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)于為形成三維(3D)物體作數(shù)據(jù)操作和造型控制的技術(shù)，較具體說是關(guān)于熱立體平版印刷(TSL，ThermalStereolithography)系統(tǒng)、熔凝沉積成型(FDM，F(xiàn)used DepositionModeling)系統(tǒng)、或其他局部沉積成型(SDM，Selective DepositionModeling)系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)操作和構(gòu)成控制的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來已可采用各種不同措施來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)三維物體產(chǎn)生、即快速仿型和加工(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M)，其特點(diǎn)在于每一個(gè)均以描述由多個(gè)形成和粘附的薄層以層疊狀態(tài)形成的物體的3D計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)著手進(jìn)行3D對(duì)象的建立。這些薄層有時(shí)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(jiǎn)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)是表明如此的話)。每一薄層表示此三維物體一個(gè)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。在某些RP&M工藝中，已提出的技術(shù)不同于嚴(yán)格的一層一層的建立過程而是一初始的薄層的僅一部分形成并在此初始層的其余部分之前至少一相繼薄層至少部分地被形成。
按照一個(gè)這樣的措施，三維物體的建成是應(yīng)用未凝結(jié)的、可流動(dòng)材料的相繼續(xù)的層加到工作表面，然后以所希望的模式將這些層局部地經(jīng)受協(xié)合激勵(lì)，以使得這些層局部地凝固成粘結(jié)到早先形成的物體薄層的物體薄層。在這一措施中材料被加在工作表面上的將不會(huì)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。這種措施的代表是立體平版印刷術(shù)(SL)，如U．S．專利No．4575330(Hull)中所述。按照立體平版印刷的一個(gè)實(shí)施例，此協(xié)合激勵(lì)是來自UV激光器的射線，而材料是光聚合物。這一措施的另一例是局部激光燒結(jié)(SLS)，如U．S．專利No．4，863，538(Deckard)中所述，其中協(xié)合激勵(lì)為來自CO2激光器的IR射線而材料為可燒結(jié)的粉末。第三示例是三維印刷(3DP)和直接殼體形成鑄塑(DSPC)，如U．S．專利No．5，340，656和5，204，055(Sachs等)中所說明的，其中協(xié)合激勵(lì)是化學(xué)粘合劑，材料是由局部施加化學(xué)粘合劑粘合到一起的顆粒組成的粉末。
按照第二個(gè)這樣的措施，物體的形成是通過相繼地切蝕物體的具有所希望形狀的斷面并作出大小的尺材來形成物體薄層。通常在實(shí)踐中，紙板在它們被切割之前加以堆疊和粘結(jié)到先前切割的紙板，但也可能在堆疊和粘結(jié)之前加以切割。這一措施的代表是分層物體加工(LOM)，如U．S．專利No．4，752，352(Feygin)中所述，其中材料為紙，將紙板切刻成所希望形狀和大小的手段是CO2激光器。U．S．專利No．5，015，312(Kinzie)也是針對(duì)LOM。
按照第三個(gè)這樣的措施，物體薄層的形成是將未凝固的、可流動(dòng)的材料以所希望布局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)域。在有選擇的附著期間或其后將此作局部附著的材料固化以形成粘結(jié)到前面形成和疊置的物體薄層上的后續(xù)物體薄層。然后重復(fù)這些步驟一層一層地逐次建成物體。這種物體形成技術(shù)在種屬上稱之為局部沉積成型(SDM)。這種措施與第一措施之間的主要區(qū)別在于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)域。這一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(dòng)狀態(tài)分散于溫度低于此材料的可流動(dòng)溫度的環(huán)境中，而后再使之冷卻后硬化。U．S．專利No．5，260，009(Penn)介紹了此工藝的第二例。第三個(gè)例子是噴射顆粒加工(BPM，Ballistic Particle Manufacturing)，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(diǎn)來形成物體的斷面。第四例是U．S．專利No．5，141，680(Almquist等)中描述的熱立體平版印刷術(shù)(TSL)。
在應(yīng)用SDM(以及其他RD&M構(gòu)成技術(shù))時(shí)，用于生成實(shí)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能同時(shí)均都理想，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)備要牽涉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1)設(shè)備成本，2)運(yùn)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(jiǎn)易性和操作員制約，10)所需的或所希望的運(yùn)行環(huán)境，11)安全性，和12)后期處理時(shí)間和力量。
在這方面為更有效地構(gòu)成三維物體早就出現(xiàn)有必要能同時(shí)盡可能多地優(yōu)化這些參數(shù)。作為第一個(gè)例子，當(dāng)采用如上述的局部沉積成型技術(shù)(SDM)(例如熱平版印刷術(shù))來構(gòu)成物體時(shí)，需要增加物體生產(chǎn)速度和減低裝備時(shí)間及文件準(zhǔn)備時(shí)間而同時(shí)能維持或降低設(shè)備成本。這方面的一個(gè)關(guān)鍵問題是要求有生成和處理構(gòu)成數(shù)據(jù)的高效技術(shù)。另一個(gè)關(guān)鍵問題是關(guān)于生成適于支撐成型期間的物體的支撐數(shù)據(jù)的需要。另外的問題還涉及到控制軟件是否存在，它們實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，能補(bǔ)償噴注的熄火或故障，能調(diào)整數(shù)據(jù)使之能按所需順序訪問，以及能有效地提供對(duì)幾何形狀敏感的構(gòu)成式樣和沉積技術(shù)。需要數(shù)據(jù)生成技術(shù)的SDM中用的適當(dāng)?shù)臉?gòu)成式樣和支撐結(jié)構(gòu)在U．S．專利申請(qǐng)NO．08／534813中有介紹。
