用于赋予印刷材料和印刷品指定特性的增材制造的设备、系统和方法

摘要

所公开的示例性设备、系统和方法提供了通过逐层工艺生产的三维模制件，其中，通过引入电磁能，选择性地熔化各个粉剂层的区域。实施方案包括至少包含热塑性聚氨酯聚合物(TPU)的粉剂层，所述热塑性聚氨酯聚合物(TPU)的粉剂层具有40‑100的邵氏硬度；5‑50MPa的拉伸强度；50‑700％的断裂伸长率；5‑60％的压缩变定；0.9‑1.8g/cc的密度。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月6日提交的美国临时申请No.62/776,332的优先权权益，该申请的名称为：“用于赋予印刷材料和印刷品指定特性的增材制造的设备、系统和方法”，其全部内容通过引用并入本文，如同其全部内容被阐述。

技术领域

本发明涉及增材制造，并且更具体地，涉及用于赋予印刷材料和印刷品指定特性的增材制造的设备、系统和方法。

背景技术

三维(3D)打印是在计算机控制下连接或固化材料以创建三维物体的各种方法中的任何一种。将3D印刷材料“添加”到基材上，例如以添加液体分子或粉末颗粒层或熔融进料的形式添加，并且在印刷材料连续融合到基材上后，形成3D物体。因此，3D打印是增材制造(AM)的子集。

3D打印物体可以具有几乎任何形状(shape)或几何结构(geometry)，并且计算机通常根据数字数据模型或类似的增材制造文件(AMF)来控制执行监督3D物体的创建。通常，这种AMF是逐层的基础上执行的，并且可能包括对用于形成层的其他硬件的控制，例如激光器或热源。

有许多不同的技术用于执行AMF。示例性技术可以包括但不限于：熔融沉积成型(FDM)；立体光刻(SLA)；数字光学处理(DLP)；选区激光烧结(SLS)；选区激光熔化(SLM)；喷墨打印制造(IPM)；层压物体制造(LOM)；多射流熔融(MJF)；高速烧结(HSS)；和电子束熔化(EBM)。

前述方法中的一些熔化或软化印刷材料以产生印刷层。例如，在FDM中，通过挤压小珠子或材料流，并硬化形成层，来制造3D物体。热塑性塑料、金属丝或其它材料的细丝被送入挤出喷嘴头，该喷嘴头通常加热材料并打开和关闭流动。

其它方法，例如激光或类似的基于光束的技术，为了将粉末颗粒融合成层，可以加热或不加热印刷材料，例如印刷粉末。例如，这些方法使用高能激光熔化粉末以产生完全致密的材料，该材料可以具有与常规制造方法类似的机械性能。或者，SLS，例如使用激光将塑料、陶瓷、玻璃、金属或其它材料的颗粒固化并粘合成层以产生3D物体。激光描摹每一层切片进入粉末床的图案，然后床降低，另一层被描摹并粘接在前一层之上。

相反，诸如IPM的其他方法可以通过散布粉末层并在3D物体的横截面中印刷粘合剂来一次一层地创建3D物体。该粘合剂可以使用喷墨类工艺印刷。

对于大多数3D打印需求，在3D产品的质量和可加工性方面标准长丝通常是足够的。然而，特定的3D印刷品需求，有时可能需要可替代的印刷材料。历史上，热塑性弹性体(TPE)经常被用来生产具有特定的、独特的特性的3D印刷品。然而，TPE的柔软性和其它特性可能使其难以与添加剂一起使用，和/或难以向其提供添加剂。

与前述AM印刷工艺相关的现有技术，包括基于粉末的工艺，例如SLM和SLS，仅限于使用与将由印刷工艺生产的给定部件的特性相对应的给定粉末印刷材料。即，每个专用部件都可能具有特定的特性，这些特性规定使用专用的印刷粉末材料来获得具有所需特性的输出部件。例如，这就是前面提到的在离散印刷环境中使用TPE的原因。

