整合。
再次參照圖1至圖8，在一些示例中，系統20包括坩鍋44，坩鍋44包括機筒52和噴嘴60。機筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移台92位於坩鍋44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本揭示內容不限於此。平移台92可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。在各種示例中，平移台92可以設置有真空保持部分128。平移台92的真空保持部分128可以向平移台92的表面134的至少一部分提供負壓，從而可以將構建板保持在平移台92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負壓可以是0kPa、-5kPa、-10kPa、-15kPa、-20kPa、-25kPa、-30kPa和/或它們的組合或範圍。在各種示例中，保持在平移台92上的構建板可以是製品136的預製部件。在一些示例中，製品136的預製部件可以是具有顯示品質的玻璃。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱能被傳遞到原料68。在所描繪的示例中，進料器組件32位於坩鍋44的機筒52上方，使得進料器組件32將原料68進料到機筒52中。在各種示例中，加熱器72加熱靠近噴嘴60的原料68以形成熔池（例如玻璃的熔池）。熔池不同於原料68的軟化狀態。例如，可以藉由將坩鍋44和/或原料68加熱到大於與原料68的軟化區域相關的溫度範圍的溫度來實現熔池。與加熱到其軟化區的原料68相比，熔池可以在原料68的較低黏度下進行印刷或擠出。在一些示例中，可藉由重力、流體動力壓力和熔融原料68的黏度（例如玻璃原料的玻璃黏度）中的至少一項，將原料68的熔融部分（例如熔池）擠出噴嘴60。在一些示例中，控制器108被配置為基於與要生產的製品的三維形狀有關的輸入資料，為系統20生成一個或多個運動指令。例如，控制器108可以被配置為基於與期望的或將要產生的製品的三維形狀有關的輸入資料，來生成用於平移台92的一個或多個運動指令。然而，可以預期的是，噴嘴60可以相對於平移台92移動，而不是平移台92相對於噴嘴60移動，或者可以將噴嘴60的移動與平移台92的移動結合起來，以用於製品的生產。在各種示例中，與製品的三維形狀有關的輸入資料可以是電腦輔助設計（CAD）檔案，並且由控制器108生成的移動指令（例如對於平移台92）可以是G代碼（G-code）檔案。在各種示例中，由系統20生產的玻璃製品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預製部件，而凸起部144可以是從系統20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話說，就時域而言（即，按時間順序），可以在凸起部144的擠出或印刷之前擠出或印刷基部140。在各種示例中，玻璃製品112可以是實質上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無縫或近乎無縫的方式彼此整合。
