用于增材制造系统的系统和打印头的利记博彩app

相关申请

本申请基于并要求于2018年4月11日提交的美国临时申请62/656,155的优先权权益，其内容在此明确引入作为参考。

本公开一般地涉及一种制造系统，并且更具体地涉及一种用于增材制造系统的打印头。

背景技术：

连续纤维3d打印(又名cf3d^tm)涉及使用嵌入在从可移动打印头排出的材料中的连续纤维。基质(matrix)被供应到打印头，并且与一根或多根也同时穿过同一打印头的连续纤维一起被排出(例如，挤压和/或拉挤)。基质可以是传统的热塑性塑料，液体热固性材料(例如，可uv固化和/或两部分树脂)，或者这些基质与其他已知基质的组合。在离开打印头时，固化增强器(例如，紫外线、超声波发射器、热源、催化剂供应等)被激活以引发和/或完成基质的固化。该固化几乎立即发生，从而允许在自由空间中制造不受支撑的结构。并且当纤维，特别是连续纤维被嵌入结构内时，结构的强度可以增加超过与基质相关的强度。该技术的示例在2016年12月6日授予tyler的美国专利9,511,543(“'543专利”)中公开。

尽管连续纤维3d打印提供提高的强度，但与不使用连续纤维增强的制造工艺相比，必须注意确保纤维与基质的正确润湿、纤维的正确切割、切割后的自动重启、排出后对基质涂覆的纤维适当的压实和压实的材料的适当固化。所公开的打印头和系统旨在解决现有技术的这些问题和/或其他问题中的一个或多个。

技术实现要素：

在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造系统的打印头。所述打印头可包括配置成接收基质和连续增强物的接收端，以及配置成排出至少部分涂覆在基质中的连续增强物的排出端。打印头还可以包括压实器，该压实器位于排出端并形成打印头的工具中心点。

在另一方面，本公开涉及一种增材制造复合结构的方法。该方法可以包括将基质和连续增强物引导到无喷嘴的打印头中，并使连续增强物通过保持连续增强物的对准的引导模块。该方法还可以包括在用压实器从无喷嘴打印头排出时压实基质和连续增强物，以及在压实之后将基质暴露于固化能量。

在另一方面，本公开涉及一种用于增材制造系统的另一打印头。该打印头可包括配置成接收基质和连续增强物的接收端，以及配置成排出至少部分涂覆在基质中的连续增强物的排出端。所述打印头还可包括位于所述接收端和所述排出端之间的进给器，所述进给器被配置为在所述连续增强物和所述基质的排出期间仅在选定的时间将所述连续增强物推出所述打印头。

在打印头的一个实施例中，进给器可以被配置为仅在启动顺序期间将连续增强物和基质推出打印头。

在打印头的一个实施例中，进给器可包括至少一个偏心凸轮辊。

在打印头的一个实施例中，偏心凸轮辊可包括第一部分，其具有第一半径并且配置成与连续增强物接合，以及具有小于第一半径的第二半径的第二部分。

在打印头的一个实施例中，第一部分的弧长可以等于在选择的时间从打印头推出的连续增强物的长度。

在打印头的一个实施例中，打印头可进一步包括位于偏心凸轮辊下游的压实模块，以及位于偏心凸轮辊与压实模块之间的切割模块。

在打印头的一个实施例中，弧长可以等于切割模块和压实模块之间的距离。

在打印头的一个实施例中，偏心凸轮辊可以是第一偏心凸轮辊，并且打印头可以进一步包括与第一偏心凸轮辊相对地定向的第二偏心凸轮辊。

在打印头的一个实施例中，打印头可以进一步包括致动器，该致动器被配置为驱动至少第一偏心凸轮辊的旋转。

在打印头的一个实施例中，打印头还可包括齿轮系，该齿轮系可操作地将第一偏心凸轮辊连接到第二偏心凸轮辊。

在打印头的一个实施例中，第一偏心凸轮辊可偏向第二偏心凸轮辊。

在另一方面，本公开涉及一种用于增材制造复合结构的系统。该系统可包括在复合结构的制造期间沿多个方向移动的机架和机械臂中的至少一个，以及与机架和机械臂中的至少一个联接的头部。所述头部可包括配置成接收基质和连续增强物的接收端，以及配置成排出至少部分涂覆在基质中的连续增强物的排出端。头部还可以包括位于接收端和排出端之间的偏心凸轮辊。偏心凸轮辊可被配置成仅在启动顺序期间将连续增强物推出印刷头。

在系统的一个实施例中，偏心凸轮辊的每一个可包括第一部分，其具有第一半径并且配置成与连续增强物接合，以及具有小于第一半径的第二半径的第二部分。第一部分的弧长可以等于在选择的时间从打印头推出的连续增强物的长度。

在系统的一个实施例中，系统可进一步包括位于偏心凸轮辊下游的压实模块，以及位于偏心凸轮辊与压实模块之间的切割模块。弧长可以等于切割模块和压实模块之间的距离。

在另一方面，本公开涉及一种增材制造复合结构的另一种方法。该方法可以包括在打印头的第一端接收基质和连续增强物；以及从打印头的第二端排出至少部分涂覆在基质中的连续增强物。该方法还可以包括在连续增强物和基质的排出期间仅在选择的时间将连续增强物推出印刷头。

在该方法的一个实施例中，仅在选择的时间将连续增强物推出印刷头可以包括仅在启动顺序期间将连续增强物和基质推出印刷头。

在该方法的一个实施例中，该方法可以进一步包括在除启动顺序之外的其他时间，在排出期间移动打印头以使连续增强物从打印头中拉出。

在该方法的一个实施例中，将连续增强物推出印刷头可以包括推出连续增强物的长度，该长度等于印刷头的切割模块和压实模块之间的距离。

在该方法的一个实施例中，该方法可以进一步包括在打印头外部和压实模块下游的位置将基质暴露于固化能量。

在该方法的一个实施例中，该方法可以进一步包括用打印头内部的基质至少部分地涂覆连续增强物。

在另一方面，本公开涉及一种用于增材制造系统的另一打印头。该打印头可包括配置成接收连续增强物的第一端和配置成排出在基质中至少部分涂覆的连续增强物的第二端。打印头还可包括设置在第一端和第二端之间的切割模块。切割模块包括刀片、砧座和可操作地连接到刀片和砧座中的至少一个的致动器。

