CN209869406U - 具有扩展的打印体积的增材制造系统 - Google Patents

Abstract

具有扩展的打印体积的增材制造系统包括打印基座、打印头、驱动机构和支撑表面。所述支撑表面为处于构造中的部件在系统内移动时生成空气支承。所述打印头被构造成在垂直打印平面中以逐层方式将3D部件打印到打印基座上。所述驱动机构被构造成在所述3D部件的打印期间基本上沿着水平打印轴线分度式移动打印基座。所述支撑表面由沿水平轴线延伸的台提供。所述台具有多个形成空气台板的空气喷嘴，当所述3D部件沿着打印轴线增长时，所述空气台板产生用于支撑所述3D部件的空气支承。

Description

具有扩展的打印体积的增材制造系统

相关申请的交叉引用

本申请是2017年4月28日提交的美国专利申请No.15/581,651的部分继续申请，美国专利申请No.15/581,651是于2013年8月15日提交的美国专利申请No.13/968,033(作为美国专利No.9,636,868公布)的继续申请，并且是于2012年8月16日提交的美国专利申请No.13/587,009(作为美国专利No.9,168,697公布)的部分继续申请。上述申请都通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及采用基于层的增材制造技术的构建三维(3D)部件的增材制造系统。特别地，本申请涉及用于打印大型3D部件的具有扩展的打印体积的增材制造系统，以及用于在增材制造系统中打印3D部件的方法。

背景技术

增材制造或3D打印通常是利用物体的计算机模型构建三维(3D)物体或部件的增材制造过程。典型的操作包括将三维计算机模型切成薄的横截面，将结果转换成分层位置数据，并且输送数据以控制打印机，该打印机使用一个或多个增材制造技术以分层方式制造三维结构。商业上可获得的增材制造技术的示例包括基于挤出的技术(例如，熔融沉积成型)、喷射、选择性激光烧结、粉末/粘结剂喷射、电子束熔炼和立体光刻工艺。

在基于挤出的增材制造系统中，可以通过沿着从部件的数字表示生成的刀具路径挤出可流动的部件材料，以逐层方式从3D部件的数字表示打印3D部件。部件材料通过由系统的打印头承载的挤出尖端或喷嘴挤出，并且在打印头沿着刀具路径移动时沉积为一系列道路。挤出的部件材料与先前沉积的部件材料熔合，并在温度下降时固化。在典型的打印机中，材料沉积在平面层中，作为在限定构建平面的基板上构建的一系列道路。然后打印头相对于基板的位置沿着打印轴线(垂直于构建平面)递增，并且重复该过程以形成类似于数字表示的3D部件。

在通过沉积部件材料的层来制造3D部件时，支撑层或支撑结构通常构建在悬垂部分下方或构造中的3D部件的空腔中，其不由部件材料本身支撑。可以利用沉积部件材料的相同的沉积技术来构建支撑结构。主计算机产生附加的几何形状，用作正在形成的3D 部件的悬垂或自由空间段的支撑结构。然后在打印过程中根据产生的几何形状沉积载体材料。载体材料在制造期间附着到部件材料上，并且可以在打印过程完成时从完成的3D部件上移除。

发明内容

本申请的实施例涉及用于打印3D部件的增材制造系统，以及使用该系统的方法。增材制造系统的一个实施例包括打刷基座、打印头、驱动机构和支撑表面。所述支撑表面为处于构造中的部件在系统内移动时生成空气支承(air bearing，也可称“空气轴承”)。所述打印头被构造成在垂直打印平面中以逐层方式将所述3D部件打印到打印基座上。所述驱动机构被构造成在所述3D部件的打印期间基本上沿着水平打印轴线分度式移动(index) 打印基座。所述支撑表面由沿水平轴线延伸的台(table)提供。所述台具有多个形成空气台板(air platen)的空气喷嘴，当所述3D部件沿着打印轴线增长时，所述空气台板产生用于支撑所述3D部件的空气支承。

在该方法的一个实施例中，3D部件在垂直打印平面中以逐层方式被打印到打印基座上。在打印所述3D部件期间，使用驱动机构沿着水平轴线分度式移动所述打印基座。在所述打印基座沿水平轴线分度式移动期间，所述3D部件的一部分被支撑在台表面上的、由多个空气喷嘴形成的空气支承上。

方面

第一方面，一种具有扩展的打印体积的增材制造系统，所述系统包括：

打印基座；

打印头，其设置在构建区域中并且被构造成以逐层的方式将3D部件打印到所述打印基座上；

驱动机构，其被构造成在所述3D部件的打印期间沿着水平轴线分度式移动所述打印基座；以及

沿着所述水平轴线延伸的台，且所述台包括空气台板，所述空气台板被构造成当被打印的所述3D部件从所述构建区域前进时，在被打印的所述3D部件的一部分的下方产生空气支承，其中，所述空气台板包括末端设有孔的多个空气喷嘴。

根据，所述台还包括：

与多个所述空气喷嘴流体连通的压力室，以及

用于驱动气流进入所述压力室的鼓风机。

第二方面，根据第一方面所述的系统，所述鼓风机被构造成沿着空气路径驱动所述气流并进入所述压力室。

第三方面，根据第二方面所述的系统，其中，所述鼓风机被构造成沿着空气路径驱动所述气流并进入所述压力室。

第四方面，根据第一方面所述的系统，其中，所述台包括沿着水平轴线延伸的多个台部分。

第五方面，根据第四方面所述的系统，其中，每个台部分包括：

空气台板，其被构造成当被打印的所述3D部件从所述构建区域前进时，在被打印的所述3D部件的一部分的下方产生空气支承，其中，所述空气台板包括末端设有朝上的孔的多个空气喷嘴；以及

