国民经济行业分类号：
C2823 | C2822 | C2821 | C2832 | C2831 | C3551 | C2829 | C2826 | C2825 | C2824
摘要：
描述了涉及三维打印机、增强丝及其使用方法的多个实施方案。在一个实施方案中，将无空隙增强丝进给至挤出喷嘴中。增强丝包括芯和围绕芯的基质材料，芯可以是连续的或半连续的。将增强丝加热到高于基质材料的熔化温度并且低于芯的熔化温度的温度，然后从挤出喷嘴挤出丝。
技术问题语段：
如何在三维打印中应用复合铺层和复合丝缠绕技术，以提高零件的耐用性和UV稳定性，并实现旋转对称零件的制造。
技术功效语段：
本发明提供了一种用于添加制造零件的方法，其中包括以下步骤：供应未熔无空隙纤维增强复合丝，将复合丝加热并熔化，利用熨烫唇或熨烫板施加熨烫力，将熔化的基质材料和轴向纤维线束挤压在零件上，以形成结合排。该方法可以实现零件的快速制造，并且可以使用三维打印机来实现。通过使用特定的纤维增强复合丝和控制打印头和构建压板的运动，可以施加适当的张力和压力，以实现零件的精确制造。
权利要求：
1.一种用于添加制造零件的方法，所述方法包括：
供应未熔纤维增强复合丝，其包括在所述纤维增强复合丝的基质材料内延伸的至少一个轴向纤维线束；
以进给速率进给所述纤维增强复合丝；
在横向压力区中将所述纤维增强复合丝加热到高于所述基质材料的熔化温度的温度，以熔化间隙地在所述纤维增强复合丝内的所述基质材料；
随着所述纤维增强复合丝以结合排沉积到所述零件上，利用熨烫唇向所述纤维增强复合丝的熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束施加熨烫力；以及
以在所述熨烫唇和所述零件之间的所述纤维增强复合丝中维持中性至正性张力的打印速率与所述零件相邻着平移所述熨烫唇，所述中性至正性张力是小于将结合排与所述零件分离所需张力的张力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述供应未熔纤维增强复合丝包括供应在所述基质材料内不具有大量空气间隙的未熔无空隙丝，以及所述进给所述纤维增强复合丝包括沿着阻止所述纤维增强复合丝屈曲的间隙配合区进给所述未熔纤维增强复合丝。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基质材料包含未熔极限抗拉强度为10至100MPa并且熔化极限抗拉强度小于10MPa的热塑性树脂，并且所述至少一个轴向纤维线束包括极限抗拉强度为200-100000MPa的线束材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括在非接触区加热所述纤维增强复合丝，以及控制进给速率和打印速率中的至少一者以在所述熨烫唇和所述零件之间的所述纤维增强复合丝中维持中性至正性张力，其主要通过沿着所述纤维增强复合丝的所述至少一个轴向纤维线束内的张力实现。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述间隙配合区、所述非接触区、所述横向压力区中以及随着结合排附着到工件上时维持所述纤维增强复合丝恒定的横截面积。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述纤维增强复合丝具有大于1×10-5平方英寸并且小于2×10-3平方英寸的横截面积。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个轴向纤维线束在任何横截面积中包括100至6000个平行的连续轴向线束。
8.根据权利要求2所述的方法，其还包括在所述间隙配合区或所述熨烫唇之一处或者与所述间隙配合区或所述熨烫唇之一相邻切割所述纤维增强复合丝。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
