用于三維物體打印期間的測(cè)試圖案形成的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及三維物體打印系統(tǒng)，并且更特別地，涉及在三維物體打印系統(tǒng)的操作期間形成測(cè)試圖案的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維打印也稱為數(shù)字增材制造，是從實(shí)質(zhì)上任何形狀的數(shù)字模型制造三維固體物體的過(guò)程。許多三維打印技術(shù)使用增材過(guò)程，其中在先前淀積的層的頂部上構(gòu)建部件的連續(xù)層。這些技術(shù)中的一些使用噴墨打印，其中一個(gè)或多個(gè)打印頭噴射材料的連續(xù)層。三維打印與主要依賴通過(guò)減材過(guò)程從工件去除材料的傳統(tǒng)物體形成技術(shù)(如切割或鉆孔)可區(qū)分。
[0003]用這些打印機(jī)生產(chǎn)三維物體會(huì)需要數(shù)小時(shí)，對(duì)于一些物體，甚至需要數(shù)天來(lái)生產(chǎn)物體。在用三維打印機(jī)生產(chǎn)三維物體中出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是噴射形成物體的材料滴的打印頭中的噴射器的一致功能性。在物體的打印期間，一個(gè)或多個(gè)噴射器會(huì)通過(guò)與打印頭成角度而不是垂直于打印頭噴射材料、噴射小于噴射器應(yīng)當(dāng)噴射的滴或通過(guò)根本未能噴射任何滴而劣化。遭受這些操作缺陷的任何一個(gè)的噴射器被稱為不工作噴射器。如果一個(gè)或多個(gè)噴射器的操作狀態(tài)在物體的打印期間劣化，則在打印操作完成之前不能評(píng)估打印物體的質(zhì)量。因此，需要數(shù)小時(shí)或多天的打印作業(yè)會(huì)由于打印頭中的不工作噴射器而產(chǎn)生不符合規(guī)范的物體。一旦檢測(cè)到這樣的物體，打印物體報(bào)廢，恢復(fù)程序應(yīng)用于打印頭以恢復(fù)噴射器功能性，并且重復(fù)打印作業(yè)。因此，對(duì)三維物體打印機(jī)的改進(jìn)將是有利的，其在打印操作期間允許識(shí)別不工作噴射器以允許修正不工作噴射器而不引起部分打印物體的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，已開(kāi)發(fā)一種三維物體打印機(jī)，其在三維打印操作期間形成構(gòu)建材料的打印測(cè)試圖案。所述三維物體打印機(jī)包括:構(gòu)件，所述構(gòu)件配置成在三維物體打印過(guò)程期間接收構(gòu)建材料和支撐材料；包括第一多個(gè)噴射器的第一打印頭，所述第一多個(gè)噴射器配置成朝著所述構(gòu)件噴射構(gòu)建材料的滴；支撐材料分配器，所述支撐材料分配器配置成將支撐材料排出到所述構(gòu)件上；圖像傳感器，所述圖像傳感器配置成生成形成于所述構(gòu)件上的構(gòu)建材料和支撐材料的掃描圖像數(shù)據(jù)；以及控制器，所述控制器可操作地連接到所述第一打印頭、所述支撐材料分配器和所述圖像傳感器。所述控制器配置成操作所述支撐材料分配器以在所述構(gòu)件的第一區(qū)域上形成支撐材料的第一層；操作所述第一打印頭中的所述第一多個(gè)噴射器以將構(gòu)建材料的滴的第一預(yù)定圖案的一部分噴射到所述支撐材料的第一層上從而形成第一測(cè)試圖案的第一部分；操作所述圖像傳感器以生成所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；操作所述支撐材料分配器以在所述構(gòu)件的第一區(qū)域上在所述支撐材料的第一層和所述第一測(cè)試圖案的第一部分之上形成支撐材料的至少一個(gè)另外的層；操作所述第一打印頭中的所述第一多個(gè)噴射器以將構(gòu)建材料的滴的第二預(yù)定圖案的一部分噴射到所述至少一個(gè)另外的層上從而形成第一測(cè)試圖案的第二部分；操作所述圖像傳感器以生成所述測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；以及參考所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)和所述第一測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)識(shí)別所述第一打印頭中的至少一個(gè)不工作噴射器。
