用于3D打印的系统、方法和设备与流程

本发明是2015年3月30日提交的序列号为14/672,296的美国专利申请的非临时申请并要求其优先权，该美国专利申请要求于2014年3月30日提交的题为“SYSTEM,METHOD AND APPARATUS FOR 3D PRINTER EXTRUSION”的序列号为61/972,355(现在已失效)的美国临时专利申请的优先权，上述两个专利申请的主题通过引用方式被纳入本文。

背景技术：

三维打印的爆炸式增长为每个人创建了新的制造样式。随着挤出装置和其他装置的价格下跌，越来越多的人无止境地参与到三维打印中，开启了新的制造时代。最终，这些装置将进入每个家庭中，并且三维物体的创建或重新创建将变得像静电复印(Xerox copying)一样常见。

三维打印的各种常规技术使用单头，例如，将材料作为点源沉积到平面表面上的挤出头或者逐点移动激光以固化或硬化材料的激光头。通常，当前的3D打印机器花费许多个小时或者可能数天来沉积或处理使设计进行实例化所需的材料,所述设计诸如根据计算机辅助设计(CAD)或者其他程序或代码的设计。

随着该技术的进一步发展，需要甚至更多的方式来改善这些革命性装置的生产能力(throughput)和效率。实际上，该技术仍然需要许多新的方法和样式来实现从革命性到家用常见的飞跃，并且本发明就是这样的样式。

因此，需要改善用于三维打印技术的过程的装置、系统和方法，例如，用以增加加性创建的速度和激光烧结的速度，并且用以更好地满足人们渴望参与这项新技术的增长的需求。

技术实现要素：

本发明旨在在例如以熔丝制造、激光烧结或其他方法进行的三维打印中便于增加挤出速度、沉积速度和/或烧结速度的技术、系统、装置和方法。通过使用打印头上的多个喷嘴，沉积更多的材料。通过包括足够用于物体设计的页面或平面元素的一侧的喷嘴，在打印头的一次通行中完成用于整个平面或层的材料沉积。同样地，通过采用多个激光、能量源和/或分束器，可以例如通过激光烧结处理更多的材料。

附图说明

虽然本说明书总结有具体指出并清楚地要求保护被视为形成本发明的主题的权利要求书，但是相信根据以下结合附图进行的描述，将更好地理解本发明，其中相同的附图标记标示相同的结构和其他要素，在附图中：

图1A是根据本发明的第一实施方案的三维打印机挤出装置、系统和方法配置的示意图，示出了喷嘴的行或阵列；

图1B是根据本发明另一实施方案的三维打印机挤出装置、系统和方法配置的示意图，示出了具有两个行或阵列(诸如图1A所示的行)的喷嘴；

图1C是根据本发明又一实施方案的三维打印机挤出装置、系统和方法配置的示意图，示出了喷嘴具有两个行或阵列(诸如图1B所示的)但其中行相对于彼此交错或偏移；

图2是诸如图1A、图1B和图1C中所示的三维打印机挤出装置的示例性操作配置；

图3是根据本发明的教导的基于挤出的三维打印机装置和系统的示意图，其中采用了诸如如图1A-1C所示的并如图2所部署的挤出头装置；以及

图4是根据本发明的教导的基于能量的三维打印机装置和系统的示意图，其中采用了部件(诸如激光或能量源、光学器件和其他装置)来部署多个能量束。

具体实施方式

以下详细描述被提供用以使得本领域技术人员能够制作和使用本发明。出于解释的目的，列出了具体的命名以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将明了这些具体细节不是实施本发明所必需的。具体应用的描述仅被提供作为代表性实施例。本领域技术人员将明了对优选实施方案的各种修改，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方案和应用。本发明并不旨在受限于所示的实施方案，而是要符合与本文公开的原理和特征一致的最宽的可能范围。

如所论述的，用于三维打印的各种技术已经发展了几十年。例如，立体光刻法自大约1984年以来已经是公知的，并且其涉及通过加性固化的光聚合物使层堆积，该光聚合物通常通过紫外光固化。采用激光和其他能量源使物体在原位——即,在未固化或液态材料的容器或桶内——进行固化或硬化，该容器或桶用作用于构成物体的固化材料的支撑件，使得能够形成更复杂的结构形式。

