具体实施方式

本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的设备、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的设备、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。

在全文中提供实施例，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且实施例可以以不同的形式来体现。因此，实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的工艺、公知的器件结构和公知的技术。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。

当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，除非另外清楚地指出，否则其可以直接在另一元件或层上、接合到、连接到或联接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

实施例是并且包括施加在滚刀之间的力的自动和/或实时动态变化，通过增材制造打印头，诸如FDM打印头将打印材料细丝馈送。也就是说，与已知技术相反，实施例可以在打印运行之前和期间以非常高的特异性和可重复性修改施加到打印细丝的滚刀间的力。这样，在实施例中提供的打印中滚刀力的动态可变性提供了优于已知技术的显著优点，在已知技术中滚刀力在打印运行的持续时间内保持恒定。

图1是示出示例性FDM打印机100的框图。在该图示中，打印机包括X-Y轴驱动器102，其适于在二维平面中，即沿着X和Y轴移动打印头104，并因此移动打印喷嘴106。用于增材制造的打印机100中还包括前述打印头104，其包括材料引导件104a、加热器104b和打印喷嘴106。如从图1中明显看出的，在加热的打印材料相对于X-Y驱动器102的X-Y平面移动沿着Z轴从喷嘴106向外流动时，可以发生打印。由此，打印材料层110可以从喷嘴106沿着由X-Y驱动器102指示的路径提供到构建板111上以形成层113。

根据某些实施例，伺服或步进马达602可以用于驱动一个或两个滚刀103。如下面进一步讨论的，还可以与电动机602一起提供电动机编码器604。编码器的使用可允许诸如通过控制器1100来监控滑动、马达反作用力等，使得可进行调节以保持期望的和一致的细丝馈送速度。因此，可以与滚筒103和/或驱动器电机602相关联地提供诸如集成磁性编码器的编码器604，以如相关领域的普通技术人员将理解的，由于改进的电机位置评估而提供增强的打印分辨率和控制。

更特别地，打印头104提供使用由马达602驱动的滚刀103以由滚刀103的旋转所规定的速度通过材料引导件104a将打印细丝110挤压进入热端106中的功能。即，基于细丝的打印机使用前述基于滚刀的馈送机构以使打印材料细丝110通过材料引导件104a以高精度并且以与打印计划相关的受控馈送速率移动并进入加热喷嘴106中，与打印计划相关的受控馈送速率即与如上所述的由打印驱动器根据打印计划进行的X-Y和Z轴运动密切相关。应当注意，期望打印头104能够容易地动态地从有效的细丝馈送速度变为零速度，以及从零变为有效的细丝馈送速度，以最佳地执行任何打印计划。

图2更具体地示出了用于示例性增材制造装置的打印头104、材料引导件104a、加热器104b和喷嘴106系统，所述增材制造装置例如3-D打印机，例如FDM打印机。如图所示，打印材料110经由头104的滚刀103从打印材料110a的卷轴被挤出到材料引导件104a中，打印材料110通过该材料引导件到达加热器104b，该加热器将打印材料110加热到至少半液体状态，使得打印材料110可以通过喷嘴106打印。即，随着加热器104b加热打印材料110，打印材料至少部分地液化以穿过喷嘴106，以便在沿着远离打印头104的喷嘴的点处从喷嘴的端部端口106a输出。由此，挤出的材料从端口106a沿着Z轴并且沿着由与打印头104相关联的控制器1100执行的打印计划104a确定的X-Y平面路径向外“打印”。

具体地，打印头104将打印材料细丝110供给到材料引导件104a的上部中，并且由加热器104b施加到细丝110的热量导致细丝110的一部分在其通过转变点105时熔化。将理解的是，如果打印头104的滚刀103将细丝110馈送到加热器104b的速度超过系统的熔化能力，则打印丝110的未熔化部分将穿透转变点105并且可能堵塞喷嘴106。

图3具体地示出了滚刀103与打印材料细丝110的接合304，如本文所使用的那些术语。如通篇所讨论的，该接合长度304由滚刀103的直径造成，并且是施加的用于将滚刀推在一起的力的结果。在实施例中，滚刀103的示例性直径可以例如在8mm-40mm的范围内。

此外，如图4的示例性实施例所示，可以在每个滚刀103上和/或在每个半滚刀103a、103b上设置一系列齿402a、402b。作为非限制性实例，齿402可以具有尖锐的表面，例如以便增强对细丝110的夹持。值得注意的是，滚刀103的齿402可以可选地相对于每个半滚刀103a、103b上的配合的一组齿402a、402b偏移。