拖曳所述横向压力区中与所述零件的第一部分连接的所述纤维增强复合丝；
将所述横向压力区平移通过自由空间；以及
熨烫以将所述纤维增强复合丝再连接到所述零件的第二部分。
10.一种用于添加制造零件的方法，所述方法包括：
供应未熔无空隙纤维增强复合丝，其包括在所述纤维增强复合丝的基质材料内延伸的至少一个轴向纤维线束，在所述基质材料内不具有大量空气间隙；
沿着阻止所述纤维增强复合丝屈曲的间隙配合区以进给速率进给所述未熔无空隙纤维增强复合丝；
将所述纤维增强复合丝穿线以接触横向压力区中的所述零件；
相对于并且相邻着所述零件以打印速率平移所述横向压力区，以将所述纤维增强复合丝的末端带到熔化位置；以及
在所述熔化位置熔化间隙地在所述纤维增强复合丝内的所述基质材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述熔化还包括随着所述纤维增强复合丝被以结合排挤压到所述零件上，通过利用加热到高于所述基质材料熔化温度的温度的熨烫唇施加熨烫力来熨烫所述纤维增强复合丝的熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束，且所述平移所述横向压力区以在所述熨烫唇和所述结合排之间的所述纤维增强复合丝中维持中性至正性张力的打印速率平移所述熨烫唇，所述中性至正性张力为小于将结合排与所述零件分离所需张力的张力。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括控制所述熨烫唇距离所述零件的顶部的高度小于所述纤维增强复合丝的直径。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述基质材料包含未熔弹性模量为0.1至5GPa并且熔化弹性模量小于0.1GPa的热塑性树脂，并且所述至少一个轴向纤维线束包括弹性模量为5-1000GPa的线束材料。
14.根据权利要求10所述的方法，其还包括在熨烫立即上游的非接触区加热所述纤维增强复合丝，以及控制进给速率和打印速率中的至少一者以在所述非接触区内诱导沿着所述纤维增强复合丝的压缩，其主要通过沿着所述纤维增强复合丝延伸的所述至少一个轴向纤维线束内的轴向压缩力实现。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括控制进给速率和打印速率中的至少一者以压缩所述纤维增强复合丝，并且平移所述纤维增强复合丝的末端以侧向地紧靠熨烫唇下面的待通过施加热和压力熨烫的所述零件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述间隙配合区包括在所述纤维增强复合丝周围形成间隙配合的至少一个通道，并且在整个所述至少一个通道中，所述纤维增强复合丝维持在低于所述基质材料的玻璃化转变温度的温度。
17.根据权利要求10所述的方法，其还包括在所述间隙配合区处或与所述间隙配合区相邻切割所述未熔无空隙纤维增强复合丝。
18.根据权利要求14所述的方法，其还包括阻止所述纤维增强复合丝接触限定了所述非接触区的腔的加热壁。
19.根据权利要求10所述的方法，其还包括使所述纤维增强复合丝接触所述横向压力区中的加热熨烫唇以熔化所述纤维增强复合丝的基质材料。
20.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
将所述熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束在所述横向压力区压入所述零件以形成横向及垂直的结合排，以及
