能够串联的多材料的挤出技术的制作方法
相关申请
本申请主张于2015年4月14日递交的美国临时申请no.62/147,393的权益，并且主张于2014年8月21日递交的美国临时申请no.62/040,045的权益。
上述申请的全部教导通过引用结合与本文。
背景技术：
挤出是使材料通过对该材料施加改变的模板或模具的过程。在制造过程(如注塑成型)中使用较大体积的挤出机，而在很多其他应用和熔融沉积成型三维打印机(本文中也称为3d打印机)中使用较小尺寸的挤出机。传统上，挤出机加工/输出单一材料，但是如果需要第二种材料，则通常引入第二个挤出机。这种情况的示例是当牙刷手柄利用两个挤出机进行注塑成型的时候，其中，一个挤出机使用塑料填充用于手柄基底的模具的一部分，而另一个挤出机利用用于手柄握把的弹性体材料填充模具的一部分。在熔融沉积成型3d打印机中，相同的情形可以是在打印机上引入多个挤出机，其中，每个挤出机加工不同的构造材料(原料)。
这是“并联”进料方法以实现来自挤出机的多材料输出，使得需要单独的挤出机以用于每一种新材料。为了公开目的，术语新材料是指化学成分和性质(包括但是不限于，颜色、物理外观、强度、传导性、几何形状和大小)不同的物质，或者是与可以考虑的现有技术材料相同的物质(例如，已经排出第一供给原料并且需要采用新供给的情形)。
聚焦于熔融沉积成型3d打印，目前存在若干已知方法以实现多材料打印部分。如上所述，在熔融沉积成型3d打印中的并联进料方案是将额外的挤出机引入到3d打印机。通过这样做，打印机可以在这些挤出机之间交替以允许使用多种构造材料制造打印部分，其中，每一个挤出机包含不同的构造材料。重要的是注意到尽管进料入口是并联的，但是通常一次仅使用一个入口，因此，整体打印过程的本质仍然是串联的。
并联进料技术存在很多问题，本领域技术人员可能认识到的问题包括但是不限于：与单个挤出机相比打印速度和构造体积的减小、在具有不同材料的区域之间过渡的质量较差以及最大构造材料的有限数量。速度的减小是由于以下事实：每一个额外的挤出机单元/进料器向打印头增加重量，转而减小打印头可以操作的速度。打印体积的减小是因为以下事实：每一个额外的挤出机单元/进料器需要喷嘴，该喷嘴使打印头更大并且限制其行程。较差质量的过渡是因为工业中已知的“渗透”现象，该现象是当构造材料以不受控制的方法存在于挤出机喷嘴/从挤出机喷嘴泄露。这对于多个挤出机而言是常见的，这是因为当一个挤出机被激活地用于制造打印部分时另一个挤出机未被使用个并且内部的构造材料可以泄露。该不受控制的渗透可能在不期望位置中粘附于打印部分，这导致较差质量的打印部分。最后，由于每一个构造材料需要专用的打印喷嘴并且重量、体积和经济约束限制构造材料的最大数量，因此在熔融沉积成型3d打印机上具有是实际的。
因此，提供一种避免需要多个挤出机的用于3d打印的方法和装置是有益的。
技术实现要素：
本公开涉及能够串联的多部件材料的挤出技术，以用于但是不限于熔融沉积成型三维打印机。
本公开提供对并联进料方法的替换，在该替换中，采取串联进料方法。串联进料是指多个材料串联地进入挤出机或者是指分体的并联挤出机的事实。这提供能够串联的多材料的挤出方法(下文简称为seme)。术语“多材料”和“多部件”可互换使用。
根据第一方面，本发明提供一种用于自动地形成和传输多部件原料的方法，多部件原料被传送经过3d打印机的打印头，方法包括以下步骤，在处理器控制与打印机工具路径的控制同时协作下：在通过原料进料路径与打印头联接但是隔开的多部件原料源处：使第一原料的一部分沿着进料路径自动地定位；使第二原料的一部分沿着进料路径与第一原料的一部分对齐地自动地定位，使原料的一部分串联地对齐以形成多部件原料；以及，使多部件原料沿着进料路径传输到打印头。
在一些实施例中，第一原料和第二原料可以是细丝形式的卷绕原料。
在一些实施例中，使第一原料的一部分定位可以包括以下步骤：使第一原料的远端朝向打印头沿着进料路径传输；以及以预定长度切割第一原料以提供一定长度的具有近端和远端的第一原料。在一些实施例中，使第二原料的一部分定位可以包括以下步骤：使第二原料的远端沿着进料路径传输；使第二原料的远端对齐并且抵靠一定长度的第一原料的近端；以及以预定长度切割第二原料，以提供与一定长度的第一原料串联地对齐的一定长度的第二原料，从而形成一定长度的多部件原料。
在一些实施例中，可以使第二原料的一部分定位以选择的次数重复。在一些实施例中，可以从至少两个原料源中的任何一个选择第二原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤：将原料的相邻部分的远端和近端接合在一起。在一些实施例中，可以通过加热一端或两端并且使两端熔化在一起来接合原料的相邻部分的远端和近端。在一些实施例中，可以通过传导提供热量。
在一些实施例中，可以通过化学粘合使原料的相邻部分的远端和近端进行接合。
在一些实施例中，可以通过机械结合使原料的相邻部分的远端和近端进行接合。在一些实施例中，可以通过以下方式实现机械结合：将原料的相邻部分的远端和近端传输经过具有至少一个向内突出构件的壳体中的通道，使得当近端和远端经过向内突出构件时，原料部分地围绕至少一个向内突出构件流动，并且部分地被至少一个向内突出构件拖曳，由此通过将材料从近端拖回进入相邻远端的原料材料中来产生在被接合的部分之间的机械连接。在一些实施例中，可以加热通道和至少一个向内突出构件中的一者或两者。
在一些实施例中，机械结合可以通过以下方式实现：将原料的相邻部分的远端和近端传输经过由不同材料的至少两个表面形成的通道，并且一个表面由促进拖曳的材料构成，由此使得当近端和远端经过促进拖曳的表面时，原料由表面部分地拖曳，从而通过将材料从近端拖回进入相邻的远端的原料材料中在被接合的部分之间产生机械连接。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤：当将多部件原料传输进入打印头时跟踪多部件原料的量；以及响应于传输进入打印头中的多部件原料的量来对多部件原料的生产速率、打印头对多部件原料的消耗速率、和打印头在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节。在一些实施例中，跟踪多部件原料的量包括使多部件原料经过滚动轮和联接到转动编码器的驱动轮之间，使得当多部件原料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动从而引起转动编码器确定多部件原料的行程距离，行程距离表明传输进入打印头中的多部件原料的量。在一些实施例中，对多部件原料的生产速率、多部件原料的消耗速率、和在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节包括将行程距离或传输进入打印头的多部件原料的量发送到处理器，对处理器进行编程以具有对多部件原料的生产速率、多部件原料的消耗速率、和在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节的指令。在一些实施例中，对多部件原料的生产速率、多部件原料的消耗速率、和在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节包括将传输进入打印头的多部件原料的量发送到处理器，对处理器进行编程以具有对多部件原料的生产速率、多部件原料的消耗速率、和在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节的指令。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤，通过以下方式选择性地使多部件原料传递到打印头的喷嘴：沿着在打印头中的原料通路传输多部件原料；以及当将要挤出多部件原料时，致动阀以将阀移动到第一位置，其中，第一位置提供用于多部件原料进入喷嘴的通路，以及当将要丢弃多部件原料时，致动阀将阀移动到第二位置，其中，第二位置引导多部件原料离开喷嘴。在一些实施例中，可以引导多部件原料离开喷嘴并且进入储藏部。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤，通过以下方式选择性地将多部件原料传递到打印头的喷嘴：沿着在打印头中的原料通路传输多部件原料；以及当将要丢弃多部件原料的过渡区段时，使喷嘴从第一位置枢转到第二位置，以及当已经丢弃过渡区段时，将喷嘴移动返回到第一位置并且分配多部件原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤，通过以下方式选择性地将多部件原料传递到打印头的喷嘴：沿着在打印头中的原料通路传输多部件原料；以及当将要丢弃多部件原料的过渡区段时，使储藏部从远离喷嘴的第一位置移动到在喷嘴的下方的第二位置，以及当已经将过渡区段丢弃到储藏部时，使储藏部移动返回到第一位置并且分配多部件原料。
在一些实施例中，使第二原料的远端对齐并且抵靠一定长度的第一原料的近端包括以下步骤：传输第一原料的远端进入合并模块的第一入口端口，合并模块包括沿着合并模块的轴线对齐的出口端口，以引导第一原料经过锥形引导通道从而沿着轴线对齐地从合并模块出来；以及传输第二原料的远端进入合并模块的至少一个第二入口端口，以引导第二原料的远端经过锥形引导通道从而与第一原料的近端对齐地从合并模块出来。在一些实施例中，可以在从合并模块出来之后切割第一原料和第二原料。在一些实施例中，该方法可以还包括在传输第二原料的远端之前撤回第一原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括原料质量管理模块，多部件原料经过原料质量管理模块以控制原料横截面形状。在一些实施例中，可以将多部件原料传输经过原料质量管理模块的刚性构件，刚性构件具有与期望原料外横截面形状相应的内横截面形状使得当将多部件原料传输经过刚性构件时，从刚性构件出来的多部件原料具有期望外横截面形状。在一些实施例中，可以在原料质量管理模块的两个滚轮之间传输多部件原料，滚轮协作以提供与期望原料外横截面形状相应的横截面形状使得当将多部件原料传输经过滚轮时，从滚轮出来的多部件原料具有期望外横截面形状。在一些实施例中，该方法可以还包括使传输经过原料质量管理模块的多部件原料冷却。在一些实施例中，可以利用散热器、冷却剂流体、风扇或其组合来冷却多部件原料。
在一些实施例中，该方法可以包括将多部件原料传输经过缓冲器到打印头，缓冲器包括可膨胀约束通路。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括串联的并且由至少一个联接器连接的至少两个管道，联接器具有弹性性质。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括至少两个伸缩管道。
在一些实施例中，普通处理器可以控制多部件原料的形成和打印机工具路径。在一些实施例中，处理器可以控制多部件原料的形成，以及不同的处理器控制打印机工具路径。
根据第二方面，本发明提供一种用于形成和传输多部件原料的设备，多部件原料被传送经过3d打印机的打印头，设备包括：至少一个驱动模块，其用于沿着进料路径传输原料；和可编程控制器，其与打印机工具路径的控制同时协作以用于驱动至少一个驱动模块从而：在通过进料路径联接到打印头并且与其隔开的多部件原料源处，使第一原料的一部分沿着进料路径定位以及使第二原料的一部分沿着进料路径定位并且与第一原料的一部分对齐，原料的一部分串联地对齐以形成多部件原料；并且沿着进料路径将多部件原料传输到打印头。
在一些实施例中，该设备可以还包括切割器模块以切割原料。在一些实施例中，控制器可以驱动至少一个驱动模块以使第一原料的远端朝向打印头沿着进料路径传输，以及其中，控制器驱动切割器模块以在预定长度处切割第一原料以提供一定长度的具有近端和远端的第一原料。在一些实施例中，控制器可以驱动至少一个驱动模块以使第二原料的远端沿着进料路径传输、使第二原料的远端对齐并且抵靠一定长度的第一原料的近端、以及以预定长度切割第二原料以提供与一定长度的第一原料串联地对齐的一定长度的第二原料，从而形成一定长度的多部件原料。
在一些实施例中，可以从并联地定位并且连接到致动器的多个原料中选择第一原料和第二原料，致动器允许在多个原料和切割模块之间的相对运动。
在一些实施例中，控制器可以包括存储装置，存储装置存储与多部件原料中的原料的每一个部分的顺序和预定长度相关的计算机可读指令。
在一些实施例中，该设备可以还包括接合器模块，其用于将原料的相邻部分的对齐的近端和远端接合在一起。在一些实施例中，接合器模块可以包括通道和向内突出构件，以使传输经过通道的原料的相邻部分的远端和近端混合。在一些实施例中，可以加热通道和向内突出构件中的一者或两者。在一些实施例中，向内突出构件可以包括多个向内突出构件。
在一些实施例中，接合器模块可以包括由不同材料的至少两个表面形成的通道，并且一个表面由促进拖曳的材料构成，从而使传输经过通道的原料的相邻部分的远端和近端混合。
在一些实施例中，接合器模块可以包括至少两个表面，并且表面中的至少一个处于温度控制下，以及其中，表面的至少一个是可移动的使得接合器模块能够与多部件原料隔开。在一些实施例中，将处于温度控制下的表面的每一者独立地加热或冷却到各自选择的温度。
在一些实施例中，接合器模块可以包括至少一个非加热表面，至少一个非加热表面定位为支撑经过接合器模块的多部件原料。
在一些实施例中，该设备可以还包括加热部件，其用于将原料的相邻部分的近端和远端融化在一起。在一些实施例中，可以通过传导提供热量。在一些实施例中，该设备可以还包括冷却部件，其用于在原料的相邻部分的近端和远端被融化在一起之后进行冷却。在一些实施例中，冷却部件可以是散热器、冷却剂流体、风扇或其组合。
在一些实施例中，第一原料和第二原料可以为细丝形式的卷绕原料。
在一些实施例中，该设备还可以包括多部件原料监控模块，监控模块包括：监控装置，其被安装为与进入打印头的原料通路相邻，监控装置被构造为跟踪传输进入打印头的多部件原料的量；和处理器，其被操作地连接到监控装置，处理器被编程为具有响应于传输进入打印头中的多部件原料的量来对多部件原料的生产速率、打印头对多部件原料的消耗速率、和打印头在打印机工具路径上的特定点处分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节的指令。
在一些实施例中，监控装置可以包括驱动轮，驱动轮与滚动轮隔开足够的距离以容纳在它们之间的多部件原料，以及设备还包括转动编码器，转动编码器连接到驱动轮使得当多部件原料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动从而引起转动编码器确定多部件原料的行程距离，行程距离表明传输进入打印头中的多部件原料的量。
在一些实施例中，监控装置可以包括光学传感器，光学传感器具有朝向进入打印头的原料通路瞄准的视野。
在一些实施例中，该设备可以还包括联接到打印头的原料阀装置，原料阀装置包括：阀，其沿着在打印头中的原料通路定位；和致动器，其连接到阀，致动器被构造为将阀在第一位置和第二位置之间移动，第一位置提供通路，通路用于多部件原料进入打印头的喷嘴从而被挤出打印头，第二位置引导多部件原料离开喷嘴。在一些实施例中，该设备可以还包括储藏部，其用于容纳被引导离开喷嘴的原料。在一些实施例中，致动器操作地连接到处理器，处理器被编程为具有指示致动器在第一位置和第二位置之间移动的指令。
在一些实施例中，该设备可以还包括用于选择性地分配多部件原料的装置，装置包括：打印头的喷嘴，喷嘴在第一位置和第二位置之间能够枢转；和联接到喷嘴的致动器，致动器被构造为：当将要丢弃多部件原料的过渡区段时，使喷嘴从第一位置枢转到第二位置，以及当已经丢弃过渡区段时使喷嘴移动回到第一位置以分配多部件原料。
