本申請與共同擁有的美國專利No._______相關(guān)，該專利現(xiàn)為美國專利申請No.14/273,726，提交于2015年5月9日，并且名稱為“System and Method for Forming Three-Dimensional Structures”(用于形成三維結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法)(代理人案卷號(hào)51-3701)，所述申請據(jù)此全文以引用方式并入。

背景技術(shù)：

本發(fā)明實(shí)施例整體涉及三維印刷系統(tǒng)和方法。

三維印刷系統(tǒng)和方法可與各種技術(shù)相關(guān)，包括熔融沉積成型(FDM)、電子束自由成形制造(EBF)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)以及其他種類的三維印刷技術(shù)。

由三維印刷系統(tǒng)形成的結(jié)構(gòu)可與通過其他制造技術(shù)形成的物體一起使用。這些物體包括用于各種鞋類制品和/或服裝制品的紡織材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，制造用于永久附接到基底部件的結(jié)構(gòu)的方法包括將第一噴嘴與基底部件相關(guān)聯(lián)，該第一噴嘴具有第一孔尺寸。該方法還包括通過將第一材料穿過第一噴嘴擠出，在基底部件上形成結(jié)構(gòu)的外殼部分，其中該外殼部分形成有至少一個(gè)開口，該開口提供通向外殼部分的內(nèi)部的入口。該方法還包括從外殼部分附近的區(qū)域移除第一噴嘴。該方法還包括將具有第二孔尺寸的第二噴嘴與所述至少一個(gè)開口相關(guān)聯(lián)，其中第二孔尺寸大于第一孔尺寸。該方法還包括將第二材料穿過第二噴嘴擠出到所述至少一個(gè)開口中，以便形成結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。

在另一個(gè)方面，制造用于永久附接到基底部件的結(jié)構(gòu)的方法包括通過使用噴嘴在基底部件上印刷第一材料，在基底部件的表面上形成結(jié)構(gòu)的外殼部分，其中該外殼部分形成有至少一個(gè)開口，并且其中該外殼部分結(jié)合至基底部件。該方法還包括通過將第二材料穿過所述噴嘴擠出到所述至少一個(gè)開口中來填充所述外殼部分的內(nèi)部，以便形成所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。

在另一個(gè)方面，制造用于永久附接到基底部件的結(jié)構(gòu)的方法包括將第一噴嘴與基底部件中的開口對(duì)齊，該噴嘴位于基底部件的第一側(cè)面附近。該方法還包括將第一材料穿過開口擠出到基底部件的第二側(cè)面上的成型用部件中，以便在第二側(cè)面上形成錨固部分。該方法還包括將第一材料從第一側(cè)面上的第一噴嘴擠出以形成結(jié)構(gòu)的外殼部分，其中該外殼部分與錨固部分一體地形成，并且其中該外殼部分包括上部開口。該方法還包括通過將第二材料穿過所述第二噴嘴擠出到所述外殼部分的所述上部開口中來填充所述外殼部分的內(nèi)部，以便形成所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在查看了以下附圖及具體實(shí)施方式后，其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)或?qū)⒆兊蔑@而易見。旨在使所有這些其他的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都包括在本說明書和本發(fā)明內(nèi)容內(nèi)、落入實(shí)施例的范圍內(nèi)，并由下述權(quán)利要求書保護(hù)。

附圖說明

參考以下附圖和說明，可以更好地理解實(shí)施例。附圖中的部件未必按比例繪制，而重點(diǎn)是闡述實(shí)施例的原理。此外，在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記在所有不同視圖中均指示對(duì)應(yīng)的部件。

圖1是三維印刷系統(tǒng)的部件以及可與三維印刷系統(tǒng)一起使用的若干制品的實(shí)施例的示意圖；

圖2是與三維印刷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各種子系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；

圖3是一組擠出控制參數(shù)的實(shí)施例的示意圖；

圖4是三維印刷系統(tǒng)的噴嘴和任選傳感器的實(shí)施例的示意圖；

圖5是噴嘴以及設(shè)備的實(shí)施例的示意圖，所述設(shè)備用于改變最近從噴嘴噴射出的一部分材料的物理特性；

圖6是可用三維印刷系統(tǒng)形成的若干結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意性等軸視圖；

圖7至圖14是根據(jù)一實(shí)施例通過從噴嘴擠出材料來形成旋鈕狀結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖；

圖15至圖19是根據(jù)一實(shí)施例通過從噴嘴擠出材料來形成鉤狀結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖；

圖20是根據(jù)從光學(xué)設(shè)備接收到的信息來調(diào)節(jié)材料的擠出的工藝的實(shí)施例；

圖21是根據(jù)一實(shí)施例用于感測一部分材料的向外鋪展并作為響應(yīng)而調(diào)節(jié)從噴嘴擠出材料的流速的工藝的示意圖；

圖22是改變一部分?jǐn)D出材料的物理特性的工藝的實(shí)施例；

圖23至圖27是根據(jù)一實(shí)施例通過從噴嘴擠出材料在基底部件中形成錨固結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖；

圖28是可與三維印刷系統(tǒng)一起使用的若干不同成型用部件的實(shí)施例的示意圖；

圖29是錨固在基底部件內(nèi)的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖，其中該結(jié)構(gòu)的部分延伸穿過基底部件材料中的空間；

圖30是用于將制品的部分與三維印刷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的不同構(gòu)型的實(shí)施例的示意圖；

圖31是鞋類制品的實(shí)施例的示意性等軸視圖，該鞋類制品包括通過三維印刷工藝形成的各種結(jié)構(gòu)；

圖32是由不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖，其中使用不同噴嘴施加各種材料；

圖33至圖35示出了根據(jù)一實(shí)施例通過形成外殼部分、接著填充外殼部分的內(nèi)部來形成結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖，其中針對(duì)各種材料使用不同噴嘴；

圖36至圖38示出了根據(jù)一實(shí)施例通過形成外殼部分、接著填充外殼部分的內(nèi)部來形成結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖，其中針對(duì)各種材料使用相同噴嘴；

圖39是一種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖，該結(jié)構(gòu)包括具有至少兩個(gè)開口的外殼部分；

圖40是一種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意性剖視圖，該結(jié)構(gòu)具有錨固在基底部件中的外殼部分；

圖41是一種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意性等軸分解圖，該結(jié)構(gòu)具有錨固在基底部件中的外殼部分；

圖42至圖43示出了根據(jù)一實(shí)施例形成具有外殼部分和向外延伸部分的結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖；

圖44至圖46示出了形成具有由第一材料制成的基座部分和由第二材料制成的頂端部分的防滑釘構(gòu)件(cleat member)的步驟的示意圖；

圖47是具有多個(gè)防滑釘構(gòu)件的鞋類制品的實(shí)施例的示意性等軸視圖；

圖48是包括第一噴嘴和第二噴嘴的噴嘴控制系統(tǒng)的示意圖；以及

圖49是用于采用第一噴嘴和第二噴嘴形成結(jié)構(gòu)的工藝的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1是三維印刷系統(tǒng)100(下文也簡稱為印刷系統(tǒng)100)的實(shí)施例的示意圖。圖1還示出了可與印刷系統(tǒng)100一起使用的若干示例性制品130。參見圖1，印刷系統(tǒng)100還可包括印刷設(shè)備102、計(jì)算系統(tǒng)104和網(wǎng)絡(luò)106。

實(shí)施例可使用各種種類的三維印刷(或增材制造)技術(shù)。三維印刷或“3D印刷”包括用于通過將材料的連續(xù)層沉積在彼此的頂部上而形成三維物體的各種技術(shù)?？墒褂玫氖纠?D印刷技術(shù)包括但不限于：熔絲制造(FFF)、電子束自由成形制造(EBF)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、電子束熔煉(EMB)、選擇性激光熔化(SLM)、選擇性熱燒結(jié)(SHS)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、石膏3D印刷(PP)、分層實(shí)體制造(LOM)、立體光刻(SLA)、數(shù)字光處理(DLP)以及本領(lǐng)域已知的各種其他種類的3D印刷或增材制造技術(shù)。

在附圖所示的實(shí)施例中，印刷系統(tǒng)100可與熔絲制造(FFF)(也稱為熔融沉積成型)相關(guān)。在圖1所示的實(shí)施例中，印刷系統(tǒng)100的印刷設(shè)備102使用熔絲制造來制備三維零件。采用熔絲制造(FFF)的印刷設(shè)備的例子在提交于1989年10月30日且名稱為“Apparatus and Method for Creating Three-Dimensional Objects”(用于形成三維物體的裝置和方法)的、Crump的美國專利No.5,121,329中公開，該申請以引用方式并入本文并且下文稱為“3D物體”申請。本公開的實(shí)施例可利用3D物體申請中所公開的任何系統(tǒng)、部件、設(shè)備和方法。

印刷設(shè)備102可包括殼體110，該殼體支撐有利于物體(例如，零件、部件、結(jié)構(gòu))的三維印刷的各種系統(tǒng)、設(shè)備、部件或其他設(shè)備裝置(provisions)。雖然示例性實(shí)施例示出了殼體110的特定矩形盒狀幾何形狀，但其他實(shí)施例可使用具有任何幾何形狀和/或設(shè)計(jì)的任何殼體。印刷設(shè)備的殼體的形狀和尺寸可根據(jù)各種因素而變化，這些因素包括設(shè)備的所需占地面積、可在印刷設(shè)備內(nèi)形成的零部件的尺寸和形狀以及可能的其他因素。應(yīng)當(dāng)理解，印刷設(shè)備的殼體可為敞開的(例如，框架上設(shè)置有大開口)或閉合的(例如，具有玻璃或固體材料面板和門)。

在一些實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可包括用于保留或保持印刷物體的設(shè)備裝置(或支撐印刷物體的部件)。在一些實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可包括桌臺(tái)、平臺(tái)、托盤或類似部件，以支撐、保留和/或保持印刷物體或要在其上施加印刷材料的物體。在圖1的實(shí)施例中，印刷設(shè)備102包括托盤112。在一些實(shí)施例中，托盤112可固定就位。然而，在其他實(shí)施例中，托盤112可移動(dòng)。例如，在一些情況下，托盤112可被配置為在殼體110內(nèi)沿水平方向(例如，相對(duì)于殼體110前后和/或左右地)以及垂直方向(例如，在殼體110內(nèi)上下地)移動(dòng)。此外，在一些情況下，托盤112可被配置為關(guān)于與托盤112相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)和/或傾斜。因此，可以設(shè)想，在至少一些實(shí)施例中，托盤112可移動(dòng)成與印刷設(shè)備102的噴嘴或印刷頭形成任何所需的相對(duì)構(gòu)型。

在一些實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可包括用于將印刷材料(或印刷物質(zhì))遞送到目標(biāo)位置的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備、組件或部件。如本文所用，術(shù)語“目標(biāo)位置”、“目標(biāo)部分”或“目標(biāo)表面”是指可施加印刷材料的任何預(yù)期位置、部分或表面。目標(biāo)位置可包括托盤112的表面、部分印刷結(jié)構(gòu)的表面或部分和/或未印刷結(jié)構(gòu)或部件的表面或部分。用于遞送印刷材料的設(shè)備裝置包括例如印刷頭和噴嘴。在圖1的實(shí)施例中，印刷設(shè)備102包括噴嘴組件116。

噴嘴組件116可包括將印刷材料遞送到目標(biāo)位置的一個(gè)或多個(gè)噴嘴。為清楚起見，圖1的示例性實(shí)施例示出了噴嘴組件116的單個(gè)噴嘴118。然而，在其他實(shí)施例中，噴嘴組件116可配置有任何數(shù)量的噴嘴，這些噴嘴可布置成陣列或任何特定構(gòu)型。在包括兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴的實(shí)施例中，噴嘴可被配置為一起移動(dòng)和/或獨(dú)立地移動(dòng)。例如，在下述印刷系統(tǒng)的實(shí)施例中，印刷設(shè)備可配置有可以彼此獨(dú)立的方式移動(dòng)的至少兩個(gè)噴嘴。

噴嘴118可配置有噴嘴孔119，該噴嘴孔可打開和/或關(guān)閉以控制從噴嘴118離開的材料的流動(dòng)。具體地講，噴嘴孔119可與噴嘴通道121流體連通，該噴嘴通道從印刷設(shè)備102內(nèi)的材料源(未示出)接收材料的供應(yīng)。在至少一些實(shí)施例中，材料長絲(例如，塑料或線材)以卷料形式提供，可隨后將卷料退繞并穿過噴嘴118進(jìn)給，以便沉積在目標(biāo)位置處。在一些實(shí)施例中，蝸桿驅(qū)動(dòng)器可用于將長絲以特定速率推進(jìn)到噴嘴118中(該速率可有所變化，以實(shí)現(xiàn)從噴嘴118的材料的所需體積流率)。應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，材料的供應(yīng)可在噴嘴118附近的位置處(例如，噴嘴組件116的一部分中)提供，而在其他實(shí)施例中，材料的供應(yīng)可位于印刷設(shè)備102的一些其他位置處，并且經(jīng)由導(dǎo)管、管道或其他設(shè)備裝置進(jìn)給到噴嘴組件116。

