制造3D玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷物体的方法和系统与流程

本申请根据35 U.S.C.§119要求2016年11月18日提交的美国临时申请系列第62/423,997号的优先权，其内容作为本申请的基础并且通过参考完整地结合于此。

公开领域

本公开总体涉及制造三维(“3D”)玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷物体的方法和系统，更具体地涉及利用手动和计算机控制的激光辅助制造技术从连续玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷前体制造这种物体的方法和系统。

背景

利用诸如模塑(例如真空辅助模塑、吹塑等)和压制这样的工艺，可将平坦板式玻璃和玻璃陶瓷形成为三维部件。然而，用这些方法形成具有内部特征(如内腔、沟道等)的复杂玻璃和玻璃陶瓷部件几乎是不可能的。虽然有些后加工技术可用来形成孔，例如钻孔或蚀刻，但就形成各种所需的内部特征(包括沟道)而言，这些技术的容量是有限的。不仅如此，即便后加工有可能形成所需的内部特征，这种技术会显著增加部件成本，同时增大形成缺陷的风险。

与微粒、粉末、团聚体相关的玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷也可通过模塑、压制和烧结型工艺形成三维物体。尽管这些工艺中的许多工艺可用来形成各种部件形式，包括具有不对称表面的部件形式，但尺寸控制往往很困难，因为这些工艺通常还依赖于粘合剂及其他加工助剂，它们在加工过程中氧化。出于这些相同原因，对任何所需内部特征的尺寸控制也与尺寸有关。此外，由于各种颗粒、界面和缺陷常常在加工之后保留在这些部件中，通过这些工艺形成的部件的机械性能和/或耐环境性能(例如耐腐蚀性)可能受到影响。

增材制造(“AM”)(也称作“3D打印”)工艺正开发用于制造三维部件，通常是包含聚合物材料的三维部件。这些部件中的许多部件是采用逐层成形法，利用激光固化材料直接从部件的计算机辅助(“CAD”)模型成形。此外，大多数常规AM和3D打印型工艺采用粉末和/或液态前体，用于开发包含聚合物材料的部件。因此，所得到的通常由聚合物材料制造的部件常常具有与其制造中所用的前体有关的颗粒和界面。同时，由于这些聚合物材料不易受热冲击影响且与热应力相关的问题不大，对加工过程中的温度管理通常关注较少。

因此，需要针对诸如玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料这样的材料的3D制造技术，该技术能够避免与热冲击和热应力相关的缺陷和失效。还需要用于这些材料的制造技术，这些技术可用来制造具有高度复杂的外部和/或内部表面的部件，如通过CAD及其他计算机辅助图案所限定的表面。另外需要可用来制造这种部件的制造技术，使得这些部件能够达到其理论强度及其他机械性能，同时限制与加工有关的机械性能和/或与耐受环境有关的性能的下降。

概述

本公开的第一方面涉及用于制造三维物体的装置，所述装置包括：具有成形表面的基座；具有设置在成形表面上方的出料口的进料系统，该进料系统构造成将连续预成形材料给送到出料口与成形表面之间的成形区；包围成形表面、成形区和出料口的炉子；激光输送系统，其设置用于引导至少一条激光束穿过炉子进入成形区，在成形区内生成热斑；以及定位系统，其设置用于实现成形表面与出料口之间的相对运动。在一些实施方式中，用于制造3D物体的装置还可包括设置在炉子外部的冷却元件，所述冷却元件构造成冷却出料口上方的连续预成形材料。

本公开的第二方面涉及用于制造三维物体的装置，所述装置包括：具有夹持表面的夹具，该夹持表面构造成保持连续预成形材料的端部；具有设置在夹持表面上方的出料口的进料系统，该进料系统构造成将连续预成形材料给送到出料口与夹持表面之间的成形区；激光输送系统，其设置用于引导至少一条激光束穿过炉子进入成形区，在成形区内生成热斑；以及定位系统，其设置用于实现夹持表面与出料口之间的相对运动。在一些实施方式中，用于制造3D物体的装置还可包括包围成形区和出料口的炉子；以及设置在炉子外部的冷却元件，所述冷却元件构造成冷却出料口上方的连续预成形材料。

在前述用于制造3D物体的装置的某些实施方式中，定位系统设置成实现三个正交方向上的相对运动，其中基座或夹具连接至定位系统。定位系统还可设置成实现旋转方向和倾斜方向中至少一个方向上的相对运动。

根据用于制造3D物体的这些装置的其他实施方式，进料系统还可构造成以可变速度将连续预成形材料给送到成形区。在一些实施方式中，连续预成形材料可包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种。根据一些实施方式，连续预成形材料也可以是棒、纤维或管的形式。

在前述用于制造3D物体的装置的附加实施方式中，该装置还包括连接至进料系统、激光输送系统和定位系统的控制器。此外，控制器构造成至少部分基于控制器与进料系统、激光输送系统和定位系统的通信控制成形表面或夹持表面与出料口之间的相对运动。

本公开的第三方面涉及制造三维物体的方法，所述方法包括：在位于出料口与成形表面之间的成形区中生成热斑；将连续预成形材料经出料口给送到成形区，利用热斑选择性地将连续预成形材料的附接端部加热成粘性状态；将粘性状态的附接端部附接至成形表面；将连续预成形材料经出料口给送到成形区，利用热斑选择性地将连续预成形材料位于附接端部上方的成形部分加热至粘性状态；通过根据对象创建模式实现成形部分与出料口的相对运动在成形区形成物体。此外，对象创建模式至少部分基于对三维物体的描述。

本公开的第四方面涉及制造三维物体的方法，所述方法包括：在位于进料口与夹持表面之间的成形区生成热斑；将连续预成形材料的附接端部附接至夹持表面；将连续预成形材料经出料口给送到成形区，利用热斑选择性地将连续预成形材料的成形部分加热至粘性状态；通过根据对象创建模式实现成形部分与出料口的相对运动在成形区形成物体。此外，对象创建模式至少部分基于对三维物体的描述。

在前述制造3D物体的方法的某些实施方式中，生成热斑的步骤包括将至少一条激光束引导至成形区。该生成步骤还可包括将至少两条激光束引导至成形区，所述至少两条激光束设置成从不同方向到达成形区。

根据前述制造3D物体的方法的其他实施方式，所述形成步骤可通过根据对象创建模式在三个正交方向上实现成形部分与出料口的相对运动来进行。所述形成步骤可附加包括根据对象创建模式在旋转方向和倾斜方向中的至少一个方向上实现成形部分和出料口的相对运动。进一步就第四方面而言，所述形成步骤也可这样进行，使得实现相对运动的步骤包括根据对象创建模式将夹持表面定位在成形区上方。

在前述方法的一些实施方式中，连续预成形材料可包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种。根据一些实施方式，连续预成形材料也可以是棒、纤维或管的形式。