在一些实施例中，该设备还包括用于选择性地分配多部件原料的装置，装置包括：储藏部，其在远离喷嘴的第一位置和在喷嘴的下方的第二位置之间能够移动；和联接到储藏部的致动器，致动器被构造为：当将要丢弃多部件原料的过渡区段时，使储藏部从第一位置移动到第二位置，以及当已经将过渡区段丢弃到储藏部时，使储藏部移动返回到第一位置从而从喷嘴分配多部件原料。
在一些实施例中，该设备可以还包括合并模块，其用于使第一原料的近端与第二原料的远端相邻对齐。在一些实施例中，控制器可以驱动至少一个驱动模块以：传输第一原料的远端进入合并模块的第一入口端口，合并模块包括沿着合并模块的轴线对齐的出口端口，以引导第一原料经过锥形引导通道从而沿着轴线对齐地从合并模块出来；以及传输第二原料的远端进入合并模块的至少一个第二入口端口，以引导第二原料的远端经过锥形引导通道从而与第一原料的近端对齐从合并模块出来。
在一些实施例中，可以将切割器模块定位在合并模块和打印头之间。
在一些实施例中，该设备可以还包括使多部件原料经过的原料质量管理模块，其用于控制原料横截面形状。在一些实施例中，多部件原料可以经过原料质量管理模块的刚性构件，刚性构件具有与期望原料外横截面形状相应的内横截面形状使得当使多部件原料经过刚性构件时，从刚性构件出来的多部件原料具有期望外横截面形状。在一些实施例中，多部件原料可以在原料质量管理模块的两个滚轮之间经过，滚轮协作以提供与期望原料外横截面形状相应的横截面形状使得当将多部件原料传输经过滚轮时，从滚轮出来的多部件原料具有期望外横截面形状。
在一些实施例中，原料质量管理模块可以包括对多部件原料进行冷却的冷却部件。在一些实施例中，冷却部件可以是散热器、冷却剂流体、风扇或其组合。
在一些实施例中，该设备可以还包括缓冲器，其包括可膨胀约束通路，多部件原料被传输经过可膨胀约束通路到打印头。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括串联的并且由至少一个联接器连接的至少两个管道，联接器具有弹性性质。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括至少两个伸缩管道。
在一些实施例中，可编程控制器控制打印机工具路径。
根据第三方面，本发明提供一种用于对被传递经过3d打印机的打印头的原料进行监控的原料监控装置，装置包括：监控装置，其被安装为与进入3d打印机的打印头的原料通路相邻，监控装置被构造为跟踪传输进入打印头的原料的量；和处理器，其被操作地连接到监控装置，处理器被编程为具有响应于传输进入打印头中的原料的量来对原料的生产速率、打印头对原料的消耗速率、和打印头分配的原料的量中的至少一者进行调节的指令。
在一些实施例中，监控装置可以包括驱动轮，驱动轮与滚动轮隔开足够的距离以容纳在它们之间的原料，以及原料监控装置还包括转动编码器，转动编码器连接到驱动轮使得当原料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动从而引起转动编码器确定原料的行程距离，行程距离表明传输进入打印头中的原料的量。在一些实施例中，驱动轮和滚动轮在尺寸和材料的至少一者相同。
在一些实施例中，监控装置可以包括光学传感器，光学传感器具有朝向进入打印头的原料通路瞄准的视野。
根据第四方面，本发明提供一种用于对被传输进入3d打印机的打印头的原料进行监控的方法，方法包括以下步骤：当将原料传输进入3d打印机的打印头时跟踪原料的量；以及响应于传输进入打印头中的原料的量来对原料的生产速率、打印头对原料的消耗速率、和打印头分配的原料的量中的至少一者进行调节。在一些实施例中，跟踪原料的量可以包括使原料经过滚动轮和联接到转动编码器的驱动轮之间，使得当原料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动从而引起转动编码器确定原料的行程距离，行程距离表明传输进入打印头中的原料的量。在一些实施例中，对原料的生产速率、原料的消耗速率、和分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节可以包括将行程距离或传输进入打印头的原料的量发送到处理器，对处理器进行编程以具有对原料的生产速率、原料的消耗速率、和分配的原料的量中的至少一者进行调节的指令。在一些实施例中，对原料的生产速率、原料的消耗速率、和分配的多部件原料的量中的至少一者进行调节可以包括将传输进入打印头的原料的量发送到处理器，对处理器进行编程以具有对原料的生产速率、原料的消耗速率、和分配的原料的量中的至少一者进行调节的指令。
根据第五方面，一种用于从3d打印机的打印头可选择地分配原料的装置，装置包括：转向器，其被构造为联接到打印头；和致动器，其联接到转向器，致动器被构造为使转向器在从打印头分配原料的第一位置和丢弃原料的第二位置之间移动。
在一些实施例中，转向器可以包括联接到打印头的阀，阀被沿着打印头中的原料通路定位；致动器联接到阀，致动器被构造为使阀在第一位置和第二位置之间移动，第一位置提供通路，通路用于原料进入打印头的喷嘴从而被挤出打印头，第二位置引导多部件原料离开喷嘴。
在一些实施例中，转向器可以包括打印头的喷嘴，喷嘴在第一位置和第二位置之间能够枢转；以及联接到喷嘴的致动器被构造为：当将要丢弃原料的部分时，使喷嘴从第一位置枢转到第二位置，以及当已经丢弃部分时使喷嘴移动回到第一位置以分配原料。
在一些实施例中，转向器可以包括储藏部，储藏部在远离喷嘴的第一位置和在喷嘴的下方的第二位置之间能够移动；和联接到储藏部的致动器，致动器被构造为：当将要丢弃原料的部分时，使储藏部从第一位置移动到第二位置，以及当已经将部分丢弃到储藏部时，使储藏部移动返回到第一位置从而从喷嘴分配多部件原料。
在一些实施例中，致动器可以操作地连接到处理器，处理器被编程为具有指示致动器以将转向器在第一位置和第二位置之间移动的指令。
根据第六方面，本发明提供一种用于使原料从3d打印机的打印头可选择地分配的方法，方法包括以下步骤：沿着打印头中的通路传输原料；以及当将要挤出原料时，致动转向器以使转向器移动到第一位置从而分配原料，以及当将要丢弃原料时，致动转向器以使转向器移动到第二位置从而丢弃原料。
在一些实施例中，转向器可以包括联接到打印头的阀，方法还包括以下步骤：当将要挤出原料时，致动阀以使阀移动到第一位置，第一位置提供用于原料进入打印头的喷嘴的通路，以及当将要丢弃原料时，致动阀以使阀移动到第二位置，第二位置引导原料离开喷嘴。
在一些实施例中，转向器可以包括打印头的喷嘴，方法可以还包括以下步骤：当将要丢弃原料的一部分时，使喷嘴从第一位置枢转到第二位置，以及当已经丢弃该部分时，使喷嘴移动返回第一位置并且分配原料。
在一些实施例中，转向器可以包括储藏部，方法还包括以下步骤：当将要丢弃原料的部分时，使储藏部从远离打印头的喷嘴的第一位置移动到在喷嘴的下方的第二位置，以及当已经将部分丢弃到储藏部时，使储藏部移动返回到第一位置并且分配多部件原料。
在一些实施例中，可以在处理器的控制下致动转向器，处理器被编程为具有指示致动以将转向器在第一位置和第二位置之间移动的指令。
根据第七方面，本发明提供一种用于形成多部件原料的设备，其包括：并联地定位的多个原料，每一个原料与驱动模块关联以驱动原料；切割器，其用于切割预定长度的原料；和致动器，其联接到多个原料或切割器，致动器能够实现在多个原料和切割器之间的相对运动以选择性地使多个原料中的任何一个与切割器对齐，每一个驱动模块由普通驱动供电部件供电，致动器使选择的驱动模块与普通驱动供电部件和切割器对齐。在一些实施例中，致动器可以是线性致动器。在一些实施例中，致动器可以联接到多个原料。
根据第八方面，本发明提供一种用于生产多部件原料的方法，方法包括以下步骤：使第一原料前进超过最小撤回线并且经过合并模块；使第一原料前进超过合并模块预定长度；利用切割器切割第一原料以提供一定长度的具有近端的第一原料；将第一原料撤回到最小撤回线；使第二原料前进超过最小撤回线并且经过合并模块；使第二原料的前边缘朝向一定长度的第一原料的近端前进；以及使第二原料前进超过合并模块预定长度，第二原料与一定长度的第一原料对齐。在一些实施例中，该方法可以还包括利用切割器切割第二原料以提供与一定长度的第一原料串联地对齐的一定长度的第二原料。在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤：在使第一原料前进超过最小撤回线之前，将第一原料和第二原料定位为在合并模块附近并且在最小撤回线或者在最小撤回线的近端。
在一些实施例中，合并模块可以包括在至少两个输入端口和出口端口之间延伸的锥形引导通道，第一原料和第二原料经过锥形引导通道。
在一些实施例中，可以从至少两个原料源中的任一个选择第二原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括在合并模块的输入或合并模块的输出处检测原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤：通过撤回在合并模块的输入处检测到的任何原料来清洁合并模块；以及对于每一个原料，通过选择性地使原料前进进入被清洁的合并模块，直到合并模块的输入或合并模块的输出处检测到原料的前边缘，来使原料返回。
根据第九方面，本发明提供一种用于3d打印的设备，其包括：原料源，其在源软件的控制下生产多部件原料；和打印头，其在工具路径软件的控制下根据工具路径传递原料，原料源与工具路径的控制同时协作下以用于生成多部件原料并且将其传递到打印头。在一些实施例中，源软件和工具路径软件可以通信以执行协作。
在一些实施例中，该设备可以还包括定位在原料源和打印头之间的原料监控装置，监控装置与原料源通信并且被构造为跟踪多部件原料的移动。
在一些实施例中，工具路径软件可以执行脉冲序列以向原料源发送工具路径的控制点的信号。在一些实施例中，原料监控装置可以检测与在多部件原料的移动中的脉冲序列相应的移动签名。
在一些实施例中，源软件可以响应于脉冲序列实施校正动作。在一些实施例中，校正动作可以包括调节多部件原料的生产速率。在一些实施例中，校正动作可以包括引起工具路径软件调节打印头对多部件原料的消耗速率。在一些实施例中，校正动作可以包括引起工具路径软件调节打印头在工具路径的特定点处传递材料的量。
在一些实施例中，工具路径软件可以实施多个脉冲序列，多个脉冲序列中的第一个与当多部件原料被加载进入打印头中的位置相应。
在一些实施例中，原料源可以与工具路径的控制同时协作地生产在多部件原料中的过渡。在一些实施例中，工具路径软件可以引起打印头选择性地丢弃在多部件原料中的过渡的一个或多个。
根据第十方面，本发明提供一种用于对传输进入3d打印机的原料输入中的原料进行缓冲的设备，设备包括：3d打印机，其具有原料输入驱动器；原料源，其具有原料输出驱动器；和原料缓冲器，其在输入驱动器和输出驱动器之间。
在一些实施例中，原料源可以是多部件原料源。
在一些实施例中，原料缓冲器可以包括可膨胀约束通路，原料经过可膨胀约束通路被传输到3d打印机。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括串联的并且由至少一个联接器连接的至少两个管道，联接器具有弹性性质。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括至少两个伸缩管道。
在一些实施例中，该设备可以还包括定位在输出驱动器和输入驱动器之间的原料监控装置以跟踪原料的移动。
在一些实施例中，该设备可以还包括定位在输出驱动器和输入驱动器之间的原料监控装置以跟踪原料缓冲器的尺寸，尺寸表示原料量。
根据第十一方面，本发明提供一种用于由两个或更多原料源生产单个进料并且将进料传输进入挤出机的方法，方法包括以下步骤：(a)提供至少两个不同材料的原料源；(b)沿着进料路径传输初始原料的远端；(c)以预定长度切割第一原料以提供一定长度的具有近端的第一原料；以及至少(d)沿着进料路径传输不同原料的远端并且使不同原料的远端对齐并且抵靠一定长度的初始原料的近端；(e)以预定长度切割不同原料，以提供与一定长度的初始原料串联地对齐的一定长度的不同原料，从而形成一定长度的多部件原料；以及(f)将一定长度的多部件原料传输进入挤出机。
在一些实施例中，可以使用至少两个原料源中的任何一个重复步骤(d)和(e)选择的时间次数。
在一些实施例中，该方法可以还包括将相邻原料的远端和近端接合在一起。
在一些实施例中，可以通过加热并且将其融化为接触来接合相邻原料的远端和近端。在一些实施例中，可以通过对流、传导或辐射来提供热量。在一些实施例中，在被融化为接触之后可以冷却接合的端。在一些实施例中，可以通过散热器、冷却剂流体、风扇或它们的组合来提供冷却。
在一些实施例中，可以通过化学粘合来接合相邻原料的远端和近端。
在一些实施例中，可以通过机械结合使原料的相邻部分的远端和近端进行接合。在一些实施例中，可以通过将原料的相邻部分的远端和近端传输经过具有至少一个向内突出构件的壳体中的通道使得近端和远端经过向内突出构件来实现机械结合，原料部分地流动围绕至少一个向内突出构件并且部分地被其拖曳，由此通过将材料从近端拖回进入相邻远端的原料材料中来产生在被接合部分之间的机械连接。在一些实施例中，可以加热通道和至少一个向内突出构件中的一者或两者。
在一些实施例中，至少两个原料源可以包括金属、陶瓷、聚合物或塑料。
在一些实施例中，至少两个原料源可以是纤维或细丝形式的卷绕原料。
在一些实施例中，该方法可以还包括以下步骤，通过以下方式调节多部件原料材料的生产速率以匹配多部件原料材料进入挤出机的行进速率：跟踪和记录多部件原料材料被传输进入挤出机中时的原料材料的移动并且计算多部件原料材料进入挤出机的行进速率，以及调节多部件原料材料的生产速率以匹配多部件原料材料进入挤出机的行进速率。
在一些实施例中，跟踪和记录多部件原料材料的移动的步骤可以包括使多部件原料材料经过滚动轮和联接到转动编码器的驱动轮之间，使得当所述多部件原料在所述驱动轮和所述滚动轮之间移动时，所述转动编码器转动并且记录并且计算多部件原料材料的行进速率，以及调节多部件原料材料的生产速率以匹配多部件原料材料进入挤出机的行进速率的步骤可以包括将多部件原料的行进速率传递给计算机处理器，计算机处理器被编程为具有调节多部件原料材料的生产速率的指令。
在一些实施例中，该方法可以还包括通过以下步骤选择性地将多部件原料材料传送到挤出机的喷嘴的步骤：沿着挤出机中的原料路径传输原料材料，以及当将要挤出多部件原料材料时，致动阀以使阀移动到第一位置，该第一位置提供用于多部件原料材料进入挤出机喷嘴从而被从挤出机挤出的路径，以及当将要丢弃多部件原料材料时，致动阀以使其移动到第二位置，该第二位置使多部件原料材料转向离开挤出机喷嘴。在一些实施例中，致动器可以连接到计算机处理器，计算机处理机被编程为具有指示致动在第一位置和第二位置之间以及反之亦然移动的指令。
在一些实施例中，该方法可以包括通过以下步骤选择性地将多部件原料材料传送到挤出机的喷嘴的步骤：沿着挤出机中的原料路径传输原料材料，以及当将要丢弃多部件原料材料的过渡区段时，使喷嘴从分配位置枢转到非分配位置，以及已经丢弃多部件原料材料的过渡区段时，使阀移动回到分配位置并且分配多部件原料材料。
在一些实施例中，使不同原料的远端对齐并且抵靠一定长度的初始原料的近端的步骤可以包括以下步骤：传输所述初始原料的远端进入引导壳体的第一入口端口，所述引导壳体包括沿着所述引导壳体的纵向轴线对齐的出口端口，入口端口定位为远离纵向轴线的中心，引导壳体包括从入口端口延伸到出口端口的第一锥形引导通道，以引导初始原料经过引导通道从而从沿着纵向轴线对齐的引导壳体出来；以及传输不同原料的远端进入引导壳体的至少第二入口端口，第二入口端口定位为远离纵向轴线的中心，经过从入口端口延伸到出口端口的第一锥形引导通道使得不同原料的远端与初始原料的近端对齐。
在一些实施例中，该方法可以还包括将所述多部件原料材料传输经过刚性构件，所述刚性构件具有与期望原料外横截面形状相应的内横截面形状使得当将所述多部件原料材料传输经过所述刚性构件时，从所述刚性构件出来的所述多部件原料具有所述期望外横截面形状。