在一些實(shí)施例中，噴嘴組件116與致動(dòng)系統(tǒng)114相關(guān)聯(lián)。致動(dòng)系統(tǒng)114可包括有利于噴嘴組件116在殼體110內(nèi)移動(dòng)的各種部件、設(shè)備和系統(tǒng)。具體地講，致動(dòng)系統(tǒng)114可包括這樣的設(shè)備裝置，其使噴嘴組件116沿任何水平方向和/或垂直方向移動(dòng)以有利于沉積材料，從而形成三維物體。為此，致動(dòng)系統(tǒng)114的實(shí)施例可包括一個(gè)或多個(gè)軌道、導(dǎo)軌和/或類似設(shè)備裝置，以在殼體110內(nèi)的各種位置和/或取向保持噴嘴組件116。實(shí)施例還可包括任何種類的馬達(dá)，諸如步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)，以使噴嘴組件116沿軌道或?qū)к壱苿?dòng)，以及/或者使一個(gè)或多個(gè)軌道或?qū)к壪鄬?duì)于彼此移動(dòng)。在至少一些實(shí)施例中，致動(dòng)系統(tǒng)114可提供噴嘴組件116沿著關(guān)于印刷系統(tǒng)102定義的任何x-y-z方向(例如，笛卡兒方向)的移動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)理解，出于舉例說明的目的，圖1中示意性地示出了印刷設(shè)備102的部件、設(shè)備和系統(tǒng)。因此應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施例可包括未示出的附加的設(shè)備裝置，包括有利于致動(dòng)系統(tǒng)114和噴嘴組件116的操作的具體零件、部件和設(shè)備。例如，致動(dòng)系統(tǒng)114被示意性地示出為包括若干軌道或?qū)к?，但?gòu)成致動(dòng)系統(tǒng)114的零部件的特定構(gòu)型和數(shù)量可隨實(shí)施例不同而不同。

在不同實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可使用用于形成3D零件的多種不同材料，包括但不限于：熱塑性塑料(例如，聚乳酸和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、高密度聚乙烯、共熔金屬(eutectic metals)、橡膠、粘土(包括金屬粘土)、室溫硫化有機(jī)硅(RTV有機(jī)硅)、瓷以及本領(lǐng)域已知的可行的其他種類的材料。在兩種或更多種不同印刷或擠出材料用于形成零件的實(shí)施例中，可使用上文所公開的材料中的任何兩種或更多種。

如上文所討論，印刷系統(tǒng)100可包括用于控制和/或接收來自印刷設(shè)備102的信息的設(shè)備裝置。這些設(shè)備裝置可包括計(jì)算系統(tǒng)104和網(wǎng)絡(luò)106。一般來講，術(shù)語“計(jì)算系統(tǒng)”是指單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源、單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源的一部分和/或彼此通信的兩個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)。任何這些資源可由一名或多名人類用戶操作。在一些實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)104可包括一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器。在一些情況下，印刷服務(wù)器可主要負(fù)責(zé)控制印刷設(shè)備102和/或與之通信，而單獨(dú)的計(jì)算機(jī)(例如，臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī))可有利于與用戶的交互。計(jì)算系統(tǒng)104還可包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(包括但不限于磁存儲(chǔ)設(shè)備、光存儲(chǔ)設(shè)備、磁光存儲(chǔ)設(shè)備)和/或存儲(chǔ)器(包括易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器)。

在圖1的示例性實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)104可包括中央處理設(shè)備185、查看界面186(例如，監(jiān)視器或屏幕)、輸入設(shè)備187(例如，鍵盤和鼠標(biāo))、以及用于設(shè)計(jì)印刷結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(“CAD”)表示189的軟件。在至少一些實(shí)施例中，印刷結(jié)構(gòu)的CAD表示189可不僅包括關(guān)于該結(jié)構(gòu)的幾何形狀的信息，而且包括與印刷該結(jié)構(gòu)各個(gè)部分所需的材料相關(guān)的信息。

在一些實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)104可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)106來與印刷設(shè)備102直接聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)106可包括有利于在計(jì)算系統(tǒng)104與印刷設(shè)備102之間交換信息的任何有線或無線設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)106還可包括各種部件，諸如網(wǎng)絡(luò)接口控制器、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換器、路由器、調(diào)制解調(diào)器和防火墻。在一些情況下，網(wǎng)絡(luò)106可為有利于印刷系統(tǒng)100的兩個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備和/或部件之間的無線通信的無線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)的例子包括但不限于：無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(包括例如藍(lán)牙)、無線局域網(wǎng)絡(luò)(包括采用IEEE 802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò))、無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)以及其他種類的無線網(wǎng)絡(luò)。在其他情況下，網(wǎng)絡(luò)106可為有線網(wǎng)絡(luò)，包括其信號(hào)由雙絞線、同軸電纜和光纖支持的網(wǎng)絡(luò)。在另外其他情況下，可使用有線和無線的網(wǎng)絡(luò)和/或連接的組合。

在一些實(shí)施例中，可將印刷結(jié)構(gòu)直接印刷到一個(gè)或多個(gè)制品。術(shù)語“制品”旨在包括鞋類制品(例如，鞋)和服裝制品(例如，襯衫、長褲等)。如本公開通篇所用，術(shù)語“鞋類制品”和“鞋類”包括任何鞋類及與鞋類相關(guān)的任何材料(包括鞋面)，并且也可適用于多種運(yùn)動(dòng)鞋類型，包括例如棒球鞋、籃球鞋、多功能訓(xùn)練鞋、騎行鞋、橄欖球鞋、網(wǎng)球鞋、足球鞋和登山靴。如本公開通篇所用，術(shù)語“鞋類制品”和“鞋類”還包括一般被視為非運(yùn)動(dòng)性、正式或裝飾性的鞋類型，包括禮服鞋、樂福鞋、涼鞋、拖鞋、船用鞋和工作靴。

雖然所公開的實(shí)施例是在鞋類的語境中描述的，但所公開的實(shí)施例還可同樣適用于包括3D印刷的衣服、服裝或設(shè)備的任何制品。例如，所公開的實(shí)施例可適用于有邊帽、無邊帽、襯衫、運(yùn)動(dòng)衫、夾克衫、短襪、短褲、長褲、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)員護(hù)身服、手套、腕帶/臂帶、衣袖、頭帶、任何針織材料、任何織造材料、任何非織造材料、運(yùn)動(dòng)器材等。因此，如本公開通篇所用，術(shù)語“服裝制品”可以指任何服裝或衣服，包括任何鞋類制品，以及有邊帽、無邊帽、襯衫、運(yùn)動(dòng)衫、夾克衫、短襪、短褲、長褲、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)員護(hù)身服、手套、腕帶/臂帶、衣袖、頭帶、任何針織材料、任何織造材料、任何非織造材料等。如本公開通篇所用，術(shù)語“服裝制品”、“服裝”、“鞋類制品”和“鞋類”還可以指紡織物、天然織物、合成織物、針織物、織造材料、非織造材料、網(wǎng)狀織物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫。

在示例性實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可被配置為將一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)直接印刷到制品130之一的一部分上。制品130包括可直接從印刷設(shè)備102接收印刷結(jié)構(gòu)的示例性制品，包括具有三維構(gòu)型的鞋類制品132，以及具有扁平構(gòu)型的鞋面134。制品130還包括T恤136。因此應(yīng)當(dāng)理解，印刷設(shè)備102可用于將印刷材料施加到三維構(gòu)型和/或扁平構(gòu)型的制品。

為了將印刷材料直接施加到一個(gè)或多個(gè)制品，印刷設(shè)備102能夠印刷到各種種類材料的表面上。具體地講，在一些情況下，印刷設(shè)備102能夠印刷到各種材料(諸如紡織物、天然織物、合成織物、針織物、織造材料、非織造材料、網(wǎng)狀織物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫，或它們的任何組合)的表面上，而不需要在基底與印刷材料底部之間置入剝離層，并且不需要待印刷的基底表面完全平坦或近乎完全平坦。例如，所公開的方法可包括將樹脂、丙烯酸、熱塑性材料或油墨材料印刷到織物例如針織材料上，其中該材料粘附/粘結(jié)到織物，并且其中該材料在彎折、卷繞、加工或經(jīng)受附加組裝工藝/步驟時(shí)一般不會(huì)分層。如本公開通篇所用，術(shù)語“織物”可用于一般指選自任何紡織物、天然織物、合成織物、針織物、織造材料、非織造材料、網(wǎng)狀織物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫的材料。

雖然一些實(shí)施例可使用印刷設(shè)備102將結(jié)構(gòu)直接印刷到材料的表面上，但其他實(shí)施例可包括這樣的步驟：將結(jié)構(gòu)印刷到托盤或剝離紙上，然后在單獨(dú)步驟中，將印刷結(jié)構(gòu)連接到制品。換句話講，在至少一些實(shí)施例中，印刷結(jié)構(gòu)不必直接印刷到制品的表面上。

印刷系統(tǒng)100可按如下操作，以提供已使用3D印刷或增材工藝形成的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。計(jì)算系統(tǒng)104可用于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這可使用某種類型的CAD軟件或其他種類的軟件來完成。該設(shè)計(jì)可隨后變換成可被印刷設(shè)備102(或與印刷設(shè)備102通信的相關(guān)印刷服務(wù)器)解讀的信息。在一些情況下，該設(shè)計(jì)可轉(zhuǎn)換成3D可印刷文件，諸如立體光刻文件(STL文件)。

在印刷之前，可將制品放置在托盤112上。在啟動(dòng)印刷工藝(例如，由用戶啟動(dòng))后，印刷設(shè)備102可開始將材料沉積在制品上。這可通過以下方式完成：使噴嘴118移動(dòng)(使用致動(dòng)設(shè)備114)，以使用所沉積的材料堆積結(jié)構(gòu)的各層。在使用熔絲制造的實(shí)施例中，可加熱從噴嘴118擠出的材料，以便在沉積該材料時(shí)增強(qiáng)該材料的柔韌性。

雖然附圖中所示的一些實(shí)施例示出了采用熔絲制造印刷技術(shù)的系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施例也可采用一種或多種不同的3D印刷技術(shù)。此外，其他實(shí)施例也可采用熔絲制造與另一種類型的3D印刷技術(shù)的組合，以實(shí)現(xiàn)特定印刷結(jié)構(gòu)或零件的所需結(jié)果。

圖2示出了印刷控制系統(tǒng)200的示意性實(shí)施例。參見圖2，印刷控制系統(tǒng)200包括擠出控制系統(tǒng)204、傳感器系統(tǒng)206和噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208。下文更詳細(xì)討論的這些系統(tǒng)的每一者可彼此協(xié)同操作，以有利于結(jié)構(gòu)的印刷。具體地講，噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208控制噴嘴118的移動(dòng)，而擠出控制系統(tǒng)204控制噴嘴118在周圍移動(dòng)時(shí)所沉積的材料的流動(dòng)和特性。另外，傳感器系統(tǒng)206包括用于實(shí)時(shí)地向噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208和擠出控制系統(tǒng)204兩者提供反饋的設(shè)備裝置，從而可實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)印刷以實(shí)現(xiàn)印刷結(jié)構(gòu)的精確幾何形狀和材料特征。

噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208允許噴嘴118在殼體110內(nèi)沿任何方向(包括水平方向和垂直方向兩者)運(yùn)動(dòng)。在至少一些實(shí)施例中，噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208有利于噴嘴118沿著由印刷結(jié)構(gòu)的CAD設(shè)計(jì)確定的工具路徑運(yùn)動(dòng)。

擠出控制系統(tǒng)204可包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)備裝置，這些設(shè)備裝置用于控制材料從噴嘴118(或與噴嘴組件116相關(guān)的任何其他噴嘴)的流動(dòng)以及在材料已沉積到目標(biāo)位置上之后控制材料的行為。如圖3中示意性地示出，擠出控制系統(tǒng)204可與一個(gè)或多個(gè)“擠出控制參數(shù)”相關(guān)，這些參數(shù)可有所變化，以改變擠出材料的流速和/或其他特性。例如，擠出控制參數(shù)可包括噴嘴撤回速率302、擠出速率304、擠出溫度306、噴嘴直徑308、擠出壓力310、環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314。應(yīng)當(dāng)理解，這些參數(shù)僅旨在為示例性的，并且其他實(shí)施例可包括附加的擠出控制參數(shù)。另外，在至少一些實(shí)施例中，這些擠出控制參數(shù)中的一些可為任選的。換句話講，在一些其他實(shí)施例中，這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可為固定的或不可調(diào)節(jié)的。

噴嘴撤回速率302可表征噴嘴118離開正沉積擠出材料的下層表面移動(dòng)(或提升)的速率。因?yàn)樾聰D出的材料在壓力下被迫使離開噴嘴118，改變噴嘴118拉離目標(biāo)位置的速率可能傾向于影響擠出材料在目標(biāo)位置上的鋪展方式。擠出速率304可表征材料流過噴嘴118的孔121的速率。如本文所用，術(shù)語“擠出速率”，也稱為“流速”，是指材料從噴嘴擠出(或從噴嘴流出)的體積流速。增大擠出速率可能傾向于形成在一定時(shí)間間隔內(nèi)在給定位置處沉積的更大材料體積，而減小擠出速率可能傾向于減小在相同時(shí)間間隔內(nèi)在給定位置處沉積的材料體積。

