本申請(qǐng)涉及共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朹_____，2014年5月9日提交的現(xiàn)在美國(guó)專利申請(qǐng)第14/273,675號(hào)并且名稱為“System and Method for Forming Three-Dimensional Structures with Different Material Portions”，該申請(qǐng)通過(guò)引用以其整體并入本文。

背景

本實(shí)施方案總體上涉及三維印刷系統(tǒng)和方法。

三維印刷系統(tǒng)和方法可與包括熔融沉積成型(FDM)、電子束自由成形制造(EBF)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)以及其它種類的三維印刷技術(shù)的各種技術(shù)相關(guān)聯(lián)。

由三維印刷系統(tǒng)形成的結(jié)構(gòu)可以與由其它制造技術(shù)形成的物體一起使用。這些物體包括在各種鞋類物品和/或服裝物品中使用的紡織材料。

概述

在一方面，一種在基底部件上制造結(jié)構(gòu)的方法包括在靠近基底部件的第一位置中提供噴嘴，該噴嘴構(gòu)造成在第一方向上擠出材料。該方法還包括通過(guò)噴嘴將材料的第一部分?jǐn)D出到基底部件上，其中當(dāng)材料的第一部分接觸基底部件時(shí)，材料的第一部分在垂直于第一方向的第二方向上向外鋪展(spread)。該方法還包括形成包括擠出的材料的第一部分的結(jié)構(gòu)的第一部分，并且使噴嘴沿著第一方向遠(yuǎn)離材料的第一部分移動(dòng)到第二位置。該方法包括通過(guò)噴嘴將材料的第二部分?jǐn)D出到結(jié)構(gòu)的第一部分上，其中當(dāng)材料的第二部分接觸結(jié)構(gòu)的第一部分時(shí)，材料的第二部分中第二方向上向外鋪展。該方法還包括形成結(jié)構(gòu)的第二部分，該結(jié)構(gòu)的第二部分包括擠出的材料的第二部分。結(jié)構(gòu)的第一部分具有第一橫截面面積，并且結(jié)構(gòu)的第二部分具有第二橫截面面積。第一橫截面面積不同于第二橫截面面積。

在另一方面，一種制造結(jié)構(gòu)的方法包括在靠近結(jié)構(gòu)的第一部分的位置中提供噴嘴，該噴嘴構(gòu)造成沿第一方向擠出材料。該方法還包括通過(guò)噴嘴將材料的第一部分?jǐn)D出到結(jié)構(gòu)的第一部分上，其中當(dāng)材料的第一部分接觸結(jié)構(gòu)的第一部分時(shí)，材料的第一部分在垂直于第一方向的第二方向上向外鋪展。該方法還包括從光學(xué)感測(cè)設(shè)備接收關(guān)于材料的第一部分的光學(xué)信息。該方法包括從光學(xué)信息確定感測(cè)的向外鋪展值，其中，所感測(cè)的向外鋪展值與材料的第一部分在第二方向上的向外鋪展有關(guān)。該方法還包括檢索預(yù)測(cè)向外鋪展值，并當(dāng)感測(cè)的向外鋪展值與預(yù)測(cè)的向外鋪展值顯著不同時(shí)，響應(yīng)于感測(cè)的向外鋪展值調(diào)整至少一個(gè)擠出控制參數(shù)。

在另一方面，一種制造附接到基底部件的結(jié)構(gòu)的方法包括在基底部件的第一側(cè)附近提供噴嘴，該噴嘴構(gòu)造成在第一方向上擠出材料。該方法還包括在基底部件的第二側(cè)上提供模制部件。該方法還包括通過(guò)噴嘴擠出材料的第一部分，使得材料的該第一部分流過(guò)基底部件中的開(kāi)口并填充模制部件中的空腔，以便在基底部件的第二側(cè)上形成結(jié)構(gòu)的第一部分。該方法包括使噴嘴在第一方向上遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的第一部分移動(dòng)，并且將材料的第二部分通過(guò)噴嘴擠出到結(jié)構(gòu)的第一部分上。當(dāng)材料的第二部分接觸結(jié)構(gòu)的第一部分時(shí)，材料的第二部分在第二方向上向外鋪展。該方法還包括用擠出的材料的第二部分形成結(jié)構(gòu)的第二部分，其中結(jié)構(gòu)的第二部分布置在基底部件的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)的第一部分具有第一橫截面面積，并且結(jié)構(gòu)的第二部分具有第二橫截面面積。第一橫截面面積大于開(kāi)口的第三橫截面面積，并且第二橫截面面積大于第三橫截面面積。

在研究了以下附圖和詳細(xì)描述之后，實(shí)施方案的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是明顯的或?qū)⒆兊妹黠@。意圖是所有這樣的另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括在本描述和本概述中、在實(shí)施方案的范圍內(nèi)，并且由所附隨的權(quán)利要求保護(hù)。

附圖簡(jiǎn)述

參考以下附圖和描述可以更好地理解實(shí)施方案。附圖中的部件不一定按比例，而是重點(diǎn)在于示出實(shí)施方案的原理。此外，在圖中，相同的參考編號(hào)貫穿不同視圖指示相應(yīng)的部分。

圖1是三維印刷系統(tǒng)的部件以及可與該三維印刷系統(tǒng)一起使用的多個(gè)物品的實(shí)施方案的示意圖；

圖2是與三維印刷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各種子系統(tǒng)的實(shí)施方案的示意圖；

圖3是一組擠出控制參數(shù)的實(shí)施方案的示意圖；

圖4是三維印刷系統(tǒng)的噴嘴和可選的傳感器的實(shí)施方案的示意圖；

圖5是噴嘴和用于改變新近從噴嘴噴射的材料的一部分的物理性質(zhì)的設(shè)備的實(shí)施方案的示意圖；

圖6是可以用三維印刷系統(tǒng)形成的數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意性等距視圖；

圖7-圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過(guò)從噴嘴擠出材料形成旋鈕狀結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖。

圖15-圖19是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過(guò)從噴嘴擠出材料形成鉤狀結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖。

圖20是根據(jù)從光學(xué)設(shè)備接收的信息調(diào)整材料的擠出的過(guò)程的實(shí)施方案；

圖21是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于感測(cè)材料的一部分的向外鋪展并且作為響應(yīng)調(diào)節(jié)從噴嘴擠出的材料的流速的過(guò)程的示意圖。

圖22是改變擠出材料的一部分的物理性質(zhì)的過(guò)程的實(shí)施方案；

圖23-圖27是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過(guò)從噴嘴擠出材料在基底部件中形成錨固結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖。

圖28是可與三維印刷系統(tǒng)一起使用的數(shù)個(gè)不同模制部件的實(shí)施方案的示意圖；

圖29是錨固在基底部件內(nèi)的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意圖，其中該結(jié)構(gòu)的部分延伸穿過(guò)基底部件的材料中的空間；

圖30是用于將物品的部分與三維印刷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的不同構(gòu)造的實(shí)施方案的示意圖。

圖31是包括通過(guò)三維印刷過(guò)程形成的各種結(jié)構(gòu)的鞋類物品的實(shí)施方案的示意性等距視圖；

圖32是由不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意圖，其中每種材料使用不同的噴嘴施加；

圖33-圖35示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過(guò)形成外殼部分且然后填充該外殼部分的內(nèi)部而形成結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖，其中對(duì)于每種材料使用不同的噴嘴；

圖36-圖38示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過(guò)形成外殼部分且然后填充該外殼部分的內(nèi)部而形成結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖，其中對(duì)于每種材料使用相同的噴嘴；

圖39是具有帶有至少兩個(gè)開(kāi)口的外殼部分的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意圖；

圖40是具有錨固在基底部件中的外殼部分的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意性橫截面圖；

圖41是具有錨固在基底部件中的外殼部分的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的示意性等距分解圖；

圖42-圖43示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的形成具有外殼部分和向外延伸部分的結(jié)構(gòu)的步驟的示意圖；

圖44-圖46示出了形成具有由第一材料制成的基底部分和由第二材料制成的頂端部分的防滑釘構(gòu)件的步驟的示意圖；

圖47是具有多個(gè)防滑釘構(gòu)件的鞋類物品的實(shí)施方案的示意性等距視圖；

圖48是包括第一噴嘴和第二噴嘴的噴嘴控制系統(tǒng)的示意圖；以及

圖49是使用第一噴嘴和第二噴嘴形成結(jié)構(gòu)的過(guò)程的實(shí)施方案。

詳細(xì)描述

圖1是三維印刷系統(tǒng)100，以下也簡(jiǎn)稱為印刷系統(tǒng)100的實(shí)施方案的示意圖。圖1還示出了可以與印刷系統(tǒng)100一起使用的數(shù)個(gè)示例性物品130。參考圖1，印刷系統(tǒng)100還可以包括印刷設(shè)備102、計(jì)算系統(tǒng)104和網(wǎng)絡(luò)106。

實(shí)施方案可以使用各種類型的三維印刷(或添加制造)技術(shù)。三維印刷或“3D印刷”包括通過(guò)將連續(xù)的材料層沉積在彼此的頂部之上用于形成三維物體的各種技術(shù)?？梢允褂玫氖纠?D印刷技術(shù)包括但不限于：熔融絲制造(FFF)、電子束自由成形制造(EBF)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、電子束熔化(EMB)、選擇性激光熔化SLM)、選擇性熱燒結(jié)(SHS)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、石膏基3D印刷(PP)、層疊物體制造(LOM)、立體光刻(SLA)、數(shù)字光處理(DLP)以及本領(lǐng)域中已知的各種其他3D印刷技術(shù)或添加制造技術(shù)。

在圖中所示的實(shí)施方案中，印刷系統(tǒng)100可與熔融絲制造(FFF)，也稱為熔融沉積成型相關(guān)聯(lián)。在圖1中所示的實(shí)施方案中，印刷系統(tǒng)100的印刷設(shè)備102使用熔融絲制造來(lái)產(chǎn)生三維零部件。在1989年10月30日提交的且名稱為“Apparatus and Method for Creating Three-Dimensional Objects”的Crump的美國(guó)專利第5,121,329號(hào)中公開(kāi)了使用熔融絲制造(FFF)的印刷設(shè)備的示例，該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文，并且以下稱為“3D物體”申請(qǐng)。本公開(kāi)的實(shí)施方案可以利用在3D物體申請(qǐng)中公開(kāi)的系統(tǒng)、部件、設(shè)備和方法中的任何一個(gè)。

印刷設(shè)備102可包括支撐各種系統(tǒng)、設(shè)備、部件或有利于物體(例如，零部件、部件、結(jié)構(gòu))的三維印刷的其它設(shè)置的外殼110。盡管示例性實(shí)施方案描繪了用于外殼110的特定矩形盒狀的幾何形狀，但是其它實(shí)施方案可以使用具有任何幾何形狀和/或設(shè)計(jì)的任何外殼。印刷設(shè)備的外殼的形狀和尺寸可以根據(jù)包括用于設(shè)備的期望的封裝(foot-print)、可以在印刷設(shè)備內(nèi)形成的零部件的尺寸和形狀的因素以及可能的其它因素而變化。應(yīng)當(dāng)理解，印刷設(shè)備的外殼可以是開(kāi)放的(例如，提供具有大開(kāi)口的框架)或者是閉合的(例如，用固體材料的玻璃或面板，以及門閉合)。

在一些實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可以包括保持或容納印刷對(duì)象(或支撐印刷對(duì)象的部件)的設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可包括臺(tái)、平臺(tái)、托盤或類似部件以支撐、保持和/或容納被印刷的物體或印刷材料正被施加到其上的物體。在圖1的實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102包括托盤112。在一些實(shí)施方案中，托盤112可以固定在適當(dāng)位置。然而，在其它實(shí)施方案中，托盤112可以移動(dòng)。例如，在一些情況下，托盤112可以構(gòu)造成在水平方向(例如，相對(duì)于外殼110的前后和/或左右)以及垂直方向(例如，在外殼110內(nèi)上下)上在外殼110內(nèi)平移。此外，在一些情況下，托盤112可以構(gòu)造成圍繞與托盤112相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)和/或傾斜。因此，可以設(shè)想的是，在至少一些實(shí)施方案中，托盤112可以和印刷設(shè)備102的噴嘴或印刷頭一起變?yōu)槿魏纹谕南鄬?duì)構(gòu)造。

在一些實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可以包括用于將印刷材料(或印刷物質(zhì))輸送到目標(biāo)位置的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備、組件或部件。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“目標(biāo)位置”、“目標(biāo)部分”或“目標(biāo)表面”是指印刷材料可以施加在該處的任何預(yù)期位置、部分或表面。目標(biāo)位置可以包括托盤112的表面、部分地印刷結(jié)構(gòu)的表面或部分和/或非印刷結(jié)構(gòu)或部件的表面或部分。用于輸送印刷材料的設(shè)置包括例如印刷頭和噴嘴。在圖1的實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102包括噴嘴組件116。

噴嘴組件116可以包括將印刷材料輸送到目標(biāo)位置的一個(gè)或多個(gè)噴嘴。為了清楚起見(jiàn)，圖1的示例性實(shí)施方案描繪了噴嘴組件116的單個(gè)噴嘴118。然而，在其它實(shí)施方案中，噴嘴組件116可以構(gòu)造有任何數(shù)量的噴嘴，該任何數(shù)量的噴嘴可以以陣列或任何特定構(gòu)型來(lái)布置。在包括兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴的實(shí)施方案中，噴嘴可以構(gòu)造成一起和/或獨(dú)立地移動(dòng)。例如，在下面討論的印刷系統(tǒng)的實(shí)施方案中，印刷設(shè)備可以構(gòu)造有至少兩個(gè)噴嘴，該至少兩個(gè)噴嘴可以以彼此獨(dú)立的方式移動(dòng)。

