唇725中任一者或其邻近处的刀具8切割。
[0051 ]在通过熨烫唇或尖端726使基体材料6A熔化后，能够通过控制器20控制进给和/或打印速率，以主要通过沿着丝2延伸的纤维束4A内的拉伸力来维持熨烫唇726与零件14之间的特别是粘结队列端部的复合丝2的中性至正向拉伸;转向以在相反方向开始新的相邻队列；和/或例如通过从连接至零件的第一部的连接部跨过桥接开放空间对横向压力区域3040内的纤维增强复合丝2进行桥接来形成经过开放空间的桥接，然后将纤维增强复合丝2再连接至零件14的第二部。纤维增强复合丝的基本恒定的横截面面积在间隙配合区域、未支撑区域、横向压力区域内得到维持，并且也被附接至工件或零件14作为粘结队列。
[0052]图1B示出了复合(双)打印头的横截面，该复合(双)打印头具有用于FFF的挤出打印头1800和挤出喷嘴1802以及用于连续纤维增强热塑性沉积的纤维沉积打印头199和管道喷嘴708。相似编号的特征件类似于参照图1A和IB所述的特征件。
[0053]参照图1B，打印头1800和199均安装在同一线性导轨以使打印机的X、Y机动化机构一致地移动它们。如所示，FFF打印头1800包括具有熔化区域或熔化储室1804的挤出喷嘴1802和用于对加热块和喷嘴进行加热的加热器1806。熔化储室1804延续至高热梯度区域1808，基本由安装在加热块外部的热敏电阻器1809形成。散热片围绕热敏电阻器1809以进一步加强热梯度。热梯度使熔化储室1804与未熔化区域1810分离，未熔化区域1810可以在热敏电阻器1809的内部且/或可以是特氟龙(Teflon)管1811。通过例如鲍登(Bowden)管驱动的1.75-1.8mm或3mm热塑性丝提供熔化储室1804内的挤出背压。
[0054]如所示，相伴的连续纤维嵌入丝打印头199包括管道喷嘴708、复合熨烫尖端728和限定接触腔714，在本示例中，均位于被加热器715加热的加热块内。冷进给区域712形成在接收管64内，接收管64包括刚性材料的类毛细管式的接收管和延伸进喷嘴708的小直径(例如，32密耳的内直径)的特氟龙/PTFE管。在这种情况下，冷进给区域被PEEK绝缘块66a和散热片66b围绕，但是这些是完全可选的。在操作中，纤维嵌入丝的未附连末端可以在例如高度Pl处被保持在冷进给区域内。距离Pl以及刀具至尖端距离Rl保留在数据库中以使控制器20能够如这里所述地穿引和前推纤维嵌入丝。还如图所示，控制器20可操作地连接至刀具
8、8A以及面对导辊40的进给辊42。
[0055]图1C示出了管道喷嘴708的示意性放大特写横截面。如图1C基本成比例地绘出地，接收管64的内直径(在这种情况下，在特氟龙/PTFE内管形成内直径的位置处)是接收管64内所示的丝2的直径(例如，13密耳)的约IV2至2V2倍(例如，32密耳)。终端腔714的内直径或内宽度(例如，40密耳)是这里所示的丝2的直径的2至6倍。以上是优选范围，也可考虑，接收管的直径可以是丝的直径的I1Ao至3倍且终端腔的内直径可以是丝的直径的2至12倍。优选地，终端腔的直径大于接收管的直径。
[0056]此外，如图1C基本成比例地所示，被加热的复合丝熨烫尖端726在零件上方的小于丝直径的高度处相对于零件运动，以随着纤维增强复合丝被沉积对其进行熨烫，从而将纤维增强复合丝内的非弹性轴向纤维束的大致上椭圆或圆形的捆(被标记为2a)重新塑形以形成零件的粘结队列内的非弹性纤维束的基本平坦的块体(被标记为2C)。轴向压缩和/或将熔化的基体丝2横向压入粘结队列可以增强最终零件的特性。例如，图1C示出了被施加有压紧力、轴向压缩或横向压力62的复合纤维增强丝2。