因而，存在著長(zhǎng)期感到但卻未能滿足的對(duì)能獲得數(shù)據(jù)并控制SDM以克服先有技術(shù)中的缺點(diǎn)的方法和設(shè)備的需要。
本說明這一節(jié)所引用的所有專利均在此結(jié)合作詳細(xì)描述中的參數(shù)。
這里附列的附錄A說明優(yōu)選的SDM系統(tǒng)中所用的構(gòu)成和支持式樣。這一附錄是同時(shí)提交的U．S．專利申請(qǐng)No．08／__的復(fù)制件，對(duì)應(yīng)于3D系統(tǒng)大綱No．USA142。
以下申請(qǐng)?jiān)诖私Y(jié)合用作如詳細(xì)描述那樣作為參考
按照熱立體平版印刷術(shù)和某些熱凝沉積成型技術(shù)，三維物體由被熱至可流動(dòng)向后用撒布器分撒的材料逐層地建成。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(gè)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(yán)格的工作表面標(biāo)準(zhǔn)。U．S．專利No．5，141，680中介紹了早先的熱立體平版印刷的實(shí)施方案，這里用作為參考。熱立體平版印刷術(shù)因其能夠采用不起反應(yīng)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)雜的割蝕機(jī)械等等可能產(chǎn)生噪音或在誤操作時(shí)造成嚴(yán)重危害的因素。而能代之以僅將材料加熱到可流動(dòng)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(qǐng)No．08／534，813主要目標(biāo)在于能根據(jù)TSL原理被應(yīng)于一優(yōu)選的局部沉積成型(SDM)系統(tǒng)的構(gòu)成和支撐方式和結(jié)構(gòu)。也敘述了為用于其他SDM系統(tǒng)的以及為用于其他RP§M系統(tǒng)的作替換的構(gòu)成和支撐方式。
U．S．專利申請(qǐng)No．08／535，772針對(duì)后述優(yōu)選的SDM／TSL系統(tǒng)所應(yīng)用的優(yōu)選材料。還討論了一些替代材料和方法。
U．S．專利申請(qǐng)No．08／534，447是本申請(qǐng)的母申請(qǐng)，針對(duì)用于將3D物體的數(shù)據(jù)變換成根據(jù)TSL(熱立體平版印刷術(shù))原理的優(yōu)選局部沉積成型(SDM)系統(tǒng)中所應(yīng)用的支撐和物體數(shù)據(jù)中采用的數(shù)據(jù)變換技術(shù)。這一被加以引用的申請(qǐng)還針對(duì)用于控制后述的優(yōu)選的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)。還介紹了供SDM系統(tǒng)中應(yīng)用以及供其他RP§M系統(tǒng)中應(yīng)用的替換數(shù)據(jù)操作技術(shù)和控制技術(shù)。
本申請(qǐng)的受讓人，3D系統(tǒng)公司，也是RP§M領(lǐng)域特別是該領(lǐng)域的立體平版印刷術(shù)部分中一系統(tǒng)其他U．S．專利申請(qǐng)和U．S．專利的所有人。下列共有的申請(qǐng)和U．S．專利在這里作詳細(xì)說明中被引用作為參考。
發(fā)明概述
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)多種能單獨(dú)或組合地解決有關(guān)由局部沉積成型來形成3D物體中所用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)控制相關(guān)的許多問題的技術(shù)(方法和設(shè)備)。盡管主要是針對(duì)SDM技術(shù)。后面討論的技術(shù)也可以多種不同方式應(yīng)用上述的其他的RP§M技術(shù)以便由先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理和生成技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。而且這里說明的技術(shù)還能被應(yīng)用于采用一種或多種構(gòu)成和／或支撐材料的SDM系統(tǒng)，其中局部地撒布一或多種材料，其中其他的材料可被不作選擇地撒布，其中對(duì)全部的或部分的材料可以采用或可不采用提高的溫度來協(xié)助它們作局部的沉積。
本技術(shù)可被應(yīng)用到SDM系統(tǒng)，在此，構(gòu)成材料(例如涂料或墨水)由對(duì)之增加溶劑(如水、酒精、丙酮、涂料稀釋劑、或其他適宜于具體材料的溶劑)而使得為進(jìn)行撒布成為可流動(dòng)的，這些材料在撒布后可由去除溶劑(例如，將被撒布材料加熱、將材料撒布進(jìn)部分被抽空(即真空)的構(gòu)成室內(nèi)、或者簡(jiǎn)單地以足夠時(shí)間將溶劑蒸發(fā))。替換地和／或附加地，構(gòu)成材料(如涂料)在性質(zhì)上可以是能變的，在此，材料上的切力的增加可被用來協(xié)助其撒布，或者此能變性可簡(jiǎn)單地被用于協(xié)助材料在被撒布后保持其形狀。替換地和／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式或熱塑性材料相組合的組合材料)或者至少在與其他材料(如熟石膏和水)組合時(shí)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(lì)(例如，熱，EM射線(可見光，IR，UV，X射線等)、反應(yīng)化學(xué)制品、二部分環(huán)氧的第二部分、一組合的第二或多個(gè)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(dú)地或與上述替代物利用組合。而且，可以采用各種不同撒布技術(shù)，例如由單個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)孔擠壓噴嘴或噴頭)來作撒布。
本發(fā)明的第一目的是提供為將三維物體數(shù)據(jù)變換成斷面數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第二目的是提供包含將三維物體數(shù)據(jù)變換成斷面數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備的生成物體的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第三目的是提供由三維物體數(shù)據(jù)取得支撐數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第四目的是提供包含為獲得支撐數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備的并在物體形成期間利用此支撐數(shù)據(jù)的生成物體的方法和設(shè)備。
所期望的是上述目的可分別由本發(fā)明的不同方面來實(shí)現(xiàn)，而本發(fā)明的附加目的將涉及上述獨(dú)立目的的各種不同的組合以使得能由組合技術(shù)取得協(xié)合的收益。
