用于打印3D物体的方法和系统与流程

本申请根据35u.s.c.§119要求于2015年8月13日提交的系列号为62/204625的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并通过引用的方式全文纳入本文。

背景技术：

使用例如模制和压制工艺可将平坦玻璃形成3d玻璃。然而，使用这些方法形成具有内部特征(例如内部通道等)的复杂玻璃部件是困难的，几近不可能的。机械加工，例如通过钻孔，可用于在玻璃砖中形成孔。但是，使用机械加工也难以在玻璃砖中形成内部特征。

增材制造(am)通常被称为3d打印，其允许从部件的计算机辅助设计(cad)模型直接构建3d部件。3d部件是逐层构建的，如果需要，这允许将特征构建到每层中并作为内部特征包含在部件中。am可用固体、液体和粉末材料进行加工。然而，极少的可获得的am技术表明玻璃是合适的原料，事实上，没有技术声称其能够生产透明3d打印玻璃。

技术实现要素：

公开了用于打印3d物体的方法和系统。所述方法和系统适于从玻璃和玻璃陶瓷材料制造3d物体。所述方法和系统可以允许从除了玻璃和玻璃陶瓷之外的其他原料制造3d物体。

在一个例示的实施方式中，打印3d物体的方法包括：提供作为至少两个物体层的组的3d物体的说明，其中一个物体层可堆叠在另一个物体层的顶部上以形成物体，以及对每个物体层提供材料沉积图案。所述方法还包括在位于供料出口和构建表面之间的构建区建立热点。所述方法包括以预定的顺序将一种或多种预成形材料通过供料出口供料到构建区中，以及使用热点选择性地将一种或多种预成形材料加热到粘流态。所述方法包括通过下述形成物体层的组的第一物体层：将第一部分的一种或多种预成形材料沉积在构建区的构建表面上，以及在沉积期间使构建表面与供料出口之间产生相对移动从而使第一部分的一种或多种预成形材料形成对应于第一物体层的材料沉积图案。所述方法还包括通过下述形成物体层的组的第二物体层：将第二部分的一种或多种预成形材料沉积在构建区的构建表面上，以及在沉积期间使构建表面与供料出口之间产生相对移动从而使第二部分的一种或多种预成形材料形成对应于第二物体层的材料沉积图案。

在另一个例示的实施方式中，用于打印3d物体的设备包括具有构建表面的构建板。所述设备还可以包括供料系统，所述供料系统具有位于构建表面上方的供料出口。构造供料系统以将预成形材料供料到供料出口与构建表面之间的构建区。所述设备还可以包括激光传递系统，配置该激光传递系统以将至少一束激光束引导到构建区中以在构建区中形成热点。所述设备还可以包括定位系统，配置该定位系统以使构建表面和供料出口之间产生相对移动。

在另一个例示的实施方式中，制造的玻璃制品包括排列在堆叠体中的多个玻璃层以形成具有选定形状的三维物体。每个玻璃层具有预定的形状并且至少在一个接触点熔合到相邻的玻璃层。各玻璃层是透明的。

附图说明

以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。

图1示出了根据一个实施方式的用于打印3d物体的系统。

图2a示出了根据一个实施方式的激光传递系统。

图2b示出了根据另一个实施方式的激光传递系统。

图2c示出了根据一个实施方式的多路激光传递。

图3示出了沉积在构建板上的预成形材料。

图4示出了使用激光束在物体层中形成特征。

图5示出了在第一物体层上形成第二物体层。

图6a和6b示出了根据一个实施方式构建的示例性3d物体的照片。

图7示出了根据一个实施方式构建并抛光的示例性3d物体的照片。

具体实施方式

图1示出了用于打印3d物体的系统90的一个实施方式。系统90包括配置在构建板102上方的供料系统100。供料系统100和构建板102之间的区域104可以被称为构建区。可操作供料系统100以将预成形材料106供料到构建区104中。术语“预成形材料”是指预先形成或成形的材料。通常，预成形材料会有纵轴。预成形材料106可以为棒、纤维、薄片或带的形式。所述棒可以具有圆形截面或非圆形截面，例如正方形或矩形截面。所述棒可以是实心的或可以具有中空的芯。所述纤维可以具有透明的芯或中空的芯。纤维的芯——无论是透明或中空的——可以具有任意所需的截面形状，例如圆形或椭圆形。纤维可以具有任意所需的截面形状，例如圆形、正方形或扁平形。纤维或棒的直径可以在100μm至7mm的范围内。通常，棒比纤维的直径更大并且比纤维更短。薄片和带的厚度可以在10μm至7mm的范围内。预成形材料106的长度是可变的。在一个实施方式中，预成形材料106由玻璃或玻璃陶瓷组成。在其他实施方式中，预成形材料106可以由除玻璃和玻璃陶瓷之外的粘弹性材料组成，或者可以由包括作为一个组分的粘弹性材料的复合材料组成。

