TWI616321B - 材料沈積系統、積層製造設備及用於製造三維物品之方法 - Google Patents

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麥可 布雷南
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瑞西恩公司
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Abstract

一種用於積層製造之材料沈積系統，其包括擠壓機及用於量測擠壓機內所容納之構建材料之黏度及/或其他流變性質的量測裝置。量測裝置可將反饋提供至控制器以用於取決於擠壓機內之構建材料之所量測黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數。兩種或多於兩種進給材料可供應至擠壓機，且混合裝置可被建構成混合擠壓機內之進給材料以產生摻合沈積材料。混合裝置可操作地耦接至量測裝置以供在混合期間同時量測材料之黏度及/或其他流變性質。控制器可被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制與材料相關聯之一或多個參數。

Description

材料沈積系統、積層製造設備及用於製造三維物品之方法
本發明大體上係關於積層製造，且更特定言之係關於一種用於藉由積層製造形成三維物件之材料沈積系統。
積層製造為快速成長的技術，其用於快速產生相當準確的三維物件。當前積層製造技術(諸如，熔絲製造(fused-filament fabrication；FFF))典型地藉由使聚合物絲穿過擠壓列印頭中之經加熱噴嘴來實現，其中在塑膠原料通過噴嘴之前或通過噴嘴時塑膠原料被液化，且進給壓力致使材料擠壓穿過噴嘴中之出口孔，從而形成三維物件。
現有FFF系統典型地使用擠壓熱塑性材料之單一長絲的單擠壓列印頭。為了改變待沈積之材料類型或顏色，必須在於擠壓頭中裝載及加熱不同長絲時暫停FFF製程。此可在經沈積材料中產生端接點，該等端接點可導致應力集中，或可造成減小所製造物件之結構能力的冷流線(cold flow line)。
雖然當前FFF沈積系統可在長絲材料通過擠壓列印頭時控制長絲材料之進給速率及溫度，但此類FFF沈積系統缺乏在單一擠壓頭中 混合多種原料材料同時監測並控制擠壓頭中所容納之摻合材料之黏度及/或其他流變性質的能力。
本發明提供一種用於積層製造之材料沈積系統，其包括擠壓頭及用於量測擠壓頭內所容納之構建材料之黏度及/或其他流變性質的量測裝置。量測裝置可將反饋提供至控制器以用於取決於擠壓頭內所容納之構建材料之所量測黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數。
兩種或多於兩種進給材料可供應至擠壓頭，且混合裝置可被建構成混合擠壓頭內之進給材料以產生摻合或合金(alloyed)沈積材料。混合裝置可操作地耦接至量測裝置，量測裝置可在混合期間同時量測進給材料及/或摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質。控制器可被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制與進給材料及/或摻合沈積材料中之每一者相關聯的一或多個參數。舉例而言，控制器可控制諸如溫度、進給速率、流動速率、混合速度等一或多個參數以用於實現待沈積之摻合材料之黏度及/或其他流變性質的變化。
此系統組態實現經改良反饋控制，以用於恰在沈積摻合材料之前或在沈積摻合材料之同時對擠壓頭中所容納之摻合材料之組成及/或性質進行過程內調整。此允許僅藉由單一擠壓機產生具有多種材料或不同材料之可變比率摻合物的三維物件。
更特定而言，藉由同時混合進給材料及量測摻合材料之黏度及/或其他流變性質，可判定並達成所要混合均一程度及/或摻合材料之合金組成。此可藉由將基於進給材料及/或摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性 質(如在混合期間由量測裝置量測)的反饋提供至控制器且隨後調整與各種材料相關聯之參數以達成摻合物之所要性質來實現。當進給材料具於不同組成或具有不同性質(諸如，熔點、熔融黏度、流動性能等)(此使得預測摻合性能尤其困難)時，此類特徵尤其有利。
另外，藉由持續量測並更改擠壓頭內所容納之摻合材料之黏度及/或其他流變性質，可定製或最佳化擠壓珠粒之大小及/或形狀，且可改良擠壓珠粒之稠度。
另外，藉由完全在單一擠壓頭內混合並量測材料，可消除或減少額外組件及流體迴路，從而使此類沈積系統之成本最小化且可能改良構建此類三維物件之速度。
大體而言，例示性材料沈積系統實現對材料、顏色及混合比率之經改良過程內調整或改變，同時僅需要單一擠壓頭且可消除或減少對在沈積製程期間暫停或沖洗之需要，此顯著改良了熔絲製造及其他積層製造系統之能力。
根據本發明之一態樣，一種積層製造設備包括擠壓機，該擠壓機具有用於供應構建材料之輸入通口、用於擠壓構建材料之擠壓通口及插入於輸入通口與擠壓通口之間的用於液化構建材料之腔室。
量測裝置可被建構成量測腔室內所容納之經液化構建材料之黏度及/或其他流變性質。
控制器可被建構成取決於如由量測裝置量測之經液化構建材料的黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數。
根據本發明之一態樣，一種用於積層製造之材料沈積系統包 括：一擠壓機，其具有用於供應兩種或多於兩種進給材料之兩個或多於兩個輸入通口；一混合腔室，其用於接納該兩種或多於兩種進給材料；一混合裝置，其用於在該混合腔室中混合該兩種或多於兩種進給材料以產生一摻合沈積材料；及一擠壓通口，其用於擠壓該摻合沈積材料。
量測裝置可被建構成量測混合腔室中之兩種或多於兩種進給材料及/或摻合沈積材料的黏度及/或其他流變性質。
控制器可被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制與兩種或多於兩種進給材料及/或摻合沈積材料相關聯的一或多個參數。
本發明之實施例可分別或以組合形式包括以下額外特徵中之一或多者。
舉例而言，混合裝置可包括靜態混合機、動態混合機或兩者皆有。
混合裝置可操作地耦接至量測裝置。
舉例而言，混合裝置可直接或間接地與量測裝置連接或可與量測裝置整合在一起。
在一些實施例中，量測裝置可包括用於量測黏度之黏度計。
黏度計可操作地耦接至混合裝置以用於量測在混合兩種或多於兩種進給材料及/或混合摻合沈積材料期間產生之扭轉力。
在一些實施例中，量測裝置可包括用於量測流變性質之流變儀。
舉例而言，混合腔室可為圓柱形，且混合裝置可沿腔室之縱 軸延伸且與混合腔室之內表面間隔開以在其間界定環狀空間。流變儀可操作地耦接至混合裝置以用於量測在環狀空間中混合兩種或多於兩種進給材料及/或混合摻合沈積材料期間產生之扭轉力。
一或多個加熱元件可被建構成加熱兩種或多於兩種進給材料及/或摻合沈積材料。
舉例而言，擠壓機可包括與各別輸入通口相關聯之用於接納兩種或多於兩種進給材料中之一各別者的液化通道或腔室，其中液化通道中之每一者與對應加熱元件熱連通以用於加熱並液化各別進給材料，其中液化通道中之每一者被建構成朝向混合腔室將各別經液化進給材料遞送至下游。
在一些實施例中，擠壓機可包括與混合腔室熱連通以用於加熱摻合沈積材料之加熱元件。