進一步參考圖1至圖8，在各種示例中，系統20包括坩鍋44，坩鍋44包括機筒52和噴嘴60。機筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移台92位於坩鍋44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本揭示內容不限於此。平移台92可以在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上移動。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱能被傳遞到原料68。在所描繪的示例中，進料器組件32位於坩鍋44的機筒52上方，使得進料器組件32將原料68進料到機筒52中。製品136的預製部件可定位在平移台92上，在此處，原料68的熔融部分（例如，熔融玻璃原料）通過噴嘴60擠出並到達製品136的預製部件上。在各種示例中，平移台92可以包括真空保持部分128。平移台92的真空保持部分128可以向平移台92的表面的至少一部分提供負壓，從而可以將構建板保持在平移台92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負壓可以是0kPa、-5kPa、-10kPa、-15kPa、-20kPa、-25kPa、-30kPa和/或它們的組合或範圍。在各種示例中，保持在平移台92上的構建板可以是製品136的預製部件。在一些示例中，製品136的預製部件可以是具有顯示品質的玻璃。在一些示例中，加熱器72可以在噴嘴60附近加熱原料68（例如玻璃原料）以形成原料68的熔池（例如玻璃熔池）。在各種示例中，可以藉由將坩鍋44、原料68和/或熔池加熱到高於原料68的軟化區的溫度，來完成熔池的形成。由熔池提供的原料68的熔融部分，可以藉由熔池的重力、流體動力壓力和黏度中的至少一項而從噴嘴60擠出。在各種示例中，控制器108被配置為基於與要生產的製品的三維形狀有關的輸入資料，為系統20生成一個或多個運動指令。例如，控制器108可以被配置為基於與期望的或將要產生的製品的三維形狀有關的輸入資料，來生成用於平移台92的一個或多個運動指令。然而，可以預期的是，噴嘴60可以相對於平移台92移動，而不是平移台92相對於噴嘴60移動，或者可以將噴嘴60的移動與平移台92的移動結合起來，以用於製品的生產。在各種示例中，與製品的三維形狀有關的輸入資料可以是電腦輔助設計（CAD）檔案，並且由控制器108生成的移動指令（例如對於平移台92）可以是G代碼（G-code）檔案。在各種示例中，由系統20生產的玻璃製品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預製部件，而凸起部144可以是從系統20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話說，就時域而言（即，按時間順序），可以在凸起部144的擠出或印刷之前擠出或印刷基部140。在各種示例中，玻璃製品112可以是實質上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無縫或近乎無縫的方式彼此整合。
現在參考圖7至圖9，描繪了由系統20製造的玻璃製品112的示例。根據各種示例，玻璃製品112可以是實質上透明的和/或無色的。對於可見光，玻璃製品112可具有大於約60％、70％、80％、90％或大於約99％的透明度。玻璃製品112由彼此鄰近地擠出以形成玻璃製品112的一個或多個珠組成。例如，玻璃製品112可包括延伸通過三維空間的單個珠或彼此堆疊的單個或多個珠。
習知的積層製造系統通常利用一種或多種短效材料來形成支撐結構。在形成製品之後，可以將短效材料蝕刻、熔化和/或燃燒掉，以形成自支撐角α。本文揭示的系統20可能能夠在不使用短效材料和/或支撐結構的情況下形成製品。玻璃製品112可表現出小於約135°、90°、45°、10°或小於約1°的彎曲或方向改變。將理解的是，玻璃製品102的彎曲或方向變化可以在大約0.1°至大約359°之間。