供料系统100一般可以包括一对供料轮108a、108b用于使预成形材料106在向着构建区104的方向上前进。供料系统100还可以包括导向管110用于将预成形材料106引导到构建区104中。在一个实施方式中，导向管110具有内部纵向通道(在图中不可见)，将其对准以接收来自供料轮108a、108b的预成形材料106。导向管110可以具有导向尖端116，其具有开口118，所述开口118的尺寸和形状刚好符合预成形材料106的截面，这能够精确地将预成形材料106传递到构建区104中。开口118，或者预成形材料106从供料系统100出现到构建区104中的任何位置可以被称为供料系统100的供料出口。

在一些情况中，预成形材料106可以为可绕着卷轴(未示出)缠绕的形式。在该情况中，供料轮108a、108b可以根据需要从卷轴中拉出所需长度的预成形材料106。在一些情况中，预成形材料106可以为传送到供料系统100的带的形式。在一些实施方式中，供料轮108a、108b之间的间距114，即预成形材料106进入供料轮108a、108b之间的位置，其是可调节的以使得供料轮108a、108b可向导向管110供料不同的预成形材料直径或厚度。另外，导向管110和导向尖端116可以与其他导向管和导向尖端互换以允许将不同的预成形材料直径或厚度传递到构建区104中。

在一个实施方式中，将构建板102安装在定位系统120上。在一个实施方式中，定位装置120能够沿着三个正交方向，即沿着x、y和z轴平移构建板102。例如，定位系统120可以包括z平台122以允许沿着z轴平移构建板102，以及可以包括xy平台124以允许在xz平面中平移构建板102。定位系统120能够允许构建板102与供料出口118之间在三个正交方向上进行相对移动。代替将构建板102安装在定位系统120上，或者除了将构建板102安装在定位系统120上，可以将供料系统100安装在单独的定位系统(未示出)上以使得可调整供料出口118相对于构建板102的位置。然而，可更加便利的是，相对于供料出口118移动构建板102。一般而言，可以使用使构建板102与供料出口118之间在三个正交方向中的任何方向上产生相对移动的任何方法。供料出口118与构建板102之间的相对移动能够允许预成形材料106以所需的图案沉积在构建板102上。

在一个实施方式中，在供料出口118与构建板102之间的构建区104中建立热点126。在一个实施方式中，热点126与供料出口118对齐以使预成形材料106从供料出口118先通过热点126再到达构建板102。在一个实施方式中，通过热点126将预成形材料106选择性地加热到粘流态。术语“选择性地加热”意为可以将被分配到构建区104中的整个预成形材料106或被分配到构建区104的预成形材料106的恰好选定的区段加热到粘流态。这也意味着热点126需是可控的。例如，应该可打开或关闭热点126或者控制热点126的温度和尺寸。在一个实施方式中，通过热点126将预成形材料106选择性地加热到材料的退火点至高达熔点之间的温度。

在一个实施方式中，使用来自激光传递系统的一束或多束激光束建立热点126，所述激光传递系统通常用附图标记134标识。例如，图1示出了在一个实施方式中，使用两束激光束128a、128b建立热点126。激光束128a、128b从相反的方向接近构建区104。该相反的激光束将能够在热点126处围绕预成形材料106的直径或厚度均匀地加热。在一个实施方式中，由激光传递系统134提供的激光束128a、128b为高斯(gaussian)束，并且可控制热点126处的激光束128a、128b的束直径。在一个实施方式中，每束激光束128a、128b的束直径选自待由热点126加工的预成形材料106的厚度的1至2倍的范围。

图2b示出了激光传递系统134的一个实施方式。激光传递系统134的一个替换性实施方式示于图2b中的134’。在图2a中，激光传递系统134包括产生激光束138的激光源136。如果预成形材料106由玻璃或玻璃陶瓷制成，则激光源136可以为能够产生红外激光束的红外激光器，例如co2激光器等。一般而言，激光源136应能够产生一定波长范围的激光束，在该波长范围中，预成形材料106将有所吸收以允许将预成形材料106选择性地加热到粘流态。例如，co2激光器发射玻璃的吸收范围内的波长并且可用于加工玻璃材料。配置分束器140以将激光束138分裂成两束分离的激光束128a、128b，该两束分离的激光束128a、128b在不同的方向上，例如在正交方向上行进。在图2a所示的配置中，第一激光束128a借助镜144、146被引导到聚焦透镜142，并且聚焦透镜142将第一激光束128a聚焦到构建区104中。类似地，第二激光束128b借助镜150、152、154被引导到聚焦透镜148，并且聚焦透镜148将第二激光束128b聚焦到构建区104中。聚焦的激光束128a、128b形成了热点126，在热点126中可将预成形材料106选择性地加热到粘流态。