轴向压缩的压紧压力和熨烫唇的平坦化作用将大体上圆形横截面的丝2a压缩或重新塑形至下方的先前层中并且压缩或整形成第二、大体上矩形横截面的压紧形状。随着被重新塑形时，整个丝形成粘结队列(即，粘结至下方层且粘结至同层的先前的队列)。丝2b两边伸展，且内部束侵入同层的相邻的粘结队列2c并被压缩成材料2d的底层成形丝或粘结队列。成形丝或粘结队列的这样的挤压、压紧或扩散减小了增强纤维之间的距离并且增大了生成零件的强度(且替代了在使用通过压盘或真空袋装的后处理的复合铺叠中实现的常规技术)。因此，在这里所述的本发明的一些实施例或方面中，丝2的轴向压缩和/或尤其是由区域3040内的打印头70、管道喷嘴或熨烫唇508、726、208进行的物理按压可以用来将压缩压力直接施加于沉积材料或粘结队列以迫使它们扩散或压紧或平坦化至旁边和/或下方的队列。横截面面积得到基本或相等地维持。可替代地或额外地，在本发明的一些实施例或方面的情况下，可以通过打印头后方的拖尾压盘来施加压力；通过一次将压紧压力施加于整个层的跨越整个零件的全宽压盘来施加压力；且/或可以在打印期间施加热量、压力或真空，在各层之后施加热量、压力或真空，或者将热量、压力或真空施加于作为整体的零件，以使层内的树脂回流且实现最终零件内的期望的压紧量(迫使壁在一起以及空隙减小及消除)。
[0057]图2A至2(:说明了应用纤维增强复合丝2以及DLP-SLA、SLA或SSS来建造结构的三维打印机3001的实施例。相似编号的特征件类似于参照图1A所述的特征件。
[0058]尽管本发明的一个实施例或方面使用热塑性基体，但是混合系统也是可以的。增强丝可以使用通过例如利用热量、光、激光和/或辐射的固化周期完成的基体。例如，连续碳纤维被嵌入部分地固化的环氧树脂以使挤出的成分粘贴在一起，但是需要后固化以完全硬化。同样，虽然本发明的一个实施例或方面使用预先形成的连续芯增强丝，但是在一些实施例中，可以通过在受热的挤出喷嘴中使树脂基体和固态连续芯结合来形成连续芯增强丝。与多束芯中的多个界面相比，由于树脂容易浸湿固态芯的连续周界，树脂基体和固态连续芯能够沿着界面结合而不形成空隙。因此，这样的实施例在期望改变沉积材料的特性的情况下可能是特别有用的。
[0059]图2A和2B说明了使用光固化立体成型(和/或选择性激光烧结)来提供关于嵌入纤维的基体这样的混合系统，即通过在期望层构造内扫描聚焦辐射固化光束(激光、紫外线)来逐层地固化液态或粉末态的连续树脂这样的工序。为了提供增大的强度以及与既包括固态材料又包括多束材料的不同类型的连续芯丝相关联的功能，能够将与各层的沉积相关联的光固化立体成型处理修改成两步骤处理，这使得能够在期望的位置和方向构建含有连续芯丝的复合组件。连续芯或纤维可以沉积于待被打印的层内的期望位置和方向，要么完全要么部分浸入树脂内。在连续纤维沉积于期望的位置和方向后，相邻的树脂被固化以硬化在纤维周围。这可以在连续纤维被沉积时完成，或者可以在连续纤维已经沉积后完成。在一个实施例中，使用单根连续纤维打印整个层而不需要切割连续纤维。在其它实施例中，可以将增强纤维设置于被打印层的具有不同取向的不同部位。为了便于将连续纤维沉积于多个位置和方向，可以使用本文中所述的刀具或通过用来硬化树脂的激光来终止连续纤维。
