使用金属构建材料的增材制造
阅读：33发布：2020-10-20
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1.一种用于三维制造的打印机，该打印机包括：
构建材料供应源，构建材料形成为细丝，其具有大致圆形横截面和外径；
驱动系统，配置为轴向推进细丝；
喷嘴，包括第一开口、第二开口、和将第一开口联接到第二开口的贮存器，其中第一开口在一位置处具有第一内径，该位置定位为从驱动系统接收细丝，其中第二开口在位于贮存器的相反端部处具有第二内径，以在制造过程中将构建材料沉积在一表面上，且其中第二内径不小于第一内径的百分之九十；和
加热系统，能操作为加热第一开口和第二开口之间的构建材料。
2.如权利要求1所述的打印机，其中所述表面是通过制造过程被制造的物体的一表面。
3.如权利要求1所述的打印机，进一步包括：用于接收通过打印机制造的物体的构建平台，配置为在从第二开口沉积构建材料时让喷嘴相对于构建平台运动的机器人系统，和配置为控制打印机以从物体的三维模型在构建平台上制造物体的处理器。
4.如权利要求3所述的打印机，进一步包括构建腔室，其将构建平台和物体包封在受控环境中。
5.如权利要求1所述的打印机，其中构建材料包括金属构建材料。
6.如权利要求5所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃、偏离共晶组合物、和包晶体组合物中的至少一种。
7.如权利要求5所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
8.如权利要求5所述的打印机，其中金属构建材料包括在基体中的金属粉末，该基体包括热朔性塑料、蜡、增容剂、和增塑剂中的至少一种。
9.如权利要求5所述的打印机，其中金属构建材料包括粉末冶金组合物。
10.如权利要求1所述的打印机，其中第二开口的第二内径不小于第一开口的第一内径的百分之九十九。
11.如权利要求1所述的打印机，其中第二开口的第二内径不小于第一开口的第一内径。
12.如权利要求1所述的打印机，其中第二内径小于细丝的外径，第二开口在第二内径的下游扩张到大于第一内径的第三内径。
13.如权利要求1所述的打印机，进一步包括局部加热系统，用于在构建材料离开喷嘴的第二开口时加热构建材料。
14.如权利要求13所述的打印机，其中局部加热系统包括焦耳加热系统、激光加热系统、和电阻加热系统中的至少一个，所述焦耳加热系统配置为让电流跨经离开喷嘴的构建材料的第一层与构建材料的下层之间的界面流过构建材料，该激光加热系统配置为在第二开口周围的区域中加热构建材料，且该电阻加热系统在第二开口附近位于喷嘴中。
15.如权利要求14所述的打印机，其中加热系统将构建材料加热到适于通过第二开口沉积并连结到从喷嘴接收构建材料的表面的加工温度。
16.如权利要求15所述的打印机，其中加热系统将构建材料预加热到高于环境温度且低于加工温度范围的温度，其中该加工温度范围是适于通过第二开口沉积并连结到从喷嘴接收构建材料的表面的温度范围，且其中在构建材料离开喷嘴时该局部加热系统将构建材料从所述温度加热到在该加工温度范围内。
17.如权利要求16所述的打印机，其中该加工温度范围包括一些温度，构建材料在这些温度呈现适于挤出的流变性能。
18.如权利要求1所述的打印机，其中喷嘴在沉积期间在打印机的构建空间的x-y平面内沿一路径运动，且其中喷嘴包括局部加热器，以提供能量，以相对于所述路径在喷嘴的前端边缘上加热构建材料，且其中喷嘴包括相对于所述路径在喷嘴的尾端边缘上的熨烫底托，该熨烫底托配置为将对构建材料的法向力施加到材料下层。
19.一种用于三维制造的打印机，该打印机包括：
构建材料供应源，形成为具有一横截面形状，该横截面形状具有基本上恒定的尺寸；
驱动系统，配置为轴向推进构建材料；
喷嘴，包括从驱动系统接收构建材料的第一开口，该第一开口具有第一形状以容纳所述横截面形状，且喷嘴包括第二开口，以在制造过程中沉积构建材料，第二开口具有第二形状，该第二形状具有小于第一形状的一个或多个内部尺寸和不小于第一形状的百分之九十的横截面面积，其中第二形状围绕横截面形状的周边接触构建材料，以在构建材料离开喷嘴时抵抗构建材料在与打印机的z轴线正交的x-y平面内的运动；
加热系统，能操作为加热第一开口和第二开口之间的构建材料。
构建平台，接收通过打印机制造的物体；
机器人系统，配置为在沉积来自第二开口的构建材料的同时让喷嘴相对于构建平台运动；和
处理器，配置为控制打印机，以从物体的三维模型在构建平台上制造物体。
20.一种方法，包括:
提供构建材料，该构建材料形成为细丝，该细丝具有一横截面形状和横截面面积；
将构建材料加热到加工温度；
将构建材料驱动通过一开口，该开口具有基本上类似于细丝的横截面形状的第二横截面形状和不大于细丝横截面形状的百分之十以下的面积；和
沿一路径通过该开口沉积构建材料，以用构建材料形成三维物体。
21.一种用于制造三维物体的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收构建材料的入口，构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的构建材料的离开路径；
成形固定件，在离开喷嘴的构建材料的顶表面上施加至少一个突脊；和
驱动系统，能操作为机械地接合构建材料并让来自材料源的构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将构建材料通过喷嘴中的开口挤出。
22.如权利要求21所述的打印机，进一步包括超声振动器，其联接到喷嘴且配置为通过喷嘴对离开喷嘴的构建材料施加超声能量。
23.如权利要求22所述的打印机，进一步包括机械分离器，其插置在超声振动器和打印机的一个或多个其他部件之间，以让来自超声振动器的超声能量与一个或多个其他部件分离。
24.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括金属构建材料，打印机进一步包括焦耳加热系统，该焦耳加热系统配置为跨经离开喷嘴的金属构建材料的第一层和金属构建材料的下层之间的界面，让电流经过金属构建材料。
25.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括块体金属玻璃，且其中该加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
26.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
27.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
28.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括包晶体组合物且该加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
29.如权利要求21所述的打印机，其中构建材料包括在基体中的可烧结粉末，该基体包括热朔性塑料、蜡、增容剂、和增塑剂中的至少一种。
30.如权利要求21所述的打印机，其中打印机包括熔丝制造增材制造系统。
31.如权利要求21所述的打印机，进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用构建材料制造物体。
32.如权利要求31所述的打印机，进一步包括控制器，其通过计算机可执行代码配置为控制加热系统、驱动系统、和机器人系统，以用构建材料在构建板上制造物体。
33.如权利要求21所述的打印机，其中成形固定件包括经过喷嘴中心轴线的沟槽。
34.如权利要求21所述的打印机，其中成形固定件包括以不同角度经过喷嘴中心轴线的多个沟槽。
35.如权利要求21所述的打印机，其中成形固定件包括从喷嘴向下延伸且定位为在离开喷嘴的构建材料的顶表面中形成谷部的一个或多个突出部。
36.如权利要求21所述的打印机，进一步包括机器人系统，能操作为让喷嘴相对于构建平台运动通过构建路径，以在制造过程中形成物体，其中在构建路径于制造过程的x-y平面中改变方向时，成形固定件绕喷嘴中心轴线旋转，以让成形固定件对准构建路径。
37.如权利要求36所述的打印机，进一步包括辊子，其沿构建路径尾随喷嘴，该辊子在后继层沉积在至少一个突脊上方时向该后继层施加向下的法向力和超声能量。
38.一种用于在物体的三维制造中控制打印机的方法，该方法包括：
通过打印机的喷嘴挤出构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；和
在构建材料离开喷嘴时让构建材料的顶表面成形，以形成一个或多个突脊，所述一个或多个突脊提供具有高局部接触力的区域，以接收构建材料的后继层。
39.如权利要求38所述的方法，进一步包括在构建材料沉积在一个或多个突脊上方时对构建材料的后继层施加超声能量。
40.如权利要求38所述的方法，进一步包括在沉积后继层时对一个或多个突脊施加等离子流。
41.如权利要求38所述的方法，其中构建材料包括块体金属玻璃和偏离共晶组合物中的至少一种。
42.如权利要求38所述的方法，其中构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
43.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
等离子源，对着离开喷嘴的金属构建材料。
44.如权利要求43所述的打印机，进一步包括超声振动器，其联接到喷嘴且配置为通过喷嘴向离开喷嘴的金属构建材料施加超声能量。
45.如权利要求43所述的打印机，进一步包括成形固定件，其在离开喷嘴的金属构建材料的顶表面上施加至少一个突脊。
46.如权利要求43所述的打印机，进一步包括焦耳加热系统，配置为跨经离开喷嘴的金属构建材料的第一层和金属构建材料的下层之间的界面，让电流经过金属构建材料。
47.如权利要求43所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中该加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
48.如权利要求43所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
49.如权利要求43所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
50.如权利要求43所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且该加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
51.如权利要求43所述的打印机，其中打印机包括熔丝制造增材制造系统。
52.如权利要求43所述的打印机，进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体。
53.如权利要求52所述的打印机，进一步包括控制器，其通过计算机可执行代码配置为控制加热系统、驱动系统、和机器人系统，以用金属构建材料在构建板上制造物体。
54.如权利要求43所述的打印机，其中等离子源包括可变化学等离子源。
55.如权利要求43所述的打印机，其中等离子源包括离子等离子源。
56.如权利要求43所述的打印机，其中等离子源对着一位置，在该位置，离开喷嘴的金属构建材料与金属构建材料的下层连结。
57.如权利要求43所述的打印机，其中在离开喷嘴的金属构建材料沉积在所述位置上方之前，等离子源对着一金属构建材料的下层上的一位置。
58.如权利要求43所述的打印机，其中金属构建材料包括铝。
59.一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：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；和
在金属构建材料离开喷嘴时在等离子流中将金属构建材料连结到金属构建材料的下层。
60.如权利要求59所述的方法，进一步包括在离开喷嘴的金属构建材料沉积到所述下层上时向离开喷嘴的金属构建材料施加超声能量。
61.如权利要求59所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃和共晶系统中的偏离共晶组合物中的至少一种。
62.如权利要求59所述的方法，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
63.如权利要求59所述的方法，其中金属构建材料包括铝。
64.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径，其中喷嘴用与金属构建材料不同的导电喷嘴材料形成；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
电压检测器，配置为测量一对端子之间的电压，该一对端子定位为跨经离开喷嘴的金属构建材料和喷嘴开口之间的界面；和
处理器，配置为基于所述电压和用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数计算喷嘴开口和离开喷嘴的金属构建材料之间的温度差。
65.如权利要求64所述的打印机，进一步包括温度传感器，其配置为测量喷嘴的绝对温度，其中处理器配置为基于喷嘴的绝对温度和喷嘴开口与金属构建材料之间的温度差计算金属构建材料的绝对温度的估计值。
66.如权利要求65所述的打印机，其中处理器进一步配置为基于金属构建材料的绝对温度的估计值控制加热系统。
67.如权利要求64所述的打印机，其中处理器进一步配置为基于该一对端子之间电压的改变监测金属构建材料的温度改变。
68.如权利要求64所述的打印机，其中处理器配置为基于已知情况下的一个或多个测量结果校准所述温度差。
69.如权利要求64所述的打印机，其中基于用于金属构建材料和导电喷嘴材料的材料类型，将用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数作为常数提供。
70.如权利要求64所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中该加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
71.如权利要求64所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
72.如权利要求64所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
73.如权利要求64所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
74.如权利要求64所述的打印机，其中打印机包括熔丝制造增材制造系统。
75.一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：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
监测喷嘴和金属构建材料之间的电压；
基于所述电压估计金属构建材料的温度参数；和
响应于温度参数控制金属构建材料的温度。
76.如权利要求75所述的方法，其中温度参数包括喷嘴和金属构建材料之间的相对温度。
77.如权利要求75所述的方法，其中温度参数包括金属构建材料的绝对温度。
78.如权利要求77所述的方法，进一步包括测量喷嘴的温度，且基于所述电压和用于金属构建材料和喷嘴材料每一个的塞贝克系数估计喷嘴和金属构建材料之间的温度差。
79.如权利要求75所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃、共晶系统的偏离共晶组合物和复合材料中的至少一种，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
80.如权利要求75所述的方法，其中控制金属构建材料的温度包括控制挤出速率、控制加热系统、和控制喷嘴速度中的至少一种。
81.一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，该计算机程序产品包括实施在非瞬时计算机可读介质中的计算机可执行代码，其在打印机上执行时执行以下步骤：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
监测喷嘴和金属构建材料之间的电压；
基于所述电压估计金属构建材料的温度参数；和
响应于温度参数控制金属构建材料的温度。
82.如权利要求81所述的计算机程序产品，其中温度参数包括喷嘴和金属构建材料之间的相对温度。
83.如权利要求81所述的计算机程序产品，其中温度参数包括金属构建材料的绝对温度。
84.如权利要求81所述的计算机程序产品，进一步包括代码，其执行的步骤是，测量喷嘴的温度，且基于所述电压和用于金属构建材料和喷嘴材料每一个的塞贝克系数估计喷嘴和金属构建材料之间的温度差。
85.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，该金属构建材料包括具有一加工温度范围的块体金属玻璃，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径，其中喷嘴用与金属构建材料不同的导电喷嘴材料形成；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
电压检测器，配置为测量一对端子之间的电压，该一对端子定位为跨经离开喷嘴的金属构建材料和喷嘴开口之间的界面；和
处理器，配置为基于电压改变计算块体金属玻璃的结晶度改变，所述结晶度改变与喷嘴开口和离开喷嘴的金属构建材料之间的温度差改变无关，该温度差改变是基于所述电压和用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数。
86.如权利要求85所述的打印机，其中处理器进一步配置为响应于所述电压改变降低施加到金属构建材料的热量，以抑制结晶的开始。
87.如权利要求85所述的打印机，其中处理器进一步配置为响应于所述电压改变增加施加到金属构建材料的热量，以促进结晶的开始。
88.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
接触探针，配置为电子地检测接触探针与喷嘴表面的接触，该接触探针定位为在预定位置形成与喷嘴表面的接触；和
处理器，配置为对于基于与一个或多个位置的接触的控制信号做出响应。
89.如权利要求88所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
90.如权利要求88所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
91.如权利要求88所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
92.如权利要求88所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
93.如权利要求88所述的打印机，其中打印机包括熔丝制造增材制造系统。
94.如权利要求88所述的打印机，其中预定位置包括在打印机的构建空间中的预定位置。
95.如权利要求94所述的打印机，其中处理器配置为基于对与喷嘴表面的接触的检测来校准机器人系统中的让喷嘴在打印机的构建空间中运动的一个或多个马达的位置。
96.如权利要求94所述的打印机，进一步包括多个接触探针，其中处理器配置为基于与多个接触探针每一个同时发生的接触而让喷嘴中心定位。
97.如权利要求88所述的打印机，其中预定位置包括相对于打印机的构建平台的预定高度。
98.如权利要求88所述的打印机，其中预定位置包括相对于在制造过程中先前从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度。
99.如权利要求88所述的打印机，其中预定位置包括相对于在制造过程中当前从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度。
100.如权利要求88所述的打印机，进一步包括第二接触探针，其以固定对准关系与所述接触探针联接，所述接触探针和第二接触探针可控地定位在打印机的构建空间中，其中处理器配置为将第二接触探针定位为与沉积为形成物体的金属构建材料的露出顶表面接触，和基于与喷嘴表面的接触确定喷嘴相对于露出顶表面的高度。
101.一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：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
基于对喷嘴表面在预定位置处与接触探针的接触的电气检测而检测喷嘴的位置；和基于所述接触控制喷嘴的位置。
102.如权利要求101所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃。
103.如权利要求101所述的方法，其中金属构建材料包括共晶系统的偏离共晶组合物。
104.如权利要求101所述的方法，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
105.如权利要求101所述的方法，其中预定位置包括在打印机的构建空间中的预定位置。
106.如权利要求101所述的方法，进一步包括基于对与喷嘴表面的接触的检测，校准机器人系统中让喷嘴沿构建路径运动的一个或多个马达的位置。
107.如权利要求101所述的方法，其中预定位置包括相对于打印机的构建板的预定高度。
108.一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，该计算机程序产品包括实施在非瞬时计算机可读介质中的计算机可执行代码，其在打印机上执行时执行以下步骤：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
基于对喷嘴表面在预定位置处与接触探针的接触的电气检测而检测喷嘴的位置；和基于所述接触控制喷嘴的位置。
109.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
构建板；
机器人系统，配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体。
喷嘴清理固定件；和
控制器，配置为操作机器人系统，以让喷嘴的开口运动为与喷嘴清理固定件接合，以将妨碍物逐出所述离开路径。
110.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
111.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
112.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
113.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
114.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括金属粉末和粘合剂体系，该粘合剂体系用增容剂、增塑剂、热朔性、和蜡中的至少一种形成。
115.如权利要求109所述的打印机，其中金属构建材料包括粉末冶金组合物。
116.如权利要求109所述的打印机，其中喷嘴清理固定件在构建板上。
117.如权利要求109所述的打印机，其中喷嘴清理固定件包括销，该销成形为在开口置于销上方时机械地逐出所述离开路径中的妨碍物。
118.如权利要求117所述的打印机，其中喷嘴清理固定件包括尖锐边缘，该尖锐边缘定位为在销接合开口时从开口去除材料。
119.如权利要求109所述的打印机，其中喷嘴清理固定件包括电流源，该电流源配置为经过开口中的金属构建材料施加焦耳加热电流，以便让金属构建材料熔化并流动通过喷嘴。
120.如权利要求109所述的打印机，其中喷嘴清理固定件包括微波能量源，该微波能量源配置为将金属构建材料加热到熔化温度以上。
121.如权利要求109所述的打印机，其中控制器配置为根据预定喷嘴清理计划让喷嘴的开口运动为与喷嘴清理固定件接合。
122.如权利要求109所述的打印机，其中控制器配置为响应于对通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物的检测而让喷嘴开口运动为与喷嘴清理固定件接合。
123.一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：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物；和
让喷嘴运动为与喷嘴清理固定件接合，以有助于妨碍物的去除。
124.如权利要求123所述的方法，其中检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物包括，检测驱动系统上的增加载荷，所述驱动系统将金属构建材料驱动通过喷嘴。
125.如权利要求123所述的方法，其中喷嘴清理固定件包括销，该方法进一步包括将销插入通过喷嘴的开口。
126.如权利要求123所述的方法，其中喷嘴清理固定件包括微波能量源，该方法进一步包括从微波能量源向金属构建材料施加足以使得金属构建材料液化的微波能量。
127.如权利要求123所述的方法，其中喷嘴清理固定件包括电流源，该方法进一步包括从电流源施加经过喷嘴中的金属构建材料以足以使得金属构建材料液化的电流。
128.一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，该计算机程序产品包括实施在非瞬时计算机可读介质中的计算机可执行代码，其在打印机上执行时执行以下步骤：
通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料；
让喷嘴沿构建路径相对于打印机的构建板运动，以在熔丝制造过程中基于物体的计算机化模型在构建板上制造物体；
检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物；和
让喷嘴运动为与喷嘴清理固定件接合，以有助于妨碍物的去除。
129.如权利要求128所述的计算机程序产品，其中检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物包括，检测驱动系统上的增加载荷，所述驱动系统将金属构建材料驱动通过喷嘴。
130.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
第一挤出机，配置为在增材制造过程中沉积金属构建材料；
第二挤出机，配置为针对增材制造过程沉积支撑材料，其中支撑材料包括可溶解块体金属玻璃；
构建板；和
机器人系统，配置为让第一挤出机和第二挤出机相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体和用支撑材料制造支撑结构。
131.如权利要求130所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃。
132.如权利要求130所述的打印机，其中金属构建材料包括共晶系统的偏离共晶组合物。
133.如权利要求130所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
134.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃包括镁。
135.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃包括钙。
136.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃包括锂。
137.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃可溶解在含有氯化氢的水溶液中。
138.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃可溶解在水溶液中。
139.如权利要求130所述的打印机，其中可溶解块体金属玻璃以比金属构建材料快十倍的速率溶解在预定溶剂中。
140.一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：
让第一喷嘴相对于打印机的构建板沿第一构建路径运动，同时从第一喷嘴挤出支撑材料，以制造用于物体的支撑结构，其中支撑材料包括可溶解块体金属玻璃；和让第二喷嘴相对于构建板沿第二构建路径运动，以用金属构建材料在支撑结构上方制造物体的一部分，其中第二构建路径是基于物体的计算机化模型。
141.如权利要求140所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃。
142.如权利要求140所述的方法，其中金属构建材料包括共晶系统的偏离共晶组合物。
143.如权利要求140所述的方法，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
144.如权利要求140所述的方法，其中可溶解块体金属玻璃包括镁合金。
145.如权利要求140所述的方法，其中可溶解块体金属玻璃包括钙合金。
146.如权利要求140所述的方法，其中可溶解块体金属玻璃包括锂合金。
147.如权利要求140所述的方法，进一步包括将可溶解块体金属玻璃溶解在水溶液中。
148.如权利要求140所述的方法，进一步包括将可溶解块体金属玻璃溶解在含有氯化氢的水溶液中。