在一些实施例中，可以将多部件原料材料传输经过可膨胀约束通路到挤出机。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括串联的并且由至少一个联接器连接的包含在其中的弹性构件，联接器具有弹性性质。
在一些实施例中，挤出机可以是3d打印机挤出机。
根据第十二方面，本发明提供一种用于形成与挤出机一起使用的、原料的多材料串联的系统，包括：多个原料；切割模块，其用于以预定长度切割原料；合并模块，其用于使第一原料的近端对齐与其相邻的第二原料的远端；和一个或多个驱动模块，其用于传输原料进入合并模块以及进入挤出机的入口。
在一些实施例中，该系统可以还包括可操作地连接到切割模块的计算机处理器，一个或多个驱动模块和存储装置存储与原料的多材料串联中的多个原料的每一个的顺序和预定长度有关的计算机可读指令。
在一些实施例中，该方法可以还包括接合器模块，其用于将相邻原料的对齐的近端和远端接合在一起。
在一些实施例中，接合器模块可以包括通道和向内突出构件以使被传输经过通道的相邻原料的远端和近端混合。在一些实施例中，可以加热通道和向内突出构件的一者或两者。
在一些实施例中，接合器模块可以包括至少两个表面，并且表面中至少一个是(一个或多个)加热表面，其中，表面中的一个或两个是可移动的使得接合器模块可以与多部件原料隔开。在一些实施例中，可以独立于所有其他加热表面地将每一个加热表面加热和/或冷却到选择的温度。
在一些实施例中个，接合器模块可以包括至少一个非加热表面，其被定位为支撑经过接合器模块的多部件原料。
在一些实施例中，该系统可以还包括用于将相邻原料的对齐的近端和远端融化在一起的加热部件。在一些实施例中，可以通过对流、传导或辐射提供热量。在一些实施例中，该系统可以还包括在相邻原料的近端和远端被融化在一起之后对其冷却的冷却部件。在一些实施例中，冷却部件可以是散热器、冷却剂流体、风扇或者它们的组合。
在一些实施例中，该系统可以还包括用于将原料的多材料串联传输到挤出机的可膨胀约束通路。在一些实施例中，可膨胀约束通路可以包括串联的并且由至少一个联接器连接的至少两个约束管道，其中，联接器具有弹性性质。
在一些实施例中，原料可以包括金属、陶瓷、聚合物、纤维或塑料。
在一些实施例中，该系统可以包括用于联接到挤出机的多部件原料监控装置，其包括：监控装置，其邻近地安装到进入挤出机的原料通路，监控装置被构造来跟踪和记录原料材料被传输进入挤出机时的移动，以计算原料材料进入挤出机的行进速率；计算机处理器，其连接到监控装置，计算机处理器被编程为具有调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率的指令。
在一些实施例中，监控装置包括驱动轮，驱动轮与滚动轮隔开足够的距离以容纳在它们之间的原料材料，以及系统还包括转动编码器，转动编码器连接到驱动轮使得当原料材料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动并且记录并且计算原料的行进速率，转动编码器连接到计算机处理器。
在一些实施例中，监控装置可以包括光学照相机，其具有朝向邻近挤出机输入的位置瞄准的视野，原料材料经过该位置。
在一些实施例中，该系统可以包括用于联接到挤出机的多部件原料监控装置，其包括：用于监控原料材料被传输进入挤出机时的移动的装置；用于计算原料材料进入挤出机的行进速率的装置；和用于调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率的装置。
在一些实施例中，系统可以包括用于联接到挤出机的原料阀装置，其包括：阀，其沿着挤出机中的原料材料进料路径定位，连接到阀的致动器，其被构造为使阀在第一位置和第二位置之间移动，第一位置提供用于原料材料进入挤出机喷嘴从而从挤出机挤出的通路，第二位置使原料材料转向远离挤出机喷嘴。在一些实施例中，致动器可以连接到计算机处理器，计算机处理器被编程为具有指示致动器在第一位置和第二位置以及反之亦然移动的指令。
在一些实施例中，多个原料可以定位为并联并且安装到线性或转动致动器，从而允许在多个原料和切割模块之间的相对运动。
根据第十三方面，本发明提供一种用于联接到挤出机的原料监控装置，其包括：监控装置，其邻近地安装到进入挤出机的原料通路，监控装置被构造来跟踪和记录原料材料被传输进入挤出机时的移动，以计算原料材料进入挤出机的行进速率；计算机处理器，其连接到监控装置，计算机处理器被编程为具有调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率的指令。
在一些实施例中，监控装置包括驱动轮，驱动轮与滚动轮隔开足够的距离以容纳在它们之间的原料材料，以及原料监控装置还包括转动编码器，转动编码器连接到驱动轮使得当原料材料在驱动轮和滚动轮之间移动时，转动编码器转动并且记录并且计算原料的行进速率，转动编码器连接到计算机处理器。
在一些实施例中，监控装置可以包括光学照相机，其具有朝向邻近挤出机输入的位置瞄准的视野，原料材料经过该位置。
根据第十四方面，本发明提供用于联接到挤出机的原料监控装置，其包括：用于监控原料材料被传输进入挤出机时的移动的装置；用于计算原料材料进入挤出机的行进速率的装置；和用于调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率的装置。
根据第十五方面，本发明提供一种用于调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率的方法，其包括以下步骤：跟踪和记录原料材料被传输进入挤出机时的移动并且计算原料材料进入挤出机的行进速率；以及调节原料材料的生产速率以匹配原料材料进入挤出机的行进速率。在一些实施例中，跟踪和记录多部件原料材料的移动的步骤可以包括使多部件原料材料经过滚动轮和联接到转动编码器的驱动轮之间，使得当所述多部件原料在所述驱动轮和所述滚动轮之间移动时，所述转动编码器转动并且记录并且计算多部件原料材料的行进速率，以及调节多部件原料材料的生产速率以匹配多部件原料材料进入挤出机的行进速率的步骤可以包括将多部件原料的行进速率传递给计算机处理器，计算机处理器被编程为具有调节多部件原料材料的生产速率的指令。
根据第十六方面，本发明提供一种用于联接到挤出机的原料阀装置，其包括：阀，其沿着挤出机中的原料材料进料路径定位，连接到阀的致动器，其被构造为使阀在第一位置和第二位置之间移动，第一位置提供用于原料材料进入挤出机喷嘴从而从挤出机挤出的通路，第二位置使原料材料转向远离挤出机喷嘴。在一些实施例中，致动器可以连接到计算机处理器，计算机处理器被编程为具有指示致动器在第一位置和第二位置以及反之亦然移动的指令。
根据第十七方面，本发明提供一种用于选择定地将原料材料传送到挤出机的喷嘴的方法，其包括以下步骤：沿着挤出机中的原料路径传输原料材料，以及当将要挤出多部件原料材料时，致动阀以使阀移动到第一位置，该第一位置提供用于多部件原料材料进入挤出机喷嘴从而被从挤出机挤出的路径，以及当将要丢弃多部件原料材料时，致动阀以使其移动到第二位置，该第二位置使多部件原料材料转向离开挤出机喷嘴。在一些实施例中，致动器可以连接到计算机处理器，计算机处理机被编程为具有指示致动在第一位置和第二位置之间以及反之亦然移动的指令。
根据第十八方面，本发明提供一种用于形成原料的多材料串联的系统，其包括：并联定位的多个单一材料原料，每一个具有用于驱动原料的驱动模块；切割器模块，其用于切割预定长度的原料；和线性或转动致动器，其可安装到多个原料或切割器模块，从而使多个原料和切割器模块之间能够相对运动。
在一些实施例中，线性致动器可以安装到多个单一材料原料并且可以选择性地使多个单一材料原料中的任何一个的输出与切割器模块的输入对齐。
在一些实施例中，多个单一材料原料的每一个的驱动模块可以由安装到切割器模块的驱动供电部件供电，使得驱动供电模块能够致动单一材料原料的驱动模块，切割模块选择性地与驱动模块对齐。
附图说明
将从在附图中示出的本发明示例性实施例的以下更详细的描述中清楚上述内容，其中，在不同视图中相同的附图标记表示相同的部分。附图不必是按照比例的，反之，重点是阐释本发明的实施例。
图1a示意性地示出用于seme技术的一个实施例，其中，原料200和201的一个或多个卷轴进入seme模块102。seme模块经过输出原料203进入3d打印机204。通入打印机的原料可以包括输入原料(200或201)的任何一个或其不同区段的组合，即，多部件原料。如图1a所示，多部件原料203包括输入原料201的区段与随后的输入原料200的区段。
图1b示意性地示出用于seme技术的另外示例性实施例，其包括在3d打印机104处的原料监控装置600。
图1c示意性地示出用于seme技术的另外示例性实施例，其中，3d打印机104包括图1b的seme模块102和其它部件。
图2a示意性地示出seme技术的一个示例性实施方式，其示出seme模块102。在该配置中，原料进入原料检测器152，并且之后通入输入驱动模块154。可能存在加工其他并联原料的较大数量的类似原料检测器和输入驱动模块对。该原料检测器和输入驱动模块对的一个示例在150处示出。然后，所有这些进料进入合并模块156。然后，原料通入原料检测器156、切割器160、接合器162、原料质量管理模块(fqmm)164、并且最终进入向外驱动模块166。seme模块可以包括具有处理器的控制器168。
图2b示意性地示出seme技术的另外示例性实施方式，其类似于图2a的示例但是不包括接合器或fqmm。
图2c示意性地示出seme的另外示例性实施方式，其包括用于选择原料的滑动选择系统700。
图3a示出原料检测器152的一个实施例的横截面视图，其可以包括机械开关202和壳体204，该壳体约束进入系统的原料200。当原料200进入系统时，该原料200在离开壳体204之前使机械开关202的杆臂206偏斜。
图3b示出原料检测器152的替换实施例的横截面视图，其可以包括具有发射器212和检测器210的非接触传感器。原料200可以进入约束通路214，该通路214由对从发射器21到检测器210的连通可渗透的材料制造，原料200还可以部分地受检测器壳体216约束。
图3c示出被称为滚动轮模块600的原料检测器的另外替换实施例的俯视图，其包括转动编码器602，该转动编码器经由驱动轮606连接到原料200以监控原料的运动。将滚轮608示为在与驱动轮606的相对侧上与输入原料200接触。可以通过线缆604将数据传递到该系统或者从该系统传递数据。
图4示出驱动模块154，其包括接触在系统中的原料200的驱动轮250。将滚轮252示为在与驱动轮250的相对侧上与输入原料200接触。
图5a示出合并模块156，其可以接纳一个或多个输入原料200和201。在最小撤回线300的右侧，内轮廓304向单个原料200离开的恒定直径区段306减小。
图5b是示出合并模块可以如何与切割器模块结合使用以使第一原料的区段与第二原料的区段串联对齐的示例的流程图。
图6a示出切割器模块160的横截面视图，在该示例中，其具有定位为两者均垂直于原料200的中心轴线354的下切割刀片352和上切割刀片330。
图6b示出切割器模块160的替换实施例的前横截面视图，在该示例中，其具有附接到环形构件360的切割刀片362，该环形构件被约束为在绕着中心点364在页面中转动。该环形构件和刀片组件的该转动由驱动模块366经由驱动轮368控制。刀片表面距中心点364是标示为372的距离，而原料200的中心线距该点是表示为370的距离。原料被约束在管状构件358的内部。
图7示出接合器162的一个实施例，其具有用于原料200的包括锥形入口400的约束通路。该模块还具有构造到其中的加热元件402，可以通过动力输入404控制该加热元件。
图8a示出接合器模块162的替换实施例，其包括上块体450和下块体452。上致动器458控制上块体450的位置，而下致动器460控制下块体452的位置。原料200将通过接合器162的区段之间，该原料可以在其中具有中断部456。每一个该区段还可以具有在其中构造的加热元件402或462，通过动力输入404或464控制该加热元件。
图8b是示例性接合过程的流程图。
图9a示出接合模块162的实施例的正视图，其具有用于原料的入口500，该入口具有从约束表面502的内部突出的(一个或多个)构件。
图9b示出入口500的放大三维视图，该入口用于使原料进入图9a的接合器模块162，该入口具有从约束表面502的内部突出的(一个或多个)构件。
图9c示出具有机械连接部508的原料的侧视图以示出热封刀方法，该机械连接部通过将材料从原料的前区段504拖曳返回进入原料的后区段506来形成。
图10a示出fqmm164内部的示例性约束通路550的等轴侧视图。约束通路550具有锥形入口552，在由箭头所示的方向上，前原料区段504可以进入，随后，后原料区段506进入。
图10b示出特征是上滚轮556和下滚轮558的示例性fqmm的等轴侧视图。在由箭头所示的方向上，前原料区段504通过滚轮556、558之间，随后，后原料区段506通过滚轮556、558之间。
图11示出替换接合器模块162的侧横截面视图，其包括壳体526，该壳体具有用于挤出机喷嘴520的在其侧面的通道。挤出机喷嘴包括粘性原料522和致动器524。在该视图中，喷嘴520定位在原料504的前区段和后区段506之间，每一个区段受壳体526的约束。
图12a示出挤出机系统650的一个实施例，该系统是打印机104的一部分，该打印机包括壳体664和阀662，该壳体具有用于输入原料200或201的通道652，该阀可以被致动以将该原料引导到通道660或另外的通道656，通道660可以通向挤出喷嘴658，通道656可以通向废物储藏部654。废物储藏部654可以包括被定位为监控进入材料的材料性质检测传感器668。
图12b-12c示出挤出机系统650的替换实施例，其包括上壳体664，该壳体664具有用于输入原料200或201的通道652。下壳体684通过压力密封连接部678连接到上壳体664，该压力密封连接部允许壳体在它们于680处接合所在的平面中转动。可以安装到上壳体664的致动器674可以经由致动器臂676使下壳体684转动，使得下壳体绕着轴线682(示为虚线)旋转，导致挤出喷嘴658移动到废物储藏部654的入口672，如图12c所示。可以固定到上壳体664的废物储藏部654可以包括被定位为监控进入材料的材料性质检测传感器668。
图12d示出挤出机系统650的另外替换实施例，其包括壳体664，该壳体具有用于输入原料200或201的通道652。通道652通向挤出喷嘴658。致动器674可以控制摆动废物储藏部臂688的位置，该摆动废物储藏部臂安装到壳体664并且能够在绕着标示为690的点在页面中转动。摆动废物储藏部臂688可以包括定位为监控进入材料的材料性质检测传感器668。
图13a示出滑动选择系统700(其提供包含所有驱动模块154的方式)的示例，该系统包括一个或多个原料驱动致动器714，该原料驱动致动器包括滚轮716、驱动轮718、驱动轮传动装置720和原料限制部712。线性致动器702(第一电动机)经由致动臂704控制(一个或多个)驱动致动器714相对于切割器模块710的位置。每一个驱动机构可以致动不同的输入原料200。当第二电动机与第二电动机轴706对齐时，第二电动机708可以致动驱动轮传动装置720。该第二电动机708可以相对于切割器模块710是固定的。
图13b示出具有额外的(一个或多个)切割表面722的图13a的滑动选择系统700的示例。
图14a示出用于seme技术的使用情形，其中，原料200和201的一个或多个管进入seme模块756。seme模块756的多部件原料输出经由可膨胀约束通路750通向3d打印机104。可膨胀约束通路750的示例性实施方式包括由联接器754连接的两个约束管道752，该管道可以具有弹性性质。
