專利名稱：局部沉積成型系統(tǒng)中作數(shù)據(jù)操作和系統(tǒng)控制用的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于形成三維(3D)物體和在形成期間支撐這些物體的技術(shù)，較具體地說是關(guān)于快速成原型和加工(Rapid Prototypingand manufacturing，RP&M)中應(yīng)用的技術(shù)，更具體說是關(guān)于用于熱立體平版印刷術(shù)(Thermal Stereolithograpty，TSL)系統(tǒng)、溶凝沉積成型(Fuesd Deposition Modeliug，F(xiàn)DM)系統(tǒng)、或其局部沉積成型(Selective Deposition Modeling，SDM)系統(tǒng)中所用的構(gòu)成和支撐方法和設(shè)備。
背景信息近年來已可采用各種不同措施來實現(xiàn)自動或半自動三維物體產(chǎn)生、即快速成原型和加工(RP&M)，其特點在于每一個均以描述多個形成的和粘附的薄層以層疊狀態(tài)形成的物體的3D計算機數(shù)據(jù)著手進行3D對象的建立。這些薄層有時被稱之為物體的斷面、結(jié)構(gòu)的層、物體層、物體的層或者簡單地稱做層(如果上下文清楚表明適當(dāng)形狀的凝固結(jié)構(gòu)表明是這樣的話)。每一薄層表示此三維物體一個斷面。通常薄層被形成和粘結(jié)到一疊先前形成和粘結(jié)的薄層。在一些RP&M工藝中，已提出的技術(shù)不同于嚴格的一層一層地建立的過程而是一起始薄層僅一部分形成，并在此起始薄層的其余部分之前至少一后續(xù)薄層至少部分地被形成。
按照一個這樣的措施，三維物體的建立是應(yīng)用未凝結(jié)的、可流通材料的相接續(xù)的層加到工作表面，然后以所希望的圖案將這些層經(jīng)受的局部協(xié)合激勵，使得這些層局部地凝固成粘接到先前形成的物體薄層的物體薄層。在這一措施中，材料被加工在工作表面上將不會成為物體薄層部分的區(qū)間和將成為物體薄層的部分的區(qū)間雙方。這一措施的代表是立體平版印刷術(shù)(SL)，如U.S.專利No.4,575,330(Hull)中所述。按照立體平版印刷術(shù)的一個實施例，此協(xié)合激勵來自UV激光的射線，而材料是光聚合物。這一措施的另一例是局部激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)，如U.S專利N0.4,863,538(Deckard)中所述，其中協(xié)合激勵為來自CO2激光器的IR射線，材料是可燒結(jié)的粉末。這種第一個措施可叫做光基立體平版印刷術(shù)。第三例是三維印刷(Three Dimensional Printing，3DP)和直接殼體形成鑄塑(Direct Shell Production Casting，DSPC)，如U.S.專利No.5,340,656和5,204,055(Sachs等)中說明的，其中協(xié)合激勵是化學(xué)粘結(jié)劑(如一種膠)，而材料是由局部施加化學(xué)粘合劑粘合到一起的顆粒構(gòu)成的粉末。
按照第二個這樣的措施，物體的建立是逐個地切蝕具有可希望形狀的物體斷面，并作出大小的片材來形成物體薄層。通常在實踐中，紙板在它們被切割之前被堆疊和粘接到先前切割的紙板，但也可以在堆疊和粘接之間加以切割。這一措施的代表是分層物體加工(Laminated Object Manufacturing，LOM)，如U.S.專利No.4,752,352(Feygin)中所述，其中材料為紙，將紙板切割成所希望形狀和大小的手段是CO2激光。U.S.專利No.5,015,312(Kinzi)也是討論以LOM技術(shù)構(gòu)成物體。
按照第三個這種措施，物體薄層的形成是將未凝固的可流動的材料以可希望圖案有選擇地附著在工作表面上將成為物體薄層的部分的區(qū)間。在有選擇的附著期間或之后將此作局部附著的材料固化，以形成粘接劑前面所形成和疊置的物體薄層上的后續(xù)物體薄層。然后重復(fù)這些步驟以一層一層地連接地建成物體。這種物體形成技術(shù)在種屬上被稱之為局部沉積成型(SDM)。這種措施與第一措施間的主要區(qū)別是材料僅被有選擇地附著在那些將成為物體薄層部分的區(qū)間。這措施的代表是熔凝沉積成型(FDM)，如U.S.專利No.5,121,329和5,340,433(Crump)中所述，其中，材料以可流動狀態(tài)撒布在處于溫度低于材料的可流動溫度的環(huán)境中，再使之冷卻后硬化。U.S專利No.5260,009(Penn)介紹了這種工藝的第二例。第三例是射擊顆粒加工(Ballistic Particle Manufacturing，BPM)，如U.S.專利No.4,665,492，5,134,569和5,216,616(Masters)中說明的，其中，顆粒被定向到特定地點來形成物體斷面。第四例是U.S專利No.5,141,680(Almguist等)中所說明的熱立體平版印刷術(shù)(TSL)。
在應(yīng)用SDM(以及其他RP&M構(gòu)成技術(shù))時，用于生成實用的物體的各種不同方法和設(shè)備的適合程度取決于很多因素。由于這些因素一般不可能同時成為理想的，所以選擇適當(dāng)?shù)募庸ぜ夹g(shù)及與之相關(guān)的方法和設(shè)備要涉及到取決于特定需要和環(huán)境的折衷。一些應(yīng)考慮的因素包括有1)設(shè)備成本，2)運行成本，3)生產(chǎn)速度，4)物體的精確度，5)物體表面光潔度，6)形成物體的材料性質(zhì)，7)物體的預(yù)期的應(yīng)用，8)為獲得不同的材料性質(zhì)作二次處理的可能性，9)應(yīng)用的簡易性和操作人員制約，10)所需或所希望的運行環(huán)境，11)安全性，和12)后處理時間和力量。
在這方面為更有效地構(gòu)成三維物體，早就存在有必要能同時盡可能地優(yōu)化這些參數(shù)。作為第一個例子，在利用第三個措施SDM如上述(例如熱立體平版印刷術(shù))時有必要增加物體的產(chǎn)生速度而同時保持或降低設(shè)備成本。作為第二示例，早就存在著需要能應(yīng)用于辦公室環(huán)境中的低成本RP&M系統(tǒng)。
在SDM以及其他RP&M措施中，通常要求準確地形成的定位工作表面以便能精確地形成和布置外面斷面區(qū)。最先的兩個措施自然地提供在其上面能定位隨后的材料層并形成薄層的工作表面。但由于第三個措施SDM不一定提供工作表面，而面臨著準確地形成和定位隨后的薄層的特別尖銳的問題，在這些薄層含有例如包括在早先撒布的材料方面中的面向外的表面的那樣的區(qū)域的不完全被早先撒布的材料所支撐的區(qū)域。在后續(xù)薄層被置于早先形成的薄層之上的這種典型的構(gòu)成處理中，對于物體的面向下的表面(薄層的面向下部分)這尤其成為問題。這一點可由考慮第三措施理論上僅附著材料在那些將成為對應(yīng)物體薄層的部分的工作表面的區(qū)域中來理解。因此沒有任何可能支撐出現(xiàn)在后續(xù)斷面上的任一面向下表面的工作表面。如有關(guān)基于光的立體平版印刷術(shù)的但也可以應(yīng)用于其他RP&M技術(shù)包括SDM的面向下區(qū)域，以及面向上和連續(xù)的斷面區(qū)域，在U.S.專利No.5345391(Hull)和No.5321633(Snead等)中分別有詳細介紹。在面向下區(qū)域中不存在有早先的薄層，因而不可能形成所要求的支撐功能。同樣，未凝固的材料不可能實現(xiàn)支撐功能，因為按照定義，在此第三措施中這樣材料通常不被放置進將不會成為物體斷面部分的區(qū)域內(nèi)。因這一情況引起的問題可被稱之為“缺少工作表面”的問題。


圖1中說明此“缺少工作表面”問題，它描述采用三維成型方法和設(shè)備構(gòu)成的以數(shù)碼1和2指明的二個薄層。如圖示，置于薄層2上面的薄層1具有二個面向下的表面，以交叉陰影線表示并以數(shù)3和4標明。采用上述的SDM措施，未凝固的材料不會被放置進以數(shù)5和6標明的直接位于面向下的表面之下的體積中。這樣，利用SDM措施就不會有用支撐此二面向下的表面的工作表面。
為解決這一問題已提出過數(shù)種結(jié)構(gòu)方案，但迄今沒有任一個是完全令人滿意的。U.S專利No.4,247,508(Housholder)，No.4,961,154，5,031,120，5,263,130和5,386,500(Pomerantz等)，No.5,136,515(Helinski)，No.5,141,680(Almquist等)，No.5,260,009(Penn)，No.5,287,435(Cohen等)，No.5,362,427(Mitchell)，No.5,398,193(dunghills)，No.5,286,573和5,301,415(prinz等)建議或說明一種這樣的結(jié)構(gòu)方案涉及到利用一種與構(gòu)成物體所用不同的并可假定能易于由其分離(例如說借助具有較低熔點)的支撐材料來充滿面向下的表面之下的體積空間。例如在圖1方面，在用來形成面向下的表面3和4的材料被撒布之前將標以數(shù)5和6的體積填充以支撐材料。
利用二種材料(即構(gòu)成材料和不同的支撐材料)的措施的問題在于，因為效率低、熱消耗的要求、以及與處理和提供支撐，亦即第二種材料相關(guān)的開銷而引起的成本高和麻煩。例如必須提供用于支撐材料的獨立的材料處理和配置。另外，還可能必須要有通過一單個系統(tǒng)來協(xié)同此二種材料的處理和遞送的手段。
U.S.專利No.4,999,143(Hull等)，No.5,216,616(Masters)，和No.5,386,500(Pomerantz等)介紹的一措施是由與構(gòu)成物體所用材料同樣材料總體建立分隔的支撐結(jié)構(gòu)。這種措施產(chǎn)生了眾多的問題。首先一個問題就是不能作成任意高度的支撐結(jié)構(gòu)同時又保證其能容易地由物體分離。其次遇到的問題是無法實現(xiàn)物體與支撐結(jié)構(gòu)之間的易于分離性而在同時保持用于構(gòu)成和支撐面向外的表面的有效的工作表面。第三個問題是不能接近與物體聚集相同的速率在垂直于斷面平面的方向(如垂直方向)上聚集支撐結(jié)構(gòu)(組織)。第四個問題是無法保證容易地可分離性和最小地危害為在其上面支撐作為后續(xù)層的部分的面向下的表面而必須將支撐(結(jié)結(jié))置于其上面的向上的表面。第五項則在于希望增加系統(tǒng)生產(chǎn)率。
作舉例說明，實現(xiàn)易于分離的任務(wù)就要求表面上各支撐結(jié)構(gòu)與物體接觸所經(jīng)過的區(qū)域盡可能地保持很小。另一方面，在Z方向以接近于物體聚集的速率支撐的目標則要求各支撐的斷面區(qū)域盡可能大來得到大的面積-周邊比，由此來使得能有大的目標面積來彌補沉積過程中的任何不確性和限制材料不作垂直積累而橫向擴散的可能，從而能使由于溢出、擴散、脫靶等所引起的供在Z方向上積累的材料的損失降到最少。
而為達到對面向下表面的危害最小的目標則要求支撐間的隔開保持盡可能大以便能使得支撐與物體之間的接觸面積最小。另一方面，為得到用于建立面向下的表面的有效工作表面的任務(wù)則要求隔開距離盡可能小。顯然，同時實現(xiàn)這些目標是有抵觸的。
這一問題在圖2中進行說明，其中與圖1相同的部件被標以相同數(shù)字。如圖示，面向下的表面3通過柱狀支撐7a、7b和7c支撐，而面向下的表面4通過柱狀支撐8a、8b、8c和8d支撐。柱狀支撐7a、7b、7c相互隔開很寬以便減小對面向下的表面3的危害。而且它們各自還被構(gòu)成為通過相對小的表面接觸面向下表面來增大隔離性。另一方面，由于它們很小的斷面表面面積，它們有可能在垂直方向上的聚集足夠快來跟上物體的生產(chǎn)速率。而且由于它們隔離很寬，它們可能無法提供為建立和支撐面向下的表面3的有效工作面。
相反，柱形支撐8a、8b、8c和8d相互較接近以便能提供用于建立和支撐面向下的表面4的較有效的工作面。而且，每一個被構(gòu)成以較大的表面面積以使它們能以近似于物體的生產(chǎn)速率增產(chǎn)。不幸的是，由于它們較接近的距離和較大的斷面面積，這些支撐在它們被去除時將會造成對向下的表面較大危害。
本說明書這一節(jié)中上述應(yīng)用的所有專利均如被作詳細說明的那樣被用作為參考。
這里所列的附錄A提供本發(fā)明某些優(yōu)選實施例中應(yīng)用的優(yōu)選熱立體平版印刷術(shù)的細節(jié)。
以下申請在此如詳細說明那樣結(jié)合作為參考
本申請受讓人，3D系統(tǒng)公司與下列相關(guān)申請(在此結(jié)合用作詳細說明中的參考)同時遞交本申請
按照熱立體平版印刷術(shù)和某些凝沉積成型技術(shù)，三維物體由被熱至可流動而后用撒布器分撒的材料逐層地構(gòu)成。此材料可作為半連續(xù)的材料流由撒布器分撒或者也可以作為單個的液滴加以分撒。在材料被作為半連續(xù)流體分撒的情況中可以理解能容許較不嚴格的工作表面標準，U.S.專利No.5,141,680中介紹了早先的熱平版印刷的實施方案，這里用作為參考。熱平版印刷術(shù)因其特別能采用不起反映的、無毒的材料特別適用于辦公室的環(huán)境中。而且，利用這些材料形成物體的處理無需涉及應(yīng)用射線(如UV射線，IR射線，可見光和/或激光射線)、將材料加熱到易燃溫度(如某些LOM技術(shù)中的沿截面燃燒材料)、活性化學(xué)制品(如單聚物，光聚合物)或有毒化學(xué)制品(如溶劑)、復(fù)制的割蝕機械等等可能產(chǎn)生噪音或在誤操作時造成嚴重危害的因素。而能代之以僅將材料加熱到可流動的溫度再局部地分撒材料和使之冷卻來形成物體。
U.S.專利申請No.08/534,447是針對根據(jù)SDM/TSL原理的優(yōu)選局部沉積(SDM)系統(tǒng)中應(yīng)用的將3D物體數(shù)據(jù)變換成為支撐和物體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)變換技術(shù)。這一參考申請還是針對后述的為控制優(yōu)選SDM/TSL系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)控制、和系統(tǒng)控制技術(shù)。還說明了用于SDM系統(tǒng)以及用于其他RP&M系統(tǒng)的某些替代數(shù)據(jù)操作技術(shù)和控制技術(shù)。
以上引用的U.S專利申請No.08/535,772是針對這里所述的優(yōu)選SDM/TSL系統(tǒng)可采用的優(yōu)選材料。
U.S專利申請No.08/534,477是針對優(yōu)選SDM/TSL系統(tǒng)和某些細節(jié)。還談到一些替換結(jié)構(gòu)。
本申請的受讓人，3D系統(tǒng)公司，也是RP&M領(lǐng)域特別是該領(lǐng)域的光基立體平版印刷術(shù)部分中的許多其他U.S.專利申請和U.S.專利的所有者。這些專利揭示內(nèi)容可與本申請內(nèi)容相結(jié)合來完善SDM物體形成技術(shù)。下列共同擁有的U.S.專利申請和U.S.專利在此如詳細說明的那樣結(jié)合作為參考
<p>發(fā)明概述本發(fā)明實現(xiàn)可單獨地或相組合地用來確定多個與構(gòu)成和支撐利用局部沉積成型技術(shù)形成的物體的多種技術(shù)(方法和設(shè)備)。雖然主要是針對SDM技術(shù)，但后面討論的技術(shù)也可以不同方式(對閱讀本說明的本技術(shù)領(lǐng)域熟悉人士將顯然)應(yīng)用到上述其他的RP&amp;M技術(shù)以提高物體準確度、表面光潔度、建立時間和/或后續(xù)處理力量和時間。而且，這里說明的技術(shù)還可被應(yīng)用到采用一種或多種構(gòu)成和/或支撐材料的局部沉積成型系統(tǒng)，其中一或多種作局部撒布而一些其他的非局部撒布，以及其中可以或不采用升高的溫度來協(xié)助所有或部分的材料的沉積。
此技術(shù)可被應(yīng)用到SDM系統(tǒng)，其中構(gòu)成材料(例如涂料或墨水)為進行撒布而添加溶劑(如水、酒精、丙酮、涂料稀釋液、或其它適合于特定構(gòu)成的溶劑)，其中材料在撒布期間或之后以去除溶劑加以凝固(例如以加熱撒布的材料、將材料撒布進部分被抽空(即真空)的構(gòu)成室內(nèi)、或者簡單地以足夠時間使溶劑蒸發(fā))。替換和/或附加地，構(gòu)成材料(如涂料)在性質(zhì)上可以是觸變的，在此，材料上的切力的增加可被用來協(xié)助其撒布，或者此觸變性可簡單地用于協(xié)助材料在被撒布后保持其形狀。替換或附加地，材料在性質(zhì)上可以是反應(yīng)性的(例如光聚合物，熱聚合物，一或二部分環(huán)氧材料，諸如前述材料之一與蠟或熱塑性材料相組合的組合材料)或者至少在其他材料(如熱石膏和水)組合時可凝固的，其中，在撒布后材料由恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用規(guī)定的激勵(例如，熱、EM射線(可見光、IR、UV、X射線等)、反應(yīng)化學(xué)制品、二部環(huán)氧的第二部分、一組合的第二或多個部分)作出反應(yīng)，在此，構(gòu)成材料和/或材料組合成為凝固的。當(dāng)然，熱立體平版印刷材料和撒布技術(shù)可單獨地或與上述替代物組合利用。而且，可以采用各種不同撒布技術(shù)，例如由單個或多個噴墨裝置包括熱熔噴墨、泡沫噴射等，以及連續(xù)或半連續(xù)流的單個或多個孔擠壓噴嘴或噴頭來作撒布。