因此，已知的印刷方案，例如使用TPE的那些，可以专注于特定的材料及其特性、特定的印刷工艺及其特性，或者在极少情况下专注于最终部件及其特性。因此，现有技术不能提供专注于印刷工艺的多个方面的多个特性的能力，例如输入材料和生产部件的特性，因此是不灵活的。

因此，使用适合用于多种具有不同特性的印刷工艺的粉末印刷材料的灵活性，以及由此生产具有不同特性的不同专用印刷部件的灵活性的需求就存在。

发明内容

所公开的示例性设备、系统和方法提供了通过逐层工艺生产的三维模制件，其中，通过引入电磁能，选择性地熔化各个粉剂层的区域，如本文所用，其包括任何类型的适于执行所公开的制造的能量传递方法。这些实施方案包括至少包含热塑性聚氨酯聚合物(TPU)的粉剂层，例如，其可以提供：30-100的邵氏硬度(Shore A)；5-50MPa的拉伸强度；50-700％的断裂伸长率；5-60％的压缩变定；和0.9-1.8g/cc的密度，或对泡沫部件小于0.7g/cc的密度。应当理解，这些范围仅作为示例提供。

模制件可以包括选自由体育用品、医疗设备、鞋类、充气筏和用于移动设备的外壳组成的组中的一种。该工艺可以包括选区激光烧结(SLS)和选区激光熔化(SLM)中的一种。

所述粉剂层可以进一步包含一种或多种填料。所述一种或多种填料可以包括玻璃珠、玻璃纤维、碳纤维、炭黑、金属氧化物、铜金属、阻燃剂、抗氧化剂、颜料和流动助剂中的至少一种。填料和TPU可以通过逐层工艺形成泡沫层。

所公开的示例性设备、系统和方法还可以提供适于通过在逐层增材制造工艺中使用粉剂来生产三维物体的粉剂，在所述逐层增材制造工艺中，通过引入电磁能，选择性地熔化各个粉剂层的区域。实施方案可以包括热塑性聚氨酯聚合物(TPU)，其具有用于逐层增材制造工艺的热加工窗口，仅作为示例，该热加工窗口在20-55℃的范围内；在160-180℃范围的峰值熔点；95-115℃范围的峰值结晶温度。

因此，所公开的实施方案提供了一种设备、系统和方法，其在适合用于具有不同特性的多种印刷工艺的粉末印刷材料的使用中是灵活的，并且在由此生产具有不同特性的不同专用印刷部件时具有灵活性。

附图说明

所公开的非限制性实施方案和所附的附图关联进行讨论的，附图形成了本发明的一部分，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1示出了增材制造印刷系统；

图2以图形示出了动态扫描量热曲线；

图3示出了示例性印刷材料混合物；以及

图4示出了示例性计算系统。

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地理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，去掉了可以在典型的类似装置、系统和方法中发现的其它方面。本领域的普通技术人员可以认识到，对于实现本文所述的装置、系统和方法，其它元件和/或操作可能是需要的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是公知的，并且因为它们不促进对本发明的更好理解，所以在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本发明被认为固有地包括本领域普通技术人员将已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。

在全文中提供实施方案，使得本发明充分彻底并且将所公开的实施方案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，以提供对本发明的实施方案的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且实施方案可以以不同的形式体现。因此，实施方案不应被解释为限制本发明的范围。如上所述，在一些实施方案中，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。

本文所使用的术语仅是为了描述特定示例性实施方案，而不是为了进行限制。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，除非上下文另有明确指示。术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”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，否则这里描述的方法步骤、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。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤来代替所公开方面或与所方面结合。

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、直接接合到、直接连接到或直接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，在不脱离实施方案的教导的情况下，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。

所公开的设备、系统和方法提供了材料，并且使得能够由那些材料生产增材制造零件，所述增材制造零件具有在现有技术中目前不可获得的性质。此外，实施方案包括在给定一个或多个可用于生产印刷品的过程的情况下，可以匹配和/或关联特定印刷材料、印刷材料填料和印刷品的规范的设计。