图14b示出在seme模块756和3d打印机104之间的包括伸缩管道的示例性缓冲系统。
图14c是示出使用伸缩缓冲系统的缓冲过程的示例的流程图。
图15是示出用于为进入3d打印机的原料加载的示例性方法的流程图。
图16是示出用于准备控制代码以使用多部件原料打印3d模型的示例性过程的流程图。
图17a是使用seme技术的3d打印的示例性打印部分(即，led手电筒的主体的下部)的图片。
图17b示意性地示出led手电筒，其包括完全3d打印的手电筒体(在图17a中示为下部)、电池和led。
具体实施方式
以下是本发明的示例性实施例的描述。
并非限制性地，本文描述的系统的大部分针对能够串联的多材料挤出技术。按照需要，本文提出本发明公开的实施例。然而，公开的实施例仅仅是示例性的，并且应当理解，本公开可以具体为许多不同以及替换的形式。
附图不是按照比例的，并且可以放大或最小化一些特征以示出具体元件的细节，同时，可能已经省略相关元件以防止遮盖某些方面。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应当解释为限制性的，而仅仅是用于权利要求的基础以及用于教导本领域技术人员不同地采用本发明公开的示意基础。附图是为了教导而非限制；示出的实施例针对能够串联的多材料挤出技术。
如本文中所使用的，术语“约”与尺寸、温度或其他物理性质或特性结合使用时是指覆盖可能在大小范围的上限值和下限值之间存在的轻微变化，从而不排除平均起来满足大小的绝大多数但是统计大小可能在该区域之外所在的实施例。例如，在本文公开的实施例中，可以给出尺寸，但是应当理解为这些尺寸并不意味着限制。
如本文中所使用的，术语“打印头”是释放形成3d产品的材料的部件。打印头通常包括热挤出喷嘴，并且还可以包括集成的原料驱动器。在bowden类型3d打印系统中，驱动器从打印头移开。
如本文所使用的，术语“工具路径”是指在打印头和产品支撑部之间的受控制相对运动。该工具路径可以是3d打印机的打印头(即，3d打印机的热挤出喷嘴)制造打印产品遵循的路径。通常，工具路径由软件代码(例如g代码)控制。
如本文所使用的，术语“进料路径”是指原料从源头到打印头的路径，该源头通常是在打印头的高温端中的待熔化细丝的一个或多个卷轴。
如本文中所使用的，术语“联接”是指物理连接，但是可以通过包括例如原料监控器和原料驱动器其他部件进行该连接。
如本文中所使用的，术语“量”与原料结合使用时包括例如细丝的长度、粉末的体积、原料的形成比率等等。
在详细描述本发明公开的方法之前，将讨论使用多个原料制造打印部分的现有方法并且确定其每一者的缺陷。
受欢迎的另外并联进料方法是多个原料并联地进入挤出机所在的一种方法。通过控制每种材料进入所处的容积速率，可以控制离开挤出机的材料的成分。关于该技术的文章表明，该方法具有的较大缺陷是多个进料在离开挤出机之前不完全混合以形成均匀的材料。这可能导致所谓的“多色牙膏”效应，其中，离开挤出机的材料的横截面具有离散的不同色带或其他性质。已经试图向该材料引起较大量的剪切应力以实现静态混合，但是文献表明这并没有解决问题并且产生背压问题。搅拌器使材料混合在一起的主动混合已经表明，尽管这需要重新设计加压机模块但是实现合适的混合。本文公开的能够串联的挤出方法和系统可以与现有挤出机协作，并且不需要依赖混合，由此减少上述并联进料方法具有的复杂修改和混合问题。
此外，主动混合方案(也就是静态混合方案)的另外缺陷是与在标准单一材料熔融沉积成型3d打印机挤出机中相比，混合腔室变得更大。该增加的体积导致用于使材料粘附的表面区域更大。这还可能增加挤出机内部的融合区的大小增加。本领域技术人员可能认识到粘附到混合腔室的表面区域和挤出机喷嘴的内部的该材料将作用以污染之后通过的材料。例如，如果致动蓝色原料进入混合腔室，该蓝色原料可能粘附到腔室、喷嘴、搅拌器的表面以及任何其他暴露的表面。如果接下来致动白色原料进入该腔室，则该白色原料可能与仍然粘附在混合腔室的暴露表面上的蓝色原料的残留混合，从而引起白色原料具有蓝色的色彩。这可能导致在白色材料的末端和蓝色材料的起点之间的较大过渡区域，而非期望的简洁开头。增加的融合区还可能导致较大过渡区域，这是因为存在需要排出的更多材料。这是不利的，因为该过渡区域呈现很大的可变性并且通常变为无用。以下公开的能够串联的挤出系统和方法不需要扩大的混合腔室，由此减少由扩大腔室引起的不利效果。
存在串联进料方案的若干方法，三个常见方法是人工进料材料交换、使用预先制造的多材料原料以及改变在3d打印机挤出机的上游的单一进料材料。人工进料交换是在3d打印过程中人工改变进入3d打印机挤出机的原料。例如，如果正在使用蓝色原料并且在打印的中途将该蓝色原料切换为红色原料，形成的打印部分就将具有蓝色的下部和红色的上部。尽管该方法可以实现多材料部分，但是其是具有许多限制和缺陷的高度人工的过程。例如，该方法可能难以使用小于约5cm的区段。每一次使新原料区段人工地通过挤出机时，挤出机存在堵塞的高风险。还难以使正确长度的原料在正确的时刻通过挤出机以实现期望的多材料打印图案。有时候期望在打印机部分的每一层内具有若干颜色。使用该人工方法，难以保持准确性以及在层之间的可重复性。
在以下公开的能够串联的挤出技术中，自动进行交换材料的过程，因此实现人工无法实现的高度准确的材料加工。这可以实现可以具有非常小区段的准确长度并且可以在较快的速度下产生该准确长度。此外，在若干实施例中，原料的区段在进入挤出机之前连接在一起，这明显地减小现有人工方法具有的堵塞的可能性。
使用预先制造的多材料原料现在可以使用可商业获得的原料成套工具，该成套工具允许小区段的原料人工地连接在一起以形成较长的线串。不同的区段可以是不同的材料，由此允许使用串联方法产生多材料部分。除人工属性之外，该方法的限制还有还是难以使这种原料在正确的时刻进入挤出机以实现期望的多材料打印图案。原料的区段在由挤出机加工时可以分开，这导致不期望的堵塞或其他故障。与该预先制造的多材料原料选择相比，下文公开的所提出的能够串联的挤出方法提供与人工进料交换方法相比具有的优势相同的优势。
已经使用方法(例如应用墨水，以及通过其他非侵入方式引起改变)阐释改变在挤出机的上游的原料。例如，现有技术中已知使原料(例如，细丝)着色使得原料的不同区段具有不同的颜色。已经存在通过改变原料的美观性质(例如，颜色)的这些技术获得一些成功，但是该方法并没有表明允许改变其他材料性质，例如但是不限于，机械性质或传导性。本领域技术人员可能认识到使原料各处具有一致的性质以确保高质量打印机输入是有益的。这在以非侵入方式改变原料的情况下是难以实现的。用于改变原料的性质的墨水、染料或其他化学剂对于打印部分的质量也可以是不利的。下文公开能够串联的挤出方法可以使用已经具有一致性质的材料，由此与这些其他上游方法相比具有优势。此外，这些材料可以彼此明显地不同，从而允许真实的多材料挤出具有较大范围的材料选择。
在本发明中，术语(一个或多个)打印部分是指通过三维(下文缩写为“3d”)打印机制造的(一个或多个)部件，该打印机包括任何其他结构，例如支撑材料、废气结构或在3s打印过程中构造的其他任何相关样品。
当讨论将颜色和多种材料应用到3d打印部分时，考虑多色-分层打印部分、全色打印部分和多色打印部分之间的区别是有益的。熔融沉积成型3d打印方法通常是分层增加制造方法，其中，逐层产生部分。每一层由变为(一个或多个)部分的外表面以及填充物的(一个或多个)轮廓构成，该轮廓变为在该部分的内部上的隐藏结构。为了美观，仅每一层的外轮廓是重要的，这是因为该外轮廓是打印过程完成之后的部分的唯一可见部。多色-分层部分是具有不同颜色的至少两层同时(除过渡区域之外)每一层由一种颜色组成的那些部分。当在熔融沉积成型3d打印机上改变原料时，通常在旧原料结束之处和新原料开始之处之间存在过渡区域。该过渡区域通常是不受期望的，这是因为其可能具有两种材料的混合性质并且可能导致在打印部分中的不同颜色/材料之间缺少清晰的过渡。
全色打印是可以将打印部分的整个可见表面区域制造为任意颜色的一种打印。在全色打印中，潜在打印颜色的数量超过输入颜色的数量。除了将在外部表面上出现的颜色的数量限制为离散的有限数量之外，多色打印类似于全色打印。在多色打印中，潜在打印颜色的数量通常将等于输入原料颜色的数量。尽管这些术语阐释为颜色的术语，但是这些术语还应用于在原料制件不同的所有其他性质。例如，当应用于输入原料的不同机械性质时全色打印概念可以允许具有硬度梯度的部分，该硬度梯度基于具有高弹性模量的原料和具有低弹性模量的原料的适当组合。
可以看出，试图使多材料能力能够用于挤出机的过多现有方案(聚焦于熔融沉积成型3d打印使用的情况)，每个方案存在明显的限制和缺陷。
本公开提供对并联进料方法的替换例，在该替换例中采用串联进料方法。该串联进料是指多种材料串联地而非并联地进入挤出机的事实，或者是指分立的并联挤出机。这提供能够串联的多材料挤出的方法(下文中缩写为seme)。
如上文指出的，挤出技术具有无穷的应用，尽管本文公开的方法提供这些应用中的许多的优势，但是本文公开的该方法将参照其应用于熔融沉积成型3d打印来阐释以阐释其潜在性。然而，本文公开的方法不是将其限制于或专属于在熔融沉积成型3d打印中使用，这是因为其与传统挤出技术相比在除熔融沉积成型3d打印之外的许多应用中提供优势。
将在下文详细描述的由发明人提供的本seme方法具有许多元件，其中，该元件被认为在本申请的申请日之前具有优势并且解决在上述示例中的存在的许多问题。本文公开的seme技术可以在oem阶段结合到熔融沉积成型3d打印机中或者可以作为售后改进增加到现有打印机。售后改进方法更好地阐释本seme方案的一些有益特征，并且将由此作为用于以下描述的框架使用。然而，应当注意，该方法不是专属于作为对现有熔融沉积成型3d打印技术的外部改进的使用。此外，尽管提出以下描述的实施例作为完整系统的部件，但是应当认为每一个部件(及其内的子部件)是非排他的并且可以具有单独的用途。
目前，熔融沉积成型3d打印机具有存储在位置中(通常为卷绕形式)的原料，该原料由打印机在其将原料转化为(一个或多个)3d打印部分时消耗。在该公开中，术语原料是指由3d打印机消耗的输入材料，该输入材料可以是连续的细丝、粉末、球团或任何其他可变形式。为了解释seme技术可以如何与该方法一起使用以使多材料能够打印，将讨论seme模块插入(一个或多个)原料输入和3d打印机挤出机之间时的情况，尽管这不是排他性方式，但是可以集成该技术。该配置可以在图1a中观察到，图1a示出用于seme技术的一个实施例，其中，原料200和201的一个或多个卷轴进入seme模块102。进入打印机104的原料可以包括多个原料源，图1a示出输入原料200和201的两个源头或它们的不同区段的组合，例如图1a中示出的情形，包括输入原料201的区段和随后的输入原料200的区段。如所示的，打印机650包括挤出机650以分配原料。
可以利用输出驱动器将原料从原料源传输到挤出机中。例如，对于细丝原料源，输出驱动器可以是接收球团以及排出材料的挤出机，例如filastrusder装置(http://ww.filastruder.com)。对于3d打印，使用例如具有在原料源和打印头之间的缓冲系统这样的原料源可能是有益的。
如图1b所示，可以将原料监控装置600定位在3d打印机104处。该原料监控装置600监控进入挤出机650的原料的移动并且可以被构造为与seme模块102通信有关原料的移动的数据。该原料监控装置600可以是本文中描述的任何原料监控装置，包括参照图3a-3c描述的装置。如图1c所示，seme技术的部件(例如图1b中显示的那些部件)可以集成到3d打印机104中。
以图1a-1c中所示方式应用seme技术，seme模块102将具有原料200和201的一个或多个输入并且将该输入处理为多部件原料203的单个输出。在seme模块102内，存在若干子系统，该子系统作为整体工作以将输入原料200和201中的一个或多个结合在一起以产生聚集的(多部件)输出原料203。可以使用图2a中所示的步骤使该过程发生，其开始于(一个或多个)原料经过原料检测器。重要的是注意到，尽管这些步骤呈现为在特定顺序中的离散事件，但是这些步骤中的所有步骤可以按照任何不同的顺序在该过程中发生多次。
图2a中所示的八个过程步骤示出本seme技术的一个示例性实施方式，其采用seme模块102。在该配置中，原料进入原料检测器152，并且然后进入输入驱动模块154。可以存在加工并联的其他原料的较大数量的类似原料检测器和输入驱动模块对(一个示例是在150处)。然后，所有这些进料进入合并模块156。然后，原料经过原料检测器158、切割器模块160、进入接合器162、经过原料质量管理模块(fqmm)164、以及最后进入向外驱动模块166，如之前界定的，该向外驱动模块通向seme模块102的末端。以下将更详细地描述该方法的每一个步骤，包括若干替换和增加实施例。
参照图3a，原料检测器152是能够检测原料200是否存在的专用传感器。如图3a所示，原料检测器152包括对原料200利用来行进通过原料检测器152的路径进行干涉的机械开关，该机械开关具有安装到其上的臂。具体地，图3a示出可以包括机械开关202和壳体204的原料检测器152，该壳体约束进入该系统的原料200。当原料200进入该系统时，该原料在离开壳体204之前使机械开关202的杆臂206偏斜。
作为对机械开关的替换，可以使用如图3b所示的非接触传感器，其中，原料可以在该传感器的发射器和检测器之间通过。该传感器可以使用在微波到紫外线范围中的电磁辐射以监控原料是否存在，在这种情形下，这种传感器可以包括但是不限于光学颜色传感器、照相机、激光中断器或者光学中断器。通过监控检测器210的感官输出，已经表明可以实现用于不同类型的原料的唯一标志，从而允许该模块用于不仅识别存在与否还有经过该模块的原料的某些性质。为了将原料定位在非接触传感器内并且为了确保约束路径，可以使用对发射器212到检测器210的辐射可穿过的材料。这种材料可以是但是不限于，聚四氟乙烯(ptee)、pc(聚碳酸酯)、peek(聚醚醚酮)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmaa)。此外，已经表明通过使用一系列相同或不同的这种传感器，能够以较高准确性区分较大范围的原料性质。此外，已经表明通过使用被标定分开一定距离的两个或更多这种传感器，这些传感器可以用于确定原料移动速率以及用于其他标定任务。
作为对机械或非接触开关的替换，可以使用例如图3c中所示的转动滚轮。原料监控装置600包括经由驱动轮606连接到原料200的转动编码器602。传感器602不限于转动编码器并且可以是能够对原料的线性行程进行编码的任何传感器或传感系统。将滚动轮608示为在于驱动轮606的相对侧上与输入原料200接触。可以通过线缆604将数据传递到系统(例如，seme模块)或者从该系统传递。已经表明，为了标定或返回以及用于对原料的准确移动进行准确地编码，这种滚轮可以用于准确地检测原料的前边缘。因此，滚轮允许控制器(例如，图2a-2c的控制器168)监控原料的移动以产生闭环反馈系统，由此导致改善的系统性能。在本发明中，术语控制器是指具有处理器(例如，计算机控制系统)的控制器，该控制器控制seme模块102的操作并且可能构造到seme模块、3d打印机中或者是外部系统的一部分。通常，该控制器是可编程的。在一个示例中，控制器控制seme模块，以及不同的控制器控制打印机工具路径。在另外的示例中，相同的可编程控制器控制seme模块和打印机工具路径。该原料传感器152可以用于向控制器表明原料200是否存在于给定原料输入通道中、原料的速率和行进的距离以及所存在的原料的某些性质。这样，该传感器152能够识别是否存在输入原料200的任何中断，例如是否原料将耗尽。将该传感器152定位在输入驱动模块154的上游允许在进入输入驱动模块154之前检测任何中断的另外功能性，这允许如果发生这种情形就使该系统撤回原料。原料传感器152的优选位置在图2a中示出，然而，应当领会在替换实施例中可以将原料传感器定位在输入驱动模块154的下游。然而注意，如果将原料传感器152定位在输入驱动模块154的下游，那么该系统可能不能撤回原料200，这是因为该原料可能已经完全通过输入驱动模块154。这可能使该系统堵塞并且防止该原料传感器工作，以及因此将原料传感器放置在上游的方案由于能克服该问题所以是有益的。在熔融沉积成型3d打印系统中可以在不同位置处采用原料监控装置(例如，滚轮或光学传感器)以监控原料移动并且提供例如关于原料生产和/或消耗的信息。