本發(fā)明的其他目由此說明書將會(huì)十分明晤。
附圖的粗略說明


圖1為一優(yōu)選熱立體平版印刷系統(tǒng)的圖形
圖2a、2b以二不同角度表明圖1的打印頭的孔板；
圖3為圖1的平面化器的較詳細(xì)圖示；
圖4說明孔板上相鄰噴嘴與相鄰光柵行間的相對(duì)間距；
圖5說明定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分辨率的象素柵格；
圖6a～6d說明數(shù)種罩印方案；
圖7說明本發(fā)明第一實(shí)施例；
圖8a、8b說明一個(gè)STL文件與分片平面的相交；
圖9說明布爾提取運(yùn)算的效果；
圖10說明本發(fā)明的第二實(shí)施例；
圖11a說明三角形在Z方向的排序；
圖11b、11c說明有效三角形的選擇；
圖12a～12c說明表示斷面數(shù)據(jù)的替換形式；
圖13a～13c說明變遷數(shù)據(jù)置入與不同掃描行相關(guān)的表；
圖14、15更詳細(xì)地說明布爾提取運(yùn)算；
圖16、17說明布爾加、減、和交叉運(yùn)算；
圖18～21說明為利用中間層生成支撐的二階段處理；
圖22說明為生成支撐的三階段處理；
圖23～26說明將起動(dòng)／停止數(shù)據(jù)存入鄰接字的方法；
圖27a～27b、28a～28b、29a～29b和30a～30b說明對(duì)表示起動(dòng)／停止變遷的表數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)器的方法；
圖31說明以相同數(shù)量變遷表示相繼掃描行的性質(zhì)；
圖32說明由起動(dòng)／停止數(shù)據(jù)的象素化所引起的量化誤差；
圖33說明RLE數(shù)據(jù)到變換數(shù)據(jù)的變換；
圖34a～34c說明用于構(gòu)成支撐中的數(shù)據(jù)；
圖35a說明關(guān)于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中作成的部分斜坡的假設(shè)；
圖36a～36c說明用于本發(fā)明實(shí)施中的環(huán)形緩存器；
圖37說明一混合式支撐結(jié)構(gòu)；
圖38a～38b說明二采樣Style型式；
圖39a、39b和39c說明有時(shí)發(fā)生的部分／支撐交會(huì)；
圖40a～40c表示如何應(yīng)用樣式文件的示例；
圖41a～41f表示另外的樣式型式；
圖42a～42f表示偏置；
圖43說明規(guī)定的編碼行序列；
圖44說明通過僅一個(gè)噴射計(jì)數(shù)器可能發(fā)生的分辨率問題；
圖45a～45b說明通過應(yīng)用二計(jì)數(shù)器增加掃描方向上的分辨率的算法；
圖46a表明沿假想水平和基于形成不同支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)間含有間隙的物體的側(cè)視圖46b表明間隙由各種型式支撐結(jié)構(gòu)填充時(shí)的圖46a的物體的側(cè)視圖；和
圖47說明RLE文件的概念格式。
如前面討論的，本申請(qǐng)是針對(duì)為實(shí)現(xiàn)適用于局部沉積成型(SDM)系統(tǒng)的支撐技術(shù)和構(gòu)成技術(shù)的數(shù)據(jù)操作技術(shù)和系統(tǒng)控制技術(shù)。特別是優(yōu)選的SDM系統(tǒng)為一熱立體平版印刷(TSL)系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明將以適當(dāng)?shù)孛枋鰧?shí)施細(xì)節(jié)的優(yōu)選TSL系統(tǒng)的說明開始。對(duì)優(yōu)選構(gòu)成和支撐技術(shù)，優(yōu)選材料的成份和特性、優(yōu)選系統(tǒng)和各種替代方案的更詳細(xì)說明見前面結(jié)合引用的US專利申請(qǐng)No．08／534，447、08／535，772和08／534，477。在多個(gè)前面結(jié)合引用的申請(qǐng)和專利中還討論了那些認(rèn)為特別直接有關(guān)于或適用SDM、TSL或FDM的替換系統(tǒng)。這樣，后面的數(shù)據(jù)操作技術(shù)和系統(tǒng)控制技術(shù)就會(huì)看作是能適用于各種的SDM、TSL和FDM系統(tǒng)而不是僅限于與這里所述的示例相結(jié)合。
圖1中說明SDM／TSL的優(yōu)選設(shè)備。此設(shè)備具有一其上設(shè)置撒布頭9(例為多孔噴墨噴射頭)和平面化器11的撒布平臺(tái)18。此撒布平臺(tái)通過部件13可滑動(dòng)地耦合到X構(gòu)架12。X構(gòu)架12可控制地在X方向、也稱之為主掃描方向前后移動(dòng)撒布平臺(tái)18。X構(gòu)架的運(yùn)動(dòng)是在一控制計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)(未圖示)的控制之下。而且，在平臺(tái)18的一側(cè)和／或在平面化器11與撒布頭9之間安裝有作垂直鼓風(fēng)用的風(fēng)扇(未圖示)以有助于撒布材料和襯基冷卻而能保持所希望的構(gòu)成溫度。當(dāng)然其他的風(fēng)扇和／或其他冷卻系統(tǒng)的安裝方案也是可用的，包括采用噴霧裝置直接將可汽化的液體(如水、酒精、或溶劑)噴到物體的表面上。冷卻系統(tǒng)可以涉及用于散熱的有源或無源技術(shù)，并可以是與溫度傳感裝置相結(jié)合的能由計(jì)算機(jī)控制的將撒布材料維持在所希望的構(gòu)成溫度范圍內(nèi)。
撒布頭(即打印頭)9為被組構(gòu)成用于噴射熱熔墨水(如熱塑料或蠟狀材料)的市售打印頭，并被修改用于其中打印頭經(jīng)受往復(fù)運(yùn)行和加速度的三維成型系統(tǒng)。此打印頭變型包括組構(gòu)一機(jī)載蓄積機(jī)構(gòu)以使得加速度能對(duì)此蓄積機(jī)構(gòu)中材料位移最小。在一優(yōu)選實(shí)施例中，此頭為包含有蓄積修改的市售96噴嘴打印頭Model No．HDS96i，由Spectra Corp，Nashua，HEWampshire)提供。打印頭9以可流動(dòng)狀態(tài)由一Material Packaging Handling Subsystem(材料封裝和控制子系統(tǒng)，圖中未示)提供材料。此材料封裝和控制子系統(tǒng)在前面引用的US專利申請(qǐng)No．08／534，477中有說明。在一優(yōu)選實(shí)施例中，此頭上的全部96個(gè)噴嘴被計(jì)算機(jī)控制得在當(dāng)各孔(即噴嘴)被恰當(dāng)?shù)囟ㄎ粫r(shí)通過孔板10選擇地噴射液滴將液滴撒布到所希望地點(diǎn)。實(shí)踐中，最好對(duì)各噴嘴每秒發(fā)送約12000到16000個(gè)命令，根據(jù)噴嘴位置和作材料沉積所希望位置選擇命令各噴嘴噴射(撒布液滴)或不噴射(不撒布液滴)。實(shí)踐中噴射命令也最好同時(shí)發(fā)送到所有噴嘴。這樣，在一優(yōu)選實(shí)施例中，頭被計(jì)算機(jī)控制選擇啟動(dòng)噴嘴以便能同時(shí)通過孔板10中的一個(gè)或多個(gè)孔射出熔融材料的液滴。當(dāng)然將會(huì)理解，在替代實(shí)施方案中可以采用不同數(shù)量的噴嘴，可以有不同的噴嘴頻率，和在合適環(huán)境下也可以不同時(shí)啟動(dòng)噴射。