因而，本發(fā)明的第一個目的是提供更高精度的物體生成的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第二個目的是提供借助控制物體形成期間的熱環(huán)境減少畸變地生成物體的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第三個目的是提供借助控制材料如何撒布來減少畸變地生成物體的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第四個目的是提供增加物體生成速度的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第五個目的是提供能形成任意高度的物體支撐的支撐結(jié)構(gòu)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第六個目的是提供能取得良好工作表面的支撐結(jié)構(gòu)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第七目的是提供形成易于由物體的面向下的表面去除的支撐結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第八目的是提供在由物體的面向下的表面去除時對其產(chǎn)生最小危害的支撐結(jié)構(gòu)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第九目的是提供由物體去除支撐的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第十目的是提供以接近于物體的重直建立速率的速度重直地建立支撐的支撐結(jié)構(gòu)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第十一目的是提供形成易于由物體面向上的表面去除的支撐結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第十二目的是提供在由的面向上的表面去除時對其危害最小的支撐結(jié)構(gòu)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第十三目的是提供生成與垂直物體表面分離的支撐的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第十四目的是提供為增強物體形成可與其他RP&amp;M技術(shù)相結(jié)合的支撐結(jié)構(gòu)。
所期望的是上述目的可各自由本發(fā)明的不同方面來實現(xiàn)，本發(fā)明的另外的目的在于上述獨立的目的作多種組合以便能由組合技術(shù)得到組合的收益。
本發(fā)明的其他目的由此說明書將會明了。
對附圖的簡要說明圖1表明物體的面向下的表面；圖2表明支撐圖1的面向下的表面的二種支撐結(jié)構(gòu)；圖3為優(yōu)選局部沉積成型/熱立體平版印刷術(shù)系統(tǒng)的主功能部件圖；圖4a和4b表示相對掃描方向不同定向上圖3的打印頭的孔板；圖5為圖3的平面詳細圖示；圖6說明孔板上的相鄰噴嘴和相鄰光刪行間的相對空間；圖7說明定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)分辨率的象素柵格；圖8說明光柵行定向的二垂直例；圖9表明副掃描方向中的沉積傳播的二個示例；圖10a和10b表明主掃描方向的沉積傳播的二個示例；圖11a和11b表明掃描行交錯示例；圖12a和12b表明沿數(shù)掃描行的滴液地點交錯的示例；
圖13a和13b表明沿數(shù)掃描行的滴液地點交錯的另一示例；圖14表明單個的象素棋盤狀沉積模式；圖15表明形成一優(yōu)選支撐結(jié)構(gòu)的3×3柱支撐象素模式；圖16a到16d表明數(shù)種罩印方案；圖17a和17b表明在利用罩印技術(shù)時可能發(fā)生的誤登記問題；圖18表明在圖15的象素利用罩印方式曝光時所得到的沉積區(qū)；圖19表明柱支撐的交替象素模式；圖20表明混合支撐結(jié)構(gòu)；圖21a和21b表明拱式支撐；圖22a～d說明構(gòu)成物體期間沉積材料的交錯實施例；圖23a～h說明采用水平和垂直象素偏移的構(gòu)成實施例；圖24a～d說明降低被間隙分隔的區(qū)間發(fā)生橋接危險的沉積實施例；圖25a～e說明將物體分片、獨立構(gòu)成然后粘接到一起的構(gòu)成技術(shù)；圖26表明優(yōu)選二步光柵掃描和轉(zhuǎn)位模式；圖27a～e表明工作表面與目標位置的不同組合；圖28a表示分叉支撐實施例的側(cè)視圖；圖28b表示分叉支撐另一實施例的側(cè)視圖；圖29a～e表示分叉支撐例的分叉層的頂視圖；圖30a～m表示分叉支撐另一實施例的分叉層頂視圖；圖31a～c表示分叉支撐另一實施例的分叉層的頂視圖；和圖32a～d表示分叉支撐另一實施例的分叉層的頂視圖。優(yōu)選實施例的說明如前面討論的，此申請是針對適宜于局部沉積成型(SDM)系統(tǒng)中所用的支撐技術(shù)和構(gòu)成的技術(shù)。特別是，優(yōu)選的SDM系統(tǒng)為熱立體平版印刷術(shù)(TSL)系統(tǒng)。此優(yōu)選實施例的說明將以說明優(yōu)選的TSL系統(tǒng)說明開始。此優(yōu)選系統(tǒng)、數(shù)字操作技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、材料組成和特性、各種替換的更詳細說明可見與此同時申請的先前引用和相結(jié)合的U.S專利申請NO.08/534,813、08/534,447、08/535,722、和08/534,477，以及3D大綱NO U.S.A.143。而且在多個前面結(jié)合引用的申請和專利中還討論了替代系統(tǒng)，特別是那些引用作為直接相關(guān)的，或者可應(yīng)用于SDM、TSL的或熔凝沉積成型(FDM)。在這方面，后述的支撐結(jié)構(gòu)和構(gòu)成式樣應(yīng)被解釋為可應(yīng)用于多種SDM、TSL和FDM系統(tǒng)而不限于這里說明的系統(tǒng)例子。而且，如前指示的，這些支撐結(jié)構(gòu)和構(gòu)成樣式在其他RP§M技術(shù)中具有實用性。
圖3說明為執(zhí)行SDM/TSL的設(shè)備的優(yōu)選實施例。此設(shè)備包括撒布平臺18、撒布頭9(例如多孔噴墨頭)，其中撒布頭9被置于撒布平臺18上，平面化器11和部分構(gòu)成平臺15。撒布平臺18為一能支撐平面化器11和撒布頭9的水平部件。撒布平臺18通過耦合部件13可滑動地耦合到X架12。此X架12最好由一控制計算機或微處理器(未圖示)控制，控制撒布平臺18能在X方向前后移動，即主掃描方向。
而且在平臺18兩側(cè)要裝有風(fēng)扇，用于垂直向下鼓風(fēng)以邦助冷卻撒布材料14和部分構(gòu)成平臺15以便維持所希望的構(gòu)成溫度。其他適于安裝風(fēng)扇的方案和/或其他冷卻系統(tǒng)包括(但不限于)有為將可蒸發(fā)的液體(如水、酒精、或熔劑)導(dǎo)向到物體表面的霧化裝置，風(fēng)扇安裝在平面化器11與撒布頭9之間的強制冷卻裝置，和安裝在撒布平臺之外的固定或移動風(fēng)扇的強制冷卻裝置。冷卻系統(tǒng)可包括有原或無源散熱技術(shù)，它們可以是結(jié)合溫度傳感裝置由計算機控制的，以維持早先撒布的材料在所希望的構(gòu)成溫度范圍之內(nèi)。其他的冷卻措施包括(但不限于)在材料中混合撒有起黑體幅射器作用的雜質(zhì)，特別是IR頻率，以使得在構(gòu)成過程中熱易于由物體幅射。另外的措施還包括(但不限于)每隔數(shù)層對材料增加導(dǎo)電物質(zhì)，對材料加溶劑，構(gòu)成帶冷卻通道的部分或帶有作冷卻用的埋置基片(例如交織行)，構(gòu)成在玻璃板或聚酯片上。
為冷卻材料或者至少將撒布材料維持在適宜的溫度的其他實施例可以是利用在局部形成的物體上表面引導(dǎo)以溫度調(diào)節(jié)氣體(如空氣這樣的冷卻氣體)，如上面討論的，但它們也可以附加以由表面去除冷卻空氣的控制技術(shù)。這種技術(shù)可以是采用鼓吹和抽吸裝置和交變鼓風(fēng)管(氣體進入管)和抽吸管(氣體排除)。這些管道使得氣體過度加熱而降低有效的冷卻速率之前去除冷卻氣體。被引入在表面上的氣體可被作入冷卻狀態(tài)、作入室溫、或作入某些其他適宜溫度。如作適宜地的組構(gòu)，這些交替的引入去除導(dǎo)管使得能加快掃描速度從而能容許如支撐這樣的脆弱結(jié)構(gòu)的紊流或風(fēng)的畸變。這些導(dǎo)管可被組構(gòu)得提供與打印頭運動相反的方向的空氣流以此來降低進入與部分形成的物體接觸的凈風(fēng)速。與個別管相關(guān)聯(lián)的鼓風(fēng)或抽吸取決于打印頭的運動方向而可以被反向、開通或關(guān)斷。
打印頭9為市場供應(yīng)的打印頭，被組構(gòu)來噴射熱熔墨水，例如熱塑性的或蠟狀材料，被修改用于三維成型系統(tǒng)，其中打印頭經(jīng)受前后運動和加速。打印頭變型包括組構(gòu)于機載留能器上的任何打印頭以使得加速度導(dǎo)致留能器中材料的最小位移。一優(yōu)選實施例包括一96噴嘴市售打印頭(Model NO.HDS96i(spectra Corporation有售，Nashua，Hew Ham Shire))，包含有留能器變型。打印頭由一先前引用的U.S專利申請NO.08/534,477中所述的材料封裝和處理子系統(tǒng)(未圖示)供給可流動狀態(tài)的材料。在此實施例中，噴射頭上的全部96個噴嘴在計算機控制下當(dāng)各噴孔(即噴嘴)以恰當(dāng)?shù)刂糜谌霾家旱卧谒Ｍ奈恢蒙蠒r通過孔板10開始作局部噴射。實踐中，每秒發(fā)出接近12000至16000條命令到各噴嘴，根據(jù)噴嘴位置和為材料沉積所希望的地點有選擇地命令每一噴嘴噴射(撒布液滴)或不噴射(不撒布液滴)。實踐中，噴射命令還同時被發(fā)送到所有噴嘴。由于上面提到的優(yōu)選打印頭含有幾乎100個噴嘴，上述噴射速率導(dǎo)致需要每秒發(fā)送接近1.2到1.6×106發(fā)射命令到打印頭。這樣，打印頭被計算機控制得使得有選擇地噴射噴嘴使得它們通過孔板10中的一或多個孔同時發(fā)射出溶融材料的液滴，當(dāng)然，將可看到在另一優(yōu)選實施例中，可以采用具有不同數(shù)量噴嘴的打印頭，可以有不同的噴射頻率，和在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可能不同時地發(fā)射噴嘴。
為最有效地構(gòu)成三維物體，首先希望所有噴嘴均正確噴射。為保證所有噴嘴正確地噴射或至少要使正確地發(fā)射的噴嘴數(shù)量最大，可采用各種技術(shù)。一個這樣的實施例是每次形成薄層之后檢驗噴嘴。此技術(shù)包含步驟1)形成一薄層；2)通過所有噴嘴噴射以在一張紙上打印測試模式行來檢查噴嘴；3)光學(xué)檢查(通過條碼掃描等)噴嘴是否誤噴射；4)清除噴嘴油污；5)去除剛?cè)霾紝拥恼w(例如采用后述的優(yōu)選平面化器進行加工)；和6)利用包括未填滿的噴嘴的所有噴嘴重新構(gòu)成薄層。
第二實施例具有下列優(yōu)選步驟1)形成一層；2)光學(xué)檢查誤噴射噴嘴；3)重掃描本應(yīng)由誤噴射噴嘴形成的層上的行；4)在剩余的構(gòu)成處理中停止使用誤噴射噴嘴；和5)在彌補誤噴射噴嘴同時掃描后續(xù)層(即以一工作噴嘴作額外通過以覆蓋對應(yīng)于誤噴射噴嘴的行)?？蛇x擇地，周期檢查誤噴射噴嘴是否又開始起功能作用。如果是，此噴嘴即返回操作。另一選擇包括，使誤噴射噴嘴通過再激活例行程序檢查其是否能起功能作用。這可在構(gòu)成處理期間或在系統(tǒng)服務(wù)期間進行。作為另一替代方案，可由跟蹤壓力元件在發(fā)生噴射時的電氣特性來確定一噴嘴是否正確噴射。
第三實施例可以是采用柔性部件由打印頭底部掃清過剩的材料。這一實施例是在所有噴嘴噴射后以一被加熱的橡膠(如VITON)刮板清掃孔板。最好將此刮板置于在其與孔板作相對運動相互通過時能與孔板相接觸，由此產(chǎn)生擦刮操作來由孔板上去除過剩材料而有助于復(fù)元任何不正常工作的噴嘴。另外最好將孔板和刮板配置得相互間有一角度使得任何一次它們相接觸期間僅有孔板的一部分與刮板相接觸，由此來使得刮板加到孔板上的力成為最小。
孔板10被安裝在撒布平臺18上使得材料液滴能由撒布平臺18的下側(cè)發(fā)射。此孔板10如圖4a和4b中所示。在一優(yōu)選實施例中，并如圖4a中所示，孔板10(即孔的行)被安裝成接近于垂直主掃描方向(X-方向)并由N＝96個可各自個別控制的孔構(gòu)成(標以10(1)、10(2)、10(3)......10(96))。每一孔設(shè)置以一壓電元件，在當(dāng)一電啟動脈沖被加到此元件時即使得一壓力波傳過材料。此壓力波使由孔中發(fā)射一滴材料。此96個孔由控制計算機控制，以控制加到各個別孔的啟動脈沖的速率和定時。參看圖4a，此優(yōu)選實施例中相鄰孔間的距離“d”約為8/300英寸(約26.67mils或0.677mm)。這樣，采用96孔，孔板的有效長“D”即約為(N×8/300英寸)＝(96×8/300英寸)＝2.56英寸(65.62mm)。
為精確地構(gòu)成一物體，打印頭必須噴射得使液滴到達特定的“所希望的滴落地點”即液滴被指定要抵達的地點。此所希望的滴落地點按將物體描繪成一系列相互隔開的地區(qū)點的數(shù)據(jù)映象、即象素分布來確定。為使液滴到達所希望的滴落地點，打印頭必須按“所希望的噴射地點”噴射液滴，亦即在一以打印頭至所希望的相對位置，打印頭的速度、和被擠射后質(zhì)粒的彈道特性的“所希望發(fā)射時間”。
在一優(yōu)選實施例中，采用光柵掃描來將打印頭9和孔定位在所希望的地點。各層的打印處理由打印頭9與所希望的滴落即噴射地點之間一系列的相對運動完成。通常打印是在打印頭9作主掃描方向的相對運動中進行的。隨后常常是在一第二(副)掃描方向上作一很小的增量運動但不發(fā)生撒布，后面接著在主掃描方向作回程掃描同時再進行撒布。此主掃描和副掃描的交替過程重復(fù)直至薄層被完全沉積。
替代的優(yōu)選實施例可以在主掃描進行期間作小的副掃描運動。因為通常在沿主和副方向的凈掃描速度間存在很大差別，這種替代方案將仍然得到沿著接近與主掃描方向并行和與副掃描方向垂直的掃描的沉積。再有的替代優(yōu)選實施例可以采用向量掃描技術(shù)或向量掃描和光柵掃描技術(shù)相結(jié)合。
已發(fā)現(xiàn)，液滴在緊接著被由噴嘴孔撒布后與其寬度相比具有一伸長的形狀。此液滴長與寬之比可被定義為液滴的形態(tài)比。還看到這些液滴的形態(tài)比在由噴嘴孔送出時變得較小(即它們在形狀上較呈球面狀的)。
應(yīng)理解，在某些實施例中孔板10與工作表面之間的距離最好足夠大以使得由此射出的液滴當(dāng)它們撞到工作表面時形狀已成為半圓形的。另一方面還應(yīng)理解，這種距離(確定在碰撞前打印過程期間液滴行進的距離)為避免在行進時間增加時可能發(fā)生的準確性問題，應(yīng)當(dāng)最小。實踐中已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)至少90％由孔板發(fā)射的液滴已達到最好小于約1.3，更好小于約1.2，最好是在約1.05與1.1之間的形態(tài)比(亦即由液滴寬被其長除所得的比)時這二個條均可滿意地的滿足。
在替代優(yōu)遠實施例中，打印頭9可被安裝在對主掃描方向的非垂直角度上。這一情形如圖4b中所示，其中打印頭9被安裝在與主掃描方向(如“X”方向)呈“α”角度。在這替換狀態(tài)中，孔間的距離由d降到d′(＝dsinα)，打印頭9的有效長度降至D′＝(Dxsinα)。當(dāng)間距d′等于副掃描方向(接近垂直于主掃描方向的方向)上的所希望的打印分辨率時，此角度α即被看為“指導(dǎo)角”。
如果間距d或d′非所希望的副打印分辨率(即打印頭不在指導(dǎo)角上)則為了優(yōu)化打印一層的效率，必須選擇所希望的分辨率來使得d或d′成為所希望分辨率的整數(shù)倍，同樣，在以α＝90°打印時，噴嘴間的間距即存在于主掃描方向和幅射掃描方向上。這一間隙被定義為d″＝d×cosα。這因而也要求將所希望的主掃描方向打印分辨率被選為d″的整數(shù)倍來優(yōu)化打印效率(這是假定噴射地點被定位于一距形格柵中)。表明這一情況的另一種方法是，角度α被選擇得使α′和/或d″在被適當(dāng)?shù)恼麛?shù)M和P除時產(chǎn)生所希望的主、副掃描分辨率。采用此優(yōu)選打印頭定向(α＝90°)的優(yōu)點在于，它使得在主掃描方向上任何所希望的打印分辨率時均仍可維持在最佳的效率。
在另外的優(yōu)選實施例中，可采用端對端排列(在副掃描方向延伸)和/或背靠背地堆疊(在主掃描方向堆疊)的多重打印頭。在作背靠背堆疊時，打印頭可在主掃描方向?qū)逝帕袊娍滓允顾鼈兇蛴⊥ㄟ^同樣的行，或者將它們相互位移來沿著不同的主掃描行撒布材料。特別是，可以使背靠背打印頭在副掃描方向互相作所希望的光柵行間隔的位移以使得必須進行的主掃描過程次數(shù)最小。在另外優(yōu)選實施例中，規(guī)定沉積位置的數(shù)據(jù)可以不由一矩形柵格中組構(gòu)的象素定位而是代之以某種其他模式(如位移的或交錯的模式)中組構(gòu)為象素定位。較具體說，沉積位置可全部或部分地在層與層之間改變，以便能根據(jù)欲噴射區(qū)間的細節(jié)對整個層或一層的整個部分進行局部象素滴液定位的位移。
本優(yōu)選印刷技術(shù)具有的沉積分辨率在主掃描方向為每英寸300、600和1200滴液和在副掃描方向為每英寸300滴。
