用于形成具有不同材料部分的三维结构的系统和方法与流程

本申请与共同拥有的美国专利No._______相关，该专利现为美国专利申请No.14/273,726，提交于2015年5月9日，并且名称为“System and Method for Forming Three-Dimensional Structures”(用于形成三维结构的系统和方法)(代理人案卷号51-3701)，所述申请据此全文以引用方式并入。

背景技术：

本发明实施例整体涉及三维印刷系统和方法。

三维印刷系统和方法可与各种技术相关，包括熔融沉积成型(FDM)、电子束自由成形制造(EBF)、选择性激光烧结(SLS)以及其他种类的三维印刷技术。

由三维印刷系统形成的结构可与通过其他制造技术形成的物体一起使用。这些物体包括用于各种鞋类制品和/或服装制品的纺织材料。

技术实现要素：

在一个方面，制造用于永久附接到基底部件的结构的方法包括将第一喷嘴与基底部件相关联，该第一喷嘴具有第一孔尺寸。该方法还包括通过将第一材料穿过第一喷嘴挤出，在基底部件上形成结构的外壳部分，其中该外壳部分形成有至少一个开口，该开口提供通向外壳部分的内部的入口。该方法还包括从外壳部分附近的区域移除第一喷嘴。该方法还包括将具有第二孔尺寸的第二喷嘴与所述至少一个开口相关联，其中第二孔尺寸大于第一孔尺寸。该方法还包括将第二材料穿过第二喷嘴挤出到所述至少一个开口中，以便形成结构的内部部分。

在另一个方面，制造用于永久附接到基底部件的结构的方法包括通过使用喷嘴在基底部件上印刷第一材料，在基底部件的表面上形成结构的外壳部分，其中该外壳部分形成有至少一个开口，并且其中该外壳部分结合至基底部件。该方法还包括通过将第二材料穿过所述喷嘴挤出到所述至少一个开口中来填充所述外壳部分的内部，以便形成所述结构的内部部分。

在另一个方面，制造用于永久附接到基底部件的结构的方法包括将第一喷嘴与基底部件中的开口对齐，该喷嘴位于基底部件的第一侧面附近。该方法还包括将第一材料穿过开口挤出到基底部件的第二侧面上的成型用部件中，以便在第二侧面上形成锚固部分。该方法还包括将第一材料从第一侧面上的第一喷嘴挤出以形成结构的外壳部分，其中该外壳部分与锚固部分一体地形成，并且其中该外壳部分包括上部开口。该方法还包括通过将第二材料穿过所述第二喷嘴挤出到所述外壳部分的所述上部开口中来填充所述外壳部分的内部，以便形成所述结构的内部部分。

对于本领域的技术人员而言，在查看了以下附图及具体实施方式后，其他系统、方法、特征和优点将会或将变得显而易见。旨在使所有这些其他的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书和本发明内容内、落入实施例的范围内，并由下述权利要求书保护。

附图说明

参考以下附图和说明，可以更好地理解实施例。附图中的部件未必按比例绘制，而重点是阐述实施例的原理。此外，在这些附图中，相同的附图标记在所有不同视图中均指示对应的部件。

图1是三维印刷系统的部件以及可与三维印刷系统一起使用的若干制品的实施例的示意图；

图2是与三维印刷系统相关联的各种子系统的实施例的示意图；

图3是一组挤出控制参数的实施例的示意图；

图4是三维印刷系统的喷嘴和任选传感器的实施例的示意图；

图5是喷嘴以及设备的实施例的示意图，所述设备用于改变最近从喷嘴喷射出的一部分材料的物理特性；

图6是可用三维印刷系统形成的若干结构的实施例的示意性等轴视图；

图7至图14是根据一实施例通过从喷嘴挤出材料来形成旋钮状结构的步骤的示意图；

图15至图19是根据一实施例通过从喷嘴挤出材料来形成钩状结构的步骤的示意图；

图20是根据从光学设备接收到的信息来调节材料的挤出的工艺的实施例；

图21是根据一实施例用于感测一部分材料的向外铺展并作为响应而调节从喷嘴挤出材料的流速的工艺的示意图；

图22是改变一部分挤出材料的物理特性的工艺的实施例；

图23至图27是根据一实施例通过从喷嘴挤出材料在基底部件中形成锚固结构的步骤的示意图；

图28是可与三维印刷系统一起使用的若干不同成型用部件的实施例的示意图；

图29是锚固在基底部件内的结构的实施例的示意图，其中该结构的部分延伸穿过基底部件材料中的空间；

图30是用于将制品的部分与三维印刷系统相关联的不同构型的实施例的示意图；

图31是鞋类制品的实施例的示意性等轴视图，该鞋类制品包括通过三维印刷工艺形成的各种结构；

图32是由不同材料构成的结构的实施例的示意图，其中使用不同喷嘴施加各种材料；

图33至图35示出了根据一实施例通过形成外壳部分、接着填充外壳部分的内部来形成结构的步骤的示意图，其中针对各种材料使用不同喷嘴；

图36至图38示出了根据一实施例通过形成外壳部分、接着填充外壳部分的内部来形成结构的步骤的示意图，其中针对各种材料使用相同喷嘴；

图39是一种结构的实施例的示意图，该结构包括具有至少两个开口的外壳部分；

图40是一种结构的实施例的示意性剖视图，该结构具有锚固在基底部件中的外壳部分；

图41是一种结构的实施例的示意性等轴分解图，该结构具有锚固在基底部件中的外壳部分；

图42至图43示出了根据一实施例形成具有外壳部分和向外延伸部分的结构的步骤的示意图；

图44至图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顶端部分的防滑钉构件(cleat member)的步骤的示意图；

图47是具有多个防滑钉构件的鞋类制品的实施例的示意性等轴视图；

图48是包括第一喷嘴和第二喷嘴的喷嘴控制系统的示意图；以及

图49是用于采用第一喷嘴和第二喷嘴形成结构的工艺的实施例。

具体实施方式

图1是三维印刷系统100(下文也简称为印刷系统100)的实施例的示意图。图1还示出了可与印刷系统100一起使用的若干示例性制品130。参见图1，印刷系统100还可包括印刷设备102、计算系统104和网络106。

实施例可使用各种种类的三维印刷(或增材制造)技术。三维印刷或“3D印刷”包括用于通过将材料的连续层沉积在彼此的顶部上而形成三维物体的各种技术。可使用的示例性3D印刷技术包括但不限于：熔丝制造(FFF)、电子束自由成形制造(EBF)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔炼(EMB)、选择性激光熔化(SLM)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光烧结(SLS)、石膏3D印刷(PP)、分层实体制造(LOM)、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)以及本领域已知的各种其他种类的3D印刷或增材制造技术。

在附图所示的实施例中，印刷系统100可与熔丝制造(FFF)(也称为熔融沉积成型)相关。在图1所示的实施例中，印刷系统100的印刷设备102使用熔丝制造来制备三维零件。采用熔丝制造(FFF)的印刷设备的例子在提交于1989年10月30日且名称为“Apparatus and Method for Creating Three-Dimensional Objects”(用于形成三维物体的装置和方法)的、Crump的美国专利No.5,121,329中公开，该申请以引用方式并入本文并且下文称为“3D物体”申请。本公开的实施例可利用3D物体申请中所公开的任何系统、部件、设备和方法。

印刷设备102可包括壳体110，该壳体支撑有利于物体(例如，零件、部件、结构)的三维印刷的各种系统、设备、部件或其他设备装置(provisions)。虽然示例性实施例示出了壳体110的特定矩形盒状几何形状，但其他实施例可使用具有任何几何形状和/或设计的任何壳体。印刷设备的壳体的形状和尺寸可根据各种因素而变化，这些因素包括设备的所需占地面积、可在印刷设备内形成的零部件的尺寸和形状以及可能的其他因素。应当理解，印刷设备的壳体可为敞开的(例如，框架上设置有大开口)或闭合的(例如，具有玻璃或固体材料面板和门)。

在一些实施例中，印刷设备102可包括用于保留或保持印刷物体的设备装置(或支撑印刷物体的部件)。在一些实施例中，印刷设备102可包括桌台、平台、托盘或类似部件，以支撑、保留和/或保持印刷物体或要在其上施加印刷材料的物体。在图1的实施例中，印刷设备102包括托盘112。在一些实施例中，托盘112可固定就位。然而，在其他实施例中，托盘112可移动。例如，在一些情况下，托盘112可被配置为在壳体110内沿水平方向(例如，相对于壳体110前后和/或左右地)以及垂直方向(例如，在壳体110内上下地)移动。此外，在一些情况下，托盘112可被配置为关于与托盘112相关的一个或多个轴线旋转和/或倾斜。因此，可以设想，在至少一些实施例中，托盘112可移动成与印刷设备102的喷嘴或印刷头形成任何所需的相对构型。

在一些实施例中，印刷设备102可包括用于将印刷材料(或印刷物质)递送到目标位置的一个或多个系统、设备、组件或部件。如本文所用，术语“目标位置”、“目标部分”或“目标表面”是指可施加印刷材料的任何预期位置、部分或表面。目标位置可包括托盘112的表面、部分印刷结构的表面或部分和/或未印刷结构或部件的表面或部分。用于递送印刷材料的设备装置包括例如印刷头和喷嘴。在图1的实施例中，印刷设备102包括喷嘴组件116。

喷嘴组件116可包括将印刷材料递送到目标位置的一个或多个喷嘴。为清楚起见，图1的示例性实施例示出了喷嘴组件116的单个喷嘴118。然而，在其他实施例中，喷嘴组件116可配置有任何数量的喷嘴，这些喷嘴可布置成阵列或任何特定构型。在包括两个或更多个喷嘴的实施例中，喷嘴可被配置为一起移动和/或独立地移动。例如，在下述印刷系统的实施例中，印刷设备可配置有可以彼此独立的方式移动的至少两个喷嘴。

喷嘴118可配置有喷嘴孔119，该喷嘴孔可打开和/或关闭以控制从喷嘴118离开的材料的流动。具体地讲，喷嘴孔119可与喷嘴通道121流体连通，该喷嘴通道从印刷设备102内的材料源(未示出)接收材料的供应。在至少一些实施例中，材料长丝(例如，塑料或线材)以卷料形式提供，可随后将卷料退绕并穿过喷嘴118进给，以便沉积在目标位置处。在一些实施例中，蜗杆驱动器可用于将长丝以特定速率推进到喷嘴118中(该速率可有所变化，以实现从喷嘴118的材料的所需体积流率)。应当理解，在一些情况下，材料的供应可在喷嘴118附近的位置处(例如，喷嘴组件116的一部分中)提供，而在其他实施例中，材料的供应可位于印刷设备102的一些其他位置处，并且经由导管、管道或其他设备装置进给到喷嘴组件116。