149.如权利要求140所述的方法，其中可溶解块体金属玻璃以至少比金属构建材料大十倍的速率溶解在预定溶剂中。
150.一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：
在从第一喷嘴挤出支撑材料以制造用于物体的支撑结构的同时让第一喷嘴相对于构建板沿第一构建路径运动。
让第二喷嘴相对于构建板沿第二路径运动，以用可溶解块体金属玻璃在支撑结构上方制造可溶解的释放层；和
让第三喷嘴相对于构建板沿第三构建路径运动，以用金属构建材料在可溶解的释放层上方制造物体的一部分，其中第三构建路径是基于物体的计算机化模型。
151.一种制造物品，包括：
支撑结构，用于对物体的一部分进行增材制造，该支撑结构用可溶解块体金属玻璃形成；和
在支撑结构附近的物体表面，其中物体的该表面用金属构建材料形成。
152.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
金属构建材料供应源，该金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现出适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
构建板；
挤出机，配置为在增材制造过程中在构建板上沉积金属构建材料；和
构建板上的涂层，该涂层用一材料形成，该材料具有的熔化温度低于金属构建材料的所述加工温度范围的下限。
153.如权利要求152所述的打印机，进一步包括用于构建板的冷却系统，该冷却系统配置为在构建板上进行物体制造期间将构建板上的材料保持在低于熔化温度的温度。
154.如权利要求152所述的打印机，进一步包括用于构建板的加热系统，该加热系统配置为将构建板上的材料加热到熔化温度以上，用于在制造之后从构建板去除物体。
155.如权利要求154所述的打印机，其中加热系统配置为，通过将构建板上的材料加热到高于涂层的熔化温度且低于物体加工温度范围的下限，而有助于去除物体，而不会造成物体变形。
156.如权利要求152所述的打印机，其中涂层材料包括低熔化温度焊剂。
157.如权利要求152所述的打印机，其中涂层材料包括含有铋的焊剂合金。
158.如权利要求152所述的打印机，其中涂层材料包括含有铟的焊剂合金。
159.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
160.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
161.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
162.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
163.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括用于基于计算机化模型制造物体的构建材料。
164.如权利要求152所述的打印机，其中金属构建材料包括用于支撑用第二材料制造的物体的支撑材料。
165.一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：
为构建板提供具有一熔化温度的材料涂层；和
在构建板的涂层上用金属构建材料制造一结构，其中金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态，且其中涂层的熔化温度低于该加工温度范围的下限。
166.如权利要求165所述的方法，进一步包括冷却构建板，以在露出到金属构建材料时将涂层保持在低于熔化温度的温度。
167.如权利要求165所述的方法，进一步包括在完成所述结构的制造之后将涂层加热到熔化温度以上，并在涂层为液体时将所述结构从构建板去除。
168.如权利要求165所述的方法，其中所述结构包括提交给用于制造的打印机的计算机化模型中所描述的一物体。
169.如权利要求165所述的方法，其中所述结构包括用于通过打印机进行制造的物体的支撑结构。
170.如权利要求165所述的方法，其中涂层材料包括低熔化温度焊剂。
171.如权利要求165所述的方法，其中涂层材料包括含有铋的焊剂合金。
172.如权利要求165所述的方法，其中涂层材料包括含有铟的焊剂合金。
173.如权利要求165所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃、共晶系统的偏离共晶组合物和复合材料中的至少一种，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
174.一种用于金属物体的三维制造的打印机，该打印机包括：
贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；
加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；
喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径；
驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；
力传感器，配置为测量抵抗金属构建材料沿进给路径前进通过喷嘴的力；和处理器，联接到力传感器和驱动系统，处理器配置为根据通过力传感器测量的力而调整驱动系统的速度。
175.如权利要求174所述的打印机，其中处理器配置为在所述力减小时增加驱动系统的速度以减少热传递，和在所述力增加时减小驱动系统的速度以增加热传递。
176.如权利要求174所述的打印机，其中处理器配置为保持用于所述力的预定目标值，其代表在该加工温度范围内的一温度。
177.如权利要求176所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中预定目标值根据块体金属玻璃的时间-温度转变曲线变化，以避免块体金属玻璃的结晶。
178.如权利要求174所述的打印机，其中处理器配置为基于抵抗金属构建材料前进的力和驱动系统的速度检测错误状况，且响应于错误状况启动补救措施。
179.如权利要求178所述的打印机，其中补救措施包括清理喷嘴。
180.如权利要求178所述的打印机，其中补救措施包括暂停制造过程。
181.如权利要求174所述的打印机，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。
182.如权利要求174所述的打印机，其中金属构建材料包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。
183.如权利要求174所述的打印机，其中金属构建材料包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。
184.如权利要求174所述的打印机，其中金属构建材料包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。
185.如权利要求174所述的打印机，其中金属构建材料包括金属粉末和粘合剂体系，该粘合剂体系用增容剂、增塑剂、热朔性、和蜡中的至少一种形成。
186.如权利要求174所述的打印机，其中打印机包括熔丝制造增材制造系统。
187.如权利要求174所述的打印机，进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体。
188.一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：
用加热系统加热金属构建材料；
通过驱动系统以一速度让金属构建材料前进通过打印机的喷嘴；
监测驱动系统上的抵抗金属构建材料前进通过喷嘴的力；和
根据驱动系统上的所述力调整驱动系统的速度。
189.如权利要求188所述的方法，其中调整速度包括，在所述力减小时增加驱动系统的速度以减少热传递，和在所述力增加时减小驱动系统的速度以增加热传递。
190.如权利要求188所述的方法，进一步包括保持用于所述力的预定目标值，其代表金属构建材料的预定温度。
191.如权利要求190所述的方法，其中金属构建材料包括块体金属玻璃，且其中预定温度根据块体金属玻璃的时间-温度转变曲线变化，以避免块体金属玻璃的大量结晶。
192.如权利要求188所述的方法，进一步包括在制造过程中与驱动系统的速度成比例地调整喷嘴运动速度，以便为制造过程保持基本上恒定的材料沉积速率。
193.如权利要求188所述的方法，进一步包括基于驱动系统上的所述力和驱动系统的速度之间的关系检测打印机中的错误状况，且响应于错误状况启动补救措施。
194.如权利要求188所述的方法，其中驱动系统上的所述力包括供应到喷嘴的金属构建材料上的轴向力或驱动系统的马达上的旋转力中的至少一种。
195.一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，该计算机程序产品包括实施在非瞬时计算机可读介质中的计算机可执行代码，其在打印机上执行时执行以下步骤：
用加热系统加热金属构建材料；
通过驱动系统以一速度让金属构建材料前进通过打印机的喷嘴；
监测驱动系统上的抵抗金属构建材料前进通过喷嘴的力；和
根据驱动系统上的所述力调整驱动系统的速度。
使用金属构建材料的增材制造
[0001] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请涉及以下美国专利申请：2015年12月16日提交的美国临时专利申请No.62/268,458；2016年12月16日提交的美国申请No.15/382,535；和2016年3月2日提交的美国申请No.15/059,256。每一个前述申请因此一起全部内容并入本文。
技术领域
[0004] 本发明通常涉及增材制造，且更具体地金属物体的三维打印。
背景技术
[0005] 熔丝制造提供用于用从热朔性或相似材料制造三维物体的技术。使用该技术的机器可通过以层的形式沉积材料线而递增地制造三维物体，以从计算机模型渐增地构建实体物体。尽管这些基于聚合物的技术已经多年改变和改进，但是适用于基于聚合物的系统的物理原理并不能适用于基于金属的系统，该基于金属的系统常常遇到不同困难。仍然存在对适用于金属增材制造的三维打印技术的需要。
发明内容
[0006] 公开了对增材制造的各种改进，包括调整熔丝制造过程以用金属构建材料制造金属物体的技术。
[0007] 打印机基于计算机化模型和熔丝制造过程用构建材料制造物体。用于沉积构建材料的喷嘴具有的内径接近进给喷嘴的构建材料的外径，以便在沉积期间降低通过喷嘴施加的挤出力和阻力，同时充分限制构建材料的平面位置，用于在计算机控制的制造过程中进行准确的材料沉积。
[0008] 用于三维制造的打印机可以包括供应构建材料，所述构建材料形成为细丝，该细丝具有大致圆形横截面和外径，驱动系统配置为轴向推进细丝，且喷嘴包括第一开口、第二开口、和将第一开口联接到第二开口的贮存器，其中第一开口在一位置处具有第一内径，该位置定位为从驱动系统接收细丝，其中第二开口在位于贮存器的相反端部处具有第二内径，以在制造过程中将构建材料沉积在一表面上，且其中第二内径不小于第一内径的百分之九十。打印机也可以包括加热系统，其能操作为加热第一开口和第二开口之间的构建材料。
[0009] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述表面可以是通过制造过程被制造的物体的一表面。打印机可以进一步包括：用于接收通过打印机制造的物体的构建平台；机器人系统，其配置为在从第二开口沉积构建材料时让喷嘴相对于构建平台运动；和处理器，配置为控制打印机以从物体的三维模型在构建平台上制造物体。打印机可以进一步包括构建腔室，其将构建平台和物体包封在受控环境中。构建材料可以包括金属构建材料。金属构建材料可以包括块体金属玻璃、偏离共晶组合物、和包晶体组合物中的至少一种。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。金属构建材料可以包括在基体中的金属粉末，该基体包括热朔性塑料、蜡、增容剂、和增塑剂中的至少一种。金属构建材料可以包括粉末冶金组合物。第二开口的第二内径可以不小于第一开口的第一内径的百分之九十九。第二开口的第二内径可以不小于第一开口的第一内径。第二内径小于小于细丝的外径，第二开口在第二内径的下游扩张到大于第一内径的第三内径。打印机可以进一步包括局部加热系统，其用于在构建材料离开喷嘴的第二开口时加热构建材料。局部加热系统可以焦耳加热系统、激光加热系统、和电阻加热系统中的至少一个，所述焦耳加热系统配置为让电流跨经离开喷嘴的构建材料的第一层与构建材料的下层之间的界面流过构建材料，该激光加热系统配置为在第二开口周围的区域中加热构建材料，且该电阻加热系统在第二开口附近位于喷嘴中。加热系统可以将构建材料加热到适于通过第二开口沉积并连结到从喷嘴接收构建材料的表面的加工温度。加热系统可以将构建材料预加热到高于环境温度且低于加工温度范围的温度，其中加工温度范围是适于通过第二开口沉积并连结到从喷嘴接收构建材料的表面的温度范围，且其中在构建材料离开喷嘴时该局部加热系统将构建材料从所述温度加热到在加工温度范围内。加工温度范围可以包括一些温度，构建材料在这些温度呈现适于挤出的流变性能。喷嘴可以在沉积期间在打印机的构建空间的x-y平面内沿一路径运动，且其中喷嘴包括局部加热器，以提供能量，以相对于所述路径在喷嘴的前端边缘上加热构建材料，且其中喷嘴包括相对于所述路径在喷嘴的尾端边缘上的熨烫底托，该熨烫底托配置为将对构建材料的法向力施加到材料下层。
[0010] 一种用于三维制造的打印机可以包括：构建材料供应源，形成为具有带基本上恒定尺寸的横截面形状；驱动系统，配置为轴向推进构建材料；和喷嘴，包括从驱动系统接收构建材料的第一开口，该第一开口具有第一形状以容纳所述横截面形状，且喷嘴包括第二开口，以在制造过程中沉积构建材料，第二开口具有第二形状，该第二形状具有小于第一形状的一个或多个内部尺寸和不小于第一形状百分之九十的横截面面积，其中第二形状围绕横截面形状的周边接触构建材料，以在构建材料离开喷嘴时抵抗构建材料在与打印机的z轴线正交的x-y平面内的运动。打印机也可以包括：加热系统，其能操作为加热第一开口和第二开口之间的构建材料；构建平台，接收通过打印机制造的物体；机器人系统，其配置为在从第二开口沉积构建材料时让喷嘴相对于构建平台运动；和处理器，配置为控制打印机以从物体的三维模型在构建平台上制造物体。
[0011] 方法可以包括：提供形成具有一横截面形状和一横截面面积的细丝的构建材料，将构建材料加热到加工温度，驱动构建材料通过开口，该开口具有基本上类似于细丝横截面形状且面积不大于细丝横截面形状的百分之十以下的第二横截面形状的，和沿一路径通过开口沉积构建材料，以用构建材料形成三维物体。
[0012] 打印机使用熔丝制造过程和构建材料从计算机化模型制造物体。一个或多个导能部(例如突脊)形成在沉积构建材料的露出表面中，以提供高局部接触力的区域，其可改善构建材料的连续层之间的层间连结。超声振动器也可有效地并入到打印机中，以在后继层沉积期间沿这些导能部施加额外能量。
[0013] 一种用于制造三维物体的打印机可以包括贮存器，其具有从材料源接收构建材料的入口，构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，能操作为将贮存器中的构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的构建材料的离开路径；成形固定件，在离开喷嘴的构建材料的顶表面上施加至少一个突脊；和驱动系统，其能操作为机械地接合构建材料并让来自材料源的构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将构建材料通过喷嘴中的开口挤出。
[0014] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。打印机可以进一步包括超声振动器，其联接到喷嘴且配置为通过喷嘴对离开喷嘴的构建材料施加超声能量。打印机可以进一步包括机械分离器，其插置在超声振动器和打印机的一个或多个其他部件之间，以让来自超声振动器的超声能量与一个或多个其他部件分离。构建材料可以包括金属构建材料，打印机进一步包括焦耳加热系统，该焦耳加热系统配置为跨经离开喷嘴的金属构建材料的第一层和金属构建材料的下层之间的界面，让电流经过金属构建材料。构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。构建材料可以包括在基体中的可烧结粉末，该基体包括热朔性塑料、蜡、增容剂、和增塑剂中的至少一种。打印机可以包括熔丝制造增材制造系统。打印机可以进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用构建材料制造物体。打印机可以进一步包括控制器，其通过计算机可执行代码配置为控制加热系统、驱动系统、和机器人系统，以用构建材料在构建板上制造物体。成形固定件可以包括经过喷嘴中心轴线的沟槽。成形固定件可以包括以不同角度经过喷嘴中心轴线的多个沟槽。成形固定件可以包括从喷嘴向下延伸且定位为在离开喷嘴的构建材料的顶表面中形成谷部的一个或多个突出部。打印机可以进一步包括机器人系统，能操作为让喷嘴相对于构建平台运动通过构建路径，以在制造过程中形成物体，其中在构建路径于制造过程的x-y平面中改变方向时，成形固定件绕喷嘴中心轴线旋转，以让成形固定件对准构建路径。打印机可以进一步包括辊子，其沿构建路径尾随喷嘴，该辊子在后继层沉积在至少一个突脊上方时向该后继层施加向下的法向力和超声能量。
[0015] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴将构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，和在构建材料离开喷嘴时让顶表面成形，以形成一个或多个突脊，该一个或多个突脊提供了具有高局部接触力的区域，以接收构建材料的后继层。
[0016] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。方法可以进一步包括在构建材料沉积在一个或多个突脊上方时对构建材料的后继层施加超声能量。方法可以进一步包括在沉积后继层时对一个或多个突脊施加等离子流。构建材料可以包括块体金属玻璃和偏离共晶组合物中的至少一种。构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
[0017] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。在沉积期间施加等离子脱钝清洗，以去除氧化并改善金属构建材料的连续层之间的层间连结。其他技术(例如超声振动、导能部形成、焦耳加热等)可以组合使用，以形成层之间的强机械连结。
[0018] 一种用于金属物体三维制造的打印机可以包括：贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径；驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；离子源，对着离开喷嘴的金属构建材料。
[0019] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。打印机可以进一步包括超声振动器，其联接到喷嘴且配置为通过喷嘴对离开喷嘴的金属构建材料施加超声能量。打印机可以进一步包括成形固定件，其在离开喷嘴的金属构建材料的顶表面上施加至少一个突脊。打印机可以进一步包括焦耳加热系统，其配置为跨经离开喷嘴的金属构建材料的第一层和金属构建材料的下层之间的界面，让电流经过金属构建材料。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。打印机可以包括熔丝制造增材制造系统。打印机可以进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体。打印机可以进一步包括控制器，其通过计算机可执行代码配置为控制加热系统、驱动系统、和机器人系统，以用构建材料在构建板上制造物体。等离子源可以包括可变化学等离子源。等离子源可以包括离子等离子源。等离子源可以对着一位置，在该位置，离开喷嘴的金属构建材料与金属构建材料的下层连结。在离开喷嘴的金属构建材料沉积在所述位置上方之前，等离子源可以对着一金属构建材料的下层上的一位置。金属构建材料可以包括铝。
[0020] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴将金属构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，和在金属构建材料离开喷嘴时在等离子流中将金属构建材料连结到金属构建材料的下层。
[0021] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。方法可以进一步包括在离开喷嘴的金属构建材料沉积到所述下层上时向离开喷嘴的金属构建材料施加超声能量。金属构建材料可以包括块体金属玻璃和共晶系统中的偏离共晶组合物中的至少一种。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括铝。
[0022] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。塞贝克效应可用于基于电压监测挤出构建材料的喷嘴和构建材料之间的温度差。温度差又可用于控制打印机的操作或基于喷嘴温度的直接测量来确定绝对温度。
[0023] 用于金属物体三维制造的打印机可以包括：贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，其能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；和喷嘴，其包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径，其中喷嘴用与金属构建材料不同的导电喷嘴材料形成。打印机可以进一步包括驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出。打印机也可以包括：电压检测器，其配置为测量一对端子之间的电压，该一对端子定位为跨经离开喷嘴的金属构建材料和喷嘴开口之间的界面；和处理器，其配置为基于所述电压和用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数计算喷嘴开口和离开喷嘴的金属构建材料之间的温度差。
[0024] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。打印机可以进一步包括：其温度传感器，其配置为测量喷嘴的绝对温度，其中处理器配置为基于喷嘴的绝对温度和喷嘴开口与金属构建材料之间的温度差计算金属构建材料的绝对温度的估计值。处理器可以进一步配置为基于金属构建材料的绝对温度的估计值控制加热系统。处理器可以进一步配置为基于该一对端子之间电压的改变监测金属构建材料的温度改变。处理器可以配置为基于已知情况下的一个或多个测量结果校准所述温度差。可以基于用于金属构建材料和导电喷嘴材料的材料类型将用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数作为常数提供。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度范围。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。打印机可以包括熔丝制造增材制造系统。
[0025] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴将金属构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，监测喷嘴和金属构建材料之间的电压，基于所述电压估计金属构建材料的温度参数，和响应于温度参数控制金属构建材料的温度。
[0026] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。温度参数可以包括喷嘴和金属构建材料之间的相对温度。温度参数可以包括金属构建材料的绝对温度。方法可以进一步包括测量喷嘴的温度，且基于所述电压和用于金属构建材料和喷嘴材料每一个的塞贝克系数估计喷嘴和金属构建材料之间的温度差。金属构建材料可以包括块体金属玻璃、共晶系统的偏离共晶组合物和复合材料中的至少一种，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。控制金属构建材料的温度可以包括控制挤出速率、控制加热系统、和控制喷嘴速度中的至少一种。
[0027] 一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，可以包括实施在非瞬时计算机可读介质中的非瞬时计算机可执行代码，其在打印机上执行时，执行的步骤是：通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，监测喷嘴和金属构建材料之间的电压，基于所述电压估计金属构建材料的温度参数，和响应于温度参数控制金属构建材料的温度。
[0028] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。温度参数可以包括喷嘴和金属构建材料之间的相对温度。温度参数可以包括金属构建材料的绝对温度。计算机程序产品可以进一步包括代码，其执行的步骤是，测量喷嘴的温度，且基于所述电压和用于金属构建材料和喷嘴材料每一个的塞贝克系数估计喷嘴和金属构建材料之间的温度差。
[0029] 用于金属物体三维制造打印机可以包括贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料包括块体金属玻璃，其具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，其能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；和喷嘴，其包括开口，该开口提供用于来自贮存器的金属构建材料的离开路径，其中喷嘴用与金属构建材料不同的导电喷嘴材料形成。打印机可以进一步包括驱动系统，能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出。打印机也可以包括：电压检测器，其配置为测量一对端子之间的电压，该一对端子定位为跨经离开喷嘴的金属构建材料和喷嘴开口之间的界面；和处理器，其配置为基于电压改变计算块体金属玻璃的结晶度改变，所述结晶度改变与喷嘴开口和离开喷嘴的金属构建材料之间的温度差改变无关，该温度差改变是基于所述电压和用于金属构建材料和导电喷嘴材料每一个的塞贝克系数。
[0030] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。处理器可以进一步配置为响应于所述电压改变降低施加到金属构建材料的热量，以抑制结晶的开始。处理器可以进一步配置为响应于所述电压改变增加施加到金属构建材料的热量，以促进结晶的开始。
[0031] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。一个或多个接触探针可以用于将喷嘴的高度和/或位置例如检测为零、中心，或在打印之前以其他方式校准喷嘴，或在制造期间确定相对于构建材料沉积层的高度。
[0032] 用于金属物体三维制造的打印机可以包括：贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的构建材料的离开路径；和驱动系统，其能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出。打印机可以进一步包括接触探针，其配置为电子地检测接触探针与喷嘴表面的接触，该接触探针定位为在预定位置形成与喷嘴表面的接触。打印机也可以处理器，其配置为对于基于与一个或多个位置的接触的控制信号做出响应。
[0033] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。打印机可以包括熔丝制造增材制造系统。预定位置可以包括在打印机的构建空间中的预定位置。处理器可以配置为基于对与喷嘴表面的接触的检测来校准机器人系统中的让喷嘴在打印机的构建空间中运动的一个或多个马达的位置。打印机可以进一步包括多个接触探针，其中处理器配置为基于与多个接触探针每一个同时发生的接触而让喷嘴中心定位。预定位置可以包括相对于打印机的构建平台的预定高度。预定位置可以包括相对于在制造过程中先前从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度。预定位置可以包括相对于在制造过程中当前从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度。打印机可以进一步包括第二接触探针，其以固定对准关系与接触探针联接，接触探针和第二接触探针可控地定位在打印机的构建空间中，其中处理器配置为将第二接触探针定位为与沉积为形成物体的金属构建材料的露出顶表面接触，和基于与喷嘴表面的接触确定喷嘴相对于露出顶表面的高度。
[0034] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴将金属构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，基于对喷嘴表面在预定位置处与接触探针的接触的电气检测而检测喷嘴的位置，和基于所述接触控制喷嘴的位置。