參看圖3和5，平面化器11包含一帶紋理形(如被滾花的)表面的被加熱的旋轉(zhuǎn)(如2000rpm)滾柱18a。其功用是熔融、轉(zhuǎn)移和去除前面撒布的材料層(薄層)、以便使之光滑、設(shè)定最后形成的層所希望的厚度，和將最后形成層的上表面設(shè)置到所要求水平。數(shù)碼19指示打印頭剛剛沉積的材料層。旋轉(zhuǎn)滾柱18a被安裝在撒布平臺中以使得它能由平臺的下方突出Z方向上足夠大小以便接觸在所希望水平上的材料19。更重要的是此旋轉(zhuǎn)滾柱18a被安裝得能在被打印頭或孔板的下方清除的平面之下所希望的距離。在孔板自己突出在撒布平臺18之下的情況中，施轉(zhuǎn)滾柱18a將突出在撒布平臺18的更下面。在這一優(yōu)選實施例中，在Z方向孔板下面的突出位于0.5mm至1.0mm的范圍內(nèi)。滾輪伸到撒布平臺18之下的范圍是孔板10與工作表面之間的間距的決定因素。從而，在某些優(yōu)選實施例中，最好平面化器11伸到孔板10之下的范圍不與先前說明的關(guān)于液滴形態(tài)比的條件相抵觸，其中在碰撞后90％的液滴已達到形態(tài)比最好小于約1.3，更好是小于1.2而最理想的是在約1.05～1.1之間。
滾柱的旋轉(zhuǎn)掃清圖中以標號21指明的剛沉積的層的材料，剩留下其尾跡光滑的表面20。材料21粘接到滾柱的刻花表面并被位移直到它觸清除器22。如圖示，清除器22被配置來由滾柱表面有效地“刮除”材料21。清除器最好由VITON構(gòu)成，雖然其他材料，例如能由滾柱表面清除材料的TEFLON也適用。最好此刮除器材料對液化的構(gòu)成材料是非浸潤性的和能足夠耐久地接觸旋轉(zhuǎn)滾柱18a而不被太快地磨損。被清除的材料通過被加熱的臨時管道在吸力作用下被清除到殘料箱(圖中未表示)，在這里它或者被排除掉或者作循環(huán)使用。平面化器殘料箱恒定地保持在真空以便不斷地由平面化器滾柱除去材料。當(dāng)此殘料槽箱裝滿時系統(tǒng)自動反轉(zhuǎn)真空數(shù)秒鐘來向廢棄材料吹除經(jīng)止回閥進入更大的殘料槽。一旦凈空后即恢復(fù)真空和繼續(xù)由平面化器吸進殘料。實踐中，已觀察到被撒布材料的接近10～15％被平面化器去除。雖然大部分優(yōu)選實施例采用旋轉(zhuǎn)、熔融和刮除組合來進行平面化，但可以相信其它實施例可以利用三個中的任一個或它們中兩個的任意組合。
在本實施方案中，滾柱18a在打印頭作每一方向前后移動時單方面旋轉(zhuǎn)(例如以約2000rpm)。在替代實施例中，滾柱18a可根據(jù)在主掃描方向運動期間平臺18向前或后清掃時作成在相對方向旋轉(zhuǎn)。一些實施例可以包括滾柱18a的旋轉(zhuǎn)軸是相對于打印頭的定向軸為離軸的。在其他實施例中還可能采用多于一個的滾柱18a。例如，如果采用二滾柱，可使每一個以不同方向旋轉(zhuǎn)，還可能作垂直定位以使得能在任一給定清掃期間選擇一個參與平面化。
在采用單個打印頭10和滾柱18a時，雖然每一次通過均發(fā)生沉積但僅在打印頭每第二次通過產(chǎn)生一次有效的平面化(即平面化總是發(fā)生在同一方向)。在這些情況下，當(dāng)清掃方向指向一與箭頭由滾柱指向打印頭同樣的方向時發(fā)生平面化。換句話說，當(dāng)清掃方向為使得在部件在主掃描方向經(jīng)過該層時滾柱跟隨打印頭之后即發(fā)生平面化。
其他優(yōu)選實施例可利用單個滾柱，但利用位于滾柱兩列的一或多個打印頭，以使得在二方向上清掃時產(chǎn)生有效的平面化。其他替換實施例可能消除打印頭和平面化滾柱運動間的關(guān)系。這種隔離可能使平面化和撒布操作獨立進行。這樣的隔離可能涉及打印頭清掃方向(如X方向)與滾柱清掃方向(如Y方向)不同。這種隔離還可能使得在平面化步驟之間能形成多層或沉積單個層的多行。
參看圖3a，還表明部分構(gòu)成平臺15。圖中以標號14指定的三維物體或部分在平臺15上構(gòu)成。平臺15可滑動地耦合到在計算機控制下可控制平臺在Y方向(轉(zhuǎn)位方向或副掃描方向)往復(fù)運動的Y構(gòu)架16a和16b。平臺15還耦合到在計算機控制下能控制平臺在Z方向作上下運動(通常在構(gòu)成期間逐漸向下)的Z構(gòu)架17。
為構(gòu)成一部分的一斷面、薄層、或?qū)?，Z構(gòu)架用作使部分構(gòu)成平臺15對打印頭9作相對運動以使部分14的最后構(gòu)成斷面位于打印頭9的孔板10之下適當(dāng)處。而后打印頭9與Y構(gòu)架16a、16b相結(jié)合促成對XY構(gòu)成區(qū)域清掃一或多次(打印頭在X方向前后清掃而Y構(gòu)架16a、16b在Y方向傳送部分地形成的物體)。最后形成的斷面、薄層(即物體的層)、和與之相關(guān)的任何支撐的組合確定為沉積下一薄層和與其相關(guān)的任何支撐的工作表面。在XY方向傳送期間，打印頭9的噴嘴孔以登記方式相對早先撒布的層噴射來按所希望模式和順序沉積材料以構(gòu)成物體的下一薄層。在撒布處理中被撒布材料由平面化器11按上面討論的方式去除。重復(fù)X、Y和Z運動、撒布、和平面化以由多個局部撒布和粘結(jié)層來構(gòu)成物體。而且，平臺15在當(dāng)撒布平臺18的方向處于在完成一掃描后反相過程中時可在Y或Z方向轉(zhuǎn)位。
在一優(yōu)選實施例中，在形成一薄層期間沉積的材料具有等于或稍大于所希望的層厚度的厚度。如上述，沉積的過剩材料被平面化器的操作去除。在這些情況中，層間的實際構(gòu)成厚度不由每層所沉積的材料量確定而是由每層沉積之后平臺所作的向下的垂直增量所確定。如果要求優(yōu)化構(gòu)成速度和/或使浪費的材料量最小，則希望沉積過程中剔除盡可能少的材料。材料的剔除越少，各薄層越厚而物體構(gòu)成越快。另一方面如果使層厚、亦即Z增量太大，則至少與某些滴液地點相關(guān)的構(gòu)成量將開始滯后于所希望的水平。這種滯后將導(dǎo)致實際的物理工作表面處于與所希望工作表面的不同的位置，并可能導(dǎo)致形成不平整的工作表面。位置上的差異可能導(dǎo)致因飛濺時間長于預(yù)期的而引起液滴的XY錯位，并進而可能導(dǎo)致物體外形的垂直錯位，這發(fā)生在實際工作表面的錯位時層的開始或結(jié)束。因此在某些實旋例中希望優(yōu)化垂直方向上層的增量。
為確定理想的Z軸增量，可采用一累加診斷部分。這一技術(shù)最好是構(gòu)成逐步增大Z增量的一或多個測試部分的層，測量所形成的外形的高，并確定怎樣的Z增量取得正確數(shù)量的形成高度(即垂直累加)和怎樣的Z增量使得形成高度滯后于所希望的量。可以預(yù)料，層增量(即Z增量)達到某一值(即最大可接收的值)將產(chǎn)生構(gòu)成物體的水平等各個層數(shù)與各層厚的乘積所預(yù)定的水平。在增量超過此最大可接收的值之后，物體的構(gòu)成水平將會達不到層數(shù)與各層厚之積所預(yù)計的值。換句話說，診斷部分的上表面的平面化可能喪失(表明某些滴液地點可能接收足夠的材料而其他的則否)。檢查此診斷部分，就可試驗確定最大可接受的Z增量值。然后即可選擇此最佳Z增量值作為這一最大可接收的值，或者可將之選擇為稍低于這一最大值的某種厚度。由于知道不同的構(gòu)成和支撐樣式在垂直方向以不同的速率累積，可針對各個構(gòu)成樣式和支撐樣式進行上述試驗，由此而能選擇對不同樣式的組合的最佳Z增量，使其不厚于任一對各種樣式個別地確定的最大值。
而撒布頭在跟蹤一給定的掃描行時，可僅在通過此掃描行的部分上時保持基本恒定的速度。在掃描的其余部分，打印頭9可以加速或減速。按照如何控制嘴的噴射，這有可能或者不會引起在運動的加速和減速階段過度構(gòu)成的問題。在速度變更可能引起累積速率上的問題的情況下，可將該部分或支撐構(gòu)成限定于打印頭具有基本恒定速度的掃描行的部分。換言之，如對應(yīng)于3D大綱NO.USA143的同時遞交的US專利申請中討論的，可采用一噴射控制方案使得能在掃描行的加速或減速部分準確地沉積。
如前面指出的，在某些優(yōu)選實施例中，打印頭9被指引來跟蹤一光柵模式。圖6中表明其一例。如圖示，此光柵模式由一系統(tǒng)光柵行(或掃描行)R(1)、R(2)......R(N)組成，在X方向，即主掃描方向運行并沿Y方向(即轉(zhuǎn)位方向或副掃描方向)布置(即隔開)。光柵行相互隔開距離d，在一優(yōu)選實施例中為1/300英寸(約3.3mils或83.8μm)。由于打印頭9的孔相隔距離d，它如上面討論的最好約26.67mils(0.6774μm)，并由于所希望的光柵行數(shù)可在轉(zhuǎn)位方向延伸一大于孔板10長度的距離，約2.56英寸(65.02mm)，打印頭9必定在工作表面上被通過數(shù)次過程清掃以便能跟隨所有所希望的光柵行。
這最好以下面的二步驟處理來完成。第一步，打印頭在主掃描方向在工作表面上通過8次，此時Y構(gòu)架16a、16b在每次主掃描方向上通過一次之后即在副掃描方向上轉(zhuǎn)位d。第二步，Y構(gòu)架16a、16b轉(zhuǎn)位等于孔板10的長度的距離(2.5600英寸+d(0.0267)英寸)＝2.5867英寸(65.70mm)。然后重復(fù)此二步驟處理直到所有所希望的光柵引均被跟蹤掃過為止。
例如說，在第一次通過時，打印頭9可能被導(dǎo)向到跟蹤光柵行R(1)(經(jīng)由圖4中的孔10(1))、R(9)(經(jīng)由孔10(2))、R(7)(經(jīng)由孔10(3))等等。Y構(gòu)架16a、16b然后將被指引來在轉(zhuǎn)位方向上移動構(gòu)成平臺18距離dr(一光柵行)。下一次通過時，打印頭9可被導(dǎo)向到跟蹤R(2)(經(jīng)由10(1)、R(10)(經(jīng)由10(2))、R(7)(經(jīng)由10(3))等。在每次通過之后Y構(gòu)架16a、16b轉(zhuǎn)位距離dr再進行6次通過直至進行總共8次通過。
執(zhí)行第一步之后(由8次通過構(gòu)成)，如還有光柵行需要跟蹤即進行第二步。第二步包括使Y構(gòu)架移動構(gòu)成平臺等于孔板的全長10+dr，2.5867英寸(65.70mm)。如需要，包括第一步驟的另一組8次通過在另一第二步驟之后執(zhí)行。然后重復(fù)上述二步驟過程直至所有光柵行被掃完。
圖26表明此二步驟處理的示例，其中打印頭由二個噴嘴構(gòu)成，此二噴嘴相互被分開8個光柵行間距。以第一噴嘴被置于位置201和第二噴嘴被置于位置301中開始斷面掃描。掃描處理的第一步驟開始以分別由第一和第二噴嘴在被指定方向掃描光柵行211和311。作為第一步驟的部分，光柵行211和311的初始掃描后跟以如元件221和321指明的一光柵行寬的轉(zhuǎn)位增量。繼續(xù)作為第一步驟的部分，初始光柵掃描和轉(zhuǎn)位增量后跟以被隔開以6個多一光柵行寬轉(zhuǎn)位增量(表明為元件對222和322、223和323、224和324、225和325、226和326、及227和327)的再7個光柵掃描(表明為行對212和312、213和313、214和314、215和315、216和316、217和317、及218和318)。緊接掃描光柵行對218和318之后進行第二步驟處理，按照光柵行228和229的方向和長度打印頭作Y方向轉(zhuǎn)位。此轉(zhuǎn)位長度等于打印頭寬(即在此例中為8光柵行寬)再加一個光柵行的寬。在此大增量之后，重復(fù)第一步和第二步所需的次數(shù)來完成此特定的正在形成中的斷面的掃描。對本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員將很顯見，此二步驟掃描技術(shù)也可在替代實施例中以其他方式完成。例如，第二步驟可以不以由元件228和328所指明的Y中的正轉(zhuǎn)位增量組成，而是由如元件330所指明的Y中的大的負增量組成(即3打印頭寬減去1光柵行寬)。
此優(yōu)選實施例可概括包含以下特點1)轉(zhuǎn)位方向上相鄰噴嘴間的間隔為在接近垂直于轉(zhuǎn)位方向的打印方向中延伸的相鄰沉積行間的所希望的間隔(dr)的整數(shù)(N)倍；2)第一步驟包括執(zhí)行打印方向中的多次通過(N)，其中每一次通過在轉(zhuǎn)位方向上位移相鄰沉積行間所希望的間隙(dr)；3)第二步驟包括在轉(zhuǎn)位方向使打印頭9偏移一很大的量以使得噴嘴能在另外的通過中沉積材料，其中相繼的通過被一光柵行轉(zhuǎn)位增量分隔，此后在需要時將作另一大的轉(zhuǎn)位增量。在大多數(shù)優(yōu)實施例中，第二步驟的轉(zhuǎn)位量將等于第一噴嘴與最后噴嘴的間隔加相鄰沉積行之間所希望間隔之和(即N×J+dr，其中J為打印頭9上的噴嘴數(shù))。
如上例指出的，其他的第二步驟轉(zhuǎn)位量也是可能的。例如，負第二步驟增量(與第一步驟中所用的轉(zhuǎn)位增量的相反方向)等于打印頭寬加相繼噴嘴間寬的二倍之積的和減一光柵行間隔的寬。在另外的實施例中，可能利用改變的或在正、負值間往復(fù)交替的第二步驟轉(zhuǎn)位量。在這些實施例中第二步驟增量值具有共同特征，大于第一步驟中所用的個別轉(zhuǎn)位量。
在其他優(yōu)選實施例中可采用另外的單個或多個步驟轉(zhuǎn)位模式。轉(zhuǎn)位方向增量可一般作成包含具有Y軸上負的和正的移動雙方的增量。這可由掃描最初被跳越的光柵行來完成。這將在涉及到被稱為“隔行掃描”的技術(shù)中進一步討論。
在某些優(yōu)選實施例中，墨水噴頭的噴射由保持在控制計算機或其他存儲裝置中的矩形位圖、即象素位置進行控制。位圖包括存儲器單元柵格，其中每個存儲器單元對應(yīng)于工作表面的一個象素，且其中此網(wǎng)格的行在主掃描方向(X方向)延伸而網(wǎng)格的列在副掃描方向(Y方向)延伸。行(沿Y方向的間隔)的寬(行間距離)可能與列(沿X方向的間隔)的寬(或長度或之間的距離)不同，要求在X和Y方向或?qū)又g可能存在不均勻大小的象素，其中象素寬或長之一或兩者隨象素位置而改變。在再一些其他優(yōu)選實施例中另外的象素排列模式也可能。例如相鄰行上的象素在主掃描方向位移象素間的間隔的部分值以使得它們的中心點不與相鄰行中的象素的中心點對準。此部分值可以是1/2以使它們的中心點與相鄰行的象素邊界對準。它可是1/3、1/4或一些其他的值以使得能在象素模式再次在后續(xù)層上重排列這前有二個或更多的中間層。在再有的替代中，象素排列可取決于被撒布的物體或支撐的幾何形狀。例如，當(dāng)在形成一被認為橋接支撐柱之間的間隙的支撐模式的部分或在當(dāng)形成一物體的面向下部分時可能希望位移象素排列。這些和其他替換象素排列方案可由修改象素組構(gòu)、或者定義較高分辨率象素配置(在X和/或Y中)并利用不在每一象素地點噴射而是在可能按照所希望的隨機的、預(yù)定的或物體偏置模式而變化的被選擇的隔開的象素地點噴射來實現(xiàn)。
主掃描方向的數(shù)據(jù)分辨率可按主方向象素(Main DirectionPixels，MDP)定義。MDP可由象素長度或由每單位長的象素數(shù)量來描述。在一些優(yōu)選實施例中，MDP＝300象素/英寸(26.67mils/象素或677.μm/象素)。在其他優(yōu)選實施例中，MDP＝1200象素/英寸。當(dāng)然，按照希望可采用任何其他MDP值。同樣，副掃描方向中的數(shù)據(jù)分辨率可按副方向象素(Secondary Direction Pixels，SDP)定義。而SDP可由象素寬或由每單位長度象素數(shù)量來描述。在某些優(yōu)選實施例中SDP＝MDP＝300象素/英寸(26.67mils/象素或67.74μm/象素)。SDP可以等于或不等于光柵行間的間距，而MDP可能等于或不等于沿各光柵行的相繼滴液地點之間的間隔。相繼光柵行間的間隔可被定義為副滴液地點(Secondary Drop Location，SDL)，而沿每個光柵行的相繼滴液地點之間的距離可定義為主滴液地點(MDL)。與SDP和MDP相似，SDL和MDL，可按每單位長的滴液或滴液間隔定義。
如果SDP＝SPL，沿副掃描方向的數(shù)據(jù)和滴液地點間存在著一對一的對應(yīng)的關(guān)系，象素間距等于光柵行間距。如MDP＝MPL，沿主掃描方向的數(shù)據(jù)和滴液地點間存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。
如果SDL和/或MDL各自大于SDP和/或MDP則需要噴射比數(shù)據(jù)存在需要的更多的滴液，從而各象素將必須被用來控制多于一個滴液的噴滴。這些額外液滴的撒布可由相繼象素的中心之間的中間點撒布液滴(即中間滴液“ID”)或者直接在象素中央頂部(即直接滴液“DD”)來進行。在此二種情況下這種技術(shù)稱之為“罩印”，并導(dǎo)致較快的材料構(gòu)成和緩和涉及最大掃描速度和加速度的機械設(shè)計的限制，因為在較慢地移動打印頭和/或物體時能進行同樣的Z構(gòu)成。圖16a～d表明ID罩印與非罩印即DD罩印中的差異。圖16a表明在打印頭在方向64上運動時單個滴液60被沉積和相應(yīng)的圍繞它的凝固區(qū)62。另一方面，圖16b表明在打印頭在方向64上運動時同一區(qū)的被處理但是采用ID罩印技術(shù)，在此與單個數(shù)據(jù)點相關(guān)地沉積二滴液60和66。為此二滴液充滿的沉積區(qū)表示為區(qū)68。圖16c表示對4滴液ID罩印方案的類似情形，其中滴液被標以數(shù)碼60、70、66和72，沉積區(qū)被指明為76，其中掃描方向仍然表明為64。圖16d表明對一行象素78、80、82、84、86和88的類似情況，其中數(shù)碼90表明無罩印的沉積區(qū)的長度，數(shù)碼92表明當(dāng)采用4個滴液ID罩印技術(shù)時的沉積區(qū)長度。以上可總括地說ID罩印將約1/2至1以下的附加象素長加到采用它的任何區(qū)域。當(dāng)然，采用的罩印滴液越多，象素區(qū)的垂直生成就越多。