更具体地，实施方案提供了可以由热塑性聚氨酯(TPU)聚合物组成或包括热塑性聚氨酯(TPU)聚合物的增材制造“印刷”材料，其中印刷材料表现出可以使具有以前未知特性的部件的增材制造成为可能的特性。实施方案可以为任何以粉末为中心(即，基于粉剂)的增材制造(AM)工艺提供这些基于TPU的印刷材料，如本文通篇所讨论的，以从该AM工艺生产印刷品部件。

TPU是可以向输出对象传递独特特性的印刷材料。基于TPU的印刷材料可以提供优于已知的用于基于粉剂的印刷方法的印刷材料的实质性改进和优点，包括提供优于本文提及的TPE印刷材料的优点。例如，基于TPU的印刷材料可以提供类似橡胶的弹性，耐磨，并且甚至在较低温度下也能表现良好。例如，基于TPU的印刷材料可以用于印刷在应用期间弯曲(bend)或折曲(flex)的印刷品对象，诸如体育用品、医疗设备、鞋类、充气筏和用于移动设备的外壳等。

图1示出了典型的增材制造(AM)系统10，在该图示中，印刷材料12被送入到印刷工艺14中，诸如贯穿全文讨论的粉末/基于粉剂的AM过程，然后，印刷工艺14输出印刷的3D部件16。在实施方案中，印刷材料12可以具有本文讨论的特定特性，所述特性可以允许印刷材料12在任何一个或多个工艺14中的使用，并且由此产生各种类型的输出部件16中的任何一种。例如可以具有本文讨论的特性。

另外，如通篇所引用的，计算系统1100可以执行一个或多个程序/算法1190以控制系统10的一个或多个方面。作为示例，程序1190可以是上文所引用的AMF，并且AMF 1190可以独立地控制至少工艺14。AMF可以附加地控制印刷材料12、化合物12a和/或填料的选择和/或分配，并且可以进一步修改工艺14、印刷材料12等，以便实现用户期望的印刷品16，如以下进一步讨论的。

更具体地，实施方案包括特定的基于TPU的印刷材料12，这些材料12可以包括基础TPU聚合物，例如作为非限制性实例的聚醚基芳族TPU，并且可以另外包括一种或多种添加剂或填料20，例如可以进一步增强整个公开内容中讨论的操作特性和操作窗口，并且例如下面将进一步讨论的。TPU聚合物或其它聚合物可以与添加剂、填料或低密度颗粒如微球混合，并且可以另外包括一种或多种添加剂，如可以进一步增强整个公开内容中讨论的操作特性和操作窗口。混合可以通过高剪切共混、低剪切共混或高剪切和低剪切共混的组合来完成。混合过程可以是干混过程以产生干混物。

为了获得良好的干混物，可以使用高剪切和低剪切混合/共混(mixing/blending)的组合。可以使用高剪切混合器来破碎附聚物并获得混合的流化状态，从而得到干燥的固态。应小心避免高温。与粉末状本体树脂形成添加剂的母料或浓缩物是有利的。然后，通常在低剪切混合机中将浓缩物或母料共混，以分散添加剂并使共混物均化。

在特定的实施方案中，使用基于的TPU聚合物材料12可以提供增强的热加工窗口，包括增强的结晶和熔体/熔体焓(J/g)范围。例如，增强的热处理窗可在30、35或40℃或更高的范围内。即，在实施方案中处理的输入印刷材料12可具有在再结晶温度和熔化温度之间的非常宽的操作窗口。

作为关于这种宽操作窗口的实例，初始材料选择(例如醚/酯、芳族/脂族)可以是第一步。其它步骤可包括将添加剂共混或配混到颗粒中，和/或其它工艺以改进在研磨工艺和实际印刷工艺两者中的加工性。

作为示例，所选的印刷材料12可以是TPU聚合物材料12，其具有在150℃-200℃范围的熔点(Tm)，并且具有160-180℃的峰值Tm，例如约168℃。例如，材料12可提供在87℃-117℃范围的结晶温度(Tcryst)，例如具有在95-115℃范围的峰值Tcryst，例如约102℃。材料12可具有例如117℃-155℃的操作窗口，这表明Tm和Tcryst之间的ΔT为38℃。图2以图形示出了示例性TPU聚合物材料12在10℃/min下的动态扫描量热法(DSC)曲线，所述TPU聚合物材料12适用于印刷工艺14以产生在实施方案中具有本文所述特征的印刷品16。