[0035] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属构建材料可以包括块体金属玻璃。金属构建材料可以共晶系统的偏离共晶组合物。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。预定位置可以包括在打印机的构建空间中的预定位置。方法可以进一步包括基于对与喷嘴表面的接触的检测，校准机器人系统中让喷嘴沿构建路径运动的一个或多个马达的位置。预定位置可以包括相对于打印机的构建板的预定高度。
[0036] 一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，可以包括实施在非瞬时计算机可读介质中的非瞬时计算机可执行代码，其在打印机上执行时，执行的步骤是：通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，基于对喷嘴表面在预定位置处与接触探针的接触的电气检测而检测喷嘴的位置，和基于所述接触控制喷嘴的位置。
[0037] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。喷嘴清理固定件可以设置为用于打印机，该打印机成形为从喷嘴实体地逐出固化构建材料和其他污染物。一种用于打印机的机器人系统可用于操作喷嘴以与喷嘴清理固定件接合，用于周期性清理或对表面喷嘴堵塞的诊断情况等做出响应。
[0038] 用于金属物体三维制造的打印机可以包括：贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的构建材料的离开路径；驱动系统，其能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以足够的力在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；构建板；机器人系统，其配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体；喷嘴清理固定件；和控制器，配置为操作机器人系统，以让喷嘴的开口运动为与喷嘴清理固定件接合，以将妨碍物逐出离开路径。
[0039] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。金属构建材料可以包括金属粉末和粘合剂体系，该粘合剂体系用增容剂、增塑剂、热朔性、和蜡中的至少一种形成。金属构建材料可以包括粉末冶金组合物。喷嘴清理固定件可以在构建板上。喷嘴清理固定件可以包括销，该销成形为在开口置于销上方时机械地逐出离开路径中的妨碍物。喷嘴清理固定件可以包括尖锐边缘，其定位为在销接合开口时从开口去除材料。喷嘴清理固定件可以包括电流源，其配置为经过开口中的金属构建材料施加焦耳加热电流，以便让金属构建材料熔化并流动通过喷嘴。喷嘴清理固定件可以包括微波能量源，其配置为将金属构建材料加热到熔化温度以上。控制器可以配置为根据预定喷嘴清理计划让喷嘴的开口运动为与喷嘴清理固定件接合。控制器可以配置为响应于对通过喷嘴的流动形成潜在妨碍物的检测而让喷嘴开口运动为与喷嘴清理固定件接合。
[0040] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：通过打印机的喷嘴将金属构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体；检测对金属构建材料通过喷嘴的流动的潜在妨碍物；和让喷嘴运动为与喷嘴清理固定件接合，以有助于妨碍物的去除。
[0041] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物可以包括，检测驱动系统上的增加载荷，所述驱动系统将金属构建材料驱动通过喷嘴。喷嘴清理固定件可以包括销，该方法进一步包括将销插入通过喷嘴的开口。喷嘴清理固定件可以包括微波能量源，该方法进一步包括从微波能量源向金属构建材料施加足以使得金属构建材料液化的微波能量。喷嘴清理固定件可以包括电流源，方法进一步包括从电流源施加经过喷嘴中的金属构建材料以足以使得金属构建材料液化的电流。
[0042] 一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品，该计算机程序产品包括实施在非瞬时计算机可读介质中的计算机可执行代码，其在打印机上执行时执行的步骤是：通过打印机的喷嘴将金属构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，检测对金属构建材料通过喷嘴的流动的潜在妨碍物；和让喷嘴运动为与喷嘴清理固定件接合，以有助于妨碍物的去除。
[0043] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。检测对金属构建材料通过喷嘴的流动造成妨碍的潜在妨碍物可以包括，检测驱动系统上的增加载荷，所述驱动系统将金属构建材料驱动通过喷嘴。
[0044] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。使用可溶解块体金属玻璃，可以将热兼容支撑结构形成到物体的支撑区域。
[0045] 用于金属物体三维制造的打印机可以包括：第一挤出机，配置为在增材制造过程中沉积金属构建材料；和第二挤出机，配置为针对增材制造过程沉积支撑材料，其中支撑材料包括可溶解块体金属玻璃。打印机也可以包括机器人系统，其配置为让第一挤出机和第二挤出机相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体和用支撑材料制造支撑结构。
[0046] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属构建材料可以包括块体金属玻璃。金属构建材料可以共晶系统的偏离共晶组合物。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。可溶解块体金属玻璃可以包括镁。可溶解块体金属玻璃可以包括钙。可溶解块体金属玻璃可以包括锂。可溶解块体金属玻璃可溶解在含有氯化氢的水溶液中。可溶解块体金属玻璃可溶解在水溶液中。可溶解块体金属玻璃以比金属构建材料快十倍的速率溶解在预定溶剂中。
[0047] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：在从第一喷嘴挤出支撑材料以制造用于物体的支撑结构的同时让第一喷嘴相对于构建板沿第一构建路径运动，其中支撑材料包括可溶解块体金属玻璃。方法也可以包括让第二喷嘴相对于构建板沿第二构建路径运动，以用金属构建材料在支撑结构上方制造物体的一部分，其中第二构建路径是基于物体的计算机化模型。
[0048] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属构建材料可以包括块体金属玻璃。金属构建材料可以共晶系统的偏离共晶组合物。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。可溶解块体金属玻璃可以包括镁合金。可溶解块体金属玻璃可以包括钙合金。可溶解块体金属玻璃可以包括锂合金。方法可以进一步包括将可溶解块体金属玻璃溶解在水溶液中。方法可以进一步包括将可溶解块体金属玻璃溶解在含有氯化氢水溶液中。可溶解块体金属玻璃以至少比金属构建材料大十倍的速率溶解在预定溶剂中。
[0049] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：在从第一喷嘴挤出支撑材料以制造用于物体的支撑结构的同时让第一喷嘴相对于构建板沿第一构建路径运动；让第二喷嘴相对于构建板沿第二路径运动，以用可溶解块体金属玻璃在支撑结构上方制造可溶解的释放层；和让第三喷嘴相对于构建板沿第三构建路径运动，以用金属构建材料在可溶解的释放层上方制造物体的一部分，其中第三构建路径是基于物体的计算机化模型。
[0050] 一种制造物品可以包括支撑结构，其用于对物体的一部分进行增材制造，该支撑结构用可溶解块体金属玻璃形成。制造物品也可以包括在支撑结构附近的物体表面，其中物体的该表面用金属构建材料形成。
[0051] 打印机使用熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化模型制造物体。制造期间接收物体构建板包括具有低熔化温度材料涂层，例如低熔化温度焊剂。具体说，材料可以是合金，其可在接收该物体的同时被固化，且随后加热到液态，以有助于在制造完成之后在足够低以使得邻近的被制造物体不会熔化或变形的温度下去除该物体。
[0052] 一种用于金属物体三维制造的打印机可以包括：金属构建材料供应源，该金属构建材料具有加工温度范围，在该加工温度范围其具有呈现出适于熔丝制造的流变性能的可流动状态；构建板；挤出机，配置为在增材制造过程中在构建板上沉积金属构建材料；和构建板上的涂层，该涂层用一材料形成，该材料具有的熔化温度低于金属构建材料的加工温度范围的下限。
[0053] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。打印机可以进一步包括用于构建板的冷却系统，该冷却系统配置为在构建板上进行物体制造期间将构建板上的材料保持在低于熔化温度的温度。打印机可以进一步包括用于构建板的加热系统，该加热系统配置为将构建板上的材料加热到熔化温度以上，用于在制造之后从构建板去除物体。加热系统可以配置为，通过将构建板上的材料加热到高于涂层的熔化温度且低于物体加工温度范围的下限，而有助于去除物体，而不会造成物体变形。涂层的材料可以包括低熔化温度焊剂。涂层的材料可以包括含有铋的焊剂合金。涂层的材料可以包括含有铟的焊剂合金。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。金属构建材料可以包括用于基于计算机化模型制造物体的构建材料。金属构建材料可以包括用于支撑用第二材料制造的物体的支撑材料。
[0054] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：为构建板提供具有一熔化温度的材料涂层；和在构建板的涂层上用金属构建材料制造一结构，其中金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态，且其中涂层的熔化温度低于加工温度范围的下限。
[0055] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。方法可以进一步包括冷却构建板，以在露出到金属构建材料时将涂层保持在低于熔化温度的温度。方法可以进一步包括在完成所述结构的制造之后将涂层加热到熔化温度以上，并在涂层为液体时将所述结构从构建板去除。所述结构可以包括提交给用于制造的打印机的计算机化模型中所描述的物体。所述结构可以包括用于通过打印机进行制造的物体的支撑结构。涂层的材料可以包括低熔化温度焊剂。涂层的材料可以包括含有铋的焊剂合金。涂层的材料可以包括含有铟的焊剂合金。金属构建材料可以包括块体金属玻璃、共晶系统的偏离共晶组合物和复合材料中的至少一种，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性。
[0056] 用于挤出金属构建材料(例如块体金属玻璃)的控制回路测量挤出构建材料所需的力，且使用该感测参数以估计构建材料的温度。温度或估计温度和目标温度之间的差可用于加快或减慢构建材料的挤出，以控制沿进给路径从加热系统而来的热传递。该通常控制回路可以被改变，以计入其他可能的情况，例如喷嘴堵塞或结晶开始。
[0057] 用于金属物体三维制造的打印机可以包括：贮存器，具有从材料源接收金属构建材料的入口，金属构建材料具有一加工温度范围，在该加工温度范围，其具有呈现适于熔丝制造的流变性能的可流动状态。打印机也可以包括：加热系统，能操作为将贮存器中的金属构建材料加热到在该加工温度范围内的一温度；喷嘴，包括开口，该开口提供用于来自贮存器的构建材料的离开路径；驱动系统，其能操作为机械地接合金属构建材料并让来自材料源的金属构建材料前进到贮存器，以在该加工温度范围内的一温度下将金属构建材料通过喷嘴中的开口挤出；力传感器，配置为测量抵抗金属构建材料沿进给路径前进通过喷嘴的力；和处理器，联接到力传感器和驱动系统，处理器配置为根据通过力传感器测量的力而调整驱动系统的速度。
[0058] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。处理器可以配置为在所述力减小时增加驱动系统的速度以减少热传递，和在所述力增加时减小驱动系统的速度以增加热传递。处理器可以配置为保持用于所述力的预定目标值，其代表在该加工温度范围内的一温度。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中预定目标值根据块体金属玻璃的时间-温度转变曲线变化，以避免块体金属玻璃的结晶。处理器可以配置为基于抵抗金属构建材料前进的力和驱动系统的速度检测错误状况，且响应于错误状况启动补救措施。补救措施可以包括清理喷嘴。补救措施可以包括暂停制造过程。金属构建材料可以包括块体金属玻璃，且其中加工温度范围包括高于块体金属玻璃的玻璃转变温度和低于块体金属玻璃的熔化温度的温度。金属构建材料可以包括偏离共晶组合物，且其中该加工温度范围包括最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。金属构建材料可以包括复合材料，该复合材料具有在第一温度下熔化的金属基质和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下仍保持惰性，且其中该加工温度范围包括金属基质熔点以上的一些温度。金属构建材料可以包括包晶体组合物且加工温度范围包括一些温度，在这些温度，包晶体组合物呈现含有大体积百分比的液体和大体积百分比的固体的平衡体积分数，且其中包晶体组合物呈现的介质粘性为约一百帕秒到一千帕秒。金属构建材料可以包括金属粉末和粘合剂体系，该粘合剂体系用增容剂、增塑剂、热朔性、和蜡中的至少一种形成。打印机可以包括熔丝制造增材制造系统。打印机可以进一步包括构建板和机器人系统，机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用金属构建材料制造物体。
[0059] 一种用于在物体三维制造中控制打印机的方法可以包括：用加热系统加热金属构建材料；通过驱动系统以一速度让金属构建材料前进通过打印机的喷嘴；监测驱动系统上的抵抗金属构建材料前进通过喷嘴的力；和根据驱动系统上的力调整驱动系统的速度。
[0060] 实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。调整速度可以包括，在所述力减小时增加驱动系统的速度以减少热传递，和在所述力增加时减小驱动系统的速度以增加热传递。方法可以进一步包括保持用于所述力的预定目标值，其代表金属构建材料的预定温度。金属构建材料可以块体金属玻璃，且其中预定温度根据块体金属玻璃的时间-温度转变曲线变化，以避免块体金属玻璃的大量结晶。方法可以进一步包括在制造过程中与驱动系统速度成比例地调整喷嘴运动速度，以便保持用于制造过程的基本上恒定的材料沉积速率。
方法可以进一步包括基于驱动系统上的力和驱动系统的速度之间的关系检测打印机中的错误状况，且响应于错误状况启动补救措施。驱动系统上的力可以包括供应到喷嘴的金属构建材料上的轴向力或驱动系统的马达上的旋转力中的至少一种。
方法可以进一步包括基于驱动系统上的力和驱动系统的速度之间的关系检测打印机中的错误状况，且响应于错误状况启动补救措施。驱动系统上的力可以包括供应到喷嘴的金属构建材料上的轴向力或驱动系统的马达上的旋转力中的至少一种。
[0061] 一种用于在金属物体三维制造中控制打印机的计算机程序产品可以包括实施在非瞬时计算机可读介质中的非瞬时计算机可执行代码，其在一个或多个处理器上执行时，执行的步骤为：用加热系统加热金属构建材料；通过驱动系统以一速度让金属构建材料前进通过打印机的喷嘴；监测驱动系统上的抵抗金属构建材料前进通过喷嘴的力；和根据驱动系统上的力调整驱动系统的速度。附图说明
[0062] 从与附图相关的以下实施例的详细描述能理解本文所述的装置、系统、和方法上述和其他目的、特征和优点，如附随的附图所示。附图不必按比例绘制，而重点是显示了本文所述的装置、系统、和方法的原理。
[0063] 图1是增材制造系统的方块图。
[0064] 图2是计算机系统的方块图。
[0065] 图3显示了用于示例性块体金属玻璃的时间-温度-转变(T)的示意图。
[0066] 图4显示了共晶系统的偏离共晶组合物的相图。
[0067] 图5显示了用于包晶系(peritectic system)的相图。
[0068] 图6显示用于三维打印机的挤出机。
[0069] 图7显示了用于在物体三维制造中操作打印机的方法流程图。
[0070] 图8显示了用于三维打印机的挤出机。
[0071] 图9显示了用于三维打印机的挤出机。
[0072] 图10A显示了铺展成形沉积喷嘴(spread forming deposition nozzle)。
[0073] 图10B显示了铺展成形沉积喷嘴。
[0074] 图11显示了用于制造导能部的喷嘴的截面。
[0075] 图12显示了形成在沉积的构建材料层中的导能部。
[0076] 图13显示了具有多个沟槽的喷嘴出口的俯视图。
[0077] 图14显示了具有多个突出部的喷嘴出口的俯视图。
[0078] 图15示出了用于通过塞贝克效应监测温度的方法。
[0079] 图16显示了用于三维打印机的挤出机。
[0080] 图17显示了在三维打印机中使用喷嘴清理固定件的方法。
[0081] 图18显示了用于检测喷嘴位置的方法。
[0082] 图19显示了用于使用可溶解块体金属玻璃支撑材料的方法。
[0083] 图20显示了用于可控地将物体固定到构建板的方法。
具体实施方式
[0085] 现在将参考附图在下文更完全地描述本发明，其中显示了优选实施例。但是，前文可以以许多不同形式实施且以下的描述并理解为时限制性的，除非另有说明。
[0086] 所有本文提到的文献通过引用全部并入本文。以单数形式描述的项目应该被理解为包括多个项目，且反之亦然，除非另有明确描述或从上下文可清楚得知。语法连词的目的是表示所连接短语、句子、词语等的任何和全部分离和连结的组合，除非另有说明或从上下文清楚得知。由此，术语“或”通常应该被理解为表示“和/或”等等。
[0087] 本文对数值范围的描述不是限制性的，表示落入该范围的任何和所有值的个别替代，除非在本文另有说明，且这种范围内的每一个单独值并入到到本说明书中，如单独在本文描述了一样。词语“约”、“大约”、“基本上”等在与数值连用时应理解为表示本领域技术人员为满足特定目的的需要进行操作所带来的偏差。值和/或数值的范围在本文仅作为例子提供，且构成对所述实施例范围的限制。使用本文提供的任何和所有例子或示例性用语(“例如”、“如”等)目的仅仅是更好地给出实施例而不是对实施例或权利要求的范围做出限制。说明书中的用语不应被理解为表示对于实施所述实施例来说必不可少的任何未要求的要素。
[0088] 在以下描述中，应理解，例如“第一”、“第二”、“顶”、“底”、“上”、“下”等的术语是为方便所使用的词语且不应被理解为是限制性术语，除非明确说明相反情况。
[0089] 通常，以下描述重点在于使用金属作为用于形成三维物体的构建材料的三维打印机。更具体地，本文重点在于金属三维打印机，其沉积金属、金属合金、或其他金属组合物(metallic compositions)，用于使用熔丝制造或相似技术形成三维物体。在这些技术中，材料微珠以分层的一系列二维样式按“路途”或“路径”挤出，以从数字模型形成三维物体。然而，应理解，其他增材制造技术和其他构建材料也可以或代替地与本文所构思的许多技术一起使用。由此，虽然装置、系统、和方法重点在于使用熔丝制造进行金属三维打印，但是本领域技术人员应理解本文描述的许多技术可以适于使用其他材料(例如热塑性或其他聚合物等，或装载在可挤出粘合剂基体中的陶瓷粉末)和其他增材制造技术(包括但不限于多点喷射打印、电流体喷射、气动喷射、立体平版印刷、数字光处理器(DLP)三维打印、选择性激光烧结、喷黏著剂等)的三维打印。这种技术可以得益于下文所述的系统和方法，且所有这种打印技术目的是落入本发明的范围内，且在例如“打印机”、“三维打印机”、“制造系统”、“增材制造系统”等术语的范围内，除非更具体的含义被具体给出或从上下文清楚得知。进一步地，如果在具体的上下文中没有说明打印机的类型，则应理解应包括任何和所有这些打印机，例如在没有参考特定类型的三维打印过程来描述具体材料、支撑结构、物品制造或方法的情况下。
[0090] 许多金属构建材料可以用于本文所述的技术。在一个方面，金属构建材料可以包括块体金属玻璃(BMG)。块体非晶合金(bulk-solidifying amorphous alloys)或块体金属玻璃(BMG)是金属合金，其已经被过冷到无定形的非晶体状态。在该状态下，许多这些合金可被重新加热到玻璃转变温度以上，以产生适用于在熔丝制造过程中挤出(extrusion)的流变性，同时仍保持其非晶体微细构造。由此，这些材料可以提供可用于熔丝制造或任何相似的基于挤出或基于沉积的过程的加工温度范围，同时保持无定形结构。无定形合金还在硬度、强度等方面具有许多优于其晶体对应物(crystalline counterparts)的性能。然而，无定形合金也会带来特殊的处理需求。例如，无定形合金的过冷状态在暴露至过长的加热过程时会开始劣化，更具体地是由于结晶作用，这甚至会在低于熔化温度的温度下发生，且在不让合金再熔化并过冷的情况下通常是不可逆的。
[0091] 许多BMG可用作增材制造过程(例如熔丝制造或“FFF”)中的金属构建材料。通常，优选的是在玻璃转变温度(此时可挤出材料)和熔化温度(此时材料熔化且在随后冷却时晶体化)之间具有更大温度窗(temperature window)那些BMGs，但是对于正确发挥功能的FFF系统来说时非必要的。类似地，该温度窗中具体合金的结晶速率会使得某些BMG比其他BMG更适合长期加热和塑性处理。同时，高可延展性、高强度、非脆性通常是期望的性能，使用相对便宜的元素组分也是期望的。尽管各种BMG系统能在各种程度上满足这些标准，但是这些合金对于用在本文所构思的BMG FFF系统中来说是非必要的。许多额外的合金和合金系统可以被有用地采用，例如2015年12月16日提交的美国临时申请No.62/268,458中所述的那些中的任何一种，该申请的全部内容通过引用合并于本文。
[0092] 其他材料也可以或代替地提供类似的有吸引力的性能以用作本文所构思的熔丝制造过程中的金属构建材料。例如，2016年3月2日提交且通过引用全部合并于本文的美国申请No.15/059,256描述了各种多相(multi-phase)构建材料，其使用金属基体和高温惰性第二相的组合，其中的任何一种可以有效地用于熔丝制造。由此，本文所构思的一种有用的金属构建材料包括在第一温度下熔化的金属基体和颗粒形式的高温惰性第二相，该高温惰性第二相至少在大于第一温度的第二温度下保持惰性。
[0093] 在另一方面，共晶系统中未处于共晶组合物的组合物也称为偏离共晶(off-eutectic)或非共晶组合物，其可以被有效地用作金属构建材料。这些偏离共晶组合物包含在不同温度下以不同组合进行固化的组分，以提供具有固体和液体的平衡混合物的半固态，其共同提供适用于熔丝制造或相似的基于挤出的增材制造技术的流变性能。通常，共晶系统的偏离共晶组合物可以相对系统中偏离共晶类属的相对组合物而归类为亚共晶组合物或过共晶组合物，其任何一种可以有效地在用在本文所构思的熔丝制造系统中的某些温度下保持半固态。
[0094] 包晶体中的组合物也可以具有加工温度范围，其具有适用于用在熔丝制造过程中的半固态。例如，包晶体组合物(例如青铜)可以用作用于本文所构思的制造物体构建材料，尤其是在包晶体组合物具有一温度范围且在该温度范围中该组合物呈现固体相和液体相的混合，实现适用于挤出的流变性能。
[0095] 其他材料可以包含金属成分，例如可烧结金属粉末或与热朔性塑料、蜡、增容剂、增塑剂、或其他材料基体混合的其他金属粉末，以获得相对较低温度的金属构建材料，其可在低温度下挤出，在该低温度下基体软化(例如典型的金属熔化温度以下约两百摄氏度或其他温度)。例如，例如金属注射模制材料或其他粉末冶金组合物这样的材料包含大量金属成分，但是在较低温度下可用于挤出加工。包括金属粉末和粘合剂体系的这些材料或其他材料类似地可以用于制造半成品，所述半成品可被断开(debound)并烧结成完全密实的金属物体，且可以被用作本文所构思的金属构建材料。
[0096] 更通常地，具有能提供具有流变性能的加工温度范围的金属成分的任何构建材料可以用作本文所构思的金属构建材料，所述流变性能适用于热挤出加工。该温度窗或加工温度范围的限制取决于组合物的类型(例如BMG、偏离共晶等)以及金属和非金属组分。对于块体金属玻璃，有用的温度范围通常为玻璃转变温度到熔化温度，服从于结晶限制条件。对于偏离共晶组合物，有用的温度范围通常为共晶温度到液相线温度，或固相线温度到液相线温度(但是例如蠕变松弛温度这样的其他度量可以有用地用于对温度窗的上边界进行定量，在该上边界以上组合物的粘性将快速下降)。在这种情况下，相应的加工温度范围被简单地称为用于偏离共晶组合物的最低熔化温度到最高熔化温度的加工温度范围。对于多具有惰性高温第二相的相构建材料，温度窗可以在基础金属合金的熔化温度以上的任何温度开始，且可以范围可达能让第二相在混合物中基本上保持惰性的任何温度。
[0097] 根据前述，本文使用的术语“金属构建材料”目的是指任何含有金属的构建材料(其可以包括元素金属组分或合金金属组分)以及含有其他非金属组分的组合物(其可以针对任何种类的机械、流变、美学或其他目的添加)。例如，非金属强化剂可以添加到金属材料。作为另一例子，金属粉末可以与蜡、聚合物、增塑剂、增容剂或其他粘合剂体系或这些的组合进行组合，以用于挤出。虽然该组合物通常可以不被称为金属，且缺少许多典型的金属总体性质(bulk properties)(例如良好的导电性)，但是从这种材料获得的净形状(net shape)物体可以有效地被烧结为金属物体，且这种用于制造金属物体的构建材料因后文描述的目的被认为是金属构建材料。
[0098] 例如陶瓷中的某些材料也可以适用于用作使用本文公开的许多技术的构建材料。由此本文所述的“构建材料”应该被理解为进一步包括这种陶瓷构建材料和其他材料，除非另有相反说明或从上下文清楚得知。构建材料也可以或代替地包括可烧结粉末，其可以是适用于烧结为密实的最终零件的金属粉末、陶瓷粉末、或任何其他粉末材料。这些可烧结粉末无论是否是金属都可以与任何合适的粘合剂体系组合，以用于挤出和随后加工为最终零件。
[0099] 在本文所述的一些应用中，金属构建材料的导电性能被用在制造过程中，例如用于提供用于感应或电阻加热的电路径。对于这些使用，术语金属构建材料应该更通常地理解为表示含金属构建材料，其具有足够的电导率以形成用于通过其来携带电流的电路。在构建材料被具体用于在增材制造应用中携带电流的情况下，这些材料也可以被称为导电金属构建材料。
[0100] 图1是增材制造系统的方块图。附图中所示的增材制造系统100例如可以是金属打印机(metallic printer)，其包括熔丝制造增材制造系统，或包括任何其他增材制造系统或制造系统的组合，其配置为用于使用例如金属合金或块体金属玻璃这样的金属构建材料进行三维打印。然而，增材制造系统100也可以或代替用于其他构建材料，包括塑料、陶瓷等以及前述的组合。
[0101] 通常，增材制造系统可以包括三维打印机101(或简单地称为‘打印机’101)，其使用熔丝制造或任何相似过程让金属、金属合金、金属复合物(metal composite)等沉积。通常，打印机101可以包括构建材料102，其被驱动系统104推进并被加热系统106加热到可挤出状态，且随后被挤出通过一个或多个喷嘴110。通过同时控制机器人108以相对于构建板114沿挤出路径定位喷嘴(一个或多个)，可以在构建腔室116中的构建板114上制造物体
112。通常，控制系统118管理打印机101的操作，以使用熔丝制造过程等根据三维模型制造物体112。
112。通常，控制系统118管理打印机101的操作，以使用熔丝制造过程等根据三维模型制造物体112。
[0102] 构建材料102例如可以包括本文所述的或2015年12月16日提交的美国临时申请No.62/268,458(其全部内容因此通过引用合并于本文)中所述的任何无定形合金或适用于本文所构思的熔丝制造过程的任何其他块体金属玻璃或其他材料或材料组合。例如，构建材料102也可以或代替地包括偏离共晶组合物或包晶体组合物。在另一方面，构建材料102可以包括具有在第一温度下熔化的金属基质(metallic base)的复合材料以及高温的第二相，所述高温第二相在第一温度以上的温度下保持惰性，例如2016年3月2日提交且通过引用全部合并于本文的美国申请No.15/059,256中所述。构建材料102也可以或代替地包括各种其他材料或复合材料，例如装载了金属的热塑性塑料，其可被挤出为净形状且随后烧结为最终的金属零件，例如粉末冶金材料或金属粉末和粘合剂体系的任何其他组合，该粘合剂体系例如用热朔性塑料、蜡、增容剂、增塑剂或其一些组合形成。其他装载了金属的可挤出组合物通过例子的方式描述于2016年12月14日提交且通过引用并入本文的美国申请
No.62/434,014，其中的任何组合物可以被适当地采用作为本文所构思的构建材料。
No.62/434,014，其中的任何组合物可以被适当地采用作为本文所构思的构建材料。