如果SDL和/或MDL各自少于SDP和/或MDP，滴液將在少于存在數(shù)據(jù)的地點噴射，至少對于打印頭一給定的通過。這種數(shù)據(jù)情況可被用于實現(xiàn)上述的偏移象素和/或非均勻大小的象素技術(shù)。
圖7表明一N行乘M列的網(wǎng)格，如圖示，網(wǎng)格中的行標以R(1)、R(2)......R(N)，而網(wǎng)格中的列被標以C(1)、C(2)、......C(M)。并表示由象素組成的此網(wǎng)格。它們標以P(1，1)、P(1，2)......P(M，N)。
為構(gòu)成橫斷面，首先以代表所希望斷面(以及希望構(gòu)成的任何支撐)的數(shù)據(jù)裝載位圖。假定如某些優(yōu)選實施例那樣，采用單一的構(gòu)成和支撐材料。如果希望沉積材料在一給定象素地點，則對應(yīng)于該地點的存儲器單元適當(dāng)?shù)丶右詷擞?例如標以二進制“1”)而如果無材料要沉積即采用相反標記(例如二進制“0”)。如采用多種，對應(yīng)于沉積方的單元被適當(dāng)?shù)丶右詷擞浺灾该鞑粌H滴液地點方而且要沉積的材料類型。為便于作數(shù)據(jù)處理，可將定義對象或支撐區(qū)的壓縮數(shù)據(jù)(例如同時提交的對應(yīng)于3D系統(tǒng)大概NO.USA.143的US專利申請NO——中說明的定義沿各光柵行的通——斷位置點的RLE數(shù)據(jù))與欲被用于特定區(qū)的一填充模式說明(例如象Docket USA143中說明的style文件信息)進行邏輯運算以推演用于使撒布噴嘴噴射的最終位圖表達式。噴嘴的實際控制可由隨后被修正的位圖管理，此圖含有已作時滯的或被修改以使得能更有效地傳送數(shù)據(jù)到噴射控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些內(nèi)容在基于3D系統(tǒng)大概USA143的U.S專利申請中有進一步說明。而后構(gòu)成網(wǎng)格的光柵行以先前討論的狀態(tài)分布到多個孔。特定的孔被指定在對應(yīng)于所希望滴液地點即象素位置噴射或不噴射(取決于位圖中對應(yīng)單元如何被加以標記)。
如以上討論的，打印頭9能以許多不同分辨率沉積液滴。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例中，SDP＝SDL＝300象素和滴液/英寸。在一些優(yōu)選實施例中還能在MDP保持固定時使MDL能取得三個不同值1)MDL＝300滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸；2)MDL＝600滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸；或3)MDL＝1200滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸。當(dāng)MDL與MDP之比大于1時，在象素的中心之間的中間位置進行各象素的額外滴液(ID罩印)。以當(dāng)前的優(yōu)選打印頭和材料，各滴液的體積約為80至100微微升，這大致生成具有2mil(50.8μm)直徑的滴液。以當(dāng)前的優(yōu)選打印頭，噴射的最大頻率大約為20KHz。通過比較，13ips時的噴射速率1200dpi涉及到約16KHz的噴射頻率，在允許極限范圍內(nèi)。
在某些優(yōu)選實施例中，構(gòu)成樣式分別由物體數(shù)據(jù)定義，為易于數(shù)據(jù)管理、傳輸和存儲器裝載。在這方面，如以上指出的，描述物體的數(shù)據(jù)與描述構(gòu)成樣式的信息逐個象素地作邏輯處理到一起(如相交叉地)，以生成任何給定地點的象素到象素的沉積模式表述。例如，如果一完整的固定模式要在二次通過中撒布(例如二步驟式)，物體數(shù)據(jù)將首先與表示欲作滴液沉積的象素部分的第一構(gòu)成樣式模式作邏輯處理(如相交叉)(或者為便于術(shù)語說明，可與光基立體平版印刷中所用的局部固化類似地稱為“曝光”)。此所得的修正象素數(shù)據(jù)然后即可被用來控制噴嘴噴射。接著對象數(shù)據(jù)與相補構(gòu)成樣式模式進行邏輯處理(如相交叉)，以生成用于控制噴嘴的第二噴射的修正象素數(shù)據(jù)。在另外優(yōu)選實施例中，物體數(shù)據(jù)和支撐數(shù)據(jù)可根據(jù)其偏轉(zhuǎn)被直接校正到構(gòu)成樣式數(shù)據(jù)。在另外的優(yōu)選實施例中構(gòu)成樣式信息還可能包含象素位移信息、象素大小信息、罩印信息、為在多象素地點沉積的掃描方向基準，平面化方向和旋轉(zhuǎn)基準等。這里所述的構(gòu)成樣式增強系統(tǒng)性能是由1)增大構(gòu)成速度；2)增加所形成物體的精確性；3)增加表面光潔度；4)減少物體中的和/或物體的畸變；或5)這些中的一個或多個的同時組合。
局部沉積成型系統(tǒng)的一個重大問題是保證材料沉積的可靠性，特別是實現(xiàn)沉積斷面的均勻厚度。另一個問題是實現(xiàn)所有構(gòu)成樣式的均勻厚度。在墨水噴嘴系統(tǒng)中，這一可靠性問題可能采取誤噴射或無噴射噴嘴的形式。在一多噴嘴吸系統(tǒng)中，問題還在于噴嘴噴射方向的非均勻性、噴嘴間的撒布量的非均勻性、和較少程度上由一單個噴嘴的撒布量在時間上的非均勻性。
斷面厚度的非均勻性問題也可能是由其他現(xiàn)象引起的。作為一例，在一液滴離開一噴嘴時，在此液滴達到工作平面之前有一個漂落時間。當(dāng)離開噴嘴時，滴液以一初始向下速度分量噴射離開噴嘴，但由于噴嘴在主掃描方向上運動，此液滴還具有一水平速度分量。一旦液滴離開噴嘴它就經(jīng)受各種外部和內(nèi)部的力，包括重力、粘滯曳力和表面張力。這些初始條件和力將導(dǎo)致的結(jié)果是，液滴可能不，且很可能不直接落在它被發(fā)射的位置正下面的工作表面上。而是此液滴將在稍稍偏離此理論滴液點的某處著陸，通常在打印頭引進的方向。換句話說，噴射地點與撞擊(滴落)地點將不會有相同的XY座標，而是相互之間有位移。所發(fā)生的水平距離的位移取決于上述因素但也取決于在每一水平地點孔板10與工作表面的垂直位置(例如“Z”位置)之間的距離(如X和/或Y位置)。如上面指出的，垂直位置的變化可能因多個原因產(chǎn)生。例如，變化可能因一斷面的不同部分之間在幾何形狀上的不同所產(chǎn)生(多或少的材料噴散導(dǎo)致沉積厚度的大小)。另一例是，變化可能因?qū)σ豢臻g模式的沉積的暫時排序所引起(先前在一相鄰象素場所沉積的材料可能限制材料在該方向上的散播)。
如前面指出的，實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)利用平面化來使各所沉積的斷面達到均勻高度，其中凈層厚由Z方向中二連續(xù)層的平面化水平得到。從而，如果希望平面化步驟形成一完全平滑和均勻地平整的層，平面化之間的Z增量必須為或低于整個層上每一點的最小沉積/構(gòu)成厚度。如果一噴嘴噴射很弱(或不噴射)，最小厚度構(gòu)成可能導(dǎo)致凈層厚度遠小于(即接近零或為零)所希望值，并因此要比所希望長得多的構(gòu)成時間。其他優(yōu)選實施例可以是對斷續(xù)的層而不是每一層作平面化。例如可以對每二個、三個或更多間隔的層作平面化。另外，可以根據(jù)物休的幾何形狀來確哪一層或?qū)拥牟糠肿髌矫婊?。漂落時間的校正如上面指示的，保證液滴達到工作表面上所希望位置的一個困難是液滴在漂落中的時間(即液滴的漂落時間)。如果此漂落總相同且如果偏移的方向和量總相同就不會存在漂落時間問題，因為只有噴射座標與沉積座標間的位移起作用。但是，在形成三維物體時通常希望打印頭在正、反主掃描方向兩方向行進時均噴射材料(和其它包括例如交替主和副掃描方向的定義)。這導(dǎo)致由于在不同方向(如相反方向)上發(fā)生相對運動而產(chǎn)生的掃描之間的偏移方向中的變化(如偏移方向逆轉(zhuǎn))。這一問題可容易地由使得在打印頭實際到達直接在所希望位置場所的上方點之前發(fā)生噴射信號來解決。這種對噴射時間的校正被稱之為“漂落時間的校正”。漂落時間可利用一應(yīng)用到在多方向分別掃描的校正因子來校正，或者可采用一單個校正因子來使由一掃描方向的沉積進入以另一方向中作的未校正掃描的注冊。漂落時間校正可由多種方法實現(xiàn)。一種途徑，例如是在各光柵行的起頭定義初始噴射地點(X位置)，該初始噴射地點將被用來對沿此光柵行上所有其他象素來設(shè)定噴射地點。
圖27a～e表明噴射地點、滴液地點、和漂落的時間之間的關(guān)系，其中同樣部件標以相同數(shù)碼。圖27a表明噴射位置404a和404b兩者均與所希望的滴液位置402相一致(即不利用漂落校正時間因子)的情況。部件404a表示在打印頭在正X方向以部件406a表示通過時的噴射地點，部件404b表示在打印頭在負X方向以部件406b表示通過時的噴射地點，部件408a和408b分別表示后跟以離開噴射地點404a和404b后的液滴的標稱通路。此標稱通路408a和408b指引液滴到實際滴液地點410a和410b，在此液滴撞擊表面而形成撞擊的液滴412a和412b。所發(fā)射液滴的交點(即焦點)在雙方向掃描時被表明為號碼414。由整個層的交點所定義的平面可稱之為焦平面。部件416a和416b表示在噴射地點和所希望的滴液地點之間的X位移方向所用的漂落時間因子。實際滴液地點是否與所希望的滴液地點相符合確定校正因子的合適性。圖27a中可以看到，液滴在偏離的方向移動從而撞擊液滴不與工作表面重疊，導(dǎo)致材料在Z方向最小的構(gòu)成和不準確的XY位移。圖27b表示采用很小的漂落時間校正因子416a和416b的情況，導(dǎo)致焦點位于所希望工作表面之上并導(dǎo)致與圖27a中所示的相比撞擊液滴412a和412b相距更接近。如果漂落時間校正較大，則由于撞擊液滴412a和412b重疊或疊加Z構(gòu)成將增大。圖27c表示的情況是，采用的漂落時間校正因子導(dǎo)致被撞擊液滴412a和412b的最準確的位移(假定與滴液距離418相比撞擊液滴412a的厚度較小，且不一致角度不太大)。如果最佳漂落時間校正是基于最大的Z累積，則圖27c即表明此最佳情況。圖27d表示的情形是，漂落時間校正因子416a和416b稍大于圖27c中所采用的那些，但仍然導(dǎo)致基于二液滴的重疊的Z累積。液滴的X方向位移仍然相當(dāng)準確，而撒布的焦點414較低于所希望的工作表面(和實際工作表面)。圖27e表示的情形是，采用更大的漂落時間校正因子使得Z累積能被降至一最小量，而此時焦點更低于所希望的工作表面。
如果忽略曳力和重力對漂落時間的作用，漂落時間校正值(時間)將等于孔距工作表面的隔開距離(長度)除以液滴撒布的向下速度(長度/時間)。但認為曳力是一重要因素。例如，在某些優(yōu)選實施例中打印頭掃描速度接近13英寸/秒，由孔板至工作表面的距離近似0.020英寸，和認為初始垂直噴射速度在200～360英寸/秒的范圍內(nèi)。如果忽略曳力或其他摩擦力，在這樣的初始條件下，預(yù)計噴射地點與滴液地點之間的位移將為0.8至1.3mils。但在這些條件下，實際上觀察到的噴射地點和曳力地點間在主掃描方向上的位移約為2mils。
設(shè)法在雙方向掃描時在單個X地點沉積液滴和重復(fù)以不同的校正值進行此試驗直至二滴液在同一點著陸，這就能容易地試驗確定合適的校正值。如以上指出的，在某些優(yōu)選實施例中，漂落校正值的最合適時間是液滴命中相同位置的一個。按照上例，如忽視曳力，預(yù)計漂落時間校正因子接近為60～100μs。實踐中發(fā)現(xiàn)校正因子接近于150～200μs將較合適。
在另外的優(yōu)選實施例中，最佳漂落時間校正因子不是被設(shè)為產(chǎn)生最準確的命中目標的值(即焦點不是在工作表面上)而是代之以被設(shè)定為產(chǎn)生最準確地命中在實際工作表面之下某一距離(即焦點位于工作表面之下)。這些實施例稱之為“表面外命中”實施例。在這種意義上說，最準確的命中被認為是發(fā)生在垂直累積速率最大時而多半是在X位置被最精確地撞擊時。圖27a說明這些表面外命中實施例的命中示例。這些表面外命中實施例被認為是對不采用額外的為將所希望的和實際的工作面保持在同一水平的部件來產(chǎn)生構(gòu)成時特別有用(例如無平面化器或無象表面平整檢測裝置和調(diào)整機構(gòu)或配置等的附加部件)。
這些表面外命中實施例的一個特點是Z累積是自糾正的，即自補償?shù)?。只要相繼層的沉積間的Z增量是在一適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，而沉積模式使得能不僅僅垂直累而且還能作撒布材料的水平擴散。則在一層上的過量的Z累積就會使一或多后續(xù)層上的Z積累減少，而使得凈累積將焦點保持在實際工作表面之下某處。另一方面，也只要連續(xù)層的沉積之間的增量在一適當(dāng)范圍之內(nèi)且沉積模式使得能僅垂直累積而且能作撒布材料的水平擴散，則在一層上很小的Z累積造成一或多個后續(xù)層上的Z累積增加，由此使凈累積將焦點保持在實際工作表面之下某處。此優(yōu)選的Z增量范圍在下面進一步討論。
這種自校正特性可由研究和比較27c、27d、27e得到了解。在開始沉積時(如在平臺上)選擇漂落時間校正因子以使得焦點低于實際工作平面某處，如圖27d中所示(亦即，應(yīng)將焦點設(shè)置得在一適當(dāng)位置以使得圖27c和圖27e中所示情況不會發(fā)生)。如在形成第一層時對所采用的給定Z增量沉積的材料太小，則實際表面將低于此被改變位置的焦面(但只要Z增量不太大將仍然會高于它)。這導(dǎo)致形成下一層時的更理想的聚焦沉積，這又導(dǎo)致如圖27c中所示的沉積厚度上的增加。如果由沉積第二層得的凈Z疊積仍然太低(與所作的二Z增量相比)，則下一層在被沉積時將具有較原始表面更接近理想的焦平面的實際表面。這一更接近優(yōu)化定位的方法導(dǎo)致將再次驅(qū)使凈累加的厚度向Z增量所需的方向變化。另一方面，如果由沉積第二層得的凈累積大于被二Z增量所表示的時，實際工作表面將進一步離開焦平面，在形成下一層后將發(fā)生較少的Z累積，由此驅(qū)使凈累積向Z增量所要求的量變化。這是圖27e中表明的情形。
當(dāng)焦平面適當(dāng)?shù)氐陀趯嶋H工作平面，當(dāng)Z增量值被適當(dāng)?shù)剡x擇到適當(dāng)?shù)仄ヅ涞某练e速率，當(dāng)物體/支撐被以非固體狀態(tài)形成(不是全部象素位置均被直接沉積)時，系統(tǒng)被穩(wěn)定化且支撐及物體均能以準確的垂直尺寸形成而無明確地需要一平面化器。當(dāng)然在希望時仍可利用平面化器。為最佳地進行這些實施例，最好此Z增量應(yīng)被選擇在最佳命中期間每層所累積的平均量(如圖27c)與在不發(fā)生重疊時累積的平均量(如圖27e之間)。而且最好層的厚度要大大低于最佳聚焦平面(如圖27c)距不再發(fā)生重疊處的平面(如圖27d)的分隔距離。
如以上指出的，在某些實施例中，物體可被形成為使得材料區(qū)能根據(jù)命中優(yōu)良水平不僅垂直累積還作水平擴展，由此使得能作Z累積自校正。一個這樣的實施例可以是將物體形成為整體層和方格盤層交替的組合。另外的這種實施可以是形成整體面向外表面和方格盤、偏移方格、或內(nèi)部物體區(qū)間中的其他開口結(jié)構(gòu)。其他的適當(dāng)?shù)臉?gòu)成模式可由構(gòu)成和分析測試部分經(jīng)驗確定。
在某些這種偏移表面命中實施例中，將大多數(shù)優(yōu)選初始目標表面/焦平面位置選擇成接近于圖27c和27e中表明的情況的中央。實現(xiàn)這一點的一種方法是忽略設(shè)想的焦點而集中于漂落的時間上。漂落時間校正值可選擇得使它們大于漂落時間校正值(如上討論的)且低于立即生成鄰接的但不重疊(不疊置的)撞擊區(qū)的漂落時間校正值。最好此被選擇的漂落時間值取此二極限值的平均值。
某些偏移表面命中實施例被用來同時形成不同的物體部分和/或支撐，以使得在任一給定層形成后它們的上表面有意成為不同的高層。這些不同高度實施例可能得益于采用象SMLC技術(shù)這樣的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，如先前引用的US專利申請NO.08/428,951以及某些其他先前引用的US專利和申請中討論的。
除上面提示的漂落的時間外，還引起利用修正的漂落時間校正因子進行校正的其它問題。例如，在利用ID罩印技術(shù)來促使更多構(gòu)成時，在被作反方向掃描的掃描行上的結(jié)構(gòu)細節(jié)將失去準直，因為此結(jié)構(gòu)細節(jié)在一行上將向一方向延伸而在另一行上向其他方向延伸。這種情形如圖17a和圖17b所示。圖17a說明各自屬于在方向64和104上行進的掃描行的二點60和100。區(qū)域62和102分別表明與點60和100相關(guān)的沉積材料的范圍。圖17b表明利用4次罩印(即每象素4個液滴沉積)發(fā)生噴射處的相同點60和100。沉積的范圍分別以數(shù)碼76和106表示?？梢钥吹?，由于不同方向的罩印，而喪失二行上的物理細節(jié)之間的對準。上述的不對準可由試驗地或者在可能時理論地確定的附加的漂落時間校正因子來加以糾正，從而使得在不同掃描行上的結(jié)構(gòu)細節(jié)得到重對準。當(dāng)然，這一糾正形式?jīng)]有計及沿掃描行加到物體細節(jié)上的任何額外的長度。
所提示的能避免這二個問題的不同校正形式是確認一給定象素在掃描方向上那一邊與也要求作材料沉積的相鄰象素來相鄰接。根據(jù)這一確認不對這樣一個非鄰接的象素采用罩印。作為另一替代，額外的行長度可采用類似于光基立體平版印刷術(shù)中所用的行寬補償?shù)囊环N滴液寬補償形式來加以補償。如前引用的US專利申請NO.08/475,730、和08/480,670中所述，但僅應(yīng)用于沿著表示由沉積轉(zhuǎn)變到不沉積的各掃描行的點。作為一適宜的校正，這些“終端點”在它們將在1/2到被采用緊鄰接象素的ID罩印完全復(fù)查的范圍中時僅僅將其由沉積模式刪除。另一種變體是利用移位漂落時間校正數(shù)據(jù)來實現(xiàn)子象素化沉積。
