用于控制三维物体打印中的材料滴体积的系统和方法技术方案

一种用于控制三维物体打印中的材料滴体积的系统和方法。本发明专利技术提供一种打印机，其使用闭环控制将由打印头喷射的材料滴保持在预定范围内。打印机在支撑构件上形成至少两个物体并且然后操作镜面传感器阵列以获得支撑构件上的两个物体的图像数据。两个物体具有不同的预定高度以使打印机中的控制器能够识别形成物体的材料滴的质量或体积，从而调节打印机的操作参数以将材料滴的质量或体积保持在预定范围内。

【技术实现步骤摘要】
用于控制三维物体打印中的材料滴体积的系统和方法
本文中公开的装置涉及产生三维物体的打印机，并且更特别地涉及用于在这样的打印机中产生三维物体的材料滴的质量的精确检测。
技术介绍
也称为数字增材制造的数字三维制造是从数字模型制造实质上任何形状的三维实心物体的过程。三维打印是增材过程，其中材料的连续层以不同形状形成于衬底上。三维打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术、例如切割或钻孔可区分。产生三维物体的一些打印机使用平坦平台区域，一个或多个打印头将墨滴喷射到所述平坦集结区域上，所述墨滴构建材料层以形成物体。打印头典型地明显小于平台，因此打印头或平台在相同平面中彼此正交的过程方向和交叉过程方向上多次移动以形成物体的每一层。另外，平台和打印头中的一个需要在相对于过程/交叉过程方向平面的竖直方向上移动以保持打印头和正在构建的物体之间的适当距离。假如(一个或多个)打印头与将产生的物体在交叉过程方向上至少一样宽，如果打印头中的喷墨口的间隔足以在交叉过程方向上形成物体，则不需要在交叉过程方向上的滴放置控制。如果喷墨口的分辨率小于在交叉过程方向上形成物体所需的分辨率，或者如果打印头比正通过打印产生的物体窄，则需要打印头的多次通过和打印头在交叉过程方向上的平移以制造物体。可以通过调节平台或打印头的平移的速度控制在过程方向上的滴放置的分辨率。典型地通过将打印头喷射的材料滴的质量或体积保持在某个预定范围内控制竖直分离或高度。在某个类型的初始制造设置期间或在打印作业的执行之前通常根据该范围校准滴的质量或体积。替代地，平面化技术可以用于从打印层去除过量材料以保证层不会超过期望高度。刨床的加入增加打印机的费用并且增加产生物体所需的时间。滴质量/体积校准会由于若干因素而漂移，所述因素包括温度、一批构建材料内的构建材料一致性、从一批构建材料到另一批构建材料的构建材料一致性、冷却速率、打印体积密度效应和其它操作参数。在产生三维物体的打印机中保证更精确的滴放置是期望的。
技术实现思路
一种具有更精确的材料滴放置的产生三维物体的打印机包括平面支撑构件，定位成朝着所述支撑构件喷射材料滴的打印头，所述平面支撑构件和所述打印头中的至少一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，具有照明源和多个光接收器的镜面传感器阵列，所述照明源配置成与所述平面支撑构件成预定角发射光并且每个光接收器配置成生成对应于从所述平面支撑构件上的材料反射的光的电信号，以及操作地连接到所述平面支撑构件、所述打印头和所述镜面传感器阵列的控制器。所述控制器配置成操作所述打印头以在所述平面支撑构件上形成至少两个物体，操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动以使所述至少两个物体能够具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的长度并且具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度，当所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且接收由所述光接收器生成的电信号，分析对应于从所述光接收器接收的电信号的图像数据以识别由所述光接收器中的一个接收的反射光的斜率和所述两个物体中的一个的高度中的一个，以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。一种操作打印机以保证更精确的材料滴放置的方法包括操作打印头以在平面支撑构件上形成至少两个物体，所述至少两个物体具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的长度并且所述至少两个物体具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度，所述平面支撑构件和所述打印头中的一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，在所述至少两个物体的形成期间操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，当镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且生成对应于由所述镜面传感器阵列接收的反射光的电信号，分析对应于从所述镜面传感器阵列接收的电信号的图像数据以识别由所述镜面传感器阵列接收的反射光的斜率和所述两个物体中的一个的高度中的一个，以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。附图说明在结合附图进行的以下描述中解释生成三维物体的打印机的前述方面和其它特征。图1是产生三维物体的打印机中的部件的透视图。图2描绘可以用于确定由图1的打印机中的打印头喷射的构建材料滴的质量/体积的两个测试物体。图3是用于检测用于确定构建材料滴的质量/体积的测试物体的边缘的图像传感器模块的端视图。图4描绘图3的传感器模块，该传感器模块扫描多个测试物体，以识别图1的打印机的第二实施例的构建材料滴质量/体积。图5是用于操作使用图3的传感器模块来确定测试物体的高度的图1的打印机的过程的流程图。图6是测试物体的替代配置。图7是举例说明如何可以通过相对于交叉过程方向旋转多个光学传感器增加交叉过程分辨率的图示。图8是描绘由喷射材料产生的光吸收和反射以及使用比尔定律来确定由喷墨口喷射的材料的质量的示意图。具体实施方式为了本文中公开的装置的环境以及装置的细节的大体理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。图1显示产生三维物体零件10的打印机100中的部件的配置。打印机100包括支撑材料容器14，构建材料容器18，一对喷墨打印头22、26，构建衬底30，平面支撑构件34，柱状支撑构件38，致动器42，以及控制器46。管道50将打印头22连接到支撑材料容器14并且管道54将打印机26连接到构建材料容器18。两个喷墨打印头由控制器46参考操作地连接到控制器的存储器中的三维图像数据操作以喷射供应到每个相应的打印头的支撑和构建材料。当构造该零件时，构建材料形成正产生的零件10的结构，而当材料固化时由支撑材料形成的支撑结构58能够使构建材料保持它的形状。在完成该零件之后，通过冲洗、吹气或熔化去除支撑结构58。控制器46也操作地连接到至少一个和可能多个致动器以控制平面支撑构件34和打印头22、26相对于彼此的运动。也就是说，一个或多个致动器可以操作地连接到支撑打印头的结构以参考平面支撑构件的表面在过程方向和交叉过程方向上移动打印头。替代地，一个或多个致动器可以操作地连接到平面支撑构件34或柱状支撑构件38以移动所述零件在其上在过程和交叉过程方向上产生的表面。当在本文中使用时，术语“过程方向”指的是沿着平面支撑构件34的表面中的一个轴线的运动并且“交叉过程方向”指的是沿着与该平面中的过程方向轴线正交的平面支撑构件表面中的轴线的运动。这些方向在图1中用字母“P”和“C-P”表示。打印头22、26和平面支撑构件34也在正交于平面支撑构件34的方向上移动。该方向在该文献中被称为竖直方向，平行于柱状支撑构件38，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种打印机，其包括：平面支撑构件；打印头，所述打印头定位成朝着所述支撑构件喷射材料滴，所述平面支撑构件和所述打印头中的至少一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动；镜面传感器阵列，所述镜面传感器阵列具有照明源和多个光接收器，所述照明源配置成与所述平面支撑构件成预定角发射光并且每个光接收器配置成生成对应于从所述平面支撑构件上的喷射材料感测的光的电信号；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述平面支撑构件、所述打印头和所述镜面传感器阵列，所述控制器配置成：操作所述打印头以在所述平面支撑构件上形成至少两个物体；操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动以使所述至少两个物体能够具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的长度并且具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度；当所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且接收由所述光接收器生成的电信号；分析对应于从所述光接收器接收的电信号的图像数据以识别由所述光接收器响应所述两个物体的边缘处的反射光而识别的阴影距离的差异和所述两个物体的高度的差异之间的比率；以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。...