在一些实施例中，喷嘴组件116与致动系统114相关联。致动系统114可包括有利于喷嘴组件116在壳体110内移动的各种部件、设备和系统。具体地讲，致动系统114可包括这样的设备装置，其使喷嘴组件116沿任何水平方向和/或垂直方向移动以有利于沉积材料，从而形成三维物体。为此，致动系统114的实施例可包括一个或多个轨道、导轨和/或类似设备装置，以在壳体110内的各种位置和/或取向保持喷嘴组件116。实施例还可包括任何种类的马达，诸如步进马达或伺服马达，以使喷嘴组件116沿轨道或导轨移动，以及/或者使一个或多个轨道或导轨相对于彼此移动。在至少一些实施例中，致动系统114可提供喷嘴组件116沿着关于印刷系统102定义的任何x-y-z方向(例如，笛卡儿方向)的移动。

应当理解，出于举例说明的目的，图1中示意性地示出了印刷设备102的部件、设备和系统。因此应当理解，实施例可包括未示出的附加的设备装置，包括有利于致动系统114和喷嘴组件116的操作的具体零件、部件和设备。例如，致动系统114被示意性地示出为包括若干轨道或导轨，但构成致动系统114的零部件的特定构型和数量可随实施例不同而不同。

在不同实施例中，印刷设备102可使用用于形成3D零件的多种不同材料，包括但不限于：热塑性塑料(例如，聚乳酸和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、高密度聚乙烯、共熔金属(eutectic metals)、橡胶、粘土(包括金属粘土)、室温硫化有机硅(RTV有机硅)、瓷以及本领域已知的可行的其他种类的材料。在两种或更多种不同印刷或挤出材料用于形成零件的实施例中，可使用上文所公开的材料中的任何两种或更多种。

如上文所讨论，印刷系统100可包括用于控制和/或接收来自印刷设备102的信息的设备装置。这些设备装置可包括计算系统104和网络106。一般来讲，术语“计算系统”是指单个计算机的计算资源、单个计算机的计算资源的一部分和/或彼此通信的两个或更多个计算机。任何这些资源可由一名或多名人类用户操作。在一些实施例中，计算系统104可包括一个或多个服务器。在一些情况下，印刷服务器可主要负责控制印刷设备102和/或与之通信，而单独的计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机或平板计算机)可有利于与用户的交互。计算系统104还可包括一个或多个存储设备(包括但不限于磁存储设备、光存储设备、磁光存储设备)和/或存储器(包括易失性存储器和非易失性存储器)。

在图1的示例性实施例中，计算系统104可包括中央处理设备185、查看界面186(例如，监视器或屏幕)、输入设备187(例如，键盘和鼠标)、以及用于设计印刷结构的计算机辅助设计(“CAD”)表示189的软件。在至少一些实施例中，印刷结构的CAD表示189可不仅包括关于该结构的几何形状的信息，而且包括与印刷该结构各个部分所需的材料相关的信息。

在一些实施例中，计算系统104可经由网络106来与印刷设备102直接联系。网络106可包括有利于在计算系统104与印刷设备102之间交换信息的任何有线或无线设备装置。在一些实施例中，网络106还可包括各种部件，诸如网络接口控制器、中继器、集线器、网桥、交换器、路由器、调制解调器和防火墙。在一些情况下，网络106可为有利于印刷系统100的两个或更多个系统、设备和/或部件之间的无线通信的无线网络。无线网络的例子包括但不限于：无线个人区域网络(包括例如蓝牙)、无线局域网络(包括采用IEEE 802.11WLAN标准的网络)、无线网状网络、移动设备网络以及其他种类的无线网络。在其他情况下，网络106可为有线网络，包括其信号由双绞线、同轴电缆和光纤支持的网络。在另外其他情况下，可使用有线和无线的网络和/或连接的组合。

在一些实施例中，可将印刷结构直接印刷到一个或多个制品。术语“制品”旨在包括鞋类制品(例如，鞋)和服装制品(例如，衬衫、长裤等)。如本公开通篇所用，术语“鞋类制品”和“鞋类”包括任何鞋类及与鞋类相关的任何材料(包括鞋面)，并且也可适用于多种运动鞋类型，包括例如棒球鞋、篮球鞋、多功能训练鞋、骑行鞋、橄榄球鞋、网球鞋、足球鞋和登山靴。如本公开通篇所用，术语“鞋类制品”和“鞋类”还包括一般被视为非运动性、正式或装饰性的鞋类型，包括礼服鞋、乐福鞋、凉鞋、拖鞋、船用鞋和工作靴。

虽然所公开的实施例是在鞋类的语境中描述的，但所公开的实施例还可同样适用于包括3D印刷的衣服、服装或设备的任何制品。例如，所公开的实施例可适用于有边帽、无边帽、衬衫、运动衫、夹克衫、短袜、短裤、长裤、内衣、运动员护身服、手套、腕带/臂带、衣袖、头带、任何针织材料、任何织造材料、任何非织造材料、运动器材等。因此，如本公开通篇所用，术语“服装制品”可以指任何服装或衣服，包括任何鞋类制品，以及有边帽、无边帽、衬衫、运动衫、夹克衫、短袜、短裤、长裤、内衣、运动员护身服、手套、腕带/臂带、衣袖、头带、任何针织材料、任何织造材料、任何非织造材料等。如本公开通篇所用，术语“服装制品”、“服装”、“鞋类制品”和“鞋类”还可以指纺织物、天然织物、合成织物、针织物、织造材料、非织造材料、网状织物、皮革、合成皮革、聚合物、橡胶和泡沫。

在示例性实施例中，印刷设备102可被配置为将一个或多个结构直接印刷到制品130之一的一部分上。制品130包括可直接从印刷设备102接收印刷结构的示例性制品，包括具有三维构型的鞋类制品132，以及具有扁平构型的鞋面134。制品130还包括T恤136。因此应当理解，印刷设备102可用于将印刷材料施加到三维构型和/或扁平构型的制品。

为了将印刷材料直接施加到一个或多个制品，印刷设备102能够印刷到各种种类材料的表面上。具体地讲，在一些情况下，印刷设备102能够印刷到各种材料(诸如纺织物、天然织物、合成织物、针织物、织造材料、非织造材料、网状织物、皮革、合成皮革、聚合物、橡胶和泡沫，或它们的任何组合)的表面上，而不需要在基底与印刷材料底部之间置入剥离层，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，所公开的方法可包括将树脂、丙烯酸、热塑性材料或油墨材料印刷到织物例如针织材料上，其中该材料粘附/粘结到织物，并且其中该材料在弯折、卷绕、加工或经受附加组装工艺/步骤时一般不会分层。如本公开通篇所用，术语“织物”可用于一般指选自任何纺织物、天然织物、合成织物、针织物、织造材料、非织造材料、网状织物、皮革、合成皮革、聚合物、橡胶和泡沫的材料。

虽然一些实施例可使用印刷设备102将结构直接印刷到材料的表面上，但其他实施例可包括这样的步骤：将结构印刷到托盘或剥离纸上，然后在单独步骤中，将印刷结构连接到制品。换句话讲，在至少一些实施例中，印刷结构不必直接印刷到制品的表面上。

印刷系统100可按如下操作，以提供已使用3D印刷或增材工艺形成的一个或多个结构。计算系统104可用于设计结构。这可使用某种类型的CAD软件或其他种类的软件来完成。该设计可随后变换成可被印刷设备102(或与印刷设备102通信的相关印刷服务器)解读的信息。在一些情况下，该设计可转换成3D可印刷文件，诸如立体光刻文件(STL文件)。

在印刷之前，可将制品放置在托盘112上。在启动印刷工艺(例如，由用户启动)后，印刷设备102可开始将材料沉积在制品上。这可通过以下方式完成：使喷嘴118移动(使用致动设备114)，以使用所沉积的材料堆积结构的各层。在使用熔丝制造的实施例中，可加热从喷嘴118挤出的材料，以便在沉积该材料时增强该材料的柔韧性。

虽然附图中所示的一些实施例示出了采用熔丝制造印刷技术的系统，但应当理解，其他实施例也可采用一种或多种不同的3D印刷技术。此外，其他实施例也可采用熔丝制造与另一种类型的3D印刷技术的组合，以实现特定印刷结构或零件的所需结果。

图2示出了印刷控制系统200的示意性实施例。参见图2，印刷控制系统200包括挤出控制系统204、传感器系统206和喷嘴致动系统208。下文更详细讨论的这些系统的每一者可彼此协同操作，以有利于结构的印刷。具体地讲，喷嘴致动系统208控制喷嘴118的移动，而挤出控制系统204控制喷嘴118在周围移动时所沉积的材料的流动和特性。另外，传感器系统206包括用于实时地向喷嘴致动系统208和挤出控制系统204两者提供反馈的设备装置，从而可实时地调节印刷以实现印刷结构的精确几何形状和材料特征。

喷嘴致动系统208允许喷嘴118在壳体110内沿任何方向(包括水平方向和垂直方向两者)运动。在至少一些实施例中，喷嘴致动系统208有利于喷嘴118沿着由印刷结构的CAD设计确定的工具路径运动。

挤出控制系统204可包括一个或多个设备装置，这些设备装置用于控制材料从喷嘴118(或与喷嘴组件116相关的任何其他喷嘴)的流动以及在材料已沉积到目标位置上之后控制材料的行为。如图3中示意性地示出，挤出控制系统204可与一个或多个“挤出控制参数”相关，这些参数可有所变化，以改变挤出材料的流速和/或其他特性。例如，挤出控制参数可包括喷嘴撤回速率302、挤出速率304、挤出温度306、喷嘴直径308、挤出压力310、环境温度312和环境压力314。应当理解，这些参数仅旨在为示例性的，并且其他实施例可包括附加的挤出控制参数。另外，在至少一些实施例中，这些挤出控制参数中的一些可为任选的。换句话讲，在一些其他实施例中，这些参数中的一个或多个参数可为固定的或不可调节的。