本公开的第五方面涉及玻璃制品，其包含：包含连续材料的三维物体，所述材料包含玻璃；以及包含连续材料的悬垂特征，该特征通过从物体生发出来的至少一个构件限定。在一些实施方式中，所述从物体生发出来的至少一个构件与物体形成至少90度的角。连续材料可以是包含氧化硅的玻璃。此外，玻璃制品可通过前述制造3D物体的装置和方法中的任何装置和方法形成。

在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，这些特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解要求保护的本公开的性质和特性的总体评述或框架。

所附附图提供了对本公开的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施方式，它们与本说明书一起通过示例来解释本公开的原理和操作。应当理解，本说明书和附图中所揭示的内容的各个特征可通过任意组合和所有组合的方式使用。通过非限制性示例，本公开的各个特征可根据以下各个方面彼此组合。

附图简述

当结合附图阅读本公开的以下详细描述时，可以更好地理解本公开的上述及其他特征、方面和优点，附图中：

图1是根据一个实施方式的装置的示意性透视图，其包含具有成形表面的基座，用于制造包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的三维物体。

图1A是图1所示装置的示意性侧视图。

图1B是图1所示装置的示意性横截面透视图。

图1C是图1所示装置的示意图。

图2是根据另一个实施方式的装置的示意性横截面透视图，其包含具有夹持表面的夹具，用于制造包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的三维物体。

图2A是图2所示装置的示意图。

图3是根据另一个实施方式的装置的示意性透视图，其具有两个激光器，产生四条激光束，用于制造包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的三维物体。

图3A是图3所示装置的示意性横截面透视图。

图4A是根据一个实施方式可用于图1所示装置的激光输送系统的示意图。

图4B是根据一个实施方式可用于图2所示装置的激光输送系统的示意图。

图4C是根据一个实施方式可用于图3所示装置的激光输送系统的示意图。

图5A是根据一个实施方式的三维玻璃弹簧的照片，其通过根据其他实施方式的装置和方法制成。

图5B是根据一个实施方式的三维玻璃螺旋体的照片，其通过根据其他实施方式的装置和方法制成。

图5C是根据一个实施方式的一系列具有悬垂特征的玻璃钩的照片，其通过根据其他实施方式的装置和方法制成。

图5D是根据一个实施方式的三维金刚石形玻璃体的照片，其通过根据其他实施方式的装置和方法制成。

详细描述

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，给出示例性实施方式来揭示具体细节，以提供对本公开的各种原理的透彻理解。然而，对了解了本公开的益处的本领域普通技术人员显而易见的是，本公开可以在不具有本文公开的具体细节的其他实施方式中实施。此外，对已知设备、方法和材料的描述可能会省略，以突出对本公开的各种原理的描述。最后，只要适用，相同的附图标记表示相同的元件。

本文中，范围可以表示为自“约”一个具体值始和/或至“约”另一个具体值止。当表述这种范围时，另一个实施方式包括自该一个具体值始和/或至该另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。

本文所用的方向术语——例如，上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是就所画的图而言的，没有暗示绝对取向的意图。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序时，都不旨在暗示任何顺序。对用于解释的任何可能的非明确陈述的基础，这同样成立，包括：涉及步骤安排或操作流程的逻辑事项；由语法组织或标点符号衍生的直白语意；说明书中所述实施方式的编号或类型。

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。因此，例如，对一种“组分”的指称包括具有两种或更多种此类组分的方面，除非上下文有明确相反的指示。

本公开的各个方面总体上涉及用于制造三维(“3D”)玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷物体、制品的方法和系统。这些方法和系统的各个方面可用来通过手工和计算机控制的激光辅助制造技术由连续玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷前体制造这种物体和制品。

用这些装置和方法来制造包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料的3D物体和制品有许多优点。一个优点是，用这些装置和方法制成的物体和制品在加工过程中和加工之后不易产生与热应力相关的缺陷和失效，例如由于与采用相同材料的其他常规成形方法和装置相比，这些装置和方法具有更好的温度和微结构控制。另一个优点是，本公开的制造技术和装置可用来制造具有高度复杂的外部和/或内部表面的部件，如通过CAD及其他计算机辅助图案所限定的表面。另一个优点是，这些技术和系统可用来制造玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷物体和制品，这些物体和制品能达到它们的理论强度及其他机械性能，而由内表面、夹杂物、气泡及其他缺陷导致的加工机械性能和/或耐环境性能下降有限。这些装置和方法的又一个优点是，它们能在物质和制品成形过程中精确控制玻璃和玻璃陶瓷材料的粘度，从而有利于显著控制最终的物体形状、表面和特征。这些装置和方法的附加优点是，它们能用于较快地形成制品(例如，相比于逐层打印方法)，因为它们能在自由空间以连续或近似连续的运动“画”出制品，而无需重描或重描很少。

参见图1-1C，它们描绘了用于制造3D物体的系统10的实施方式。用于制造3D物体的系统10包括具有成形表面的130的基座102；以及具有设置在成形表面130上方的出料口118的进料系统100。此外，进料系统100构造成将连续预成形材料106给送到出料口118与成形表面130之间的成形区104。用于制造3D物体的系统10还包括包围成形表面130、成形区104和出料口118的炉子132。用于制造3D物体的系统10还包括激光输送系统134，其设置成引导至少一条激光束(例如激光束128A和128B)穿过炉子132进入成形区104，在成形区104形成热斑126。用于制造3D物体的系统10还包括定位系统120，其设置成实现成形表面130与出料口118之间的相对运动，例如通过控制基座102及其成形表面130的运动和/或从进料系统100递送预成形材料106的速度。

如本文所用，术语“连续预成形材料”涉及玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷材料以及这些材料的组合，它们(a)已预先形成或成形；(b)当前处于连续形式，基本上不存在通常与这些材料的其他形式(如烧结粉末和微粒)相关联的内表面、缺陷、夹杂物、气泡等。在一些实施方式中，连续预成形材料106可包含玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的至少一种。另外，在一些实施方式中，连续预成形材料106可包含经过离子交换强化或者可离子交换(即能够通过离子交换强化，例如在沉积到成形表面130上之后)的玻璃或玻璃陶瓷。例如，连续预成形材料106可包括钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃或熔凝氧化硅玻璃。例如，包含玻璃材料的连续预成形材料106可采用选自Eagle玻璃、玻璃和/或玻璃的玻璃。作为另一个例子，包含熔凝氧化硅玻璃的连续预成形材料106可包括康宁股份有限公司的玻璃(例如7980,7979等)、旭硝子株式会社的玻璃(例如AQ系列，AQT系列、AQR系列等)、日本电气硝子株式会社的玻璃等。在另一实施方式中，连续预成形材料是包含氧化硅的玻璃。在一些实施方式中，预成形材料106还可基本上由氧化硅组成。在一些实施方式中，预成形材料106可包含光扩散材料，例如光扩散纤维，以及题为“光纤照明系统和方法”的美国专利第8,591,087号所述的用于形成光扩散纤维的预成形材料。