噴嘴118可以構(gòu)造有噴嘴孔119，其可以打開(kāi)和/或關(guān)閉以控制從噴嘴118離開(kāi)的材料的流動(dòng)。具體地，噴嘴孔119可以與噴嘴通道121流體連通，該噴嘴通道121接收來(lái)自印刷設(shè)備102內(nèi)的材料源(未示出)的材料供應(yīng)的噴嘴通道121流體連通。在至少一些實(shí)施方案中，材料絲(例如，塑料或金屬絲)作為線圈來(lái)提供，該線圈然后可以被展開(kāi)并穿過(guò)噴嘴118被展開(kāi)并供給以待沉積在目標(biāo)位置處。在一些實(shí)施方案中，蝸桿驅(qū)動(dòng)器可以用于以特定速率(其可以變化以實(shí)現(xiàn)來(lái)自噴嘴118的材料的需要的體積流動(dòng)速率)將絲推入噴嘴118中。應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，可以在噴嘴118附近的位置處(例如，在噴嘴組件116的一部分中)提供材料供應(yīng)，而在其它實(shí)施方案中，材料供應(yīng)可以位于噴嘴118的印刷設(shè)備102的一些其它位置處，并且經(jīng)由管、導(dǎo)管或其它設(shè)置供給到噴嘴組件116。

在一些實(shí)施方案中，噴嘴組件116與致動(dòng)系統(tǒng)114相關(guān)聯(lián)。致動(dòng)系統(tǒng)114可以包括有利于于噴嘴組件116在外殼110內(nèi)運(yùn)動(dòng)的各種部件、設(shè)備和系統(tǒng)。特別地，致動(dòng)系統(tǒng)114可以包括在任何水平方向和/或垂直方向上移動(dòng)噴嘴組件116，以有利于沉積材料以便形成三維物體的設(shè)置。為此，致動(dòng)系統(tǒng)114的實(shí)施方案可以包括一個(gè)或多個(gè)軌、軌道和/或類似設(shè)置，以在外殼110內(nèi)將噴嘴組件116保持在各種位置和/或定向。實(shí)施方案還可以包括任何種類的電機(jī)，例如步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，以沿著軌或軌道移動(dòng)噴嘴組件116，和/或使一個(gè)或多個(gè)軌或軌道相對(duì)于彼此移動(dòng)。在至少一些實(shí)施方案中，致動(dòng)系統(tǒng)114可以在關(guān)于印刷系統(tǒng)102界定的x-y-z方向(例如，笛卡爾方向)中的任何一個(gè)方向上提供噴嘴組件116的移動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)理解，為了說(shuō)明的目的，在圖1中示意性地示出了印刷設(shè)備102的部件、設(shè)備和系統(tǒng)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施方案可以包括未示出的附加設(shè)置，包括有利于致動(dòng)系統(tǒng)114和噴嘴組件116的操作的特定零部件、部件和設(shè)備。例如，致動(dòng)系統(tǒng)114示意性地示出為包括數(shù)個(gè)軌或軌道，但是包括致動(dòng)系統(tǒng)114的零部件的具體構(gòu)造和數(shù)量可以隨根據(jù)實(shí)施方案不同而變化。

在不同的實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可以使用各種不同的材料來(lái)形成3D零部件，包括但不限于：熱塑性塑料(例如聚乳酸和丙烯腈丁二烯苯乙烯)，高密度聚乙烯、共晶金屬、橡膠、粘土(包括金屬粘土)，室溫硫化有機(jī)硅(RTV有機(jī)硅)、瓷、以及本領(lǐng)域已知的可能的其它種類的材料。在其中兩種或更多種不同的印刷材料或擠出材料用于形成零部件的實(shí)施方案中，可以使用上面公開(kāi)的材料中的任何兩種或更多種。

如上所討論的，印刷系統(tǒng)100可以包括控制和/或接收來(lái)自印刷設(shè)備102的信息的設(shè)置。這些設(shè)置可以包括計(jì)算系統(tǒng)104和網(wǎng)絡(luò)106。通常，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算系統(tǒng)”是指計(jì)算單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源、單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源的一部分、和/或彼此通信的兩個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)。這些資源中的任一個(gè)可以由一個(gè)或多個(gè)人類用戶操作。在一些實(shí)施方案中，計(jì)算系統(tǒng)104可以包括一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器。在一些情況下，印刷服務(wù)器可主要負(fù)責(zé)控制印刷設(shè)備102和/或與印刷設(shè)備102通信，而單獨(dú)的計(jì)算機(jī)(例如，臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦或平板)可促進(jìn)與用戶的交互。計(jì)算系統(tǒng)104還可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，包括但不限于磁、光、磁光存儲(chǔ)設(shè)備和/或包括易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器。

在圖1的示例性實(shí)施方案中，計(jì)算系統(tǒng)104可以包括中央處理設(shè)備185，觀察界面186(例如，監(jiān)視器或屏幕)、輸入設(shè)備187(例如，鍵盤和鼠標(biāo))以及用于設(shè)計(jì)印刷結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(“CAD”)表示189的軟件。在至少一些實(shí)施方案中，印刷結(jié)構(gòu)的CAD表示189不僅可以包括關(guān)于結(jié)構(gòu)的幾何形狀的信息，而且可以包括與印刷結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分所需的材料相關(guān)的信息。

在一些實(shí)施方案中，計(jì)算系統(tǒng)104可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)106與印刷設(shè)備102直接聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)106可以包括促進(jìn)計(jì)算系統(tǒng)104和印刷設(shè)備102之間的信息交換的任何有線或無(wú)線設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)絡(luò)106還可以包括各種部件，例如網(wǎng)絡(luò)接口控制器、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器、調(diào)制解調(diào)器和防火墻。在一些情況下，網(wǎng)絡(luò)106可以是促進(jìn)印刷系統(tǒng)100的兩個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備和/或部件之間的無(wú)線通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的示例包括但不限于：無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(包括，例如藍(lán)牙)、無(wú)線局域網(wǎng)(包括利用IEEE 802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò))、無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)以及其它種類的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在其它情況下，網(wǎng)絡(luò)106可以是包括其信號(hào)通過(guò)捻線對(duì)導(dǎo)線(twister pair wires)、同軸電纜和光纖促進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)的有線網(wǎng)絡(luò)。在其它情況下，可以使用有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和/或連接的組合。

在一些實(shí)施方案中，印刷結(jié)構(gòu)可以直接印刷到一個(gè)或多個(gè)物品上。術(shù)語(yǔ)“物品”旨在包括鞋類物品(例如鞋)和服裝物品(例如襯衫、褲子等)。如貫穿本公開(kāi)所使用的，術(shù)語(yǔ)“鞋類物品”和“鞋類”包括任何鞋類和與包括鞋面的鞋類相關(guān)的任何材料，并且還可以適用于各種運(yùn)動(dòng)鞋類型，例如，包括棒球鞋、籃球鞋、交叉訓(xùn)練鞋、自行車鞋、橄欖球鞋、網(wǎng)球鞋、足球鞋和登山靴。如貫穿本公開(kāi)所使用的，術(shù)語(yǔ)“鞋類物品”和“鞋類”還包括通常被認(rèn)為是非運(yùn)動(dòng)的，正式或裝飾的鞋類類型，包括禮服鞋、休閑鞋、涼鞋、拖鞋、船鞋和工作靴。

盡管在鞋類的背景下描述了所公開(kāi)的實(shí)施方案，但是所公開(kāi)的實(shí)施方案還可以同樣地適用于包括3D印刷的任何衣服、服裝或設(shè)備的物品。例如，所公開(kāi)的實(shí)施方案可以適用于帽、帽子、襯衫、運(yùn)動(dòng)衫、夾克、襪子、短褲、褲子、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)支撐服裝、手套、腕帶/臂帶、袖子、頭帶、任何針織材料、任何編織材料、任何非編織材料、運(yùn)動(dòng)器材等。因此，如貫穿本公開(kāi)所使用的，術(shù)語(yǔ)“服裝物品”可以指任何服裝或衣服，包括任何鞋類物品以及帽、帽子、襯衫、夾克、襪子、短褲、褲子、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)支撐服裝、手套、腕帶/臂帶、袖子、頭帶、任何針織材料、任何編織材料、任何非編織材料等。如貫穿本公開(kāi)中所使用的，術(shù)語(yǔ)“服裝物品”、“服裝”、“鞋類物品”和“鞋類”也可以指紡織品、天然織物、合成織物、針織物、編織材料、非編織材料、網(wǎng)狀物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫。

在示例性實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可以構(gòu)造成將一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)直接印刷到物品130中的一個(gè)的一部分上。物品130包括可以直接從印刷設(shè)備102接收印刷結(jié)構(gòu)的示例性物品，包括具有三維構(gòu)造的鞋類物品132以及具有平坦構(gòu)造的鞋面134。物品130還包括T恤136。因此，應(yīng)當(dāng)理解，印刷設(shè)備102可用于將印刷材料施加到三維構(gòu)造和/或扁平構(gòu)造形式的物品。

為了將印刷材料直接施加到一個(gè)或多個(gè)物品，印刷設(shè)備102可以能夠印刷到各種材料的表面上。具體地，在一些情況下，印刷設(shè)備102可以能夠印刷到各種材料的表面上，例如織物、天然織物、合成織物、針織物、編織材料、非編織材料、網(wǎng)狀物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫，或它們的任何組合，而不需要置于基底和印刷材料的底部之間的釋放層，并且不需要在其上印刷的完全或接近完全的平坦基底表面。例如，所公開(kāi)的方法可以包括將樹(shù)脂、丙烯酸、熱塑性材料或油墨材料印刷到織物上，例如針織材料上，其中材料粘合/結(jié)合到織物，并且其中材料在彎曲、卷繞、加工或經(jīng)受另外的裝配過(guò)程/步驟時(shí)，通常不會(huì)分層。如貫穿本公開(kāi)使用的，術(shù)語(yǔ)“織物”通?？捎糜谥复x自任何織物、天然織物、合成織物、針織物、編織材料、非編織材料、網(wǎng)狀物、皮革、合成皮革、聚合物、橡膠和泡沫的材料。

雖然一些實(shí)施方案可使用印刷設(shè)備102將結(jié)構(gòu)直接印刷到材料的表面上，但其它實(shí)施方案可包括將結(jié)構(gòu)印刷到托盤或離型紙上，且然后以單獨(dú)的步驟將印刷結(jié)構(gòu)聯(lián)接到物品的步驟。換句話說(shuō)，在至少一些實(shí)施方案中，印刷結(jié)構(gòu)不需要直接印刷到物品的表面。

印刷系統(tǒng)100可以操作如下以提供使用3D印刷或添加過(guò)程形成的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。計(jì)算系統(tǒng)104可以用于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這可以使用一些類型的CAD軟件或其它類型的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，該設(shè)計(jì)可以被轉(zhuǎn)換成可以由印刷設(shè)備102(或與印刷設(shè)備102通信的相關(guān)印刷服務(wù)器)解釋的信息。在一些情況下，該設(shè)計(jì)可以轉(zhuǎn)換為3D可印刷文件，諸如立體光刻文件(STL文件)。

在印刷之前，可以將物品放置在托盤112上。一旦印刷過(guò)程(例通過(guò)用戶)開(kāi)始，印刷設(shè)備102可開(kāi)始將材料沉積到物品上。這可以通過(guò)移動(dòng)噴嘴118(使用致動(dòng)設(shè)備114)以使用沉積材料構(gòu)建結(jié)構(gòu)的層來(lái)實(shí)現(xiàn)。在使用熔融絲制造的實(shí)施方案中，從噴嘴118擠出的材料可以被加熱，以便在材料沉積時(shí)增加材料的柔韌性。

雖然附圖中所示的一些實(shí)施方案描繪了使用絲熔融制造印刷技術(shù)的系統(tǒng)，但是應(yīng)理解，還有其它實(shí)施方案可以包含一種或多種不同的3D印刷技術(shù)。此外，還有其它實(shí)施方案可以包含絲熔融制造和另一種類型的3D印刷技術(shù)的組合，以獲得特定印刷結(jié)構(gòu)或零部件的期望結(jié)果。

圖2示出了印刷控制系統(tǒng)200的示意性實(shí)施方案。參考圖2，印刷控制系統(tǒng)200包括擠出控制系統(tǒng)204、傳感器系統(tǒng)206和噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208。下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的這些系統(tǒng)中的每一個(gè)可以彼此協(xié)作地操作，以有利于結(jié)構(gòu)的印刷。具體地，噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208控制噴嘴118的移動(dòng)，而擠出控制系統(tǒng)204控制當(dāng)噴嘴118移動(dòng)時(shí)沉積的材料的流動(dòng)和性質(zhì)。另外，傳感器系統(tǒng)206包括實(shí)時(shí)地為噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208和擠出控制系統(tǒng)204提供反饋的設(shè)置，使得可以實(shí)時(shí)調(diào)整印刷以實(shí)現(xiàn)印刷結(jié)構(gòu)的精確的幾何形狀和材料特性。

噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208允許噴嘴118在任何方向上運(yùn)動(dòng)，包括在外殼110內(nèi)的水平方向和豎直方向。在至少一些實(shí)施方案中，噴嘴致動(dòng)系統(tǒng)208有利于噴嘴118沿著由印刷結(jié)構(gòu)的CAD設(shè)計(jì)確定的工具路徑的運(yùn)動(dòng)。

擠出控制系統(tǒng)204可以包括用于控制來(lái)自噴嘴118(或與噴嘴組件116相關(guān)聯(lián)的任何其它噴嘴)的材料的流動(dòng)以及在材料沉積到目標(biāo)位置上之后材料的行為的一個(gè)或多個(gè)設(shè)置。如圖3中示意性所示，擠出控制系統(tǒng)204可以與一個(gè)或多個(gè)“擠出控制參數(shù)”相關(guān)聯(lián)，該一個(gè)或多個(gè)“擠出控制參數(shù)”可以變化以改變擠出材料的流速和/或其它性質(zhì)。例如，擠出控制參數(shù)可以包括噴嘴抽出速率302、擠出速率304、擠出溫度306、噴嘴直徑308、擠出壓力310、環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314。應(yīng)當(dāng)理解，這些參數(shù)僅旨在是示例性的，并且其它實(shí)施方案可以包括另外的擠出控制參數(shù)。此外，在至少一些實(shí)施方案中，這些擠出控制參數(shù)中的一些可以是可選的。換句話說(shuō)，在一些其它實(shí)施方案中，這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)可以是或者固定的或者不可調(diào)整的。