控制器可包括可操作地耦接至一或多個加熱元件以用於取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制兩種或多於兩種進給材料及/或摻合沈積材料之溫度的溫度控制器。
材料沈積系統可包括與進給材料相關聯之用於將各別進給材料進給至擠壓機中的一或多個致動器。
舉例而言，一或多個致動器可包括步進馬達。
控制器可包括可操作地耦接至致動器中之每一者以用於取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制兩種或多於兩種進給材料中之每一者進給至混合腔室中的速率。
控制器可包括被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或 其他流變性質而控制自擠壓通口擠壓之摻合沈積材料的流動速率。
舉例而言，控制器可控制合適的閥調，諸如一或多個流動控制閥門，其設置於流體地連接至擠壓機之材料流動通道中。
控制器可包括被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制混合裝置之速度的混合速度控制器。
進給材料中之一或多者可選自由以下各者組成之群：聚合物、金屬、陶瓷及/或複合物，可以熟知方式選擇該等進給材料以構建所要三維物件。
進給材料中之一或多者可以固化長絲形式提供，或可以可流動形式提供，諸如膠。
進給材料中之一或多者可為呈固化長絲形式之可熱液化材料。
進給材料中之一或多者可取決於材料類型及/或其組成之類型而在預定溫度下固化或液化。
進給材料中之一或多者可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer；ABS)、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)聚(甲基)丙烯酸酯、聚苯碸(polyphenylene sulfone；PPSU)、HDPE、聚醚醯亞胺(polyetherimide；PEI)、聚醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)及聚乳酸(polylactic acid；PLA)。
兩種或多於兩種進給材料中之至少一者可不同於兩種或多於兩種進給材料中之另一者以用於產生不同的摻合合金組成物。
積層製造設備可包括構建平台及根據前述描述之材料沈積 系統。
根據本發明之另一態樣，一種用於形成三維物品之方法包括：(i)以固化形式將兩種或多於兩種可熱液化進給材料供應至可移動擠壓頭；(ii)將兩種或多於兩種進給材料液化成可流動狀態；(iii)在擠壓頭中混合兩個或多於兩個可流動進給材料以產生可流動摻合沈積材料；(iv)量測兩種或多於兩種可流動進給材料或可流動摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質；(v)取決於兩種或多於兩種可流動進給材料或可流動摻合沈積材料之所量測黏度及/或其他流變性質而控制與兩種或多於兩種可流動進給材料及/或可流動摻合沈積材料相關聯之一或多個參數；及(vi)自擠壓頭施配可流動摻合沈積材料。
以下描述及隨附圖式闡述本發明之某些說明性實施例。然而，此等實施例僅指示可使用本發明原理之各種方式中的幾種。當結合圖式考慮時，根據本發明之態樣的其他目標、優點及新穎特徵將自以下詳細描述變得顯而易見。
10‧‧‧材料沈積系統
12‧‧‧擠壓機
14‧‧‧量測裝置
15‧‧‧製造裝置
16‧‧‧控制器
18‧‧‧第一輸入通口
19‧‧‧歧管
20‧‧‧第二輸入通口
22‧‧‧擠壓通口
24‧‧‧腔室
26‧‧‧進給材料
28‧‧‧進給材料
30‧‧‧混合裝置
32‧‧‧摻合沈積材料
34‧‧‧致動器
35‧‧‧致動器
36‧‧‧加熱元件
37‧‧‧加熱元件
38‧‧‧加熱元件
40‧‧‧液化通道
42‧‧‧液化通道
48‧‧‧流動控制閥門
50‧‧‧溫度控制器
52‧‧‧進給控制器
54‧‧‧流動速率控制器
56‧‧‧混合速度控制器
未必按比例繪製之隨附圖式展示本發明之各種態樣。
圖1為橫截面圖形式的包括例示性擠壓機之例示性材料沈積系統的示意圖。
圖2為圖1之例示性材料沈積系統之示意性方塊圖。
圖3為用於控制及沈積材料以用於積層製造三維物件之例示性製程的流程圖。
一種用於積層製造之材料沈積系統，其包括擠壓機及用於量測擠壓機內所容納之構建材料之黏度及/或其他流變性質的量測裝置。量測裝置可將反饋提供至控制器以用於取決於擠壓機內之構建材料之所量測黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數。兩種或多於兩種進給材料可供應至擠壓機，且混合裝置可被建構成混合擠壓機內之進給材料以產生摻合沈積材料。混合裝置可操作地耦接至量測裝置以供在混合期間同時量測材料之黏度及/或其他流變性質。控制器可被建構成取決於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制與進給材料及/或摻合沈積材料相關聯之一或多個參數。
應理解，本發明之原理尤其適用於用於熔絲製造(fused-filament fabrication；FFF)(亦被稱作熔融沈積模型化(fused-deposition modeling；FDM))之材料沈積系統，且因此在下文主要在此上下文中描述本發明之原理。亦應理解，本發明之原理可適用於用於積層製造之其他材料沈積系統，在該等材料沈積系統中，需要基於量測擠壓頭內之材料之黏度及/或其他流變性質而提供反饋控制，且特定而言需要經改良反饋控制，以用於在沈積之前或在沈積之同時調整擠壓頭中所容納之摻合或合金材料之性質。
參看圖1，展示例示性材料沈積系統10。大體而言，材料沈積系統10包括用於施配構建材料之擠壓機12、被建構成量測擠壓機12內所容納之構建材料之黏度及/或其他流變性質的量測裝置14及被建構成取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數的控制器16。
擠壓機12可包括一或多個輸入通口或通道(例如，第一輸入通口18及第二輸入通口20)、擠壓通口22或噴嘴及插入於輸入通口18、20與擠壓通口22之間的用於容納構建材料之腔室24。
每一輸入通口18、20可接納供應至腔室24之進給材料26、28(例如，構建材料)。輸入通口18、20可設置於擠壓機12之歧管19中，歧管19界定用於將材料26、28供應至腔室24之通道。將理解，雖然展示兩個輸入通口，但可使用任何數目個通口及任何對應數目個進給材料。
在所說明之實施例中，以長絲形式(長絲)提供進給材料26、28以用於進入各別輸入通口18、20。進給材料26、28中之一或多者可包括固化聚合材料，諸如熱塑性材料，進給材料26、28可取決於材料之類型及組成以及此項技術中熟知的其他因素而在預定溫度下固化或液化。
在所說明之實施例中，腔室24建構成混合腔室24，且擠壓機12進一步包括安置於混合腔室24中之混合裝置30。混合裝置30可被建構成在混合腔室24中混合進給材料26、28以產生摻合沈積材料32。進給材料26、28中之至少一者可不同於進給材料26、28中之另一者以用於產生摻合沈積材料32之不同組成物，其中混合比率由供應至混合腔室24之長絲(或輸入材料(若其不呈長絲形式))之質量或體積進給速率可控制地判定。將理解，雖然進給材料26、28被展示且描述為聚合物絲，但可使用其他類型及形式之進給材料。大體而言，可取決於待製造之三維物件的所要特徵而以合適方式選擇進給材料26、28以產生摻合沈積材料32，如將藉由以下描述進一步理解。