喷嘴撤回速率302可表征喷嘴118离开正沉积挤出材料的下层表面移动(或提升)的速率。因为新挤出的材料在压力下被迫使离开喷嘴118，改变喷嘴118拉离目标位置的速率可能倾向于影响挤出材料在目标位置上的铺展方式。挤出速率304可表征材料流过喷嘴118的孔121的速率。如本文所用，术语“挤出速率”，也称为“流速”，是指材料从喷嘴挤出(或从喷嘴流出)的体积流速。增大挤出速率可能倾向于形成在一定时间间隔内在给定位置处沉积的更大材料体积，而减小挤出速率可能倾向于减小在相同时间间隔内在给定位置处沉积的材料体积。

挤出温度306可表征材料在从喷嘴118挤出并沉积在目标位置时的温度。在至少一些情况下，改变挤出温度可改变材料的柔韧性，从而可影响材料在目标位置处的铺展。另外，挤出材料的温度可影响材料冷却和/或固化得有多快，从而也可影响印刷结构的铺展和最终几何形状。喷嘴直径308表征喷嘴118的孔121和/或通道123的尺寸。改变这些直径可影响在给定时间内在目标位置处沉积的材料的总体积。

挤出压力310表征由一部分挤出材料对目标位置处的一部分材料施加的每单位面积的力。挤出压力可影响铺展的速率和程度。另外，环境温度312和环境压力314可分别表征喷嘴118附近的区域的环境温度和环境压力。在至少一些实施例中，材料柔韧性和固化特性可随着环境温度和/或环境压力的差异而显著变化。

实施例可包括用于调节这些挤出控制参数中的一者或多者的设备装置。在一些实施例中，例如，喷嘴撤回速率302可使用致动系统114控制，该致动系统控制喷嘴118的水平运动和垂直运动两者。另外，一些实施例可包括用于控制蜗杆驱动器或其他机构的设备装置，所述蜗杆驱动器或其他机构控制从喷嘴118挤出材料的挤出速率304和/或挤出压力310。在一些实施例中，挤出温度306可用喷嘴118内的加热线圈405(参见图4)控制。另外，喷嘴直径308可使用本领域已知的方法控制。最后，环境温度312和环境压力314可用本领域已知的用于控制受限空间内的温度和压力的各种不同设备装置控制。当然，应当理解，实施例不限于这些用于控制一个或多个挤出控制参数的示例性设备装置。其他实施例可利用本领域可能已知的用来控制这些各种参数的任何其他系统、方法和/或设备。

应当理解，针对挤出控制系统204讨论的参数仅旨在是可用于控制材料在目标位置处如何沉积的参数的例子，使得材料以所需方式表现(例如，以所需速率铺展并以所需速率固化)。所使用的参数的类型可取决于印刷设备的制造考虑因素以及具体设计。在示例性实施例中，印刷设备102可被设计成允许调节此处所讨论的至少一个挤出控制参数。换句话讲，在示例性实施例中，印刷设备102被设计成使得可使用作为印刷设备102的3D印刷文件一部分提供的或与该3D印刷文件协同提供的信息，来实时地调节各种挤出控制参数。

图4示出了可构成传感器系统206一部分的各种传感器的示意性构型。参见图4，传感器系统206可包括环境温度传感器410和喷嘴温度传感器412。在该示例性构型中，环境温度传感器410可位于喷嘴118附近，但不在该喷嘴之内或之上。应当理解，环境温度传感器410可为本领域已知的用于检测与环境温度相关的信息的任何种类的传感器。在图4所示的示例性构型中，喷嘴温度传感器412设置在喷嘴118内。在一些情况下，喷嘴温度传感器412可与流过喷嘴118的通道121的材料直接接触。然而，在其他实施例中，喷嘴温度传感器412可位于喷嘴118的任何其他部分中，以及可能安装在喷嘴118外部。在不直接测量流动材料的温度的至少一些实施例中，喷嘴118的一个或多个部分的温度可代用作材料的温度。应当理解，喷嘴温度传感器412一般可为本领域已知的任何种类的温度传感器。

实施例还可包括用于检测环境压力的设备装置。在一些实施例中，传感器系统206可包括环境压力传感器414。一般来讲，环境压力传感器414可为本领域已知的任何种类的压力感测设备。

实施例可包括用于检测关于印刷结构(包括最近挤出的材料)的光学信息的设备装置。在一些实施例中，传感器系统206包括光学感测设备416。光学感测设备416可为能够捕获图像信息的任何种类的设备。可使用的不同光学感测设备的例子包括但不限于：固定镜头相机(still-shot camera)、摄像机、数码相机、非数码相机、网络相机(网络摄像头)以及本领域已知的其他种类的光学设备。光学感测设备的类型可根据诸如以下的因素选择：所需的数据传输速度、系统存储器分配、用于查看印刷结构的所需时间分辨率、用于查看印刷结构的所需空间分辨率以及可能的其他因素。在至少一个实施例中，光学感测设备可为具有最小形状因数的图像传感器，例如占用空间大约为若干毫米或更小的、具有CMOS图像传感器的光学感测设备。

可与光学感测设备416一起使用的示例性图像感测技术包括但不限于：半导体电荷耦合设备(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)型传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)型传感器以及可能的其他种类的传感器。所使用的图像感测技术的类型可根据包括以下的因素而变化：优化与印刷设备102中(及喷嘴118附近或之内)的环境条件兼容的传感器类型、尺寸约束以及可能的其他因素。在一些其他实施例中，还可使用检测不可见波长(包括例如红外波长)的光学感测设备。

在不同实施例中，光学感测设备416的位置可有所不同。在一些实施例中，例如，光学感测设备416可设置在喷嘴118附近或甚至附接到该喷嘴。当喷嘴118移动时，光学感测设备416可因此随喷嘴118一同行进。在其他实施例中，光学感测设备416可离开喷嘴118设置。在一些情况下，光学感测设备416可相对于壳体110具有固定的位置和/或取向。在其他情况下，光学感测设备416可具有可调节的位置和/或取向，并且可独立于喷嘴118移动。

光学感测设备416可将光学图像转换为信息，该信息经由电信号传输到印刷系统100的一个或多个系统。在接收到这些电信号后，所述一个或多个系统可使用该信息来确定有关可能对于光学感测设备416可见的物体的多种信息。

实施例可包括用于控制传感器系统206的各种传感器和/或与之通信的电子控制单元450，也称为ECU 450。为清楚起见，在该实施例中仅示出了单个ECU。然而，应当理解，在其他实施例中，可使用多个ECU，每个ECU与一些或所有传感器通信。ECU自身可进一步与印刷系统100的特定系统或设备相关联。

ECU 450可包括微处理器、RAM、ROM和软件，它们都用于监测并控制传感器系统206的各种部件，以及印刷系统100的其他部件或系统。例如，ECU 450能够从与印刷系统100相关联的许多传感器、设备和系统接收信号。各种设备的输出被发送到ECU 450，其中设备信号可存储在电子存储器诸如RAM中。电流信号和电子存储信号均可由中央处理单元(CPU)根据存储在电子存储器诸如ROM中的软件进行处理。

ECU 450可包括有利于信息和功率的输入和输出的多个端口。如该详细说明通篇和权利要求书中所用，术语“端口”是指两个导体之间的任何接口或共用边界。在一些情况下，端口可有利于导体的插入和移除。这些类型的端口的例子包括机械连接器。在其他情况下，端口是一般无法提供轻松插入或移除的接口。这些类型的端口的例子包括电路板上的焊接迹线或电子迹线。

与ECU 450相关联的所有以下端口和设备装置是任选的。一些实施例可包括给定端口或设备装置，而其他实施例可不包括该给定端口或设备装置。以下描述公开了可使用的多个可能的端口和设备装置，然而，应当记住在给定实施例中并非必须使用或包括每个端口或设备装置。

如图4中所示，ECU 450包括用于与环境压力传感器414通信和/或向该环境压力传感器供电的端口451。ECU 450还包括用于与环境温度传感器410通信和/或向该环境温度传感器供电的端口452；用于与喷嘴温度传感器412通信和/或向该喷嘴温度传感器供电的端口453；以及用于与光学感测设备416通信和/或向该光学感测设备供电的端口454。

图4还示意性地示出了与喷嘴118相关联的任选加热线圈405，其可用于对喷嘴118和/或流过喷嘴118的材料进行加热。加热线圈405可连接至ECU 450或类似控制单元。虽然示例性实施例示出了设置在喷嘴118内部的加热线圈，但其他实施例可在喷嘴组件116的任何其他部分以及喷嘴组件116上游的印刷设备102的可能其他部分处使用加热线圈。还应当理解，加热线圈是可使用的加热设备的仅一种示例性类型。其他实施例可利用本领域已知的任何其他加热设备、系统或机构，以便对与流动材料的转移相关的喷嘴、阀门、通道、管道或其他系统进行加热。

实施例可包括用于控制最近从喷嘴挤出或沉积的材料的特性的设备装置。在至少一些实施例中，印刷设备102可包括一个或多个固化控制设备。固化控制设备可以是在已从喷嘴挤出了材料之后允许挤出材料的固化受到控制或调节的任何设备。

图5是两个固化控制设备500的实施例的示意图。固化控制设备500包括冷却设备502和UV照射设备504。冷却设备502可以是将冷却空气(即，远低于环境温度的空气)施加到一部分挤出材料520的设备。冷却空气的施加可有利于该部分挤出材料520的更快速固化。同样，UV照射设备504可以是将紫外线辐射施加到一部分挤出材料522的设备。对于可发生UV固化的材料而言，紫外光的施加可有利于该部分挤出材料522的更快速固化。虽然未示出，但还可以设想到，一些实施例可采用一个或多个加热设备，所述加热设备允许挤出材料的部分被加热到高于它们被挤出时的温度，以暂时地增强柔韧性和流动，从而材料可更快速地铺展在目标位置上。

虽然在图5的示例性实施例中对于每种固化控制设备示出了单个设备，但其他实施例的每种固化控制设备可包括两个或更多个。此外，一些实施例可包括提供围绕材料挤出部分的宽角度范围的覆盖(例如，冷却空气或UV辐射的施加)的单个设备。此类实施例可将冷却空气和/或UV辐射施加到围绕该部分挤出材料从几度至360度范围内的区域。