孔板10在撒布平臺(tái)18上安裝使得材料液滴能由撒布平臺(tái)的下方噴射。圖2a和2b中說明孔板10。在一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2a中所示，孔板(即孔的行)被安裝成近似垂直于主掃插方向(如X方向)并被組構(gòu)成帶有N=96個(gè)可作個(gè)別控制的孔(標(biāo)以10(1)、10(2)、………10(96)。每一撒布器(即噴嘴)均設(shè)置有一壓電元件，在當(dāng)一電啟動(dòng)脈沖被加到此元件時(shí)即促使一壓力波通過材料傳播。此壓力波使得由孔發(fā)射一滴材料液。此96個(gè)撒布器由控制計(jì)算機(jī)控制，后者控制被加到各個(gè)別撒布器的啟動(dòng)脈沖的速率和定時(shí)并由此控制由孔發(fā)射的液滴的速率和定時(shí)。參看圖2a，一優(yōu)選實(shí)施例中的孔間的間距“d”約為8／300英寸(約26．67mils或0．677mm)。這樣，在96個(gè)孔時(shí)孔板的有效長(zhǎng)“D”即約為(N×8／300英寸)=(96×8／300英寸=2．56英寸(65．02mm)。一優(yōu)選實(shí)施例利用光柵的掃描來定位打印頭和孔以將材料撒布在所希望的滴液地點(diǎn)。各層的打印處理由一系列打印頭與所希望的滴點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成。打印一般在打印頭作主掃描方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生。隨后是當(dāng)無撒布發(fā)生時(shí)在副掃描方向上的典型的相對(duì)較小的增量的運(yùn)動(dòng)。隨后跟著在副掃描方向上的反轉(zhuǎn)掃描再次進(jìn)行撒布。重復(fù)這種主掃描和副掃描的交替過程直至完成薄層的沉積。替代實(shí)施例可在進(jìn)行主掃描同時(shí)作很小的副掃描運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檠刂骱透狈较虻膬魭呙杷俣壬贤ǔＳ泻艽蟛町?，所以這樣的替代方案仍然是使得在接近垂直的主掃描行上沉積(即主掃描和副掃描方向基本保持垂直)。另外的替代實(shí)施方案可采用向量掃描技術(shù)或向量掃描與光柵掃描的組合。另外的替代實(shí)施例可采用不垂直的主和副掃描方向同時(shí)利用使得液滴作適當(dāng)位移的算法。
在替代實(shí)施例中，打印頭可被安裝得對(duì)主掃描方向呈非垂直角度。這種情況如圖4b中所示，這里打印頭被以角度“α”安裝在主掃描方向。在此替代方案情況中孔間的分開距離被由d減小到d’=(d×sinα)而新打印頭的有效長(zhǎng)降低到D’=(D×sinα)。當(dāng)間距d’等于副掃描方向(垂直于主掃描方向的方向)上的所希望的打印分辨率時(shí)，此角度α被認(rèn)為是“主導(dǎo)角(Saber angle)”。
如果間距d(如在采用一優(yōu)選實(shí)施例時(shí))或d’(如在某些優(yōu)選替代實(shí)施例時(shí))不是所希望的副打印分辯率(即打印頭不處在主導(dǎo)角度)，就必須選擇所希望分辨率以使得d或d’為所希望分辨率的整數(shù)倍。同樣，當(dāng)以α≠90°打印時(shí)，在主掃描方向上以及副掃描方向相鄰噴嘴間均存在間距。此間距由d”=d×cosα確定。主掃描方向的這一間距d”則在所希望的主打印分辨率被選擇為d’的整數(shù)倍(假定噴射地點(diǎn)被分配在一矩形柵格中)時(shí)還要求具有優(yōu)化的打印效率。這可以換句話來說成是，角度α被選擇得能使d’和／或d”(最好是雙方)在以適當(dāng)?shù)恼麛?shù)M和P相除時(shí)能產(chǎn)生所希望的主和副掃描分辨率。采用優(yōu)選的打印頭定向(α=90°)的優(yōu)點(diǎn)是能在主掃描方向可具有任何所希望的分辨率而同時(shí)仍然維持最佳效率。
在另外的替代實(shí)施例中可利用多個(gè)打印頭，它們端對(duì)端地布置(在副掃描方向伸展)和／或背靠背地堆疊(主掃描方向疊置)。當(dāng)背靠背疊置時(shí)打印頭可使孔在主掃描方向?qū)?zhǔn)以使它們?cè)谕恍猩洗蛴?，或者使它們相互偏移以便沿不同的主掃描行撒布材料。特別是可希望使背靠背打印頭在副掃描方向相互偏移所希望的光行行間距，以使必須進(jìn)行的主掃描通過次數(shù)成為最少。在其他的替代實(shí)施例中，確定沉積地點(diǎn)的數(shù)據(jù)可不由確定一矩形網(wǎng)格的象素定位，而由按某一其他模式布置的象素定位(例如偏移或錯(cuò)列的)。更具體說，沉積位置可完全或部分地作層到層的改變以便能根據(jù)欲加噴射的區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行部分象素滴液位置的偏移一整個(gè)層或一層的部分。
當(dāng)前優(yōu)選的打印技術(shù)是在主掃描方向每英寸300、600、和1200滴液和在副掃描方向每英寸300滴液的沉積。
參看圖1和3，平面化器11是一帶作成紋理的(例如隆起的)表面的被加熱的旋轉(zhuǎn)滾柱18a。其功用是熔化、運(yùn)送和去除前面撒布層的材料以便使之平滑，將最后形成的層設(shè)置到所希望的厚度，和將最后形成層的凈上表面設(shè)置到所希望的水平(即為形成物體的下一薄層的所希望的工作表面、即工作水平)。數(shù)碼19指明剛由打印頭沉積的一層材料。旋轉(zhuǎn)滾柱18a被安裝到撒布平臺(tái)使之能由平臺(tái)的下方在Z方向突出足夠的量以能接觸到孔板下面所希望水平處的材料19。在一優(yōu)選實(shí)施例中，這一個(gè)量被設(shè)定在0．5～1．0mm的范圍內(nèi)。滾柱18a的旋轉(zhuǎn)從在圖中以數(shù)21指明的剛沉積的層掃清材料，余留下它的尾流平滑的表面20。材料21粘結(jié)到此滾柱的隆起表面，直到它接觸到清掃器22才被去除。如所示，清掃器22被設(shè)置來由滾柱表面有效地“刮除”材料21。這一材料，因?yàn)樗匀皇强闪鲃?dòng)的，則被US專利申請(qǐng)No．08／534477中所說的材料封裝和處理子系統(tǒng)所取得，由此或者被去除或者被作再循環(huán)。
參看圖1，還設(shè)置有部分構(gòu)成平臺(tái)15。在此平臺(tái)15上構(gòu)成圖中以參數(shù)14指明的三維物體或部分。這一平臺(tái)15作可滑動(dòng)地耦合到Y(jié)構(gòu)架16a和16b，后者在計(jì)算機(jī)的控制下可控制平臺(tái)15在Y方向(即轉(zhuǎn)位方向或副掃描方向)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此平臺(tái)還耦合到在計(jì)算機(jī)控制下可控制平臺(tái)在Z方向作上下運(yùn)動(dòng)(在構(gòu)成處理期間通常是逐步地向下)的Z構(gòu)架17。