如本领域技术人员将理解的，具有更大球度(sphericity)的TPU印刷材料12可允许更紧密的AM印刷粉末120的密度，如图3中更详细地所示，并因此提供更小的孔隙率，从而在置于工艺14时改善层间和层内粘合。例如，实施方案中的AM印刷粉末120可由TPU印刷材料12的近球形颗粒组成，例如可具有0.4至1.0的球度，因此可提供堆积密度0.25-3.0g/cc的粉末120。如使用激光衍射测量并以体积报告的，示例性球形颗粒具有10-180μm的分布。更特别地，可以使用30-150μm的粒度分布。

如本文所预期的，这些范围可通过使用特定的研磨方法来实现，例如可使用低温、针磨设计、分级、筛分、抛光步骤或球磨，和/或通过喷雾干燥、气体雾化等方法来加工材料。例如，可以使用现有技术中已知的方法将TPU印刷材料12粉末化成粉末120。

如所提及的，所公开的印刷输入TPU聚合物材料12可以用于基于粉末的AM工艺14，例如其中包括TPU聚合物材料12的AM粉末120可以以目标方式铺展、熔化，并且允许或加工以固化，从而形成连续层，该连续层产生三维输出物体/部件16，该三维输出物体/部件16具有本文所讨论的特征，作为工艺14和输入TPU聚合物材料12两者的象征。工艺14可以包括但不限于：选区激光烧结(SLS)、选区激光熔化(SLM)、选区热烧结(SHS)、高速烧结(HSS)、多射流熔融(MJF)、粘合剂喷射(BJ)、材料喷射(MJ)、层压物体制造(LOM)和本文提及的其它AM技术，和/或本领域技术人员已知的利用热塑性粉末/粉剂的AM技术。本领域技术人员还将理解，可以改进其它AM和类似工艺14以使用本文公开的TPU聚合物材料12，包括但不限于注塑、滚塑、真空模塑、减成制造等。

如上所述，并且现在再次具体参考图3，TPU聚合物材料12中可以包括填料130形成AM粉末120。填料130可以为AM粉末120提供所需的特性，可以实现或改进工艺14的各方面，或可以向输出部件16提供所需的特性，该输出部件16是通过将输入TPU聚合物材料12置于工艺14生产的。此外，填料130可以实现以上关于图2讨论的输入TPU聚合物材料12的特定特性，或可以引起对那些特性的改性，例如提供图2中图示的热加工窗口特性和相关特性。作为非限制性示例，填料130可以包括玻璃珠、玻璃纤维、碳纤维、炭黑、金属氧化物、铜金属、阻燃剂、抗氧化剂、颜料、粉末流动助剂等。

当然，本领域技术人员将理解，可以以将填料130提供给TPU聚合物材料12以包括在AM粉末120中的方式发生预期的变化。例如，可以将填料130加入TPU聚合物材料12中并使用已知的方法混合，或者可以用TPU材料12涂覆或涂覆到其上，例如通过喷雾干燥、桨式干燥、带式干燥、筛网干燥、转化、高剪切混合或使用流化床。TPU聚合物材料12和填料130的组合，例如通过喷雾干燥，可以形成粉末120中的复合颗粒12a，其中复合颗粒12a可以具有根据本文所述特征的外部TPU涂层的性能，但是也具有表明外部TPU涂层内的具有不同性能的内部颗粒的特性。因此，复合颗粒又可以允许输出部分16的特性的变化。

在一个示例性实施方案中，使用高剪切和低剪切混合/共混的组合来混合填料130和TPU聚合物材料12。为了分散干燥固态的颗粒，使用高剪切混合器来破碎附聚物并获得混合的流化状态。应小心避免高温。与粉末状本体树脂形成添加剂的母料或浓缩物是有利的。然后，通常在低剪切混合机中将浓缩物或母料共混，以分散添加剂并使共混物均化。

