增材制造系統(tǒng)、方法及玻璃制品
1.相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
2.本技術(shù)根據(jù)35u.s.c.
§
119，要求2019年2月13日提交的系列號(hào)為62/805049的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文以該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過(guò)引用將其全文納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
3.本公開(kāi)內(nèi)容一般涉及增材制造系統(tǒng)，更具體地，涉及用于形成玻璃制品的增材制造系統(tǒng)。


背景技術(shù)：

4.常用的增材制造技術(shù)，例如填充玻璃顆粒的樹(shù)脂的立體平版印刷術(shù)，或玻璃顆粒的直接激光燒結(jié)，可能難以產(chǎn)生具有極佳光學(xué)透明性的零件，因?yàn)椴Ａьw?？赡茈y以燒結(jié)至全密度。一種稱(chēng)為熔融沉積成型(fdm)的用于塑料的增材制造技術(shù)具有使用纖維而不是粉末作為原料的優(yōu)勢(shì)。在fdm系統(tǒng)中，使用牽引輪將纖維拉入加熱區(qū)。將fdm與脆性玻璃纖維一起使用來(lái)代替撓性塑膠纖維會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂。另外，由于撓性玻璃纖維的粘度曲線(xiàn)并不總是與纖維拉制過(guò)程相容，因此并不總是能夠拉伸具有所需玻璃組成的纖維。常規(guī)的擠出技術(shù)也同樣不適合用于玻璃產(chǎn)品的增材制造，因?yàn)閿D出是設(shè)計(jì)用于更大的直徑，并且可能需要過(guò)高的溫度和壓力而不能生產(chǎn)所需尺寸的玻璃珠直徑。鋪設(shè)細(xì)小的玻璃珠的另一種方法是在底部帶孔的坩堝中融化玻璃。然而，隨著玻璃物流的直徑減小，物流的穩(wěn)定性也降低，并且物流可能螺旋并屈曲。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)方面，一種玻璃制品制造系統(tǒng)，其包括坩堝。坩堝包括機(jī)筒和噴嘴。機(jī)筒接收玻璃原料。平移臺(tái)位于坩堝的噴嘴下方。平移臺(tái)可以在x軸、y軸和z軸上移動(dòng)。加熱器與噴嘴熱連通，以將加熱器所提供的熱能傳遞到玻璃原料。加熱器加熱噴嘴附近的玻璃原料以形成玻璃熔池。進(jìn)料器組件定位在坩堝的機(jī)筒上方，以使進(jìn)料器組件將玻璃原料進(jìn)料到機(jī)筒中。
6.根據(jù)本揭示內(nèi)容的另一個(gè)方面，一種玻璃制品制造系統(tǒng)，其包括坩堝。坩堝包括機(jī)筒和噴嘴。機(jī)筒接收玻璃原料。平移臺(tái)位于坩堝的噴嘴下方。平移臺(tái)可以在x軸、y軸和z軸上移動(dòng)。平移臺(tái)設(shè)有真空保持部分。加熱器與噴嘴熱連通，以將加熱器所提供的熱能傳遞到玻璃原料。進(jìn)料器組件定位在坩堝的機(jī)筒上方，以使進(jìn)料器組件將玻璃原料進(jìn)料到機(jī)筒中。
7.根據(jù)本揭示內(nèi)容的另一個(gè)方面，一種玻璃制品制造系統(tǒng)，其包括坩堝。坩堝包括機(jī)筒和噴嘴。機(jī)筒接收玻璃原料。平移臺(tái)位于坩堝的噴嘴下方。平移臺(tái)可以在x軸、y軸和z軸上移動(dòng)。加熱器與噴嘴熱連通，以將加熱器所提供的熱能被傳遞到玻璃原料。進(jìn)料器組件定位在坩堝的機(jī)筒上方，以使進(jìn)料器組件將玻璃原料進(jìn)料到機(jī)筒中。制品的預(yù)制部件位于平移臺(tái)上。來(lái)自玻璃原料的熔融玻璃通過(guò)噴嘴而擠出并到達(dá)制品的預(yù)制部件上。
8.根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面，一種操作玻璃制品制造系統(tǒng)的方法包括以下步
驟：在包括噴嘴的坩堝內(nèi)加熱玻璃原料，將玻璃原料作為珠通過(guò)噴嘴的孔擠出到制品的預(yù)制部件上，并在x軸、y軸和z軸中的至少一者上操縱平移臺(tái)。
9.通過(guò)參考以下說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步了解和理解本公開(kāi)內(nèi)容的這些和特征、優(yōu)點(diǎn)和目的以及其他特征、優(yōu)點(diǎn)和目的。
附圖說(shuō)明
10.以下是附圖中的各圖的說(shuō)明。附圖不一定按比例繪制，并且出于清楚和簡(jiǎn)潔的目的，附圖的某些特征和某些視圖可以按比例放大或以示意圖示出。
11.圖1是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖；
12.圖2是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖，其示出了進(jìn)料器組件、坩堝和原料之間的關(guān)系；
13.圖3是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的側(cè)視圖，其示出了進(jìn)料器組件、坩堝和原料之間的關(guān)系；
14.圖4是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖，其示出了坩堝、爐和平移臺(tái)之間的關(guān)系；
15.圖5是根據(jù)一個(gè)示例的沿著坩堝的垂直平面截取的坩堝的截面，其示出了凸緣、機(jī)筒、轉(zhuǎn)向節(jié)和噴嘴；
16.圖6是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖，其示出了爐內(nèi)的平移臺(tái)；
17.圖7是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖，其示出了在平移臺(tái)上的制品的預(yù)制部件；
18.圖8是根據(jù)一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的前視圖，其示出了將原料擠出到制品的預(yù)制部件上；
19.圖9是根據(jù)一個(gè)示例的通過(guò)增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)的玻璃制品的側(cè)面透視圖；
20.圖10是根據(jù)一個(gè)示例的操作增材制造系統(tǒng)的方法的流程圖；和
21.圖11是根據(jù)另一示例的操作增材制造系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
22.本文為了說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其衍生詞，應(yīng)與圖1中定向的概念相關(guān)。然而應(yīng)理解，除非明確相反地規(guī)定，否則這些概念可以采取各種替代定向。還應(yīng)理解，附圖中示出的以及以下說(shuō)明書(shū)中描述的特定裝置和過(guò)程僅僅是所附權(quán)利要求中限定的發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式。因此，與本文公開(kāi)的實(shí)施方式有關(guān)的特定尺寸和其他物理特征不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，除非權(quán)利要求書(shū)另有明確說(shuō)明。
23.本公開(kāi)例示的實(shí)施方式主要在于與增材制造系統(tǒng)有關(guān)的方法步驟和設(shè)備部件的組合。因此，設(shè)備部件和方法步驟已經(jīng)適當(dāng)?shù)赜筛綀D中的常規(guī)符號(hào)表示，附圖僅示出與理解本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式有關(guān)的具體細(xì)節(jié)，以免將本公開(kāi)內(nèi)容與具有本文描述的優(yōu)勢(shì)的本領(lǐng)域技術(shù)人員所顯而易見(jiàn)的細(xì)節(jié)相混淆。此外，說(shuō)明書(shū)和附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
24.文中所用的術(shù)語(yǔ)“和/或”在用于兩項(xiàng)或更多項(xiàng)的羅列時(shí)，表示所列項(xiàng)中的任何一項(xiàng)可以單獨(dú)使用，或者可以使用所列項(xiàng)中的兩項(xiàng)或更多項(xiàng)的任意組合。例如，如果描述一種
組合物含有組分a、b和/或c，則該組合物可只含有a；只含有b；只含有c；含有a和b的組合；含有a和c的組合；含有b和c的組合；或含有a、b和c的組合。