[0103] 在该描述的情况下，应理解术语“熔化”和其衍生含义在用于表示金属构建材料的熔化温度或用于熔化金属构建材料的过程时可以表示一具体温度，例如用于纯合金的熔化温度，或表示一些温度——其通常是小范围的温度——在这些温度下非理想合金或具有少量污染物或额外金属的材料以多相的固态和液态存在。换句话说，在该情况下熔化温度可以是一温度，在该温度以上基本上所有金属构建材料处于液态，和/或在该温度以下基本上所有金属构建材料处于固态。在其他情况下，例如偏离共晶组合物，合金可以呈现较宽范围的温度，在这些温度下材料具有同时发生的两个相，形成具有适用于挤出的流变性能的浆体。但是，这些偏离共晶体具有熔化温度，在该熔化温度以上它们基本上是完全液态的，但是会在较宽范围的温度下发生向固体的转变，在这些温度下取决于温度的一定百分比的材料在均衡状态下处于固态(和相应的液态)。
[0104] 构建材料102可以按各自成形因素(form factor)或以通过引用合并于本文的材料提供，成形因素包括但不限于本文所述的任何成形因素。构建材料102例如可以从密闭密封的容器等提供(例如用于缓解钝化作用)，作为连续进给(例如线)，或作为离散物体(例如棒材或长方柱)，其可随构建材料102的每一个之前离散单元被加热并挤出而被供应到腔室等。在一个方面，构建材料102可以包括添加物，例如碳纤维、玻璃、凯夫拉尔纤维、硼硅土(boron silica)、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。在一个方面，添加物(一种或多种)可以用于增加经打印的物体的强度。在另一方面，添加物(一种或多种)可以用于通过保持喷嘴和被制造物体的经冷却刚性部分之间的结构路径而扩展桥接能力(bridging capability)。在一个方面，两种构建材料102可以例如被两个不同喷嘴同时使用，其中一个喷嘴通常用于制造而另一喷嘴用于桥接、支撑或实现相似特点。
[0105] 构建材料102可以包括金属线，例如具有的直径约为80μm、90μm、100μm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm，或任何其他合适直径的线。构建材料102的棒材也可以或代替地使用，例如具有较宽的直径，例如8mm、9mm、10mm、或任何其他合适直径。在另一方面，构建材料102可以是金属粉末，其可以装载到粘合剂体系中，用于使用本文所构思的技术加热和挤出。所述技术例如尤其可以用于制造半成品，该半成品可随后被断开并烧结为最终金属部件。
[0106] 构建材料102可以具有适用于在熔丝制造过程中挤出的任何形状或尺寸。例如，构建材料102可以是小球或颗粒形式，用于加热和挤压，或构建材料102可以形成为线(例如在线轴上)、坏料等，用于进给到挤出过程。更通常地，可适当地采用以用于加热和挤出的任何几何形式可用作用于本文所构思的构建材料102的成形因素。这可以包括松散块体形状，例如球形，椭圆形或片状颗粒，以及连续进给形状，例如棒材，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，颗粒可以具有约1微米到约100微米的平均直径，例如约5微米到约80微米，约10微米到约60微米，约15微米到约50微米，约15微米到约45微米，约20微米到约40微米，或约25微米到约35微米。例如，在一个实施例中，颗粒的平均直径为约25微米到约44微米。在一些实施例中，还可以或代替地使用个更小的颗粒(例如在纳米范围的颗粒)或更大的颗粒(例如大于100微米的颗粒)。
[0107] 本文所述的，构建材料102可以包括金属。通过非限制性的例子，金属可以包括铝(例如元素铝)、铝合金或含有非金属材料(例如陶瓷或氧化物)的铝复合材料。金属也可以或代替地包括铁。例如，金属可以包括含铁合金，例如钢、不锈钢或一些其他合适合金。金属也可以或代替地包括金、银或其合金。金属也可以或代替地包括超合金、镍(例如镍合金)、钛(例如钛合金)等中的一种或多种。更通常地，适用于制造本文所构思的物体的任何金属也可以或代替地被采用。
[0108] 本文使用的术语“金属”可以涵盖均质金属复合物和其合金，以及额外材料，例如改性剂、填充剂、着色剂、稳定剂、强化剂等。例如，在一些实施方式中，非金属材料(例如塑料、玻璃、碳纤维等)可以被嵌入作为支撑材料，以加强金属构建材料的结构完整性。可以基于与玻璃转变温度匹配的熔化温度或无定形金属的其他更低粘性温度(例如玻璃转变温度到熔化温度之间的温度)选择对无定形金属的非金属添加物。非金属支撑材料的存在可以在许多制造情况下是有利的，例如扩展的桥接性，这种情况下构建材料被定位在大的无支撑区域上。而且，可以有效地使用本文所构思的系统和方法来沉积其他非金属复合材料(例如牺牲性支撑材料)。由此，例如，具有高熔化温度(其与金属构建材料的温度范围(即玻璃转变温度到熔化温度)匹配)的可溶于水的支撑结构可包括在经打印产品中。用在金属物体制造中的所有这种材料和组合物(要么作为金属的物体成分或是作为用于辅助金属物体制造的补充材料)目的是应落入到本文所构思的金属构建材料的范围内。
[0109] 本文公开打印机101可以包括用于挤出第一材料的第一喷嘴。打印机101也可以包括用于挤出第二材料的第二喷嘴，在这种情况下，第二材料具有补充功能(例如作为支撑材料或结构)或提供具有不同机械、功能、或美学性能的第二构建材料，以用于制造多材料物体。第二材料例如可以被添加物所强化，使得第二材料在挤出温度下具有足够的拉伸强度或刚度，以在无支撑桥接操作期间保持第二喷嘴和物体的固化部分之间的结构路径。其他材料也可以或代替地用作第二材料。例如，这可以包括与用于填充、支撑、分离层等的聚合物热匹配。在另一方面，这可以包括支撑材料，例如可溶于水的支撑材料，其具有在用于挤出第一材料的温度窗处或附近的高熔化温度。有用的可分解材料可以盐或任何其他可溶于水的材料(一种或多种)，其具有适用于本文所构思的挤出的合适热性能和机械性能。尽管打印机101可以有效地包括两个喷嘴，但是应理解，根据必要的或用于具体制造过程的材料数量，打印机101可以更通常地并入任何实用数量的喷嘴，例如三个或四个喷嘴。
[0110] 一方面，构建材料102可以作为坯料或其他离散的单元(接续地)进给到中间腔室，用于输送到构建腔室116并随后加热和沉积。构建材料102也可以或代替地设置在具有真空环境的仓盒中，该真空环境可直接或间接地联接到构建腔室116的真空环境。在另一方面，构建材料102(例如线等)的连续进给可以通过真空垫圈以连续方式进给到构建腔室116，其中真空垫圈(或任何相似的流体密封件)允许让构建材料102进入腔室116同时仍保持腔室116内的受控构建环境。
[0111] 尽管以下描述强调了金属构建材料，以下方法和系统中的许多也可有效地用于其他类型材料。由此，本文使用的术语“构建材料”应该理解为包括其他增材制造材料，且具体是适用于熔丝制造的增材制造材料。这可以例如包括热朔性塑料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)或任何其他合适聚合物等。在另一方面，构建材料102可以包括蜡、热朔性塑料、增容剂、增塑剂或装载有金属粉末等的这些材料的一些组合的粘合剂体系，其适用于半成品的熔丝制造，该半成品可断开并烧结为最终金属物体。其他可烧结粉末(例如陶瓷粉末或陶瓷和金属粉末的组合)可以类似地装载到粘合剂体系中，用于作为构建材料挤出。所有这种材料目的是落入术语“构建材料”的范围内，除非明确说明或从上下文清楚得知不同的含义。
[0112] 驱动系统104可以包括任何合适的齿轮、挤压活塞等，用于将构建材料102连续或有序地进给到加热系统106。在一个方面，驱动系统104可以包括齿轮，例如正齿轮，其具有成形为与构建材料中的相应特征(例如突脊、凹槽或其他正或负卡持部)啮合的齿。在另一方面，驱动系统104可以使用经加热的齿轮或螺纹机构，以让构建材料变形并与之接合。由此，在一个方面用于金属FFF过程的打印机可以将金属加热到用于挤出的加工温度范围内的一温度，且将与金属接合、让金属变形、并在朝向喷嘴110的进给路径中驱动金属的齿轮加热。在另一方面，驱动系统104可以包括多个级。在第一级中，驱动系统104可以加热材料并形成螺纹或其他特征，其可向材料提供正(positive)抓持牵引。在下一级，与这些特征匹配的齿轮等可用于让构建材料沿进给路径前进。
[0113] 在另一方面，驱动系统104可以使用波纹管或任何其他可折叠或可伸缩的压机，以将棒材、坯料、或构建材料的相似单元驱动到加热系统106中。类似地，压电或直线步进驱动器可以用于使用非连续的步进序列中的离散机械前进增量而让构建介质的单元以有序的方式前进。
[0114] 加热系统106可以采用搁置技术来将金属构建材料加热到适用于挤出的加工温度范围内的温度。对于本文所构思的熔丝制造系统，其更通常是一些温度，在这些温度下构建材料呈现适用于熔丝制造或相似的基于挤出的过程的流变性能。这些性能通常被理解为例如用于热塑性塑料，例如用在熔融沉积造型中，但是许多金属构建材料具有类似合适的性能，但是许多材料具有更大的力和更高温度，用于加热、变形和流动通过喷嘴，使得它们可以在力存在的情况下且在熔融到下层的温度下沉积到物体上。除此之外，这需要在高温下的可塑性，其可被推动通过喷嘴以用于沉积(以适用于三维打印的时间尺度而言)，且需要在较低温度下的刚度，其可用于向进给路径下游下贮存器传输力，在该贮存器中构建材料可被加热到可流动状态并被迫离开喷嘴。
[0115] 该加工温度范围可以根据被加热系统106加热的构建材料102的类型改变。例如，在构建材料102包括块体金属玻璃的情况下，加工温度范围可以包括在用于块体金属玻璃的玻璃转变温度以上且在用于块体金属玻璃的熔化温度以下的温度。使用块体金属玻璃也会受到时间-温度-转变曲线的限制，该曲线特点是在材料保持在高温时开始结晶。在构建材料102包括共晶系统的偏离共晶组合物的情况下，加工温度范围可以包括在偏离共晶系统的最低熔化温度以上且在偏离共晶系统的最高熔化温度以下的一些温度。构建材料102也可以或代替地包括复合材料，其具有在第一温度下熔化的金属基质和至少在大于第一温度的第二温度下保持惰性的颗粒形式的高温惰性第二相。对于这类材料，加工温度范围可以包括在金属基质熔点以上且在惰性第二相的反应或分解温度以下的一些温度范围。在另一方面，构建材料102可以包括包晶体组合物和，且加工温度范围可以包括任何一些温度，在这些温度下包晶体组合物呈现大体积分数的固体和液体。
[0116] 适用于在构建材料102中保持相应加工温度范围(其中且按照需要用于驱动构建材料102达到并通过喷嘴110)的任何加热系统106或加热系统的组合可以被适当地用作本文所构思的加热系统106。在一个方面，例如感应或电阻加热这样的电气技术可以被有效地应用，以加热构建材料102。由此，例如，加热系统106可以是感应加热系统或电阻加热系统，其配置为对围绕构建材料102的腔室电加热，对的在加工温度范围内的温度，或这可以包括例如感应加热系统或电阻加热系统这样的加热系统，其配置为通过应用电能直接加热材料本身。因为金属构建材料通常是导电的，所以它们可以通过接触方法(例如通过施加电流的电阻加热)或非接触方法(例如使用外部电磁体以在材料中驱动涡流的电感加热)被电加热。在直接加热构建材料102时，对构建材料102的形状和尺寸进行建模可用于更好地控制电感加热。这可以包括估计或实际测量构建材料102的形状、尺寸、质量等，以及与构建材料102的整体电磁性能有关的信息。加热系统106也可以包括用于例如使用化学加热、燃烧、激光加热或其他光学加热、辐射加热、超声加热、电子束加热等来局部地或全局地增强加热的各种补充系统。
[0117] 应理解，磁力也可以用于辅助本文所构思的制造过程。例如，磁力可以特别应用于含铁的金属，用于施加力来控制的构建材料102路径。这尤其可以在过渡的情况(transitional scenario)下使用，例如在这种情况下BMG被加热到熔化温度以上，以便在物体和支撑结构之间的界面处促进结晶。在这些情况下，磁力可有效地补充表面张力，以在层的期望区域中保持熔化的合金。
[0118] 为了有助于对构建材料102进行电阻加热，一个或多个接触垫、探针等可以被定位在用于材料的进给路径中，例如在喷嘴或加热贮存器的内部，以便提供用于通过材料在适当位置(一个或多个)形成电路的位置。为了有助于电感加热，一个或多个电磁体可以定位在进给路径附近的合适位置处，且例如被控制系统118操作，以通过形成涡流而在内部加热构建材料102。在一个方面，这些技术二者可以同时使用以在构建材料102中实现更严格控制或更均匀分布的电加热。打印机101也可以加装设备，以各种方式监测最终的加热。例如，打印机101可以监测输送到电感或电阻电路的功率。打印机101也可以或代替地在任何数量的位置测量构建材料102或周围环境的温度。
[0119] 在另一方面，可以通过例如测量将构建材料102驱动通过喷嘴110或进给路径的其他部分所需的力的量而推断构建材料102的温度。在粘性随温度改变的情况下(例如在粘性随温度减小而增加的情况下)，且在粘性的改变造成用于挤出所需的驱动力的改变的情况下，驱动力的改变可以用于估计构建材料的温度。控制回路可以有效地以此为基础建立，以在驱动力增加时减小挤出速率，具体用于增加热传递并提高构建材料102的温度。相反地，控制回路可以在驱动力减小时增加挤出速率或驱动速度，以便减小来自加热系统106的热传递并降低构建材料102的温度。该技术有利地使用力来有效地且即时地测量温度，或更通常地测量温度变化的结果，其与过程控制——驱动力的改变——高度相关(至少达到粘性取决于温度的程度)。同时，该方法有利地使用驱动速度而以可比电阻加热元件等更快地调整加热的方式控制加热。通过以这种方式增加测量速度和响应速度，可以在挤出期间实现温度的改进控制。由此，在一个方面，本文公开了力传感器，其配置为沿经过喷嘴110的进给路径测量抵抗构建材料102(例如金属构建材料)前进的力，且本文公开了处理器，其例如是控制系统118，其联接到力传感器和驱动系统104且配置为根据通过力传感器测量的力来调整驱动系统的速度。应理解，系统可以以各种方式加装设备，以测量将驱动构建材料通过挤出机所需的力，其中的任何一种设备可以有效地被用作本文所构思的力传感器。更通常地，适用于测量构建材料102的温度或粘性并响应地控制所施加电能的任何技术可以用于控制用于本文所构思的金属FFF过程的液化。
[0120] 在一个方面，打印机101可以通过用于控制无定形金属粉末输送的系统来增强，该无定形金属粉末可在制造期间沉积在物体112中和周围，或形成物体中的一些或全部，且该粉末可通过激光加热过程烧结，该激光加热过程将金属粉末的温度升高到足以与邻近的颗粒连结但不足以让材料再结晶的温度。该技术例如可以被用于通过粉末化的无定形合金制造出整个物体，或该技术可以用于增强熔丝制造过程，例如通过提供一机构，以机械地联接在构建腔室中制造的两个或更多物体，或在独立的熔丝制造过程之前、期间或之后增加特征部。
[0121] 加热系统106可以包括剪切引擎(shearing engine)。剪切引擎可以随着构建材料102被加热而在构建材料102中形成剪切，以便例如防止在倾向于部分固化的温度下使用的块体金属玻璃或其他金属组合物发生结晶。对于块体金属玻璃，在加热接近熔化温度或构建材料102被保持在高温下并经过延长的时间段(相对于时间-温度-转变曲线而言)时，切剪引擎可以是尤其有用的。各种技术可以被剪切引擎采用。在一个方面，块体介质可以在其沿进给路径进给到加热系统106中时被轴向旋转。在另一方面，一个或多个超声波换能器可以用于在被加热的材料中引入剪切。类似地，螺纹、柱体、臂、或其他物理元件可以置于被加热介质中且被旋转或以其他方式被促动，以让被加热的材料混合。
[0122] 机器人108可以包括任何机器人部件或系统，其适用于让喷嘴110相对于构建板114沿三维路径运动同时挤出构建材料102，以便根据计算机化的物体模型用构建材料102制造物体112。各种机器人系统在本领域是已知的且适用于用作本文所构思的机器人108。
例如，机器人108可以包括直角坐标机器人或x-y-z机器人系统，其采用多个直线控制器，以在构建腔室116中沿x轴线、y轴线、和z轴线独立地运动。也可以或代替地有用地采用并联机器人(delta robot)，其如果被适当地配置则可在速度和刚性方面提供显著优点，以及提供对固定马达或驱动元件的设计便利性。例如双并联机器人或三并联机器人这样的其他构造可增加使用多个联动装置的动作范围。更通常地，适用于控制喷嘴110相对于构建板114(尤其是在真空或相似环境中)的受控定位的任何机器人可以被有效地采用，包括适用于在构建腔室116中进行促动、操纵、移位的任何机构或机构组合。
例如，机器人108可以包括直角坐标机器人或x-y-z机器人系统，其采用多个直线控制器，以在构建腔室116中沿x轴线、y轴线、和z轴线独立地运动。也可以或代替地有用地采用并联机器人(delta robot)，其如果被适当地配置则可在速度和刚性方面提供显著优点，以及提供对固定马达或驱动元件的设计便利性。例如双并联机器人或三并联机器人这样的其他构造可增加使用多个联动装置的动作范围。更通常地，适用于控制喷嘴110相对于构建板114(尤其是在真空或相似环境中)的受控定位的任何机器人可以被有效地采用，包括适用于在构建腔室116中进行促动、操纵、移位的任何机构或机构组合。
[0123] 机器人108可以通过控制喷嘴110和构建板114中的一个或多个的运动而将喷嘴110相对于构建板114定位。例如，在一个方面，喷嘴110被操作地联接到机器人108，使得机器人108能定位喷嘴110同时构建板114保持静止。构建板114也可以或代替地被操作地联接到机器人108，使得机器人108能定位构建板114同时喷嘴保持静止。或者，这些技术的一些组合可以被采用，例如通过让喷嘴110上下运动以进行z轴线控制，和让构建板114在x-y平面中运动，以提供x轴线和y轴线控制。在一些这种实施方式中，机器人108可以让构建板114沿一个或多个轴线平移，和/或可以让构建板114旋转。
[0124] 应理解，各种结构和技术在本领域是已知的，以沿一个或多个轴线实现受控的直线运动，和/或绕一个或多个轴线实现受控的旋转运动。机器人108例如可以包括多个步进马达，以独立地控制喷嘴110或构建板114在构建腔室116中沿每一个轴线(例如x轴线，y轴线，和z轴线)的位置。更通常地，机器人108可以包括但不限于步进马达、编码DC马达、齿轮、传送带、带轮、蜗轮、螺纹等的各种组合。适用于可控地让喷嘴110或构建板114定位的任何这种布置方式可以适用于本文所述的增材制造系统100。
[0125] 喷嘴110可以包括一个或多个喷嘴，以用于挤出已经被驱动系统104推动且被加热系统106加热的构建材料102。喷嘴110可以包括多个喷嘴，其挤出不同类型的材料，例如使得第一喷嘴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的桥接部、突出部、和其他结构特征(否则将违反用金属构建材料进行制造的设计规则)。在另一方面，喷嘴110中之一可以沉积例如热兼容聚合物和/或装载有纤维的材料这样的材料，以增加拉伸强度或以其他方式改善机械性能。
[0126] 在一个方面，喷嘴110可以包括本文所述的一个或多个超声换能器130。超声可以被有效地施加，以用于本文的各种目的。在一个方面，超声能量可以有助于通过减轻金属(例如BMG)与喷嘴110内表面的粘附而有助于挤出。在另一方面，超声能量可用于破坏经打印介质的在先层上的钝化层，以用于改善层间粘附。由此，在一个方面，金属FFF打印机的喷嘴可以包括超声换能器，其能操作为通过降低与喷嘴的粘附而同时通过从之前的层破坏目标介质上的钝化层而改善层-层连结，从而改善通过喷嘴进行的挤出。
[0127] 在另一方面，喷嘴110可以包括电感加热元件、电阻加热元件、或相似部件，以直接控制喷嘴110的温度。这可以用于沿经过打印机101的进给路径增强通常的液化过程，例如将构建材料102的温度保持在加工温度范围内，或这可以用于更具体的功能，例如通过将构建材料102加热到Tm以上以将构建材料102熔化到液态而清除打印头的堵塞。尽管难以或不可能在该液态下控制沉积，但是加热可提供方便的技术以清理并重置喷嘴110，而不会造成更严重的物理干预，例如从构建腔室去除真空，以拆卸、清理和更换受影响的部件。
[0128] 在另一方面，喷嘴110可以包括进入气体，例如惰性气体，以在介质离开喷嘴110时冷却该介质。更通常地，喷嘴110可以包括任何冷却系统,用于在构建材料102离开喷嘴110时向其施加冷却流体。这种气体喷射例如可以使得挤出的材料立即硬化，以有助于在制造期间可能会需要支撑结构的扩展的桥接部、更大的悬出部或其他结构。
[0129] 在另一方面，喷嘴110可以包括一个或多个机构，以使得沉积材料层变平且施加压力以将该层连结到下层。例如，加热轧辊、滚轮等可以在喷嘴110的通过构建腔室116的x-y平面的路径跟随喷嘴110，以使得已沉积的(且仍然柔韧的)层变平。喷嘴110也可以是或代替地整合成形壁、平面表面等，以在挤出物被喷嘴110沉积时让挤出物获得额外形状或对其进行约束。喷嘴110可以有效地被涂有非粘性材料(其可以根据被使用的构建材料102改变)，以便有助于通过该工具实现更一致的成形和平滑。
[0130] 通常，喷嘴110可以包括贮存器、加热器(例如加热系统106)和出口，该加热器配置为将贮存器中的构建材料(例如金属或金属合金)保持为液体或其他可挤出的形式。喷嘴110的部件(例如贮存器和加热器)可以被包含在壳体等中。一方面，喷嘴110可以包括机械装置，例如阀、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。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)在构建腔室116中相对于构建板114运动。例如，喷嘴110可以通过机器人108沿工具路径运动，同时让构建材料(例如液体金属)沉积以形成物体112，或构建板114可以在构建腔室116中运动同时喷嘴
110保持静止，或一些这种方式的组合。
110保持静止，或一些这种方式的组合。
[0131] 在打印机101包括多个喷嘴110的情况下，第二喷嘴可以有效地提供任何种类的额外构建材料。这例如可以包括具有不同或相似热特性(例如Tg、Tm)的其他金属、热匹配聚合物(以支持多材料打印)、支撑材料、界面材料(用于形成断开支撑部)、可分解材料等。在一个方面，两个或更多喷嘴110可以提供具有不同过冷液体区域的两种或更多不同块体金属玻璃。具有较低过冷液体区域的材料可用作支撑材料，且具有较高温度区域的材料可形成到物体112中。以这种方式，较高温度材料(在物体112中)向较低温度支撑材料的下层沉积可使得，随沉积发生，较低温度材料在二者之间的界面处熔化和/或结晶，使得界面易碎且相对易于通过施加机械力而去除。便利地，块体形式的下层支撑结构的通常不会由于表面加热的这种施加而结晶，因此支撑结构可在其块体形式中保持完整的强度，用于作为单个部件从脆化的界面去除。控制系统118可以配置为控制这些不同构建材料102的位置和温度，以在支撑结构113和物体112之间形成本身易碎的界面层。由此，在一个方面，本文公开了一种打印机，其使用具有第一过冷液体区域的第一块体金属玻璃制造支撑结构层，且使用具有第二过冷液体区域(具有大于第一过冷液体区域的最小温度和/或温度范围)的第二块体金属玻璃在支撑结构层的顶部上制造物体层。
[0132] 由此，如上所述，在一些实施方式中，三维打印机101可以包括能挤出第二块体金属玻璃的第二喷嘴110。第二喷嘴110也可以用于挤出任何数量的其他有用材料，例如蜡、与用在第一喷嘴中的第一材料不同的第二金属、聚合物、陶瓷、或一些其他材料，所述一些其他材料用于提供支撑、使得与支撑结构的界面弱化、或在物体和相关支撑结构上赋予期望性能。控制系统118例如可以配置为同时地、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。
[0133] 物体112可以是适用于使用本文所构思的技术制造的任何物体。这可以包括例如机器部件这样的功能物体，例如雕像这样的美观物体，或任何其他类型的物体，以及可匹配构建腔室116和构建板114的物理限制条件的物体组合。例如大桥接部和悬出部这样的一些结构不能使用FFF直接制造，因为没有可让材料沉积于其上的下层物理表面。在这些情况下，支撑结构113可以优选用可溶解或以其他方式易于去除的材料制造，以便支撑相应特征。
[0134] 构建板114可以用适于从喷嘴110接收沉积金属或其他材料的任何表面或物质形成。构建板114的表面可以是刚性且基本上平面的。在一个方面，构建板114可以被加热，例如以电阻方式或以电感方式，以控制要在其上制造物体112的表面或构建腔室116的温度。这例如可以改善粘附、防止热致变形或故障，且有助于所制造物体中的应力释放。在另一方面，构建板114可以是可变形的结构或表面，其可弯曲或以其他方式物理变形，以便与在其上形成的刚性物体112分离。构建板114也可以包括电接触部，其提供用于对物体112进行内部欧姆加热或对物体112和离开喷嘴110的构建材料102之间的界面进行加热的电路路径。
[0135] 构建板114可以在构建腔室116中运动，例如通过定位组件(例如由于定位喷嘴110的同一的机器人108或不同机器人)。例如，构建板114可以沿z轴线运动(例如上下运动——朝向和远离喷嘴110)，或沿x-y平面运动(例如侧向到侧侧向，例如以形成工具路径或与喷嘴110的运动关联的工作方式，以形成用于制造物体112的工具路径)，或这些运动的一些组合。一方面，构建板114可旋转。
[0136] 构建板114可以包括温度控制系统，用于保持或调整构建板114的至少一部分的温度。温度控制系统可以完全或部分嵌入构建板114中。温度控制系统可以包括但不限于加热器、冷却剂、风扇、风机等中的一个或多个。在一些实施方式中，温度可以被金属打印零件的感应加热所控制。
[0137] 在一个方面，涂层115可以设置在构建板114上，该构建板114用具有的熔化温度低于通过喷嘴110挤出的构建材料102(和/或支撑结构113的支撑材料)的加工温度范围下限的材料形成。该涂层115可以被冷却为固体形式，例如通过用于构建板114的冷却系统117，其可以采用珀尔帖冷却、液体冷却、气体冷却、或任何其他合适技术或技术组合，以在加热的构建材料沉积在其上时将涂层115保持为固态。具体说，冷却系统117可以配置为在构建板114上用构建材料102制造物体112期间将涂层115的材料保持低于涂层115的熔化温度。类似地，打印机的加热系统106可以具体包括用于构建板114的加热系统106，其配置为将构建板114上的涂层115的材料加热到涂层115的熔化温度以上，以允许在制造已经完成之后从构建板114去除物体112。通过将构建板114上的涂层115的材料加热到同时在用于涂层的熔化温度以上且在用于制造物体112的构建材料102的加工温度范围下限以下，这可以有助于去除物体112而不发生物体112的变形。
[0138] 用于金属构建材料的合适的涂层115例如可以包括低熔化温度焊剂，例如含有铋或铟的焊剂合金。在另一方面，涂层115可以有效地用在熔化时不与构建材料102起反应的材料形成，使得涂层115不扩散到物体112的表面或以其他方式对其造成污染。通常具有低反应性的有用的合金可以包括铅与铁的合金、铅与铝合金的合金、锡与铝合金的合金、或以构建材料102(或支撑材料，在适当的情况下)的组分饱和的任何合金，使得它们有效地不会发生混合。
[0139] 通常，构建腔室116承装构建板114和喷嘴110，且保持构建环境适于在构建板114上用构建材料102制造物体112。在适于构建材料102的情况下，其可以包括真空环境、氧气耗尽环境、加热环境和惰性气体环境等。构建腔室116可以是适用于含有构建板114、物体112和打印机101的在构建腔室116中使用以制造物体112的任何其他部件的任何腔室。
[0140] 打印机101可以包括联接到构建腔室116且能操作为在构建腔室116中形成真空的真空泵124。许多合适的真空泵在本领域是已知的且可以适于用作本文所构思的真空泵124。构建腔室116可以形成环境密封腔室，使得其可通过真空泵124或任何相似装置排空，以便提供用于制造的真空环境。这尤其可以在氧气造成钝化层时有用，该钝化层会使得本文所构思的熔丝制造过程中层与层的连结弱化。构建腔室116可以密闭密封、气密密封或以其他方式与环境密封。与环境密封的构建腔室116可排出氧气或以受控的方式填充有一种或多种惰性气体，以提供稳定构建环境。由此，例如，构建腔室116可以基本上填充有一种或多种惰性气体，例如氩气或与被打印机101使用的经加热金属构建材料102不会显著反应的任何其他气体。环境密封可以包括热密封，例如防止从构建空间中的加热部件向环境进行过多热传递，且反之亦然。构建腔室116的密封也可以或代替地包括压力密封，以有助于构建腔室116的增压，例如以提供正压力，其通过氧气和其他环境气体等的包围而抵抗渗透。
为了保持构建腔室116的密封，构建腔室116的包封结构中的任何开口(例如用于构建材料进给、电子器件等)可以适当地包括相应真空密封件等。
为了保持构建腔室116的密封，构建腔室116的包封结构中的任何开口(例如用于构建材料进给、电子器件等)可以适当地包括相应真空密封件等。
[0141] 在一些实施方式中，环境控制元件(例如吸氧物(吸氧剂))可以被包括在支撑结构材料中，以提供局部氧气或其他气体去除。在需要外部通风以保持合适的构建环境的情况下，例如木炭过滤器这样的空气过滤器可以有效地用于对离开构建腔室116的气体进行过滤。
[0142] 一个或多个被动或主动吸氧物126或其他相似氧吸收材料或系统可以有效地用在构建腔室116中，以吸取自由氧气。吸氧物126例如可以包括反应材料的沉积(其涂覆构建腔室116的内表面)，或置于构建腔室116中的单独物体(其通过与残余气体分子组合或对其进行吸收而改善或保持真空)。在一个方面，吸氧物126可以包括优先与氧气反应的任何种类的材料，例如基于钛、铝等的材料。在另一方面，吸氧物126可以包括化学能源，例如易燃气体、气炬、催化加热器、本生灯或进行反应以从环境摄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，其可以被适当地采用以在没有潜在有害的CO的情况下用于该目的。吸氧物126也可以或代替地包括氧气过滤器、电化学氧气泵、覆盖气体供应源(cover gas supply)、空气循环器等。由此，在一些实施方式中，从构建腔室116清除氧气可包括向构建腔室116施加真空、向构建腔室116供应惰性气体、将吸氧物126置于构建腔室116内、对构建腔室116应用电化学氧气泵、通过让构建腔室116中的空气循环通过氧气过滤器(例如多孔陶瓷过滤器)等中的一种或多种方式。