在一些实施方式中，预成形材料106可以是棒、纤维或管的形式。预成形材料106还可取薄的片、板或带的形式。当构造成棒或类似棒的形式时，预成形材料106可具有圆形截面或非圆形截面，如方形或矩形截面。预成形材料106的棒可以是实心的，或具有空心芯部当构造成纤维或类似纤维的形式时，预成形材料106可具有透明芯部或空心芯部。无论是透明的还是空心的，纤维芯部可具有任何所需的截面形状，如圆形或椭圆形。纤维可具有任何所需的截面形状，如圆形、方形或扁平形状。纤维或棒的直径可在100μm至7mm的范围内。在一些实施方式中，预成形材料106的棒将比纤维具有更大的直径，并且比纤维更短。薄的片或带的厚度可在10μm至7mm的范围内。预成形材料106的长度可以变化。

另外，在一些实施方式中，成形表面130可包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料，例如上文所述的用于预成形材料106的任何材料。在一些实施方式中，成形表面130和预成形材料106可包含相同的材料，或者可包含具有类似性能的材料，例如类似的或匹配的热膨胀系数(CTE)。

根据一些实施方式，利用图1-1C所示的系统10形成3D物体所用的连续预成形材料106可以是透明玻璃或玻璃陶瓷，它可形成透明的3D玻璃或玻璃陶瓷物体。预成形材料106的透明性将在初形成的3D物体中得到保留，因为本公开的方法和装置有利地避免了在形成3D物体时使用粘合剂和粉末。也就是说，3D物体的透明度将在名义上与形成3D物体所用的预成形材料106的透明度相同。在一个实施方式中，若由系统10制成的3D物体用分光光度计在390-750nm的波长范围内测得的透光度至少为80％，则它可视为透明的。在另一个实施方式中，若透过由系统10制成的3D物体的可见性没有光学扭曲，则它可视为透明的。在又一个实施方式中，若沿着3D物体的一个或多个轴线没有可见的界面，则该3D物体可视为透明的。在另一个实施方式中，用系统10形成的3D物体可以是无色的。

如图1-1C所示，进料系统100一般可包括一对进料轮108A,108B，用于使连续预成形材料106在朝着成形区104的方向上行进。进料系统100还可包括用于引导连续预成形材料106进入成形区104的引导管110。在一个实施方式中，引导管110具有内部纵向通道(图中不可见)，其设置用于接收来自进料轮108A,108B的预成形材料106。引导管110可具有带进料开口118的引导尖端116，进料开口118的尺寸和形状正好容纳预成形材料106的横截面，这可实现将预成形材料106精确地递送到成形区104。进料开口118或者预成形材料106从进料系统100出来进入成形区104的任何位置可称作进料系统100的出料口118。此外，根据一些方面，进料系统100可包括冷却管101或类似特征，其可用于冷却连续预成形材料106通过并离开出料口118上方的进料轮108A,108B的部分。冷却管101可确保连续预成形材料106不被热斑126和/或炉子132加热到超过进料系统1009(包括进料轮108A,108B)承温能力(例如Tg温度)的温度。

仍然参考图1-1C，在一些实施方式中，进料系统100还包含进料源115(图1B所示)，其构造成罩住或以其他方式容纳连续预成形材料106。例如，进料源115可包含卷轴，连续预成形材料106可卷绕在该卷轴上。在操作中，进料轮108A,108B可根据需要从进料源115(如卷轴)上拉出所需长度的预成形材料106。在一些情况下，预成形材料106可以带的形式运送到进料系统100。在一些实施方式中，进料轮108A,108B之间的间距114(即预成形材料106在进料轮108A,108B之间通过)可调节，使得进料轮108A,108B能够给送不同直径或厚度的预成形材料至引导管110。另外，引导管110、引导尖端116和/或出料口118可与其他引导管、引导尖端和出料口互换，以便递送不同直径或厚度的预成形材料至成形区104。

再次参考图1-1C所示的用于制造3D物体的系统10，进料系统100可用来以一定进料速率将连续预成形材料106给送到成形区104，该进料速率适合通过热斑126将其端部附接到基座102的成形表面130的附接部分130’。此外，进料系统100可用来以一定进料速率将连续预成形材料106给送到成形区104，该进料速率适合在通过系统10在基座102上形成3D物体的过程中，通过定位系统120使成形表面130相对于出料口118移动时，在热斑126中由预成形材料106建立成形部分。在一些实施方式中，可根据预成形材料106的类型、手动操作和/或对象创建模式(如本文后面所概述的3D物体制造方法所述)，对连续预成形材料106从进料系统100进入成形区104的进料速率加以选择。进料系统100采用的进料速率也可与热斑126处的预成形材料106的所需粘度关联起来。在一些实施方式中，可与进料轮108A,108B的转速关联的进料速率可在约1mm/s至约5mm/s的范围内。在一些情况下，可能需要不止一股预成形材料106来将其一部分附接到成形表面130的附接部分130’和/或完成3D物体的成形部分。在这种情况下，可按照预定序列将所需的多股预成形材料给送到成形区104中，该预定序列可手工规定，或者例如根据计算机驱动的对象创建模式(如下文更详细所述)规定。在采用多股预成形材料的情况下，可自由选择预成形材料106的材料类型、横截面形状和尺寸，通过系统10形成的3D物体的形成过程因此具有极大的复杂性。

此外，在一些实施方式中，多股预成形材料可同时从进料系统100给送到成形表面130。该多股预成形材料可包含相同或不同的材料。例如，多股预成形材料可包含两股玻璃，例如具有相同或类似CTE和粘度的两股玻璃。采用相同或类似材料作为多股预成形材料使所述材料能够被相同的激光束局部加热。或者，多股预成形材料可包含具有不同性能(如不同的CTE和粘度)的材料，例如，玻璃材料和金属材料(如铜)，或者具有不同性能的两种玻璃材料。在此实施方式中，多股预成形材料可通过具有不同波长的激光束局部加热。例如，第一预成形材料可通过具有第一波长的激光束局部加热，而第二预成形材料可通过具有第二波长的激光束局部加热。此外，第一预成形材料对第二波长可以是透明的(因而它不受第二激光束影响)，而第二预成形材料对第一波长可以是透明的(因而它不受第一激光束影响)。

根据一个实施方式，基座102安装在定位系统120上(见图1B)。在一个实施方式中，定位系统120能够使基座102沿着三个正交方向(即沿着X、Y和Z轴)平移。作为一个例子，定位系统120可包括使基座102沿着Z轴平移的Z平台122，以及使基座102在XZ平面中平移的XY平台124。定位系统120将允许基座102和出料口118在至少三个正交方向上相对运动。在一些实施方式中，定位系统120还可包括一个或多个附加平台(未示出)，以实现基座102相对于出料口118的旋转运动和/或倾斜移动。这种旋转运动和/或倾斜移动能力也可结合到Z平台122和/或XY平台124中。代替将基座102安装到定位系统120上，或者除了将基座102安装到定位系统120上之外，可将进料系统100安装到分开的定位系统(未示出)上，使得出料口118相对于基座102的位置可以调节。然而，相对于出料口118移动基座102会更方便。