25.在本文中，相對(duì)的術(shù)語(yǔ)，例如第一和第二，頂部和底部等僅用于區(qū)分一個(gè)實(shí)體或行為與另一個(gè)實(shí)體或行為，而非必須要求或暗示這些實(shí)體或行為之間的任何實(shí)際的這種關(guān)系或順序。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或其任何其他變化形式旨在覆蓋非排他性包含，使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、制品或設(shè)備不僅僅包括那些要素，還可以包括未明確列出或此類(lèi)過(guò)程、方法、制品或設(shè)備所固有的其他要素。以“包括”前綴的要素，在沒(méi)有更多限制的情況下，并不排除在包括此要素的過(guò)程、方法、制品或設(shè)備中存在其他相同要素。
26.如本文所用，術(shù)語(yǔ)“約”指量、尺寸、公式、參數(shù)和其他數(shù)量和特征不是精確的且無(wú)需精確的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反映公差、轉(zhuǎn)化因子、四舍五入、測(cè)量誤差等，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其他因子。當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)“約”來(lái)描述范圍的值或端點(diǎn)時(shí)，應(yīng)理解本公開(kāi)包括所參考的具體值或者端點(diǎn)。無(wú)論說(shuō)明書(shū)中的范圍的數(shù)值或端點(diǎn)是否使用“約”列舉，范圍的數(shù)值或端點(diǎn)旨在包括兩種實(shí)施方式：一種用“約”修飾，另一種未用“約”修飾。還應(yīng)理解，每個(gè)范圍的端點(diǎn)在與另一個(gè)端點(diǎn)有關(guān)及獨(dú)立于另一個(gè)端點(diǎn)時(shí)都是重要的。
27.本文所用的術(shù)語(yǔ)“基本”、“基本上”及其變化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一數(shù)值或描述。例如，“基本上平面”的表面旨在表示表面是平面或大致平面。此外，“基本上”旨在表示兩個(gè)數(shù)值相等或近似相等。在一些實(shí)施方式中，“基本上”可以表示彼此相差在約10％之內(nèi)的值，例如彼此相差在約5％之內(nèi)的值，或彼此相差在約2％之內(nèi)的值。
28.本文所用的冠詞“該”、“一個(gè)”或“一種”表示“至少一個(gè)(一種)”，并且不應(yīng)局限為“僅一個(gè)(一種)”，除非有明確相反的說(shuō)明。因此，例如，提到的“一個(gè)部件”包括具有兩個(gè)或更多個(gè)這類(lèi)部件的實(shí)施方式，除非上下文有另外明確的表示。
29.參照?qǐng)D1至圖8，其描繪了用于制造玻璃制品以及其他部件的增材制造系統(tǒng)20。在一些示例中，系統(tǒng)20可以被稱(chēng)為玻璃制品制造系統(tǒng)20。系統(tǒng)20包括具有適配器28的支撐結(jié)構(gòu)24。在所描繪的示例中，進(jìn)料器組件32被定位成朝向支撐結(jié)構(gòu)24的頂部。進(jìn)料器組件32包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)36(例如一個(gè)或多個(gè)伺服發(fā)動(dòng)機(jī))。進(jìn)料器組件32還包括一個(gè)或多個(gè)輥40。一個(gè)或多個(gè)輥40中的每一個(gè)輥可以由一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)36中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)。或者，一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)36中的一個(gè)可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)輥40。在一些示例中，所述一個(gè)或多個(gè)輥40中的一個(gè)或多個(gè)可以是不受所述一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)36中的一個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)輥。坩堝44位于進(jìn)料器組件32的下方。坩堝44包括凸緣48、機(jī)筒52、轉(zhuǎn)向節(jié)56、噴嘴60和孔64。坩堝44可以由適配器28保持在支撐結(jié)構(gòu)24上。原料68位于坩堝44內(nèi)。系統(tǒng)20還包括加熱器72。加熱器72包括感應(yīng)單元76和感應(yīng)線(xiàn)圈80。爐84由支撐結(jié)構(gòu)24支撐。爐84限定了腔體88，坩堝44延伸到此腔體中。
30.平移臺(tái)92位于爐84的腔體88內(nèi)。平移臺(tái)92由支撐桿96支撐。支撐桿96可操作地連接至z平臺(tái)100。z平臺(tái)100配置成使平移臺(tái)92在爐84的腔體88內(nèi)沿z方向(例如沿著垂直平面)移動(dòng)。支撐結(jié)構(gòu)24連接至xy平臺(tái)104。z平臺(tái)100和xy平臺(tái)104被配置為使平移臺(tái)92相對(duì)于坩堝44移動(dòng)。應(yīng)理解，平移臺(tái)92和爐84可以以允許相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)的多種構(gòu)造布置，而不背離本文提供的教導(dǎo)。例如，平移臺(tái)92和/或爐84可以圓形、圓柱形或以笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)定義的類(lèi)似運(yùn)動(dòng)來(lái)運(yùn)動(dòng)。如將在下面更詳細(xì)地解釋?zhuān)霾闹圃煜到y(tǒng)20包括控制器108，控制
器108被配置為調(diào)節(jié)進(jìn)料器組件32的進(jìn)料速率，由加熱器72提供給坩堝44(即，以及原料68)的熱，平移臺(tái)92和/或坩堝44相對(duì)于彼此的移動(dòng)，以及爐84的溫度，以形成玻璃制品112(見(jiàn)圖9)。
31.支撐結(jié)構(gòu)24被配置為在操作期間將系統(tǒng)20的各種部件保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。在一些示例中，支撐結(jié)構(gòu)24可以包括線(xiàn)性滑動(dòng)件，其與進(jìn)料器組件32和/或適配器28連接，使得可以在z方向上調(diào)節(jié)坩堝44和/或進(jìn)料器組件32。適配器28可以包括凹槽114，以允許將坩堝44的凸緣48安置到適配器28上。在適配器28內(nèi)的凸緣48的兩側(cè)上可以包括絕緣體，同時(shí)絕緣體確保坩堝44正確地安置在支撐結(jié)構(gòu)24內(nèi)。在一些示例中，這些絕緣體可以是由陶瓷或聚合物材料組成的墊圈或纖維氈，以提供對(duì)坩堝44的電絕緣。此外，絕緣體可以在支撐結(jié)構(gòu)20和坩堝44之間提供熱絕緣。
32.進(jìn)料器組件32位于坩堝44上方。應(yīng)理解，進(jìn)料器組件32和坩堝44之間的位置關(guān)系可以根據(jù)要制造的玻璃制品112而改變。例如，坩堝44和進(jìn)料器組件32可以基本上定位在相同的高度，使得原料68在基本上水平的方向上被致動(dòng)。進(jìn)料器組件32構(gòu)造成將原料68輸送或進(jìn)料到坩堝44的機(jī)筒52中。在一個(gè)特定示例中，進(jìn)料器組件32的輥40以反向旋轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)，使得進(jìn)料68在坩堝44的機(jī)筒52的方向上前進(jìn)。輥40的圓周表面可以設(shè)置有涂層116，或者另外設(shè)置有填充和/或抓握材料，以幫助抓持原料68。例如，輥40的圓周表面可以設(shè)置有經(jīng)橡膠處理的涂層，此經(jīng)橡膠處理的涂層為原料68提供一定程度的填充或順應(yīng)性，以及增加與原料68的摩擦系數(shù)。其中的一個(gè)輥40可以設(shè)置有或稱(chēng)為速度編碼器120，速度編碼器120在原料68朝坩堝44前進(jìn)時(shí)記錄和/或提供原料68的線(xiàn)速度?？梢詫⒅T如直徑和/或長(zhǎng)度之類(lèi)的關(guān)于原料68的尺寸信息提供給控制器108，控制器108可以根據(jù)此尺寸信息通過(guò)參考期望的或預(yù)定的擠出速率來(lái)確定進(jìn)給原料68的速率。例如，與速度編碼器120相關(guān)聯(lián)的輥40的半徑和/或周長(zhǎng)以及至少原料68的直徑可以是已知的?？刂破?08可以從速度編碼器120獲得旋轉(zhuǎn)速率，根據(jù)與速度編碼器120相關(guān)聯(lián)的輥40的已知尺寸計(jì)算原料68的線(xiàn)性前進(jìn)速率，并且以期望的或其他預(yù)定的目標(biāo)前進(jìn)速率為對(duì)照，提出參考的原料68朝向坩堝44的計(jì)算出的前進(jìn)速率，該計(jì)算出的前進(jìn)速率可以被定義為前進(jìn)速率范圍。在一個(gè)特定示例中，控制器108可以監(jiān)測(cè)進(jìn)料到坩堝44中的原料68的計(jì)算出的輸入體積和/或擠出的原料68的測(cè)定出的或計(jì)算出的輸出體積。原料68的目標(biāo)輸入體積可以是每秒5立方毫米(mm3/s)、每秒10立方毫米(mm3/s)、每秒15立方毫米(mm3/s)、每秒20立方毫米(mm3/s)、每秒25立方毫米(mm3/s)、每秒30立方毫米(mm3/s)、每秒35立方毫米(mm3/s)、每秒40立方毫米(mm3/s)和/或其組合或范圍。原料68的目標(biāo)輸出體積可以基本上類(lèi)似于原料68的目標(biāo)輸入體積。例如，原料68的目標(biāo)輸出體積與原料68的目標(biāo)輸入體積相差百分之二(2％)，百分之五(5％)和/或百分之十(10％)以?xún)?nèi)。原料68的目標(biāo)線(xiàn)速度可以是每秒至少五微米(5μm/s)、每秒至少十微米(10μm/s)、每秒至少五十微米(50μm/s)、每秒至少一百微米(100μm/s)、每秒至少兩百微米(200μm/s)和/或其組合或范圍。