通过利用所述熨烫唇向所述熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束施加熨烫力，以及向所述熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束施加作为来自所述零件本身的法向反作用力的相反的再成形力，来在至少两侧压扁所述结合排。
背景技术：
[0004]“三维打印”作为一种技术包括多种方法，例如立体光刻法(Stereolithography，SLA)和“熔丝制造(Fused Filament Fabrication，FFF)。SLA产生高分辨率零件，其通常不是耐用的或UV稳定的，用于概念验证工作；而FFF通过喷嘴挤出ABS或类似聚合物的连续丝珠粒。
[0005]“复合铺层(Composite Lay-up)”通常与三维打印无关。在这个技术中，将织物的预浸(“prepreg”)复合片用树脂粘合剂浸渍成二维图案。然后将一个或多个独立片铺层成模型并且加热以使结合树脂液化并且使最终零件固化。
[0006]“复合丝缠绕”也通常与三维打印无关。在这个技术中，包括数千个独立碳线束(carbon strand)的粘性“丝束(tow)”缠绕在常规心轴上以形成旋转对称零件。丝缠绕通常限于凸形，因为拉紧的丝“桥接”了任何凹形。
[0007]没有提供复合铺层或复合丝缠绕的益处的商业化或实验三维“打印”技术。
发明内容：
[0008]根据本发明的第一个形式，用于添加制造(additive manufacturing)零件的步骤的一种组合包括：供应未熔无空隙纤维增强复合丝(unmelted void free fiberreinforced composite filament)，其包括在丝的基质材料内延伸的一个或多个轴向纤维线束(fiber strand)，在基质材料内不具有大量空气间隙。未熔复合丝沿着阻止丝屈曲的间隙配合区以进给速率进给，直至丝到达喷管(nozzlet)的屈曲部分(即，与零件相对的喷管末端，任选地在喷管端和零件之间具有丝直径或更小的间隙)。尤其是在横向压力区(transverse pressure zone)，将丝加热到高于基质材料的熔化温度的温度以熔化间隙地在丝内部的基质材料。随着纤维增强复合丝以结合排(bonded rank)沉积到零件上，利用熨烫唇(ironing lip)向纤维增强复合丝的熔化的基质材料和一个或多个轴向纤维线束施加熨烫力。在这种情况下，熨烫唇以在熨烫唇和零件之间的纤维增强复合丝中维持中性至正性张力的打印速率与零件相邻着平移，这种中性至正性(即，无张力至有一些张力)张力小于将结合排与零件分离所需的张力。
[0009]根据本发明的第二个形式，用于添加制造零件的步骤的另一种额外的或替代的组合包括上述供应步骤，以及纤维增强复合丝以进给速率进给。将丝类似地加热，特别是在横向压力区。将复合丝的熔化的基质材料和所述至少一个轴向纤维线束穿线(threaded)(例如，以未熔状态通过加热的打印头)以接触横向压力区中的零件。该横向压力区相对于并且相邻着零件以打印速率平移，以将丝末端(包括纤维和基质)带到熔化位置。丝末端可任选地变形或弯曲以到达该位置。在熔化位置，基质材料间隙地在丝内部熔化。
[0010]根据本发明的第三个形式，用于添加制造零件的三维打印机包括未熔无空隙纤维增强复合丝的纤维复合丝供应器(例如，丝轴或离散丝段的盒)，所述未熔无空隙纤维增强复合丝包括在丝的基质材料内延伸的一个或多个轴向纤维线束，在基质材料内不具有大量空气间隙。一个或多个线性进给机构(例如，驱动摩擦辊或传送机、进给轨道、重力、液压或其他压力等，任选地包括滑动离合器或单向轴承以允许材料进给速度和打印速度之间的速度差)使未熔复合丝以进给速率前进，任选地沿着引导丝沿路径或轨道前进和/或阻止丝屈曲的间隙配合通道(例如，管、导管、固体零件内的引导通道、传送机辊或球)。