另一种技术涉及通常在金属加工中使用的烧结或熔化。在这些技术之前，金属加工涉及诸如在车床上进行的铸造、制作、冲压和机械加工，或者其他减性工艺。通过这些三维打印技术，快速成型或按需制造已经变得更容易，其中复杂的零件制造目前已经成为可能，从而推动就业市场上对金属工人的需求的转变。事实上，桌面制造、快速制造和后继行业的崛起正变得日益突出。

当然，应当理解的是，本发明中阐述的技术的主要用途意在使用涉及沉积分层的加性制造技术，包括利用光能量硬化的各种化学沉积、熔化材料沉积、利用热和胶进行的粉末沉积等等。尽管如此，本发明的多个生产能力方面可适用于各种三维打印技术中的每一种，并且每一个方面将在下面进行更详细的描述。

如上所述，这些三维打印技术中的每一种都代表从大多数当前制造技术的减性去除工艺的样式转变，所述减性去除工艺例如其中材料被移除以形成或制作物品的机械加工。统称为加性制造的新技术正在转变整个制造工艺，而不限制人类想象。

然而，与任何技术革命一样，存在阻碍这些加性技术成长的某些瓶颈，诸如在3D打印的熔融沉积成型(modeling)(FDM)或方法——也被称为熔丝制造(FFF)——中，打印速度受限于可以从喷嘴挤出构造或构建材料的速度。如所论述的，当前的加性制造技术在打印头中采用单个喷嘴，打印头逐点地并且逐行地移动经过CAD模型的页面或平面，然后到下一页面或平面上，其中打印头逐点移动，从而沉积熔融材料珠，并且逐行进行移动等。自然地，这种逐点且逐行的工艺非常缓慢，即使利用坚固的机器将打印头和其他部件快速移动到构建平台、表面或其他框架上的每个X、Y坐标也如此。因此，需要一些提高打印速度的方法，以更好地促进对三维打印的采用。

现在参照附图的图1A、图1B和图1C，其中示出了大体上分别由附图标记100、101和102标示的打印头的总体示意图，所述打印头可以被用于在本发明的第一实施方案中特别是以涉及沉积分层的加性制造工艺来实现本发明的原理。

如图1A的实施方案所示，打印头100具有多个大体上由附图标记110标示的喷嘴，每个喷嘴用于部署、沉积或挤出材料，如本领域所理解的一样。在本发明的该实施方案中，部署了这样的喷嘴的阵列，大体上由附图标记120标示。因而，通过用如下打印头100替换现有技术装置的单个喷嘴，打印速度可以大大增加：该打印头100使喷嘴的线性阵列120例如沿着构建平台或表面的X、Y坐标系的Y轴对准，如结合图3更详细地论述的。然而，应当理解的是，阵列120不需要是线性的而可以彼此交错或偏移，如结合图1C进一步说明和论述的。

如所论述的，打印头100应当具有用以在一次通行中覆盖要在其上构造物体的平台的区域的足够长度，例如横跨Y维度，如结合图3进一步描述的。如本领域中所理解的，该实施方案中的打印头100将以从左向右和从右向左进行交替的方式在平台上移动，以沉积材料。因而，代替逐点移动经过特定层的平面，并且与现有技术的装置和技术一样，本发明逐行移动，从而覆盖显著更多的区域并减少机构所需的整体运动，从而减少由于修理所引起的潜在停机时间。

应当理解的是，来自每个相应喷嘴的沉积将由计算机单独控制，如图3所示出和所描述的，尽管喷嘴110优选地将从公共储存器获取材料，例如通过单丝供给熔融材料，同样如结合图3所示出和所描述的。当然，应当理解的是，在其他实施方案中，喷嘴110可以在每次通行中沉积多种材料，其中相应的喷嘴110专用于一种材料或被配置为接受和部署两种或更多种供给。这样的布置还将能够在打印头100在设备的操作域或构建平台上的单次通行中铺设整层或整个平面的材料，而不必更换打印头100并且不必为了沉积另外的或替代的材料而在表面上方另行进一次。

