本申请要求申请于2015年12月29日、标题为“extruderforthree-dimensionaladditiveprinter(用于三维加成式打印机的挤出机)”的美国专利申请14/982,706，和申请于2015年12月29日、标题为“dualheadextruderforthree-dimensionaladditiveprinter(用于三维加成式打印机的双头挤出机)”的美国专利申请14/983,032，该两篇专利的全部内容通过引用并入本文。
文中公开的一些实施例总体涉及三维(3d)打印系统。特别地，讨论了涉及3d打印系统的挤出的挤出头和方法。
背景技术
三维(3d)打印，也称为加成式制造，包括多种不同类型的工艺，其中构建连续的材料层以形成三维物体。不同类型的加成式制造工艺包括从喷嘴挤出加热的材料。除了3d打印的最新进展外，大多数商业可获得的3d打印机是缓慢且低效的。
技术实现要素：
附图说明
为了图示的目的，在附图中描绘了多种实施例，并且这些实施例绝不应被解释为限制本发明的范围。
图1示出了3d打印系统的示意图。
图2示出了可用于3d打印系统的多种喷嘴的孔。
图3a示出了用于沉积材料的挤出机的流动路径。
图3示出了具有旋转控制的一部分的喷嘴。
图4和4a示出了可调节的开口处于第一位置的喷嘴。
图5和5a示出了可调节的开口处于第二位置的喷嘴。
图6示出了具有可调节的开口的另一喷嘴。
图6a和6b示出了具有图6的可调节开口的喷嘴的多个位置。
图7a-7b示出了具有可调节的开口的另一喷嘴。
图8a-8e示出了多个孔形状。
图9a-9c示出了另外的孔的设计。
图10是双喷嘴。
图11是双喷嘴，每个喷嘴具有可调节的开口。
具体实施方式
虽然描述了某些实施例，但这些实施例仅作为示例呈现，并不意图限制保护范围。事实上，文中描述的新颖的方法和系统可以以各种其他形式来实现。此外，在不脱离保护范围的情况下，可以对文中描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。
三维(3d)打印机通过使用加成工艺创建3d对象，在加成工艺过程中通过铺设连续的材料层来创建对象。这些层中的每一层都可以看作是最终对象的水平横切面.
3d打印机的范围可以从非常昂贵且复杂的系统一直到极其简单的系统。因此，3d打印机被休闲爱好者以及专业人士使用。许多可用的3d打印机采用操作类似热胶枪的挤出机。例如，步进电机通过电阻加热器和热敏电阻的反馈将热塑性材料推入加热头。平衡挤出机的头温度和材料的速度以获得可接受的打印线。可以使用较小的喷嘴，以用于精细打印。但是这也需要更多的通过物来填充打印结构。因此，喷嘴中孔的尺寸可以是构建物体所需时间的一个重要因素，也是可能的细节水平的一个因素。一般来说，孔越大，构建时间越快，可能的细节水平越低。
在一些实施例中，改进的3d打印机系统具有多向可旋转的挤出机。挤出机可以由实现计算机生成模型(例如，以g代码表示)的计算机控制器控制。在操作过程中，挤出机可被控制以跟踪材料沉积的路径。在一些实施例中，挤出机可以具有可以被控制以减少形成3d对象所需的通过次数的非圆形孔口。在一些实施例中，挤出机另外地或替代地包括可变尺寸的开口，该开口被配置为沉积受控的材料珠粒，以便减少形成3d对象所需的通过次数。
图1示出了根据本发明的一些实施例的3d打印系统100a。3d打印系统100a可包括给料机112、电机126、控制器130和挤出机120a。给料机112以及来自控制器130的输入可控制到挤出机120a的材料110的供给速率。
挤出机120a可包括加热器122和喷嘴124a。挤出机可将从给料机112接收的材料110沿着由电机126所控制的流动路径沉积，以形成3d对象140。
给料机112可以是步进电机或任何其他合适的致动器。材料110优选地容纳在卷轴中，但是也可为其他的形式，诸如棍状、珠粒或者液体的形式。因此，给料机112可将材料100从卷轴推出或拉出，但是也可以与材料110可以通过其流动的料斗和/或通道相同的方式或者以其他的方式控制流动。
取决于应用，材料110可以是热塑性的、金属丝、陶瓷、巧克力等。材料110可以通过给料机供给至挤出机120a。
挤出机120包括加热器122和喷嘴124a。喷嘴124a的尖端包括孔，材料110从该孔被沉积。特别地，由加热器122加热的熔融材料被挤出喷嘴孔，并且沉积在3d对象140上，该3d对象可以一层一层地形成。
喷嘴124a通过一个或多个电机126在三个维度上移动。喷嘴124a可以在向上移动以开始新的一片之前在层内移动，即在两个维度上移动、以一次沉积一个水平片或平面。喷嘴124a的速度、以及材料110的流动可被控制以形成光滑、一致的平面。
