[0002] 本申请要求2015年12月16日提交的美国临时申请第62/268458号、2016年3月3日提交的美国临时申请第62/303310号和2016年4月14日提交的美国临时申请第62/322760号的优先权。上述每个申请的全部内容通过引用结合于此。
[0003] 本申请涉及2016年3月2日提交的共同拥有的美国
专利申请第15/059256号。本申请还涉及与其同日提交的以下共同拥有的美国专利申请：
代理人案卷号DESK-0003-P01，标题为“带有振动超声
喷嘴的金属
打印机”；代理人案卷号DESK-0003-P02，标题为“用于改善金属物体的熔合丝制造中的层间粘合的焦
耳加热”；代理人案卷号DESK-0003-P03，标题为“供给路径中带有剪切引擎的
块状金属玻璃打印机”；代理人案卷号DESK-0003-P04，标题为“熔合丝
制造过程的成层喷嘴出口”；代理人案卷号DESK-0003-P05，标题为“带有在热失配的块状金属玻璃之间形成的界面的可拆卸
支撑结构”；代理人案卷号DESK-0003-P06，标题为“热信息
时空跟踪的增材制造”；代理人案卷号DESK-0003-P07，标题为“带有可控出口形状的熔合丝制造喷嘴”；代理人案卷号DESK-0003-P08，标题为“带有同心环的熔合丝制造挤出喷嘴”；以及代理人案卷号DESK-0003-P09，标题为“带有块状金属玻璃的结晶形成的界面的可拆卸支撑结构”。上述每个申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0004] 本公开总体涉及增材制造，更具体地涉及金属物体的三维打印。
背景技术
[0005] 熔合丝制造提供了一种由热塑性或类似材料制造三维物体的技术。使用这种技术的机器可以通过在层中沉积材料线来附加地制造三维物体，以从计算机模型中附加地构建物理对象。虽然这些基于
聚合物的技术多年来已经改变和改进，但适用于基于聚合物的系统的物理原理可能不适用于基于金属的系统，这往往会带来不同的挑战。仍然需要适用于金属增材制造的三维打印技术。
发明内容
[0006] 打印机使用熔合丝制造过程和金属构造材料从计算机化模型制造物体。超声振动器结合到打印机中以改善打印过程，例如通过破坏沉积材料上的
钝化层以改善层间粘合，并防止金属构建材料粘附到喷嘴和其它打印机部件上。
[0007] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：用于从源接收金属构建材料的储存器，所述金属构建材料具有固态和液态之间的
工作温度范围，其中所述金属构建材料具有适于挤出的塑性特性；加热系统，其可操作成将所述储存器内的金属构建材料加热到所述工作温度范围内的温度；喷嘴，其包括为所述金属构建材料提供路径的开口；驱动系统，其可操作成在所述工作温度范围以下机械地接合固体形式的金属构建材料，并且以足够的
力将金属构建材料从所述源推进到所述储存器中以通过所述喷嘴中的开口挤出金属构建材料，同时在工作温度范围内的温度下；以及超声振动器，其联接到所述喷嘴并
定位成将超声
能量传递到所述金属构建材料，其中所述金属构建材料通过所述喷嘴中的开口挤出。
[0008] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述的打印机可以包括
控制器，其以足够的能量操作所述超声振动器，以将离开
挤出机的金属构建材料的挤出物超声结合到由构建板上的一个或多个先前沉积的金属构建材料层形成的物体上所述打印机还可以包括控制器，其以足够的能量操作所述超声振动器，以中断先前沉积的金属构建材料层的接收表面上的
钝化层。所述打印机还可以包括控制器，其以足够的能量操作所述超声振动器，以增强由加热系统提供的
热能，以在所述工作温度范围内的温度下将所述金属构建材料保持在所述储存器内。所述打印机还可以包括控制器，其以足够的能量操作所述超声振动器，以减少金属构建材料对所述喷嘴和储存器的内部的粘附。所述打印机还可以包括：
传感器，用于监测先前沉积的金属构建材料层的接收表面对于附加构建材料的适用性；和控制器，其配置为响应于来自所述传感器的
信号动态地控制所述超声振动器的操作。所述打印机还可以包括：传感器，用于测量由驱动系统施加到金属构建材料上的力；和控制器，用于响应于来自传感器的指示由驱动系统施加的力的增加的信号，将由超声振动器施加的超声能量增加到储存器。所述金属构建材料可以包括块状金属玻璃，所述打印机还包括联接到所述超声振动器的控制器，所述控制器配置成以足够的能量操作所述超声振动器，以在用来自喷嘴的块状金属玻璃制造的物体和用块状金属玻璃制造的物体的支撑结构之间的层处
液化所述块状金属玻璃。所述打印机还可以包括机械分离器，其介于所述超声振动器和所述打印机的一个或多个其他部件之间，以将来自所述超声振动器的超声能量与所述一个或多个其他部件分离。所述打印机还可以包括：传感器，用于基于相邻层之间的
电阻测量金属构建材料的相邻层之间的粘合
质量；和控制器，其配置为响应于来自传感器的指示粘合质量差的信号而增加超声能量的施加。所述金属构建材料可以包括块状金属玻璃。所述工作温度范围可以包括高于所述块状金属玻璃的
玻璃化转变温度和低于所述块状金属玻璃的
熔化温度的温度范围。所述金属构建材料可以包括不是共晶组合物的共晶体系的非共晶组合物。所述工作温度范围可以包括高于所述非共晶组合物的共晶温度和低于所述非共晶组合物的每种组分物质的熔点的温度范围。所述金属构建材料可以包括在第一温度下熔化的金属基底和以颗粒形式的高温惰性第二相，其保持惰性至至少大于所述第一温度的第二温度。所述工作温度范围可以包括高于所述金属基底的熔点的温度范围。所述打印机可以包括熔合丝制造增材制造系统。所述打印机还可以包括构建板和
机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的金属构建材料制造物体。所述打印机还可以包括由计算机可执行代码配置的控制器，以控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以从金属构建材料在构建板上制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从金属构建材料在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括联接到所述构建室的
真空泵，用于在所述构建环境内产生真空。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括
氧气
吸气剂，用于从所述构建环境中提取氧气。所述构建环境可以基本上填充有一种或多种惰性气体。所述一种或多种惰性气体可以包括氩气。所述加热系统可以包括
感应加热系统。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在金属构建材料离开喷嘴时将冷却
流体施加到金属构建材料。
[0009] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过所述打印机的喷嘴挤出金属构建材料；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和通
过喷嘴将超声能量施加到离开喷嘴的金属构建材料与先前沉积的物体层中的金属构建材料之间的界面。所述方法还可以包括：感测在所述界面处的电阻，并且基于从所述电阻推断的结合强度来控制超声能量的大小。
[0010] 在另一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的
计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：通过所述打印机的喷嘴挤出金属构建材料；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和通过喷嘴将超声能量施加到离开喷嘴的金属构建材料与先前沉积的物体层中的金属构建材料之间的界面。
[0011] 在又一方面，打印机使用熔合丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。通过在界面上形成
电路并施加足以使金属构建材料在相邻层上连接的脉冲
电流，将焦耳加热施加到物体的相邻层之间的界面。
[0012] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：用于从源接收金属构建材料的储存器；加热系统，其可操作成将储存器内的金属构建材料加热到工作温度范围内的温度，其中金属构建材料具有适于挤出的塑性特性；喷嘴，其包括为金属构建材料提供路径的开口，以在挤出中离开喷嘴；驱动系统，其可操作成在所述工作温度范围以下机械地接合固体形式的金属构建材料，并且以足够的力将金属构建材料从所述源推进到所述储存器中以通过所述喷嘴中的开口挤出金属构建材料，同时在工作温度范围内的温度下；构建板，用于在离开喷嘴时接收多个层中的构建材料；以及电阻加热系统，包括电源、第一引线和第二引线，第一引线在靠近喷嘴的多个层的第一层中与金属构建材料电连通，第二引线联接成与靠近构建板的多个层的第二层电连通，从而形成电路，用于通过所述第一层和第二层之间的界面从电源输送电力，以在所述界面上电阻地加热金属构建材料。
[0013] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述第二引线可以联接到所述构建板。所述第一引线可以联接到可移动探针，所述可移动探针可控地定位在用已离开喷嘴的金属构建材料制造的物体的表面上。所述第一引线可以包括电刷引线，其在邻近喷嘴出口的预定
位置处
接触金属构建材料的表面。所述第一引线可以联接到储存器的内表面上的金属构建材料。所述第一引线可以在喷嘴的开口处与金属构建材料联接。所述打印机还可以包括：
传感器系统，其配置为估计在所述第一层和第二层之间的界面处的金属构建材料的界面温度；和控制器，其配置为响应于所述界面温度调节由电源供给的电流。所述金属构建材料可以包括块状金属玻璃。所述块状金属玻璃可以用选自由
硼、
硅和磷构成的组的玻璃形成体与选自由
铁、钴和镍构成的组的
磁性金属组合制造，以提供具有增加的电阻的非晶态
合金来促进欧姆加热。所述工作温度范围可以包括高于所述块状金属玻璃的
玻璃化转变温度和低于所述块状金属玻璃的熔化温度的温度范围。所述金属构建材料可以包括不是共晶组合物的共晶体系的非共晶组合物。所述工作温度范围可以包括高于所述非共晶组合物的共晶温度和低于所述非共晶组合物的每种组分物质的熔点的温度范围。所述金属构建材料可以包括在第一温度下熔化的金属基底和以颗粒形式的高温惰性第二相，其保持惰性至至少大于所述第一温度的第二温度。所述工作温度范围可以包括高于所述金属基底的熔点的温度范围。所述打印机可以包括熔合丝制造增材制造系统。所述打印机还可以包括构建板和机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的金属构建材料制造物体。所述打印机还可以包括由计算机可执行代码配置的控制器，以控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以从金属构建材料在构建板上制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从金属构建材料在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括联接到所述构建室的
真空泵，用于在所述构建环境内产生真空。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括氧气吸气剂，用于从所述构建环境中提取氧气。所述构建环境可以基本上填充有一种或多种惰性气体。所述一种或多种惰性气体可以包括氩气。所述加热系统可以包括感应加热系统。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在金属构建材料离开喷嘴时将冷却流体施加到金属构建材料。
[0014] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴沉积金属构建材料的第一层；通过喷嘴将金属构建材料的第二层沉积到所述第一层上，以在所述第一层和第二层之间形成界面；和施加电流脉冲通过所述第一层和第二层之间的界面，以破坏第一层的暴露表面上的钝化层，并改善所述界面上的机械结合。所述方法还可以包括将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体。所述方法还可以包括测量界面处的电阻并基于从电阻推断的结合强度来控制电流脉冲。
[0015] 在另一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：通过打印机的喷嘴沉积金属构建材料的第一层；通过喷嘴将金属构建材料的第二层沉积到所述第一层上，以在所述第一层和第二层之间形成界面；和施加电流脉冲通过所述第一层和第二层之间的界面，以破坏第一层的暴露表面上的钝化层，并改善所述界面上的机械结合。
[0016] 在又一方面，一种打印机使用熔合丝制造过程和块状金属玻璃从计算机化模型制造物体。用于块状金属玻璃的进给路径内的剪切引擎主动地引起块状金属玻璃的剪切位移以减轻结晶，更具体地，延长用于在升高的温度下处理块状金属玻璃的处理时间。
[0017] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：用于从源接收块状金属玻璃的储存器；加热系统，其可操作成将储存器内的块状金属玻璃加热到高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度并低于块状金属玻璃的熔化温度的温度；喷嘴，其包括为块状金属玻璃提供路径的开口，以离开喷嘴；驱动系统，其可操作成在所述玻璃化转变温度以下机械地接合固体形式的块状金属玻璃，并且以足够的力将块状金属玻璃从所述源推进到所述储存器中以通过所述喷嘴中的开口挤出块状金属玻璃，同时在高于玻璃化转变温度的温度下；以及具有机械
驱动器的剪切引擎，其配置成主动地引起块状金属玻璃流沿着通过储存器的进给路径的剪切位移，以在高于玻璃化转变温度时减轻块状金属玻璃的结晶。
[0018] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述剪切引擎可以包括位于储存器内的臂，该臂配置成移动和位移储存器内的块状金属玻璃。所述臂可以包括旋转臂，所述旋转臂围绕与通过储存器的流动路径对齐的轴线旋转。所述剪切引擎可以包括多个臂。所述打印机还可以包括：传感器，用于检测储存器内的块状金属玻璃的
粘度；和控制器，其配置为根据来自传感器的指示块状金属玻璃的粘度的信号来通过剪切引擎改变剪切位移的速率。所述打印机还可以包括传感器和控制器，所述传感器包括力传感器，其配置为测量由所述驱动系统施加到块状金属玻璃的力，并且所述控制器配置为响应于来自所述力传感器的指示由驱动系统施加的力的信号通过剪切引擎改变剪切位移的速率。所述打印机还可以包括传感器和控制器，所述传感器包括力传感器，其配置为测量剪切引擎上的负载，并且所述控制器配置为响应于来自所述力传感器的指示剪切引擎上的负载的信号通过剪切引擎改变剪切位移的速率。所述剪切引擎可以包括一个或多个超
声换能器，其定位成在所述储存器中的块状金属玻璃内引入剪切。所述剪切引擎可以包括旋转夹具，当块状金属玻璃在低于玻璃化转变温度的温度下进入储存器时，旋转夹具与块状金属玻璃机械地接合，且当块状金属玻璃进入储存器时，旋转夹具配置成旋转块状金属玻璃以引起剪切。所述打印机可以包括熔合丝制造增材制造系统。所述打印机还可以包括构建板和机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的块状金属玻璃制造物体。所述打印机还可以包括由计算机可执行代码配置的控制器，以控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以从块状金属玻璃在构建板上制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从块状金属玻璃在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述加热系统可以包括感应加热系统。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在块状金属玻璃离开喷嘴时将冷却流体施加到块状金属玻璃。
[0019] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：将所述打印机的储存器中的块状金属玻璃加热到高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的温度；通过联接成与储存器流体连通的喷嘴挤出块状金属玻璃；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；以及对储存器内的块状金属玻璃施加剪切力，以主动地引起块状金属玻璃的流动沿着通过储存器至喷嘴的进给路径的剪切位移，以在高于玻璃化转变温度时减轻块状金属玻璃的结晶。所述方法还可以包括测量沿着所述进给路径的块状金属玻璃的流动的机械阻力，并根据所述机械阻力控制剪切力的大小。
[0020] 在另一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：将所述打印机的储存器中的块状金属玻璃加热到高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的温度；通过联接成与储存器流体连通的喷嘴挤出块状金属玻璃；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；以及对储存器内的块状金属玻璃施加剪切力，以主动地引起块状金属玻璃的流动沿着通过储存器至喷嘴的进给路径的剪切位移，以在高于玻璃化转变温度时减轻块状金属玻璃的结晶。所述代码还可以包括执行测量沿着所述进给路径的块状金属玻璃的流动的机械阻力并根据所述机械阻力控制剪切力的大小的步骤。
[0021] 在又一方面，一种打印机使用熔合丝制造过程从计算机化模型制造物体。从打印机的喷嘴延伸的成形器(former)通过在新材料沉积以形成物体时对新材料施加法向力来补充层熔合过程。成形器可以使用各种技术，比如加热和滚动，以改善层之间的物理结合。
[0022] 在一方面，一种用于三维制造的打印机可以包括：用于从源接收构建材料的储存器，所述构建材料具有固态和液态之间的工作温度范围，其中所述构建材料具有适于挤出的塑性特性；加热系统，其可操作成将所述储存器内的构建材料加热到所述工作温度范围内的温度；喷嘴，其包括为所述构建材料提供路径的开口；驱动系统，其可操作成在所述工作温度范围以下机械地接合固体形式的构建材料，并且以足够的力将构建材料从所述源推进到所述储存器中以通过所述喷嘴中的开口挤出构建材料，同时在工作温度范围内的温度下；以及在喷嘴开口处的成形器，所述成形器配置为在离开喷嘴朝向先前沉积的构建材料层的构建材料上施加法向力。