在示例中，玻璃製品112可以由佈置成堆疊的複數個玻璃珠形成，以形成三維玻璃製品112。在這樣的示例中，每個珠可以融合到相鄰的珠子上。將理解的是，儘管被描述為複數個珠，但是玻璃製品112可由折疊或引導回其自身上的單個連續珠形成。珠可以在珠的長度上或在複數個點處彼此融合。在這樣的示例中，玻璃製品112可以通過熔融珠的堆疊而實質上是透明的。如上所述，擠出的原料68的珠可流入相鄰的珠之間形成的縫隙中，這可增強玻璃製品112的透明度（例如，由於消除了珠之間的空隙）。此外，玻璃製品112可在玻璃製品112內限定通過放置原料68的珠形成的一個或多個空隙。如上所述，藉由將噴嘴60定位或拖動到原料68的先前放置的珠中，相對於習知的玻璃積層製造技術，可以使玻璃製品112的堆疊容限最小化。玻璃製品112可具有多種構造。例如，玻璃製品112可以形成玻璃封裝裝置（例如，用於電子裝置）、流動反應器或具有保形冷卻通道的鼻錐。玻璃製品112可以實質上或完全沒有氣泡，並且可以具有複雜的設計。如上所述，玻璃製品112的成分可以在整個堆疊中變化（即在多個珠或堆疊的單個珠的示例中變化）和/或在各個珠之間變化。
使用本文提供的揭露內容可以獲得多種優點。首先，積層製造系統20可以生產玻璃製品112，玻璃製品112實質上是透明的、無氣泡的並且具有複雜的設計。其次，爐84的使用可以防止玻璃製品112中的熱致捲曲，並且可以防止玻璃製品112遭受熱衝擊。第三，可以在玻璃製品112中形成包括管的複雜設計。第四，系統20的改善的啟動/停止控制，導致玻璃製品112的終點處的一致性增加（例如減少了「毛邊」的產生）。減少毛邊的存在，可以允許形成更美觀和複雜的製品112。第五，系統20可以將原料68的珠擠出到現有部件上，以形成此部件的玻璃部分。第六，原料68的成分和/或性質（例如顏色、透明性、抗熱衝擊性等）可在整個處理過程中改變，使得玻璃製品112的不同部分表現出不同的性質。第七，由於原料68被擠出和固化，可能不需要用於玻璃部件的模具和其他習知的成形技術，這可以節省製造、時間、成本、材料和機械加工。第八，系統20可縮放以藉由改變坩鍋44、噴嘴60和/或進料器組件32的尺寸，來生產幾乎任何尺寸的玻璃製品112。第九，使用原料68的桿實例，代替傳統的細絲，可以在必須為系統20重新裝載更多原料68的時間之間延長操作時間。
在各種示例中，平移台92可以由抓緊組件（例如鑽夾頭、夾緊特徵、虎鉗狀特徵等）代替，抓緊組件利用壓縮力抓緊原料68的一部分。抓緊組件可以向下夾緊在已經離開噴嘴60並冷卻到剛性或凝固狀態的擠出原料68上。一旦冷卻的、擠出的原料68已經被抓緊組件抓住，則當額外的原料68被擠出時，抓緊組件可以被Z平台100和/或XY平台104移動，使得被擠出的原料68承接抓緊組件的運動所賦予的形狀和尺寸。隨著藉由抓緊組件的運動而賦予形狀和/或尺寸，擠出的原料68開始冷卻並變硬，從而保持由抓緊組件的運動賦予的結構關係。例如，控制器108可以將經上傳的CAD檔案轉換成G代碼，此代碼又指示抓緊組件進行的運動。因此，由擠出的原料68承擔的形狀、結構關係和/或尺寸，可以保持為由G代碼指示的形狀，並且最終類似於CAD檔案中的期望結構。這種抓緊組件可以使原料68能夠被擠出，而無需使用讓被擠出的原料68印刷或擠出於其上的平台或基板。可以在比用於印刷或擠出到平移台92上的坩鍋44溫度更低的坩鍋44溫度下，用抓緊組件來產生擠出的原料68製品。例如，坩鍋44的溫度可以在1400℃至1500℃的範圍內。另外，在藉由使用抓緊組件擠出原料68時利用的印刷或擠出速度，可能比在採用平移台92時利用的印刷或擠出速度慢。例如，在採用抓緊組件時所利用的印刷或擠出速度，可以小於或等於每秒一毫米（1 mm/s）。當採用平移台92時所利用的印刷或擠出速度，可以大於1mm/s、大於2mm/s、大於3mm/s、大於4mm/s、大於5mm/s、大於6mm/s、大於7mm/s、大於8mm/s、大於9mm/s、大於10mm/s、大於11mm/s、大於12mm/s、大於13mm/s、大於14mm/s、大於15mm/s、和/或其組合或範圍。注意到，印刷或擠出速度可以根據原料68的成分、加熱到工作溫度時原料68的黏度、和/或沉積的珠或線的寬度而變化。藉由以抓緊組件實例以較低的速度或速率擠出，允許原料68允許至少部分地冷卻和/或凝結，使得擠出的製品保持由抓緊組件的運動賦予的結構。