在一些实施例中，该3d打印系统100a包括配置为旋转喷嘴124a的旋转控制128。旋转控制128可与多个喷嘴类型一起使用；喷嘴的孔为非圆形或非单点式孔(例如长形孔)的情况是特别理想的。旋转控制128可控制具有长形孔(诸如图2示出的孔220、230)的喷嘴124a。以这种方式，孔的位置可随着给料机沿着如图3a所示的流动路径行进而被控制。
图2示出了根据本发明的一些实施例的挤出机的孔。在210示出了典型的挤出机喷嘴。如可看到的，少量的材料可从窄孔210沉积。在220和230示出了改进的孔，其可对应于挤出机120a的开口。由于这些开口比孔210宽，因此可以沉积更多的材料。孔230从中心偏移。在一些实施例中,可以使用替代的开口,诸如定位在对角线上的开口。
图3a示出了用于沉积材料挤出机的流动路径306。示出的路径306是需要被挤出机120a跟踪的期望的路径。材料沿着区域304沉积，该区域304代表对象(诸如对象140)的一部分。如图所示，区域304比在图2中示出的喷嘴开口210更宽。应当理解的是，孔210需要多次通过以填满区域304。相反，较宽的孔302可以在单次通过中沿着整个区域304沉积材料。较宽的喷嘴孔302可对应于在图2中示出的孔220或230。如图3a所示，路径306是弯曲的。喷嘴124a可被旋转以跟踪该路径，并且精确且高效地沉积材料。
在一些实施例中，喷嘴124a的尖端被旋转，以通过旋转控制128控制材料110的沉积。如图1所示，旋转控制128的全部或部分可以是挤出机120a的一部分。旋转控制128可包括电机，该电机连接至带、齿轮驱动等以用于旋转喷嘴124a。旋转控制128的带驱动部分的齿轮或轮在图3中示出。还示出了旋转编码标记132形式的位置控制部132，其可与视觉系统(未示出)和控制器130一起使用以精确控制孔的旋转位置。应当理解的是，控制控制部132可以采取任何数量的形式。例如，盘125可包括棘齿形式的位置控制部132，并且包括开关以标记初始位置。盘125可被连接至步进电机，以当其从初始位置移动时控制孔的旋转位置。
可以整个喷嘴124a旋转，也可仅底部旋转。例如，具有孔220或230的可旋转的盘125可被定位在挤出机120a的基部。
返回参考图1，具有旋转控制部的挤出机可如下工作。控制器130控制给料机112和挤出机120a。例如，控制器130控制给料机110将材料110供给到挤出机中的速率。因此，当材料100在卷轴上时，控制器130和给料机112可控制卷轴旋转的速率。控制器130还可以控制加热器122的加热。加热器122可以是金属块电阻加热器、激光加热器或其他类型的加热器。因此，材料110在其经过加热的金属块时可以熔化。控制器130可进一步控制旋转控制128和挤出机的电机126，以移动喷嘴124a从而沿着多个路径沉积材料110。控制器130可以是通用控制器或专用控制器，其可被连接至用于存储配置为操作系统100a的多个参数的存储器(未示出)。这些参数可包括用于生成3d对象140的计算机模型。
在一些实施例中，如图1所示，3d打印系统100a可具有有着可变尺寸的孔的喷嘴124a和喷嘴开口控制129。喷嘴开口控制129可以是旋转控制128的附加、部分或替代。在一个实施例中，喷嘴124a的孔的尺寸(例如宽度)被改变、以控制材料110的沉积。例如，喷嘴孔可以是非圆形的开口。作为另一示例，开口可以是任何合适的形状或形状的组合。示出的挤出机120a包括喷嘴开口控制129，该喷嘴开口控制被配置为控制在孔处的开口的尺寸。在一个实施例中，喷嘴开口控制129是配置为改变尖端尺寸的致动器。喷嘴开口控制129可以在控制器130的控制下。
如下文中将更详细讨论的，用于三维加成式打印机的挤出机可用于接收和分配材料。挤出机可以是3d打印机的一部分，但也可以作为独立部件出售。挤出机可以包括多个不同的部件，包括喷嘴。喷嘴可具有配置为排出材料的可调节的开口，该可调节的开口限定材料可流动通过的开口区域。喷嘴可以被配置为移动和旋转，从而将可调节的开口与多个路径对齐，材料被配置为沿着该多个路径沉积以形成三维对象。可调节的开口可包括第一孔、配置为相对于第一孔移动的阻挡构件、以及旋转盘。旋转盘可被配置为相对于第一孔旋转，以控制阻挡构件的位置，从而以限定阻挡构件的两个或更多个位置，以调节可调节开口的开口区域的尺寸。
用于控制旋转控制和喷嘴开口控制的控制系统和控制器130的附加细节在申请于2015年12月22日、标题为“rotationandnozzleopeningcontrolofextrudersinprinting(在打印工艺中挤出机的旋转和喷嘴开口控制)”(atty.docket.no.t8271)的美国专利申请公开，其全文通过结合引用于此。