设想到可局部地或全局地应用固化控制设备。例如，在图5中，这两个固化控制设备500均由相对较窄的探头状设备构成，该设备将冷却空气和/或UV辐射施加到挤出材料的局部。然而，其他实施例可包括将冷却空气和/或UV辐射施加到挤出材料的较大部分或甚至所有部分的较大设备。更进一步地，一些实施例可使用固化控制设备500，以在对结构进行印刷的同时向结构的预定部分提供局部固化，并且还可使用附加的固化设备装置，以在完成印刷工艺之后向整个结构提供固化。例如，在另一个实施例中，在形成印刷结构后，可使整个印刷结构暴露于冷空气和/或UV辐射以便固化。

采用冷却空气和/或UV固化(或可能的加热)的高度局部施加的实施例可有助于改善形成三维结构的精密度。例如，将冷却空气施加到一些热塑性材料可允许挤出材料非常快速地固化，从而允许改善在相对较短时间段内形成弯曲和/或悬挑结构时的精密度。另外，因为示例性实施例设想了与一些替代方法相比在短时间段内在目标位置处挤出相对较大体积的材料，使用固化控制设备缩短材料在挤出时的固化时间可有助于改善印刷结构的总体质量。

图6是若干3D印刷结构600的实施例的示意性等轴视图，这些3D印刷结构在该具体实施方式通篇和权利要求书中也简称结构。结构600包括示例性防滑钉结构602、钩结构604和旋钮状结构606。应当理解，这些结构仅旨在是可使用本文所公开的方法形成的可能的3D印刷结构的例子。此外，在至少一些实施例中，这些示例性结构可使用3D印刷工艺的挤出类型形成，与3D印刷方法的一些其他实施例相比，该3D印刷工艺的挤出类型可缩短总印刷时间。

在图6所示的实施例中，结构600粘结到基底部件610。基底部件610是出于举例说明目的而示意性地示出的，并且在一些实施例中可被视为各种制品(包括鞋类制品和服装制品两者)的一部分。如该具体实施方式通篇和权利要求书中所用，“基底部件”一般可包括已在其上施加一个或多个印刷结构的任何部件。基底部件可以是纺织材料(包括织造纺织物、针织纺织物、编织纺织物和非织造纺织物)、皮革(天然或合成的)、塑料(包括塑料膜)、橡胶、金属或任何其他种类的材料。此外，在一些实施例中，可将3D印刷结构直接印刷到基底部件的表面上。在此类实施例中，形成3D印刷结构的一种或多种材料可与基底部件的至少一种材料结合相容(bond compatible)。在其他实施例中，可在印刷之后，例如使用粘合剂或机械连接，将形成3D印刷结构的一种或多种材料施加到基底部件。

图7至图14示出了用于在基底部件610上形成3D印刷结构606(旋钮状结构)的工艺的实施例的示意图。所形成的结构606具体地示于图14中。出于描述的目的，本文定义了若干术语来指用于形成3D印刷结构的材料，包括指示整个形成工艺中的各种材料状态或构型的术语。术语“材料的部分”本文用来指挤出材料的任何体积或部分，其可与该挤出材料的相邻体积或部分连续或不连续。材料的一部分可位于喷嘴的外部(在挤出或沉积该部分后)或在挤出之前可位于喷嘴的内部(或甚至喷嘴的上游)。更进一步地，材料的一部分可部分地设置在喷嘴内并部分地设置在喷嘴的外部。在挤出和固化(例如，硬化)后，材料的部分可构成最终3D印刷结构的部分。

如此前所述，材料700穿过喷嘴118从中挤出。离开喷嘴118的材料在本文可被表征为“挤出的”、“印刷的”、“喷出的”或“沉积的”。材料700可包括任何种类的可印刷和/或可挤出的材料。不同实施例可使用包括但不限于以下的材料：油墨、树脂、丙烯酸、聚合物、热塑性材料、热固性材料、光可固化材料，或它们的组合。一些实施例还可利用掺入到挤出或印刷的材料中的填料。例如，掺入到挤出材料中的填料可为被设计成赋予所需颜色或者颜色图案或过渡的粉末材料或染料、金属或塑料的颗粒或切屑或任何其他粉末矿物、金属或塑料。因此，在至少一些实施例中，材料700可因而为复合材料。在一个实施例中，材料700可以是可被热固化的热塑性材料(即，加热到高于其玻璃化转变温度以便印刷，然后冷却而形成相对刚性或非柔韧的印刷结构)。

出于一致性和方便的目的，第一方向702(图7中示意性地示出)相对于喷嘴118进行定义。第一方向702是沿着喷嘴118的中心轴延伸的方向并限定“挤出方向”，即，材料沿着其从喷嘴118挤出或推出的方向。在喷嘴118主要保持为固定取向并离开基底部件610垂直地提升的实施例中，第一方向702可保持与基底部件610的外表面611大致垂直，如图7至图14的实施例中所示。然而，在喷嘴118的取向可相对于基底部件而改变的其他实施例中，如图19的实施例中所示，第一方向702可被表征为保持与所形成的3D印刷结构的中心轴线大致平行，使得喷嘴118始终将材料挤出到结构的端部或最近形成的部分上。

第二方向704被表征为大致垂直于第一方向702的方向。虽然在实施例中被示出为以特定横向方向取向，但应当理解，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可被表征为相对于第一方向702的径向方向。在一些情况下，第一方向702可被表征为轴向方向。在喷嘴118主要保持在相对于基底部件610的固定取向的实施例中，如图7至图14的实施例中，第二方向702可与基底部件610的外表面611大致平行。然而，在喷嘴118的取向可相对于基底部件而改变的实施例中，如图19所示，第二方向704仍可被表征为垂直于第一方向702，并且一般可与邻近喷嘴118的结构的一部分的侧向或横向方向大致平行。

示例性实施例设想了将材料的部分“挤出”(即，推进或推动)穿过喷嘴，从而可在初始沿着第一方向702导向的材料内产生力和压力。然而，当材料的部分离开喷嘴118时，与基底部件610接触和/或与已在基底部件610上形成的材料的部分接触可导致流动方向从主要沿着第一方向702改变为主要沿着第二方向704。换句话讲，当推抵基底部件610或相邻的材料部分时，最近挤出的材料部分可能倾向于沿着第二方向704向外流动或铺展。该流动可替代地被表征为“向外铺展”，这是因为其倾向于沿着从初始材料流径向向外的方向发生，该初始材料流沿着第一方向702从喷嘴118挤出。在形成纵向轴线沿着第一方向702取向的结构的实施例中，该向外铺展可沿着3D印刷结构的侧向尺寸(或横向尺寸)取向。

出于表征沿着第二方向704取向的材料部分的尺寸的目的，术语“横截面区域”用来指沿着第二方向704截取的材料的一部分的横截面区域。具体地讲，横截面区域一般是沿着垂直于第一方向702的平面(像第二方向704)截取的。在至少一些实施例中，材料的所述部分可沿着第二方向704向外均匀地铺展，以使得横截面区域大致为圆形。在此类情况下，术语“直径”还可用于表征沿着第二方向704取向的材料部分的尺寸。具体地讲，一部分的任何大致圆形横截面区域可具有独特的对应直径。

如图7至图14中所示，在示例性印刷工艺中，将材料700从喷嘴118挤出到基底部件610上。在图7和图8中，将材料的第一部分710直接挤出到基底部分610的外表面611上。当将喷嘴118从与基底部件610直接接触的位置(图7)提升到离基底部件610达距离750设置的位置(图8)时，材料的第一部分710发生沿着第二方向704的铺展。当将材料700从喷嘴118连续挤出时，材料的第一部分710从具有第一横截面区域720(图8)扩展到具有第二横截面区域722(图9)，后者大于第一横截面区域720。在这种情况下，由于喷嘴118到基底部件610的大致距离在图8的构型与图9的构型之间没有变化，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动，这部分归因于材料的第一部分710约束在喷嘴118的端部与基底部件610之间。

接下来转到图10中所示的构型，随材料的第一部分710固化(通过冷却到低于预定温度或另一机制)并且喷嘴118被提升到离基底部件610达第二距离752的位置，材料的第一部分710可停止沿着第二方向704铺展。此处，材料的第一部分710已形成结构606的第一部分，如通过将图14中的材料的第一部分710的几何形状与图10中所示的结构606的对应第一部分740进行比较而看出的。如图10中可以看出，材料的第二部分712(一般与材料的第一部分710连续)从喷嘴118挤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并且部分地约束在喷嘴118与材料的第一部分710之间，材料的第二部分712沿着第二方向704向外铺展。

在图11所示的工艺的下一构型中，材料的第二部分712一直铺展到形成结构606的第二部分742为止，如通过比较图11和图14而看出的。分别由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的结构606的第一部分740和结构606的第二部分742一起构成结构606的最底部分，其中从第一部分740到第二部分742具有大体递增的横截面区域(和直径)。相应地，在图11所示的构型中，材料的第二部分712的横截面区域724大于材料的第一部分710的横截面区域722。此处应当理解，每个部分的横截面区域在每个部分的整个高度中有所变化，因此横截面区域724和横截面区域722仅是代表性横截面区域。

如图11中所示，对于由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的结构606的部分而言，相对于外表面611的接触角790大于90度。在示例性实施例中，接触角790可在120度与160度之间的范围内。此类大接触角允许多种零件几何形状，其中凸形部分和凹形部分可被配置在结构的最底层，以增强结构的设计并且在一些情况下增强结构的功能性。

在图12所示的构型中，材料的第三部分714已被挤出到材料的第二部分712上。此外，材料700的第四部分716已被挤出到材料的第三部分714上。此处，材料的第三部分714的横截面区域726基本上大于材料的第四部分714的横截面区域728。

在该阶段，在一些实施例中，可应用固化控制设备500，以加快材料的第三部分714和/或材料的第四部分716固化时的速度。这可有助于确保这些部分足够稳定以在材料的第四部分716的顶部上支撑另外的挤出材料，并且在因重力作用下的材料流动而使这些部分的几何形状发生变形之前，确保这些部分固化。在材料700是热塑性材料的实施例中，固化控制设备500可以是冷却设备，所述冷却设备将低于预定温度(与硬化相关)的冷却空气供应到结构606的局部区域(即，与材料的第一部分714和/或材料的第二部分716相对应的区域)。硬化后，材料的第三部分714和材料的第四部分716对应于结构606的第三部分744和第四部分746。