[0143] 在一个方面，吸氧物126(或更通常地，吸气物)可以被沉积作为使用喷嘴110中之一的支撑材料，其有助于在每一次新的制造过程中更换吸气物，并可有利地将吸气物(一个或多个)定位在经打印介质附近，以便在新的材料被沉积在已制造物体上的情况下更局部地去除有钝化效果的气体。吸氧物126也可以或代替地在构建过程期间被作为单独材料沉积。由此，在一个方面，本文公开了用于用金属制造三维物体的过程，包括共同制造含有去除三维物体周围有钝化效果的气体的试剂的实体邻近结构(其可以直接接触或不直接接触三维物体)。其他技术可以类似地用于控制构建腔室116中环境的反应性。例如，构建腔室116可以填充有惰性气体等，以防止氧化。
[0144] 构建腔室116可以包括温度控制系统128，用于保持或调整构建腔室116的至少一部分空间(例如构建空间)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、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，用于按照期望在构建腔室116中传递热量。温度控制系统128也可以或代替地让空气在构建腔室116中运动(例如让空气循环流动)以控制温度，以在构建腔室116中提供更均匀的温度或传输热量到构建腔室116。
[0145] 温度控制系统128或本文所述的任何温度控制系统(例如加热系统106的温度控制系统或构建板114的温度控制系统)可以包括一个或多个主动装置(active devices)，例如将电流转换为热量的电阻元件，响应于施加的电流加热或冷却的珀尔帖效应装置，或任何其他的进行热电加热和/或冷却的装置。由此，本文描述的温度控制系统可以包括向打印机101的部件提供主动加热的加热器、向打印机101的部件提供主动冷却的冷却元件、或这些的组合。温度控制系统可以以通信关系与控制系统118联接，以便控制系统118可控地对打印机101的部件赋予热量或从其去除热量。由此，温度控制系统128可以包括定位在打印机
101的部件中或附近的主动冷却元件，以可控地冷却打印机101的部件。在另一方面，温度控制系统128可以包括适于使得构建板114上的低熔化温度焊剂或其他涂层可控地熔化和固化的加热和冷却系统的任何组合，以可控地将所制造的物体和/或支撑结构固定到构建板
114和从其释放。应理解，各种其他技术可以用于控制打印机101的部件的温度。例如，温度控制系统可以使用气体冷却或气体加热装置，例如在其内部的真空腔室等，其可以按照期望快速增压以加热打印机101的部件或排空以冷却打印机101的部件。作为另一例子，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。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以适于用作本文所述的温度控制系统。
101的部件中或附近的主动冷却元件，以可控地冷却打印机101的部件。在另一方面，温度控制系统128可以包括适于使得构建板114上的低熔化温度焊剂或其他涂层可控地熔化和固化的加热和冷却系统的任何组合，以可控地将所制造的物体和/或支撑结构固定到构建板
114和从其释放。应理解，各种其他技术可以用于控制打印机101的部件的温度。例如，温度控制系统可以使用气体冷却或气体加热装置，例如在其内部的真空腔室等，其可以按照期望快速增压以加热打印机101的部件或排空以冷却打印机101的部件。作为另一例子，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。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以适于用作本文所述的温度控制系统。
[0146] 进一步应理解，用于构建腔室116的温度控制系统128、加热系统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)，或它们可以是分开且独立的温度控制系统。由此，例如，加热的构建板或加热的喷嘴可以对构建腔室116的加热有贡献并形成用于构建腔室116的温度控制系统128的部件。
[0147] 构建腔室116也可以或代替地包括压力控制系统，用于保持或调整构建腔室116的至少一部分空间的压力，例如通过相对于环境压力增加压力，以提供增压的构建腔室116，或相对于环境压力减少压力，以提供真空构建腔室116。如上所述，真空构建腔室116可以有效地整合吸氧物或其他特征，以辅助从构建腔室116排尽气体。类似地，在使用增压的构建腔室116的情况下，构建腔室116可以被惰性气体等填充和增压，以提供用于制造的受控环境。
[0148] 用金属制造的物体可以相对重且难以处理。为了解决该问题，可以提供剪式提升台或其他提升机构，以将已制造物体提升到构建腔室116以外。中间腔室可以有效地被用于将经打印物体传送到构建腔室116以外，尤其是在构建腔室116保持被高度加热、增压或减压环境的情况下，或在通常与至暴露至周围环境相排斥的任何其他处理环境的情况下。
[0149] 通常，控制系统118可以包括控制器等，其配置为控制打印机101的操作。控制系统118能操作为控制增材制造系统100的部件，例如喷嘴110、构建板114、机器人108、各种温度和压力控制系统、和本文所述的增材制造系统100的任何其他部件，以基于三维模型122或描述物体112的任何其他计算机化模型而用构建材料102制造物体112。控制系统118可以包括适于控制本文所述的增材制造系统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、可编程栅极阵列、和任何其他数字和/或模拟部件，以及前述的组合，以及用于收发控制信号、驱动信号、功率信号、传感器信号等的输入和输出装置。在一个方面，控制系统118可以包括微处理器或其他处理电路，其具有足够的计算能力，以提供相关功能，例如执行操作系统、(例如向联接到控制系统118或打印机
101的显示器)提供图形用户界面、将三维模型122转换为工具指令、和通过用于经网络160进行通信的网络接口162运行网络服务器或以其他方式托管远程用户和/或活动。
101的显示器)提供图形用户界面、将三维模型122转换为工具指令、和通过用于经网络160进行通信的网络接口162运行网络服务器或以其他方式托管远程用户和/或活动。
[0150] 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、输入部和输出部、数字-模拟或模拟-数字转换器、和用于控制和/或监测打印机101上执行的制造过程的其他处理电路，例如通过提供指令以控制打印机101的操作。为此，控制系统118可以以通信关系与构建材料102的供应部、驱动系统104、加热系统106、喷嘴110、构建板114、机器人108、和与构建过程关联的任何其他仪器或控制部件(例如温度传感器、压力传感器、氧气传感器、真空泵等)联接。
[0151] 控制系统118可以产生用于被打印机101执行的机器准备代码(machine ready code)，以用三维模型122制造物体112。在另一方面，机器准备代码可以基于三维模型122通过独立的计算装置164产生并通过网络160通信到控制系统118，网络可以包括局域网或例如因特网这样的互连网，且控制系统118可以将机器准备代码解译并针对打印机101的部件产生相应的控制信号。控制系统118可以部署多个策略，以在结构和美感方面改善最终物理物体。例如，控制系统118可以使用槽刨(plowing)、引缩加工(ironing)、平刨(planing)或相似技术，其中喷嘴110在沉积材料的现有层上方行进，例如让材料水平、去除钝化层、或以其他方式制备用于下一层材料的当前层、和/或将材料成形和修整为最终形式。喷嘴110可以包括非粘性表面，以有助于该槽刨过程，且喷嘴110可以被加热和/或振动(使用超声换能器)，以改善平滑效果。在一个方面，这些表面制备步骤可以并入到最初产生的机器准备代码中，例如从三维模型获得的g代码并用于在制造期间操作打印机101。在另一方面，打印机
101可以动态监测沉积层并按逐层方式确定额外表面制备是否必要或是否有助于物体112的成功完成。由此，在一个方面，本文公开了打印机101，其监测金属FFF过程并在之前的金属材料层不适于接收额外金属材料时通过经加热或振动的非粘结喷嘴来进行表面制备步骤。
101可以动态监测沉积层并按逐层方式确定额外表面制备是否必要或是否有助于物体112的成功完成。由此，在一个方面，本文公开了打印机101，其监测金属FFF过程并在之前的金属材料层不适于接收额外金属材料时通过经加热或振动的非粘结喷嘴来进行表面制备步骤。
[0152] 打印机101可以针对喷嘴110测量压力或流率，且控制系统118可以采用相应信号作为过程反馈信号。尽管温度可以是用于金属构建的关键物理量，但是难以在金属FFF过程期间在整个进给路径中准确地测量金属的温度。然而，温度通常可通过构建材料102的粘性来推断，可针对散装材料基于沿进给路径对材料进行驱动需要完成多少工作而容易地对其进行测量。由此，在一个方面，本文公开打印机101，其测量通过驱动系统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，且控制加热系统106以相应调整温度。如上所述，控制系统118也可以或代替地调整挤出速度，作为用于控制从加热系统106向构建材料102的热传递的权宜之计。
[0153] 在另一方面，控制系统118可以控制沉积参数，以改变支撑材料和物体112之间的物理界面。尽管支撑结构113通常用与用于物体112的构建材料不同的材料形成，例如可溶解的材料或更软或更易碎的材料，但是块体金属玻璃的性能可被改变为使用相同打印介质实现类似地有效效果。例如，在支撑结构113中或具体在物体112和支撑结构113之间的界面处，通过喷嘴110施加的压力、液化的温度、任何其他温度相关的过程参数可以被控制，以改变块体金属玻璃的机械性能。作为更具体的例子，层可以在熔化温度附近或以上的温度下制造，以便造成熔化和/或结晶，在界面处形成更易碎的结构。由此，在一个方面，本文公开一种用于制造物体112的技术，包括：用包括块体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)，和在玻璃转变温度到熔化温度之间的一温度下在支撑结构113的顶层上制造物体112的底层。在另一方面，可以产生钝化效果层，从而降低支撑层和物体层之间的连结强度，例如通过允许或促进层之间的氧化。
[0154] 通常，三维模型122或物体112的其他计算机化模型可以被存储在数据库120中，例如用作控制系统118的计算装置的局部存储器，或可被服务器或其他远程资源访问的远程数据库，或存储在控制系统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获取具体三维模型122，且产生机器准备指令，用于被打印机101执行以制造相应物体112。这可以包括创建中间模型，例如其中CAD模型被转换成STL模型或其他多边形网格或其他中间表示，其又被处理为产生机器指令，例如用于通过打印机101制造物体112的g代码。
[0155] 在操作中，为了准备好用于物体112的增材制造，对物体112的设计可以首先提供到计算装置164。设计可以是包括在CAD文件等中的三维模型122。计算装置164通常可以包括自主地或通过用户来对增材制造系统100中的其他部件进行管理、监测、通信、或以其他方式互动的任何装置。这可以包括桌面计算机、笔记本计算机、网络计算机、平板电脑、智能电话、智能手表、或可参与到本文所构思的系统中的任何其他计算装置。在一个方面，计算装置164与打印机101整合。
[0156] 计算装置164可以包括本文所述的控制系统118或控制系统118的部件。计算装置164也可以或代替地对控制系统118进行补充或代替其设置。由此，除非另有明确说明或从上下文清楚得知，否则计算装置164的任何功能可以通过控制系统118执行且反之亦然。在另一方面，计算装置164与控制系统118连通或以其他方式与之联接，例如通过网络160，该网络可以是局域网(其将计算装置164局域联接到打印机101的控制系统118)或例如因特网这样的互联网(其远程地将计算装置164与控制系统118以通信关系联接)。
[0157] 计算装置164(和控制系统118)可以包括处理器166和存储器168，以执行功能并处理与本文所述的增材制造系统100的管理有关的任务。通常，存储器168可以包含计算机代码，其可被处理器166执行以执行本文所述的各种步骤，且存储器可以进一步存储数据，例如通过增材制造系统100的其他部件产生的传感器数据等。
[0158] 一个或多个超声换能器130或相似振动部件可以有效地部署在打印机101中的各种位置。例如，振动换能器可以用于让弹丸、颗粒或其他相似介质在从构建材料102的料斗分配到驱动系统104中时振动。在驱动系统104包括螺纹驱动或相似机构的情况下，以这种方式进行的超声激励可让颗粒更均匀地分布，以防止堵塞或不一致的进给。
[0159] 在另一方面，超声换能器130可以用于让相对高粘性的金属介质(例如经加热的块体金属玻璃)变形并在喷嘴110的热端处经增压模具挤出。一个或多个缓冲器、机械分离器等可以被包括在喷嘴110和其他部件之间，以便隔离喷嘴110中的最终振动。
[0160] 制造期间的详细数据可以被收集，用于随后使用和分析。这例如可以包括来自传感器和计算机视觉系统的数据，其识别在物体112的每一个层中发生的错误、偏差等。类似地，断层摄影术等可以用于检测和测量层-层界面、积聚部分尺寸等。该数据可以被收集并随物体一起传递给终端用户，作为物体112的数字双胞胎(digital twin)140，例如使得终端用户可评估偏差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可以对过程参数进行记录，包括例如收集统计数据，例如所使用材料的重量、打印时间、构建腔室温度变化等，以及按时间顺序对任何感兴趣的过程参数进行记录，例如体积沉积速率(volumetric deposition rate)、材料温度、环境温度等。
[0161] 数字双胞胎140也可以例如在完成的物体112中以逐个体元的方式或以其他测定体积(volumetric)的方式有效地记录构建材料102的热历史。由此，在一个方面，数字双胞胎140可以存储并入到物体112中的构建材料的热历史的时空图(spatial temporal map)，其可以例如被用于估计物体112中块体金属玻璃的结晶状态，且在适当的情况下在制造期间开启补救措施。控制系统118可以使用制造期间的该信息，且可以配置为在制造期间根据热历史的时空图调整熔丝制造系统等的热参数。例如，控制系统118可以有效地冷却构建腔室或降低挤出温度(块体金属玻璃在该挤出温度下接近结晶)。
[0162] 打印机101可以包括摄像机150或其他光学装置。在一个方面，摄像机150可以用于形成数字双胞胎140或提供用于数字双胞胎140的空间数据。摄像机150可以更通常辅助机器视觉功能或辅助制造过程的远程监测。从摄像机150而来的视频或静态图像也可以或代替地用于动态修正打印过程，或对应该在何处以及如何进行自动或手动调整进行视觉化，例如在实际打印机输出与期望输出偏离的情况下。摄像机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，摄像机150可以定位在构建腔室116中，或定位在构建腔室116以外，例如在摄像机150对准腔室壁中形成的观察窗的情况下。
[0163] 增材制造系统100可以包括一个或多个传感器170。传感器170可以与控制系统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的制造进程，且向控制系统118发送信号，其中信号包括对物体112的制造进程进行特征化的数据。控制系统118可以配置为接收信号，且响应于物体112的经检测制造进程调整增材制造系统100的至少一个参数。
[0164] 一个或多个传感器170可以包括但不限于接触式表面轮廓仪、非接触式表面轮廓仪、光学传感器、激光器、温度传感器、运动传感器、成像装置、摄像机、编码器、红外线检测器、体积流率传感器、重量传感器、声音传感器、光传感器、检测物体存在(或不存在)的传感器等中的一个或多个。
[0165] 如本文所述的，控制系统118可以响应于传感器170调整增材制造系统100的参数。经调整的参数可以包括构建材料102的温度、构建腔室116(或构建腔室116的一部分空间)的温度、和构建板114的温度。参数也可以或代替地包括例如构建腔室116中的气氛压力这样的压力。参数也可以或代替地包括用于与构建材料混合的添加物的量或浓度，例如强化添加物、著色剂、脆化材料(embrittlement material)等。
[0166] 在一些实施方式中，控制系统118可以(与一个或多个传感器170关联地)识别用在增材制造系统100中的构建材料102，且又可以基于构建材料102的识别调整增材制造系统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的促动、经由机器人
108调整喷嘴110和构建板114中的一个或多个的位置、构建材料102的体积流率等。
108调整喷嘴110和构建板114中的一个或多个的位置、构建材料102的体积流率等。
[0167] 在一些这种实施方式中，喷嘴110进一步配置为将向控制系统118传递信号，其表明构建材料102的传导性、构建材料102的类型、喷嘴110的出口直径、通过驱动系统104施加的用于挤出构建材料102的力、加热系统106的温度或任何其他有用信息这样的任何经传感状况或状态。控制系统118可以接收任何这种信号并响应地控制构建过程的一些方面。
[0168] 在一个方面，一个或多个传感器170可以包括传感器系统，其配置为按体积来监测构建材料102的温度，即，在挤出之前、挤出期间、挤出之后或其一些组合，在构建材料102的体积中的具体位置捕捉温度。这可以包括在可用的情况下基于任何接触或非接触温度测量技术进行表面测量。这也可以或代替地包括在沿进给路径的不同点处且在完成的物体中估计构建材料102内部的温度。使用该积累的信息，可以形成热历史，其包括用于完成物体112中的构建材料每一个体元的随时间温度，其全部可以存储在下文所述的数字双胞胎140中且用于参数的过程中控制或用于物体112的过程后回顾和分析。
[0169] 增材制造系统100可以包括网络接口162或以通信关系与网络接口162连接。网络接口162可以包括适于以通信关系将控制系统118和增材制造系统100的其他部件数据网络160联接到远程计算机(例如计算装置164)的硬件和软件的任何组合。例如且非限制地，这可以包括用于有线或无线以太网连接(该以太网连接根据IEEE 802.11标准(或其任何变形)来运行)或任何其他短程或长程无线网络连接部件等的电子器件。这可以包括用于短程数据通信的硬件，例如Bluetooth或红外线收发器，其可以用于联接到局域网等，其又联接到例如因特网这样的广域数据网络。这也可以或代替地包括用于WiMAX连接或蜂窝网络连接(例如使用CDMA、GSM、LTE、或任何其他合适协议或协议组合)的硬件/软件。一致地，控制系统118可以配置为增材制造系统100在任何网络160(网络接口162连接到该网络160)中的参与度，例如通过自主地连接到网络160，以获取可打印内容，或对打印机101的状态或可用性的远程请求做出响应。
[0170] 其他有用的特征可以被整合到如上所述的打印机101中。例如，打印机101可以包括溶剂源和施加器，且溶剂(或其他材料)可以在制造期间施加到物体112的具体(例如通过打印机1010控制的)的表面，例如用于改变表面性能。所添加材料例如可以在具体位置或在具体区域上故意氧化或以其他方式改变物体112的表面，以便提供期望的电、热、光、机械或美学特性。该能力可以用于提供美观特征，例如文本或图形，或提供功能特征，例如用于引入RF信号的窗口。这也可以用于施加释放层，用于可断开的支撑部。
[0171] 可包括部件操作装置，用于在打印过程完成时从构建腔室116获取经打印物体112，和/或用于插入重的介质。部件操作装置可包括例如剪式提升台这样的机构，以提升经打印物体112。部件操作装置的提升力可经由气动或液压杆系统或任何其他合适的机械系统产生。
[0172] 在一些实施方式中，计算装置164或控制系统118可以识别或形成支撑结构113，该支撑结构113在制造期间支撑物体112的一部分。通常，支撑结构113为牺牲结构，其在制造已经完成之后被去除。在一些这种实施方式中，计算装置164可以基于例如被制造的物体112、用于制造物体112的材料和用户输入这样的因素来识别用于制造支撑结构113的技术。
可以用将与构建材料102形成弱连结的高温聚合物或其他材料制造支撑结构113。在另一方面，支撑结构113和物体112之间的界面可以被操作为使得层间连结弱化，以有助于制造可断开的支撑部。
可以用将与构建材料102形成弱连结的高温聚合物或其他材料制造支撑结构113。在另一方面，支撑结构113和物体112之间的界面可以被操作为使得层间连结弱化，以有助于制造可断开的支撑部。
[0173] 图2是计算机系统的方块图，其可以用于本文所述的任何计算装置、控制系统或其他处理电路。计算机系统200包括计算装置210，其还可以通过网络202连接到外部装置204。计算装置210可以包括本文所述的任何控制器(或反之亦然)，或以其他方式与本文所述的任何控制器或其他装置通信。例如，计算装置210可以包括桌面计算机工作站。计算装置210也可以或代替地是具有处理器或相似处理电路并在网络202上通信的任何装置，包括但不限于笔记本计算机、桌面计算机、个人数字助理、平板电脑、移动电话、电视、机顶盒、可穿戴计算机等。计算装置210也可以或代替地包括服务器，或其可以设置在服务器上。
[0174] 计算装置210可以用于本文所述的任何装置和系统，或用于执行本文所述的任何方法的步骤。例如，计算装置210可以包括控制器，其通过计算机可执行代码配置，以在用计算机化模型制造物体的过程中控制打印机。在某些方面，计算装置210可以使用硬件(例如在桌面计算机中)、软件(例如在虚拟机等中)、或软件和硬件的组合实施。计算装置210可以是独立装置、整合到另一实体或装置中的装置、跨多个实体分布的平台、或是虚拟化环境中执行的虚拟装置。例如，计算装置210可以整合到三维打印机或用于三维打印机的控制器中，或计算装置210可以与三维打印机独立地操作，以将传输可打印内容并以各种方式远程地控制或协调打印操作。
[0175] 网络202可以包括任何数据网络(一个或多个)或互联网络(一个或多个)，其适于在计算机系统200中的参与者中进行数据通信和控制信息。这可以包括例如因特网这样的公用网络、个人网络、和例如公用交换电话网或使用第三代蜂窝技术(例如3G或IMT-2000)、第四代蜂窝技术(4G、LTE、MT-Advanced、E-UTRA等)或WiMAX-Advanced(IEEE102.16m))和/或其他技术的蜂窝网络这样的电信网络，以及任何种类的商务区域、大城市区域、校园或其他局部区域网络或企业网络、以及任何交换机、路由器、集线器、网关等(其可用于在计算机系统200中的参与者中携带数据)。网络202也可以包括数据网络的组合，且并不必限于一种共用或个人网络。
[0176] 外部装置204可以是通过网络202连接到计算装置210的任何计算机或其他远程资源。这可以包括用于打印管理资源的平台、网关或其他网络装置、远程服务器等(其含有被计算装置210请求的内容)、网络存储装置或资源、托管打印内容的装置、或可通过网络202连接计算装置210的任何其他资源或装置。
[0177] 计算装置210可以包括处理器212、存储器214、网络接口216、数据存储区218、和一个或多个输入/输出装置220。计算装置210可以进一步包括周边设备222和其他外部输入/输出装置224。
[0178] 处理器212可以是本文所述的任何处理器或其他处理电路，且可以通常被配置为执行指令或以其他方式处理计算装置210中的数据。处理器212可以包括单线程处理器、多线程处理器或任何其他处理器或处理器的组合。处理器212能处理存储在存储器214中或在数据存储区218上的指令。
[0179] 存储器214可以在计算装置210或计算机系统200中存储信息。存储器214可以包括任何易失或非易失存储器或其他计算机可读介质，包括但不限于随机访问存储器(RAM)，闪速存储器，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、可执行文件、和其他软件和数据，用于控制计算装置200的操作和配置计算装置200，以针对用户执行功能。存储器214可以包括多个不同级和类型，用于计算装置210操作的不同方面。例如，处理器可以包括板上存储器和/或缓存，用于更快地访问某些数据或指令，且单独的主存储器等可以按照期望包括扩展内存容量。尽管显示了单个存储器214，但是应理解，任何数量的存储器可以有效地并入到计算装置210中。
[0180] 网络接口216可以包括任何硬件和/或软件，用于通过网络202以通信关系将计算装置210与其他资源连接。这可以包括可通过因特网访问的远程资源，以及使用短程通信协议可获得的本地资源，例如使用物理连接(例如以太网、USB、串口连接等)、无线射频通信(例如Wi-Fi)、光通信、(例如光纤光学器件、红外线等)、超声通信、或这些或其他介质的任何组合(其可用于在计算装置210和其他装置之间携带数据)。网络接口216例如可以包括路由器、调制解调器、网卡、红外线收发器、无线射频(RF)收发器、近场通信接口、无线射频识别(RFID)标签读取器、或任何其他数据读取或书写资源等。
[0181] 更通常地，网络接口216可以包括适于将计算装置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。例如且非限制地，这可以包括用于有线或无线以太网连接(该以太网连接根据IEEE 102.11标准(或其任何变形)来运行)或任何其他短程或长程无线网络连接部件等的电子器件。这可以包括用于短程数据通信的硬件，例如Bluetooth或红外线收发器，其可以用于联接到局域网等，其又联接到例如因特网这样的数据网络202。这也可以或代替地包括用于WiMAX连接或蜂窝网络连接(例如使用CDMA、GSM、LTE、或任何其他合适协议或协议组合)的硬件/软件。网络接口216可以被包括作为输入/输出装置220的一部分，或反之亦然。
[0182] 数据存储区218可以是任何内部存储器存储区，其提供计算机可读介质，例如盘片驱动器、光驱、磁盘驱动器、闪存驱动器、或能为计算装置210提供大批量存储的其他装置。数据存储区218可以以非易失的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、和用于计算装置210或计算机系统200的其他数据，以用于的获取和使用。例如，数据存储区218可以存储但不限于操作系统、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目标等中的一个或多个。
[0183] 输入/输出接口20可以支持从可能联接到计算装置210的其他装置而来的输入和对其的输出。这例如可以包括串口(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、耳机插口、色差端子/视频输入、HDMI端口等，其任何一种可用于有线连接到其他本地装置。这也可以或代替地包括红外线接口、RF接口、磁卡读取器或其他输入/输出系统，用于以通信关系联接到其他本地装置。应理解，尽管用于网络通信的网络接口216与用于本地装置通信的输入/输出接口220分开描述，但是这两个接口可以是同一个，或可以共享功能，例如在USB端口用于附接到Wi-Fi配件的情况下，或在以太网连接用于联接到本地网络附接的存储器的情况下。
[0184] 周边设备222可以包括用于向计算装置200提供信息或从其接收信息的任何装置。这可以包括人输入/输出(I/O)装置，例如键盘、鼠标、鼠标垫、轨迹球、游戏杆、麦克风、脚踏板、摄像机、触摸屏、扫描仪或可被用户230采用以提供向计算装置210的输入的其他装置。
这也可以或代替地包括显示器、扬声器、打印机、投影仪、头戴式耳机或任何其他视听装置，用于向用户展示信息。周边设备222也可以或代替地包括数字信号处理装置、促动器或其他装置，以支持对其他装置或部件的控制或通信。适于用作周边设备222的其他I/O装置包括触觉装置、三维渲染系统、增强现实显示、磁卡读取器、用户界面等。在一个方面，周边设备
222可以用作网络接口216，例如通过配置为经由短程(例如Bluetooth、Wi-Fi、红外线、RF等)或长程(例如蜂窝数据或WiMAX)通信协议提供通信的USB装置。在另一方面，周边设备
222可以提供一种装置，以增强计算装置210的操作，例如全球定位系统(GPS)装置、安全软件狗等。在另一方面，周边设备可以是存储装置，例如闪存卡、USB驱动器或其他固态装置、或光驱、磁盘驱动器、盘片驱动器、或其他装置或适于批量存储的装置的组合。更通常地，适于用于计算装置200的任何装置或装置组合可以用作本文所构思的周边设备222。
这也可以或代替地包括显示器、扬声器、打印机、投影仪、头戴式耳机或任何其他视听装置，用于向用户展示信息。周边设备222也可以或代替地包括数字信号处理装置、促动器或其他装置，以支持对其他装置或部件的控制或通信。适于用作周边设备222的其他I/O装置包括触觉装置、三维渲染系统、增强现实显示、磁卡读取器、用户界面等。在一个方面，周边设备
222可以用作网络接口216，例如通过配置为经由短程(例如Bluetooth、Wi-Fi、红外线、RF等)或长程(例如蜂窝数据或WiMAX)通信协议提供通信的USB装置。在另一方面，周边设备