量測裝置14可被建構成量測混合腔室24中之進給材料26、 28及/或摻合沈積材料32的黏度及/或其他流變性質。控制器16可被建構成取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制與進給材料26、28及/或摻合沈積材料32相關聯之一或多個參數。摻合沈積材料32可被用作構建材料，摻合沈積材料32可擠壓穿過擠壓通口22以用於沈積及製造三維物件。
應理解，材料沈積系統10可被用作積層製造系統或設備之一部分。積層製造設備亦可包括框架、構建平台、垂直運動(Z)驅動系統、橫向運動(Y)驅動系統及正交橫向運動(X)驅動系統，該等裝置以此項技術中熟知的合適方式起作用。舉例而言，構建平台可經由Z驅動器及Y驅動器相對於框架移動，且擠壓機12(亦被稱作擠壓頭)可經由X驅動器相對於框架移動。許多其他組態係可能的，包括構建平台為靜止且擠壓頭在兩個或三個驅動軸上移動之系統。本文中所描述之材料沈積系統10可適用於能夠使用經由管道或通道進給之材料原料的幾乎任何積層製造系統組態。
材料沈積系統10可包括與進給材料26、28相關聯之用於經由輸入通口18、20朝向腔室24進給各別進給材料的一或多個致動器34、35。致動器34、35可包括可以此項技術中熟知的合適方式選擇之馬達，諸如步進馬達。致動器34、35可取決於系統要求而藉由指定進給力及進給速率經由輸入通口18、20朝向腔室24傳送各別進給材料26、28，且可經個別控制以將進給材料中之一或多者供應至腔室24。在所說明之實施例中，展示與各別進給材料26、28相關聯之兩個致動器34、35，然而其他數目個長絲及致動器亦係可能的。舉例而言，具有3種、4種、5種、6種或更多 進給材料及致動器之系統同樣可行。可在移動擠壓機12及/或構建平台時沈積摻合沈積材料32。可按需要以形狀及層沈積摻合沈積材料32以建構幾乎任何所要三維形狀之部分。如下文將進一步詳細描述，以任何組合或比率混合材料及/或顏色同時監測摻合物之黏度及/或其他流變性質的能力極大地增強了此類製造系統之能力範圍。
材料沈積系統10亦可包括被建構成加熱及/或液化進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之一或多個加熱元件36、37、38(或可與一或多個加熱元件36、37、38熱連通)。如本文中所使用，術語「液化(liquefied)」或「液化(liquefication)」包括加熱至一溫度或維持在一溫度下，該溫度高於正經加熱之材料之熔點(或玻璃轉變溫度)以用於實現材料之可流動或流體狀態。
在圖1之所說明實施例中，擠壓機12可包括與各別輸入通口18、20相關聯之用於接納各別進給材料26、28的液化通道40、42或腔室。大體而言，液化通道40、42中之每一者可與對應加熱元件36、37熱連通以用於加熱及/或液化各別進給材料26、28。液化通道40、42可與腔室24共同延伸，或液化通道40、42可朝向輸入通口18、20延伸超出腔室24，使得進給材料26、28很可能在其進入腔室24之前熔融，或使得進給材料26、28在進入液化通道或腔室24時更接近其各別液化溫度。液化通道40、42可被建構成朝向混合腔室24將各別液化進給材料26、28遞送至下游。
替代或另外地，擠壓機12可包括與混合腔室24熱連通以用於在進給材料26、28進入腔室24時加熱及/或進一步液化進給材料26、28或用於將摻合沈積材料32加熱至指定溫度的加熱元件38。
混合裝置30安置於混合腔室24內以用於在進給材料26、28進入腔室24時混合可流動(例如，液化)進給材料26、28。在所說明之實施例中，混合腔室24為圓柱形，且混合裝置30沿腔室24之縱軸延伸，且與混合腔室24之內表面間隔開以界定容納進給材料26、28及摻合沈積材料32之環狀空間。以此方式，當由混合裝置30在環狀空間中混合進給材料26、28以產生摻合沈積材料32時，迫使材料朝向擠壓通口22向下(如圖1中所見)穿過環狀空間。
混合裝置30可包括靜態混合機、動態混合機，或可包括靜態及動態混合兩者之特徵。舉例而言，混合裝置30可包括在進給材料26、28之流動路徑內具有一或多個擋板的靜態混合機。如本文中所使用之術語「擋扳(baffle)」意欲描述自輸入通口18、20至擠壓通口22之流動路徑內的任何隆凸、橫向部件、指狀物(finger)或其他實體特徵，擋板以促進混合兩種進給材料26、28之方式分流或改變流動。擋板可包括沿腔室24之內壁的螺旋形脊或其他扭轉誘導元件以朝向擠壓通口22向下旋流進給材料26、28。多種幾何組態可用於此類螺旋形脊，包括各種間距(自一個轉角至下一轉角之距離)及各種高度(脊突出至構建腔室中之量)。靜態混合元件可自線、薄片金屬或此項技術中熟知的一些其他材料或製程形成。
替代或另外地，混合裝置30可為用於提供進給材料26、28之主動混合技術的動態混合機。舉例而言，動態混合機可具有可繞中心軸旋轉之中心轉軸，且可具有用於剪切進給材料26、28以產生摻合材料32之混合葉片或螺旋狀螺旋式結構。可提供多種動態混合裝置，諸如螺旋狀葉片混合機、換罐混合機(change can mixer)、雙臂捏合混合機、連續混合 機、單螺桿擠壓機、班伯里混合機、犁式混合機(plow mixer)、帶式混合機、錐形螺桿混合機、雙螺桿擠壓機(例如，相切反向旋轉、嚙合反向旋轉、嚙合同向旋轉)、法勞連續混合機，該等動態混合裝置可經單獨或組合使用以促進混合進給材料26、28。類似地，可提供許多混合增強器以改良此等主動混合，諸如平行中斷混合螺紋、環狀障壁、混合銷、馬多克(Maddock)混合截面、六葉混合螺桿、捏合槳葉等。前述中之任一者可經有效地調適以提供混合腔室24內之進給材料26、28的動態混合。
如上文所論述，量測裝置14可被建構成量測混合腔室24中之進給材料26、28及/或摻合沈積材料32的黏度及/或其他流變性質。量測裝置14可包括用於量測黏度及/或其他流變性質之設備、裝置及機器，包括(藉助於實例)控制器(諸如，應變控制器)、可程式化處理器、電腦，或多個控制器、處理器或電腦。
在一些實施例中，量測裝置14可建構成用於量測可流動材料26、28、32之黏度的黏度計。黏度計可為被建構成量測在已知速度下使可流動材料中之物件轉向所需之扭力的旋轉黏度計。更特定而言，黏度計可操作地耦接至混合裝置30以用於量測在混合進給材料26、28以產生摻合沈積材料32期間產生之扭轉力(直接或間接地)。
如本文中所使用，「可操作(operative)」或「可操作(operable)」耦接或實體「可操作地耦接(operatively coupled)」所藉以之耦接為實體以使得實體可如預期執行之方式連接或耦接的耦接。可操作耦接可為直接耦接或連接，或一或多個中間實體協作或以其他方式為連接之部分或在可操作耦接之實體之間的間接耦接或連接。