漂落時間校正因子也可被以變型方式用于與以上所述某種相反的目的。在這些實施例中，漂落時間校正因子可用于在中間象素(即子象素)地點沉積材料以實現(xiàn)增強的構(gòu)成技術(shù)。這些增強的構(gòu)成技術(shù)可包括有面向下表面的形成、支撐的形成和布置、增強的垂直材料構(gòu)成、改善分辨率、等。在優(yōu)選實施例中，增強的物體形成可在單次通過或多次通過實現(xiàn)中來達到。液滴寬度補償在有些情況下可能希望以進行液滴寬補償(即沉積寬補償)來修正物體數(shù)據(jù)。補償(依靠向內(nèi)對整體的一個或多完全的象素寬作偏移)可被用來達到改善的準確度，如果滴液寬至少在某種程度上大于象素寬和/或長的話。這一技術(shù)可與上述的任一實施例或后述的任一實施例相結(jié)合應(yīng)用。在滴液寬接近或超過象素寬(和/或長)的二倍時，由單個或多個象素偏移能得到越來越好的準確度。液滴寬補償可以根據(jù)US專利申請NO.08/475,730和08/480,670中揭示的那些技術(shù)。或者它們可以是基于象素的腐蝕例程。在某些實施例中，基于象素的腐蝕可以是多次通過一位圖，其中滿足一定標準的“實心”象素將會變換成“空心”象素。
一些實施例可包括如下步驟，其中位圖的各個邊是1)在第一次通過此位圖時所有在右側(cè)與“空心”象素相鄰接的“實心”象素均被變換到“空心”象素；2)在第二次通過中，所有在左側(cè)與一“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換到“空心”象素；3)在第三次通過中，所有在其上側(cè)與一“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換到“空心”象素；和4)在第四次通過中，所有在其下側(cè)與一“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換成“空心”象素。其他的實施例可能改變步驟1)至4)多次直至達到正確的降低量。這些實施例可以執(zhí)行合理的液滴寬補償，但他們的缺點是實心角區(qū)中的象素(物體的角或物體邊緣不平行于X或Y軸)被以比表明邊緣區(qū)平行于X或Y軸的象素要快的速率去除。
其他的為處理腐蝕速率中的這些差別的實施例可包括下列步驟1)第一次通過位圖時，所有在其右側(cè)與“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換為“空心”象素；2)第二次通過時所有在其左側(cè)與“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換為“空心”象素；3)第三次通過時所有至少在其上側(cè)與“空心”象素鄰接的“實心”象素均被變換成“空心”“象素“；和4)第四次通過時所有至少其下側(cè)與”空心”象素相鄰接的“實心”象素均被變換成“空心”象素。其他實施例可能改變步驟1)至4)的順序或?qū)⒆鳛樽儞Q根據(jù)的條件。如果需要作象素腐蝕的不只一個，可重復(fù)步驟1)至4)多次直到實現(xiàn)正確的減少量。這些實施例能有效地將角區(qū)中過分的減少降到最小。
另一些實施例可以是根據(jù)一象素是否是二、三或四個邊與“空心”象素鄰接來設(shè)定腐蝕條件。其他的實施例可依據(jù)已通過位圖的次數(shù)來改變腐蝕條件。另外的實施例可利用腐蝕的組合和與原始斷面或其他部分補償?shù)奈粓D的邏輯比較來推演得欲曝光的象素的最終位圖表示。為在著重于減少或維持一定的物體結(jié)構(gòu)細節(jié)的腐蝕象素的多種其他實施例和算法對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟知人員將是顯見的。
在X和Y象素的尺寸明顯不同的情況下，僅需要沿一個軸而不是兩個軸進行液滴寬補償。在這些情況下，類似于上述這些的實施例可加以利用，其中各個腐蝕僅執(zhí)行部分步驟。可以預(yù)見，帶有補償措施的沉積也可利用X和Y尺寸之一兩者中的子象素偏移量來加以應(yīng)用。隨機化構(gòu)成過程中可利用一被稱為隨機化的技術(shù)(方法和設(shè)備)。這種技術(shù)可與任一上述的或后面描述的實施例相結(jié)合使用。按照這一技術(shù)，對二接續(xù)斷面的各個地點的撒布材料的方式將不同。這可達到在一層(薄層)上作較均勻的構(gòu)成，使得有可能潛在地利用較厚層從而改善構(gòu)成時間。這一技術(shù)還使得來自可能不正常噴射的單個或多個噴嘴的影響最小。可有數(shù)種方式改變沉積。例如變型的發(fā)生可由1)相對于在緊前面的對應(yīng)部分上沉積材料的噴嘴改變對一層上的給定部分上的沉積材料的噴嘴；2)相對于一層的任何其他部分改變在該層的任何給定部分上撒布的暫時次序或空間次序；和3)它們的組合，例如改變主掃描定向(方向)和/或改變副掃描定向(或方向)。層到層沉積的變化可以是完全隨機地發(fā)生，或者周期地或以安排好的狀態(tài)發(fā)生。光基立體平版印刷術(shù)中已采用了類似技術(shù)，雖然是出于完全不同的目的(見前面引用的US專利申請NO.08/473,834中的交替順序)。
現(xiàn)在說明改變沉積的特定實施例。當(dāng)前優(yōu)選的隨機化技術(shù)保持主和副掃描方向的定向但采用不同的撒布器(如噴嘴)沿兩層間的對應(yīng)掃描行沉積。換句話說，第一撒布器用來掃描第一層上的特定主掃描行，第二撒布器可用來掃描一隨后層上的特定的主掃描行(緊靠第一層上特定掃描行的一行)。在某些優(yōu)選實施例中，一特定掃描行利用不同的噴嘴逐行地曝光(即沉積)直至96層均被沉積和96個噴嘴的每一個均已在此特定掃描行上沉積為止，此后沉積重復(fù)。這些實施例是“全頭”隨機化的示例。在另一些優(yōu)選實施例中，以“半頭”隨機化作為優(yōu)選的。半頭隨機化可減少按照物體幾何形狀必須在任一斷面上進行通過的次數(shù)。根據(jù)采用當(dāng)前的優(yōu)選96噴頭的構(gòu)成頭隨機化是由來自噴嘴1至48或噴嘴49至96產(chǎn)生的隨機化撒布通過任一給定地點的掃描。
為更詳細解釋全頭隨機化實施例，參看圖4a和6。對一特定層，可用孔10(1)跟蹤掃描行R(1)～R(8)；孔10(2)——行R(9)～R(16)；孔10(3)——行R(17)～R(25)；孔10(4)——行R(26)～R(33)等。但在下一層，這些配置被改變來使得一給定孔不跟蹤下一層的相同掃描行。例如可作下面新的安排；孔10(1)——行R(257)～R(264)；孔10(2)——行R(256)～R(272)；孔10(3)——行R(273)～R(280)等。
另外的實施例是在二層的沉積之間旋轉(zhuǎn)部分形成的物體和/或打印頭某種大小(如30°、60°、90°)，以使得主、副掃描定向從其前面的定向改變。這導(dǎo)致由任一噴嘴在當(dāng)前層(即薄層)上的材料沉積基本上發(fā)生在先前層上由其他噴嘴沉積的材料之上。這如圖8所示，其中與第一層相關(guān)的掃描行被標明為行R1(1)、R1(2)、R1(3)、R1(4)......R1(N-3)，R1(N-2)，R1(N-1)，R1(N)，而與后續(xù)層相關(guān)的掃描行被表明為R2(1)，R2(2)，R2(3)......R2(N-2)，R2(N-1)，R2(N)，它們被相對于第一層的掃描行作90°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)量在后續(xù)層之間可以改變或者為一恒定值。角度可這樣選擇，即如果對一足夠大數(shù)量的層連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同等的噴嘴將在前面層上發(fā)生沉積的相同掃描行上沉積材料?；蛘?，角度也可選擇得不致發(fā)生相同噴嘴作重沉積掃描行。
另外的實施例可以是改變由一掃描行到另一行前進的次序(在副掃描方向)。這在圖9中說明，其中對第一層主掃描行上的材料沉積次序以在最高掃描行R3(1)開始，前進到掃描行R3(2)、R3(3)......R3(N-2)、R3(N-1)，和以最低掃描行R3(N)結(jié)束。掃描行前進的次序以箭頭R3P表示。對隨后層掃描行上的材料沉積以最低掃描行R4(2)、R4(3)......R4(N-2)、R4(N-1)，和以最高掃描行R4(N)結(jié)束。在這一后續(xù)層上掃描行的前進次序與第一層上行的前進次序為反方向，以前頭R4P表明。
圖10a、10b中表明另外的實施例，其中沿對應(yīng)掃描行的掃描方向在2相繼層間被反向。圖10a表明第一層上掃描行的掃描的掃描方向，其中掃描行R5(1)和R5(3)被由左向右掃描，掃描行R5(2)被由右到左掃描。圖10b表明在一后續(xù)層上掃描方向被反轉(zhuǎn)，其中掃描行R5(1)、R5(2)和R5(3)分別疊加R5(1)、R5(2)、和R5(3)，其中掃描行R6(1)和R6(3)被由右向左掃描而掃描行R6(2)被由左向右掃描。
許多其他隨機化模式也可能，包括上述技術(shù)的組合。取決于所選擇的隨機化技術(shù)，隨機化過程可造成層沉積時間的全面增加，因為它可能導(dǎo)致需要進行附加的主掃描過程。但這一可能的缺點被認為是被均勻?qū)訕?gòu)成的增強所克服的。另外，因為在利用提高撒布溫度(如被用于使材料能流通)時熱消散是一重大問題，這些額外的通過可被有效地用于使得能在沉積隨后層之前作附加的冷卻。滴液地點偏移如以上指出的，某些構(gòu)成技術(shù)可由偏移掃描行和/或沿掃描行的滴液地點的偏移來增加。這些偏移技術(shù)可與上面提到的隨機化技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用，雖然應(yīng)當(dāng)理解的是相繼層上的對應(yīng)行和滴液地點可相互偏移。這些技術(shù)也可與此前或以后所揭示的其他實施例結(jié)合應(yīng)用。其他優(yōu)選實施例中，這種偏移可達1/2行間隔或滴液間隔。偏移象素的一個應(yīng)用是在一斷面的面向下部分沉積材料以便有助于橋接相鄰支撐部件間的間隙。事實上，面向下的區(qū)可在多次通過中處置，其中相繼通過之間的前進的或交替的偏移被用來橋接支撐部件間的寬間隔。在這些實施例中，斷面的任一非面向下部分可利用一次或多次沉積和偏移或非偏移象素來曝光，而任何面向下部分中的沉積可由象素區(qū)部分重疊的多次沉積(即曝光)來產(chǎn)生。優(yōu)選實施例中整個的沉積高度可由不面化來修整到適當(dāng)?shù)乃揭詫崿F(xiàn)一致。
在某些實施例中，在為增強拱狀支撐、橋路、或分歧支撐(如樹枝狀)的形成的支撐結(jié)構(gòu)形成期間可能發(fā)生象素的偏移和因而滴液場所的偏移。某些實施例中，在為增強突出一限定量進緊前面的物體薄層的邊界后的物體部分的構(gòu)成的物體形成期間可能發(fā)生象素偏移。突出的支撐和物體部分不可用偏移象素來形成，但據(jù)信，偏移象素可有助于很少材料能陷入被撒布的層水平之下區(qū)間這樣的結(jié)構(gòu)的形成。
實施例可能包括每一層上象素的偏移或者可能是僅在間隔的層上象素的偏移。在此最后的替代方案中，材料按照對多層的同樣的象素位置沉積。按照此替代方案，依靠在期望形成隨后的懸垂部分之前在起始懸垂部分上構(gòu)成多個層，可能提高懸垂區(qū)的穩(wěn)定性。
象素的偏移，例如為構(gòu)成分叉支撐或呈尖形向外的物體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致經(jīng)過空間距離向外伸出的結(jié)構(gòu)的形成。這種伸出的程度被限制為低于每層一液滴寬。不管是每層伸出進其緊前面的層的邊界，還是在另一個后隨以周期伸進緊前面層的邊界的層上構(gòu)成多個層，總可以根據(jù)通過多層的平均伸出確定一伸出角。最大伸出角部分地取決于材料接近和在伸出部分中凝固的速度，這進而取決于接近和在伸出部分中所伸出部分中所撒布的材料量?？梢砸匀魏谓嵌葮?gòu)成層，其中材料凝固足夠快能支撐下一層材料。在某優(yōu)選實施例中，伸出角已實現(xiàn)接近30°。相信伸出角接近或甚至超過45°是可能的。
由于材料冷卻速率，最好懸垂的固體物體部分的形成在多次通過中達到。在一優(yōu)選實施例中，伸出區(qū)在一個或多個起始通過中被沉積，而整個支撐區(qū)在一個或多個隨后的通過中曝光。這一實施例使伸出區(qū)中的材料能在沒有可能與從撒布在內(nèi)部區(qū)中的材料吸熱量有關(guān)的附加延遲的情況下冷卻和凝固。在另一優(yōu)選實施例中，層內(nèi)部最初被曝光，而伸出區(qū)在一或多個后續(xù)通過中曝光。這一實施例使得內(nèi)部區(qū)的材料冷卻的時間能稍前于撒布區(qū)，由此來減少伸出材料保持為可流通太長時間的危險。對給定組的構(gòu)成參量，可由構(gòu)成和檢驗測試部分來試驗確定可用的伸出角。
象素偏移可與多次通過一層的給定部分相結(jié)合應(yīng)用來使得能以預(yù)定的順序和偏移模式圍繞給定的幾何形狀細節(jié)作材料構(gòu)成。例如，可在一結(jié)構(gòu)的一側(cè)產(chǎn)生偏移使得象素在位置上的象素位移的一部分離開此結(jié)構(gòu)的該側(cè)向，而同時可利用不同的偏移使得能在結(jié)構(gòu)的相對側(cè)上相反方向中得到同樣部分的位移。
偏移象素的一替換方案是直接利用高分辨率數(shù)據(jù)和相應(yīng)的構(gòu)成模式，即樣式來構(gòu)成，它生成可能低于數(shù)據(jù)本來提供的，但仍然能生成整體結(jié)構(gòu)或其他所希望結(jié)構(gòu)的形式的所希望的滴液密度。掃描行交錯交錯是可用來加強物體的形成的另一種技術(shù)。如在這里所揭示的所有其他實施例中那樣，本節(jié)的實施例也可與這里所揭示的其他實施例相結(jié)合。如前面討論的，如果噴射頭未定向于指導(dǎo)角，噴嘴之間的間距就不等于所希望的分辨率因而不等于主掃描即光柵行的所希望的問題。這按照其性質(zhì)說，如果確要求沿所有主掃描行沉積材料的話就必須采用一種主掃描行交錯的形式。但是，由于多個原因(例如加強層冷卻和/或材料構(gòu)成)可以進行附加的交錯。
可以采用多種掃描行交錯模式，而不管打印頭是否被定向于主導(dǎo)角，不管是否采用優(yōu)選的光柵掃描技術(shù)，不管是否利用向量掃描技術(shù)，不管是否利用某些其他掃描技術(shù)或組合技術(shù)。
在一實施例中，如前述，頭定向于垂直于主掃描方向并采用每英寸300掃描行的分辨率。這種組構(gòu)中連續(xù)的噴嘴相隔8/300英寸。頭被作成進行8次掃描，其中最初的7個后跟以寬等于光柵行間的間距(光柵寬)的副掃描，而其第8個后跟寬等于有效頭寬加光柵寬的副掃描。重復(fù)進行上述掃描模式直至副掃描方向中增量的寬等于或超過構(gòu)成區(qū)的寬。
替換實施例將主掃描的X范圍限制為足以有效地被下列所要求的工作區(qū)被物體、被掃描的特定物體斷面、被為作8個接近地間隔開的主掃描所需的物體長度的各段、或被其他導(dǎo)致掃描時間減少的其他方案。同樣，沿副掃描軸的布置同樣被限制到物體、被掃描的斷面、被掃描的斷面的特定部分等的寬和位置。在優(yōu)選實施例中，隨機化的應(yīng)用可能增加必須執(zhí)行的轉(zhuǎn)位量，而使得適當(dāng)噴嘴能跟蹤適當(dāng)?shù)闹鲯呙栊?。其他實施例可將主掃描限制到實際包括有效滴液地點的通路。
作為第一個優(yōu)選替代交錯技術(shù)，在至少第一次通過后非鄰接的掃描行將保持不加曝光，然后在一或多個后續(xù)的通過中間的行將被曝光。在另外的優(yōu)選實施例中，希望沉積材料到任一相鄰光柵行之前或在沉積材料到一相鄰行之后作出中間光柵行。圖11a、11b和22a～22d中表明這類實施例的示例。圖11a、11b表明在第一次通過時每隔一行被跳越的情況。圖11a有4個掃描行，其中2行在第一通過要被光(即要采用的滴液地點)。圖11b表明相同的4個掃描行，其中另二行要在第二次通過中曝光(即要被應(yīng)用的滴液地點)。圖22a～22b中還表示交錯模式示例。這些圖中，雙向箭頭30表示主掃描方向，間隔dr表示相繼的光柵行間的間距，而為清楚起見行的起點和終點被表示為偏移的，雖然實際上這些行將具有同樣的起點和終點。圖22a表示一系列要在主掃描方向被掃描的光柵行。圖22b表明按照圖11a和11b的示例的要在第一次通過曝光的第一光柵行32和要在第二次通過形成的第二光柵行34。圖22c表明分別要在第一、第二、第三和第四次通過時曝光的光柵行32、34、36和38。圖22d表明分別要在第一、二、三、四、五和六次通過曝光的光柵行32、34、36、38、40和42。在圖22d的示例中，也可采用其他的光柵行次序而仍然保證在中間行被沉積時它們或者不鄰接到先前沉積的光柵行的任一側(cè)或者鄰接到其兩側(cè)。例如，其他可用的掃描次序可以是32、34、38、36、40、和42、32、36、34、40、38和42等。
在一優(yōu)選實施例中，為采用最小的通過次數(shù)來以概括化的方式完全地實現(xiàn)這些實施例，在由一噴嘴(例如第一噴嘴)掃描的行與由相鄰噴嘴(如第二噴嘴)掃描的行之間必須存在有奇數(shù)的光柵行。換句話說，相鄰噴嘴之間的間距dr的數(shù)量必須為偶數(shù)，由此要求必須將二相鄰噴嘴分布得能掃描光柵行M和M+N，這里M和N為整數(shù)而N為偶數(shù)。在噴嘴間的間距不適當(dāng)(如不為偶數(shù))的情況下，總可能在第一次通過中僅掃描合適的光柵行(例如與每隔一噴嘴相關(guān)的那些)，然后在一或多次隨后的通過中曝光其余的光柵行。在沉積寬可能大大寬于行間距時，另外優(yōu)選實施例可不根據(jù)第一次通過時每隔一掃描行跳越而是根據(jù)在第一次通過為沉積(即曝光)選擇掃描行以使得所沉積材料行不直接相互接觸然后在一或多個后續(xù)曝光填充任何被跳越的行。