在打印头的一个实施例中，致动器可以是线性致动器，其被配置为使刀片和砧座中的一个抵靠刀片和砧座中的另一个并通过连续增强物移动。

在打印头的一个实施例中，砧座可包括尖端，该尖端相对于致动器的中心轴线在穿过打印头的连续增强物的行进方向上偏移。

在打印头的一个实施例中，打印头还可以包括从第一端延伸到第二端的壳体，并且其中致动器被安装到壳体。

在打印头的一个实施例中，切割模块可以进一步包括：前框架部件，其具有中央开口，连续增强物穿过该中央开口；以及后框架部件，其具有中央开口，该中央开口与前框架部件中的中央开口大致对准。刀片和砧座位于前框架部件和后框架部件之间。

在打印头的一个实施例中，砧座可以配置成穿过前框架部件和后框架部件的中央开口。

在打印头的一个实施例中，砧座可滑动地安装在前框架部件和后框架部件之间。

在打印头的一个实施例中，打印头可以进一步包括形成在前框架部件和后框架部件之间的通道，其中砧座的相对边缘在该通道内滑动。

在打印头的一个实施例中，通道可以配置成保持润滑，该润滑促进砧座的滑动。

在打印头的一个实施例中，刀片可以在中央开口的周边处固定地连接到前框架部件和后框架部件。

在打印头的一个实施例中，刀片可在切割边缘处包括锯齿。

在打印头的一个实施例中，连续增强物的直径可以大于每个锯齿的直径的整数倍。

在打印头的一个实施例中，连续增强物的直径可以为约1.82e-4英寸至1.48e-3英寸，并且连续增强物的直径可以比每个锯齿的直径大约.005-.020英寸。

在另一方面，本公开涉及一种用于增材制造复合结构的另一种系统。该系统可包括在复合结构的制造期间沿多个方向移动的机架和机械臂中的至少一个，以及与机架和机械臂中的至少一个联接的头部。头部可以包括：第一端，其配置成接收连续增强物；第二端，其配置成排出至少部分涂覆在基质中的连续增强物；以及切割模块，其布置在第一端和第二端之间。切割模块可包括刀片、砧座和可操作地连接到刀片和砧座中的至少一个的线性致动器。线性致动器可被配置成使刀片和砧座中的一个抵靠刀片和砧座中的另一个并穿过连续增强物移动。

在系统的一个实施例中，砧座可包括尖端，该尖端相对于致动器的中心轴线在穿过打印头的连续增强物的行进方向上偏移。

在系统的一个实施例中，切割模块可以进一步包括：前框架部件，其具有中央开口，连续增强物穿过该中央开口；以及后框架部件，其具有中央开口，该中央开口与前框架部件中的中央开口大致对准。刀片和砧座可位于前框架部件和后框架部件之间。砧座可以配置成穿过前框架部件和后框架部件的中央开口。刀片可以在中央开口的周边处固定地连接到前框架部件和后框架部件。

在系统的一个实施例中，系统可以进一步包括形成在前框架部件和后框架部件之间的通道。砧座的相对边缘可在通道内滑动。通道可以配置成保持润滑，该润滑促进砧座的滑动。

在系统的一个实施例中，刀片可在切割边缘处包括锯齿。

在系统的一个实施例中，连续增强物的直径可以大于每个锯齿的直径的整数倍。

在系统的一个实施例中，连续增强物的直径可以为约1.82e-4英寸至1.48e-3英寸，并且连续增强物的直径可以比每个锯齿的直径大约.005-.020英寸。

附图说明

图1是示例性公开的制造系统的示意图；

图2和图3是可以与图1的制造系统一起使用的示例性公开的打印头的示意图；

图4和5是示例性引导模块的示意图，该引导模块可以形成图2和3的打印头的一部分；

图6和7是示例性进给模块的示意图，该进给模块可以形成图2和3的打印头的一部分；

图8和9是示例性切割模块的示意图，该切割模块可以形成图2和3的打印头的一部分；

图10、11和12是示例性压实模块的示意图，该压实模块可以形成图2和3的打印头的一部分；和

图13是示例性固化模块的示意图，该固化模块可以形成图2和图3的打印头的一部分。

具体实施方式

图1示出了示例性系统10，其可用于连续制造具有任何期望的横截面形状(例如，圆形、多边形等)的复合结构12。系统10可至少包括支撑件14和打印头(“头部”)16。头部16可以联接至支架14并由支架14移动。在图1公开的实施例中，支撑件14是机械臂，其能够在结构12的制造期间沿多个方向移动头部16，使得结构12的所得纵向轴线是三维的。然而，可以考虑，支撑件14可以替代地是高架龙门或混合龙门/臂，它们也能够在结构12的制造期间沿多个方向移动头部16。尽管示出支撑件14能够进行多轴运动，但是可以考虑，能够以相同或不同方式移动头部16的任何其他类型的支撑件14也可以被利用。在一些实施例中，驱动器可以将头16机械地联接到支撑件14，并且包括协作以移动和/或向头部16供应动力或材料的部件。

头部16可以配置成接收或以其他方式包含至少部分地涂覆在基质中的增强物。基质可以包括可固化的任何类型的材料(例如，诸如零挥发性有机化合物树脂之类的液体树脂；金属粉末等)。示例性基质包括热固性树脂，单组分或多组分环氧树脂，聚酯树脂，阳离子环氧树脂，丙烯酸酯化环氧树脂，氨基甲酸酯，酯，热塑性塑料，光敏聚合物，聚环氧化物，硫醇，烯烃，硫醇-烯等。在某些情况下，头部16内部的基质材料可能需要保持凉爽和/或黑暗，以防止过早固化或在排出后获得期望的固化速率。在其他情况下，出于类似原因，可能需要将基质材料保持温暖。在任一种情况下，头部16可以被特别地配置(例如，绝缘的、温度受控的、屏蔽的等)以提供这些需求。

当同时使用多个增强物时，增强物可以是相同类型的，并且具有相同的直径和横截面形状(例如，圆形、正方形、扁平等)，或者是具有不同直径和/或横截面形状的不同类型。增强物可包括例如碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属线、光管等。应注意，术语“增强物”意在包括结构性和非增强性类型的连续材料，其可以至少部分地封装在从头部16排出的基质中。可以以本领域技术人员显而易见的任何方式将基质、干增强物和/或已经暴露于基质的增强物(例如，润湿的增强物)输送到头部16中。