下文中是挤出机120a和/或挤出机120a的部分的各种实施例，包括喷嘴、孔、旋转控制和喷嘴开口控制的全部或部分。应当理解的是，这些部件可以是之前描述的挤出机120a和/或3d打印机100a的实施例的一部分。
现在参考图4-5a，示出了具有可变尺寸的开口2的喷嘴124b的实施例。特别地，喷嘴124b包括位于孔6处的滑块4，以控制开口2的尺寸。图4和4a示出了可调节的开口处于第一位置中的喷嘴，并且图5和5a示出了可调节的开口处于第二位置中的喷嘴。
用于三维加成式打印机的挤出机120a可包括喷嘴124b。挤出机可配置为接收和分配材料110。喷嘴124b可包括配置为排出材料110的可调节的开口2。可调节的开口2可限定材料可流动通过的开口区域。喷嘴还可以包括孔6和配置为相对于孔6移动的阻挡构件4。
在所示的实施例中，阻挡构件4是邻近孔6定位的滑块。滑块可以位于槽12中。滑块4配置为相对于孔6移动(在所示实施例中线性地移动)，从而控制开口区域2的尺寸。开口区域是未受到滑块4阻碍的孔6的部分。应当理解的是，阻挡构件4可以是配置为阻挡孔6的一部分以从而改变开口面积2以及可流动通过该孔的材料的量的任意结构。
在示出的实施例中，喷嘴124b具有有着通过其延伸的通道10的喷嘴本体8。通道10终止于孔6处。材料110可以流动通过通道10。在一些实施例中，喷嘴本体8可以是金属并且可以是电阻加热器122的一部分，以在材料110穿过通道10时熔化材料110。例如，材料110可以是容纳在卷轴上的塑料细丝，其被供应到挤出机并从而进入喷嘴124b。电阻加热器122可以加热对于喷嘴本体和/或阻挡构件4足够的细丝，以改变流出孔的材料的量。该细丝也被加热到足以使其熔融为已经铺设以形成3d物体140的材料。
由于喷嘴124b具有可调节的开口2，因此可以允许喷嘴被移动和旋转，以将可调节的开口与期望的路径对准，材料将要沿该期望的路径沉积、以产生三维对象。因此，喷嘴124b可以包括旋转控制128，并且可以进一步地由一个或多个电机126控制。该一个或多个电机126可控制喷嘴124b的大体位置，而旋转控制128可控制开口2的角度位置。因此，在一些实施例中，电机126包括三个电机，诸如三个伺服电机或步进电机。这些电机中的两个电机可以控制喷嘴沿着笛卡尔坐标系中的x和y坐标轴的位置，而第三电机可控制喷嘴沿着z坐标轴的高度。也可以采用其他坐标系和电机。
喷嘴124b还可包括喷嘴开口控制129。喷嘴开口控制129可控制开口区域2的尺寸。例如，开口区域2可以设置在特定的沉积路径和/或层的起始处或终止处。这也可以在喷嘴沿着沉积路径移动时实时完成。在一个实施例中，为家庭爱好者设计的3d打印系统可被配置为仅在特定沉积路径和/或层的起始处或终止处改变开口区域2。相反，用于工业用户的更复杂和昂贵的3d打印系统可以被配置为随着喷嘴沿着沉积路径移动而实时地调节开口区域2。
如图所示，喷嘴开口控制129可包括滑块4。滑块4可定位在形成在喷嘴本体8中的槽12中。滑块4可定位在喷嘴本体8内部和/或外部。喷嘴可包括键槽或轨道系统14，以在滑块4相对于孔6移动时提供稳定性。例如，喷嘴本体可具有键槽，并且滑块可具有定位在键槽中的凸起，其中键槽和凸起示意性地以14表示。为了提高稳定性，键槽可被定位在延伸通过喷嘴本体并且延伸到其外部的轨道中，如图所示。
阻挡构件4(在文中为滑块4)的位置可由喷嘴开口控制29通过多种方法中的一种来控制。例如，可以使用采用齿条和小齿轮的电机和齿轮系统。在示出的实施例在，喷嘴124b包括旋转盘20，该旋转盘配置为相对于孔6旋转，以控制阻挡构件4的位置，从而以调节可调节开口2的开口区域的尺寸。旋转盘20可以参照图4和5、和图4a和5a最好地理解。回顾这些附图可以看出，销16位于旋转盘20中的通道或槽18内。当盘旋转时，销在通道内移动，这导致滑块移入或移出。该盘本身可以通过连接到一个或多个电机的齿轮和/或皮带系统进行控制。例如，如下文中将更详细的描述，盘20可以包括多个齿轮齿。该盘可提供通道以接收类似于图3所示出的带。
将图4-4a与图5-5a比较，可以看出当盘20旋转滑块4时如何相对于孔线性地移动，以改变开口2的尺寸。阻挡构件4(在本文中为滑块)可具有多个位置。例如，阻挡构件可在完全打开和完全关闭位置之间移动。在完全打开位置中，阻挡构件可以完全不阻挡孔6的任何部分。在完全关闭位置中，阻挡构件可完全阻挡孔。在一些实施例中，阻挡构件可不具有完全阻挡位置。处于第一位置的阻挡构件可限定最小开口区域，并且处于第二位置的阻挡构件可限定最大开口区域。在第二位置中，阻挡构件可以阻挡或不阻挡孔6。如图4所示，阻挡构件没有阻挡孔，使得最大开口区域等于孔6的尺寸并且由孔6的尺寸限定。应当理解的是，阻挡该孔的阻挡构件4可有利地防止加热的材料滴落到3d打印的对象或工作区域上。此外，当阻挡材料流动时，阻挡构件可以有利地减少在3d打印过程期间在特定时间由给料机进行调整以从挤出机收回材料的需求。