[0060]图2B图示了使用光固化立体成型或选择性层烧结在压盘1602上正在建造中的零件1600。零件1600浸入包含于托盘1606中的液态树脂(感光性树脂)材料1604内。在零件1600的形成期间，在每一层形成后使压盘1602移动一个层厚度以顺序地下降，从而保持零件1600被浸没。在各层的形成期间，通过管道喷嘴1610进给连续芯丝1608且使其沉积至零件1600上。控制管道喷嘴1610以将连续芯丝1608沉积于正被形成的层内的期望位置以及期望方向。连续芯丝1608的进给速率可以等于管道喷嘴1610的速率以避免干扰已经沉积的连续芯丝。当连续芯丝1608被沉积时，适当的电磁辐射(例如，激光1612)在管道喷嘴1610的行程路径后方的位置1614处使围绕连续芯丝1608的树脂固化。位置1614与管道喷嘴1610之间的距离可以被选择为使得连续芯丝能够完全浸没在固化前的液态树脂内。激光由源1616产生且由可控反射镜1618引导。三维打印机也包括如上所述的能够终止连续芯丝的刀具1620。
[0061]可选地，通过一个或多个“定位钉(tack)”将沉积丝保持在适当位置，该定位钉是当额外的芯材料被沉积的同时将连续芯丝保持在适当位置的足量硬化树脂材料。如图2C所示，当连续芯丝通过喷嘴(未被绘出)被沉积时，激光1612将连续芯丝1608定位在多个离散点1622处的适当位置。在沉积连续芯丝1608的部分或全部后，沿着预定图案引导激光1612来固化液态树脂材料1604且来形成当前层。类似于上述的系统，适当的电磁辐射(例如，激光1612)由源1616产生且由可控反射镜1618引导。材料的平衡能够被固化以使相邻束之间的交联最大化，例如，当已经将足量的束沉积至某层且定位在适当位置时，可以将树脂固化成与连续芯丝的沉积束的方向垂直的珠子。在与沉积束垂直的方向上固化树脂可以提供相邻束之间的加强的粘结，从而提高在与连续芯丝的沉积束的方向垂直的方向上的零件强度。如果层的分离的各部分包括被定向于不同方向的连续芯丝的束，那么固化图案可以包括与该层的各部分内的连续纤维芯材料的束的方向垂直或平行的线。
[0062]图3说明了三维打印机的框图和控制系统，该控制系统控制其中的机构、传感器和执行器且执行指令以进行所图示的控制配置文件和这里的各工序。以示意性的形式图示了打印机以示出三个被控电机116、118和120的可能构造。应注意，该打印机可以包括图1C所示的复合打印头组件199、1800。
[0063]如图3所示，三维打印机3001包括控制器20(其可操作地连接至纤维头加热器715)、纤维丝驱动器42和多个执行器116、118、120，其中，控制器20执行使丝驱动器将复合丝2的未附接的终端保持在纤维丝驱动器42与熨烫尖端726之间的冷进给区域712的指令。该指令保存于闪存中且在RAM(未示出；可以嵌入控制器20)中被执行。如本文中所述，用于涂覆喷涂涂层的执行器114也可以连接至控制器20。除了纤维驱动器42以外，控制器也控制丝进给器1830来供给挤出打印头1800。打印头板110可选地安装在复合打印头199、1800上并随着复合打印头运动且经由带状电缆连接至主控制器20，该打印头板110分接一定的输入和输出。控制器20通过热敏电阻器或热电偶102可以监控熨烫尖端726的温度;且可以通过热敏电阻器或热电偶1832来测量对任何相伴的挤出打印头1800的喷嘴1802进行保持的加热块的温度。控制器20控制用于加热熨烫尖端726的加热器715和用于加热挤出喷嘴1802的加热器1806。可以在打印头199与1800之间共用均用于冷却的散热片风扇106和零件风扇108且它们都被控制器20控制。控制器20还监控测距仪15。还可操作地连接有刀具8致动器，其可以是伺服电机、螺线管或等同物。还可以控制用于将一个或两个打印头199、1800提起远离零件(例如，来控制滴落)的升降电机。控制器20还监控用于检测执行器116、118、120何时到达它们适当行程范围的端部的限位开关112。