[0023] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述成形器可以包括具有倾斜表面的成形壁，该倾斜表面从喷嘴的开口朝向先前沉积的层的表面向下倾斜，以当喷嘴在平行于先前沉积的表面的平面中移动时产生向下的力。所述成形器可以包括定位成施加法向力的辊。所述成形器可以包括加热辊，其定位成施加法向力。所述成形器可以包括成形壁，以在所述构建材料离开所述开口并连接先前沉积的层时在垂直于喷嘴的行进方向的平面中使构建材料成形。所述成形壁可以包括垂直特征，其定位成在所述构建材料离开开口时使构建材料的侧面成形。所述打印机还可以包括围绕喷嘴的开口设置的不粘材料，该不粘材料对构建材料的粘附性差。所述不粘材料可以包括氮化物、氧化物、陶瓷和
石墨中的至少一种。所述不粘材料可以包括具有减小的微观表面积的材料。所述构建材料可以包括金属构建材料，并且其中，所述不粘材料包括被所述金属构建材料不良润湿的材料。所述构建材料可以包括块状金属玻璃。所述工作温度范围可以包括高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度和低于块状金属玻璃的熔化温度的温度范围。所述构建材料可以包括不是共晶组合物的共晶体系的非共晶组合物。所述工作温度范围可以包括高于所述非共晶组合物的共晶温度和低于所述非共晶组合物的每种组分物质的熔点的温度范围。所述构建材料可以包括在第一温度下熔化的金属基底和以颗粒形式的高温惰性第二相，其保持惰性至至少大于所述第一温度的第二温度。所述工作温度范围可以包括高于金属基底的熔点的温度范围。所述构建材料可以包括聚合物。所述打印机可以包括熔合丝制造增材制造系统。所述打印机还可以包括构建板和机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的构建材料制造物体。所述打印机还可以包括由计算机可执行代码配置的控制器，以控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以从构建材料在构建板上制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从构建材料在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括联接到所述构建室的真空泵，用于在所述构建环境内产生真空。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括氧气吸气剂，用于从所述构建环境中提取氧气。所述构建环境可以基本上填充有一种或多种惰性气体。所述一种或多种惰性气体可以包括氩气。所述加热系统可以包括感应加热系统。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在构建材料离开喷嘴时将冷却流体施加到构建材料。
[0024] 在一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过所述打印机的喷嘴挤出构建材料；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和在离开喷嘴朝向先前沉积的构建材料层的构建材料上施加法向力，其中成形器从喷嘴延伸。所述方法还可以包括测量所述成形器和离开喷嘴的构建材料之间的瞬时接触力，并基于指示所述瞬时接触力的信号控制所述成形器的位置。所述成形器可以包括加热辊。
[0025] 在另一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：通过所述打印机的喷嘴挤出构建材料；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和在离开喷嘴朝向先前沉积的构建材料层的构建材料上施加法向力，其中成形器从喷嘴延伸。
[0026] 在又一方面，打印机使用熔合丝制造过程和块状金属玻璃构建材料从计算机化模型制造物体。通过将热失配的块状金属玻璃用于物体和相邻的支撑结构，这些结构之间的界
面层可以熔化并结晶，以产生更脆的界面，有助于在制造之后从物体上移除支撑结构。
[0027] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：从具有第一
过冷液体区域的第一块状金属玻璃制造物体的支撑结构；和从不同于所述第一块状金属玻璃的第二块状金属玻璃在所述支撑结构上制造物体，其中，所述第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度足够高，以促进制造过程中第一块状金属玻璃的结晶，并且其中，所述第二块状金属玻璃在第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度或高于该温度的温度下沉积在支撑结构上以在支撑结构和物体之间的界面处引起支撑结构的结晶。
[0028] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述方法还可以包括通过在所述第一块状金属玻璃结晶的界面处使所述支撑结构破裂来从物体移除支撑结构。所述第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度可以高于所述第一块状金属玻璃的临界结晶温度。所述方法还可以包括在沉积到第一块状金属玻璃上之前，将第二块状金属玻璃加热到高于第一块状金属玻璃的临界结晶温度的第二温度。制造所述支撑结构可以包括由第一材料制造所述支撑结构的基底，以及由所述第一块状金属玻璃制造在所述基底和物体之间的所述支撑结构的界面层。所述第一块状金属玻璃的结晶可以在界面处产生的
断裂韧性不超过20MPa√m。
[0029] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在打印机上执行时，该计算机可执行代码使打印机执行以下步骤：从具有第一过冷液体区域的第一块状金属玻璃制造物体的支撑结构；和从不同于所述第一块状金属玻璃的第二块状金属玻璃在所述支撑结构上制造物体，其中，所述第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度足够高，以促进制造过程中第一块状金属玻璃的结晶，并且其中，所述第二块状金属玻璃在第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度或高于该温度的温度下沉积在支撑结构上以在支撑结构和物体之间的界面处引起支撑结构的结晶。
[0030] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述计算机程序产品还可以包括使打印机通过在所述第一块状金属玻璃结晶的界面处使所述支撑结构破裂来执行从物体移除支撑结构的步骤的代码。所述第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度可以高于所述第一块状金属玻璃的临界结晶温度。所述计算机程序产品还可以包括使所述打印机在沉积到第一块状金属玻璃上之前执行将第二块状金属玻璃加热到高于第一块状金属玻璃的临界结晶温度的第二温度的步骤的代码。制造所述支撑结构可以包括由第一材料制造所述支撑结构的基底，以及由所述第一块状金属玻璃制造在所述基底和物体之间的所述支撑结构的界面层。所述第一块状金属玻璃的结晶可以在界面处产生的断裂韧性不超过20MPa√m。
[0031] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：第一喷嘴，其配置为挤出具有第一过冷液体区域的第一块状金属玻璃；第二喷嘴，其配置为挤出与所述第一块状金属玻璃不同的第二块状金属玻璃，所述第二块状金属玻璃具有足够高的玻璃化转变温度，以在邻近第一块状金属玻璃挤出时期间促进第一块状金属玻璃的结晶；机器人系统，其配置为在熔合丝制造过程中移动所述第一喷嘴和第二喷嘴，以基于计算机化模型制造支撑结构和物体；以及控制器，其配置为使用来自第一喷嘴的第一块状金属玻璃制造支撑结构，并且从第二块状金属玻璃在支撑结构上制造物体，其中，所述控制器配置为将所述第二块状金属玻璃在第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度或高于该温度的温度下沉积在支撑结构上以在支撑结构和物体之间的界面处引起支撑结构的结晶。
[0032] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述打印机还可以包括构建板，所述机器人系统配置为使所述第一喷嘴和第二喷嘴相对于所述构建板在三维路径中移动，以便在构建板上制造所述支撑结构和物体。所述打印机还可以包括构建室，所述构建室至少容纳所述构建板、第一喷嘴和第二喷嘴，并且所述构建室保持适于在构建板上制造物体和支撑结构的构建环境。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述加热器可以包括感应加热系统。所述加热器可以包括电阻加热系统。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在第二块状金属玻璃离开第二喷嘴时将冷却流体施加到第二块状金属玻璃。所述第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度可以高于所述第一块状金属玻璃的临界结晶温度。
[0033] 在一方面，打印机使用熔合丝制造过程和金属构建材料比如块状金属玻璃从计算机化模型制造物体。可以保持物体的热历史，例如在逐个
体素的
基础上，以便在整个物体中保持适于保持块状金属玻璃的无定形未结晶状态的
热预算，并提供记录用于物体的预期使用和分析。
[0034] 一方面可以包括一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的方法，该方法包括：根据时间和温度存储用于块状金属玻璃的结晶速率的模型；提供相对于所述模型处于预定状态的块状金属玻璃的源；使用增材制造过程从块状金属玻璃制造物体；当块状金属玻璃被加热并沉积以形成物体时，以逐个体素为基础监测块状金属玻璃的温度；估计块状金属玻璃的体素的结晶度；和当块状金属玻璃的体素的结晶度超过预定
阈值时，调整增材制造过程的热参数。
[0035] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述增材制造过程可以包括熔合丝制造过程。监测温度可以包括测量块状金属玻璃的表面温度。监测温度可以包括基于一个或多个感测的参数估计块状金属玻璃的温度。监测温度可以包括在沉积之前监测块状金属玻璃的温度。监测温度可以包括在沉积在物体中之后监测块状金属玻璃的温度。调整热参数可以包括调整增材制造过程的预沉积加热温度、构建室温度和构建板温度中的至少一个。调整热参数可以包括将冷却流体导向物体的表面。所述方法还可以包括存储制造日志，其包括物体的每个体素的结晶度。所述方法还可以包括存储制造日志，其包括物体的每个体素的热历史。
[0036] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在打印机上执行时，该计算机可执行代码使打印机执行以下步骤：根据时间和温度存储用于块状金属玻璃的结晶速率的模型；提供相对于所述模型处于预定状态的块状金属玻璃的源；使用增材制造过程从块状金属玻璃制造物体；当块状金属玻璃被加热并沉积以形成物体时，以逐个体素为基础监测块状金属玻璃的温度；估计块状金属玻璃的体素的结晶度；和当块状金属玻璃的体素的结晶度超过预定阈值时，调整增材制造过程的热参数。
[0037] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述增材制造过程可以包括熔合丝制造过程。监测温度可以包括测量块状金属玻璃的表面温度。监测温度可以包括基于一个或多个感测的参数估计块状金属玻璃的温度。监测温度可以包括在沉积之前监测块状金属玻璃的温度。监测温度可以包括在沉积在物体中之后监测块状金属玻璃的温度。调整热参数可以包括调整增材制造过程的预沉积加热温度、构建室温度和构建板温度中的至少一个。调整热参数可以包括将冷却流体导向物体的表面。所述计算机程序产品还可以包括存储制造日志，其包括物体的每个体素的结晶度。所述计算机程序产品还可以包括存储制造日志，其包括物体的每个体素的热历史。
[0038] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：熔合丝制造系统，其配置为从块状金属玻璃加成制造物体；传感器系统，其配置为以体积方式监测块状金属玻璃的温度；
存储器，其存储块状金属玻璃的热历史的空间时间图；以及控制器，其配置为根据热历史的空间时间图在制造期间调整熔合丝制造系统的热参数。
[0039] 在又一方面，一种打印机使用熔合丝制造过程从计算机化模型制造物体。挤出喷嘴的形状可以在挤出过程中变化，以控制例如沉积的构建材料的量、离开喷嘴的挤出物的形状、特征
分辨率等。
[0040] 在一方面，一种用于三维制造的打印机可以包括：用于从源接收构建材料的储存器，所述构建材料具有工作温度范围，其中所述构建材料具有适于挤出的塑性特性；加热系统，其可操作成将所述储存器内的构建材料加热到所述工作温度范围内的温度；包括可变开口的喷嘴，所述可变开口为离开储存器的构建材料提供路径，所述可变开口形成在板和模具之间，其中，所述板包括开口，并且其中，所述模具配置为相对于所述板滑动以调整暴露用于挤出的开口的一部分；以及驱动系统，其可操作成在低于所述工作温度范围的温度机械地接合构建材料，并且以足够的力将构建材料从所述源推进到所述储存器中以通过所述喷嘴中的开口挤出构建材料，同时在工作温度范围内的温度下。
[0041] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述打印机还可以包括控制器，其配置为完全关闭所述可变开口以终止构建材料的挤出。所述打印机还可以包括控制器，其配置为根据从构建材料由打印机制造的物体的目标特征尺寸来调整所述可变开口的尺寸。所述打印机还可以包括控制器，其配置为调整所述可变开口的尺寸，以在制造物体的一个或多个内部结构期间增加挤出横截面，并在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。所述打印机还可以包括控制器，其配置为调整所述可变开口的尺寸，以在制造物体的支撑结构期间增加挤出横截面，并在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。所述板中的开口可以包括楔形。所述打印机还可以包括旋转底座，其将喷嘴旋转地联接到打印机，以及旋转驱动器，以在挤出期间控制喷嘴的旋转取向。所述构建材料可以包括热塑性塑料。所述构建材料可以包括装载有粉末金属构建材料的
粘合剂系统。所述构建材料可以包括块状金属玻璃。所述工作温度范围可以包括高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度和低于块状金属玻璃的熔化温度的温度范围。所述构建材料可以包括不是共晶组合物的共晶体系的非共晶组合物。所述工作温度范围可以包括高于所述非共晶组合物的共晶温度和低于所述非共晶组合物的每种组分物质的熔点的温度范围。所述构建材料可以包括在第一温度下熔化的金属基底和以颗粒形式的高温惰性第二相，其保持惰性至至少大于所述第一温度的第二温度。所述工作温度范围可以包括高于所述金属基底的熔点的温度范围。所述打印机可以包括熔合丝制造增材制造系统。所述打印机还可以包括构建板和机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的构建材料制造物体。所述打印机还可以包括由计算机可执行代码配置的控制器，以控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以从构建材料在构建板上制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从构建材料在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括联接到所述构建室的真空泵，用于在所述构建环境内产生真空。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括氧气吸气剂，用于从所述构建环境中提取氧气。所述构建环境可以基本上填充有一种或多种惰性气体。所述一种或多种惰性气体可以包括氩气。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在构建材料离开喷嘴时将冷却流体施加到构建材料。
[0042] 在一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴挤出一种或多种构建材料，喷嘴的出口具有可变开口；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和改变喷嘴出口的横截面形状，同时挤出以在制造物体期间提供可
变形状的挤出物。改变横截面形状可以包括相对于模具的固定开口移动板以调整所述固定开口的暴露用于挤出的部分。改变横截面形状可以包括改变所述横截面形状的形状、尺寸和旋转取向中的至少一个。
[0043] 在另一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：通过打印机的喷嘴挤出一种或多种构建材料，喷嘴的出口具有可变开口；将所述喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和改变喷嘴出口的横截面形状，同时挤出以在制造物体期间提供可变形状的挤出物。
[0044] 在又一方面，打印机使用熔合丝制造过程从计算机化模型制造物体。喷嘴的出口可包括多个同心环，其中每个同心环可以在挤出过程中选择性地打开或关闭以控制挤出性能，比如挤出物的体积或离开喷嘴的材料混合物。
[0045] 在一方面，一种用于三维制造的打印机可以包括：喷嘴，其包括由多个同心环形成的多个开口，所述同心环在物体的制造过程中提供用于从喷嘴挤出的构建材料的路径；构建板；机器人系统，其配置为在挤出期间移动喷嘴以在构建板上制造物体；以及控制器，其配置为从所述多个同心环选择性地挤出构建材料。