打印头可以包括(全部任选地和/或替代地)加热器元件和/或热区和/或热腔，一个或多个丝引导件，冷进给区和/或冷却器，和/或再成形唇、挤压尖、熨烫尖和/或熨烫板，和/或线性和/或转动制动器，以使打印头在X、Y、Z任意方向和/或额外地以一至三个旋转自由度移动。构建压板(build platen)可以包括构建表面，并且可以包括一个或多个线性制动器，以使构建压板在X、Y、Z任意方向和/或额外地以一至三个旋转自由度移动。加热器(例如，辐射加热器、感应加热器、热空气喷射或流体喷射、电阻加热器、使用发射的或辐射的电磁辐射，任选地加热熨烫尖)将丝特别是基质材料加热至大于基质材料的熔化温度的温度(以熔化丝内单纤维周围的或在多个线束的情况下间隙地在线束之间的基质材料)。打印头和/或构建压板的线性制动器和/或旋转制动器可以各自单独地和/或协作地限定打印速率，后者是形成连接排的速度。控制器任选地通过传感器监测加热器、丝的温度和/或加热器消耗的能量。
[0011]在本发明的该第三个形式和任选地本发明的其他形式中，进给机构、间隙配合通道、构建压板的线性或旋转制动器和/或打印头的线性和旋转制动器、引导件、热腔和/或再成形或熨烫唇或尖可任选地协作(其任意组合或排列或者全部)作为横向压力区，将丝挤压和/或熔化到构建压板上或被打印零件内。任选地，打印头和/或构建压板的线性或旋转制动器和/或一个或多个线性进给机构可以由监测力、位移和/或速度传感器的控制器控制，以沿着丝的轴向线束(例如，进给辊直径的切线)施加压缩力和/或施加来自构建压板或被打印零件的反作用力，以将熔化基质丝挤压在构建压板上或者零件之前的层上或内，以形成结合排(即，粘附在下面基本平坦的表面或其一侧的基本矩形的排)。完全任选地另外或替代地，打印头和/或构建压板的线性或旋转制动器和/或一个或多个线性进给机构可以由监测力、位移和/或速度传感器的控制器控制，以向熔化的基质丝的一侧施加横向、向侧面、向下的熨烫和/或熨烫力(任选地使用打印头的表面或与打印头相邻的表面，其可以是再成形和/或熨烫唇、尖或板)，以将熔化的基质丝挤压和/或熨烫到构建压板上或者零件之前形成的层上或内以形成结合排。完全任选地另外或替代地，打印头和/或构建压板的线性和旋转制动器和/或一个或多个线性进给机构可以由监测力、位移和/或速度传感器的控制器控制，以在再成形唇和零件之间的纤维增强复合丝内维持中性至正性张力的打印速率与零件相邻着施加中性至正性张力，所述张力通过丝的线束和未熔基质和/或在构建压板、之前沉积的结合排和打印头或进给机构之间(任选地使用打印头的表面或与打印头相邻的表面，其可以是再成形和/或熨烫唇、尖或板，并且进一步任选地使用打印头或引导件的内表面，和/或进给机构离合器、滑动件、电机驱动、空载(idling)、电机内阻和/或小电阻电流)。这种张力任选地为小于将结合排与零件分离所需力的中性至正性张力，以维持结合排的形成，并且进一步任选地和/或替代地，可以足够分离或切断通过熔化基质连接在打印头上的具有不连续内部纤维的丝。
[0012]在本发明的该第三个形式以及任选地本发明第一个和第二个以及其他形式中，打印头和/或构建压板的线性和旋转制动器和/或一个或多个线性进给机构可以由监测力、位移和/或速度传感器的控制器控制，以施加横向、向侧面、向下、再成形和/或熨烫力(任选地使用打印头的表面或与打印头相邻的表面，其可以是再成形和/或熨烫唇、尖或板)来在不同打印阶段(例如，穿线阶段(threading phase)相对于打印阶段)在打印机、丝和零件内产生不同的力的平衡。例如，在本发明的一个形式中，打印头和/或构建压板的线性和旋转制动器和/或一个或多个线性进给机构可以由监测力、位移和/或速度传感器的控制器控制，以施加横向、向侧面、向下、再成形和/或熨烫力(任选地使用打印头的表面或与打印头相邻的表面，其可以是再成形和/或熨烫唇、尖或板)，可以在施加结合排的连续打印阶段主要通过横向挤压和轴向张力施加结合排，在穿线或初始化阶段主要通过横向挤压和轴向压缩来施加结合排。