噴嘴抽出速率302可以表征噴嘴118遠(yuǎn)離(或升高)擠出材料正沉積的下方表面移動(dòng)的速率。因?yàn)樾聰D出的材料在壓力下從噴嘴118被推動(dòng)，改變噴嘴118遠(yuǎn)離目標(biāo)位置拉出的速率可能會(huì)影響擠出材料如何在目標(biāo)位置上鋪展。擠出速率304可以表征材料流過(guò)噴嘴118的孔121的速率。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“擠出速率”，也稱為“流速”，是指材料從噴嘴擠出(或從噴嘴流出)的體積流速。增加擠出速率可能會(huì)在一段時(shí)間間隔內(nèi)在給定位置處產(chǎn)生較大體積的沉積材料，而減小擠出速率可能會(huì)在相同時(shí)間間隔內(nèi)在給定位置處減少所沉積的材料的體積。

擠出溫度306可表征材料當(dāng)從噴嘴118擠出并沉積在目標(biāo)位置處時(shí)的溫度。在至少一些情況下，改變擠出溫度可改變材料的柔韌性，這可影響材料在目標(biāo)位置處的鋪展。此外，擠出材料的溫度可影響材料如何快速冷卻和/或固化，這也可影響鋪展和印刷結(jié)構(gòu)的最終幾何形狀。噴嘴直徑308表征噴嘴118的孔121和/或通道123的尺寸。改變這些直徑可以影響在給定時(shí)間內(nèi)沉積在目標(biāo)位置處的材料的總體積。

擠出壓力310表征擠出材料的一部分抵靠目標(biāo)位置處的材料的一部分所施加的每單位面積的力。擠出壓力可影響鋪展的速率和程度。此外，環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314可以分別表征噴嘴118附近的區(qū)域的環(huán)境溫度和環(huán)境壓力。在至少一些實(shí)施方案中，材料柔韌性和固化性質(zhì)可以隨環(huán)境溫度和/或環(huán)境壓力方面的不同而顯著變化。

實(shí)施方案可以包括用于調(diào)節(jié)這些擠出控制參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，例如，可以使用控制噴嘴118的水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)系統(tǒng)114來(lái)控制噴嘴抽出速率302。另外，一些實(shí)施方案可以包括控制蝸桿驅(qū)動(dòng)器或其它機(jī)構(gòu)的設(shè)置，該蝸桿驅(qū)動(dòng)器或其它機(jī)構(gòu)控制材料從噴嘴118擠出的擠出速率304和/或擠出壓力310。在一些實(shí)施方案中，擠出溫度306可以用噴嘴118內(nèi)的加熱線圈405(見(jiàn)圖4)控制。另外，噴嘴直徑308可以使用本領(lǐng)域已知的方法來(lái)控制。最后，環(huán)境溫度312和環(huán)境壓力314可以用本領(lǐng)域中已知的用于控制受限空間內(nèi)的溫度和壓力的各種不同設(shè)置來(lái)控制。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施方案不限于用于控制一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的這些示例性設(shè)置。其它實(shí)施方案可以利用任何其它系統(tǒng)、方法和/或設(shè)備來(lái)控制本領(lǐng)域中可能已知的這些各種參數(shù)。

可以理解的是，關(guān)于擠出控制系統(tǒng)204所討論的參數(shù)僅意在是可以用于控制材料如何沉積在目標(biāo)位置處使得材料以期望的方式表現(xiàn)(例如，以所需速率鋪展并以所需速率固化)的參數(shù)的示例。所使用的參數(shù)的類型可以取決于制造考慮事項(xiàng)以及印刷設(shè)備的具體設(shè)計(jì)。在示例性實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可以設(shè)計(jì)成允許調(diào)節(jié)這里討論的至少一個(gè)擠出控制參數(shù)。換句話說(shuō)，在示例性實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102被設(shè)計(jì)成使得各種擠出控制參數(shù)可以使用作為印刷設(shè)備102的3D印刷文件的一部分提供的或與印刷設(shè)備102的3D印刷文件協(xié)同提供的信息來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整。

圖4示出了可以包括傳感器系統(tǒng)206的部分的各種傳感器的示意性構(gòu)造。參考圖4，傳感器系統(tǒng)206可以包括環(huán)境溫度傳感器410和噴嘴溫度傳感器412。在該示例性構(gòu)造中，環(huán)境溫度傳感器410可以位于噴嘴118附近，但不位于噴嘴118內(nèi)或噴嘴118上。應(yīng)當(dāng)理解，環(huán)境溫度傳感器410可以是本領(lǐng)域已知的用于檢測(cè)與環(huán)境溫度相關(guān)的信息的任何種類的傳感器。在圖4中所示的示例性構(gòu)造中，噴嘴溫度傳感器412布置在噴嘴118內(nèi)。在一些情況下，噴嘴溫度傳感器412可以與流過(guò)噴嘴118的通道121的材料直接接觸。然而，在其它實(shí)施方案中，噴嘴溫度傳感器412可以位于噴嘴118的任何其它部分中，以及可能安裝在噴嘴118的外部。在流動(dòng)材料的溫度不是直接測(cè)量的至少一些實(shí)施方案中，噴嘴118的一個(gè)或多個(gè)部分的溫度可以用作材料的溫度的代表。應(yīng)當(dāng)理解，噴嘴溫度傳感器412通?？梢允潜绢I(lǐng)域已知的任何類型的溫度傳感器。

實(shí)施方案還可以包括用于檢測(cè)環(huán)境壓力的設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，傳感器系統(tǒng)206可以包括環(huán)境壓力傳感器414。通常，環(huán)境壓力傳感器414可以是本領(lǐng)域已知的任何種類的壓力感測(cè)設(shè)備。

實(shí)施方案可以包括用于檢測(cè)關(guān)于包括新近擠出的材料的印刷結(jié)構(gòu)的光學(xué)信息的設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，傳感器系統(tǒng)206包括光學(xué)感測(cè)設(shè)備416。光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可以是能夠捕獲圖像信息的任何種類的設(shè)備?？梢允褂玫牟煌鈱W(xué)感測(cè)設(shè)備的示例包括但不限于：固定鏡頭照相機(jī)(still-shot camera)、攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、非數(shù)碼照相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī))，以及本領(lǐng)域中已知的其它類型的光學(xué)設(shè)備。光學(xué)感測(cè)設(shè)備的類型可以根據(jù)諸如所需要的數(shù)據(jù)傳輸速度、系統(tǒng)內(nèi)存分配，用于查看印刷結(jié)構(gòu)所需要的時(shí)間分辨率、用于查看印刷結(jié)構(gòu)所需要的空間分辨率的因素以及可能的其它因素來(lái)選擇。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)感測(cè)設(shè)備可以是具有最小形狀因數(shù)的圖像傳感器，例如具有帶有數(shù)毫米或更小量級(jí)的覆蓋區(qū)的CMOS圖像傳感器的光學(xué)感測(cè)設(shè)備。

可以與光學(xué)感測(cè)設(shè)備416一起使用的示例性圖像感測(cè)技術(shù)包括但不限于：半導(dǎo)體電荷耦合器件(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型傳感器、N型金屬-氧化物半導(dǎo)體(NMOS)型傳感器以及可能的其它種類的傳感器。所使用的圖像感測(cè)技術(shù)的類型可以根據(jù)以下因素而變化，包括優(yōu)化與印刷設(shè)備102中(以及靠近噴嘴118或噴嘴118內(nèi))的環(huán)境條件、尺寸約束以及可能的其它因素兼容的傳感器類型。在一些其它實(shí)施方案中，還可以使用檢測(cè)非可見(jiàn)波長(zhǎng)(包括例如紅外波長(zhǎng))的光學(xué)傳感設(shè)備。

在不同的實(shí)施方案中，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416的位置可以變化。在一些實(shí)施方案中，例如，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可布置在噴嘴118附近或甚至附接到噴嘴118。當(dāng)噴嘴118移動(dòng)時(shí)，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可因此與噴嘴118一起行進(jìn)。在其它實(shí)施方案中，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可以遠(yuǎn)離噴嘴118布置。在一些情況下，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可具有相對(duì)于外殼110的固定位置和/或定向。在其它情況下，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可具有可調(diào)整的位置和/或定向，并且可以獨(dú)立于噴嘴118是可移動(dòng)的。

光學(xué)感測(cè)設(shè)備416可將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成經(jīng)由電信號(hào)傳輸?shù)接∷⑾到y(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的信息。在接收到這些電信號(hào)時(shí)，該一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)可使用該信息來(lái)確定關(guān)于對(duì)象的對(duì)光學(xué)感測(cè)設(shè)備416是可見(jiàn)的各種信息。

實(shí)施方案可以包括電子控制單元450，也稱為ECU 450，用于控制傳感器系統(tǒng)206的各種傳感器和/或與傳感器系統(tǒng)206的各種傳感器通信。為了清楚起見(jiàn)，在該實(shí)施方案中僅描繪了單個(gè)ECU。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施方案中，可以使用多個(gè)ECU，每個(gè)ECU與一些或全部傳感器通信。ECU本身還可以與印刷系統(tǒng)100的特定系統(tǒng)或設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

ECU 450可以包括全部用于監(jiān)測(cè)和控制傳感器系統(tǒng)206的各種部件以及印刷系統(tǒng)100的其它部件或系統(tǒng)的微處理器、RAM、ROM和軟件。例如，ECU 450能夠接收來(lái)自與印刷系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)的多個(gè)傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)的信號(hào)。各種設(shè)備的輸出發(fā)送到ECU450，其中設(shè)備信號(hào)可以存儲(chǔ)在諸如RAM的電子存儲(chǔ)器中。電流和電子存儲(chǔ)的信號(hào)都可以由中央處理單元(CPU)根據(jù)存儲(chǔ)在諸如ROM的電子存儲(chǔ)器中的軟件來(lái)處理。

ECU 450可以包括有利于信息和電力的輸入和輸出的多個(gè)端口。如貫穿本詳細(xì)描述和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“端口”是指兩個(gè)導(dǎo)體之間的任何接口或共享邊界。在一些情況下，端口可以有利于導(dǎo)體的插入和移除。這些類型的端口的示例包括機(jī)械連接器。在其它情況下，端口是通常不提供容易插入或移除的接口。這些類型的端口的示例包括電路板上的焊接跡線或電子跡線。

與ECU450相關(guān)聯(lián)的所有以下端口和設(shè)置是可選的。一些實(shí)施方案可以包括給定端口或設(shè)置，而其它實(shí)施方案可以不包括它。以下描述公開(kāi)了可以使用的許多可能的端口和設(shè)置，然而，應(yīng)當(dāng)記住，不是每個(gè)端口或設(shè)置必須被使用或包括在給定的實(shí)施方案中。

如圖4所表示的，ECU 450包括用于與環(huán)境壓力傳感器414通信和/或?yàn)榄h(huán)境壓力傳感器414供電的端口451。ECU 450還包括用于與環(huán)境溫度傳感器410通信和/或?yàn)槠涔╇姷亩丝?52；用于與噴嘴溫度傳感器412通信和/或?yàn)槠涔╇姷亩丝?53；以及用于與光學(xué)感測(cè)設(shè)備416通信和/或?yàn)槠涔╇姷亩丝?54。

圖4還示意性地表示了與噴嘴118相關(guān)聯(lián)的可選的加熱線圈405，其可用于加熱噴嘴118和/或流過(guò)噴嘴118的材料。加熱線圈405可連接到ECU450或類似的控制單元。盡管示例性實(shí)施方案描繪了布置在噴嘴118內(nèi)部的加熱線圈，但是其它實(shí)施方案可以使用在噴嘴組件116的任何其它部分處以及印刷設(shè)備102的在噴嘴組件116上游的可能的其它部分處的加熱線圈。還應(yīng)當(dāng)理解，加熱線圈僅是可以使用的加熱設(shè)備的一種示例性類型。其它實(shí)施方案可以利用本領(lǐng)域已知的任何其它加熱設(shè)備、系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)來(lái)加熱與流動(dòng)材料的傳送相關(guān)聯(lián)的噴嘴、閥、通道、管或其它系統(tǒng)。

實(shí)施方案可以包括控制已經(jīng)從噴嘴擠出或沉積的材料的性質(zhì)的設(shè)置。在至少一些實(shí)施方案中，印刷設(shè)備102可包括一個(gè)或多個(gè)固化控制設(shè)備。固化控制設(shè)備可以是在材料已經(jīng)從噴嘴擠出之后允許控制或調(diào)節(jié)所擠出材料的固化的任何設(shè)備。

圖5是兩個(gè)固化控制設(shè)備500的實(shí)施方案的示意圖。固化控制設(shè)備500包括冷卻設(shè)備502和UV照射設(shè)備504。冷卻設(shè)備502可以是將冷卻空氣(即，遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的空氣)施加到擠出材料520的一部分的設(shè)備。冷卻空氣的施加可以促進(jìn)擠出材料520的該部分的更快固化。同樣，UV照射設(shè)備504可以是對(duì)擠出材料522的一部分施加紫外線輻射的設(shè)備。對(duì)于可以被UV固化的材料，紫外光的施加可以促進(jìn)擠出材料522的該部分的更快固化。盡管未示出，但是還可以設(shè)想，一些實(shí)施方案可以包含一個(gè)或多個(gè)加熱設(shè)備，其允許擠出材料的部分被加熱到高于它們被擠出的溫度，以便臨時(shí)增加柔韌性和流動(dòng)，使得材料可以更快地鋪展在目標(biāo)位置上。