【技术特征摘要】
2014.01.29 US 14/1677291.一种打印机，其包括：平面支撑构件；打印头，所述打印头定位成朝着所述支撑构件喷射材料滴，所述平面支撑构件和所述打印头中的一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动；镜面传感器阵列，所述镜面传感器阵列具有照明源和多个光接收器，所述照明源配置成与所述平面支撑构件成预定角发射光并且每个光接收器配置成生成对应于从所述平面支撑构件上的喷射材料反射的光的电信号；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述平面支撑构件、所述打印头和所述镜面传感器阵列，所述控制器配置成：操作所述打印头以在所述平面支撑构件上形成至少两个物体；操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动以使所述至少两个物体能够具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的宽度并且具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度；当所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且接收由所述光接收器生成的电信号；分析对应于从所述光接收器接收的电信号的图像数据以识别由所述光接收器响应所述两个物体的边缘处的反射光而识别的阴影距离的差异和所述两个物体的高度的差异之间的比率；以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。2.根据权利要求1所述的打印机，其中所述镜面传感器阵列中的所述照明源和所述多个光接收器在所述交叉过程方向上沿着对应于所述交叉过程方向上的所述打印头的宽度的距离延伸。3.根据权利要求1所述的打印机，其中所述照明源还配置成发射至少两种颜色的光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·R·肯罗，H·A·迈兹，P·A·霍西尔，J·J·福克英斯，R·J·克莱克奈尔，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US