在图2b示出的替换性的激光传递系统134’中，束组合器155a将第一激光束128a与次级激光束156a组合。使用镜144、146和聚焦透镜142将组合的激光束128a’引导并聚焦到构建区104中。次级激光束156a可以通过次级激光源158a产生。在一个实施方式中，次级激光束156a相比于第一激光束128a具有不同的波长。例如，次级激光束156a可以在预成形材料106不会吸收的波长范围内，而第一激光束128a可以在预成形材料106会吸收的波长范围内。在一个实施方式中，次级激光束156a具有可见范围内的波长，而第一激光束128a具有红外范围内的波长。在这种情形中，次级激光源158a可以为hene激光器或其他合适的可见激光器。可见激光束156a组合不可见激光束128a将产生可见的组合激光束128a’。这可以有助于使不可见激光束128a与待建立热点126的目标位置对齐。可见激光束156a对热点126的温度一般不具有显著影响。

类似地，束组合器155b使第二激光束128b与次级激光束156b组合，并且使用镜152、154和聚焦透镜148将组合的激光束128b’引导并聚焦到构建区104中。次级激光束156b可以通过次级激光源158b产生。次级激光束156b和次级激光源158b可以具有如上述次级激光束156a和次级激光源158b相同的特性。

可对激光传递系统134、134’进行变化。一种可能的变化是使用分离的激光源产生分离的激光束128a、128b，即不是将单一激光束138分裂成两个分离的激光束128a、128b。另一种可能的变化为使用束成形器将聚焦到构建区104中的激光束128a、128b(或组合的束128a’、128b’)成形成非圆形形状，例如矩形形状或椭圆形状。当预成形材料106为扁平的纤维或者当与激光束相对的预成形材料106的一侧是扁平的时，这一非圆形形状可以是有用的。另一种变化为使用多于两个激光传递路径将激光束传递到预成形材料106。如果预成形材料106是薄片或相比于激光束(或组合束)的光斑尺寸具有相对较大的宽度时，这种变化可以是有用的。如图2c所例示的，激光束可以沿着多个束路径160a1、160a2、1603被传递到预成形材料106的一侧，并且沿着多个束路径160b1、160b2、160b3被传递到预成形材料106的另一侧。出于例示的目的，在预成形材料106的每一侧上示出了三个束路径。一般而言，根据需要可以使用尽可能多的束路径以确保在预成形材料106的整个宽度上均匀加热预成形材料106。使用与图1相同的坐标系，将预成形材料106的宽度作为沿y轴的维度。

再次参考图1，在供料出口118与构建表面130，即构建板102的顶表面之间的选定位置处，于构建区104中建立热点126。优选地，不将热点126建立在构建板102的构建表面130上或者构建板102中，这是因为这可造成不期望的加热和/或造成构建板102的烧蚀。在一个实施方式中，对激光束的入射余角，即激光束128a、128b与构建板102的构建表面130之间的角进行选择，以使得激光束128a、128b不会冲击到构建板102的构建表面130上。这是为了避免在构建板102的构建表面130上或在构建板102中建立热点。激光束128a、128b可以与构建表面130平行或呈较小的角度(近于平行)以避免冲击到构建板102的构建表面130上。适当的较小的角度可由几何形状确定。

在一个实施方式中，热点126与构建表面130之间的距离可在传递通过热点126的预成形材料106厚度(或直径)的1/3至1倍之间变化。一般而言，热点126与构建表面130之间的距离将取决于沉积在构建表面130上的预成形材料的各层之间所期望的结合表面的类型。构建表面与3d结构的第一层之间的界面为“结合表面”。3d结构的各层之间的每个边界也构成了“结合表面”。