雖然在圖5的示例性實(shí)施方案中示出了用于每種固化控制設(shè)備的單個(gè)設(shè)備，但是其它實(shí)施方案可包括每種固化控制設(shè)備中的兩個(gè)或更多個(gè)。此外，一些實(shí)施方案可以包括提供遍及圍繞材料的擠出部分的寬范圍角度的覆蓋(例如，冷卻空氣或UV輻射的施加)的單個(gè)設(shè)備。這樣的實(shí)施方案可以將冷卻的空氣和/或UV輻射施加到圍繞擠出材料的部分從幾度到360度的范圍內(nèi)的區(qū)域。

設(shè)想的是，固化控制設(shè)備可以局部或全局地應(yīng)用。例如，在圖5中，兩個(gè)固化控制設(shè)備500都包括相對(duì)窄的探針狀設(shè)備，其將冷卻的空氣和/或UV輻射施加到擠出材料的局部部分。然而，其它實(shí)施方案可以包括將冷卻的空氣和/或UV輻射施加到擠出材料的大部分或甚至所有部分的更大的設(shè)備。更進(jìn)一步，一些實(shí)施方案可以使用固化控制設(shè)備500以在結(jié)構(gòu)被印刷時(shí)為結(jié)構(gòu)的預(yù)定部分提供局部固化，并且還可以使用另外的固化設(shè)置以在印刷過(guò)程已經(jīng)完成之后為整個(gè)結(jié)構(gòu)提供固化。例如，在另一個(gè)實(shí)施方案中，在形成印刷結(jié)構(gòu)之后，整個(gè)印刷結(jié)構(gòu)可以暴露于冷空氣和/或UV輻射，以用于固化。

使用冷空氣和/或UV固化(或可能地加熱)的高度局部應(yīng)用的實(shí)施方案可有助于提高形成三維結(jié)構(gòu)的精度。例如，將冷卻的空氣施加到一些熱塑性材料可以允許擠出的材料非?？焖俚毓袒?，從而允許在相對(duì)短的時(shí)間段內(nèi)在形成彎曲和/或懸垂結(jié)構(gòu)過(guò)程中改善精度。另外，由于示例性實(shí)施方案設(shè)想了與一些可選方法相比在短時(shí)間段內(nèi)在目標(biāo)位置處擠出相對(duì)大體積的材料，所以當(dāng)使用固化控制設(shè)備擠出材料時(shí)減少材料的固化時(shí)間可以幫助提高印刷結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

圖6是數(shù)個(gè)3D印刷結(jié)構(gòu)600(貫穿該詳細(xì)描述和在權(quán)利要求中也簡(jiǎn)稱為結(jié)構(gòu))的實(shí)施方案的示意性等距視圖。結(jié)構(gòu)600包括示例性防滑釘結(jié)構(gòu)602、鉤狀結(jié)構(gòu)604和旋鈕狀結(jié)構(gòu)606。應(yīng)當(dāng)理解，這些結(jié)構(gòu)僅旨在是可以使用本文公開(kāi)的方法形成的可能的3D印刷結(jié)構(gòu)的示例。此外，在至少一些實(shí)施方案中，這些示例性結(jié)構(gòu)可以使用優(yōu)于3D印刷方法的一些其它實(shí)施方案的可以減少的總印刷時(shí)間的擠出類型的3D印刷過(guò)程形成。

在圖6中所示的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)600結(jié)合到基底部件610。為了說(shuō)明的目的，示意性地示出基底部件610，并且在一些實(shí)施方案中，基底部件610可以被認(rèn)為是各種類型的物品的一部分，包括鞋類物品和服裝物品。如貫穿本詳細(xì)描述和權(quán)利要求書中所使用的，“基底部件”通?？梢园ㄒ粋€(gè)或多個(gè)印刷結(jié)構(gòu)已經(jīng)施加至其的任何部件?；撞考梢允羌徔棽牧?包括編織紡織品、針織紡織品、編結(jié)紡織品和無(wú)紡織物)、皮革(天然的或合成的)、塑料(包括塑料膜)、橡膠、金屬或任何其它類型材料。此外，在一些實(shí)施方案中，3D印刷結(jié)構(gòu)可以直接印刷在基底部件的表面上。在這樣的實(shí)施方案中，形成3D印刷結(jié)構(gòu)的一種或多種材料可以與基底部件的至少一種材料相容地結(jié)合。在其它實(shí)施方案中，形成3D印刷結(jié)構(gòu)的該一種或多種材料可以在印刷之后，例如使用粘合劑或機(jī)械連接而施加到基底部件。

圖7-圖14示出了用于在基底部件610上形成3D印刷結(jié)構(gòu)606(旋鈕狀結(jié)構(gòu))的過(guò)程的實(shí)施方案的示意圖。在圖14中具體示出了所形成的結(jié)構(gòu)606。為了描述的目的，本文中界定了數(shù)個(gè)術(shù)語(yǔ)以指代在形成3D印刷結(jié)構(gòu)中使用的材料，該數(shù)個(gè)術(shù)語(yǔ)包括貫穿整個(gè)形成過(guò)程指示材料的各種狀態(tài)或構(gòu)造的術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)“材料的部分”在本文中用于指擠出材料的可以或可以不與擠出材料的相鄰體積或部分連續(xù)的任何體積或部分。材料的一部分可以位于噴嘴外部(一旦該部分已被擠出或沉積)，或者可以在擠出之前位于噴嘴內(nèi)部(或甚至位于噴嘴上游)。更進(jìn)一步，材料的一部分可以部分地布置在噴嘴內(nèi)并且部分地在噴嘴外部。一旦被擠出和固化(例如，硬化)，材料的部分可以包括最終3D印刷結(jié)構(gòu)的部分。

如前所述，材料700穿過(guò)噴嘴118并從噴嘴118擠出。材料離開(kāi)噴嘴118在本文中可以被表征為正被“擠出”、“印刷”、“噴射”或“沉積”。材料700可以包括任何種類的可印刷和/或可擠出材料。不同的實(shí)施方案可以使用包括但不限于油墨、樹(shù)脂、丙烯酸、聚合物、熱塑性材料、熱固性材料、光固化材料或其組合的材料。一些實(shí)施方案還可以使用并入到擠出或印刷材料中的填充材料。例如，并入到擠出材料中的填充材料可以是設(shè)計(jì)成賦予所需顏色或顏色圖案或顏色過(guò)渡的粉末材料或染料，金屬或塑料顆粒或屑，或任何其它粉末礦物、金屬或塑料。因此，在至少一些實(shí)施方案中，材料700因此可以是復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，材料700可以是熱固性材料，其可以被加熱固化(即，加熱到高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以進(jìn)行印刷，并且然后冷卻以形成相對(duì)剛性或非柔韌的印刷結(jié)構(gòu))。

出于一致性和方便的目的，第一方向702(在圖7中示意性地示出)相對(duì)于噴嘴118被界定。第一方向702是沿噴嘴118的中心軸線延伸的方向，并且界定“擠出方向”，即材料沿著其從噴嘴118擠出或從噴嘴118推出的方向。在其中噴嘴118主要保持在固定定向上并遠(yuǎn)離基底組件610豎直地升高的實(shí)施方案中，第一方向702可保持與基底部件610的外部表面611近似垂直，如圖7-圖14的實(shí)施方案中所示。然而，在其中噴嘴118的定向可相對(duì)于基底組件改變的其它實(shí)施方案中，如圖19的實(shí)施方案中所示，第一方向702可被表征為與所形成的3D印刷結(jié)構(gòu)的中心軸線保持大致平行，使得噴嘴118總是將材料擠出到該結(jié)構(gòu)的端部或新近形成的部分上。

第二方向704被表征為大致垂直于第一方向702的方向。盡管在實(shí)施方案中示出為在特定寬度方向上定向，但應(yīng)當(dāng)理解，第二方向704表示垂直于第一方向702的任何方向。例如，第二方向704可以表征為相對(duì)于第一方向702的徑向方向。在一些情況下，第一方向702可以表征為軸向方向。在噴嘴118相對(duì)于基底部件610主要保持在固定定向上的實(shí)施方案中，如圖7-圖14的實(shí)施方案中所示，第二方向702可近似平行于基底部件610的外表面611。然而，在噴嘴118的定向可相對(duì)于基底部件改變的實(shí)施方案中，如圖19中所示，第二方向704可以仍然被表征為垂直于第一方向702，并且通?？梢越破叫杏卩徑鼑娮?18的結(jié)構(gòu)的一部分的橫向或?qū)挾确较颉?/p>

示例性實(shí)施方案設(shè)想穿過(guò)噴嘴“擠出”(即，推擠或推動(dòng))材料的部分，這可以在最初沿著第一方向702引導(dǎo)的材料內(nèi)產(chǎn)生力和壓力。然而，作為材料出口噴嘴118的部分，與基底部件610和/或已經(jīng)形成在基底部件610上的材料的部分接觸可能導(dǎo)致流動(dòng)方向從主要沿著第一方向702變化到主要沿著第二方向704。換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)挚炕蚧撞考?10或材料的相鄰部分被推動(dòng)時(shí)，新近擠出的材料的部分可能趨向于沿第二方向704向外流動(dòng)或鋪展。該流動(dòng)可以替代地表征為“向外鋪展”，因?yàn)樵摿鲃?dòng)傾向于在第一方向702上從噴嘴118擠出的材料的初始流徑向向外的方向上發(fā)生。在結(jié)構(gòu)形成有在第一方向702上定向的縱向軸線的實(shí)施方案中，該向外鋪展可以沿著3D印刷結(jié)構(gòu)的橫向尺寸(或?qū)挾确较虺叽?定向。

為了表征在第二方向704上定向的材料部分的尺寸，術(shù)語(yǔ)“橫截面面積”用于指沿著第二方向704截取的材料的一部分的橫截面面積。特別地，橫截面面積通常通過(guò)垂直于第一方向702(類似于第二方向704)的平面而獲得。在至少一些實(shí)施方案中，材料的部分可以在第二方向704上均勻地向外鋪展，使得橫截面面積近似為圓形。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)“直徑”還可以用于表征沿著第二方向704定向的材料部分的尺寸。特別地，對(duì)于一部分而言，任何近似圓形的橫截面面積可以具有唯一的對(duì)應(yīng)直徑。

如圖7-圖14中所示，在示例性印刷過(guò)程中，材料700從噴嘴118擠出到基底部件610上。如圖7和圖8中所示，材料的第一部分710直接擠出到基底部分610的外表面611上。當(dāng)噴嘴118從與基底部件610直接接觸的位置(圖7)升高到距基底部件610距離750的位置(圖8)時(shí)，材料的第一部分710在第二方向704上經(jīng)歷鋪展。當(dāng)材料700從噴嘴118連續(xù)地?cái)D出時(shí)，材料的第一部分710從具有第一橫截面面積720(圖8)擴(kuò)展到具有比第一橫截面面積720大的第二橫截面面積722(圖9)。在這種情況下，由于噴嘴118與基底部件610的近似距離在圖8的構(gòu)造和圖9的構(gòu)造之間不變，所以材料的第一部分710保持近似恒定的高度，并且部分地由于噴嘴118的端部和基底部件610之間的材料的第一部分710的收縮，可以看到材料的向外流動(dòng)。

接下來(lái)移動(dòng)到圖10中所示的構(gòu)造，隨著材料的第一部分710(通過(guò)冷卻到預(yù)定溫度之下或通過(guò)另一機(jī)構(gòu))固化并且當(dāng)噴嘴118升高到距基底部件610第二距離752的位置時(shí)，材料的第一部分710在第二方向704上可能停止鋪展。這里，材料的第一部分710已經(jīng)形成結(jié)構(gòu)606的第一部分，如通過(guò)將圖14中的材料的第一部分710的幾何形狀與圖10中示出的結(jié)構(gòu)606的相應(yīng)的第一部分740比較所看到的。如在圖10中所看到的，通常與材料的第一部分710連續(xù)的材料的第二部分712從噴嘴118擠出到材料的第一部分710上。抵靠材料710的第一部分被向下推，并且在噴嘴118和材料的第一部分710之間部分地收縮，材料的第二部分712在第二方向704上向外鋪展。

在圖11中所示的過(guò)程的下一個(gè)構(gòu)造中，材料的第二部分712已經(jīng)鋪展，直到已經(jīng)形成結(jié)構(gòu)606的第二部分742，如通過(guò)比較圖11和圖14看到的。分別由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的結(jié)構(gòu)606的第一部分740和結(jié)構(gòu)606的第二部分742一起包括結(jié)構(gòu)606的最底部部分，該最底部部分具有從第一部分740到第二部分742的大致增加的橫截面面積(和直徑)。相應(yīng)地，在圖11中所表示的構(gòu)造中，材料的第二部分712具有比材料的第一部分710的橫截面面積722更大的橫截面面積724。這里，可以理解的是，每個(gè)部分的橫截面面積遍及每個(gè)部分的高度變化，所以橫截面面積724和橫截面面積722僅是代表性橫截面面積。

如圖11中所表示，對(duì)于結(jié)構(gòu)606的由材料的第一部分710和材料的第二部分712形成的部分，相對(duì)于外表面611的接觸角790大于90度。在示例性實(shí)施方案中，接觸角790可以在120度和160度之間的范圍內(nèi)。這樣大的接觸角允許更寬范圍的零部件幾何形狀，其中凸形部分和凹形部分是可構(gòu)造在結(jié)構(gòu)的最底層處的，以增強(qiáng)設(shè)計(jì)和在某些情況下的結(jié)構(gòu)的功能。

在圖12中所示的構(gòu)造中，材料的第三部分714已經(jīng)被擠出到材料的第二部分712上。此外，材料700的第四部分716已經(jīng)被擠出到材料的第三部分714上。這里，材料的第三部分714具有橫截面面積726，其大體上大于材料的第四部分714的橫截面面積728。

