例如如图1A所示的喷嘴10,传统的喷嘴通常包括具有用于打印3D零件的平面底 表面12的单个端环或环形物。例如，喷嘴10可挤出材料14,从而以逐层方式产生一系列路 径16,以打印3D零件18。路径16的尺寸（例如，路径高度和宽度）主要取决于材料14的 挤出速率和在先前层的表面22之上的底面12的顶端高度20。材料14本身的挤出速率基 于材料14流出喷嘴10的体积流速和喷嘴10的例如在箭头24的方向上的运动速度。
[0045] 在打印操作期间，底面12可以被维持在位于3D零件18先前形成的层上方的顶端 高度20处。如申请号为13/587, 006美国专利申请中所讨论的那样，已经发现材料14的挤 出速率和顶端高度20会影响喷嘴10下方的被挤出材料14的压力。如图1A所示，当该压 力低时，路径16从顶端高度20下拉到较低的路径高度（参见所示的路径高度26)。
[0046] 这进一步在图1B中示出，图1B是底面12和路径16的仰视图，并且描绘了材料14 从喷嘴10流出的典型的流动轮廓。材料14的挤出速率可以在数个数量级上调整。然而， 虽然其用途广泛，但是喷嘴10仍然仅可以在路径宽度28与底面12的外径（参见图1A-1C 中示出的外径30)相当时（例如，在外径30的大约80%至大约100%的范围内时）可靠地 产生具有良好路径边缘质量的路径16。
[0047] 一般地，能够产生良好的宽阔路径的喷嘴10也产生欠佳的狭窄路径，在欠佳的路 径的侧壁处容易形成波纹。例如，如图1C所示，当喷嘴10沿工具路径32移动时，具有可与 外径30相当的路径宽度28的路径16的侧壁不会起波纹并且与工具路径32保持基本不变 的距离。
[0048] 然而，当材料14的挤出速率被增加以试图增加路径16的宽度至比外径30更大的 宽度时，增加的挤出速率增加喷嘴10下方的压力。如申请号为13/587,006的美国专利申 请所讨论的那样，该增加的压力减少了路径16上的伸展（draw)，将路径16的高度增加至路 径高度26与顶端高度20之间的高度。更有问题的是，该增加的压力可导致挤出材料14围 绕底面12的侧向边缘而卷起。该卷起使挤出路径16的边缘变形，由此降低了零件质量。
[0049] 如图2A所示，防止围绕底面12的侧向边缘卷起的一个可能的解决方案包括使用 具有顶端环的更宽的平面底面（参见底面12a，具有外径30a)的喷嘴10a。然而，在该设计 的情况下，底面12a下方的压力在喷嘴10a移动的方向上向路径16的上游推动挤出材料14 的一部分，在顶端环12a下方的路径16的前缘处产生推动滴（pushdroplet) 33。如上所 述，该增加的压力还会减少路径16上的伸展，如更高的路径高度26a所示。
[0050] 如图2B所示，当推动滴33与3D零件18的先前层的任何表面微凸起相接触时，推 动滴33的挤出材料14可能被迫围绕顶端环12的左侧边缘（如流动箭头34所示）、围绕顶 端环12的右侧边缘（如流动箭头35所示）、或围绕两者，在该区域推动滴达到大体上较低 的流动阻力。这在挤出路径16中导致视觉上明显的高低不平，如图2C中相对于工具路径 32的路径16的侧壁中的波纹所示。当这在3D零件18的连续层上持续时，不稳定的路径 16的振动累积，从而在3D零件18的表面上形成波峰。这些波峰可以容易地被肉眼所见，并 且降低3D零件18的表面质量，如下面的图20和21中所示。
[0051]因此，例如喷嘴10的传统喷嘴仅能够在有限的路径宽度范围内产生稳定的路径。 当另外需要不同的路径宽度时，这将需要安装设计为适应该不同的路径宽度的分开的喷 嘴，或者使用具有不同尺寸的顶端的多个打印头。可以认识到，这会导致打印操作期间的延 迟并且增加设备的成本。
[0052] 然而，本公开的喷嘴能够从单一的喷嘴在多个路径宽度上产生良好的边缘质量。 例如，如上所述，本公开的喷嘴能够产生狭窄的外缘路径（例如0. 5-10毫米的路径）以提 供良好的表面分辨度，并且能够产生宽阔的内部道路（例如，2. 0-2. 5毫米的路径），以填充 多个外缘路径之间的内部区域。这可以基本上减少打印3D零件需要的时间，同时维持良好 的表面质量（例如，很小的或没有波峰或波纹）。这还增加了z轴层压强度（由于更宽的填 充路径1548)，同时减小了孔隙率和密封性能。这展现出广泛变化3D零件几何形状，其可以 以良好的表面质量和增大的生产率被生产。
[0053] 喷嘴可以被包括进任何合适的基于挤出的增材制造系统中，该增材制造系统使用 基于层的增材制造技术打印或以其他方式构建3D零件和/或支撑结构，例如图3中示出的 系统36。用于系统36的合适的增材制造系统包括由Stratasys，Inc.，EdenPrairie，MN 开发的在商标"FDM"和"FUSEDDEPOSITIONMODELING"下的基于挤出的增材制造系统。