基质材料和/或增强物可以通过至少两种不同的操作模式从头部16排出。在第一操作模式中，当头部16被支撑件14移动以在结构12的纵向轴线内产生3维轨迹时，从头部16挤出(例如，在压力和/或机械力的作用下)基质材料和/或增强物。在第二操作模式中，至少将增强物从头部16拉出，使得在排出期间在增强物中产生拉应力。在这种操作模式下，基质材料可以粘附到增强物上，从而也与增强物一起从头部16拉出，和/或基质材料可以在压力下与被拉出的增强物一起从头部16排出。在第二操作模式中，在基质材料与增强物一起从头部16拉出的情况下，增强物中产生的张力可以增加结构12的强度(例如，通过对准增强物、抑制屈曲、均匀地分布载荷等)，同时也允许较大长度的无支撑结构12具有更直的轨迹。也就是说，在基质材料固化之后剩余的增强物中的张力可抵抗重力(例如，通过产生与重力相反的力矩而直接和/或间接地抵抗)以为结构12提供支撑。

由于头部16远离锚定点18移动，可以从头部16拉出增强物。特别地，在结构形成的开始，可以从头部16拉出和/或推出一定长度的浸渍有基质的增强物，沉积到锚定点18上，并固化，使得排出的材料粘附(或以其他方式联接)到锚定点18。之后，头部16可以从锚定点18移开，并且相对运动可以使增强物从头部16被拉出。应该注意，如果需要的话，可以帮助增强物穿过头部16的运动(例如，通过内部头部机构)。然而，增强物从头部16的排出速率可能主要是头部16与锚定点18之间的相对运动的结果，从而在增强物内产生张力。可以考虑，锚定点18可以移离头部16，而不是代替或附加于头部16移离锚定点18。

一种或多种固化增强器(例如，一种或多种光源、超声发射器、激光器、加热器、催化剂分配器、微波发生器等，在图1中未示出)可以形成头部16的一部分，并且被配置成当从头部16排出时提高基质的固化速率和/或质量。固化增强器可以被控制以在结构12的形成期间选择性地使结构12的内表面和/或外表面暴露于能量(例如，光能、电磁辐射、振动、热、化学催化剂或硬化剂等)。能量可以增加在基质内部发生的化学反应的速率，烧结材料，硬化材料或以其他方式导致材料从头部16排出时固化。

可以提供控制器21，并且该控制器与支撑件14和头部16通信地耦合。控制器21可以体现为包括用于控制系统10的操作的装置的单个处理器或多个处理器。控制器21可以包括一个或多个通用或专用处理器或微处理器。控制器21可以进一步包括存储器或者与存储器相关联以用于存储数据，诸如，例如设计极限、性能特征、操作指令、基质特征、增强物特征、结构12的特征以及系统10的每个部件的相应参数。各种其他已知的电路可以与控制器21相关联，包括电源电路、信号调节电路、螺线管/电机驱动器电路、通信电路以及其他适当的电路。而且，控制器21可能能够经由有线和/或无线传输与系统10的其他部件通信。

一个或多个图可以存储在控制器21的存储器中，并在结构12的制造期间使用。这些图中的每一个都可以包括模型、查找表、图形和/或方程式形式的数据集合。在所公开的实施例中，控制器21使用这些图确定在结构12内的不同位置处的固化增强器、相关联的基质和/或相关联的增强物的期望特性。所述特性可以包括要在结构12内的特定位置处排放的增强物和/或基质的类型、数量和/或配置，和/或期望的固化的数量、强度、形状和/或位置，等等。控制器21然后可以将支撑件14的操作(例如，头部16的位置和/或方向)和/或从头部16排出材料(材料的类型、材料的期望性能、材料的交联要求、排放速率等)相关联，以使结构12以期望的方式生产。

在图2和图3中更详细地公开了示例性头部16。头部16可包括壳体20等等，该壳体20配置成保持、封闭、容纳或以其他方式提供用于引导模块22、进给模块24、切割模块26、压实模块28和固化模块30的安装。应当注意，如果需要，可以包括附加的和/或不同的模块(例如，纤维存储模块、张力管理模块、浸渍模块等)。如将在下面更详细地描述的，可以通过引导模块22接收上述的基质、干增强物和/或基质润湿的增强物，通过进给模块24选择性地推进，通过切割模块26切断，通过压实模块28压缩，并通过固化模块30硬化或以其他方式固化。

壳体20可包括彼此连接以形成多面的外壳的任意数量的面板，该多面的外壳支撑头部16的其余部件，同时还限制环境能量(例如，uv光)的渗透，环境能量可能对打印质量产生负面影响。在所公开的实施例中，外壳通常是四面的，具有均至少部分打开的接收端或上端32和排放端或下端34。如果期望，可以考虑外壳的面可以更多或更少。壳体20的四个面可以包括：前板36，位于前板36对面的后板38，固定(例如，螺栓连接、焊接、化学结合或以其他方式整体制造)在前板36和后板38之间的侧板40、和与侧板40相对的门42(为清晰起见，从图3中省略)。门42可以经由一个或多个铰链44枢转地连接至前板36和后板38中的一个，并且经由闩锁(例如，磁性闩锁)46选择性地连接至前板36和后板38中的另一个。然而，可以考虑，可以实施将门42可移除地连接到壳体20的其余部分的其他方式。

前板36可相对于头部16的正常行进方向(由箭头48表示)位于头部16的前导侧。前板36可以体现为具有大体矩形形状的平板，但是可以考虑其他轮廓和形状。前板36的宽度可以比其长度窄(例如，小于长度的1/2)，并且前板36的厚度可以小于宽度。前板36的接收端32可具有正方形边缘，而前板36的排放端34可向内倒角。可以在前板36的周围形成多个通孔，以用于将前板36连接到其他面板。另外，可以在前板36的中心区域内形成任何数量的通孔和/或盲孔，以用于安装任何上面列出的模块。