压力室。

第六方面，根据第五方面所述的系统，还包括鼓风机，所述鼓风机被构造成使气流进入所述台部分的至少一个压力室。

第七方面，根据第六方面所述的系统，其中，所述台部分中的两个或更多个的所述压力室通过开口连接。

第八方面，根据第五方面所述的系统，包括多个鼓风机，每个所述鼓风机被构造成将气流驱动到所述台部分的至少一个压力室中。

第九方面，根据第一方面所述的系统，其中，所述打印基座包括启动件，并且其中，所述驱动机构至少在所述打印过程开始时与所述启动件接合。

第十方面，根据第一方面所述的系统，还包括打印腔室，所述打印腔室具有腔室壁以及在所述腔室壁的一个中延伸的端口，其中：

所述腔室壁的至少一个具有在其中延伸的端口；

所述构建区域位于所述打印腔室中；

所述驱动机构被构造成沿所述水平轴线分度式移动所述打印基座通过所述端口；以及

所述台位于所述端口附近，并且被构造成将穿过所述端口的所述3D部件的部分支撑于所述空气支承上。

第十一方面，根据第十方面所述的系统，其中，所述打印室被加热。

第十二方面，一种利用增材制造系统打印3D部件的方法，所述方法包括：

在垂直打印平面中以逐层方式将3D部件打印到打印基座上；

在打印3D部件期间使用驱动机构沿着水平轴线分度式移动打印基座；以及

在沿着水平轴线分度式移动打印基座的过程中，在由多个空气喷嘴形成的台表面上的空气支承上支撑3D部件的一部分。

第十三方面，根据第十二方面所述的方法，其中，支撑所述3D部件的所述部分包括：

使用鼓风机将气流驱动到所述台的压力室中；以及

形成空气支承，包括：响应于驱动气流而通过所述台的所述空气台板中的孔排出空气。

第十四方面，根据第十二方面所述的方法，其中：

所述台包括沿水平轴线延伸的多个台部分，每个台部分包括：空气台板，和压力室；其中，所述空气台板构成所述压力室的顶板，并包括一排空气喷射孔；

支撑所述3D部件的部分包括：

使用至少一个鼓风机将至少一个气流驱动到所述台部分的至少一个压力室中，以及

形成空气支承，包括：响应于驱动气流而通过台的所述空气台板中的孔排出空气。

第十五方面，根据第十四方面所述的方法，其中，驱动至少一个气流包括使用所述至少一个鼓风机将所述至少一个气流驱动到所述多个台部分的压力室中。

第十六方面，根据第十二方面所述的方法，其中，

打印所述3D部件包括将所述3D部件打印到打印基座的启动件上；以及

沿着所述水平轴线分度式移动所述打印基座包括使用所述驱动机构仅沿着所述启动件的侧表面接合所述启动件。

第十七方面，根据第十二方面所述的方法，其中：

打印所述3D部件包括使用所述打印头在所述腔室内打印所述3D部件；以及

支撑所述3D部件的所述部分包括：在沿着所述水平轴线分度式移动所述打印基座的过程中，将所述3D部件的穿过所述腔室的部分支撑于所述空气支承上。

第十八方面，根据第十七方面所述的方法，还包括加热所述腔室。

第十九方面，根据第十七方面所述的方法，其中，沿着所述水平轴线分度式移动所述打印基座包括分度式移动所述打印基座通过所述腔室的端口。

第二十方面，根据第十二方面所述的方法，还包括基于所述3D部件的重量来调节所述空气射流的速度。

定义

除非另有说明，否则本文使用的下列术语具有以下含义：

由于本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量中的限制和可变性)，本文对可测量的值和范围使用了术语“约”和“基本上”。

诸如“以上”、“以下”、“顶部”、“底部”等方向取向指示沿3D部件的打印轴线的方向。在打印轴线是垂直的z轴的实施例中，层打印方向是沿垂直的z轴向上的方向。在这些实施例中，术语“以上”、“以下”、“顶部”、“底部”等是基于垂直的z轴。然而，在沿着不同的轴(例如沿着水平的x轴或y轴)打印3D部件的层的实施例中，术语“以上”、“以下”、“顶部”、“底部”等是相对于给定的轴。此外，在打印层是平面的实施例中，打印轴线垂直于层的构建平面。

术语“打印到”，例如“将3D部件打印到打印基座上”，包括直接和间接打印到打印基座上。“直接打印”涉及将可流动的材料直接沉积到打印基座上以形成附着到打印基座的层。相比之下，“间接打印”涉及将可流动的材料沉积到直接打印到接收表面上的中间层上。因此，将3D部件打印到打印基座上可以包括(i)将3D部件直接打印到打印基座上的情况，(ii)将3D部件直接打印到中间层上(例如，支撑结构)，其中中间层直接打印到打印基座上的情况，和(iii)情况(i)和情况(ii)的组合的情况。

叙述时，术语“提供”，例如“提供腔室”等，并不旨在要求所提供的物品的任何特定的传送或接收。

附图说明

图1A是带有支撑结构和支架的被打印的3D部件的侧视图，示出了垂直的打印轴线。

图1B是带有支撑结构和支架的被打印的3D部件的侧视图，示出了水平的打印轴线。

图2是本申请的第一示例增材制造系统的俯视图，具有用于水平打印3D部件的台板和台板机架。

图3是第一示例系统的侧视图。

图4A是被打印在台板上的3D部件、支撑结构和支架的立体图。

图4B是被打印在台板上的3D部件、支撑结构和支架的分解立体图。

图5是第一示例系统的侧视图，示出了正在被水平打印的3D部件。

图6是本申请的第二示例增材制造系统的俯视图，具有用于水平打印3D部件的台板启动件。

图7是第二示例系统的侧视图。

图8A是被打印在台板启动件上的3D部件、支撑结构和支架的立体视图。

图8B是被打印在台板启动件上的3D部件、支撑结构和支架的分解立体视图。

图8C是被打印在台板启动件上的3D部件、支撑结构和支架的立体视图，示出了可替代的驱动机构。

图9是第二示例系统的侧视图，示出了水平打印3D部件。

图10是本申请的第三示例增材制造系统的俯视图，具有用于正在被水平打印的3D部件的楔形启动件。

图11是第三示例系统的侧视图。

图12是楔形启动件的放大侧视图，示出了用于打印支撑结构的技术。

图13A是打印在楔形启动件上的3D部件、支撑结构和支架的立体视图。

图13B是打印在楔形启动件上的3D部件、支撑结构和支架的分解立体视图。

图14是第三示例系统的侧视图，示出了正在被水平打印的3D部件。

图15是根据本申请的实施例简化的示例性增材制造系统的侧视图，该增材制造系统用于在构造中的3D部件的下方产生空气支承。

图16和图17分别是根据本申请的实施例简化的图15的系统的一部分的侧视横截面图和俯视图。

具体实施方式

本申请涉及一种增材制造系统，用于打印比增材制造系统的打印环境更长的3D部件。在一些实施例中，部件的层形成于增材制造系统内，增材制造系统的打印或构建环境包括被加热的腔室，其具有将该腔室敞开于腔室外的环境条件的端口。在其他实施例中，打印环境处于环境条件下或者具有接近沉积体积的局部加热。该系统还包括一个或多个打印头，该打印头用于以逐层的方式将3D部件打印到打印基座(例如，台板或具有接收表面的其他部件)上。

当打印的3D部件通过打印过程生长时，3D部件的长度可以被分度式移动或移动超出打印环境，例如通过被加热的腔室的端口。打印的3D部件可以超出打印环境继续生长，直到达到所需的长度或高度。这扩展了沿着系统的打印轴线的可打印体积，允许在单个打印操作中打印长的或高的3D部件，例如翼型、流形、机身等。这样，3D部件的尺寸可以大于增材制造系统的打印环境。

如下面进一步讨论的，增材制造系统可以用于在水平方向、垂直方向或沿着其他方向(例如，相对于水平和垂直方向的斜坡)上打印3D部件。在每一个实施例中，打印的 3D部件的层可以通过一个或多个打印的“支架”来稳定，所述“支架”相对于系统的打印轴线侧向支撑3D部件以应付平行于构建平面的力。与打印的“支撑结构”相比，其支撑3D部件相对于系统的打印轴线的底部表面，以应付垂直于构建平面的力。

例如，图1A是从打印头喷嘴12以逐层方式被打印的3D部件10的简化的主视图，其中3D部件10的层沿垂直的z轴生长。这样，图1A中的“打印轴线”垂直的z轴，并且每个层平行于水平x-y构建平面(y轴未示出)延伸。