[0046] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述打印机还可以包括一个或多个模具，以控制多个同心环的暴露以进行挤出。所述打印机还可以包括多个构建材料源，每个构造材料用于所述多个同心环中的每一个，其中，所述多个构建材料源中的每一个独立地将构建材料供应到多个同心环中的相应一个。所述打印机还可以包括：储存器，用于从源接收构建材料，该储存器联接成与喷嘴的多个同心环流体连通；加热系统，其可操作成将储存器内的构建材料加热到高于构建材料的玻璃化转变温度的温度；和驱动系统，其可操作成在低于所述玻璃化转变温度的温度下机械地接合构建材料，并且以足够的力将构建材料从所述源推进到所述储存器中以通过所述多个同心环挤出构建材料，同时在高于玻璃化转变温度的温度下。所述控制器可以配置为通过选择性地挤出通过所述多个同心环中的一个或多个来调整来自喷嘴的挤出的尺寸。所述控制器可以配置为选择性地挤出通过所述多个同心环中的一个或多个，以在制造物体的一个或多个内部结构期间增加挤出横截面，并在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。所述控制器可以配置为选择性地挤出通过所述多个同心环中的一个或多个，以在制造物体的支撑结构期间增加挤出横截面，并在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。所述构建材料可以包括热塑性塑料。所述构建材料可以包括粘合剂系统中的粉末金属构建材料。所述构建材料可以包括具有工作温度范围的块状金属玻璃。所述工作温度范围可以包括高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度和低于块状金属玻璃的熔化温度的温度范围。所述构建材料可以包括不是共晶组合物的共晶体系的非共晶组合物。所述构建材料可以具有适于挤出的工作温度范围，并且其中，所述工作温度范围包括高于所述非共晶组合物的共晶温度和低于所述非共晶组合物的每种组分物质的熔点的温度范围。所述构建材料可以包括在第一温度下熔化的金属基底和以颗粒形式的高温惰性第二相，其保持惰性至至少大于所述第一温度的第二温度。所述构建材料可以具有适于挤出的工作温度范围，并且其中，所述工作温度范围包括高于所述金属基底的熔点的温度范围。所述打印机还可以包括构建板和机器人系统，所述机器人系统配置为相对于所述构建板在三维路径中移动所述喷嘴，以便根据物体的计算机化模型从所述构建板上的构建材料制造物体。所述打印机还可以包括至少容纳所述构建板和喷嘴的构建室，所述构建室保持适于从构建材料在构建板上制造物体的构建环境。所述打印机还可以包括联接到所述构建室的真空泵，用于在所述构建环境内产生真空。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括氧气吸气剂，用于从所述构建环境中提取氧气。所述构建环境可以基本上填充有一种或多种惰性气体。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在构建材料离开喷嘴时将冷却流体施加到构建材料。所述多个开口中的两个可以相对于所述构建板处于不同的z轴高度。
[0047] 在一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴挤出一种或多种构建材料，喷嘴的出口具有带有多个同心环的横截面形状；将喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和选择性地打开或关闭多个同心环中的每一个，同时挤出以控制所述一种或多种构建材料中的一种的挤出。选择性地打开或关闭所述多个同心环中的每一个可以包括根据挤出在物体内的位置打开或关闭所述多个同心环中的每一个。选择性地打开或关闭所述多个同心环中的每一个可以包括根据挤出的目标体积流速打开或关闭所述多个同心环中的每一个。
[0048] 在另一方面，一种用于在物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在一个或多个计算设备上执行时，所述计算机可执行代码执行以下步骤：通过打印机的喷嘴挤出一种或多种构建材料，喷嘴的出口具有带有多个同心环的横截面形状；将喷嘴相对于打印机的构建板移动，以在基于物体的计算机化模型的熔合丝制造过程中在构建板上制造物体；和选择性地打开或关闭多个同心环中的每一个，同时挤出以控制所述一种或多种构建材料中的一种的挤出。
[0049] 在又一方面，打印机使用熔合丝制造过程和块状金属玻璃构建材料从计算机化模型制造物体。通过在物体和相邻支撑结构之间的升高的温度下加热块状金属玻璃，可以在物体和支撑物之间插入界面层，其中块状金属玻璃变得结晶，以产生便于在制造之后从物体移除支撑结构的更脆的界面。
[0050] 在一方面，一种使用块状金属玻璃制造支撑结构和物体之间的界面的方法可以包括：从块状金属玻璃制造物体的支撑结构层，所述块状金属玻璃具有在高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的第一温度下的过冷液体区域；在足够高的第二温度下在支撑结构层上制造块状金属玻璃的界面层，以在制造期间促进块状金属玻璃的结晶；和在低于第二温度且高于玻璃化转变温度的第三温度下以及低于第二温度在界面层上制造物体层。
[0051] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述方法还可以包括通过在块状金属玻璃结晶的所述支撑结构和物体之间的界面处使支撑结构破裂来从物体移除支撑结构。所述方法还可以包括在制造之后加热所述物体和支撑结构，以使所述界面层基本上完全结晶。制造支撑结构层可以包括用熔合丝制造过程制造所述支撑结构层。制造物体层可以包括用熔合丝制造过程制造所述物体层。制造物体层可以包括用激光
烧结制造过程和粉末状块状金属玻璃构建材料制造所述物体层。所述块状金属玻璃的结晶可以在界面处产生的断裂韧性不超过20MPa√m。
[0052] 在一方面，一种用于在金属物体的三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括结合在非暂时性计算机可读介质中的计算机可执行代码，当在打印机上执行时，该计算机可执行代码使打印机执行以下步骤：从块状金属玻璃制造物体的支撑结构层，所述块状金属玻璃具有在高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的第一温度下的过冷液体区域；在足够高的第二温度下在支撑结构层上制造块状金属玻璃的界面层，以在制造期间促进块状金属玻璃的结晶；和在低于第二温度且高于玻璃化转变温度的第三温度下以及低于第二温度在界面层上制造物体层。
[0053] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述计算机程序产品还可以包括使所述打印机执行在制造之后加热所述物体和支撑结构以使所述界面层基本上完全结晶的步骤的代码。制造支撑结构层可以包括用熔合丝制造过程制造所述支撑结构层。制造物体层可以包括用熔合丝制造过程制造所述物体层。制造物体层可以包括用激光烧结制造过程和粉末状块状金属玻璃构建材料制造所述物体层。所述块状金属玻璃的结晶可以在界面处产生的断裂韧性不超过20MPa√m。
[0054] 在一方面，一种用于金属物体的三维制造的打印机可以包括：喷嘴，其配置为在高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的第一温度下挤出具有过冷液体区域的块状金属玻璃；机器人系统，其配置为在熔合丝制造过程中移动喷嘴以基于计算机化模型制造支撑结构和物体；和控制器，其配置为通过在大于所述第一温度的第二温度下在界面层中沉积块状金属玻璃来制造支撑结构和物体之间的界面层，所述第二温度足够高以促进在制造期间块状金属玻璃的结晶。
[0055] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述第二温度可以接近块状金属玻璃的熔化温度。所述第二温度可以接近块状金属玻璃的临界结晶温度。所述打印机还可以包括构建板，所述机器人系统配置为使喷嘴相对于所述构建板在三维路径中移动，以便在构建板上制造支撑结构和物体。所述打印机还可以包括构建室，所述构建室至少容纳所述构建板和喷嘴，所述构建室保持适于在构建板上制造物体和支撑结构的构建环境。所述打印机还可以包括加热器，用于保持所述构建环境内的升高的温度。所述打印机还可以包括冷却系统，其配置为在块状金属玻璃离开喷嘴时将冷却流体施加到块状金属玻璃。
附图说明
[0056] 从附图中所示的其特定
实施例的以下描述中，本文描述的装置、系统和方法的前述及其他目的、特征和优点将是显而易见的。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本文所述的装置、系统和方法的原理上。
[0059] 图3示出了示例性块状
凝固型非晶态合金的时间-温度-转变(T)图的示意图。
[0060] 图4示出了用于打印机的挤出机。
[0061] 图5示出了用于在物体的三维制造中操作打印机的方法的
流程图。
[0062] 图6示出了用于三维打印机的剪切引擎。
[0063] 图7示出了具有成层喷嘴出口的挤出机。
[0064] 图8是用于在增材制造过程中基于构建材料的时空热信息来控制打印机的方法的流程图。
[0065] 图9示出了具有可控形状的喷嘴。
[0066] 图10示出了具有用于挤出的同心环的喷嘴。
具体实施方式
[0067] 现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例，附图中示出了优选实施例。然而，前述内容可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于这里阐述的所示实施例。
[0068] 本文提及的所有文献均通过引用整体并入。除非另有明确说明或从上下文中清楚，否则对单数项的引用应理解为包括复数项，反之亦然。除非另有说明或从上下文中清楚，否则语法连词旨在表达连接的从句、句子、单词等的任何和所有转折和连接组合。因此，术语“或”通常应理解为表示“和/或”等。
[0069] 除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述并非旨在是限制性的，而是单独地指代落入该范围内的任何和所有值，并且在这样的范围内的每个单独的值被并入
说明书中，如同它在此单独叙述一样。当伴随数值时，词语“约”、“大约”、“基本上”等应被解释为表示本领域普通技术人员理解为对于预期目的的令人满意的操作的偏差。值和/或数值的范围在本文中仅作为示例提供，并且不构成对所描述的实施例的范围的限制。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(“例如”、“比如”等)的使用仅旨在更好地说明实施例，而不是对实施例或
权利要求的范围的限制。说明书中的任何语言像对于所要求保护的实施例的实践是必不可少的那样都不应被解释为表示任何不被要求保护的元素。
[0070] 在以下描述中，应理解术语比如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”等是方便的词语而非被解释为限制性术语，除非另有明确说明。
[0071] 这里描述的是与三维打印相关的装置、系统和方法，其中设计比如计算机辅助绘图(CAD)文件被提供给可操作地连接到三维打印机(例如三维金属打印机)的计算机，并且可以通过三维打印机以逐层的方式制造由设计表示的物体。
[0072] 通常，以下描述强调使用金属作为构建材料用于形成三维物体的三维打印机。更具体地，该描述强调金属三维打印机，其使用熔合丝制造或类似技术沉积金属、金属合金或其他金属组合物以形成三维物体。在这些技术中，在分层系列的二维图案中将材料珠挤出为“道路”或“路径”，以从数字模型形成三维物体。然而，应该理解，也可以或替代地使用其他增材制造技术和其他构建材料。因此，尽管装置、系统和方法强调使用熔合丝制造的金属三维打印，但是本领域技术人员将认识到，本文所讨论的许多技术可适用于使用其他材料(例如热塑性塑料或其他聚合物等或装在可挤出的粘合剂基质中的陶瓷粉末)和其它增材制造技术(包括但不限于多喷射打印、电流体动力喷射、
气动喷射、
立体光刻、
数字光处理器(DLP)三维打印、
选择性激光烧结、粘合剂喷射等)来进行三维打印。这些技术可受益于下面描述的系统和方法，并且所有这些打印技术都旨在落入本公开的范围内，并且在术语比如“打印机”、“三维打印机”、“制造系统”、“增材制造系统”等的范围内，除非明确提供更具体的含义或从上下文中明确说明。
[0073] 如本文所设想的三维打印机可以使用块状金属玻璃(BMG)作为构建材料。块状凝固型非晶态合金或块状金属玻璃(BMG)是已经过冷却成无定形非晶态的金属合金。在这种状态下，许多这些合金可以在玻璃化转变温度以上再加热，以产生适于挤出的稠度，同时保持它们的非晶微结构。因此，这些材料可以提供有用的工作温度范围，其中材料变得足够柔韧以在熔合长丝制造过程中挤出同时保持无定形结构。在硬度、强度等方面，非晶态合金还具有许多优于其结晶对应物的性能。然而，非晶态合金也可能产生特殊的处理要求。例如，非晶态合金的过冷状态可能在暴露于长时间加热时开始降解，更具体地是由于结晶导致材料
固化。这甚至可以在低于熔化温度的温度下发生，并且如果不重新熔化和过冷合金，通常不可逆。
[0074] 一系列BMG可用作增材制造过程比如熔合丝制造或“FFF”中的金属构建材料。通常，在玻璃化转变温度(材料可以挤出)和熔化温度(材料在随后的冷却下熔化并结晶)之间具有更大温度窗口的那些BMG是优选的，尽管对于正常运行的FFF系统不是必需的。类似地，特定合金在该温度窗口内的结晶速率可使一些BMG比其他BMG更适合于长时间加热和塑料处理。同时，高延展性、高强度、非脆性通常是理想的性能，使用相对便宜的元素组分也是如此。虽然各种BMG系统在不同程度上满足这些标准，但这些合金对于在本文所考虑的BMG FFF系统中使用不是必需的。可以有用地使用许多其他合金和合金系统，比如在2015年12月16日提交的美国临时申请第62/268458中描述的任何一种，其全部内容通过引用结合于此。
[0075] 在使用如本文所考虑的熔合丝制造的金属制造过程中，其他材料也可以或替代地提供类似的吸引人的性质以用作金属构建材料。例如，2016年3月2日提交的美国申请第15/059256号(其全部内容通过引用并入本文)描述了使用金属基底和高温惰性第二相的组合的各种多相构建材料，其中任何一种都可以有用地部署作为熔合丝制造的金属构建材料。
因此，本文考虑的一种有用的金属构建材料包括金属构建材料，其包括在第一温度下熔化的金属基底和在颗粒形式下的高温惰性第二相，其在至少大于第一温度的第二温度下保持惰性。在另一方面，不是共晶组合物的共晶体系的组合物(也称为非共晶或否共晶组合物)可以有用地用作熔合丝制造的金属构建材料。这些非共晶组合物含有在不同温度下固化以提供塑性熔化范围的组分。在该熔化范围内，非共晶组合物可以表现出具有半固相的有用工作温度。通常，根据系统中非共晶物质的相对组成，共晶体系的非共晶或否共晶组合物可被归类为亚共晶组合物或过共晶组合物，其中任何一种都可以在某些温度下有用地保持半固态，以用于本文所考虑的熔合丝制造系统。
[0076] 其他材料可包含与热塑性塑料、蜡或其他材料基质等混合的金属含量，以获得可在低温(例如约200摄氏度或远低于通常金属熔化温度的其他温度)下挤出的相对低温的金属构建材料。例如，诸如
金属注射成型材料或其他粉末
冶金组合物的材料含有显著的金属含量，但是可用于在低温下挤出。这些材料或类似地由
金属粉末和粘合剂体系组成的其它材料可用于制造可以去毛刺并烧结成完全致密化的金属物体的生坯部件，并且可以用作本文所考虑的金属构建材料。
[0077] 更一般地，具有金属含量的任何构建材料提供用于加热挤出的有用工作范围，可用作本文所考虑的金属构建材料。该窗口的界限将取决于材料的类别(例如BMG、非共晶等)以及金属和非金属成分，但是合适的金属构建材料通常将表现出适于在金属构建材料的固态和液态之间的温度范围内挤出的塑料或性质。对于块状金属玻璃，有用的温度范围通常在玻璃化转变温度和熔化温度之间。对于非共晶组合物，有用的温度范围通常在共晶温度和总熔化温度之间，尽管其他度量比如蠕变弛豫温度可以有用地用于量化温度窗口的顶部边界，组合物的粘度在高于该温度窗口时迅速下降。对于多相构建材料，窗口可以在高于基底金属元件的熔化温度的任何温度下开始。
[0078] 在本文所述的一些应用中，金属构建材料的
导电性质用于制造过程，例如提供电感或电阻加热的电气路径。对于这些用途，术语金属构建材料应更一般地理解为是指具有足够导电性的金属支承构建材料，以形成用于承载电流的电路。在构建材料专
门用于在增材制造应用中承载电流的情况下，这些材料也可称为导电金属构建材料。
[0079] 图1是增材制造系统的框图。图中所示的增材制造系统100可以是例如包括熔合丝制造增材制造系统的金属打印机，或者包括配置成用于使用金属构造材料比如金属合金和/或BMG进行三维打印的任何其他增材制造系统。然而，增材制造系统100也可以或替代地与其他构建材料一起使用，包括塑料、陶瓷等，以及前述的组合。
[0080] 通常，增材制造系统可包括三维打印机101(或简称为“打印机”101)，其使用熔合丝制造来沉积金属、金属合金、金属复合物等。通常，打印机101可以包括构建材料102，其由驱动链104推进并通过液化系统106加热到塑性状态，然后通过一个或多个喷嘴110挤出。通过同时控制机器人108来沿着相对于构建板114的挤出路径定位喷嘴，可以在构建室116内的构建板114上制造物体112。通常，控制系统118可以管理打印机101的操作以根据使用熔合丝制造过程等的三维模型来制造物体112。
[0081] 构建材料102可以例如包括本文或在2015年12月16日提交的美国临时申请第62/268458号(其全部内容通过引用结合于此)中所述的任何非晶态合金，或者适用于本文所考虑的熔合丝制造过程的任何其他块状金属玻璃或其他材料或材料组合。构建材料102可以以各种形状因子(包括但不限于本文所述的任何形状因子)或通过引用并入本文的材料提供。构建材料102可以例如由气密密封的容器等(例如以减轻钝化)提供，作为连续馈送(例如线)或者作为诸如棒或矩形棱柱的离散物体，其可以在构建材料102的每个现有的离散单元被加热和挤出时被送入腔室等中。在一方面，构建材料102可包括
碳、玻璃、凯夫拉尔、硼
二氧化硅、石墨、
石英或可增强挤出材料线的拉伸强度的任何其他材料的
纤维。在一方面，这可以用于增加打印物体的强度。在另一方面，这可以用于通过维持喷嘴与正在制造的物体的冷却的刚性部分之间的结构路径来扩展桥接能力。在一方面，可以同时使用两种构建材料102，例如通过两个不同的喷嘴，其中一个喷嘴用于一般制造，另一个喷嘴用于桥接、支撑或类似特征。
[0082] 构建材料102可包括金属线，比如直径为约80μm、90μm、100μm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm或任何其他合适直径的线。在另一方面，构建材料102可以是金属粉末，其可以使用本文考虑的技术装载到粘合剂系统中以进行加热和挤出。例如，后一种技术可以特别用于制造生坯部件，该生坯部件随后可以去毛刺(debound)并烧结成最终的金属部件。
[0083] 构建材料102可具有适合于在熔合丝制造过程中挤出的任何形状或尺寸。例如，构建材料102可以是团粒或颗粒形式用于加热和压缩，或者构建材料102可以形成为线(例如在
线轴上)、坯料等，用于进给到挤出过程中。更一般地，可以适当地用于加热和挤出的任何几何形状可以用作如本文所设想的构建材料102的形状因子。这可以包括松散的块状形状，比如球形、椭球形或片状颗粒，以及连续的进料形状，比如棒、线、细丝等。在使用颗粒的情况下，颗粒可具有用于加热和挤出的任何尺寸。例如，颗粒的平均直径可以为约1微米至约100微米，比如约5微米至约80微米、约10微米至约60微米、约15微米至约50微米、约15微米至约45微米、约20微米至约40微米或约25微米至约35微米。例如，在一实施例中，颗粒的平均直径为约25微米至约44微米。在一些实施例中，也可以或替代地使用较小的颗粒，比如纳米范围的颗粒，或较大的颗粒，比如大于100微米的颗粒。
[0084] 如本文所述，构建材料102可包括金属。金属可包括
铝，比如元素铝、
铝合金或者含有非金属材料比如陶瓷或氧化物的铝复合物。金属也可以或替代地包括铁。例如，金属可包括铁合金，比如
钢、
不锈钢或一些其他合适的合金。金属也可以或替代地包括金、
银或其合金。金属也可以或替代地包括超合金、镍(例如镍合金)、
钛(例如钛合金)等中的一种或多种。其他金属也是可能的。