擠出溫度306可表征材料在從噴嘴118擠出并沉積在目標(biāo)位置時(shí)的溫度。在至少一些情況下，改變擠出溫度可改變材料的柔韌性，從而可影響材料在目標(biāo)位置處的鋪展。另外，擠出材料的溫度可影響材料冷卻和/或固化得有多快，從而也可影響印刷結(jié)構(gòu)的鋪展和最終幾何形狀。噴嘴直徑308表征噴嘴118的孔121和/或通道123的尺寸。改變這些直徑可影響在給定時(shí)間內(nèi)在目標(biāo)位置處沉積的材料的總體積。

擠出壓力310表征由一部分?jǐn)D出材料對(duì)目標(biāo)位置處的一部分材料施加的每單位面積的力。擠出壓力可影響鋪展的速率和程度。另外，環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314可分別表征噴嘴118附近的區(qū)域的環(huán)境溫度和環(huán)境壓力。在至少一些實(shí)施例中，材料柔韌性和固化特性可隨著環(huán)境溫度和/或環(huán)境壓力的差異而顯著變化。

實(shí)施例可包括用于調(diào)節(jié)這些擠出控制參數(shù)中的一者或多者的設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，例如，噴嘴撤回速率302可使用致動(dòng)系統(tǒng)114控制，該致動(dòng)系統(tǒng)控制噴嘴118的水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)兩者。另外，一些實(shí)施例可包括用于控制蝸桿驅(qū)動(dòng)器或其他機(jī)構(gòu)的設(shè)備裝置，所述蝸桿驅(qū)動(dòng)器或其他機(jī)構(gòu)控制從噴嘴118擠出材料的擠出速率304和/或擠出壓力310。在一些實(shí)施例中，擠出溫度306可用噴嘴118內(nèi)的加熱線圈405(參見圖4)控制。另外，噴嘴直徑308可使用本領(lǐng)域已知的方法控制。最后，環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314可用本領(lǐng)域已知的用于控制受限空間內(nèi)的溫度和壓力的各種不同設(shè)備裝置控制。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施例不限于這些用于控制一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的示例性設(shè)備裝置。其他實(shí)施例可利用本領(lǐng)域可能已知的用來控制這些各種參數(shù)的任何其他系統(tǒng)、方法和/或設(shè)備。

應(yīng)當(dāng)理解，針對(duì)擠出控制系統(tǒng)204討論的參數(shù)僅旨在是可用于控制材料在目標(biāo)位置處如何沉積的參數(shù)的例子，使得材料以所需方式表現(xiàn)(例如，以所需速率鋪展并以所需速率固化)。所使用的參數(shù)的類型可取決于印刷設(shè)備的制造考慮因素以及具體設(shè)計(jì)。在示例性實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可被設(shè)計(jì)成允許調(diào)節(jié)此處所討論的至少一個(gè)擠出控制參數(shù)。換句話講，在示例性實(shí)施例中，印刷設(shè)備102被設(shè)計(jì)成使得可使用作為印刷設(shè)備102的3D印刷文件一部分提供的或與該3D印刷文件協(xié)同提供的信息，來實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)各種擠出控制參數(shù)。

圖4示出了可構(gòu)成傳感器系統(tǒng)206一部分的各種傳感器的示意性構(gòu)型。參見圖4，傳感器系統(tǒng)206可包括環(huán)境溫度傳感器410和噴嘴溫度傳感器412。在該示例性構(gòu)型中，環(huán)境溫度傳感器410可位于噴嘴118附近，但不在該噴嘴之內(nèi)或之上。應(yīng)當(dāng)理解，環(huán)境溫度傳感器410可為本領(lǐng)域已知的用于檢測與環(huán)境溫度相關(guān)的信息的任何種類的傳感器。在圖4所示的示例性構(gòu)型中，噴嘴溫度傳感器412設(shè)置在噴嘴118內(nèi)。在一些情況下，噴嘴溫度傳感器412可與流過噴嘴118的通道121的材料直接接觸。然而，在其他實(shí)施例中，噴嘴溫度傳感器412可位于噴嘴118的任何其他部分中，以及可能安裝在噴嘴118外部。在不直接測量流動(dòng)材料的溫度的至少一些實(shí)施例中，噴嘴118的一個(gè)或多個(gè)部分的溫度可代用作材料的溫度。應(yīng)當(dāng)理解，噴嘴溫度傳感器412一般可為本領(lǐng)域已知的任何種類的溫度傳感器。

實(shí)施例還可包括用于檢測環(huán)境壓力的設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)206可包括環(huán)境壓力傳感器414。一般來講，環(huán)境壓力傳感器414可為本領(lǐng)域已知的任何種類的壓力感測設(shè)備。

實(shí)施例可包括用于檢測關(guān)于印刷結(jié)構(gòu)(包括最近擠出的材料)的光學(xué)信息的設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)206包括光學(xué)感測設(shè)備416。光學(xué)感測設(shè)備416可為能夠捕獲圖像信息的任何種類的設(shè)備。可使用的不同光學(xué)感測設(shè)備的例子包括但不限于：固定鏡頭相機(jī)(still-shot camera)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、非數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(網(wǎng)絡(luò)攝像頭)以及本領(lǐng)域已知的其他種類的光學(xué)設(shè)備。光學(xué)感測設(shè)備的類型可根據(jù)諸如以下的因素選擇：所需的數(shù)據(jù)傳輸速度、系統(tǒng)存儲(chǔ)器分配、用于查看印刷結(jié)構(gòu)的所需時(shí)間分辨率、用于查看印刷結(jié)構(gòu)的所需空間分辨率以及可能的其他因素。在至少一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)感測設(shè)備可為具有最小形狀因數(shù)的圖像傳感器，例如占用空間大約為若干毫米或更小的、具有CMOS圖像傳感器的光學(xué)感測設(shè)備。

可與光學(xué)感測設(shè)備416一起使用的示例性圖像感測技術(shù)包括但不限于：半導(dǎo)體電荷耦合設(shè)備(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型傳感器、N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)型傳感器以及可能的其他種類的傳感器。所使用的圖像感測技術(shù)的類型可根據(jù)包括以下的因素而變化：優(yōu)化與印刷設(shè)備102中(及噴嘴118附近或之內(nèi))的環(huán)境條件兼容的傳感器類型、尺寸約束以及可能的其他因素。在一些其他實(shí)施例中，還可使用檢測不可見波長(包括例如紅外波長)的光學(xué)感測設(shè)備。

在不同實(shí)施例中，光學(xué)感測設(shè)備416的位置可有所不同。在一些實(shí)施例中，例如，光學(xué)感測設(shè)備416可設(shè)置在噴嘴118附近或甚至附接到該噴嘴。當(dāng)噴嘴118移動(dòng)時(shí)，光學(xué)感測設(shè)備416可因此隨噴嘴118一同行進(jìn)。在其他實(shí)施例中，光學(xué)感測設(shè)備416可離開噴嘴118設(shè)置。在一些情況下，光學(xué)感測設(shè)備416可相對(duì)于殼體110具有固定的位置和/或取向。在其他情況下，光學(xué)感測設(shè)備416可具有可調(diào)節(jié)的位置和/或取向，并且可獨(dú)立于噴嘴118移動(dòng)。

光學(xué)感測設(shè)備416可將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為信息，該信息經(jīng)由電信號(hào)傳輸?shù)接∷⑾到y(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)。在接收到這些電信號(hào)后，所述一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)可使用該信息來確定有關(guān)可能對(duì)于光學(xué)感測設(shè)備416可見的物體的多種信息。

實(shí)施例可包括用于控制傳感器系統(tǒng)206的各種傳感器和/或與之通信的電子控制單元450，也稱為ECU 450。為清楚起見，在該實(shí)施例中僅示出了單個(gè)ECU。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，可使用多個(gè)ECU，每個(gè)ECU與一些或所有傳感器通信。ECU自身可進(jìn)一步與印刷系統(tǒng)100的特定系統(tǒng)或設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

ECU 450可包括微處理器、RAM、ROM和軟件，它們都用于監(jiān)測并控制傳感器系統(tǒng)206的各種部件，以及印刷系統(tǒng)100的其他部件或系統(tǒng)。例如，ECU 450能夠從與印刷系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)的許多傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)接收信號(hào)。各種設(shè)備的輸出被發(fā)送到ECU 450，其中設(shè)備信號(hào)可存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器諸如RAM中。電流信號(hào)和電子存儲(chǔ)信號(hào)均可由中央處理單元(CPU)根據(jù)存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器諸如ROM中的軟件進(jìn)行處理。

ECU 450可包括有利于信息和功率的輸入和輸出的多個(gè)端口。如該詳細(xì)說明通篇和權(quán)利要求書中所用，術(shù)語“端口”是指兩個(gè)導(dǎo)體之間的任何接口或共用邊界。在一些情況下，端口可有利于導(dǎo)體的插入和移除。這些類型的端口的例子包括機(jī)械連接器。在其他情況下，端口是一般無法提供輕松插入或移除的接口。這些類型的端口的例子包括電路板上的焊接跡線或電子跡線。

與ECU 450相關(guān)聯(lián)的所有以下端口和設(shè)備裝置是任選的。一些實(shí)施例可包括給定端口或設(shè)備裝置，而其他實(shí)施例可不包括該給定端口或設(shè)備裝置。以下描述公開了可使用的多個(gè)可能的端口和設(shè)備裝置，然而，應(yīng)當(dāng)記住在給定實(shí)施例中并非必須使用或包括每個(gè)端口或設(shè)備裝置。

如圖4中所示，ECU 450包括用于與環(huán)境壓力傳感器414通信和/或向該環(huán)境壓力傳感器供電的端口451。ECU 450還包括用于與環(huán)境溫度傳感器410通信和/或向該環(huán)境溫度傳感器供電的端口452；用于與噴嘴溫度傳感器412通信和/或向該噴嘴溫度傳感器供電的端口453；以及用于與光學(xué)感測設(shè)備416通信和/或向該光學(xué)感測設(shè)備供電的端口454。

圖4還示意性地示出了與噴嘴118相關(guān)聯(lián)的任選加熱線圈405，其可用于對(duì)噴嘴118和/或流過噴嘴118的材料進(jìn)行加熱。加熱線圈405可連接至ECU 450或類似控制單元。雖然示例性實(shí)施例示出了設(shè)置在噴嘴118內(nèi)部的加熱線圈，但其他實(shí)施例可在噴嘴組件116的任何其他部分以及噴嘴組件116上游的印刷設(shè)備102的可能其他部分處使用加熱線圈。還應(yīng)當(dāng)理解，加熱線圈是可使用的加熱設(shè)備的僅一種示例性類型。其他實(shí)施例可利用本領(lǐng)域已知的任何其他加熱設(shè)備、系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)，以便對(duì)與流動(dòng)材料的轉(zhuǎn)移相關(guān)的噴嘴、閥門、通道、管道或其他系統(tǒng)進(jìn)行加熱。

實(shí)施例可包括用于控制最近從噴嘴擠出或沉積的材料的特性的設(shè)備裝置。在至少一些實(shí)施例中，印刷設(shè)備102可包括一個(gè)或多個(gè)固化控制設(shè)備。固化控制設(shè)備可以是在已從噴嘴擠出了材料之后允許擠出材料的固化受到控制或調(diào)節(jié)的任何設(shè)備。

圖5是兩個(gè)固化控制設(shè)備500的實(shí)施例的示意圖。固化控制設(shè)備500包括冷卻設(shè)備502和UV照射設(shè)備504。冷卻設(shè)備502可以是將冷卻空氣(即，遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的空氣)施加到一部分?jǐn)D出材料520的設(shè)備。冷卻空氣的施加可有利于該部分?jǐn)D出材料520的更快速固化。同樣，UV照射設(shè)備504可以是將紫外線輻射施加到一部分?jǐn)D出材料522的設(shè)備。對(duì)于可發(fā)生UV固化的材料而言，紫外光的施加可有利于該部分?jǐn)D出材料522的更快速固化。雖然未示出，但還可以設(shè)想到，一些實(shí)施例可采用一個(gè)或多個(gè)加熱設(shè)備，所述加熱設(shè)備允許擠出材料的部分被加熱到高于它們被擠出時(shí)的溫度，以暫時(shí)地增強(qiáng)柔韌性和流動(dòng)，從而材料可更快速地鋪展在目標(biāo)位置上。

雖然在圖5的示例性實(shí)施例中對(duì)于每種固化控制設(shè)備示出了單個(gè)設(shè)備，但其他實(shí)施例的每種固化控制設(shè)備可包括兩個(gè)或更多個(gè)。此外，一些實(shí)施例可包括提供圍繞材料擠出部分的寬角度范圍的覆蓋(例如，冷卻空氣或UV輻射的施加)的單個(gè)設(shè)備。此類實(shí)施例可將冷卻空氣和/或UV輻射施加到圍繞該部分?jǐn)D出材料從幾度至360度范圍內(nèi)的區(qū)域。