在該階段，在一些實(shí)施方案中，可以應(yīng)用固化控制設(shè)備500以增加材料的第三部分714和/或材料的第四部分716被固化的速度。這可有助于確保這些部分足夠穩(wěn)定以支撐在材料的第四部分716的頂部上的另外的擠出材料，并且確保這些部分在其幾何形狀由于重力下的材料流動(dòng)而變形之前被固化。在材料700是熱塑性材料的實(shí)施方案中，固化控制設(shè)備500可以是冷卻設(shè)備，其將低于預(yù)定溫度(與硬化相關(guān)聯(lián))的冷卻空氣供應(yīng)到結(jié)構(gòu)606的局部區(qū)域(即，對(duì)應(yīng)于材料的第一部分714和/或材料的第二部分716的區(qū)域)。一旦硬化，材料的第三部分714和材料的第四部分716對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)606的第三部分744和第四部分746。

在圖13中，材料的第五部分718被擠出到材料的第四部分716上，以形成包括結(jié)構(gòu)606的最頂部部分的結(jié)構(gòu)606的第五部分748。如圖13中所表示的，材料的第五部分718具有大體上大于材料的第四部分716的橫截面面積728的橫截面面積729。

一旦完成，噴嘴118停止擠出材料并從圖14中示出的所形成的結(jié)構(gòu)606移開(kāi)。如在圖14中所看到的，對(duì)應(yīng)于用于形成結(jié)構(gòu)606的材料部分的變化的橫截面面積，結(jié)構(gòu)606的不同部分具有不同的橫截面面積。例如，包括第一部分740、第二部分742和第三部分744的結(jié)構(gòu)606的底部部分具有代表性的橫截面區(qū)域735。形成結(jié)構(gòu)606的中部的第四部分746具有代表性的橫截面區(qū)域733，其小于橫截面面積735。最后，由結(jié)構(gòu)606的第五部分748構(gòu)成的結(jié)構(gòu)606的頂部部分具有大于橫截面面積733的橫截面面積731。因此，可以看出，該過(guò)程允許形成橫截面幾何形狀從底部到頂部變化的結(jié)構(gòu)，包括從寬到窄到再次變寬的結(jié)構(gòu)。此外，該示例性過(guò)程可以用于形成具有不同部分的印刷結(jié)構(gòu)，該不同部分具有可變橫截面面積的任何組合。

通常，具有不同橫截面面積的部分的形成可以通過(guò)在形成3D印刷結(jié)構(gòu)的整個(gè)過(guò)程中改變一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如已經(jīng)討論的，材料在第二方向(也稱為“向外鋪展”)上的鋪展量應(yīng)歸于各種因素，包括流速、溫度(與材料粘度相關(guān))、噴嘴和在下面的材料部分(或基底部件)之間的收縮力以及其它因素。因此，在3D結(jié)構(gòu)的整個(gè)印刷過(guò)程中調(diào)整這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)將導(dǎo)致變化的向外鋪展的部分，并且由此導(dǎo)致變化的橫截面面積(或直徑)。

為了說(shuō)明用于改變圖7-圖14中所示的過(guò)程中的擠出參數(shù)的示例性方法，在圖7-圖14的每一個(gè)中通過(guò)沿第一方向702定向的箭頭示意性地示出了流速參數(shù)。具體地，在印刷過(guò)程中的各個(gè)階段的流速的大小由箭頭長(zhǎng)度的變化來(lái)描繪(其中較短的箭頭表示相對(duì)較慢的流速，而較長(zhǎng)的箭頭表示相對(duì)較快的流速)。如在圖7-圖13中所看到的，流速通?？梢愿鶕?jù)部分的所需橫截面面積或直徑而變化。例如，在圖8-圖9中，材料700的流速780與圖10和圖11中所示的材料700的較快流速782相比相對(duì)較慢。與材料的第一部分710的橫截面面積相比，在流速上的該增加可導(dǎo)致材料的第二部分712的略大的橫截面面積，因?yàn)樵谙嗤某掷m(xù)時(shí)間內(nèi)更多的材料被放置。當(dāng)材料的第三部分714被擠出時(shí)，材料700的流速比流速782慢，以便為結(jié)構(gòu)606的相應(yīng)部分產(chǎn)生更小的橫截面面積。如在圖12中所示，當(dāng)材料的第四部分716擠出時(shí)，由于第四部分716(對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)606的第四部分746)具有結(jié)構(gòu)606的所有部分的最小橫截面面積，所以流速784可以獲得與在該過(guò)程期間發(fā)生的其它流速相比的最小值。最后，為了實(shí)現(xiàn)材料的第五部分718的逐漸增加的橫截面面積，流速786相對(duì)于流速784再次增加。

為了清楚起見(jiàn)，實(shí)施方案描繪了作為控制結(jié)構(gòu)606的形成部分的所得直徑的主要方式的在材料700的流速上的變化。然而，應(yīng)當(dāng)理解，任何其它擠出控制參數(shù)也可以變化，可能地與其它擠出控制參數(shù)組合。例如，用于控制材料向外鋪展的程度的另一種方式是噴嘴抽出速率，因?yàn)樵趪娮斓亩瞬亢驮谙旅娴牟牧现g的材料的收縮可以是向外鋪展的程度的因素。因此，例如，形成結(jié)構(gòu)的相對(duì)較窄的部分，例如結(jié)構(gòu)606的第三部分744，可以通過(guò)增加噴嘴抽出速率來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得材料豎直地積聚，具有較少的向外鋪展。在至少一些實(shí)施方案中，第三部分744可以以增加的噴嘴抽出速率(相對(duì)于用于形成其它部分的噴嘴抽出速率)和減小的流速(相對(duì)于用于形成其它部分的流速)形成。

其它實(shí)施方案可以使用噴嘴溫度(材料溫度的代表)、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力以及任何其它擠出控制參數(shù)的變化，以改變不同部分的幾何形狀(例如，橫截面面積)和/或不同部分的其它材料特性(例如，密度、硬度等)。

如在圖7-圖14中所看到的，該示例性實(shí)施方案可以使用固定的噴嘴橫截面面積760以用于擠出材料700。此外，橫截面面積760被看到明顯小于結(jié)構(gòu)606的各個(gè)部分的橫截面面積。例如，橫截面面積760明顯小于結(jié)構(gòu)606的第三部分716的橫截面面積733，該第三部分716是結(jié)構(gòu)606的最窄部分。在另外的其它實(shí)施方案中，當(dāng)然，噴嘴118的橫截面面積(或直徑)可以改變以增加(或減小)材料700的流速。

在圖7-圖14中示出的示例性過(guò)程在提高形成3D印刷結(jié)構(gòu)606的速度方面可以是有用的。具體地，當(dāng)與在其中通過(guò)移動(dòng)噴嘴118以形成水平層并豎直地在現(xiàn)有層上構(gòu)建隨后的層來(lái)形成結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施方案中使用的方法相比時(shí)，該示例性過(guò)程可以提供顯著減少的印刷時(shí)間。這可以發(fā)生，因?yàn)樘娲膶?shí)施方案需要噴嘴移動(dòng)通過(guò)對(duì)應(yīng)于所需的3D印刷零部件的整個(gè)體積的路徑，而示例性方法可以將噴嘴保持在固定的水平位置處并且使用材料的向外鋪展來(lái)填充預(yù)期的3D體積，而不需要噴嘴通過(guò)在最終結(jié)構(gòu)中材料將位于的每個(gè)水平位置。

圖15-圖19示出了由材料800形成3D印刷結(jié)構(gòu)的過(guò)程的另一個(gè)實(shí)施方案。參考圖15-圖19，包括鉤或鉤狀緊固件的3D印刷結(jié)構(gòu)604使用上述描述的和在圖7-圖14中示出的類似的擠出過(guò)程形成。然而，與圖7-圖14的實(shí)施方案相比，圖15-圖19的過(guò)程包括使噴嘴118不止在單一方向(例如，豎直方向)上移動(dòng)遠(yuǎn)離基底部件。特別地，如本文所述，噴嘴118可在兩個(gè)近似垂直的方向(例如，豎直方向和水平方向)上移動(dòng)以形成結(jié)構(gòu)604。

從圖15開(kāi)始，噴嘴118擠出材料的第一部分802以形成結(jié)構(gòu)606的基部部分，該基部部分結(jié)合到基底部件610。接下來(lái)如圖16中所示，當(dāng)材料的第二部分804被擠出時(shí)，噴嘴118在第一方向830，例如，豎直方向上升高。如在圖17中的后續(xù)構(gòu)造中所示的，為了形成用于結(jié)構(gòu)604的彎曲部分，當(dāng)材料的第三部分806從噴嘴118擠出時(shí)，噴嘴118可以在第一方向830和第二方向832(例如，水平方向)上移動(dòng)。此外，在至少一些實(shí)施方案中，固化控制設(shè)備500可以應(yīng)用于材料的第三部分806，以減少固化時(shí)間，使得材料的第三部分806抵抗重力保持所需的彎曲和懸垂的幾何形狀，否則重力可能導(dǎo)致材料800向下流動(dòng)。在圖18中，在材料的第四部分808被擠出時(shí)，同時(shí)噴嘴118在第一方向830和第二方向832上移動(dòng)時(shí)，噴嘴118繼續(xù)形成結(jié)構(gòu)604的彎曲部分。

在至少一些實(shí)施方案中，噴嘴118可以能夠改變其相對(duì)于另一部件或部分(例如基底部件610)的定向。如圖19中所示，在一個(gè)實(shí)施方案中，噴嘴118可以旋轉(zhuǎn)角度850，使得噴嘴118不再以近似垂直于基底部件610的方式定向。相反，噴嘴118可以定向成使得擠出的材料從噴嘴118沿著與材料的第五部分810的中心軸線821相關(guān)的方向流動(dòng)。在噴嘴118沿著中心軸線821的方向定向的情況下，從噴嘴118擠出的材料800可以在近似垂直于材料的第五部分810的中心軸線821的方向上經(jīng)歷向外鋪展。該垂直方向由橫向軸線820表示。

通過(guò)調(diào)整噴嘴118的定向以更好地與3D印刷結(jié)構(gòu)的相鄰部分的中心軸線對(duì)齊，擠出材料可在沿著中心軸線的方向上積聚，而不是在豎直方向或其它方向上積聚，在豎直方向或其它方向上積聚可能在結(jié)構(gòu)形成時(shí)在各個(gè)位置產(chǎn)生不需要的過(guò)量材料。雖然未示出，但是一些實(shí)施方案可以使用支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)形成期間可以提供支撐，但是其可以在結(jié)構(gòu)完成并完全固化之后移除。

通過(guò)在豎直方向和水平方向上移動(dòng)噴嘴118，結(jié)合旋轉(zhuǎn)或傾斜噴嘴118的定向，上面描述的印刷系統(tǒng)100和過(guò)程可用于形成具有各種各樣的幾何結(jié)構(gòu)和形狀的部件，包括具有各種彎曲表面的部分。這樣的彎曲表面在曲率上可以是恒定的或在曲率上可以是不恒定的(例如，復(fù)合曲線)。

實(shí)施方案可以包括用于響應(yīng)來(lái)自傳感元件信息的反饋來(lái)調(diào)整一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的設(shè)置。在一些實(shí)施方案中，擠出過(guò)程可響應(yīng)于光學(xué)信息來(lái)調(diào)整一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)。

圖20示出了用于響應(yīng)光學(xué)信息來(lái)調(diào)整一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)的過(guò)程的實(shí)施方案。通常，圖20中所描繪的步驟中的一個(gè)或多個(gè)可以通過(guò)擠出控制系統(tǒng)204、傳感器系統(tǒng)206和/或印刷設(shè)備102的任何其它系統(tǒng)或部件執(zhí)行。在一些實(shí)施方案?jìng)€(gè)，圖20的過(guò)程可以包括另外的步驟，而在其它實(shí)施方案中，圖20中所描繪的一些步驟可以是可選的。為了清楚起見(jiàn)，以下討論將該過(guò)程中的步驟描述為通過(guò)擠出控制系統(tǒng)204執(zhí)行。

在第一步驟902中，擠出控制系統(tǒng)204可接收光學(xué)信息。在一些實(shí)施方案中，光學(xué)信息可以從諸如光學(xué)感測(cè)設(shè)備416的一個(gè)或多個(gè)傳感器接收。所接收的光學(xué)信息可以包括任何種類的模擬和/或數(shù)字信號(hào)，該模擬和/或數(shù)字信號(hào)包括與由光學(xué)感測(cè)設(shè)備416捕獲的一個(gè)或多個(gè)圖像相關(guān)的信息。

在步驟904中，擠出控制系統(tǒng)204可以使用光學(xué)信息來(lái)表征材料的特定部分的向外鋪展。材料的一部分的向外鋪展可以以各種方式表征。例如，在一些實(shí)施方案中，向外鋪展可以通過(guò)在給定時(shí)刻材料的部分的橫截面面積、直徑或沿特定預(yù)定方向的延伸來(lái)表征。在其它實(shí)施方案中，向外鋪展可以通過(guò)向外鋪展速率來(lái)表征，該向外鋪展速率是材料的部分在向外方向上鋪展的速率。取決于應(yīng)用，使用材料的一部分在特定時(shí)間的鋪展的絕對(duì)程度或在特定時(shí)間材料的該部分的向外鋪展的速率可能是更有用的。在另外其它實(shí)施方案中，可以使用向外鋪展的其它特征。為了方便起見(jiàn)，用于在特定時(shí)間材料的一部分的向外鋪展的特定特征被稱為向外鋪展值。