[0085] 如本文所用，术语金属可包括均相金属组合物及其合金，以及其他材料，比如改性剂、填料、
着色剂、稳定剂、增强剂等。例如，在一些实施方式中，可以将非金属材料(例如塑料、玻璃、
碳纤维等)嵌入作为支撑材料以增强结构完整性。可以基于与非晶态金属的玻璃化转变温度或其他较低粘度温度(例如玻璃化转变温度和熔化温度之间的温度)匹配的熔化温度来选择非晶态金属的非金属添加剂。非金属支撑材料的存在在许多制造环境中可能是有利的，比如延长的桥接，其中构建材料位于大的无支撑区域上。此外，可以使用本文考虑的系统和方法来有用地沉积其他非金属组合物，比如牺牲支撑材料。因此，例如，具有高熔化温度的
水溶性支撑结构可以包括在打印产品中，所述
水溶性支撑结构与金属构建材料的温度范围(即在玻璃化转变温度和熔化温度之间)相匹配。
[0086] 本文公开的打印机101可包括用于挤出第一材料(比如块状金属玻璃或其他构建材料)的第一喷嘴和用于挤出第二材料(比如具有增强添加剂的热相容BMG)的第二喷嘴。例如，第二材料可被加强，使得第二材料在挤出温度下具有足够的拉伸强度或
刚度，以在无支撑的桥接操作期间保持第二喷嘴和物体的凝固部分之间的结构路径。其他材料也可以或替代地用作第二材料。例如，这可以包括用于填充、支撑、分离层等的热匹配聚合物。在另一方面，这可以包括支撑材料，比如在用于挤出第一材料的窗口处或窗口附近具有高熔化温度的水溶性支撑材料。有用的可溶解材料可包括具有如本文所考虑的用于挤出的合适的热和机械性质的盐或任何其他水溶性材料。
[0087] 在一方面，构建材料102可以(一个接一个地)作为坯料或其他离散单元进给到中间室中，以便输送到构建室116中并随后加热和沉积。构建材料102还可以或替代地设置在盒子等中，其具有的真空环境可以直接或间接地联接到构建室116的真空环境。在另一方面，构建材料102的连续进给例如线等可以以连续的方式通过真空
垫圈进给到构建室116中。
[0088] 虽然以下描述强调金属构建材料，但是以下许多方法和系统在其他类型的材料的情况下也是有用的。因此，如本文所用的术语“构建材料”应理解为包括其他添加制造材料，特别是适用于熔合丝制造的添加制造材料。这可以例如包括热塑性塑料，比如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚醚醚
酮(PEEK)或任何其它合适的聚合物等。在另一方面，构建材料102可以包括装载有金属粉末等的粘合剂系统，该金属粉末等适合于生坯部件的熔合丝制造，该生坯部件可以被去毛刺并烧结成最终的金属物体。所有这些材料都旨在落入术语“构建材料”的范围内，除非从上下文中明确说明不同的含义。
[0089] 驱动链104可包括任何合适的
齿轮、压缩
活塞等，用于将构建材料102连续或索引(index)地进给到液化系统106中。在一方面，驱动链104可包括齿轮，比如正齿轮，具有的齿的形状与构建材料中的相应特征(比如脊、凹口或其他正或负棘爪)
啮合。在另一方面，驱动链104可使用加热的齿轮或螺旋机构来变形并与构建材料接合。因此，在一方面，用于金属FFF过程的打印机可以将金属(例如BMG)加热到玻璃化转变温度和熔化温度之间的温度以进行挤出，并加热齿轮，该齿轮与进给路径中的金属接合，使其变形并驱动其朝向喷嘴110。在另一方面，驱动链104可包括多个级。在第一级，驱动链104可以加热材料并形成
螺纹或其他特征，这些特征可以为材料提供正的夹持
牵引力。在下一级，匹配这些特征的齿轮等可用于沿着进给路径推进构建材料。
[0090] 在另一方面，驱动链104可使用
波纹管或任何其他可折叠或伸缩式压力机(press)将杆、坯料或类似的构建材料单元驱动到液化系统106中。类似地，可使用压电或线性步进驱动器，在非连续的步骤序列中使用离散的机械增量推进以索引方式推进构建材料单元。
[0091] 液化系统106可以采用各种技术将金属(例如BMG)加热到玻璃化转变温度和熔点之间的窗口温度，熔点将随合金而变化。然后可以在形状形成期间/之后，通过沉积过程或其他方式使材料淬火，以防止形成
晶体结构。在这方面，应注意，延长的升高的温度可导致结晶，并且通常应避免延长的
停留时间。材料可以在玻璃化转变温度(Tg)和熔化温度(Tm)之间保持在加工温度窗口内而不结晶的时间量将取决于合金特定的结晶行为。
[0092] 可以使用任何数量的加热技术或加热系统。在一方面，诸如感应加热或电阻加热的电技术可以有用地用于液化构建材料102。因此，例如，液化系统106可以包括加热系统，比如感应加热系统或电阻加热系统，其配置为将构建材料102周围的室感应地或电阻性地加热到Tg-Tm窗口内的温度，或者这可以包括加热系统，比如感应加热系统或电阻加热，以通过施加
电能直接加热材料本身。因为BMG是金属的和导电的，所以它们可以通过接触方法(例如用施加的电流进行电阻加热)或非接触方法(例如使用外部电磁体的感应加热来驱动材料内的
涡流)进行电加热。当直接加热构建材料102时，可能有用的是对构建材料102的形状和尺寸进行建模以便更好地控制电感应加热。这可以包括形状、尺寸、质量等的估计或实际测量以及关于构建材料102的体(bulk)电磁特性的信息。
[0093] 应当理解，可以以其他方式使用磁力来辅助如本文所设想的制造过程。例如，可以施加磁力，特别是对于黑色金属，以施加力来控制构建材料102的路径。这在过渡场景中特别有用，比如BMG被加热到熔化温度以上，以便促进物体和支撑结构之间的界面处的结晶。在这些情况下，磁力可以有用地补充表面
张力，以将熔化的合金保持在层的所需区域内。
[0094] 为了促进构建材料102的电阻加热，可以在材料的进给路径内定位一个或多个接触垫、探针等，以便提供位置用于在适当的位置通过材料形成电路。为了便于感应加热，一个或多个电磁体可以定位在与进给路径相邻的合适位置，并且例如通过控制系统118操作，以通过产生涡流来在内部加热构建材料102。在一方面，这两种技术可以同时使用在构建材料102内实现更严格控制或更均匀分布的电加热。打印机101还可以装备成以各种方式监测所产生的加热。例如，打印机101可以监测传递到电感或电阻电路的功率。打印机101还可以或替代地测量在任何数量的位置处的构建材料102或周围环境的温度。在另一方面，可以通过测量例如驱动构建材料102通过喷嘴110或进给路径的其他部分所需的力的量来推断构建材料102的温度，其可以用作构建材料102的粘度的代表。更一般地，适用于测量构建材料102的温度或粘度并响应地控制所施加的电能的任何技术可用于控制如本文所设想的金属FFF过程的液化。
[0095] 液化系统106还可以或替代地包括适于在Tg-Tm窗口内的温度下向构建材料102施加热量的任何其他加热系统。这可以例如包括使
用例如化学加热、燃烧、激光加热或其他光学加热、
辐射加热、
超声波加热、
电子束加热等来局部或全局增强加热的技术。
[0096] 在一方面，打印机101可以增强有用于控制输送非晶态金属粉末的系统，该粉末可以在制造期间沉积在物体112中和周围，或者形成一些或全部物体，并且粉末可以用激光加热过程烧结，使金属粉末的温度升高到足以与相邻颗粒结合，但不足以使材料再结晶。例如，该技术可用于由粉末化的非晶态合金制造整个物体，或者该技术可以用于增强熔合丝制造过程，例如通过提供机械地联接在构建室内制造的两个或更多个物体的机构，或在独立的熔合丝制造过程之前、期间或之后添加特征。
[0097] 液化系统106可包括剪切引擎。当加热时，剪切引擎可在构建材料102内产生剪切，以防止结晶，特别是当加热接近熔化温度或构建材料102在升高的温度下保持延长的时间段时。剪切引擎可以采用各种技术。在一方面，当块状介质沿着进给路径馈送到液化系统106中时，块状介质可以轴向旋转。在另一方面，可以使用一个或多个超声换能器以在加热的材料内引入剪切。类似地，螺钉、柱、臂或其他物理元件可以放置在加热的介质内并旋转或以其他方式致动以混合加热的材料。
[0098] 机器人108可以包括适于在相对于构建板114的三维路径中移动喷嘴110同时挤出构建材料102以便根据物体的计算机化模型从构建材料102制造物体112的任何机器人部件或系统。各种机器人系统在本领域中是已知的并且适合用作本文考虑的机器人108。例如，机器人108可以包括笛卡尔坐标机器人或xyz机器人系统，其采用多个线性控制以在构建室116内沿x轴、y轴和z轴独立地移动。也可以或替代地有用地使用delta机器人，如果适当地配置，它可以在速度和刚度方面提供显著的优点，并且提供固定
电动机或驱动元件的设计便利性。其他配置比如双或三delta机器人可以使用多个
连杆增加运动范围。更一般地，可以有用地采用适于喷嘴110相对于构建板114的受控定位的任何机器人，尤其是在真空或类似环境中，包括适于在构建室116内致动、操纵、移动等的任何机构或机构的组合。
[0099] 机器人108可以通过控制喷嘴110和构建板114中的一个或多个的移动来相对于构建板114定位喷嘴110。例如，在一方面，喷嘴110可操作地联接到机器人108，使得机器人108定位喷嘴110。构建板114也可以或替代地可操作地联接到机器人108，使得机器人108定位构建板114。或者可以采用这些技术的某种组合，比如通过使喷嘴110上下移动以进行z轴控制，并使构建板114在xy平面内移动以提供x轴和y轴控制。在一些这样的实施方式中，机器人108可以沿着一个或多个轴平移构建板114，和/或可以旋转构建板114。
[0100] 应当理解，本领域中已知多种布置和技术以实现沿一个或多个轴的受控线性运动和/或围绕一个或多个轴的受控旋转运动。机器人108可以例如包括多个步进
电机，以沿着每个轴例如x轴、y轴和z轴独立地控制喷嘴110或构建板114在构建室116内的位置。更一般地，机器人108可以包括但不限于步进电机、编码DC电机、齿轮、皮带、
滑轮、蜗轮、螺纹等的各种组合。适于可控地定位喷嘴110或构建板114的任何这种布置可以适于与本文所述的增材制造系统100一起使用。
[0101] 喷嘴110可以包括一个或多个喷嘴，用于挤出已经用驱动链104推进并且用液化系统106加热的构建材料102。喷嘴110可以包括挤出不同类
型材料的多个喷嘴，使得例如第一喷嘴110挤出金属构建材料，而第二喷嘴110挤出支撑材料，以便支撑物体112的桥接、悬垂和其他结构特征，否则将会违反用于采用金属构建材料制造的设计规则。在另一方面，喷嘴110中的一个可沉积材料，比如热相容性聚合物和/或负载纤维的材料，以增加拉伸强度或以其他方式改善机械性能。
[0102] 在一方面，喷嘴110可以包括如本文所述的一个或多个超声换能器130。在该上下文中，超声可以有用地用于各种目的。在一方面，超声能量可以通过减轻金属(例如BMG)与喷嘴110的内表面的粘附来促进挤出。在另一方面，超声能量可以用于破坏先前层印刷介质上的钝化层，使得例如通过金属层之间的直接结合而没有任何插入的钝化层，可以获得更好的层间粘合。因此，在一方面，金属FFF打印机的喷嘴可以包括超声换能器，其可操作以通过减少对喷嘴的粘附来改善通过喷嘴的挤出，同时通过从前一层破坏目标介质上的钝化层来改善层间粘合。
[0103] 在另一方面，喷嘴110可包括感应加热元件、电阻加热元件或类似部件以直接控制喷嘴110的温度。这可用于增强沿着通过打印机101的进给路径的更一般的液化过程，例如以将构建材料102的温度保持在Tm和Tg之间，或者这可以用于更具体的功能，比如通过将构建材料102加热到Tm以上来熔化构建材料102变成液态来解堵打印头。虽然在这种液态下控制沉积可能是困难或不可能的，但是加热可以提供方便的技术来重置喷嘴110而无需更严格的物理干预，比如移除真空以拆卸、清洁和更换受影响的部件。
[0104] 在另一方面，喷嘴110可包括入口气体，例如惰性气体，以在介质离开喷嘴110时冷却介质。更一般地，喷嘴110可包括任何冷却系统，用于在块状金属玻璃或其他构建材料102离开喷嘴110时将冷却流体施加到块状金属玻璃或其他构建材料102。该
气体喷射器可以例如立即加强挤出的材料，以促进延伸的桥接、更大的悬伸或可能包括下面的支撑结构的其他结构。
[0105] 在另一方面，喷嘴110可包括一个或多个机构，以使沉积材料层变平并施加压力以将该层粘合到下层。例如，加热的夹辊、
脚轮等可以在其通过构建室116的xy平面的路径中跟随喷嘴110，以使沉积的(并且仍然柔韧的)层变平。喷嘴110还可以或替代地整合成形壁、平面表面等，以在挤出物由喷嘴110沉积时另外成形或约束挤出物。喷嘴110可以有用地涂覆有不粘材料(其可以根据所使用的构建材料102而变化)，以便通过该工具实现更一致的成形和平滑。
[0106] 在一方面，喷嘴110可包括储存器、加热器和出口，加热器配置成将储存器内的构建材料(例如金属或金属合金)保持为液体或其他可挤出形式。喷嘴110的部件例如储存器和加热器可以包含在壳体等内。
[0107] 在一方面，喷嘴110可包括机械装置比如
阀、具有计量孔的板或一些其他合适的机构，以机械地控制离开喷嘴110的构建材料102。
[0108] 喷嘴110或其一部分可以通过机器人108(例如机器人定位组件)在构建室116内移动，例如相对于构建板114。例如，喷嘴110可以通过机器人108沿着工具路径移动，同时沉积构建材料(例如液态金属)以形成物体112，或者构建板114可以在构建室116内移动，同时喷嘴110保持静止。
[0109] 在提供多个喷嘴110的情况下，第二喷嘴可以有用地提供各种附加构建材料中的任何一种。例如，这可以包括具有不同或相似热特性(例如Tg、Tm)的其他金属(例如其他BMG)、支持多材料印刷的热匹配聚合物(例如具有与BMG的较低粘度窗口匹配的玻璃化转变温度)、支撑材料、其他金属和合金等。在一方面，两个或更多个喷嘴110可以提供具有不同过冷液体区域的两种或更多种不同金属(例如BMG)。具有较低过冷液体区域的材料可以用作支撑材料，并且具有较高温度区域的材料可以形成到物体112中。以这种方式，较热的较高温度材料(在物体112中)沉积到较低温度的支撑材料的下层上可以使较低温度的材料在两者之间的界面处熔化和/或结晶，使界面变脆并且在施加机械力时易于除去。方便地，由于这种表面加热的应用，下面的支撑结构的块状形式通常不会结晶，因此支撑结构可以保持其块状形式以便作为单件在脆化界面处移除。控制系统118可以配置为控制这些不同构建材料102的交替使用，以在支撑结构113和物体112之间产生固有脆性界面层。因此，在一方面，这里公开了一种打印机，其使用具有第一超冷液体区域的第一块状金属玻璃来制造支撑结构层，并且使用具有最小温度和/或温度范围大于第一过冷液体区域的第二过冷液体区域的第二块状金属玻璃在支撑结构层的顶部上制造物体层。
[0110] 因此，如上所述，在一些实施方式中，三维打印机101可包括挤出第二块状金属玻璃的第二喷嘴110。第二喷嘴110还可用于挤出任何数量的其他有用材料，比如蜡、与第一喷嘴中使用的第一材料不同的第二金属、聚合物、陶瓷或一些其他合适的材料。控制系统118可以例如配置为同时彼此独立地或以一些其他合适的方式操作第一和第二喷嘴，以产生包括第一材料、第二材料或两者的层。
[0111] 物体112可以是适合于使用本文考虑的技术制造的任何物体。这可以包括功能物体比如机器部件、美学物体比如雕塑或任何其他类型的物体以及可以装配在构建室116和构建板114的物理约束内的物体的组合。一些结构比如大的桥接和悬伸不能使用FFF直接制造，因为没有其上可以沉积材料的下面的物理表面。在这些情况下，可以制造支撑结构113，优选地由可溶的或其他容易移除的材料制成，以便支撑相应的特征。
[0112] 构建板114可以由适于从喷嘴110接收沉积的金属或其他材料的任何表面或物质形成。构建板114的表面可以是刚性的并且基本上是平面的。在一方面，构建板114可被加热，例如电阻性地或电感性地加热，以控制构建室116或在其上制造物体112的表面的温度。例如，这可以改善粘附性，防止热致变形或失效，并且有助于制造的物体内的松弛
应力。在另一方面，构建板114可以是可变形结构或表面，其可以弯曲或以其他方式物理变形，以便与形成在其上的刚性物体112分离。构建板114还可以包括提供用于物体112的内部欧姆加热的电路路径的接触件或者物体112和离开喷嘴110的构建材料102之间的界面。
[0113] 构建板114可以在构建室116内移动，例如通过定位组件(例如定位喷嘴110的相同机器人108或不同机器人)。例如，构建板114可以沿着z轴(例如上下—朝向和远离喷嘴110)移动或沿着xy平面(例如从一侧到另一侧，例如在形成工具路径或者与喷嘴110的移动一起工作以形成用于制造物体112的工具路径的图案中)移动或者这些的一些组合。在一方面，构建板114是可旋转的。
[0114] 构建板114可以包括
温度控制系统，用于维持或调整构建板114的至少一部分的温度。温度控制系统可以完全或部分地嵌入构建板114内。温度控制系统可以包括但不限于加热器、冷却剂、
风扇、鼓风机等中的一个或多个。在实施方式中，温度可以通过感应加热印刷部件来控制，印刷部件可以是金属的并且因此是导电的。
[0115] 通常，构建室116容纳构建板114和喷嘴110，并且保持适于从块状金属玻璃或其他构建材料102在构建板114上制造物体112的构建环境。例如，这可以包括真空环境、贫氧环境、加热环境和惰性气体环境等。构建室116可以是适于包含构建板114、物体112以及在构建室116内使用以制造物体112的打印机101的任何其他部件的任何室。
[0116] 打印机101可包括真空泵124，其联接到构建室116并可操作以在构建室116内产生真空。许多合适的真空泵在本领域中是已知的并且可适于用作本文考虑的真空泵124。构建室116可以是环境密封的室，使得它可以用真空泵124或任何类似的装置抽空，以便提供用于制造的真空环境。在氧气引起钝化层的情况下这可能是特别有用的，该钝化层可能削弱如本文所设想的熔合丝制造过程中的层间粘合。构建室116可以是气密密封的、气密的或环境密封的。环境密封的构建室116可以被氧气吹扫，或者以受控的方式填充一种或多种惰性气体以提供稳定的构建环境。因此例如，构建室116可以基本上填充有一种或多种惰性气体，比如氩气或不与由打印机101使用的加热的块状金属玻璃或其他构建材料102显著相互作用的任何其他气体。环境密封可包括热密封，例如防止从构建体积到外部环境的过量热传递，反之亦然。构建室116的密封还可以或替代地包括压力密封以对构建室116加压，例如以提供抵抗周围氧气等渗透的正加压。为了保持构建室116的密封，构建室116的
外壳中的任何开口，例如用于构建材料进给、电子器件等，可包括适当对应的
密封件等。
[0117] 在一些实施方式中，
环境控制元件(比如氧气吸气剂)可包括在支撑结构材料内以提供氧气或其他气体的局部去除。这些技术中的一些可以减轻对构建室
通风的需要，然而，在需要这种通风的情况下，可以有用地采用空气
过滤器比如
木炭过滤器来过滤离开构建室116的气体。
[0118] 一个或多个被动或主动氧气吸气剂126或其他类似的氧气
吸收材料或系统可有用地用于构建室116内以吸收游离氧气。氧气吸气剂126可以例如包括涂覆构建室116的内表面的反应材料的
沉积物或放置在其中的单独物体，其通过与残余气体分子结合或
吸附残余气体分子来完成和维持真空。在一方面，氧气吸气剂126可包括优先与氧气反应的各种材料中的任何一种，包括例如基于钛、铝等的材料。在另一方面，氧气吸气剂126可包括化学
能源，比如可燃气体、气炬、催化加热器、本生灯或通过反应以从环境中提取氧气的其他化学和/或燃烧源。存在各种低CO和NOx催化
燃烧器，其可适用于此目的而不输出潜在有害的CO。氧气吸气剂126还可以或替代地包括氧气过滤器、电化学氧气泵、