設(shè)想到可局部地或全局地應(yīng)用固化控制設(shè)備。例如，在圖5中，這兩個(gè)固化控制設(shè)備500均由相對(duì)較窄的探頭狀設(shè)備構(gòu)成，該設(shè)備將冷卻空氣和/或UV輻射施加到擠出材料的局部。然而，其他實(shí)施例可包括將冷卻空氣和/或UV輻射施加到擠出材料的較大部分或甚至所有部分的較大設(shè)備。更進(jìn)一步地，一些實(shí)施例可使用固化控制設(shè)備500，以在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行印刷的同時(shí)向結(jié)構(gòu)的預(yù)定部分提供局部固化，并且還可使用附加的固化設(shè)備裝置，以在完成印刷工藝之后向整個(gè)結(jié)構(gòu)提供固化。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，在形成印刷結(jié)構(gòu)后，可使整個(gè)印刷結(jié)構(gòu)暴露于冷空氣和/或UV輻射以便固化。

采用冷卻空氣和/或UV固化(或可能的加熱)的高度局部施加的實(shí)施例可有助于改善形成三維結(jié)構(gòu)的精密度。例如，將冷卻空氣施加到一些熱塑性材料可允許擠出材料非?？焖俚毓袒?，從而允許改善在相對(duì)較短時(shí)間段內(nèi)形成彎曲和/或懸挑結(jié)構(gòu)時(shí)的精密度。另外，因?yàn)槭纠詫?shí)施例設(shè)想了與一些替代方法相比在短時(shí)間段內(nèi)在目標(biāo)位置處擠出相對(duì)較大體積的材料，使用固化控制設(shè)備縮短材料在擠出時(shí)的固化時(shí)間可有助于改善印刷結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量。

圖6是若干3D印刷結(jié)構(gòu)600的實(shí)施例的示意性等軸視圖，這些3D印刷結(jié)構(gòu)在該具體實(shí)施方式通篇和權(quán)利要求書中也簡稱結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)600包括示例性防滑釘結(jié)構(gòu)602、鉤結(jié)構(gòu)604和旋鈕狀結(jié)構(gòu)606。應(yīng)當(dāng)理解，這些結(jié)構(gòu)僅旨在是可使用本文所公開的方法形成的可能的3D印刷結(jié)構(gòu)的例子。此外，在至少一些實(shí)施例中，這些示例性結(jié)構(gòu)可使用3D印刷工藝的擠出類型形成，與3D印刷方法的一些其他實(shí)施例相比，該3D印刷工藝的擠出類型可縮短總印刷時(shí)間。

在圖6所示的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)600粘結(jié)到基底部件610?；撞考?10是出于舉例說明目的而示意性地示出的，并且在一些實(shí)施例中可被視為各種制品(包括鞋類制品和服裝制品兩者)的一部分。如該具體實(shí)施方式通篇和權(quán)利要求書中所用，“基底部件”一般可包括已在其上施加一個(gè)或多個(gè)印刷結(jié)構(gòu)的任何部件?；撞考梢允羌徔棽牧?包括織造紡織物、針織紡織物、編織紡織物和非織造紡織物)、皮革(天然或合成的)、塑料(包括塑料膜)、橡膠、金屬或任何其他種類的材料。此外，在一些實(shí)施例中，可將3D印刷結(jié)構(gòu)直接印刷到基底部件的表面上。在此類實(shí)施例中，形成3D印刷結(jié)構(gòu)的一種或多種材料可與基底部件的至少一種材料結(jié)合相容(bond compatible)。在其他實(shí)施例中，可在印刷之后，例如使用粘合劑或機(jī)械連接，將形成3D印刷結(jié)構(gòu)的一種或多種材料施加到基底部件。

圖7至圖14示出了用于在基底部件610上形成3D印刷結(jié)構(gòu)606(旋鈕狀結(jié)構(gòu))的工藝的實(shí)施例的示意圖。所形成的結(jié)構(gòu)606具體地示于圖14中。出于描述的目的，本文定義了若干術(shù)語來指用于形成3D印刷結(jié)構(gòu)的材料，包括指示整個(gè)形成工藝中的各種材料狀態(tài)或構(gòu)型的術(shù)語。術(shù)語“材料的部分”本文用來指擠出材料的任何體積或部分，其可與該擠出材料的相鄰體積或部分連續(xù)或不連續(xù)。材料的一部分可位于噴嘴的外部(在擠出或沉積該部分后)或在擠出之前可位于噴嘴的內(nèi)部(或甚至噴嘴的上游)。更進(jìn)一步地，材料的一部分可部分地設(shè)置在噴嘴內(nèi)并部分地設(shè)置在噴嘴的外部。在擠出和固化(例如，硬化)后，材料的部分可構(gòu)成最終3D印刷結(jié)構(gòu)的部分。

如此前所述，材料700穿過噴嘴118從中擠出。離開噴嘴118的材料在本文可被表征為“擠出的”、“印刷的”、“噴出的”或“沉積的”。材料700可包括任何種類的可印刷和/或可擠出的材料。不同實(shí)施例可使用包括但不限于以下的材料：油墨、樹脂、丙烯酸、聚合物、熱塑性材料、熱固性材料、光可固化材料，或它們的組合。一些實(shí)施例還可利用摻入到擠出或印刷的材料中的填料。例如，摻入到擠出材料中的填料可為被設(shè)計(jì)成賦予所需顏色或者顏色圖案或過渡的粉末材料或染料、金屬或塑料的顆?；蚯行蓟蛉魏纹渌勰┑V物、金屬或塑料。因此，在至少一些實(shí)施例中，材料700可因而為復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施例中，材料700可以是可被熱固化的熱塑性材料(即，加熱到高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以便印刷，然后冷卻而形成相對(duì)剛性或非柔韌的印刷結(jié)構(gòu))。

出于一致性和方便的目的，第一方向702(圖7中示意性地示出)相對(duì)于噴嘴118進(jìn)行定義。第一方向702是沿著噴嘴118的中心軸延伸的方向并限定“擠出方向”，即，材料沿著其從噴嘴118擠出或推出的方向。在噴嘴118主要保持為固定取向并離開基底部件610垂直地提升的實(shí)施例中，第一方向702可保持與基底部件610的外表面611大致垂直，如圖7至圖14的實(shí)施例中所示。然而，在噴嘴118的取向可相對(duì)于基底部件而改變的其他實(shí)施例中，如圖19的實(shí)施例中所示，第一方向702可被表征為保持與所形成的3D印刷結(jié)構(gòu)的中心軸線大致平行，使得噴嘴118始終將材料擠出到結(jié)構(gòu)的端部或最近形成的部分上。

第二方向704被表征為大致垂直于第一方向702的方向。雖然在實(shí)施例中被示出為以特定橫向方向取向，但應(yīng)當(dāng)理解，第二方向704代表垂直于第一方向702的任何方向。例如，第二方向704可被表征為相對(duì)于第一方向702的徑向方向。在一些情況下，第一方向702可被表征為軸向方向。在噴嘴118主要保持在相對(duì)于基底部件610的固定取向的實(shí)施例中，如圖7至圖14的實(shí)施例中，第二方向702可與基底部件610的外表面611大致平行。然而，在噴嘴118的取向可相對(duì)于基底部件而改變的實(shí)施例中，如圖19所示，第二方向704仍可被表征為垂直于第一方向702，并且一般可與鄰近噴嘴118的結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)向或橫向方向大致平行。

示例性實(shí)施例設(shè)想了將材料的部分“擠出”(即，推進(jìn)或推動(dòng))穿過噴嘴，從而可在初始沿著第一方向702導(dǎo)向的材料內(nèi)產(chǎn)生力和壓力。然而，當(dāng)材料的部分離開噴嘴118時(shí)，與基底部件610接觸和/或與已在基底部件610上形成的材料的部分接觸可導(dǎo)致流動(dòng)方向從主要沿著第一方向702改變?yōu)橹饕刂诙较?04。換句話講，當(dāng)推抵基底部件610或相鄰的材料部分時(shí)，最近擠出的材料部分可能傾向于沿著第二方向704向外流動(dòng)或鋪展。該流動(dòng)可替代地被表征為“向外鋪展”，這是因?yàn)槠鋬A向于沿著從初始材料流徑向向外的方向發(fā)生，該初始材料流沿著第一方向702從噴嘴118擠出。在形成縱向軸線沿著第一方向702取向的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，該向外鋪展可沿著3D印刷結(jié)構(gòu)的側(cè)向尺寸(或橫向尺寸)取向。

出于表征沿著第二方向704取向的材料部分的尺寸的目的，術(shù)語“橫截面區(qū)域”用來指沿著第二方向704截取的材料的一部分的橫截面區(qū)域。具體地講，橫截面區(qū)域一般是沿著垂直于第一方向702的平面(像第二方向704)截取的。在至少一些實(shí)施例中，材料的所述部分可沿著第二方向704向外均勻地鋪展，以使得橫截面區(qū)域大致為圓形。在此類情況下，術(shù)語“直徑”還可用于表征沿著第二方向704取向的材料部分的尺寸。具體地講，一部分的任何大致圓形橫截面區(qū)域可具有獨(dú)特的對(duì)應(yīng)直徑。

如圖7至圖14中所示，在示例性印刷工藝中，將材料700從噴嘴118擠出到基底部件610上。在圖7和圖8中，將材料的第一部分710直接擠出到基底部分610的外表面611上。當(dāng)將噴嘴118從與基底部件610直接接觸的位置(圖7)提升到離基底部件610達(dá)距離750設(shè)置的位置(圖8)時(shí)，材料的第一部分710發(fā)生沿著第二方向704的鋪展。當(dāng)將材料700從噴嘴118連續(xù)擠出時(shí)，材料的第一部分710從具有第一橫截面區(qū)域720(圖8)擴(kuò)展到具有第二橫截面區(qū)域722(圖9)，后者大于第一橫截面區(qū)域720。在這種情況下，由于噴嘴118到基底部件610的大致距離在圖8的構(gòu)型與圖9的構(gòu)型之間沒有變化，材料的第一部分710保持大致恒定的高度，并且可以看到材料的向外流動(dòng)，這部分歸因于材料的第一部分710約束在噴嘴118的端部與基底部件610之間。

接下來轉(zhuǎn)到圖10中所示的構(gòu)型，隨材料的第一部分710固化(通過冷卻到低于預(yù)定溫度或另一機(jī)制)并且噴嘴118被提升到離基底部件610達(dá)第二距離752的位置，材料的第一部分710可停止沿著第二方向704鋪展。此處，材料的第一部分710已形成結(jié)構(gòu)606的第一部分，如通過將圖14中的材料的第一部分710的幾何形狀與圖10中所示的結(jié)構(gòu)606的對(duì)應(yīng)第一部分740進(jìn)行比較而看出的。如圖10中可以看出，材料的第二部分712(一般與材料的第一部分710連續(xù))從噴嘴118擠出到材料的第一部分710上。由于被向下推抵材料的第一部分710并且部分地約束在噴嘴118與材料的第一部分710之間，材料的第二部分712沿著第二方向704向外鋪展。

在圖11所示的工藝的下一構(gòu)型中，材料的第二部分712一直鋪展到形成結(jié)構(gòu)606的第二部分742為止，如通過比較圖11和圖14而看出的。分別由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的結(jié)構(gòu)606的第一部分740和結(jié)構(gòu)606的第二部分742一起構(gòu)成結(jié)構(gòu)606的最底部分，其中從第一部分740到第二部分742具有大體遞增的橫截面區(qū)域(和直徑)。相應(yīng)地，在圖11所示的構(gòu)型中，材料的第二部分712的橫截面區(qū)域724大于材料的第一部分710的橫截面區(qū)域722。此處應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)部分的橫截面區(qū)域在每個(gè)部分的整個(gè)高度中有所變化，因此橫截面區(qū)域724和橫截面區(qū)域722僅是代表性橫截面區(qū)域。

如圖11中所示，對(duì)于由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的結(jié)構(gòu)606的部分而言，相對(duì)于外表面611的接觸角790大于90度。在示例性實(shí)施例中，接觸角790可在120度與160度之間的范圍內(nèi)。此類大接觸角允許多種零件幾何形狀，其中凸形部分和凹形部分可被配置在結(jié)構(gòu)的最底層，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并且在一些情況下增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的功能性。

在圖12所示的構(gòu)型中，材料的第三部分714已被擠出到材料的第二部分712上。此外，材料700的第四部分716已被擠出到材料的第三部分714上。此處，材料的第三部分714的橫截面區(qū)域726基本上大于材料的第四部分714的橫截面區(qū)域728。