[0013]第一至第三个形式或其他形式中的上述步骤或结构没有哪些对本发明来说是关键的，并且本发明可以表示成这些的不同组合。特别地，将纤维增强丝挤压到零件中的过程可以任选地在穿线或初始化期间临时进行，通过沿着纤维复合材料(未熔纤维线束、部分熔化并且部分玻璃的基质)的轴向压缩，和/或通过横向压力区(例如，打印头尖)的“熨烫”和/或再成形和/或通过再成形唇和/或通过打印头之后伴随“熨烫”板。每一种方式和结构本身都是有效的，并且在本发明中考虑了其排列和组合。此外，挤压可以与通过未熔纤维线束维持的丝中压缩或张力组合来进行。挤压或熨烫可以在横向压力区(例如，打印头尖)和/或熨烫唇和/或伴随“熨烫”板上游或下游张力的存在下，但是另外或替代地，在挤压下游以及横向压力区(例如，打印头尖)和/或熨烫唇和/或伴随“熨烫”板上游张力的存在下进行。
[0014]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，任选地基质材料包含：未熔弹性模量为大约0.1至5GPa和/或未熔极限抗拉强度为大约10至100MPa以及熔化弹性模量小于0.1GPa并且熔化极限抗拉强度小于10MPa的热塑性树脂，以及弹性模量为大约5-1000GPa并且极限抗拉强度为大约200-100000MPa的一个或多个轴向纤维线束。这些形式可任选地保持纤维增强复合丝在间隙配合区、非接触区、横向压力区中以及随着结合排附着到工件上时基本恒定的横截面积。在这些第一至第三个形式中的每一个中，任选地丝具有大于1×10-5英寸并且小于2×10-3英寸的横截面积。进一步任选地，至少一个轴向线束在任何横截面积中包括100至6000个重叠的轴向线束或平行的连续轴向线束。这样的基质材料包括丙烯腈丁二烯苯乙烯、环氧树脂、乙烯基化合物、尼龙、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚乳酸或液晶聚合物，并且这样的轴向线束材料包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维或纤维玻璃。
[0015]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，任选地控制进给速率和打印速率中的至少一者以维持间隙配合区内纤维增强丝的压缩。另外或替代地，对于这些和其他形式，任选地在穿线或初始化阶段，在熨烫立即上游的非接触区加热丝并且控制进给和打印速率，以在非接触区内诱导沿着丝的轴向压缩，其主要通过沿着丝延伸的一个或多个轴向纤维线束内的轴向压缩力实现。另外或替代地，对于这些和其他形式，任选地在穿线或初始化阶段，控制进给速率和打印速率中的至少一者以压缩纤维增强复合丝，并且平移丝的末端以侧向地紧靠熨烫唇下面的待通过施加热和压力熨烫的零件。另外或替代地，对于这些和其他形式，通过熨烫唇加热和/或熔化丝，并且控制进给速率和打印速率中的一者或两者，以在熨烫唇和零件之间的纤维增强复合丝中维持中性至正性张力，其主要通过沿着丝延伸的至少一个轴向纤维线束内的张力实现。
[0016]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，任选地通过在间隙配合区处或邻近间隙配合区的切割器切割和/或中心在间隙配合区或熨烫唇中的一者或两者处或者与间隙配合区或熨烫唇中的一者或两者相邻的切割器切割未熔纤维增强丝。另外或替代地，对于这些以及其他形式，间隙配合区包括在纤维增强复合丝周围形成间隙配合的至少一个通道，并且在整个所述至少一个通道中，纤维增强复合材料维持在低于基质材料的玻璃化转变温度的温度。任选地通过墨盒(cartridge)供应，以使增强的纤维材料的制造或形成(例如，纤维与基质结合)速度与打印速度解耦。