為構(gòu)成一部分的斷面，Z構(gòu)架被導(dǎo)引將部分構(gòu)成平臺(tái)15作相對(duì)于打印頭9的運(yùn)動(dòng)，以便將部分14的最后構(gòu)成的(即被撒布的和可能經(jīng)過平整的)斷面置于打印頭的孔板10之下適當(dāng)?shù)牧俊Ｈ缓蟠蛴☆^與Y構(gòu)架被促使在XY構(gòu)成區(qū)域上面掃過一或多次(打印頭在X方向來回掃動(dòng)，而Y構(gòu)架在Y方向平移此部分地形成的物體)。物體的最后形成的層與任一與其相關(guān)連的支撐確定為沉積下一薄層及與之相關(guān)的任一支撐的工作表面。當(dāng)XY方向平移時(shí)打印頭的噴嘴以與前面撒布的層作登記的姿態(tài)噴射按所希望的模式和序列來沉積材料以構(gòu)成物體的下一薄層。在撒布處理期間，被撒布的材料的一部分被平面化器以上面討論的狀態(tài)去除。重復(fù)X、Y和Z運(yùn)動(dòng)、撒布、和平面化處理，來由多個(gè)作選擇撒布和粘結(jié)得的層建立物體。在一替換實(shí)施例中，平面化步驟可獨(dú)立于撒布步驟進(jìn)行。在另外的實(shí)施例中，平面化器不對(duì)所有的層使用而可能僅用于被選擇的或間隔的層。
如前指出的，在一優(yōu)選實(shí)施例中指示打印頭遵循一光柵模式。圖4中表明其一例。如圖示，光柵模式由一系列在X方向即主掃描方向運(yùn)行的光柵行R(1)、R(2)……R(N)組成并沿Y方向(即轉(zhuǎn)位方向或副掃描方向)排列。光柵行相互隔開距離d，在一優(yōu)選實(shí)施例中，為1／300英寸(約3．3mils，或約83．8μm)。由于打印頭的孔相隔距離d，如所討論的約為26．67mils(0．6774μm)，且由于光柵行所希望數(shù)量在轉(zhuǎn)移方向可擴(kuò)展大于孔板長(zhǎng)度的距離，約2．56英寸(65．02mm)，因此打印頭必須經(jīng)過多次通過來掃過工作表面以便能掃描所有所希望的光柵行。
這由下面的二步驟處理來完成。第一步在打印頭工作表面上通過8次，每次在主掃描方向通過一次Y構(gòu)架即轉(zhuǎn)移量d。在第二步，Y構(gòu)架轉(zhuǎn)移等于孔板長(zhǎng)的距離(2．5600+dr(0．0267英寸)=2．5867英寸(65．70mm)。然后重復(fù)此二步處理直到所有所希望的光柵行均被掃描為止。換句話說，一優(yōu)選的二步驟處理是以副掃描方向上等于所希望光柵行分辨率的移動(dòng)量相間主掃描方向通過的第一步直至由二相鄰噴嘴撒布的初始行間的所有光柵行被掃描為止。然后，第二步是作很大的轉(zhuǎn)位方向增量。此大的轉(zhuǎn)位方向增量等于打印頭第一和最后孔間的間距加一個(gè)光柵行間距。第一和第二步驟被加以重復(fù)直到轉(zhuǎn)位方向增量和被掃描的行足以在為形成物體斷面所需的所有光柵行上沉積材料(包括為形成后續(xù)斷面任何所需的支撐)。
例如，在第一次通過中，打印頭被指示掃描光柵行R(1)(通過圖4中的孔10(1))、R(9)(通過孔10(2))、R(17)(通過孔10(3))等。然后指示Y構(gòu)架在轉(zhuǎn)位方向上移動(dòng)構(gòu)成平臺(tái)距離dr(一光柵行)。在下一通過中，打印頭可被指示掃描R(2)(通過10(1))、R(10)(通過10(2))、R(17)(通過10(3))等。這樣以Y構(gòu)架在每次通過后轉(zhuǎn)移距離dr再進(jìn)行6次通過，直至完成總共8次掃描。
此時(shí)，如有更多的光柵行要加以掃描，則將指示Y構(gòu)架移動(dòng)構(gòu)成平臺(tái)等于孔板的全長(zhǎng)+dr，2．5867英寸(65．70mm)的量。然后重復(fù)上述的此二步驟處理直至所有光柵行均被掃描完。在替代實(shí)施例中，可作另外的Y增量，包括沿Y軸作負(fù)、正的運(yùn)動(dòng)增量。這可以用于掃描最初被跳越的光柵行。這將在與被稱之為“交錯(cuò)”的技術(shù)相關(guān)連地作進(jìn)一步說明。
噴墨孔的噴射由被保持在控制計(jì)算機(jī)或其他存儲(chǔ)器裝置中的矩形位圖控制。此位圖由一存儲(chǔ)器單元網(wǎng)格組成，其中每一存儲(chǔ)器單元對(duì)應(yīng)用于工作表面一象素，其中網(wǎng)格的行在主掃描方向(X方向)沿伸而網(wǎng)格的列在副掃描方向(Y方向)沿伸。行(在Y方向上的間距)的寬(即其間的距離)可能與列(X方向上的間距)的寬(或長(zhǎng)度即其間的距離)不同，要求在X和Y方向存在不同的數(shù)據(jù)分辨率。在替代實(shí)施例中，一層內(nèi)或?qū)又g可能有不均勻的象素大小，其中象素寬和長(zhǎng)之一或雙方隨象素位置變化。在另一些替代方案，也可能有其他象素配置形式。例如相鄰行上的象素可在主掃描方向上偏移主掃描方向的象素間的間距的一部分，以使得它們的中心點(diǎn)不與相鄰行中象素的中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。這一部分值可以是1／2以使得它們的中心點(diǎn)能與相鄰行的象素邊緣對(duì)準(zhǔn)。它可以是1／3或某種其他值以使二個(gè)或更多中間行象素被布置在象素在主掃描方向被作重新排列的行之間。在再一些替代方案中，象素排列可取決于被撒布中的物體或支撐結(jié)構(gòu)的幾何形狀。例如在形成預(yù)定要橋接支撐柱之間的間隙的支撐形式的一部分時(shí)，可能希望位移象素排列。這些以及其他的象素排列方案的實(shí)現(xiàn)可以借助修改象素組構(gòu)或者定義更高分辨率的象素配置(在X和／或Y上)和采用不對(duì)每一象素地點(diǎn)噴射而是對(duì)可按照所希望的隨機(jī)的、預(yù)定的或基于物體的模式改變的有選擇的間隔的象素地點(diǎn)噴射的象素噴射模式。
以按主方向象素(Main Directien Pixels，MDP)來定義主掃描方向中的數(shù)據(jù)分辨率。MDP可由象素長(zhǎng)或由每單位長(zhǎng)的象素?cái)?shù)來描述。在一優(yōu)選實(shí)施例中，MDP=300象素／英寸。同樣可以副方向象素(SDP)定義副掃描方向中的數(shù)據(jù)分辨率，而SDP以象素寬或以單位長(zhǎng)象素的數(shù)量來描述。在一優(yōu)選實(shí)施例中，SDP=MDP=300象素／英寸(26．67mils／象素，或677．4μm／象素)，SDP以等于或不等于光柵行間的間距，MDP可以等于或不等于沿各掃描行的相繼滴液地點(diǎn)之間的間距。相繼光柵行間的間隙可被定義為副滴液地點(diǎn)(Secondary Drop location，SDL)，而沿各光柵行的相繼的滴液地點(diǎn)之間的間距可被定義為主滴液地點(diǎn)(Main Droplocations，MDL)。類似于SDP和MDP，SDL和MDL可以每單元長(zhǎng)的滴液或滴液間距定義。
如果SDP=SDL，在副掃描方向上數(shù)據(jù)和滴液地點(diǎn)之間即具有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，象素間距等于光柵行的間距。如果MDP=MDL則在主掃描方向上數(shù)據(jù)與滴液地點(diǎn)之間具有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