一般而言，可以采用能在三个正交方向中的任何方向实现基座102与出料口118之间的相对运动的任何方法。出料口118与基座102之间的相对运动将允许连续预成形材料106以所需图案沉积在基座102上。此外，进料系统100采用的进料速率可以变化，例如，用以补偿基座102与出料口118之间相对运动的方向变化。例如，当基座102与出料口118之间的相对运动减慢以例如改变方向时，进料速率也可减慢，以利于均匀沉积连续预成形材料106。此外，基座102与出料口118之间的相对运动速度跟进料速率之间的关系可控制连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分的厚度。当基座102与出料口118之间的相对运动速度大于进料速率时，连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分的厚度将小于连续预成形材料106在进料源115与成形表面130之间行进的部分的厚度。此外，当基座102与出料口118之间的相对运动速度小于进料速率时，连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分的厚度将大于连续预成形材料106在进料源115与成形表面130之间行进的部分的厚度。

在一些实施方式中，进料源115可绕连续预成形材料106的进料轴线旋转。如本文所用，“进料轴线”是指连续预成形材料106从进料源115行进到成形表面130时连续预成形材料106所形成的线。在进料源115位于成形表面130正上方且连续预成形材料106从进料源115行进到成形表面130而不改变方向的实施方式中(例如图1-1C所示的实施方式)，进料轴线是Z轴。在操作中，进料源115的旋转可使连续预成形材料106在进料源115与成形表面130之间行进的部分旋转。

在操作中，进料源115使连续预成形材料106旋转可以防止连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分扭曲。例如，当连续预成形材料106不旋转而成形表面130与连续预成形材料106之间的相对运动方向沿XY平面改变时，连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分可能发生扭曲。然而，进料源115使连续预成形材料106旋转可补偿此扭曲。此外，进料源115使连续预成形材料106旋转或者可以引起连续预成形材料106沉积到成形表面130上的部分发生扭曲。例如，当连续预成形材料106不旋转而成形表面130与连续预成形材料106之间的相对运动方向沿着XY平面改变时，连续预成形材料106正在沉积到成形表面130上的部分可发生扭曲，进料源115使连续预成形材料106在与补偿此扭曲的旋转方向相反的旋转方向上旋转可转而引起附加扭曲。例如，通过在连续预成形材料106中形成多种扭曲和对连续预成形材料106增加应力，进料源115的旋转引起的附加扭曲可用来将连续预成形材料106正在沉积到成形表面130上的部分与连续预成形材料106的余下部分分离。此外，在多股预成形材料同时从进料系统100给送到成形表面130上的实施方式中，进料源115的旋转和/或成形表面130的旋转可将所述多股预成形材料编织或以其他方式缠结在一起。

作为一个实例，成形表面130与连续预成形材料106之间的相对运动方向沿着XY平面改变90°将会引起连续预成形材料106正在沉积到成形表面130上的部分发生90°扭曲。进料源115使连续预成形材料106的旋转在一个旋转方向上旋转90°可阻止此扭曲。此外，进料源115使连续预成形材料106的旋转在相反旋转方向上旋转90°可使此扭曲加倍(即可引起180°扭曲)。作为另一个实例，成形表面130与连续预成形材料106之间沿着XY平面的圆形相对运动(即形成螺旋沉积材料106)可对连续预成形材料106正在沉积到成形表面130上的部分造成360°扭曲。进料源115使连续预成形材料106的旋转在一个旋转方向上旋转360°可阻止此扭曲。此外，进料源115使连续预成形材料106的旋转在相反旋转方向上旋转360可使此扭曲加倍(即可引起720°扭曲)。

在图1-1C所示的用于制备3D物体的系统10的一个实施方式，热斑126产生在或者形成在出料口118与基座102之间的成形区104中。在一个实施方式中，热斑126与出料口118对齐，使得连续预成形材料106从出料口118出来后穿过热斑126，然后到达基座102，并在粘性状态下附接到成形表面130的附接部分130’。在另一个实施方式中，热斑126与出料口118对齐，使得连续预成形材料106预先附接到基座102的成形表面130的成形部分被加热到粘性状态，并且例如通过定位系统120相对于出料口118移动。也就是说，在一些实施方式中，在成形表面130(和附接部分130’)借助于定位系统120相对于出料口118移动时，连续预成形材料106的成形部分基本上固定于空间。在一个实施方式中，连续预成形材料106被热斑126选择性加热到粘性状态。术语“被选择性加热”是指被分配到成形区104中的全部连续预成形材料106或者被分配到成形区104中的预成形材料106的仅选定区段(或成形部分)可被加热到粘性状态。这也意味着热斑126必须可控。例如，应当能开关热斑126或者控制热斑126的温度和尺寸。根据一些方面，还有可能随时间控制热斑126的功率密度。在一个实施方式中，连续预成形材料106被热斑126选择性加热到该材料的退火点与高至熔点之间的温度。

在一个实施方式中，热斑126用来自激光输送系统(一般性地用附图标记134标示)的一个或多个激光束产生。作为一个实例，图1C显示了在一个实施方式中，用系统134的激光器134a和134b(参见图1)分别发出的两条激光束128A、128B产生热斑126。激光束128A、128B从相反方向到达成形区104。这种相反的激光束会在热斑126处沿着连续预成形材料106的直径或厚度均匀加热。在一个实施方式中，激光输送系统134提供的激光束128A、128B是高斯型光束，激光束128A、128B在热斑126处的光束直径能够控制。在一个实施方式中，每条激光束128A、128B的光束直径选自1-2倍于被热斑126加工的连续预成形材料106的厚度的范围。

图4A描绘了用于制备3D物体的系统10(参见图1-1C)所用的激光输送系统134的一个实施方式。如图4A所示，激光输送系统134包括多个激光源134a和134b，它们分别产生激光束128A和128B。在一些方面，激光束128A、128B取向于相反或不同的方向(参见图4A)；在其他方面，激光束128A、128B取向于相同或类似方向(未示出)。由于连续预成形材料106可由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料制成，激光源134a、134b可以是能产生红外激光束的红外激光器，如CO2激光器等。一般而言，多个激光源134a、134b等应能产生一定波长范围的激光束，在该波长范围内，连续预成形材料106将具有吸收性，从而使预成形材料106被选择性加热到粘性状态。例如，发射玻璃吸收范围内的波长的CO2激光器，它能用来处理用作连续预成形材料106的玻璃材料。在一些实施方式中，可选用发射不同波长的不同激光器，所述不同波长与要成形的特定玻璃组合物的吸收范围相一致。在一些实施方式中，玻璃吸收激光器发射的波长或波长范围的至少约20％或更多，甚至30％或更多。在一些方面，激光输送系统134可采用单激光源(例如激光源134a或134b)和分束器(图4A中未示出)，该分束器设置成将来自单激光源的激光束分裂成两条分离的激光束128A、128B，这两条激光束在不同方向(例如正交方向)上行进。在其他方面，激光输送系统134采用一个或多个激光源，例如激光源134a、134b，它们设置成引导一条或多条相应的光束，例如128A、128B，这些光束最终到达成形区104，形成或以其他方式发展出光斑126。