覆盖气体供应、空气循环器等。因此，在实施方式中，清除构建室116的氧气可包括以下中的一个或多个：向构建室
116施加真空，将惰性气体供应到构建室116，将氧气吸气剂126放置在构建室116内，将电化学氧气泵应用到构建室116，使构建室116内的空气循环通过氧气过滤器(例如多孔
陶瓷过滤器)等。
[0119] 在一方面，氧气吸气剂126，或更一般的是气体吸气剂，可以使用喷嘴110中的一个而沉积为支撑材料，这有助于在每个新的制造运行中更换气体吸气剂并且可以有利地定位在印刷介质附近的气体吸气剂，以便更加局部地去除新材料沉积在制造物体上的钝化气体。氧气吸气剂126也可以或替代地在构建过程中作为单独的材料沉积。因此，在一方面，本文公开了一种用于由金属制造三维物体的方法，包括共同制造包含
试剂以去除三维物体周围的钝化气体的物理上相邻的结构(其可以或可以不直接接触三维物体)。可以类似地采用其他技术来控制构建室116内的环境的
反应性。例如，构建室116可以填充惰性气体等以防止氧化。
[0120] 构建室116可包括温度控制系统128，用于维持或调整构建室116(构建体积)的体积的至少一部分的温度。温度控制系统128可以包括但不限于加热器、冷却剂、风扇、鼓风机等中的一个或多个。温度控制系统128可以使用流体等作为热交换介质，用于在构建室116内根据需要传递热量。温度控制系统128还可以或替代地在构建室116内移动空气(例如循环空气)来控制温度，提供更均匀的温度，或者在构建室116内传递热量。
[0121] 温度控制系统128或本文描述的任何温度控制系统(例如液化系统106的温度控制系统或构建板114的温度控制系统)可包括一个或多个有源装置，比如将电流转换成热量的电阻元件，响应于施加的电流而加热或冷却的珀耳帖效应装置，或任何其他热电加热和/或冷却装置。因此，这里讨论的温度控制系统可以包括为打印机101的部件提供主动加热的加热器、为打印机101的部件提供主动冷却的冷却元件、或这些的组合。温度控制系统可以与控制系统118以通信关系联接，以便控制系统118可控制地将热量传递给打印机101的部件或者从打印机101的部件移除热量。因此，温度控制系统可以包括主动冷却元件，其位于打印机101的部件内或附近，以可控制地冷却打印机101的部件。要理解的是，可以采用各种其他技术来控制打印机101的部件的温度。例如，温度控制系统可以在其内部使用气体冷却或气体加热装置，比如真空室等，其可被快速加压以加热打印机101的部件或者腾空以根据需要冷却打印机101的部件。作为另一示例，加热或冷却气体流可以在构建过程之前、期间和/或之后直接施加到打印机101的部件上。适于控制打印机101的部件的温度的任何装置或装置组合可适于用作本文所述的温度控制系统。
[0122] 将进一步理解，用于构建室116的温度控制系统128、液化系统106的温度控制系统和构建板114的温度控制系统可以包括在单个温度控制系统中(例如包括作为控制系统118的一部分或以其他方式与控制系统118通信)，或者它们可以是单独且独立的温度控制系统。因此例如，加热的构建板或加热的喷嘴可以有助于构建室116的加热并且形成用于构建室116的温度控制系统128的部件。
[0123] 构建室116还可以或替代地包括压力控制系统，用于维持或调整构建室116的体积的至少一部分的压力，例如通过相对于环境压力增加压力以提供加压构建室116，或相对于环境压力降低压力以提供真空构建室116。如上所述，真空构建室116可以有用地集成氧气吸气剂或其他特征，以帮助消耗来自构建室116的气体。类似地，在使用加压构建室116的情况下，可以用惰性气体等填充和加压构建室116，以提供用于制造的受控环境。
[0124] 由金属制造的物体可能相对较重并且难以处理。为了解决这个问题，可以提供
剪刀台或其他提升机构以将制造的物体提升到构建室116之外。中间室可以有用地用于将打印物体转移出构建室116，特别是在构建室116保持高度加热、加压或减压环境或者通常与直接暴露于周围环境不相容的任何其他环境的情况下。
[0125] 通常，控制系统118可以包括配置成控制打印机101的操作的控制器等。控制器可以例如由计算机可执行代码配置以控制加热系统(比如液化系统106)、驱动系统(比如驱动链104)和机器人系统(比如机器人108)，以从块状金属玻璃或任何其它合适的构建材料102在构建板114上制造物体112。控制系统118可以联接到增材制造系统100的其他部件，用于以协调的方式控制其功能，以从构建材料102制造物体112。例如，控制系统118可以可操作地联接到喷嘴110和机器人108。控制系统118可以控制喷嘴110的各方面，比如构建材料的沉积速率、沉积的构建材料的量等。控制系统118还可以控制机器人108的各方面，比如喷嘴110或构建板114中的任一个或两者相对于彼此的定位和移动。
[0126] 通常，控制系统118可操作成控制增材制造系统100的部件，比如喷嘴110、构建板114、机器人108、各种温度和压力控制系统以及这里描述的增材制造系统100的任何其他部件，以基于描述物体112的三维模型122从构建材料102制造物体112。控制系统118可以包括适于控制本文描述的增材制造系统100的各种部件的
软件和/或处理电路的任何组合，包括但不限于
微处理器、
微控制器、
专用集成电路、可编程门阵列和任何其他数字和/或模拟部件以及前述的组合连同用于收发
控制信号、驱动信号、功率信号、传感器信号等的输入和输出。在一方面，控制系统118可以包括具有足够计算能力的微处理器或其他处理电路以提供相关功能，比如执行
操作系统，提供图形
用户界面(例如至联接到控制系统118或打印机101的显示器)，将三维模型122转换为工具指令，并通过网络
接口162操作网络
服务器或以其他方式托管远程用户和/或活动，以通过网络160进行通信。
[0127] 控制系统118可以包括处理器和存储器以及任何其他
协处理器、
信号处理器、输入和输出、数模/
模数转换器和用于控制和/或监测在打印机101上执行的制造过程的其他处理电路，例如通过提供控制打印机101的操作的指令。为此，控制系统118可以与构建材料102的供应、驱动链104、液化系统106、喷嘴110、构建板114、机器人108以及与构建过程相关的任何其他仪器或控制部件比如温度传感器、
压力传感器、氧传感器、真空泵等以通信关系联接。
[0128] 控制系统118可以生成机器就绪代码，用于由打印机101执行以从三维模型122制造物体112。在另一方面，机器就绪代码可以基于三维模型122由独立计算设备164生成并通过网络160传送到控制系统118，网络160可以包括局域网或互联网比如因特网。控制系统118可以部署多种策略以在结构上或美学上改善所得到的物理物体。例如，控制系统118可以使用
犁、熨烫、刨或类似技术，其中喷嘴110在现有的沉积材料层上运行，例如使材料平整，去除钝化层，或者以其他方式准备当前层用于下一层材料和/或成形并
修剪材料成最终形式。喷嘴110可包括不粘表面以便于该犁过程，并且喷嘴110可被加热和/或振动(使用超声换能器)以改善平滑效果。在一方面，该表面准备可以结合到最初生成的机器就绪代码中。在另一方面，打印机101可以动态地监测沉积的层并且逐层地确定附加的表面准备是否对于成功完成物体112是必要的或有帮助的。因此，在一方面，本文公开了打印机101监测金属FFF过程，并且当先前的金属材料层不适合接收附加的金属材料时，用加热或振动的不粘喷嘴部署表面准备步骤。
[0129] 控制系统118可以采用压力或流速作为过程反馈信号。虽然温度通常是金属构建的关键物理量，但是在金属FFF过程期间可能难以精确地测量整个进给路径中的金属温度。然而，通常可以通过构建材料102的延展性来精确地推断温度，其可以基于通过进给路径驱动材料进行了多少工作来精确地测量块状材料。因此，在一方面，本文公开了打印机101测量由驱动链104等施加到金属构建材料的力，基于该力(例如瞬时力)推断构建材料102的温度，并且控制液化系统106以相应地调整温度。
[0130] 在另一方面，控制系统118可以控制沉积参数以
修改支撑材料和物体112之间的物理界面。例如，虽然支撑结构113通常由与用于物体112的构建材料不同的材料形成，例如可溶性材料或者更软或更脆的材料，但是可以修改块状金属玻璃的性质以使用相同的印刷介质获得类似的结果。例如，可以在整个支撑结构113中或者特别是在物体112和支撑结构113之间的界面处控制由喷嘴110施加的压力、液化温度等来改变机械性能。例如，可以在接近或高于熔化温度的温度下制造层，以便引起熔化和/或结晶，从而在界面处产生更脆的结构。因此，在一方面，本文公开了一种用于制造物体112的技术，包括从包括块状金属玻璃的构建材料102制造支撑结构113，在足以引起构建材料102结晶的温度下制造支撑结构113的顶层(或物体112的底层)，并且在玻璃化转变温度和熔化温度之间的温度下将物体112的底层制造在支撑结构113的顶层上。在另一方面，可以诱导钝化层以降低支撑层和物体层之间的结合强度，比如通过允许或促进层之间的氧化。
[0131] 通常，物体112的三维模型122可以存储在
数据库120中，比如用作控制系统118的计算设备的本地存储器，或者可以通过服务器或其他远程资源
访问的远程数据库，或者存储在控制系统118可访问的任何其他计算机可读介质中。控制系统118可以响应于用户输入检索特定的三维模型122，并生成机器就绪指令以供打印机101执行以制造相应的物体112。这可以包括创建中间模型，比如将CAD模型转换成STL模型，或者其他多边形网格或其他中间表示，其又可被处理以生成用于由打印机101制造物体112的机器指令。
[0132] 在操作中，为了准备物体112的增材制造，可以首先将物体112的设计提供给计算设备164。该设计可以是包括在CAD文件等中的三维模型122。计算设备164可以是如本文所述的任何计算设备，并且通常可以包括自主操作或由用户操作以与增材制造系统100中的其他部件进行管理、监测、通信或以其他方式交互的任何设备。这可以包括台式计算机、
笔记本电脑、网络计算机、
平板电脑、智能电话、智能
手表、PDA或可以参与本文所设想的系统的任何其他计算设备。在一方面，计算设备164与打印机101集成在一起。
[0133] 计算设备164可以包括如本文所述的控制系统118或控制系统118的部件。计算设备164还可以或替代地补充或提供代替控制系统118。因此，除非明确说明相反或者从上下文清楚地看出，计算设备164的任何功能可以由控制系统118执行，反之亦然。在另一方面，计算设备164与控制系统118通信或以其他方式与之联接，例如通过网络160，网络160可以是将计算设备164本地联接到打印机101的控制系统118的局域网，或者互联网比如因特网，其以与控制系统118的通信关系远程联接计算设备164。
[0134] 计算设备164(和控制系统118)可以包括处理器166和存储器168，以执行与如本文所述的增材制造系统100的管理相关的功能和处理任务。处理器166和存储器168可以是如本文所述的或本领域中已知的任何处理器和存储器。通常，存储器168可以包含计算机代码，其可由处理器166执行以执行本文描述的各种步骤，并且存储器还可以存储数据，比如由增材制造系统100的其他部件生成的
传感器数据等。
[0135] 可以在打印机101内的各个位置处有用地部署一个或多个超声换能器130或类似的振动部件。例如，振动换能器可以用于在它从构建材料102的料斗分配到驱动链104中时振动团粒、颗粒或其他类似介质。在驱动链104包括螺杆驱动器或类似机构的情况下，以这种方式的超声搅拌可以更均匀地分配颗粒以防止堵塞或不一致的进给。
[0136] 在另一方面，超声换能器130可用于促使相对高粘度的金属介质比如加热的块状金属玻璃在喷嘴110的热端处通过加压模具变形和挤出。可以在喷嘴110和其他部件之间包括一个或多个阻尼器、机械分离器等，以便隔离喷嘴110内产生的振动。
[0137] 在制造期间，可以收集详细数据以供后续使用和分析。例如，这可以包括来自传感器和
计算机视觉系统的数据，该系统识别在物体112的每个层中发生的错误、变化等。类似地，可以使用
断层摄影等来检测和测量层到层界面，聚合零件尺寸等。该数据可以作为物体112的数字双胞胎140与物体一起收集并传递给最终用户，例如使得最终用户可以评估变化和
缺陷如何影响物体112的使用。除了空间/几何分析，数字双胞胎140可记录过程参数，包括例如聚合统计数据，比如所用材料的重量、印刷时间、构建室温度的变化等，以及任何感兴趣的过程参数的时间顺序日志，比如体积沉积速率、材料温度、
环境温度等。
[0138] 数字双胞胎140还可以有用地记录构建材料102的热历史，例如在完成的物体112内的逐个体素或其他体积的基础上。因此，在一方面，数字双胞胎140可以存储结合到物体112中的构建材料的热历史的空间时间图，其可被使用，例如以便估计物体112内的块状金属玻璃的结晶状态，并且在适当的情况下，在制造期间启动补救动作。控制系统118可以在制造期间使用该信息，并且可以配置为根据热历史的空间时间图在制造期间调整熔合丝制造系统等的热参数。
[0139] 打印机101可以包括相机150或其他光学设备。在一方面，相机150可以用于创建数字双胞胎140或者为数字双胞胎140提供空间数据。相机150可以更一般地促进
机器视觉功能或便于远程监测制造过程。来自相机150的视频或静止图像也可以或替代地用于动态地校正打印过程，或者
可视化应当在何处以及如何进行自动或手动调整，例如实际打印机输出偏离预期输出的位置。相机150可用于在操作之前验证喷嘴110和/或构建板114的位置。通常，相机150可以定位在构建室116内，或者定位在构建室116的外部，例如其中相机150与形成在室壁内的观察窗口对准。
[0140] 增材制造系统100还可包括一个或多个传感器170。在一方面，传感器170可与控制系统118通信，例如通过有线或无线连接(例如通过
数据网络160)。传感器170可以配置为检测物体112的制造进度，并且向控制系统118发送信号，其中信号包括表征物体112的制造进度的数据。控制系统118可以配置为接收信号，并响应于物体112的检测到的制造进度来调整增材制造系统100的至少一个参数。
[0141] 一个或多个传感器170可以包括但不限于以下中的一个或多个：接触表面光度仪、非接触表面光度仪、
光学传感器、
激光器、温度传感器、运动传感器、成像装置、相机、
编码器、红外检测器、体积流量传感器、重量传感器、声音传感器、光传感器、检测物体存在(或不存在)的传感器等。
[0142] 如本文所讨论，控制系统118可以响应于传感器170来调整增材制造系统100的参数。调整的参数可以包括构建材料102的温度、构建室116的温度(或者构造室116的体积的一部分)以及构建板114的温度。该参数还可以或替代地包括压力，比如构建室116内的
大气压力。参数还可以或替代地包括用于与构建材料混合的添加剂的量或浓度，比如强化添加剂、着色剂、脆化材料等。
[0143] 在一些实施方式中，控制系统118可以(结合一个或多个传感器170)识别在增材制造系统100中使用的构建材料102，并且又可以基于构建材料102的识别来调整增材制造系统100的参数。例如，控制系统118可以调整构建材料102的温度、喷嘴110的致动、构建板114和喷嘴110中的一个或多个经由机器人108的位置、构建材料102的体积流量等。在一些这样的实施方式中，喷嘴110还配置为向控制系统118发送指示任何感测到的状况或状态的信号，比如构建材料102的导电性、构建材料102的类型、喷嘴110的出口直径或任何其他有用信息。作为响应，控制系统118可以接收任何这样的信号和控制以及构建过程的方面。
[0144] 在一方面，一个或多个传感器170可以包括传感器系统，其配置为体积地监测构建材料102比如块状金属玻璃的温度。这可以包括基于任何接触或非接触温度测量技术的可用的表面测量。这也可以或替代地包括在沿着进给路径和完成的物体内的不同点处的构建材料102的内部内的温度的估计。使用该累积信息，可以创建热历史，其包括完成的物体112内的构建材料的每个体素随时间的温度，所有这些可以存储在下面描述的数字双胞胎140中并且用于过程控制热参数或物体112的后处理回顾和分析。
[0145] 增材制造系统100可以包括网络接口162或者与其以通信关系连接。网络接口162可以包括适于通过数据网络160以通信关系而将控制系统118和增材制造系统100的其他部件联接到远程计算机(例如计算设备164)的
硬件和软件的任何组合。作为示例而非限制，这可以包括用于根据IEEE 802.11标准(或其任何变型)操作的有线或无线以太网连接的电子设备，或任何其他短程或长程无线网络部件等。这可以包括用于短程数据通信的硬件，比如蓝牙或红外收发器，其可以用于联接到局域网等，而局域网等又联接到广域数据网络比如因特网。这也可以或替代地包括用于WiMAX连接或蜂窝网络连接的硬件/软件(使用例如CDMA、GSM、LTE或任何其他合适的协议或协议组合)。一致地，控制系统118可以配置为控制增材制造系统100参与网络接口162所连接的任何网络160，比如通过自主连接到网络160以检索可打印内容，或响应对打印机101的状态或可用性的远程
请求。
[0146] 其他有用的特征可以集成到上述打印机101中。例如，
溶剂或其他材料可以在制造期间有用地施加到物体112的特定表面，例如以改变其性质。添加的材料可以例如有意地在特定位置或在特定区域上氧化或以其他方式改变物体112的表面，以便提供所需的电学、热学、光学、机械或美学性质。该能力可用于提供美学特征比如文本或图形，或提供功能特征比如用于允许RF信号的窗口。这也可以用于施加释放层以用于分离支撑。
[0147] 可以包括部件处理装置，用于在完成打印过程时从构建室116取回打印的物体112，和/或用于插入重介质。部件处理装置可包括提升打印物体112的机构(例如剪刀台)。
处理装置的提升力可以通过气动或液压杠杆系统或者任何其他合适的机械系统产生。
[0148] 在一些实施方式中，计算设备164或控制系统118可识别或产生支撑结构113，支撑结构113在制造期间支撑物体112的一部分。通常，支撑结构113是在制造完成之后被移除的牺牲结构。在一些这样的实施方式中，计算设备164可以基于正在制造的物体112、用于制造物体112的材料和用户输入来识别用于制造支撑结构113的技术。支撑结构113可以由高温聚合物或将与构建材料102形成弱结合的其他材料制成。在另一方面，可以操纵支撑结构113和物体112之间的界面以削弱层间结合来促进分离支撑的制造。
[0149] 图2是计算机系统的框图，其可包括本文描述的任何计算设备或控制系统。计算机系统200可以包括计算设备210，其也可以通过网络202连接到外部设备204。通常，计算设备210可以是或包括本文描述的任何类型的计算设备，比如上述的计算设备或控制系统。例如，计算设备210可以包括本文描述的任何控制器(或反之亦然)，或者以其他方式与本文描述的任何控制器或其他设备通信。例如，计算设备210可以包括台式计算机工作站。计算设备210还可以或替代地是具有
进程并通过网络202通信的任何合适的设备，包括但不限于膝上型计算机、台式计算机、
个人数字助理、平板电脑、
移动电话、电视、机顶盒、可佩戴计算机(例如手表、珠宝或衣服)、家用设备，就像一些示例那样。计算设备210还可以或替代地包括服务器，或者它可以设置在服务器上。