支撐桿96可設置有定位在支撐桿96與平移台92的下側之間的耦接部分。當使用者期望從使用平移台96過渡到使用替代附件（例如抓緊組件）時，則使用者可以使耦接部分從平移台92和/或支撐桿96鬆開或以其他方式脫離。在一個特定示例中，一旦平移台96被移除，則抓緊組件可以被安裝到支撐桿96上（例如與耦接部分）。在一些示例中，抓緊組件可以是鑽夾頭或類鑽夾頭的組件，其中抓緊部（例如抓緊鉗口或抓緊指狀物）可以在垂直方向和/或水平方向上被致動。例如，抓緊部可以在縮回位置和伸出位置之間移動。當處於縮回位置時，抓緊部可以彼此水平地移位，使得在抓緊部之間限定空間。當處於伸出位置時，抓緊部可以在水平方向上彼此接近或接近，從而減小了在抓握部之間限定的空間。因此，抓緊部可以從縮回位置致動到至少部分伸出的位置，以在由抓緊部限定的空間內抓緊所擠出的原料68。抓緊部在縮回位置和伸出位置之間的致動可以藉由抓緊組件的至少一部分的線性和/或旋轉運動來實現，類似於鑽夾頭。
現在參考圖10，描繪了操作積層製造系統20以生產玻璃製品112（圖9）的示例性方法200。方法200開始於將原料68插入系統20的坩鍋44中的步驟204。相對於步驟204，原料68可以同時或循序地耦接至進料器組件32。接下來，執行加熱坩鍋44內的玻璃原料68的步驟208。如上所述，加熱器72加熱坩鍋44，其繼而加熱坩鍋44內的玻璃原料68。加熱器72將原料68加熱到足夠高的溫度，使得原料68在其工作範圍內。
接下來，執行將玻璃原料68通過噴嘴60擠出到平移台92或製品的預製部件上的步驟212。在步驟212中，進料器組件32可以對原料68施加足夠的力，以使被加熱到其工作範圍的原料68的一部分通過噴嘴60擠出並到達平移台92上。或者，原料68的黏度可以降低到這樣的程度，使得原料68主要藉由重力、流體動力壓力（例如來自額外的熔融原料68）和玻璃黏度中的至少一種而被擠出，而不是藉由進料器組件32施加的主動壓力擠出。將原料68擠出為珠。控制器108可以控制進料器組件32擠出原料68的單個、連續的珠或複數個較小的珠。
接下來，執行移動坩鍋44和平移台92中的至少一個的步驟216。如上所述，控制器108被配置為調節坩鍋44和/或平移台92相對於彼此的位置控制。當原料68從噴嘴60擠出以形成玻璃製品112時，控制器108被配置為移動坩鍋44和/或平移台92。控制器108控制坩鍋44和/或平移台92的位置，使得原料68的珠被放置在平移台92或製品的預製部件上，以構建玻璃製品112。在移動坩鍋44和/或平移台92的同時，控制器108可被配置為將噴嘴60拖動通過先前施加的原料68的珠。可以以小於或等於所沉積的材料層的厚度的大約一半的深度將噴嘴60拖動通過珠。將噴嘴60拖動通過先前沉積的原料68的珠可以是有利的，有助於幫助塗抹先前沉積的原料68的珠子並在彼此重疊的原料68的珠之間產生更好的黏附。珠之間更好的附著力，可能產生更緊密的堆疊容限。
接下來，可以執行使玻璃製品112退火的步驟220。玻璃製品112的退火可以在爐84中進行。玻璃製品112退火的溫度和時間可以由控制器108來調節。