在不同的實(shí)施方案中，可以使用光學(xué)信息來(lái)確定所測(cè)量或感測(cè)的向外鋪展值。在一些實(shí)施方案中，可以分析由光學(xué)感測(cè)設(shè)備416捕獲的擠出材料的一部分的一個(gè)或多個(gè)圖像，以確定在一個(gè)或多個(gè)方向上向外鋪展的絕對(duì)程度，和/或向外鋪展速率。用于分析圖像數(shù)據(jù)的任何已知算法可以用于確定絕對(duì)向外鋪展和/或向外鋪展速率的測(cè)量值或感測(cè)值。

在步驟906中，擠出控制系統(tǒng)204可以在給定時(shí)間從存儲(chǔ)器(例如，從數(shù)據(jù)庫(kù))檢索預(yù)測(cè)的向外鋪展值。與所測(cè)量或感測(cè)的向外鋪展值相比，預(yù)測(cè)的向外鋪展值是基于材料流速、噴嘴抽出速率、擠出溫度的假定值以及使用可能的其它因素而預(yù)先確定的值。因此，預(yù)測(cè)的向外鋪展值表示如何預(yù)測(cè)鋪展發(fā)生，使得可以實(shí)現(xiàn)期望的零部件幾何形狀。由于各種因素，包括但不限于：印刷材料缺陷、基底部件材料和幾何形狀的變化、環(huán)境條件(例如溫度和壓力)的變化以及可能的其它因素，預(yù)測(cè)的向外鋪展值可以與感測(cè)的向外鋪展值不同。

在步驟908中，將感測(cè)的向外鋪展值與預(yù)測(cè)向外鋪展值進(jìn)行比較。如果感測(cè)的向外鋪展值在預(yù)測(cè)的向外鋪展值的預(yù)定容差內(nèi)，則系統(tǒng)可以繼續(xù)擠出材料而不進(jìn)行任何調(diào)整。然而，如果感測(cè)的向外鋪展值與預(yù)測(cè)的向外鋪展值相差大于預(yù)定容差，則擠出控制系統(tǒng)204可以進(jìn)行到步驟910，以對(duì)一個(gè)或多個(gè)擠出控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

圖21示出了使用光學(xué)信息為擠出控制系統(tǒng)提供反饋的過(guò)程的示意圖。參考圖21，光學(xué)感測(cè)設(shè)備416被定位成在材料的一部分1010已經(jīng)從噴嘴118擠出之后捕獲關(guān)于材料的一部分1010的光學(xué)信息。該光學(xué)信息可以用于確定感測(cè)的向外鋪展直徑1022，該感測(cè)的向外鋪展直徑1022是材料的一部分1010在基底部件1005上向外鋪展時(shí)近似直徑的實(shí)時(shí)測(cè)量。在圖21的噴嘴118和材料的部分1010的示意圖中，示出了對(duì)于特定時(shí)刻的材料的部分1010的感測(cè)的鋪展直徑1022。

在圖21的圖表中，感測(cè)的向外鋪展直徑1022被繪制為時(shí)間的函數(shù)。另外，還將預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020繪制為時(shí)間的函數(shù)。在這種情況下，預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020遵循近似直線，其表明在時(shí)間上材料大致恒定的鋪展(例如，恒定鋪展速率)。應(yīng)當(dāng)理解，預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020僅僅是一種示例性類型的函數(shù)，其在這里為了清楚起見(jiàn)而使用，并且在其它實(shí)施方案中，預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020的表現(xiàn)可以是非線性的。

在時(shí)間T1時(shí)，預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020和感測(cè)的向外鋪展直徑1022可以近似相同。換句話說(shuō)，在這一點(diǎn)上，感測(cè)的向外鋪展直徑1022可以在預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容差內(nèi)。這表明材料的一部分1010以期望的方式鋪展以形成預(yù)期的3D印刷結(jié)構(gòu)的第一部分或?qū)?。然而，在稍后的時(shí)間T2時(shí)，感測(cè)到的向外鋪展直徑1022顯著落在預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020下方，表明材料的一部分1010沒(méi)有以期望的方式(例如，以期望的速率)鋪展。當(dāng)擠出控制系統(tǒng)204檢測(cè)到所感測(cè)的向外鋪展直徑1022中的這種相對(duì)下降時(shí)，擠出控制系統(tǒng)204可以調(diào)節(jié)材料1008的流速或擠出速率，以在材料的部分1010中產(chǎn)生更快和/或更多的鋪展。特別地，在時(shí)間T2時(shí)，流速?gòu)某跏剂魉?040(與時(shí)間T1相關(guān))增加到新的增大的流速1042。在時(shí)間T2之后，感測(cè)的向外鋪展直徑1022開(kāi)始增加，并且可再次落入預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容差中。

在稍后的時(shí)間T3時(shí)，感測(cè)的向外鋪展直徑1022增加到超過(guò)預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020，從而表明材料的部分1010流動(dòng)太快并且可能擴(kuò)展得太遠(yuǎn)。因此，在時(shí)間T3時(shí)，流速被調(diào)節(jié)到新的減小的流速1044，流速1044是比初始流速1040(與時(shí)間T1相關(guān)聯(lián))和流速1042(與時(shí)間T2相關(guān)聯(lián))都要低得多的流速。在時(shí)間T3之后，感測(cè)的向外鋪展直徑1022開(kāi)始減小，并且可以再次落入預(yù)測(cè)的向外鋪展直徑1020的預(yù)定容差中。因此該過(guò)程可以是迭代的，從而提供了響應(yīng)感測(cè)到的關(guān)于材料的一部分如何鋪展的光學(xué)信息而連續(xù)調(diào)節(jié)流速(或其它擠出控制參數(shù))的方式。此外，盡管在圖21中示出了針對(duì)對(duì)應(yīng)于印刷結(jié)構(gòu)中的下層材料的材料的特定部分1010的示例性過(guò)程，但該過(guò)程可在形成印刷結(jié)構(gòu)中用于材料的所有部分和層。

圖22示出了響應(yīng)感測(cè)到的關(guān)于材料的新近擠出部分的信息將固化控制設(shè)備施加到材料的新近擠出部分的過(guò)程的實(shí)施方案。在步驟1102中，擠出控制系統(tǒng)204可以從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收關(guān)于擠出部分和/或環(huán)境條件的感測(cè)信息?？梢詾閿D出控制系統(tǒng)204提供信息的示例性傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、流速傳感器、光學(xué)傳感器以及可能的其它種類的傳感器。在步驟1104中，擠出控制系統(tǒng)204使用感測(cè)的信息來(lái)確定材料的新近擠出的部分是否被固化。例如，在一些實(shí)施方案中，光學(xué)信息可以用于確定擠出部分是穩(wěn)定的或不移動(dòng)的，并且因此可能固化。如果新近擠出的部分尚未固化，并且在擠出更多材料之前需要使材料的該部分固定，則可以使用固化控制設(shè)備直接固化材料的該部分。在這種情況下，擠出控制系統(tǒng)204移動(dòng)到步驟1106以對(duì)擠出部分施加冷卻和/或UV固化。

當(dāng)然，在一些實(shí)施方案中，固化控制設(shè)備直接施加到擠出材料的一個(gè)或多個(gè)部分以增加固化速度可以自動(dòng)地完成，而不依賴于感測(cè)到的信息。特別地，如在早先的實(shí)施方案中已經(jīng)描述的，可以進(jìn)行直接固化(例如冷卻)以提高固化速度，因?yàn)檫^(guò)程的形成具有特定幾何形狀的部分在印刷過(guò)程期間可能需要快速固化以保持穩(wěn)定。

實(shí)施方案可以包括用于施加可錨固到諸如紡織材料的基底部件的三維印刷結(jié)構(gòu)的設(shè)置。在使用導(dǎo)致擠出材料向外鋪展的擠出過(guò)程的實(shí)施方案中，在基底部件的與噴嘴所位于的側(cè)相對(duì)的一側(cè)上誘導(dǎo)材料向外鋪展可以是可能的。這可以允許產(chǎn)生錨固部分，該錨固部分用需要噴嘴在與印刷結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的體積內(nèi)的所有位置之上通過(guò)的替代方法可能是不可實(shí)現(xiàn)的。

圖23-圖27示出了用于印刷3D錨固結(jié)構(gòu)1200的過(guò)程的實(shí)施方案的示意圖，該3D錨固結(jié)構(gòu)1200在其形成時(shí)直接錨固到基底部件1202。如圖23-圖27中所看到的，示例性過(guò)程可以利用噴嘴118、基底部件1202和模制部件1250。噴嘴118可以布置在基底部件1202的第一側(cè)1210上，而模制部件1250可以布置在基底部件1202的第二側(cè)1212上。另外，為了在第一側(cè)1210和第二側(cè)1212之間提供流體連通，基底部件1202包括開(kāi)口1214。

如在圖24中所看到的，材料1220從噴嘴118擠出并流過(guò)開(kāi)口1214。隨著模制部件1250抵著基底部件1202的第二側(cè)1212就位，材料的第一部分1222流入模制部件1250的腔1252中。在圖25中，材料的第一部分1222填充腔1252的全部。因?yàn)榍?252的開(kāi)口1254具有直徑1256(參見(jiàn)圖23)，所以材料的第一部分1222獲得剛好鄰近基底部件1202的第二側(cè)1212的直徑1223。此外，由于材料的第一部分1222的直徑1223大于開(kāi)口1214的直徑1215，因此防止材料的第一部分1222穿過(guò)開(kāi)口1214。

在圖26中，材料的第二部分1224從噴嘴118擠出并且開(kāi)始在基底部件1202的第一側(cè)1210上橫向地鋪展。在圖27中，材料的第二部分1226被看到獲得顯著大于開(kāi)口1214的直徑1215的直徑1227。因此，錨固結(jié)構(gòu)1200以這樣的方式形成，使得錨固結(jié)構(gòu)1200在沒(méi)有不可逆地?fù)p壞基底部件1202或錨固結(jié)構(gòu)1200的情況下不能與基底部件1202分離。

用如在圖23-圖27中所描繪的過(guò)程中形成的錨固結(jié)構(gòu)1200，可以添加另外的擠出材料以形成遠(yuǎn)離基底部件1202的第一側(cè)1210延伸的各種3D結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以包括已經(jīng)討論的任何3D印刷結(jié)構(gòu)，諸如防滑釘、鉤、旋鈕狀緊固件以及其它結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)的錨固可以使用單個(gè)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可以使用兩個(gè)或更多個(gè)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。所使用的孔的數(shù)量可以根據(jù)所使用的基底部件的類型以及所形成的3D結(jié)構(gòu)的幾何形狀而變化。

在不同的實(shí)施方案中，所使用的模制部件的類型可以變化。例如，模制部件可以在尺寸、腔體形狀、材料結(jié)構(gòu)以及其它性質(zhì)上變化?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的任何類型的模具。所使用的模具類型可以根據(jù)最終結(jié)構(gòu)的所需幾何形狀(特別是基底部件1202的第二側(cè)1212上的部分的幾何形狀)、所需部分的尺寸、模具材料的溫度容差以及可能的其它因素來(lái)選擇。

作為模制部件中的變型的一個(gè)示例，圖28示出了兩種可選設(shè)計(jì)。參考圖28，第一模制部件1302具有腔1303，腔1303具有與圖23中的模制部件1250的腔1252的近似圓形(或圓頂狀)幾何形狀相反的大致矩形的幾何形狀。此外，第二模制部件1304具有腔1305，腔1305具有大致不規(guī)則的幾何形狀。腔幾何形狀上的這些變化可導(dǎo)致所形成的3D結(jié)構(gòu)(對(duì)于在基底部件的放置模具的側(cè)上的結(jié)構(gòu)的部分)的幾何形狀上的對(duì)應(yīng)變化。

在一些其它實(shí)施方案中，錨固結(jié)構(gòu)可通過(guò)將擠出材料推動(dòng)穿過(guò)可以不包括明顯的孔的材料，諸如針織物、網(wǎng)狀物或編結(jié)織物而形成。在圖29中描繪了這樣的實(shí)施方案。這里，錨固結(jié)構(gòu)1400包括在基底部件1408的第一側(cè)1410上的第一部分1402和在基底部件1408的第二側(cè)1412上的第二部分1404。第一部分1402和第二部分1404通過(guò)已經(jīng)被推動(dòng)穿過(guò)基底部件1408中的開(kāi)放空間的擠出材料部分1420連接。

圖30示出了印刷設(shè)備102的示例性實(shí)施方案以及用于保持或支撐可接納印刷結(jié)構(gòu)的物品的兩種不同方法。如在圖30中所看到的，在一些實(shí)施方案中，平坦的上部部分1502可以放置在容納在印刷設(shè)備102內(nèi)的托盤112上。在其它實(shí)施方案中，裝配好的鞋類物品1504可以與可以插入到印刷設(shè)備102內(nèi)的鞋類保持設(shè)備1506相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，鞋類保持設(shè)備1506可構(gòu)造成將鞋類物品1504的近似扁平的部分呈現(xiàn)到用于印刷的噴嘴。在公開(kāi)的(2013年4月23日提交的當(dāng)前美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/868130)并且標(biāo)題為“Holding Assembly for Articles”的Miller的美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)______中公開(kāi)了可以使用的示例性鞋類保持設(shè)備，該申請(qǐng)的整體通過(guò)引用并入本文。

用于將3D結(jié)構(gòu)直接印刷到物品(包括由織物構(gòu)成的物品)的部分上的一般系統(tǒng)和方法在2014年1月23日(現(xiàn)在為美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/553,368，提交于2012年7月19日)公開(kāi)的標(biāo)題為“Footwear Assembly Method with 3D Printing”的Jones等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2014/0020192中公開(kāi)，該申請(qǐng)的整體通過(guò)引用并入本文，并且此后被稱為“3D印刷”申請(qǐng)。具體地，3D印刷申請(qǐng)包括用于在可能不具有疏水性或非潤(rùn)濕表面的紡織品或基底部件上印刷的系統(tǒng)和方法。3D印刷申請(qǐng)還教導(dǎo)了在例如在編織、針織、編結(jié)或其它種類的織物或紡織材料中遇到的那些表面的不規(guī)則表面上印刷的系統(tǒng)和方法。