优选地，旋转盘的旋转轴线与喷嘴的旋转轴线对齐。在一些实施例中，旋转盘的旋转轴线将以该孔为中心，而喷嘴的旋转轴线将以孔的边缘或孔的一些其他部分(例如最小开口区域的中心)为中心。旋转盘20和开口2可配置为一起旋转或分别旋转。
在一些实施例中，可以提供三维加成式打印机的挤出机。挤出机可配置为接收和分配材料，并且可包括具有配置为排出材料的可调节的开口的喷嘴。可调节的开口可以限定材料可流动通过的开口区域，喷嘴被配置为被移动并且进一步地被配置为被旋转，从而将可调节的开口与多个路径对齐，材料将沿着该多个路径沉积以形成三维对象。可调节的开口可包括材料可流动通过的孔、邻近第一孔的滑块、以及配置为相对于该孔旋转的旋转盘。滑块被配置为相对于孔线性移动，以选择性地阻挡以及允许材料流出该孔。旋转盘可控制滑块的位置。旋转盘优选地联接到滑块，使得旋转盘的旋转引起滑块的线性移动，从而以限定滑块的两个或更多个位置，以调节可调节开口的开口区域的尺寸。
根据一些实施例，滑块的第一位置完全阻挡该孔，以防止材料流动。该孔可具有不相等的长度和宽度。
在一些实施例中，挤出机还可包括在滑块中的销和在旋转盘中的槽。销可被定位在槽中，使得旋转盘的旋转导致滑块和销的线性移动(或其他类型的移动)。槽可以是螺旋形的槽，例如对数螺旋。为了提供滑块的稳定性，可以包括具有键槽和在键槽内的凸起的轨道系统。滑块可以在轨道系统内移动。
挤出机可以是三维加成式打印机的一部分，其具有配置为加热将被喷嘴排出的材料的加热器、以及配置为改变流向挤出机的材料的流动的给料机。该系统还可包括带驱动和齿轮驱动中的至少一个，以控制旋转盘的旋转。如下文中更详细地描述的，三维加成式打印机还可包括具有第二孔的第二喷嘴，材料可独立于第一孔而通过该第二孔流动。该两个喷嘴可以是同一挤出机的一部分，或是不同的挤出机的部分。
现在参考图6，将描述具有可调节的开口2的另一喷嘴124c。喷嘴124c与上述喷嘴124b类似，具有不同类型的阻挡构件4。这里，阻挡构件4是旋转盘20的一部分。当盘20旋转时，阻挡构件4相对于孔6移动，以阻挡和/或打开孔6，从而限定材料可以流动通过的开口区域。旋转盘20可以包括孔22。参考图6a，示出了旋转盘20和阻挡构件4的多个位置，图示了孔6和第二孔22的相对位置。图6b更清楚地示出了旋转盘20和阻挡构件4相对于孔6的一个位置。两个孔之间的重叠可以限定开口区域2。孔6的部分被示出为被阻挡构件4遮盖(由阴影表示)以指示被阻挡流动的区域。
应当理解的是，旋转盘可以是许多形状中的一种。例如，盘在图6中被示出为圆形，但不限于该形状。在一些实施例中，盘可以是诸如半圆形、三角形等的其他形状。图7a-b示出了阻挡构件4是半圆形的替代实施例124d。可以看出，阻挡构件4不具有孔，而是仅相对于孔6旋转以阻挡(图7a)和/或允许(图7b)流动。此外，盘可以是多个盘。例如，可调节的开口可以形成为类似彩虹形状，具有移入和移出开口的多个盘。
应当理解的是，在阻挡构件上的孔22可以是任意数量的形状。图8a-8e示出了孔22的多个形状。例如，孔22可以是三角形的(图8c)或者是卵形(图8d)。孔也可以基于阿基米德螺旋(图8b)或对数螺旋。孔可以基于螺旋，并且可以由螺旋的任意部分形成。该螺旋可限定孔的一个或多个边界。
参考图9a-9c，示出了阻挡构件4的另外的实施例。应当理解的是，阻挡构件4可包括一个或多个孔22。该一个或多个孔可以是相同或不同的形状。该一个或多个孔也可以沿着旋转轴线沿着不同的位置对齐。
例如，在图9a中，盘20包括六个孔22。每个示出的孔22虽基于相同尺寸的圆但具有不同的尺寸。圆的直径限定每个孔的宽度，除了实际的圆以外，所有长度都大于宽度。因此，除了实际的圆以外，孔的形状都是由两个半圆形端接的矩形，每个半圆形在矩形的相对的端部上。(这可以被认为是具有圆角的矩形类型)。每个孔的外边缘与以盘20的旋转轴线为中心的圆24对齐。应当理解的是，孔22可以不同方式对齐，例如与圆26同心(圆26以盘的旋转轴线为中心)，或者在以盘的旋转轴线为中心的圆的内部28或外部24边缘处对齐，如图9b所示。图9c示出了在盘20的不同位置处对齐的多种形状和尺寸的孔。