在图13中，将材料的第五部分718挤出到材料的第四部分716上，以形成结构606的第五部分748，该第五部分构成结构606的最顶部分。如图13中所示，材料的第五部分718的横截面区域729显著大于材料的第四部分716的横截面区域728。

在完成后，喷嘴118停止挤出材料并拉离图14中所示的所形成的结构606。如图14中可以看出，与用于形成结构606的材料部分的不同横截面区域相对应，结构606的不同部分具有不同横截面区域。例如，结构606的底部(包括第一部分740、第二部分742和第三部分744)具有代表性横截面区域735。形成结构606中部的第四部分746具有小于横截面区域735的代表性横截面区域733。最后，由结构606的第五部分748构成的结构606顶部具有大于横截面区域733的横截面区域731。因此，可以看出该工艺允许形成横截面几何形状从底部到顶部有所变化的结构，包括从宽变窄再变宽的结构。此外，该示例性工艺可用于形成具有不同部分的印刷结构，所述不同部分具有可变的横截面区域的任何组合。

一般来讲，可通过以下方式实现具有不同横截面区域的部分的形成：在3D印刷结构的整个形成过程中改变一个或多个挤出控制参数。如已讨论的，材料沿着第二方向铺展(也称为“向外铺展”)的量归因于各种因素，包括流速、温度(与材料粘度相关)、喷嘴与下层材料部分(或基底部件)之间的约束力以及其他因素。因此，在3D结构的整个印刷过程中调节这些参数中的一个或多个参数将得到向外铺展量有所变化的、因此横截面区域(或直径)有所变化的部分。

为了示出用于改变图7至图14所示工艺中的挤出参数的示例性方法，流速参数在图7至图14的每一者中由沿着第一方向702取向的箭头示意性地指示。具体地讲，印刷工艺各个阶段的流速大小由箭头长度的变化示出(其中较短箭头指示相对较慢的流速，而较长箭头指示相对较快的流速)。如图7至图13中可以看出，流速一般可根据一部分的所需横截面区域或直径而变化。例如，与图10和图11中所示的材料700的更快流速782相比，在图8至图9中，材料700的流速780相对较慢。与材料的第一部分710的横截面区域相比，流速的该增加可使得材料的第二部分712具有略微更大的横截面区域，因为在相同持续时间内铺设了更多材料。当挤出材料的第三部分714时，材料700的流速慢于流速782，从而形成结构606的对应部分的较小横截面区域。如图12所示，当挤出材料的第四部分716时，与在该工艺期间发生的其他流速相比，流速784可获得最小值，因为第四部分716(对应于结构606的第四部分746)具有结构606的所有部分的最小横截面区域。最后，为了实现材料的第五部分718的逐渐增大的横截面区域，相对于流速784而言再次增加流速786。

为清楚起见，实施例将材料700的流速的变化描述为控制结构606的所形成部分的所得直径的主要方式。然而，应当理解，任何其他挤出控制参数也可变化，可能与其他挤出控制参数一起变化。例如，用于控制材料的向外铺展程度的另一种手段是喷嘴撤回速率，这是由于材料在喷嘴端部与下层材料之间的约束可以是向外铺展程度的因素。因此，例如，形成结构的相对较窄部分(如结构606的第三部分744)可通过增加喷嘴撤回速率来完成，以使得材料垂直地堆积，而较少发生向外铺展。在至少一些实施例中，可使用增加的喷嘴撤回速率(相对于用于形成其他部分的喷嘴撤回速率而言)和降低的流速(相对于用于形成其他部分的流速而言)来形成第三部分744。

另一些其他实施例可使用喷嘴温度(代用作材料温度)、环境温度、环境压力以及任何其他挤出控制参数的变化来改变不同部分的几何形状(例如，横截面区域)和/或不同部分的其他材料特征(例如，密度、硬度等)。

如图7至图14中可以看出，该示例性实施例可使用固定的喷嘴横截面区域760来挤出材料700。此外，可以看出，横截面区域760基本上小于结构606的各个部分的横截面区域。例如，横截面区域760基本上小于结构606的第三部分716的横截面区域733，该第三部分是结构606的最窄部分。当然，在另一些其他实施例中，可改变喷嘴118的横截面区域(或直径)，以提高(或降低)材料700的流速。

图7至图14中所示的示例性工艺可用于提高形成3D印刷结构606的速度。具体地讲，在与其中通过使喷嘴118移动来形成水平层并垂直地在现有层上堆积后续层从而形成结构的其他实施例中使用的方法相比时，该示例性工艺可提供显著缩短的印刷时间。之所以会出现这种情况是由于可供选择的实施例需要喷嘴移动穿过与所需3D印刷零件的整个体积对应的路径，而示例性方法可将喷嘴保持在固定的水平位置，并且使用材料的向外铺展来填满预期的3D体积，而无需喷嘴经过材料在最终结构中所处的每个水平位置。

图15至图19示出了由材料800形成3D印刷结构的工艺的另一个实施例。参见图15至图19，具有钩或钩状紧固件的3D印刷结构604使用上文所述和图7至图14中所示的类似挤出工艺形成。然而，与图7至图14的实施例不同，图15至图19的工艺包括使喷嘴118沿着离开基底部件的不止单个方向(例如，垂直方向)移动。具体地讲，如本文所述，喷嘴118可沿着两个大致垂直的方向(例如，垂直方向和水平方向)移动以形成结构604。

从图15开始，喷嘴118挤出材料的第一部分802以形成结构606的基座部分，该基座部分粘结到基底部件610。接下来，如图16所示，当挤出材料的第二部分804时，喷嘴118沿着第一方向830(例如，垂直方向)提升。如图17的后续构型示出，为了形成结构604的弯曲部分，当从喷嘴118挤出材料的第三部分806时，喷嘴118可沿着第一方向830和第二方向832(例如，水平方向)两者移动。此外，在至少一些实施例中，可将固化控制设备500施加到材料的第三部分806以缩短固化时间，使得材料的第三部分806克服重力而保持所需的弯曲和悬伸的几何形状，否则重力可使材料800往下流动。在图18中，当在喷嘴118沿着第一方向830和第二方向832两者移动的同时挤出材料的第四部分808时，喷嘴118继续形成结构604的弯曲部分。

在至少一些实施例中，喷嘴118能够改变其相对于另一个部件或部分诸如基底部件610的取向。如图19所示，在一个实施例中，喷嘴118可旋转一角度850，使得喷嘴118不再以与基底部件610大致垂直的方式取向。而是，喷嘴118可被取向成使得挤出材料沿着与材料的第五部分810的中心轴线821相关的方向从喷嘴118流出。在喷嘴118沿着中心轴线821的方向取向的情况下，从喷嘴118挤出的材料800可发生向外铺展，该向外铺展为在与材料的第五部分810的中心轴线821大致垂直的方向向外铺展。该垂直方向由侧向轴线820指示。

通过调节喷嘴118的取向以更好地与3D印刷结构的相邻部分的中心轴线对齐，挤出材料可在沿着中心轴线的方向上堆积，而非在垂直方向或其他方向上堆积，在垂直方向或其他方向上堆积可能在结构形成时在多个位置产生非期望的多余材料。虽然未示出，但一些实施例可使用支撑结构，所述支撑结构可在结构形成期间提供支撑，但可在结构已完成并完全固化之后移除。

通过使喷嘴118沿着垂直方向和水平方向两者移动，并结合旋转或倾斜喷嘴118的取向，印刷系统100和上述工艺可用于形成具有多种多样的几何结构和形状的零部件，包括具有各种类型的弯曲表面的部分。此类弯曲表面可在曲率方面为恒定的或在曲率方面为非恒定的(例如，复合曲线)。

实施例可包括用于响应于来自传感信息的反馈而调节一个或多个挤出控制参数的设备装置。在一些实施例中，挤出工艺可响应于光学信息而调节一个或多个挤出控制参数。

图20示出了用于响应于光学信息而调节一个或多个挤出控制参数的工艺的实施例。一般来讲，图20所示的步骤中的一个或多个可由印刷设备102的挤出控制系统204、传感器系统206和/或任何其他系统或部件执行。在一些实施例中，图20的工艺可包括附加步骤，而在其他实施例中，图20所示的一些步骤可为任选的。为清楚起见，以下讨论将该工艺中的步骤描述为由挤出控制系统204执行。

在第一步骤902中，挤出控制系统204可接收光学信息。在一些实施例中，光学信息可从一个或多个传感器，如光学感测设备416接收。所接收的光学信息可包括任何种类的模拟信号和/或数字信号，所述模拟信号和/或数字信号包括与由光学感测设备416捕获的一个或多个图像相关的信息。

在步骤904中，挤出控制系统204可使用光学信息来表征材料特定部分的向外铺展。一部分材料的向外铺展可以多种方式表征。例如，在一些实施例中，向外铺展可通过给定时刻处的该部分材料的横截面积、直径、或沿着特定预定方向的延伸来表征。在其他实施例中，向外铺展可通过向外铺展速率来表征，该向外铺展速率是该部分材料在向外方向上铺展的速率。取决于应用，可能更有用的是使用特定时间处的一部分材料的绝对铺展程度或特定时间处的该部分材料的向外铺展速率。在另外其他实施例中，可使用向外铺展的其他表征。出于方便的目的，特定时间处的一部分材料所使用的向外铺展的特定表征被称为向外铺展值。

在不同实施例中，所测量或感测的向外铺展值可使用光学信息确定。在一些实施例中，可分析由光学感测设备416捕获的一部分挤出材料的一个或多个图像，以确定在一个或多个方向的绝对向外铺展程度和/或向外铺展速率。可使用用于分析图像数据的任何已知算法来确定绝对向外铺展和/或向外铺展速率的测量值或感测值。

在步骤906中，挤出控制系统204可从存储器(例如，从数据库)检索给定时间处预测的向外铺展值。与测量或感测的向外铺展值不同，预测的向外铺展值是基于材料流速、喷嘴撤回速率、挤出温度的假定值以及使用可能的其他因素来预定的值。因此，预测的向外铺展值指示预测会发生何种铺展，从而可实现所需的部件几何形状。预测的向外铺展值可因各种因素而与感测的向外铺展值不同，这些因素包括但不限于：印刷材料缺陷、基底部件材料和几何形状的变化、环境条件(例如，温度和压力)的变化以及可能的其他因素。