222可以提供一种装置，以增强计算装置210的操作，例如全球定位系统(GPS)装置、安全软件狗等。在另一方面，周边设备可以是存储装置，例如闪存卡、USB驱动器或其他固态装置、或光驱、磁盘驱动器、盘片驱动器、或其他装置或适于批量存储的装置的组合。更通常地，适于用于计算装置200的任何装置或装置组合可以用作本文所构思的周边设备222。
[0185] 其他硬件226可以并入到计算装置200，例如作为协同处理器、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也可以或代替地包括扩展输入/输出端口、额外存储器、额外驱动器(例如DVD驱动器或其他附件)等。
[0186] 总线232或总线组合可以用作机电平台，用于将计算装置200的部件互连，例如处理器212、存储器214、网络接口216、其他硬件226、数据存储区218和输入/输出接口。如图所示，计算装置210的每一个部件可以使用系统总线232或其他通信机构互连，用于沟通信息。
[0187] 本文所述的方法和系统可使用计算机系统200的处理器212实现，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。在一些实施例中，计算装置200可以部署为多个并行处理器，其一起同步执行代码，用于改进性能，或计算装置200可以在虚拟环境中实现，其中管理程序或其他虚拟管理设施上的软件适当地模拟计算装置200的部件，以重现计算装置200的硬件实例的一些或所有功能。
[0188] 图3显示了块体金属玻璃的时间-温度-转变(TTT)冷却曲线300，该块体金属玻璃可以用作本文所构思的金属增材制造过程中的构建材料。块体金属玻璃可以被有效地用作构建材料，用于本文所构思的制造系统。这些块体金属玻璃在冷却时不呈现液体/固体结晶转变，如常规金属那样。替代地，在高温下(“熔化温度”Tm附近)出现的非晶体形式的金属随温度减小(到玻璃转变温度Tg附近)而变得更粘，最终具有常规固体的物理性能，同时仍保持无定形内部结构。在该中间温度范围内，块体金属玻璃可呈现适于用在熔丝制造过程中的流变性能。
[0189] 即使对于块体金属玻璃没有直接的液体/结晶，熔化温度Tm也可以限定为相应晶体相的热力学的液相线温度。在这种情况下，熔化温度时的块体固化(bulk-solidifying)无定形合金的粘性可位于约0.1泊(poise)到约10000泊的范围，且甚至有时在0.01泊以下。为了形成BMG，熔化金属的冷却速率必须足够高，以避免椭圆形状的区域，这种区域限定了图3的TTT图中的结晶区域303。在图3中，Tn(也称为Tnose)是关键的结晶温度Tx，在该处结晶速率最大且结晶在最短的时间尺度内发生。
[0190] 过冷液体区域，Tg到Tx的温度区域是抵抗结晶的稳定性表现，其允许无定形合金的块体固化。在该温度区域中，块体金属玻璃合金可作为非常粘的液体存在。过冷液体区域中的粘性可在玻璃转变温度下的1012Pa s到结晶温度(过冷液体区域的高温极限)下的105Pa s之间改变。具有这种粘度的液体可在所施加的压力下经历大量的塑料应变，且该过冷液体区域中的大塑性成形性允许在本文所构思的熔丝制造系统中使用。作为重要优势，保持在过冷液体区域的块体金属玻璃通常不经历氧化或其他快速的环境恶化，由此与可用于熔丝制造的一些其他金属系统相比，通常在制造期间在构建腔室中需要更少的环境控制。
[0191] 过冷合金通常可以被成形为或加工为期望形状，以用作线、棒、坏料等。通常，成形可以与快速冷却同时发生，以避免任何随后的按与TTT曲线接近的轨迹的热成形。在增材制造挤出过程中，无定形BMG可被再次加热到过冷液体区域，而不达到TTT曲线，其中可用的处理窗可以比压铸大得多，实现更好的过程可控性。还有，如示例性轨迹302和304所示，可在挤出期间的最高温度大于Tnose或小于Tnose且直到Tm的情况下执行挤出。如果加热无定形合金的工件但是进行控制以避免达到TTT曲线，则可在这种相对塑性的状态下操纵材料，而不到达结晶温度Tx。可用于形成玻璃的合金的各种合适的金属和非金属元素通过非限制性例子的方式记载于2015年12月16日提交的申请人共有的美国临时专利申请No.62/268,458，其全部内容通过引用合并于本文。
[0192] 无定形或非晶体固体是缺乏晶体的晶格周期性特征的固体。如在本文使用的，术语“无定形固体”包括玻璃，其是在加热时通过玻璃转变而软化并转变为液体状态的无定形固体。通常，无定形材料缺乏晶体的长程有序特征，但是由于化学键合的特点，它们可以在原子长度尺度下具有一些短程有序性。可基于晶格周期性制造无定形固体和晶体固体，该晶格周期性通过结构表征技术(structural characterization techniques)确定，例如X射线衍射和透射电子显微镜技术。
[0193] 本文所构思的合金可以是晶体的、部分晶体的、无定形或基本上无定形的。例如，合金样品/样本可至少包括一些结晶度，具有纳米和/或微米范围的尺寸的晶粒/晶体。替换地，合金可基本上是无定形的或完全无定形的。在一个实施例中，合金组合物至少基本上不是无定形的，例如是基本上晶体的或完全晶体的。
[0194] 在一个实施例中，在其他的无定形合金中存在晶体或多个晶体可被理解为其中的“晶体相”。合金结晶度的程度(或简单地“结晶度)可以是指存在于合金中的晶体相的量或存在于合金中的晶体分数(fraction of crystals)。分数可以是指体积分数或重量分数，取决于具体情况。类似地，无定形性表示无定形合金在多大程度上是无定形的或非结构化的。无定形性是相对于结晶度的程度而言的。由此，具有低结晶度的合金将具有高度的无定形性，且反之亦然。举个定量的例子，具有60vol％的晶体相的合金将具有40vol％的无定形相。
[0195] 无定形合金是具有的无定形成分按体积大于50％，优选按无定形成分的体积大于90％，更优选按无定形成分的体积大于95％，且最优选按无定形成分的体积大于99％，直到按无定形成分的体积几乎100％。应注意，如上所述，无定形性高的合金相当于结晶度低。如在本文使用的，术语无定形金属是指具有混乱的原子尺度结构的无定形金属材料。与大多数金属(其是晶体的且因此具有高度有序的原子排布)对比，无定形合金是非晶体的。这种在冷却期间直接从液态产生的混乱结构的材料有时称为“玻璃体”。因而，无定形金属共同称为“金属玻璃”或“玻璃金属”。如在本文使用的，术语块体金属玻璃(“BMG”)是指具有完全或部分无定形微结构的合金。
[0196] 术语“块体金属玻璃”(“BMG”)和块体无定形合金(“BAA”)在本文可以互换地使用。它们是指具有至少毫米范围的最小物理尺寸的无定形合金。例如，尺寸可以是至少约
0.5mm，例如至少约1mm，例如至少约2mm，例如至少约4mm，例如至少约5mm，例如至少约6mm，例如至少约8mm，例如至少约10mm，例如至少约12mm。取决于几何形状，尺寸可以是指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG还可以是具有厘米范围的至少一个尺寸的金属玻璃，例如至少约1.0cm，例如至少约2.0cm，例如至少约5.0cm，例如至少约10.0cm。在一些实施例中，BMG可具有至少米范围的至少一个尺寸。BMG可采取如上所述的任何形状或形式，如与金属玻璃有关。因而，在一些实施例中，本文所述的BMG可以与通过常规沉积技术制造的薄膜不同，其一个重要的方面是前者的尺寸可以比后者大得多。
0.5mm，例如至少约1mm，例如至少约2mm，例如至少约4mm，例如至少约5mm，例如至少约6mm，例如至少约8mm，例如至少约10mm，例如至少约12mm。取决于几何形状，尺寸可以是指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG还可以是具有厘米范围的至少一个尺寸的金属玻璃，例如至少约1.0cm，例如至少约2.0cm，例如至少约5.0cm，例如至少约10.0cm。在一些实施例中，BMG可具有至少米范围的至少一个尺寸。BMG可采取如上所述的任何形状或形式，如与金属玻璃有关。因而，在一些实施例中，本文所述的BMG可以与通过常规沉积技术制造的薄膜不同，其一个重要的方面是前者的尺寸可以比后者大得多。
[0197] 无定形合金具有各种潜在有用的性能。具体说，它们倾向于比相似化学组成的晶体合金更强，且与晶体合金相比，它们可承受较大可逆(“弹性”)变形。无定形金属直接从其非晶体结构获得其强度，这消除了可能限制晶体合金强度的位错缺陷。在一些实施例中，室温下的金属玻璃是不可延展的其倾向于在受到拉张力时突然失效，这限制了材料在可靠性很重要的应用中的适用性，因为即将发生的故障并不显见。因此，为了克服该问题，具有金属玻璃基体(含有枝状颗粒(dendritic particles))或可延展晶体金属的纤维的金属基体的复合材料可用于熔丝制造。替换地，可使用倾向于造成脆裂的元素(一种或多种)(例如Ni)含量低的BMG。例如，无Ni的BMG可用于改进可延展性。
[0198] 如上所述，无定形性的程度(且反过来说即是结晶度的程度)可通过存在于合金中的晶体分数(例如按单位体积、重量等)来衡量。部分无定形组合物可以是指具有的无定形相为至少约5vol％、10vol％、20vol％、40vol％、60vol％、80vol％、90vol％、或任何其他非零含量的组合物。因而，至少基本上无定形的组合物可以是指具有的无定形相为至少约90vol％、95vol％、98vol％、99vol％、99.9vol％、或任何其他相似范围或量的组合物。在一个实施例中，基本上无定形的组合物可具有存在于其中的一些附带的、可忽略量的晶体相。
[0199] 图4显示了用于共晶系统的偏离共晶组合物的相图400，其适于用作本文所述的方法和系统中的构建材料。通常，构建材料可以包括具有一加工温度范围的偏离共晶或非共晶合金，在该加工温度范围中，取决于温度，该混合物含有平衡体积比例的固体和液体组分。该多相状态在加工温度范围内有效地将材料的粘性增加到纯液体粘性以上，以使得材料产生呈现流变性能的可流动状态，以适于熔丝制造或相似的基于挤出的增材制造技术。惰性高温第二相也可以引入到偏离共晶系统中，以进一步控制粘性。在另一方面，惰性的第二相可以用于基本上纯的共晶合金。这种组合提供了相对较低熔化温度(其是共晶合金的特性)以及期望流动特性(其可通过添加惰性的第二相而赋予)的双重优势。
[0200] 通常，在多个相存在以使得在相之间形成共晶的情况下，用于集料组合物(aggregate composition)的熔点将是液相线温度。在偏离共晶合金固化时，其组分在不同温度下凝固，在完全固化之前实现固体和液体组分的半固态悬浮状态(semi-solid
suspension)。用于偏离共晶组合物的加工温度通常是最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。在共晶点402周围的(体积百分比)混合物中，最低熔化温度(在该温度下该混合物保持部分熔化)是该系统中的纯共晶组合物的共晶温度404。最高熔化温度通常是组分A和B的体积百分比的函数。在远离共晶组合物使得共晶线终止的区域中，即在相图400的最左或最右，最低熔化温度可以略微高于共晶温度，例如在合金的固相线温度处。例如，对于具有非常高分数的材料A(如线410所示)的偏离共晶组合物，该组合物可以具有略微高于共晶温度的固相线温度412，和等于组合物的最高液相线温度的液相线温度414。对于任一类型的组合物，偏离共晶系统可以具有一加工温度范围，包括高于最低熔化温度(例如在该温度，整个系统变为固体)和低于最高熔化温度(例如在该温度，整个系统变为液体)的一些温度，在这些温度下该组合物或相应的金属构建材料包括相结合的固体和液体相，提供可变的依赖于温度的粘性和适于挤出的流变性能。该加工温度范围408将因组合物和合金元素而改变，但是可以适于各种金属合金，以用于本文所构思的熔丝制造过程。
suspension)。用于偏离共晶组合物的加工温度通常是最低熔化温度到最高熔化温度之间的一些温度。在共晶点402周围的(体积百分比)混合物中，最低熔化温度(在该温度下该混合物保持部分熔化)是该系统中的纯共晶组合物的共晶温度404。最高熔化温度通常是组分A和B的体积百分比的函数。在远离共晶组合物使得共晶线终止的区域中，即在相图400的最左或最右，最低熔化温度可以略微高于共晶温度，例如在合金的固相线温度处。例如，对于具有非常高分数的材料A(如线410所示)的偏离共晶组合物，该组合物可以具有略微高于共晶温度的固相线温度412，和等于组合物的最高液相线温度的液相线温度414。对于任一类型的组合物，偏离共晶系统可以具有一加工温度范围，包括高于最低熔化温度(例如在该温度，整个系统变为固体)和低于最高熔化温度(例如在该温度，整个系统变为液体)的一些温度，在这些温度下该组合物或相应的金属构建材料包括相结合的固体和液体相，提供可变的依赖于温度的粘性和适于挤出的流变性能。该加工温度范围408将因组合物和合金元素而改变，但是可以适于各种金属合金，以用于本文所构思的熔丝制造过程。
[0201] 图5显示了用于包晶系(peritectic system)的相图。如在本文使用的，是指一种化学系统，其中固体相和液体相可以在冷却时反应，以形成第三固体相。具体说，图5显示了相图500，其用于相对常见的90/10青铜的包晶系。该系统可提供加工温度范围502，在该加工温度范围502内，组成元素在固体部分和液体部分之间形成多相混合物。在这些温度下，可通过改变温度来控制固体和液体的平衡体积分数。挤出物的流变特性可通过调节组合物的体积分数(和因此调节其温度)来调节，且最终的材料可提供适于挤出的基本上塑性的温度行为(plastic temperature behavior)。尽管高度非均匀的固化行为会为设计和处理带来困难，但是该技术可以被有效地应用，以通过青铜和相似合金和材料进行制造。
[0202] 在某些方面，在固体和液体之间呈现两相平衡而不呈现共晶相行为或包晶相行为的化学系统可以具有在两相半固体区域的温度下进行挤出的有用的流变特性。通常，对于给定组合物，在具体合金的固相线和液相线之间的一些温度可以存在有用的流动行为。
[0203] 仍然更通常地，呈现合适温度响应性的任何部分或完全金属的混合物可以适用于本文所构思的挤出类型的增材制造过程。例如，一些化学系统呈现固体和液体之间的两相平衡，而不呈现共晶相行为或包晶体相行为。这种系统可以具有在固相线和液相线之间的加工温度范围，两相半固体区域具有适于用在本文所构思的熔丝制造过程的流变特性。
[0204] 图6显示了用于三维打印机的挤出机600。通常，挤出机600可以包括喷嘴602、贮存器604、加热系统606、和驱动系统608，例如本文所述的任何系统，或适于使用本文所构思的熔丝制造过程和金属构建材料从计算机化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600可以从材料源612接收构建材料610，例如本文所述的任何构建材料和材料源，并让构建材料610沿进给路径(通过大致箭头614示出)朝向喷嘴602的开口616前进，用于沉积在构建板618或其他合适表面上。术语“构建材料”在本文中可以与金属构建材料、金属构建材料的类属和组合、或任何其他构建材料(例如热塑性塑料)互换使用。如此，提到“构建材料610”时应该理解为其包括金属构建材料610，块体金属玻璃610，偏离共晶组合物610，或任何其他构建材料或本文所述的构建材料的组合，除非更具体的意义被提供或从上下文清楚得知。
[0205] 喷嘴602可以是适应构建材料610所需的温度和机械力的任何喷嘴。对于挤出金属构建材料，喷嘴602(和贮存器604)的一些部分可以用硬的高温材料形成，例如蓝宝石或石英，其为系统部件提供大量的安全裕量，且可以有效地提供感应或电阻加热系统所需的电绝缘。
[0206] 贮存器604可以是适于加热构建材料610的任何腔室等，且可以包括进入部605，以从材料源612接收构建材料610，例如本文所述的任何金属构建材料。金属构建材料可以具有固态和液态之间的加工温度范围，在该加工温度范围内，金属构建材料呈现适于挤出的流变性能。尽管有用的构建材料可以呈现宽范围的整体机械性能，但是一方面，被加热的构建材料610的可塑性通常应该使得材料可被驱动系统608、喷嘴602和其他部件加工并可流动，而另一方面，应足够粘性或粘稠，以避免在沉积期间通过挤出机600流动到外面。
[0207] 加热系统606可以采用本文所述的任何加热装置或技术。通常，加热系统606能操作为在贮存器604中加热构建材料610，例如金属构建材料，达到构建材料610的加工温度范围内的一温度。应理解，加热系统606也可以或代替地被配置为提供额外热控制，例如通过在构建材料610离开喷嘴602或与之前的已沉积材料的第二层692融合的位置处局部加热构建材料610，或通过在制造物体的喷嘴602处加热构建腔室或其他构建环境。
[0208] 喷嘴602可以包括开口616，其为构建材料610提供离开路径，以沿进给路径614离开贮存器604，在进给路径，构建材料610例如可以沉积在构建板618上。
[0209] 驱动系统608可以是任何驱动系统，其能操作为与固体形式的构建材料610机械地接合且以足够的力让构建材料610从材料源612前进到贮存器604，以挤出构建材料610，同时在在该加工温度范围内的一温度，使其经过喷嘴602中的开口616。通常，驱动系统608可以在加工温度范围低于加工温度范围的一温度(例如处于固体形式)或在低于加工温度范围上限的温度时接合构建材料610，此时构建材料610更柔韧但是仍然足够刚性，以支撑挤出载荷并将来自驱动系统608的驱动力通过构建材料610传递，以挤出贮存器604中的被加热的构建材料。
[0210] 不同于通常用在熔丝制造中的热塑性塑料，金属构建材料非常导热。结果，高贮存器温度可以对在驱动系统608中升高温度有贡献。由此，在一个方面，用于贮存器604和喷嘴602的加工温度范围的下限可以是如上所述的温度范围中的任何温度，其也高于构建材料
610与驱动系统608接合时的温度，由此提供用于驱动构建材料610的第一些温度和大于第一些温度以用于挤出构建材料610的第二温度范围。换句话说且与之前描述的加工温度范围一致，构建材料610通常可以在挤出时被保持在该加工温度范围内而在与驱动系统608接合时低于该加工温度范围，但是在一些实施例中，构建材料610可以在与驱动系统608接合时和在随后被从喷嘴602挤出时被保持在加工温度内。与本文所构思的金属构建材料的挤出一致的所有这种温度模式(temperature profile)可以被适当地采用。尽管显示为齿轮，但是应理解驱动系统608可以包括本文所述的任何驱动链部件，且构建材料610可以具有任何合适的相应成形因素。
610与驱动系统608接合时的温度，由此提供用于驱动构建材料610的第一些温度和大于第一些温度以用于挤出构建材料610的第二温度范围。换句话说且与之前描述的加工温度范围一致，构建材料610通常可以在挤出时被保持在该加工温度范围内而在与驱动系统608接合时低于该加工温度范围，但是在一些实施例中，构建材料610可以在与驱动系统608接合时和在随后被从喷嘴602挤出时被保持在加工温度内。与本文所构思的金属构建材料的挤出一致的所有这种温度模式(temperature profile)可以被适当地采用。尽管显示为齿轮，但是应理解驱动系统608可以包括本文所述的任何驱动链部件，且构建材料610可以具有任何合适的相应成形因素。
[0211] 超声振动器620可以并入到挤出机600中以改善打印过程。超声振动器620可以是任何合适的超声换能器，例如压电振动器、电容换能器或微机械超声换能器。超声振动器620可以根据使用目的定位在挤出机600上的多个位置。例如，超声振动器620可以联接到喷嘴602且定位为向构建材料610(例如金属构建材料)传输超声能量，其中在制造期间金属构建材料被挤出通过喷嘴602中的开口616。
[0212] 超声振动器620可以以多种方式改善用金属构建材料进行的制造。例如，超声振动器620可以用于分裂沉积材料上的钝化层(例如由于氧化)，以便改善熔丝制造过程中的层-层连结。超声振动器620可以提供其他优点，例如防止或缓解构建材料610(例如金属构建材料)与喷嘴602或贮存器604的内壁的粘附。在另一方面，超声振动器620可以用于为构建材料610提供额外加热，或引起贮存器604中的剪切位移，例如用于缓解块体金属玻璃的结晶。
[0213] 并入了挤出机的打印机(未示出)也可以包括控制器630，以控制超声振动器620和其他系统部件的操作。例如，控制器630可以以通信关系与超声振动器620(或控制器或用于其的电源系统)联接且配置为以足够的能量操作超声振动器620，以将离开挤出机602的金属构建材料的挤出物与物体640(其用构建板618上的金属构建材料的一个或多个之前沉积的层形成)超声连结。控制器630也可以或代替地以足够的能量操作超声振动器620，以中断构建材料610的之前沉积层(例如图6所示的第二层692)的接收表面上的钝化层。在另一方面，控制器630可以以足够的能量操作超声振动器，以增加通过加热系统提供的热能，以在贮存器中将金属构建材料保持在在加工温度范围内的温度。控制器630也可以或代替地以足够的能量操作超声振动器620，以降低构建材料610与喷嘴602(例如在开口616周围)和贮存器604的内部的粘附。
[0214] 在构建材料610包括块体金属玻璃的情况下，超声振动器620也可以或代替地用于为支撑结构形成易碎界面。例如，控制器630可以配置为以足够的能量操作超声振动器620，以在用来自喷嘴602的块体金属玻璃制造的物体640和用于物体640(其用块体金属玻璃制造)的支撑结构之间的层(例如界面层652)处使得块体金属玻璃液化。液化块体金属玻璃通常以晶体宏观组织在固化，该晶体宏观组织基本上比无定形过冷材料更易碎。该技术有利地有助于使用单种构建材料在任意位置进行可断开支撑结构的制造。
[0215] 挤出机600也可以包括插置在超声振动器620和打印机的一个或多个其他部件的机械分离器(decoupler)658，以将超声能量与超声振动器分离。机械分离器658例如可以包括任何合适的分离元件，例如弹性材料或任何其他声学分离器等。机械分离器658可以使得其他部件(尤其是机械敏感的部件)与通过超声振动器620产生的超声能量隔离，和/或将更多的超声能量朝向目的目标(例如贮存器604的内壁或喷嘴602的开口616)引导。
[0216] 挤出机600或附随的打印机也可以包括传感器650，其为控制器630提供反馈，用于控制制造过程。例如，传感器650可以提供信号，用于一直或选择性地控制超声振动器620的启用。
[0217] 在一个方面，传感器650可以包括一传感器，其用于监测构建材料610的之前沉积层的接收表面的适用性。例如，在构建材料610是金属构建材料的情况下，传感器650可以测量经过离开喷嘴602的构建材料610和物体640中的构建材料610的之前沉积层之间的界面层652的电阻，其中沿传感器650和构建板618中的或一些其他合适的电路形成位置处的第二传感器656之间的电流路径654测量该电阻。在跨经界面层652的连结良好的情况下，沿电流路径654的电阻将较低，而在跨经界面层652的连结不良时，将沿电流路径654造成较大电阻。由此，控制器630可以配置为响应于从传感器650而来的信号(例如表明跨经界面层652的电阻的信号)动态地控制超声振动器620的操作，且按照需要增加来自超声振动器620的超声能量，以改善跨经界面层652的构建材料610的层的融合。由此，在一个方面，传感器650可以测量金属构建材料610的邻近层之间的连结质量，且控制器630可以配置为响应于从传感器650而来的表明连结质量不良的信号而增加来自超声振动器620的超声能量的施加。
[0218] 在另一方面，传感器650可以用于检测构建材料610的堵塞、或块体金属玻璃构建材料的结晶，且控制超声振动器620，以缓解所检测到的情况。例如，传感器650可以包括力传感器，其配置为测量通过驱动系统608施加到构建材料610的力，且控制器630可以配置为响应于来自传感器650的表明通过驱动系统604施加的力增加的信号而增加通过超声振动器620向贮存器604施加的超声能量。可以通过机械力传感器或通过例如测量驱动系统608上的电力负荷来测量力。
[0219] 测量施加到构建材料610的力的力传感器可以以其方式被使用。例如，力传感器可以用于估计构建材料610的粘性，其又可以用于估计构建材料610的温度，其中构建材料610的温度-粘性关系是已知的。同时，因为从加热系统到构建材料610的热传递是取决于时间的，所以驱动系统608的速度可以被动态地调整，以通过控制构建材料610在热源附近多长时间而控制贮存器中的材料加热。由此，控制回路可以有效地建立，在该控制回路中，驱动系统608上的载荷(例如相对于驱动系统608或喷嘴602被测量为构建材料610上的直线或轴向力)可用作控制信号，以动态地改变驱动速度或挤出速度。在一个方面，处理器(例如控制器630)可以配置为在力减小时增加驱动系统608的速度，以减小热传递，和在力增加时减小驱动系统608的速度，以增加热传递。处理器可以更通常地被配置为保持力的预定目标值，其代表用于构建材料的在该加工温度范围内的一温度。力的反馈可以为挤出过程提供其他有用的控制信号。例如，在构建材料610包括块体金属玻璃的情况下，用于反馈系统的目标温度可以根据块体金属玻璃的时间-温度转变曲线而改变，以便避免开始大量结晶。
[0220] 在另一方面，在抵抗金属构建材料前进的力以意外的方式变化时，例如在减小挤出速率无法减小力时，可以检测出错误状况。在这种情况下，可以推断阻塞或其他错误，且可以通过处理器启动补救措施，例如清理喷嘴或暂停制造过程，以允许用户检查或干预。应理解，各种力传感器可以用于针对这些目的来测量力，例如沿喷嘴602或沿将喷嘴602联接到驱动系统608的机械结构的应变计等，或实体定位为测量通过驱动系统608向构建材料610施加的力的力测量传感器或系统。其他传感器(例如用于驱动马达的旋转力传感器或检测驱动马达上的电负载的传感器)也可以或代替地用于获得合适的控制输入。
[0221] 在构建材料610是金属构建材料的情况下，挤出机600也可以或代替地包括电阻加热系统660。电阻加热系统660可以包括电源662、第一引线664(其与喷嘴602附近的多个构建材料610层中的第一层690中的金属构建材料610电连接)和第二引线666(与构建板656附近的多个层中的第二层692电连接)，由此形成经过构建材料610形成电路，以将电功率从电源662输送经过第一层690和第二层692之间的界面(例如在界面层652处)，以跨经该界面对金属构建材料进行电阻加热。
[0222] 应理解，各种物理构造可以用于形成适于经过界面层652输送电流的电路。例如，第二引线666可以联接到构建板618，且经由经过物体640的本体的导电路径而与第二层692电连接，或第二引线666可以附接到界面层652下方的物体640的表面，或实施为运动探针等，其定位为在任何合适位置与物体的表面接触，以完成经过界面层652的电路。在另一方面，第一引线666可以联接到可动探针668，其可控地定位在用已经离开喷嘴602的金属构建材料制造的物体640的表面上，且可以包括在喷嘴602的出口616附近的预定位置处与构建材料610的表面672接触的电刷引线670等。第一引线664也可以或代替地定位在各种其他位置。例如，第一引线664可以在贮存器604的内表面上联接到构建材料610，或第一引线664可以在喷嘴602的开口616处联接到构建材料610。在不同的配置情况下，第一引线664和第二引线666通常可以定位为形成经过界面层652的电路。
[0223] 通过该通常构造，焦耳加热可以用于融合物体640中的构建材料610的层。通常，焦耳加热可以用于使得构建材料和被制造的物体之间的物理界面处的打印介质变软或熔化。这可以包括以可变的脉冲形式的焦耳和/或DC信号将电流驱动通过界面层652，以增加温度并将例如BMG或半固体打印金属或具有合适的热和电特性的任何其他金属介质制造的各个层粘接。各种信号可以用于经过界面层652释放电功率。例如，低压(例如小于二十四伏特)和高电流(例如大约数百或数千安培)可以以约一赫兹到一百赫兹的低频率脉冲施加。功率输送可以被控制，例如使用DC电流的脉宽调制，电容器的受控放电，或通过任何其他合适的技术。
[0224] 焦耳加热可以有利地用于其他目的。例如，电流可以间歇地跨经喷嘴602内的表面施加，以便使得已经固化到内壁上的金属碎屑熔化或变软，由此清理喷嘴602。由此，本文公开的技术可以包括周期性地跨经分配喷嘴的内表面施加焦耳加热脉冲，以清理并去除金属碎屑。该步骤可以以预定的规律计划执行，或该步骤可以响应于沿用于构建材料610的进给路径614的增加机械阻力的检测(其表明了潜在的阻塞)或响应于任何其他合适信号或过程变量来执行。
[0225] 通常，焦耳加热可以在打印过程中以恒定功率或以可变功率施加，该可变功率例如基于层间连结的所感测状态而动态变化，或例如基于体积流率、沉积表面区域或一些其他因素或因素的集合而按程序变化。其他电气技术可以用于实现相似效果。例如，电容放电电阻焊接设备使用大电容器，以存储能量，用于快速释放。电容放电焊接源可以用于在新层被沉积时以脉冲的方式加热邻近层之间的界面。焦耳加热和电容放电焊接可以有利地用同一电路叠加。在一个方面，在构建材料610包括块体金属玻璃的情况下，可以用从与磁性金属组合的硼、硅、和磷中选择的玻璃成形剂制造块体金属玻璃(所述磁性金属是从铁、钴和镍中选择的)，以提供具有增加电阻的无定形合金，以有助于焦耳加热。
[0226] 根据制造期间的感测状况，电阻加热系统660可被动态地控制。例如，传感器系统680可以配置为估计离开喷嘴602的金属构建材料的第一区域和第一区域下方和附近的金属构建材料的之前沉积层中的金属构建材料的第二区域之间的界面(例如界面层652)处的界面温度。这例如可以包括热敏电阻、红外线传感器或任何其他传感器或适于直接或间接地测量或估计界面层652处温度的传感器的组合。通过表明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通过电源662供应的电流，例如使得界面层652可保持在最适于层间粘附的按经验或通过分析获得的目标温度。