在具有多于一个孔的一些实施例中，至少一些孔可以是非圆形的孔。应当理解的是，在喷嘴本体上的第一孔6也可以是任意数量的形状，包括参考孔22描述的那些。在一些实施例中，第一孔是具有圆角的矩形，并且第二孔是阿基米德螺旋、对数螺旋和三角形中的一种。在一些实施例中，旋转盘包括比第二孔小的第三孔。第二孔可以限定可调节开口的最大流动区域，并且第三孔可以限定可调节开口的最小流动区域。
根据一些实施例，用于三维加成式打印机的挤出机配置为接收和分配材料。挤出机可以包括具有可调节开口的喷嘴，其被配置为排出材料。可调节的开口限定材料可流动通过的开口区域，喷嘴被配置为被移动并且进一步地被配置为被旋转，从而将可调节的开口与多个路径对齐，材料被配置为沿着该多个路径沉积以生成三维对象。可调节的开口可包括材料可流动通过的第一孔、和旋转盘。
旋转盘可被配置为相对于第一孔沿着旋转轴线旋转。旋转盘可限定阻挡构件和第二孔口，旋转盘配置为选择性地将第二孔和阻挡构件与第一孔对齐，以允许或防止材料从第一孔流动，以限定两个或更多个位置用于调节可调节的开口的开口区域的尺寸。
在第一位置，旋转盘可以通过阻挡构件完全阻挡第一孔，以防止材料流动。在第二位置，旋转盘可以将第一孔和第二孔对齐，使得第一孔未被阻挡构件阻挡。旋转盘可以具有在第一和第二位置之间的多个位置，以根据需要调节开口的尺寸。
如上文所述，挤出机也可以是三维加成式打印机的一部分。
基于上文所有的讨论，应当理解的是，用于三维加成式打印机的挤出机可用于接收和分配材料。它可以是3d打印机的一部分，但也可以作为独立部件出售。挤出机可以包括多个不同的部件，包括喷嘴。喷嘴可具有配置为排出材料的可调节的开口，该可调节的开口限定材料可流动通过的开口区域。喷嘴可以被配置为移动和旋转，从而将可调节的开口与多个路径对齐，材料被配置为沿着该多个路径沉积以形成三维对象。可调节的开口可包括第一孔、配置为相对于第一孔移动的阻挡构件、以及旋转盘。旋转盘可被配置为相对于第一孔旋转，以控制阻挡构件的位置，从而以限定阻挡构件的两个或更多个位置，以调节可调节开口的开口区域的尺寸。
挤出机还可包括加热器，以从给料机接收材料。喷嘴本体本身可形成加热器的一部分，诸如在喷嘴是金属块并且加热器是电阻加热器的情况下，电流流向金属块。
阻挡构件可以采取任何的形式。例如，阻挡构件可以是被设计成相对于第一孔移动以阻挡和/或允许材料流出第一孔的盘的一部分或滑块。在一些实施例中，旋转盘包括阻挡构件和第二孔，可调节的开口的开口区域的尺寸由第一孔和第二孔之间的重叠量确定。该盘可以包括第三孔。在一些实施例中，阻挡构件包括邻近第一孔的滑块定位槽，滑块可配置为相对于第一孔移动以从而控制开口区域的尺寸。
应当理解的是，阻挡构件(无论是滑块或盘)可以是可更换的。例如，可以提供多个滑块，每个滑块具有不同的开口宽度，长度是可调节的，如前文所述的。类似地，多个阻挡构件盘4,20可以设置有不同尺寸和/或形状的孔22。第一阻挡构件盘4,20可以被移除并且用不同孔设计的不同的阻挡构件盘4,20替换。
现在转到图10和11，示出了挤出机的另外两个实施例。在这些实施例的每一个中，挤出机都包括两个喷嘴。如图10中可见，一个喷嘴与以上关于图4-5b描述的喷嘴124b相同。另一个喷嘴124e具有固定的或不可调节的孔30。图11也示出了两个喷嘴。第一喷嘴与上文描述的喷嘴124b相同，并且第二喷嘴124f基本是相同的，但具有较大的孔32。
多个实施例的两个喷嘴可以使用相同的材料/相同类型的材料，但也可以使用不同的材料或不同类型的材料。一个喷嘴可用于速度的工作，而另一个喷嘴可用于精细的细节工作。双喷嘴挤出机也可以使用不同的颜色，和/或使用结构材料和支撑材料。两个喷嘴可以联接在一起从而一起移动，例如沿着x、y和z轴一起移动。但是，至少一个喷嘴可以配置为旋转，诸如围绕与另一喷嘴不同的轴线旋转。因此，例如参照图10，喷嘴124b可以围绕z轴(z轴延伸出页面)旋转，而喷嘴124e不旋转。同时，两个喷嘴沿着x轴和y轴一起移动，并且在沿着z轴上升或下降时一起移动。在图11的实施例中，两个喷嘴可以独立地围绕z轴旋转，而沿着x轴和y轴、以及沿着z轴上下一起移动。因此，喷嘴的孔可以沿着单个平面对齐，并且即使在它们移动和旋转时也保持对齐。
根据一些实施例，三维加成式打印机可以包括第一挤出机和第二挤出机(第一挤出机和第二挤出机两者均被配置为接收和分配材料)，以及控制系统。第一挤出机可以包括第一喷嘴，该第一喷嘴包括配置为排出材料的第一孔。第二挤出机可以包括第二喷嘴，该第二喷嘴包括配置为排出材料的第二孔，该第二孔具有与第一孔不同的尺寸或形状。三维加成式打印机可以配置为二者择一地从第一挤出机或第二挤出机打印。控制系统可包括至少一个电机，该控制系统被配置为提供在坐标系内的对第一和第二挤出机的位置控制。第一和第二挤出机配置为在打印时在坐标系内一起移动，并且控制系统进一步配置为在打印时独立于第二孔而选择性地旋转第一孔。