如果SDL和／或MDL各自大于SDP和MDP，則需要噴射比數(shù)據(jù)存在要多的滴液，從而各象素將需要被用于促成多于一個(gè)要被撒布的液滴。這些額外液滴的撒布可采用二方法之一，或者在相繼象素的中心之間的點(diǎn)撒布液滴(即中間液滴“ID”)，或者直接在象素中心的頂部撒布(即直接滴液“DD”)。在這二種情況下，這種技術(shù)被叫做“罩印”，并導(dǎo)致較快的材料建立和緩解涉及最大掃描速度和加速率的機(jī)械設(shè)計(jì)的制約，因?yàn)樵谳^緩慢移動(dòng)打印頭和／或物體的同時(shí)仍能取得同樣的Z建立。圖6a至6d表明ID罩印與非罩印，即DD罩印之間的差異。圖6a表明在打印頭作方向64移動(dòng)時(shí)被沉積中的單個(gè)滴液60和圍繞它的一相關(guān)凝固區(qū)62。另一方面，圖6b表明被處理中的同一區(qū)域，但采用ID罩印技術(shù)，此時(shí)在打印頭作方向64移動(dòng)時(shí)與單個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)地沉積二滴液60和66。被此二滴液填滿的沉積區(qū)被表示為區(qū)68。圖6C表示對(duì)一4滴液ID罩印方案的類似情形，其中滴液由數(shù)字60、70、66和72指明，沉積區(qū)由76表示，而掃描方向仍以64表明。圖6d表明對(duì)一行象素78、80、82、84、86和88的類似情形，其中數(shù)90表明無罩印的沉積區(qū)的長(zhǎng)度，數(shù)92表明在采用一4滴液ID罩印技術(shù)時(shí)的沉積區(qū)長(zhǎng)度。以上可總括地說，ID罩印對(duì)其被應(yīng)用的區(qū)域增加由約1／2到剛剛不到1個(gè)的附加象素長(zhǎng)。當(dāng)然，被利用的罩印滴液越多，象素區(qū)的垂直生長(zhǎng)將越多。
如果SDL和／或MDL各自小于SDP和／或MDP，滴液將在小于數(shù)據(jù)存在的地點(diǎn)噴射，至少在該打印頭的一給定通過期間。這種數(shù)據(jù)情況可被用來實(shí)現(xiàn)上面討論的偏移象素和／或非均勻大小的象素技術(shù)。
圖5表明一N行×M列的網(wǎng)格。如圖示，網(wǎng)格中的行被標(biāo)以R(1)、R(2)……R(N)，而網(wǎng)格中的列則標(biāo)以C(1)、C(2)、……C(M)。還表明構(gòu)成網(wǎng)格的象素。這些被標(biāo)為P(1、1)、P(1、2)……P(M、N)。
為構(gòu)成一斷面，首先以表示所希望的斷面(以及任何所希望構(gòu)成的支撐)的數(shù)據(jù)裝載位圖。假定，如優(yōu)選實(shí)施例中那樣，采用單一的構(gòu)成和支撐材料，如果希望在一給定象素地點(diǎn)沉積材料，則對(duì)應(yīng)于該地點(diǎn)的存儲(chǔ)器單元就被加以合適的標(biāo)記(例如裝載以二進(jìn)制“1”)而如果不想沉積材料則利用相反的標(biāo)記(例如二進(jìn)制“0”)。如果用多種材料，對(duì)應(yīng)于沉積場(chǎng)所的單元?jiǎng)t被加以適當(dāng)?shù)臉?biāo)記來指明不僅滴液地點(diǎn)場(chǎng)所還指明欲加沉積的材料型式。為便于作數(shù)據(jù)處理，可將定義物體或支撐區(qū)的壓縮數(shù)據(jù)(例如沿各掃描行的通-斷地點(diǎn))與要被用于特定區(qū)域的填充模式表述作邏輯處理來推演得用于噴射撒布噴嘴的最終位圖表示。構(gòu)成網(wǎng)格的光柵行以早先說明的方式被分派到各個(gè)別孔。然后，一特定孔依據(jù)其在位圖中的對(duì)應(yīng)單元所加標(biāo)記的情況被指示對(duì)一象素進(jìn)行噴射或者不噴射。
如上面討論的，打印頭能以許多不同分辨率沉積液滴。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中SDP=SDL=300象素和滴液／英寸。但MDP在此優(yōu)選實(shí)施例中可取三個(gè)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對(duì)MDP的比大于1時(shí)，每象素的額外滴液被作成在象素中心之間的中間地點(diǎn)(ID罩印)發(fā)生。以當(dāng)前的優(yōu)選打印頭和材料，每滴液體積約為100微微升。生成約具有2mil(50．8μm)直徑的滴液。以當(dāng)前優(yōu)選的打印頭，最大噴射頻率為約20kHz。相比較地，在13ips的噴射速率1200dpi其頻率為16kHz，這在允許極限之內(nèi)。
圖7中說明為產(chǎn)生適用于局部沉積成型系統(tǒng)(例如熱立體平版印刷系統(tǒng))中的局部構(gòu)成的數(shù)據(jù)，包括生成代表支撐的數(shù)據(jù)的第一優(yōu)選實(shí)施例。如圖示，此方法以利用布爾層分片(Boolean Layer Slice)處理(以模塊31表示)將STL文件30變換成SLI文件32開始。此布爾層分片處理以及STL和SLI格式在上面引用的US專利及申請(qǐng)(如US專利申請(qǐng)NO．08／475，730(以后作’730)中有說明。
然后將．SLI文件輸入到以．SLI格式產(chǎn)生支撐數(shù)據(jù)的模塊33。以數(shù)34標(biāo)名的表征支撐的．SLI數(shù)據(jù)在模塊33中與標(biāo)以數(shù)32的表征物體的．SLI數(shù)據(jù)會(huì)聚。結(jié)果得表征物體和支撐邊緣的．PFF文件36。
·PFF文件在模塊37中按照樣式文件38所確定的樣式利用前述’730申請(qǐng)中描述的斷面策劃技術(shù)加以“作示斷面線”。斷面線與物體和支撐邊緣的交點(diǎn)用來準(zhǔn)備．RLE文件39。
與此實(shí)施例相關(guān)的問題是速度。如圖8a、8b中所示，此過程涉及使．STL文件46與分片平面(如圖8a中由數(shù)47所標(biāo)明的)相交來產(chǎn)生對(duì)各斷面的段表，如圖46中以數(shù)48標(biāo)明的。然后將段排序，去除內(nèi)部段，將適當(dāng)?shù)亩它c(diǎn)連接到一起以形成多邊形49。
此處理很費(fèi)時(shí)，因?yàn)闉樽鞫闻判虮仨氝M(jìn)行的比較的數(shù)量和對(duì)多邊形作布爾運(yùn)算所需的時(shí)間。例如對(duì)N個(gè)段的表，排序步驟需要N2次比較。而且對(duì)一包括N段的多邊形作布爾運(yùn)算的處理也需要N2次運(yùn)算。由于這二個(gè)原因，形成構(gòu)成數(shù)據(jù)的處理可能及其長(zhǎng)，通常數(shù)個(gè)小時(shí)。但此種措施的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)檫吘壎伪慌判虺蓮?fù)式表，所以能以類似于’730中申請(qǐng)?zhí)岢龅难a(bǔ)償例程的方式來對(duì)這些邊緣進(jìn)行滴寬補(bǔ)償。
為克服這些問題的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖10中所示。如圖示，．STL文件40首先通過模塊41被壓縮成．CTL文件42。將．STL文件壓縮成．CTL文件的處理在前述US專利申請(qǐng)No．08／428，951中已介紹。其次，根據(jù)在模塊44中作為輸入提供的樣式信息43，按類似于’730中申請(qǐng)說明的方式將．CTL文件分片，不同的是僅將劃斷面線即表層式數(shù)據(jù)輸出到RLE(亦即經(jīng)編碼的游程)文件。