此第一替換交錯技術(shù)即使在相鄰噴嘴被作不適應(yīng)于所希望掃描行分辨率地布置時也能完全地或接近地實現(xiàn)(即噴嘴位置和掃描行分辨率使得由一個噴嘴掃描的行與相鄰噴嘴掃描的行之間存在偶數(shù)的光柵行)。這可由至少三種途經(jīng)完成1)各噴嘴被用于在其初始位置與由相鄰噴嘴起初形成的行的位置之間作每隔一光柵行掃描，除非要被各噴嘴掃描的至少二相鄰光柵行在至少第二次通過剩余光柵行將被曝光之前保持不曝光；2)各噴嘴在其還掃描鄰接到由相鄰噴嘴掃描的第一行的光柵行之前被用來作每隔一光柵行的掃描，然后剩余的未曝光行將在第二次通過中作有選擇的曝光；和/或3)僅每隔一噴嘴被用于掃描過程中，由此保證任意二個相鄰噴嘴之間存在奇數(shù)的光柵行。在這些以及前面的實施例中，最好在開始第二次通過曝光中間行之前對所有層曝光交替的行，但有可能在即使第一次通過層的其他部分之前完成某些或所有相鄰噴嘴的起點之間所有掃描行的曝光。
許多其他交錯實施例對研究過本發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域中的普通熟練人員將是很顯見的。例如具有較高數(shù)量通過的交錯可被用于在第一次通過中曝光的行間發(fā)生某種接觸的交錯。當(dāng)然也能采用交錯與前述隨機化技術(shù)的接合，后續(xù)層的曝光還可改變掃描多組行的次序和/或行本身的掃描方向(例如倒轉(zhuǎn)第一、第二和更高組序的掃描次序)。實施例還可以是對第一層完成交錯曝光同時在形成一或多個接觸層期間曝光區(qū)間。滴液地點交錯如同采用掃描交錯那樣，物體形成可利用沿個別掃描行作滴液地點交錯。在這種情況中，各掃描行將由至少二次通過曝光，其中第一通過將曝光許多滴液，然后在一或更多的后續(xù)的通過，其余滴液地點被曝光。作為二步驟(即通過)示例，第一次通過對每隔一滴液場所曝光而在第二次通過則對中間滴液位置曝光。此情形如圖12a和12b中所示。圖12a表明帶4個滴液地點的4掃描行，其中在第一次通過曝光每隔一滴液地點，而圖12b表明同一行和地點但在第二通過僅要曝光在補滴液地點。作為第二個二步驟示例，在第一次通過為每隔三個位置曝光一次，而第二次通過，它們之間的二個中間位置被曝光。作為三步驟示例，第一次通過從第一位置起始每第5個位置曝光一個，而后在第二次通過從第三位置起始每第5個位置曝光一個，最后在第三次通過從第二位置起始每隔一位置曝光一次。
如這里揭示的所有其他實施例那樣，本節(jié)的實施例也可與所揭示的其他實施例相結(jié)合。
在這些交錯技術(shù)中，相繼的掃描行可采用不同的或作位移的交錯模式曝光，以使得能實現(xiàn)二維交錯模式(也可采用偏移象素)。例如，可對各掃描行采用二步驟交錯模式，其中相繼行的起點移位一象素來形成盤格式的第一次通過模式。圖13a、13b說明此例。圖13a表明第一次通過盤格模式而圖13b則表明在第二次通過曝光的相補棋盤模式。
如掃描行交錯那樣，滴液地點交錯可在曝光隨后行之前完成對單個行全部通過，雖然最好是在起動對部分地曝光的行的后續(xù)通過之前由各次通過曝光所有的行。而且，對單個行的部分的所有通過的完成可在對這些行的其他部分起動曝光之前實現(xiàn)。
第三種交錯技術(shù)是對敏感的結(jié)構(gòu)細節(jié)交錯。在此技術(shù)中給定滴液位置被曝光的次序取決于直接的斷面單獨的幾何形狀或者多個斷面幾何形狀。敏感結(jié)構(gòu)細節(jié)交錯可以是掃描行交錯和滴液地點交錯之一或二者。例如，在一單層實施例中可以確定斷面的邊界區(qū)并保證此邊界區(qū)在第一次通過中被曝光。斷面的某些內(nèi)部區(qū)域也可在第一次通過曝光或者也可將所有內(nèi)部的曝光延遲到進行一或多個后續(xù)的通過。例如，內(nèi)部區(qū)可在第一通過與所有邊界區(qū)也在第一次通過曝光相結(jié)合地采用棋盤式交錯來加以曝光。而后在第二次通過將其余科的內(nèi)部區(qū)曝光。也有可能對第一次通過的曝光定義很寬的邊界寬度以使得能在進行隨后的通過之前將大于一滴液位置的邊界布置到斷面周圍。這種寬邊界區(qū)可利用上述關(guān)于滴液寬補償那樣的腐蝕例子程序來實現(xiàn)。另一替換方案，集中于保證在第一次通過時僅一個掃描行邊界場所或滴液地點邊界場所(沿副掃描方向的邊界)被曝光。再一個替代方案是，內(nèi)部區(qū)域可在邊界區(qū)撒布材料之前整體地或部分地曝光?？梢韵喾?，首先撒布邊界區(qū)到垂直方向中構(gòu)成且最后曝光邊界區(qū)可導(dǎo)致改善物體的水平準確性。再一個替代方案可以是首先撒布接近邊界區(qū)，隨后撒布斷面的較深的內(nèi)部區(qū)，和最后撒布外斷面邊界本身。
多斷面敏感結(jié)構(gòu)細節(jié)交錯技術(shù)的示例可以是首先曝光那些形成當(dāng)前斷面的部分但卻是前面的斷面上的邊界或?qū)嶓w內(nèi)部物體區(qū)的地點。前面斷面上的邊界和實體內(nèi)部區(qū)可包括支撐結(jié)構(gòu)以及物體結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)和實體內(nèi)部區(qū)。在采用這一實施例中，至少關(guān)鍵的(即重要的)面向下物體區(qū)中的沉積不發(fā)生在第一次通過，除非這些面向下區(qū)域由某些性質(zhì)的支撐實際支撐著(例如下面直接有支柱)。在一次或多次隨后的曝光中材料被撒布來形成無支撐的面向下結(jié)構(gòu)細節(jié)。由于沉積寬通常寬于象素寬度，多半是與連續(xù)向下落到在預(yù)期的以下的斷面相反地，被撒布著陸在該斷面上與前面撒布的材料相鄰接的一象素地點的液滴，此液滴將擊中并有希望粘接到相鄰的沉積材料上。而且由于在優(yōu)選實施例中支撐結(jié)構(gòu)相距通常不大于一個象素，當(dāng)發(fā)生無支撐的面向下區(qū)域的曝光時，與被夾在撒布在前面層上的材料之間相反，被撒布的材料多半將被嵌在已撒布在當(dāng)前層上的材料之間。但由于液滴直徑通常小于沉積直徑(亦撞擊的液滴直徑)和因為它可能小于象素寬，沉積在相鄰象素地點的材料可能不足以伸進下落液滴的通路中來保證質(zhì)粒的觸及和停止。
在另一優(yōu)選實施例中，滴液地點在撒布無支撐的面向下區(qū)域和最好相鄰區(qū)域時沿主和/或副掃描方向(最好兩者)將位移象素寬度的一部分(最好接近一象素寬的1/2)，這樣液滴多半至少部分地被前面撒布的材料所支撐而不是將液滴完全對準地沉積。最好在部分地未支撐區(qū)域上的液滴在一隨后的通過中由那些已撒布的對完全支撐的區(qū)域進行撒布。但是有可能在保證在部分地未被支撐區(qū)域中液滴的合理的垂直位移下僅領(lǐng)先與前面的斷面的疊合(而不涉及到與前面撒布在給定斷面上的材料粘合的任何附加得益)。在此實施例中至少當(dāng)前層的支撐區(qū)(如柱)不會被位移。這就保證層到層的登記。更理想的是，寬的間隙利用在斷面上的多次通過由間隙的被撐邊向內(nèi)逐漸操作沉積地點(即多級的)來閉合，其中每次通過由緊前面的通過部分地偏移以保證液滴的合適的重疊從而能限制任何超過所要求的水平的材料位移。而且在一優(yōu)選實施例中采用如US專利申請NO.08/428,951中所述的同時多層處理技術(shù)(Simutaneous Multiple Layer CuringTechniques)來向上偏移關(guān)鍵的面向下數(shù)據(jù)一層或數(shù)層以便能在沉積后形成面向下層的材料將被分配到正確的水平。
圖23a～23h中表示采用1/2象素水平偏移和1層厚垂直偏移的這種水平和垂直偏移實施例的舉例。圖23a表明欲形成的物體120的側(cè)視圖。圖23b表明在正常分為層122、124、126、128、和130時的物體120。圖23c將被分成層122、124、126、128′、和130′時的物體120。層128′與128的不同在于該層的面向下部分已被去掉，如預(yù)料中的它在利用一系列連續(xù)地偏移曝光在下一層上沉積材料間將被產(chǎn)生。層130′類似于層130，除開在其形成中可利用不同的沉積模式外。圖23d再次表明層122、124、126和128′，但另外還表明在形成層130′期間可被沉積材料的沉積地點，即象素位置132～137。圖23e類似于圖23d，除替代表示滴液地點132～137外，表示出滴液地點140～146。如由滴液地點的相對位置可看到的，地點132～137與140～146相互偏移1/2象素寬。圖23f表明在形成層130′中由打印頭的第一次通過形成的沉積模式。液滴150、151、152和153分別被沉積在滴液地點141、145、142和144?？煽闯鲆旱?52和153僅被層128′部分地支撐，結(jié)果可認為它們將部分地伸入(如圖示)原先屬于層128的區(qū)。圖23g表明形成層130′由第一次通過得的沉積模式，以及在第二次通過中沉積的附加材料。區(qū)域160和162在第一次通過被沉積，在圖23g中被表示作為區(qū)150、152、151和153。按照圖23d中所示的象素配置進行第二次通過的沉積。液滴155和156被沉積在滴液地點132和137。實踐中，液滴155和156的撒布最初將導(dǎo)致被施加到區(qū)域160和162的一部分過剩材料，但這種過剩在平面化過程中將被修整掉。液滴157和158被沉積在滴液地點134和135但由于這些地點并未從下面與前面沉積的材料完全粘合，所以認為所撒布材料的一部分將向下伸進原先為層128的部分的區(qū)域。撒布液滴152、153、157和158的偏移導(dǎo)致已被由層128′去消的層128的面向下部分的形成。在第三和最后通過中，液滴164被沉積到滴液地點143上完成層130′的形成。
在其他的優(yōu)選實施例中，可改變上例中的各種不同方面。例如，材料伸進下面層區(qū)間(假定液滴即滴液地點僅部分地被支撐)可取值不是上述的1層厚度伸長。此伸長可以小于1層厚度或者至少與整數(shù)層厚不同。也許此伸長將為層厚的整數(shù)(例如2至5層厚或更多)。在這種情況下，為作最準確的形成，將希望使最初的物體表述被變換成一修正的表達，如US專利申請NO.08/428951中所述(在產(chǎn)生斷面數(shù)據(jù)之前或之后)，以便在材料按此修正表述撒布時，面向下的結(jié)構(gòu)細節(jié)能恰當(dāng)?shù)囟ㄎ?。其他的變體可以是采用在多次通過中沿用不同的偏移值如1/4象素(從而3/4的滴液區(qū)為未被支撐的)或3/4象素(從而僅1/4滴液地點為未加支撐的)的基于幾何形狀的沉積。這些不同的偏移量可帶來對延伸進前面的層區(qū)域中量的更多控制。其他的變體可采用不同的沉積次序、不同的罩印量、或者甚至各液滴的不同沉積量。再有的變體可不采用偏移象素而代之以采用較高的分辨率象素，也有可能與生成正確液滴密度的沉積模式相結(jié)合。
另外的交錯技術(shù)結(jié)合1)結(jié)構(gòu)細節(jié)敏感度；和2)在曝光物體細節(jié)時選擇掃描方向。在此實施例中，來自當(dāng)前層的斷面幾何形狀(如斷面邊界信息)和可能的來自緊前面層的斷面幾何形狀(如斷面邊界信息)將被用來確定在斷面的不同區(qū)域曝光時應(yīng)取的掃描方向。例如，當(dāng)曝光一斷面實體區(qū)的最左部分時，如果希望液滴不橋接或不部分地橋接任何小間隙則使頭(即用于曝光欲形成的行的噴嘴)由左向右掃描可能是有利的。另一方面，如果希望產(chǎn)生某種橋接，則保證反方向上的掃描可能有利。同樣，在曝光斷面的一實體區(qū)的最右部分時則自右向左(為不發(fā)生橋接)或從左向右(為作橋接)進行掃描可能是有利的。由控制沉積邊界區(qū)時的掃描方向能保證液滴的水平動量不至于加到橋接間隙，或者增強間隙的橋接。
圖24a～24d表示非橋接技術(shù)示例。圖24a～d為被形成的并為在XZ平面作切面的側(cè)視圖。Z方向垂直于斷面的平面，而X方向為主掃描方向。標號108指被形成的斷面，標號100、102、104和106是指前面形成的斷面。圖24a指明用斷線表明未發(fā)生材料沉積的斷面108。圖24b指明掃描方向110向右和液滴112在第一次通過中被沉積在各列的最左邊上。圖24c表明掃描方向124向左和液滴114在第二次通過中被沉積在各列的最右面上。圖24d指明掃描在任一方向126上發(fā)生和液滴116、118、120和122在第三次通過中被沉積來完成斷面的形成。與此所說明的三通過實施例相反，可采用二通過實施例，其中液滴116、118、120和122在液滴112和114已被沉積時在一個或雙方的第一或第二通過中應(yīng)被沉積到它們各自的地點。
可以預(yù)見，可將物體針對打印頭(即噴嘴)的相對掃描方向作相對的再定向(如圍繞垂直軸作一次或多次旋轉(zhuǎn))，以便使得任何所希望的斷面細節(jié)的邊緣能被曝光同時在所希望的方向上相對地移動打印頭來增強或減小橋接小間隙的概率。
如上面指出的，如果孔板至工作表面的距離太小，液滴在它們擊中工作表面時將具有拉長的形狀(即大的形態(tài)比)。在被拉長液滴的構(gòu)成情況中，可預(yù)見到對在整體細節(jié)的邊緣上沉積的以上指出的掃描方向可能產(chǎn)生與上面指出的那些相反的結(jié)果。其他的交錯技術(shù)可以是相鄰光柵行或非相鄰光柵行的雙向打印。
上述的構(gòu)成技術(shù)可被應(yīng)用到形成整體物體或與其他技術(shù)相結(jié)合來形成部分地空心的、即半實體的物體。在一物體的原始設(shè)計中，物體的部分被假定為實心的(即由凝固的材料形成)且部分假定為空心的(即空洞的區(qū)域)。實際上這些有意的空心(空虛的)區(qū)沒有被看作是物體的部分，因為按定義只要有物體就認為是材料的。在本發(fā)明的涵義中，非實心、空心、或半實心的物體是按照某些優(yōu)選實施例的內(nèi)容構(gòu)成的或欲加構(gòu)成的物體，其中就為整體對象的一部分已被去掉。其典型例子可以是挖空的，部分地挖空，或?qū)⒃葹槲矬w的實心結(jié)構(gòu)作成蜂窩狀。這些原始的實體結(jié)構(gòu)有時被稱之為物體壁而不管它們的空間定向。某些優(yōu)選構(gòu)成樣式形成完整實心物體，而其他構(gòu)成樣式則形成物體的實心表面區(qū)但挖空或部分地挖空內(nèi)部區(qū)域。例如，一物體的內(nèi)部區(qū)域可被形成為一盤格的、截面線的、六方晶的、空心的、或作成蜂窩狀的(這些和其他構(gòu)成樣式在此是很有用的，如在光基立體平印刷術(shù)實現(xiàn)的，如上面引用的專利和申請中介紹的)。上述非實心沉積模式可被看作是內(nèi)部物體支撐結(jié)構(gòu)。這樣，這里說明的其他支撐結(jié)構(gòu)也可被用作為內(nèi)部物體支撐結(jié)構(gòu)。這樣的非實心物體重量將比實心物體較輕，它們將利用較少材料，取決于特殊的構(gòu)成參數(shù)的細節(jié)甚至可被形成得較快，它們們可能較少碰到散熱問題地形成，因為在它們的形成期間所沉積的加熱材料少得多。這些物體可用于作熔模鑄造模式，因而鑄模破裂的可能性降低。溫度控制另外的物體形成實施例是形成物體時將部分地形成的物體維持在它被形成時那樣所希望的溫度范圍內(nèi)，或者至少被維持使穿過部分的溫度差(即溫度梯度)很小。如果在物體形成期間，物體的不同部分處在不同的溫度，物體在其被冷卻到室溫或者在被帶進其使用溫度(將被投入應(yīng)用時的溫度)時將經(jīng)受不同的收縮量。收縮中的這一差異可導(dǎo)致物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和相應(yīng)的變型或甚至物體的破裂。最好溫度維持在能有效維持物體變型在合理限度內(nèi)的范圍內(nèi)。穿過物體的溫差最好維持在20℃的范圍內(nèi)，更好在10℃的范圍內(nèi)，再好點在5℃的范圍內(nèi)而最好在3℃的范圍內(nèi)。不管如何，可由改慮材料的熱膨脹系數(shù)和在將所形成的物體冷卻(或加熱)到均勻溫度時將發(fā)生的收縮(或膨脹)差來估算所希望的溫度。如果收縮中的差異導(dǎo)致超過所希望的允許范圍之外的誤差時，可調(diào)整上面說的溫度范圍。
在物體形成中，初始物體數(shù)據(jù)可被定標來改慮在物體由其噴射溫度(在此優(yōu)選實施例中約130℃)冷卻到其凝固溫度(在弱DSC能量傳送溫度約為56℃時約50℃～80℃)到其構(gòu)成溫度(約40℃～45℃)和最低到其應(yīng)用溫度(例如室溫，約25℃)將發(fā)生的物體中尺寸的變化。此定標因數(shù)可被用來由一適當(dāng)?shù)臒崾湛s補償因數(shù)擴充初始物體設(shè)計以使之能在其應(yīng)用溫度時被適當(dāng)?shù)囟ù笮?。還可預(yù)料到，一或多個隨幾何形狀或至少隨軸而定的收縮因數(shù)可被用來在構(gòu)成期間針對預(yù)期的物體溫度中的變化至少部分補償物體的關(guān)鍵區(qū)域。
前面形成的薄層的溫度和正形成中薄層的冷卻速率已被發(fā)現(xiàn)為具有減低的畸變和特別是降低翹曲畸變來形成物體的重要參數(shù)。當(dāng)前優(yōu)選材料在由它們的凝固溫度冷卻到室溫時承受約15％的收縮。這種收縮產(chǎn)生巨大的激發(fā)力引起翹曲畸變，構(gòu)成內(nèi)應(yīng)力，以及相應(yīng)的后期處理畸變(在上述引用的專利和申請中對這些畸變就光基立體平版印刷術(shù)方面進行了說明，其中許多被說明的構(gòu)成技術(shù)根據(jù)本申請中提出的能被有效地用于SDM和TSL的實踐中)。已看到，如果物體構(gòu)成溫度和特別是如果最后形成的層的溫度在構(gòu)成過程中被維持在室溫以上的溫度時，翹曲畸變就會減少。最好整個部分地形成的物體的溫度被維持在室溫之上，而尤其是，其溫度保持在鑒于上面討論的差分收縮原因的嚴格的容許范圍內(nèi)。