另外，高剪切混合器可用于用涂料涂覆基础颗粒。可以加热高剪切混合器。例如，高剪切混合器可以从20℃加热到350℃。涂料和基础颗粒可以在混合之前同时添加到高剪切混合器中。或者，可以首先将基础颗粒装入高剪切混合器中，并且高剪切混合器可以在没有涂料的情况下开始混合。可将涂料加入或喷入高剪切混合器中以涂覆预先装载的基础颗粒。高剪切混合器还可以起到将涂料干燥到基础颗粒上的作用。

例如，由填料130和TPU聚合物材料12组成的粉末，即组合的颗粒和/或化合物12a，可以提供具有良好回弹性的轻质的、低密度的印刷输出部件16。如上所讨论的，该示例中的实施方案可以以印刷品16中的更高水平的空隙和孔隙率为目标，使得产生具有期望密度的泡沫，而不是避免孔隙率。这种“TPU泡沫”输出16可以用于各种应用，因为它可以生产在整个单个连续部件中具有所需梯度性能的泡沫部件，同时还为加工中的成品部件14提供正确的尺寸，因为梯度性能是逐层赋予的。

例如，这种TPU泡沫可以用于：鞋中底；鞋垫；鞋类外底；用于车辆内部的整体表皮；床上用品(床垫衬垫、实心床垫芯、普通衬垫)；室内装饰泡沫；家具(垫子、地毯垫、结构泡沫)；绝缘泡沫(建筑物、墙壁/屋顶、窗户/门、气密层密封)；包装泡沫；模拟建筑材料；汽车外部部件(仪表板(facia))；汽车和航空座椅、内部装饰、结构部件、电子器件(封装化合物)；汽车座椅、头枕、扶手、车顶衬里、仪表盘(dashboards)和仪表板(instrumentpanels)；汽车方向盘、保险杠/挡泥板；冷藏/冷冻保温材料；模制品(建筑物和其它)；密封件和垫圈；泡沫芯门、墙壁、面板；衬套；地毯底衬；电子仪器部件；冲浪板；半刚性船体；体育用品(头盔、自行车座椅、衬垫、球拍握把、衬垫、其它刚性体育用品中的填充物)；头戴式耳机；保健(物理治疗模具、定制支架、矫形垫)；枕头；隔音；和车轮(轮椅、自行车、手推车、玩具)。

对于通过上述印刷方法生产的鞋类部件，弹性体化合物输入印刷材料12、120、12a可能是最常见的。用于鞋类的弹性体化合物印刷输入材料12的实例可以包括，作为非限制性实例：苯乙烯嵌段共聚物；热塑性烯烃；弹性体合金；热塑性聚氨酯；热塑性共聚酯；热塑性聚酰胺；乙烯-醋酸乙烯酯；乙丙橡胶；三元乙丙橡胶；聚氨酯；硅酮；多硫化物；和弹性烯烃。

如所提及的，提供给工艺14的TPU聚合物材料12可以产生具有特定所需特性的输出物体16，例如对于输出物16的给定操作环境可以是唯一的，这样的特性可以包括但不限于：作为非限制性实例，优异的耐水解性、高的微生物抗性和细菌抗性、高的熔体稳定性、良好的着色性和低温柔韧性。

因为印刷输出部件16的性质可以基于如通篇讨论的应用于TPU聚合物材料12的AM工艺14而显著变化，所以输出部件16的特性的近似范围是最合适的。例如，输出部分16可以包括30-100的邵氏硬度(Shore A)；2-50MPa的拉伸强度；50-700％的断裂伸长率；5-60％的压缩变定(70小时@23℃)；和对于泡沫部件，小于0.9g/cc的密度。

由TPU聚合物材料12提供的输出产品16，目标在于具有本文所述的特征，并且为技术人员所理解，可以涉及各种行业和部门中的任何一个。作为非限制性示例，这样的行业和部门可以包括工业、消费者、汽车、航空、国防、医疗等。