[0017]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，任选地将熨烫唇距离当前打印层表面(例如，下面的结合排层，FFF或纤维复合材料，或压板)的距离控制为小于丝的直径(例如，每一结合排的高度小于丝的直径)。在横向压力区挤压或熨烫丝可以包括随着丝沉积在结合排上向丝施加熨烫力。另外或替代地，对于这些和其他形式，所述方法包括阻止丝接触限定了非接触区的腔的加热壁；和/或包括使丝接触横向压力区中的加热熨烫尖以熔化丝的基质材料。
[0018]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，所述方法任选地还包括，随着熔化的基质材料和轴向纤维线束在横向压力区被压入零件以形成横向及垂直的结合排，通过利用熨烫唇向熔化的基质材料和至少一个轴向纤维线束施加第一熨烫力，以及向熔化的基质材料和至少一个轴向纤维线束施加作为来自零件本身的法向反作用力的相反的再成形力，来在至少两侧压扁结合排。
[0019]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，所述方法还可以包括拖曳横向压力区中与零件的第一部分连接的纤维增强复合丝，将横向压力区平移通过自由空间，以及熨烫以将纤维增强复合丝再连接到零件的第二部分。
[0020]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，所述方法可以包括利用丝形成固体壳，和/或熨烫唇可以为圆形。另外或替代地，对于这些以及其他形式，熨烫唇可以在喷管或打印引导件的尖，喷管出口的横截面积大于喷管或打印引导件入口的横截面积。另外或替代地，对于这些以及其他形式，加热腔或非接触区壁内的横截面积大于间隙配合区的横截面积。
[0021]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，所述方法可以包括以第一方向在零件的第一位置以及以第二方向在零件的第二位置沉积结合排。另外或替代地，对于以及其他形式，所述方法可以包括当向丝施加的拖曳力大于关联的进给机构的力阈值时从喷管或打印引导件拉出丝。
[0022]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，一个或多个纤维芯可以构建为沿着丝的轴向方向延伸的一系列单独段。在这种情况下，所述段可以位于沿着丝的轴向方向的预索引(pre-indexed)位置；和/或至少一些段可以沿着丝的轴向方向重叠。另外或替代地，对于这些以及其他形式，段的平均长度可以小于或等于加热区或非接触区的长度。
[0023]在本发明这些第一至第三个形式以及其他形式中的每一个中，将第一丝以第一期望图案沉积到基质材料层中的推-拉挤过程可以后面接着基质层的固化(例如，立体光刻法或选择性激光烧结)或者与基质层的固化平行进行，以形成包括沉积的第一丝的零件层。另外或替代地，对于这些以及其他形式，这种替代可以任选地包括切割第一丝并且在基质材料层中以第二沉积图案沉积第二丝。
[0024]本发明的一个方面使用基本上无空隙的预浸(预浸料(prepreg))材料来打印结构，所述材料在整个打印过程中保持无空隙。这种材料的一种形式是增强丝，其包含具有多个连续线束的芯，所述连续线束用已经“渗入(wicked)”线束的热塑性树脂预浸并且使用本发明的一种推-拉挤方法施加以形成三维结构。由润湿或渗入线束的热塑性(或未固化的热固性)树脂形成的复合材料可能不是“坯料(green)”的，但是同样是刚性、低摩擦力和基本无空隙的。另一种形式可以使用单个实心连续芯。另一种形式可以使用分段的连续芯，即，还预期了沿着长度分段成多个部分的连续芯。另一种形式可以使用实芯或者多个独立线束，其可以彼此均匀间距或包括重叠。本文关于打印材料使用的“无空隙”可以意指，空隙百分比上限为1％至5％，下限为0％；关于打印零件，空隙百分比上限为1％至13％，下限为0％。任选地，可以在真空下进行推-拉挤过程以进一步减少或消除空隙。