在步骤908中，对感测的向外铺展值与预测的向外铺展值进行比较。如果感测的向外铺展值在预测的向外铺展值的预定容限内，则系统可以继续挤出材料而不进行任何调节。然而，如果感测的向外铺展值与预测的向外铺展值相差超过预定容限，则挤出控制系统204可进行到步骤910，以对一个或多个挤出控制参数进行调节。

图21示出了工艺的示意图，在该工艺中，使用光学信息向挤出控制系统提供反馈。参见图21，光学感测设备416被定位成在从喷嘴118挤出材料部分1010之后捕获关于材料部分1010的光学信息。可使用该光学信息来确定感测的向外铺展直径1022，其是材料部分1010在向外铺展到基底部件1005上时的近似直径的实时测量值。在图21的喷嘴118和材料部分1010的示意图中，示出了特定时刻的材料部分1010的感测铺展直径1022。

在图21的图表中，感测的向外铺展直径1022被绘制成时间的函数。另外，预测的向外铺展直径1020也被绘制成时间的函数。在这种情况下，预测的向外铺展直径1020沿循近似直线，这指示材料随时间推移而基本上恒定铺展(例如，恒定铺展速率)。应当理解，预测的向外铺展直径1020仅是一种示例性的函数类型，在此是为了清楚起见而使用，并且在其他实施例中，预测的向外铺展直径1020的表现形式可为非线性的。

在时间T1处，预测的向外铺展直径1020和感测的向外铺展直径1022可大致相同。换句话讲，在此时，感测的向外铺展直径1022可在预测的向外铺展直径1020的预定容限内。这指示材料部分1010以所需方式铺展，形成预期3D印刷结构的第一部分或第一层。然而，在稍后的时间T2处，感测的向外铺展直径1022显著降低到预测的向外铺展直径1020以下，从而指示材料部分1010未以所需方式(例如，以所需速率)铺展。当挤出控制系统204检测到感测的向外铺展直径1022的该相对下降时，挤出控制系统204可调节材料1008的流速或挤出速率，以引起材料部分1010的更快和/或更多铺展。具体地讲，在时间T2处，流速从初始流速1040(与时间T1相关)增加到新的增大的流速1042。在时间T2后，感测的向外铺展直径1022开始增加并且可再次降低，且具有预测的向外铺展直径1020的预定容限。

在稍后的时间T3处，感测的向外铺展直径1022增加到预测的向外铺展直径1020以上，从而指示材料部分1010流动得太快并且可能延伸得太远。因此，在时间T3处，流速被调节到新的降低的流速1044，其是比初始流速1040(与时间T1相关)和流速1042(与时间T2相关)两者显著更低的流速。在时间T3后，感测的向外铺展直径1022开始减小并且可再次降低，且具有预测的向外铺展直径1020的预定容限。该工艺因此可为反复的，从而响应于关于材料部分铺展方式的所感测光学信息而提供连续调节流速(或其他挤出控制参数)的手段。此外，虽然在图21中针对材料的具体部分1010(与印刷结构中的下层材料对应)示出了示例性工艺，但该工艺也可用于在形成印刷结构时所用的材料的所有部分和层。

图22示出了工艺的实施例，该工艺用于响应于关于材料的最近挤出部分所感测的信息而将固化控制设备应用于材料的最近挤出部分。在步骤1102中，挤出控制系统204可从一个或多个传感器接收关于挤出部分和/或环境条件的感测信息。可向挤出控制系统204供应信息的示例性传感器包括温度传感器、压力传感器、流速传感器、光学传感器以及可能的其他种类的传感器。在步骤1104中，挤出控制系统204使用感测信息来确定材料的最近挤出部分是否固化。例如，在一些实施例中，可使用光学信息来确定挤出部分是否稳定或不移动，并因此确定是否可能已固化。如果最近挤出部分尚未固化并且有必要在挤出更多材料之前使该材料部分凝固，则可使用固化控制设备直接使该材料部分固化。在这种情况下，挤出控制系统204转到步骤1106，以向挤出部分施加冷却和/或UV固化。

当然，在一些实施例中，固化控制设备直接施加到挤出材料的一个或多个部分以加快固化的速度可自动地进行，无需依赖于感测信息。具体地讲，如先前实施例中已经描述的那样，可进行直接固化(例如，冷却)以加快固化速度，作为形成具有特定几何形状的部分的工艺的一部分，所述特定几何形状可能需要快速固化以在印刷工艺期间保持稳定。

实施例可包括用于施加三维印刷结构的设备装置，所述三维印刷结构可锚固到基底部件，如纺织材料。在采用引起挤出材料向外铺展的挤出工艺的实施例中，可以引导材料在与喷嘴所处的侧面相对的基底部件的侧面上向外铺展。这可允许形成可能用可供选择的工艺无法实现的锚固性部分，这些可供选择的工艺需要喷嘴经过与印刷结构相关的体积内的所有位置上方。

图23至图27示出了用于印刷3D锚固性结构1200的工艺的实施例的示意图，该3D锚固性结构在形成时直接锚固到基底部件1202。如在图23至图27中可以看出，该示例性工艺可利用喷嘴118、基底部件1202和成型用部件1250。喷嘴118可设置在基底部件1202的第一侧面1210上，而成型用部件1250可设置在基底部件1202的第二侧面1212上。此外，为了提供第一侧面1210与第二侧面1212之间的流体连通，基底部件1202包括开口1214。

如在图24中可以看出，材料1220从喷嘴118挤出并流过开口1214。在成型用部件1250抵靠基底部件1202的第二侧面1212就位的情况下，材料的第一部分1222流入成型用部件1250的腔体1252中。在图25中，材料的第一部分1222填充整个腔体1252。由于腔体1252的开口1254具有直径1256(参见图23)，材料的第一部分1222获得与基底部件1202的第二侧面1212直接相邻的直径1223。此外，由于材料的第一部分1222的直径1223大于开口1214的直径1215，因此防止了材料的第一部分1222穿过开口1214。

在图26中，材料的第二部分1224从喷嘴118挤出并开始侧向地铺展到基底部件1202的第一侧面1210上。在图27中可以看出，材料的第二部分1226获得直径1227，该直径显著大于开口1214的直径1215。因此，锚固性结构1200以一定方式形成，使得若不以不可逆转的方式破坏基底部件1202或锚固性结构1200，就无法将锚固性结构1200与基底部件1202分开。

在锚固性结构1200按图23至图27所示的工艺形成的情况下，可添加附加挤出材料以形成离开基底部件1202的第一侧面1210延伸的各种3D结构。这些结构可包括任何已讨论的3D印刷结构，诸如防滑钉、钩、旋钮状紧固件以及其他结构。

结构的锚固可使用单个孔实现，或者可使用两个或更多个孔完成。所使用的孔数量可根据所使用的基底部件的类型以及所形成的3D结构的几何形状而变化。

在不同的实施例中，所使用的成型用部件的类型可以有所变化。例如，成型用部件在尺寸、腔体形状、材料构造以及其他特性方面可以有所变化。可使用本领域已知的任何种类的模具。所使用的模具类型可以根据最终结构的所需几何形状(尤其是基底部件1202的第二侧面1212上的部分的几何形状)、所需的部件尺寸、模具材料的温度容限以及可能的其他因素来选择。

作为成型用部件的变型形式的一个示例，图28示出了两个可供选择的设计。参见图28，第一成型用部件1302具有腔体1303，该腔体具有大致矩形的几何形状，不同的是，图23中的成型用部件1250的腔体1252具有大致圆形(或穹顶状)的几何形状。另外，第二成型用部件1304包括具有大致不规则几何形状的腔体1305。腔体几何形状的这些变型形式可导致所形成的3D结构的几何形状的对应变型形式(对于设置有模具的基底部件那一侧上的结构部分而言)。

在一些其他实施例中，可通过推动挤出材料穿过诸如针织物、网状织物或编织织物的材料来形成锚固性结构，这些材料可不包括显著的孔。这种实施例示于图29中。此处，锚固结构1400包括基底部件1408的第一侧面1410上的第一部分1402以及基底部件1408的第二侧面1412上的第二部分1404。第一部分1402和第二部分1404由挤出材料部分1420连接，该挤出材料部分已被推动穿过基底部件1408中的开放空间。

图30示出了印刷设备102的示例性实施例以及用于保持或支撑可接收印刷结构的制品的两种不同方法。如在图30中看出，在一些实施例中，平坦鞋面部分1502可放置在托盘112上，该托盘容纳在印刷设备102内。在其他实施例中，经组装的鞋类制品1504可与鞋类保持设备1506相关联，该鞋类保持设备可插入到印刷设备102中。在一些实施例中，鞋类保持设备1506可被配置为将鞋类制品1504的大致平整部分提供给喷嘴进行印刷。可使用的示例性鞋类保持设备公开于Miller的美国专利公布No.2014/0310891中，其公布于2014年10月23日(现为美国专利申请No.13/868130，提交于2013年4月23日)且名称为“Holding Assembly for Articles”(用于制品的保持组件)，该申请的全文以引用方式并入本文。

用于将3D结构直接印刷到制品(包括由纺织物构成的制品)的部分上的一般系统和方法公开于Jones等人的美国专利申请公布No.2014/0020192，其公布于2014年1月23日(现为美国专利申请No.13/553,368，提交于2012年7月19日)且名称为“Footwear Assembly Method with 3D Printing,”(采用3D印刷的鞋类组装方法)，该申请的全文以引用方式并入本文并且在下文中称为“3D印刷”申请。具体地讲，该3D印刷申请包括用于印刷到可能不具有疏水性表面或非润湿表面的纺织物或基底部件上的系统和方法。该3D印刷申请还教导了用于印刷到不规则表面(诸如在织造、针织、编织或其他种类的织物或纺织材料中会遇到的那些不规则表面)上的系统和方法。

图31是鞋类制品1600的实施例的等轴视图。如在图31中可以看出，鞋类制品1600包括多个紧固件形式的3D印刷结构，这些紧固件可由鞋带或其他紧固物接合。具体地讲，鞋类制品1600包括已使用如此前所讨论和图7至图14中所示的3D印刷工艺形成的一组旋钮状紧固件1602。另外，鞋类制品1600包括已使用如此前所讨论和图15至图19中所示的3D印刷工艺形成的一组钩紧固件1604。因此，可以看出，这些实施例中讨论的示例性印刷(具体地讲，挤出)工艺可用于形成鞋类制品以及其他种类的制品的功能结构，诸如紧固件。