[0005]在另一實(shí)施例中，已開(kāi)發(fā)一種操作三維物體打印機(jī)以在三維打印操作期間形成構(gòu)建材料的打印測(cè)試圖案的方法。所述方法包括:用控制器操作支撐材料分配器以在構(gòu)件的第一區(qū)域上形成支撐材料的第一層；用所述控制器操作第一打印頭中的第一多個(gè)噴射器以將構(gòu)建材料的滴的第一預(yù)定圖案的一部分噴射到所述支撐材料的第一層上從而形成第一測(cè)試圖案的第一部分；用所述控制器操作圖像傳感器以生成所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；用所述控制器操作所述支撐材料分配器以在所述構(gòu)件的第一區(qū)域上在所述支撐材料的第一層之上形成支撐材料的至少一個(gè)另外的層；用所述控制器操作所述第一打印頭中的所述第一多個(gè)噴射器以將構(gòu)建材料的滴的第二預(yù)定圖案的一部分噴射到所述至少一個(gè)另外的層上從而形成第一測(cè)試圖案的第二部分；用所述控制器操作所述圖像傳感器以生成所述測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；以及用所述控制器參考所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)和所述第一測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)識(shí)別所述第一打印頭中的至少一個(gè)不工作噴射器。
[0006]在另一實(shí)施例中，已開(kāi)發(fā)一種操作三維物體打印機(jī)的方法。所述方法包括:用控制器操作第一打印頭中的第一多個(gè)噴射器以在構(gòu)件的第一區(qū)域上形成第一構(gòu)建材料的第一層；用所述控制器操作第二打印頭中的第二多個(gè)噴射器以將由第二構(gòu)建材料的滴形成的第一預(yù)定圖案的一部分噴射到所述第一構(gòu)建材料的第一層上從而形成第一測(cè)試圖案的第一部分；用所述控制器操作圖像傳感器以生成所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；用所述控制器操作所述第一打印頭中的所述第一多個(gè)噴射器以在所述構(gòu)件的第一區(qū)域上在所述構(gòu)建材料的第一層和所述第一測(cè)試圖案的第一部分之上形成第一構(gòu)建材料的至少一個(gè)另外的層；用所述控制器操作所述第二打印頭中的所述第二多個(gè)噴射器以將第二構(gòu)建材料的滴的第二預(yù)定圖案的一部分噴射到所述第一構(gòu)建材料的至少一個(gè)另外的層上從而形成第一測(cè)試圖案的第二部分；用所述控制器操作所述圖像傳感器以生成所述測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)；以及用所述控制器參考所述第一測(cè)試圖案的第一部分的掃描圖像數(shù)據(jù)和所述第一測(cè)試圖案的第二部分的掃描圖像數(shù)據(jù)識(shí)別所述第一打印頭中的至少一個(gè)不工作噴射器。
【附圖說(shuō)明】
[0007]在結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中解釋在三維物體打印期間形成測(cè)試圖案的裝置或打印機(jī)的前述方面和其它特征。
[0008]圖1是三維物體打印機(jī)的圖示。
[0009]圖2是另一三維物體打印機(jī)的圖示。
[0010]圖3是來(lái)自圖1的支撐材料和構(gòu)建材料的打印測(cè)試圖案的第一堆疊以及構(gòu)建材料和支撐材料的打印圖案的第二堆疊的視圖。
[0011]圖4是包括由多個(gè)打印頭中的噴射器形成的標(biāo)記的預(yù)定圖案的測(cè)試圖案的示例性描繪。
[0012]圖5是用于在打印頭執(zhí)行三維打印操作時(shí)操作三維物體打印機(jī)以形成測(cè)試圖案并且識(shí)別打印頭中的不工作噴射器的過(guò)程的方塊圖。
[0013]圖6是用于在打印頭執(zhí)行三維打印操作時(shí)操作三維物體打印機(jī)以形成測(cè)試圖案并且識(shí)別打印頭中的不工作噴射器的另一過(guò)程的方塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了本文中所公開(kāi)的設(shè)備的環(huán)境以及設(shè)備的細(xì)節(jié)的一般理解，參考附圖。在附圖中，相似的附圖標(biāo)記標(biāo)示相似的要素。
[0015]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“構(gòu)建材料”指的是以液滴的形式從一個(gè)或多個(gè)打印頭中的多個(gè)噴射器噴射以形成在三維物體打印機(jī)中形成的物體中的材料層的材料。構(gòu)建材料的例子包括、但不限于熱塑性塑料、UV可固化聚合物和粘結(jié)劑，其可以被液化以便作為液滴從一個(gè)或多個(gè)打印頭中的噴射器噴射并且隨后硬化成通過(guò)增材三維物體打印過(guò)程形成物體的固體材料。在一些三維物體打印機(jī)實(shí)施例中，多種形式的構(gòu)建材料用于產(chǎn)生物體。在一些實(shí)施例中，具有變化物理或化學(xué)特性的不同構(gòu)建材料形成單個(gè)物體。在其它實(shí)施例中，打印機(jī)配置成噴射單個(gè)類型的構(gòu)建材料的滴，所述構(gòu)建材料通過(guò)包括在構(gòu)建材料中的顏料或其它著色劑包含不同顏色。三維物體打印機(jī)控制具有不同顏色的構(gòu)建材料的滴的噴射以形成具有變化顏色并且可選地在物體的表面上具有打印文字、圖形或其它單色和多色圖案的物體。
