用于修正由三維物體打印系統(tǒng)形成的物體缺陷的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種打印機(jī)，其配置成檢測(cè)正在打印機(jī)中打印的部件的頂層中的缺失材料滴。當(dāng)檢測(cè)到缺失材料滴時(shí)，打印機(jī)在與過(guò)程方向相反的方向上移動(dòng)其上正在形成部件的平臺(tái)以將滴缺失的區(qū)域定位在被操作以在該區(qū)域中噴射滴的噴射器下方。在形成部件的下一層之前對(duì)于檢測(cè)到缺失滴的每個(gè)區(qū)域執(zhí)行該程序。
【專利說(shuō)明】
用于修正由三維物體打印系統(tǒng)形成的物體缺陷的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]該文獻(xiàn)中公開(kāi)的系統(tǒng)和方法涉及產(chǎn)生三維物體的打印機(jī)，并且更特別地，涉及由這樣的打印機(jī)產(chǎn)生的三維物體中的滴的遺漏?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]數(shù)字三維制造也稱為數(shù)字增材制造，是從數(shù)字模型制造實(shí)質(zhì)上任何形狀的三維固體物體的過(guò)程。三維打印是增材過(guò)程，其中一個(gè)或多個(gè)打印頭以不同形狀在襯底上噴射材料的連續(xù)層。典型地，類似于文檔打印機(jī)中的打印頭的噴射器頭部包括聯(lián)接到材料的供給的噴射器的陣列。單個(gè)噴射器頭部?jī)?nèi)的噴射器可以聯(lián)接到不同材料源或每個(gè)噴射器頭部可以聯(lián)接到不同材料源以使噴射器頭部中的所有噴射器噴射相同材料滴。變?yōu)檎诋a(chǎn)生的物體的一部分的材料被稱為構(gòu)建材料，而用于提供用于物體形成的結(jié)構(gòu)支撐、但是隨后從物體去除的材料被稱為支撐材料。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]在圖4中顯示先前已知的三維物體打印系統(tǒng)。在該圖所示的視圖中，稱為小車的平臺(tái)14配置成騎跨在導(dǎo)軌22上以使小車能夠在過(guò)程方向P上在打印工作站(例如打印工作站 26)之間移動(dòng)。打印工作站26包括四個(gè)噴射器頭部30,如圖中所示，但是可以在打印工作站中使用更少或更多的噴射器頭部。一旦小車14到達(dá)打印工作站26,小車14過(guò)渡到精密軌道 38。精密軌道38是圓柱形軌道部段，其在緊密公差內(nèi)制造以幫助保證小車14在噴射器頭部 30下方的精確放置和操縱。線性電動(dòng)馬達(dá)設(shè)在外殼42內(nèi)。這些馬達(dá)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)與連接到小車14的下端的磁體46相互作用以沿著導(dǎo)軌22在工作站之間移動(dòng)小車并且在工作站26內(nèi)的軌道38上移動(dòng)小車14。一旦小車14在打印工作站26下方，與小車的運(yùn)動(dòng)同步地操作打印頭以噴射材料。附加馬達(dá)(未顯示)豎直地并且在X-Y平面中在小車上方移動(dòng)打印工作站26以用打印頭噴射的材料的層形成物體。替代地，可以提供機(jī)構(gòu)以豎直地并且在X-Y 平面中移動(dòng)小車14以允許物體形成于小車上。一旦將由打印工作站執(zhí)行的打印完成，小車 14沿著軌道22移動(dòng)到另一打印工作站以用于另一部件形成或用于層固化或其它處理。
[0004]在圖3中顯示軌道38上的小車14的端視圖。在打印工作站26處，小車14的軸承34以便于構(gòu)建臺(tái)板精確定位在小車14上的布置定位在精密軌道38上。具體地，一對(duì)軸承34彼此成直角定位在軌道38中的一個(gè)上以消除小車14的四個(gè)自由度，同時(shí)其它軸承34靠置在另一軌道38上以消除又一個(gè)自由度。如上所述，外殼42內(nèi)的線性馬達(dá)操作以與定位在外殼42內(nèi)的磁體相互作用從而在外殼42的上表面50之上移動(dòng)小車14。重力以及外殼中的馬達(dá)和磁體 46之間的磁吸引保持軸承34與軌道38相接觸。
[0005]在打印機(jī)中以逐層方式執(zhí)行三維增材過(guò)程。為了操作(一個(gè)或多個(gè))打印頭中的噴射器以形成層，三維柵格處理器接收待產(chǎn)生的部件的三維數(shù)據(jù)的文件。例如，這些三維部件數(shù)據(jù)可以包含在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)文件中。處理器使用這些數(shù)據(jù)生成柵格數(shù)據(jù)文件，所述柵格數(shù)據(jù)文件包含對(duì)應(yīng)于形成部件的每個(gè)層的數(shù)據(jù)。打印頭驅(qū)動(dòng)器接收柵格數(shù)據(jù)文件并且生成像素化數(shù)據(jù)，所述像素化數(shù)據(jù)用于操作(一個(gè)或多個(gè))打印頭中的噴射器以便將構(gòu)建和支撐材料噴射到支撐臺(tái)板上以逐層地形成部件。打印頭驅(qū)動(dòng)器和打印機(jī)控制器生成信號(hào)以使臺(tái)板和(一個(gè)或多個(gè))打印頭的運(yùn)動(dòng)與打印頭中的噴射器的操作協(xié)調(diào)。