现在参照附图的图1B，示出了同样具有多个上述喷嘴110(诸如结合图1A所描述和示出的)的打印头101。然而，本实施方案中的喷嘴110被布置或配置成大体上分别由附图标记120A和120B标示的两行。因而，通过用如下打印头101来替换现有技术装置的单个喷嘴可以进一步提高打印速度：该打印头101具有例如沿着前述Y轴平行地对准的两行喷嘴120A和120B的线性阵列，并且该打印头具有用以覆盖要在其上构造物体的平台的区域(即沿着对应的X轴)的足够长度。在操作中，打印头101将沿着两行沉积材料，例如下文更详细描述的聚合物，然后移动相等的两个间隔或两个颗粒大小的间隔(如下文更详细地描述的)，再次沉积两行，依此类推。为了避免行彼此干扰，本实施方案中的打印头101可以在Z方向上略微提升，然后移动到下一个X、Y坐标或仅X坐标以沉积下一行，针对该操作进行降低，然后重复。

参照附图的图1C，示出了另一打印头102，该打印头102具有如图1B所示的两行喷嘴110配置，但行或阵列120A和120B彼此交错或偏移而非如上所讨论的平行。应当理解的是，彼此偏移的各个喷嘴110可以产生超过结合图1B所示出和所描述的技术的操作优点：其允许打印头102沉积用于两行的相应材料。由于相应喷嘴110的偏移或交错，打印头102可以不必升高或以其他方式避免干扰，而是仅升高所需的最小值，诸如用以避免先前行的另外沉积，其中所述先前行的另外沉积对于图1B所示的实施方案可能是个问题。此外，本实施方案中沉积的交错和互锁性质可以引起增加的结构性质，例如，没有使最后形成的物体分裂的清晰平面。以这种方式，处理速度可以增加为超过图1B所示的装置的处理速度，并且可以加强正在创建的底层物体。

现在参照附图的图2，示出了具有多个喷嘴210的操作打印头200，其中多个喷嘴诸如按结合图1A、1B和/或1C所示的实施方案中所示出和所描述的进行排列，然而其他配置也是可能的。随着每个平面或层例如沿着前述Y维度(垂直于图纸)通行穿过X、Y坐标场或平面，相应喷嘴210逐行地将材料沉积到大体上由附图标记230标示的物体形式上，从而经由一些喷嘴210在该次通行中沉积材料来使物体逐渐增大和构建，沉积操作大体上由附图标记240标示。

打印头200机构被固定到在下文中结合图3和图4更详细地描述的框架，并且由计算机控制，与计算机的连接大体上由附图标记250标示，并且同样在下面结合图3和图4进行进一步描述。以这种方式，打印头200根据计算机或处理器的控制来回(或者从左到右或从右到左)移动，以按照物体形式、程序或方法覆盖先前沉积的层，所述物体形式、程序或方法即物体设计的蓝图，包括用于材料沉积的逐层命令，其当然会根据所采用的沉积或加性技术、所采用的具体材料和所使用的具体的加性制造机器或装置而变化，如下文更详细地描述的。

应当理解的是，由本发明中阐述的方案引起的打印速度的增加与打印头200中的喷嘴110/210的数量成正比。应当进一步理解的是，本说明书中的打印头100/101/102/200的图示仅表示可以在本发明的配置中使用的喷嘴110/210的实际数量，如下文更详细地论述的。随着小型化的增加，喷嘴110/210的实际数量可能相当大，并且随着在物体230的生产或再现中所需的期望粒度或精细度而大幅变化。

现在参照附图的图3，示出了可以用于使用根据本发明的教导的各种三维打印技术的示例性制造系统，该制造系统大体上由附图标记300标示。大体上由附图标记330标示的制造机器被示为与大体上由附图标记340标示的计算机通信。如所示出的，计算机340可以与机器330直接进行交互，例如通过大体上由附图标记341标示的有线连接；计算机340可以与机器330无线地交互，大体上由附图标记342标示；或者通过大体上由附图标记350标示的因特网连接或云进行交互，用于交互的具体装置是本领域已知的。换言之，用户可以直接地或远程地从计算机340运行机器330。