在一些實施例中，混合裝置30可建構成具有可操作地耦接至黏度計之主軸之中心轉軸的動態混合機。混合裝置30之中心轉軸及黏度計之主軸可由黏度計之馬達(諸如，步進馬達或伺服馬達)以旋轉方式驅動。回應於對剪切可流動材料(例如，26、28、32)之阻力，扭力可施加至動態混合機，且黏度計之感測器可操作地耦接至主軸，且/或動態混合機可用於量測此扭力(直接或間接地)。黏度計之處理器或控制器可將所量測扭力轉換成可用於判定所量測材料之黏度的剪應力值。以此方式，混合裝置30可被視為代替典型地連接至習知旋轉黏度計中之主軸的「轉子(rotor)」或「測錘(bob)」。因而，即使混合裝置30可操作地耦接至黏度計，亦應理解，術語「可操作地耦接(operatively coupled)」亦可意謂混合裝置30可與量測裝置14整合在一起以構成黏度計自身之一部分，例如，代替如上文所描述之習知黏度計中之轉子；或混合裝置30可與量測裝置14整合在一起以構成黏度計之由黏度計馬達驅動的整個主軸組合件。
應理解，黏度計及/或混合裝置之各種組態係可能的。舉例而言，對於較精確的黏度量測，可通常藉助於驅動黏度計之電馬達的功率消耗來進行扭力量測，使得高速微處理器可量測來自數位編碼器的主軸或轉軸之速度，以計算在恆定速度下驅動主軸或轉軸所需之電流。在此情況下，驅動馬達所需之電流與所量測之材料的黏度成正比。對於較簡單且廉價的設備，彈簧或扭轉元件(例如線圈彈簧或彈簧線)可用於量測扭力，諸如在典型布洛克菲爾德型(Brookfield-type)黏度計中。此類扭轉元件可展現可由感測器(例如，電容式感測器)量測之偏轉路徑或偏轉角度，且所量測偏轉角度與用於計算黏度之所施加力或扭力成正比。前述中之任一 者可有效地適應於混合裝置30及/或黏度計以用於量測黏度。
替代或另外地，量測裝置可包括用於量測可流動材料(例如，26、28、32)之流變性質的流變儀。流變儀可為被建構成量測在已知速度下使可流動材料中之物件轉向所需之扭力的旋轉或剪切型流變儀。舉例而言，流變儀可經調適為原生應變控制儀器(控制並施加使用者定義之剪應變，此剪應變就可量測所得剪應力)或原生應力控制儀器(控制並施加使用者定義之剪應力並量測所得剪應變)。更特定而言，流變儀可操作地耦接至混合裝置30以用於量測在混合兩種或多於兩種進給材料及/或混合摻合沈積材料期間產生之扭轉力(直接或間接地)。
舉例而言，混合裝置30可建構成具有沿混合腔室24之縱軸延伸之中心轉軸的動態混合機。動態混合機可與混合腔室24之內圓柱壁間隔開以界定容納並混合可流動材料(例如，26、28、32)之環狀空間。混合腔室24之內圓柱壁可建構成為套管，該套管可相對於混合裝置30旋轉地位移，且可操作地耦接至流變儀以量測(直接或間接地)作用於套管之力及/或套管之位移。混合裝置30之中心轉軸可由流變儀之馬達在經設定速度下以旋轉方式驅動，此判定環狀空間內部之剪切率。當混合裝置30旋轉並混合時，可回應於環狀空間中之可流動材料之阻力而對套管施加力。流變儀的感測器可操作地耦接至套管以量測此力或扭力(直接或間接地)，且流變儀之處理器或控制器可將所量測力轉換成可用於判定所量測材料之流變性質的剪應力值。以此方式，混合裝置30可被視為代替習知旋轉圓柱流變儀中之中心圓柱。視情況，可提供此中心圓柱，其可與混合腔室24之內圓柱壁間隔開，且可操作地耦接至混合裝置30以用於量測流變性質，類似於習 知旋轉圓柱流變儀。以類似於上文所描述之套管的方式，中心圓柱可操作地耦接至感測器以用於量測待轉換成剪應力值之力或扭力。因而，即使混合裝置30可操作地耦接至流變儀，亦應理解，術語「可操作地耦接(operatively coupled)」亦可意謂混合裝置30可與量測裝置14整合在一起以構成流變儀自身之一部分，例如，代替如上文所描述之習知流變儀中之中心圓柱；或混合裝置30可與混合裝置14整合在一起以構成流變儀之由流變儀馬達驅動的整個中心圓柱組合件。亦應理解，套管可改為在經設定速度下旋轉，且混合裝置30可被建構成量測由環狀空間中之可流動材料施加的力。
藉由黏度計或流變儀量測黏度或其他流變性質之原理為此項技術中熟知的，且可以合適方式在材料沈積系統10中使用除上文所描述之彼等者以外的各種類型之黏度計或流變儀，如一般熟習此項技術者將理解。
參看圖2，展示材料沈積系統10之示意性方塊圖。如上文所論述，控制器(或系統控制器)16可被建構成取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制與進給材料26、28及/或摻合沈積材料32相關聯之一或多個參數。以此方式，控制器16可以連通關係可操作地耦接至一或多個量測裝置14及一或多個製造裝置15。
如本文中所使用，「可操作(operable)」或「可操作耦接(operative coupling)」或實體「可操作地耦接(operatively coupled)」所藉以之連接或耦接可包括可發送或接收信號、實體通信或邏輯通信之耦接。典型地，可操作耦接包括實體介面、電介面或資料介面，但應注意，可操作 耦接可包括足以允許可操作控制之此等或其他類型之連接的不同組合。舉例而言，兩個實體可藉由能夠直接地或經由一或多個中間實體(如，處理器、作業系統、邏輯、軟體或其他實體)彼此傳達信號而可操作地耦接。邏輯或實體通信頻道可用於產生可操作耦接。
如圖2中所展示，量測裝置14可包括被建構成量測進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之黏度或其他流變性質的黏度計及/或流變儀。另外，製造裝置15可包括致動器34及35、加熱元件36、37及38、混合裝置30及視情況選用之一或多個流動控制閥門48中的一或多者，流動控制閥門48可設置於進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之流體流動路徑中。前述實體中之任一者可單獨或以組合形式可操作地耦接至控制器16以用於控制與進給材料26、28及/或摻合沈積材料32相關聯之一或多個參數。
舉例而言，可根據對量測裝置14之分析被有效控制的一個參數為進給材料26、28之進給速率。舉例而言，控制器16可包括可操作地耦接至致動器34及35中之每一者以用於取決於由量測裝置14量測之材料之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制朝向混合腔室24供應之進給材料26及28中之每一者之進給速率的進給控制器52。以下參看圖3之步驟116進一步詳細描述此類特徵。
根據對量測裝置14之分析被有效控制的另一個參數為進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之溫度。舉例而言，控制器16可包括可操作地耦接至加熱元件(例如，36、37及/或38)中之每一者以用於取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制進給材料26、28及/或摻合沈積32之溫度的溫度控制器50。視情況，控制器16及/或溫度控 制器50可操作地耦接至冷卻構件，諸如主動熱電冷卻或熱交換器以用於以類似方式控制進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之溫度。以下參看圖3之步驟118進一步詳細描述此類特徵。
根據對量測裝置14之分析被有效控制的又一參數為混合裝置30(諸如，動態混合機)混合進給材料26、28以產生摻合沈積材料32之速度。舉例而言，控制器16可包括可操作地耦接至混合裝置30以用於取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制混合速度的混合速度控制器56。下文參看圖3之步驟120進一步詳細描述此類特徵。