[0006]在部件打印期間的層的形成期間，噴射器頭部中的噴射器會(huì)出故障。故障噴射器包括在不同于其預(yù)期路徑的方向上噴射材料滴、噴射小于預(yù)期的材料滴或根本未能噴射材料滴的噴射器。用于檢測(cè)故障噴射器的技術(shù)是已知的。如果不修正材料滴的缺失或錯(cuò)位或材料滴的尺寸的減小，會(huì)不利地影響部件，足以導(dǎo)致部件的報(bào)廢。由于部件打印會(huì)耗費(fèi)數(shù)小時(shí)，因此在其產(chǎn)生之后的部件的報(bào)廢明顯地減小系統(tǒng)的生產(chǎn)率。所以，補(bǔ)償?shù)挝恢锰幍牟牧腺|(zhì)量的缺失或損失將是有益的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—種打印機(jī)配置成補(bǔ)償缺失或減小尺寸的材料滴。打印機(jī)包括:至少一個(gè)噴射器頭部，所述至少一個(gè)噴射器頭部具有配置成噴射材料的多個(gè)噴射器;平臺(tái)，所述平臺(tái)配置成在過(guò)程方向上移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)噴射器頭部并且在打印區(qū)域中接收由所述至少一個(gè)噴射器頭部噴射的材料;傳感器，所述傳感器配置成生成由所述至少一個(gè)噴射器頭部噴射的材料形成的部件的頂層的測(cè)量結(jié)果；以及控制器，所述控制器可操作地連接到所述傳感器和所述至少一個(gè)噴射器頭部。所述控制器配置成操作所述至少一個(gè)噴射器頭部以形成部件的層，檢測(cè)部件的頂層中的缺失材料滴，以及生成信號(hào)以便在所述噴射器頭部下方移動(dòng)小車以使所述噴射器能夠?qū)⒉牧蠂娚涞剿鲰攲又袡z測(cè)到缺失材料滴的位置。
[0008]一種用于操作打印機(jī)的方法幫助補(bǔ)償缺失或減小尺寸的材料滴。所述方法包括: 用控制器操作至少一個(gè)噴射器頭部以在沿過(guò)程方向移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)噴射器頭部的小車的平臺(tái)上形成部件的層;用接收來(lái)自傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)的控制器檢測(cè)部件的頂層中的缺失材料滴；以及生成信號(hào)以便在所述至少一個(gè)噴射器頭部下方移動(dòng)所述小車以使噴射器能夠?qū)⒉牧蠂娚涞巾攲又袡z測(cè)到缺失材料滴的位置?！靖綀D說(shuō)明】
[0009]在結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中解釋幫助補(bǔ)償缺失或減小尺寸的材料滴的打印機(jī)的前述方面和其它特征。
[0010]圖1是操作三維打印系統(tǒng)以補(bǔ)償缺失或減小尺寸的材料滴的系統(tǒng)的方塊圖。
[0011]圖2是操作三維打印系統(tǒng)以補(bǔ)償缺失或減小尺寸的材料滴的系統(tǒng)的流程圖。
[0012]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的三維打印系統(tǒng)的透視端視圖。
[0013]圖4是圖3的現(xiàn)有技術(shù)的三維打印系統(tǒng)前視透視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]為了本文中所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的環(huán)境以及系統(tǒng)和方法的細(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]參考圖1，三維打印系統(tǒng)包括配置成騎跨在從外殼42延伸的導(dǎo)軌22上的平臺(tái)或小車14。外殼42中的馬達(dá)與安裝到小車14的底部的磁體之間的相互作用使平臺(tái)能夠在軌道22 上在過(guò)程方向P上在打印工作站(如打印工作站26)之間移動(dòng)。打印工作站26包括配置成噴射材料以在小車14的平臺(tái)的表面上形成三維物體的四個(gè)噴射器頭部30。盡管顯示四個(gè)噴射器頭部，但是在其它實(shí)施例中在打印工作站中使用更少或更多的噴射器頭部。