加热器132可以位于构建板102附近的位置以在构建板102周围建立受控的热环境。受控的热环境可以在预成形材料106沉积在构建板102上的同时允许构建板102保持在某一温度范围内。受控的热环境通过防止材料迅速冷却，可以使沉积在构建板102上的材料中的应力最小，尤其是在材料为玻璃或玻璃陶瓷的情况下。在一个实施方式中，构建板102由玻璃制成，并且加热器132将构建板102的温度保持在基本上是玻璃的退火点(即玻璃达到10^13.4泊粘度时的温度)。“基本上”可以意为，例如，在玻璃的退火点的+/-20℃内。在另一个实施方式中，构建板102由玻璃陶瓷制成，并且加热器132将构建板102的温度保持在刚好低于玻璃陶瓷的烧结点。例如，可以将玻璃陶瓷构建板保持在低于烧结点0.1至10℃。另一种可能性是控制构建板102的温度以使构建板102与沉积在构建板102上的材料之间的温差最小。

如果预成形材料106是中空纤维，则可以将压力源162或真空源164连接到预成形材料106。合适的控制阀163可以决定将压力源162和真空源164中的哪一个连接到预成形材料106。在将预成形材料106供料到构建区104中的同时，可选择性地将压力或真空施加于预成形材料106的芯以分别扩展或收缩芯。通常，芯的扩展或收缩会发生在构建区104，在构建区104中，预成形材料106将处于某一温度下，在该温度下，其可因为热点126的加热而成形。这一过程将允许预成形材料106的区段沉积在构建板102上之前，使预成形材料106的区段进一步成形。

根据一个实施方式的用于打印3d物体的方法可以包括对物体层的组进行说明，所述物体层可一层堆叠于另一层顶上以形成3d物体。在一个实施方式中，物体层的组包含至少两个物体层。每个物体层可以为3d物体的截面切片。每个物体层的说明包括构建物体层所需的几何数据。从每个物体层的说明中可以确定层的形状和层中的特征。特征可以为例如部分深度的孔、通孔、通道、穴、雕刻标记等。说明可以包括其他信息，例如物体层的厚度。

在一个实施方式中，3d物体可以通过使用合适的绘图或说明工具绘制3d物体的每个物体层而描述成物体层的组。可以在刚好构建物体层之前或物体层正在构建时绘制每个物体层，或者可以同时绘制所有的物体层并存储以用于以后使用。

在另一个实施方式中，3d物体可以通过使用cad软件(或一般来说，实体建模软件)构建3d物体的模型而描述成物体层的组。cad软件可以输出一个.stl文件，该文件为含有3d物体的细化模型(tessellatedmodel)的文件。细化模型为表示cad模型的表面的三角形阵列。.stl文件将包含这些三角形顶点的坐标和指示每个三角形法线的指数。可以使用合适的切片软件将细化模形切片成各层，其中每个切片将表示3d物体的物体层。

在另一个实施方式中，3d物体可以通过扫描3d物体的原型并且使用合适的软件系统从扫描的图像中导出物体层的轮廓来描述为物体层的组。

用于打印3d物体的方法可以包括确定待用于形成物体的每一层的预成形材料的类型。用于打印3d物体的方法可以包括使用物体层的几何数据以及待用于形成物体层的预成形材料的类型来确定物体层的材料沉积图案。用于打印3d物体的方法可以包括针对每层确定构建板102与供料出口118之间的相对移动以针对层形成材料沉积图案。用于打印3d物体的方法可以包括对每一层确定下列：基于预成形材料类型，确定形成热点126所需的激光功率；基于预成形材料类型和材料沉积图案，确定预成形材料106进入构建区102中的供料速率；在预成形材料沉积期间的“沉积距离”和预成形材料沉积期间的热点距离。“沉积距离”为预成形材料通过其从供料出口118行进到构建表面130或行进到构建表面130上的最顶端的物体层的垂直距离。沉积距离可在每个物体层沉积之前设定并且在每个物体层沉积期间变化以实现物体层的特定厚度分布或者在两个物体层之间得到所需的结合表面。“热点距离”为热点126与构建表面130之间的垂直距离或热点126与构建表面130上的最顶端的物体层之间的垂直距离。可对热点距离和激光功率进行选择以在加工玻璃或玻璃陶瓷预成形材料时实现全透明。例如，如果将热点126的温度——通过用于建立热点126的激光功率确定——设定在刚好低于预成形玻璃的熔点，例如比熔点低5至10℃，并且热点距离在预成形玻璃的直径(或厚度)的1/3至1范围内，则可以得到全透明的玻璃。