33.根據(jù)各種示例，原料68可以包括一種或多種玻璃和玻璃材料。原料68可以形成為直徑大于或等于約1mm、20mm、30mm、40mm、50mm、100mm或大于約125mm的桿。桿在其厚度和可承受的壓縮力方面可與纖絲區(qū)分開(kāi)，因?yàn)闂U比纖絲更粗且可承受更大的壓縮力。例如，盡管纖絲在室溫下可能是撓性的，但是原料68的桿示例在室溫下可能不是撓性的，因此由進(jìn)料器組件32施加的力不會(huì)導(dǎo)致原料68的損壞或變形。應(yīng)理解，可以基于待制造的玻璃制品112
的期望尺寸來(lái)調(diào)節(jié)原料68的桿的直徑。此外，原料68的直徑在原料68的長(zhǎng)度內(nèi)可以不同。在其他示例中，原料68可以由多個(gè)桿(例如，束)、粉末、多個(gè)纖絲、多個(gè)盤(pán)(例如，桿的薄片或切段)、多個(gè)顆粒、多個(gè)珠子和/或其組合組成。
34.如上所述，原料68可以由玻璃或玻璃材料形成。原料68的玻璃或玻璃材料可以包括石英、硅酸鋁玻璃、鈉鈣玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、堿金屬鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、堿金屬硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、堿金屬鋁硼硅酸鹽玻璃、熔凝二氧化硅玻璃、耐高熱沖擊的玻璃、具有高工作范圍的玻璃、有色玻璃、摻雜玻璃、透明玻璃、半透明玻璃、不透明玻璃及其組合。應(yīng)理解，原料68的組成在原料68的長(zhǎng)度內(nèi)可以改變或變化。例如，可以將具有不同玻璃組成的多個(gè)不同的桿裝載到坩堝44中，使得在將原料68擠出到平移臺(tái)92上的過(guò)程中的不同點(diǎn)處，形成不同玻璃組成。這樣的實(shí)例在形成具有不同組成的不同區(qū)域的玻璃制品112時(shí)可以是有利的。
35.根據(jù)各種示例，原料68的玻璃可以具有長(zhǎng)的工作范圍。玻璃的工作范圍定義為與玻璃開(kāi)始軟化到玻璃太軟而無(wú)法控制的溫度相對(duì)應(yīng)的溫度范圍。換句話(huà)說(shuō)，工作范圍是原料68的粘度足夠低而能夠擠出，但是不會(huì)低到過(guò)分熔化且從噴嘴60滴出的溫度范圍?？梢酝ㄟ^(guò)選擇具有一定的粘度曲線(xiàn)或工作范圍的玻璃，來(lái)指導(dǎo)原料68的玻璃組成的選擇，所述粘度曲線(xiàn)或工作范圍不會(huì)導(dǎo)致繁重的溫度變化而影響粘度。此外，在玻璃組成的選擇過(guò)程中，應(yīng)注意選擇黏度曲線(xiàn)對(duì)溫度變化不太敏感的玻璃，以不會(huì)在短的溫度范圍內(nèi)(例如小于100℃、小于50℃、低于10℃)發(fā)生大的粘度變化。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)為原料62選擇玻璃組成時(shí)，該組成應(yīng)該不難被加熱至流動(dòng)狀態(tài)，而且也應(yīng)不難保持為流動(dòng)狀態(tài)或固體狀態(tài)。在粘度變化中包括節(jié)點(diǎn)(即，在小溫度范圍內(nèi)粘度急劇變化)的玻璃組成對(duì)于系統(tǒng)20的各種啟動(dòng)和停止以及順序事件可以是有利的。原料68的工作范圍可以大于或等于約100℃、150℃、200℃、275℃、300℃、350℃或大于約500℃。在一些示例中，可以將原料68加熱到1000℃、1200℃、1400℃、1600℃、1700℃和/或它們的組合或范圍。例如，可以將原料68加熱到1400℃至1600℃范圍內(nèi)的溫度，例如1450℃至1575℃范圍內(nèi)的溫度。當(dāng)加熱到系統(tǒng)20的操作溫度時(shí)，原料68可表現(xiàn)出小于5000泊、小于4000泊、小于3000泊、小于2000泊、小于1000泊、小于800泊、大于600泊、和/或其組合或范圍的粘度。
36.坩堝44接收原料68。如上所述，坩堝44包括凸緣48、機(jī)筒52、噴嘴60，并限定了孔64。機(jī)筒52可具有大于或等于約10mm、20mm、30mm、34mm、40mm、50mm、100mm、200mm或500mm的內(nèi)直徑。機(jī)筒52可具有大于或等于約1mm、2mm、5mm、10mm、25mm或50mm的厚度。應(yīng)理解的是，機(jī)筒52的厚度可以是用于支撐原料68、承受坩堝44經(jīng)受的壓力、以及承受加熱器72提供的溫度的任何可行的厚度。在各種示例中，坩堝44能夠承受大于600℃、大于800℃、大于1000℃、大于1200℃、大于1400℃、大于1600℃、大于1700℃、小于1800℃、小于1900℃、小于2000℃和/或它們的組合或范圍的溫度，而不會(huì)損壞、變形或以其他方式使坩堝44不能滿(mǎn)足其預(yù)期用途?？?4可以定位在坩堝44的底部，使得原料68在被加熱(例如熔化或以其他方式加熱到其工作溫度)時(shí)可以從孔64被擠出。孔64可具有小于或等于約500mm、125mm、25mm、3mm、1.5mm、0.5mm、或小于約0.1mm的內(nèi)直徑。應(yīng)理解的是，可以根據(jù)玻璃制品112的尺寸(例如，較大的孔64用于較大的玻璃制品112以減少制造時(shí)間)或基于通過(guò)孔64擠出的原料68的期望的珠尺寸，來(lái)改變孔64的直徑。
37.機(jī)筒52的內(nèi)直徑(例如，噴嘴60的入口)與孔64之間的比例可以大于或等于大約1、
1.5、5、10、20或50。噴嘴60可將孔64限定為多種形狀，包括圓形、正方形、三角形、星形、或擠出的原料68的珠的其他所需形狀。此外，噴嘴60可以是動(dòng)態(tài)的，使得孔64的尺寸和/或形狀在系統(tǒng)20的整個(gè)工藝運(yùn)行中可以改變。例如，孔64可以以基本圓形的形狀開(kāi)始，但是可以在整個(gè)工藝的部分過(guò)程中改變?yōu)榫匦位蛉切蔚男螤?，然后任選地返回到圓形。此外，噴嘴60可包括心軸，所述心軸被構(gòu)造成將原料68作為管或其他中空結(jié)構(gòu)擠出。多個(gè)熱電偶122可以通過(guò)噴嘴60、轉(zhuǎn)向節(jié)56和機(jī)筒52附接或以其他方式連接到坩堝44，以在不同點(diǎn)測(cè)量通過(guò)坩堝44的原料68的溫度。
38.坩堝44可由傳導(dǎo)性金屬形成，例如，鉑、銠、鋼、不銹鋼和其他金屬其熔化溫度充分高于原料68的工作范圍。在特定示例中，坩堝44可以由80重量百分比(wt％)的鉑和20wt％的銠合金形成。坩堝44可以由熔點(diǎn)大于原料68的軟化點(diǎn)的金屬形成。也可以基于金屬與玻璃的反應(yīng)性來(lái)選擇坩堝44的金屬。例如，可以使用與原料68不反應(yīng)的金屬。原料68和坩堝44材料之間的反應(yīng)性可以包括在原料68和坩堝44的材料之間的離子或元素的轉(zhuǎn)移，直到原料68和/或坩堝44不適合其預(yù)期目的的程度(例如，屬性或特性改變)。
39.另外地或可替代地，坩堝44可包括一個(gè)或多個(gè)插入物124，插入物124位于機(jī)筒52和原料68之間。插入物124可以由與坩堝44不同的材料形成。插入物124可以采取插入坩堝44中的單獨(dú)部件的形式，和/或采取在坩堝44的內(nèi)表面上的膜或涂層沉積物的形式。通過(guò)分離原料68和坩堝44的材料之間的接觸，使用這樣的插入物124在拓寬可用于坩堝44的材料(例如，原本可能與原料68反應(yīng)的金屬)方面可以是有利的。例如，坩堝44可以由不銹鋼制成，并且位于坩堝44內(nèi)側(cè)的插入物124或膜可以是對(duì)原料68具有低反應(yīng)性的鉑銠合金。也可以基于抗蠕變性來(lái)選擇用于坩堝44的金屬。隨著坩堝44的溫度升高，坩堝44所暴露的環(huán)境可能導(dǎo)致坩堝44的應(yīng)變。因此，可以將具有高抗蠕變性或在高溫下受力時(shí)對(duì)應(yīng)變敏感性低的材料用于坩堝44。