后板38可相对于头部16的正常行进方向位于头部16的后侧。后板38，如前板36，可以体现为具有大致矩形形状的平板。后板38可以具有与前板36相同的总体宽度和厚度，但是具有更大的长度。后板38的接收端32可具有大体上与前板36的正方形边缘对齐的正方形边缘，而后板38的排放端34可延伸超过前板36的倒角边缘。后板38的排放端34可以被倒角或可以不被倒角。可以在后板38的周边周围形成多个通孔，以用于将后板38连接到其他面板。另外，可以在后板38的中心区域内形成任何数量的通孔和/或盲孔，以用于安装任何上面列出的模块。

侧板40和门42可以在形状和尺寸上基本相同。侧板40和门42中的每一个都可以体现为具有多边形形状的平板，其中接收端32通常是正方形的，而排放端34是有角的。侧板40和门42的排放端34可具有从前板36的倒角边缘延伸到后板38的正方形边缘的正方形边缘。可以在侧板40和/或门42的周边周围形成多个通孔，用于连接至前板和/或后板36、38。另外，可以在侧板40和/或门42的中心区域内形成任何数量的通孔和/或盲孔，以用于安装任何上面列出的模块。

如图3所示，引导模块22可大体位于壳体20的接收端32处。在一些实施例中，引导模块22可以从壳体20延伸出一定距离，超过接收端32。在其他实施例中，引导模块22的部分可以(例如，部分地或完全地)延伸到进给模块24，使得在头16内部较长的长度上支撑和/或引导基质润湿的增强物。还可以考虑，如果期望，引导模块22(或类似的润湿模块)可以定位成比接收端32更靠近进给模块24，或者完全位于壳体20的外部并且位于头部16的上游。

引导模块22可以包括协作以在壳体20的接收端32处接收基质、干增强物和/或基质润湿的增强物，以及将材料组合、支撑和/或引导至进给模块24的部件。如图4和5所示，这些部件可包括底座50，可操作地连接到底座50的一端的一个或多个进入辊52，以及与进入辊52相对设置的引导子组件54。增强物(例如，干的和/或浸有基质的增强物)可首先穿过进入辊52，然后穿过引导子组件54，在此处，将增强物以期望的顺序和取向对准，并使其会聚(例如，使得相邻的增强物之间缝隙小或没有缝隙)。

应当注意，在一些实施例中，可以通过引导模块22首先或补充地将基质引入到增强物中。例如，当增强物通过辊53和/或进入引导子组件54时，可以将基质施加到增强物上。增强物可通过基质浴，通过基质流，用基质喷涂或以其他方式接收基质的至少部分涂层(例如，至少一侧上的基质层)。在一些实施例中，与辊53和/或引导子组件54内的表面接触(例如，延伸到增强物的直线轨迹中的表面，其导致增强物转向)可产生穿过增强物的压力差，该压力差促使基质涂层分配和/或流过增强物。当增强物离开引导模块22时，增强物可以被期望量的基质完全润湿。任何多余的基质和/或增强物碎屑(例如，纤维碎片、灰尘等)都可从引导模块22内部或刚好下游滴下或被迫离开(例如，推出和/或拉出)增强物。在一些实施例中，引导模块22内的低压区域可以帮助去除多余的基质。可以考虑，基质施加的速率可以与穿过引导模块22的增强物的体积速率相协调，从而减少了去除多余基质的需要。

引导子组件54的底座50可以用作引导模块22的其余部分的安装平台，并且其自身可移除地连接到壳体20(参考图2和3)。例如，底座50可包括后部56，该后部在增强物行程的大体方向上从入口端60到出口端62延伸通过引导模块22(由箭头58指示)。底座50可以以本领域中已知的任何方式(例如，通过螺纹紧固件、快速释放联接器和其他类似的机构63)连接到壳体20(例如，连接到侧板40)，使得引导模块22可以周期性地被整体单元而移除，用于进行调整、清洁、维修和/或更换。一个或多个耳状物64可以在入口端60处从后部56沿法线方向延伸，并且进入辊52可以可旋转地连接在耳状物64的远端之间(例如，通过相应的销66、轴承(未示出)、衬套(未示出)和/或紧定螺钉68)。引导子组件54可以以本领域中已知的任何方式(例如，经由一个或多个螺纹紧固件70)在出口端62处(例如，在耳状物64从其延伸的同一侧)安装到后部56。在一个实施例中，底座50由低重量和/或低摩擦的材料(例如，铝、teflon、delrin、尼龙等)制成，使得头部16的重量可以保持较低。然而，在其他实施例中，底座50可以由铁磁材料(例如，铁、不锈钢等)制成，以与引导子组件54磁性地使用(在下文中更详细地描述)。

进入辊52可由相对柔顺和/或低摩擦类型的材料制成。例如，进入辊52可以由铝、钢、delrin、teflon、尼龙或本领域已知的另一类似材料制成。进入辊52的直径可以为约.25-5.0英寸，并且其外环形表面是光滑的、多孔的或粗糙的(例如，滚花的)以减少阻力，抑制纤维断裂和/或分离，保持取向和/或纤维的完整性，并减少磨损。可以考虑，在某些情况下，如果需要，刮刀和/或收集储器可以与进入辊52相关联，以去除和/或收集过量的树脂。在利用多个进入辊52的应用中，可以考虑，进入辊52可以彼此偏置(例如，通过弹簧-未示出)，并用于挤出多余的树脂(如果已经施加到穿过其中的增强物上)。在这些应用中，驱动进入辊52从而减少阻力可能是有帮助的。进入辊52的位置(例如，它们之间的间隔)可以是可调节的。

应当注意，尽管在穿过的增强物的每一侧示出了单个进入辊52，但是可以考虑，可以可替代地使用多个单独的辊(例如，每个增强物或增强物组一个辊)。这可以允许进入辊52适应在头部16转弯期间经历的增强物的不同行进速度。

引导子组件54可以包括多个部件，这些部件协作以在各个增强物离开头部16时(例如，经由进给模块24、切割模块26和压实模块28)将各个增强物保持在期望的对准和横向顺序内，同时也使得各个增强物相互横向汇聚以减小孔隙率。这些部件除其他外可包括导槽基座72、盖74和闩锁机构76。导槽基座72可具有前端78和后端80，内和外主表面在它们之间延伸。导槽基座72的外表面可与底座50的后部56配接，而内表面可在湿增强物穿过引导子组件54时接合(例如，连续地或仅周期性地)湿增强物。前端78和后端80中的一者或两者处的内表面的边缘可以被倒圆以减小损坏增强物的可能性。盖74可具有与导槽基座72的内表面基本相同并镜像相对定向的内表面。