第一孔和第二孔可沿着单个平面对齐。第一孔可以是圆形或非圆形的，第二孔也可以是圆形的或非圆形的。在一些实施例中，第一孔是具有圆角的矩形，并且第二孔是圆形的。3d打印机还可以包括可相对于第一孔移动以控制第一孔的尺寸的阻挡构件。如前文所述，还可以包括给料机和一个或多个加热器。
根据一些实施例，三维加成式打印机可包括，给料机，配置为改变将被打印为三维对象的材料的流动；第一挤出机，配置为从所述给料机接收材料；第二挤出机，配置为从所述给料机接收材料，所述三维加成式打印机配置为二者择一地从所述第一挤出机或所述第二挤出机打印；以及控制系统。所述第一挤出机可包括，配置为加热从所述给料机接收的材料的第一加热器，以及包括配置为排出被加热的材料的第一孔的第一喷嘴。所述第二挤出机可包括，配置为加热从所述给料机接收的材料的第二加热器；以及包括配置为排出被加热的材料的第二孔的第二喷嘴，所述第二孔小于所述第二孔。控制系统可包括至少一个电机，所述控制系统被配置为提供第一和第二挤出机沿着x、y、z轴的笛卡尔控制，所述第一和第二挤出机配置为在打印时沿着x、y、z轴一起移动，并且进一步被配置为在打印时围绕z轴选择性地旋转第一孔。
在一些实施例中，第一挤出机绕z轴的旋转不旋转第二挤出机。如已经讨论的，所述第一孔和第二孔可沿着单个平面对齐。
以下是编号的实施例的示例列表。
1.一种用于三维加成式打印机的挤出机，所述挤出机配置为接收和分配材料，所述挤出机包括：
包括配置为排出材料的可调节开口的喷嘴，所述可调节开口限定材料可流动通过的开口区域，所述喷嘴被配置为被移动并且进一步地被配置为被旋转，从而将所述可调节开口与多个路径对齐，所述材料被配置为沿着所述多个路径沉积以形成三维对象，所述可调节开口包括：
第一孔；
配置为相对于所述第一孔移动的阻挡构件；以及
旋转盘，所述旋转盘被配置为相对于所述第一孔旋转，以控制所述阻挡构件的位置，从而以限定所述阻挡构件的两个或更多个位置，以调节所述可调节开口的开口区域的尺寸。
2.根据实施例1所述的挤出机，其中所述阻挡构件的两个或更多个位置中的第一位置完全阻挡所述第一孔，以阻止材料流动。
3.根据实施例1或2所述的挤出机，其中所述旋转盘包括所述阻挡构件和第二孔，所述可调节开口的开口区域的尺寸由所述第一孔和所述第二孔之间的重叠量确定。
4.根据实施例3所述的挤出机，其中所述第一孔和所述第二孔是非圆形的孔。
5.根据实施例4所述的挤出机，其中所述第一孔是具有圆角的矩形，并且所述第二孔是阿基米德螺旋、对数螺旋和三角形中的一种。
6.根据实施例3到5中任意一项所述的挤出机，其中所述旋转盘还包括第三孔，所述第三孔小于所述第二孔。
7.根据实施例6所述的挤出机，其中所述第二孔限定所述可调节开口的开口区域的最大尺寸，并且所述第三孔限定所述可调节卡扣的开口区域的最小尺寸。
8.根据实施例6或7所述的挤出机，其中所述第二孔和所述第三孔定位在所述旋转盘上，使得穿过所述第二孔和所述第三孔两者的中心的圆的轴线与所述旋转盘的旋转轴线对齐。
9.根据实施例1到8中任意一项所述的挤出机，其中所述第一孔是非圆形的孔。
10.根据实施例1到9中任意一项所述的挤出机，其中所述第一孔具有不相等的长度和宽度。
11.根据实施例1到10中任意一项所述的挤出机，其中所述第一孔包括矩形、椭圆形、三角形、阿基米德螺旋和对数螺旋中的至少一种形状。
12.根据实施例1到11中任意一项所述的挤出机，其中所述阻挡构件包括邻近所述第一孔定位的滑块，所述滑块配置为相对于所述第一孔线性地移动以从而控制所述开口区域的尺寸。
13.根据实施例12所述的挤出机，还包括在所述滑块上的销和在所述旋转盘中的槽，所述销定位在所述槽中，使得所述旋转盘的旋转引起所述销和所述滑块的线性移动。
14.根据实施例13所述的挤出机，其中所述喷嘴还包括键槽，所述滑块具有在所述键槽中的凸起，以当所述滑块相对于所述第一孔移动时提供稳定性。
15.根据实施例1到14中任意一项所述的挤出机，其中所述旋转盘的旋转轴线与所述喷嘴的旋转轴线对齐。
16.根据实施例1到15中任意一项所述的挤出机，其中所述旋转盘和所述第一孔配置为两者一起旋转或分别旋转。
17.一种三维加成式打印机包括：
根据前述实施例1到16中的任意一个的挤出机，其进一步包括，配置为加热将被所述喷嘴排出的材料的加热器；以及
配置为改变到所述挤出机的材料的流动的给料机。