在該階段，在一些實(shí)施例中，可應(yīng)用固化控制設(shè)備500，以加快材料的第三部分714和/或材料的第四部分716固化時(shí)的速度。這可有助于確保這些部分足夠穩(wěn)定以在材料的第四部分716的頂部上支撐另外的擠出材料，并且在因重力作用下的材料流動(dòng)而使這些部分的幾何形狀發(fā)生變形之前，確保這些部分固化。在材料700是熱塑性材料的實(shí)施例中，固化控制設(shè)備500可以是冷卻設(shè)備，所述冷卻設(shè)備將低于預(yù)定溫度(與硬化相關(guān))的冷卻空氣供應(yīng)到結(jié)構(gòu)606的局部區(qū)域(即，與材料的第一部分714和/或材料的第二部分716相對(duì)應(yīng)的區(qū)域)。硬化后，材料的第三部分714和材料的第四部分716對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)606的第三部分744和第四部分746。

在圖13中，將材料的第五部分718擠出到材料的第四部分716上，以形成結(jié)構(gòu)606的第五部分748，該第五部分構(gòu)成結(jié)構(gòu)606的最頂部分。如圖13中所示，材料的第五部分718的橫截面區(qū)域729顯著大于材料的第四部分716的橫截面區(qū)域728。

在完成后，噴嘴118停止擠出材料并拉離圖14中所示的所形成的結(jié)構(gòu)606。如圖14中可以看出，與用于形成結(jié)構(gòu)606的材料部分的不同橫截面區(qū)域相對(duì)應(yīng)，結(jié)構(gòu)606的不同部分具有不同橫截面區(qū)域。例如，結(jié)構(gòu)606的底部(包括第一部分740、第二部分742和第三部分744)具有代表性橫截面區(qū)域735。形成結(jié)構(gòu)606中部的第四部分746具有小于橫截面區(qū)域735的代表性橫截面區(qū)域733。最后，由結(jié)構(gòu)606的第五部分748構(gòu)成的結(jié)構(gòu)606頂部具有大于橫截面區(qū)域733的橫截面區(qū)域731。因此，可以看出該工藝允許形成橫截面幾何形狀從底部到頂部有所變化的結(jié)構(gòu)，包括從寬變窄再變寬的結(jié)構(gòu)。此外，該示例性工藝可用于形成具有不同部分的印刷結(jié)構(gòu)，所述不同部分具有可變的橫截面區(qū)域的任何組合。

一般來講，可通過以下方式實(shí)現(xiàn)具有不同橫截面區(qū)域的部分的形成：在3D印刷結(jié)構(gòu)的整個(gè)形成過程中改變一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)。如已討論的，材料沿著第二方向鋪展(也稱為“向外鋪展”)的量歸因于各種因素，包括流速、溫度(與材料粘度相關(guān))、噴嘴與下層材料部分(或基底部件)之間的約束力以及其他因素。因此，在3D結(jié)構(gòu)的整個(gè)印刷過程中調(diào)節(jié)這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)將得到向外鋪展量有所變化的、因此橫截面區(qū)域(或直徑)有所變化的部分。

為了示出用于改變圖7至圖14所示工藝中的擠出參數(shù)的示例性方法，流速參數(shù)在圖7至圖14的每一者中由沿著第一方向702取向的箭頭示意性地指示。具體地講，印刷工藝各個(gè)階段的流速大小由箭頭長度的變化示出(其中較短箭頭指示相對(duì)較慢的流速，而較長箭頭指示相對(duì)較快的流速)。如圖7至圖13中可以看出，流速一般可根據(jù)一部分的所需橫截面區(qū)域或直徑而變化。例如，與圖10和圖11中所示的材料700的更快流速782相比，在圖8至圖9中，材料700的流速780相對(duì)較慢。與材料的第一部分710的橫截面區(qū)域相比，流速的該增加可使得材料的第二部分712具有略微更大的橫截面區(qū)域，因?yàn)樵谙嗤掷m(xù)時(shí)間內(nèi)鋪設(shè)了更多材料。當(dāng)擠出材料的第三部分714時(shí)，材料700的流速慢于流速782，從而形成結(jié)構(gòu)606的對(duì)應(yīng)部分的較小橫截面區(qū)域。如圖12所示，當(dāng)擠出材料的第四部分716時(shí)，與在該工藝期間發(fā)生的其他流速相比，流速784可獲得最小值，因?yàn)榈谒牟糠?16(對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)606的第四部分746)具有結(jié)構(gòu)606的所有部分的最小橫截面區(qū)域。最后，為了實(shí)現(xiàn)材料的第五部分718的逐漸增大的橫截面區(qū)域，相對(duì)于流速784而言再次增加流速786。

為清楚起見，實(shí)施例將材料700的流速的變化描述為控制結(jié)構(gòu)606的所形成部分的所得直徑的主要方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，任何其他擠出控制參數(shù)也可變化，可能與其他擠出控制參數(shù)一起變化。例如，用于控制材料的向外鋪展程度的另一種手段是噴嘴撤回速率，這是由于材料在噴嘴端部與下層材料之間的約束可以是向外鋪展程度的因素。因此，例如，形成結(jié)構(gòu)的相對(duì)較窄部分(如結(jié)構(gòu)606的第三部分744)可通過增加噴嘴撤回速率來完成，以使得材料垂直地堆積，而較少發(fā)生向外鋪展。在至少一些實(shí)施例中，可使用增加的噴嘴撤回速率(相對(duì)于用于形成其他部分的噴嘴撤回速率而言)和降低的流速(相對(duì)于用于形成其他部分的流速而言)來形成第三部分744。

另一些其他實(shí)施例可使用噴嘴溫度(代用作材料溫度)、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力以及任何其他擠出控制參數(shù)的變化來改變不同部分的幾何形狀(例如，橫截面區(qū)域)和/或不同部分的其他材料特征(例如，密度、硬度等)。

如圖7至圖14中可以看出，該示例性實(shí)施例可使用固定的噴嘴橫截面區(qū)域760來擠出材料700。此外，可以看出，橫截面區(qū)域760基本上小于結(jié)構(gòu)606的各個(gè)部分的橫截面區(qū)域。例如，橫截面區(qū)域760基本上小于結(jié)構(gòu)606的第三部分716的橫截面區(qū)域733，該第三部分是結(jié)構(gòu)606的最窄部分。當(dāng)然，在另一些其他實(shí)施例中，可改變噴嘴118的橫截面區(qū)域(或直徑)，以提高(或降低)材料700的流速。

圖7至圖14中所示的示例性工藝可用于提高形成3D印刷結(jié)構(gòu)606的速度。具體地講，在與其中通過使噴嘴118移動(dòng)來形成水平層并垂直地在現(xiàn)有層上堆積后續(xù)層從而形成結(jié)構(gòu)的其他實(shí)施例中使用的方法相比時(shí)，該示例性工藝可提供顯著縮短的印刷時(shí)間。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況是由于可供選擇的實(shí)施例需要噴嘴移動(dòng)穿過與所需3D印刷零件的整個(gè)體積對(duì)應(yīng)的路徑，而示例性方法可將噴嘴保持在固定的水平位置，并且使用材料的向外鋪展來填滿預(yù)期的3D體積，而無需噴嘴經(jīng)過材料在最終結(jié)構(gòu)中所處的每個(gè)水平位置。

圖15至圖19示出了由材料800形成3D印刷結(jié)構(gòu)的工藝的另一個(gè)實(shí)施例。參見圖15至圖19，具有鉤或鉤狀緊固件的3D印刷結(jié)構(gòu)604使用上文所述和圖7至圖14中所示的類似擠出工藝形成。然而，與圖7至圖14的實(shí)施例不同，圖15至圖19的工藝包括使噴嘴118沿著離開基底部件的不止單個(gè)方向(例如，垂直方向)移動(dòng)。具體地講，如本文所述，噴嘴118可沿著兩個(gè)大致垂直的方向(例如，垂直方向和水平方向)移動(dòng)以形成結(jié)構(gòu)604。

從圖15開始，噴嘴118擠出材料的第一部分802以形成結(jié)構(gòu)606的基座部分，該基座部分粘結(jié)到基底部件610。接下來，如圖16所示，當(dāng)擠出材料的第二部分804時(shí)，噴嘴118沿著第一方向830(例如，垂直方向)提升。如圖17的后續(xù)構(gòu)型示出，為了形成結(jié)構(gòu)604的彎曲部分，當(dāng)從噴嘴118擠出材料的第三部分806時(shí)，噴嘴118可沿著第一方向830和第二方向832(例如，水平方向)兩者移動(dòng)。此外，在至少一些實(shí)施例中，可將固化控制設(shè)備500施加到材料的第三部分806以縮短固化時(shí)間，使得材料的第三部分806克服重力而保持所需的彎曲和懸伸的幾何形狀，否則重力可使材料800往下流動(dòng)。在圖18中，當(dāng)在噴嘴118沿著第一方向830和第二方向832兩者移動(dòng)的同時(shí)擠出材料的第四部分808時(shí)，噴嘴118繼續(xù)形成結(jié)構(gòu)604的彎曲部分。

在至少一些實(shí)施例中，噴嘴118能夠改變其相對(duì)于另一個(gè)部件或部分諸如基底部件610的取向。如圖19所示，在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴118可旋轉(zhuǎn)一角度850，使得噴嘴118不再以與基底部件610大致垂直的方式取向。而是，噴嘴118可被取向成使得擠出材料沿著與材料的第五部分810的中心軸線821相關(guān)的方向從噴嘴118流出。在噴嘴118沿著中心軸線821的方向取向的情況下，從噴嘴118擠出的材料800可發(fā)生向外鋪展，該向外鋪展為在與材料的第五部分810的中心軸線821大致垂直的方向向外鋪展。該垂直方向由側(cè)向軸線820指示。

通過調(diào)節(jié)噴嘴118的取向以更好地與3D印刷結(jié)構(gòu)的相鄰部分的中心軸線對(duì)齊，擠出材料可在沿著中心軸線的方向上堆積，而非在垂直方向或其他方向上堆積，在垂直方向或其他方向上堆積可能在結(jié)構(gòu)形成時(shí)在多個(gè)位置產(chǎn)生非期望的多余材料。雖然未示出，但一些實(shí)施例可使用支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)可在結(jié)構(gòu)形成期間提供支撐，但可在結(jié)構(gòu)已完成并完全固化之后移除。

通過使噴嘴118沿著垂直方向和水平方向兩者移動(dòng)，并結(jié)合旋轉(zhuǎn)或傾斜噴嘴118的取向，印刷系統(tǒng)100和上述工藝可用于形成具有多種多樣的幾何結(jié)構(gòu)和形狀的零部件，包括具有各種類型的彎曲表面的部分。此類彎曲表面可在曲率方面為恒定的或在曲率方面為非恒定的(例如，復(fù)合曲線)。

實(shí)施例可包括用于響應(yīng)于來自傳感信息的反饋而調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，擠出工藝可響應(yīng)于光學(xué)信息而調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)。

圖20示出了用于響應(yīng)于光學(xué)信息而調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的工藝的實(shí)施例。一般來講，圖20所示的步驟中的一個(gè)或多個(gè)可由印刷設(shè)備102的擠出控制系統(tǒng)204、傳感器系統(tǒng)206和/或任何其他系統(tǒng)或部件執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，圖20的工藝可包括附加步驟，而在其他實(shí)施例中，圖20所示的一些步驟可為任選的。為清楚起見，以下討論將該工藝中的步驟描述為由擠出控制系統(tǒng)204執(zhí)行。

在第一步驟902中，擠出控制系統(tǒng)204可接收光學(xué)信息。在一些實(shí)施例中，光學(xué)信息可從一個(gè)或多個(gè)傳感器，如光學(xué)感測設(shè)備416接收。所接收的光學(xué)信息可包括任何種類的模擬信號(hào)和/或數(shù)字信號(hào)，所述模擬信號(hào)和/或數(shù)字信號(hào)包括與由光學(xué)感測設(shè)備416捕獲的一個(gè)或多個(gè)圖像相關(guān)的信息。

在步驟904中，擠出控制系統(tǒng)204可使用光學(xué)信息來表征材料特定部分的向外鋪展。一部分材料的向外鋪展可以多種方式表征。例如，在一些實(shí)施例中，向外鋪展可通過給定時(shí)刻處的該部分材料的橫截面積、直徑、或沿著特定預(yù)定方向的延伸來表征。在其他實(shí)施例中，向外鋪展可通過向外鋪展速率來表征，該向外鋪展速率是該部分材料在向外方向上鋪展的速率。取決于應(yīng)用，可能更有用的是使用特定時(shí)間處的一部分材料的絕對(duì)鋪展程度或特定時(shí)間處的該部分材料的向外鋪展速率。在另外其他實(shí)施例中，可使用向外鋪展的其他表征。出于方便的目的，特定時(shí)間處的一部分材料所使用的向外鋪展的特定表征被稱為向外鋪展值。

在不同實(shí)施例中，所測量或感測的向外鋪展值可使用光學(xué)信息確定。在一些實(shí)施例中，可分析由光學(xué)感測設(shè)備416捕獲的一部分?jǐn)D出材料的一個(gè)或多個(gè)圖像，以確定在一個(gè)或多個(gè)方向的絕對(duì)向外鋪展程度和/或向外鋪展速率?？墒褂糜糜诜治鰣D像數(shù)據(jù)的任何已知算法來確定絕對(duì)向外鋪展和/或向外鋪展速率的測量值或感測值。