[0025]本文描述了纤维或芯“增强”材料。纤维或芯可以位于丝的内部或者芯材料可以延伸到丝的外表面，或者对于多线束的实施，二者皆有。包括“增强”的术语可以任选地延伸到不为复合材料提供异常的增强结构强度的线束、纤维或芯，例如光导纤维或流体传导材料以及导电材料。另外，应理解的是，芯增强材料还包括由材料如光纤、流体传导通道或管、导电线或线束提供的功能增强。
[0026]本发明预期，任选地，包括使用本文不同的可容材料的整个推-拉挤过程可以是其他添加制造，特别是立体光刻法(SLA)、选择性激光烧结(SLS)或使用液体或粉末形式基质的其他方面的前体或平行过程。推-拉挤可以嵌入由这些基本无空隙零件的这些方式制备的零件内或周围，使得整个零件表现出增强的强度。
[0027]如果使用推-拉挤过程来铺设具有一个或多个优势方向的结合排，这些方向可任选地在局部和整体二者表现出各向异性强度。结构内增强的方向性或各向异性可以任选地在期望的位置和方向提供增强的零件强度，以满足特定设计要求或能够制造更轻和/或更强的零件。
[0028]任选地在任何上述发明中，切割器可以提供期望长度复合丝和/或结合排的选择性沉积。切割器任选地定位在芯材料的进给机构和喷管出口之间。另外的或替代的切割器可以定位在喷管出口处。替代地或另外，并且任选地在任何上述发明中，基本上无空隙的材料可进给通过成形喷管以提供期望形状，尤其是扁平的。喷管可以包括熨烫唇，其包括用于形成结合排的顶表面或侧表面的形状，特别是弯曲唇或倒角、直唇或倒角或者正方形或矩形再成形表面。
[0029]任选地在任何上述发明中，基质材料可以是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、环氧树脂、乙烯基化合物、尼龙、聚醚酰亚胺(PEI))、聚醚醚酮(PEEK)、聚乳酸(PLA)或液晶聚合物。芯或芯的线束可以在结构上、传导性上(电和/或热)、绝缘性上(电和/或热)、光学上和/或以提供流体运输的方式增强。芯或芯的线束可以包括(特别是用于结构增强)碳纤维、芳族聚酰胺或高强度尼龙纤维、纤维玻璃。另外，多种连续芯或线束可以在单个连续芯增强丝中组合以提供多种功能性，例如电和光性质二者。
[0030]任选地在任何上述发明或本发明的形式中，具有不同树脂纤维比的纤维增强复合丝可以在零件的不同部分中提供不同性质，例如，在不同阶段利用不同打印头打印。同样任选地，“低树脂”纤维增强复合丝骨架纤维可用于内部结构以最大化强度重量比(例如，按横截面积计30％树脂/70％纤维)。“低树脂”意指按横截面积计树脂百分比为30％至50％。同样任选地，“高树脂”纤维增强复合丝壳涂层(例如，按横截面积计90％树脂/10％纤维)可用于防止下面的芯或芯的单个纤维线束可能的透印。另外，在本发明的一些实施方案和形式中，消耗材料可以具有零纤维含量，并且是常规FFF的专用树脂和/或打印。
[0031]任选地在任何上述发明或本发明的方面中，未熔复合丝以进给速率沿着阻止丝屈曲的间隙配合区进给，直到所述丝到达喷管的屈曲部分(出口)。
[0032]所有列出的选项单独地或以任何可
具体实施方式：
[0094]在添加制造和复合铺层二者相对近的技术中，新创词变得很常见。例如“预浸料(prepreg)”是预浸复合材料，其中树脂基质和纤维线束提前制备为复合原材料。“预浸丝束(towpreg)”是由“丝束(tow)”(数百至数千个纤维线束的捆，具有非常高纤维百分比，例如95％)和粘性(室温下)树脂的组合形成的“预浸料”，通常主要是浸渍丝束的纤维(例如，75％纤维线束)，粘性树脂被浸渍为在丝缠绕过程中在松松相邻的纤维线束之间传递剪切的手段并且将预浸丝束粘附到旋转元件上。“拉挤”是制备丝束的方法之一，其中丝束穿过树脂拉出以形成(完全在张力下进行的过程)包括嵌入树脂的丝束的延长并且通常坚硬的复合材料。