40.根據(jù)各種示例，在系統(tǒng)20的工藝運(yùn)行開(kāi)始時(shí)，可以加工插入坩堝44中的原料68的第一桿，使得原料68的外表面基本上與坩堝44的噴嘴60的內(nèi)表面匹配，使得熱可以更有效地從坩堝44傳遞到原料68。原料68的這種加工可以減少開(kāi)始生產(chǎn)玻璃制品112所需的時(shí)間量。
41.如上所述，增材制造系統(tǒng)20包括加熱器72。加熱器72包括感應(yīng)單元76和感應(yīng)線(xiàn)圈80。感應(yīng)單元76被配置為向感應(yīng)線(xiàn)圈80提供交流電，使得感應(yīng)線(xiàn)圈80可以感應(yīng)加熱坩堝44。換句話(huà)說(shuō)，加熱器72與坩堝44的噴嘴60熱連通。然后，坩堝44的熱被傳遞到原料68以加熱原料68?；谠?8被擠出成為玻璃制品112時(shí)的原料68的期望特性，可以在增材制造系統(tǒng)20的工藝運(yùn)行期間改變由感應(yīng)單元76提供的電量。感應(yīng)線(xiàn)圈80被描繪為圍繞坩堝44的轉(zhuǎn)向節(jié)56，但是應(yīng)理解的是，感應(yīng)線(xiàn)圈80可以沿著坩堝44的長(zhǎng)度定位在多個(gè)位置中。此外，可以沿著坩堝44利用多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈80，以便加熱原料68的各個(gè)位置。感應(yīng)線(xiàn)圈80的使用在提供對(duì)坩堝44和原料68的溫度的幾乎瞬時(shí)控制方面可以是有利的。在一些示例中，可以在坩堝44和感應(yīng)線(xiàn)圈80之間提供傳熱材料，以在坩堝44和感應(yīng)線(xiàn)圈80之間提供直接接觸，同時(shí)保持加熱時(shí)允許坩堝44膨脹的容限距離。應(yīng)了解到，加熱器72的感應(yīng)單元76和感應(yīng)線(xiàn)圈80可以由加熱坩堝44的其他形式代替。例如，加熱器72可以與火焰加熱系統(tǒng)、紅外加熱系統(tǒng)、電阻線(xiàn)圈加熱系統(tǒng)(例如，鎳鉻合金包纏)和其他形式的加熱結(jié)合使用，或被它們?nèi)〈?br/>42.在所描繪的示例中，爐84位于坩堝44下方。坩堝44延伸到爐84的腔體88中。應(yīng)理解
的是，坩堝44可以延伸到爐84中，或者孔64可以與爐84的入口共面。爐84可以在頂部和底部被密封以保持爐84內(nèi)的經(jīng)加熱的環(huán)境。爐84的腔體88可以填充有惰性氣體(例如，與玻璃制品112或原料68不反應(yīng))，或者可以填充有典型的大氣氣體。爐84可以保持足夠高的溫度以使玻璃制品112退火，但低于原料68的工作溫度。爐84的溫度可以足夠高以保持?jǐn)D出的玻璃制品112柔韌性，但又不高到足以允許制品112下垂。在一些示例中，爐84可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)窗口，通過(guò)此窗口可以監(jiān)測(cè)玻璃制品112的生產(chǎn)進(jìn)度。窗口可以是從爐84的側(cè)面切開(kāi)的孔，爐84可以限定孔，和/或可以在孔中設(shè)置觀察窗格，使得可以在對(duì)爐84保持大致封閉的環(huán)境的同時(shí)觀察爐84的內(nèi)部。
43.平移臺(tái)92位于爐84的腔體88內(nèi)。應(yīng)理解的是，平移臺(tái)92可以用任何構(gòu)建表面或基材代替。如上所述，平移臺(tái)92位于爐84內(nèi)以接收或接受擠出的玻璃原料68。應(yīng)了解，可以將部件(例如機(jī)械和/或電氣零件)放置在平移臺(tái)92上并接收原料68，使得玻璃制品112是較大部件的子部件。例如，部件可以是制品(例如，玻璃制品112)的預(yù)制部件，此制品接收原料68，從而得到完成的制品。完成的制品可以是不需要大量后處理的近凈成形或近似最終尺寸的產(chǎn)品。支撐桿96從平移臺(tái)92的底部延伸穿過(guò)腔體88，并從爐84離開(kāi)。支撐桿96與z平臺(tái)100連接，使得平移臺(tái)92可以在z方向上升高和降低。此外，支撐結(jié)構(gòu)24與xy平臺(tái)104連接，使得噴嘴60和平移臺(tái)92可相對(duì)于彼此在x方向、y方向和z方向上移動(dòng)。根據(jù)至少一個(gè)替代示例，支撐結(jié)構(gòu)24可以連接至z平臺(tái)100和xy平臺(tái)104，使得控制器108可以調(diào)節(jié)坩堝44相對(duì)于平移臺(tái)92的運(yùn)動(dòng)。這樣的例子對(duì)于大型玻璃制品112的生產(chǎn)可以是有利的(即，使得不必移動(dòng)大型玻璃制品112)。在另一替代示例中，平移臺(tái)92可以連接至z平臺(tái)100和xy平臺(tái)104，使得控制器108可以調(diào)節(jié)平移臺(tái)92相對(duì)于坩堝44的運(yùn)動(dòng)。這樣的示例對(duì)于較小的玻璃制品112的生產(chǎn)可以是有利的(即，因?yàn)橄鄬?duì)較大的支撐結(jié)構(gòu)24可以保持靜止)。甚至更進(jìn)一步，系統(tǒng)20的全部或部分可以位于爐84內(nèi)，以生產(chǎn)大型玻璃制品112。
44.根據(jù)一些示例，加熱元件126(圖6)可以定位在平移臺(tái)92的底部上。加熱元件126可以在平移臺(tái)92的全部或一部分上延伸。加熱元件126可被配置為加熱平移臺(tái)92的全部或僅一部分(即，在平移臺(tái)92上形成熱區(qū)和冷區(qū))。如此，平移臺(tái)92可以形成經(jīng)加熱的構(gòu)建表面。這種熱區(qū)和冷區(qū)在制造玻璃制品112時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，使其在整個(gè)結(jié)構(gòu)中具有不同的特性。當(dāng)原料68從坩堝44中擠出時(shí)，加熱元件126對(duì)平移臺(tái)92的加熱可減少玻璃制品112的熱沖擊體驗(yàn)。在不包括爐84的增材制造系統(tǒng)20的示例中，或在爐84保持在較低溫度的示例中，加熱元件126的使用可以是有利的。應(yīng)理解的是，在系統(tǒng)20的商業(yè)示例中，平移臺(tái)92可以是傳送帶或被配置為批量生產(chǎn)玻璃制品112的其他裝配線(xiàn)部件的一部分。在這樣的示例中，坩堝44可以被配置為相對(duì)于平移臺(tái)92移動(dòng)。
45.在系統(tǒng)20的操作中，控制器108被構(gòu)造成指示進(jìn)料器組件32在原料68上施加力，以將原料68移動(dòng)到坩堝44中。隨著加熱坩堝44，熱被傳遞給原料68。將原料68加熱到其工作范圍內(nèi)的溫度，使得原料68可以開(kāi)始流過(guò)噴嘴60的孔64。如此，通過(guò)坩堝44的噴嘴60擠出原料68?？梢栽谵D(zhuǎn)向節(jié)56和噴嘴60附近加熱原料68，但是也可以在整個(gè)機(jī)筒52的各點(diǎn)處加熱原料68。原料68作為連續(xù)的材料珠離開(kāi)噴嘴60。然后，原料68接觸平移臺(tái)92或制品的預(yù)制部件，并在擠出時(shí)開(kāi)始“凝結(jié)”或冷卻。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)原料68接觸平移臺(tái)92或制品的預(yù)制部件時(shí)，原料68冷卻并增加粘度，直到原料68固化。
46.在原料68的珠接觸平移臺(tái)92或制品的預(yù)制部件之后，可以使用z平臺(tái)100和/或xy
平臺(tái)104，使平移臺(tái)92開(kāi)始以三維(3d)方式移動(dòng)。如上所述，另外或替代地，坩堝44可相對(duì)于平移臺(tái)92 86移動(dòng)(例如，用于生產(chǎn)大型玻璃制品112)。隨著平移臺(tái)92相對(duì)于噴嘴60移動(dòng)，原料68的珠開(kāi)始延伸通過(guò)空間(即，并隨著延伸而固化)以形成玻璃制品112。換句話(huà)說(shuō)，原料68在擠出時(shí)固化，使得玻璃制品112保持由平移臺(tái)92和噴嘴60的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的形狀。在玻璃制品112的終點(diǎn)，控制器108控制加熱器72以停止坩堝44的加熱，這進(jìn)而使原料68返回到低于其工作范圍的溫度。原料68和坩堝44的溫度的相對(duì)快速降低，除了消除了可能由進(jìn)料器組件32施加的力之外，還造成原料68由于負(fù)壓而吸回到噴嘴60中。此外，進(jìn)料器組件32可將原料68向后拉，造成原料68被吸回到噴嘴60中。原料68的這種快速溫度變化和回彈可以幫助開(kāi)始和停止材料流動(dòng)，并在制品終點(diǎn)減少或消除“毛邊”或從玻璃制品112朝著噴嘴60延伸的細(xì)材料束。此外，除了溫度和/或壓力的變化之外，噴嘴60在運(yùn)行結(jié)束時(shí)(相對(duì)于成形的玻璃制品的終點(diǎn))的快速運(yùn)動(dòng)，還可以從玻璃制品112的終點(diǎn)去除毛邊?？刂破?08可共同控制進(jìn)料器組件32和平移臺(tái)92，以由單個(gè)連續(xù)的原料68的珠、由重迭布置的多個(gè)原料68的珠、或它們的組合，來(lái)產(chǎn)生玻璃制品112。在擠出和/或爐84的較高溫度下，原料68的珠可以合并成無(wú)縫的、光學(xué)透明的多層結(jié)構(gòu)。