系统90可以包括控制器95，其使用“构建数据”管理3d物体的构建，所述构建数据即物体层的说明和其他相关数据，例如如上所述的预成形材料类型、预成形材料的供料速率、激光功率、沉积距离等。控制器95可以从合适的存储器中读取构建数据或者可以根据需要从应用程序或通过用户输入接收构建数据。控制器95可以对系统中何时何地发送命令信号做出各种决定。控制器95可以向供料系统100发送信号以使一种或多种预成形材料以特定的供料速率供料到构建区104中。控制器95可以向激光传递系统134发送信号以将激光束128a、128b以合适的功率级传递到达热点126。在预成形材料106的沉积期间，控制器95可以向定位系统120发送信号以使构建表面102相对于供料出口118以适合于被构建的物体层的特定图案移动。控制器95还可以向定位系统120发送信号以调整沉积距离。控制器95还可以向控制阀163发送信号以使压力源162和真空源164中的任一者连接到预成形材料106。控制器95还可以向加热器132发送信号以将构建表面130保持在某一温度。系统90可以包括在控制器95与其他系统部件之间的合适的通信链接。通过控制器95控制定位系统120的一种替换方式为将定位系统120连接到绘图工具。在这种情形中，当绘制物体层时(如上文关于对物体层的组进行说明的一个实施方式所描述的)，绘制动作可以被转变为构建表面102与供料出口118之间的相对移动。

为了使用图1的系统构建第一物体层，在供料出口118和构建表面130之间建立热点126。传递到热点126的激光功率将取决于用于构建第一物体层的预成形材料。将热点距离和沉积距离设定到预定数值，这可以基于构建数据设定，所述热点距离即为热点126与构建表面130之间的距离，所述沉积距离即为供料出口118与构建表面130之间的距离。例如，如果形成全透明的玻璃物体，则热点距离可以在预成形材料的厚度(或直径)的1/3至1的范围内。

供料系统100用于以适于第一物体层的供料速率将选定的预成形材料106供料到构建区104中。基于第一物体层的构建数据对预成形材料106进行选择。出于例示的目的，预成形材料106可以由玻璃制成。在不被认为是作为限制的一个实例中，玻璃可以选自corningexg、714avc、gorilla玻璃(2317、2318、2319、2320)、二氧化硅和派热克斯玻璃(pyrex)。可以基于预成形材料106的类型和第一物体层的材料沉积图案选择预成形材料106供料到构建区104中的供料速率。供料速率还可以与热点126处的预成形材料的所需粘度相关。在一些实施方式中，可以与供料轮108a、108b的旋转速度相关的供料速率可以在1mm/s(毫米/秒)至5mm/s的范围内。在一些情形中，可能需要多于一种预成形材料106来完成第一物体层。在这种情形中，可以以构建数据中列出的预定顺序将所需的预成形材料供料到构建区104中。如果使用多种预成形材料，则选择材料类型、截面形状和预成形材料的尺寸是自由的，从而使物体层的打印非常复杂。

在热点126处，将进入构建区104中的每种预成形材料106选择性地加热到粘流态(或预成形材料的退火点至高达熔点之间的温度)。在一个实施方式中，对于上文列出的玻璃，10w至45w的激光功率范围可以用于建立热点126。然后将选择性加热的预成形材料106以符合第一物体层的材料沉积图案沉积在构建板102的构建表面130上。出于例示的目的，图3示出了预成形材料106穿过沉积距离(即供料出口118与构建表面130之间的距离)，通过热点126以及沉积在构建板102的构建表面130上。供料出口118与构建板102之间的相对移动控制了预成形材料106是如何被置于构建表面130上以形成第一物体层的所需的材料沉积图案。应注意，供料出口118的任何平移需与激光束128a、128b的焦点同步以使得由激光束128a、128b建立的热点126与供料出口118对齐。如果供料出口118与构建板102之间的相对移动被限制为相对于供料出口118移动构建板102，那么可以不需要调整热点126的位置或激光束128a、128b聚焦的位置。

在完成了第一物体层的材料沉积图案后，可以在沉积于构建板102上的材料中形成特征以完成第一物体层。形成的特征将取决于第一物体层的结构。如上所述，特征可以为部分深度的孔、通孔、穴、通道、雕刻标记等。图4示出了使用聚焦的激光束168在构建板102上的物体层170(由沉积的预成形材料制成)中形成特征的一个实例。(为了方便起见，用于热点的激光传递系统未在图4中示出。另外，为了方便起见，将供料系统100移到旁边。)激光源172、镜174和聚焦透镜176可以用于提供聚焦的激光束168。构建板102与聚集的激光束168之间的相对移动将允许聚焦的激光束168扫描构建板102上的物体层170并在物体层170的所需区域中形成特征。相对移动可以由定位系统120提供，或者光学元件(如扫描镜等)可以用于提供聚焦的激光束168在物体层上的所需扫描。还可以使用激光束抛光第一物体层。