可根據對量測裝置14之分析被有效控制的另一參數為沈積材料排出擠壓通口22之流動速率。舉例而言，控制器16可包括可操作地耦接至一或多個流動控制閥門48以用於取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制沈積材料排出腔室24之流動速率的流動速率控制器54。下文參看圖3之步驟122進一步詳細描述此類特徵。
應理解，用於取決於摻合物32之黏度及/或其他流變性質而調整進給速率、溫度、流動速率、混合速度等之參數的其他變化係可能的，如一般熟習此項技術者將理解。亦應理解，可取決於由量測裝置量測之材料之黏度及/或其他流變性質而由控制器控制除上文所描述之彼等者以外的其他參數，諸如與進給材料或摻合材料之溫度及/或剪切率相關聯的彼等參數，如一般熟習此項技術者將理解。
參看圖3，展示用於積層製造三維物件之材料沈積系統之例示性基本操作的流程圖。該方法可在步驟100之前由識別物件之模型及/或物件之製造指令開始。物件模型可為共同地指定物件之結構、材料及/或顏 色的任何電腦可讀檔案。此可(例如)包括提供對物件之三維描述的CAD檔案、STL檔案及其類似者。對應於模型之製造指令可為在由積層製造設備或三維印表機執行時導致物件之製造之指令的任何集合。舉例而言，製造指令可包括用於移動至各種x、y、z座標、擠壓構建材料、控制溫度、進給速率、混合速度、流動速率等之一系列指令。
如圖3中所展示，例示性製程始於100處。在步驟102及104處，進給材料中之兩種或多於兩種可供應至擠壓頭，擠壓頭可在x、y、z座標中移動。可以固化形式(例如，熱塑性長絲)提供進給材料，且進給材料可熱液化成可流動或流體狀態。可朝向混合腔室同時或連續供應進給材料。進給材料之進給速率可由一或多個致動器獨立地控制以用於在相對於彼此相同進給速率或不同進給速率下供應。
在步驟106及108處，進給材料可液化成可流動狀態。舉例而言，一或多個加熱器可被建構成將進給材料加熱及/或將進給材料之溫度維持至高於進給材料之熔融溫度(或玻璃轉變溫度)的溫度。進給材料可在進入混合腔室之前被同時或連續加熱。進給材料之溫度可由各別加熱元件獨立地控制以用於加熱至相同溫度或相對於彼此不同溫度。
在步驟110處，可流動進給材料可供應至混合腔室，且可由混合裝置混合以產生可流動摻合沈積材料。進給材料可混合成包括均質或非均質混合物之所要混合均一性。混合裝置可為靜態或動態混合機，如上文所描述。當材料被摻合在一起時，可迫使材料朝向擠壓頭之擠壓通口。
在步驟112處，可由量測裝置量測進給材料及/或摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質。可提供量測裝置中之一或多者。在一些實 施例中，量測裝置可個別地或組合地量測可流動進給材料之黏度及/或其他流變性質。在一些實施例中，量測裝置可個別地或與可流動進給材料組合量測可流動摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質。如上文所論述，量測裝置可操作地耦接至混合裝置(諸如，與混合裝置整合在一起)以用於在混合期間同時量測混合腔室中所容納之材料之黏度及/或其他流變性質。在一些實施例中，量測裝置可建構成黏度計以用於量測黏度。在一些實施例中，量測裝置可建構成流變儀以用於量測流變性質。
在步驟114至122處，控制器可取決於如由量測裝置量測之進給材料或摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質而控制與進給材料及/或摻合沈積材料相關聯之一或多個參數。控制器可以連通關係可操作地耦接至量測裝置及製造裝置中之一或多者，諸如致動器、加熱元件、混合裝置、流動控制閥門等。以此方式，控制器可自量測裝置接收用於指示進給材料及/或摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質的資訊，且可自製造裝置接收用於指示其目前狀態，例如，當前進給速率、溫度、混合速度及/或流動速率等的資訊。控制器可包括諸如溫度控制器、進給速率控制器、流動速率控制器及混合速度控制器之子模組以用於量測並調整相關聯參數，然而，亦應理解，各種控制器可與彼此分離且由系統控制器獨立地控制。應理解，視需要，可同時或結合彼此或連續且與彼此分離地執行以下步驟114至122中之一或多者。
在步驟114處，控制器可自量測裝置接收資訊以判定進給材料及/或摻合沈積材料之所要黏度及/或其他流變性質是否過高或過低。若所量測黏度及/或其他流變性質處於指定層級或在其容限內，則製程將移動至 下文所論述之步驟124。若所量測黏度及/或其他流變性質高於或低於指定層級或超出其容限，則控制器可如步驟116至120所指示而量測並調整一或多個參數。
舉例而言，在步驟116處，控制器可藉由量測進給材料之目前進給速率及基於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質相應地調整進給速率來控制進給速率參數。
藉助於非限制性實例，摻合材料之所量測黏度可指示摻合物中之不同進給材料中之每一者的比率，使得在已知第一進給材料在某一溫度下具有比不同的第二進給材料更高的黏度的情況下，摻合物之所量測低黏度可指示第一進給材料對第二進給材料之較低比率。可操作地耦接至量測裝置之控制器及/或進給控制器可接收與摻合材料之黏度相關的資訊，且可相應地量測並調整進給材料之進給速率。舉例而言，進給控制器可將輸出信號提供至各別致動器以增大第一進給材料之進給速率且減小第二進給材料之進給速率以用於實現摻合物之較高黏度。以此方式，控制器及/或進給控制器可持續監測摻合物之黏度且在連續反饋迴路中量測並調整進給材料之進給速率以便提供所要摻合物組成及/或混合均一性。
在步驟118處，控制器可藉由量測進給材料及/或摻合沈積材料之當前溫度及基於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質相應地調整溫度來控制溫度參數。
藉助於非限制性實例，摻合沈積材料之所量測黏度可指示第一進給材料在某一溫度下具有比第二進給材料更高的黏度，此可影響摻合均一性、沈積速率及/或沈積形狀。可操作地耦接至量測裝置之控制器及/或 溫度控制器可接收與摻合材料之黏度相關的資訊，且可相應地量測並調整進給材料之溫度。舉例而言，溫度控制器可將輸出信號提供至與第一進給材料相關聯之加熱元件以升高第一進給材料之溫度以用於實現摻合物之較低黏度。以此方式，控制器及/或溫度控制器可持續監測摻合物之黏度且在連續反饋迴路中量測並調整進給材料之溫度。
在溫度控制之另一實例中，腔室中之沈積材料之所量測黏度可指示擠壓之沈積速率，或可指示擠壓珠粒之形狀及品質，以及對構建材料之下伏層的適當黏著力。舉例而言，若沈積材料之黏度過低，則擠壓珠粒可能不能夠維持足夠的形狀或形式。可操作地耦接至量測裝置之控制器及/或溫度控制器可接收與腔室中之沈積材料之黏度相關的資訊，且可藉由將輸出信號提供至與腔室相關聯之加熱元件而量測並調整沈積材料之溫度以降低沈積材料之溫度以用於實現較高黏度。以此方式，可定製或最佳化擠壓珠粒之大小及/或形狀，且可改良擠壓珠粒之稠度。
在步驟120處，控制器可藉由量測混合裝置之目前速度及基於由量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質相應地調整速度來控制混合速度參數。