在步驟906中，擠出控制系統(tǒng)204可從存儲(chǔ)器(例如，從數(shù)據(jù)庫)檢索給定時(shí)間處預(yù)測的向外鋪展值。與測量或感測的向外鋪展值不同，預(yù)測的向外鋪展值是基于材料流速、噴嘴撤回速率、擠出溫度的假定值以及使用可能的其他因素來預(yù)定的值。因此，預(yù)測的向外鋪展值指示預(yù)測會(huì)發(fā)生何種鋪展，從而可實(shí)現(xiàn)所需的部件幾何形狀。預(yù)測的向外鋪展值可因各種因素而與感測的向外鋪展值不同，這些因素包括但不限于：印刷材料缺陷、基底部件材料和幾何形狀的變化、環(huán)境條件(例如，溫度和壓力)的變化以及可能的其他因素。

在步驟908中，對(duì)感測的向外鋪展值與預(yù)測的向外鋪展值進(jìn)行比較。如果感測的向外鋪展值在預(yù)測的向外鋪展值的預(yù)定容限內(nèi)，則系統(tǒng)可以繼續(xù)擠出材料而不進(jìn)行任何調(diào)節(jié)。然而，如果感測的向外鋪展值與預(yù)測的向外鋪展值相差超過預(yù)定容限，則擠出控制系統(tǒng)204可進(jìn)行到步驟910，以對(duì)一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖21示出了工藝的示意圖，在該工藝中，使用光學(xué)信息向擠出控制系統(tǒng)提供反饋。參見圖21，光學(xué)感測設(shè)備416被定位成在從噴嘴118擠出材料部分1010之后捕獲關(guān)于材料部分1010的光學(xué)信息?？墒褂迷摴鈱W(xué)信息來確定感測的向外鋪展直徑1022，其是材料部分1010在向外鋪展到基底部件1005上時(shí)的近似直徑的實(shí)時(shí)測量值。在圖21的噴嘴118和材料部分1010的示意圖中，示出了特定時(shí)刻的材料部分1010的感測鋪展直徑1022。

在圖21的圖表中，感測的向外鋪展直徑1022被繪制成時(shí)間的函數(shù)。另外，預(yù)測的向外鋪展直徑1020也被繪制成時(shí)間的函數(shù)。在這種情況下，預(yù)測的向外鋪展直徑1020沿循近似直線，這指示材料隨時(shí)間推移而基本上恒定鋪展(例如，恒定鋪展速率)。應(yīng)當(dāng)理解，預(yù)測的向外鋪展直徑1020僅是一種示例性的函數(shù)類型，在此是為了清楚起見而使用，并且在其他實(shí)施例中，預(yù)測的向外鋪展直徑1020的表現(xiàn)形式可為非線性的。

在時(shí)間T1處，預(yù)測的向外鋪展直徑1020和感測的向外鋪展直徑1022可大致相同。換句話講，在此時(shí)，感測的向外鋪展直徑1022可在預(yù)測的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容限內(nèi)。這指示材料部分1010以所需方式鋪展，形成預(yù)期3D印刷結(jié)構(gòu)的第一部分或第一層。然而，在稍后的時(shí)間T2處，感測的向外鋪展直徑1022顯著降低到預(yù)測的向外鋪展直徑1020以下，從而指示材料部分1010未以所需方式(例如，以所需速率)鋪展。當(dāng)擠出控制系統(tǒng)204檢測到感測的向外鋪展直徑1022的該相對(duì)下降時(shí)，擠出控制系統(tǒng)204可調(diào)節(jié)材料1008的流速或擠出速率，以引起材料部分1010的更快和/或更多鋪展。具體地講，在時(shí)間T2處，流速從初始流速1040(與時(shí)間T1相關(guān))增加到新的增大的流速1042。在時(shí)間T2后，感測的向外鋪展直徑1022開始增加并且可再次降低，且具有預(yù)測的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容限。

在稍后的時(shí)間T3處，感測的向外鋪展直徑1022增加到預(yù)測的向外鋪展直徑1020以上，從而指示材料部分1010流動(dòng)得太快并且可能延伸得太遠(yuǎn)。因此，在時(shí)間T3處，流速被調(diào)節(jié)到新的降低的流速1044，其是比初始流速1040(與時(shí)間T1相關(guān))和流速1042(與時(shí)間T2相關(guān))兩者顯著更低的流速。在時(shí)間T3后，感測的向外鋪展直徑1022開始減小并且可再次降低，且具有預(yù)測的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容限。該工藝因此可為反復(fù)的，從而響應(yīng)于關(guān)于材料部分鋪展方式的所感測光學(xué)信息而提供連續(xù)調(diào)節(jié)流速(或其他擠出控制參數(shù))的手段。此外，雖然在圖21中針對(duì)材料的具體部分1010(與印刷結(jié)構(gòu)中的下層材料對(duì)應(yīng))示出了示例性工藝，但該工藝也可用于在形成印刷結(jié)構(gòu)時(shí)所用的材料的所有部分和層。

圖22示出了工藝的實(shí)施例，該工藝用于響應(yīng)于關(guān)于材料的最近擠出部分所感測的信息而將固化控制設(shè)備應(yīng)用于材料的最近擠出部分。在步驟1102中，擠出控制系統(tǒng)204可從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收關(guān)于擠出部分和/或環(huán)境條件的感測信息?？上驍D出控制系統(tǒng)204供應(yīng)信息的示例性傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、流速傳感器、光學(xué)傳感器以及可能的其他種類的傳感器。在步驟1104中，擠出控制系統(tǒng)204使用感測信息來確定材料的最近擠出部分是否固化。例如，在一些實(shí)施例中，可使用光學(xué)信息來確定擠出部分是否穩(wěn)定或不移動(dòng)，并因此確定是否可能已固化。如果最近擠出部分尚未固化并且有必要在擠出更多材料之前使該材料部分凝固，則可使用固化控制設(shè)備直接使該材料部分固化。在這種情況下，擠出控制系統(tǒng)204轉(zhuǎn)到步驟1106，以向擠出部分施加冷卻和/或UV固化。

當(dāng)然，在一些實(shí)施例中，固化控制設(shè)備直接施加到擠出材料的一個(gè)或多個(gè)部分以加快固化的速度可自動(dòng)地進(jìn)行，無需依賴于感測信息。具體地講，如先前實(shí)施例中已經(jīng)描述的那樣，可進(jìn)行直接固化(例如，冷卻)以加快固化速度，作為形成具有特定幾何形狀的部分的工藝的一部分，所述特定幾何形狀可能需要快速固化以在印刷工藝期間保持穩(wěn)定。

實(shí)施例可包括用于施加三維印刷結(jié)構(gòu)的設(shè)備裝置，所述三維印刷結(jié)構(gòu)可錨固到基底部件，如紡織材料。在采用引起擠出材料向外鋪展的擠出工藝的實(shí)施例中，可以引導(dǎo)材料在與噴嘴所處的側(cè)面相對(duì)的基底部件的側(cè)面上向外鋪展。這可允許形成可能用可供選擇的工藝無法實(shí)現(xiàn)的錨固性部分，這些可供選擇的工藝需要噴嘴經(jīng)過與印刷結(jié)構(gòu)相關(guān)的體積內(nèi)的所有位置上方。

圖23至圖27示出了用于印刷3D錨固性結(jié)構(gòu)1200的工藝的實(shí)施例的示意圖，該3D錨固性結(jié)構(gòu)在形成時(shí)直接錨固到基底部件1202。如在圖23至圖27中可以看出，該示例性工藝可利用噴嘴118、基底部件1202和成型用部件1250。噴嘴118可設(shè)置在基底部件1202的第一側(cè)面1210上，而成型用部件1250可設(shè)置在基底部件1202的第二側(cè)面1212上。此外，為了提供第一側(cè)面1210與第二側(cè)面1212之間的流體連通，基底部件1202包括開口1214。

如在圖24中可以看出，材料1220從噴嘴118擠出并流過開口1214。在成型用部件1250抵靠基底部件1202的第二側(cè)面1212就位的情況下，材料的第一部分1222流入成型用部件1250的腔體1252中。在圖25中，材料的第一部分1222填充整個(gè)腔體1252。由于腔體1252的開口1254具有直徑1256(參見圖23)，材料的第一部分1222獲得與基底部件1202的第二側(cè)面1212直接相鄰的直徑1223。此外，由于材料的第一部分1222的直徑1223大于開口1214的直徑1215，因此防止了材料的第一部分1222穿過開口1214。

在圖26中，材料的第二部分1224從噴嘴118擠出并開始側(cè)向地鋪展到基底部件1202的第一側(cè)面1210上。在圖27中可以看出，材料的第二部分1226獲得直徑1227，該直徑顯著大于開口1214的直徑1215。因此，錨固性結(jié)構(gòu)1200以一定方式形成，使得若不以不可逆轉(zhuǎn)的方式破壞基底部件1202或錨固性結(jié)構(gòu)1200，就無法將錨固性結(jié)構(gòu)1200與基底部件1202分開。

在錨固性結(jié)構(gòu)1200按圖23至圖27所示的工藝形成的情況下，可添加附加擠出材料以形成離開基底部件1202的第一側(cè)面1210延伸的各種3D結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可包括任何已討論的3D印刷結(jié)構(gòu)，諸如防滑釘、鉤、旋鈕狀緊固件以及其他結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)的錨固可使用單個(gè)孔實(shí)現(xiàn)，或者可使用兩個(gè)或更多個(gè)孔完成。所使用的孔數(shù)量可根據(jù)所使用的基底部件的類型以及所形成的3D結(jié)構(gòu)的幾何形狀而變化。

在不同的實(shí)施例中，所使用的成型用部件的類型可以有所變化。例如，成型用部件在尺寸、腔體形狀、材料構(gòu)造以及其他特性方面可以有所變化?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的任何種類的模具。所使用的模具類型可以根據(jù)最終結(jié)構(gòu)的所需幾何形狀(尤其是基底部件1202的第二側(cè)面1212上的部分的幾何形狀)、所需的部件尺寸、模具材料的溫度容限以及可能的其他因素來選擇。

作為成型用部件的變型形式的一個(gè)示例，圖28示出了兩個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)。參見圖28，第一成型用部件1302具有腔體1303，該腔體具有大致矩形的幾何形狀，不同的是，圖23中的成型用部件1250的腔體1252具有大致圓形(或穹頂狀)的幾何形狀。另外，第二成型用部件1304包括具有大致不規(guī)則幾何形狀的腔體1305。腔體幾何形狀的這些變型形式可導(dǎo)致所形成的3D結(jié)構(gòu)的幾何形狀的對(duì)應(yīng)變型形式(對(duì)于設(shè)置有模具的基底部件那一側(cè)上的結(jié)構(gòu)部分而言)。

在一些其他實(shí)施例中，可通過推動(dòng)擠出材料穿過諸如針織物、網(wǎng)狀織物或編織織物的材料來形成錨固性結(jié)構(gòu)，這些材料可不包括顯著的孔。這種實(shí)施例示于圖29中。此處，錨固結(jié)構(gòu)1400包括基底部件1408的第一側(cè)面1410上的第一部分1402以及基底部件1408的第二側(cè)面1412上的第二部分1404。第一部分1402和第二部分1404由擠出材料部分1420連接，該擠出材料部分已被推動(dòng)穿過基底部件1408中的開放空間。

圖30示出了印刷設(shè)備102的示例性實(shí)施例以及用于保持或支撐可接收印刷結(jié)構(gòu)的制品的兩種不同方法。如在圖30中看出，在一些實(shí)施例中，平坦鞋面部分1502可放置在托盤112上，該托盤容納在印刷設(shè)備102內(nèi)。在其他實(shí)施例中，經(jīng)組裝的鞋類制品1504可與鞋類保持設(shè)備1506相關(guān)聯(lián)，該鞋類保持設(shè)備可插入到印刷設(shè)備102中。在一些實(shí)施例中，鞋類保持設(shè)備1506可被配置為將鞋類制品1504的大致平整部分提供給噴嘴進(jìn)行印刷?？墒褂玫氖纠孕惐３衷O(shè)備公開于Miller的美國專利公布No.2014/0310891中，其公布于2014年10月23日(現(xiàn)為美國專利申請No.13/868130，提交于2013年4月23日)且名稱為“Holding Assembly for Articles”(用于制品的保持組件)，該申請的全文以引用方式并入本文。

用于將3D結(jié)構(gòu)直接印刷到制品(包括由紡織物構(gòu)成的制品)的部分上的一般系統(tǒng)和方法公開于Jones等人的美國專利申請公布No.2014/0020192，其公布于2014年1月23日(現(xiàn)為美國專利申請No.13/553,368，提交于2012年7月19日)且名稱為“Footwear Assembly Method with 3D Printing,”(采用3D印刷的鞋類組裝方法)，該申請的全文以引用方式并入本文并且在下文中稱為“3D印刷”申請。具體地講，該3D印刷申請包括用于印刷到可能不具有疏水性表面或非潤濕表面的紡織物或基底部件上的系統(tǒng)和方法。該3D印刷申請還教導(dǎo)了用于印刷到不規(guī)則表面(諸如在織造、針織、編織或其他種類的織物或紡織材料中會(huì)遇到的那些不規(guī)則表面)上的系統(tǒng)和方法。