在第一物体层完成之后，可在第一物体层的顶上构建第二物体层。在图5中，在170处识别第一物体层。为了构建第二物体层，可以使用定位系统120并且基于第二物体层的构建数据调整供料出口118与第一物体层170顶部之间的沉积距离。在将第一物体层170相对于供料出口118定位在所需距离后，可使用激光束128a、128b建立热点126。第二物体层的形成将如上文关于第一物体层所述那样继续。也就是说，以预定的顺序将一种或多种预成形材料106’供料到构建区104，其中在构建区104中通过热点126将每种预成形材料选择性地加热到粘流态，然后以符合第二物体层的材料沉积图案沉积于第一物体层170的顶部上。在保持热点126与供料出口118对齐的同时，供料出口118与构建板102之间的相对移动将控制预成形材料是如何被置于第一物体层的顶部上以形成第二物体层的材料沉积图案。在沉积期间，沉积在第一物体层170上的第二物体层的预成形材料106’可以与第一物体层170熔合，至少是在第二物体层的预成形材料106’处于粘流态并且接触第一物体层170的部分中可以熔合。在完成第二物体层后，可以将聚焦的激光束施加于第一和第二物体层的堆叠体以确保第二物体层与第一物体层接合。另外，聚焦的激光束可以用于之后在第二物体层中形成特征，如上文关于第一物体层所述及图4所例示的。可以与上文关于第二物体层所述的相同的方式构建另外的物体层，直到3d物体完成。

在3d物体打印完成后，可以使3d物体退火以防止物体本体内的任何残余应力。如果3d物体由玻璃或玻璃陶瓷制成，这可以是有用的步骤。对于玻璃，退火工艺可以包括加热3d物体直到温度到达10¹³泊粘度的退火温度(也被称为退火点)，在该温度下玻璃仍然过硬而不能变形，但是足够软以使应力松弛。然后使3d物体热浸直到温度彻底均匀。该步骤所需的时间根据玻璃类型和物体的最大厚度而变化。然后将物体以预定的速率缓慢冷却直到其温度低于应变点(10^14.5泊粘度)。随后，可以某一速率将温度安全地降至室温，所述某一速率受玻璃的热容、厚度、热导率和热膨胀系统限制。在退火过程之后，可将物体切割成一定尺寸、进行钻孔或抛光。

如果不期望构建板102作为最终的3d物体的部分，则可以采取另外的步骤使3d物体与构建板102分离。这样做的一种可能的方法为制造某种材料的构建板102，所述材料不同于3d物体的材料(或者不同于用于构建3d物体的预成形材料)，然后通过选择性蚀刻将构建板102与3d物体分离。在一个实施方式中，构建板102可以由可溶于选定溶剂的玻璃制成，并且3d物体可以由不溶于选定溶剂的玻璃或玻璃陶瓷制成。在这种情形中，可以通过将构建板102溶于选定溶剂而从3d物体中移除构建板102。另一种可能的方法为通过机械加工技术，例如研磨、抛光等使构建板102与3d物体分离。

上述方法和系统可用于构建复杂的3d物体。可使用所述方法和系统制造的3d物体的实例为嵌入波导、层压结构和其他复杂的3d结构。可进行构建的3d物体的其他实例包括但不限于简单的堆叠线以形成竖起玻璃壁、中空立方体、中空3d三角形、“木垛”3d结构、格子结构、仅在其各自的端部接合的悬浮垂直棒的阵列(可控制这些棒下垂、直立或凸起以形成弯曲的顶部)、悬簧、具有接合层或螺线的中空圆柱体、杆和支撑件。还可控制预成形材料的粘度以制造可堆叠成3d形状的不同尺寸的滴。

用于构建3d物体的预成形材料可以是透明玻璃或玻璃陶瓷，这能够构建透明的3d玻璃或玻璃陶瓷物体。预成形材料的透明度将保留在打印的3d物体中，因为打印方法避免了在构建物体层时使用粘合剂和粉末，也就是说，3d物体的透明度名义上将与用于构建3d物体的预成形材料的透明度相同。在一个实施方式中，如果3d物体在390nm至700nm范围内通过分光光度仪测量具有至少80％的透光率，则其被认为是透明的。在另一个实施方式中，如果通过3d物体的可见性没有光学畸变，则该3d物体可以被认为是透明的。在另一个实施方式中，如果沿着3d物体的一个或多个轴不存在可视界面，则该3d物体可以被认为是透明的。

由于用于构建3d物体的预成形材料是光滑的并且/或者由于3d物体进行火抛光，因此通过上述方法和系统制造的3d物体还可以是光滑的。火抛光可以在3d物体的每一层形成时使用激光束进行。