3D部件10的层被打印到支撑结构14的层上，支撑结构14相应地设置在台板16 上。支撑结构14包括用于沿打印轴线(即，沿垂直z轴)支撑3D部件10的底部表面10a 的第一系列打印层14a，从而应付垂直于构建平面的力。层14a有助于将3D部件10附着到台板16或其它合适的打印基座上，并且用于降低层14a发生卷曲的风险，同时还允许 3D部件10从台板16上移除而不损坏3D部件10。此外，支撑结构14包括第二系列打印层14b，其沿着打印轴线支撑3D部件10的悬垂表面10b。在每种情况下，支撑结构14的层(例如，层14a和层14b)沿着打印轴线支撑3D部件10的底部表面(例如，底部表面 10a和底部表面10b)，从而进一步应付与构建平面垂直的力。

相比之下，支架18a和支架18b的层相对于3D部件10在侧向位置处打印，并且不用于支撑底部表面10a和底部表面10b。相反，被示出为沿z轴延伸的管状支架的支架 18a和18b被打印以支撑3D部件10的侧面以用作扶壁，以应付平行于构建平面的力。例如，在某些情况下，例如当3D部件10高而窄时，层14a和3D部件10之间的附着可能不足以防止3D部件10的最顶层在打印操作期间摆动。3D部件10的摆动可以减少打印头喷嘴12和3D部件10之间的配准，可能导致打印精度降低。然而，支架18a和支架18b提供合适的机构以在相对于打印轴线(即，垂直的z轴)的一个或多个侧向位置处支撑3D 部件10，以稳定3D部件10、防止摆动。

可选地，图1B显示了从打印头喷嘴22以逐层方式被打印的3D部件20，其中3D 部件20的层沿z轴水平地生长。这样，图1B中的“打印轴线”是水平的z轴，并且每个层平行于垂直x-y构建平面(y轴未示出)延伸。

在这种情况下，3D部件20的层被打印到相应地设置在台板26上的支撑结构24 的层上。支撑结构24包括沿着打印轴线(即，沿着水平z轴)支撑3D部件的底表面20a 的第一系列打印层24a，以及沿着打印轴线支撑3D部件20的悬垂表面20b的第二系列打印层14b。在每种情况下，支撑结构24的层(例如，层24a和24b)沿着打印轴线支撑3D 部件20的底表面(例如，底表面20a和20b)，以应付垂直于构建平面的力。

相比之下，支架28的层相对于3D部件20的层在旁侧位置处打印，支架并不用于支撑底部表面20a和20b，而是被打印以用于来支撑3D部件20的相对于打印轴线的侧面，即图1B所示的3D部件20的垂直底侧。在该水平情况下，支架28支撑3D部件20，防止 3D部件20在打印操作期间在重力作用下在平行于构建平面的方向上下垂。

例如，在某些情况下，例如当3D部件20长而窄时，层24a和3D部件20之间的悬臂粘合可能不足以防止在打印操作期间3D部件20的最远层在重力作用下下垂。这样，支架28提供合适的机构以在相对于打印轴线(即，水平z轴)的一个或多个侧向位置处支撑3D部件20，从而降低下垂的风险。然后，支架28本身可以搁置在y-z平面中的下表面 29上并沿该下表面29滑动。

为了便于讨论，当提到打印轴线而不管打印方向如何时，使用z轴。对于垂直打印操作，如图1A所示，打印z轴是垂直或近垂直的轴线，并且3D部件、支撑结构和支架的每个层沿着水平x-y构建平面延伸。或者，对于水平打印操作，例如图1B所示,打印z轴是水平轴线，并且3D部件、支撑结构和支架的每个层沿着垂直x-y构建平面延伸。在进一步的替代实施例中，3D部件、支撑结构和支架的层可以沿着任何合适的轴线生长。如这里所使用的，“水平”z轴包括在水平45度内的打印轴线。

另外，图1A和1B示出平坦构建平面(即，每个层是平面的)，在另外的替代实施例中，3D部件、支撑结构和/或支架的层可以是非平面的。例如，给定3D部件的各层可以各自呈现相对于平坦构建平面的平缓曲率。在这些实施例中，构建平面可以被确定为曲率的平均平面。除非另有明确说明，否则术语“构建平面”不旨在限于平面。

如下面进一步讨论的，在一些实施例中，其上被打印3D部件、支撑结构和/或支架的接收表面可以在构建平面中具有小于3D部件、支撑结构和/或支架的印记区域的横截面区域。例如，打印基座的接收表面可以具有小于预期3D部件的印迹区域的横截面积。在这种情况下，支撑结构和/或支架的层可以以增加的横截面积被打印，直到它们至少包围预期的3D部件的印迹区域。这允许小打印基座与本申请的增材制造系统一起使用。此外，这允许多个连续的3D部件打印有用作接收表面的支架。

水平打印

图2-14示出了本申请的示例性的增材制造系统，其具有扩展的打印体积并用于水平地打印长的3D部件，例如以上所讨论的3D部件20(图1B中所示)，其中，3D部件的长度大于在其中形成部件的层的打印或构建环境。图2-5示出了系统30，其使用基于层的增材制造技术来水平地打印或构建3D部件、支撑结构和/或支架的第一示例性增材制造系统。用于系统30的合适系统包括由美国明尼苏达州伊登普雷里市的公司(Stratasys,Inc) 开发的冠以商标“FDM”的基于挤出的增材制造系统。

如图2所示，系统30可以放置在台或其他合适的表面32上，并且包括腔室34、台板36、台板机架38、打印头40、头架42和消耗品组件44和46。腔室34是具有腔室壁 48的封闭环境，并最初包含用于打印3D部件(例如，3D部件50)的台板36，支撑结构 (例如，支撑结构52)和/或支架(例如，图3-5中所示的支架54)。虽然示出了腔室34，但是本申请不限于具有腔室的系统。相反，该系统可以包括，任何合适的、包含在环境条件下打印以及在腔室外部进行局部加热的构建环境。

在所示实施例中，腔室34包括加热机构56，加热机构56可以是用于加热腔室34 的任何合适的机构，例如一个或多个加热器和空气循环器，以将加热的空气吹散遍布于腔室34内。加热机构56可以至少在打印头40附近以一个或多个温度加热和保持腔室34，所述一个或多个温度位于部件材料和/或支撑材料的凝固温度和蠕变松弛温度之间的窗口中。这降低了部件和支撑材料在挤出和沉积之后固化(例如，减少变形和卷曲)的速率，其中材料的蠕变松弛温度与其玻璃化转变温度成比例。在Batchelder等人的美国专利 No.5,866,058中公开了用于确定部件和支撑材料的蠕变松弛温度的合适技术的示例。

腔室壁48可以是任何合适的屏障，以腔室34内的构建环境中的热空气的损失，并且还可以使腔室34热绝缘。如图所示，腔室壁48包括横在其中横向延伸的的端口58将腔室34敞开于环境条件。因此，系统30在端口58处呈现出热梯度，腔室34内的一个或多个升高的温度下降到腔室34外部的环境温度(例如，室温，约25℃)。

在一些实施例中，系统30可以被构造成主动减少通过端口58的热损失，例如利用空气幕，从而改善节能。此外，系统30还可在端口58处包括一个或多个可渗透屏障，例如绝缘帘条、布或柔性衬里、刷毛等，其限制空气流出端口58，同时允许台板36穿过其中。