[0150] 计算设备210可以用于本文描述的任何设备和系统，或者用于执行本文描述的任何方法的步骤。例如，计算设备210可以包括控制器或其中描述的任何计算设备。在某些方面，计算设备210可以使用硬件(例如在台式计算机中)、软件(例如在
虚拟机等中)或者软件和硬件的组合来实现，并且计算设备210可以是独立设备、集成到另一个实体或设备中的设备、分布在多个实体上的平台或者在虚拟化环境中执行的虚拟化设备。举例来说，计算设备可以集成到三维打印机或用于三维打印机的控制器中。
[0151] 网络202可以包括上述任何网络，例如适于在计算机系统200中的参与者之间传送数据和控制信息的数据网络或互联网络。这可以包括公共网络比如因特网、专用网络和电信网络，比如公共交换电话网络或使用第三代蜂窝技术(例如3G或IMT-2000)、第四代蜂窝技术(例如4G、LTE、MT-Advanced、E-UTRA等)或WiMAX-Advanced(IEEE 102.16m)和/或其他技术的蜂窝网络以及任何各种公司区域、城域、校园或其他局域网或企业网络连同可以用于在计算机系统200中的参与者之间携带数据的任何交换机、路由器、集线器、网关等。网络202还可以包括数据网络的组合，并且不必限于严格的公共或专用网络。
[0152] 外部设备204可以是通过网络202连接到计算设备210的任何计算机或其他远程资源。这可以包括打印管理资源、网关或其他网络设备、包含由计算设备210请求的内容的远程服务器等、网络存储设备或资源、托管打印内容的设备、或可能通过网络202连接到计算设备210的任何其他资源或设备。
[0153] 计算设备210可以包括处理器212、存储器214、网络接口216、数据存储218和一个或多个输入/输出设备220。计算设备210还可以包括
外围设备222和其他外部输入/输出设备224或与它们通信。
[0154] 处理器212可以是如本文所述的任何处理器，并且通常能够处理用于在计算设备210或计算机系统200内执行的指令。处理器212可以包括单线程处理器或多线程处理器。处理器212可以能够处理存储在存储器214中或数据存储218上的指令。
[0155] 存储器214可以存储计算设备210或计算机系统200内的信息。存储器214可以包括任何易失性或
非易失性存储器或其他计算机可读介质，包括但不限于
随机存取存储器(RAM)、闪存、
只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、寄存器等。存储器214可以存储程序指令、打印指令、数字模型、程序数据、可执行程序以及用于控制计算设备200的操作并且配置计算设备200以为用户执行功能的其他软件和数据。存储器214可以包括用于计算设备210的操作的不同方面的多个不同阶段和类型。例如，处理器可以包括用于更快地访问某些数据或指令的板载存储器和/或高速缓存，并且可以包括单独的主存储器等，以根据需要扩展存储器容量。
[0156] 存储器214通常可以包括包含计算机代码的非易失性计算机可读介质，该计算机代码在由计算设备200执行时为所讨论的计算机程序创建
执行环境，例如构成处理器
固件、协议栈、
数据库管理系统、操作系统或前述的组合的代码和/或执行本文所述的各种流程图和其他
算法描述中阐述的一些或所有步骤的代码。虽然描绘了单个存储器214，但应该理解的是，任何数量的存储器可以有用地并入计算设备210中。
[0157] 网络接口216可以包括用于通过网络202以与其他资源的通信关系连接计算设备210的任何硬件和/或软件。这可以包括通过因特网可访问的远程资源以及使用短程通信协议而可用的本地资源，例如使用物理连接(例如以太网)、射频通信(例如Wi-Fi)、光学通信(例如光纤、红外线等)、
超声波通信或可以用于在计算设备210和其他设备之间传送数据的这些或其他媒体的任何组合。网络接口216可以例如包括路由器、
调制解调器、网卡、红外收发器、射频(RF)收发器、
近场通信接口、
射频识别(RFID)标签读取器、或者任何其他数据读取或写入资源等。
[0158] 更一般地，网络接口216可以包括适于将计算设备210的部件联接到其他计算或通信资源的硬件和软件的任何组合。作为示例而非限制，这可以包括用于根据IEEE 102.11标准(或其任何变型)操作的有线或无线以太网连接的电子设备或任何其他短程或远程无线网络部件等。这可以包括用于短程数据通信的硬件，比如蓝牙或红外收发器，其可以用于联接到其他本地设备，或者连接到局域网等，该局域网等又联接到数据网络202，比如互联网。这也可以或替代地包括用于WiMAX连接或蜂窝网络连接的硬件/软件(例如使用CDMA、GSM、LTE或任何其他合适的协议或协议组合)。网络接口216可被包括作为输入/输出设备220的一部分，反之亦然。
[0159] 数据存储218可以是提供计算机可读介质的任何内部存储器，比如磁盘驱动器、光盘驱动器、磁驱动器、闪存驱动器或能够为计算设备210提供
大容量存储的其他设备。数据存储218可以以非易失性形式存储计算机可读指令、数据结构、数字模型、打印指令、程序模块和用于计算设备210或计算机系统200的其他数据，以供后续检索和使用。例如，数据存储218可以不受限制地存储以下中的一个或多个：操作系统、应用程序、程序数据、数据库、文件和其他程序模块或其他软件对象等。
[0160] 输入/输出接口220可以支持来自可能联接到计算设备210的其他设备的输入并且至其的输出。这可以例如包括串行端口(例如RS-232端口)、通用
串行总线(USB)端口、光学端口、以太网端口、电话端口、音频插孔、分量音频/视频输入、HDMI端口等，其中任何一个都可用于与其他本地设备形成有线连接。这还可以或替代地包括红外接口、RF接口、磁卡读取器或其他输入/输出系统，用于以通信关系与其他本地设备联接。应当理解，虽然用于网络通信的网络接口216与用于本地设备通信的输入/输出接口220分开描述，但是这两个接口可以是相同的，或者可以共享功能，比如USB端口用于连接到Wi-Fi配件，或者以太网连接用于联接到本地网络连接的存储。
[0161] 外围设备222可以包括用于向计算设备200提供信息或者从计算设备200接收信息的任何设备。这可以包括人类输入/输出(I/O)设备，比如
键盘、
鼠标、鼠标垫、跟踪球、操纵杆、麦克风、
脚踏板、相机、
触摸屏、
扫描仪，或者用户230可以使用以向计算设备210提供输入的其他设备。这也可以或替代地包括显示器、扬声器、打印机、投影仪、耳机或用于向用户呈现信息的任何其他视听设备。外围设备222还可以或替代地包括
数字信号处理设备、
致动器或其他设备，以支持对其他设备或部件的控制或通信。适合用作外围设备222的其他I/O设备包括触觉设备、三维
渲染系统、
增强现实显示器、磁卡读取器、用户界面等。在一方面，外围设备222可以用作网络接口216，比如具有配置为通过短程(例如蓝牙、Wi-Fi、红外线、RF等)或远程(例如蜂窝数据或WiMAX)通信协议而提供通信的USB设备。在另一方面，外围设备222可以提供计算设备210的增强操作的设备，比如全球定位系统(GPS)设备、安全加密狗等。在另一方面，外围设备可以是存储设备，比如闪存卡、USB驱动器或其他固态设备，或者光盘驱动器、磁驱动器、磁盘驱动器或适合于大容量存储的其他设备或设备的组合。更一般地，适合与计算设备200一起使用的任何设备或设备组合可以用作本文所设想的外围设备222。
[0162] 其他硬件226可以合并到计算设备200中，比如协处理器、数字信号处理系统、数学协处理器、图形引擎、视频驱动器等。其他硬件226还可以或替代地包括扩展的输入/输出端口、额外的存储器、附加驱动器(例如DVD驱动器或其他附件)等。
[0163] 总线232或总线的组合可以用作用于互连计算设备200的部件比如处理器212、存储器214、网络接口216、其他硬件226、数据存储218和输入/输出接口的机电平台。如图所示，计算设备210的每个部件可以使用
系统总线232或用于传递信息的其他通信机构互连。
[0164] 可以使用计算机系统200的处理器212来实现这里描述的方法和系统，以执行包含在存储器214中的一个或多个指令序列以执行预定任务。在实施例中，计算设备200可被部署为同步的多个并行处理器以一起执行代码以提高性能，或者计算设备200可以在虚拟化环境中实现，其中管理程序或其他虚拟化管理设施上的软件适当地模拟计算设备200的部件，以再现计算设备200的硬件实例化的一些或全部功能。
[0165] 图3示出了示例性块状凝固型非晶态合金的时间-温度-转变(TTT)冷却曲线300，其中x轴为时间，y轴为温度。尽管其他材料比如在2016年3月2日提交的共同拥有的美国专利申请第15/059256号(其通过引用整体并入本文)中描述的材料提供了用于在熔合丝制造系统中挤出的有用性能，但块状金属玻璃也可用于此目的。与常规金属一样，块状凝固型非晶态金属(在本文中也称为块状金属玻璃)在冷却时不经历液/固结晶转变。相反，在高温(接近“熔化温度”Tm)下发现的金属的非晶态形式随着温度降低(接近玻璃化转变温度Tg)而变得更加粘稠，最终呈现出常规固体的物理性质同时保持无定形内部结构。
[0166] 即使对于块状凝固型非晶态金属没有液体/结晶转变，熔化温度Tm也可以定义为相应结晶相的
热力学液相线温度。在该方案下，块状凝固型非晶态合金在熔化温度下的粘度可以在约0.1泊至约10000泊的范围内，甚至有时在0.01泊以下。为了形成BMG，熔化金属的冷却速率必须足够高，以避免在图3的TTT图中界定结晶区域的椭圆形区域。在图3中，Tn(也称为Tnose)是临界结晶温度Tx，其中结晶速率最大且结晶在最短时间内发生。
[0167] 过冷液体区域即Tg和Tx之间的温度区域是结晶
稳定性的表现，其允许非晶态合金的块状凝固。在该温度区域中，块状凝固合金可以作为高粘性液体存在。过冷液体区域中的块状凝固合金的粘度可以在玻璃化转变温度下的1012Pa·s与在结晶温度即过冷液体区域的高温极限下降至105Pa·s之间变化。具有这种粘度的液体在施加的压力下可承受显著的塑性应变，并且过冷液体区域中的这种大的塑性可成形性允许用于本文所考虑的熔合丝制造系统。作为显著优点，保留在过冷液体区域中的块状金属玻璃通常不会被氧化或其他快速环境降解，因此通常比可能用于熔合丝制造的一些其他金属系统在制造期间需要对构建室内的环境的控制更少。
[0168] 过冷合金通常可以形成或加工成所需的形状，以用作线材、棒材、坯料等。通常，成形可以与快速冷却同时进行，以避免任何随后的热成型，其轨迹接近TTT曲线。在超塑性成形(SPF)中，无定形BMG可以再加热到过冷液体区域而不会撞击TTT曲线，其中可用的加工窗口可以比
压铸大得多，从而导致该过程的更好的可控性。SPF过程不需要快速冷却以避免冷却过程中的结晶。而且，如示例轨迹302和304所示，SPF可以在SPF高于Tnose或低于Tnose期间以最高温度执行，直到大约Tm。如果加热一块非晶态合金但是设法避免撞击TTT曲线，则加热“在Tg和Tm之间”，但是没有达到Tx。用于玻璃形成的合金的各种合适的金属和非金属元素例如在2015年12月16日提交的共同拥有的美国专利申请第62/268458号中描述，其全部内容通过引用结合于此。
[0169] “无定形”或“非结晶固体”是缺乏晶格周期性的固体，其是晶体的特征。如本文所用，“无定形固体”包括“玻璃”，其是无定形固体，其在通过玻璃化转变加热时
软化并转变成液体状态。通常，非晶态材料缺乏晶体的长程有序特性，尽管由于化学键合的性质，它们在
原子长度尺度上可具有一些短程有序。无定形固体和结晶固体之间的区别可以基于通过结构表征技术比如
X射线衍射和透射电子
显微镜确定的晶格周期性来进行。
[0170] 本文所述的合金可以是结晶的、部分结晶的、无定形的或基本上无定形的。例如，合金样本/样品可包括至少一些结晶度，其中晶粒/晶体具有纳米和/或微米范围的尺寸。可替代地，合金可以是基本上无定形的，比如完全无定形的。在一实施例中，合金组合物至少基本上不是无定形的，比如基本上是结晶的，比如完全是结晶的。
[0171] 在一实施例中，在非晶态合金中存在一个或多个晶体可被解释为其中的“结晶相”。合金的结晶的程度(或简称为“结晶度”)可以指合金中存在的结晶相的量或合金中存在的晶体的分数。该分数可以指体积分数或重量分数，取决于上下文。类似地，无定形性表示非晶态合金是如何无定形或非结构化。可以相对于结晶度测量无定形性。因此，具有低结晶度的合金可具有高度的无定形性，反之亦然。作为定量实例，具有60体积％结晶相的合金可具有40体积％的非晶相。
[0172] “非晶态合金”是这样的合金，即大于50％的体积的无定形含量，优选大于90％的体积的无定形含量，更优选大于95％的体积的无定形含量，并且最优选大于99％至几乎100％的体积的无定形含量。注意，如上所述，无定形性高的合金的结晶度相当低。“非晶态金属”是具有无序原子级结构的非晶态金属材料。与大多数金属(其是结晶的且因此具有高度有序的原子排列)形成对比，非晶态合金是非结晶的。在冷却期间直接从液态产生这种无序结构的材料有时被称为“玻璃”。因此，非晶态金属通常被称为“金属玻璃”或“
玻璃态金属”。如本文所用，术语块状金属玻璃(“BMG”)是指具有完全或部分非晶态微结构的合金。
[0173] 术语“块状金属玻璃”(“BMG”)、块状非晶态合金(“BAA”)和块状凝固型非晶态合金在本文中可互换使用。它们指的是具有至少在毫米范围内的最小尺寸的非晶态合金。例如，尺寸可以是至少约0.5mm，比如至少约1mm，比如至少约2mm，比如至少约4mm，比如至少约5mm，比如至少约6mm，比如至少约8mm，比如至少约10mm，比如至少约12mm。取决于几何形状，尺寸可以指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG也可以是具有在厘米范围内的至少一个尺寸的金属玻璃，比如至少约1.0cm，比如至少约2.0厘米，比如至少约5.0cm，比如至少约
10.0cm。在一些实施例中，BMG可具有至少在米范围内的至少一个尺寸。BMG可以采用与金属玻璃相关的任何上述形状或形式。因此，在一些实施例中，本文描述的BMG可以与通过常规沉积技术制备的
薄膜在一个重要方面不同—前者可以具有比后者大得多的尺寸。
[0174] 非晶态合金可具有多种潜在有用的性质。特别是，它们往往比具有相似化学成分的结晶合金更强，并且它们可以承受比结晶合金更大的可逆(“弹性”)变形。非晶态金属直接从它们的非结晶结构获得它们的强度，这省略了可能限制结晶合金的强度的位错缺陷等。在一些实施例中，室温下的金属玻璃不具有延展性并且当受到拉伸时倾向于突然失效，这限制了材料在可靠性关键应用中的适用性，因为即将发生的失效不明显。因此，为了克服这一挑战，具有包含树枝状颗粒或韧性结晶金属纤维的金属玻璃基质的金属基质
复合材料可用于熔合丝制造。可替代地，可以使用易于引起脆化的元素(例如Ni)低的BMG。例如，不含Ni的BMG可用于改善延展性。
[0175] 如上所述，无定形性度(和相反的结晶度)可以通过合金中存在的晶体的分数来测量，例如以体积、重量等为单位。部分无定形组合物可以指具有至少约5体积％、10体积％、20体积％、40体积％、60体积％、80体积％、90体积％或任何其他量的无定形相的组合物。因此，至少基本上无定形的组合物可以指具有至少约90体积％、95体积％、98体积％、99体积％、99.9体积％或任何其他类似范围或量的无定形相的组合物。在一实施例中，基本上无定形组合物可以在其中存在一些偶然的、不显著量的结晶相。
[0176] 在另一方面，构建材料可包括具有工作温度范围的非共晶合金，其中合金处于多相状态，例如在液相中共晶，而相关合金保持处于固体形式，与共晶液体形成平衡。这种多相条件有用地增加了材料的粘度高于纯液体粘度，使材料可用于三维打印而不完全固化。这种混合物也可以或替代地用于控制具有本文所考虑的熔化金属和高温惰性第二相的复合材料中的粘度。在另一方面，惰性第二相可与基本上纯的共晶合金一起使用。这种组合提供了相对低熔化温度(其是共晶合金的特征)以及可以通过添加的惰性第二相赋予的所需流动特性的双重优点。
[0177] 通常，在多种金属和/或合金或存在的情况下，“熔点”将是混合物中所有金属和合金的最高熔点(不包括任何惰性第二相或其他颗粒)，除非从上下文中明确提供或以其他方式清楚地表达不同的意图。然而，挤出的工作温度范围可以在该聚集熔点以下开始，比如高于金属基底内的共晶合金的最低熔点的温度，其中聚集材料处于包括液体和固体的两相区域中。
[0178] 图4示出了用于打印机的挤出机400。通常，挤出机400可包括喷嘴402、储存器404、加热系统406和驱动系统408，比如上述任何系统，或者适用于使用熔合丝制造过程和本文考虑的金属构建材料从计算机模型制造物体的打印机的任何其他装置或装置组合。通常，挤出机400可以从源412接收构建材料410，比如本文所述的任何构建材料和源，并且沿着进给路径(通常由箭头414指示)朝向喷嘴402的开口416推进构建材料408用于沉积在构建板418或其他合适的表面上。术语构建材料在本文中可互换地用于指金属构建材料、金属构建材料样品或任何其他构建材料(例如热塑性塑料)。因此，对“构建材料410”的引用应理解为包括金属构建材料410或块状金属玻璃410或非共晶组合物410或者本文所述的任何其他构建材料，除非从上下文中提供或以其他方式清楚的更具体含义。
[0179] 喷嘴402可以是适于构建材料408所需的温度和机械力的任何喷嘴。对于金属构建材料的挤出，喷嘴402(和储存器404)的部分可以由诸如蓝
宝石或石英的硬质高温材料形成，其为系统部件提供了相当大的安全余量，并且可以在感应或电阻加热系统需要的地方提供
电隔离。
[0180] 储存器404可以是腔室等，比如描述用于本文的液化系统的任何腔室，并且可以接收用于源412的构建材料410，比如金属构建材料。如本文所述。金属构建材料可具有固态和液态之间的工作温度范围，其中金属构建材料具有适于挤出的塑性。尽管有用的构建材料可以表现出广泛的整体机械性能，但是加热的构建材料410的可塑性通常应该使得材料一方面可由驱动系统408、喷嘴402和其他部件可操作和可流动，同时具有足够的粘性或糊状，以避免在沉积过程中通过挤出机400的失控流动。
[0181] 加热系统406可采用本文所述的任何加热装置或技术。通常，加热系统可操作以将储存器404内的构建材料410例如金属构建材料加热到构建材料410的工作温度范围内的温度。
[0182] 喷嘴402可以包括开口416，开口416为构建材料410提供沿着进给路径414离开储存器404的路径，其中例如构建材料410可以沉积在构建板418上。
[0183] 驱动系统408可以是任何驱动系统，其可操作以在工作温度范围以下机械地接合固体形式的构建材料410，并且以足够的力将构建材料410从源412推进到储存器404中以通过喷嘴402中的开口416挤出构建材料410，同时处于工作温度范围内的温度。虽然示出为齿轮，但应理解，驱动系统408可包括本文所述的任何驱动链部件，且构建材料410可以是任何合适的相应形状因子。
[0184] 超声振动器420可以结合到挤出机400中以改善打印过程。超声振动器420可以是任何合适的超声换能器，比如压电振动器、电容换能器或微机械超声换能器。超声振动器420可根据预期用途定位在挤出机400上的多个位置。例如，超声振动器420可以联接到喷嘴
402并且定位成将超声能量传递到构建材料410，比如金属构建材料，其中金属构建材料在制造期间通过喷嘴402中的开口416挤出。