[0227] 在一个方面，传感器650可以包括电压传感电路或其他电压检测器，其可以配置为测量跨经离开喷嘴602的金属构建材料和喷嘴602的开口616之间的界面定位的一对端子之间的电压，其与构建材料和喷嘴材料的已知塞贝克系数组合，可以用于测量材料之间的温度差。传感器650也可以包括温度传感器，其配置为测量合适位置处的喷嘴602的绝对温度，其可以与温度差组合使用，以在金属构建材料离开喷嘴602的位置处估计金属构建材料的绝对温度。电压也可以或代替地对构建材料的任何状态改变(导致相应塞贝克系数改变)做出响应。由此，例如在构建材料包括可从无定形状态转变为晶体状态的块体金属玻璃的情况下，处理器可以配置为基于电压的任何改变计算块体金属玻璃的结晶度的改变，所述电压改变与喷嘴602和离开喷嘴602的金属构建材料之间的温度差的改变无关。在检测到开始结晶的情况下，处理器可以进一步配置为降低施加到金属构建材料的热量，以便抑制结晶的继续。替换地，在期望或想要进行结晶的情况下，例如用于形成本文所述的可断开支撑层，处理器可以配置为增加施加到金属构建材料的燃料，以响应于电压改变而促进结晶的开始，或增加热量，直到实现预定状态(经由塞贝克效应测量)。
[0228] 如上所述，打印机可以包括两个或更多喷嘴和挤出机，用于供应多个构建和支撑材料等。由此，挤出机600可以是用于挤出补充构建材料的第二挤出机。例如，挤出机600可以沉积用于制造支撑结构或提供用于可容易去除的支撑结构的可断开界面的界面层的支撑材料。在一个实施例中，第二挤出机可以配置为沉积用于增材制造过程的支撑材料，其中支撑材料包括可分解的块体金属玻璃。例如，含有镁、钙和锂的合金形成的可分解的块体金属玻璃已被证明可以在各种情况下溶解。一些块体金属玻璃可以在含有氯化氢的水溶液中溶解。其他的可溶于水溶液或纯水。安装更具体的例子，镁、铜、钇已经被证明能容易地溶于氧化性溶液。进一步地，具有镁钙基的多种合金已经被证明能溶于模拟生理溶液，例如用于生物可降解植入物，且可以适当地被用作本文所构思的可溶解块体金属玻璃支撑材料。
[0229] 更通常地，可形成块体金属玻璃并比相关构建材料显著更快地溶于溶剂(例如在预定溶剂中比金属构建材料溶解至少快十倍，或更通常地，在存在相应溶剂的情况下以防止被制造物体显著劣化的速率溶解)的任何这种合金可以被适当地采用，作为可溶解块体金属玻璃，用于形成本文所构思的可溶解支撑结构或界面层。这种材料优选也有必要热匹配，以避免不同材料之间界面处的不期望热影响。
[0230] 图7显示了用于在物体三维制造中操作打印机的方法流程图。
[0231] 如步骤702所示，方法700可以以向挤出机提供构建材料为开始，例如本文所述的任何构建材料。例如，构建材料可以包括块体金属玻璃、共晶系统的偏离共晶组合物、装载有高温惰性第二相的金属基质、包晶体组合物、或在蜡、聚合物或其他粘合剂中的可烧结粉末。尽管以下描述强调了在一加工温度范围具有适于挤出的流变性能的金属构建材料的使用，但是在一些方面，构建材料也可以或代替地包括热朔性塑料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，聚乳酸(PLA)，聚醚醚酮(PEEK)或任何其他合适聚合物等。
[0232] 如步骤704所示，方法700可以可选地包括剪切该构建材料，例如其中构建材料包括块体金属玻璃或通过一些加工工艺易于形成晶体或硬化的其他材料。如进一步在本文描述的，块体金属玻璃在延长的加热过程中由于结晶而经历劣化。共晶组合物也会在加工温度范围内的延长停留时间期间产生固体颗粒的相对大量的聚集。在这些或有类似弱点的金属构建材料被加热时，例如在挤出机的贮存器中，剪切力可以通过剪切引擎施加，以缓解或防止结晶或其他结块或组合。通常，施加剪切可以包括任何技术，其能用于向贮存器中的材料施加剪切力，以主动引起沿经过贮存器达到喷嘴的进给路径的材料流动的剪切位移，以缓解结晶或其他破坏性现象。在测量到对块体金属玻璃的流动存在机械阻力的情况下，剪切可以被动态控制。由此，在一个方面，该方法包括测量沿进给路径的对块体金属玻璃流动的机械阻力(例如在步骤712)，并根据机械阻力控制剪切力的大小。
[0233] 如步骤706所示，方法700可以包括挤出构建材料。这例如可以包括从材料源供应构建材料，通过驱动系统驱动构建材料，在贮存器中加热构建材料，和通过打印机的喷嘴挤出构建材料，大致如本文所述的。
[0234] 如步骤708所示，方法700可以包括让喷嘴相对于打印机的构建板运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，或按逐层的方式沉积构建材料，以制造物体。
[0235] 如步骤710所示，方法可以包括调整喷嘴的出口形状。在喷嘴包括用于本文所述的挤出过程的可调整形状的情况下，可以在制造期间例如根据挤出机的行进方向期、望特征尺寸等周期性地调整该形状。由此，在一个方面，方法700可以包括在挤出的同时改变喷嘴出口的横截面形状，以在物体制造期间提供形状可变的挤出物。改变横截面形状可以包括让板相对于模具的固定开口运动以调整被露出以用于挤出的固定开口的一部分，或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形状、尺寸和横截面形状的旋转取向中的至少一个。
[0236] 在一个方面，出口形状可以被多个同心环控制。对于这些实施例，调整出口形状可以包括在挤出的同时选择性地打开或关闭多个同心环每一个，以控制一个或多个构建材料中之一的挤出。选择性地打开或关闭多个同心环每一个可以进一步包括，根据物体中的挤出位置或根据挤出的目标体积流率而打开或关闭多个同心环每一个。
[0237] 如步骤712所示，方法700可以包括监测沉积。这可以包括机械监测以获得用于控制打印过程的反馈传感器，例如通过对如上所述的层之间的界面处的电阻进行传感。这也可以或代替地包括记录与构建过程有关的数据，用于未来使用。
[0238] 如步骤714所示，方法700可以包括确定被打印机制造的当前层是否是与用于物体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，或支撑结构的层和物体的层之间的中间层。如果当前层不是与支撑结构的界面，则方法700可以继续进行步骤716，在该步骤，一种或多种技术可以用于改善与下层层的融合。如果当前层是与支撑结构的界面，则方法700可以继续进行到步骤718，在该步骤其他技术被应用(或不再用于)降低层之间的连结强度。
[0239] 如步骤716所示，方法700可以包括将沉积物融合到邻近物，例如直接的下层。这可以采用各种技术，其可以单独或以任何可加工组合使用，以加强沉积构建材料的连续层之间的层间连结。
[0240] 例如，融合所述层可以包括通过喷嘴向离开喷嘴的金属构建材料和物体的之前沉积层中的金属构建材料之间的界面施加超声能量。例如在监测到界面处的电阻的情况下，这可以包括基于从电阻推断的连结强度控制超声能量的幅值。
[0241] 作为另一例子，融合所述层可以包括经过离开喷嘴的金属构建材料和物体的之前沉积层中的金属构建材料之间的界面施加电流脉冲，例如用于分裂钝化层，使材料变软，和以其他方式改善层之间的机械连结。该过程可以动态地执行，例如通过测量界面处的电阻并基于从电阻推断的连结强度而控制电流脉冲。由此，在一个方面，方法700可以包括通过打印机的喷嘴沉积金属构建材料的第一层，通过喷嘴在第一层上沉积金属构建材料的第二层，以形成第一层和第二层之间的界面，且经过第一层和第二层之间的界面施加电流脉冲，以分裂金属构建材料的第一层的露出表面上的钝化层并改善跨经界面的机械连结。在喷嘴相对于打印机的构建板运动以制造物体时，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连结强度而控制电流脉冲。
[0242] 作为另一例子，融合所述层可以包括朝向金属构建材料的之前沉积层在离开喷嘴的金属构建材料上施加法向力，成形器(former)从喷嘴延伸。该过程可以动态地执行，例如通过任何合适的传感器测量成形器和离开喷嘴金属构建材料之间的瞬时接触力，且基于表明瞬时接触力的信号控制成形器的位置。
[0243] 作为另一例子，融合所述层可以包括在金属构建材料离开挤出机的喷嘴时在等离子体流中将金属构建材料连结到金属构建材料的下层。通常，等离子脱钝清洗(plasma depassivation wash)可以在沉积期间施加，以减少氧化并改善金属构建材料的连续层之间的层间连结。这可以用于包括强氧化元素的金属构建材料。由此，例如，在挤出包括铝的金属构建材料时可以有效地采用等离子清洗。
[0244] 如步骤718所示，在制造支撑界面时，各种技术可以用于使得邻近层之间的连结变弱或减小。在一个方面，这可以包括抑制如上参考步骤716所述的任何一种或多种融合增强技术。其他技术也可以或代替地用于具体地使得支撑结构和物体中的层之间的融合变弱。
[0245] 在构建材料为块体金属玻璃的情况下，通过在制造期间简单地将块体金属玻璃的温度提升到在支撑界面处使块体金属玻璃结晶，或让合金熔化使得其在重新固化时结晶，从而可以有利地制造可拆卸支撑结构。该技术可用于用单种构建材料制造支撑结构、可断开支撑界面和物体。通常，支撑结构和物体可以在玻璃转变温度以上的任何温度下用块体金属玻璃制造。在制造这些其他层之间的界面层时，温度可以在制造过程的时间框架内升高到足够高以促进块体金属玻璃结晶的温度。
[0246] 由此，在一个方面，本文公开了一种用于使用块体金属玻璃制造支撑结构和物体之间界面的方法。该方法可以包括：在用于块体金属玻璃的玻璃转变温度以上的第一温度下用块体金属玻璃制造用于物体的支撑结构层，该块体金属玻璃具有过冷液体区域；在第二温度下在支撑结构层上制造块体金属玻璃的界面层，该第二温度足够高以在制造期间促进块体金属玻璃的结晶；和在第三温度下在界面层上制造物体层，该第三温度对于第二温度且高于玻璃转变温度。应理解在这种情况下的“制造”可以包括在熔丝制造过程中或任何其他过程中进行制造，其得益于通过块体金属玻璃结晶而制造可断开的支撑部。由此，例如，使用这些技术在基于块体金属玻璃粉末的激光器烧结的增材制造过程中或使用块体金属玻璃的任何其他增材过程(additive process)中，可以有效地制造可断开支撑结构。
[0247] 类似地，本文公开了三维打印机，其可以是本文所述的任何打印机，其使用上述技术以制造支撑部、物体和用于可断开支撑的界面。由此，本文公开了用于金属物体三维制造的打印机，该打印机包括：喷嘴，配置为在用于块体金属玻璃的玻璃转变温度以上的第一温度下挤出块体金属玻璃，该块体金属玻璃具有过冷液体区域；机器人系统，配置为在熔丝制造过程让喷嘴运动，以基于计算机化模型制造支撑结构和物体；和控制器，配置为通过在大于第一温度的第二温度下在界面层中沉积块体金属玻璃而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体金属玻璃的结晶。
[0248] 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，该温度基本上不使得界面结晶，而是与物体和/或支撑部的其余部分相比，简单地让该区域中的材料进一步朝向TTT冷却曲线中的结晶区域前进。可以随后使用二次加热过程(例如通过在升高的温度下烘烤)来加热该最终形成的物体，以在物体本体之前更完全地使得界面层结晶，由此让物体处于基本上无定形的状态而界面层处于基本上结晶的状态。由此，该方法可以包括在制造期间使得界面层部分结晶，或让界面层朝向结晶充分进行，以在二次加热过程中允许界面层的独立结晶，而没有让物体结晶。
[0249] 在另一方面，可以通过用两种并不热匹配的块体金属玻璃制造支撑结构和物体，从而使得界面固有地弱化。通过将并不热匹配的块体金属玻璃用于物体和邻近的支撑结构，这些结构之间的界面层可熔化并结晶，以形成更易碎的界面，其有助于在制造之后从物体去除支撑结构。更具体地，通过用块体金属玻璃制造物体，而该块体金属玻璃具有的玻璃转变温度足够高以能够促进用于制造支撑结构的另一块体金属玻璃进行结晶，界面层可被结晶，以有助于简单地通过在第二构建材料(用于制造支撑结构)附近沉积第一材料(用于制造物体)，而将支撑结构从物体机械去除。
[0250] 由此，在一个方面，公开了用于在使用块体金属玻璃的金属物体三维制造中控制打印机的方法，且更具体地公开了用于使用具有不同加工温度范围的两种不同块体金属玻璃以有助于制造可断开支撑结构的方法。方法可以包括的步骤是，用具有第一过冷液体区域的第一块体金属玻璃制造用于物体的支撑结构，和用与第一块体金属玻璃不同的第二块体金属玻璃在支撑结构上制造物体，其中第二块体金属玻璃具有的玻璃转变温度足够高，以在制造期间促进第一块体金属玻璃的结晶，且其中在等于或高于第二块体金属玻璃的玻璃转变温度的温度下将第二块体金属玻璃沉积在支撑结构上，以在支撑结构和物体之间的界面处引起支撑结构的结晶。打印机可以是熔丝制造装置，或适于以与本文所构思的界面结晶一致的方式用第一块体金属玻璃制造支撑部和用第二块体金属玻璃制造物体的任何其他增材制造系统。
[0251] 如同如上所述的单种材料技术，最终物体和支撑结构可以经历二次过程，以使得这二者之间插置的界面层加热并完全结晶。
[0252] 第二块体金属玻璃可以具有高于第一块体金属玻璃的关键结晶温度的玻璃转变温度，且方法可以包括在第一块体金属玻璃上进行沉积之前将第二块体金属玻璃加热到高于第一块体金属玻璃的关键结晶温度的第二温度。第一块体金属玻璃的结晶可以有效地在界面处造成不超过二十MPa√m的断裂韧性。尽管界面层和支撑结构的一些邻近部分可以用第一块体金属玻璃有效地制造，以有助于界面层的结晶，但是支撑结构的下层可以用各种其他可能不昂贵的材料制造。由此，在一个方面，制造支撑结构可以包括用第一材料制造支撑结构的基部，和用第一块体金属玻璃制造基部和物体之间的支撑结构的界面层。方法通常也可以包括通过在界面处(第一块体金属玻璃在该处结晶)破坏支撑结构而从物体去除支撑结构。
[0253] 许多玻璃形成合金(glass forming alloy)系统可以用于适于制造易碎界面层的并不热匹配的对(pair)。例如，可以用基于镁的块体金属玻璃制造低温支撑结构。用于支撑部的基于镁的金属玻璃例如可以包含钙、铜、钇、银、和钆(gadolinium)中的一种或多种作为额外合金元素。基于镁的玻璃例如可以具有组合物：Mg65Cu25Y10、Mg54Cu28Ag7Y11。可以用相对高温的块体金属玻璃(例如含有基于锆、铁、或钛的金属玻璃)制造物体。例如，高温合金可以包括基于锆的合金，含有铜(且可以包含铜)、镍、铝、铍、或钛中的一种或多种作为额外合金元素。作为更具体的例子，基于锆的合金可以包括Zr35Ti30Cu8.25Be26.7,Zr60Cu20Ni8Al7Hf3Ti2,或Zr65Cu17.5Ni10Al7.5中的任何一种。基于铁的高温合金可以包括(Co0.5Fe0.5)62Nb6Dy2B30,Fe41Cr15Co7C12B7Y2或Fe55Co10Ni5Mo5P12C10B5。更具体地，有用的合金对(pair of alloys)包括Zr58.5Nb2.8Cu15.6Ni12.8Al10.3(其具有约四百摄氏度的玻璃转变温度)和Zr44Ti11Cu10Ni10Be25(其具有约三百五十摄氏度的玻璃转变温度)。作为另一例子，Fe48Cr15Mo14Er2C15B6具有约五百七十摄氏度的玻璃转变温度且Zr65Al10Ni10Cu15具有约三百七十摄氏度的玻璃转变温度，由此提供约两百度的处理裕量，这例如可用于在沉积之后立即发生大量冷却的情况。
[0254] 图8显示了用于三维打印机的挤出机。通常，用于打印机(例如块体金属玻璃打印机)的挤出机800可以包括构建材料810的源812，其通过驱动系统808让构建材料810前进经过贮存器804并到达喷嘴802的开口816以外，以在构建板818上形成物体840，大致如本文所述的。控制器830可以控制挤出机800和其他打印机部件的操作，以从计算机化模型制造物体440。挤出机800可以包括单独或组合的各种特征，以有助于改进材料处理或层的形成和融合。例如，挤出机800可以包括剪切引擎850，且挤出机也可以或代替地包括等离子源870。
[0255] 剪切引擎850可以设置在用于构建材料810((例如块体金属玻璃))的进给路径中，以主动引起块体金属玻璃的剪切位移(shearing displacement)，缓解结晶或固化金属聚集的形成。这可以有利地延长用于在高温下处理块体金属玻璃的处理时间。通常，剪切引擎850可以包括任何机械驱动器，其配置为主动引起块体金属玻璃沿进给路径814经过贮存器
804的流动的剪切位移，以缓解在玻璃转变温度以上时块体金属玻璃结晶。
804的流动的剪切位移，以缓解在玻璃转变温度以上时块体金属玻璃结晶。
[0256] 在一个方面，剪切引擎850可以包括定位在贮存器804中的臂852。臂852可以配置为让块体金属玻璃在贮存器804中运动和移位，例如通过绕进给路径814的轴线旋转。剪切引擎可以包括多个臂，例如两个、三个或四个臂，其可以被置于与进给路径814的轴线成横向的单个平面中，或沿轴线交错，以在贮存器804的轴向长度上促进剪切位移。剪切引擎850也可以或代替地包括一个或多个超声换能器854，其定位为在贮存器804中的块体金属玻璃810中引起剪切。剪切引擎850也可以或代替地包括旋转夹持件856。旋转夹持件856可以是夹持或抓持机构的任何组合，其在块体金属玻璃810在低于玻璃转变温度的温度下进入贮存器804时与块体金属玻璃810机械地接合，且配置为在块体金属玻璃810进入贮存器804时让块体金属玻璃810旋转，以引起剪切。这例如可以包括卡箍、具有内部轴承的轴环等，以允许通过旋转夹持件856进行轴向动作同时防止在夹持件中作旋转运动。通过防止旋转运动，旋转夹持件856可在固体形式的构建材料810上施加旋转力。构建材料810的源812也可以以同步方式旋转，以防止来自材料源的构建材料810中的应力聚集，这种应力聚集可能会在构建材料810从材料源812行进到贮存器804时分裂构建材料810。
[0257] 可以根据各种反馈信号有效地控制剪切引擎850。在一个方面，挤出机800可以包括传感器858，以检测贮存器804中构建材料810(例如块体金属玻璃)的粘性，且控制器830可以配置为根据从传感器858而来的表明块体金属玻璃粘性的信号通过剪切引擎850改变剪切位移的速率。该传感器858例如可以测量驱动系统808上的载荷、剪切引擎850上的旋转载荷、或直接或间接地表明贮存器804中构建材料810粘性的任何其他参数。在另一方面，传感器858可以包括力传感器，其配置为测量通过驱动系统808施加到块体金属玻璃810的力，且控制器830可以配置为响应于从力传感器而来的表明通过驱动系统850施加的力的信号而通过剪切引擎850改变剪切位移的速率。在另一方面，传感器858可以是配置为测量剪切引擎850上的载荷的力传感器，且控制器830可以配置为响应于从力传感器而来的表明剪切引擎850上载荷的信号而通过剪切引擎改变剪切位移的速率。通常，可以在玻璃转变温度以上的块体金属玻璃的粘性超过约10^12帕-秒时推断出结晶。用于直接或间接地测量或估计粘性以与该临界值比较的任何合适机构可以有效地用于提供传感器信号，以用于控制本文所构思的剪切引擎850的操作。
[0258] 挤出机800也可以或代替地包括等离子源870。等离子源870可以对着通过喷嘴802离开的金属构建材料810，以提供脱钝清洗，其能去除或减缓氧化层和其他潜在的污染物(其会干扰物体840中的构建材料810的层-层连结)，更具体地是通过在连续层之间的界面872上的一位置处引导等离子流实现的，在该处中在材料被沉积时离开喷嘴的金属构建材料与之前沉积的金属构建材料的下层连结。在另一方面，在离开喷嘴的金属构建材料沉积在一位置上之前，等离子源870可以对着下层上的所述位置，有效地提供对即将接收构建材料的表面的预清洗。尽管例如铝这样的强氧化剂可以更优选在层形成时立即暴露到等离子，但是通过预清洗过程可以有效地去除其他污染物。等离子源870可以被控制器830操控或以其他方式可控，以在制造期间提供等离子清洗的期望强度和方向。等离子源870可以使用任何合适技术产生等离子。例如，等离子源870可以包括可变化学等离子源(variable chemistry plasma source)、离子等离子源(ion plasma source)、或任何其他商业可获得或授权的等离子源，其适于部署在本文所构思的三维打印机的构建腔室中。
[0259] 在一个方面，挤出机800可以包括电压监测电路880，其可以用于测量例如喷嘴802(其中喷嘴802是金属或导电的)和构建材料810(其离开喷嘴)之间的电压差。如上所述，该潜在的差可以用于与有关于用于喷嘴材料和构建材料810的塞贝克系数的信息组合，以根据以下关系计算两材料之间的温度差：
[0260]
[0261] 其中A和B表示喷嘴802和构建材料810的材料，S表示相对或比塞贝克系数(specific Seebeck coefficient)，V表示电压，且T表示温度。
[0262] 图9显示了用于三维打印机的挤出机。通常，挤出机900(例如如上所述的任何挤出机)可以包括从喷嘴902延伸的成形器950，以通过在构建材料910离开喷嘴902时朝向构建材料910的之前沉积层952施加法向力而补充层融合过程。
[0263] 在一个方面，成形器950可以包括具有倾斜表面的成形壁954，该倾斜表面从喷嘴902的开口916向下朝向之前沉积层952的表面956倾斜，以在喷嘴902沿与之前沉积表面956平行的平面中运动(大致如箭头958所示)时形成向下力。成形壁954也可以或代替地提供横截面，以在构建材料910离开喷嘴902并连结之前沉积层952时让构建材料910在与喷嘴902行进方向正交的平面中成形。该横截面例如可以包括垂直特征，例如垂直边缘或曲线部，其定位为在构建材料离开开口时让构建材料的侧部成形。通过这类垂直特征，成形壁954可以对隆起和多余的沉积材料进行修剪和/或成形，以对熔丝制造过程中沉积的材料条(road of material)提供良好成形的矩形横截面形状，这可以改善物体940的外部表面光洁度(exterior finish)，并提供一致的平面顶表面956，以接收构建材料910的后继层。
[0264] 成形器950也可以或代替地包括定位为施加法向力的辊子960。辊子960可以是被加热的辊子，且可以包括滚动柱体、脚轮或适于在沉积材料上施加连续滚动法向力的任何其他辊子或辊子组合。
[0265] 在一个方面，与构建材料具有差粘附性的非粘性的材料可以设置在喷嘴902的开口916周围，尤其是设置在开口916周围的喷嘴902的底表面上。对于金属构建材料，有用的非粘性材料可以包括氮化物、氧化物、陶瓷或石墨。非粘性材料也可以包括具有减少的微观表面面积的材料，其使得微观机械粘附点最小化。非粘性材料也可以或代替地包括与金属构建材料润湿程度差的任何材料。
[0266] 图10A显示了铺展成形沉积喷嘴(spread forming deposition nozzle)。大致如本文所述的，打印机可以基于计算机化模型和熔丝制造过程用构建材料制造物体。用于沉积构建材料1001的喷嘴1000可以如本文所述的那样改变，以改善流动和沉积特性。通常，喷嘴1000可以具有出口，其具有的内径接近进给到喷嘴1000的构建材料1001的外径，以便在沉积期间降低通过喷嘴1000施加的挤出力和阻力，同时充分限制了构建材料的平面位置，用于在计算机控制的制造过程中进行准确的材料沉积。
[0267] 通常，喷嘴1000可以包括第一开口1002、第二开口1004、和将第一开口联接到第二开口的贮存器1006。
[0268] 第一开口1002可以具有各种形状。在构建材料1001(其可以包括本文所述的任何构建材料)具有大致圆形横截面的情况下，第一开口1002也可以具有圆形横截面，且接收构建材料1001的第一开口1002可以具有的第一内径1008至少与构建材料1001的外径1009一样大。第一内径1008优选略微大于构建材料1001的外径1009，以避免在构建材料1001进入贮存器1006的第一开口1002时发生拘束或摩擦。应理解，在第一开口1002上方，例如在用于构建材料1001的进给路径1007的先前部分，喷嘴1000可以包括尺寸逐渐或突然增加的漏斗状或其他开口，以便接收构建材料1001并在其沿进给路径1007朝向第一开口1002前进时引导构建材料1001。该入口的尺寸和形状可以根据原料改变。例如，在原料为从远距供应到第一开口1002的细且柔性的丝的情况下入口可以形成相对大、宽且长的漏斗部，以逐渐将原料朝向开口引导。相反地，在原料是刚性的且设置为直线段的情况下，仅可以需要在第一开口1002处略微对准，且入口可以在第一开口1002的前边缘处用小斜角或倒角形成便足够了。
[0269] 第二开口1004通常具有第二内径1010，其可以定位在贮存器1006的与第一开口1002下方的端部处，以在构建材料1001离开贮存器1006时在制造过程中在一表面(例如构建板或正被制造的物体表面)上沉积构建材料1001。第二内径1010通常是沿经过贮存器
1006的进给路径1007的用于构建材料1001的最窄收缩位置的点，但是在一些实施例中，贮存器1006可以在内部位置包括略窄的直径。尽管常规熔丝制造喷嘴基本上在离开点处限制了挤出构建材料的直径，例如从1.75mm到0.4mm或更少，但是已经确定的是，排出端口可以有利地保持为与构建材料1001和/或用于喷嘴1000的进入开口(第一开口1002)对准相同的尺寸。由此，例如第二开口1004的第二内径1010可以不小于第一内径1008的百分之九十，或更通常地小于第一内径1008但例如具有刚好足够的限制，以将离开的构建材料1001对准并固定在制造过程的x-y平面中。在构建材料1001与贮存器中径向扩张的情况下，第二开口
1004也可以略微大于第一开口1002。由此，在一个方面，第二开口1004的第二内径1010可以不小于第一内径1008，或略微大于第一内径1008。不管具体尺寸如何，对于构建材料1001来说通常有利的是在出口处至少略微接触第二开口1004，以便让构建材料1001的沉积与制造过程相符合，且保持构建材料1001和喷嘴1000的内壁之间的物理接触，以保持从加热系统
1016而来的热传递。
1006的进给路径1007的用于构建材料1001的最窄收缩位置的点，但是在一些实施例中，贮存器1006可以在内部位置包括略窄的直径。尽管常规熔丝制造喷嘴基本上在离开点处限制了挤出构建材料的直径，例如从1.75mm到0.4mm或更少，但是已经确定的是，排出端口可以有利地保持为与构建材料1001和/或用于喷嘴1000的进入开口(第一开口1002)对准相同的尺寸。由此，例如第二开口1004的第二内径1010可以不小于第一内径1008的百分之九十，或更通常地小于第一内径1008但例如具有刚好足够的限制，以将离开的构建材料1001对准并固定在制造过程的x-y平面中。在构建材料1001与贮存器中径向扩张的情况下，第二开口
1004也可以略微大于第一开口1002。由此，在一个方面，第二开口1004的第二内径1010可以不小于第一内径1008，或略微大于第一内径1008。不管具体尺寸如何，对于构建材料1001来说通常有利的是在出口处至少略微接触第二开口1004，以便让构建材料1001的沉积与制造过程相符合，且保持构建材料1001和喷嘴1000的内壁之间的物理接触，以保持从加热系统
1016而来的热传递。
[0270] 应理解，第一开口1002和第二开口1004也可以或代替地配置为用于细丝或其他原料的非圆形横截面集合形状。由此，在原料具有更通常的横截面形状的情况下，第一开口1002可以具有第一形状以适应横截面形状(例如在所有尺寸方面相等或较大)，且第二开口
1004可以具有第二形状，其具有小于第一形状的一个或多个内部尺寸和不小于第一形状百分之九十的横截面面积。通常的观念是在构建材料离开第二开口1004时在x-y平面中沿所有方向非常轻微地约束构建材料1001，且应理解各种空间约束手段可以有效地实现该目的，包括从第一开口1002到第二开口1004略微缩小横截面形状，或缩小一个或多个具体尺寸。在该通常构造中，第二开口1004可在构建材料1001经过第二开口1004时围绕横截面形状的周边接触构建材料1001，以抵抗构建材料在与打印机z轴线正交的x-y平面中的运动。
1004可以具有第二形状，其具有小于第一形状的一个或多个内部尺寸和不小于第一形状百分之九十的横截面面积。通常的观念是在构建材料离开第二开口1004时在x-y平面中沿所有方向非常轻微地约束构建材料1001，且应理解各种空间约束手段可以有效地实现该目的，包括从第一开口1002到第二开口1004略微缩小横截面形状，或缩小一个或多个具体尺寸。在该通常构造中，第二开口1004可在构建材料1001经过第二开口1004时围绕横截面形状的周边接触构建材料1001，以抵抗构建材料在与打印机z轴线正交的x-y平面中的运动。
[0271] 第二开口1004可以有效地在喷嘴1000的出口处包括斜切边1012或或任何类似地倾斜或成角度的表面等，使得第二开口1004在第二内径1010的下游扩张或类似地加宽到第三内径1014，其例如可以大于第一内径1002。该斜切边1012可以避免在喷嘴1000的尾端边缘(相对于构建路径)处拘束，在该处沉积材料可能被迫向后和向上进入第二开口1004的尾端内表面(trailing interior surface)。
[0272] 加热系统1016可以沿进给路径定位，例如在第一开口1002和第二开口1004之间的贮存器1006附近，以便将贮存器1006中的构建材料1001加热到大致如本文所构思的加工温度范围。这可以包括电阻加热元件、感应加热元件或本文所述的任何其他加热元件、系统或装置。通常，加热系统1016将构建材料1001加热到适于经过第二开口1004挤出并连结到从喷嘴1000接收构建材料1001的表面的加工温度。