台板36是具有接收表面36a的打印基座，其中3D部件50、支撑结构52和支架 54以逐层的方式水平地打印到接收表面36a上。在一些实施例中，台板36还可包括可用作接收表面36a的柔性聚合物膜或衬垫。台板36由台板机架38支撑，台板机架38是基于机架的驱动机构，其构造成沿着打印z轴分度式移动或移动台板36。台板机架38包括台板安装座60、导轨62、螺杆64、螺杆驱动器66和电机68。

台板安装座60是保持台板36的刚性结构，使接收表面36a保持平行于x-y平面。台板安装座60可滑动地连接到导轨62，导轨62用作线性轴承以沿z轴引导台板安装座60，并限制台板36沿z轴方向的移动(即，限制台板36移动在x-y平面)。螺杆64具有连接到台板安装座60的第一端和与螺杆驱动器66接合的第二部分。螺杆驱动器66构造成基于来自电机68的旋转动力旋转并牵拉螺杆64从而沿z轴分度式移动台板36。

在所示的示例中，打印头40是双尖端挤出头，用于从消耗品组件44和46(例如，经由引导管70和72)接收可消耗的细丝或其他材料的，以用于打印3D部件50、支撑结构52以及支架54。用于打印头40的合适装置的示例包括Crump等人的美国专利号 5,503,785，Swanson等人的美国专利号6,004,124，LaBossiere等人的美国专利号7,384,255 和7,604,470，Leavitt的美国专利号7,625,200，Batchelder等人的美国专利号7,896,209，以及Comb等人的美国专利号8,153,182中公开的那些装置。

在另外的实施例中，其中打印头40是可互换的单喷嘴打印头，用于每个打印头40的合适装置的示例以及打印头40和头架42之间的连接方式包括Swanson等人在美国专利号8,647,102中所公开的。

此外，在一些实施例中，打印头40可以是粘度泵或螺杆挤出机，例如Batchelder等人在美国专利号5,312,224和5,764,521，Skubic等人的美国专利号7,891,964，以及Bosveld 等人的美国专利申请号29/571664中所公开的那些。粘度泵可以采用细丝、块料或丸粒材料作为进料。

打印头40由头架42支撑，头架42是台架组件，其用于在(或基本上在)x-y平面内以平行于台板36的方式移动打印头40。例如，头架42可包括y轴轨道74、x轴导轨 76和轴承套78。打印头40可滑动地连接到y轴导轨74，以沿水平y轴移动(例如，通过一个或多个电机驱动的皮带和/或螺杆，未示出)。Y轴轨道74被固定到轴承套78上，轴承套78本身可滑动地连接到x轴轨道76，以允许打印头40也沿着垂直的x轴，或者在x-y 平面中的任何方向上移动(例如，通过电动带(未示出)。虽然此处讨论的增材制造系统被示为在笛卡尔坐标系中的打印，但是系统可以替代地在各种不同的坐标系中操作。例如，头架42可以在极坐标系中移动打印头40，从而为系统30提供圆柱坐标系。

用于消耗品组件44和46的合适装置包括Swanson等人的美国专利号6,923,634，Comb等人的美国专利号7,122,246，Taatjes等人的美国专利号7,938,351和7,938,356，Swanson的美国专利号8,403,658以及Mannella等人的美国专利号9,073,263和8,985,497中公开的那些装置。

与打印头40一起使用的合适材料和细丝包括在Crump等人的美国专利号5,503,785， Lombardi等人的美国专利号6,070,107和6,228,923，Priedeman等人的美国专利号6,790,403， Comb等人的美国专利号7,122,246，Batchelder的美国专利号8,215,371、美国专利号 28,221,669、美国专利号8,236,227和美国专利号8,658,250，以及Hopkins等人的美国专利号8,246,888中公开和列出的那些材料和细丝。细丝的合适平均直径的示例为约1.02毫米 (约0.040英寸)至约3.0毫米(约0.120英寸)。

在粒料进料螺杆挤出机中，如Bosveld等人的美国专利8,955,558中所述，粒料或颗粒材料可以从料斗(替换消耗品组件44和46)进料到粘度泵。将材料加热并在螺杆挤出机中剪切成可挤出状态，并从挤出机的喷嘴挤出。

系统30还包括控制器80，控制器80是被配置为监视和操作系统30的组件的一个或多个控制电路。例如，由控制器80执行的一个或多个控制功能可以用硬件、软件、固件等，或其组合。控制器80可以通过通信线路82与腔室34(例如，加热机构56)、打印头 40、电机68以及各种传感器、校准设备、显示设备和/或用户输入设备通信。

在一些实施例中，控制器80还可以与台板36、台板机架38、头架42和系统30 的任何其他合适的部件中的一个或多个通信。虽然图示为单个信号线，但是通信线82可包括一个或多个电、光和/或无线信号线，允许控制器80与系统30的各种组件通信。此外，虽然在系统30外部示出，但控制器80和通信线82理想地是系统30的内部组件。

系统30和/或控制器80还可以与计算机84通信，计算机84是与系统30和/或控制器80通信的一个或多个基于计算机的系统，并且可以与系统30分离，或者可以是系统30的内部组件。计算机84包括基于计算机的硬件，例如数据存储设备、处理器、存储器模块等，用于产生和存储工具路径和相关的打印指令。计算机84可以将这些指令发送到系统30(例如，发送到控制器80)以执行打印操作。

在操作期间，控制器80可以引导打印头40从消耗品组件44和46(通过引导管70 和72)选择性地拉取部件和支撑材料细丝的连续段。打印头40热熔所接收的细丝的连续段，使得它们变成熔融的可流动材料。然后将熔融的可流动材料从打印头40沿打印z轴轴线挤出并沉积到接收表面36a上，用于打印3D部件50(来自部件材料)、支撑结构52(来自支撑材料)和支架54(来自部件和/或支撑材料)。

打印头40可以最初将一层或多层支撑结构52打印到接收表面36a上，以为随后的打印提供粘合剂基底。这保持了3D部件50的层和台板36之间的良好粘附，并且减小或消除了台板36的接收表面36a与x-y平面之间的任何平面度公差。在打印每一层之后，控制器80可以引导台板机架38从而使得台板36以单层增量沿z轴的箭头86的方向被分度式地移动。

在最初打印支撑结构52之后，打印头40然后可以打印3D部件50和支架54的层，以及，可选地，支撑结构52的任何附加层。如上所述，支撑结构52的层旨在支撑3D部件50的底部表面，以沿着打印z轴抵抗卷曲力，并且支架54的层旨在支撑3D部件50，以沿垂直x轴抵抗重力。

如图3所示，导轨62以交叉影线示出，并且为了便于观察，省略了头架42。当打印的3D部件50和支架54沿z轴生长时，台板36沿箭头86的方向分度式移动，使台板 36通过腔室34朝向端口58移动。端口58理想地具有允许台板36穿过的尺寸而不与腔室壁48接触。特别地，端口58理想地与台板36平行(或基本平行)(即，均在x-y平面中延伸)，其尺寸略大于台板36的横截面积。这允许台板36(以及生长的3D部件50和支架 54)在没有阻碍的情况下穿过端口58，同时还有利地减少通过端口58的热损失。