47.進(jìn)一步參考圖1至圖8，在各種示例中，系統(tǒng)20包括坩堝44，坩堝44包括機(jī)筒52和噴嘴60。機(jī)筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移臺(tái)92位于坩堝44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。平移臺(tái)92可以在x軸、y軸和z軸中的至少一個(gè)上移動(dòng)。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱能被傳遞到原料68。在各種示例中，加熱器72加熱靠近噴嘴60的原料68以形成熔池(例如玻璃的熔池)。熔池不同于原料68的軟化狀態(tài)。例如，可以通過(guò)將坩堝44和/或原料68加熱到大于與原料68的軟化區(qū)相關(guān)的溫度范圍的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)熔池。與加熱到其軟化區(qū)的原料68相比，熔池能夠在原料68的較低粘度下進(jìn)行打印或擠出。在一些示例中，可通過(guò)重力、動(dòng)水壓力和熔融原料68的粘度(例如玻璃原料的玻璃粘度)中的至少一項(xiàng)，將原料68的熔融部分(例如熔池)擠出噴嘴60。在所描繪的示例中，進(jìn)料器組件32位于坩堝44的機(jī)筒52上方，使得進(jìn)料器組件32將原料68進(jìn)料到機(jī)筒52中。在各種示例中，控制器108被配置為基于與要生產(chǎn)的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)20生成一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。例如，控制器108可以被配置為基于與期望的或?qū)⒁a(chǎn)生的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，來(lái)生成用于平移臺(tái)92的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。然而，應(yīng)考慮噴嘴60可以相對(duì)于平移臺(tái)92移動(dòng)，而不是平移臺(tái)92相對(duì)于噴嘴60移動(dòng)，或者可以將噴嘴60的移動(dòng)與平移臺(tái)92的移動(dòng)組合，以用于制品的生產(chǎn)。在各種示例中，與制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)可以是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)文件，并且由控制器108生成的運(yùn)動(dòng)指令(例如對(duì)于平移臺(tái)92)可以是g代碼(g
?
code)文件。在一些示例中，平移臺(tái)92可以包括真空保持部分128。真空保持部分128可以包括由平移臺(tái)92和輸送管線(xiàn)132限定的通道130。平移臺(tái)92的真空保持部分128可以向平移臺(tái)92的表面134的至少一部分提供負(fù)壓，從而可以將構(gòu)建板保持在平移臺(tái)92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負(fù)壓可以是0kpa、
?
5kpa、
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10kpa、
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15kpa、
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20kpa、
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25kpa、
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30kpa和/或它們的組合或范圍。保留在平移臺(tái)92上的構(gòu)建板可以是制品136的預(yù)制部件。在一些示例中，制品136的預(yù)制部件可以是作為具有顯示品質(zhì)的玻璃件的制品。在各種示例中，由系統(tǒng)20生產(chǎn)的玻璃制品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是物品136的預(yù)制部件，而凸起
部144可以是從系統(tǒng)20擠出的原料68?；蛘?，基部140可以是原料68的一部分，此部分在凸起部144的擠出之前被擠出。換句話(huà)說(shuō)，就時(shí)域而言(即，按時(shí)間順序)，可以在凸起部144的擠出或打印之前擠出或打印基部140。在各種示例中，玻璃制品112可以是基本上透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無(wú)縫或近乎無(wú)縫的方式彼此成為一體。
48.再次參照?qǐng)D1至圖8，在一些示例中，系統(tǒng)20包括坩堝44，坩堝44包括機(jī)筒52和噴嘴60。機(jī)筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移臺(tái)92位于坩堝44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。平移臺(tái)92可以在x軸、y軸和z軸中的至少一個(gè)上移動(dòng)。在各種示例中，平移臺(tái)92可以設(shè)置有真空保持部分128。平移臺(tái)92的真空保持部分128可以向平移臺(tái)92的表面134的至少一部分提供負(fù)壓，從而可以將構(gòu)建板保持在平移臺(tái)92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負(fù)壓可以是0kpa、
?
5kpa、
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10kpa、
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15kpa、
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20kpa、
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25kpa、
?
30kpa和/或它們的組合或范圍。在各種示例中，保持在平移臺(tái)92上的構(gòu)建板可以是制品136的預(yù)制部件。在一些示例中，制品136的預(yù)制部件可以是具有顯示品質(zhì)的玻璃件。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱能被傳遞到原料68。在所描繪的示例中，進(jìn)料器組件32位于坩堝44的機(jī)筒52上方，使得進(jìn)料器組件32將原料68進(jìn)料到機(jī)筒52中。在各種示例中，加熱器72加熱靠近噴嘴60的原料68以形成熔池(例如玻璃的熔池)。熔池不同于原料68的軟化狀態(tài)。例如，可以通過(guò)將坩堝44和/或原料68加熱到大于與原料68的軟化區(qū)相關(guān)的溫度范圍的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)熔池。與加熱到其軟化區(qū)的原料68相比，熔池能夠在原料68的較低粘度下進(jìn)行打印或擠出。在一些示例中，可通過(guò)重力、動(dòng)水壓力和熔融原料68的粘度(例如玻璃原料的玻璃粘度)中的至少一項(xiàng)，將原料68的熔融部分(例如熔池)擠出噴嘴60。在一些示例中，控制器108被配置為基于與要生產(chǎn)的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)20生成一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。例如，控制器108可以被配置為基于與期望的或?qū)⒁a(chǎn)的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，來(lái)生成用于平移臺(tái)92的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。然而，應(yīng)考慮噴嘴60可以相對(duì)于平移臺(tái)92移動(dòng)，而不是平移臺(tái)92相對(duì)于噴嘴60移動(dòng)，或者可以將噴嘴60的移動(dòng)與平移臺(tái)92的移動(dòng)組合，以用于制品的生產(chǎn)。在各種示例中，與制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)可以是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)文件，并且由控制器108生成的運(yùn)動(dòng)指令(例如對(duì)于平移臺(tái)92)可以是g代碼(g
?