输入驱动模块154是负责控制输入原料的位置的系统。输入驱动模块154具有构造在其中的电动机，该电动机能够经由与原料接触(如图4所示)的驱动轮线性地致动原料200。更具体地，图4示出包括驱动轮250的输入驱动模块154，在该系统中该驱动轮与原料200接触。滚动轮252示为在与驱动轮250的相对侧上与输入原料200接触。
每一个输入驱动模块154能够控制每一个输入原料200的定位；因此对于该设计，需要一个输入驱动模块154用于每一个输入原料200。当原料200离开输入驱动模块154时，其通过约束通路。该通路可以由具有低摩擦表面的管道制造，该管道例如但不限于聚四氟乙烯(ptfe)管道。
合并模块是产生光滑通路的部件以合并为如图5a所示的单个路径，其中该通路用于输入驱动模块的一个或多个输出，图5a示出接纳一个或多个输入原料200或201的合并模块156。合并模块156可以包括引导壳体302、第一入口端口308、至少一个第二入口端口310、由内轮廓304形成的锥形引导通道和出口端口312。在最小撤回线300的右侧，内轮廓向单个原料200离开的恒定直径区段306减小。输入原料可以朝向该恒定直径区段306成角度地进入合并模块156以减小原料适应该区段时所需的变形。
在合并模块的出口中的单个路径通常仅仅足够大以容纳单个原料200并且由此为了一个原料200经过合并模块156，可能需要所有其他原料撤回如图5a所示的最小撤回线。可以通过输入驱动模块154完成该撤回，该输入驱动模块在每个原料200的定位方面具有独立的控制。
图5b是示出合并模块156如何与切割器模块结合使用以使第一原料的区段与第二原料的区段串联对齐的示例性过程的流程图。参照图6a和6b描述的示例性切割器模块160。如图5b中所示，使用合并模块和切割器模块制造串联对齐的原料的区段的过程首先将第一原料200和第二原料201定位在合并模块156的附件并且在最小撤回线300处或近端。接下来，第一原料前进超过最小撤回线300并且经过合并模块156。第一原料前进超过合并模块156规定量并且利用切割器模块切割以提供第一原料的具有近端的初始区段。该过程继续以将第一原料200撤回到最小撤回线300，以及第二原料201前进超过最小撤回线并且经过合并模块156，第二原料的前边缘朝向第一原料的初始区段的近端前进，以及第二原料前进超过合并模块规定量，第二原料与第一原料的初始区段一起行进。还可以利用切割器模块切割第二原料201(未示出)以提供与第一原料的初始区段串联对齐的第二原料的区段。
回到图2a-2c，另外的原料检测器158可以跟在合并模块156的后面并且可以用于确定每一个输入原料200的绝对位置。该原料检测器158在设计方面可以类似于图3a-3c中所示出的以及上述那些原料检测器。原料检测器158的一个使用可以用于确定采用称为返回的过程的每个原料200的绝对位置。在返回过程中，将使用各自的输入驱动模块154朝向原料检测器158驱动一个原料200直到原料检测器158检测到原料200。基于原料检测器158和那个输入驱动模块之间的已知距离，控制器将获得原料200的绝对位置。可以对每个原料重复该过程。当将原料检测器158有策略地放置超过合并模块156时，可以使用一个原料检测器158用于任何数量的输入原料。替换方法可以是使用一个原料检测器158用于在合并模块156之前的每一个输入原料，同时，原料仍然是并联的。这允许原料同时地而非如上所述的顺序地发生返回。
切割器模块负责分割/切割原料。图6a示出切割器模块160，在该示例中，该切割器模块具有下切割刀片352和上切割刀片350，两个刀片均定位为垂直于原料200的中心轴线354。如图6a所示，通过剪切在(一个或多个)锋利刀片350和352之间的原料来完成分割/切割，通过机械电磁阀或其他方法致动上述刀片。垂直于原料的中心轴线来切割原料可能具有优势，这将在以下接合器模块162的描述中进行讨论。
作为替换，提出如在图6b中示出的转动切割模块。在该示例中，切割刀片362附接到环形构件360，该环形构件被约束为绕着中心点364在页面中转动。经由驱动轮368通过驱动模块366控制环形构件和刀片组件的转动。当通过驱动模块366使该组件转动时，刀片可以靠近地经过管状构件358，由此剪切可能从管道358突出的原料并且有效地切割/分割该原料。如在图6b的示例中所示的，管道358的末端可以作为在刀片后方的切割表面起作用，其中，可以将刀片362认为是位于图的平面中并且管道358的末端定位在该平面的后方。在刀片的另一侧上还可以存在类似于构件358的另外构件以作为第二切割表面起作用并且向原料提供约束路径以在通过切割器模块160之后行进经过。刀片表面距中心点364标示为距离372，同时，原料200的中心线距该点标示为距离370。优选地，该距离372比标示为370的距离足够小以确保刀片完全通过整个原料200以实现完整分割。在该转动切割系统中，由于刀片与原料接合，所以刀片具有已经表明减小切割原料所需的力的剪切和滑动两者的运动。通过选择合适的距离370和372，转动切割系统可以变为提供可以更小冲击、更有效并且需要较小功率驱动模块366的优化的切割过程。该系统的其他优势包括紧凑、快速以及通过在顺时针和逆时针两个方向利用刀片的不同部分进行切割以改善刀片寿命循环的能力。
在可选实施例中，可以使用具有弯曲切割表面的刀片以进一步减小切割原料所需的冲击。在另外的可选实施例中，可以加热切割介质以减小分割原料所需的力的大小。在另外的可选实施例中，作为对机械致动刀片的替换，切割模块160可以使用激光以切穿原料。
接合器模块162负责将原料的区段熔融在一起。在下文中将该熔融过程称为接合并且结合部构造为接合部。这已经使用人工装置实现，但是认为图7中的自动接合的方法及之后讨论的替换实施例是这种类型的第一次公开并且是改进。图7示出具有约束通路(例如，通道)401的接合器模块162，该通路具有用于原料200的锥形入口400。该模块还可以具有构造在其中的加热元件402，可以通过电力输入404控制该加热元件。约束通路可以包括任何方便的材料，例如但是不限于，ptfe、pc、pmma、peek或包括金属合金的各种金属。
与熔融沉积成型3d打印一起使用的这种时候的应用中常见类型的原料是热塑性塑料，因此，将讨论这种材料类型的接合。注意，尽管此处的讨论聚焦于热塑性塑料，但是该技术不专属与该材料类型。在本文公开的seme过程中，将原料区段接合在一起以形成能够通入挤出机的连续的原料，因此，接合应当呈现足够的机械完整性以及几何形状连续性以成功经历该过程。
(一个或多个)输入驱动模块154将与向外驱动模块166结合而一起工作以使原料中的间断相对于接合器模块162定位。在本公开中，术语间断是指第一原料区段遇到第二原料区段所在的原料的离散位置。已经发现，在原料中的间断处的接合表面之间的压力对接合的完整性具有影响，并且可以通过驱动模块166或不同方法来控制该压力。影响接合的完整性的另外的因素是两件原料遇见的接合表面的优良程度，理想情况下该表面绝对平行并且具有100％的接触。这就是切割器模块160能够产生如上所述可反复的且垂直的切割具有优势的原因。
在一个实施例中，如图7所示的接合器模块162具有用于原料的约束通路401，该原料的长度在0.1mm到100mm之间的范围中。接合器模块162还具有能够加热该模块的构造在其中的加热元件402。接合器模块162可以使用热量和压力以将能量传递进入原料的该间断中以使区段结合。可以使用热量以增加热塑性塑料原料内的扩散速率从而用于引起交联和将区段结合在一起的其他现象的产生。尽管可以在原料中的间断在接合器模块162内是停滞时发生接合，但是替换例是下文中的方法，将该方法称为“拖曳封闭(dragseal)”方法，其中，通过向内驱动模块154和向外驱动模块166的协调控制，原料连续地移动经过接合器模块162。该拖曳封闭方法还可以分别包括原料在接合器内不移动所处的停滞或或反向移动所处的反向时间段。拖曳封闭方法是对停滞方法的改善，这是因为拖曳封闭方法防止原料粘接在接合器的内表面并且在原料的接合器区域中生成光滑外表面。本领域技术人员可以认识到在载荷下的构件的表面中的间断引起应力集中，这可以使破裂开始传播并且导致故障。有益的是原料的表面是光滑的以保证结构完整性，从而防止原料在到挤出机的过程中卡在任何地方并且防止原料在挤出机中堵塞。此外，通过在原料的表面上拖曳材料，在每个材料中的聚合体链将沿着原料的中心轴线对齐，这可以引起强化。已经发现，在接合器模块中的与原料接触的材料可以对拖曳封闭的性能产生影响。使用的某些材料(包括但是不限于铜、不锈钢、铝、钛和黄铜)可以很大地促进拖曳效应，但是在接合器的不期望产生拖曳效应的区域中优选材料例如但是不限于材料聚缩醛材料(例如delrin、pmma、ptfe(例如teflon))和聚乙烯(pe)。在接合器中可以使用两个或更多不同材料。在优选实施例中，在接合器中使用铝表面以促进拖曳效应，并且在接合器的不期望拖曳效应所在的其他区域中使用ptfe表面。
已经发现，为了在原料的区段之间实现高质量、可重复的接合，优选地准确控制上述因素，包括但是不限于接合表面的表面压力、施加的能量(热量)和拖曳封闭速度。热塑性塑料为该方案增加复杂性的两种性质是当材料的温度达到所谓的玻璃转换温度时热塑性塑料呈现为变软，以及达到高温时热塑性塑料易于膨胀。该玻璃转换温度在材料的融化温度(定义为材料的结晶状态的融化温度)以下，并且在一些情形下可以明显更低。这可能代表加工挑战，这是因为变软的材料损失很多刚性，意味着通过向内驱动模块154和向外驱动模块166对原料的致动可能不能实现变软区域的期望致动。
此外，原料的膨胀可能引起在原料外表面和seme模块102的接合器和其他部件的约束表面之间的压力增加，这可能引起堵塞。当经过seme系统的原料流动暂停以及在接合器模块中的原料温度明显上升时，原料的膨胀可能变为明显的问题。对该问题提出的方法是使用能够打开和闭合的多区段接合模具。为了方便阐释，将使用两个部分的模具。如图8a所示，该模具划分成两个部分，例如两半，但是应当注意可以使用以任何比例划分的任何数量的区段(例如，块体)。还应当注意，模具的每一个区段(例如，块体)可以由不同材料组成以优化之前描述的拖曳封闭特性和热特性。
图8a中示出的非限制性、替换实施例示出包括上块体450和下块体452的接合器模块162，上块体界定上表面403，下块体界定下表面405。致动器458控制上块体450的位置。致动器460控制下块体452的位置。可能在其中具有间断456的原料200将在接合器模块162的区段之间(例如，在上表面403和下表面405之间)通过。每一个区块还可以具有构造在其中的加热元件402或462，控制通过动力输入404或464控制该加热元件。
可以电磁地致动两个部分的模具以确保当需要发生接合时接合器正好是激活的(并且与原料接触)。可以按照需要由系统独立地致动模具的每一个区段。可以独立地控制每一个模具区段的温度从而允许加热原料的横截面的部分以用于接合，同时，(一个或多个)另外的区段可以保持在较低温度处。通过将原料的横截面的一部分保持在较低温度处，优选地，在低于被接合的(一个或多个)材料的玻璃转换温度处，可能存在被保持的合适的刚度以用于更好的加工控制。(一个或多个)较低温度的模具部分可以通过标准装置进行冷却或保持为环境温度或进行加热。该公开可以提供明显的改善，其中，由于允许可能导致更高质量输出的改善的控制所以原料的横截面进行非一致地加工。
上述多区段模具可能导致具有不一致性质的原料，并且可能需要后续的在其他方向的接合操作。在简单的示例中，原料可以从初始接合器模块进入绕着原料的中心轴线转动180度的第二接合器模块，从而允许之前接合的横截面的(一个或多个)区段这时作为刚性区段起作用，同时，在之前接合的刚性区段现在可以进行加热和接合。该方法不限于一个或两个接合器模块，并且可以使用任何数量，其中每一个接合器可以是不同的并且可以在接合器模块中的每一个接合动作之后存在原料质量管理模块164(下文缩写为fqmm)。
将原料的区段接合在一起的过程具有若干可控因素，包括原料行进速率、原料暂停次数、接合器区段温度、接合器打开和关闭速率等等。可以通过seme模块的控制器直接地控制许多因素，从而允许可预编程和可重复的接合具有顺序。
图8b是使用接合器162的示例性接合过程的流程图。为了准备接合序列，可以分别使用向内驱动模块154和向外驱动模块168以将多部件原料中的间断定位在接合器162的入口附近。下块体452可以定位为与原料接触并且保持在低于被接合区段的玻璃转换温度的温度处。上块体450可以保持在被接合材料的融化温度以上的高温处。为了开始接合序列，上块体450可以降低到与原料接触。然后，间断456可以通过向内驱动模块154和向外驱动模块168的协调向前运动而进入接合器。然后，可以将该间断保持在接合器162中的合适的位置若干秒以允许能量传递进入原料。尽管向外驱动模块168保持为固定，但是向内驱动模块156可以朝向接合器向内致动随后的原料，从而在间断处引起压缩力。然后，向内驱动模块156可以使随后的原料反向而远离接合器，从而释放压缩力。然后，向内驱动模块154和向外驱动模块168可以分别使间断定位为往复经过接合器若干次以摇动接合区域从而引起更好的接合。然后，当间断移动超过接合器进入fqmm164中时，上接合器块体450可以打开。在按次序的每个步骤之间可以存在暂停。还应当注意，尽管该步骤描述为串联的，但是它们可以并联地发生。例如，在上述接合顺序的开始，间断456可以经过接合器162，同时，上块体450闭合。
在优选实施例中，可以在接合方法和相关装置中使用teflon(ptfe)和铝材料。将接合器模块分为两半(例如，块体)，类似于图8a中示出的接合器。接合器的第一块体是ptfe材料，并且永久地定位为与行进超过其的原料接触。因此，接合器的该部分不致动远离或接触原料。ptfe材料不进行加热或冷却，但是保持在环境温度处。ptfe块体的接触原料的表面是光滑的。基于ptfe材料的光滑表面和材料性质，原料不粘附于接合器的ptfe部分。无论原料是固体或融化液体的状态，都是这样的情况。这意味着由于接合器的该部分不拖曳任何材料所以不促进拖曳封闭效应。反之，原料从该部分滑脱并且以最小摩擦经过该部分。由于与原料接触的第一块体或至少第一块体的表面在环境温度处，所以与第一块体接触的原料保持在环境温度处或附近，该环境温度通常低于原料的玻璃转换温度。因此，原料的面向第一块体的部分保持在足够坚硬的状态。在高于玻璃转换温度处，原料可以非常柔软并且难以控制。
由铝制造接合器的其他部分，例如第二块体。通过类似于图8a中的加热器402的筒式加热器加热该部分。第二块体能够通过在seme模块的控制下的电动机来摆动而接触原料。当接合器的该高温区段接触原料时，其将热量传递进入原料，从而引起原料快速融化。融化的原料易于粘附铝的接触原料的表面。这就是所认为的促进拖曳封闭效应在接合器的该一半上产生。来自第一原料区段的材料粘接该铝，并且当在多部件原料中的间断向前经过时，粘附的材料在第二、相邻原料区段上被向后拖动。如果接合器的高温部分由ptfe制造，原料就可能不粘附接合器的该部分。优选地，铝不进行抛光精加工，否则融化的塑料可能足以粘附该铝。未遵守具体理论的情形下，认为接触原料的铝表面的纹理和材料性质有助于拖曳封闭过程。可以使用除铝之外的其他材料，例如，钢、黄铜、铜等等。在接合的该方法中，接合器打开和闭合的能力是有益的，使得接合器优选地在接合期间仅融化和拖曳材料。此外，使用不同材料(例如，一种材料拖曳原料而一种材料不拖曳原料)是有益的。