圖31是鞋類物品1600的實(shí)施方案的等距視圖。如在圖31中所看到的，鞋類物品1600包括緊固件形式的多個(gè)3D印刷結(jié)構(gòu)，該多個(gè)3D印刷結(jié)構(gòu)可以通過(guò)鞋帶或其它緊固設(shè)置接合。具體地，鞋類物品1600包括一組旋鈕狀緊固件1602，該組旋鈕狀緊固件1602已經(jīng)使用如前面討論的并在圖7-圖14中所示的3D印刷過(guò)程形成。另外，鞋類物品1600包括一組鉤狀緊固件1604，該組鉤狀緊固件1604已經(jīng)使用如前討論的并在圖15-圖19中示出的3D印刷過(guò)程形成。因此，可以看出，在這些實(shí)施方案中討論的示例性印刷(具體地，擠出)過(guò)程可以用于形成用于鞋類物品以及其它種類物品的功能性結(jié)構(gòu)，例如緊固件。

實(shí)施方案可以包括另外的設(shè)置以提高形成3D印刷結(jié)構(gòu)的速度。在一些實(shí)施方案中，可以使用兩種不同的印刷過(guò)程來(lái)形成3D印刷結(jié)構(gòu)以形成3D印刷結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)不同部分。在一些情況下，例如，3D印刷結(jié)構(gòu)的第一部分可以使用第一3D印刷過(guò)程形成，而3D印刷結(jié)構(gòu)的第二部分可以使用不同于第一3D印刷過(guò)程的第二3D印刷過(guò)程來(lái)形成。

圖32示出了附接到基底部件1720的3D印刷結(jié)構(gòu)1700或簡(jiǎn)單地稱為結(jié)構(gòu)1700的實(shí)施方案的示意圖。在圖32的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)1700具有防滑釘?shù)男问揭杂糜谂c鞋類物品一起使用。然而，在其它實(shí)施方案中，類似的印刷結(jié)構(gòu)可以以各種不同的形狀和出于不同的目的來(lái)形成。換句話說(shuō)，針對(duì)結(jié)構(gòu)1700討論的原理不旨在限于制造防滑釘或類似零部件。

在圖32所示的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)1700由兩個(gè)不同的部分構(gòu)成。特別地，結(jié)構(gòu)1700包括外殼部分1702和內(nèi)部部分1704。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，外殼部分1702和內(nèi)部部分1704可以在一個(gè)或多個(gè)特征方面不同，包括尺寸、體積、形狀、材料、顏色以及可能的其它特性。

在不同的實(shí)施方案中，外殼部分1702的幾何形狀可以變化。在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可以具有大致圓形的幾何形狀。在一些情況下，例如，外殼部分1702可以具有圓頂狀幾何形狀。在其它實(shí)施方案中，外殼部分1702可以具有大致圓錐形的幾何形狀。在一些情況下，例如，外殼部分1702可以具有截頭圓錐形的幾何形狀。

在至少一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口。在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可包括單個(gè)開(kāi)口。在其它實(shí)施方案中，外殼部分1702可以包括兩個(gè)開(kāi)口。在還有其它實(shí)施方案中，外殼部分1702可包括三個(gè)或更多個(gè)開(kāi)口。在圖32所示的實(shí)施方案中，外殼部分1702包括單個(gè)開(kāi)口1703。

在不同的實(shí)施方案中，外殼部分1702中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口的位置可以變化。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口可以布置在外殼部分1702的位于鄰近基底部件1720的部分上。在其它實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口可以布置在外殼部分1702的布置距基底部件1720最遠(yuǎn)的部分上。在圖32所示的實(shí)施方案中，外殼部分1702的開(kāi)口1703布置在外殼部分1702的頂端部分1706處。

在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可包括材料的大致上薄的部分。在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702的厚度1730可以顯著小于外殼部分1702的直徑1731。此外，在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702的厚度1730可以顯著小于外殼部分1702的高度1732(如從基底部件1720測(cè)量)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，外殼部分1702的厚度1730可以具有大約在0.01毫米和5毫米之間的范圍內(nèi)的值。在還應(yīng)其它實(shí)施方案中，厚度1730可以大于5毫米。

內(nèi)部部分1704可大致填充由外殼部分1702界定的內(nèi)部區(qū)域。因此，內(nèi)部部分1704的幾何形狀可大致對(duì)應(yīng)于外殼部分1702的幾何形狀。在外殼部分1702具有近似圓頂狀幾何形狀的實(shí)施方案中，內(nèi)部部分1702也可以具有圓頂狀的幾何形狀。在外殼部分1702具有圓錐形(包括截頭圓錐形)幾何形狀的實(shí)施方案中，內(nèi)部部分1704可具有類似的圓錐形幾何形狀。然而，在其它實(shí)施方案中，設(shè)想的是，由外殼部分1702界定的內(nèi)部區(qū)域不具有對(duì)應(yīng)于外殼部分1702的外側(cè)的幾何形狀的幾何形狀。在這種情況下，內(nèi)部部分1704的幾何形狀可大致上對(duì)應(yīng)于由外殼部分1702的內(nèi)側(cè)的形狀引起的幾何形狀。

在一些實(shí)施方案中，外殼部分可以包括3D印刷結(jié)構(gòu)的總體積的相對(duì)小的百分比，而內(nèi)部部分可以包括3D印刷結(jié)構(gòu)的總體積的大的百分比(至少大部分)。例如，在圖32的實(shí)施方案中，外殼部分1702被看到具有包括結(jié)構(gòu)1700的總體積的第一百分比的第一體積。而且，內(nèi)部部分1704被看到具有包括結(jié)構(gòu)1700的總體積的第二百分比的第二體積。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第二百分比顯著大于第一百分比，使得外殼部分1702僅包括結(jié)構(gòu)1700的總體積的小的百分比，而內(nèi)部部分1704包括結(jié)構(gòu)1700的總體積的大的百分比。

第一百分比和第二百分比的值可以從一個(gè)實(shí)施方案到另一個(gè)實(shí)施方案變化。在一些實(shí)施方案中，第一百分比可以具有大約在1個(gè)百分比和30個(gè)百分比之間的范圍內(nèi)的值。相應(yīng)地，在這樣的實(shí)施方案中，第二百分比可以具有大約在70個(gè)百分比和99個(gè)百分比之間的范圍內(nèi)的值。這里應(yīng)當(dāng)理解，在結(jié)構(gòu)1700僅由外殼部分1702和內(nèi)部部分1704組成的實(shí)施方案中，第一百分比和第二百分比的總和應(yīng)當(dāng)?shù)扔?00個(gè)百分比。

在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可以使用第一3D印刷過(guò)程形成，而內(nèi)部部分1704可以使用不同于第一3D印刷過(guò)程的第二3D過(guò)程形成。對(duì)每個(gè)部分使用不同的印刷過(guò)程可以允許效率和/或制造速度上的提高。例如，以下實(shí)施方案示出了其中使用相對(duì)較慢的印刷過(guò)程形成外殼部分1702，而使用相對(duì)較快的印刷過(guò)程形成內(nèi)部部分1704的印刷方法。因?yàn)閮?nèi)部部分1704包括結(jié)構(gòu)1700的大部分體積，所以與使用相對(duì)較慢的印刷過(guò)程印刷結(jié)構(gòu)1700的體積相比，這樣的印刷方法可以允許在明顯更短的時(shí)間段內(nèi)形成結(jié)構(gòu)1700。

如圖32中所示，在至少一些實(shí)施方案中，外殼部分1702和內(nèi)部部分1704可以使用不同的噴嘴和/或印刷頭形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，外殼部分1702可以使用第一噴嘴1740形成，而內(nèi)部部分1704可以使用第二噴嘴1742形成。在一些實(shí)施方案中，第一噴嘴1740具有第一孔1741，而第二噴嘴1742具有第二孔1742。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一孔1741可以具有比第二孔1742顯著更小的直徑。利用這種構(gòu)造，在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，與流動(dòng)穿過(guò)第一孔1741相比更大的總體積的材料可以流動(dòng)穿過(guò)第二孔1742。

雖然一些實(shí)施方案可以使用不同的噴嘴來(lái)形成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704，但是其它實(shí)施方案可以使用單個(gè)噴嘴來(lái)形成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704。這種可替代實(shí)施方案在下面描述并且在圖36-圖38中示出。

在不同的實(shí)施方案中，構(gòu)成外殼部分1702和內(nèi)部部分1704的材料可以變化。在一些實(shí)施方案中，外殼部分1702可由第一材料構(gòu)成，而內(nèi)部部分1704可由第二材料構(gòu)成。在一些情況下，第一材料可以大體上與第二材料相同。在其它情況下，第一材料可以顯著不同于第二材料。

在不同的實(shí)施方案中，第一材料和第二材料的剛度可以變化。例如，當(dāng)固化時(shí)，形成外殼部分的第一材料可以具有第一剛度，而形成內(nèi)部分的第二材料在固化時(shí)可以具有第二剛度。在一些實(shí)施方案中，第二剛度可以大于第一剛度。作為示例，在用于防滑釘結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施方案中，第一材料可以是橡膠以提供附著摩擦力并且提供給外殼部分，而內(nèi)部部分可以是更硬的塑料以為防滑釘結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)和支撐。在其它實(shí)施方案中，第二剛度可以小于第一剛度。作為示例，在防滑釘結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施方案中，第一材料可以是硬橡膠或塑料以為外殼部分提供強(qiáng)度和/或附著摩擦，而第二材料可以是用于支撐和緩沖的泡沫材料。

當(dāng)然在其它實(shí)施方案中，可以使用還有的其它材料的組合。特別地，可以選擇第一材料和第二材料以實(shí)現(xiàn)在性質(zhì)上不同的材料的各種組合，前述性質(zhì)包括但不限于：重量、強(qiáng)度、緩沖、與基底部件的結(jié)合相容性以及其它材料性質(zhì)。

圖33-圖35示出了用于形成結(jié)構(gòu)1700的過(guò)程的實(shí)施方案的示意圖。如在圖33中所看到的，外殼部分1702可以首先使用第一噴嘴1740形成。如示意性地表示的，外殼部分1702可以使用第一3D印刷過(guò)程形成。具體地，第一3D印刷過(guò)程包括使第一噴嘴1740在基底部件1720上方水平地移動(dòng)，以便使用擠出材料1780形成外殼部分1702的水平層。與前面討論的和例如在圖7-圖14中示出的實(shí)施方案不同，第一3D印刷過(guò)程不涉及印刷(或擠出)材料的大量向外鋪展。一旦已經(jīng)形成水平層，例如圖33中所示的印刷層1785，則第一噴嘴1740可以在豎直方向上以遞增的量升高。在這一點(diǎn)上，如圖34中所示，第一噴嘴1740可再次以水平方式移動(dòng)，以在印刷層1785的頂部上形成印刷材料的后續(xù)層1787。

在至少一些實(shí)施方案中，一旦外殼部分1702已經(jīng)完全形成，則外殼部分1702可以在形成內(nèi)部部分1704之前固化。在一些情況下，可以在形成外殼部分1702時(shí)完成固化。在其它情況下，可以在外殼1702已經(jīng)形成之后，但是在內(nèi)部部分1704已經(jīng)形成之前完成固化。然而，在還有其它實(shí)施方案中，外殼部分1702可在內(nèi)部部分1704形成之后完全(或部分)固化。

一旦外殼部分1702已經(jīng)通過(guò)第一3D印刷過(guò)程形成，則第一噴嘴1740可以遠(yuǎn)離外殼部分1702移動(dòng)。如在圖35中所看到的，第二噴嘴1742可以移動(dòng)到開(kāi)口1703上方的位置。在這一點(diǎn)上，可以使用第二3D印刷過(guò)程以用第二材料1784填充外殼部分1702的內(nèi)部空隙1709。如圖35中所示，第二3D印刷過(guò)程可涉及在第二材料1784被擠出或以其它方式沉積到內(nèi)部空隙1709中時(shí)將第二噴嘴1742保持在開(kāi)口1703上方的大體上固定的位置。第二3D印刷過(guò)程可以繼續(xù)，直到第二材料1784填充內(nèi)部空隙1709的全部，從而形成結(jié)構(gòu)1700的內(nèi)部部分1704。

用于形成外殼部分1702的第一3D印刷過(guò)程和用于形成內(nèi)部部分1704的第二3D印刷過(guò)程可以在一個(gè)或多個(gè)屬性方面不同。如已經(jīng)提及的，第一3D印刷過(guò)程包括使第一噴嘴1740移動(dòng)通過(guò)布置在水平平面中的一系列位置，以形成水平材料層。在形成水平層時(shí)，第一噴嘴1740可以在豎直方向上短暫地升高以形成隨后的水平層。相反，第二3D印刷過(guò)程包括將第二噴嘴1742保持在大致固定的豎直和水平位置處，并且擠出第二材料1784通過(guò)外殼部分1702的開(kāi)口1703。因此，不同于外殼部分1702，內(nèi)部部分1704不是經(jīng)由印刷一系列堆疊的水平層的過(guò)程形成，而是相反通過(guò)迫使第二材料1784進(jìn)入到內(nèi)部空隙1709內(nèi)而形成。因此可以看出，外殼部分1702的所得幾何形狀由第一3D印刷過(guò)程期間第一噴嘴1740所采用的加工路徑界定，而內(nèi)部部分1704的所得幾何形狀由內(nèi)部空隙1709的內(nèi)部幾何形狀引起，并且需要第二噴嘴1742的很少移動(dòng)以至不移動(dòng)。