在一实施例中，任何数量的分离纤维和/或产生压力的特征(例如，分隔器、通道、凹槽、叶片、翅片、辊、凸角等)82可以在导槽基座72和盖74之间的空间内形成。根据需要，特征82可以与导槽基座72和/或盖74成一体(例如，向内延伸)，或是完全分离的部件。特征82可以在增强物行进方向上延伸，并且在横向方向上以规则的间隔隔开。特征82之间的间隔可以对应于期望的纤维与树脂的比率。例如，60％的期望比率可以驱使特征82之间的间隔中的横截面面积大于穿过该间隔的增强物的横截面面积约40％，从而允许未填充增强物的区域被基质填充。在一些实施例中，特征之间的横截面区域的宽度方向(相对于所得的带)大于厚度方向，使得更多的基质沉积在增强物之间而不是在带的外表面处。可以考虑，特征82可以沿着它们的整个长度大体上彼此平行，或者朝着引导子组件54的出口端会聚。例如，特征82之间的间隔可以沿着它们的长度减小。例如，特征82的锥角可以是大约0-10°。另外，在一些实施例中，导槽基座72和盖74之间的间隔可以在增强物行进方向上保持一致，或者减小以提供润湿的增强物的更大会聚。特征82可以由低摩擦材料(例如，铝、delrin、teflon、尼龙等)制成，并且特征之间的间隔可以是约0.02-1.0英寸。可以考虑，特征82可以是相互连接的(例如，通过织带或板)，并且可以替换为单个单元(例如，对于具有不同间隔、尺寸、形状、材料等的单元)。

盖74可以通过闩锁机构76保持在相对于导槽基座72的特定位置和/或定向中，使得穿过引导模块22的浸有基质的增强物被困在盖74和导槽基座72之间。可以考虑，任何类型的闩锁机构都可以用于该目的。在公开的实施例中，闩锁机构76是磁性类型的机构。具体地，闩锁机构76可以包括与导槽基座72和盖74中的至少一个相关联的至少一个磁体(例如，基座磁体84和盖磁体86)。基座磁体84可被捕获在导槽基座72和底座50的后部56之间(例如，在导槽基座72的凹口88内)。类似地，盖磁体86可以例如经由可移除地连接至盖74的盖92(例如，经由螺纹紧固件94)捕获在盖74的凹口90内。应当注意，虽然两个磁体(例如，基座磁体和盖磁体84、86)被示出为在增强物的行进路径上居中，但是如果需要可以使用更多或更少数量的磁体并将其定位在行进路径的外部(例如，在行进路径的侧面)。在操作期间，盖74、盖磁体86、盖92和紧固件94可以作为单个单元一起从引导子组件76的其余部分一起移除，以使基质润湿的增强物更容易地穿过引导模块22。还可以考虑，如果需要，盖74、盖磁体86、盖92和紧固件94可以是单个整体部件。同样，如果需要，后部56、导槽基座72、基座磁体84和紧固件70可以是单个整体部件。

进给模块24可以从引导模块22接收(例如，拉出)基质润湿的增强物，并且选择性地将增强物进一步推动穿过头部16(例如，通过切割模块26至压实模块28)。如图6和7所示，进给模块24可以是多个部件的组件。这些部件可以包括：底座96、由底座96可操作地支撑的一个或多个辊子98、以及可操作地连接到底座96并配置成对辊98的旋转提供动力的驱动器100。

底座96可以用作进给模块24的其余部分的安装平台，并且其自身可移除地连接到壳体20(参考图2和3)。例如，底座96可包括后部102，该后部在增强物行进的大致方向上纵向延伸通过进给模块24(由箭头104指示)。底座96可以以本领域中任何已知的方式(例如，通过未示出的螺纹紧固件)连接到壳体20(例如，连接到侧板40)，使得进给模块24可以周期性地被整体单元而移除，用于进行调整、清洁、维修和/或更换。一个或多个耳状物106可以从后部102沿法线方向延伸，并且轭108可以可旋转地连接在耳状物106的远端之间(例如，经由相应的销110、轴承112和/或紧定螺钉114)。在一些实施例中，弹簧(未示出)可以被定位成将轭108朝着后部102旋转地偏置。

在图6和7所示的公开实施例中，利用了两个进给辊98，包括直接驱动辊98a和从动辊98b。辊98a、98b中的一个(例如，直接驱动辊98a)可以可枢转地安装到底座96的后部102(例如，在与耳状物106相对的一端)，而辊98a、98b中的另一个(例如，从动辊98b)可枢转地安装到轭108的远端。辊98可以通过悬臂轴116、轴承(未示出)、衬套、花键、夹子(未示出)、紧定螺钉(未示出)、垫片、键槽、端部挡块等连接至底座96和/或轭108，使得辊98保持与进入辊子52和引导模块22中的特征82大体对准。

辊98中的至少一个可以是具有不规则形状的偏心轮、圆柱体或凸轮，其仅在辊的旋转的一部分期间将运动赋予润湿的增强物。例如，图6和d7示出了每个辊98的外周包括具有基本上恒定的半径的第一部分118和具有减小的半径的剩余部分120(例如，恒定的减小的半径、可变地减小的半径和/或与第一部分118的半径相比更靠近轴线或旋转定位的一个或多个连接的花键或线性段)。在操作期间，辊98a和98b可以同步，使得第一部分118和其余部分120之间的过渡点同时通过在辊98a、98b的轴线之间绘制的直线。通过这种构造，只要第一部分118的任何部分通过辊98a、98b的轴线之间的直线，辊就接触并在润湿的增强物上施加力。并且相反，只要其余部分120的任何部分穿过辊98a、98b的轴线之间的直线，在润湿的增强物周围就会存在间隙(即，没有施加力)。上述弹簧可以使辊98彼此相对偏置，特别是在推动浸有基质的增强物的过程中，使得辊98能够充分地抓住增强物。可以考虑，只有一个辊98可以是偏心的或凸轮状的并且被驱动，而另一个辊98是同心的、易弯曲的并且仅当偏心辊98的较大直径部分与其接合时才旋转。还可以考虑，如果需要，可以为穿过进给模块24的每根单独的增强物束单独设置一对辊98。