藉助於非限制性實例，摻合沈積材料之所量測黏度可指示摻合沈積材料展現搖變性能，使得較高混合速度可導致摻合物之黏度較低。此可影響摻合均一性、沈積速率及/或沈積形狀。可操作地耦接至量測裝置之控制器及/或混合速度控制器可接收與摻合材料之黏度相關的資訊，且可相應地量測並調整混合裝置之混合速度。舉例而言，若摻合沈積材料展現搖變性能且所量測黏度過低，則混合速度控制器可將輸出信號提供至混合 裝置以減小混合速度以用於實現摻合物之較低黏度。以此方式，控制器及/或混合速度控制器可持續監測摻合物之黏度且在連續反饋迴路中量測並調整混合裝置之速度。
在步驟120處，控制器可藉由量測沈積材料排出擠壓通口之目前流動速率及相應地調整流動速率來控制流動速率參數。
藉助於非限制性實例，腔室中之沈積材料之所量測黏度可指示擠壓之沈積速率，或可指示擠壓珠粒之形狀及品質，以及對構建材料之下伏層的適當黏著力。舉例而言，若沈積材料之黏度過低，則擠壓珠粒可能不能夠維持足夠的形狀或形式。可操作地耦接至量測裝置之控制器及/或流動速率控制器可接收與腔室中之沈積材料之黏度相關的資訊，且可量測並調整一或多個流動控制閥門以增大或減小沈積材料排出擠壓通口之流動速率。以此方式，可定製或最佳化擠壓珠粒之大小及/或形狀，且可改良擠壓珠粒之稠度。
應理解，前述描述不限於呈固化形式(例如，熱塑性長絲)之可熱液化材料，且可適用於取決於待藉由摻合沈積材料製造之三維物件之所要特徵以合適方式選擇的其他材料。
舉例而言，進給材料中之一或多者可包括酸溶性、鹼溶性或水溶性聚合物。舉例而言，進給材料中之一或多者可包括聚合材料，諸如：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer；ABS)、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚苯碸(polyphenylene sulfone；PPSU)、聚乙烯(polyethylene；PE)、高密度聚乙烯(high-density polyethylene；HDPE)、聚醚醯亞胺(polyetherimide；PEI)、聚 醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)、聚乳酸(polylactic acid；PLA)及其他類似聚合物。在一些實施例中，可以可流動形式(諸如，膠)提供進給材料中之一或多者。在一些實施例中，進給材料中之一或多者可包括可經熱處理以固化及硬化材料之熱固性聚合物，諸如環氧樹脂或酚醛樹脂。在一些實施例中，進給材料中之一或多者可包括金屬或金屬合金、陶瓷，或可以複合物形式提供，包括纖維加強複合物。進給材料中之一或多者可取決於材料之類型及組成以及此項技術中熟知的其他因素而在預定溫度下固化或液化。
進給材料中之至少一者可不同於進給材料中之另一者以用於產生摻合沈積材料之不同組成物，其中混合比率藉由供應至混合腔室之長絲(或輸入材料(若其不呈長絲形式))之質量或體積進給速率可控制地判定。舉例而言，進給材料中之一或多者可包括基底材料中之不同類型之成分，諸如彈性體(例如，橡膠)、較硬材料(例如，具有五或大於五之莫氏硬度的陶瓷或材料)、較軟材料(例如，具有小於五之莫氏硬度的礦石或材料)、導電材料(例如，金屬、碳、石墨、石墨烯、碳奈米管等)、加強材料(例如，纖維材料，諸如短切碳纖維或玻璃纖維)、熔劑、潤滑劑、塑化劑、顏料(例如，著色劑)、填充劑及/或其他添加劑。
藉助於非限制性實例，進給材料中之一或多者可包括不同顏色之類似基底材料，該等基底材料可以任何比率混合在一起。若選擇正確的長絲輸入顏色，則可產生幾乎任何所要輸出材料顏色。舉例而言，可使用相同比例之黃色及藍色構建材料來產生綠色構建材料，且可藉由以較大或較小體積或質量速率將黃色進給至混合腔室中來改變色調。另外，亦可 藉由包括透明、金屬或珠光長絲來產生其他外觀相關的效果。藉由監測摻合材料之黏度及/或其他流變性質及調整諸如溫度之參數，相應地，經沈積材料珠粒之大小、形狀及稠度可被最佳化。
在一些實施例中，進給材料中之一或多者可為與彼此類型不同之材料，該等材料與混合裝置混合在一起以產生摻合沈積材料之不同合金組成物。不同類型之材料可為不同組成物及/或具有不同性質，諸如不同的熔點、熔融黏度、流動性能、可混溶性等。舉例而言，進給材料中之一或多者可包括不同類型之聚合物(例如，均聚物)，該等聚合物摻合在一起以產生聚合物合金。實例摻合物可包括將聚碳酸酯(polycarbonate；PC)均聚物與聚酯均聚物(如聚(丁烯對苯二甲酸酯)(poly(butylene terephthalate)；PBT))組合，以得到展現多於每一個別聚合物所能提供之性質的獨特聚合物合金。在此實例中，PC/PBT摻合物可提供良好耐衝擊性(比PBT均聚物自身更佳)及良好耐化學性(比PC均聚物自身更佳)。
藉助於非限制性實例，與各別進給材料相關聯之致動器可經由控制器個別地控制以調整供應不同進給材料之速率。藉由在不同速率下經由輸入通口將不同類型及/或具有不同成分之材料進給至腔室中，所得摻合沈積材料可呈一系列性質。舉例而言，在第一進給材料為PC且第二進給材料為PBT之情況下，可在所選時間進給較大比例之PC組分以使得三維物品之某些部分可具有較大耐衝擊性，而可在其他所選時間進給較大比例之PBT組分以使得三維物品之某些其他部分可具有較大耐化學性。
在另一非限制性實例中，第一進給材料可包括用於三維物件之「結構支撐(structural supports)」的較強或較硬材料，而第二進給材料可 包括較弱或較軟材料，例如可稍後被相減地移除以使得所得三維物品可具有懸垂物、中空區域及/或第一材料之薄壁結構同時在製造期間維持良好尺寸控制的材料。
混合兩種或多於兩種進給材料之其他變化係可能的，如一般熟習此項技術者將理解。
在步驟124處，例示性製程結束，例示性製程可包括經由擠壓通口自擠壓頭施配摻合沈積材料之步驟。製程可在步驟124之後繼續，其中在自擠壓頭施配摻合沈積材料之後，在高於材料固化之溫度的預定溫度下，材料可作為連續的流體流流動至位於擠壓機之擠壓通口或噴嘴附近之底座部件或構建平台上。在將材料施配至底座部件上之同時，底座部件及/或擠壓頭可以預定型樣相對於彼此機械地移動以在底座部件上形成經沈積材料之第一層。此後，擠壓頭可自第一層位移預定層厚度距離，且在第一層鄰近噴嘴之部分已冷卻並固化之後，處於流體狀態之材料的第二層可自施配出口施配至第一層上同時使底座部件及擠壓頭相對於彼此移動，由此第二層在冷卻並黏附至第一層之後固化以形成三維物品。以此方式，可透過藉由重複施配材料以多個遍次堆積於彼此的頂部上而形成經沈積材料之多個層。
基於前述描述，應理解，本文中所描述之材料沈積系統可實現對材料、顏色及混合比率之經改良過程內調整或改變，同時僅需要單個擠壓頭，且可消除或減少對在沈積製程期間暫停或沖洗之需要，此顯著改良了FFF及其他材料沈積系統之能力。另外，藉由實現對摻合物之此類過程內調整，可在運作中產生多種不同合金組成物而無需聯繫外部供應商以 產生定製長絲摻合物。
有利地，例示性材料沈積系統10可使三維物件能夠以多種材料及甚至不同材料之可變比率摻合物產生同時僅需要單一擠壓機12。更特定而言，材料沈積系統10可藉由基於進給材料26、28及/或摻合沈積材料32之黏度及/或其他流變性質(如由量測裝置14量測)將反饋提供至控制器16及/或控制器50、52、54、56而實現對被混合在一起以產生摻合沈積材料32之各別進給材料26、28之比率的過程內改變。控制器16及/或控制器50、52、54、56可隨後取決於由量測裝置14量測之黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數(例如，溫度、進給速率、流動速率、混合速度等)。