以下将描述若干替换接合方法。重要的是注意，包括上述那些方法的所有这些方法可以在简化的方式存在或者可以作为上述拖曳封闭方法或多区段模具方法使用以允许利用这些方法实现类似的优势。称为注射粘结剂方法的替换接合方法在图11中示出，其中，接合器模块162包括壳体526，该壳体具有在其侧面的通道以用于挤出机喷嘴520。挤出机喷嘴可以包括粘性原料522和致动器524。该粘性原料522可以是树脂、胶水、蜂蜡、热塑性塑料、热固塑料、染料或与经过接合器模块162加工的原料相同或不同的任何其他材料。尽管在图11中示出单个挤出机喷嘴520，但是该系统可以包括在接合器模块162的不同位置处的多个类似或不同的挤出机喷嘴。该原料522可以是固体、液体或气体形式并且为了简单仅仅示为类似于原料504和506固体。致动器524由控制器控制以负责控制粘性原料的沉积。在图11中，挤出机喷嘴520定位在原料的前区段504和随后的区段506之间，其中，可以在原料的区段之间的间断中存在间隙。在本发明的将区段结合在一起或者局部地改变原料的性质中，该系统使粘性原料沉积进入壳体526。可以将该粘性原料相对于壳体526沉积原料区段504和506上、它们之间或任何其他位置。可以控制粘性原料的温度以允许更好的扩散结合以促进固化或用于任何其他热优势。
在接合系统中使用粘性原料与其他方法相比是改善，这是因为其引入新物质，该新物质可以具有被修改的性质以帮助实现期望的结果。例如，为了使用通过简单热加工可能不能合适地结合的两种原料，可以选择粘性原料以合适地允许该原料使用其他方式来结合。
在具体情形中，粘性材料522可以是所谓的“清洁原料”，其在挤出过程中使用以帮助清洁和净化来自挤出机内的材料。这对于整个seme过程是有益的，由于其在新材料进入挤出机时允许从一种材料到下一种材料的更快速的过渡。
粘结剂注射方法的另外优势是如所述的，其可以用于不仅是注射粘结剂以使原料区段结合。该方法还可以用于注射允许原料具有新性质(例如，颜色、传导性、磁极或任何其他性质)的材料。当原料经过接合器模块162时，这种性质可以应用于局部方式或连续方式的原料。
可以理解，为了使接合发生，可能需要将能量施加到(一个或多个)材料的待接合的区域以以允许结合发生。尽管已经证明上述直接加热是有效的，但是存在若干替换以实现这种能量，例如使用超声波、光学元件(激光、led等)等。通过将超声波能量传递到待接合的原料区段，并结合通过输入驱动模块和输出驱动模块在待接合的表面施加合适的压力，可以接合原料的区段。该方法的优势是超声波过程很好理解并且可以基于发生器控制(一个或多个)超声波模块而进行微调。此外，该方法导致较少局部加热，这对确保之前讨论的原料的质量是有益的。
或者，可以使用激光能量，其中，激光聚焦在原料中的间断上或附近，类似地，当与通过向内驱动模块和向外驱动模块施加在待接合的表面上的合适压力结合时，允许原料的区段接合。激光能量不限于在可见光谱中的波长，并且可以包括使用从微波到紫外线的光谱中的电磁辐射。可能最佳的是将能量源调整在被加工原料的特有吸收峰值附近。可能需要多个能量源以允许从被加工原料周围的不同区域施加能量。该方法的优势类似于超声波方法的优势，因为该方法可以通过驱动激光的发生器或其他能量源(例如，但是不限于，发光二极管(led))来更好地控制。利用合适的调整和透镜或通过其他装置聚焦，这些能量源能够聚焦于非常小的区域(相对于原料的大小)。因此，这些能量源可以作用以将能量增加到经过原料的中间的接合区域。能量可以朝向外部耗散从而导致更各向异性的性质，这是优选的。
当使用任何前述方法将能量增加到原料的待接合区域时，本领域技术人员可以认识到期望的结合部分地依赖原料中产生该结合的扩散过程。对于将热塑性塑料接合在一起的情形，两种材料可以经由导致强共价键的共聚协作用形成块体共聚物。然而，对于其他材料，共聚协作用和其他潜在的结合机制是不可能的，因此化学结合不是可行的接合方案。本文公开方法以克服产生机械结合从而修补被接合原料的间断的限制。在下文中称为图9a和9b中所示的“热封刀方法”的该方法包括图7中示出的简单的接合配置，并增加一个或多个突出进入在接合器的内部上的约束通路(例如，通道)的构件。为了简化，尽管可以有导致不同的表面性质和纹理的任何数量(包括，若需要则由较大数量)，但是仅示出单个突出构件。更具体地，图9a示出接合器模块162的正视图，该接合器模块具有用于原料的入口500，该入口具有从约束通道501的内表面突出的(一个或多个)构件。图9b示出入口500的放大三维(3d)视图，该入口用于使原料进入接合器模块162并且具有从约束通道501的内表面突出的(一个或多个)构件502。可选地，可以致动(一个或多个)构件502以移动进入或离开通道501。在一个示例中，当原料的间断定位在通道内时，(一个或多个)构件502被加热并且可以被致动进入通道501。(一个或多个)构件502还可以与图8a的接合器模块162的多部件模具450、452结合使用。
这些(一个或多个)构件502可能干涉原料经过接合器模块162的约束通道的路径，从而使原料部分地环流和/或部分地由这些突出拖曳。该机构将通过拖曳材料防止第一材料经过、返回进入和/或围绕第二材料来实现待接合区段之间的连接，如图9c所示。
图9c示出具有机械连接部508的原料的侧视图以示出热封刀方法，该机械连接部是通过使材料从原料504的前区段拖曳返回进入和/或围绕随后的原料506的区段来形成。该过程可能引起材料变得机械缠绕(例如，网状)以及由此实现期望的接合效果。因为其可以允许不相似材料连接在一起所以上述情形是有益的，以及当其他结合方法(例如化学结合)不可能时是尤其有益的。与简单接合方法相比，该热封刀方法还可以作为对上述多部件模具方法和拖曳封闭方法的修改来实施以实现相同的优势。
fqmm负责确保原料是合适的质量以在seme过程中向前移动并且成功经历朝向挤出机的剩余过程。fqmm的两个主要期望结果是：确保原料具有光滑一致的横截面，以及确保原料热稳定。如之前讨论的，拖曳封闭方法尽管具有引入多区段接合模具仍然是用于确保原料具有光滑外表面的有效方案，但是“闪点(flashing)”可能在接合模具的接合区段之间形成。术语“闪点”是指可以从在模具中接合部分的区段之间的(一个或多个)成型腔逸出、并且可以形成该部分的主体的突出的材料。此外，基于在经过热封刀、拖曳封闭后任何其他过程时发生的来自原料的不同部分的材料的移动，形成的间断区域可能具有缺失材料的空隙或空穴。即，如果材料从向前的位置移动到随后的位置，可能在所述向前的位置处存在所导致的缺少材料。已经发现，使原料直接从接合器模块进入约束通路可能在平滑从原料表面的任何突起方面是有效的，其中，约束通路的横截面的大小减小到接近于原料的横截面大小。此外，约束通路可以作为模具或成形腔起作用以修复可能存在的任何空隙或空穴。在一个示例中，可以通过使用向内驱动模块或向外驱动模块来先将间断定位在约束通路的内部以实现上述情形。接下来，驱动模块可以对原料施加轴向压缩以促进在间断附近的可成形材料向外膨胀以适应通路的形状，由此有效地填充任何空隙或空穴。
另外的方法是使原料经过具有与原料的横截面相似的横截面的两个或多个滚轮，这可以类似地平滑来自原料表面的突出。在两种情形下，确保制造这些部件的材料具有良好的热传导性和低摩擦系数是有益的，其中，这些材料可以是但是不限于铜、铝、黄铜、钢、ptfe或pmma。约束通路方法和滚轮方法分别在图10a和10b中示出。
图10a示出在fqmm164的内部的约束通路550的等轴侧视图。约束通路550可以具有锥形入口552，在箭头所示的方向上前原料区段504以及之后随后的原料区域506可以进入该入口。图10b示出fqmm的等轴侧视图，其特征是上滚轮556和下滚轮558。在箭头所示的方向上，前原料区段504以及之后随后的原料区段506在滚轮556和558之间经过。
为了保证原料是热稳定的，有益地控制在接合期间可能已经被加热的原料的冷却。这可以通过控制在接合器模块和向外驱动模块之间的行进长度和时间以及该区域中的热传递来实现。对于该约束方法，可以通过自由对流、强制对流、peltier对流、流体冷却或移除热量的其他方式冷却约束原料的材料。对于滚轮情形，可以类似地使用自由对流、强制对流、peltier对流、流体冷却或移除热量的其他方式冷却滚轮以及暴露的原料。
向外驱动模块16(图2a)负责用于控制离开seme模块102的原料的线性位置。向外驱动模块166提供有益性，由于当被相对于输入驱动模块154控制时，该向外驱动模块可以在这两个模块之间的原料内产生压力，如之前所述的这是有益的。此外，通过与向内原料相独立地控制向外原料，该系统保持对原料较好的控制，从而减缓如果向外原料不受控制以及易受在其下游施加的力的影响就可能发生的问题。向外驱动模块基本等同于图4中所示的输入驱动模块154。这包括使原料传感器152嵌在驱动模块166内或放置在驱动模块166的前方或后方的能力。如提到的，原料传感器152可以用于向控制器表示原料200是否存在、其速率和行进的距离以及存在的原料的某些性质。控制器能够知晓关于在seme过程中的该阶段处存在的原料的该信息以提供准确的闭环反馈是有益的，该闭环反馈可以用于但不限于用于增强性能、检测故障以及用于标定。
存在seme技术的可以增强其功能的质量以及提供独立效用的很多可选特征。以下将讨论其中的若干，包括原料缓冲器、原料监控装置(例如，滚动轮)和用于净化、过渡管理等的在高温端的转向器设计。
已知熔融沉积成型3d打印机可以在给定打印过程以不同的速率加工/消耗原料。理想情况下，本文公开的seme过程优选地以与3d打印机消耗原料的相同速率加工原料，但是由于两个主要原因导致上述情况难以实现。首先，seme过程具有可能是速率独立的若干步骤，例如，接合过程，其中，原料以规定速率经过(一个或多个)接合器模块162以实现适当接合。其次，已知熔融沉积成型3d打印机挤出机驱动模块在打印期间通常“跳过”或暂时失去对输入原料的支配，这导致3d打印机对与基于计算机程序控制的原始规定的不同的原料量进行加工。
因此，本公开提供原料缓冲器，其包括在seme模块102的输出和进入3d打印机挤出机的输入之间的区域，该区域作为缓冲器起作用以容纳在原料消耗和生产之间的不匹配。在将原料部分地约束在seme模块102和3d打印机挤出机之间的情形中，可以通过在原料中留下“闲置部”来实现上述缓冲器，该闲置部允许原料膨胀和收缩给定量而不破裂。对于卷绕原料的具体方案是留下一个或多个不受约束的环圈，该环圈能够基于3d打印机消耗原料和seme模块102生成原料的相对速度来膨胀或收缩。
然而，可以优选的在seme模块102和3d打印机挤出机之间具有约束或部分地约束的路径，在该情形下，可以使用其他方法以产生有效缓冲器。用于原料的约束可以是软管、管道或者能够限制原料行进的其他元件，该约束在下文中称为“约束缓冲器管道”，其一个示例在图14a中的752处示出。另外的示例在图14b中示出。当原料行进到3d打印机时，约束缓冲器管道还保护原料，例如放止原料绞缠或缠结。
已经示出，通过将约束缓冲器管道752划分为两个或多个区段可以产生足够的缓冲器，其中，一个区段可能能够穿过另一个区段或在另一个区段的上方以形成伸缩机构。即，较小直径的约束管道的一部分插入较大直径的约束管道的一部分内，并且两个管道在原料进入和挤出期间相对于彼此可伸缩地移动。在该示例中，当缓冲器需要收缩时，通过使一个管道行进到另一个管道的内部以有效地缩短约束管道系统而不影响在其内部的原料，由此约束缓冲器管道将容纳该收缩。相反地，为了使缓冲器膨胀，约束缓冲器管道752可以相对于彼此舒展开，从而有效地使该约束管道系统伸长而不影响内部的原料。优选地使用低摩擦材料用于缓冲器系统，例如但是不限于pmma、pe、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、ptfe或丙烯脯二乙烯丁二烯树脂(abs)。该系统还可以实现类似效果而不需要伸缩机构，其中，约束缓冲管道752的不同区段相对于彼此膨胀和收缩，由此在区段膨胀时产生间隙而在区段收缩时闭合间隙。
图14b示出在seme模块756和3d打印机104之间的示例性约束缓冲器系统，该系统包括伸缩管道。在图14b中示出的该伸缩缓冲器系统可以用在任何预挤出进料系统中(例如，seme)并且与标准进料约束系统相比提供若干优势。在seme模块102和3d打印机的挤出机650之间的伸缩约束系统允许约束长度是可变地。
图14c是示出使用图14b的伸缩缓冲系统进行缓冲的示例性过程的流程图。该过程可以开始于管道760和762之间的重叠764一定量，这可以认为是缓冲器系统的中性状态。注意，假设原料充分地保持固定在seme模块102和挤出机650两者的内部，除非原料被各自的控制器致动。当挤出机650将原料203吸入时，在挤出机和seme模块102之间的原料的长度将减小并且由此需要约束缓冲器区域的长度减小。在该情形下，由于内管道760在外管道762的内部进一步移动，所以重叠区域764的长度将增加。在该动作期间，原料将在原料监控装置(例如，滚轮)600和外管道762的内部行进，但是原料相对于内管道760仍然保持静止，这是因为seme模块将原料保持为固定的。在该情形下，尽管seme模块不生产任何原料而挤出机能够消耗原料，示出缓冲器系统如何能够使原料的消耗速率和生产速率分开。类似地，当seme模块102产生多部件原料203时，原料将相对于内管道760移动但是不引起原料在外管道762或滚轮600的内部移动。这将引起内管道760在外管道762的内部移动，从而使重叠区域764减小返回到中性状态。这示出缓冲器系统如何能够将原料产生从seme模块102隔离，从而当挤出机650消耗原料时允许滚轮600仅仅记录原料的运动。滚轮600经由线缆604将该挤出机650原料消耗量信息传递到seme模块102，以保证seme模块102可以对缓冲器进行补充而试图将缓冲器保持在其中性状态764。
在上述示例中，通过比较由滚轮600测量的原料消耗量和seme模块102的原料产生而间接地保持缓冲器系统。或者，可以通过使用线性编码器等直接测量缓冲器重叠764的量来保持该缓冲器系统。例如，可以跟踪缓冲器的大小的原料监控器可以定位在原料源(例如，seme模块102)和挤出机650之间。缓冲器系统还可以具有构造在其中的物理止挡部或弹簧以限制伸缩机构的运动范围。
替换方案是控制seme模块102的输出相对于3d打印机的位置，从而确保原料保持在合理的张力下以及由此基本不需要缓冲器。
为了使seme模块102以与3d打印机的速率相匹配的速率生产原料，知晓3d打印机消耗原料的速率是有益的。在本申请的申请日之前尽管本领域技术人员可能认识到原料消耗量通常不等于由控制代码预计的原料消耗量，但是理论上，该信息可以从控制打印机的数据文件(下文中称为“控制代码”)中提取。通过因素(包括被挤出原料的硬度和直径、在3d打印机中的挤出机模块内的几何可变性以及许多其他因素)引入可变性。
不直接使用控制代码，替换方案是从控制3d打印机的挤出的机电系统提取数据。可以通过侵入或非侵入方式提取数据。例如，可以通过读取和翻译发送到3d打印机挤出机电动机的电信号来实现该采集以确定电动机在给定时间段期间将挤出多少材料。可以使用seme模块的控制器结合控制代码来使用该读取以跟踪3d打印机经过控制代码的进程(在下文中称为“跟踪过程”)。
如之前讨论的，尽管提出的上述两个方案允许seme模块监控理论原料消耗量，但是在绝大多数3d打印加压机上的开环反馈系统对于使该理论消耗量匹配在一段时间期间的真实消耗量是不够准确。这些方法的另一个缺陷是当考虑将seme技术作为外部改进使用时认识到的，这是因为许多熔融沉积成型3d打印机的设计并不相同并且使用不同类型的机电部件，由此可能难以确保与这些方案的兼容性。