如果预成形材料已经固结，则由所述方法和系统制造的3d物体将不需要烧结，这能够避免通常在使用松散粉末作为原料的3d打印方法中观察到的部件收缩。

图6a和6b示出了使用上述系统和方法形成的一个示例性三角形3d物体178的照片。3d物体178具有各层。每一层由沉积形成三角形的棒制成。所述棒为一个堆叠在另一个顶部并且熔合在一起。使用3mm直径的派热克斯玻璃棒作为预成形材料形成3d物体178。预成形材料的供料速率为1.5mm/s。平移平台的速度为1.0mm/s。使用两束激光束形成热点，其中每束激光束的功率为17w。照片示出了3d物体178是透明的。根据透明度，意味着通过3d物体的可见性没有任何光学畸变，或者沿着3d物体的一个或多个轴不存在可视的中间界面，或者3d物体的透明度名义上与用于形成3d物体的预成形材料的透明度相同或相近。

图7示出了使用上述系统和方法形成的另一个3d物体180。在该情形中，3d物体180的顶表面和底表面已经通过抛光变得平坦。照片示出了3d物体180是透明的，即，3d物体180被置于其上的背景182上的文本“home”通过3d物体180可见而没有任何光学畸变。

在方面(1)中，本公开提供了一种打印三维物体的方法，所述方法包括：提供作为至少两个物体层的组的三维物体的说明，其中一个物体层可堆叠在另一个物体层的顶部上以形成物体，以及对每个物体层提供材料沉积图案；在位于供料出口和构建表面之间的构建区建立热点；以预定的顺序将一种或多种预成形材料通过供料出口供料到构建区中，以及使用热点选择性地将一种或多种预成形材料加热到粘流态；通过下述形成物体层的组的第一物体层：将第一部分的一种或多种预成形材料沉积在构建区的构建表面上，以及在沉积期间使构建表面与供料出口之间产生相对移动从而使第一部分的一种或多种预成形材料形成对应于第一物体层的材料沉积图案；以及通过下述形成物体层的组的第二物体层：将第二部分的一种或多种预成形材料沉积在构建区的构建表面上，以及在沉积期间使构建表面与供料出口之间产生相对移动从而使第二部分的一种或多种预成形材料形成对应于第二物体层的材料沉积图案。

在另一个方面(2)中，本公开提供了如方面(1)所述的方法，其中，建立热点包括将至少一束激光束引导到构建区中。

在另一个方面(3)中，本公开提供了如方面(1)或方面(2)所述的方法，其中，建立热点包括将至少两束激光束引导到构建区中，所述至少两束激光束被安排从不同的方向接近构建区。

在另一个方面(4)中，本公开提供了如方面(3)所述的方法，其中，建立热点包括对每束激光束与构建表面之间的角度进行选择以使得激光束在被引导到构建区时不冲击到构建表面上。

在另一个方面(5)中，本公开提供了如方面(2)所述的方法，其中，建立热点包括使用红外激光器产生所述至少一束激光束。

在另一个方面(6)中，本公开提供了如方面(1)-(5)中任一方面所述的方法，其中，预成形材料中的至少一种由玻璃或玻璃陶瓷组成。

在另一个方面(7)中，本公开提供了如方面(6)所述的方法，其中，预成形材料中的至少一种为棒、纤维、薄片或带的形式。

在另一个方面(8)中，本公开提供了如方面(7)所述的方法，其中，预成形材料中的至少一种为具有中空芯的纤维形式。

在另一个方面(9)中，本公开提供了如方面(8)所述的方法，其还包括选择性地将真空施加于中空芯以收缩纤维的直径。

在另一个方面(10)中，本公开提供了如方面(8)或方面(9)所述的方法，其还包括选择性地将压力施加于中空芯以扩展纤维的直径。

在另一个方面(11)中，本公开提供了如方面(6)所述的方法，其中，构建表面由可溶性玻璃制成，并且所述方法还包括通过蚀刻使构建表面与第一物体层分离。

在另一个方面(12)中，本公开提供了如方面(1)-(11)中任一方面所述的方法，其中，构建表面由玻璃制成，并且所述方法还包括在沉积期间，将构建表面的温度基本保持在玻璃的退火温度。

在另一个方面(13)中，本公开提供了如方面(1)-(12)中任一方面所述的方法，其中，构建表面由玻璃陶瓷制成，并且所述方法还包括在沉积期间，将构建表面的温度保持在低于且接近玻璃陶瓷的烧结温度。