第一3D印刷過(guò)程和第二3D印刷過(guò)程也可以通過(guò)向外鋪展的程度來(lái)區(qū)分。第一3D印刷過(guò)程可以將材料沉積在非常精細(xì)的層中，這導(dǎo)致很少以至沒(méi)有向外鋪展。特別地，使用第一3D印刷過(guò)程沉積的材料的向外鋪展的程度可以小于第一噴嘴1740的孔1741的直徑的200％(參見(jiàn)圖32)。換句話說(shuō)，由第一噴嘴1740印刷的材料可以不鋪展到大于第一噴嘴1740的直徑的兩倍的尺寸。相反，第二3D印刷過(guò)程依賴于大量的向外鋪展以填充外殼部分1702的內(nèi)部空隙1709。因此，從第二噴嘴1742擠出的材料的向外鋪展可以比第二噴嘴1742的孔1743的直徑大許多倍(參見(jiàn)圖32)。例如，在一些實(shí)施方案中，材料的部分可以鋪展到孔1743的直徑的至少500％的直徑。

用于形成結(jié)構(gòu)1700的示例性過(guò)程可以允許提高印刷速度，同時(shí)保持印刷結(jié)構(gòu)的幾何形狀的精度。這通過(guò)使用精確控制的印刷過(guò)程印刷具有任何所需幾何形狀的相對(duì)薄的外殼部分，然后通過(guò)快速擠出或以其它方式將印刷材料沉積到內(nèi)部中而填充在外殼部分的內(nèi)部中來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使用第一3D印刷過(guò)程僅形成用于結(jié)構(gòu)的薄外殼并使用第二3D印刷過(guò)程形成體積的大部分，可以減少結(jié)構(gòu)1700的印刷時(shí)間，因?yàn)榈诙?D印刷過(guò)程通常比第一3D印刷過(guò)程更快。

應(yīng)當(dāng)理解，用于形成外殼部分1702的過(guò)程僅旨在是示例性的。在其它實(shí)施方案中，外殼部分1702可以使用任何已知的3D印刷過(guò)程形成。一些示例性的印刷過(guò)程包括前面提到的那些中的任何一種。

圖36-圖38示出了用于形成3D印刷結(jié)構(gòu)1800的可替代過(guò)程?？傮w上，圖36-圖38中所示的過(guò)程可以在至少一些方面類似于圖33-圖35所示的過(guò)程。特別地，圖36-圖38的過(guò)程包括使用第一3D印刷過(guò)程和第二3D印刷過(guò)程，第一3D印刷過(guò)程和第二3D印刷過(guò)程可以是不同的。然而，與圖33-圖35中所示的實(shí)施方案相比，圖36-圖38中描繪的實(shí)施方案使用單個(gè)噴嘴1840來(lái)形成結(jié)構(gòu)1800的外殼部分1802和內(nèi)部部分1804兩者。雖然噴嘴1840可以在第一3D印刷過(guò)程和第二3D印刷過(guò)程中使用，但是在至少一些情況下，孔1841的尺寸可以是可變的。此外，在一些實(shí)施方案中，其它擠出控制參數(shù)可以是可調(diào)節(jié)的。通過(guò)改變孔1841的尺寸和/或另外的擠出控制參數(shù)，噴嘴1840可以構(gòu)造成在第二3D印刷過(guò)程期間以大體上更高的流速擠出印刷材料1810。

雖然圖36-圖38示出了使用單一材料形成印刷結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分和外部部分的實(shí)施方案，但是其它實(shí)施方案可以使用不同的材料。例如，在一些實(shí)施方案中，在通過(guò)經(jīng)由噴嘴1840擠出第一材料形成外殼部分1802之后，可以通過(guò)噴嘴1840擠出第二材料以形成內(nèi)部部分1804。

為了確保擠出材料可以完全填充外殼部分的內(nèi)部空隙，一些實(shí)施方案可以包括具有兩個(gè)或更多個(gè)開(kāi)口的外殼部分。圖39是3D印刷結(jié)構(gòu)1900的實(shí)施方案的示意圖，3D印刷結(jié)構(gòu)1900可以使用上面描述的并且在圖33-圖35中所示的第一3D印刷過(guò)程和第二3D印刷過(guò)程來(lái)形成。在圖39的實(shí)施方案中，印刷結(jié)構(gòu)1900可以包括至少兩個(gè)開(kāi)口：外殼部分1902中的第一開(kāi)口1903和第二開(kāi)口1905。在該構(gòu)造中，噴嘴1742可以首先填充第一開(kāi)口1903，然后移動(dòng)到第二開(kāi)口1905上方的位置，并通過(guò)第二開(kāi)口1905填充內(nèi)部空隙1909。使用多個(gè)開(kāi)口可有利于內(nèi)部空隙的填充，特別是對(duì)于較大的外殼部分和/或具有復(fù)雜幾何形狀的外殼部分。

圖40-圖46示出了3D印刷結(jié)構(gòu)的各種不同實(shí)施方案，以及用于形成3D印刷結(jié)構(gòu)的方法。在圖40-圖41中所示的實(shí)施方案中，3D印刷結(jié)構(gòu)2000可以包括外殼部分2002和內(nèi)部部分2004。在該實(shí)施方案中，外殼部分2002可以包括多個(gè)錨固部分2010。在一些實(shí)施方案中，外殼部分2002包括固定在基底部件2020內(nèi)的七個(gè)錨固部分。然而，在其它實(shí)施方案中，可以使用任何其它數(shù)量的錨固部分。

錨固部分2010可以以任何方式形成。在至少一些實(shí)施方案中，錨固部分2010可以使用上面描述的和在圖23-圖27中示出的印刷過(guò)程形成。具體地，在一些情況下，錨固部分2010可以通過(guò)使材料2030擠出穿過(guò)基底部件2020中的開(kāi)口2032而形成，材料2030然后被接納在基底部件2020的相對(duì)側(cè)上的模制部件2034中。在一些情況下，該過(guò)程可以用于形成結(jié)構(gòu)2000的錨固部分2010中的每一個(gè)。在一些情況下，在形成錨固部分2010的情況下，外殼部分2002的其余部分可以使用上面描述的和圖33-圖34中示出的印刷過(guò)程，即，通過(guò)建立外殼部分2002的水平層來(lái)形成。在一些實(shí)施方案中，可以使用圖35中所示的印刷過(guò)程，即通過(guò)將材料擠出到外殼部分2002的內(nèi)部中來(lái)形成內(nèi)部部分2004。

圖40-圖41中示出的構(gòu)造提供了結(jié)構(gòu)2000，其中外殼部分2002錨固到基底部件2020，而內(nèi)部部分2004沒(méi)有錨固到基底部件2020。因此，在至少一些實(shí)施方案中，外殼部分2002可用于保持內(nèi)部部分2004。在內(nèi)部部分2004由可能不適合于生成錨固部分的非常柔軟的填充材料構(gòu)成(例如，如果內(nèi)部部分2004由非常軟的泡沫構(gòu)成)的實(shí)施方案中，外殼部分2002可以確保內(nèi)部部分2004保持附接到基底部件2020并且在外殼部分2002內(nèi)。

當(dāng)然在其它實(shí)施方案中，內(nèi)部部分2004也可以構(gòu)造有一個(gè)或多個(gè)錨固部分。和外殼部分2002和/或內(nèi)部部分2004一起使用錨固部分可以減少結(jié)構(gòu)2000從基底部件2020拉離或分離的趨勢(shì)，這對(duì)于未與基底部件2020適宜地兼容地結(jié)合的材料和/或者對(duì)于結(jié)構(gòu)2000可能遇到可能趨向于對(duì)結(jié)構(gòu)2000和基底部件2020之間結(jié)合的材料施加應(yīng)力的大的力(例如，與地面或其它表面)的構(gòu)造可能是尤其有用的。

圖42-圖43示出了用于形成具有外殼部分2102和內(nèi)部部分2104的結(jié)構(gòu)2100的過(guò)程的實(shí)施方案。在圖42-圖43的實(shí)施方案中，內(nèi)部部分2104延伸穿過(guò)外殼部分2102的開(kāi)口2103，并且包括向外指向的錨固部分2130。向外定向的錨固部分2130可以構(gòu)造成附接到包括緊固件(例如鞋帶、繩等)的其它部件。與前面的實(shí)施方案一樣，外殼部分2102可以由提供必要精度以用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)2100的所需幾何形狀的第一3D印刷過(guò)程形成，而內(nèi)部部分2104可以使用第二3D過(guò)程形成，第二3D過(guò)程可以快速填充外殼部分2102的內(nèi)部并且經(jīng)由材料的向外鋪展形成向外指向的錨固部分2130。

圖44-圖46示出了用于形成防滑釘結(jié)構(gòu)2200的過(guò)程的實(shí)施方案。與前述實(shí)施方案形成對(duì)照，圖44-圖46的實(shí)施方案可以不使用外殼部分和相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部分。而是如在圖44中所看到的，防滑釘結(jié)構(gòu)2200的基底部分2202可以通過(guò)將第一材料2210擠出到基底部件2220上而形成。此外，向外延伸的錨固部分2204可以形成在基底部分2202的頂部上。接下來(lái)，第二材料2212可以擠出在向外延伸的錨固部分2204上方以便形成防滑釘結(jié)構(gòu)2200的頂端部分2230。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第二材料2212是比構(gòu)成基底部分2202的第一材料2210大體上更軟的材料，從而為頂端部分2030處的抓持表面2202提供提高的柔性。在一些實(shí)施方案中，可選的模制構(gòu)件2299可在第二材料2212擠出或以其它方式布置在基底部分2202上時(shí)，用于幫助界定頂端部分2230的幾何形狀。

在至少一些實(shí)施方案中，不是經(jīng)由3D印刷形成頂端部分2030，而是頂端部分2030可通過(guò)另一過(guò)程形成，且隨后裝配在延伸的錨固部分2204上。例如，頂端部分2030可以是預(yù)成形帽，其被手動(dòng)地放置在延伸的錨固部分2204上(例如，和延伸的錨固部分2204裝配在一起)。如果頂端部分2030是大體上柔性的(例如，由橡膠制成)，則可以實(shí)現(xiàn)該手動(dòng)裝配。

圖47示出了包括鞋面2302和鞋底結(jié)構(gòu)2310的鞋類物品2300的實(shí)施方案的示意性底部等距視圖。參考圖47，物品2300包括多個(gè)防滑釘結(jié)構(gòu)，該多個(gè)防滑釘結(jié)構(gòu)包括防滑釘結(jié)構(gòu)1700和防滑釘結(jié)構(gòu)2200。

圖48是噴嘴控制系統(tǒng)2400的實(shí)施方案的示意圖，噴嘴控制系統(tǒng)2400可以用于以獨(dú)立的方式操作第一噴嘴2402和第二噴嘴2404。具體地，在至少一些實(shí)施方案中，第一噴嘴2402和第二噴嘴2404可以被致動(dòng)以獨(dú)立于彼此移動(dòng)。在使用兩種不同的印刷材料或期望具有不同孔直徑的噴嘴的實(shí)施方案中，第一噴嘴2402和第二噴嘴2404可用于形成結(jié)構(gòu)的不同部分。例如，在一些實(shí)施方案中，第一噴嘴2402可以用于形成結(jié)構(gòu)的外殼部分，而第二噴嘴2404可以用于形成結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分。同樣地，在一些其它實(shí)施方案中，第一噴嘴2402可以用于形成結(jié)構(gòu)的基部部分，而第二噴嘴2404可以用于形成結(jié)構(gòu)的頂部部分。

圖49是用于控制可彼此獨(dú)立地移動(dòng)和印刷材料的至少兩個(gè)噴嘴的過(guò)程的實(shí)施方案的示意圖。在一些實(shí)施方案中，以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)可以由噴嘴控制系統(tǒng)2400完成。然而，在其他實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)其它系統(tǒng)可以執(zhí)行步驟中的一個(gè)或多個(gè)。更近一步，在其它實(shí)施方案中，這些步驟中的一些可以是可選的。

在步驟2502中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可以控制第一噴嘴2402印刷結(jié)構(gòu)的第一部分。在一些情況下，可以通過(guò)擠出第一材料來(lái)進(jìn)行印刷。接下來(lái)，在步驟2504中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可將第二噴嘴2404與使用第一噴嘴2402形成的結(jié)構(gòu)的第一部分對(duì)齊。在步驟2506中，噴嘴控制系統(tǒng)2400可控制第二噴嘴2504印刷結(jié)構(gòu)的第二部分。在一些情況下，可以通過(guò)擠出第二材料來(lái)進(jìn)行印刷。

設(shè)想的是，實(shí)施方案可以使用各種方法以用于使第二噴嘴2404與形成的材料的第一部分對(duì)齊或?qū)?zhǔn)。由于因許多種類的3D印刷過(guò)程的精度的容差引起的所形成的第一部分中微小變化，第一部分中的第二噴嘴2404必須與其對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口或其它特征可能在它們的位置和/或幾何形狀上略有變化。因此，在至少一些實(shí)施方案中，傳感器可用于定位第一部分和/或第一部分的特定特征，以用于與第二噴嘴2404對(duì)齊。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，與第二噴嘴2404相關(guān)聯(lián)的光學(xué)感測(cè)設(shè)備可以用于通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的用于檢測(cè)圖像信息中的視覺(jué)特征的算法來(lái)確定所形成的第一部分上的開(kāi)口或其它特征的位置。因此，可以使用來(lái)自光學(xué)感測(cè)設(shè)備的反饋使第二噴嘴2404對(duì)齊。在其它實(shí)施方案中，可以使用任何其它對(duì)齊和/或?qū)?zhǔn)設(shè)置或特征來(lái)確保在用第二噴嘴2404印刷第二部分之前第二噴嘴2404與第一部分適當(dāng)?shù)貙?duì)齊。

盡管已經(jīng)描述了各種實(shí)施方案，但是該描述旨在是示例性的而不是限制性的，并且對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的是，在實(shí)施方案的范圍內(nèi)的許多實(shí)施方案和實(shí)現(xiàn)方式是可能的。因此，除了根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同物之外，實(shí)施方案不受限制。此外，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改和變化。