18.根据实施例17所述的三维加成式打印机，还包括带驱动和齿轮驱动中的至少一个，以控制所述旋转盘的旋转。
19.一种用于三维加成式打印机的挤出机，所述挤出机配置为接收和分配材料，所述挤出机包括：
包括配置为排出材料的可调节开口的喷嘴，所述可调节开口限定材料可流动通过的开口区域，所述喷嘴被配置为被移动并且进一步地被配置为被旋转，从而将所述可调节开口与多个路径对齐，所述材料被配置为沿着所述多个路径沉积以形成三维对象，所述可调节开口包括：
第一孔，材料可流动通过所述第一孔；以及
旋转盘，其被配置为相对于所述第一孔沿着旋转轴线旋转，所述旋转盘限定阻挡构件并包括第二孔口，所述旋转盘配置为选择性地将所述第二孔和所述阻挡构件与所述第一孔对齐，以允许或防止材料从所述第一孔流动，从而限定两个或更多个位置以调节所述可调节开口的开口区域的尺寸。
20.根据实施例19所述的挤出机，其中所述旋转盘的第一位置通过所述阻挡构件完全阻挡所述第一孔，以防止材料流动。
21.根据实施例20所述的挤出机，其中所述旋转盘的第二位置将所述第一孔和所述第二孔对齐，使得所述第一孔未被所述阻挡构件阻挡。
22.根据实施例19到21中任意一项所述的挤出机，其中所述第一孔和所述第二孔是非圆形的孔。
23.根据实施例22所述的挤出机，其中所述第一孔是具有圆角的矩形，并且所述第二孔是阿基米德螺旋、对数螺旋和三角形中的一种。
24.根据实施例19到23中任意一项所述的挤出机，其中所述旋转盘还包括第三孔，所述第三孔小于所述第二孔。
25.根据实施例24所述的挤出机，其中所述第二孔限定所述可调节开口的最大流动区域，并且所述第三孔限定所述可调节开口的最小流动区域。
26.根据实施例24或25所述的挤出机，其中所述第二孔和所述第三孔定位在所述旋转盘上，使得穿过所述第二孔和所述第三孔两者的中心的圆的轴线与所述旋转盘的旋转轴线对齐。
27.根据实施例19到26中任意一项所述的挤出机，其中所述旋转盘和所述第一孔配置为两者一起旋转或分别旋转。
28.一种三维加成式打印机包括：
根据前述实施例19到27中的任意一个的挤出机，其进一步包括，配置为加热将被所述喷嘴排出的材料的加热器；以及
配置为改变到所述挤出机的材料的流动的给料机。
29.根据实施例28所述的三维加成式打印机，还包括驱动电机，所述驱动电机联接到带驱动和齿轮驱动中的至少一个，以将所述旋转盘相对于所述第一孔旋转。
30.一种用于三维加成式打印机的挤出机，所述挤出机配置为接收和分配材料，所述挤出机包括：
包括配置为排出材料的可调节开口的喷嘴，所述可调节开口限定材料可流动通过的开口区域，所述喷嘴被配置为被移动并且进一步地被配置为被旋转，从而将所述可调节开口与多个路径对齐，所述材料被配置为沿着所述多个路径沉积以形成三维对象，所述可调节开口包括：
第一孔，材料可流动通过所述第一孔；
邻近所述第一孔定位的滑块，所述滑块配置为相对于所述第一孔移动，以选择性地阻挡和允许材料流出所述第一孔；以及
配置为相对于所述第一孔旋转以控制所述滑块的位置的旋转盘，所述旋转盘联接到所述滑块，使得所述旋转盘的旋转引起所述滑块的移动，从而以限定所述滑块的两个或更多个位置，以调节所述可调节开口的开口区域的尺寸。
31.根据实施例30所述的挤出机，其中所述滑块的第一位置完全阻挡所述第一孔，以防止材料流动。
32.根据实施例30或31所述的挤出机，其中所述第一孔具有不相等的长度和宽度。
33.根据实施例32所述的挤出机，还包括在所述滑块上的销和在所述旋转盘中的槽，所述销定位在所述槽中，使得所述旋转盘的旋转引起所述销和所述滑块的线性移动。
34.根据实施例33所述的挤出机，其中所述喷嘴还包括键槽，所述滑块具有在所述键槽中的凸起，以当所述滑块相对于所述第一孔移动时提供稳定性。
35.一种三维加成式打印机包括：
根据前述实施例30到34中的任意一个的挤出机，其进一步包括，配置为加热将被所述喷嘴排出的材料的加热器；以及
配置为改变到所述挤出机的材料的流动的给料机。
36.根据实施例35所述的三维加成式打印机，还包括带驱动和齿轮驱动中的至少一个，以控制所述旋转盘的旋转。
37.根据实施例35或36所述的三维加成式打印机，还包括具有第二孔的第二喷嘴，材料可独立于所述第一孔而通过所述第二孔流动。
38.一种三维加成式打印机包括：
配置为接收和分配材料的第一挤出机，所述第一挤出机包括：
包括配置为排出材料的第一孔的第一喷嘴；
配置为接收和分配材料的第二挤出机，所述三维加成式打印机配置为二者择一地从所述第一挤出机或所述第二挤出机打印，所述第二挤出机包括：
包括配置为排出材料的第二孔的第二喷嘴，所述第二孔具有与所述第一孔不同的尺寸或形状；以及