应当理解的是，计算机用户具有表示要通过本发明中描述的任何技术逐层构造的期望部件或物体的形状的程序。常规CAD程序要求用于模型的命令或代码在打印之前处于特定格式，例如.STL或.OBJ。在初始化代码的过程中，存在其中对代码进行分析以确定表面是否正确连接并因而可以进行打印的“决定(fixup)”阶段；否则，决定是已完成的。换言之，确定结构或物体的形貌，计算该形状所需的相应的线、平面和曲线，并确定用于数字化的方法。

在这一点上，代码由切片器处理，如其名称所暗示的，切片器将数字模型切片成一系列薄层，并且产生对于特定类型的三维打印机(诸如FDM打印机)定制的所谓G代码。各种代码、命令和数据存储在大体上由附图标记344标示的存储器中。软件通常包括查看器程序，使得可以观察整个三维打印过程，由此可以评估所采用的具体方法，例如FDM可能由于形貌(例如悬伸结构)而不是用于再现物体的最佳方式，其中另一种方法或技术(诸如立体光刻)可能更合适。可替代地，沉积材料的角度或方位(aspect)可以促进整个过程，即，以倾斜角或锐角对物体进行数字化或切片可以使具体沉积方法易于处理、更可行、更快、更便宜、更强或其他量度。通过上述查看器上的分析，诸如在计算机340的显示器346上显示的，用于生产零件或物体的制造途径可以预先被确定和磨练，并且可以根据具体的打印技术、所使用的材料、方位角度和其他考虑因素来确定具体的或最佳的途径或步骤。

在图3所示的实施方案中，制造机器330是加性制造装置，其例如采用沉积分层技术。如所示出的，机器330具有大体上由附图标记332标示的构建平台或表面，在该构建平台或表面上搁置有大体上由附图标记334标示的正在制造的物体或零件。如图3所示，本发明采用如上文中结合图1A-1C和图2所描述的多头喷嘴，例如大体上由附图标记320标示的挤出头具有多个上述喷嘴，这些喷嘴大体上由附图标记310标示沿着挤出头的下表面布置、并且面向所述构建平台332以及该构建平台上的物体334。如所描述的，挤出头320具有涵盖物体334的一个维度的宽度或尺寸(诸如沿着X轴)，即，挤出头320沿着对应的轴(例如沿着Y轴)进行单次通行，其中喷嘴310在每次通行中根据计算机340所编程的和所运行的进行沉积(或不沉积)，该计算机例如使用大体上由附图标记348标示的通用处理器或专用于其的处理器。因此，挤出头320的由计算机340控制的移动可以通过各种活塞和其他部件来致动，以使挤出头320和相应的喷嘴310适当地定位在物体334上方。

虽然图3所示的挤出头320被升高在平台332的操作域(即在其上搁置物体334的上表面)之上，但是头320在物体334的形成中被降低成正好位于所沉积的最后一层之上。还应当理解的是代替处理器

在一具体的通行中，可以沉积所谓的构建材料。在本实施方案中，构建材料可以由多种不同的聚合物或热塑性塑料组成，包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、高密度聚乙烯(HDPE)、PC/ABS、聚苯砜(PPSU)和高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。当然，应当理解在实施本发明的原理时还可以采用替代的聚合物或热塑性塑料。

如本实施方案所示的，聚合物可以是大体上由附图标记336标示的丝的形式，其可以从大体上由附图标记337标示的料斗供给。丝336通过挤出头320进行供给，并且通过例如准备用于沉积的相应喷嘴310而被熔化或液化以进行沉积，之后所沉积的材料冷却并结合至基底并且硬化，从而留下新层，该新层转而成为用于在其上沉积下一层的基底。由于一些技术采用支撑材料用于可能是工艺精巧或不平衡(例如，悬伸或其他精巧结构)的一些制造，所以示出了大体上由附图标记338标示的支撑材料线，该支撑材料线诸如从大体上由附图标记339标示的另一个料斗提供用于支撑的材料。应当理解的是，可以存在另外的料斗，其装有相同的构建材料但具有不同的稠度(诸如用于更细或更粗糙的构造)、其他构建材料或者其他稳定或支撑材料。