当3D部件50的打印层、支撑结构52和支架54沿箭头86的方向移动通过腔室34 朝向端口58时，腔室34的温度逐渐将它们从它们各自的挤出温度冷却到腔室34中的温度。如上所述，这降低了扭曲和卷曲的风险。台板机架38理想地以足够慢的速率分度式移动台板36，使得打印层冷却至腔室34的温度，并且在到达端口58之前在腔室34中停留足以基本上减轻冷却应力的持续时间。这使得打印层足够松弛，使得当它们在端口58处达到温度梯度时，温度梯度处的温度下降不会引起任何实质的变形或卷曲。

图4A和4B示出了在打印操作期间的3D部件50、支撑结构52、支架54和台板 36。3D部件50包括内部结构50a和外部表面50b，其中，内部框架50a以与支架54相同的方式起作用，用于侧向支撑3D部件50的外表面50b。在替代实施例中，取决于3D部件50的几何形状，内部结构50a可以省略或者可以从支撑材料打印，该支撑材料随后可以从3D部件50移除(例如，可溶性支撑材料)。在其中内部结构50a由可溶性支撑材料打印的实施例中，内部框架50a理想地是多孔的和/或稀疏的，以增加溶解流体(例如，碱性水溶液)通过3D部件50的内部区域的流动。这可以增加内部结构50a的溶解速率。

在所示的示例中，支架54包括带状部分88和输送机基座90。下面讨论用于支架 54的这种带状部分-基座布置的进一步细节。简而言之，带状部分88通过小接触点连接到 3D部件50的外表面50b，以支撑3D部件50、防止由于重力而下垂。小的接触点允许带状部分88在打印操作完成之后轻易地从3D部件50上折断或移除。输送机底座90是支撑带状部分88的平面薄片，提供光滑的表面，当台板36沿z轴被分度式地移动时，该平滑的表面可搁置在导轨62上并在导轨62上滑动。

进一步如图4A和4B所示，支撑结构52理想地被打印在接收表面36a上，以至少包围3D部件50和支架54的印迹区域(即，3D部件50和支架54在x-y平面中的横截面区域)。在所示的示例中，支撑结构52仅覆盖台板36的底部40％。但是，对于在x-y平面中具有较大几何形状的3D部件和支架，可以使用台板36的整个表面，允许3D部件的待打印的交叉-截面积高达约台板36的横截面积。此外，3D部件的长度仅受到台板机架 38的长度的限制。因此，系统30适合于打印具有各种不同横截面几何形状的长3D部件，例如翼型、歧管、飞机机身以及其类似物。

如图4B所示，台板36包括基部凹口91，其构造成与导轨62的顶表面对齐。这种布置允许支撑结构52以及支架54的输送机基座90以与压痕91齐平地方式被打印。这允许当支架36沿箭头86的方向被分度式地移动时，支撑结构52以及支架54搁置在导轨62 的顶表面上并滑过导轨62的顶表面。

如图5所示，当台板机架38继续沿箭头86的方向对台板36进行分度式移动时， 3D部件50和支架54的连续层在端口58处穿过热梯度并移动到腔室34外部。如上所述，打印层在到达端口58之前，有利地被冷却到腔室34的温度，以降低变形和卷曲的风险。在通过端口58时，打印层然后可以冷却到腔室34外部的环境温度(例如，室温)。

打印操作可以继续直到打印3D部件50的最后一层和/或当台板36完全被分度式地移动到台板机架38的端部时。可以理解，与具有封闭腔室的增材制造系统相比，允许台板36移出腔室34增加了可由系统30打印的3D部件的长度。

在完成打印操作之后，可以从系统30移除打印的3D部件50、支撑结构52、支架 54和台板36(例如，通过使台板36从台板机架38脱离)。然后可以从支撑结构30移除台板36，并且可以从3D部件50和支架54移除支撑结构30(例如，通过溶解支撑结构30)。然后可以将支架54与3D部件50分开或从3D部件50移除。

虽然系统30特别适合于打印沿z轴的长的3D部件(例如，3D部件50)，但系统 30还可以打印沿z轴的较短的3D部件。在3D部件50沿z轴短至支撑结构52的粘合性足以以悬臂方式支撑3D部件而基本上不下垂的情况中，可以省略支架54。然而，可以理解，随着3D部件的长度沿z轴增长，仅支撑结构52不足以防止3D部件的远程打印层在重力下下垂。在这种情况下，可以与3D部件一起打印一个或多个支架(例如，支架54) 以侧向支撑3D部件。

图6-9示出了系统230，其是具有台板启动件和相关驱动机构的第二示例性增材制造系统。如图6所示，系统230可以以与系统30(图2-5中所示)类似的方式操作，其中相应特征的附图标记增加“200”。在该实施例中，系统30的台板36和台板机架38用台板启动件292和驱动机构294代替。

启动件292是可移除的打印基座，其具有台板部分296、平台部分298和加强臂300(在图8B中最佳地示出)。台板部分296包括用于以与台板36的接收表面36a相同的方式接收打印支撑结构252的接收表面296a。平台部分298包括边缘段302和中央段304，其中边缘段302沿着y轴彼此偏移。台板部分296在中央段304处与平台部分298一体成型或者相互连接，并且不横向延伸到边缘段302。这样，台板部分296以平行于x-y平面、且与在y-z平面中延伸的平台部分298成直角的方式延伸。加强臂300是可选的部件，其在结构上加强了台板部分296。

启动件292可以由一种或多种聚合物和/或金属材料制成。例如，启动件292可以由聚合物材料模制(例如，注塑)或用增材制造系统打印，以提供能够支撑3D部件250、支撑结构252以及支架254的打印层的刚性件。在一个替代实施例中，平台部分298可以是基于网的薄膜，其上固定有台板部分296。

如图6和7所示，驱动机构294是基于轮的驱动机构，其包括两对驱动轮306、导轨308和电机310，其中，在图7中，为了便于观察，导轨308以交叉影线示出(并且省略了头架242)。在打印操作之前，启动件292的平台部分298可以插入于成对的驱动轮306 之间。平台部分298还可以包括一个或多个对准凸片312(最佳地在图8B中示出)以将启动器片292对准导轨308并可滑动地连接到导轨308。

导轨308以与导轨62(图2、图3和图5中所示)类似的方式沿水平z轴起到线性轴承的作用。然而，与导轨62相比，导轨308的长度可以明显更短，从而减小了台232 上的系统10的尺寸。例如，导轨308可以完全保持在腔室234内。

在操作期间，打印头240最初将一层或多层支撑结构252打印到接收表面296a上，从而为随后的打印提供粘合剂基底。这保持了3D部件250的层和接收表面296a之间的良好粘附。然而，最佳如图8A和8B所示，支撑结构252的层还包括：对应于启动件292 的边缘段302的边缘段314，以及对应于启动件292的对准凸片312的对准凸片316(如图 8B所示)。

在打印支撑结构252的每层之后，驱动机构294可以沿箭头286的方向沿z轴以单层增量对启动件292进行分度式移动。特别地，如图8A所示，每对驱动轮306可以接合一个边缘段302的正反表面。驱动轮306由电机310操作，电机310使驱动轮306旋转以沿箭头286方向沿z轴分度式移动启动件292。