[0273] 喷嘴1000可以与熔丝制造系统或相似的基于挤出或基于沉积的增材制造装置关联，例如本文所述的任何系统。由此，尽管在该该图中未示出，但是应理解，喷嘴1000可以：与构建平台关联，以接收通过打印机制造的物体；与机器人系统关联，其配置为在从第二开口1004沉积构建材料1001的同时让喷嘴相对于构建平台运动；和与处理器关联，其配置为控制打印机，以在构建平台上从物体的三维模型制造出物体。其他特征也可以或代替地被包括，例如构建腔室，其将构建平台和物体包封在受控环境中。
[0274] 在另一方面，喷嘴1000可以包括局部加热系统，例如本文所述的任何加热系统，用于在构建材料离开喷嘴1000的第二开口1004时加热构建材料。该局部加热系统可以有助于让构建材料1001变软，用于改进沉积、铺展、和/或与下层的融合。这例如可以包括焦耳加热系统、激光加热系统、和电阻加热系统中的至少一个，所述焦耳加热系统配置为让电流跨经离开喷嘴1000的构建材料1001的第一层与构建材料1001的下层之间的界面流过构建材料1001，该激光加热系统配置为在第二开口周围的区域中加热构建材料1001，且该电阻加热系统在第二开口1004附近的喷嘴1000中。在另一方面，加热系统1016可以将构建材料1001预加热到高于环境温度但是低于用于贮存器1006中的构建材料的加工温度范围的温度，且局部加热系统可以随后在构建材料1001离开喷嘴1000时将构建材料1001从该中间温度加热到在加工温度范围内的第二温度。如本文所述，加工温度范围可以包括任何温度范围，在这些温度，构建材料1001呈现适于挤出的流变性能，其因材料与材料的不同以及系统与系统的不同而改变。对于某些材料，从宽孔眼喷嘴(例如参考图10A所述的喷嘴1000)挤出可以在比更受限的常规喷嘴更低的温度下有效地执行，因为较大的开口产生较小的轴向负荷。
[0275] 前述技术也可以彼此组合，或与本文所述的其他技术组合。例如，在沉积期间打印机让喷嘴1000在打印机的构建空间的x-y平面中沿一路径运动，且喷嘴1000可以包括局部加热器，以提供能量，以在喷嘴的相对于该路径的前端边缘上加热构建材料，同时喷嘴的相对于该路径的尾端边缘上的熨烫底托(ironing shoe)将对构建材料的法向力施加到材料下层。
[0276] 制造方法可以有效地并入图10A的喷嘴1000。该方法例如可以包括：提供形成具有一横截面形状和一横截面面积的细丝的构建材料，将构建材料加热到加工温度，驱动构建材料通过开口，该开口具有基本上类似于细丝横截面形状且面积不大于细丝横截面形状的百分之十以下的第二横截面形状的；和沿一路径通过该开口沉积构建材料，以用构建材料形成三维物体。本文所述的许多其他制造方法和步骤也可以或代替地被包括在使用如上所述的喷嘴1000的制造过程中。
[0277] 图10B显示了铺展成形沉积喷嘴。通常，喷嘴1000可以包括加热系统1016、贮存器1006、温度传感器1020和热沉器1030。如上所述，贮存器1006可以具有基本均匀的横截面形状。尽管贮存器1006可以包含如上所述的适度的限制结构，且贮存器1006可以包括适度的扩张结构，例如具有入口锥形部(在热沉器1030和贮存器1006之间)和所示的出口锥形部，但是贮存器1006不包含需要通过模具等挤出构建材料的任何显著的限制，或在用于相关打印机的驱动系统上造成大量与挤出相关的载荷的任何其他类似的限制开口。
[0278] 图11显示了用于制造导能部的喷嘴的截面。在构建材料离开喷嘴1100时，一个或多个导能部(例如突脊)可以形成在沉积构建材料的露出表面中，以提供高局部接触力的区域，其可改善构建材料的连续层之间的层间连结。例如超声振动这样的其他技术也可以用于沿这些导能特征改善融合。
[0279] 通常，喷嘴1100可以包括成形固定件(shaping fixture)1102，以在构建材料沿箭头1104所示方向离开喷嘴1100时，在构建材料(例如金属构建材料)的顶表面上赋予至少一个突脊。成形固定件1102例如可以包括经过喷嘴1100的中心轴线1108的沟槽1106，其可以主动或被动地旋转以对准喷嘴1100的行进方向，或其可以保持旋转固定，使得喷嘴1100仅在喷嘴1100在x-y平面中沿某些方向行进时形成导能特征。由此，在一个方面，成形固定件1102可以在构建路径在制造过程的x-y平面中改变方向时绕喷嘴1100的中心轴线1108旋转，以将成形固定件1102对准构建路径。
[0280] 如本文所述的其他喷嘴那样，喷嘴1100可以并入到增材制造系统中，例如包括能操作为让喷嘴1100相对于构建平台运动经过构建路径以在制造过程中形成物体的机器人系统的系统。其他有用的特征可以包括沿构建路径尾随喷嘴的辊子，其在后继层沉积在至少一个突脊上方时向该后继层施加向下的法向力和超声能量。系统可以更通常地包括构建板、加热系统和机器人系统，该机器人系统配置为让喷嘴相对于构建板沿三维路径运动，以便根据物体的计算机化模型在构建板上用构建材料制造物体，包括控制器，该控制器通过计算机可执行代码配置为控制加热系统、驱动系统和机器人系统，以在构建板上用金属构建材料制造物体。
[0281] 图12显示了形成在沉积的构建材料层中的导能部。通常，可以使用本文所述的多种技术中的任何技术沉积构建材料1200的珠(bead)或条(road)。例如图11所述的喷嘴这样的喷嘴可以用于形成突脊1202或具有凸起的小表面区域特征的相似特征，其将能量引导到局部区域，以在与后继层接触期间改善层间融合。
[0282] 图13显示了具有多个沟槽的喷嘴出口的俯视图。如上所述，喷嘴1300可以包括例如如上所述的多个沟槽1302，或以不同角度经过喷嘴1300的中心轴线的相似成形特征。这种布置方式有利地允许在x-y平面中沿更多方向行进时形成导能特征，而不需要喷嘴1300绕中心轴线旋转。尽管附图中的沟槽被显示为经过喷嘴1300的中心轴线，但是这并不是必须的。任何数量的沟槽可以并入而不经过中心轴线，包括多个平行沟槽或与中心轴线成不同角度的多个沟槽。
[0283] 图14显示了具有多个突出部的喷嘴出口的俯视图。通常，喷嘴1400的成形固定件可以包括一个或多个突出部1402，例如指状物、杆等，其从喷嘴朝向构建表面向下延伸并定位为通过在材料沉积时对表面扒垄(rake)或以其他方式成形而在离开喷嘴的构建材料的顶表面中形成谷部(和相应峰部)。
[0284] 增材制造方法可以有效地并入如上所述的喷嘴，以在构建材料的露出表面中形成导能部。例如，用于在本文所构思的物体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将构建材料挤出，让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以基于物体的计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体，和在构建材料离开喷嘴时让顶表面成形，以形成一个或多个突脊，该一个或多个突脊提供了具有高局部接触力的区域，以接收构建材料的后继层。方法可以使用本文所述的任何构建材料，且可以有效地并入用于改善层间融合的其他技术，例如在构建材料的后继层沉积在一个或多个突脊上时向构建材料的后继层施加超声能量，或在沉积后继层时向一个或多个突脊施加等离子流。
[0285] 图15示出了用于通过塞贝克效应监测温度的方法。塞贝克效应是两个不同导电体或半导体之间的温度差在两材料之间产生电压差的现象。该性质可以被利用，以在材料温度不适于直接测量的情况下，例如在构建材料离开导电材料形成的喷嘴的情况下，推断构建材料温度。应理解，尽管以下描述具体涉及塞贝克效应，但是例如珀尔帖效应和汤姆森效应这样的多种热力学相关的概念(其被共同称为热电效应)描述了这样的现象，其中温度差被转换成为电压或反之亦然，任何这一情况可以等同地用于测量温度，如本文所构思的那样。
[0286] 如步骤1502所示，方法1500可以包括在制造过程中挤出构建材料。这例如可以包括通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料和让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以使用本文所述的任何技术基于物体计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体。
[0287] 如步骤1504所示，方法1500可以包括监测喷嘴和金属构建材料之间的电压。这可以包括，如果电压测量跨过喷嘴和构建材料的两种不同材料之间的物理界面，则可使用本文描述的任何各种电路和探针置放结构监测电压，其中塞贝克效应基于温度差形成电压差。
[0288] 如步骤1506所示，方法1500可以包括基于电压估计金属构建材料的温度参数。温度参数可以是用于控制加热系统的任何温度指征。例如，温度参数可以包括喷嘴和金属构建材料之间的相对温度，其是从塞贝克关系获得的最直接结果。然而，金属构建材料的绝对温度可以是更有用的测量结果，以用于控制加热系统。由此，在一个方面，温度参数可以包括金属构建材料的绝对温度。为了获得绝对温度，方法1500可以包括测量喷嘴的温度，例如通过外部热电偶、红外线扫描仪或任何其他合适技术，且随后基于用于金属构建材料和喷嘴材料每一个塞贝克系数和电压估计喷嘴和金属构建材料之间的温度差。这两个值——喷嘴的绝对温度以及喷嘴和构建材料之间的温度差——可被加到一起，以计算构建材料的绝对温度。
[0289] 如步骤1508所示，方法1500可以包括响应于温度参数控制金属构建材料的温度。用于控制温度的各种技术如本文所述，其任何一种可以适当地用于控制金属构建材料的温度。例如，控制温度可以包括在构建材料经过喷嘴时控制构建材料的挤出速率，以增加或减小从加热系统向构建材料的热传递。控制温度也可以或代替地包括控制加热系统，该加热系统在构建材料沿进给路径行进时向构建材料提供加热，或控制喷嘴速度，以缓解沉积材料部位的局部加热。在另一方面，本文所述的任何局部加热技术可以在喷嘴的出口处采用，以更局部地控制挤出材料的温度，例如通过激光加热、冷却流体流、焦耳加热等。更通常地，通过使用塞贝克效应针对构建材料提供快速和准确的热参数的直接测量，与从周围硬件的推断性测量不同，可以实现改进的热控制。
[0290] 图16显示了用于三维打印机的挤出机。挤出机1600可以包括喷嘴1604，例如本文所述的任何喷嘴，以及喷嘴清理固定件1602。
[0291] 喷嘴清理固定件1602可以定位在打印机的构建腔室中(或构建腔室附近)的任何合适位置，使用打印机的机器人系统，在该处喷嘴清理固定件1602可被喷嘴1602接近，例如在用于打印机的构建板上。通常，喷嘴清理固定件1602可以成形为从喷嘴1600实体地逐出或加工固化的构建材料和其他污染物，且用于打印机的机器人系统可用于操作喷嘴1604以与喷嘴清理固定件1602接合，用于周期性清理或对表面喷嘴堵塞的诊断情况等做出响应。用于打印机的控制器可以相应地被配置为让喷嘴1604的开口接合喷嘴清理固定件1602，以将离开路径中的妨碍物1606(例如硬化金属、污染物等)逐出。这可以包括让喷嘴1604运动到喷嘴清理固定件1602，让喷嘴清理固定件1602运动到喷嘴1604，或这些的一些组合。
[0292] 通常，喷嘴清理固定件1602可以与喷嘴1604的参考几何匹配。例如，喷嘴清理固定件1602可以包括销1620等，成形为在开口1622置于销1620上方时机械地逐出离开路径中的妨碍物。更通常地，任何适当互补的几何结构可以被采用。例如，如果喷嘴1604具有非圆形横截面孔眼，则互补形状可以用于销。喷嘴清理固定件1602可以有效地并入尖锐边缘1624，其定位为在销1620接合开口1622时从开口去除材料。
[0293] 在一个方面，喷嘴清理固定件1602可以包括电流源，例如本文所述的任何焦耳加热系统，以将经过开口1622中的金属构建材料施加焦耳加热电流，以便让金属构建材料熔化并流动通过喷嘴1604。这可以有效地液化任何结晶、硬化或结块的构建材料或污染物，使得它们可流出喷嘴1604。喷嘴清理固定件1602也可以或代替地包括微波能量源，其配置为将金属构建材料加热到熔化温度以上。
[0294] 用于打印机的控制器可以选择性地以多种方式应用喷嘴清理固定件1602。例如，控制器可以配置为根据预定喷嘴清理计划、或响应于潜在对经过喷嘴的流动造成妨碍的物体的检测、或这些情况的一些组合而让喷嘴1604的开口1622运动为与喷嘴清理固定件1602接合。
[0295] 在另一方面，挤出机1600或使用挤出机1600的打印机可以包括接触探针1630，其配置为电子检测接触探针与喷嘴表面1632的接触，该接触探针1630定位为在预定位置接触喷嘴的表面。更通常地，一个或多个接触探针可以用于将喷嘴的高度和/或位置例如检测为零、中心，或在打印之前以其他方式校准喷嘴，或在制造期间确定相对于构建材料沉积层的高度。预定位置例如可以包括打印机的构建空间中的预定位置，例如构建空间中的具体x-y-z坐标，或具体z轴线位置。预定位置也可以或代替地包括相对位置，例如相对于打印机的构建平台的预定高度，相对于在制造过程中之前从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度，或相对于在制造过程中当前正从喷嘴沉积的金属构建材料层的预定高度。通过使用面向下的喷嘴1600的表面1630，可以通过将喷嘴1600朝向接触探针1630下降直到检测到电接触而容易地捕捉z轴线测量结果。
[0296] 通常，打印机的处理器或其他控制器可以配置为对基于与一个或多个位置的接触的控制信号做出反应。例如，处理器可以配置为，基于对与喷嘴表面的接触的检测，校准机器人系统中一个或多个马达的位置，所述马达让喷嘴在打印机的构建空间中运动。虽然示出了单个接触探针1630，但是应理解，也可以采用多个接触探针1630，或有助于不同类型的位置测量，或改善特定测量的x-y-z分辨率。由此，例如，打印机可以包括多个接触探针1630，且处理器可以配置为基于与多个接触探针1630每一个同时发生的接触而让喷嘴1604中心定位。在另一方面，打印机可以包括与接触探针1630成固定对准关系的第二接触探针
1630。这些探针1630可以可控地定位在打印机的构建空间中，且处理器可以配置为将第二接触探针定位为与金属构建材料(其被沉积以形成物体)的露出顶表面接触，且基于第一接触探针与喷嘴表面的接触而确定喷嘴相对于露出顶表面的高度。
1630。这些探针1630可以可控地定位在打印机的构建空间中，且处理器可以配置为将第二接触探针定位为与金属构建材料(其被沉积以形成物体)的露出顶表面接触，且基于第一接触探针与喷嘴表面的接触而确定喷嘴相对于露出顶表面的高度。
[0297] 图17显示了在三维打印机中使用喷嘴清理固定件的方法。
[0298] 如步骤1702所示，方法1700可以包括在制造过程中挤出构建材料。这例如可以包括通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料和让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以使用本文所述的任何技术基于物体计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体。
[0299] 如步骤1704所示，方法可以包括检测潜在的妨碍物。多种技术可以用于对流动通过挤出喷嘴造成妨碍的物体。这例如可以包括测量通过驱动系统向细丝或向接收细丝的挤出机施加的瞬时力，其可以测量将构建材料驱动通过喷嘴所需的力的量。相似测量可以从通过驱动系统施加的旋转力或通过驱动系统上的电气或机械载荷获得，所述驱动系统将构建材料驱动通过喷嘴。在另一方面，塞贝克效应或其他技术可以用于检测表明堵塞或硬化状况的喷嘴中材料的状态改变。
[0300] 如步骤1706所示，在检测到潜在妨碍物时，方法1700可以包括让喷嘴运动为与喷嘴清理固定件接合，以有助于例如使用本文所述的任何技术(例如加热、物理位移、或这些的一些组合)去除妨碍物。对于包括销的喷嘴清理固定件，这可以包括例如使用用于三维打印机的机器人系统或设置为用于对喷嘴清理固定件进行空间控制的补充机器人系统而让喷嘴运动成与销对准，并随后让销插入通过喷嘴的开口。这也可以或代替地包括从微波能量源向金属构建材料施加足以使得金属构建材料液化的微波能量，或从电流源施加经过喷嘴中金属构建材料的足以使得金属构建材料液化的电流。也可以或代替地有本文所构思的喷嘴清理固定件采用实体地逐出妨碍物的任何其他相似的机械或电磁技术。
[0301] 图18显示了用于检测喷嘴位置的方法。
[0302] 如步骤1802所示，方法1800可以包括在制造过程中挤出构建材料。这例如可以包括通过打印机的喷嘴挤出金属构建材料和让喷嘴相对于打印机的构建板沿构建路径运动，以使用本文所述的任何技术基于物体计算机化模型在熔丝制造过程中在构建板上制造物体。
[0303] 如步骤1804所示，方法1800可以包括基于对喷嘴表面在预定位置处与接触探针的接触的电气检测而检测喷嘴的位置。预定位置可以包括在打印机的构建空间中的预定位置，相对于打印机构建板的预定高度，或打印机或制造过程的坐标系中的任何其他相对或绝对位置。
[0304] 如步骤1806所示，方法1800可以包括基于喷嘴和接触探针之间的接触控制喷嘴的位置。这可以包括在检测到接触时控制制造过程中喷嘴的运动，或更通常地例如通过基于与喷嘴表面接触的检测来校准机器人系统中的一个或多个马达(其让喷嘴沿构建路径运动)的位置，从而控制喷嘴的运动。
[0305] 图19显示了用于使用可溶解块体金属玻璃支撑材料的方法。通常，这可以包括制造完全可溶解的支撑部，或在物体和不可溶解的支撑结构之间制造可溶解界面层。
[0306] 如步骤1902所示，方法1900可以包括制造支撑结构。这可以通常包括在从第一喷嘴挤出支撑材料以制造用于物体的支撑结构的同时让第一喷嘴相对于构建板沿第一构建路径运动。支撑材料可以包括可溶解块体金属玻璃，例如其中目的是通过溶剂去除整个支撑结构，或支撑材料可以是适于支撑本文所构思的物体的任何其他材料。
[0307] 如步骤1904所示，方法1900可以包括制造界面层。具体说，在支撑结构本身不可溶解在具体溶剂中的情况下，可以在支撑结构和邻近物体表面之间单独制造出界面层，其中界面层包括可溶解块体金属玻璃，其可通过溶剂去除，以将物体从支撑结构释放。许多合适的块体金属玻璃合金在本领域是已知的。如上所述，可溶解块体金属玻璃可包括镁合金，钙合金，或锂合金。
[0308] 如步骤1906所示，方法1900可以包括制造物体，例如通过让第二喷嘴沿第二构建路径相对于构建板运动，以用金属构建材料在支撑结构上方制造物体的一部分，其中第二构建路径是基于物体的计算机化模型。在界面层被如上所述地沉积的情况下，第一喷嘴和第二喷嘴可以是同一喷嘴，和/或支撑结构和物体可以用相同材料制造。在任一情况下，最终物体可以包括制造物品，其含有用于对物体的一部分进行增材制造的支撑结构、用可溶解块体金属玻璃形成的支撑结构和在支撑结构附近的物体表面，其中物体表面用金属构建材料形成。
[0309] 如步骤1908所示，方法1900可以包括溶解可溶解块体金属玻璃，溶解支撑结构或界面层。聚集结构(aggregate structure)例如可以用合适的相应溶剂浸没或冲洗。在适当的情况下，可以施加热量，或溶剂可以被搅动，或能量可以以其他方式施加，以加速溶解过程。所使用的具体溶剂是取决于系统的，但是在各方面，这可以包括将块体金属玻璃溶解在水溶液中，例如水或含有氯化氢或其他改变pH值的酸或碱的水溶液。
[0310] 图20显示了用于可控地将物体固定到构建板的方法。通常，在制造期间接收物体的构建板可以包括具有低熔化温度(相对于构建材料)的材料涂层，例如低熔化温度焊剂。具体说，该材料可以是合金，其可在接收该结构的同时被固化，且随后加热到液态，以有助于在制造之后在足够低以使得邻近的被制造物体不会熔化或变形的温度下去除该结构。
[0311] 如步骤2002所示，方法2000可以包括为构建板提供具有一熔化温度的材料涂层。这可以包括本文所述的任何构建板。涂层的熔化温度可以是低于用于构建材料(其将用于构建板)的加工温度范围下限的温度，例如是构建材料保持固体的温度。涂层例如可以包括低熔化温度焊剂，例如含有铋或铟的焊剂合金。
[0312] 如步骤2004所示，方法2000可以包括冷却构建板。这可以包括在暴露到金属构建材料(其倾向于在在加工温度范围内时将涂层加热到熔化温度以上)时冷却构建板，以将涂层保持在低于熔化温度的温度，例如通过不断地施加主动冷却，例如通过在内部对构建板进行流体冷却，向构建板上方引导冷却气体或流体，或以其他方式独立于实际温度连续冷却构建板。这也可以或代替地包括控制主动冷却系统，以将构建板保持在目标温度，或在目标温度范围内。还应理解，在构建腔室和构建板在正常打印情况下保持充分冷却的情况下，可以省略主动冷却构建板的步骤。
[0313] 如步骤2006所示，方法2000可以包括用金属构建材料在构建板的涂层上制造一结构，其中金属构建材料具有加工温度范围，具有的可流动状态呈现适于熔丝制造的流变性能。结构例如可以包括通过计算机化模型描述的任何物体，该模型已经(以合适的形式或数据结构)提交给打印机，以用于制造。结构也可以或代替地包括用于通过打印机制造的物体的支撑结构。如上所述，涂层的熔化温度优选低于沉积在构建板上的构建材料的加工温度范围下限。
[0314] 如步骤2008所示，在完成结构制造之后，方法2000可以包括将涂层加热到高于熔化温度的温度。通常，这可以使得构建板上的涂层液化而不使得结构熔化或使得结构的净形状以其他方式变形，或替换地不会显著影响结构的形状。
[0315] 如步骤2010所示，方法2000可以包括在涂层为液体时从构建板去除该结构。在涂层被加热到熔化温度以上的情况下，结构同时在加工温度范围以下处于固态，该结构可以从构建板去除，而没有来自涂层的显著机械阻力。
[0316] 相似的技术也可以或代替地用于形成可熔化界面，以从在制造期间需要支撑的物体去除支撑结构。由此，例如，本文所构思的结构可以包括用于支撑增材制造的物体的一部分的支撑结构，低温合金形成的可熔化界面层，和物体的表面，其中可熔化界面设置在支撑结构和物体表面之间，且其中物体用金属构建材料形成，该金属构建材料具有显著大于可熔化界面层的熔化温度。可熔化界面层例如可以用低温焊剂形成，例如本文所述的任何那些焊剂。
[0317] 图21显示了用于使用力反馈进行挤出控制过程的方法。通常，用于挤出构建材料(例如金属构建材料)的控制回路可以测量挤出构建材料所需的力，且随后使用该感测参数来估计构建材料的温度。温度或估计温度和目标温度之间的差可用于加快或减慢构建材料的挤出，以控制沿进给路径从加热系统而来的热传递。该通常控制回路可以被改变，以计入其他可能的情况，例如喷嘴堵塞或结晶开始。作为重要的优势，这可以通过一方面缩短检测温度所需的时间量并通过另一方面缩短施加热量所需的时间量而极大地改善热控制。应理解，尽管以下技术被描述为用于用金属构建材料进行制造的技术，但是这也可以或代替地有效地适于非金属熔丝制造材料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯，聚乳酸，等。
[0318] 如步骤2102所示，方法2100可以包括用加热系统(例如本文所述的任何加热系统)加热构建材料，例如金属构建材料。通常，这包括将金属构建材料加热到通常如本文所构思的加工温度范围内的一温度。
[0319] 如步骤2104所示，方法2100可以包括通过驱动系统(例如本文所述的任何驱动系统)让金属构建材料以一定速度前进通过打印机的喷嘴。
[0320] 如步骤2106所示，方法2100可以包括监测驱动系统上的抵抗构建材料前进通过喷嘴的力。这可以使用任何传感器或传感器组合来检测，所述传感器或传感器组合适于确定在构建材料前进通过挤出机时通过构建材料施加在驱动系统上的载荷。例如，这可以包括直线位移传感器、力传感器、旋转传感器、或用于测量相关物理参数的任何其他类型传感器，所述相关物理参数例如是通过原料施加在挤出机或喷嘴上的轴向载荷，驱动系统的马达上的旋转机械载荷，或在驱动系统让构建材料前进通过挤出机时在驱动系统上的电负载。
[0321] 如步骤2108所示，方法2100可以包括根据驱动系统上的力调整驱动系统的速度。这可以包括用于应用经感测的力作为反馈信号以控制驱动速度的任何比例、整体、微分或其他系统。例如，这通常可以包括通过增加驱动系统的速度而调整速度，以在力减小时减少热传递。这可以类似地包括减小驱动系统的速度，以在力增加时增加热传递。即，在增加的力暗示了增加的粘性且较低的温度的情况下，速度可以略微下降，使得构建材料在加热系统附近花费更大量的时间，在该处会发生更多热传递。相反地，响应于减小的力(暗示较高的温度和较低的粘性)，速度可以增加以减少在贮存器中或的其他位置(在该处，固定位置加热源施加热量)发生的加热量。通常，实施该技术的控制系统可以保持用于该力的预定目标值，其表明构建材料的预定温度。
[0322] 如步骤2110所示，方法2100可以包括调整喷嘴速度。具体说，这可以包括在制造过程中与驱动系统速度成比例地调整喷嘴运动速度，以便保持用于制造过程的基本上恒定的材料沉积速率。在驱动速度改变时，构建材料的挤出体积也将改变。为了避免在挤出速率改变时相对于物体其余部分的挤出过度或挤出不足，在制造过程的x-y平面中喷嘴的速度可以被调整，以便保持基本上恒定的体积分布率(volume distribution rate)和构建材料的相应平衡或一致的空间分布。更具体地，在驱动速度增加时，喷嘴速度应该按比例增加，且反之亦然。
[0323] 如步骤2112所示，方法2100可以包括基于驱动系统上的力和驱动系统的速度之间的关系来检测打印机中的错误状况。例如，打印机应对随温度增加而驱动速度减小(这会提供更多加热)的情况做出响应，实现驱动系统上的轴向、旋转或其他载荷的减小。代替地，如果力增加，则可以推断出阻塞、构建材料结晶或其他故障这样的错误。类似地，如果被测量温度(使用热敏电阻、塞贝克效应测量等)似乎是以与驱动速度的改变不一致的方式改变，则可以类似地推断错误状况。
[0324] 如步骤2114所示，方法可以包括响应于错误状况启动补救措施。这例如可以包括终止制造过程，暂停制造过程，启动喷嘴清理操作，通过听得见的音调、电子通信等通知用户，或以其他方式停止打印机和/或明确要求自动或手动干预。
[0325] 上述系统、装置、方法、过程等可以由适用于具体应用的硬件、软件或其任何组合实现。硬件可以包括通常目的计算机和/或专用计算装置。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装置或处理电路以及内部和/或外部存储器中实现。这也可以包括或代替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、或可以配置为处理电子信号的任何其他一个或多个装置。进一步应理解，如上所述过程或装置的实现可以包括计算机可执行代码，其使用例如C这样的结构化程序设计语言创建，例如C++这样的向对象语言创建，或任何其他高级或低级设计语言创建(包括汇编语言、硬件描述语言、和数据库设计语言和技术)，其可以被存储、编译或解译，以在上述装置中之一、以及处理器的异构组合、处理器架构、不同硬件和软件的组合上运行。在另一方面，该方法可以实施在执行步骤的系统中，且可以以多种方式跨经装置分布。同时，处理可以跨经装置分布，例如如上所述的各种系统，或所有功能可以整合到专用、独立装置或其他硬件中。在另一方面，用于执行与如上所述过程关联的步骤的器件可以包括如上所述的任何硬件和/或软件。所有这种排列和组合目的是落入本发明的范围。
[0326] 本文公开的实施例可以包括计算机程序产品，包括计算机可执行代码或计算机可用代码，其在一个或多个计算装置上执行时执行其任何和/或所有步骤。代码可以以非瞬时的方式存储在计算机存储器中，且可以是存储器，从该存储器执行程序(例如与处理器关联的随机访问存储器)，或可以是存储装置，例如驱动盘、闪速存储器或任何其他光学、电磁、磁性、红外或其他装置或装置组合。在另一方面，如上所述的任何系统和方法可以以任何合适的传递或传播介质携带的计算机可执行代码和/或来自其的任何输入或输出实施。
[0327] 应理解，如上所述的装置、系统、和方法通过例子给出且不是限制性的。若无明确的相反描述，公开的步骤可以改变、补充、省略和/或重新安排顺序，而不脱离本发明的范围。本领域技术人员可以理解许多变化、添加、省略和其他修改。此外，说明书和附图中的方法步骤的顺序或展示目的是要求执行所述步骤的顺序，除非具体顺序被明确需要或从上下文清楚得知。
[0328] 本文所述的实施方式的方法步骤目的是包括使得这种方法步骤被执行的任何合适的方法，与权利要求的可专利性一致，除非不同的意义被明确给出或从上下文清楚得知。因此，例如执行X步骤包括用于使得另一方(例如远程用户、远程处理资源(例如服务器或云计算机)或机器执行X步骤的任何合适方法。类似地，执行步骤X、Y和Z可以包括引导或控制这种其他个体或资源的任何组合的任何方法，以执行步骤X、Y和Z，以获得这种步骤的优点。
由此，本文所述的实施方式的方法步骤目的是包括任何合适的方法，其使得一方或多方或实体执行步骤，与权利要求的可专利性一致，除非不同的意义被明确给出或从上下文清楚得知。这些方或实体不需要得到其他方或实体的指导或控制且不需要具有特定的权限。
由此，本文所述的实施方式的方法步骤目的是包括任何合适的方法，其使得一方或多方或实体执行步骤，与权利要求的可专利性一致，除非不同的意义被明确给出或从上下文清楚得知。这些方或实体不需要得到其他方或实体的指导或控制且不需要具有特定的权限。
[0329] 进一步应该理解上述方法通过例子提供。若无明确的相反描述，公开的步骤可以改变、补充、省略和/或重新安排顺序，而不脱离本发明的范围。
[0330] 应理解如上所述的方法和系统通过例子给出且不是限制性的。本领域技术人员可以理解许多变化、添加、省略和其他修改。此外，说明书和附图中的方法步骤的顺序或展示目的是要求执行所述步骤的顺序，除非具体顺序被明确需要或从上下文清楚得知。由此，尽管已经显示和描述了具体实施例，但是本领域技术人员应理解，各种形式和细节的改变和修改可以在不脱离本发明精神和范围的情况下做出，且目的是形成权利要求限定的本发明的一部分，其应在法律允许的范围内被解读。
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