為有效的形成物體，很顯然部分地形成的物體的構(gòu)成溫度必須維持低于材料的熔點。另外，構(gòu)成溫度必須維持低于使凝固的材料能有具有足夠的剪切和壓縮強度和甚至張力強度的溫度(特別是如果采用側(cè)向或顛倒物體形成實施例的話)以便使物體能被準確地形成同時經(jīng)受典型的與構(gòu)成過程相關(guān)的力(例如，與物體將經(jīng)受的加速度相關(guān)的內(nèi)力，與接觸或靠緊地通過物體的平面化器和打印頭相關(guān)的曳力或真空力，與任何用于冷卻物體的氣流相關(guān)的空氣壓力，和因其自重產(chǎn)生的物體上的重力)。其中某些力依賴于物體的質(zhì)量并隨進入部分的深度增加。這樣，由較高到較低層的稍許負的溫度梯度(即由最近形成的層至最早形成的層的溫度中的降低)可在必須的區(qū)間中提供增長的強度，而同時使最近形成的層能在足夠高的溫度中而導(dǎo)致最小的翹曲和其他畸變?？梢詫υ摬糠种械囊粋€或多個位置采用與慣性力計算作總和的簡單重力計算(根據(jù)此部分的質(zhì)量和它所經(jīng)受的Y方向加速度)作為由凝固的材料所需的最小剪切強度的近似。這與材料剪切應(yīng)力隨溫度變化的試驗確定相結(jié)合可被用于對物體中任一位置作近似的構(gòu)成溫度上限進行計算。當(dāng)然最好另外專門改慮到接近物體的最近形成的薄層，因為在部分形成的物體與正被撒布的材料的接觸處發(fā)生動態(tài)熱效應(yīng)，這涉及到取決于物體的幾何參數(shù)、溫差、和冷卻技術(shù)的再熔化現(xiàn)象和熱容量現(xiàn)象。因此，實際上整個的最大構(gòu)成溫度多半低于以上的估算值。
另一方面，如上面指出的，由在升高的溫度中構(gòu)成可大大降低翹曲和其他畸變，此時溫度越高畸變越少。認為這種畸變的減少由于材料的被增大在提高的溫度下流動的能力與其支撐剪切負荷的較低的能力相結(jié)合取得的，這使得某些材料能產(chǎn)生再分布由此而降低造成畸變的應(yīng)力。還認為，在接近、處于、或最好高于任何固態(tài)相變化溫度(如晶化溫度或玻璃的臨界溫度)操作將導(dǎo)致應(yīng)力和畸變的最快的和可能是最重大的降低。由于這些相變化通常在一很廣的范圍發(fā)生，各種不同水平的效益認為將取決于工作溫度在這些范圍中的位置和可能的處理時間。熔融溫度和/或凝固溫度及固態(tài)臨界溫度可利用差分掃描熱量計(Differential Scanning Calovimetry DSC)技術(shù)確定，然后它再用于適當(dāng)?shù)臉?gòu)成溫度范圍。另外，適當(dāng)構(gòu)成溫度范圍也可作試驗確定。已經(jīng)肯定，依靠在室溫之上任何溫度操作能獲得某些收益，并預(yù)計移動到越接近于熔融溫度和/或凝固溫度，收益越大。這樣，工作溫度范圍就可被設(shè)定作為沿室溫與熔融或凝固溫度，或室溫與估算的最小剪切強度的溫度之間的距離的百分數(shù)?；蛘?，可將工作溫度選擇為材料具有其室溫剪切強度的某一百分數(shù)時的溫度。例如可希望將工作(構(gòu)成)溫度設(shè)定得使剪切強度成為其最大室溫值的75％、50％、25％或甚至為10％。增加表面光潔度另外的有用于加強物體表面光潔度的構(gòu)成實施例是利用由優(yōu)選SDM技術(shù)的實踐取得的美觀的面向上表面。在這些實施例中有效的面向上表面(如整個區(qū)域)的數(shù)量增加而有效面向下表面的數(shù)量則由原先的物體設(shè)計所定義的減少。這包括將物體分成為二個或更多個部分并改變分開的部分的定向，以使得能將盡可能多的關(guān)鍵表面作成面向上的表面、垂直表面或組合的面向上/垂直表面，而沒有真實外表面或僅僅很少關(guān)鍵表面仍作為面向下的表面。這些分開的物體部件然后被相互獨立地構(gòu)成，各自取合適的定向。然后去除支撐并將最后得的部件由粘接等組合，以使得一完整的物體主要由面向上和垂直表面區(qū)域形成。如果希望粗糙的表面而不是光滑表面，則上述技術(shù)可被用來保證關(guān)鍵表面被形成為面向下的表面。作為一替換方案，欲作成粗糙的面向上的表面可簡單地由從其伸出的支撐形成。
圖25a～e說明這種構(gòu)成技術(shù)的舉例。圖25a表明欲采用SDM形成的物體60的結(jié)構(gòu)(那樣希望的物體設(shè)計)。如果物體直接由此設(shè)計形成，物體將由面向上的表面即表面50、52和54和面向下表面即表面56和58雙方形成。如前面討論的，面向下的結(jié)構(gòu)細節(jié)的形成要求前面形成一支撐結(jié)構(gòu)，它將用作為形成此面向下的細節(jié)的材料撒布在其上面的工作表面。在物體形成和去掉支撐后，發(fā)現(xiàn)留下的面向下的表面具有粗糙和不規(guī)則的表面光潔度。如果希望此面向下的表面平滑，此物體就必須經(jīng)受可能需要仔細地噴砂或填充的附加的后處理。
圖25b表明實施上述技術(shù)的第一步驟。此第一步是將原始的即所希望的物體設(shè)計分成為二個或更多部分。執(zhí)行此分割以使得物體的所有關(guān)鍵細節(jié)能被形成為垂直表面或面向上的表面(最好作為面向上的表面而更好的是作為其上面沒有面向下的表面的面向上的表面，以使得將不必形成由此面向上的表面開始并損傷它的支撐)。關(guān)于支撐形成的其他細節(jié)和與之相關(guān)的問題將在后面作進一步討論。本例中，所有表面50、52、54、56和58均被看作為關(guān)鍵的而應(yīng)被形成為面向上的表面。
圖25b表明被分為二部分62和64的物體60。部分62包含原始面向外細節(jié)50、52和54以及新的即臨時的面向外細節(jié)72和74。部分64包含原始的即所希望的面向外細節(jié)56和58以及新的即臨時的面向外細節(jié)72′和74′。
圖25c表明形成期間部分62的優(yōu)選定向(正面向上)，以使得表面50、52和54能被形成為面向上的細節(jié)。圖25d表明形成期間部分64的優(yōu)選定向(顛倒)以使表面56和58能形成為面向上的細節(jié)。在形成各部分62和64之后，去除支撐和臨時表面對72和72′，及74和74′以準備進行配合。圖25e表明部分62和64連接形成物體60，其中所有關(guān)鍵面向外部分(即原始表面50、52、54、56和58)均具有良好的表面光潔度。附加構(gòu)成樣式其他構(gòu)成樣式包含以下一或多個1)采用較高分辨率在掃描方向撒布；2)在形成面向下表面中采用高于形成物體內(nèi)部區(qū)域中的單位面積滴液密度；3)采用延伸至少在面向下表面之上N倍(如5～10)的面向下表層區(qū)；4)在形成面向上表面時采用高于形成物體內(nèi)部區(qū)時的單位面積滴液密度；5)采用延伸在面向上表面之下至少N層(如5～10)的面向上表層區(qū)；6)在形成物體的邊緣區(qū)時采用高于在形成內(nèi)部區(qū)時的單位面積的滴液密度，此邊緣區(qū)延伸進物體內(nèi)部至少L滴液寬(如2～4)；和7)通過光柵掃描形成物體的內(nèi)部區(qū)和通過向量掃描形成邊緣區(qū)。支撐樣式本申請的下一部分主要針對支撐的形成。但應(yīng)理解，因為支撐是由沉積的材料形成的，所以所有前述構(gòu)成技術(shù)均適用于支撐構(gòu)成過程。如將理解的，支撐構(gòu)成過程的所有方面也均適用于物體構(gòu)成。
支撐結(jié)構(gòu)必須滿足數(shù)種可能是對立的需要1)它們最好形成用于在其上面構(gòu)成物體薄層和甚至接續(xù)的支撐薄層的良好工作面；2)它們最好易于從它們支撐的面向下的表面去除；3)如果它們由物體的面向上的表面開始，它們最好易于由它們?nèi)コ?)在去除時支撐最好對面向上表面和面向下的表面僅造成最小的危害，最好在這些表面上具有至少容許的良好表面光潔度；5)它們最好在垂直方向(如Z方向)上以各斷面合理的速率構(gòu)成；6)它們最好利用每層最小的通過數(shù)量來形成；和7)它們的形成最好是可靠的。已開發(fā)或建議能在這些需求間達到不同的平衡的許多不同支撐樣式。
為優(yōu)化構(gòu)成速度，垂直累積很重要，因而希望支撐的構(gòu)成能與物體構(gòu)成具有接近相同的速率。特別是，最好支撐的垂直累積(如由每層的單次通過)至少與應(yīng)用平面化器所設(shè)定的所希望層厚一樣大。支撐累積越接近物體的累積，可用的層越厚則平面化期間將被去除層越少，因而提高了構(gòu)成過程的效率。對于一給定材料和設(shè)備，由不同的支撐和構(gòu)成樣式進行的材料垂直構(gòu)成可試驗確定，如前所述，依靠構(gòu)成各沉積樣式的測試部分和采用不同層厚的模式(水平化等級)，然后測量這些部分以確定材料的構(gòu)成何時滯后于由所沉積的層數(shù)所要求的預(yù)計厚度和所期望的層厚。由這種信息可對所希望的構(gòu)成和支撐樣式的組合將層厚(水平化等級)設(shè)定到適當(dāng)?shù)闹?，或者可設(shè)定為達到所希望的層厚所需的支撐和構(gòu)成樣式。
某些優(yōu)選的支撐樣式實施例著重于形成速度、維持去除容易性，但在被去除支撐的區(qū)間留下粗糙的表面光潔度。這些支撐樣式包括形成被小間隙隔開實心柱。特別是，在一優(yōu)選系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在X和Y雙方向上以每英寸300象素地提供，物體及支撐利用4次ID罩印在X方向(主掃描方向)形成。每一支撐層包含3×3象素區(qū)，其中支撐材料要以多個柱來撒布，這些柱被在主掃描方向(X方向)上以二個無象素定義的沉積的象素區(qū)和在副掃描方向(Y方向)上以一個無象素定義的沉積的象素區(qū)分開。定義這些象素區(qū)的數(shù)據(jù)情況如圖15a中所示。圖中的“X”表明含有液滴數(shù)據(jù)的象素，而圖中“0”指明“無液滴”數(shù)據(jù)的象素。方框50被注明圍繞“X”區(qū)以便突出沉積區(qū)的形狀。但由于X方向的ID罩印，在發(fā)生實際沉積時二象素間隙實際上被作相當(dāng)?shù)淖冋?幾乎一個象素寬)。這樣實際得到沉積模式更接近地近似4×3象素寬(12～14mils×9～10mils)柱，雖然帶有圓角，這些柱在X和Y雙方向以一象素寬的間隙(3.3mils)分開。此情形大致如圖18所示。
在構(gòu)成物體的實踐中已看到，上述構(gòu)成的支撐以接近與物體相同的速率累積，因而可利用對各滴液場所單次通過來形成各層上的支撐和物體。還發(fā)現(xiàn)上述支撐結(jié)構(gòu)易于由物體分離但造成很差的面向下表面的光潔度。因此，就構(gòu)成速度來說上述樣式是優(yōu)越的，但從表面光潔度看，還有要改善的很大余地。
一種變體是采用撒布頭的多次通過以形成一斷面的支撐。另一替代方案是周期地撒布一額分的支撐斷面以便能均衡支撐與物體間的垂直材料累積。
另一種變體是使支撐形成能滯后物體的形成一或多層，以便消除或減小在構(gòu)成脆弱支撐時可能發(fā)生的平面化問題。問題在于，如果一斷面的支撐部分在與該斷面的對應(yīng)物體部分相同的通過期間被撒布的話，平面化器就能使得這些支撐發(fā)生畸變。借助使能發(fā)生一或多層的滯后，能避免支撐與平面化器間過量的接觸。而能預(yù)見最后得的支撐畸變將為最小。
另外的柱狀支撐結(jié)構(gòu)也是可能的，包括不同尺寸或形狀的柱。例如，可將數(shù)據(jù)格式與罩印技術(shù)相結(jié)合來生成實際柱的大小接近于3×3象素尺寸(9～10mils×9～10mils)、2×3或3×2象素尺寸(這些可導(dǎo)致垂直累積減少)、2×2象素尺寸(6～7mils×6～7mils)(在垂直累積速率上可能有損失)、4×4象素尺寸(12～14mils×12～14mils)(可能較難去除并使得進一步危及物體表面)、或者更大的尺寸。也可采用其他斷面形狀的柱。這些包括作成更接近圓形形狀的結(jié)構(gòu)(例如八角形或六角形)、十字形結(jié)構(gòu)、具有不同的長與寬的形狀比的結(jié)構(gòu)、或者可加以混合的結(jié)構(gòu)的組合。
另外的替代方案包括在主、副掃描方向之一或雙方偏移交替的支撐柱。例如在副掃描方向每隔一支撐柱偏移柱間間隔的1/2。這如圖19中所示。有可能使支撐柱的間距較寬，特別是如果某種技術(shù)例如采用拱形或分叉支撐來在碰到物體的面向下的表面之前減小支撐柱之間的間隙。圖21a和21b表明二個拱形支撐的示例，其中采用的象素偏移量(或至少滴液位移控制)不同。分叉支撐如上面數(shù)個地點所說明的，一些優(yōu)選實施例采用可作為分叉支撐說明的支撐。上面討論的拱式支撐為分叉支撐的一種類型的示例。分叉的或分叉式支撐是這樣構(gòu)成的支撐結(jié)構(gòu)，即某些薄層的部分以懸臂狀態(tài)從緊前面的薄層上的已凝固區(qū)向外伸出。這些向外伸出可以層與層間相同(即固定)的象素位置為依據(jù)?；蛘哒f，這些向外伸出可以某些或全部層間的象素位置中的分數(shù)象素寬位移作為依據(jù)。再一種替換方案可以是以改變某些或全部層間的象素模式為依據(jù)。某些分叉支撐實施例產(chǎn)生較之在一較低層分叉支撐所起源的支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量更多的要被支撐的表面的個別支撐結(jié)構(gòu)。
除前面揭示的各種實施例(基本上可看作為分叉支撐)之外，圖28a、28b、29a～e、30a～m、31a～c、32a～d表明另外的優(yōu)選分叉結(jié)構(gòu)示例。圖28a表示以表面500開始和向表面502行進的柱支撐504、506、和508的側(cè)視圖。這些柱支撐由分叉部件510、512、514和516相互連接。圖28b表示從表面500向表面502工作的分叉式支撐實施例的測視圖。表明支撐每兩層分叉。在此二維空間視圖中，某些分叉表現(xiàn)為二路叉狀模式而其他的分叉僅沿一單通路分枝出。圖28b所示同一支撐結(jié)構(gòu)在圖31a～c和32a～d中被由不同視野觀察。
圖29a～e中例示另外的優(yōu)選分叉模式。圖29a～e表示一單個支撐樹的連續(xù)分叉斷面的頂視圖，這里僅用X和Y的分叉且由單個支撐主干得到總共4個支撐分叉。此單個支撐結(jié)構(gòu)可被稱之為支撐樹或結(jié)構(gòu)的“主干”。如下面將會清楚的，為易于數(shù)據(jù)管理，可將此主干看作是由4個分開的但是相同的維持它們獨立個體的部件組成，它們可以一起作邏輯處理來為任一給定層生成掃描模式。當(dāng)然，實踐中要加以支撐的現(xiàn)實區(qū)域可能需要多個相互間適當(dāng)?shù)氐母糸_的這種主干元件。
圖29b表明X方向的第一分叉。如下面其他圖中那樣，圖示陰影實心區(qū)表示當(dāng)前斷面的沉積區(qū)，而以虛線表示的區(qū)代表緊前面的分叉。作這種表明沉積區(qū)的方法是為使分叉間的登記清確。此第一分叉可發(fā)生在形成一或多個主干層之后。如有關(guān)此圖和后面的圖在下面將說明的其他分叉那樣，分叉可使撒布的材料由被支撐區(qū)伸出一象素的部分、整個象素、或多個象素，這取決于所采用的拖拉次序、與滴液寬相比的象素寬度、當(dāng)前層以上要形成的同樣層的數(shù)量(可補償當(dāng)前層的不足)、被部分地不加支撐的能力等等。如后面要討論的某些其他分叉那樣，這一分叉可被看成是二或更多個最初重疊的成分的二路分叉(即正X方向中一路和負X方向中的另一路)或看成是二或更多個最初重疊的成分的單路分叉。如將由后面的說明看到的，此第一分叉可被認為是4個最初部件的一單路分叉，其中二個部件跟隨各分叉方向。由這4個部件作為實際的材料沉積可依據(jù)這些部件的布爾和，以使得避免在重疊區(qū)上的多重沉積。
圖29c表明樹的下一分叉，其中這一分叉可在圖29b中表明的分叉后的一或多層發(fā)生。物體部件的這種分叉以與圖29b中看到的同樣方向發(fā)生。
圖29d表明圖29c所示二分叉的每一個的Y方向中的二個分叉。原理上這仍可被看作為獨立成分的Y方向上的單個分叉。圖29d中所示分叉是開始所有4個成分的分開過程的第一分叉。
圖29e表明此實施例的最后分叉，其中作各部件的附加的Y方向分叉。這最后的分叉可在適宜時被用來支撐物體表面。如果物體表面被置于這些最后的分叉之上數(shù)層，即可延伸圖29e的結(jié)構(gòu)(如柱)直至達到物體表面。如果所有4個分叉的物體表面不是在同一水平，則柱的個別柱或部分在需要時可延伸。這種支撐高度的延伸類似于這里討論的其他優(yōu)選柱支撐實施例，而可包括橋?qū)拥鹊膽?yīng)用。當(dāng)然，如果希望此四柱分叉的支撐有不同的結(jié)構(gòu)(例如形狀、位置等)，可對所說明的實施例作變型(如改變分叉次序、分叉方向、延伸類、分叉之間的層數(shù)等等)而這對本技術(shù)熟練人員根據(jù)這里的原則將是顯見的。圖29a中所示支撐主干可最初形成在一前面的物體斷面或初始襯基上。或者，此主干可在另一支撐結(jié)構(gòu)如圖28a中所示的頂部開始。而且如欲采用多個樹，樹的分叉可在也可不在同一層上開始，并可能會也可能不會導(dǎo)致在相同層數(shù)之后形成各個分叉。選擇何處開始分叉和其后何時作后續(xù)分叉，可根據(jù)欲形成物體的幾何形狀。有可能希望對一特定的樹在最先碰到一欲預(yù)支撐的表面(如面向下的物體表面)之前數(shù)層達到最終的分叉模式。
與圖29a～e中說明的實施例相關(guān)執(zhí)行的分叉例程可概括于大表中
<p>按照希望，上表中概括的各個參數(shù)可加修改。例如，這里取量A的分叉量。如合適，此量可隨不同的分叉級改變，或者甚至可在同一分叉級對不同部件改變。