code)文件。在各種示例中，由系統(tǒng)20生產(chǎn)的玻璃制品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是制品136的預(yù)制部件，而凸起部144可以是從系統(tǒng)20擠出的原料68?；蛘?，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話(huà)說(shuō)，就時(shí)域而言(即，按時(shí)間順序)，可以在凸起部144的擠出或打印之前擠出或打印基部140。在各種示例中，玻璃制品112可以是基本透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無(wú)縫或近乎無(wú)縫的方式彼此成為一體。
49.進(jìn)一步參考圖1至圖8，在各種示例中，系統(tǒng)20包括坩堝44，坩堝44包括機(jī)筒52和噴嘴60。機(jī)筒52接收原料68，原料68可以是玻璃原料。在所描繪的示例中，平移臺(tái)92位于坩堝44的噴嘴60下方。然而，如上所述，本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。平移臺(tái)92可以在x軸、y軸和z軸中的至少一個(gè)上移動(dòng)。加熱器72與噴嘴60熱連通，使得由加熱器72提供的熱被傳遞到原料68。在所描繪的示例中，進(jìn)料器組件32位于坩堝44的機(jī)筒52上方，使得進(jìn)料器組件32將原料68進(jìn)料到機(jī)筒52中。制品136的預(yù)制部件可定位在平移臺(tái)92上，在此處，原料68的熔融部分(例
如，熔融玻璃原料)通過(guò)噴嘴60擠出并到達(dá)制品136的預(yù)制部件上。在各種示例中，平移臺(tái)92可以包括真空保持部分128。平移臺(tái)92的真空保持部分128可以向平移臺(tái)92的表面的至少一部分提供負(fù)壓，從而可以將構(gòu)建板保持在平移臺(tái)92上。在各種示例中，由真空保持部分128提供的負(fù)壓可以是0kpa、
?
5kpa、
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10kpa、
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15kpa、
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20kpa、
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25kpa、
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30kpa和/或它們的組合或范圍。在各種示例中，保持在平移臺(tái)92上的構(gòu)建板可以是制品136的預(yù)制部件。在一些示例中，制品136的預(yù)制部件可以是具有顯示品質(zhì)的玻璃件。在一些示例中，加熱器72可以在噴嘴60附近加熱原料68(例如玻璃原料)以形成原料68的熔池(例如玻璃熔池)。在各種示例中，可以通過(guò)將坩堝44、原料68和/或熔池加熱到高于原料68的軟化區(qū)的溫度，來(lái)完成熔池的形成。由熔池提供的原料68的熔融部分，可以通過(guò)熔池的重力、動(dòng)水壓力和粘度中的至少一項(xiàng)而從噴嘴60擠出。在各種示例中，控制器108被配置為基于與要生產(chǎn)的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)20生成一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。例如，控制器108可以被配置為基于與期望的或?qū)⒁a(chǎn)的制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，來(lái)生成用于平移臺(tái)92的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)指令。然而，可以預(yù)期的是，噴嘴60可以相對(duì)于平移臺(tái)92移動(dòng)，而不是平移臺(tái)92相對(duì)于噴嘴60移動(dòng)，或者可以將噴嘴60的移動(dòng)與平移臺(tái)92的移動(dòng)組合，以用于制品的生產(chǎn)。在各種示例中，與制品的三維形狀有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)可以是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)文件，并且由控制器108生成的運(yùn)動(dòng)指令(例如對(duì)于平移臺(tái)92)可以是g代碼(g
?
code)文件。在各種示例中，由系統(tǒng)20生產(chǎn)的玻璃制品112可以包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是制品136的預(yù)制部件，而凸起部144可以是從系統(tǒng)20擠出的原料68。或者，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話(huà)說(shuō)，就時(shí)域而言(即，按時(shí)間順序)，可以在凸起部144的擠出或打印之前擠出或打印基部140。在各種示例中，玻璃制品112可以是基本透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無(wú)縫或近乎無(wú)縫的方式彼此成為一體。
50.現(xiàn)在參考圖7至圖9，其描繪了由系統(tǒng)20制造的玻璃制品112的示例。根據(jù)各種示例，玻璃制品112可以是基本透明的和/或無(wú)色的。對(duì)于可見(jiàn)光，玻璃制品112可具有大于約60％、70％、80％、90％或大于約99％的透明度。玻璃制品112由彼此鄰近地?cái)D出以形成玻璃制品112的一個(gè)或多個(gè)珠組成。例如，玻璃制品112可包括延伸通過(guò)三維空間的單個(gè)珠或彼此堆迭的單個(gè)或多個(gè)珠。
51.常規(guī)的增材制造系統(tǒng)通常利用一種或多種非永久性材料來(lái)形成支撐結(jié)構(gòu)。在形成制品之后，可以將非永久性材料蝕刻、熔化和/或燃燒掉，以形成自支撐角α。本文公開(kāi)的系統(tǒng)20能夠在不使用非永久性材料和/或支撐結(jié)構(gòu)的情況下形成制品。玻璃制品112可表現(xiàn)出小于約135
°
、90
°
、45
°
、10
°
或小于約1
°
的彎曲或方向改變。應(yīng)理解的是，玻璃制品102的彎曲或方向改變可以在約0.1
°
至大約359
°
之間。
52.在示例中，玻璃制品112可以由布置成堆迭的多個(gè)玻璃珠形成，以形成三維玻璃制品112。在這樣的示例中，每個(gè)珠可以與相鄰的珠融合。應(yīng)理解的是，盡管被描述為多個(gè)珠，但是玻璃制品112可由折疊或引導(dǎo)回其自身上的單個(gè)連續(xù)珠形成。珠可以在珠的長(zhǎng)度內(nèi)或在多個(gè)點(diǎn)處彼此融合。在這樣的示例中，玻璃制品112可以通過(guò)熔合的珠的堆迭而基本上是透明的。如上所述，擠出的原料68的珠可流入相鄰的珠之間形成的縫隙中，這可增強(qiáng)玻璃制品112的透明度(例如，由于消除了珠之間的空隙)。此外，玻璃制品112可在通過(guò)放置原料68
的珠形成的玻璃制品112內(nèi)限定一個(gè)或多個(gè)空隙。如上所述，通過(guò)將噴嘴60定位或拖動(dòng)到先前放置的原料68的珠中，相對(duì)于常規(guī)的玻璃增材制造技術(shù)，可以使玻璃制品112的堆迭容限最小化。玻璃制品112可具有多種構(gòu)造。例如，玻璃制品112可以形成玻璃封裝裝置(例如，用于電子裝置)、流動(dòng)反應(yīng)器或具有保形冷卻通道的鼻錐。玻璃制品112可以基本或完全沒(méi)有氣泡，并且可以具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)。如上所述，玻璃制品112的組成可以在整個(gè)堆迭中變化(即，在多個(gè)珠或堆迭的單個(gè)珠的示例中變化)和/或在各個(gè)珠之間變化。