[0016]在打印工作站26處，小車14過(guò)渡到精密軌道38。精密軌道38大體上彼此平行并且延伸通過(guò)在打印工作站26的噴射器頭部30之下的打印區(qū)域。當(dāng)軸承34支撐軌道38上的小車時(shí)外殼42中的電動(dòng)馬達(dá)(未顯示)繼續(xù)移動(dòng)小車14。當(dāng)材料的層積累在平臺(tái)上以形成部件時(shí)其它馬達(dá)(未顯示)相對(duì)小車14的平臺(tái)豎直地移動(dòng)噴射器頭部。然而，噴射器頭部30不配置成在平行于小車14的平臺(tái)的X-Y平面中移動(dòng)。不需要在X-Y平面中的運(yùn)動(dòng)，原因是噴射器頭部30的每一個(gè)足夠?qū)捯愿采w小車14的平臺(tái)。X-Y平面運(yùn)動(dòng)的消除去除部件的形成中的可能誤差源。一旦將由打印工作站執(zhí)行的打印完成，小車14超出圖中所示的外殼42的端部到達(dá)另一組軌道22使得小車可以移動(dòng)到另一打印工作站，用于層固化或其它處理的工作站。 [0〇17]外殼內(nèi)的線性電動(dòng)馬達(dá)(未顯不)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)與靠近外殼42的小車14 的下部外殼內(nèi)的磁體(未顯示)相互作用以允許磁場(chǎng)和磁體的相互作用從而沿著軌道22在打印工作站之間移動(dòng)小車14并且沿著精密軌道38在打印工作站或其它處理工作站內(nèi)移動(dòng)小車14。[〇〇18]繼續(xù)參考圖1，控制器100可操作地連接到噴射器頭部30、激光測(cè)量裝置80和外殼 42內(nèi)的馬達(dá)的每一個(gè)?？刂破?00操作噴射器頭部30以參考部件的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)將材料噴射到小車14的平臺(tái)上以形成部件。在小車14移動(dòng)經(jīng)過(guò)噴射器頭部30以便形成部件的層之后，傳感器80生成部件的頂表面的測(cè)量結(jié)果?？刂破?00將這些測(cè)量數(shù)據(jù)與用于操作噴射器頭部30的數(shù)據(jù)比較并且確定是否正確地形成層。如果控制器100檢測(cè)到未噴射材料滴，則控制器確定噴射器頭部30之一中的噴射器出故障?？刂破?00然后生成信號(hào)，所述信號(hào)操作外殼42中的馬達(dá)以使小車回到具有在圖中所示的過(guò)程方向P上與故障噴射器對(duì)準(zhǔn)的噴射器的噴射器頭部30之一下方。該噴射器然后由控制器100操作以供應(yīng)缺失滴。對(duì)于從激光測(cè)量結(jié)果檢測(cè)為缺失的每個(gè)滴重復(fù)該程序?？刂破?00然后可以操作外殼42中的馬達(dá)以將小車返回到噴射器頭部下方的區(qū)域以便打印另一層，使用激光測(cè)量結(jié)果檢驗(yàn)所述另一層，如先前所述。一旦將在工作站26處打印的所有層已被打印，控制器100將小車移動(dòng)到下一打印或處理工作站，在該處另一控制器移動(dòng)小車。
[0019]在圖2中顯示操作打印機(jī)的方法。在方法的描述中，方法正在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)或功能的陳述指的是控制器或通用處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在可操作地連接到控制器或處理器的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的編程指令或操作打印機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)部件以執(zhí)行任務(wù)或功能。上述的控制器100可以是這樣的控制器或處理器。替代地，控制器可以用一個(gè)以上處理器和關(guān)聯(lián)的電路和部件實(shí)現(xiàn)，其中的每一個(gè)配置成形成本文中所述的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)或功能。
[0020]過(guò)程200開(kāi)始于控制器100操作噴射器頭部30以參考部件的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)將材料噴射到小車14的平臺(tái)上以形成部件(方塊204)。在小車14移動(dòng)經(jīng)過(guò)噴射器頭部30以便形成部件的層之后，傳感器80生成部件的頂表面的測(cè)量結(jié)果并且將其發(fā)送到控制器(方塊208)。 控制器100將這些測(cè)量數(shù)據(jù)與用于操作噴射器頭部30的數(shù)據(jù)比較并且確定是否正確地形成層。如果控制器100檢測(cè)到未噴射材料滴，則控制器確定噴射器頭部30之一中的噴射器出故障?？刂破?00然后生成信號(hào)，所述信號(hào)操作外殼42中的馬達(dá)以使小車回到具有在圖中所示的過(guò)程方向P上與故障噴射器對(duì)準(zhǔn)的噴射器的噴射器頭部30之一下方(方塊212)。