如所论述的，还应当理解的是，多种三维打印技术可以采用本发明的原理，例如粘合剂喷射技术；定向能量部署技术，诸如电子束直接制造、离子熔融形成和激光粉末成形；光线光聚合技术，诸如数字光处理和立体光刻；材料挤出技术，诸如上文所描述的熔融沉积成型；材料喷射技术；粉末床熔融技术，诸如直接金属激光烧结、电子束熔化、选择性热烧结、选择性激光熔化和选择性激光烧结；和片层叠技术，诸如层叠物体制造和超声波加性制造。因而，对于本文中描述的各种三维打印方法中的每一种，本发明的原理使得能够利用现有的技术来增加生产能力。

还应当理解的是，喷嘴110/210/310的粒度或尺寸取决于多种因素和所采用的技术。出于示例性目的，诸如在前述熔融沉积成型中，三维或3D点的直径为大约或约50至100μm。对于其他技术，应当理解的是，喷嘴尺寸可以为约15-25μm、20-40μm或其他量度，当然随着该技术成熟，所述喷嘴尺寸将适时地减少至约5-10μm。因而，喷嘴的当前期望范围为约5-10μm、约15-25μm、约20-40μm、约40-60μm、约50-100μm及其组合，例如，在头120/220/320处理多种材料的情况下。

对于熔融沉积成型，诸如本文所示出和描述的那些，如果使用例如约100μm，则这可以提供对于相应的头120/220/320的喷嘴110/210/310的数量的估计。取10cm作为构建平台332的有效或操作区域的宽度(即所论述的平面或层维度)的保守估计，保守估计打印头120/220/320中的喷嘴110/210/310的数量是至少一千(该数量比图1和图2中所示的喷嘴110/210/310的代表性数量大得多)，致使使用本发明的原理的打印速度的潜在成千倍的增加。

应当理解的是，实践本发明的原理的技术人员可以采用具有多种可替代配置的喷嘴110/210/310，例如三行或更多行、交错的行、弯曲的喷嘴头等。还应当理解的是，本文所阐述的逐行沉积技术也可以以另外的替代配置使用，例如在打印头120/220/320于每次通行中覆盖所讨论的平面或层或X方向的一部分的情况下，使打印头120/220/320的位置进行调整或偏移以在给定平面或层上(例如，在构建平台的Y维度上)进行多次行进或通行。例如，在使用具有操作区域的平面维度(例如Y轴)的一半尺寸的打印头120/220/320在平台332的顶部延伸时，将需要在Y维度(其在所示的实施例中沿着平台332的上述表面延伸到图纸中)上的两次行进以覆盖该平面。如果打印头120/220/320具有操作区域的平面维度的尺寸的三分之一，那么需要三次行进，依此类推。代替优选的单次通行，这样的多次通行也可以允许更精细的材料沉积，诸如在本发明的一个替代实施方案中，其中各个分立的头可以例如根据计算机的控制进行互换，以最好地实现制造。在任何情况下，这里的除数(divisor)还可以是小于当前常规技术在它们的逐点行进中所经过的线的总数的数。

如所论述的，应当理解的是，根据本发明的加性装置或其他装置可以是套件的形式，并且可以包括各种配置的各种打印头120/220/320，如本领域所理解的，这些配置可以根据特定用途进行交换。例如，可以在不要求精度的物体形式部分中采用粗糙的头数粒度，而对于要求精度的物体部分可以换入具有精细间隔的喷嘴110/210/310的打印头120/220/320。以这种方式，可以在与当今的三维打印系统相比的部分时间内创建所需的物体。

如所论述的，打印头120/220/320还可以包括在细度、材料、量和其他参数方面变化的喷嘴，例如，在结合图1B所示出和描述的实施方案的情况下，喷嘴112可以挤出少量的材料用于精细工作，并且相邻的喷嘴114可以(或者还也许整行120A)挤出替换量的相同或不同的材料。以这种方式，根据本发明的教导的制造技术和机器相对于现有技术具有更大的便利性和多功能性。

与前述的由于增加打印头容量而实现的处理速度改善相类似，其他三维打印技术(诸如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(SMLS)(和其他激光技术)以及立体光刻)的生产能力也可以通过增加能够在处理表面或处理区上操作的更多激光器、激光束或其他能量分散装置而得以增加。即使激光以光速操作，但用于操纵激光并引导它们的机构并非如此。正如前述加性工艺一样，多个激光或者多个离散束在材料(例如未固化材料)平面上的排布将增加用于这些类型的三维制造工艺的三维打印工艺的速度。