[0185] 超声振动器420可以以多种方式改善采用金属构建材料的制造。例如，超声振动器420可用于破坏沉积材料上的钝化层(例如由于氧化)，以改善熔合丝制造过程中的层间粘合。超声振动器420可以提供其他优点，比如防止或减轻构建材料410比如金属构建材料对喷嘴402或储存器404的内壁的粘附。在另一方面，可以使用超声振动器420为构造材料410提供额外的加热，或者两者引起储存器404内的剪切位移，例如以减轻块状金属玻璃的结晶。
[0186] 包含挤出机的打印机(未示出)还可包括控制器430，以控制超声振动器420和其他系统部件的操作。例如，控制器430可以以通信关系与超声振动器420(或其控制或动力系统)联接，并且配置为以足够的能量操作超声振动器420以将离开挤出机402的金属构建材料的挤出物超声地结合到由构建板418上的一个或多个先前沉积的金属构建材料层形成的物体440。控制器430还可以或替代地以足够的能量操作超声振动器420以中断先前沉积的构建材料410层的接收表面上的钝化层。在另一方面，控制器430可以用足够的能量操作超声振动器以增加由加热系统提供的热能，以在储存器内将金属构建材料保持在工作温度范围内的温度。控制器430还可以或替代地以足够的能量操作超声振动器420，以减少构建材料410对喷嘴402(例如围绕开口416)和储存器404的内部的粘附。
[0187] 挤出机400或伴随的打印机还可包括传感器450，其向控制器430提供诸如信号的反馈，以用于可变地或以其他方式选择性地控制超声振动器420的激活。
[0188] 在一方面，传感器450可以包括用于监测先前沉积的构建材料410层的接收表面的适合性的传感器。例如，在构建材料410是金属构建材料的情况下，传感器450可以测量通过离开喷嘴402的构建材料410与物体440中的先前沉积的构建材料410层之间的界面层452的电阻，其中沿着传感器450和构建板418或一些其他合适的电路形成位置中的第二传感器456之间的电流路径454测量电阻。在界面层452上的结合良好的情况下，沿着电流路径454的电阻将倾向于低，而在界面层452上的不良结合将导致沿着电流路径454的更大电阻。因此，控制器430可以配置为响应于来自传感器450的信号(例如指示在界面层452上的电阻的信号)动态地控制超声振动器420的操作，并且根据需要增加来自超声振动器420的超声能量以改善构建材料410层在界面层452上的熔合。因此，在一方面，传感器450可以测量金属构建材料410的相邻层之间的结合质量，并且控制器430可以配置为响应于来自传感器450的指示结合质量差的信号来增加来自超声振动器420的超声能量的应用。
[0189] 在另一方面，传感器450可用于检测构建材料410的堵塞或块状金属玻璃构建材料的结晶，并控制超声振动器420以减轻检测到的状况。例如，传感器450可以包括力传感器，其配置为测量由驱动系统408施加到构建材料420的力，并且控制器430可以配置为响应于来自传感器450的指示由驱动系统404施加的力的增加的信号来增加由超声振动器420施加到储存器404的超声能量。可以用机械力传感器测量力，或者通过测量例如驱动系统408上的功率负载来测量力。
[0190] 在构建材料410包括块状金属玻璃的情况下，超声振动器420也可以或替代地用于形成到支撑结构的脆性界面。例如，控制器430可以配置为以足够的能量操作超声振动器420，以在用来自喷嘴402的块状金属玻璃制造的物体440和用于由块状金属玻璃制造的物体440的支撑结构之间的层(比如界面层452)处液化块状金属玻璃。该技术有利地使用单一构建材料促进在任意位置处制造分离支撑结构。
[0191] 挤出机400还可以包括插入在超声振动器420和打印机的一个或多个其他部件之间的机械分离器458，以将来自超声振动器的超声能量与一个或多个其他部件分离。机械分离器458可以例如包括任何合适的分离元件，比如弹性材料或任何其他声学分离器等。机械分离器458可以将其他部件特别是可能是机械敏感的部件与由超声振动器420产生的超声能量隔离，和/或将更多的超声能量导向预期目标，比如储存器404的内壁或喷嘴402的开口416。
[0192] 在构建材料410是金属构建材料的情况下，挤出机400也可以或替代地包括电阻加热系统460。电阻加热系统460可以包括电源462、第一引线464和第二引线466，第一引线464与靠近喷嘴402的构建材料410的多个层的第一层490中的金属构建材料410电连通，第二引线466与靠近构建板456的多个层的第二层492电连通，从而形成穿过构建材料410的电路，用于通过第一层490和第二层492之间的界面(例如在界面层452处)从电源462传递电力，以在界面上电阻地加热金属构建材料。
[0193] 应当理解，宽范围的物理配置可用于产生适于通过界面层452传递电流的电路。例如，第二引线466可以联接到构建板418，并且联接成经由穿过物体440的主体的导电路径而与第二层492电连通，或者第二引线466可以在界面层452下方附接到物体440的表面，或者实现为移动探针等，其定位成在任何合适的位置与物体的表面接触，以通过界面层452完成电路。在另一方面，第一引线466可以联接到可控制地定位在由已经离开喷嘴402的金属构建材料制造的物体440的表面上的可移动探针468，并且可以包括在与喷嘴402的出口416相邻的预定位置处接触构建材料410的表面472的电刷引线470等。第一引线464也可以或替代地定位在各种其他位置。例如，第一引线464可以在储存器404的内表面上联接到构建材料410，或者第一引线464可以在喷嘴402的开口416处联接到构建材料410。然而经配置，第一引线464和第二引线466通常可以定位创建通过界面层452的电路。
[0194] 利用这种一般配置，焦耳加热可用于熔合物体440中的构建材料410层。通常，焦耳加热可用于在构建材料和正在制造的物体之间的物理界面处软化或熔化打印介质。这可以包括利用可变脉冲焦耳和/或DC信号驱动穿过界面层452的电路以增加温度并粘附由例如BMG或半固体印刷金属或具有合适的热和电特性的任何其他金属介质制成的各个层。可以使用宽范围的信号来在界面层452上放电。例如，
低电压(例如小于24伏特)和高电流(例如在数百或数千安培的量级上)可以应用于在约一赫兹到一百赫兹之间的低频脉冲。可以例如使用DC电流的脉冲宽度调制或通过任何其他合适的技术来控制功率的传递。
[0195] 焦耳加热可有利地用于其他目的。例如，可以在喷嘴402内的表面上间歇地施加电流，以熔化或软化在内壁上凝固的金属碎屑，从而清洁喷嘴402。因此，本文公开的技术可以包括在分配喷嘴的内表面上周期性地施加焦耳加热脉冲，用于清洁和去除金属碎屑。该步骤可以按预定的定期的时间表执行，或者可以响应于沿着构建材料410的进给路径414检测到增加的机械阻力或者响应于任何其他合适的信号或过程变量来执行该步骤。
[0196] 通常，焦耳加热可以在打印过程期间以恒定功率或者以或动态地(例如基于层间粘合的感测条件)或编程地(例如基于体积流速、沉积表面积或一些其他因素或因子集合)变化的可变功率施加。其他电气技术可用于类似的效果。例如，电容放电
电阻焊接设备使用大电容器来存储能量以便快速释放。
电容放电焊接源可用于在沉积新层时以脉冲加热相邻层之间的界面。焦耳加热和电容放电焊接可以有利地使用相同的电路
叠加。在一方面，在构建材料410包括块状金属玻璃的情况下，块状金属玻璃可以用选自由硼、硅和磷构成的组的玻璃形成体与选自由铁、钴和镍构成的组的磁性金属组合制造，以提供具有增加的电阻的非晶态合金来促进焦耳加热。
[0197] 可以根据制造期间的感测到的条件动态地控制电阻加热系统460。例如，传感器系统480可以配置为估计在离开喷嘴的金属构建材料的第一区域和在第一区域下方和附近的先前沉积的金属构建材料层内的金属构建材料的第二区域之间的界面(例如界面层452)处的界面温度。例如，这可以包括
热敏电阻、红外传感器或者适于直接或间接测量或估计界面层452处的温度的任何其他传感器或传感器组合。利用指示界面温度的估计或测量信号，控制器可以配置为响应于界面温度调整由电源462提供的电流，例如使得界面层452可以保持在经验或分析导出的目标温度，以获得最佳的层间粘合。
[0198] 图5示出了用于在物体的三维制造中操作打印机的方法的流程图。
[0199] 如步骤502所示，方法500可以开始于将构建材料比如本文所述的任何构建材料提供给挤出机。举例来说，构建材料可包括块状金属玻璃、共晶体系的非共晶组合物、或负载有高温惰性第二相的金属基底。虽然以下描述强调使用这些类型的金属构造材料，其具有适于挤出的塑性行为的工作温度范围，但是构建材料可以替代地包括热塑性塑料，比如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚醚醚酮(PEEK)或任何其它合适的聚合物等。在另一方面，构建材料可以包括负载有金属粉末等的粘合剂系统，其适于可被去毛刺并烧结成最终金属物体的绿色部件的熔合丝制造。
[0200] 如步骤504所示，方法500可任选地包括剪切构建材料，例如构建材料包括块状金属玻璃的情况。如本文进一步所述，块状金属玻璃在长时间加热期间由于结晶而易于降解。当块状金属玻璃被加热时，例如在挤出机的储存器中，剪切力可以通过剪切引擎施加，以减轻或防止结晶。通常，这可以包括用于将剪切力施加到储存器内的块状金属玻璃的任何技术，以主动地引起块状金属玻璃的流动沿着通过储存器的进给路径到喷嘴的剪切位移，以减轻块状金属玻璃的结晶，同时高于玻璃化转变温度。在测量块状金属玻璃的流动的机械阻力的情况下，这可被动态地控制。因此，在一方面，该方法包括测量沿着进给路径的块状金属玻璃的流动的机械阻力(例如在步骤512中)并且根据该机械阻力控制剪切力的大小。
[0201] 如步骤506所示，方法500可以包括挤出构建材料。例如，这可以包括从源提供构建材料，用驱动系统驱动构建材料，在储存器中加热构建材料，以及通过如本文一般描述的打印机的喷嘴挤出构建材料。
[0202] 如步骤508所示，方法500可以包括相对于打印机的构建板移动喷嘴，以基于物体的计算机化模型在熔合丝制造过程中在构建板上制造物体，或者以其他方式逐层沉积构建材料来制造物体。
[0203] 如步骤510所示，该方法可以包括调整喷嘴的出口形状。在喷嘴包括如本文所述的用于挤出的可调整形状的情况下，可以根据例如期望的特征尺寸、挤出机的行进方向等在制造期间周期性地调整形状。因此，在一方面，方法500可以包括改变喷嘴出口的横截面形状，同时挤出以在制造物体期间提供可变形状的挤出物。改变横截面形状可以包括相对于模具的固定开口移动板以调整暴露用于挤出的固定开口的一部分，或者应用适于控制挤出机的横截面轮廓的任何其他机构。通常，改变横截面形状可以包括改变横截面形状的形状、尺寸和旋转取向中的至少一个。
[0204] 在一方面，可以用多个同心环来控制出口形状。对于这些实施例，调整出口形状可以包括在挤出时选择性地打开或关闭多个同心环中的每一个，以控制一个或多个构建材料中的一个的挤出。选择性地打开或关闭多个同心环中的每一个可以进一步包括根据挤出物在物体内的位置或者根据挤出物的目标体积流速打开或关闭多个同心环中的每一个。
[0205] 如步骤512所示，方法500可以包括监测沉积。这可以包括监测以获得用于控制打印过程的反馈传感器，比如通过感测如上所述的层之间的界面处的电阻。这也可以或替代地包括记录有关构建过程的数据以供将来使用。
[0206] 如步骤514所示，方法500可以包括确定由打印机制造的当前层是否是用于物体的一部分的支撑结构的界面，其可以是支撑结构的紧邻层、物体的紧邻层、或支撑结构层与物体层之间的间隙层。如果当前层不是支撑结构的界面，则方法500可以进行到步骤516，其中可以使用一种或多种技术来改善与底层的熔合。如果当前层是支撑结构的界面，则方法500可以进行到步骤518，其中使用(或阻止使用)其他技术以降低层之间的结合强度。
[0207] 如步骤516所示，方法500可以包括将沉积熔合到相邻的例如直接下面的层。这可以采用多种技术，这些技术可以单独使用或以任何可行的组合使用，以加强连续沉积的构建材料层之间的层间粘合。
[0208] 例如，熔合层可以包括通过喷嘴将超声能量施加到离开喷嘴的金属构建材料与先前沉积的物体层中的金属构建材料之间的界面。例如，在监测界面处的电阻的情况下，这可以包括基于从电阻推断的粘合强度来控制超声能量的大小。
[0209] 作为另一示例，熔合层可以包括通过离开喷嘴的金属构建材料和先前沉积的物体层中的金属构建材料之间的界面施加电流脉冲，例如以破坏钝化层，软化材料并且以其他方式改善层之间的机械结合。该过程可被动态地执行，例如通过测量界面处的电阻并基于从电阻推断的粘合强度来控制电流脉冲。因此，在一方面，方法500可以包括通过打印机的喷嘴沉积第一层金属构建材料，通过喷嘴将第二层金属构建材料沉积到第一层上以在第一层和第二层之间形成界面，并施加电流脉冲通过第一层和第二层之间的界面，以破坏第一层金属构建材料的暴露表面上的钝化层，并改善界面上的机械结合。当喷嘴相对于打印机的构建板移动以制造物体时，该方法可以进一步包括测量界面处的电阻并基于从电阻推断的结合强度来控制电流脉冲。
[0210] 作为另一示例，熔合层可以包括在离开喷嘴的金属构建材料上朝向先前沉积的金属构建材料层施加法向力，其中前者从喷嘴延伸。该过程可被动态地执行，例如通过用任何合适的传感器测量前者和离开喷嘴的金属构建材料之间的瞬时接触力，并基于指示瞬时接触力的信号控制前者的位置。
[0211] 如步骤518所示，当制造支撑界面时，可以采用各种技术来削弱或减少相邻层之间的粘合。在一方面，这可以包括拒绝上面参考步骤516描述的熔合增强技术中的任何一个或多个。其他技术也可以或替代地用于特别地削弱支撑结构和物体中的层之间的熔合。
[0212] 在构建材料是块状金属玻璃的情况下，可以有利地通过简单地升高块状金属玻璃的温度来制造可移除的支撑结构，以在制造期间在支撑界面处使块状金属玻璃结晶，从而由单个构建材料产生支撑结构、分离支撑界面和物体。通常，支撑结构和物体可以在大于玻璃化转变温度的任何温度下由块状金属玻璃制造。当在这些其他层之间制造界面层时，可以将温度升高到足够高的温度，以在制造过程的时间范围内促进块状金属玻璃的结晶。
[0213] 因此，在一方面，本文公开了一种使用块状金属玻璃制造支撑结构和物体之间的界面的方法。该方法可以包括从块状金属玻璃制造物体的支撑结构层，所述块状金属玻璃具有在高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的第一温度下的过冷液体区域，在足够高的第二温度下在支撑结构层上制造块状金属玻璃的界面层，以在制造期间促进块状金属玻璃的结晶，并且在低于第二温度且高于玻璃化转变温度的第三温度下以及低于第二温度在界面层上制造物体层。应当理解，在此上下文中“制造”可以包括在熔合丝制造过程中制造或可以受益于通过块状金属玻璃的结晶制造分离支撑的任何其他过程。因此例如，可以在基于块状金属玻璃粉末的激光烧结的增材制造过程或使用块状金属玻璃的任何其他增材过程中使用这些技术来有用地制造分离支撑结构。
[0214] 类似地，本文公开了一种三维打印机，其可以是本文所述的任何打印机，其使用上述技术来制造支撑、物体和用于分离支撑的界面。因此，这里公开了一种用于三维制造金属物体的打印机，该打印机包括：喷嘴，其配置成在高于块状金属玻璃的玻璃化转变温度的第一温度下挤出具有超冷液体区域的块状金属玻璃；机器人系统，其配置为在熔合丝制造过程中移动喷嘴以基于计算机化模型制造支撑结构和物体；以及控制器，其配置为通过在大于第一温度的第二温度下将块状金属玻璃沉积在界面层中来制造支撑结构和物体之间的界面层，第二温度足够高以在制造期间促进块状金属玻璃的结晶。
[0215] 在另一方面，支撑结构和物体之间的界面可以在略微升高的温度下沉积，该温度基本上不使界面结晶，而是简单地使该区域中的材料进一步朝向TTT冷却曲线内的结晶推进而不是物体和/或支撑的剩余部分。随后可以使用二次加热过程(例如通过在升高的温度下
烘焙)来加热所得到的物体，以在物体的主体之前使界面层更完全结晶，从而使物体处于基本上非晶态的状态并且界面层处于基本上结晶的状态。因此，该方法可以包括使界面层部分结晶，或者在制造期间使界面层充分朝向结晶推进，以允许界面层的隔离结晶，而不会在二次加热过程中使物体结晶。
[0216] 在另一方面，通过从两个热失配的块状金属玻璃制造支撑结构和物体，可以固有地削弱界面。通过将热失配的块状金属玻璃用于物体和相邻的支撑结构，这些结构之间的界面层可以熔化并结晶，以产生更脆的界面，这有助于在制造之后从物体上移除支撑结构。更具体地，通过从具有足够高的玻璃化转变温度的块状金属玻璃制造物体以促进用于制造支撑结构的另一块状金属玻璃的结晶，界面层可以结晶以促进从物体机械移除支撑结构。
[0217] 因此，在一方面，公开了一种用于在从块状金属玻璃三维制造金属物体中控制打印机的方法，更具体地，用于使用具有不同工作温度范围的两种不同块状金属玻璃，以便于制造分离支撑结构。该方法可以包括以下步骤：从具有第一过冷液体区域的第一块状金属玻璃制造物体的支撑结构，以及由不同于第一块状金属玻璃的第二块状金属玻璃在支撑结构上制造物体，其中第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度足够高，以促进制造过程中第一块状金属玻璃的结晶，并且其中第二块状金属玻璃在第二块状金属玻璃的玻璃化转变温度或高于该温度的温度下沉积在支撑结构上以在支撑结构和物体之间的界面处引起支撑结构的结晶。打印机可以是熔合丝制造装置，或适于以与本文考虑的界面的结晶一致的方式由第一块状金属玻璃制造支撑和由第二块状金属玻璃制造物体的任何其他增材制造系统。
[0218] 与上述单个材料技术一样，所得到的物体和支撑结构可以经受二次加工以加热并完全结晶介于这两者之间的界面层。
[0219] 第二块状金属玻璃可具有高于第一块状金属玻璃的临界结晶温度的玻璃化转变温度，并且该方法可包括在沉积到第一块状金属玻璃上之前将第二块状金属玻璃加热至高于第一块状金属玻璃的临界结晶温度的第二温度。第一块状金属玻璃的结晶在界面处产生的断裂韧性不超过20MPa√m。虽然界面层和支撑结构的一些相邻部分可以由第一块状金属玻璃有用地制造以促进界面层的结晶，但是支撑结构的下层可以由一系列其他可能更便宜的材料制成。因此，在一方面，制造支撑结构可以包括由第一材料制造支撑结构的基底，以及从第一块状金属玻璃在基底和物体之间的支撑结构的界面层。该方法通常还可包括通过在第一块状金属玻璃结晶的界面处使支撑结构破裂来从物体上移除支撑结构。
[0220] 许多玻璃形成合金系统可用于获得适于制造脆性界面层的热失
配对。例如，低温支撑结构可以由镁基块状金属玻璃制成。用于支撑的镁基金属玻璃可以例如含有
钙、
铜、钇、银或钆中的一种或多种作为另外的
合金元素。镁基玻璃可以例如具有组成：Mg65Cu25Y10、Mg54Cu28Ag7Y11。该物体可以由相对高温的块状金属玻璃制成，该玻璃含有例如锆、铁或钛基金属玻璃。例如，
高温合金可以包括含有一种或多种铜的锆基合金，并且可以含有铜、镍、铝、铍或钛作为另外的合金元素。作为更具体的示例，锆基合金可包括Zr35Ti30Cu8.25Be26.7、Zr60Cu20Ni8Al7Hf3Ti2或Zr65Cu17.5Ni10Al7.5中的任何一种。铁基高温合金可以包括(Co0.5Fe0.5)62Nb6Dy2B30、Fe41Cr15Co7C12B7Y2或Fe55Co10Ni5Mo5P12C10B5。更具体地，一对有用的合金包括Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3，其玻璃化转变温度为约400摄氏度，和Zr44Ti11Cu10Ni10Be25，其玻璃化转变温度为约350摄氏度。作为另一示例，Fe48Cr15Mo14Er2C15B6具有约570摄氏度的玻璃化转变温度，并且Zr65Al10Ni10Cu15具有约370摄氏度的玻璃化转变温度，因此提供约200度的加工余量，这可能是有用的，例如在沉积后不久发生大量冷却的情况下。