首先，如圖11a中所述，構(gòu)成．STL文件的三角形被在Z方向作由上向下的分類。特別是，如標(biāo)號(hào)50指出的，三角形被按對(duì)各三角形的最大Z值的下降次序分類。如圖示，三角形的順序是A、B、C、D。
所要求的由上向下的分類是與由下向上的如圖11a中號(hào)51指明的分類不同的，其中三角形按三角形的最大Z值的上升次序分類。如所示所得的順序?yàn)锽、C、A、D。
對(duì)各分片級(jí)，通過利用當(dāng)前級(jí)指示器和一轉(zhuǎn)位指針來確定一有效三角形表。轉(zhuǎn)位指針經(jīng)過一給定級(jí)的三角形表，而任何完全高于當(dāng)前級(jí)的三角形即不加考慮。如果三角形被當(dāng)前級(jí)指示器捕獲，就被加入該表。繼續(xù)此處理直到轉(zhuǎn)位指針指到一完全低于當(dāng)前級(jí)的三角形。在這時(shí)，該級(jí)的有效三角形表完成。然后級(jí)指示器被改變到指示下一較低的級(jí)繼續(xù)處理。
圖11b說明當(dāng)前級(jí)指示器在級(jí)52a時(shí)的處理。轉(zhuǎn)位指針53由左向右前進(jìn)，而此與當(dāng)前級(jí)相交的二個(gè)三角形(被圖中標(biāo)示以號(hào)54a)被加入到有效三角形表。然后繼續(xù)此過程直至轉(zhuǎn)位指針指到三角形55a。由于該三角形完全在當(dāng)前級(jí)之下，在轉(zhuǎn)位指針53指向三角形55a時(shí)處理停止。
圖11c說明級(jí)指示器前進(jìn)到級(jí)52b時(shí)的處理。轉(zhuǎn)位指針被復(fù)位到零，而后由左向右前進(jìn)。此級(jí)以上的各三角形加以忽略，而被此級(jí)相交的各三角形被加到有效三角形表。圖中，這些三角形以標(biāo)號(hào)54b指明。當(dāng)轉(zhuǎn)位指針指到三角形55b時(shí)處理完成，因?yàn)樗桥龅降耐耆挥诖思?jí)以下的第一個(gè)三角形。
對(duì)每一分片級(jí)的有效三角形與該級(jí)相關(guān)形成一組X-Y平面中的段。由三角形界定實(shí)體并被定向于面向此實(shí)體區(qū)外(如在此結(jié)合作為參考的US專利No．5，059，359、5，137，662、5，321，662和5，345，391中說明的)結(jié)果得的段也具有定向。由這些段，不必它們排序成邊界環(huán)路，就可利用與’730申請(qǐng)中描述的相同的作斷線算法得到表征物體斷面的．REL數(shù)據(jù)。
圖12a說明一斷面的多角形表述(段被排序以形成邊界環(huán))，而圖12b說明同一斷面的．RLE(編碼的游程)表示。為生成數(shù)據(jù)，多角形表述被覆蓋以多個(gè)光柵、即象素掃描行，然后在光柵即象素行相交多角形表述的點(diǎn)上產(chǎn)生啟動(dòng)／停止對(duì)表、每一相交點(diǎn)與一通／斷指示器相關(guān)連。對(duì)一給定光柵行，相交點(diǎn)的通／斷指示在通斷之間交替以指明此掃描行是進(jìn)入還是退出一實(shí)體。圖12b中，例如相繼掃描行的“on”部分被標(biāo)以數(shù)56(1)、56(2)、56(3)……和56(11)。
此．RLE格式與圖12c中表示的象素格式不同，其中，實(shí)體內(nèi)的各點(diǎn)以分開的數(shù)據(jù)表示。與這種形式的數(shù)據(jù)表述有關(guān)的問題是大小。例如，在300DpI(每英寸滴液)，10英寸的斷面需要9×106位的信息。
為物體斷面生成．RLE數(shù)據(jù)的處理在圖13a～13c中說明。圖13a中所示，對(duì)每一斷面，例如圖中被標(biāo)以號(hào)57的斷面，產(chǎn)生一標(biāo)以數(shù)58的表陣列，其中，陣列中的每個(gè)表對(duì)應(yīng)于一在X方向伸展到一給定Y級(jí)的掃描行。然后，再考慮斷面中的各段，注明各段與掃描行之間的相交，并將代表這些相交的數(shù)據(jù)加到陣列中各自的表。例如圖13b表明通過考慮一個(gè)段而對(duì)表的增加，圖中以數(shù)59標(biāo)明。
為每一“Y”地點(diǎn)加到表的特定數(shù)據(jù)項(xiàng)包含兩部分信息定量容積(QV)值和相交的X-地點(diǎn)。段在Y方向增長(zhǎng)的相交點(diǎn)具有QV為2。段在Y方向減少的相交點(diǎn)具有QV為-2。如果段在一掃描行處起始或結(jié)束，相交看作為“半命中”，即相關(guān)的QV取決于段在Y方向?yàn)樵黾舆€是減少或者為1或者為-1。例如圖13b，段1在Y方向增長(zhǎng)。因而與這一段與相繼掃描行相交相關(guān)的QV值分別為1、2、2、2和2(假定此掃描行未連到段1的端點(diǎn))。而段1與相繼掃描行間相交的X地點(diǎn)分別為126、124、122、120和118。如圖示，被加到此陣列的數(shù)即接合這些值。
圖13c說明由考慮段2所作的對(duì)陣列的增加。此段在Y方向增長(zhǎng)，且在二相繼掃描行開始和結(jié)束。第一掃描行相交點(diǎn)的X地點(diǎn)為144，而第二掃描行為126。結(jié)合這些值對(duì)此陣列的二相加由數(shù)60(1)和60(2)標(biāo)明。
通過對(duì)圖14的考慮可理解半命中的目的。如圖示每一掃描行均與通過與段的相交點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的QV值，每次在掃描行穿過該段時(shí)被更新的運(yùn)行中的QV總和相關(guān)連。如果掃描行在實(shí)體內(nèi)部，運(yùn)行QV值為2，而如它在實(shí)體之外，QV值為0。這樣，當(dāng)掃描行在實(shí)體之外并穿過邊界時(shí)，必然的蘊(yùn)涵就是掃描行現(xiàn)在在實(shí)體之內(nèi)。運(yùn)行QV總和就應(yīng)當(dāng)以2的值來更新以指明它現(xiàn)在是在實(shí)體內(nèi)，相反，如果掃描行在實(shí)體之內(nèi)，并穿過邊界，則必然的蘊(yùn)涵是該掃描行現(xiàn)在在實(shí)體之外或者已經(jīng)進(jìn)入與第一物體重疊的第二實(shí)體物體中。而后應(yīng)將-2和2的值加到運(yùn)行總和以指明此變遷。
如果掃描行穿過一頂點(diǎn)，如在圖14中的點(diǎn)A所指出的，在進(jìn)入實(shí)體時(shí)掃描行實(shí)際定義兩段。因而每段僅對(duì)運(yùn)行QV總和增加一個(gè)1的值。這就是與這些頂點(diǎn)相關(guān)的QV值保持為1或-1的原因。
應(yīng)指示，也有可能掃描行穿過一頂點(diǎn)而不改變運(yùn)行中QV值的狀態(tài)。如圖14的點(diǎn)B所表明的，形成頂點(diǎn)的段分別在相交點(diǎn)具有QV值-1和1。結(jié)果與此掃描行相關(guān)的運(yùn)行QV總和不變。關(guān)于定量容積(QV)的另外的信息可見前面引用的’730US專利申請(qǐng)。
在對(duì)所有段的掃描行相交點(diǎn)已被加到表后，即將各掃描行的表按上升的X順序存儲(chǔ)。然后應(yīng)用布爾提取例程來提取各掃描行的正確的經(jīng)布爾運(yùn)算后的段。