圖31是鞋類制品1600的實(shí)施例的等軸視圖。如在圖31中可以看出，鞋類制品1600包括多個(gè)緊固件形式的3D印刷結(jié)構(gòu)，這些緊固件可由鞋帶或其他緊固物接合。具體地講，鞋類制品1600包括已使用如此前所討論和圖7至圖14中所示的3D印刷工藝形成的一組旋鈕狀緊固件1602。另外，鞋類制品1600包括已使用如此前所討論和圖15至圖19中所示的3D印刷工藝形成的一組鉤緊固件1604。因此，可以看出，這些實(shí)施例中討論的示例性印刷(具體地講，擠出)工藝可用于形成鞋類制品以及其他種類的制品的功能結(jié)構(gòu)，諸如緊固件。

實(shí)施例可包括用于提高形成3D印刷結(jié)構(gòu)的速度的另外的設(shè)備裝置。在一些實(shí)施例中，可使用兩種不同的印刷工藝形成3D印刷結(jié)構(gòu)，以形成3D印刷結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)不同部分。在一些情況下，例如，3D印刷結(jié)構(gòu)的第一部分可使用第一3D印刷工藝形成，而3D印刷結(jié)構(gòu)的第二部分可使用不同于第一3D印刷工藝的第二3D印刷工藝形成。

圖32示出了附接到基底部件1720的3D印刷結(jié)構(gòu)1700(或簡稱結(jié)構(gòu)1700)的實(shí)施例的示意圖。在圖32的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)1700具有與鞋類制品一起使用的防滑釘?shù)男问?。然而，在其他?shí)施例中，可以多種不同形狀且出于不同目的來形成類似的印刷結(jié)構(gòu)。換句話講，針對(duì)結(jié)構(gòu)1700討論的原理并非旨在限于制備防滑釘或類似零部件。

在圖32所示的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)1700由兩個(gè)不同部分構(gòu)成。具體地講，結(jié)構(gòu)1700包括外殼部分1702和內(nèi)部部分1704。如下文更詳細(xì)地討論，外殼部分1702和內(nèi)部部分1704的一個(gè)或多個(gè)特征可以不同，這些特征包括尺寸、體積、形狀、材料、顏色以及可能的其他特征。

在不同實(shí)施例中，外殼部分1702的幾何形狀可有所不同。在一些實(shí)施例中，外殼部分1702可具有大致圓形的幾何形狀。在一些情況下，例如，外殼部分1702可具有穹頂狀幾何形狀。在其他實(shí)施例中，外殼部分1702可具有大致錐形的幾何形狀。在一些情況下，例如，外殼部分1702可具有截頂錐形的幾何形狀。

在至少一些實(shí)施例中，外殼部分1702可包括一個(gè)或多個(gè)開口。在一些實(shí)施例中，外殼部分1702可包括單個(gè)開口。在其他實(shí)施例中，外殼部分1702可包括兩個(gè)開口。在另外其他實(shí)施例中，外殼部分1702可包括三個(gè)或更多個(gè)開口。在圖32所示的實(shí)施例中，外殼部分1702包括單個(gè)開口1703。

在不同實(shí)施例中，外殼部分1702中的一個(gè)或多個(gè)開口的位置可有所變化。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)開口可設(shè)置在位于基底部件1720附近的部分外殼部分1702上。在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)開口可設(shè)置在位于離基底部件1720最遠(yuǎn)處的部分外殼部分1702上。在圖32所示的實(shí)施例中，外殼部分1702的開口1703設(shè)置在外殼部分1702的頂端部分1706處。

在一些實(shí)施例中，外殼部分1702可構(gòu)成材料的大體較薄部分。在一些實(shí)施例中，外殼部分1702的厚度1730可顯著小于外殼部分1702的直徑1731。此外，在一些實(shí)施例中，外殼部分1702的厚度1730可顯著小于外殼部分1702的高度1732(如從基底部件1720測量)。在示例性實(shí)施例中，外殼部分1702的厚度1730可具有大約介于0.01毫米與5毫米之間范圍內(nèi)的值。在另外其他實(shí)施例中，厚度1730可大于5毫米。

內(nèi)部部分1704一般可填充由外殼部分1702界定的內(nèi)部區(qū)域。因此，內(nèi)部部分1704的幾何形狀一般可對(duì)應(yīng)于外殼部分1702的幾何形狀。在外殼部分1702具有大致穹頂形幾何形狀的實(shí)施例中，內(nèi)部部分1702也可具有穹頂形幾何形狀。在外殼部分1702具有錐形(包括截頂錐形)幾何形狀的實(shí)施例中，內(nèi)部部分1704可具有類似的錐形幾何形狀。然而，在其他實(shí)施例中，設(shè)想到由外殼部分1702界定的內(nèi)部區(qū)域不具有與外殼部分1702的外側(cè)的幾何形狀相對(duì)應(yīng)的幾何形狀。在這種情況下，內(nèi)部部分1704的幾何形狀一般可對(duì)應(yīng)于由外殼部分1702的內(nèi)側(cè)形狀引起的幾何形狀。

在一些實(shí)施例中，外殼部分可占3D印刷結(jié)構(gòu)的總體積相對(duì)較小的比例，而內(nèi)部部分可占3D印刷結(jié)構(gòu)的總體積較大(至少大部分)的比例。例如，在圖32的實(shí)施例中看出，外殼部分1702具有第一體積，該第一體積占結(jié)構(gòu)1700總體積的第一比例。另外，看出內(nèi)部部分1704具有第二體積，該第二體積占結(jié)構(gòu)1700總體積的第二比例。在示例性實(shí)施例中，第二比例顯著大于第一比例，因此外殼部分1702僅占結(jié)構(gòu)1700的總體積較小的比例，而內(nèi)部部分1704占結(jié)構(gòu)1700的總體積較大的比例。

第一比例和第二比例的值可隨實(shí)施例不同而不同。在一些實(shí)施例中，第一比例可具有大約介于1％與30％之間范圍內(nèi)的值。相應(yīng)地，在此類實(shí)施例中，第二比例可具有大約介于70％與99％之間范圍內(nèi)的值。此處應(yīng)當(dāng)理解，在結(jié)構(gòu)1700僅由外殼部分1702和內(nèi)部部分1704組成的實(shí)施例中，第一比例與第二比例的總和應(yīng)等于100％。

在一些實(shí)施例中，可使用第一3D印刷工藝形成外殼部分1702，而可使用不同于第一3D印刷工藝的第二3D工藝形成內(nèi)部部分1704。對(duì)每部分使用不同印刷工藝可提高效率和/或制造速度。例如，以下實(shí)施例舉例說明了印刷方法，其中使用相對(duì)較慢的印刷工藝形成外殼部分1702，而使用相對(duì)較快的印刷工藝形成內(nèi)部部分1704。由于內(nèi)部部分1704構(gòu)成結(jié)構(gòu)1700的大部分體積，因此與使用相對(duì)較慢的印刷工藝來印刷結(jié)構(gòu)1700的體積時(shí)相比，這種印刷方法可允許在顯著更短的時(shí)間段內(nèi)形成結(jié)構(gòu)1700。

如圖32所示，在至少一些實(shí)施例中，可使用不同噴嘴和/或印刷頭來形成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用第一噴嘴1740形成外殼部分1702，而使用第二噴嘴1742形成內(nèi)部部分1704。在一些實(shí)施例中，第一噴嘴1740具有第一孔1741，而第二噴嘴1742具有第二孔1742。在一個(gè)實(shí)施例中，第一孔1741可具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第二孔1742的直徑。采用這種構(gòu)型時(shí)，在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，從第二孔1742流過的材料總體積可大于從第一孔1741流過的材料總體積。

雖然一些實(shí)施例可使用不同噴嘴來形成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704，但其他實(shí)施例可使用單個(gè)噴嘴來形成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704兩者。這種可供選擇的實(shí)施例在下文描述并示于圖36至圖38中。

在不同實(shí)施例中，構(gòu)成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704的材料可有所不同。在一些實(shí)施例中，外殼部分1702可由第一材料構(gòu)成，而內(nèi)部部分1704可由第二材料構(gòu)成。在一些情況下，第一材料可與第二材料實(shí)質(zhì)上相同。在其他情況下，第一材料可與第二材料實(shí)質(zhì)上不同。

在不同實(shí)施例中，第一材料和第二材料的剛度可有所不同。例如，形成外殼部分的第一材料在固化時(shí)可具有第一剛度，而形成內(nèi)部部分的第二材料在固化時(shí)可具有第二剛度。在一些實(shí)施例中，第二剛度可大于第一剛度。例如，在防滑釘結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施例中，第一材料可為橡膠以為外殼部分提供附著摩擦力和伸展性，而內(nèi)部部分可為稍硬的塑料以為防滑釘結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)和支撐。在其他實(shí)施例中，第二剛度可小于第一剛度。例如，在防滑釘結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施例中，第一材料可為硬質(zhì)橡膠或塑料以為外殼部分提供強(qiáng)度和/或附著摩擦力，而第二材料可為泡沫材料以用于支撐和緩沖。

當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，還可使用其他組合的材料。具體地講，可將第一材料和第二材料選擇為實(shí)現(xiàn)材料的各種在性能方面不同的組合，所述性能包括但不限于：重量、強(qiáng)度、緩沖、與基底部件的結(jié)合相容性以及其他材料性能。

圖33至圖35示出了用于形成結(jié)構(gòu)1700的工藝的實(shí)施例的示意圖。如在圖33中看出，首先可使用第一噴嘴1740形成外殼部分1702。如示意性所示那樣，可使用第一3D印刷工藝形成外殼部分1702。具體地講，第一3D印刷工藝包括使第一噴嘴1740在基底部件1720上方水平地移動(dòng)，以便使用擠出材料1780形成外殼部分1702的水平層。與先前所討論并在例如圖7至圖14中所示出的實(shí)施例不同，第一3D印刷工藝不涉及印刷(或擠出)材料的大幅向外鋪展。一旦形成水平層(例如，圖33所示的印刷層1785)，第一噴嘴1740便可沿垂直方向上升遞增量。此時(shí)，如圖34所示，第一噴嘴1740可再次以水平方式移動(dòng)，以便在印刷層1785的頂部上形成印刷材料的后續(xù)層1787。

在至少一些實(shí)施例中，一旦完全形成外殼部分1702，便可在形成內(nèi)部部分1704之前使外殼部分1702固化。在一些情況下，可在形成外殼部分1702時(shí)完成固化。在其他情況下，可在形成外殼1702之后但在形成內(nèi)部部分1704之前完成固化。然而，在另外其他實(shí)施例中，可在形成內(nèi)部部分1704之后使外殼部分1702完全(或部分)固化。

一旦通過第一3D印刷工藝形成外殼部分1702，第一噴嘴1740便可移動(dòng)離開外殼部分1702。如在圖35中看出，第二噴嘴1742可移動(dòng)到開口1703上方的位置。此時(shí)，可使用第二3D印刷工藝，利用第二材料1784來填充外殼部分1702的內(nèi)部空隙1709。如圖35所示，第二3D印刷工藝可涉及在將第二材料1784擠出或以其他方式沉積在內(nèi)部空隙1709中時(shí)保持第二噴嘴1742處于開口1703上方基本固定的位置。第二3D印刷工藝可持續(xù)進(jìn)行，直到第二材料1784填充整個(gè)內(nèi)部空隙1709，從而形成結(jié)構(gòu)1700的內(nèi)部部分1704。

用于形成外殼部分1702的第一3D印刷工藝以及用于形成內(nèi)部部分1704的第二3D印刷工藝的區(qū)別可在于一個(gè)或多個(gè)屬性方面。如已經(jīng)提及的，第一3D印刷工藝包括使第一噴嘴1740移動(dòng)通過設(shè)置在水平面中的一系列位置，以形成材料的水平層。一旦形成一水平層，第一噴嘴1740便可沿垂直方向稍微上升，以便形成后續(xù)的水平層。相比之下，第二3D印刷工藝包括將第二噴嘴1742保持在大致固定的垂直和水平位置，并將第二材料1784擠出穿過外殼部分1702的開口1703。因此，與外殼部分1702不同，內(nèi)部部分1704不是通過印刷一系列堆疊的水平層的工藝來形成的，而是通過迫使第二材料1784進(jìn)入內(nèi)部空隙1709來形成的。因此可以看出，所得的外殼部分1702幾何形狀由第一噴嘴1740在第一3D印刷工藝期間采取的加工路徑來限定，而所得的內(nèi)部部分1704幾何形狀由內(nèi)部空隙1709的內(nèi)部幾何形狀引起，并且?guī)缀醪恍枰踔镣耆恍枰苿?dòng)第二噴嘴1742。