該噴射器然后由控制器100操作以供應(yīng)缺失滴(方塊216)。對(duì)于從激光測(cè)量結(jié)果檢測(cè)為缺失的每個(gè)滴重復(fù)該程序(方塊220)?？刂破?00然后可以操作外殼42中的馬達(dá)以將小車返回到噴射器頭部下方的區(qū)域以便打印另一層(方塊224)，使用激光測(cè)量結(jié)果檢驗(yàn)所述另一層，如先前所述 (方塊212)。一旦將在工作站26處打印的所有層已被打印，控制器100將小車移動(dòng)到下一打印或處理工作站，在該處另一控制器移動(dòng)小車(方塊224)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種打印機(jī)，其包括: 至少一個(gè)噴射器頭部，所述至少一個(gè)噴射器頭部具有配置成噴射材料的多個(gè)噴射器；平臺(tái)，所述平臺(tái)配置成在過(guò)程方向上移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)噴射器頭部并且在打印區(qū)域中接收由所述至少一個(gè)噴射器頭部噴射的材料； 傳感器，所述傳感器配置成生成由所述至少一個(gè)噴射器頭部噴射的材料形成的部件的頂層的測(cè)量結(jié)果；以及 控制器，所述控制器可操作地連接到所述傳感器和所述至少一個(gè)噴射器頭部，所述控制器配置成: 操作所述至少一個(gè)噴射器頭部以形成部件的層； 檢測(cè)部件的頂層中的缺失材料滴；以及 生成信號(hào)以便在所述噴射器頭部下方移動(dòng)小車以使所述噴射器能夠?qū)⒉牧蠂娚涞巾攲又袡z測(cè)到缺失材料滴的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印機(jī)，其中所述傳感器是激光測(cè)量傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印機(jī)，其中所述生成信號(hào)操作馬達(dá)以生成電磁場(chǎng)從而和與所述平臺(tái)關(guān)聯(lián)的磁體相互作用以在與所述過(guò)程方向相反的方向上移動(dòng)所述平臺(tái)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印機(jī)，所述至少一個(gè)噴射器頭部還包括: 多個(gè)噴射器頭部;并且 所述控制器可操作地連接到所述多個(gè)噴射器頭部中的每個(gè)噴射器頭部，所述控制器還配置成: 操作所述多個(gè)噴射器頭部中的每個(gè)噴射器頭部以形成部件的層的一部分；以及生成信號(hào)以便在除了具有未能噴射對(duì)應(yīng)于檢測(cè)到的缺失滴的材料滴的噴射器的噴射器頭部以外的所述多個(gè)噴射器頭部中的噴射器頭部下方移動(dòng)所述小車以使材料能夠噴射到頂層中檢測(cè)到缺失材料滴的位置。5.一種操作打印機(jī)的方法，其包括: 用控制器操作至少一個(gè)噴射器頭部以在沿過(guò)程方向移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)噴射器頭部的小車的平臺(tái)上形成部件的層； 用接收來(lái)自傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)的控制器檢測(cè)部件的頂層中的缺失材料滴；以及生成信號(hào)以便在所述至少一個(gè)噴射器頭部下方移動(dòng)所述小車以使噴射器能夠?qū)⒉牧蠂娚涞巾攲又袡z測(cè)到缺失材料滴的位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述控制器參考從激光測(cè)量傳感器接收的測(cè)量數(shù)據(jù)檢測(cè)部件的頂層中的缺失材料滴。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其還包括: 響應(yīng)所述生成信號(hào)在與過(guò)程方向相反的方向上移動(dòng)所述平臺(tái)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其還包括: 操作多個(gè)噴射器頭部中的每個(gè)噴射器頭部以形成部件的層的一部分；以及生成信號(hào)以便在除了具有未能噴射對(duì)應(yīng)于檢測(cè)到的缺失滴的材料滴的噴射器的噴射器頭部以外的所述多個(gè)噴射器頭部中的一個(gè)噴射器頭部下方移動(dòng)所述小車以使材料能夠噴射到頂層中檢測(cè)到缺失材料滴的位置。
【文檔編號(hào)】B41J2/125GK105966067SQ201610088331
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年2月17日
【發(fā)明人】G·W·羅斯科
【申請(qǐng)人】施樂(lè)公司