圖30a～30m表明類似于圖29a～29e的分叉支撐實施例，不同處是圖30a中所示的單一主干將產(chǎn)生如圖30m中指明的16個分叉。為便于理解和有可能實現(xiàn)，圖30a中所示主干可被認為是由16個別的但相同的部件組成。在對一給定部件作分叉操作期間僅沿X或Y方向中一個進行偏移。圖29a～e的說明中指出的上述所有考慮均可應(yīng)用于這些圖中例示的實施例以及隨后的實施例。
圖31a～c表明另一實施例，其中如圖31a所示單個主干分叉成圖31c中所示的4個元件。這一實施例與圖29a～29c中的不同處是，分叉同時發(fā)生在X和Y方向兩方面。如所說明的，分叉范圍在X和Y方向雙方是相同的。但分叉范圍可在這些方面之間改變。
圖32a～32d繼續(xù)圖31a～31c中說明的實施例以生成16個獨立的分叉支撐。這些圖還說明圖28b中的結(jié)構(gòu)，其中說明每一分叉的二層。
在其他優(yōu)選實施例中也可能有其他分叉模式。例如，取代如上述例中表明那樣的由個別主干生成被分叉支撐的矩形陣列，可以形成六角形陣列、三角形陣列、半園形陣列，等等。如果所得到的模式不能滿意地共同配合，可希望采用混合模式，它以適宜的形式相交替來得到最后支撐結(jié)構(gòu)的良好的配合或嚙合，以使得面向下的表面能被合適地支撐。其他的優(yōu)選實施例可能采用多個主干來支撐單個組的分叉支撐。
可以預(yù)見到這些分叉支撐實施例可能產(chǎn)生較某些其他實施例達到的更好的面向下的表面，因為可以相信接觸到物體的最終支撐結(jié)構(gòu)將被更均勻地隔開。如上面指出的，這里說明的分叉的支撐實施例可以是一更大支撐結(jié)構(gòu)或混合支撐結(jié)構(gòu)的一部分。對以上實施例的其他變型對研究這些揭示內(nèi)容的本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員將是很顯見的。
如果采用上述的幾何形狀和方向敏感的交錯技術(shù)，就可能構(gòu)成較小直徑和/或較接近地隔開的結(jié)構(gòu)來提供更好的工作表面，同時仍然具有合理的垂直累積速率。
在此優(yōu)選實施例中，沉積的滴液直徑接近與優(yōu)選的象素直徑(約2.9～3.4mils)相同。但一般支撐間的象素分隔(例如支撐柱間的分隔)較之有關(guān)落下的滴液直徑(如2mils)和撞擊的(即沉積的)滴液直徑的分隔較不關(guān)鍵。最好支撐間(如支撐柱)的水平間距要小于在含有要被支撐的面向下的表面的層的緊前面的層上的6個滴液直徑。更好的是，此間距小于3個落下滴液直徑，而最好此間距小于1到2個落下滴液直徑。
已發(fā)現(xiàn)，在支撐柱之間包含有間斷的橋接元件有利于在它們的高度增長時限制它們由它們所希望的XY位置位移的能力。通常支撐柱直徑越小，就越經(jīng)常需要橋接元件和層。這些橋接元件在高度上可延伸一或多層。在此優(yōu)選實施例中，已發(fā)現(xiàn)一單層(1～2mils)的橋接元件是不完全有效的，而多于5層(5～10mils)則使整個支撐結(jié)構(gòu)太硬。這樣，在采用優(yōu)選的3×3象素支撐時，橋接層理想的是高度在2層(2～4mils)與5層(5～10mils)之間，而最理想的是高度為3層(3～6mils)。而且還發(fā)現(xiàn)，橋接層最好每75mils到2寸重復(fù)，較理想的是每100至300mils重復(fù)，最好為每100～200mils重復(fù)。為用于其他材料、構(gòu)成參數(shù)、或構(gòu)成條件，可利用對測試部分的形成和分析來確定有效的橋接厚度和隔離厚度。
在橋接層被斷續(xù)地應(yīng)用時，它們可將所有支撐柱粘結(jié)到一起或者僅將它們的一部分粘結(jié)到一起，其中，其他柱固定作前面的橋?qū)佑没驅(qū)⒐潭ㄗ麟S后的橋接應(yīng)用。換句話說，橋接元件可形成被沉積材料的固體平面，或者它們可僅形成固體平面(如棋盤模式)，它將某些柱連接到一起。支撐柱在它們在形成橋接層之后再開始時可能或不可能由它們先前的XY位置移動。
另一被稱為棋盤式支撐的優(yōu)選支撐結(jié)構(gòu)著重于易于去除和對物體生成的良好的面向下表面的光潔度。圖14中表明此支撐結(jié)構(gòu)的斷面組成。沿各光柵行利用每隔一象素(300象素/英寸)發(fā)生沉積，而在相鄰光柵行中沉積象素被沿著該行作一象素寬位移。此支撐的一個優(yōu)選方案不采用ID罩印而能采用DD罩印或多次曝光每層增加沉積。無DD罩印或多重曝光，層厚在采用此優(yōu)選實施例中的這種型式的支撐時限制到0.4至0.5mils之下，而不是由前述某些優(yōu)選實施例可得到的接近1.3mils。不采用這些結(jié)構(gòu)的DD罩印或多重曝光，有可能不利用物體的優(yōu)選ID罩印，僅在較薄的層中沉積材料(例如每層0.3至0.5mils)。無需利用物體的罩印因為額外的材料僅需在平面化期間被去除。由于采用光柵掃描且形成一層的速度與或不與罩印的速度相同，所以按照這些技術(shù)的構(gòu)成樣式接近低于采用4次罩印的相當(dāng)?shù)臉?gòu)成樣式的3～4倍。雖然在構(gòu)成時間上有重大增加但表面光潔度上的改善可保證它在一定情況下的應(yīng)用。
在構(gòu)成棋盤式支撐時，橋接層的正常應(yīng)用被優(yōu)先(例如Z高度的每30至100mils)來保證柱的完整性。橋接層應(yīng)包括足夠的數(shù)量的層以保證其有效性(例如約為上面討論的橋接層的同樣厚度)。滴液-通/滴液-斷模式(按滴液寬)為凝固的元件是1滴液寬(沉積寬)，相繼元件的中心點間的間距大于1滴液寬但小于2滴液寬。
行支撐(按滴液寬)包括寬度接近一撞擊液滴直徑的行元件，其中與行的方位相切的元件之間的間距小于1滴液寬(即重疊)，而垂直于行方位的元件間的間距大于1滴液寬。最好垂直于行方位的元件間的間距也小于2滴液寬。
NXN柱支撐(按象素)在主方向上為N-通(最好1)或2-斷，在轉(zhuǎn)位方向上為N-通，和最好1-斷。柱的寬和其間的間距可根據(jù)對象素的間距、滴液直徑和所用的任一罩印的情況進行計算。相鄰柱中沉積的材料間的優(yōu)選間距在一或二液滴直徑之下。
另一可能的支撐樣式是采用整體的或間斷的虛線，其最好小于3象素寬(小于10mils)而更理想的是寬度為1～2象素或更小(小于3.3-6.6mils)，且被分隔以1到2象素或更少的未沉積的材料(小于3.3～6.6mils)。這些支撐可沿主掃描方向、副掃描方向、或其他方向運行。另一種型式的支撐是跟隨物體邊緣的曲線支撐?；蛘?，此支撐模式在斷面的不同區(qū)域可不同。它也可能在掃描方向由物體的邊緣位移N象素(或滴液寬)，或在轉(zhuǎn)移方向位移M象素(或滴液寬)。
某些其他替代方案包括由與形成物體的表面或邊緣區(qū)所用材料不同的材料構(gòu)成支撐。另外的替代方案可僅在一或多個鄰接到物體的層采用不同的支撐材料?；旌现卧儆械目捎糜诰植砍练e成型的支撐結(jié)構(gòu)類型為混合支撐。在最簡單意義上，混合支撐是一種至少包括有兩種不同類型支撐結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)。最好，混合支撐中所采用的結(jié)構(gòu)按支撐的高度改變，而更具體點說，在任何給定點的結(jié)構(gòu)可隨由該點至物體的一面向上和/或面向下的表面的距離而定。換句話說，支撐結(jié)構(gòu)被根據(jù)在物體上的距離修整為最合適的結(jié)構(gòu)。在一典型實施例中，當(dāng)點位于一面向下的表面之下預(yù)定層數(shù)(如4～9)時改變支撐模式。另一個中，支撐的單位面積的滴液密度即滴液密度比(被定義為每單位面積的滴液與非滴液之比)在接近面向下的表面時減少。在這些實施例的變體中當(dāng)由較高的向較低的滴液密度比支撐結(jié)構(gòu)過渡時采用一個或多個傾斜(中間)層的層。
在再一個典型實施例中，在離開面向上的表面(例如離開一面向上的表面4或更多層)時滴液密度比增加。這一實施例的可選變體中，在由較低的向較高滴液密度比支撐結(jié)構(gòu)過渡時利用一或多層的傾斜(中間)層。也可取的是支撐結(jié)構(gòu)不只根據(jù)到物體的垂直距離同樣也根據(jù)水平距離改變。例如當(dāng)水平地鄰近此物體時不同類型的支撐可能比離開物體某一距離時更有用。
圖20中側(cè)視地表明一混合支撐示例。如圖示，此結(jié)構(gòu)由可能是構(gòu)成平臺、或者可能是正構(gòu)成中的物體的一面向上的表面的表面23伸出以支撐面向下的表面24。圖中表明，此支撐結(jié)構(gòu)由5個部件組成1)接觸表面23的細纖維狀柱25(如果表面23不是物體的面向上的表面多支撐結(jié)構(gòu)的這一部件可省略)；(2)設(shè)置在纖維狀柱25頂部較粗大的柱26；(3)中間層27(即最終橋接層)；(4)設(shè)置在中間層頂部的直接接觸面向下的表面24的細纖維狀柱28；和(5)用于將二個或更多的粗柱熔化到一起并分布在柱26中各個地點的橋接層29。
細柱25和28兩者斷面上均為1象素(3.3×3.3mils)并形成如圖14a中所示的“棋盤”模式。結(jié)果得到距相鄰柱1象素并易于從表面23和24分離的一系列細的纖維狀柱。這些相當(dāng)于上面討論的棋盤式支撐。根據(jù)一象素通、一象素斷的這些支撐的沉積模式，滴液密度比接近于1。如果支撐不是在物體的面向上的表面開始則柱25可跳除。
柱25和28在高度上應(yīng)在3mils與15mils之間而最好為約4～6mils。此高度應(yīng)保持為最小，因為希望這些支撐與正以4次ID罩印形成的物體相結(jié)合利用，且因為在對這些支撐結(jié)構(gòu)采用單次通過不作罩印時它們將以遠低于物體的速率累積。另一方面，還希望這些支撐具有某種高度，針狀元件在物體的面向下表面被撒布時傾向于熔化到它們上面。
柱26橫斷面為3～3象素(9.9mils×9.9mils)，在掃描方向距相鄰柱2個象素，在轉(zhuǎn)位方向距相鄰柱1象素。這些柱結(jié)構(gòu)相當(dāng)于上面討論的最佳支撐。如上述，主掃描方向上額外空間的主要原因是在于這些支撐將接收4次罩印。由這些柱形成的斷面模式如圖15和18中所示。所得結(jié)果為一系列粗于纖維狀柱25與28的柱。
這些柱與其他的不同，可為隨意的高。原因是這些柱的較大的斷面使得柱能與該部分本身同樣的速率生長(約1.3mils/層)。如前面討論的，最好利用橋接29將相鄰的柱26間斷地熔結(jié)到一起以防止在按某一距離構(gòu)成后可能發(fā)生的這些柱的“漂移”。橋接的間距最好在先前討論的范圍內(nèi)。
中間層27代表可起柱26與柱28之間的過渡作用的任選橋接最終層。過渡層有用的理由是，柱28為約與柱26間的間距相同或較小的大小時，結(jié)果會是如無此過渡層柱28就可能落在這些間距中間。這一優(yōu)選辦法中，不利用作為一整體的中間層而是在柱26的頂部仔細地位移柱28或者僅利用層27的必要部分。
最好是如果被采用，這些中間層就與前面討論的橋接層為同樣的厚度。
應(yīng)當(dāng)理解，在柱25與柱28之間是無需中間層的，因為柱26在斷面上大于柱25之間的間距。因而，這些柱能直接建立在較小柱的頂部而無需中間層。
其他可能的混合結(jié)構(gòu)是采取另外的與前述支撐元件的組合?；旌虾推渌谓Y(jié)構(gòu)也可被用來形成物體的內(nèi)部部分。
為構(gòu)成支撐還存在另外的替代方案。例如，也可能由與用于構(gòu)成該部分的材料不同的材料來構(gòu)成支撐。另一種可能性是在上述支撐結(jié)構(gòu)的間隔中加以流體例如水以便提供附加支撐且也有助于散熱。在這樣的措施中，采用一種較構(gòu)成材料具有更大密度的流體是有益的。這將給于落在柱的間隔間的構(gòu)成材料的滴液以浮力。此材料還應(yīng)被選擇得使其表面能量與構(gòu)成材料的相匹配以便能防止在流體與柱之間形成凹凸面。這樣一種材料的例子是表面活化劑。
另一種可能是在柱的間隔之間向上噴射空氣流。在此方法中能取得散熱效果和浮力。另一可能是以質(zhì)粒填滿被降低數(shù)量的柱支撐的間隔(如間隔開0.1至1英寸或更多的柱)。而這樣的質(zhì)粒由構(gòu)成材料形成，這一點可依靠促使液滴能在它們到達工作表面之前凝固(例如以增加撒布頭與工作表面之間的距離)，或者依靠在液滴以升華的、亦即直接由固態(tài)進入汽態(tài)的材料著陸之前涂覆它們。
支撐最好將物體由構(gòu)成平臺的表面隔開50到300mils。另外，物體可直接構(gòu)成到平臺上。在此替代方案中，平臺可被覆蓋以一柔性片材，這將使物體能易于由硬平臺分離而再由此片材分離。電切刀可被用來將支撐由平臺分離，在這種情況下最好將物體置于平臺表面之上150～300mils。已發(fā)現(xiàn)一種帶長齒的細梳狀裝置對由平臺去除支撐很有效。在這種情況下，裝置的厚度要求物體與平臺間所需的間距一般在50至200mils之間。支撐由物體去除可借助擦凈、刷除、或者依靠利用小的控側(cè)裝置如牙科器具。
另一種變體是將此實施例結(jié)合進一包含有自動部件去除的能力和一冷卻臺的綜合系統(tǒng)中。另一些替代方案則是采用低熔點材料作為構(gòu)成材料、一材料過濾器、或不同光柵行或滴液地點的不同的材料。
再一些替代方案是對支撐構(gòu)成采用大于部分構(gòu)成的滴液。另一替代方案是采用如上述那樣的使液滴能在它們抵達工作表面之前凝固來成形的粉末化支撐。
其他實施例可根據(jù)不同的主掃描方向定位(如Y或Z)、另外的副掃描方向定位(如X或Z)和另外的堆積定位(如X和Y)來構(gòu)成。其他的實施例可利用另外的絕對運動方案來實現(xiàn)物體與打印頭間所希望的相對運動。例如在某些實施例中打印頭的絕對運動發(fā)生在所有三個方向上，而在其他實施例中絕對物體運動可存在于所有三個方向。在再一些其他的實施例中可采用打印頭或物體的非笛卡爾運動和逐層地或?qū)拥闹饌€部分地改變噴射方向。
雖然某些實施例是在被指出說明書中的標題下說明的但這些實施例不能被認為僅適用于標題所指明的主題。而且雖然標題以用來增加此說明的可讀性，但有關(guān)標題所敘述的特定主題的所有揭示不應(yīng)被認為是限于這些單個章節(jié)之內(nèi)。這里揭示的所有實施例均可分開地或與所揭示的其他實施例相結(jié)合地應(yīng)用。
雖然已表示和說明了本發(fā)明的實施例和應(yīng)用，但對本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人士將很顯然，不背離本發(fā)明的原理可作許多修正。因此本發(fā)明除所列權(quán)利要求中的精神實質(zhì)外不受其他限制。
權(quán)利要求
1.快速成原型系統(tǒng)中生成表示物體斷面的起動/停止變遷數(shù)據(jù)的方法，包括步驟作為輸入接收表示物體的三維數(shù)據(jù)；將分片層與物體斷面相關(guān)；對每一分層將三維數(shù)據(jù)表述與多個象素掃描行相交；和在掃描行與三維物體表述之間的相交點生成斷面的變遷數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其中快速成原型系統(tǒng)是.一局部沉積成型系統(tǒng)。
3.快速成原型系統(tǒng)中對物體一給定層生成描述支撐區(qū)的數(shù)據(jù)的方法，其中包括步驟確定由此給定層以上的所有層的組合所復(fù)蓋的區(qū)；求此給定層的一個區(qū)與此總和區(qū)之間的布爾差；和利用此差作為此給定層的支撐區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述方法，其中快速成原型系統(tǒng)是一局部沉積成型系統(tǒng)。
5.快速成原型和加工系統(tǒng)中，增加打印頭的掃描方向的分辨率的方法，包括步驟設(shè)置一處理器；設(shè)置第一和第二定時器，它們被裝載后將作遞減計數(shù)并在時間滿后啟動噴射；在打印頭被規(guī)定的編碼器行序列之一通過時中斷處理器；計算打印頭通過數(shù)個編碼器行的平均速度；利用所述平均速度計算表示由一編碼器行至下一噴射地點的時間中的變化的第一值；將所述值裝載進所述第一定時器；利用所述平均速度計算表示由一編碼器行至隨該下一噴射地點后的第二噴射地點的時間中的變化的第二值；和如果所述第二噴射地在該下一編碼器行之前將所述第二值裝載進所述第二定時器。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其中快速成原型系統(tǒng)為一局部沉積成型系統(tǒng)。
7.快速成原型和加工系統(tǒng)中，分配構(gòu)成模式到一欲凝固的斷面的不同部分的方法，包括步驟將欲加凝固的斷面的部分表示為起動和停止變遷數(shù)據(jù)對；分配給所述數(shù)據(jù)對構(gòu)成模式，它調(diào)制實際起動和停止的地點來得到調(diào)制的數(shù)據(jù)；和按照所述受調(diào)數(shù)據(jù)撒布材料以便建立所述斷面。
8.如權(quán)利要求5所述方法，其中快速成原型系統(tǒng)為一局部沉積成型系統(tǒng)。
9.快速成原型加工系統(tǒng)中，通過偏置所述數(shù)據(jù)增加轉(zhuǎn)位方向上分辨率的方法。
全文摘要
敘述了用于快速成原型和加工系統(tǒng)中的各種支撐結(jié)構(gòu)和構(gòu)成樣式,其中特別著重于熱立體平版印刷術(shù)、融熔沉積成型、和局部沉積成型系統(tǒng),其中介紹了采用多噴嘴撒布和對物體和支撐兩者的形成的單一材料的3D成型系統(tǒng)。
文檔編號G06K15/10GK1242293SQ9910010
公開日2000年1月26日 申請日期1999年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月6日
發(fā)明者喬斯林·M·厄爾, 克里斯·R·曼納斯, 托馬斯·A·凱賴凱什, 保羅·H·瑪麗戈爾德, 杰弗里·S·塞耶 申請人:3D系統(tǒng)公司