这样，本文所述处理的输出部件16可以提供指示和/或相关于输入TPU聚合物材料12的相关特性，如本文通篇描述的。作为非限制性实例，可通过使输入材料12和/或输出物16的样品热流动，然后测量热流样品的热特性，例如Tm、Tg、Tcryst、熔化热等，来测量这些特性。同样，红外显微术(infrared microscopy)可以允许识别输入材料和/或输出物体层的对应化学结构的波长。更进一步，可以对TPU聚合物材料12或印刷的TPU泡沫输出物16的样品进行热重量分析或类似分析，并且该分析可以进一步包括例如当样品降解时分解气体的组成的测量。

当然，鉴于输入TPU聚合物材料12和印刷品物体16之间的特性的上述可预期相关性，输出物体16的相关特性可以不仅根据输入TPU聚合物材料12，而且另外基于用于将输入TPU聚合物材料12印刷到输出物体16中的工艺14而依赖性地变化。因此，一个或多个计算程序/算法1190，例如可以包括一个或多个AMF文件；一个或多个输入TPU聚合物材料12、填料120和/或化合物12a选择，和/或一个或多个输入材料特性选择；一个或多个过工艺选择和/或一个或多个工艺特性选择；和/或一个或多个输出16的形状、大小和/或特征选择，可以由计算系统1100执行。例如，这种执行可以根据GUI的指令发生，例如提供TPU输入材料12和/或填料120与特定输出物体特性之间的特定相关性，和/或使用特定的可用输入TPU聚合物材料12，使用可用的工艺14，以特定输出TPU或TPU泡沫对象16的最终生产为目标。这在图4中进行了特别说明。

更具体地，图4描绘了与本文描述的系统和方法相关联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/算法1190，例如应用这里讨论的相关算法的应用程序，并且可以使用数据来执行这样的应用程序1190，所述数据例如材料和与处理有关的数据，其可以被本地或远程地存储1115。

即，(一个或多个)应用程序1190可以从本地或远程存储位置1115获取不同的TPU粉末、填料和化合物；粉末中心工艺；以及输出物体特性。然后，应用程序1190可以允许用户例如使用GUI来选择例如输入材料，并且例如基于用户对输入材料要经受的过程和/或过程特性的选择，为用户提供输出对象特性的各种特性。当然，同样，用户可以选择所需的输出特性，并且可以能够选择一个或多个工艺和/或工艺特性，并且可以使用选定的工艺，获得他所需的选定的输出可能需要的输入材料(包括化合物和/或填料)

更具体地说，示例性计算系统1100的操作主要由计算机可读指令控制，例如存储在计算机可读存储介质中的指令，所述计算机可读存储介质例如硬盘驱动器(HDD)1115、诸如CD或DVD的光盘(未示出)、诸如USB“拇指驱动器”的固态驱动器(未示出)等。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可以利用远程CPU(未示出)的资源，例如通过通信网络1170或一些其它数据通信手段。

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软件中，例如操作系统(OS)、例如上述相关应用的可执行程序等。例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，但也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架构。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来管理对总线的访问。

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。ROMs 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，该功能将系统内的进程隔离开并且将系统进程与用户进程隔离开。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。

此外，计算系统1100可以包含外围通信总线1135，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，例如外围设备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。外围总线的一个例子是外围设备互连(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生成的或应其请求而生成的视觉输出和/或其他呈现，例如以GUI的形式。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可以通过以电子方式通信和传输软件和信息的手段来提供对计算系统1100的用户访问。另外，通信网络1170可以提供分布式处理，其涉及多台计算机以及在执行任务时的共享工作量或协同工作。应当理解，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网络、Wi-Fi、蓝牙、红外等。

应当理解，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，并且不限制本文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，本文描述的发明概念可以在使用各种组件和配置的各种计算环境中实现。

在上述详细描述中，为了本发明的简洁，各种特征可以在各个实施方案中组合在一起。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方案需要比明确记载的特征更多的特征的意图。

此外，提供本发明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方案。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改变。因此，本发明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。