[0016]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“支撐材料”指的是在三維物體打印過(guò)程期間從打印頭噴射以穩(wěn)定由構(gòu)建材料形成的物體的另一種材料。例如，當(dāng)三維物體打印機(jī)施加構(gòu)建材料層以形成物體時(shí)，打印機(jī)中的至少一個(gè)打印頭也噴射接合物體的部分的支撐材料層。在用構(gòu)建材料構(gòu)造的物體是完成物體并且被支撐之前支撐材料將構(gòu)建材料的一個(gè)或多個(gè)部段保持就位，原因是物體是單個(gè)物體。使用支撐材料的簡(jiǎn)單例子包括使用三維物體打印機(jī)構(gòu)造手杖。手杖的弓形部分處于物體的頂部，并且在完成手杖中的弓形結(jié)構(gòu)的頂部之前支撐材料為手柄的指向下部分提供支撐。在足夠的構(gòu)建材料存在以將物體保持在一起之前，支撐材料也防止新形成的特征斷裂，并且在硬化過(guò)程完成之前防止未完全固化的構(gòu)建材料的部分流動(dòng)脫位。支撐材料的例子包括、但不限于在打印過(guò)程期間為物體提供支撐并且在打印過(guò)程完成之后可以容易地從物體去除的蠟狀材料。
[0017]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“過(guò)程方向”指的是在三維物體形成過(guò)程期間支撐構(gòu)件移動(dòng)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)打印頭的方向。支撐構(gòu)件在打印過(guò)程期間保持三維物體和伴隨的支撐材料和構(gòu)建材料。在一些實(shí)施例中，支撐構(gòu)件是平面構(gòu)件，如金屬板，而在其它實(shí)施例中支撐構(gòu)件是旋轉(zhuǎn)圓柱形構(gòu)件或具有另一形狀的構(gòu)件，其在三維物體打印過(guò)程期間支撐物體的形成。在一些實(shí)施例中，打印頭保持靜止而支撐構(gòu)件和物體移動(dòng)經(jīng)過(guò)打印頭。在其它實(shí)施例中，打印頭移動(dòng)而支撐構(gòu)件保持靜止。在另外的其它實(shí)施例中，打印頭和支撐構(gòu)件都移動(dòng)。
[0018]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“交叉過(guò)程方向”指的是垂直于過(guò)程方向并且在支撐構(gòu)件的平面中的方向。兩個(gè)或更多個(gè)打印頭中的噴射器在交叉過(guò)程方向上對(duì)齊以允許打印頭的陣列在二維平面區(qū)域上形成構(gòu)建材料和支撐材料的打印圖案。在三維物體打印過(guò)程期間，從對(duì)齊打印頭形成的構(gòu)建材料和支撐材料的連續(xù)層形成三維物體。
[0019]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“z方向”指的是垂直于過(guò)程方向和交叉過(guò)程方向二者并且垂直于支撐構(gòu)件的平面的方向。在三維物體打印過(guò)程的開(kāi)始時(shí)，沿著z方向的分離指的是支撐構(gòu)件和形成構(gòu)建材料和支撐材料的層的打印頭之間的分離的距離。當(dāng)打印頭中的噴射器形成構(gòu)建材料和支撐材料的每個(gè)層時(shí)，打印機(jī)調(diào)節(jié)打印頭和最上層之間的Z方向分離以在打印操作期間保持打印頭和物體的最上層之間的大致恒定距離。在許多三維物體打印機(jī)實(shí)施例中，打印頭和打印材料的最上層之間的Z方向分離保持在較窄公差內(nèi)以允許構(gòu)建材料和支撐材料的噴射滴的一致放置和控制。在一些實(shí)施例中，支撐構(gòu)件在打印操作期間移動(dòng)遠(yuǎn)離打印頭以保持Z方向分離，而在其它實(shí)施例中打印頭移動(dòng)遠(yuǎn)離部分打印物體和支撐構(gòu)件以保持Z方向分離。
[0020]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“不工作噴射器”參考單個(gè)打印頭和多個(gè)打印頭被使用。當(dāng)參考單個(gè)打印頭時(shí)，術(shù)語(yǔ)“不工作噴射器”指的是在三維物體打印操作期間部分或完全未能噴射構(gòu)建材料或支撐材料的滴的噴射器。在一些情況下，不工作噴射器被堵塞并且不能噴射滴或僅僅間歇地噴射滴。在其它情況下，噴射器噴射著陸在支撐構(gòu)件或者構(gòu)建或支撐材料的其它層上的錯(cuò)誤位置的滴。當(dāng)參考兩個(gè)或更多個(gè)打印頭時(shí)，術(shù)語(yǔ)“不工作噴射器”也指的是兩個(gè)或更多個(gè)打印頭的相對(duì)位置之間的對(duì)齊誤差。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“對(duì)齊誤差”指的是兩個(gè)或更多個(gè)打印