53.使用本文提供的公開(kāi)內(nèi)容可以獲得多種優(yōu)點(diǎn)。首先，增材制造系統(tǒng)20可以生產(chǎn)玻璃制品112，玻璃制品112基本上是透明的、無(wú)氣泡的并且具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)。其次，爐84的使用可以防止在玻璃制品112中發(fā)生熱致卷曲，并且可以防止玻璃制品112遭受熱沖擊。第三，可以在玻璃制品112中形成包括管的復(fù)雜設(shè)計(jì)。第四，系統(tǒng)20的改善的啟動(dòng)/停止控制使得玻璃制品112的終點(diǎn)處的一致性增加(例如減少了“毛邊”的產(chǎn)生)。減少毛邊的存在可以允許形成更美觀和復(fù)雜的制品112。第五，系統(tǒng)20可以將原料68的珠擠出到現(xiàn)有部件上，以形成此部件的玻璃部分。第六，原料68的組成和/或性質(zhì)(例如顏色、透明性、抗熱沖擊性等)可在整個(gè)工藝運(yùn)行中改變，使得玻璃制品112的不同部分表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。第七，由于原料68被擠出和固化，可以不需要用于玻璃部件的模具和其他常規(guī)成形技術(shù)，這可以節(jié)省制造、時(shí)間、成本、材料和機(jī)械加工。第八，系統(tǒng)20可縮放以通過(guò)改變坩堝44、噴嘴60和/或進(jìn)料器組件32的尺寸來(lái)生產(chǎn)幾乎任何尺寸的玻璃制品112。第九，使用原料68的桿實(shí)例代替?zhèn)鹘y(tǒng)的纖絲，可以在必須為系統(tǒng)20重新裝載更多原料68的時(shí)間之間有更長(zhǎng)的操作時(shí)間。
54.在各種示例中，平移臺(tái)92可以由抓緊組件(例如鉆夾頭、夾緊特征、鉗狀特征等)代替，抓緊組件利用壓縮力抓緊原料68的一部分。抓緊組件可以向下夾緊在已經(jīng)離開(kāi)噴嘴60并冷卻到剛性或凝固狀態(tài)的擠出原料68上。一旦冷卻的、擠出的原料68已經(jīng)被抓緊組件抓住，則當(dāng)額外的原料68被擠出時(shí)，抓緊組件可以被z平臺(tái)100和/或xy平臺(tái)104移動(dòng)，使得被擠出的原料68承現(xiàn)抓緊組件的運(yùn)動(dòng)所賦予的形狀和尺寸。隨著抓緊組件的運(yùn)動(dòng)賦予形狀和/或尺寸，擠出的原料68開(kāi)始冷卻并變硬，從而保持由抓緊組件的運(yùn)動(dòng)賦予的結(jié)構(gòu)關(guān)系。例如，控制器108可以將經(jīng)上傳的cad文件轉(zhuǎn)換成g代碼，此代碼進(jìn)而指示抓緊組件進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。因此，由擠出的原料68呈現(xiàn)的形狀、結(jié)構(gòu)關(guān)系和/或尺寸可以保持g代碼所指示的形狀，并且最終類(lèi)似于cad文件中的期望結(jié)構(gòu)。這種抓緊組件可以使原料68能夠被擠出，而無(wú)需使用擠出的原料68被打印或擠出于其上的平臺(tái)或基板?？梢栽诒扔糜诖蛴』驍D出到平移臺(tái)92上的坩堝44溫度更低的坩堝44溫度下，用抓緊組件來(lái)產(chǎn)生擠出的原料68制品。例如，坩堝44的溫度可以在1400℃至1500℃的范圍內(nèi)。另外，在通過(guò)使用抓緊組件擠出原料68時(shí)利用的打印或擠出速度，可能比在采用平移臺(tái)92時(shí)利用的打印或擠出速度慢。例如，在采用抓緊組件時(shí)所利用的打印或擠出速度可以小于或等于每秒一毫米(1mm/s)。當(dāng)采用平移臺(tái)92時(shí)所利用的打印或擠出速度可以大于1mm/s、大于2mm/s、大于3mm/s、大于4mm/s、大于5mm/s、大于6mm/s、大于7mm/s、大于8mm/s、大于9mm/s、大于10mm/s、大于11mm/s、大于12mm/s、大于13mm/s、大于14mm/s、大于15mm/s、和/或其組合或范圍。注意到，打印或擠出速度可以根據(jù)原料68的組成、加熱到工作溫度時(shí)原料68的粘度、和/或沉積的珠或線(xiàn)的寬度而變化。通過(guò)以抓緊組件實(shí)例的情況下的較低的速度或速率擠出，允許原料68至少部分地冷卻和/或凝結(jié)，使得擠出的制品保持由抓緊組件的運(yùn)動(dòng)賦予的結(jié)構(gòu)。
55.支撐桿96可設(shè)置有定位在支撐桿96與平移臺(tái)92的下側(cè)之間的連接部分。當(dāng)使用者
期望從使用平移臺(tái)96過(guò)渡到使用替代附件(例如抓緊組件)時(shí)，則使用者可以使耦接部分從平移臺(tái)92和/或支撐桿96松開(kāi)或以其他方式脫離。在一個(gè)特定示例中，一旦平移臺(tái)96被移除，則抓緊組件可以被安裝到支撐桿96上(例如處用連接部分)。在一些示例中，抓緊組件可以是鉆夾頭或類(lèi)鉆夾頭的組件，其中抓緊部(例如抓緊鉗口或抓緊指狀物)可以在垂直方向和/或水平方向上被致動(dòng)。例如，抓緊部可以在縮回位置和伸出位置之間移動(dòng)。當(dāng)處于縮回位置時(shí)，抓緊部可以彼此水平地移位，使得在抓緊部之間限定空間。當(dāng)處于伸出位置時(shí)，抓緊部可以在水平方向上彼此接近或接近，從而減小了在抓握部之間限定的空間。因此，抓緊部可以從縮回位置致動(dòng)到至少部分伸出的位置，以在由抓緊部限定的空間內(nèi)抓緊所擠出的原料68。抓緊部在縮回位置和伸出位置之間的致動(dòng)可以通過(guò)抓緊組件的至少一部分的線(xiàn)性和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，類(lèi)似于鉆夾頭。
56.現(xiàn)在參考圖10，其描繪了操作增材制造系統(tǒng)20以生產(chǎn)玻璃制品112(圖9)的示例性方法200。方法200開(kāi)始于將原料68插入到系統(tǒng)20的坩堝44中的步驟204。相對(duì)于步驟204，原料68可以同時(shí)或循序地連接至進(jìn)料器組件32。接下來(lái)，執(zhí)行加熱坩堝44內(nèi)的玻璃原料68的步驟208。如上所述，加熱器72加熱坩堝44，其進(jìn)而加熱坩堝44內(nèi)的玻璃原料68。加熱器72將原料68加熱到足夠高的溫度，使得原料68在其工作范圍內(nèi)。
57.接下來(lái)，執(zhí)行將玻璃原料68通過(guò)噴嘴60擠出到平移臺(tái)92或制品的預(yù)制部件上的步驟212。在步驟212中，進(jìn)料器組件32可以對(duì)原料68施加足夠的力，以使被加熱到其工作范圍的一部分原料68通過(guò)噴嘴60擠出并到達(dá)平移臺(tái)92上。或者，原料68的粘度可以降低到這樣的程度，使得原料68主要通過(guò)重力、動(dòng)水壓力(例如來(lái)自額外的熔化原料68)和玻璃粘度中的至少一種而被擠出，而不是通過(guò)進(jìn)料器組件32施加的主動(dòng)壓力擠出。將原料68作為珠擠出。控制器108可以控制進(jìn)料器組件32擠出原料68的單個(gè)、連續(xù)的珠或多個(gè)較小的珠。
58.接下來(lái)，執(zhí)行移動(dòng)坩堝44和平移臺(tái)92中的至少一個(gè)的步驟216。如上所述，控制器108被配置為調(diào)節(jié)坩堝44和/或平移臺(tái)92相對(duì)于彼此的位置控制。控制器108被配置為當(dāng)原料68從噴嘴60擠出以形成玻璃制品112時(shí)，移動(dòng)坩堝44和/或平移臺(tái)92?？刂破?08控制坩堝44和/或平移臺(tái)92的位置，使得原料68的珠被放置在平移臺(tái)92或制品的預(yù)制部件上，以構(gòu)建玻璃制品112。在移動(dòng)坩堝44和/或平移臺(tái)92的同時(shí)，控制器108可被配置為將噴嘴60拖動(dòng)通過(guò)先前施加的原料68的珠。可以以小于或等于所沉積的材料層的厚度的大約一半的深度將噴嘴60拖動(dòng)通過(guò)珠。將噴嘴60拖動(dòng)通過(guò)先前沉積的原料68的珠可以有利于幫助涂抹先前放置的原料68的珠并在彼此上下疊置的原料68的珠之間產(chǎn)生更好的粘附。珠之間更好的粘附可以得到更緊密的堆迭容限。