[0054] 在示出的实施例中，系统36包括腔室38、压印盘40、压印盘架42、打印头44、头架 46和可消耗组件48和50,其中打印头44可以包括一个或多个本公开的喷嘴。腔室38是 包含用于打印3D零件（例如3D零件52)的压印盘40和支撑结构（例如支撑结构54)的 封闭环境。腔室38可被加热（例如，使用循环热空气）以减小零件和支撑材料在被挤出和 沉积之后凝固的速率（例如，以减小变形和卷起）。在另外的实施例中，腔室38可被省略和 /或被不同类型的构建环境代替。例如，3D零件52和支撑结构54可以在向周围环境开放 或可被其它结构（例如，柔性帘）封闭的构建环境中被构建。
[0055] 压印盘40是一平台，在该平台上，3D零件52和支撑结构54以逐层方式被打印。 在一些实施例中，压印盘40还可包括柔性聚合膜或衬垫，在该柔性聚合膜或衬垫上，3D零 件52和支撑结构54被打印。在示出的示例中，打印头44为被构造为从可消耗组件48和 50 (例如，经由导线管56和58)接收可消耗细丝以用于在压印盘40上打印3D零件52和支 撑结构54的双端挤出头。
[0056] 压印盘40被压印盘42支撑，该压印盘42是被构造为使压印盘40沿（或大体上 沿）垂直z轴移动的架组件。相应地，打印头44被头架46支撑，该头架46是被构造为使 打印头44在（或大体在）腔室38上方的水平x-y平面中移动的架组件。
[0057] 在替代的实施例中，压印盘40可被构造为在腔室38中在水平x-y平面上移动，并 且打印头44可被构造为沿z轴移动。还可以使用其它类似的装置，以使得压印盘40和打 印头44中的一个或两个相对于彼此是可移动的。压印盘40和打印头44还可以沿不同的 轴定向。例如，压印盘40可以垂直地定向，并且打印头44可以沿x轴或y轴打印3D零件 52和支撑结构54。
[0058] 用于可消耗组件48和50的合适装置包括Swanson等人的专利号为6, 923, 634 的美国专利；Comb等人的专利号为7, 122, 246的美国专利；Taatjes等人的专利号为 7, 938, 351和7, 938, 356的美国专利；Swanson的公开号为2010/0283172的美国专利申请； 以及Mannella等人的申请号为13/334, 910和13/334,921的美国专利申请中公开的那些 装置。可消耗细丝的合适的平均直径的示例为从大约1. 02毫米（大约0. 040英寸）至大 约3. 0毫米（大约0? 120英寸）的范围。
[0059] 系统36还包括控制器60,控制器60是被配置为监控和操作系统36的部件的一个 或多个控制电路。例如，控制器60执行的一个或多个控制功能可以在硬件、软件、固件等或 其组合中实施。控制器60可以通过通信线路62与腔室38(例如，与腔室38的加热单元）、 打印头44和各个传感器、校准装置、显示装置和/或用户输入装置通信。
[0060] 在一些实施例中，控制器60还可以与压印盘40、压印盘架42、头架46和系统36 的任何其它合适部件中的一个或多个通信。尽管图示为单一的信号线路，但是通信线路62 可以包括电的、光的和/或无线的信号线路中的一个或多个，以允许控制器60与系统36的 各个部件通信。而且，尽管图示在系统36的外部，但是控制器60和通信线路62可以有利 地为系统36的内部部件。
[0061] 系统36和/或控制器60还可以与计算机63通信，该计算机63是与系统36和/ 或控制器60通信并且可以与系统36分隔或可替代地可以为系统36的内部部件的一个或 多个基于计算机的系统。计算机63包括基于计算机的硬件，例如用于产生和存储工具路径 和相关的打印指令的数据存储装置、处理器、内存模块等。计算机63可以将这些指令传递 给系统36 (例如，传递给控制器60)，以执行打印操作。
[0062] 图4图示了如Leavitt的专利号为7, 625, 200的美国专利中描述的用于打印头44 的合适装置，其已经被修改为包括本公开的喷嘴。用于打印头44的合适装置以及打印头 44与头架46之间的连接的其它示例包括在Crump等人的专利号为5, 503, 785的美国专利； Swanson等人的专利号为6, 004, 124的美国专利；LaBossiere等人的专利号为7, 384, 255 和7, 604, 470的美国专利；Batchelder等人的专利号为7, 896, 209的美国专利；以及Comb 等人的专利号为8, 153, 182的美国专利中公开的那些装置以及连接。
[0063] 在其它实施例中，打印头44是可互换的、单喷嘴打印头，用于每一个打印头44 的合适装置以及打印头44与头架46之间的连接的示例包括在Swanson等人的公开号为 2012/0164256的美国专利申请中公开的那些装置以及连接。
[0064] 示出的用于打印头44的双端的实施例包括两个驱动机构64、两个液化器组件66 和本公开的两个喷嘴68。在操作期间，控制器60可引导驱动机构64选择性地从可消耗组 件48和50 (经由导向管56和58)拉动零件和支撑材料细丝的连续段，并且将细丝进给到 液化器组件66中。液化