图5A和5B示出了用于向滚刀103施加力的示例性组件。值得注意的是，如上所述，在某些实施例中，只有一个“驱动滚刀”可以由马达602驱动，而相对的滚刀可以是被动的，或者两个滚刀都可以被驱动。在任一情况下，在此类实施例中的未驱动滚刀或驱动滚刀中的任一者或两者可包括与其相关联的一个或多个力调节器502，以调节由滚刀施加到打印材料细丝110的力。

承受力调节器502的滚刀103a可以是弹簧加载的、凸轮传动的或以其它方式挤压502b在力调节器502a上的驱动滚刀，以提供在滚刀103之间的细丝的夹持和/或提供相对可调节性，以允许不同的细丝尺寸。例如，力调节器502可包括经由凸轮或类似物502b朝向或远离的运动，例如通过对如图5A中所示的螺纹可调节力元件502的旋转调节，作为非限制性示例，从而根据力调节器502的方向，推动与力调节器502相关联的滚刀103A更靠近或更远离另一滚刀103，这必然改变滚刀103施加到打印材料细丝110的力。

图5B(A)中示出了用于以适当的力将非驱动滚刀103a压靠在从动滚刀103B上的典型的弹簧加载的力机构502。值得注意的是，如图5B中明显的，通常的情况是，该弹簧加载机构502可手动调节以将施加的力改变到期望的水平。

弹簧加载机构502的手动调节解决了打印过程中的多个过程变量，特别是取决于打印材料细丝尺寸和组成的差异的过程变量。作为示例，打印材料可以从软TPU到PLA、到ABS、到玻璃填充或高温细丝而变化，并且这些中的每一个需要打印进料滚刀103上的不同的优化压缩负载。当然，细丝的直径也可以变化，这也需要手动调节上述弹簧加载器502。

图6示出了包括两个滚刀103的挤出式打印头104。值得注意的是，所示的一个或两个滚刀可以例如通过马达驱动，如本文通篇所讨论的。此外，如上所述，任一或两个滚刀可以具有与其相关联的精确编码。

至少一个滚刀103A可以经受自动动态力调节704，例如可以由空气弹簧提供，而不是由图5A和5B中所示的手动、非动态压缩弹簧502提供。动态弹簧力704然后例如通过有线或无线与一个或多个控制器1100通信地相关联，该控制器例如使用如下面所讨论的一个或多个弹簧调节器并且响应于一个或多个控制算法1190来控制由动态弹簧力704施加的力。

如在此所使用的，“空气弹簧”仅作为示例讨论。也就是说，动态弹簧力704可以包括任何电子可控的低摩擦弹簧和/或弹簧缸，即，这些实施例可以包括以任何方式驱动的任何动态弹簧力704，该方式使得能够通过控制器1100对滚杆力进行实时精确控制。作为非限制性示例，动态力机构704可包括非常低摩擦的空气罐式汽缸或活塞/汽缸。通过附加的示例，类似于上面关于图5所讨论的，马达706可响应于控制器1100自动地驱动机械螺钉704，以动态地压缩或解压缩与机械螺钉704相关联的机械弹簧，从而提供动态弹簧力。

本领域技术人员将理解，增材制造系统可以具有取决于馈送打印材料而变化的多个参数。除了上述材料类型和细丝直径之外，这些参数可包括喷嘴温度、基座平台温度、细丝进料速率等。这样，参数不仅可以随着馈送材料110的细节而变化，而且可以根据打印计划和/或其它设备而变化，并且实施例适于根据修改任何这样的因素的需要按照算法1190自动地和可重复地调节空气弹簧压力。

作为非限制性实例，TPU丝可以在低滚刀力下最好地工作，而具有高玻璃含量的丝可能需要较高滚刀力。此外，需要高速细丝馈送的打印计划可能需要恒定的或仅在离散的时间处的较高滚刀力。另外，以上提及的滚刀编码器604可以指示滚刀力的变化，用于本文讨论的或本领域技术人员以其他方式已知的多种情况中的任一种，诸如对应于细丝厚度的变化。

另外，控制器1100可使用反馈或预测来改变由动态力调节704传递的滚刀力。即，诸如由传感器802感测打印活动可以引起滚刀力的动态变化，或者控制器1100对打印计划中即将到来的打印动作的高级知识(诸如可以形成算法1190的一部分)可以用于选择滚刀力的变化。例如，滚刀力可基于在即将到来的打印动作处的前瞻以及控制算法1190对挤出机的后续要求的算法预期而变化。在一个这种示例性情况下，当即将出现高的加速或减速时可以增大滚刀力。这样，所需滚刀力可仅在需要它之前增加，而不是在打印期间不必要地施加更高的滚刀力，这可能损害打印过程。