以下描述替换实施例，其中使用原料监控。在某些实施例中，原料监控装置包括“滚轮”。该原料监控方案不仅确保可靠的速率匹配还与熔融沉积成型3d打印机更普遍地兼容。该公开提供放置为与进入3d打印机(或在其内部)的原料对齐的装置，该装置能够监控原料的移动。该装置与图3c中所示的对原料的移动进行编码以供控制器使用的装置是基本相同的。在实施例中，类似于图10b中示出的滚轮，该装置的驱动轮606和滚动轮608的大小和材料是相同的。在3d打印机具有已经构造在其中的该类型的传感器的情形下，则可以同样地使用来自已经构造在其中的滚动轮的数据。
当在任何测量系统中时，发生测量过程时期望原料监控装置(例如，滚动轮)不改变正在进行测量的介质。在监控装置中使用刚性滚轮在原料经过该装置时可能引起原料被压缩以及由此伸长。使用非刚性滚轮(例如由呈现弹性体性质的材料制造的那些滚轮)可能增加原料在经过滚轮时不受影响的可能性。
为了使滚轮实现对原料形成的更准确读取，优选地，减小以及可能地消除在原料和滚轮之间的滑脱。因此，使用具有足够弹性的材料(例如，橡胶或聚氨酯)来支配原料可能是有益的。还优选的是滚轮能够以较小转动摩擦来转动。这可以通过使用低摩擦轴承来实现。此外，滚轮的对称布置(例如，几何形状、大小和/或成分)是特别有益的。例如，相同成分的滚轮可以避免在滚轮上的温度的不对称效应。
滚轮可以测量3d打印机的实际原料消耗量，这使seme模块能够匹配或者以其他方式响应于实际/真实原料消耗量而非可能不是很准确的理论消耗量。此外，使用滚轮的该实际原料监控可以与控制代码一起使用以跟踪打印机的进程，从而允许更准确的跟踪过程。可以在控制代码中增加或隔离下文中称为“脉冲(pings)”的离散事件，其中，控制器可以使用该控制代码比较滚轮数据。例如，脉冲序列(pingsequence)可以插入控制代码以引起3d打印机暂停10秒、拖动原料5秒然后暂停5秒。在原料的移动中可以将该脉冲序列作为相应签名进行检测。
在具体实施方式中，seme模块电连接(即，经由有线连接或无线连接)到3d打印机，使得可以发生两路通信。然而，当作为与3d打印机一起使用单独的附件来实施seme技术时，可能难于建立这种连接。然而，采用允许打印机和seme模块通信的“脉冲(pinging)”是方便的。实施脉冲的一种方式是通过将签名插入打印机的原料消耗，例如，本文中其他地方描述的高-低-高序列(参见例如，示例3)。这是简洁的方案，因为除了已经采用的原料监控器之外其不需要额外的传感器。
存在其他方式以在3d打印机和seme模块之间发生脉冲。一个示例是在打印机处安装可以由打印头接触的开关。该开关可以很小使得其能够容易地适合任何打印机并且不干涉打印过程。在该情形下为了使打印机脉冲，可以对脉冲序列进行编程以引起打印头移动到并且致动该开关。
在3d打印机挤出机原料消耗量偏离由控制代码预计的理论消耗量的情形下，可以在seme模块补偿差值所在的地方采取所谓的“校正动作”，以将该系统带回到同步。例如，如果滚轮检测到3d打印机已经使用100.0mm的原料，但是经过其跟踪序列确定在控制代码的那点处打印机理论上应当消耗101.0mm的原料，则可以计算3d打印机挤出不足约1个百分点。然后，可以使用该动作以进行校正动作并且对seme模块进行标定以生产缩减约1个百分点的原料长度以不仅校正1mm偏差还保证该错误不继续增长。通过算法，已经表明控制器可以跟踪错误数据并且通过数据分析微调控制设置来最小化在该系统中的这种错误。
注意，对于具有多个原料的熔融沉积成型3d打印，具体通过单个喷嘴，在原料区段之间的间断到达3d打印机加压机喷嘴的时间和控制代码理论地预计该间断到达喷嘴的时间之间的错误可能导致较低质量的打印。例如，如果要求在红色和白色热塑性塑料原料之间的间断在打印过程中的45秒处到达喷嘴，而在46秒处到达喷嘴，则意味着从第45秒到第46秒喷嘴应当开始挤出随后的原料区段(例如，红色热塑性塑料)的时间，该喷嘴将仍然挤出之前的原料区段(例如，白色热塑性塑料)。在这种情形下，3d打印机将错误的原料沉积到打印部分中，这可能构成较低质量的打印甚至打印故障。
当在时刻0处考虑具有原料的3d打印机的初始加载时，期望将正确长度的原料的第一区块的前边缘加载进入该挤出机中。如果加载长度不正确，则间断的位置将和控制代码期望该间断所在的位置是不同步的，这将导致较低的质量或者甚至是错误的打印。可以使用滚动轮以确定将原料加载进入3d打印机的挤出机多远，以及将其与应当被加载多远相比以进行校正动作。与简单地依赖准确加载相比这是显著的改善，这是因为该方案可以一定程度地补偿本来可能导致失败打印的人为错误。
由于seme模块在3d打印机的挤出机的上游生产原料，可能在控制器采取校正动作的时间与将在3d打印机的挤出机喷嘴处实现这些校正的时间之间存在延迟。为了进行说明，可以使用在下文中称为“过渡公差”的概念以早于和晚于每一个理论间断应当到达3d打印机的挤出机喷嘴的时间产生原料的量，实际间断可以利用该过渡公差到达喷嘴并且不引起该打印失败。例如，如果过渡公差是5mm，则间断可以比控制代码期望该间断到达喷嘴到达喷嘴的时间早5mm或晚5mm，并且不引起打印失败。该过渡公差可以给予该系统足够的时间以进行校正动作。
关于校正动作，存在能够在该系统中实施的至少两种主要方式，即：通过seme过程或者经过3d打印机控制代码中的改变来改变原料生产。对于简单的情形，其中控制器基于滚动轮读取来确定间断晚10mm到达3d打印机挤出机喷嘴，通过采取校正动作以使接下来的原料区段较短从而将未来的间断带回正确的阶段。如之前所述的，控制器可以使用10mm的偏差对由seme过程稍后生产的所有原料区段的长度进行合适的量的调节，从而不仅校正已知偏差，还再次防止该偏差累积。然而，第二种方法将通过改变3d打印机的控制代码来采用校正动作以减少偏差将对成功打印的影响。这可以通过许多方式实现。一个示例是3d打印机可以脱离其预编程控制代码并且执行动作以在返回打印部分之前挤出并且丢弃额外10mm的原料。另外的替换例是选择使用在被打印部分内部结构上的材料来填充经常已经被留为空的空隙。实施校正动作的这两种方法还可以一起使用，其中例如，改变原料生产的校正可以对抗长期积累的错误，而通过改变控制代码来实施的校正可以用于校正短期错误，该短期错误若没有及时进行校正则可能落在过渡公差的外部。
这种原料监控不限于使用滚动轮编码器系统并且可以可替换地使用光学传感器或跟踪材料的线性运动的其他方式来实现。该原料监控装置是对现有速率匹配的方式的改善，这是因为其跟踪进入3d打印机的原料的真实移动，这意味着跳过错误或者其他潜在错误不影响seme模块的原料生产的同步。该原料监控技术还允许seme模块的控制器知晓3d打印机是否已经开始、停止和/或暂停，这使seme模块102能够用作打印机的独立模块并且在打印机和seme模块之间没有直接的数据连接。
以下将讨论对seme技术的若干另外可选/替换实施例，包括原料拉直模块、挤出机废弃管理特征、多个seme输出方案、全颜色方案、替换选择/合并方案和对接合的替换。
由于seme过程涉及输入原料的准确控制和处理，因此已经提出改善以改变输入原料的一个或多个性质，这些性质使得更容易对原料进行处理。下文称为拉直模块的该改善由具有类似于图7约束路径的固体构成，该固体可能处于高温。当原料经过拉直模块时，由于原料进行变形以匹配该拉直通道因此其可能具有的任何弯曲将被暂时地移除。然而，通过使该通道的温度上升，已经表明原料可能是松散的从而永久地具有在该原料上的该变形以及由此产生原料。
如之前描述的，在原料的接合区段被挤出经过给定挤出机时，可能存在由具有接合材料性质的混合的过渡区域，包括但是不限于颜色或其他物理性质的混合。在需要材料之间的清晰过渡并且不期望材料的该过渡体积的情形下，本公开提供用于在离开挤出机喷嘴之前丢弃该过渡材料的系统和方法。在一个实施例中，包括阀系统，其能够控制材料从挤出机到输出喷嘴以及到一个或多个废物储藏部(如图12a中所示)的流动，在图12a中示出挤出机阀系统650，该阀系统包括壳体664和阀662，该壳体664具有用于输入原料200或201的通道652，该阀662可以被致动以引导该原料到通道660或另外的通道656，其中通道660可以通向挤出喷嘴658，通道656通向废物储藏部654。尽管有益的是最小化阀662和喷嘴658之间的距离以减小不能够被净化经过该阀进入废物储藏部的材料的体积，但是该阀662可以放置在沿着通道652的任何地方。
在对熔融沉积成型3d打印的该改进的本申请中，这允许过程更快并且更有效，不需要使用传统方法处理这是因为过渡材料，例如本领域技术人员可以认识到作为处理不期望过渡材料的方案的外部倾倒(externaldumping)或填充倾倒(infilldumping)。本公开还讨论使用材料性质传感器668，该传感器可以与图3b等中描述的传感器是大致相同的，并且可以聚焦于被打印或丢弃的原料。通过这样做，该传感器可以提供给控制器关于材料的当前性质的细节，该性质可以是另外的输入以允许采取校正动作。例如，类似于可以使用的滚轮，该传感器可以用于检验间断何时经过3d打印机挤出系统中的某位置以与控制代码预计的位置相比。该传感器还能够监控从一个原料到接下来原料的过渡，以准确地表示过渡何时已经到达足够的阈值，以防止额外的过渡材料被潜在地浪费。
参照图12b中显示的另外实施例，使用类似于图12a系统的系统其中，可以将挤出机主体划分为上壳体664和下壳体684。包括挤出机喷嘴658的下壳体可以从其打印位置(如图12b所示)枢转到废物丢弃位置，在该废物丢弃位置中挤出机喷嘴658定位在废物储藏部654附近(如图12c所示)并且标记为位置672。类似地，该系统可以具有材料性质传感器668，以用于和图12a的系统中所描述的优势相同的优势。图12b的系统提供了优势，这是由于其允许在整个挤出机从入口到喷嘴的内部的材料被丢弃进入废物储藏部654，因此基本不留下不能被净化的任何滞留体积。此外，喷嘴可以与挤出机的一部分一起枢转，如图12b-12c所示，或者可以与整个挤出机一起枢转。
参照图12d示出的另外实施例，使用类似于图12a系统类似的系统，其中，整个挤出机主体保持为固定的以及摆动废物储藏部臂688能够移动进入合适的位置以允许过渡材料被直接丢弃进入该废物储藏部。根据在摆动废物储藏部臂688内的体积限制，可以存在较大废物储藏部，进入该废物储藏部的摆动废物储藏部臂688能够丢弃积累的废弃材料。类似地，该系统可以具有材料性质传感器668，以用于和图12a的系统中所描述的优势相同的优势。图12d的系统提供与图12a系统所描述的优势相同的优势，这是因为其允许大值整个挤出系统的净化。此外，该系统不需要对核心挤出机进行任何明显的改变，以及可以通过向标准3d打印机挤出机增加摆动废物储藏部臂系统来实现。尽管示出摆动储藏部，但是该储藏部不必在摆动臂上；其可以线型地滑动和/或可以移动。
在熔融沉积成型3d打印中，期望挤出机喷嘴仅仅在3d打印机控制器进行指示其时打印部分并且有意地拉动塑料层的时候挤出材料。然而，存在一些情况，其中，挤出机将需要为了除打印之外的原因而挤出材料。一个示例是当首次打开打印机时。由于挤出机喷嘴升温，所以内部的材料将渗出并且撤出腔室。当打印开始时，为了重新填充腔室，控制代码将使打印机通过挤出一定体积来净化喷嘴。该挤出物是废物并且有时候需要由用户人工移除。还可以将该挤出物打印到牺牲结构上后者丢弃在构造板的侧面。在两个情形中的任何一个中，都需要喷嘴移动以丢弃材料，这花费时间。
为了开始3d打印，3d打印机将通常装填其喷嘴。这通过执行预编程的序列来完成。这通常需要行进到废物储藏部并且挤出一定量的材料，以及在开始打印之前可能还需要在刷子上擦拭喷嘴。这通常在开始之前或者在打印期间的任何时刻完成。对于双挤出机打印机，打印机通常在两个喷嘴之间交替以利用两种原料打印。当正在使用一个挤出机时，另一个挤出机在闲置位置并且通常在再次使用之前需要装填/净化。当使用任何类型的原料时，本文描述的任何一个原料转向器可以用于装填和/或净化挤出机。
当喷嘴用于多部件原料打印时，可能在两个不相似原料制件存在过渡区域，从而导致如本文讨论的可能需要被丢弃的过渡体积的材料。如果存在1000中原料变化，则可能存在1000个将丢弃的过渡区域，这花费时间。
使用原料转向器系统是为了允许更快以及更有效地丢弃该过渡材料。在图12a-12d示出的示例中(例如，阀、枢转喷嘴和摆动臂)，挤出机能够将过渡材料丢弃到本地废物储藏部，而非必须移动到构造板的牺牲废物打印部或废物储藏部。节省该时间并且减小对挤出机的高温端行进远离该部分的需要可以导致更快和更高质量的打印结果。
尽管在很多应用中，原料过渡材料是不受期望的，但是已经发现使用该材料，这是因为可以构成材料的任意组合的形成。在称为快速材料调制的过程(下文中缩写为rmm)中，可以将在seme过程中接合在一起的材料的区段减小到足够小，以允许挤出具有近似连续性质的材料。例如，在蓝色尼龙材料和黄色尼龙材料接合在一起的情况下，可以将区段制造为足够小以生产纯过渡材料的挤出材料，该挤出材料具有不同于两种输入原料的一致颜色。相同的原理可以应用于输入材料的其他性质。为了保证在基础过程期间发生连续的混合，可以将静态的或活动的混合方案(例如，混合机构)包含在挤出系统中。
例如，已经将seme模块102描述为接收多个输入并且只有一个输出的系统，但是注意，该技术不限于具有一个输出。该seme技术还可以具有能够与各种挤出机一起使用的任何数量的输出，其中该挤出机可以并联地操作。这受到加工不同类型的材料的情形的期望，该情形需要不同类型的挤出技术。
之前讨论的输入驱动模块154和合并模块156与切割器模块160一起使用时，尽管限制于每一个输入进料需要专用驱动模块的事实，仍然提供用于将并联进料转换为串联进料的有效方法。在称为滑动选择系统(下文中缩写为sss)的替换实施例中，包括两个致动器的机电系统能够控制任何数量的输入原料。在该系统中，一个线性致动器控制滑车(trolley)的位置，该推车容纳任何数量的原料驱动单元并且能够将与输入对齐的任何给定的原料定位到切割器模块，如图13a-13b所示。
图13a示出包括一个或多个原料驱动致动器714的滑动选择系统700的示例，每一个该系统包括滚轮716、驱动轮718、驱动轮传动装置720和原料约束部712。线性致动器702(第一电动机)经由致动臂704控制(一个或多个)驱动致动器714相对于切割器模块710的位置。每一个驱动机构可以致动不同的输入原料200。第二电动机708与第二电动机轴706对齐时可以致动驱动轮传动装置720。因此，应当注意，滑动选择系统避免对第三、第四等电动机的需要，这是因为所有驱动致动器714均使用相同的电动机708而非使用各自的电动机。
原料检测器模块152可以集成在每一个驱动单元模块154内和/或如之前描述的seme配置中的在切割器模块160之前。在替换实施例中，该滑动推车或任何相邻的构件可以配备有切割表面，该表面能够使原料和线性致动器的移动分开，如图13b所示，图13b示出图13a的示例性滑动选择系统700并且添加(一个或多个)切割表面722。当线性致动器702将原料从一个输入移动到另一个输入时，可以通过切割表面使当前正在被驱动的原料分开，有效地消除对分立切割模块的需要。这是改善，由于其简化系统并且使seme过程更快且更有效。
seme过程不需要待接合在一起的原料的相邻区段，并且已经表明在某些情形下可以使用该相邻区段而不要发生接合，例如图2b中示出的。seme过程可以使用在seme模块102处的一个或多个驱动模块以将多部件原料“推动”到3d打印机。可以将原料推动经过在“bowden”类型系统的约束路径(例如，管道)，如下文所示。然而，为了利用熔融沉积成型3d打印的原料的未接合区段，可能需要以与3d打印机挤出机消耗原料的速率相同的速率朝向3d打印机推进原料的区段。已知这些未接合区段可能引起挤出物堵塞，除非存在力沿着原料的轴线将原料压入挤出机并且在每一个间断处保持区段之间的压力。