在图4A所示的设置中，可借助平面镜144、146引导第一激光束128A，帮助形成成形区104中的热斑126。在一些实施方式中，可在平面镜144、146前面、之间和/或后面采用一个或多个聚焦透镜(未示出)，进一步将激光束128A向成形区104聚焦，形成热斑126。类似地，可借助平面镜144、146和任何聚焦透镜或透镜组(未示出)引导第二激光束128B，帮助形成成形区104中的热斑126。在以示例形式示于图4A的实施方式中，聚焦的激光束128A、128B形成热斑126，预成形材料106在热斑126中可被选择性加热到粘性状态。

激光输送系统134可具有各种变化形式。根据本公开的一种变化形式是用光束整形器将聚焦到成形区104中的激光束128A和/或128B整形为非圆形状，如矩形或椭圆形。当连续预成形材料106是扁平纤维时，或者当预成形材料106与激光束成相对关系的一侧是扁平的时，这种非圆形状可能是有用的。另一种变化形式是在热斑126内采用超过两条激光输送路径，在成形区104内的不同位置，例如沿着X、Y或Z方向将激光束输送给预成形材料106。若预成形材料106是薄片或者相比于激光束(或合并激光束)的光斑尺寸具有较大宽度，这种变化形式可能是有用的。例如，利用激光系统134内的多个激光器、分束器和/或平面镜，激光束可沿着多个光束路径输送到预成形材料106的一侧，并沿着多条光束路径输送到预成形材料106的另一侧。另一种变化形式是在激光输送系统134内采用光闸系统(图1-1C中未示出)，以控制激光束进入成形区104并形成热斑126的时机和功率密度。更具体而言，光闸系统可放置在激光输送系统134发出的激光束的路径上，确保引入成形区104的光束一开始就处于或接近满功率密度。由于许多激光源在激发与满功率密度之间需要延时，使用光闸系统就能够在光束通过光闸系统进入成形区104之前使激光达到满功率密度。对激光输送系统134发出激光束的时机和功率密度的这种精确控制能够在用系统10形成3D物体期间改善连续预成形材料106的温度均匀性和粘度控制。

同样如图1-1C所示，制造3D物体的系统10可采用配有一个或多个二级激光器例如二级激光源134c的激光输送系统134。二级激光源134c可通过例如与激光源134a、134b所用相同或类似的光学器件将光束引入成形区104，形成不同于热斑126的二级热斑。系统10可利用该二级热斑在3D物体中例如烧蚀、雕刻、挖掘或以其他方式形成附加特征，包括但不限于空穴、不规则表面、孔洞、沟道及其他类似特征。在制造3D物体的过程中，也可利用这种二级激光源134c将通过系统10由连续预成形材料106形成的3D物体的一个或多个成形部分分开。例如，二级激光源134c可用来将(例如进料系统100给送的)连续预成形材料106与系统10形成的3D物体的一部分分开；然后，激光输送系统134可利用其他激光源例如激光源134a、134b将连续预成形材料106换个位置重新附接到3D物体先前形成的部分，开始形成与最终所需的3D物体相关的其他特征。

再次参考图1-1C所示的制造3D物体的系统10，在成形区104中，在出料口118与成形表面130(即基座102的顶表面)之间选定的位置产生热斑126。热斑126优选不在基座102的成形表面130或者基座102内部产生，因为这会导致对基座102不利的加热和/或烧蚀。还优选在成形区104中，在成形表面130与出料口118之间的位置(例如在Z方向上)形成热斑126。激光输送系统134还优选在将连续预成形材料106的端部附接到成形表面的起始步骤中，在成形区104中靠近基座102的成形表面130的位置形成热斑126。在用系统10形成物体的其他阶段，在成形区104内形成热斑126，使其改变相对于基座102的成形表面130的位置。例如，定位系统120可使基座102及其成形表面130相对于热斑126移动，从而选择性地将连续预成形材料106的新的部分加热到粘性状态，形成所需的3D物体。更一般而言，激光输送系统134优选对热斑126进行配置，使其例如在系统中相对于出料口118的位置固定或基本上固定，所述系统10通过相对于固定的出料口118移动基座102来产生物体。

在图1-1C所示的用于制造3D物体的系统10的一个实施方式中，对激光束的掠射角，即激光束128A、128B与基座102的成形表面130之间的夹角加以选择，使得激光束128A、128B不会入射到基座102的成形表面130上，哪怕基座紧靠成形表面130，如在将预成形材料106的端部附接到基座的成形表面的起始步骤中。这是为了避免在基座102的成形表面130上或者基座102内部产生热斑。激光束128A、128B可与成形表面130平行或成小角度(接近平行)，以免入射到基座102的成形表面130上。合适的小角度可通过几何方法确定。

如图1-1C所示，制造3D物体的系统10包括炉子132，炉子132可固定不动，包围成形表面130(包括基座102的全部或一些部分)、成形区104和出料口118。同样如图1-1C所示，炉子132可包括一个或多个观察孔132a，用于在系统10形成3D物体的时候观察3D物体。在一些方面，观察孔132a可以是炉子上的切口或者包含适当透明的耐火材料的透明窗口。同样如图1B所示，炉子132可包括开口132b，以容纳定位系统120和基座102，包括容纳这些元件的运动。类似地，如图1B和1C所示，炉子132可包括一个或多个开口133a、133b，其尺寸适合来自激光输送系统134的激光束(例如激光束128A、128B)通过并进入成形区104形成例如热斑126。此外，热感摄像机180(参见图1B)，如摄像机，可在系统10中用来监视炉子132和炉子132上方进料系统100的温度。更具体而言，系统10可利用炉子132在成形表面130、成形区104和出料口118周围产生受控热环境。从热感摄像机180接收的数据也可帮助产生这种受控热环境。在通过热斑126将连续预成形材料106附接到附接部分130’和/或在成形区104中形成连续预成形材料106的成形部分的同时，受控热环境可让成形表面130(和基座102)维持在某个温度范围。受控热环境可防止材料快速冷却，特别是在预成形材料106为玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的情况下，由此最大程度减小在附接部分130’附接到基座102上的连续预成形材料106中的应力。

图1-1C所示的炉子132的受控热环境还可帮助连续预成形材料106粘结到成形表面130。例如，炉子132可产生受控热环境，确保包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的成形表面130足够粘，或者处于足够高的温度，以利于与连续预成形材料106粘结。在一个实施方式中，包括成形表面130的基座102用玻璃或玻璃陶瓷材料制成，系统10利用炉子132将基座102的温度基本上维持在玻璃的退火点(即玻璃达到10^13.4泊的粘度的温度)。如本文在此语境中所用，术语“基本上”可指例如玻璃或玻璃陶瓷的退火点的+/-20℃以内。在另一个实施方式中，包括成形表面130的基座102由玻璃陶瓷制成，用炉子132将基座102的温度维持在刚好低于玻璃陶瓷的烧结点。例如，玻璃陶瓷基座102可维持在低于烧结点0.1-10℃。另一种可能性是控制包括成形表面130的基座102的温度，使基座102与出料口118排出的连续预成形材料106之间的温差最小化。此外，在一些实施方式中，激光束128A、128B可用来预热成形表面130。例如，激光束128A、128B可入射到包含玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料的成形表面130上，将成形表面130加热到足够粘的水平或足够高的温度，以利于与连续预成形材料106的端部粘结。