在各種示例中，方法200可以生產玻璃製品112。由系統20生產的玻璃製品112可包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預製部件，而凸起部144可以是從系統20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話說，就時域而言（即，按時間順序），可以在凸起部144的擠出或印刷之前擠出或印刷基部140。在各種示例中，玻璃製品112可以是實質上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無縫或近乎無縫的方式彼此整合。
將理解的是，方法200的步驟可以以任何順序執行、重複、省略和/或同時執行，而不背離本文的教示內容。
現在參考圖11，描繪了操作積層製造系統20以生產玻璃製品112（圖9）的示例性方法300。方法300可以包括加熱包括噴嘴60的坩鍋44內的原料68（例如，玻璃原料）的步驟304。接下來，方法300可以前進到步驟308，將原料68（例如，玻璃原料）作為珠通過噴嘴60的孔64擠出到製品136的預製部件上。然後，同時地和/或循序地，方法300可以執行在X軸、Y軸和Z軸中的至少一個上操縱平移台92的步驟312。在各種示例中，方法300可以包括步驟316：向平移台92的表面134提供負壓，使得物品136的預製部件被保持在平移台92上。在一些示例中，加熱包括噴嘴60的坩鍋44內的原料68的步驟304可以進一步包括：將原料68加熱到高於原料68的軟化區域的溫度的步驟320。在各種示例中，方法300可以進一步包括加熱平移台92的步驟324。在一些示例中，方法300可以進一步包括使藉由操作積層製造系統20而生產的製品（例如，玻璃製品）退火的步驟328。
在各種示例中，方法300可以生產玻璃製品112。由系統20生產的玻璃製品112可包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預製部件，而凸起部144可以是從系統20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話說，就時域而言（即，按時間順序），可以在凸起部144的擠出或印刷之前擠出或印刷基部140。在各種示例中，玻璃製品112可以是實質上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無縫或近乎無縫的方式彼此整合。
將理解的是，方法300的步驟可以以任何順序執行、重複、省略和/或同時執行，而不背離本文的教示內容。
在一些示例中，系統20的第一平移運動，無論是移動坩鍋44還是平移台92，都可以是擦拭(wipe)步驟。例如，隨著原料68開始擠出，平移台92可以移動到坩鍋44的噴嘴60附近的位置。然後，平移台92可以「擦拭」在平移台92的邊緣和/或基部140的不用於最終玻璃製品112的區域上離開噴嘴60的原料68。接下來，平移台92可在噴嘴60下方移動到就緒位置，在此位置處，原料68在基部140的旨在包括在最終玻璃製品112中的區域處擠出到基部140上。擦拭步驟允許製造被印刷或擠出的製品，而不會在玻璃製品112的印刷或擠出開始時無意地沉積或滴入擠出原料68材料。不想要的大沉積物可能表現為需要移除和/或進一步處理玻璃製品112的缺陷。 示例