实施例可包括用于提高形成3D印刷结构的速度的另外的设备装置。在一些实施例中，可使用两种不同的印刷工艺形成3D印刷结构，以形成3D印刷结构的至少两个不同部分。在一些情况下，例如，3D印刷结构的第一部分可使用第一3D印刷工艺形成，而3D印刷结构的第二部分可使用不同于第一3D印刷工艺的第二3D印刷工艺形成。

图32示出了附接到基底部件1720的3D印刷结构1700(或简称结构1700)的实施例的示意图。在图32的实施例中，结构1700具有与鞋类制品一起使用的防滑钉的形式。然而，在其他实施例中，可以多种不同形状且出于不同目的来形成类似的印刷结构。换句话讲，针对结构1700讨论的原理并非旨在限于制备防滑钉或类似零部件。

在图32所示的实施例中，结构1700由两个不同部分构成。具体地讲，结构1700包括外壳部分1702和内部部分1704。如下文更详细地讨论，外壳部分1702和内部部分1704的一个或多个特征可以不同，这些特征包括尺寸、体积、形状、材料、颜色以及可能的其他特征。

在不同实施例中，外壳部分1702的几何形状可有所不同。在一些实施例中，外壳部分1702可具有大致圆形的几何形状。在一些情况下，例如，外壳部分1702可具有穹顶状几何形状。在其他实施例中，外壳部分1702可具有大致锥形的几何形状。在一些情况下，例如，外壳部分1702可具有截顶锥形的几何形状。

在至少一些实施例中，外壳部分1702可包括一个或多个开口。在一些实施例中，外壳部分1702可包括单个开口。在其他实施例中，外壳部分1702可包括两个开口。在另外其他实施例中，外壳部分1702可包括三个或更多个开口。在图32所示的实施例中，外壳部分1702包括单个开口1703。

在不同实施例中，外壳部分1702中的一个或多个开口的位置可有所变化。在一些实施例中，一个或多个开口可设置在位于基底部件1720附近的部分外壳部分1702上。在其他实施例中，一个或多个开口可设置在位于离基底部件1720最远处的部分外壳部分1702上。在图32所示的实施例中，外壳部分1702的开口1703设置在外壳部分1702的顶端部分1706处。

在一些实施例中，外壳部分1702可构成材料的大体较薄部分。在一些实施例中，外壳部分1702的厚度1730可显著小于外壳部分1702的直径1731。此外，在一些实施例中，外壳部分1702的厚度1730可显著小于外壳部分1702的高度1732(如从基底部件1720测量)。在示例性实施例中，外壳部分1702的厚度1730可具有大约介于0.01毫米与5毫米之间范围内的值。在另外其他实施例中，厚度1730可大于5毫米。

内部部分1704一般可填充由外壳部分1702界定的内部区域。因此，内部部分1704的几何形状一般可对应于外壳部分1702的几何形状。在外壳部分1702具有大致穹顶形几何形状的实施例中，内部部分1702也可具有穹顶形几何形状。在外壳部分1702具有锥形(包括截顶锥形)几何形状的实施例中，内部部分1704可具有类似的锥形几何形状。然而，在其他实施例中，设想到由外壳部分1702界定的内部区域不具有与外壳部分1702的外侧的几何形状相对应的几何形状。在这种情况下，内部部分1704的几何形状一般可对应于由外壳部分1702的内侧形状引起的几何形状。

在一些实施例中，外壳部分可占3D印刷结构的总体积相对较小的比例，而内部部分可占3D印刷结构的总体积较大(至少大部分)的比例。例如，在图32的实施例中看出，外壳部分1702具有第一体积，该第一体积占结构1700总体积的第一比例。另外，看出内部部分1704具有第二体积，该第二体积占结构1700总体积的第二比例。在示例性实施例中，第二比例显著大于第一比例，因此外壳部分1702仅占结构1700的总体积较小的比例，而内部部分1704占结构1700的总体积较大的比例。

第一比例和第二比例的值可随实施例不同而不同。在一些实施例中，第一比例可具有大约介于1％与30％之间范围内的值。相应地，在此类实施例中，第二比例可具有大约介于70％与99％之间范围内的值。此处应当理解，在结构1700仅由外壳部分1702和内部部分1704组成的实施例中，第一比例与第二比例的总和应等于100％。

在一些实施例中，可使用第一3D印刷工艺形成外壳部分1702，而可使用不同于第一3D印刷工艺的第二3D工艺形成内部部分1704。对每部分使用不同印刷工艺可提高效率和/或制造速度。例如，以下实施例举例说明了印刷方法，其中使用相对较慢的印刷工艺形成外壳部分1702，而使用相对较快的印刷工艺形成内部部分1704。由于内部部分1704构成结构1700的大部分体积，因此与使用相对较慢的印刷工艺来印刷结构1700的体积时相比，这种印刷方法可允许在显著更短的时间段内形成结构1700。

如图32所示，在至少一些实施例中，可使用不同喷嘴和/或印刷头来形成外壳部分1702和内部部分1704。在一个实施例中，可使用第一喷嘴1740形成外壳部分1702，而使用第二喷嘴1742形成内部部分1704。在一些实施例中，第一喷嘴1740具有第一孔1741，而第二喷嘴1742具有第二孔1742。在一个实施例中，第一孔1741可具有远远小于第二孔1742的直径。采用这种构型时，在给定的时间间隔内，从第二孔1742流过的材料总体积可大于从第一孔1741流过的材料总体积。

虽然一些实施例可使用不同喷嘴来形成外壳部分1702和内部部分1704，但其他实施例可使用单个喷嘴来形成外壳部分1702和内部部分1704两者。这种可供选择的实施例在下文描述并示于图36至图38中。

在不同实施例中，构成外壳部分1702和内部部分1704的材料可有所不同。在一些实施例中，外壳部分1702可由第一材料构成，而内部部分1704可由第二材料构成。在一些情况下，第一材料可与第二材料实质上相同。在其他情况下，第一材料可与第二材料实质上不同。

在不同实施例中，第一材料和第二材料的刚度可有所不同。例如，形成外壳部分的第一材料在固化时可具有第一刚度，而形成内部部分的第二材料在固化时可具有第二刚度。在一些实施例中，第二刚度可大于第一刚度。例如，在防滑钉结构的一些实施例中，第一材料可为橡胶以为外壳部分提供附着摩擦力和伸展性，而内部部分可为稍硬的塑料以为防滑钉结构提供结构和支撑。在其他实施例中，第二刚度可小于第一刚度。例如，在防滑钉结构的一些实施例中，第一材料可为硬质橡胶或塑料以为外壳部分提供强度和/或附着摩擦力，而第二材料可为泡沫材料以用于支撑和缓冲。

当然，在其他实施例中，还可使用其他组合的材料。具体地讲，可将第一材料和第二材料选择为实现材料的各种在性能方面不同的组合，所述性能包括但不限于：重量、强度、缓冲、与基底部件的结合相容性以及其他材料性能。

图33至图35示出了用于形成结构1700的工艺的实施例的示意图。如在图33中看出，首先可使用第一喷嘴1740形成外壳部分1702。如示意性所示那样，可使用第一3D印刷工艺形成外壳部分1702。具体地讲，第一3D印刷工艺包括使第一喷嘴1740在基底部件1720上方水平地移动，以便使用挤出材料1780形成外壳部分1702的水平层。与先前所讨论并在例如图7至图14中所示出的实施例不同，第一3D印刷工艺不涉及印刷(或挤出)材料的大幅向外铺展。一旦形成水平层(例如，图33所示的印刷层1785)，第一喷嘴1740便可沿垂直方向上升递增量。此时，如图34所示，第一喷嘴1740可再次以水平方式移动，以便在印刷层1785的顶部上形成印刷材料的后续层1787。

在至少一些实施例中，一旦完全形成外壳部分1702，便可在形成内部部分1704之前使外壳部分1702固化。在一些情况下，可在形成外壳部分1702时完成固化。在其他情况下，可在形成外壳1702之后但在形成内部部分1704之前完成固化。然而，在另外其他实施例中，可在形成内部部分1704之后使外壳部分1702完全(或部分)固化。

一旦通过第一3D印刷工艺形成外壳部分1702，第一喷嘴1740便可移动离开外壳部分1702。如在图35中看出，第二喷嘴1742可移动到开口1703上方的位置。此时，可使用第二3D印刷工艺，利用第二材料1784来填充外壳部分1702的内部空隙1709。如图35所示，第二3D印刷工艺可涉及在将第二材料1784挤出或以其他方式沉积在内部空隙1709中时保持第二喷嘴1742处于开口1703上方基本固定的位置。第二3D印刷工艺可持续进行，直到第二材料1784填充整个内部空隙1709，从而形成结构1700的内部部分1704。

用于形成外壳部分1702的第一3D印刷工艺以及用于形成内部部分1704的第二3D印刷工艺的区别可在于一个或多个属性方面。如已经提及的，第一3D印刷工艺包括使第一喷嘴1740移动通过设置在水平面中的一系列位置，以形成材料的水平层。一旦形成一水平层，第一喷嘴1740便可沿垂直方向稍微上升，以便形成后续的水平层。相比之下，第二3D印刷工艺包括将第二喷嘴1742保持在大致固定的垂直和水平位置，并将第二材料1784挤出穿过外壳部分1702的开口1703。因此，与外壳部分1702不同，内部部分1704不是通过印刷一系列堆叠的水平层的工艺来形成的，而是通过迫使第二材料1784进入内部空隙1709来形成的。因此可以看出，所得的外壳部分1702几何形状由第一喷嘴1740在第一3D印刷工艺期间采取的加工路径来限定，而所得的内部部分1704几何形状由内部空隙1709的内部几何形状引起，并且几乎不需要甚至完全不需要移动第二喷嘴1742。