再次参见图1-1C所示的制造3D物体的系统10，若连续预成形材料106是空心纤维(例如管)，根据一些实施方式，进料系统100可包括压力源162和/或真空源164(参见图1C)，其可与预成形材料106连接。合适的控制阀163可决定将压力源162和真空源164中哪一个连接到预成形材料106上。在将预成形材料106给送到成形区104的同时，可对预成形材料106的芯部选择性地施加压力或真空，相应地使该芯部扩张或坍缩。芯部的扩张或坍缩通常发生在成形区104，连续预成形材料106在成形区104处于一定温度，它在该温度下因热斑126的加热而成形。在连续预成形材料106的成形部分借助于成形表面130与出料口118之间的相对运动而形成3D物体时，上述过程会使该成形部分进一步成形。

同样如图1-1C所示，制造3D物体的系统10还可包括控制器95，该控制器95利用例如“对象创建模式”管理3D物体的构建。如本文所用，“对象创建模式”至少部分基于对系统10要制造的所需3D物体的描述。这种描述可通过各种手段形成，包括但不限于计算机辅助设计(CAD)软件、手工输入及其他用于3D物体的描述方法。此外，控制器95所采用的“对象创建模式”包括有关连续预成形材料106的类型、进料系统100用来递送预成形材料106的进料速率、与激光输送系统134相关的激光功率等的输入信息。因此，控制器95可(例如通过有线或无线方法)连接到进料系统100、炉子132、激光输送系统134、定位系统120以及系统10的其他方面(例如热感摄像机180，如果其存在的话)，用于制造3D物体。控制器95可读取来自合适的存储设备、应用、软件和/或用户输入的对象创建模式。关于何时借助于控制器95与系统10的一个或多个部件的连接将命令信号送至系统10中的何处，控制器95可作出各种决定。例如，控制器95可将信号送至进料系统100，从而以规定的进料速率将一股或多股连续预成形材料106送入成形区104。控制器95还可将信号送至激光输送系统134，从而以合适的功率水平输送激光束128A、128B，以实现热斑126。在一些实施方式中，控制器95还可将信号送至激光输送系统134，以间歇地输送激光束128A、128B(例如循环开关激光束128A、128B)，以防加热或再加热成形表面130和/或连续预成形材料106的某些部分，例如先前的成形位置。

在系统10从连续预成形材料106创建3D物体的成形部分的过程中，控制器95可将信号送至定位系统120，以与对象创建模式相关的特定模式使成形表面130相对于出料口118移动。控制器95还可将信号送至定位系统120，以调整热斑126与成形表面130和/或出料口118之间的距离。控制器95还可将信号送至控制阀163，以便将压力源162或真空源164连接至预成形材料106。控制器95还可将信号送至炉子132，以便将成形表面130、基座102和/或出料口118的保持在特定温度。通过控制器95控制定位系统120的一种替代方式是将定位系统120连接至绘画工具。在此情况下，用绘画工具创建连续预成形材料106的成形部分，然后通过定位系统120使成形部分平移，在成形表面130与出料口118之间产生相对运动。此外，控制器95可将信号送至进料系统100，以控制进料源115的旋转运动。

根据本公开的实施方式，制造3D物体的方法可包括以下步骤(所有步骤可通过图1-1C所示的系统10进行)：在位于出料口118与成形表面130之间的成形区104形成热斑126；通过出料口118将连续预成形材料106送至成形区104，并利用热斑126选择性地将连续预成形材料106的附接端部加热至粘性状态；将粘性状态的附接端部附接至成形表面130。例如，在制造3D物体的方法的起始阶段，与本文所述的系统10相一致的系统可采用这种途径将连续预成形材料106的端部附接到成形表面130。制造3D物体的方法还可包括以下步骤：穿过出料口118将连续预成形材料106送入成形区104，利用热斑126选择性地将附接端部上方的连续预成形材料106的成形部分加热到粘性状态；通过按照对象创建模式实现成形部分(例如预成形材料106的成形部分)与出料口118之间的相对运动在成形区104中形成物体。此外，对象创建模式可至少部分基于对三维物体的描述。例如，上述系统可采用这种途径从连续预成形材料106的成形部分形成3D物体，如形成在热斑126中，并位于系统10中基座102的成形表面130的附接部分130’上方，如图1-1C所示。

在前述方法的某些实施方式中，形成热斑126的步骤可包括将至少一条激光束(例如基本上128A和/或128B)引入成形区104。该形成步骤还可包括将至少两条激光束128A、128B引导至成形区104，所述至少两条激光束设置成从不同方向接近成形区104(参见例如图1C和4A)。根据前述制造3D物体的方法的其他实施方式，形成物体的步骤可通过例如利用定位系统120使连续预成形材料106的成形部分(例如位于基座102上方)与出料口118按照对象创建模式在三个正交方向上相对运动来进行。所述形成步骤可附加包括根据对象创建模式在旋转方向和倾斜方向中的至少一个方向上使成形部分和出料口118相对运动。在一些实施方式中，该方法还可包括使进料源115旋转，从而使连续预成形材料106旋转。还应理解，前述步骤中的任何步骤或所有步骤，连同其类似衍生步骤，均可通过控制器实施，如制造3D物体的系统10所采用的控制器95。

根据一个实施方式制造3D物体的方法可包括预备对象创建模式，以用于3D物体成形。在一个实施方式中，对象创建模式可基于与所需3D物体相关的2D或3D几何数据。该几何数据可包括各种层、区段和特征。所述特征可以是例如部分深度孔(partial-depth hole)、贯穿孔、沟道、空穴、雕刻标记等。对象创建模式还可包括其他信息，如3D物体的各部分的厚度。根据另一实施方式，对象创建模式可描述为通过制造3D物体的系统(如本文所述的系统10)利用合适的绘画或图解工具创建的单一部件或一组区段。对象创建模式的每个部件或区段可在形成3D物体之前绘制(例如存储于计算机中)或者在形成3D物体的同时绘制。

在另一个实施方式中，用来形成3D物体的对象创建模式可通过用CAD软件(或者，一般而言，实体建模软件)构建3D物体模型来描述。CAD软件可输出.stl文件，其包含3D物体的嵌合模型。嵌合模型是代表CAD模型的表面的三角形阵列。.stl模型将包含这些三角形的顶点坐标和指示每个三角形法矢的指数。嵌合模型可利用合适的分割软件分成多个区段，每个区段代表3D物体的一部分。在另一个实施方式中，3D物体可由对象创建模式形成，该对象创建模式源自对所需3D物体的原型或其他表达形式的扫描结果(例如使用计算机断层扫描(“CT”)技术)。如本公开所属领域的普通技术人员所能理解，可利用合适的软件系统将该扫描结果转换成对象创建模式。