在圖9中示出使用三維玻璃印刷機（例如系統20）生產的玻璃結構（例如玻璃製品112）的示例。可以看出，在玻璃製品112的生產過程中，擠出的原料68以無縫的方式黏附到基部140（例如，製品136的預製部件）和凸起部144的先前放置或擠出的珠上。此結構由單個連續的玻璃珠穿過三維空間形成，被印刷到製品136的預製部件上。當擠出原料68發生沉積時，層厚度由噴嘴60與基部140（或先前的擠出層）之間的距離確定。在所示的示例中，擠出層的寬度為3mm，各個擠出層的厚度或高度為1mm。沉積層的寬度是坩鍋44的線速度和玻璃流速的函數，其厚度已經由平移台92相對於噴嘴60的位置確定。完成的玻璃製品112以接近最終形狀或接近最終尺寸的製品形式提供。因此，諸如磨削和拋光之類的後期處理步驟被保持在最少，而無需去除大量材料。相反，執行較小的後期處理步驟，使得玻璃製品112在狹窄的尺寸容限內，並表現出期望的光學和/或美學特性。印刷機使用的進給材料（例如，原料68）是Pyrex®玻璃。在所描繪的示例中，製品136的預製部件是具有顯示品質的玻璃，並且玻璃製品112被製造為用於電子裝置（例如智慧型手機、平板電腦、電腦等等）的外殼。藉由使用具有顯示品質的玻璃片，可以減少額外的處理或加工時間（例如拋光），使得不需要對基部140進行拋光或進一步加工，而僅對擠出的凸起部144進行進一步處理，從而當對玻璃製品112進行最終加工時，節省了時間、成本和/或材料。可以將電子裝置的部件組裝在玻璃製品112內，並且頂蓋部分可以關閉或以其他方式密封玻璃製品112的外殼，從而保護電子裝置的組裝後的部件免受碎屑、液體和/或異物的侵入。另外，外殼可以為電子裝置的組裝部件提供額外的保護，使其免受撞擊（例如掉落）的衝擊，同時提供透明或半透明的後表面（當由使用者握持或觀看時），從而可以觀看內部部件，或者各種廣告製造商、提供者或使用者可以展示和/或定制。
熟習此項技術者以及進行或使用本揭示案的人員，可以思及對本領域技藝人士進行修改。因此，應當理解，附圖中示出的和以上描述的具體實施例僅用於示例性目的，而無意於限制本揭示內容的範圍，本揭示內容的範圍由以下申請專利範圍所限定，如根據專利法的原理所解釋的，包括均等論。
本揭示內容為了說明目的所使用的術語「耦接」（以其所有形式：耦接、經耦接、被耦接等等），大抵是指兩個部件（電性的或機械的）彼此直接或間接地接合。這種接合本質上可以是固定的，或本質上是可移動的。可以藉由兩個部件（電性或機械部件）以及任何其他中間部件彼此或與兩個部件一體地形成為單個整體，而實現這種接合。除非另有說明，否則這種接合本質上可以是永久的，或者本質上可以是可移動或可釋放的。
20:積層製造系統 24:支撐結構 28:適配器 32:進料器組件 36:馬達 40:輥 44:輥 48:凸緣 52:機筒 56:轉向節 60:噴嘴 64:孔 68:原料 72:加熱器 76:感應單元 80:感應線圈 84:爐 88:空腔 92:平移台 96:支撐桿 100:Z平台 104:XY平台 108:控制器 112:玻璃製品 114:凹槽 116:塗層 120:速度編碼器 122:熱電偶 124:插入物 126:加熱元件 128:真空保持部分 130:通道 132:輸送管線 134:表面 136:製品 144:凸起部 148:表面 200:方法 300:方法 204-220:步驟 304-328:步驟
以下是附圖中的圖式的描述。附圖不一定按比例繪製，並且出於清楚和簡潔的目的，附圖的某些特徵和某些視圖可以按比例放大或以示意圖示出。
圖1是根據一個示例的積層製造系統的前視圖；
圖2是根據一個示例的積層製造系統的前視圖，示出了進料器組件、坩鍋和原料之間的關係；
圖3是根據一個示例的積層製造系統的側視圖，示出了進料器組件、坩鍋和原料之間的關係；
圖4是根據一個示例的積層製造系統的前視圖，示出了坩鍋、爐和平移台之間的關係；
圖5是根據一個示例的沿著坩鍋的垂直平面截取的坩鍋的橫截面，示出了凸緣、機筒、轉向節和噴嘴；
圖6是根據一個示例的積層製造系統的前視圖，示出了爐內的平移台；
圖7是根據一個示例的積層製造系統的前視圖，示出了在平移台上的製品的預製部件；
圖8是根據一個示例的積層製造系統的前視圖，示出了將原料擠出到製品的預製部件上；
圖9是根據一個示例的藉由積層製造系統生產的玻璃製品的側面透視圖；