[0095]本文使用的“挤出”应具有其常规含义，例如，将原料挤压穿过模具以具有比原材料减小的横截面积的特定形状的方法。熔丝制造(FFF)是一种挤出方法。同样地，“喷嘴”应具有其常规含义，例如，被设计来控制流体流动的方向或特性，尤其是随着流体流动离开(或进入)封闭室增加速度和/或限制横截面积的装置。
[0096]相比之下，本发明使用新创词“推-拉挤(push-pultrusion)”来描述根据本发明的整体上的新过程，其中不同于挤出，纤维增强复合打印材料的前进运动包括：开始、穿线或压缩的初始化阶段，然后是嵌入的纤维线束的拉伸，以及随着打印材料在构建桌上以及相继地在零件内形成结合排，贯穿打印头的基质的融化/固化和未熔/未融化状态。本发明还使用了新创词“喷管(nozzlet)”来描述根据本发明的末端打印头，其不同于FFF喷嘴，没有显著的背压以及在打印材料中产生的额外速度，并且打印材料(包括基质和嵌入纤维)的横截面积在整个过程(甚至随着沉积在零件的结合排上)中保持基本类似。
[0097]本发明还使用了新创词“推-拉挤预浸料(推-拉挤预浸料)”来描述可用于推-拉挤的材料，其不同于常规预浸丝束，该树脂优选地为热塑性树脂：(i)提供足够摩擦力和暴露的树脂材料，以通过辊或其他摩擦进给方式进给，(ii)具有足够的刚性(即，正常未熔弹性模量)，以被推动穿过间隙配合管或通道而无未熔“玻璃”态的屈曲，刚性由嵌入的纤维线束提供，较长程度上由未熔基质树脂提供，(iii)和/或在环境条件下没有可感知的“粘着性(tack)”/分子扩散，即在环境或甚至温暖条件下为“玻璃”态，因此可以容易地推过这样的管而不粘着。
[0098]在用于用树脂浸渍纤维的过程中，固结(consolidation)通常有利于除去因树脂不能完全地取代来自纤维线束、丝束或粗纱的空气而导致的空隙。通常通过在高压釜中加热以及压紧加压来使预浸料的单独浸渍粗纱、丝束、层片或层固结。固结步骤通常需要应用非常高的压力和真空下非常高的温度相对长的时间。此外，使用高压釜或烘箱的固结过程不走需要“装袋”操作来为铺层提供在工具上的密封膜以允许施加真空用于移除空气，以及提供在高压釜中产生固结所需的压差。。该过程步骤还减少复合材料零件操作的总生产率。因此，对于热塑性复合材料，有利的是原位固结成低空隙复合材料，同时利用ATL/AFP机器将条带层压大量基底上。该过程通常称为原位ATL/AFP，并且该过程中使用的材料称为原位级条带。
[0099]最后，在三维打印领域，“丝”通常是指缠绕的构建材料的整个横截面积，而在复合材料领域，“丝”是指例如碳纤维的单纤维(其中，例如，“1K丝束”将具有1000根单线束)。为了本发明的目的，“丝”应保持来自三维打印的含义，“线束”应意指单纤维，所述单纤维例如嵌入基质并且与之一起形成整个复合“丝”。
[0100]添加制造方法通常导致相对于常规模塑方法降低强度和耐久性。例如，由于沉积材料的相邻带(例如，结合排)之间较弱的结合以及气穴(air pocket)和空隙，熔丝制造得到的零件表现出比注射模塑零件低的强度。
[0101]预浸片复合材料构建方法是耗时并且困难的，因此较昂贵。此外，将预浸片围绕曲线弯曲可能造成纤维重叠、屈曲(buckle)和/或扭曲(distort)，导致不期望的软点。
[0102]由于非常柔韧和高摩擦力(粘性)构建物，将市售纤维“预浸丝束”输送通过塑料浴来添加基质材料，然后进一步输送通过常规打印头并不得到可行的附加过程。此外，该过程将这种复合材料的制造速度与其运输四度(即使可以打印)结合在了一起。预浸丝束通常需要并且出售时具有“粘性”(在其沉积在工具或铺层倾向于上后，足以保护丝束位置的室温粘附水平)。此外，丝束“胚”料截留空气并且包含空气空隙，其仅通过高张力和/或随后真空和/或加热步骤除去。这些步骤也降低了打印过程的速度。