如所提及的，控制器也可以在选择滚刀力时采用反馈，例如基于传感器的反馈802。例如，可以例如通过感测802实时地评估马达电流或转矩反馈，并且使用马达电流或转矩反馈来控制滚刀力，即，如果马达上的负载增加，则滚刀力也增加；如果电动机上的负载减小，则滚刀力也减小。类似地，喷嘴106处的力反馈可以被控制器使用以选择优化供给细丝110所需的滚刀力。

其它系统感测802也可以提供用于选定滚刀力的直接或间接反馈。通过非限制性示例，可以感测喷嘴温度并且将其用于选择滚刀力-即，如果喷嘴温度下降，则需要更多滚刀力来驱动细线110。

另外，实施例可以提供可能与打印和打印计划有关或无关的预打印和/或治疗动作。例如，在实施例中，滚刀力可以动态控制，例如通过脉冲，例如其中在滚刀上脉冲施加大的力以改进在细丝上的夹持，例如在滑动时或在初始材料供给时。在这种情况下，一旦充分地改进了夹持，控制器就可以降低用于稳态打印计划运行的滚刀力。高力脉冲还可使滚刀齿更深地穿入细丝。

不用说，贯穿全文讨论的恒定或脉动的自动滚刀力还可以构成减小的力或减小的力脉冲，即滚刀103的缩回，并且自动动态力机构704可以应用于驱动滚刀、非驱动滚刀或这两个滚刀。作为非限制性示例，驱动滚刀可以自动缩回，以便为加载或卸载灯丝提供间隙。应当理解，前述内容可以实现细丝的自动装载和卸载。

控制器1100可以是例如可预先编程的，或者可以手动修改。即，控制器1100可以例如在如下所述的一个或多个计算存储器中存储所使用的细丝110(例如通过细丝类型和/或直径)与由动态力机构704因此施加到滚刀103的力之间的预编程关系；和/或用户可以向控制器1100输入在给定环境中要施加的相应的力，从而控制动态力机构704。

如上所述，控制器1100基于所讨论的示例性打印运行因数中的任一个来控制所施加的滚刀力。作为非限制性示例，控制器1100可以包括可编程“智能”调节器，一旦被编程，该调节器就适于在某些情况下快速改变动态力704的气缸中的压力，这相应地实时改变施加到(一个或多个)滚刀上的力。另外且替代地，调节器可经受外部控制，诸如经由与一个或多个远程处理器的有线或无线通信，运行一个或多个控制算法1190，充当控制器1100。在每种这样的情况下，控制器1100优化所施加的滚刀力，从而控制挤压机硬件和马达上的载荷以及细丝上的载荷。

根据本文的讨论，本领域技术人员将理解，实施例可被用于在增材制造系统中的任何点处向挤出机施加动态力。例如，一些增材制造系统可具有多个挤压机，诸如在打印头处的一个挤压机，如本文提供的示例中详述的，以及在材料供应点处的一个挤压机。替代地，支撑材料890可以经由与用于打印构建材料细丝110的滚刀103不同的一组滚刀892馈送，如图7所示。

此外，除了动态力调节之外，实施例使用控制1100自动化，以使得打印之间的力的设置可重复。例如，当打印材料从软TPU转换到PLA、ABS、以及具有玻璃填料的高温PEEK时，滚刀上的力必须改变以正确地馈送。然而，实施例不是采用手动工具，而是程序化地和可重复地设置滚刀力。

图8描绘了与本文描述的系统和方法结合使用的示例性计算系统1100。计算系统1100能够执行软件，例如操作系统(OS)和/或一个或多个计算应用程序1190，例如包括并应用贯穿全文讨论的算法1190的应用程序，并且可以执行这样的应用，例如通过从I/O端口发送数据并通过使用在I/O端口处接收的数据(例如传感器数据)来控制一个或多个滚刀马达602和滚刀力机构704。

算法1190可以包括：当前传感器读数与存储的读数的比较，其中存储的读数单独地或与其它参数组合地与用于由动态力调整704执行的一个或多个中心力调整相对应；和/或通过非限制性示例的方式的用于滚刀力调节的细丝参数的关系数据库。算法1190可另外包括例如一个或多个规则集或规则引擎。