藉由同時混合進給材料26、28及量測摻合材料32之黏度及/或其他流變性質，可判定並達成所要混合均一程度及/或合金組成。當進給材料26、28屬於不同組成及/或具有不同材料性質(諸如，不同的熔點、熔融黏度、流動性能、可混溶性等)時，此可尤其有利。
藉由提供對進給材料26、28之混合比率的此類過程內調整，可恰在沈積摻合材料32以產生三維部分之所要特徵之前或在沈積摻合材料32之同時調整混合腔室24中所容納之摻合材料32之組成及/或性質。
另外，藉由量測並更改腔室內所容納之沈積材料之黏度及/或其他流變性質，可定製或最佳化經沈積擠壓珠粒之大小及/或形狀，且可改良擠壓珠粒之稠度。
應理解，本說明書中所描述之標的物之實施例可與數位電子電路或電腦軟體、韌體或硬體組合實施。本說明書中所描述之該之實施例 可實施於使用在電腦可讀媒體上編碼以供由資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作的電腦程式指令之一或多個模組的積層製造系統中。電腦可讀媒體可為製品，諸如電腦系統中之硬碟機或經由零售渠道出售之光學光碟，或嵌入型系統。電腦可讀媒體可被分別獲取且稍後藉由電腦程式指令之一或多個模組編碼，諸如藉由經由有線或無線網路遞送電腦程式指令之一或多個模組。電腦可讀媒體為機器可讀儲存裝置、機器可讀儲存基板、記憶體裝置或其中之一或多者的組合。
術語「控制器(controller)」涵蓋用於處理資料之所有設備、裝置及機器，包括藉助於實例可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦。除了硬體以外，設備亦可包括產生所討論之電腦程式之執行環境的程式碼，例如構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統、執行階段環境或其中之一或多者之組合的程式碼。另外，設備可使用各種不同計算模型基礎結構，諸如網頁服務、分佈式計算及網格計算基礎結構。
電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用程式、指令碼或程式碼)可以任何程式化語言形式撰寫，包括經編譯或解譯語言、宣告式或程序語言，且其可以任何形式部署，包括作為獨立程式或作為適合於在計算環境中使用之模組、組件、次常式或其他單元。電腦程式未必對應於檔案系統中之檔案。程式可儲存於保持其他程式或資料(例如，儲存於標示語言文件中之一或多個指令碼)的文件的一部分中、儲存於專用於所討論之程序的單個檔案中，或儲存於多個經協調檔案(例如，儲存一或多個模組、子程式或程式碼之部分的檔案)中。電腦程式可經部署以在一台電腦上或在位於一個位點或跨越多個位點分佈且由通信網路互連的多台電腦上 執行。
處理器涵蓋適合於執行電腦程式之所有設備、裝置及機器，包括(藉助於實例)通用及專用微處理器及任何種類之數位電腦的任何一或多個處理器。大體而言，處理器將自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或兩者接收指令及資料。電腦之基本元件可為用於執行指令之處理器及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體裝置。大體而言，電腦亦將包括或經可操作地耦接以自用於儲存資料之一或多個大容量儲存裝置(例如，磁碟、磁光碟或光碟)接收資料或將資料轉移至一或多個大容量儲存裝置或二者皆有。然而，電腦無需具有此類裝置。此外，電腦可嵌入於另一裝置中，例如行動電話、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、行動音訊或視訊播放器、遊戲主機、全球定位系統(Global Positioning System；GPS)接收器或攜帶型儲存裝置(例如，通用串列匯流排(universal serial bus；USB)隨身碟)，在此僅列舉一些。適合於儲存電腦程式指令及資料之裝置包括所有形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體裝置，包括(藉助於實例)半導體記憶裝置，例如EPROM、EEPROM及快閃記憶體裝置；磁碟，例如內部硬碟或可移除式磁碟；磁光碟；及CD-ROM及DVD-ROM磁碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路補充或併入於專用邏輯電路中。
為了提供與使用者之互動，可使用具有用於將資訊顯示給使用者之顯示裝置(例如，陰極射線管(cathode ray tube；CRT)或液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)監視器)及使用者可將輸入提供至電腦所藉以之鍵盤及指向裝置(例如，滑鼠或軌跡球)的電腦來實施本說明書中所描述之標的物之實施例。其他種類之裝置亦可用於提供與使用者之互動； 例如，提供給使用者之反饋可為任何形式之感官反饋(例如，視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋)；且來自使用者之輸入可以任何形式被接收，包含聲學、話語或觸覺輸入。
可使用計算系統來實施本說明書中所描述之標的物之實施例，該計算系統包括後端組件(例如，作為資料伺服器)或包括中間軟體組件(例如，應用程式伺服器)，或包括前端組件(例如，具有圖形使用者介面或網頁瀏覽器之用戶端電腦，使用者可經由其與本說明書中所描述之標的物之實施互動)，或一或多個此等後端、中間軟體或前端組件之任何組合。系統之組件可藉由任何形式或媒體之數位資料通信(例如，通信網路)互連。通信網路之實例包括區域網路(local area network；「LAN」)及廣域網路(wide area network；「WAN」)、網間網路(例如，網際網路)及點對點網路(例如，特用點對點網路)。
計算系統可包括用戶端及伺服器。用戶端及伺服器通常遠離彼此且典型地經由通信網路互動。用戶端與伺服器之關係藉助於在各別電腦上執行且彼此具有主從關係的電腦程式產生。
雖然已關於某一實施例展示並描述本發明，但顯而易見的是，在閱讀並理解本說明書及隨附圖式之後，熟習此項技術者將想到等效更改及修改。尤其對由上文所描述之元件(組件、組合件、裝置、組成物等)執行的各種功能而言，除非另外指明，否則用於描述此等元件之術語(包括參考「裝置(means)」)意欲對應於執行所描述元件之指定功能的任何元件(亦即，在功能上等效)，即使在結構上不等效於執行在本文中說明示例性實施例或本發明之實施例中之功能的所揭示結構亦如此。另外，雖 然上文可能已關於若干所說明實施例中之一或多者描述本發明之特定特徵，但若需要且對任何給定或特定應用有利，則此等特徵可與其他實施例之一或多個其他特徵組合。
10‧‧‧材料沈積系統
12‧‧‧擠壓機
14‧‧‧量測裝置
16‧‧‧控制器
18‧‧‧第一輸入通口
19‧‧‧歧管
20‧‧‧第二輸入通口
22‧‧‧擠壓通口
24‧‧‧腔室
26‧‧‧進給材料
28‧‧‧進給材料
30‧‧‧混合裝置
32‧‧‧摻合沈積材料