在另一个方面(14)中，本公开提供了如方面(1)-(13)中任一方面所述的方法，所述方法还包括形成物体层的组的另外的物体层，每次形成另外的物体层包括将另外部分的一种或多种预成形材料沉积在之前形成的物体层上，以及在沉积期间在构建表面和供料出口之间产生相对移动从而使另外部分的一种或多种预成形材料形成对应于相应的另外物体层的材料沉积图案。

在另一个方面(15)中，本公开提供了如方面(14)所述的方法，其中，每一物体层至少在一个接触点熔合到下面的物体层。

在另一个方面(16)中，本公开提供了如方面(14)或方面(15)所述的方法，所述方法还包括在形成第二物体层和每一另外的物体层之前，选择性地调整供料出口和构建表面之间的距离以在各物体层之间得到选定的结合表面。

在另一个方面(17)中，本公开提供了如方面(1)-(16)中任一方面所述的方法，其中，将至少两种预成形材料供料到构建区中，并且其中，所述至少两种预成形材料的材料组成或尺寸不同或者材料组成和尺寸均不同。

在另一个方面(18)中，本公开提供了如方面(1)-(17)中任一方面所述的方法，所述方法还包括通过使用至少一束激光束从至少一层形成的物体层的选定区域中去除材料，在至少一层形成的物体层中形成至少一个特征。

在另一个方面(19)中，本公开提供了如方面(1)-(18)中任一方面所述的方法，所述方法还包括使用激光束对形成的物体层进行抛光。

在另一个方面(20)中，本公开提供了如方面(1)-(19)中任一方面所述的方法，所述方法还包括对形成的物体层进行退火。

在另一个方面(21)中，本公开提供了如方面(1)-(20)中任一方面所述的方法，其中，在形成第一物体层期间，热点与构建表面之间的距离在第一部分的一种或多种预成形材料的厚度或直径的1/3至1倍的范围内。

在另一个方面(22)中，本公开提供了如方面(1)-(21)中任一方面所述的方法，其中，在形成第二物体层期间，热点与第一物体层之间的距离在第二部分的一种或多种预成形材料的厚度或直径的1/3至1倍的范围内。

在方面(23)中，本公开提供了一种用于打印三维物体的设备，所述设备包括：具有构建表面的构建板；供料系统，所述供料系统具有位于构建表面上方的供料出口，构造供料系统以将预成形材料供料到供料出口与构建表面之间的构建区；激光传递系统，配置所述激光传递系统以将至少一束激光束引导到构建区中以在构建区中形成热点；和定位系统，配置所述定位系统以使构建表面和供料出口之间产生相对移动。

在另一个方面(24)中，本公开提供了如方面(23)所述的设备，其中，激光传递系统包括在红外范围中产生激光束的至少一个激光源。

在另一个方面(25)中，本公开提供了如方面(24)所述的设备，其中，所述至少一个激光源包括co2激光器。

在另一个方面(26)中，本公开提供了如方面(23)-(25)中任一方面所述的设备，其还包括至少一个加热器，配置所述至少一个加热器以将构建板的温度保持在选定范围内。

在另一个方面(27)中，本公开提供了如方面(23)-(26)中任一方面所述的设备，其中，构建板由玻璃或玻璃陶瓷制成。

在另一个方面(28)中，本公开提供了如方面(23)-(27)中任一方面所述的设备，其还包括激光源，配置所述激光源以提供另一束激光束用于对沉积在构建表面上的预成形材料进行机械加工。

在另一个方面(29)中，本公开提供了如方面(23)-(28)中任一方面所述的设备，其中，定位系统能够在三个正交方向上提供平移，并且其中，构建板连接于定位系统。

在另一个方面(30)中，本公开提供了如方面(23)-(29)中任一方面所述的设备，其还包括控制器用于使供料出口、热点和构建表面的位置同步以使来自构建区的预成形材料以预定的方式沉积在构建表面上，所述控制器与定位系统、激光传递系统和定位系统连通。

在方面(31)中，本公开提供了一种制造的玻璃制品，其包括：多个玻璃层，其被排列在堆叠体中以形成具有选定形状的三维物体，每个玻璃层具有预定的形状并且至少在一个接触点处熔合到相邻的玻璃层，所述玻璃层是透明的。

在方面(31)中，本公开提供了如方面(31)所述的制造的玻璃制品，其中，每个玻璃层由至少一种预成形材料制成，并且其中，玻璃层的透明度名义上与所述至少一种预成形材料的透明度相同。

尽管已经结合有限数量的实施方式描述了本发明，但是得益于本公开的本领域技术人员应理解，能够想出其他的实施方式而不偏离本文所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限定。