包括至少一个电机的控制系统，所述控制系统被配置为提供在坐标系内的对所述第一挤出机和所述第二挤出机的位置控制，所述第一挤出机和所述第二挤出机配置为在打印时在所述坐标系内一起移动，并且所述控制系统进一步配置为在打印时独立于所述第二孔而选择性地旋转所述第一孔。
39.根据实施例38所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔和所述第二孔沿着单个平面对齐。
40.根据实施例38或39所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔是非圆形。
41.根据实施例40所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔是具有圆角的矩形，并且所述第二孔是圆形的。
42.根据实施例38到41中任意一项所述的三维加成式打印机，还包括能够相对于所述第一孔移动以控制所述第一孔的尺寸的阻挡构件。
43.根据实施例38到42中任意一项所述的三维加成式打印机，还包括：
给料机，配置为改变将被打印为三维对象的材料的流动；
所述第一挤出机还包括，配置为加热从所述给料机接收的材料的第一加热器；以及
所述第二挤出机还包括第二加热器，所述第二加热器配置为加热从所述给料机接收的材料。
44.根据实施例43所述的三维加成式打印机，其中所述给料机配置为向所述第一挤出机和所述第二挤出机提供相同类型的材料。
45.一种三维加成式打印机包括：
给料机，配置为改变将被打印为三维对象的材料的流动；
配置为从给料机接收材料的第一挤出机，所述第一挤出机包括：
配置为加热从所述给料机接收的材料的第一加热器；以及
包括配置为排出被加热的材料的第一孔的第一喷嘴；
第二挤出机，配置为从所述给料机接收材料，所述三维加成式打印机配置为二者择一地从所述第一挤出机或所述第二挤出机打印，所述第二挤出机包括：
配置为加热从所述给料机接收的材料的第二加热器；以及
包括配置为排出被加热的材料的第二孔的第二喷嘴，所述第二孔小于所述第二孔；以及
包括至少一个电机的控制系统，所述控制系统配置为提供所述第一挤出机和所述第二挤出机沿着x、y、z轴的笛卡尔控制，所述第一和第二挤出机配置为在打印时沿着x、y、z轴一起移动，并且进一步被配置为在打印时围绕z轴选择性地旋转第一孔。
46.根据实施例45所述的三维加成式打印机，其中所述给料机配置为向所述第一挤出机和所述第二挤出机提供相同类型的材料。
47.根据实施例45或46所述的三维加成式打印机，其中第一挤出机绕z轴的旋转不旋转第二挤出机。
48.根据实施例45到47中任意一项所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔和所述第二孔沿着单个平面对齐。
49.根据实施例45到48中任意一项所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔是非圆形。
50.根据实施例49所述的三维加成式打印机，其中所述第一孔是具有圆角的矩形，并且所述第二孔是圆形的。
51.根据实施例45到50中任意一项所述的三维加成式打印机，还包括能够相对于所述第一孔移动以控制所述第一孔的尺寸的阻挡构件。
虽然已经在某些优选实施例和示例的背景下公开了本发明，但是本领域技术人员将会理解的是，本发明可以超出具体公开的实施例而延伸到本发明的其他替代实施例和/或用途、以及其显而易见的修改及其等同物。此外，虽然已经详细示出和描述了本发明的多个变型，但是基于本公开，在本发明的范围内的其他修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。还可以想到的是，可以进行实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落入本发明的范围内。因此，应该理解的是，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替代，以形成所公开的发明的不同模式。因此，本文公开的本发明的范围旨在不应被上述具体公开的实施例所限制，而是应该仅通过无偏见地阅读下面的权利要求来确定。
类似地，这种公开方法不应被解释为反映任何权利要求需要比权利要求中明确记载的更多特征的意图。相反地，如以下权利要求所反映的，发明的方面在于比任意单个前述公开的实施例的所有特征更少的组合。因此，在具体实施方式之后的权利要求在此被明确地并入该具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独的实施例。