示例性计算系统1100的操作主要由计算机可读指令控制，诸如存储在诸如硬盘驱动器(HDD)1115、诸如CD或DVD等光盘(未示出)、诸如USB“拇指驱动器”等固态驱动器(未示出)等计算机可读存储介质中的指令。这些指令可以在中央处理单元(CPU)1110内执行，以使计算系统1100执行贯穿本文所讨论的操作。在许多已知的计算机服务器、工作站、个人计算机等中，CPU 1110在称为处理器的集成电路中实现。

可以理解，尽管示例性计算系统1100被示为包括单个CPU 1110，但这种描述仅是说明性的，因为计算系统1100可包括多个CPU 1110。另外，计算系统1100可以例如通过通信网络1170或一些其它数据通信手段来利用远程CPU(未示出)的资源。

在操作中，CPU 1110从计算机可读存储介质，例如HDD 1115，获取、解码和执行指令。这样的指令可以包括在诸如操作系统(OS)、可执行程序等的软件中。诸如计算机指令和其它计算机可读数据的信息经由系统的主数据传输路径在计算系统1100的组件之间传输。主数据传输路径可以使用系统总线体系1105，尽管可以使用其他计算机体系结构(未示出)，诸如使用串行器和解串器以及纵横开关以通过串行通信路径在设备之间传送数据的体系结构。系统总线1105可以包括用于发送数据的数据线、用于发送地址的地址线、以及用于发送中断和用于操作系统总线的控制线。一些总线提供总线仲裁，该总线仲裁通过扩展卡、控制器和CPU 1110来调节对总线的访问。

耦合到系统总线1105的存储器设备可以包括随机存取存储器(RAM)1125和/或只读存储器(ROM)1130。这种存储器包括允许存储和检索信息的电路。ROM 1130通常包含不能被修改的存储数据。存储在RAM 1125中的数据可以由CPU 1110或其它硬件设备读取或改变。对RAM 1125和/或ROM 1130的访问可以由存储器控制器1120控制。存储器控制器1120可以提供地址转换功能，其在执行指令时将虚拟地址转换成物理地址。存储器控制器1120还可以提供存储器保护功能，该功能隔离系统内的进程并且将系统进程与用户进程隔离。因此，在用户模式下运行的程序通常只能访问由其自身进程虚拟地址空间映射的存储器；在这种情况下，程序不能访问另一进程的虚拟地址空间内的存储器，除非已经建立了进程之间的存储器共享。

另外，计算系统1100可以包含外围通信总线135，其负责将指令从CPU 1110传送到外围设备和/或从外围设备接收数据，所述外围设备诸如外围设备1140、1145和1150，其可以包括打印机、键盘和/或本文通篇讨论的传感器、编码器等。外围总线的一个例子是外围部件互连(PCI)总线。

由显示控制器1155控制的显示器1160可以用于响应于上述计算程序的操作，显示由计算系统1100生成或应其请求而生成的视觉输出和/或呈现。这样的视觉输出可以包括例如文本、图形、动画图形和/或视频。显示器1160可以用基于CRT的视频显示器、基于LCD或LED的显示器、基于气体等离子体的平板显示器、触摸面板显示器等来实现。显示控制器1155包括产生发送到显示器1160的视频信号所需的电子组件。

此外，计算系统1100可以包含网络适配器1165，其可以用于将计算系统1100耦合到外部通信网络1170，其可以包括或提供对因特网、内联网、外联网等的访问。通信网络1170可以向计算系统1100提供用户访问，其具有电子地通信和传送软件和信息的装置。另外，通信网络1170可以提供分布式处理，其涉及若干计算机以及在执行任务时的工作量或协作工作的共享。可以理解，所示的网络连接是示例性的，并且可以使用在计算系统1100和远程用户之间建立通信链路的其它手段。

网络适配器1165可以使用任何可用的有线或无线技术来与网络1170进行通信。作为非限制性示例，这样的技术可以包括蜂窝、Wi-Fi、蓝牙、红外等。

可以理解，示例性计算系统1100仅示出了此处所描述的系统和方法可在其中操作的计算环境，并且不限制此处所描述的系统和方法在具有不同组件和配置的计算环境中的实现。也就是说，本文描述的概念可以使用各种组件和配置在各种计算环境中实现。

在上述详细描述中，为了本公开的简洁，各种特征可以在各个实施例中组合在一起。这种公开方法不应被解释为反映了任何随后要求保护的实施例需要比明确记载的特征更多的特征的意图。

此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施例。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的示例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。