当必须将浸有基质的增强物的自由端从头16推出时，可以主要在新的打印事件开始期间使用辊98。可以选择第一部分118的弧长，以从头部16推出所需长度的基质润湿的增强物，以开始新的印刷事件。在一个实施例中，该弧长可以大约等于或大于切割模块26(例如，切割模块26内的切割位置)与压实模块28(例如，压实模块28上的压实位置)之间的距离。

像进入辊52一样，辊98可以由相对柔顺和/或低摩擦类型的材料制成。例如，辊98可以由铝、钢、delrin、teflon、尼龙、氨基甲酸酯或本领域已知的另一类似材料制成。辊98可具有约.25-5.0”的直径，并且具有多孔和/或粗糙化(例如，滚花)以提供牵引力和/或保持纤维的取向和/或完整性的外部环形表面。可以考虑，在某些情况下，如果需要，刮刀和/或收集储器可以与辊98相关联，以去除和/或收集过量的树脂。在一些应用中，进入辊98的位置(例如，它们之间的间隔)可以是可调节的。还可以考虑，如果需要，刀片或其他切割机构(未示出)可以形成一个或两个辊98的一部分。

驱动器100可以配置为选择性地驱动辊98的旋转。驱动器100可以包括致动器122和可操作地将致动器122连接到一个或两个辊98的连杆124，等等。在公开的实施例中，致动器122是马达(例如，电动步进马达)。然而，可以考虑，如果需要，可以使用其他类型的致动器。连杆124可包括本领域中已知的用于将致动器连接到辊的任何部件。在所公开的示例中，连杆124包括短轴126，其配置成接合(例如，内部接合)与用于直接驱动的辊98a相关联的轴116或辊98a。连杆124可以另外包括齿轮系(例如，两个或更多个相互啮合的正齿轮或斜齿轮)和/或皮带/带轮装置128，其将辊98a的旋转与辊98b的旋转链接。任何数量和类型的硬件部件(例如，安装板、垫片、衬套、夹子、紧固件等)130可用于将致动器122与进给模块24和/或壳体20的其余部分连接。

切割模块26可以位于进给模块24和压实模块28之间(参考图2和3)，并且被配置为选择性地切断穿过其中的增强物。从图8和9中可以看出，切割模块26可包括框架132、固定在框架132内的刀片134、可相对于框架132移动的砧座136以及配置成使砧座136移动的致动器138，等等。框架132可以包括前部件140，该前部件可移除地连接(例如，经由紧固件142)到后部件146(即，相对于增强物穿过头部16的行进方向，其由箭头148表示)。前和后部件140、146可以是大体上矩形的板，其具有对准的中央开口150，增强物行进穿过该中央开口。前部件140的后主表面可以配置成与后部件144的前主表面配接，并且一个或多个通道152可以形成在界面处(例如，在中央开口150的相对边缘处)。通道152可以用作引导件，砧座136在引导件中朝向和远离增强物和刀片134滑动。在所公开的实施例中，通道152是阶梯状的，以容纳在砧座136的相对边缘内形成的对应台阶(在下面更详细地描述)。然而，可以考虑，如果需要，通道152可以没有台阶。框架132可以经由一个或多个紧固件154连接到壳体20(参考图1)。

刀片134可以刚性地连接到框架132(例如，夹在前和后部件140、144之间)，并且横向于增强物的行进方向定向。刀片134的切割边缘156可包括锋利的锯齿，其用于抓握和切割单个或一组单个增强物。在一个实施例中，增强物的直径在1.82e-4英寸至1.48e-3英寸的范围内，并且切割边缘156的锯齿(例如，锯齿的峰间或谷间距离)可以被设定尺寸和间隔一定距离，其确保正确切割而不会发生明显的增强物移动。例如，单个增强物或增强物组(例如，丝束)的直径可以比刀片134的锯齿的直径的整数倍宽(例如大约.005-.020”)。

砧座136可以由致动器138在与增强物的行进方向基本正交的方向上被推动和/或拉动，使得增强物被径向地推向刀片134的锯齿。在所公开的实施例中，砧座136是大致矩形和板状的，其尖端朝向刀片134，并且相对的基座端朝向致动器138。在所公开的实施例中，砧座136的尖端在增强物的行进方向上(例如，相对于主体或轴部分)偏移大约等于砧座136的厚度的量。另外，尖端可以从刀片134上倒角以抑制尖端与增强物的结合。倒角可以具有大约5-90°的角度和大约1-1.5英寸的长度。尽管所公开的示例将砧座136示出为单件式单元，但是可以想到，如果需要，砧座136可选地可以是多件式组件。例如，砧座136的尖端可以与砧座136的其余部分分开。砧座136的尖端可以由硬化的工具钢、碳化硅或另一陶瓷制成。在某些情况下，如果需要，可以将润滑选择性地施加到砧座136上。例如，可以手动和/或自动(例如，通过压力或滴注系统-未显示)将teflon基油脂或其他类型的润滑剂放置在通道152内。

在图8和图9中示出致动器138为气动线性致动器，其具有连接至砧136的基座端的活塞158(例如，以本领域中已知的任何刚性、挠性和/或枢转的方式)。当将空气(或另一种加压介质)施加到气缸160内的相应腔室时，可以使活塞158线性地移入和移出气缸160。可以考虑，致动器138可以是具有返回机构(例如，弹簧)的单作用装置，或者根据需要是双作用装置。致动器138的行程长度、速度和/或力可以是可调节的(例如，通过调节中等流速、中等压力、终端位置等)。在一些实施例中，可以考虑另一种类型的机构(例如，液压活塞、螺线管驱动的柱塞、电动机/导螺杆组合、电动机/凸轮等)可选地可以用作致动器138。缸160可以通过任何数量的螺纹紧固件(未示出)刚性地连接至壳体20(例如，至后板38)。在一个实施例中，气缸160是具有大约.10-1.0英寸的内孔的气缸。