制造3D物体的方法(例如借助于图1-1C所示的系统)可包括确定形成3D物体的成形部分要用到的连续预成形材料106的类型。制造3D物体的方法可包括在形成对象创建模式时利用与3D物体相关的几何数据，以及要用于物体的全部或一些部分的预成形材料106的一种或多种类型。制造3D物体的过程可包括形成对象创建模式，使得物体的每个部分(例如主体、附件等)可利用成形表面130(例如基座的成形表面)与出料口118之间的相对运动来创建。制造3D物体的过程还可包括形成对象创建模式，使得3D物体的每个部分在热斑126内按照规定的、可变的激光功率水平来创建。对象创建模式中的这种可变激光功率水平可基于连续预成形材料106的具体类型、根据预成形材料类型确定的预成形材料106进入成形区104的进料速率、对象创建模式的空间特性、热斑126相对于出料口118和成形表面130的位置及其他因素。当用玻璃或玻璃陶瓷预成形材料106进行操作时，可对热斑126的位置和激光功率加以选择，以实现全透明。例如，若将热斑126的温度(该温度取决于形成热斑126所用的激光功率)设定为刚好低于包含玻璃的预成形材料106的熔点，例如比熔点低5-10℃，则可获得全透明玻璃。

根据制造3D物体的方法的一个实施方式，连续预成形材料106的一部分可接合、附接或以其他方式结合到基座102的成形表面130的附接部分130’。为此，在出料口118与成形表面130之间形成热斑126。输送到热斑126的激光功率将取决于要在制造3D物体的方法的此阶段使用的连续预成形材料106。热斑距离(即热斑126与成形表面130之间的距离)和沉积距离(即出料口118与成形表面130之间的距离)可基于对象创建模式设定为预定值。例如，若形成全透明玻璃物体，热斑距离可在约1/3倍至约1倍于连续预成形材料106的厚度(或直径)的范围内。此时，将连续预成形材料106(例如通过进料系统100)给送到成形区104，热斑126选择性地将其加热到粘性状态(例如加热到预成形材料106的退火点与高至熔点之间的温度)。当预成形材料106向下移动通过热斑126时，将其放置成与基座102的成形表面130的附接部分130’接触，从而将连续预成形材料106连接至成形表面130。出料口118与成形表面130之间的相对运动能够控制如何将连续预成形材料106的一部分接合、附接或以其他方式结合到成形表面130的附接部分130’。在某些方面，出料口118的任何平移都应与来自激光输送系统134的激光束(例如激光束128A、128B)的焦点同步。若出料口118与成形表面130之间的相对运动限制为相对于固定的出料口118移动基座102及其成形表面130，则在形成热斑126时可能无需调整激光输送系统134发出的激光束的位置。

在连续预成形材料106的一部分结合到成形表面130的附接部分130’之后，可形成3D物体的余下主要部分。如前面所指出，3D物体的特征可按照对象创建模式形成。更具体而言，连续预成形材料106的成形部分可在热斑126内移动，从而选择性地将其加热到粘性状态。成形部分相对于出料口118的这种运动通过例如定位系统120根据对象创建模式实现。当预成形材料106的一些部分借助于这些部分相对于出料口的移动而在成形区104中的热斑126内被加热到粘性状态时，就在空间“绘出”3D物体。例如，定位系统120可移动基座102、其成形表面130和结合到成形表面130(即附接部分130’)的预成形材料106的端部，牵拉预成形材料的一些部分通过热斑126，依次将这些部分加热到粘性状态。随时间过去，该过程可用来在空间“绘出”完整3D物体。如前文所指出，该过程还可包括断开预成形材料106的一些部分(例如，利用二级激光器，增强成形表面130相对于出料口118的相对运动)；然后通过将连续预成形材料106重新附接到3D物体上先前形成的特定位置，使3D物体的另外的部分成形。

在已经根据前面所述的方法和/或系统(例如，图1-1C所示的系统10)形成3D物体之后，该3D物体可退火，以防在物体的本体内形成任何残余应力。当3D物体包括玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中的一种或多种时，这可能是有用的步骤。对于玻璃，退火过程可包括加热3D物体，直至其温度达到粘度为10^13.4泊的退火温度(也称作退火点)，其中玻璃仍然足够硬而不会变形，但足够软以使应力松弛。然后，对3D物体进行均热处理，直至其温度完全分布均匀。此步骤所需的时间根据玻璃类型和物体的最大厚度变化。然后，以预定速率缓慢冷却物体，直至其温度低于应变点(粘度为10^14.5泊)。在此之后，可安全地将温度降至室温，降温速率受连续预成形材料106中所用玻璃的热容、厚度、热导率和热膨胀系数限制。退火过程完成后，可将3D物体切至合适尺寸，钻孔、蚀刻或抛光。在一些实施方式中，根据前述方法和系统(例如图1-1C所示的系统10)形成3D物体后，激光束128A、128B可再次照射物体，利用再熔过程对物体进行抛光。

若基座102不是最终的3D物体所需要的部分，可采取附加步骤将3D物体从基座102的成形表面130上分离。这样做的一种可能的方法是用不同于3D物体(或者制造3D物体所用的连续预成形材料106)的材料制作基座102和成形表面130，然后通过选择性蚀刻将基座102和成形表面130与3D物体分离。在一个实施方式中，基座102及其成形表面130可用可溶于挑选的溶剂的玻璃制成，而3D物体可用不溶于所挑选的溶剂的玻璃或玻璃陶瓷制成。在此情况下，可通过将基座102溶解于所挑选的溶剂来将基座102从3D物体上除去。另一种可能的方法是通过机械加工技术如研磨、抛光等将基座102与3D物体分离。

现在参见图2、2A和4B，它们描绘了用于制造3D物体的系统10a的实施方式。总体而言，制造3D物体的系统10a类似于图1-1C所示的系统10，这些系统中具有相同附图标记的元件(例如进料系统100、激光输送系统134等)在这些系统中具有相同或类似的结构和功能。两种系统10和10a之间的主要差别是前一个系统采用具有工作表面130的基座102，而后一个系统采用具有夹持表面130a的夹具102a。系统10a中可采用各种具有夹持表面130a的夹具102a，包括类似于标准手持式钻具通常采用的卡盘那样的装置。这两种系统之间的另一个差别是炉子132在系统10a中是可选的。系统10、10a在其他方面的构造彼此类似。

虽然系统10与系统10a之间存在多种相似之处，系统10a中提供的夹具102a和夹持表面130a具有其特定优点。例如，用系统10a制造3D物体的方法不需要将连续预成形材料106附接到成形表面的任何步骤或顺序。相反，连续预成形材料106的端部可以在室温下安装在夹具102a的夹持表面130a中，无需例如在热斑126中将端部加热至粘性状态。系统10a的另一个优点是，夹具102a及其夹持表面130a的较小尺寸使其能够被例如定位系统120以几乎不受限制的方式相对于出料口118移动。更具体而言，夹具120a及其夹持表面130a(即用于保持连续预成形材料106的端部)可相对于出料口118移动，使得这些特征甚至在Z方向上位于出料口118上方。因此，对于在空间制造3D物体而言，用系统10a制造3D物体的方法增加了灵活性。另一方面，对于制造3D物体，系统10相对于系统10a具有一些优点。由于系统10采用具有成形表面130的基座102，它可在一个制造序列中被多种方法用来在成形表面130上制造多个3D物体。也就是说，在用系统10制造3D物体的方法中，通过前面就附接和形成步骤所述的方面，可在基座的成形表面130上形成多个3D物体。此外，成形表面130和/或基座102可结合到用系统10形成的3D物体中，用于支承复杂或沉重的3D物体。