59.接下來(lái)，可以執(zhí)行使玻璃制品112退火的步驟220。玻璃制品112的退火可以在爐84中進(jìn)行。玻璃制品112退火的溫度和時(shí)間可以由控制器108來(lái)調(diào)節(jié)。
60.在各種示例中，方法200可以生產(chǎn)玻璃制品112。由系統(tǒng)20生產(chǎn)的玻璃制品112可包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是制品136的預(yù)制部件，而凸起部144可以是從系統(tǒng)20擠出的原料68?；蛘?，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話(huà)說(shuō)，就時(shí)域而言(即，按時(shí)間順序)，可以在凸起部144的擠出或打印之前擠出或打印基部140。在各種示例中，玻璃制品112可以是基本透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無(wú)縫或近乎無(wú)縫的方式彼此成為一體。
61.應(yīng)理解的是，方法200的步驟可以以任何順序執(zhí)行、重復(fù)、省略和/或同時(shí)執(zhí)行，而不背離本文的教導(dǎo)。
62.現(xiàn)在參考圖11，其描繪了操作增材制造系統(tǒng)20以生產(chǎn)玻璃制品112(圖9)的示例性方法300。方法300可以包括加熱位于包括噴嘴60的坩堝44內(nèi)的原料68(例如，玻璃原料)的步驟304。接下來(lái)，方法300可以前進(jìn)到步驟308：使原料68(例如，玻璃原料)通過(guò)噴嘴60的孔64而作為珠擠出到制品136的預(yù)制部件上。然后，同時(shí)地和/或循序地，方法300可以執(zhí)行在x軸、y軸和z軸中的至少一個(gè)上操縱平移臺(tái)92的步驟312。在各種示例中，方法300可以包括步驟316：向平移臺(tái)92的表面134提供負(fù)壓，使得制品136的預(yù)制部件被保持在平移臺(tái)92上。在一些示例中，加熱位于包括噴嘴60的坩堝44內(nèi)的原料68的步驟304可以進(jìn)一步包括步驟320：將原料68加熱到高于原料68的軟化區(qū)的溫度。在各種示例中，方法300可以進(jìn)一步包括加熱平移臺(tái)92的步驟324。在一些示例中，方法300可以進(jìn)一步包括步驟328：對(duì)通過(guò)操作增材制造系統(tǒng)20來(lái)生產(chǎn)的制品(例如，玻璃制品)進(jìn)行退火。
63.在各種示例中，方法300可以生產(chǎn)玻璃制品112。由系統(tǒng)20生產(chǎn)的玻璃制品112可包括基部140和凸起部144。凸起部144可以延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。例如，凸起部144可以垂直地延伸遠(yuǎn)離基部140的表面148。在各種示例中，基部140可以是制品136的預(yù)制部件，而凸起部144可以是從系統(tǒng)20擠出的原料68?；蛘?，基部140可以是原料68的一部分，此部分在擠出凸起部144之前被擠出。換句話(huà)說(shuō)，就時(shí)域而言(即，按時(shí)間順序)，可以在凸起部144的擠出或打印之前擠出或打印基部140。在各種示例中，玻璃制品112可以是基本透明的。在一些示例中，基部140和凸起部144可以以無(wú)縫或近乎無(wú)縫的方式彼此成為一體。
64.應(yīng)理解的是，方法300的步驟可以以任何順序執(zhí)行、重復(fù)、省略和/或同時(shí)執(zhí)行，而不背離本文的教導(dǎo)。
65.在一些示例中，系統(tǒng)20的第一平移運(yùn)動(dòng)，無(wú)論是移動(dòng)坩堝44還是平移臺(tái)92，都可以是擦拭(wipe)步驟。例如，隨著原料68開(kāi)始擠出，平移臺(tái)92可以移動(dòng)到坩堝44的噴嘴60附近的位置中。然后，平移臺(tái)92可以在平移臺(tái)92的邊緣和/或不用于最終玻璃制品112的基部140的區(qū)域上，“擦拭”離開(kāi)噴嘴60的原料68。接下來(lái)，平移臺(tái)92可在噴嘴60下方移動(dòng)到就緒位置，在此位置處，原料68被擠出到基部140上并且被擠出到基部140的某區(qū)域處，該區(qū)域旨在被包括在最終的玻璃制品112中。擦拭步驟允許制造被打印或擠出的制品，而不會(huì)在玻璃制品112的打印或擠出開(kāi)始時(shí)無(wú)意地沉積或滴入擠出的原料68材料。無(wú)意的大沉積物可能表現(xiàn)為需要移除和/或進(jìn)一步處理玻璃制品112的缺陷。
66.實(shí)施例
67.在圖9中示出了使用玻璃三維打印機(jī)(例如系統(tǒng)20)生產(chǎn)的玻璃結(jié)構(gòu)(例如玻璃制品112)的示例?？梢钥闯?，在玻璃制品112的生產(chǎn)過(guò)程中，擠出的原料68以無(wú)縫的方式粘附到基部140(例如，制品136的預(yù)制部件)和凸起部144的先前放置或擠出的珠上。此結(jié)構(gòu)由單個(gè)連續(xù)的玻璃珠穿過(guò)三維空間并被打印到制品136的預(yù)制部件上形成。當(dāng)擠出的原料68發(fā)生沉積時(shí)，層厚度由噴嘴60與基部140(或先前的擠出層)之間的距離決定。在所示的示例中，擠出層的寬度為3mm，各個(gè)擠出層的厚度或高度為1mm。沉積層的寬度是從坩堝44出發(fā)的線(xiàn)速度和玻璃流速的函數(shù)，其厚度已經(jīng)由平移臺(tái)92相對(duì)于噴嘴60的位置確定。完成的玻璃制品112以近凈形或接近最終尺寸的產(chǎn)品來(lái)提供。因此，諸如磨削和拋光之類(lèi)的后處理步驟被保持在最少，而無(wú)需去除大量材料。相反，執(zhí)行較小的后處理步驟使得玻璃制品112在窄
的尺寸容限內(nèi)，并表現(xiàn)出期望的光學(xué)和/或美學(xué)特性。打印機(jī)使用的進(jìn)給材料(例如，原料68)是玻璃。在所描繪的示例中，制品136的預(yù)制部件是具有顯示品質(zhì)的玻璃件，并且玻璃制品112被制造為用于電子裝置(例如智能手機(jī)、平板電腦、電腦等)的外殼。通過(guò)使用具有顯示品質(zhì)的玻璃件，可以減少額外的處理或加工時(shí)間(例如拋光)，使得不需要對(duì)基部140進(jìn)行拋光或進(jìn)一步加工，而僅對(duì)擠出的凸起部144進(jìn)行進(jìn)一步處理，從而當(dāng)對(duì)玻璃制品112進(jìn)行精整加工時(shí)，節(jié)省了時(shí)間、成本和/或材料。可以將電子裝置的部件組裝在玻璃制品112內(nèi)，并且頂蓋部分可以閉合或以其他方式密封玻璃制品112的外殼，從而保護(hù)電子裝置的組裝后的部件免受碎屑、液體和/或異物的侵入。另外，外殼可以為電子裝置的組裝部件提供額外的保護(hù)，使其免受撞擊(例如掉落)，同時(shí)提供透明或半透明的后表面(當(dāng)由使用者握持或觀看時(shí))，從而可以觀看內(nèi)部部件，或者制造商、提供者或使用者可以展示各種廣告和/或定制內(nèi)容。
68.本領(lǐng)域技術(shù)人員和作出或使用本公開(kāi)的技術(shù)人員能夠?qū)Ρ竟_(kāi)進(jìn)行修改。因此，應(yīng)理解，附圖所示和上文所述的實(shí)施方式僅用于例示的目的，并且不旨在限制本公開(kāi)的范圍，根據(jù)專(zhuān)利法的原則(包括等同原則)所解釋的，本公開(kāi)的范圍由所附權(quán)利要求限定。
69.出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“連接”(以其所有形式：連接的、連接著、相連接等)一般意味著兩個(gè)部件彼此(電氣或機(jī)械地)直接或間接地接合。這種接合本質(zhì)上可以是靜止的或者本質(zhì)上是可移動(dòng)的。這種接合可以通過(guò)兩個(gè)部件(電氣的或機(jī)械的)與任何另外的中間構(gòu)件彼此一體地形成為單個(gè)整體來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)該兩個(gè)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。除非另有說(shuō)明，否則這種接合本質(zhì)上可以是永久性的，或者本質(zhì)上可以是可移除的或可釋放的。