[0221] 图6示出了用于三维打印机的剪切引擎。通常，用于打印机比如块状金属玻璃打印机的挤出机600可以包括源612，构建材料610由驱动系统608通过储存器604推进并且从喷嘴602的开口616出来以在构建板618上形成物体640，所有通常如上所述。控制器630可以控制挤出机600和其他打印机部件的操作以从计算机化模型制造物体440。
[0222] 剪切引擎650可以设置在用于构建材料610(例如块状金属玻璃)的进给路径内，以主动地引起块状金属玻璃的剪切位移来减轻结晶。这可以有利地延长在升高的温度下处理块状金属玻璃的处理时间。通常，剪切引擎650可以包括任何机械驱动器，其配置成主动地引起块状金属玻璃的流动沿着进给路径614通过储存器604的剪切位移，以在高于玻璃化转变温度时减轻块状金属玻璃的结晶。
[0223] 在一方面，剪切引擎650可以包括定位在储存器604内的臂652。臂652可以配置为移动和移位储存器604内的块状金属玻璃，例如通过围绕进给路径614的轴线的旋转。剪切引擎可以包括多个臂，比如两个、三个或四个臂，其可以放置在横向于进给路径614的轴线的单个平面内，或者沿着轴线交错以促进在储存器604的整个轴向长度上的剪切位移。剪切引擎650还可以或替代地包括一个或多个超声换能器654，其定位成在储存器604中的块状金属玻璃610内引入剪切。剪切引擎650还可以或替代地包括旋转夹具656。旋转夹具656可以是与块状金属玻璃610机械接合的夹紧或夹持机构的任何组合，因为块状金属玻璃610在低于玻璃化转变温度的温度下进入储存器604并且配置为旋转块状金属玻璃610以在块状金属玻璃610进入储存器604时引起剪切。这可以例如包括具有内部
轴承的轴环夹、轴环等以允许轴向运动通过旋转夹具，同时防止夹具内的旋转运动。通过防止旋转运动，旋转夹具656可以在固体形式的构建材料610上施加旋转力。构建材料610的源612还可以以同步方式旋转，以防止构造材料610内的应力从源处累积，当其从源612行进到储存器604时可能机械地破坏构建材料610。
[0224] 可以根据各种反馈信号有用地控制剪切引擎650。在一方面，挤出机600可以包括传感器658以检测储存器604内的构建材料610(例如块状金属玻璃)的粘度，并且控制器630可以配置为根据来自传感器658的指示块状金属玻璃的粘度的信号通过剪切引擎650改变剪切位移的速率。该传感器658可以例如测量驱动系统608上的负载、剪切引擎650上的旋转负载、或者直接或间接指示储存器604内的构建材料610的粘度的任何其他参数。在另一方面，传感器658可以包括力传感器，其配置为测量由驱动系统608施加到块状金属玻璃610的力，并且控制器630可以配置为响应于来自力传感器的指示由驱动系统650施加的力的信号通过剪切引擎650改变剪切位移的速率。在另一方面，传感器658可以是配置为测量剪切引擎650上的负载的力传感器，并且控制器630可以配置为响应于来自力传感器的指示剪切引擎650上的负载的信号通过剪切引擎改变剪切位移的速率。通常，当超过玻璃化转变温度的块状金属玻璃的粘度超过约10^12泊-秒时可以推断出结晶。用于直接或间接测量或估计粘度以与该阈值进行比较的任何合适的机构可以有用地用于提供用于控制如本文考虑的剪切引擎650的操作的传感器信号。
[0225] 图7示出了具有成层喷嘴出口的挤出机。通常，挤出机700比如上述任何挤出机可包括从喷嘴702延伸的成形器750，以通过在构建材料710朝向构建材料710的先前沉积的层752离开喷嘴702时在构建材料710上施加法向力来补充层熔合过程。
[0226] 在一方面，成形器750可以包括具有倾斜表面的成形壁754，该倾斜表面从喷嘴702的开口716朝向先前沉积的层752的表面756向下倾斜，以当喷嘴702在平行于先前沉积的表面756的平面中移动时产生向下的力，如通常由箭头758所示。成形壁754还可以或替代地呈现横截面以当构建材料710离开喷嘴702并且连接先前沉积的层752时在与喷嘴702的行进方向垂直的平面内使构建材料710成形。该横截面可以例如包括垂直特征，比如垂直边缘或曲线，其定位成当构建材料离开开口时使构建材料的侧面成形。利用这种类型的垂直特征，成形壁754可以修整和/或成形凸出和过量的沉积材料，以便为在熔合丝制造过程中沉积的材料的道路提供良好成形的矩形横截面形状，这可以改善物体740的外部饰面(finish)并提供一致的平面顶表面756以接收构建材料710的后续层。
[0227] 成形器750还可以或替代地包括定位成施加法向力的辊760。辊760可以是加热辊，并且可以包括滚动缸、脚轮或任何其他辊或辊的组合，其适于在沉积的材料上施加连续的滚动法向力。
[0228] 在一方面，对构建材料具有差的粘附性的不粘材料可以围绕喷嘴702的开口716设置，特别是围绕开口716设置在喷嘴702的底表面上。对于金属构建材料，有用的不粘材料可包括氮化物、氧化物、陶瓷或石墨。不粘材料还可包括具有减小的微观表面积的任何材料，其使微观机械粘附的位置最小化。不粘材料还可以或替代地包括被金属构建材料润湿不良的任何材料。
[0229] 图8是用于在增材制造过程中基于构建材料的时间和空间热信息来控制打印机的方法的流程图。通常，可以保持物体随时间的热历史，例如在逐个体素的基础上。对于块状金属玻璃，可以有用地使用该信息，以便保持适于保持块状金属玻璃的无定形未结晶状态的物体的热预算，并提供用于预期使用和分析物体的记录。例如，热预算可以指示物体内的潜在结晶区域或其他与热相关的缺陷。因此，以下描述强调在使用块状金属玻璃的制造过程中使用热历史。然而，以下方法更一般地适用于可能受益于关于热历史的详细空间信息的任何构建材料或构建材料组合，比如在构建材料易受热降解或具有热控制性质的情况。
[0230] 如步骤802所示，方法800可以包括根据时间和温度存储用于块状金属玻璃的结晶速率的模型。例如，该模型可以基于块状金属玻璃的相应时间温度变换冷却曲线和任何其他相关的分析或经验数据。例如，该模型可以存储在用于打印机的控制系统的存储器中或者适于在此考虑使用的任何其他位置。
[0231] 如步骤804所示，方法800可以包括以相对于模型的预定状态提供块状金属玻璃的源。商业上可获得的块状金属玻璃通常不具有与实际或可能的热降解相关的规格。然而，在熔合丝制造过程中，块状金属玻璃可以长时间暴露于升高的温度(例如高于玻璃化转变温度)。在这种情况下，重要的是要知道TTT冷却曲线内的材料状态，以便适当地预算未来的持续热暴露并预测何时可能开始显著的结晶。如果没有从块状金属玻璃的供应商处获得该信息，则可以通过用于材料的特定样品的实验来确定。
[0232] 如步骤806所示，方法800可以包括使用增材制造过程制造物体。构建材料可以是块状金属玻璃或者经受热降解或以其他方式从空间和时间热历史中获得制造益处的任何其他构建材料。增材制造过程可以包括熔合丝制造过程或任何其他制造过程，其将材料比如块状金属玻璃暴露于延长的高温时段。
[0233] 如步骤808所示，方法800可以包括当块状金属玻璃被加热并沉积以形成物体时在逐个体素的基础上监测块状金属玻璃的温度。这可以包括使用本文所述的任何温度传感器或传感器系统进行监测，以及基于例如物理建模或任何其他合适的技术估计物体的内部温度。对于静态体素，例如所制造的物体内的静态体素，这可以包括基于外表面的温度测量值或者一个或多个环境温度等对通过物体的热流进行建模。对于动态体素，例如移动通过挤出机的那些体素，这可以进一步包括流动建模，比如挤出机的储存器内的材料的粘性流动，以估计材料在挤出过程中移动时的位移。挤出机还可以或替代地使用多种流动测量技术中的任何一种来仪器化以跟踪储存器内的移动。可以以与打印机和控制系统的体积温度和处理能力的准确估计一致的任何增量来监测温度。在一方面，监测温度包括测量块状金属玻璃的表面温度。监测温度还可以或替代地包括基于一个或多个感测参数估计块状金属玻璃的温度。监测温度还可以或替代地包括在沉积之前监测块状金属玻璃的温度。监测温度还可以或替代地包括监测温度包括在沉积在物体中之后监测块状金属玻璃的温度。
[0234] 如步骤810所示，方法800可以包括估计块状金属玻璃的体素的结晶度，通常通过将热轨迹—温度随时间的历史—应用于模型以确定结晶的累积度。
[0235] 如步骤812所示，方法800可以包括当块状金属玻璃的体素的结晶度超过预定阈值时调整增材制造过程的热参数。例如，这可以包括调整增材制造过程的预沉积加热温度、构建室温度和构建板温度中的至少一个。调整热参数还可以或替代地包括将冷却流体引向物体的表面，比如物体的相应部分的热预算接近最大热预算，或者如果没有在制造期间施加冷却则预测超过最大热预算。
[0236] 如步骤814所示，方法800可以包括存储用于制造物体的制造日志。制造日志可以存储有用地从温度监测得到的任何信息，比如物体的每个体素的结晶度或物体的每个体素的热历史。
[0237] 图9示出了具有可控形状的喷嘴。特别地，喷嘴900被描绘在垂直于离开挤出机的构建材料的进给路径的平面中。通常，喷嘴900可包括可变开口902，其为构建材料提供离开挤出机的储存器的路径。可变开口902可以形成在具有开口906(比如楔形、凹口、矩形或其他合适的形状)的板904和可以相对于板904滑动的模具908之间，以通过调整暴露用于挤出的开口906的一部分来调整可变开口902的尺寸。模具908相对于板904的移动通常由第一箭头910指示。这允许在制造期间动态地调整材料道路或线的尺寸。
[0238] 在一方面，该特征可用于控制挤出特征尺寸。因此，控制器930比如本文描述的任何控制器可以联接到喷嘴900并且配置为根据由使用喷嘴900的三维打印机制造的物体的目标特征尺寸来调整可变开口902的尺寸。控制器930还可以或替代地调整可变开口902的尺寸，以在制造物体的一个或多个内部结构期间增加挤出横截面，并且在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。因此，填充物或其他内部结构可以用更大且可能更厚的道路尺寸更快地制造，而外部表面可以使用更小的道路尺寸制造，从而提供更精细的特征分辨率。类似地，控制器930可以配置成调整可变开口的尺寸，以在制造物体的支撑结构期间增加挤出横截面，并在制造物体的一个或多个外部结构期间减小挤出横截面。
[0239] 在另一方面，控制器930可以配置成使用可变开口902来控制来自喷嘴900的体积流量。这可以包括递增地增加或减小可变开口902的尺寸，或者完全关闭可变开口902以终止构建材料的挤出，例如在构建结束时或在不需要沉积的移动期间。在后一种情况下，流动的机械终止可以有用地减轻在挤出的开始和停止期间可能出现的渗出、
泄漏或其他物理伪影(artifact)。
[0240] 喷嘴900还可以或替代地包括旋转底座912，旋转底座912将喷嘴900旋转地联接到三维打印机，以及可由控制器操作的旋转驱动器914，比如
直接驱动器、皮带驱动器等，以控制可变开口902的旋转取向。因此，喷嘴900可以提供可控的旋转取向，如第二箭头912所示。这可以有用地定向非圆形构建材料珠，因为x-y平面运动在制造物体层期间改变方向，使得可以独立于方向沉积一致的形状或轮廓。应当理解，虽然示出了三
角形，但是也可以或替代地使用其他形状，包括但不限于半圆形或其他圆形区段、椭圆形、方形等。
[0241] 通常设想喷嘴900将相对于喷嘴900在构建室的x-y平面内的行进方向保持一致的取向。也就是说，随着方向改变，喷嘴900的取向也将改变，以便为材料的挤出提供一致的物理轮廓。然而，通过相对于行进方向旋转喷嘴900可以有用地实现其他效果，例如以便在层的区域中或在整个特定层中产生更薄更宽的材料珠。
[0242] 图10示出了用于控制挤出物直径的喷嘴。通常，图10描绘了在挤出过程中构建材料离开的平面中挤出机的喷嘴1000的横截面。喷嘴1000可包括由多个同心环1002、1004形成的多个开口，同心环提供用于在物体的制造过程中从喷嘴1000挤出构建材料的路径。虽然示出了两个环，但是可以采用任何数量的这种环。根据要输送的材料珠的直径，例如通过打开和关闭环1002、1004，或者通过独立地控制用于通过环1002、1004中的每一个推进构建材料的驱动系统，可以将构建材料选择性地输送到一个或多个环。使用该技术，打印机可以在制造期间独立地控制体积沉积速率和挤出物珠的横截面尺寸。通过向每个同心环1002、1004提供不同类型的构建材料，还可以在增材制造期间提供快速材料切换或连续材料混合。
[0243] 可以采用该基本几何形状的许多变化。例如，相对于使用喷嘴1000的打印机的构建平台(或其他制造表面)，多个开口中的两个或更多个可以处于不同的z轴高度。例如，内部开口可以具有比相邻的外部开口更高或更低的z轴位置。每个开口的高度也可以是可调整的。这可以促进可变沉积尺寸过程的使用，例如，其中任何未挤出的外部同心环可被抬起(沿着z轴)并且避开当前沉积材料的喷嘴1000的环。
[0244] 还应当理解，虽然描绘了圆形开口，但是也可以或替代地采用通常围绕穿过喷嘴1000的z轴定向的任何开口。因此例如，开口可以是卵形、方形、三角形等，或者每个开口可以具有不同的形状。因此，虽然圆环是用于同心开口的一种有用几何形状，但应理解，在此上下文中使用的术语“环”旨在描述围绕通过打印机的喷嘴1000的z轴的任何几何形状。
[0245] 控制器1030比如上述任何控制器可以可操作地联接到喷嘴1000，以选择性地从多个同心环1002、1004挤出构建材料，比如通过控制同心环1002、1004的暴露用于挤出，或通过控制推进构建材料通过挤出机并从喷嘴1000流出的驱动系统。喷嘴1000可以例如包括一个或多个模具1006等，其可以如箭头1008所示滑动以选择性地控制多个同心环1002、1004的暴露用于挤出。同心环1002、1004还可以联接到多个构建材料源，比如上述的任何构建材料源，其中每个构建材料源独立地将构建材料提供给多个同心环1002、1004中的相应的一个。
[0246] 控制器1030可以使用同心环1002来可控地调整来自喷嘴1000的挤出。例如，控制器可以例如通过计算机可执行代码配置成通过选择性地挤出通过多个同心环1002、1004中的一个或多个来调整从喷嘴1000的挤出尺寸。控制器1030还可以或替代地配置成选择性地挤出通过多个同心环1002、1004中的一个或多个，以在制造物体的一个或多个内部结构期间增加挤出横截面并且在制造物体的一个或多个外部结构期间减少挤出横截面。控制器1030还可以或替代地配置成选择性地挤出通过多个同心环1002、1004中的一个或多个，以在制造物体的支撑结构期间增加挤出横截面并且在制造物体的一个或多个外部结构期间减少挤出横截面。
[0247] 也可以实现其他控制技术。例如，对于多种构建材料，同心环1002、1004可以由控制器1030控制，以在不同的构建材料之间切换或者混合不同的构建材料。这也可以用于制作复合物体。例如，同心环1004中的中心一个可以提供电导体，并且同心环1002中的外部一个可以提供电绝缘体。可以选择性地分配导体以通过以其他方式不导电的物体提供导电迹线。其他性能比如磁性或热性能可以类似地通过选择性地挤出多种材料通过喷嘴的同心环1002、1004来控制。
[0248] 上述系统、设备、方法、过程等可以用硬件、软件或适于特定应用的这些的任何组合来实现。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算设备。这包括在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程
数字信号处理器或其他可编程设备或处理电路中实现，以及内部和/或外部存储器。这也可以或替代地包括一个或多个专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑部件、或可配置为处理电子信号的任何其他设备。还应当理解，上述过程或设备的实现可以包括使用比如C的结构化编程语言、比如C++的面向对象编程语言或任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术)创建的计算机可执行代码，其可以存储、编译或解释为以在上述设备之一上运行，以及处理器的异构组合、处理器体系结构或不同硬件和软件的组合。在另一方面，这些方法可以体现在执行其步骤的系统中，并且可以以多种方式在设备上分布。同时，处理可以分布在设备比如上述各种系统上，或者所有功能可以集成到专用的独立设备或其他硬件中。在另一方面，用于执行与上述过程相关联的步骤的装置可以包括上述任何硬件和/或软件。所有这些排列和组合都旨在落入本公开的范围内。
[0249] 本文公开的实施例可以包括计算机程序产品，其包括计算机可执行代码或计算机可用代码，当在一个或多个计算设备上执行时，执行其任何和/或所有步骤。代码可以以非暂时的方式存储在计算机存储器中，计算机存储器可以是程序从其执行的存储器(比如与处理器相关的随机存取存储器)，或存储设备，比如磁盘驱动器、闪存或任何其他光学、电磁、磁性、红外或其他装置或装置组合。在另一方面，上述任何系统和方法可以结合在承载计算机可执行代码和/或来自其的任何输入或输出的任何合适的传输或传播介质中。
[0250] 应当理解，上述设备、系统和方法是作为示例而非限制来阐述的。在没有明确相反的指示的情况下，可以在不脱离本公开的范围的情况下修改、补充、省略和/或重新排序所公开的步骤。对于本领域普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。另外，上述说明书和附图中的方法步骤的顺序或表示并不旨在要求执行所述步骤的该顺序，除非明确要求特定顺序或从上下文中清楚地明确。
[0251] 本文描述的实施方式的方法步骤旨在包括使得执行这样的方法步骤的任何合适的方法，与所附权利要求的可专利性一致，除非明确地提供不同的含义或者从上下文中清楚地明确。因此例如，执行X的步骤包括用于使另一方比如远程用户、远程处理资源(例如服务器或
云计算机)或机器执行X的步骤的任何合适的方法。类似地，执行步骤X、Y和Z可以包括指导或控制这些其他个人或资源的任何组合的任何方法，以执行步骤X、Y和Z来获得这些步骤的益处。因此，本文描述的实施方式的方法步骤旨在包括使一个或多个其他方或实体执行这些步骤的任何合适方法，与所附权利要求的可专利性一致，除非明确地提供不同的含义或者从上下文中清楚地明确。此类方或实体无需受任何其他方或实体的指导或控制，也无需位于特定的管辖区内。
[0252] 应进一步理解，上述方法是作为示例提供的。在没有明确相反的指示的情况下，可以在不脱离本公开的范围的情况下修改、补充、省略和/或重新排序所公开的步骤。
[0253] 应当理解，上述方法和系统是通过示例而非限制的方式阐述的。对于本领域普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。另外，上述说明书和附图中的方法步骤的顺序或表示并不旨在要求执行所述步骤的顺序，除非明确要求特定顺序或从上下文中清楚地明确。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变和修改，并且旨在形成由所附权利要求限定的本发明的一部分，所附权利要求将在法律允许的最广泛意义上解释。