在替代实施例中，驱动机构294可以用各种不同的驱动机构代替，以便以相同的方式接合并移动启动件292、支撑结构252和支架254。例如，驱动轮306可以用齿轮、纹理轮、尖刺轮、纹理和/或粘性传送带等代替，以接合每个边缘段302的其中一侧、每个边缘段302的两侧或者其组合。

在打印支撑结构252之后，打印头240然后可以打印3D部件250和支架254的层，以及，可选地，支撑结构252的任何附加层。如图8A和8B中进一步所示，支架254的输送机底座288被打印，以包括对应于边缘段302和314的边缘段318，以及对应于对准凸片312和316的对准凸片320。在替代实施例中，可以省略对准凸片312、316和/或320。在这些实施例中，系统230可以包括其他合适的特征(例如，对准销)以保持在x-y平面中的配准。

当驱动轮306继续沿箭头286的方向分度式移动启动件292时，支撑结构252的对准凸片316和支架254的对准凸片320最终到达导轨308并可滑动地与导轨308连接，以保持在x-y平面中的正确配准。此外，如图8A中的箭头322所示，驱动轮306最终通过启动件292的边缘段302，并且接合边缘段314和318以继续沿箭头286的方向分度式移动支撑结构250和支架254。在一些实施例中，系统230可包括一个或多个传感器(未示出)以向控制器280提供反馈，从而保持支架254受到正确的分度式移动。例如，系统230 可包括一个或多个光学传感器以测量支架250沿z轴的位移，其可将信号传输到控制器280 以准确地分度式移动支架254。

可以理解，因为驱动轮306在支架254的边缘段318的两侧接合支架254，所以可能需要沿y轴调节相对的驱动轮306以补偿3D部件250的尺寸。例如，如果3D部件250 沿y轴非常宽，则相对设置的成对驱动轮306可能需要沿y轴进一步分开(如图8A中的分离线321所示)以容纳更宽的支撑结构252和支架254。或者，如果3D部件250沿y 轴非常窄，则相对设置的成对驱动轮306可能需要沿y轴移动得更靠近，以减小支撑结构的宽度。这减少了支撑结构252和支架254所需的尺寸。然而，在一个实施例中，驱动轮 306可以沿y轴保持在分离距离处，以适应系统230可以打印的最宽尺寸。在其他的实施例中，支撑结构252和支架254可以被打印成到达驱动轮306的宽度。

或者，如图8C所示，系统230可包括替代的驱动机构，例如驱动机构294a，其仅接合启动件292、支撑结构252和支架254的底表面。如图所示，驱动机构294a包括辊306a 和驱动带306b，其中，驱动带306b接合启动件292、支撑结构252和支架254的底表面。底表面接合允许使用驱动机构294a，而不管3D部件250、支撑结构52和支架254的尺寸如何。

驱动带306b可以与具有各种特征的启动件292、支撑结构252和支架254接合，例如纹理和/或粘性带表面。这允许驱动带306b摩擦地、机械地和/或粘附地抓住启动件292、支撑结构252和支架254的底表面，以沿箭头286的方向对它们进行分度式移动或移动。驱动带306b和启动件292、支撑结构252和支架254之间的接合可以基于启动件292、支撑结构252和支架254的重量，该接合其将它们保持在驱动带306b上。另外，驱动机构 230可以包括附加部件以帮助保持接合，例如通过启动件292和驱动机构294之间的磁耦合。可以进一步理解，虽然用驱动带306b示出，但是驱动机构294a可以替代地结合不同的特征以接合启动件292、支撑结构252和支架254(例如，驱动轮)的底表面。

如图9所示，当驱动机构294继续沿箭头286的方向分度式移动支架254时，3D 部件250和支架254的连续层在端口258处穿过热梯度并移动到腔室234外部。在该实施例中，台或表面232理想地在腔室壁248的外部向上延伸以接收对准凸片312、316和318，允许它们在分度式移动过程中在台232上滑动。此外，台232的升高部分可以被处理或抛光，可以包括低摩擦材料(例如，聚四氟乙烯)，和/或可以包括空气喷嘴或用于产生空气支承的其他机构(如进一步描述的)，从而减小了与对准凸片312、316和318之间的滑动摩擦。或者，在省略对准凸片312、316和318的实施例中，台232的升高部分可以与导轨 308的高度齐平或者略微在导轨308的高度下方，以接收支架254的输送机底座288。

在通过端口258时，打印层然后可以冷却到室234外部的环境温度(例如，室温)。打印操作可以继续，直到打印出最后一层3D部件250。可以理解，通过用可由驱动机构 294接合的边缘段314和318打印支撑结构252和支架254，系统230有效地生长其自己的传送机构。以这种方式使用基于输送机的支架允许导轨308相对较短，甚至保持在腔室壁 248内。这减小了系统230的整体尺寸，并且有效地允许3D部件250以未绑定的长度沿z 轴被打印。

图10-14示出了系统430，其是具有楔形启动件和关联的驱动机构的第三示例性增材制造系统。如图10所示，系统430可以以与系统230(图6-9中所示)类似的方式进行操作，其中相应特征的附图标记比系统30的附图标记增加“400”(如图2-5所示)，并且并系统230的那些附图标记增加“200”。在该实施例中，系统230的台板启动件292用楔形启动件492代替。

启动件492是类似于启动件292的打印基座，并且包括楔形部分496(代替台板部分296)和平台部分498。楔形部分496具有倾斜的几何形状，其包括用于接收的接收表面496a。平台部分498包括边缘段502和中央段504，并且以与启动件292的平台部分298 相同的方式起作用。楔形部分296与平台部分298一体成型或连接到平台部分298。因此，接收表面496a以平行于x-y平面、并与在y-z平面中延伸的平台部分498成直角的方式延伸。

启动件292(图6-9中所示)和启动件492示出了本申请的示例性启动件。本申请的每个启动件可包括平台部分和接收表面，其中用于相对于平台部分在结构上加强接收表面的特定几何形状可以变化。在接收表面较小的实施例中，不需要额外的结构加强件，并且启动件可具有“L”形或块状几何形状。随着接收表面的尺寸增加，可能需要一个或多个结构加强件(例如，加强臂300和楔形部分496的倾斜几何形状)以防止接收表面在打印操作期间弯曲或摆动。

如图10和11所示，驱动机构494是基于轮的驱动机构，其以与驱动机构294相同的方式起作用，并且包括两对驱动轮506、导轨508和电机510，其中，在图7中，为了便于观察，导轨308以交叉影线示出(并且省略了头架242)。在打印操作之前，启动件492 的平台部分498可以插入于成对的驱动轮506之间。然后，打印头440可以首先将一层或多层支撑结构452打印到接收表面496a上，其中倾斜的楔形几何形状部分496加强了接收表面496a

然而，如图12所示，楔形部分496的接收表面496a与接收表面36a和296a相比具有小的横截面积，并且还小于3D部件450和支架454的组合印迹区域。因此，在该实施例中，支撑结构452可以在x-y平面中随着横截面积的增加而增长。这可以通过在x-y 平面中增加横截面积来打印连续的支撑结构层452来实现。例如，连续的支撑结构层452 可以以与z轴形成大至约45度的增大尺寸的角度(例如，角度526)的任何方向被打印，而不需要来自先前层的支撑。