根据本公开的实施方式，制造3D物体的方法可包括以下步骤(所有步骤可通过图2、2A和4B所示的系统10a进行)：在制造3D物体的方法的起始阶段，在位于出料口118与夹持表面130a(例如来自夹具102a)之间的成形区104中形成热斑126；将连续预成形材料106的端部附接到夹持表面130a。制造3D物体的方法还可包括以下步骤：穿过出料口118将连续预成形材料106送入成形区104，利用热斑126选择性地将附接端部上方的连续预成形材料106的成形部分加热到粘性状态；通过按照对象创建模式实现成形部分(例如预成形材料106的成形部分)与出料口118之间的相对运动在成形区104中形成物体。此外，对象创建模式可至少部分基于对三维物体的描述。例如，上述系统可采用这种途径从连续预成形材料106的成形部分形成3D物体，如形成在热斑126中，并位于系统10a中夹具102a的夹持表面130a的上方，如图2、2A和4B所示。

更一般而言，前述制造3D物体的方法可采用包括夹具和夹持表面的系统，如系统10a，其方法原理与前面就采用具有基座和成形表面的系统(如系统10)制造3D物体的方法所公开的方法原理相同或相似。不过，可采用具有夹具102a和夹持表面130a的方法优选用于使夹具和夹持表面在正交、旋转和/或倾斜方向上直接移动，从而实现连续预成形材料106的成形部分相对于出料口118的运动。同样如前文所指出，这种方法也可以这样进行，使相对运动的实现包括根据对象创建模式将夹持表面(例如夹持表面102a)定位在成形区104上方。此外，这种实施方式还可包括可旋转进料源(如图1-1C所示的进料源115)。

现在参见图3、3A和4C，它们描绘了用于制造3D物体的系统10b的实施方式。总体而言，制造3D物体的系统10b类似于图2、2A和4B所示的系统10a，这些系统中具有相同附图标记的元件(例如控制器95、定位系统120、激光输送系统134等)在这些系统中具有相同或类似的结构和功能。不过，在相同10b中，与激光输送系统134和炉子232相关的光学元件构造成优化热斑126中连续预成形材料106的均匀加热。关于炉子232，它包括多个开口233a、233b、236a和236b，其尺寸适合激光束穿过并进入成形区104，形成热斑126。这些开口位于炉子232的拐角处；然而，系统10b的一些方面可包括位于炉子232的正面或侧面的开口，它们实现相同或类似的功能。

对于图3、3A和4C所示用于制造3D物体的系统10b中激光输送系统134的光学元件，可采用两个激光源134a和134b(例如，类似于系统10中所用的激光输送系统134)。不过，分别从这些激光源发射的激光束128A、128B通过图4C所示的分束器140a、140b分束。来自光束128A的分离光束经平面镜243a、246a反射，并作为反射光束343a、346a被分别导向成形区104。类似地，来自光束128B的分离光束经平面镜243b、246b反射，并作为反射光束343b、346b被分别导向成形区104。反射光束343a、343b、346a、346b合并到一起，形成热斑126，该热斑126用来选择性地将连续预成形材料104加热至粘性状态。在形成热斑126时，系统10b能够引导热区周围等间隔的四条光束(或更多光束)，这确保了热斑126在温度和功率密度上的基本均匀性。同样如图3所示，可采用附加平面镜241a、241b将来自激光源134a、134b的激光束128A、128B引导到分束器140a、140b。此外，还可采用聚焦透镜(如聚焦透镜242a、242b)控制激光源134a、134b发射的激光束128A、128B的光斑尺寸。如普通技术人员同样所能理解，激光源(例如激光源134a、134b)、光学元件(例如平面镜243a、243b等)和炉子232的开口的各种组合和数量均可用来产生热斑126，该热斑126在成形区104内具有基本的温度和功率密度均匀性，如图4C所示。还应认识到，用诸如系统10b这样的装置制造3D物体的方法可选择性激发系统中的一个或多个激光源，在热斑126中故意产生温度和/或功率密度的不均匀性。例如，根据连续预成形材料106中采用的具体材料组成，为了产生特定的形状、横截面及其他特征，热斑126中的这种不均匀性可能是必要的。

进一步看系统10、10a、10b以及制造3D物体的相关方法，利用这些系统和/或根据这些方法可制造玻璃制品(例如，如图5A-5D所示)，所述制品包含含有连续材料的3D物体，所述材料包含玻璃。例如，如图5A所示的包含玻璃的弹簧300可用这种制造3D物体的方法和系统制造。如图5A所示，弹簧300用连续氧化硅棒以连续方式形成，结合到同样包含玻璃组合物的成形表面。作为另一个例子，如图5B所示的螺旋400可用这种制造3D物体的方法和系统制造。如图5B所示，螺旋400用连续氧化硅棒以连续方式形成，其被夹在卡盘中。玻璃制品还可包括一个或多个含有连续玻璃材料的悬垂特征，该特征定义为从物体生发出来的至少一个构件。例如，可利用这种方法和系统由纯氧化硅棒以连续方式制造如图5C所示的一系列钩子500，钩子500的端部520是悬垂特征。钩子500可包括两个或更多个区段。在一些实施方式中，从物体生发出来的至少一个构件或区段与该物体的另一个构件或区段形成至少90度的角。如图5C所示，钩子500的悬垂部分(即端部520)形成角度510，该角度510等于或大于45度，或者等于或大于60度，甚至等于或大于90度。此外，玻璃制品(如钩子500)可通过前述制造3D物体的装置和方法中的任何装置和方法形成。作为另一个例子，可通过前述方法和系统由纯氧化硅棒以几乎连续的方式制造如图5D所示的金刚石形结构600。值得注意的是，前述用于制造3D物体的方法和系统可用于以连续方式制造金刚石形结构600的每条腿和支杆，然后中断(例如在腿或支杆的端部)，或者继续运动，构建下一条腿或支杆，其中这下一条腿或支杆与前面制造的腿或支杆共用端点。较佳的是，在一些实施方式中，图5A所示的弹簧300、图5B所示的螺旋400、图5C所示的钩子500和图5D所示的金刚石形结构600包含基本上没有内部界面的连续材料(例如源自连续预成形材料106)。

在基本上不背离本公开的精神和各种原理的情况下，可对本公开的上述实施方式作出许多变化和改进。所有这些改进和变化形式都意在包括在本公开的范围内并受以下权利要求的保护。