第一3D印刷工藝和第二3D印刷工藝也可通過向外鋪展的程度來區(qū)分。第一3D印刷工藝可以非常精細(xì)的層來沉積材料，因此幾乎不會(huì)甚至完全不會(huì)向外鋪展。具體地講，使用第一3D印刷工藝所沉積的材料的向外鋪展程度可小于第一噴嘴1740的孔1741的直徑的200％(參見圖32)。換句話講，第一噴嘴1740所印刷的材料可能不會(huì)鋪展至第一噴嘴1740的直徑兩倍以上的尺寸。相比之下，第二3D印刷工藝依賴于大幅向外鋪展來填充外殼部分1702的內(nèi)部空隙1709。因此，從第二噴嘴1742擠出的材料的向外鋪展可以是第二噴嘴1742的孔1743的直徑的許多倍(參見圖32)。例如，在一些實(shí)施例中，部分材料可鋪展至孔1743的直徑的至少500％的直徑。

用于形成結(jié)構(gòu)1700的示例性工藝可允許在保持印刷結(jié)構(gòu)幾何形狀的精度的同時(shí)提高印刷速度。這可通過以下方式得以實(shí)現(xiàn)：使用精密控制的印刷工藝來印刷具有任何所需幾何形狀的相對(duì)較薄外殼部分，然后通過將印刷材料快速擠出到或以其他方式沉積到外殼部分的內(nèi)部來填充該內(nèi)部。通過使用第一3D印刷工藝僅形成結(jié)構(gòu)的薄外殼并使用第二3D印刷工藝形成大部分體積，可縮短印刷結(jié)構(gòu)1700的時(shí)間，因?yàn)榈诙?D印刷工藝一般比第一3D印刷工藝快。

應(yīng)當(dāng)理解，用于形成外殼部分1702的工藝僅旨在為示例性的。在其他實(shí)施例中，可使用任何已知的3D印刷工藝形成外殼部分1702。一些示例性印刷工藝包括先前提及的那些工藝中的任一種。

圖36至圖38示出了用于形成3D印刷結(jié)構(gòu)1800的可供選擇的工藝。一般來講，圖36至圖38所示的工藝在至少一些方面可類似于圖33至圖35所示的工藝。具體地講，圖36至圖38的工藝包括使用第一3D印刷工藝和可能不同的第二3D印刷工藝。然而，與圖33至圖35所示的實(shí)施例形成對(duì)比的是，圖36至圖38所示的實(shí)施例使用單個(gè)噴嘴1840來形成結(jié)構(gòu)1800的外殼部分1802和內(nèi)部部分1804兩者。雖然噴嘴1840可用于第一3D印刷工藝和第二3D印刷工藝兩者中，但在至少一些情況下，孔1841的尺寸是可變的。此外，在一些實(shí)施例中，其他擠出控制參數(shù)是可調(diào)節(jié)的。通過改變孔1841的尺寸和/或其他擠出控制參數(shù)，噴嘴1840可被配置為在第二3D印刷工藝期間以顯著更高的流量擠出印刷材料1810。

雖然圖36至圖38示出了使用單種材料來形成印刷結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分和外部部分的實(shí)施例，但其他實(shí)施例可使用不同的材料。例如，在一些實(shí)施例中，在通過噴嘴1840擠出第一材料來形成外殼部分1802之后，可通過噴嘴1840擠出第二材料來形成內(nèi)部部分1804。

為了確保擠出材料可完全填充外殼部分的內(nèi)部空隙，一些實(shí)施例可包括具有兩個(gè)或更多個(gè)開口的外殼部分。圖39是3D印刷結(jié)構(gòu)1900的實(shí)施例的示意圖，該3D印刷結(jié)構(gòu)可使用上文所述和圖33至圖35所示的第一3D印刷工藝和第二3D印刷工藝來形成。在圖39的實(shí)施例中，印刷結(jié)構(gòu)1900可包括至少兩個(gè)開口：外殼部分1902中的第一開口1903和第二開口1905。在這種構(gòu)型中，噴嘴1742可首先填充第一開口1903，然后移動(dòng)到第二開口1905上方的位置并通過第二開口1905填充內(nèi)部空隙1909。使用多個(gè)開口可有利于填充內(nèi)部空隙，尤其有利于較大的外殼部分和/或具有復(fù)雜幾何形狀的外殼部分。

圖40至圖46示出了3D印刷結(jié)構(gòu)的多種不同實(shí)施例，以及用于形成3D印刷結(jié)構(gòu)的方法。在圖40至圖41所示的實(shí)施例中，3D印刷結(jié)構(gòu)2000可包括外殼部分2002和內(nèi)部部分2004。在該實(shí)施例中，外殼部分2002可包括多個(gè)錨固部分2010。在一些實(shí)施例中，外殼部分2002包括固定在基底部件2020內(nèi)的七個(gè)錨固部分。然而，在其他實(shí)施例中，可使用任何其他數(shù)量的錨固部分。

可以任何方式形成錨固部分2010。在至少一些實(shí)施例中，可使用上文所述和圖23至圖27所示的印刷工藝形成錨固部分2010。具體地講，在一些情況下，可通過以下方式形成錨固部分2010：將材料2030擠出穿過基底部件2020中的開口2032，然后接收到基底部件2020相對(duì)側(cè)上的成型用部件2034中。在一些情況下，可使用該工藝形成結(jié)構(gòu)2000的每個(gè)錨固部分2010。在一些情況下，在形成錨固部分2010的情況下，可使用上文所述和圖33至圖34所示的印刷工藝(即，通過堆積外殼部分2002的水平層)來形成外殼部分2002的其余部分。在一些實(shí)施例中，可使用圖35所示的印刷工藝(即，通過將材料擠出到外殼部分2002的內(nèi)部)來形成內(nèi)部部分2004。

圖40至圖41所示的構(gòu)型提供了結(jié)構(gòu)2000，其中外殼部分2002錨固到基底部件2020，而內(nèi)部部分2004未錨固到基底部件2020。因此，在至少一些實(shí)施例中，外殼部分2002可用于保持內(nèi)部部分2004。在內(nèi)部部分2004由可能不適于形成錨固部分的極軟填充材料構(gòu)成的實(shí)施例中(例如，如果內(nèi)部部分2004由極軟的泡沫構(gòu)成)，外殼部分2002可確保內(nèi)部部分2004保持附接到基底部件2020并保持在外殼部分2002內(nèi)。

當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，內(nèi)部部分2004也可配置有一個(gè)或多個(gè)錨固部分。與外殼部分2002和/或內(nèi)部部分2004一起使用錨固部分可減小結(jié)構(gòu)2000從基底部件2020脫離或分開的傾向，這對(duì)不適合與基底部件2020結(jié)合相容的材料以及/或者其中結(jié)構(gòu)2000可能遇到較大力(例如，與地面或其他表面接觸時(shí))(所述較大力可能往往會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)2000與基底部件2020之間的材料結(jié)合施加壓力)的構(gòu)型來說特別有用。

圖42至圖43示出了用于形成具有外殼部分2102和內(nèi)部部分2104的結(jié)構(gòu)2100的工藝的實(shí)施例。在圖42至圖43的實(shí)施例中，內(nèi)部部分2104延伸穿過外殼部分2102的開口2103，并且包括方向向外的錨固部分2130。方向向外的錨固部分2130可被配置為附接到其他部件，包括緊固件(諸如鞋帶、繩索等)。與先前的實(shí)施例一樣，可由第一3D印刷工藝形成外殼部分2102，而可使用第二3D工藝形成內(nèi)部部分2104，該第一3D印刷工藝提供用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)2100的所需幾何形狀的必要精度，該第二3D工藝可快速填充外殼部分2102的內(nèi)部，并且通過材料向外鋪展而形成方向向外的錨固部分2130。

圖44至圖46示出了用于形成防滑釘結(jié)構(gòu)2200的工藝的實(shí)施例。與先前的實(shí)施例形成對(duì)照，圖44至圖46的實(shí)施例可不使用外殼部分和相關(guān)的內(nèi)部部分。相反，如在圖44中看出，可通過將第一材料2210擠出到基底部件2220上來形成防滑釘結(jié)構(gòu)2200的基座部分2202。此外，可在基座部分2202的頂部上形成向外延伸的錨固部分2204。接下來，可將第二材料2212擠出到向外延伸的錨固部分2204上，以便形成防滑釘結(jié)構(gòu)2200的頂端部分2230。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第二材料2212是比構(gòu)成基座部分2202的第一材料2210顯著更軟的材料，從而為頂端部分2030處的抓取表面提供改善的柔韌性。在一些實(shí)施例中，當(dāng)將第二材料2212擠出或以其他方式沉積在基座部分2202上時(shí)，可使用任選的成型用構(gòu)件2299來幫助限定頂端部分2230的幾何形狀。

在至少一些實(shí)施例中，并非通過3D印刷來形成頂端部分2030，而是可通過另一種工藝來形成頂端部分2030，隨后將該頂端部分組裝在延伸的錨固部分2204上。例如，頂端部分2030可以是預(yù)先形成的頂蓋，將該頂蓋手動(dòng)放置在延伸的錨固部分2204上(例如，與該延伸的錨固部分組裝在一起)。如果頂端部分2030是顯著柔韌的(例如，由橡膠制成)，則可實(shí)現(xiàn)這種手動(dòng)組裝。

圖47示出了鞋類制品2300(包括鞋面2302和鞋底結(jié)構(gòu)2310)的實(shí)施例的示意性底部等軸視圖。參見圖47，制品2300包括多個(gè)防滑釘結(jié)構(gòu)，包括防滑釘結(jié)構(gòu)1700和防滑釘結(jié)構(gòu)2200。

圖48是噴嘴控制系統(tǒng)2400的實(shí)施例的示意圖，該噴嘴控制系統(tǒng)可用于以獨(dú)立方式操作第一噴嘴2402和第二噴嘴2404。具體地講，在至少一些實(shí)施例中，可致動(dòng)第一噴嘴2402和第二噴嘴2404，使它們彼此獨(dú)立地移動(dòng)。在使用兩種不同印刷材料或在希望具有不同孔徑的噴嘴的實(shí)施例中，可使用第一噴嘴2402和第二噴嘴2404來形成結(jié)構(gòu)的不同部分。例如，在一些實(shí)施例中，可使用第一噴嘴2402來形成結(jié)構(gòu)的外殼部分，而可使用第二噴嘴2404來形成結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。同樣，在一些其他實(shí)施例中，可使用第一噴嘴2402來形成結(jié)構(gòu)的基座部分，而可使用第二噴嘴2404來形成結(jié)構(gòu)的頂部部分。

圖49是用于控制至少兩個(gè)噴嘴的工藝的實(shí)施例的示意圖，所述至少兩個(gè)噴嘴可彼此獨(dú)立地移動(dòng)并印刷材料。在一些實(shí)施例中，以下步驟中的一者或多者可由噴嘴控制系統(tǒng)2400完成。然而，在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)其他系統(tǒng)可執(zhí)行所述步驟中的一者或多者。還有，在其他實(shí)施例中，這些步驟中的一些步驟可為任選的。

在步驟2502中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可控制第一噴嘴2402，以印刷結(jié)構(gòu)的第一部分。在一些情況下，該印刷可通過擠出第一材料來進(jìn)行。接下來，在步驟2504中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可使第二噴嘴2404與用第一噴嘴2402形成的結(jié)構(gòu)的第一部分對(duì)齊。在步驟2506中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可控制第二噴嘴2504，以印刷結(jié)構(gòu)的第二部分。在一些情況下，該印刷可通過擠出第二材料來進(jìn)行。

設(shè)想到實(shí)施例可使用各種方法來使第二噴嘴2404與所形成的材料的第一部分對(duì)齊或?qū)?zhǔn)。由于許多種類的3D印刷工藝的精度存在容差，因此所形成的第一部分略有差異，第二噴嘴2404必須對(duì)齊的第一部分中的開口或其他特征部的位置和/或幾何形狀可略微不同。因此，在至少一些實(shí)施例中，可使用傳感器來定位第一部分和/或第一部分的特定特征部，以便與第二噴嘴2404對(duì)齊。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可使用與第二噴嘴2404相關(guān)聯(lián)的光學(xué)感測設(shè)備并利用本領(lǐng)域已知的用于檢測圖像信息中視覺特征的算法來確定所形成的第一部分上的開口或其他特征部的位置。因此，可使用來自光學(xué)感測設(shè)備的反饋來對(duì)齊第二噴嘴2404。在其他實(shí)施例中，可使用任何其他對(duì)齊和/或?qū)?zhǔn)設(shè)備裝置或特征部，以在用第二噴嘴2404印刷第二部分之前確保第二噴嘴2404與第一部分準(zhǔn)確對(duì)齊。

雖然已經(jīng)描述了各種實(shí)施例，但這些描述旨在為示例性的，而不是限制性的，并且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在所述實(shí)施例的范圍內(nèi)，許多其他的實(shí)施例和具體實(shí)施皆是有可能的。因此，除了根據(jù)所附權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容之外，所述實(shí)施例并不受限制。另外，可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作出各種修改和改變。