34‧‧‧致動器
35‧‧‧致動器
36‧‧‧加熱元件
37‧‧‧加熱元件
38‧‧‧加熱元件
40‧‧‧液化通道
42‧‧‧液化通道

Claims (20)

  1. 一種用於積層製造之材料沈積系統，其包含：一擠壓機，其具有：兩個或多於兩個輸入通口，其用於接納兩種或多於兩種進給材料，一混合腔室，其用於接納自該兩個或多於兩個輸入通口供應之該兩種或多於兩種進給材料，一混合裝置，其用於在該混合腔室中混合該兩種或多於兩種進給材料以產生一摻合沈積材料，及一擠壓通口，其用於擠壓該摻合沈積材料；一量測裝置，其被建構成量測該混合腔室中之該兩種或多於兩種進給材料及/或該摻合沈積材料的黏度及/或其他流變性質；及一控制器，其被建構成取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制與該兩種或多於兩種進給材料及/或該摻合沈積材料相關聯的一或多個參數。
  2. 如申請專利範圍第1項之材料沈積系統，其中該混合裝置包括一靜態混合機。
  3. 如申請專利範圍第1項之材料沈積系統，其中該混合裝置包括一動態混合機。
  4. 如申請專利範圍第1項之材料沈積系統，其中該混合裝置可操作地耦接至該量測裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項之材料沈積系統，其中該混合裝置與該量測裝置整合在一起。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之材料沈積系統，其中該量測裝置包括一黏度計。
  7. 如申請專利範圍第6項之材料沈積系統，其中該混合裝置包括一動態混合機；且其中該黏度計可操作地耦接至該動態混合機以用於量測在混合該兩種或多於兩種進給材料及/或混合該摻合沈積材料期間產生之扭轉力。
  8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之材料沈積系統，其中該量測裝置包括一流變儀。
  9. 如申請專利範圍第8項之材料沈積系統，其中該混合腔室為圓柱形，且其中該混合裝置與該混合腔室之一內表面間隔開以在其間界定一環狀空間；且其中該流變儀可操作地耦接至該混合裝置以用於量測在該環狀空間中混合該兩種或多於兩種進給材料及/或混合該摻合沈積材料期間產生之扭轉力。
  10. 如申請專利範圍第1項之材料沈積系統，其進一步包含被建構成加熱該兩種或多於兩種進給材料及/或該摻合沈積材料之一或多個加熱元件。
  11. 如申請專利範圍第10項之材料沈積系統，其中該控制器包括一溫度控制器，該溫度控制器被建構成控制作為該控制器之該一或多個參數中之一者的溫度；其中該溫度控制器可操作地耦接至該一或多個加熱元件，該溫度控制器被建構成取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制該 兩種或多於兩種進給材料及/或該摻合沈積材料之溫度。
  12. 如申請專利範圍第11項之材料沈積系統，其中該擠壓機包括兩個或多於兩個液化通道，該等液化通道中之每一者與該兩個或多於兩個輸入通口中之一各別者相關聯以用於接納該兩種或多於兩種進給材料中之一各別者；其中該等液化通道中之每一者與一對應加熱元件熱連通以用於加熱並液化該等各別進給材料，該等液化通道中之每一者被建構成朝向該混合腔室將該等各別經液化進給材料遞送至下游；且其中該溫度控制器可操作地耦接至該等加熱元件中之每一者以取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制該等各別液化通道中之該兩種或多於兩種進給材料中之每一者的溫度。
  13. 如申請專利範圍第12項之材料沈積系統，其進一步包括與該混合腔室熱連通以用於加熱該摻合沈積材料之一腔室加熱元件，其中該溫度控制器可操作地耦接至該腔室加熱元件以取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制該摻合沈積材料之溫度。
  14. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項或申請專利範圍第10項至第13項中任一項之材料沈積系統，其進一步包含兩個或多於兩個致動器，該等致動器中之每一者與該兩種或多於兩種進給材料中之一各別者相關聯以用於將該等各別進給材料進給至該擠壓機中；其中該控制器包括一進給控制器，該進給控制器被建構成控制作為該控制器之該一或多個參數中之一者的進給速率；且其中該進給控制器可操作地耦接至該兩個或多於兩個致動器中之每一 者以用於取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而獨立地控制該兩種或多於兩種進給材料中之每一者進給至該混合腔室中的速率。
  15. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項或申請專利範圍第10項至第13項中任一項之材料沈積系統，其中該控制器包括一混合速度控制器，該混合速度控制器被建構成取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制該混合裝置之速度。
  16. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項或申請專利範圍第10項至第13項中任一項之材料沈積系統，其中該控制器包括一流量控制器，該流量控制器被建構成取決於由該量測裝置量測之黏度及/或其他流變性質而控制自該擠壓通口擠壓之該摻合沈積材料的流動速率。
  17. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項或申請專利範圍第10項至第13項中任一項之材料沈積系統，其中該兩種或多於兩種進給材料中之至少一者不同於該兩種或多於兩種進給材料中之另一者以用於產生該摻合沈積材料之不同組成物。
  18. 一種積層製造設備，其包含：一構建平台；及如申請專利範圍第1項至第5項中任一項或申請專利範圍第10項至第13項中任一項之材料沈積系統。
  19. 一種積層製造設備，其包含：一擠壓機，其具有用於接納一構建材料之一輸入通口、用於擠壓該構建材料之一擠壓通口及插入於該輸入通口與該擠壓通口之間的用於液化 該構建材料之一腔室；一量測裝置，其被建構成量測該腔室內所容納之該經液化構建材料之黏度及/或其他流變性質；及一控制器，其被建構成取決於由該量測裝置量測之該經液化構建材料的黏度及/或其他流變性質而控制一或多個參數。
  20. 一種用於製造一三維物品之方法，其包含：將處於一可流動狀態之兩種或多於兩種進給材料供應至一擠壓頭之一腔室；在該腔室中混合該兩種或多於兩種可流動進給材料以產生一摻合沈積材料；量測該兩種或多於兩種可流動進給材料或該摻合沈積材料之黏度及/或其他流變性質；及取決於該兩種或多於兩種可流動進給材料或該摻合沈積材料之所量測黏度及/或其他流變性質而控制與該兩種或多於兩種可流動進給材料及/或該摻合沈積材料相關聯之一或多個參數；及自該擠壓頭施配該摻合沈積材料。
TW105125736A 2015-10-29 2016-08-12 材料沈積系統、積層製造設備及用於製造三維物品之方法 TWI616321B (zh)

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