现在参照附图中的图4，该图4示出了诸如可以在使用各种基于能量的三维打印技术时采用的示例性制造系统，该示例性制造系统大体上由附图标记400标示。大体上由附图标记430标示的制造机器被示为与大体上由附图标记440标示的计算机通信。如所示出的，计算机440可以与机器430：直接进行交互，例如通过大体上由附图标记441标示的电缆；无线地交互，大体上由附图标记442标示；或者通过大体上由附图标记450标示的互联网连接或云进行交互。换言之，用户可以直接地或远程地从计算机440运行机器430。

如结合图3所论述的，各种代码、命令和数据都存储在大体上由附图标记444标示的存储器中。当然，应当理解的是，存储器的类型可以改变，以及位置也可以改变，例如数据的一些位置可以驻存在其他地方，诸如驻存在与计算机340附接的硬盘中或者也许驻存在云350中。如本领域中所理解的，采用驻存的运行程序等将存储的数字命令转化为动作，例如，使一些喷嘴打开和关闭、使激光或者其他能量束在包括流体介质的操作域上行进以及其他行动，以最终在多次通行之后，根据程序员的代码形式从那些存储的计划创建出物体434。

如图4所示，激光和其他能量(诸如紫外线)用于使较柔韧、柔软或液态的材料固化或者以其他方式硬化。与图3中的制造机器一样，这里示出了制造机器430，其具有激光或能量发射器以处理材料。如所示出的，机器430具有大体上由附图标记432标示的构建平台或表面以及在该构建平台或表面上的容器或桶，该容器或桶大体上由附图标记433标示。如所论述的，液体聚合物(诸如光致聚合物)容纳在桶433中，并且优选地暴露于安全灯条件下的受控光照。在暴露于能量的情况下，所暴露的液体聚合物硬化。如所论述的，现有技术中的光能量或激光能量将集中于点，从而向那里的材料传递足够的能量以使其进行光聚合，由此形成基底，如所论述的那样，其他材料在该基底上进行转化。

同样如图4所示的，大体上由附图标记434标示的正在制造的物体(其在本示例性实施方案中为具有两个基座的弓形结构)是通过如下方式构建的：形成物体434的两个基座，并在基座上进行构建并最终连接两个中间结构，从而形成所示出的拱形结构434。图4中还示出了大体上由附图标记435标示的活塞或其他立管(riser)装置，其附接到大体上由附图标记437标示的内部平台，该内部平台在桶433内并且物体434搁置在该内部平台上。根据构建过程的编程控制和监控，活塞435可替代地升高内部平台437和聚合物材料制成的物体434以用于能量处理，之后活塞435使物体434降低回到桶433中以涂覆用于能量处理的下一区域。最后，物体434被完全构造成，然后诸如通过排空(draining)而从桶433中移除。

如所论述的，图4所示的实施方案包括各种基于能量的固化处理。例如，大体上由附图标记420标示的能量分散头在其中包含如下部件，这些部件用于将附近的能量分散到未固化的材料上以如上所述的那样形成物体434。对于激光能量，示出了激光源450，其中光束从激光源进入能量分散头420，该能量分散头中包含光学分离器以将输入的激光束分成多个离散束。计算机，特别是其中的处理器448管理各个束的轨迹和处理。还示出了大体上由附图标记460标示的第二能量源。如果源460是另一激光，那么可能具有相同或不同的强度和/或波长的两个输入激光可以另外地合并或结合成以多重光束对材料表面进行处理，通过计算机440对该多重光束进行控制，计算机440将光束分离或者以其他方式分成两个或更多个离散束以处理表面材料。当然，应当理解的是，成百上千个同时或基本上同时的离散束的数目优选地在100至10,000、50至5,000、30至3,000、20至2,000、10至1,000的范围内和其他范围内，如本领域技术人员理解的。

此外，与图3一样，示出能量分散头420位于平台432的操作域之上。与上文所示的实施方案不同，此处的技术是经由多个能量束在操作域上进行操作，例如以沿着桶433内的材料的相应线使特定但不同的点进行点固化，最终在操作域(例如前述的可固化液体介质)上交叉(crisscross)，并且通过多次这样的烧结、熔化等，以原材料作为支撑件构造出物体434。