图10、11和12示出了示例性压实模块28的各种视图。如这些图所示，压实模块28可以是多个部件的独立组件，所述多个部件相互作用以在从头部16排出时选择性地压实润湿的增强物。这些部件可以包括：框架162，可操作地至少部分地安装在框架162内的压实器164，以及致动器166，等等，该致动器配置成在不同的压实度之间选择性地移动压实器164。框架162可以是具有端面168的整体结构，该端表面可移除地连接至壳体20(例如，连接至后板38-参照图2和图3)。从端面168的角度看，框架162的横截面可以具有i形。i形的相对的端部凸缘可以在增强物的行进方向上延伸穿过头部16。至少一个端部凸缘可具有形成在内表面上的凹槽170，该凹槽被配置成接收压实器164的滑动销172(例如，仅在压实器164的一端的)并且引导并限制由致动器166施加的压实器164的运动。类似地，一个或多个滑动销174可以从一个或两个端部凸缘向内延伸以接合压实器164的凹槽176，以引导和/或限制压实器164相对于框架162的运动(例如，从相对的端部)。

压实器164可设置在框架162的端部凸缘之间，并从壳体20的排出端延伸(参见图2和3)。换句话说，压实器164可形成头部16的尖端和工具中心点(tcp)。在公开的实施例中，头部16是无喷嘴的。因此，头部16的排出位置可以对应于压实器164和印刷表面之间的接触线(例如，在压实器164将润湿的增强物推到表面上的位置)。应当注意，接触线可位移，例如当头部16被支撑件14(参见图1)相对于打印表面和/或相对于行进方向(例如，如果打印到自由空间)倾斜时。

因为压实器164可以形成头部16的尖端和tcp，所以头部16的形状因数可以至少部分地由压实器164和从头部16的中心线(例如，从增强物行进路径)向外延伸的周围部件(例如壳体20)之间的空间关系限定。该形状因数可以由角度α(仅在图3中示出)表示。角度α可以表示头部16可以在其中完全起作用的相邻表面之间的最小内角的角度。在公开的实施例中，α可以小于大约90°(例如大约80-90°)。

压实器164可以包括辊178，该辊被保持在支架180内(例如，通过轴182和任何数量的轴承、衬套、夹子、紧定螺钉等–未显示)。辊178例如进入辊52可以由相对柔顺和/或低摩擦类型的材料制成。例如，辊178可以由铝、钢、delrin、teflon、尼龙、或本领域已知的另一类似材料制成。辊178可具有约.25-5.0”的直径，并且外部环形表面，该表面是光滑的、多孔的或粗糙的(例如，滚花的)以减少阻力，以提供期望的表面质地，以减少纤维的磨损或断裂，保持和/或分配附加的基质等。可以考虑，在某些情况下，如果需要，刮刀(未示出)可以与辊178相关联，以去除多余的树脂。在一些应用中，辊178的位置可以是可调节的。销172可以从支架180的第一侧向外延伸以接合框架162的凹槽170，而凹槽176可以形成在支架180的第一侧内并且在辊178的相对端的第二侧中。在致动器166的操作期间，可以使辊178与支架180一起相对于框架162移动。

由致动器166启动的压实器164的运动可以包括顺序的线性运动和旋转运动。线性运动可以影响辊178施加在排出材料上的压力，而旋转运动可以影响辊178与材料的接合。例如，当致动器166处于最缩回状态时，辊178可以被拉动最大的线性距离进入壳体20中并且还旋转远离排出的增强物。该缩回状态可提供最大的间隙，以使增强物穿过头部16。当致动器166延伸时，辊178可以首先相对于排出的增强物从缩回状态旋转到接合状态。然后，致动器166的进一步延伸可以影响辊178施加在增强物上的压力，其中较大的延伸对应于较大的压力，反之亦然。

在一实施例中，辊178可具有旋转范围/间隙和平移范围。这些范围可受到凹槽170和176的几何形状的影响。例如，凹槽170的长度可以对应于平移范围，而凹槽176的弧长和/或曲率半径可以对应于旋转范围和/或间隙。

致动器166可以是线性运动装置，其安装在壳体20内并且配置成选择性地延伸和缩回以使压实器164在其接合位置与穿线位置或脱离位置之间移动。在公开的实施例中，致动器166是两位置气缸。然而，可以考虑，致动器166可以替代地是螺线管柱塞、电动机/导螺杆机构或具有任何数量的不同位置的另一装置。致动器166可包括气缸和具有从其延伸的杆的活塞。活塞的杆可从壳体20朝向压紧机164延伸，并且可枢转地连接至支架180(例如，经由销172)。活塞的杆还可以经由滑动盖183由框架162滑动地支撑，该滑动盖固定(例如，通过螺纹紧固)到框架162的外端面。当将压缩空气(或另一种介质)引入气缸的第一腔室时，活塞可从气缸伸出，从而使杆通过盖183滑离气缸并推动支架180进入接合状态。相反，当将压缩空气引入气缸的第二腔室中时，活塞可以缩回到气缸中，从而使杆向气缸滑回，并使支架180缩回到脱离位置或穿线位置。

在一个实施例中，弹簧偏置的间隙调节器185在活塞杆内形成连杆。这可以允许支架180的枢转运动和/或压实器164施加在排出材料上的压力被调节。可以考虑，根据需要，间隙调节器185可以是手动调节装置或自动调节装置。

在一个实施例中，刮刀184可以与压实器164相关联，并且起从辊178的表面去除残留的基质(固化的和/或未固化的)的作用。在图10-12的公开示例中，刮刀184在辊178的后侧(例如，与排出的增强物相对)安装到支架180，并且延伸到或接近辊178的表面。刮刀184可以可移除地连接到支架180(例如，经由一个或多个紧固件186)，使得刮刀184可以容易地被调节、清洁、维修和/或更换。

同样在一些实施例中，可以在辊178附近提供标签端支撑件或最终引导件188，其配置成在切割模块26切断增强物之后支撑并引导增强物的标签端。尤其是，在某些情况下(例如，当头部16沿前导的方向倾斜时)，标签端在切断后在辊178有机会翻滚和压缩材料之前向下翻到打印表面上是可能的。在这些情况下，代替将标签端翻转到打印表面上，可以将标签端翻转到支撑件188中和/或保持在辊178上(例如，缠绕)。这可以允许标签端随后被下拉并压缩到打印表面上，而不会导致打印质量的不连续。在所公开的实施例中，标签端支撑件188是安装至框架162(例如，经由销189)的平坦或弯曲的板，其向着辊178向后延伸。然而，可以考虑，标签端支撑件188可以替代地体现为棒、杆或臂和/或从辊178或支架180向前延伸。还可以考虑，根据需要，标签端支撑件188也可以在伸出位置(图12所示)和收起位置之间移动。例如，压实器164向缩回或穿线位置的移动还可起到将标签端支撑件188移动至收起位置的作用，从而为穿线目的提供增加的间隙。