支撑结构452可以以增加的横截面积生长，至少直到其包围3D部件450和支架454的印迹区域(即，x-y构建平面中的3D部件450和支架454的横截面区域)。另外，最佳地如13A和13B中所示，支撑结构452的层可以被打印，以包括：对应于启动件492的边缘段502的边缘段514，以及对应于启动件492的对准凸片512的对准凸片516(图13B 中所示)。

在打印支撑结构452的每层之后，驱动机构494可以，采用与前述的启动件292 和驱动机构相同的方式，沿箭头286的方向沿着z轴以单层增量分度式移动启动件492。因此，支撑结构452的最后打印层用作3D部件450和支架454的打印基座接收表面。然后，打印头440可以打印3D部件450和支架454的层，以及，可选地，支撑结构452的任何附加层。如图13A和13B所示，支架454的输送机基座488被打印以包括对应于边缘段502和514的边缘段518，以及对应于对准凸片512和516的对准凸片520。

当驱动轮506继续沿箭头486的方向分度式移动启动件492时，支撑结构452的对准凸片516和支架454的对准凸片520最终到达导轨508并可滑动地与导轨508连接，以保持在x-y平面中的正确配准。此外，如图13A中的箭头522所示，驱动轮506最终通过启动件492的边缘段502，并且接合边缘段514和518以继续沿箭头486的方向分度式移动支撑结构450和支架454。

如图14所示，当驱动机构494继续沿箭头486的方向分度式移动支架454时，3D 部件450和支架454的连续层在端口458处穿过热梯度并移动到腔室434外部。在通过端口458时，打印层然后可以被冷却到腔室434外部的环境温度(例如，室温)。

打印操作可以继续直到打印3D部件450的最后一层，或者如下所述，可以使用支架454来打印额外的3D部件，其中支架454的部分可作为用于额外的3D部件的打印基座接收表面。启动件492的使用通过减小系统430的整体尺寸实现了与使用启动件292相同的益处，并且允许3D部件450沿着z轴以未绑定的长度被打印。另外，楔形部分496相对于启动件292减小了启动件492的尺寸和重量，并且允许支撑结构452的最后一层用作 3D部件450和支架454的打印基座接收表面。

用于水平打印的空气支承

图15是根据本申请的实施例的增材制造系统630的简化侧视图，该增材制造系统630用于在构造下的3D部件的下方产生空气支承。图16和17分别是根据本申请的实施例的图15的系统630的一部分的简化侧视横截面图和俯视图。

增材制造系统630可以以与系统30(图2-5中所示)，系统230(图6-9中所示) 和系统430(图10-14中所示)类似的方式操作。其中，各个特征的附图标记通常从系统 30的附图标记增加“600”，从系统230的附图标记增加“400”，并且从系统230的附图标记增加“200”。因此，系统630应该被解释为包括这里描述的系统30,230和430的相应元件的一个或多个实施例，图15-17所示的系统630的组件可以根据系统30、230和430的相应元件的一个或多个实施例来操作。系统630还可以包含在图15-17中未示出的系统 130,230和430的组件。

例如，增材制造系统630可包括根据本文描述的一个或多个实施例形成的打印基座 696。因此，打印基座696可包括具有平台部分698、接收表面696a和加强臂699的启动件692。在一些实施例中，系统630包括驱动机构694，该驱动机构694被构造成，响应于包含在打印腔室634内的打印头640完成了打印层的打印，在打印操作期间，沿箭头686 的方向沿z轴(即，水平打印轴线)驱动打印基座696，例如平台部分698，以分度式移动打印基座(例如，启动件692)。驱动机构694可包括，例如，由电机610驱动的驱动轮606。

系统630还包括打印头640，打印头640被构造成使用消耗品组件644和/或646 将一个或多个层打印到接收表面696a上，根据本文描述的实施例。例如，根据本文描述的实施例，打印头640可以将3D部件层650、支撑结构层652、支架层654和/或其他打印层打印到表面696a。这些层中的每一个都倾斜于z轴定向，例如基本垂直于z轴。在打印头 640打印了一层之后，驱动机构694沿着z轴在方向686上对已打印的结构进行分度式移动，从而允许打印头640开始打印下一层。

用于打印层的打印头640和系统630的其他部件位于构建区域中，例如在腔室634内。腔室634可以由加热机构656加热，并且它可以是单侧开放式的、封闭的或完全开放的。在所示实施例中，在打印操作期间，打印基座696和打印结构延伸通过腔室634的输出端口658，因为这些部件通过驱动机构694沿方向686沿z轴被驱动。

系统630包括控制器680，其可以根据控制器80操作，并且可以包括一个或多个控制电路，其被配置为监视和操作系统630的组件以执行本文描述的各种功能。控制器680 可以通过通信线路682与系统630的各种设备通信，例如腔室634(例如，加热机构656)、打印头640、电机610、传感器、校准设备、显示设备、用户输入设备和/或系统的其他设备。系统630和/或控制器680还可以与计算机684通信，计算机684是可以与系统630分离的一个或多个基于计算机的系统，或者可选地可以是系统630的内部组件。计算机684 包括用于生成和存储工具路径和相关打印指令的基于计算机的硬件，例如数据存储设备、处理器、存储器模块等。计算机684可以将这些指令发送到系统630(例如，发送到控制器680)以执行打印或其他操作。

系统630包括沿z轴延伸的台632，其可形成例如图2、3、5-7、9-11和14中所示的台或表面32、232和432。台632包括空气台板700，该空气台板700被构造成在打印操作期间当驱动机构694沿方向686沿z轴驱动主体702时支撑主体702。主体702的实施例包括打印的主体702a，例如3D部件650、支撑结构652、支架654和/或由增材制造系统630的打印头640以逐层方式打印的另一主体。如上所述，3D部件650、支撑结构652 和支架654可以根据上述系统30、230和430中所讨论的对应实施例，例如3D部件50、 250和450、支撑结构52、252和452以及支架54、254和454。主体702还可包括非打印的主体702b，例如启动件692、平台部分698和/或并非由打印头640打印的另一主体，如图15-17所示。可以根据系统30、230和430的相应组件所描述的实施例来形成这些组件。

台632可以包括构建区域中的支撑表面704、用于支撑腔室634和/或系统630的其他部件，例如打印头640、驱动机构694和电机610。支撑表面704被构造成，当主体 702延伸超过构建区域时，例如通过端口658，将主体702在水平高度处传送到空气台板 700。因此，如图15所示，空气台板700可相对于支撑表面704升高。

台632可包括用于调平和提升其表面的支腿706(例如，四个或更多个支腿)。或者，台632可以支撑在单独的桌台(table)、工作台(bench)、地板或其他合适的结构上。

空气台板700构造成产生空气支承710，空气支承710向主体702施加提升力并减小主体702的底表面713与台632之间的滑动摩擦，以及抵抗主体702的分度式移动。在一些实施例中，该提升力足以将主体702或其部分从台632上抬起，导致空气支承710填充位于主体702的底部表面与空气台板700之间的间隙，如图16所示，进一步减小在驱动机构694作用下，沿着z轴方向686的主体702的分度式移动的阻力。