通过使用多个光束、多个激光和/或多个能量源，同时或基本上同时地处理多个点。例如，在计算机的控制下，训练多个离散束穿过沿着表面形状的轮廓线的各个点，而不是一个光束沿着该轮廓线点对点地跳行。与上述沉积技术的更加静态的或基于坐标系的方法不同，光束分离和光学器件的绝对快速性和通用性使得可以使用几十个、几百个或几千个同时或基本上同时的离散光束。因此，应当理解的是，尽管在图4中示出了大体上由附图标记439标示的仅两个这样的光束，但是预计所发射的光束或离散能量的实际数量会更高。利用该多激光技术，可以快速处理需要不同激光能量的材料的制造过程，而不需要换出激光或不需要进行再校准和再运行。本发明的原理使聚合物处理工艺对替代方法开放，使得能够实现新材料的构造或者加速构造，提供了超过现有技术的显著优点。

当然，应当理解的是，还设想了替代的能量源。例如，所述源460可以是紫外线波长、X射线或其他能量源，并且与相当稳固的逐点现有技术相比，穿过能量分散头420的能量以更宽的方式对该能量进行分散，诸如逐行方法或利用足够的光学器件，从而快速处理可用于处理的整个材料平面，有效地根据数字掩模工作进行操作。当然，能量分散头420可以基于逐束地改变分散的能量，使得能够实现复杂的固化或其他处理。应当理解的是，一旦用户已经确定了最佳方法，计算机440优选地操纵整个处理过程，即，处理是自动的，并且光束交叉或遍历处理区域的平面以沿着多个面在处理区域中形成物体。

应当理解的是，本发明的原理在许多三维打印应用中具有广泛的用途，这与该技术的突破性相适宜。衣服和其他服饰、鞋类、眼镜以及许多其他个人使用型应用均采用本发明的技术，并可以从中受益。当然，本发明的原理对许多商业应用也是开放的。

由于这种技术，例如汽车和机械零件行业已经发生了彻底转变，汽车和其他机械设备的几乎所有零件都是这样生产的。事实上，日常生活中的几乎所有工具和大多数设备都可以使用三维打印应用程序进行复制。此外，对于所有的零件和部件，本发明的技术完全能够制备用于零件的模具或模型，例如在可以采用该模具来以金属或其他材料铸造零件而不是直接制造该零件的情况下。例如，耗时的模具的创建可以留给打印机，并且可以使用另一种技术使从该模具进行的后续铸造复制许多次并且显著更快。因此，本发明能够以各种无数方式利用现有技术和工艺。

除了地面建筑构造行业之外，本发明的三维打印技术还将在月球或火星上使用，从而使用和再使用本地材料。同样地，本发明的技术将适用于空间材料制造，尽管由于缺乏重力，但该技术也将适用于该情况。

本发明的改进的技术也可以用于医疗领域、医疗装置领域和生物领域，其中，介质是非常不同的，但是方法是相同的。例如，结合图3和图4，可以使用细胞或其他有生命材料的挤出机来构造生物打印的替代物或组织，以形成器官、身体部分和其他基于生物的结构。因此，使用适当的协议，可以制造心脏、肝脏和其他器官，体现了生命科学和人类的巨大飞跃。

类似地，本发明可以用于食品行业中以构造新的和独特的食品(诸如蛋糕和糖果)，以及更加实质性的食品，其中当然源材料将与本文中更充分地描述的技术中的材料彻底不同。例如，使用制造机器(诸如装置330/430)以及料斗和挤出型头200，可以制造生物产品和食品，并且通过本发明的改进，那些产品可以比任何现有技术更快地进行生产。

随着该行业的发展，三维打印代表了工业世界中的下一重大变化。类似于随着蒸汽机而来的商业和社会变革，这种新技术的大量应用将革新我们所有人的生活方式。本发明是对该新样式进行显著改进的方法，使得每个人都更加明了三维打印运动的非凡优点。

已经描述了用于实施本发明的优选的系统、配置、方法和设备。对于本领域技术人员而言，将理解并且明了，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施方案进行许多改变和修改。前述仅是说明性的，并且在不脱离所附权利要求中限定的本发明的真实范围的情况下，可以采用集成过程和设备的其他实施方案。