为了解决该问题，本方法和系统提供具有弹性性质的可膨胀约束通路。该方案的实施方式在图14a中示出。更具体地，图14a示出的原料200和201的一个或多个管，该管进入seme模块756。seme模块756的多部件原料输出经由可膨胀约束通路750进入3d打印机104。可膨胀约束通路750的示例性实施方式包括由联接器754连接的两个约束缓冲器管道752，该管道可以具有弹性性质。在替换实施例中，可以简化机构以包括单个约束缓冲器管道，该管都具有构造在材料中的足够的弹性体性质以实现与图14a的配置的优势相似的优势。
可膨胀约束通路750能够容纳膨胀以及由此生成缓冲器，该缓冲器用于seme模块756可能以比3d打印机104能够消耗原料的速率更快的速率生产原料的情形。在(一个或多个)约束缓冲器管道752内的该额外的原料长度将引起在原料中的弹性元件膨胀并且施加将相等且相反的力从而将原料区段压在一起。与没有构造在其中的足够的弹性体性质的普通通路相比这是优势，这是因为该可膨胀约束通路不仅生成缓冲器(该缓冲器用于seme生产速率和挤出机消耗速率中的潜在不匹配)，还引起区段被推进到一起(这可以作用减小3d打印机挤出机中堵塞的可能性)。
在替换实施例中，3d打印机可能不主动地拖入原料，以及由此将是seme过程的责任以推动经过3d打印机高温端，本领域技术人员可以将其称为“bowden”挤出系统。在该情形下，不需要缓冲器以及由此约束通路752应当不能够伸长较大的量以允许控制从高温端的准确挤出。以上讨论的与推动原料的标准挤出系统一起使用的所有系统和概念还可以与bowden类型的系统一起使用，包括但不限于使用滚动轮以确定校正动作或使用挤出阀系统。
本文公开的合并模块是提供用于若干不同原料以使每一者被偏斜到单个路径的系统，这些原料可选地可以相对于彼此平行地排列。合并模块可以考虑为并联到串联转向器。阐释合并模块的价值的一种方式是通过两个示例。第一个示例关于合并模块在在seme技术中的使用，例如参照图2a。在合并模块之前，每一个原料由其自己的输入驱动器和传感器处理。然而，在合并模块之后，存在仅一条路径由此进需要一个切割器来切割所有输入原料。这节省复杂性、费用和物理空间。合并模块提供选择性地使各种原料中任何一种进入输出流的方式，这在使原料的不同区段端对端排列中是有益的。尽管在合并模块的合适位置中使用系统(例如图13a和13b中的滑动选择系统)，但是由于较少数量的输入所以合并模块构造更简单且成本更低。然而，可能关于合并模块可以接收多少进料方面存在实际限制。对于较大数量的原料输入，滑动选择系统在单位输入基础上可能变得更经济。
第二示例是在简化使用情形中使用合并模块以加载原料，其中，合并模块具有将“n”个数量的原料中的一个加载进入3d打印机。这种系统在整个打印期间将不需要像seme将原料接合在一起或快速调制原料。该系统可以使用合并模块以在打印的开始处简单地传递正确的原料。这在考虑在3d打印机上连续打印而没有人工干涉的情况中是有益的。打印机可以具有一列部分在24小时的时间段期间进行打印，并且该部分可能不全以相同的原料进行打印。如果打印机配备有原料交换技术，则在一个打印结束的时间和接下来一个打印开始的时间之间的时间期间，打印机可以使用合并模块卸载当前原料，并且将期望原料加载进入打印机的挤出器中。可以通过包括输入模块和合并模块的简化版本的seme来提供原料交换的该“cd变换器”。该系统可以包括多个模块(例如，感测装置)以及可以使用本文其他地方描述的“原料返回”概念。对于bowden配置，需要向外驱动模块。
图15是示出用于使用合并模块156将原料加载进入3d打印机的示例性方法的流程图，合并模块156与图5a的合并模块156是大致相同的。该流程图提供合并模块可以在自动原料加载系统中如何使用的示例。注意，不是切割原料，而是当打印完成时将原料简单地从3d打印机拉出。因此，该实施例不需要接合器、切割器或fqmm。除非是bowden配置，否则向外驱动是可选的而不是必须的。
如图15中所示，将原料自动加载进入3d打印机的挤出器的方法首先将第一原料200和第二原料201定位在合并模块156附近。可以将原料定位在最小撤回线300处或附近。为了加载第一原料200，该方法包括使第一原料向前超过最小撤回线并且经过合并模块156进入3d打印机的挤出机650中、在3d打印过程期间使第一原料向前进入挤出机、从挤出机撤回第一原料以及使第一原料撤回经过合并模块并且到最小撤回线。为了加载第二原料201，该方法继续使第二原料向前超过最小撤回线并且经过合并模块进入挤出机，以及造3d打印过程期间使第二原料进入挤出机。
图16是示出用于准备控制代码以使用多部件原料打印3d模型的示例的流程图。该过程开始于输入3d模型。该过程接着将(一个或多个)原料指定给体素组(voxelgroups)、输入3d打印机设置和优化用于每一层的原料顺序。优化用于每一层的原料顺序可以包括通过使在相邻层之间给定原料的打印物固定而减少原料变化的数量。例如，如果每一层具有红色和蓝色，那么，并非在层一上打印红色和蓝色以及然后在层二上以上述顺序打印蓝色和红色，而是打印机可以在层一上打印红色然后在层一上打印蓝色以及在层二上打印蓝色然后在层二上打印红色。该过程接下来生成工具路径以及插入过渡序列。过渡序列可以包括允许打印机丢弃过渡原料的一组指令。这可以包括将构造板的过渡材料丢弃进入废物储藏部，以将过渡材料沉积在被打印部分的内部例如以形成支撑结构，和/或沉积过渡材料以形成在打印基底(printbed)上的结构。例如可以使用参照图12a-12d描述的装置和方法中的任何一个丢弃过渡材料。该过程还包括插入脉冲序列、计算在过渡之间的原料体积以及计算脉冲图。该过程在输出(一个或多个)代码文件处结束。该控制代码可以包括但是不限于3d打印机控制代码、用于seme模块的原料改变信息(例如，组装多部件原料的信息)、脉冲图和具有用于seme模块和3d打印机的信息的头文件。
尽管本文描述的seme系统在打印包括不同(新)材料的部分方面具有优势，但是可以使用相同的系统以生产多部件原料，该原料在连续打印部分中使用。在说明书中，已经重点将seme模块描述为提供在打印期间改变原料的技术，以允许打印包括多种原料的部分。该seme模块还可以用于在两个或更多打印之间切换原料。例如在连续打印中，连续地打印两个或更多部分。seme控制器加载有一列打印任务(print)，当seme模块完成生产用于第一次打印的原料时，seme控制器可以使用于下一次打印的原料对齐并且邻接(以及可选择地接合)到第一次打印的原料的末端，使得原料到达用于下一次打印开始的打印头。使用seme模块提供对用户的优势，这是因为其允许3d打印机完成一次打印并且使用不同原料开始下一次打印而没有人工干涉。可以使用已知方法在两次打印之间将打印部分从打印机自动地移除。例如，可以使用自动构造板变换器、机器人清理臂等将部分移除。或者，打印部分在两次打印之间不必从构造板移除。反之，打印机可以打印一左一右的连续物体。
范例
示例1：手电筒打印
使用seme技术利用未修改的商业获取3d打印机的单个挤出机来3d打印一体成型有商标的手电筒。为了该打印，使用三种原料。第一种原料是导电材料，而其他原料是白色和紫色聚乳酸(pla)。图17a示出在打印中的某阶段期间的手电筒的主体的下部，阐释导电材料。图17b示出示例性3d打印手电筒的部件。该手电筒体具有在其中的槽以用于较小手表电池和用于发光二极管(led)分支(prong)的两个通道。使led的一个分支偏斜为与电池的正极端子接触。将导电路径打印到手电筒体中，该导电路径将电池的负极端子连接到led的第二分支。在该导电路径和led分支之间留有较小间隙以确保电路在这种打印状态中未闭合。利用足够力向内挤出将手电筒的侧面，导电路径与led分支接触，从而使该电路完整并且打开手电筒。当释放该力时，手电筒体的弹性使导体返回到初始位置，从而再次使电路断开。手电筒的顶部具有嵌入紫色面中的白色标识以通过定制商标(custombranding)推进该部分的经济价值。
为了制造该手电筒，3d打印机遵循预计算工具路径列表，同时seme模块制造用于打印机的多部件原料。使这两个装置同步，使得正确的构造材料在正确的时间到达挤出机的喷嘴。例如，在一些层中，存在紫色pla和导电材料两者。首先，3d打印机完成给定层的紫色pla部分，然后移开以执行材料过渡。原料挤出3d打印机的构造板的侧面足够量的时间以允许紫色pla撤离挤出机并且由导电材料取代。然后，挤出机返回该部分并且打印该层的导电部分。在紫色和白色pla之间的顶层上进行相同的过程。
为了打印手电筒电路，需要导电路径和绝缘体。为了很好地操作，重要的是导电路径具有足够的导电性并且不存在短路。这些要求非常难以满足标准单个挤出机的3d打印机。绝大多数3d打印机仅可以在打印中利用一种构造材料来打印，因此，其不能够具有打印该嵌入电路的绝缘和导电特征。不具有两个挤出机的打印机可能可以利用两种原料打印，但是可能削减打印的质量。已知当绝缘体料打印时，导电材料可能从其各自的挤出机渗出，从而引起遍及打印层的导电污染，反之亦然。这可以导致危及打印质量的短路。使用具有单个挤出机打印机的seme技术，打印机能够使用多部件原料(其由串联排列的多种原料形成)并且打印出优异的质量。使用仅单个喷嘴减少渗透的机会，从而导致高质量的多部件打印。
当完成打印时，移除一些支撑材料，并且用手将电池和led压入合适位置。使用seme技术，将整个手电筒体在不需要人工干涉的过程中打印在单个挤出机3d打印机上。所使用的3d打印机作为单原料打印机以及来自其他制造商的数以百计其他类似打印机在市场上是可获取的。用于该打印的3d打印机是wanhao4s，这是两个挤出机打印机，但是仅使用挤出机中的一个。seme技术已经与如下商业可获取打印机一起使用：仅列举一些，printrbotsimplemetal，
示例2：磁名牌
使用seme技术3d打印功能磁名牌。在该打印中使用三种原料。第一原料是青铜色粉末注入材料，第二原料是铁磁原料，以及第三原料是白色pla。名牌的前表面由青铜色注入材料制造并且使白色pla段(text)嵌入其中。名牌的后表面具有铁磁材料的区域。
为了制造该名牌，3d打印机遵循预计算工具路径列表，同时seme模块制造用于打印机的多部件原料。使这两个装置同步，使得正确的构造材料在正确的时间到达挤出机的喷嘴。例如，在一些层中存在白色pla和青铜色注入材料两者。首先，3d打印机完成给定层的白色pla部分，然后移开以执行材料过渡。打印机使用一定体积的过渡原料生成直接在构造板上的名牌旁边的结构，所需的该一定体积的过渡原料用于使白色pla撤离挤出机并且被青铜色注入材料替代。然后，挤出机返回该部分并且打印层的青铜色注入部分。在顶层上的青铜色注入材料和铁磁材料之间发生相同的过程。编写用于3d打印机的控制代码以减少需要发生的原料过渡的数量。这可以通过将相同原料一个接一个地打印在相邻层上、而非通过过渡到另外的材料并且然后返回到用于下一层的初始材料来完成。例如，并非在每一个层上的青铜色注入材料和白色pla之间连续切换，而是首先在第一层上打印白色pla然后青铜色注入材料以及在第二层上进行打印。然后，材料切换为白色pla，该白色pla完成第二层和第三层的它的部分。
当完成打印时，抛光青铜色注入材料的表面以生成金属外观。打印的名牌看起来以及摸起来像标准金属名牌并且能够使用外部磁铁附接到服装。如讨论的，在标准单个挤出机3d打印机上仅使用一种材料的限制将通常阻止复合磁名牌(例如上述形式的名牌)在自动过程中被打印。有益地，使用seme技术和单个挤出机打印机实现在相邻材料之间的清楚的界限，该特征由于之前讨论的蔡老师渗透而难以使用多挤出机打印机来实现。
示例3：脉冲过程
使用seme技术3d打印长竖条纹圆筒，这需要花费十小时来完成。为了考虑3d打印机中的挤出在这个时间长度期间的可变性，实施脉冲和校正动作的过程。seme模块通过可膨胀约束缓冲器管道连接到3d打印机。滚轮也用于测量打印机的挤出机的原料消耗。滚轮和挤出机喷嘴前端之间的距离已知为631mm。
打印开始，根据制造竖条纹圆筒的每一层所需的每一种原料的体积，seme模块开始制造多部件原料。在该打印中，每一个原料的区段约250mm长并且从白色pla替换为黑色pla。一旦原料经过动轮装置，该装置就能够开始测量原料已经进入打印机多远。用户将原料加载进入打印机的挤出机中，并且使其向下传送到喷嘴。当用户已经将足够的原料加载进入挤出机中时，用户按压按钮以开始在seme模块上的打印。该打印的开始作为第一“脉冲”起作用。基于来自滚轮的数据，seme模块知晓原料已经进入挤出机的实际长度以及其基于已知的631mm距离应当已经进入的理想长度。通过对比这两个长度，seme模块能够采用校正动作以确保其保存用于剩余打印的标定。
当打印继续时，在消耗约每1000mm的原料之后实施脉冲序列。脉冲序列已经插入打印控制代码中。由于seme模块没有与3d打印机的控制器的直接数据连接，所以滚轮用于允许打印机向seme模块发送脉冲信号。为了发送脉冲，3d打印机的挤出机停止挤出原料10秒，然后挤出5秒，再然后暂停另外的10秒。seme模块的控制器能够记录该低-高-低信号并且记录脉冲。然后，该seme模块基于3d打印机的控制代码编写索引其期望的脉冲列表。在每1000mm插入脉冲的情形下，期望在1000mm、2000mm、3000mm等处看到脉冲。在每一个脉冲处，seme模块的控制器比较理论正确脉冲基准值和测量滚轮值。例如，如果第一脉冲将要在打印中的1000mm处发生但是记录为在990mm处，则seme模块的控制器识别到3d打印机挤出不足为1％。如果不校正该差异，则在原料中的每一个间断在剩余打印中可能晚10mm到达挤出机喷嘴。为了避免该情况，在校正动作的一个示例中，seme模块可以从正在生产的原料的下一区段移除10mm以偏移回到标定中。
在脉冲用于保持长期标定的情形下实施类似的打印。在该情形下，seme控制器通过有线连接直接连接到3d打印机的控制。由于反馈环路是直接的，所以每五秒对数据进行采样，以及比较理论原料消耗与滚轮测量的原料消耗。然后，能够采取合适的校正动作以允许恒定微调标定。
示例4：连续打印
seme模块已经用于使原料在3d打印机上自动地加载和更换以允许连续生产。例如，一连串五个两小时的3d打印机设置为一列使得其在单个3d打印机上一个接着一个地打印。在每一个打印之间，留有足够的时间使先前的打印物可选地通过机器人致动器移开构造板。与在一列中的待打印的每一个文件一起的是用于该打印的期望构造材料。当完成第一打印时，seme模块的控制器分析在一列中的下一个打印以确定构造材料是否是相同的或者需要进行改变。如果需要进行改变，seme模块切割当前原料并且向该原料接合新原料使得新原料在第一打印完成时刚好到达挤出机喷嘴。在打印需要能够装配在一个卷轴上的多种构造材料的情形下，seme模块用于将新单元的相同材料的末端接合到初始原料的尾端。在另外的情形下，当需要更换原料时，将当前原料拉出3d打印机的挤出机并且一路撤回到合并模块的最小撤回线之后。然后，将接下来的原料一路驱动经过经过合并模块和约束路径而进入3d打印机的挤出机。类似地，该过程能够使新原料自动加载进入打印机。
示例5：seme开始步骤
为了使seme模块初始化，清除系统是有益的。第一步是将切割器致动进入切割位置以切割可能存在的任何原料。接下来，向外驱动模块运行足够的时间长度以移除可能已经存在于系统经过切割器模块的部分中的任何原料。接下来，输入驱动模块的每一者运行以将原料撤回至少从切割器到最小撤回线的距离以移除存在与合并模块中的任何原料。接下来，驱动第一原料进入并且超过合并模块到达原料返回传感器。当该传感器检测到原料，控制器将其确定为该原料的末端。然后，控制器使用驱动模块将该原料撤离到最小撤回线。对原料的每一个重复该返回步骤。
已经对本发明的优选实施例进行上述描述以阐释本发明的原理而非将本发明限制为所阐释的特定实施例。
尽管参照其示例性实施例示出并且描述本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求包含的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上做出改变。
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