圖10是根據一個示例的操作積層製造系統的方法的流程圖；和
圖11是根據另一示例的操作積層製造系統的方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
20:積層製造系統
24:支撐結構
28:適配器
32:進料器組件
36:馬達
40:輥
44:輥
68:原料
72:加熱器
76:感應單元
84:爐
88:空腔
92:平移台
96:支撐桿
100:Z平台
104:XY平台
108:控制器
120:速度編碼器
122:熱電偶

Claims (39)

  1. 一種玻璃製品製造系統，包括： 一坩鍋，該坩鍋包括一機筒和一噴嘴，其中該機筒接收一玻璃原料； 一平移台，該平移台位於該坩鍋的該噴嘴下方，該平移台可在一X軸、一Y軸和一Z軸上移動； 一加熱器，該加熱器與該噴嘴熱連通，使得由該加熱器提供的熱能被傳遞到該玻璃原料，其中該加熱器加熱靠近該噴嘴的該玻璃原料以形成一玻璃熔池；和 一進料器組件，該進料器組件定位在該坩鍋的該機筒上方，以使該進料器組件將該玻璃原料進料到該機筒中。
  2. 如請求項1所述之玻璃製品製造系統，其中將該玻璃熔池加熱至高於該玻璃原料的一軟化區的一溫度。
  3. 如請求項2所述之玻璃製品製造系統，其中該玻璃原料的熔融部分藉由重力、流體動壓和玻璃黏度中的至少一者被擠出該噴嘴。
  4. 如請求項1所述之玻璃製品製造系統，進一步包括： 一控制器，該控制器被配置為基於與一製品的一三維形狀有關的輸入資料生成用於該平移台的運動指令。
  5. 如請求項4所述之玻璃製品製造系統，其中與該製品的該三維形狀有關的該輸入資料是一CAD檔案，並且其中該控制器為該平移台生成的該等移動指令是一G代碼檔案。
  6. 如請求項1所述之玻璃製品製造系統，其中該平移台進一步包括一真空保持部分。
  7. 如請求項6所述之玻璃製品製造系統，其中該平移台的該真空保持部分向該平移台的一表面的至少一部分提供一負壓，從而可以將一構建板保持在該平移台上。
  8. 如請求項7所述之玻璃製品製造系統，其中保持在該平移台上的該構建板是一製品的一預製部件。
  9. 如請求項8所述之玻璃製品製造系統，其中一製品的該預製部件是一具有顯示品質的玻璃。
  10. 一種玻璃製品製造系統，包括： 一坩鍋，該坩鍋包括一機筒和一噴嘴，其中該機筒接收一玻璃原料； 一平移台，該平移台位於該坩鍋的該噴嘴下方，該平移台可在一X軸、一Y軸和一Z軸上移動，且該平移台設有一真空保持部分； 一加熱器，該加熱器與該噴嘴熱連通，使得由該加熱器提供的熱能被傳遞到該玻璃原料；和 一進料器組件，該進料器組件定位在該坩鍋的該機筒上方，以使該進料器組件將該玻璃原料進料到該機筒中。
  11. 如請求項10所述之玻璃製品製造系統，其中該平移台的該真空保持部分向該平移台的一表面的至少一部分提供一負壓，從而可以將一構建板保持在該平移台上。
  12. 如請求項11所述之玻璃製品製造系統，其中保持在該平移台上的該構建板是一製品的一預製部件。
  13. 如請求項12所述之玻璃製品製造系統，其中一製品的該預製部件是一具有顯示品質的玻璃。
  14. 如請求項10所述之玻璃製品製造系統，其中該加熱器加熱該噴嘴附近的該玻璃原料以形成一玻璃熔池。
  15. 如請求項14所述之玻璃製品製造系統，其中將該玻璃熔池加熱至高於該玻璃原料的一軟化區的一溫度。
  16. 如請求項15所述之玻璃製品製造系統，其中該玻璃原料的熔融部分藉由重力、流體動壓和玻璃黏度中的至少一者被擠出該噴嘴。
  17. 如請求項10所述之玻璃製品製造系統，進一步包括： 一控制器，該控制器被配置為基於與一製品的一三維形狀有關的輸入資料生成用於該平移台的運動指令。