在压实模块28压实排出材料之后，固化模块30可包括位于任何方便位置以固化涂覆增强物的基质的组件的任何组合。在所公开的实施例中，固化模块30包括固化能量源190，以及一条或多条传输线192，该传输线从源190延伸到与辊178相邻的暴露点194。在公开的实施例中，固化能量是uv光和/或激光能量。在一示例中，能量由与源190相关联的一个或多个led和/或激光器产生，并且传输线192是将能量传输至暴露点194的光纤。一个或多个支架196可以安装在暴露点194处(例如，连接到框架162和/或支架180)，并且用于固定和/或瞄准光纤的远端。可以考虑，如果需要，可以使用不同或附加的源190代替产生uv的led或激光器。例如，可以使用微波能量、热能、振动能、化学能等的源。还考虑在一些实施例中可以省略传输线192。

工业适用性

所公开的系统和打印头可以用于连续地制造具有任何期望的横截面尺寸、形状、长度、密度和/或强度的复合结构。复合结构可以包括相同或不同类型、直径、形状、构造和组成的任意数量的不同增强物，各自涂覆有共同的基质。现在将参考图1-3详细描述系统10的操作。

在制造事件开始时，可以将关于所需结构12的信息加载到系统10中(例如，加载到负责调节支撑件14和/或头部16的操作的控制器21中)。该信息可以包括尺寸(例如，直径、壁厚、长度等)、形状、轮廓(例如轨迹)、表面特征(例如脊大小、位置、厚度、长度；凸缘尺寸、位置、厚度、长度；等)和表面处理、连接几何形状(例如，联轴器、三通、接头等的位置和尺寸)、位置特定性的基质规定、方位特定性的增强物规定等。应该注意，如果需要，该信息可以替代地或附加地在制造事件期间的不同时间和/或连续地加载到系统10中。基于部件信息，可以有选择地将一个或多个不同的增强物和/或基质供应至头部16(例如，从机载源或从远程或非机载源(未显示))。然后，在制造事件开始之前，可将增强物穿过头部16。

头部16的穿线可包括使增强物从图3所示图像的顶部穿过(例如，通过敞开的门42)并且向下穿过引导模块22(例如，进入辊52之间)。在该时间点，引导子组件54也可以是打开的(例如，盖74和闩锁机构76可以被移除)，使得可以将增强物放置在相对于特征82的期望位置处(例如，在特定的分隔件之间和/或在特定的凹槽内-参见图5)。此后，可以将盖74和闩锁机构76重新固定在导槽基座72上的适当位置。

然后可以将其他长度的增强物拉过引导模块22，并引入进给模块24。具体地，增强物可以被拉动穿过进给辊98之间的空间，进给辊在此时可以处于它们的脱离取向。然后，可以将增强物进一步拉出(例如，从头部16的顶端拉出)，直到它们到达压实器辊178。压实器辊178此时可以处于其脱离状态，使得提供更大的间隙用于穿线。穿线完成后，可将压实器辊178向前推至其接合状态，并且头部16可以准备排出基质涂覆的增强物。标签端支撑件188可在该时间点将增强物的自由端保持抵靠辊178上。

然后，头部16可在控制器21的调节下由支撑件14移动，以使基质润湿的增强物置于抵靠或在对应的锚定点18上(参见图1)。固化模块30然后可以被选择性地激活以引起围绕增强物的基质的硬化，从而将增强物结合到锚定点18。此后，头部16可以沿任何轨迹移动以将润湿的增强物从头部16拉到现有的表面上和/或进入自由空间以形成结构12。

部件信息可以用于控制系统10的操作。例如，增强物可以从头部16(连同基质)一起排出，而支撑件14在固化期间以期望的方式选择性地移动头部16，使得所得结构12的轴线遵循期望的轨迹(例如，自由空间、不受支撑、3d轨迹)。当分离的增强物被拉过头部16时，增强物可在压实器164下方通过，然后暴露在固化模块30的固化能量下。

在一段时间的材料排出之后，可能需要切断增强物(例如，以完成制造事件和/或将头部16移动到结构12的另一个区域，以重新开始新的排出材料轨迹)。在该时间点，致动器138可以被选择性地通电(例如，通过控制器21-参考图1)，以将砧座136向下(参考图8和9的透视图)推过刀片134的锯齿状切割边缘156，从而切断增强物。这可在头部16内留下自由材料的标签端，该标签端仍待排出和放置。标签端可以搁在支撑件188上和/或其中(参见图12)，直到头部16的额外运动导致材料被从头部16中拉出并由压实器164压实。

已经发现，在某些应用中，在切断之前夹紧增强物可能是有益的。例如，在切断完成后，夹紧可阻止增强物内的张力引起运动。因此，本领域中已知的任何类型的夹紧机构(未示出)可以位于刀片134和砧座136的上游和/或下游。

为了此后重新开始新的材料轨迹的排出，支撑件14(在控制器21的调节下)可以将头部16移动到新的起始区域。压实模块28可以移动到其缩回状态，并且进给模块24可以选择性地使进给辊98旋转到它们的接合位置，并且将被基质浸湿的增强物的新端部推向压实器164。这可以被认为是起始顺序的一部分，该顺序是在每次切割增强物之后和/或在任何打印过程开始时实施的。应当注意，在一些实施例中，在起始顺序中，头部16可以保持在垂直方向上，以使由进给辊98推出的材料悬挂成与湿增强物通过头部16的正常行进路径大致对准。这可以帮助避免头部16内部的挂起。通常，在起始顺序期间可以主要(例如，仅在一些实施例中)使用进给模块24。在起始顺序期间头部16的其他方向也是可能的并且是有益的。

对于本领域技术人员将显而易见的是，可以对所公开的系统和头部进行各种修改和变型。通过考虑所公开的系统和头部的说明书和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，真正的范围由所附权利要求及其等同物指示。