[0064]如图3所示，额外分接板122(其可以包括单独的微控制器)将用户界面和用户连接提供给控制器20。802.1lW1-Fi收发器将控制器连接至局域无线网和广泛的因特网，并且发送和接收远程的输入、命令及控制参数。触摸屏显示面板128提供用户反馈且接收用户的输入、命令及控制参数。闪存126和RAM 130存储用于用户界面微控制器和控制器20的程序和有效指令。
[0065]图4图示了示出了图1至图3的打印机1000的打印操作的流程图。图4示出了作为配合功能的控制例程，其可以被实施以交替地和结合地使用图1C的共同安装的FFF挤出头1800和纤维增强丝打印头199。
[0066]在图4中，开始打印时，控制器20在步骤SlO中判断待被打印的下一段是否是纤维段，并且在是待被打印的纤维丝段的情况下使处理进入S12，并且在是包括例如基底、填充或涂层的其它段的情况下使处理进入步骤S14。参照图2和图12详细地说明步骤S12。在例程S12和S14中的一者或两者已经完成了段后，图11的例程在步骤S16检查切片完成度，如果各段保留在切片内，那么在步骤S18递增至下一规划段且继续纤维段和/或非纤维段的判定和打印。类似地，在步骤S16处切片完成后，如果在步骤S20处切片剩余，那么在步骤S22处例程递增至下一规划切片且继续纤维段和/或非纤维段的判定和打印。这里使用的“段(segment)”对应于“工具路径”和“轨迹”，且意思是具有起点和终点的线性的行、路径或队列，并且其可以是打开的或闭合的、可以是线、环，可以是弯曲的或直线的等。当打印头开始材料的连续沉积时，上述段开始，且当打印头停止沉积时，上述段终止。“切片(slice)”是待被3D打印机打印的单层或薄层，且切片可以包括一个段、许多段、单元的栅格填充、不同材料和/或纤维嵌入丝段与纯聚合物段的组合。“零件”包括用于构建零件的多个切片。图12的控制例程允许使用两个不同的打印头的双模式打印，这两个不同的打印头包括图1C的复合打印头199、1800且使用图5的两个时序方式。
[0067]图5图示了三维打印机系统的框图，该系统包括协作以对图1至图3的以及本文所述的打印机进行控制的系统内的器件以及相关的数据库、数据结构、控制信息和文件格式。图6图示了将数据类型和操作在器件之间进行关联和通信的调用图。
[0068]如图5和图6所示，为了使用3D打印机1000构建零件，处理通常开始于与由数据结构表示的与感兴趣的零件(“PRT”)相对应的实体模型(“文件”802，其具有绘图集(drawingcontainer)DWG，DWG具有包括各种零件“PRT”的程序集“ASSY”)，但是也可以开始于期望的零件的多边形网格(图3中的STL 902)。如图5和图6所示，实体模型可以由非均匀有理b样条NURBS数据表示，该数据可以由工作站、服务器或虚拟/云服务器2000上的CAD程序来存储和处理并且通过文件或数据结构与同一或不同工作站、服务器或虚拟/云服务器2000上的网格划分程序(meshing program)通信。最适合于增材制造的分层的数据结构中的一种是被存储为几何文件(例如，STL、0BJ、PLY、AMF或WRL文件)的具有边、面和顶点的单元或多边形的表面网格。如本文中所用地，“几何文件”和/或“STL” 902通用地和可互换地用来表示(包含文件组的)数据结构，其既包括表面网格又包括使用表面网格划分以外的技术(例如，“NURBS”定义)的CAD实体模型表示。
[0069]在3D打印的准备中，一族切片机例程904(如图5和图6所示，常驻于工作站、服务器或虚拟/云服务器)在与期望的建造压盘平行的方向上对几何文件进行“切片”以创建一系列的层或薄层(“空台板”906)-接收几何文件。几何文件通常不具有材料定义，且首先将每个