  18. 如請求項17所述之玻璃製品製造系統，其中與該製品的該三維形狀有關的該輸入資料是一CAD檔案，並且其中該控制器為該平移台生成的該等移動指令是一G代碼檔案。
  19. 一種玻璃製品製造系統，包括： 一坩鍋，該坩鍋包括一機筒和一噴嘴，其中該機筒接收一玻璃原料； 一平移台，該平移台位於該坩鍋的該噴嘴下方，該平移台可在一X軸、一Y軸和一Z軸上移動； 一加熱器，該加熱器與該噴嘴熱連通，使得由該加熱器提供的熱能被傳遞到該玻璃原料； 一進料器組件，該進料器組件定位在該坩鍋的該機筒上方，以使該進料器組件將該玻璃原料進料到該機筒中；以及 一製品的一預製部件，該預製部件放置在該平移台上，其中來自該玻璃原料的熔融玻璃被經由該噴嘴擠出並到達一製品的該預製部件上。
  20. 如請求項19所述之玻璃製品製造系統，其中該平移台進一步包括一真空保持部分。
  21. 如請求項20所述之玻璃製品製造系統，其中該平移台的該真空保持部分向該平移台的一表面的至少一部分提供一負壓，從而可以將一構建板保持在該平移台上。
  22. 如請求項21所述之玻璃製品製造系統，其中保持在該平移台上的該構建板是一製品的該預製部件。
  23. 如請求項19所述之玻璃製品製造系統，其中一製品的該預製部件是一具有顯示品質的玻璃。
  24. 如請求項19所述之玻璃製品製造系統，其中該加熱器加熱該噴嘴附近的該玻璃原料以形成一玻璃熔池。
  25. 如請求項24所述之玻璃製品製造系統，其中將該玻璃熔池加熱至高於該玻璃原料的一軟化區的一溫度。
  26. 如請求項25所述之玻璃製品製造系統，其中該玻璃原料的熔融部分藉由重力、流體動壓和玻璃黏度中的至少一者被擠出該噴嘴。
  27. 如請求項19所述之玻璃製品製造系統，進一步包括： 一控制器，該控制器被配置為基於與一所需製品的一三維形狀有關的輸入資料生成用於該平移台的運動指令。
  28. 如請求項27所述之玻璃製品製造系統，其中與該製品的該三維形狀有關的該輸入資料是一CAD檔案，並且其中該控制器為該平移台生成的該等移動指令是一G代碼檔案。
  29. 一種操作一玻璃製品製造系統的方法，包括以下步驟： 在包括一噴嘴的一坩鍋內加熱一玻璃原料； 經由該噴嘴的一孔將該玻璃原料作為一珠擠出到一製品的一預製部件上；和 在一X軸、一Y軸和一Z軸中的至少一個方向上操縱一平移台。
  30. 如請求項29所述之操作玻璃製品製造系統的方法，進一步包括以下步驟： 向該平移台的一表面提供一負壓，以便將一製品的該預製部件保持至該平移台。
  31. 如請求項29所述之操作玻璃製品製造系統的方法，其中該加熱包括一噴嘴的一坩鍋內的一玻璃原料的步驟還包括以下步驟： 將該玻璃原料加熱到高於該玻璃原料的該軟化區的一溫度。
  32. 如請求項29所述之操作玻璃製品製造系統的方法，進一步包括以下步驟： 加熱該平移台。
  33. 如請求項29所述之操作玻璃製品製造系統的方法，進一步包括以下步驟： 使該玻璃製品退火。
  34. 一種由請求項1所述之系統形成的玻璃製品，包括： 一基部；和 一凸起部，該凸起部延伸遠離該基部的一表面。
  35. 一種由請求項10所述之系統形成的玻璃製品，包括： 一基部；和 一凸起部，該凸起部延伸遠離該基部的一表面。
  36. 一種由請求項19所述之系統形成的玻璃製品，包括： 一基部；和 一凸起部，該凸起部延伸遠離該基部的一表面。
  37. 一種由請求項29所述之系統形成的玻璃製品，包括： 一基部；和 一凸起部，該凸起部延伸遠離該基部的一表面。
  38. 如請求項34至37中任一項所述之玻璃製品，其中該玻璃製品是實質上透明的。
  39. 如請求項34至38中任一項所述之玻璃製品，其中該基部和該凸起部以一無縫方式整合。
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