第一3D印刷工艺和第二3D印刷工艺也可通过向外铺展的程度来区分。第一3D印刷工艺可以非常精细的层来沉积材料，因此几乎不会甚至完全不会向外铺展。具体地讲，使用第一3D印刷工艺所沉积的材料的向外铺展程度可小于第一喷嘴1740的孔1741的直径的200％(参见图32)。换句话讲，第一喷嘴1740所印刷的材料可能不会铺展至第一喷嘴1740的直径两倍以上的尺寸。相比之下，第二3D印刷工艺依赖于大幅向外铺展来填充外壳部分1702的内部空隙1709。因此，从第二喷嘴1742挤出的材料的向外铺展可以是第二喷嘴1742的孔1743的直径的许多倍(参见图32)。例如，在一些实施例中，部分材料可铺展至孔1743的直径的至少500％的直径。

用于形成结构1700的示例性工艺可允许在保持印刷结构几何形状的精度的同时提高印刷速度。这可通过以下方式得以实现：使用精密控制的印刷工艺来印刷具有任何所需几何形状的相对较薄外壳部分，然后通过将印刷材料快速挤出到或以其他方式沉积到外壳部分的内部来填充该内部。通过使用第一3D印刷工艺仅形成结构的薄外壳并使用第二3D印刷工艺形成大部分体积，可缩短印刷结构1700的时间，因为第二3D印刷工艺一般比第一3D印刷工艺快。

应当理解，用于形成外壳部分1702的工艺仅旨在为示例性的。在其他实施例中，可使用任何已知的3D印刷工艺形成外壳部分1702。一些示例性印刷工艺包括先前提及的那些工艺中的任一种。

图36至图38示出了用于形成3D印刷结构1800的可供选择的工艺。一般来讲，图36至图38所示的工艺在至少一些方面可类似于图33至图35所示的工艺。具体地讲，图36至图38的工艺包括使用第一3D印刷工艺和可能不同的第二3D印刷工艺。然而，与图33至图35所示的实施例形成对比的是，图36至图38所示的实施例使用单个喷嘴1840来形成结构1800的外壳部分1802和内部部分1804两者。虽然喷嘴1840可用于第一3D印刷工艺和第二3D印刷工艺两者中，但在至少一些情况下，孔1841的尺寸是可变的。此外，在一些实施例中，其他挤出控制参数是可调节的。通过改变孔1841的尺寸和/或其他挤出控制参数，喷嘴1840可被配置为在第二3D印刷工艺期间以显著更高的流量挤出印刷材料1810。

虽然图36至图38示出了使用单种材料来形成印刷结构的内部部分和外部部分的实施例，但其他实施例可使用不同的材料。例如，在一些实施例中，在通过喷嘴1840挤出第一材料来形成外壳部分1802之后，可通过喷嘴1840挤出第二材料来形成内部部分1804。

为了确保挤出材料可完全填充外壳部分的内部空隙，一些实施例可包括具有两个或更多个开口的外壳部分。图39是3D印刷结构1900的实施例的示意图，该3D印刷结构可使用上文所述和图33至图35所示的第一3D印刷工艺和第二3D印刷工艺来形成。在图39的实施例中，印刷结构1900可包括至少两个开口：外壳部分1902中的第一开口1903和第二开口1905。在这种构型中，喷嘴1742可首先填充第一开口1903，然后移动到第二开口1905上方的位置并通过第二开口1905填充内部空隙1909。使用多个开口可有利于填充内部空隙，尤其有利于较大的外壳部分和/或具有复杂几何形状的外壳部分。

图40至图46示出了3D印刷结构的多种不同实施例，以及用于形成3D印刷结构的方法。在图40至图41所示的实施例中，3D印刷结构2000可包括外壳部分2002和内部部分2004。在该实施例中，外壳部分2002可包括多个锚固部分2010。在一些实施例中，外壳部分2002包括固定在基底部件2020内的七个锚固部分。然而，在其他实施例中，可使用任何其他数量的锚固部分。

可以任何方式形成锚固部分2010。在至少一些实施例中，可使用上文所述和图23至图27所示的印刷工艺形成锚固部分2010。具体地讲，在一些情况下，可通过以下方式形成锚固部分2010：将材料2030挤出穿过基底部件2020中的开口2032，然后接收到基底部件2020相对侧上的成型用部件2034中。在一些情况下，可使用该工艺形成结构2000的每个锚固部分2010。在一些情况下，在形成锚固部分2010的情况下，可使用上文所述和图33至图34所示的印刷工艺(即，通过堆积外壳部分2002的水平层)来形成外壳部分2002的其余部分。在一些实施例中，可使用图35所示的印刷工艺(即，通过将材料挤出到外壳部分2002的内部)来形成内部部分2004。

图40至图41所示的构型提供了结构2000，其中外壳部分2002锚固到基底部件2020，而内部部分2004未锚固到基底部件2020。因此，在至少一些实施例中，外壳部分2002可用于保持内部部分2004。在内部部分2004由可能不适于形成锚固部分的极软填充材料构成的实施例中(例如，如果内部部分2004由极软的泡沫构成)，外壳部分2002可确保内部部分2004保持附接到基底部件2020并保持在外壳部分2002内。

当然，在其他实施例中，内部部分2004也可配置有一个或多个锚固部分。与外壳部分2002和/或内部部分2004一起使用锚固部分可减小结构2000从基底部件2020脱离或分开的倾向，这对不适合与基底部件2020结合相容的材料以及/或者其中结构2000可能遇到较大力(例如，与地面或其他表面接触时)(所述较大力可能往往会对结构2000与基底部件2020之间的材料结合施加压力)的构型来说特别有用。

图42至图43示出了用于形成具有外壳部分2102和内部部分2104的结构2100的工艺的实施例。在图42至图43的实施例中，内部部分2104延伸穿过外壳部分2102的开口2103，并且包括方向向外的锚固部分2130。方向向外的锚固部分2130可被配置为附接到其他部件，包括紧固件(诸如鞋带、绳索等)。与先前的实施例一样，可由第一3D印刷工艺形成外壳部分2102，而可使用第二3D工艺形成内部部分2104，该第一3D印刷工艺提供用于实现结构2100的所需几何形状的必要精度，该第二3D工艺可快速填充外壳部分2102的内部，并且通过材料向外铺展而形成方向向外的锚固部分2130。

图44至图46示出了用于形成防滑钉结构2200的工艺的实施例。与先前的实施例形成对照，图44至图46的实施例可不使用外壳部分和相关的内部部分。相反，如在图44中看出，可通过将第一材料2210挤出到基底部件2220上来形成防滑钉结构2200的基座部分2202。此外，可在基座部分2202的顶部上形成向外延伸的锚固部分2204。接下来，可将第二材料2212挤出到向外延伸的锚固部分2204上，以便形成防滑钉结构2200的顶端部分2230。在至少一个实施例中，第二材料2212是比构成基座部分2202的第一材料2210显著更软的材料，从而为顶端部分2030处的抓取表面提供改善的柔韧性。在一些实施例中，当将第二材料2212挤出或以其他方式沉积在基座部分2202上时，可使用任选的成型用构件2299来帮助限定顶端部分2230的几何形状。

在至少一些实施例中，并非通过3D印刷来形成顶端部分2030，而是可通过另一种工艺来形成顶端部分2030，随后将该顶端部分组装在延伸的锚固部分2204上。例如，顶端部分2030可以是预先形成的顶盖，将该顶盖手动放置在延伸的锚固部分2204上(例如，与该延伸的锚固部分组装在一起)。如果顶端部分2030是显著柔韧的(例如，由橡胶制成)，则可实现这种手动组装。

图47示出了鞋类制品2300(包括鞋面2302和鞋底结构2310)的实施例的示意性底部等轴视图。参见图47，制品2300包括多个防滑钉结构，包括防滑钉结构1700和防滑钉结构2200。

图48是喷嘴控制系统2400的实施例的示意图，该喷嘴控制系统可用于以独立方式操作第一喷嘴2402和第二喷嘴2404。具体地讲，在至少一些实施例中，可致动第一喷嘴2402和第二喷嘴2404，使它们彼此独立地移动。在使用两种不同印刷材料或在希望具有不同孔径的喷嘴的实施例中，可使用第一喷嘴2402和第二喷嘴2404来形成结构的不同部分。例如，在一些实施例中，可使用第一喷嘴2402来形成结构的外壳部分，而可使用第二喷嘴2404来形成结构的内部部分。同样，在一些其他实施例中，可使用第一喷嘴2402来形成结构的基座部分，而可使用第二喷嘴2404来形成结构的顶部部分。

图49是用于控制至少两个喷嘴的工艺的实施例的示意图，所述至少两个喷嘴可彼此独立地移动并印刷材料。在一些实施例中，以下步骤中的一者或多者可由喷嘴控制系统2400完成。然而，在其他实施例中，一个或多个其他系统可执行所述步骤中的一者或多者。还有，在其他实施例中，这些步骤中的一些步骤可为任选的。

在步骤2502中，喷嘴控制系统2400可控制第一喷嘴2402，以印刷结构的第一部分。在一些情况下，该印刷可通过挤出第一材料来进行。接下来，在步骤2504中，喷嘴控制系统2400可使第二喷嘴2404与用第一喷嘴2402形成的结构的第一部分对齐。在步骤2506中，喷嘴控制系统2400可控制第二喷嘴2504，以印刷结构的第二部分。在一些情况下，该印刷可通过挤出第二材料来进行。

设想到实施例可使用各种方法来使第二喷嘴2404与所形成的材料的第一部分对齐或对准。由于许多种类的3D印刷工艺的精度存在容差，因此所形成的第一部分略有差异，第二喷嘴2404必须对齐的第一部分中的开口或其他特征部的位置和/或几何形状可略微不同。因此，在至少一些实施例中，可使用传感器来定位第一部分和/或第一部分的特定特征部，以便与第二喷嘴2404对齐。例如，在一个实施例中，可使用与第二喷嘴2404相关联的光学感测设备并利用本领域已知的用于检测图像信息中视觉特征的算法来确定所形成的第一部分上的开口或其他特征部的位置。因此，可使用来自光学感测设备的反馈来对齐第二喷嘴2404。在其他实施例中，可使用任何其他对齐和/或对准设备装置或特征部，以在用第二喷嘴2404印刷第二部分之前确保第二喷嘴2404与第一部分准确对齐。

虽然已经描述了各种实施例，但这些描述旨在为示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的技术人员显而易见的是，在所述实施例的范围内，许多其他的实施例和具体实施皆是有可能的。因此，除了根据所附权利要求书及其等同内容之外，所述实施例并不受限制。另外，可在所附权利要求书的范围内作出各种修改和改变。