空气台板700可以构造成使用任何合适的技术产生空气支承710。在所示实施例中，空气台板700包括一排空气喷嘴712，如图15-17所示，每个空气喷嘴具有空气入口724和空气出口孔726。可选地，可以使用控制器基于主体702的重量来调节由空气喷嘴712 排出的空气的速度。还可以调节主体702，例如底表面713，以在y-z平面中提供足够的表面积，使得通过空气喷嘴712施加到主体702的压力将使主体702从台632上升，或者将底表面713和台632之间的摩擦以所需的量减小。

在一些实施例中，台632包括在空气台板700下方并由腔室壁723包围的至少一个压力室714，以及至少一个鼓风机716，如图15所示。在一些实施例中，空气台板700形成压力室714的顶板(图15和16)。一个或多个鼓风机716被构造成沿着气流路径720驱动的气流，大致示为718，并且通过腔室壁723的端口722进入压力室714，如图15所示。可以使用任何合适的鼓风机716和构造来产生所期望的气流718。因此，虽然鼓风机716 被示出为在腔室714的外部，但是应当理解，系统630使用的鼓风机716可以设置在腔室 714的内部。除了设置在空气台板700中的空气喷嘴712之外，压力室714优选地基本上是密封的。结果，响应于气流718通过鼓风机716被驱动到压力室714中以形成空气支承 710，加压空气被迫从空气入口724进入并从空气喷嘴712的空气出口孔726排出，如图 16所示。可以选择空气出口孔726的数量和尺寸以及空气出口孔之间的间隔，以基于进入腔室714的预期气流718产生期望的气压和空气支承710。

在一些实施例中，台632可以被划分为多个台部分，通常称为734，其沿着z轴连接在一起。例如，台632可以包括台部分734a和734b(图15)，其可以使用任何合适的技术连接在一起。每个台部分734可以通过分隔壁与相邻的台部分隔离，例如台部分734a 和734b之间的壁735(虚线)，如图15所示。在一些实施例中，压力室714被分成多个压力室，每个压力室对应于一个台部分734。例如，台部分734a可包括压力室714a，台部分 734b可包括压力室714b，如图1所示。在其他实施例中，相邻的台部分的压力室714可以通过由箭头736所示的合适端口互连，例如通过如图15中的虚线所示的台部分之间的分隔壁735。这允许单个鼓风机716或气流718，例如通过端口722，用于对互连的压力室714 进行加压。

一个或多个鼓风机716可用于将一个或多个气流718驱动到一个或多个压力室714中，以用于在每个相应的台部分734处的空气台板700。在一些实施例中，单个鼓风机716 可以是用于通过将空气通道720分成用于每个压力室714的单独分支来将单独的气流驱动到多个压力室714中。例如，空气通道720可以被分成连接到压力室714a的端口722的分支720a(实线)，以及连接到压力室714a的端口722b的分支720b，如图15中的虚线所示。然后，由鼓风机716产生的气流718被分成通过空气通道720a的气流718a和通过空气通道720b的气流718b。气流718a和718b对相应的压力室714a和714b加压，并在台部分 734a和734b的相应空气台板700处产生相应的空气支承710。

还可以使用单独的鼓风机716将气流718驱动到各个台部分734的压力室714中。例如，鼓风机716可以用于将气流718或718a驱动到压力室714a中，而鼓风机716'可用于将气流718'驱动到台部分734b的压力腔714b中，如图15中的虚线所示。

总之，台632可以包括若干连接在一起并且沿着z轴从构建环境延伸的台部分734。台部分734可以包括单独的和/或互连的压力室714。可以使用一个或多个鼓风机716将气流718驱动到台部分734的压力室714中。产生的气流分布在台632的有孔表面上以产生空气支承710，类似于空气曲棍球台的空气支承。正在构造的3D部件在从构建区域生长时被支撑在空气支承710上。空气支承710将3D部件和/或其打印基座上的摩擦减小到几乎为零。因此，减小了用于移动3D部件通过打印机的电机和/或其他驱动机构的阻力。

本申请的一些实施例涉及利用增材制造系统，例如使用上述增材制造系统630，打印三维部件的方法。在该方法中，主体702a，诸如三维部件650、支撑结构652、支架654 和/或另一个主体，在构建区域内，例如腔室634内，沿着z轴以逐层的方式被打印到，例如非打印体702b的，打印基座上，如图15所示。在主体702a的打印期间，例如使用驱动机构694，使打印基座696、打印的主体702a和/或非打印的主体702b沿z轴被分度式地移动并通过腔室634的端口658超出构建区域。在打印的主体702a和/或非打印的主体702b 沿z轴的被分度式的移动的期间，打印的主体702a的一部分和/或非打印的主体702b位于台632上方并贯穿端口658，并被支撑在由多个空气喷嘴712形成的空气支承710上，如图15-17所示。

在该方法的一些实施例中，响应于驱动至少一个气流718，通过使用至少一个鼓风机716将至少一个气流718驱动到台632的至少一个压力室714中并且通过台632的空气台板700中的出气口孔726排放多个空气射流以支撑主体702a和/或702b。如上所述，台 632可包括多个台部分734，每个台部分734具有其各自的隔离的压力室(例如，压力室 714a和714b)，或连接的压力室714(例如，通过端口736)。

尽管已经参考优选实施例描述了本申请，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims (9)

1.一种具有扩展的打印体积的增材制造系统，所述增材制造系统包括：

打印基座；

打印头，其设置在构建区域中并且被构造成以逐层的方式将3D部件打印到所述打印基座上；

驱动机构，其被构造成在所述3D部件的打印期间沿着水平轴线分度式移动所述打印基座；以及

沿着所述水平轴线延伸的台，且所述台包括空气台板，所述空气台板被构造成当被打印的所述3D部件从所述构建区域前进时，在被打印的所述3D部件的一部分的下方产生空气支承，其中，所述空气台板包括末端设有孔的多个空气喷嘴。

2.如权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，所述台还包括：

与多个所述空气喷嘴流体连通的压力室，以及

用于驱动气流进入所述压力室的鼓风机。

3.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，所述台包括沿着水平轴线延伸的多个台部分。

4.如权利要求3所述的增材制造系统，其特征在于，每个台部分包括：

压力室，其中，所述空气台板的所述多个空气喷嘴的末端设有朝上的孔。

5.根据权利要求4所述的增材制造系统，其特征在于，还包括鼓风机，所述鼓风机被构造成使气流进入所述台部分的至少一个压力室。

6.根据权利要求5所述的增材制造系统，其特征在于，所述台部分中的两个或更多个的所述压力室通过开口连接。

7.根据权利要求4所述的增材制造系统，其特征在于，包括多个鼓风机，每个所述鼓风机被构造成将气流驱动到所述台部分的至少一个压力室中。

8.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，所述打印基座包括启动件，并且其中，所述驱动机构至少在打印过程开始时与所述启动件接合。

9.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于，还包括加热的打印腔室，所述打印腔室具有腔室壁以及在所述腔室壁的一个中延伸的端口，其中：

所述腔室壁的至少一个具有在其中延伸的端口；

所述构建区域位于所述打印腔室中；

所述驱动机构被构造成沿所述水平轴线分度式移动所述打印基座通过所述端口；以及

所述台位于所述端口附近，并且被构造成将穿过所述端口的所述3D部件的部分支撑于所述空气支承上。