優(yōu)選的提取例程是維持一運(yùn)行QV數(shù)，其中，表中各相繼數(shù)據(jù)點(diǎn)的QV值被加到運(yùn)行總和。在運(yùn)行QV總和為0(即由0變遷到2)時(shí)的任何具有2的QV的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即“起點(diǎn)”，和在運(yùn)行總和為2(即由2表遷到0)時(shí)的任何具有-2的QV的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即“停止”點(diǎn)，均被保存。此處理在圖15中說明，其中，以號(hào)碼61～67標(biāo)明其相繼的步驟。圖中標(biāo)以數(shù)68的當(dāng)前項(xiàng)指針被用來指定原始表中的相繼項(xiàng)。圖中標(biāo)以數(shù)70的“kept”表還被用來保存滿足上述條件的起始和停止點(diǎn)。如圖示，通過此處理，僅保存有第一起始點(diǎn)，即(start20)，和最后的停止點(diǎn)，即(stop89)。結(jié)果得到表述一物體的斷面行的．RLE數(shù)據(jù)。將此技術(shù)應(yīng)用到所有斷面的所有行就得到對(duì)物體的．RLE表述。
應(yīng)當(dāng)理解的是，為了形成物體斷面的多角形表述無需將由三角形與分片平面相交所形成的段分類成多重表(如’622專利中所說明的)。如所討論的，將段分類成多重表是一很費(fèi)時(shí)的操作。而且還應(yīng)理解，所形成的．RLE數(shù)據(jù)是在甚至當(dāng)．STL文件未被恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合或分離(即此．STL文件含有重疊的物體部件)時(shí)逐次結(jié)合的。
．RLE勝過多角形表述的好處是布爾運(yùn)算簡(jiǎn)單和迅速得多。已經(jīng)討論過布爾提取算法。其他幾個(gè)還有布爾加、減和相交運(yùn)算。
為最有效地進(jìn)行這些運(yùn)算，以絕對(duì)條件表示．RLE數(shù)較之以相對(duì)條件表示有利。例如，在X位置100開始并繼續(xù)停留30個(gè)象素的行應(yīng)以一對(duì)起動(dòng)／停止點(diǎn)來表示，其中，在位置100開始和在位置130停止。這樣，參看圖16，對(duì)于圖中標(biāo)以數(shù)71的行A的．RLE數(shù)據(jù)和圖中標(biāo)以數(shù)72的．RLE數(shù)據(jù)將被表示如下A=[(start20)、(stop48)、(start60)、(stop89)]，B=[(start3)，(stop78)]。
計(jì)算此二行的布爾加是合并此二組數(shù)據(jù)，同時(shí)保持在X方向分類的合并表。結(jié)果是(start20)，(start37)，(stop48)，(stop60)，(stop78)，(stop89)]。此后合并表經(jīng)受前面討論的布爾提取算法，其中，例如，起動(dòng)地點(diǎn)被指配為2的QV值和停止地點(diǎn)被指配為-2的QV值，而僅那些導(dǎo)致QV由0變遷到2(start)或由2變遷到0(stop)的點(diǎn)被保持。結(jié)果是圖16中標(biāo)以數(shù)73的表示布爾加A+B的數(shù)據(jù)對(duì)[(start20)，(stop80)]。
計(jì)算此二行的布爾減與上面討論的有關(guān)布爾加運(yùn)算為同樣步驟，不同的是在二個(gè)表被并前被減除的表的QV值的符號(hào)被反相使得起動(dòng)變遷成為停止變遷，和相反。A～B的運(yùn)算結(jié)果在圖16中標(biāo)以數(shù)74。
計(jì)算二行的布爾相交為與加法運(yùn)算同樣的步驟，不同的是提取例程以-2的初始QV值開始執(zhí)行。A與B的相交在圖16中標(biāo)以數(shù)75。
二維布爾運(yùn)算也易于進(jìn)行。對(duì)二維區(qū)域，每一個(gè)均由多個(gè)最好以絕對(duì)條件表達(dá)的．RLE行表述。布爾運(yùn)算由對(duì)各區(qū)域中各相繼對(duì)的對(duì)應(yīng)行進(jìn)行相繼的布爾行運(yùn)算來進(jìn)行。圖17說明此過程。被標(biāo)以數(shù)76的一組行代表區(qū)A，而標(biāo)以數(shù)77的一組行代表區(qū)B。此二區(qū)域的布爾加A+B被標(biāo)以數(shù)78，而此二區(qū)的布爾減A-B被標(biāo)以79。
另一方面，采用與多角形數(shù)據(jù)相關(guān)的．RLE數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)是所需存儲(chǔ)器的量。為以高分辨的．RLE形式存儲(chǔ)每一層，對(duì)一典型部分可能容易超過100MB的存儲(chǔ)容量。這對(duì)主存是太大了，而即使需要存儲(chǔ)這樣大的文件在磁盤上也是成問題的。此問題被由后向上前進(jìn)的部分構(gòu)成的順序和后述的由上向下進(jìn)行的構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)的順序之間分歧復(fù)雜化。
如后面討論的，為構(gòu)成支撐需要一輸出文件，其中，對(duì)各斷面，一個(gè)．RLE說明被用于該斷面，以及在當(dāng)前斷面之上的每一斷面的布爾和。基本上，此技術(shù)是計(jì)算斷面的．RLE說明和對(duì)該斷面的“當(dāng)前總和”的．RLE表述之間的布爾減，亦即當(dāng)前層之上的所有層的布爾和。圖18中表示這一基本技術(shù)的偽碼，其中g(shù)et-part(級(jí))指提供規(guī)定級(jí)的斷面的．RLE表述的功能；boolean-subtract(current-total=areaA，Part-for-Layer=areaB)指提供由區(qū)B作布爾減區(qū)A的結(jié)果的功能；和boolean-add(areaA，areaB)指提供區(qū)A與區(qū)B間的布爾加的功能。
現(xiàn)在說明為進(jìn)行使得能構(gòu)成支撐而無需部分的整體性和使得當(dāng)前的總和數(shù)據(jù)能同時(shí)被存儲(chǔ)進(jìn)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器管理算法。此優(yōu)選算法分兩階段進(jìn)行。
在第一階段，由部分的頂部起始逐次考慮該部分的層，同時(shí)維持部分的層的布爾和的運(yùn)行總和。在碰到一層后，由計(jì)算由前兩層的運(yùn)行總和的區(qū)域與當(dāng)前層的區(qū)域之間的布爾加來計(jì)算層的當(dāng)前總和(即被更新的運(yùn)行總和)。但是不存儲(chǔ)對(duì)所有層的當(dāng)前總和數(shù)據(jù)，而是僅存儲(chǔ)對(duì)中間的當(dāng)前的總和數(shù)據(jù)，即每N層一層，這里N可以是100。舍棄其余的當(dāng)前總和數(shù)據(jù)。
圖19中說明針對(duì)部分80和圖中標(biāo)以數(shù)81的相關(guān)支撐的這種第一階段。對(duì)各個(gè)別層的當(dāng)前總和的自上向下的生成被標(biāo)以數(shù)82，這些中間的被標(biāo)以數(shù)83。圖20說明用于此第一階段的偽碼，其中g(shù)et-part功能是先前有關(guān)圖18中說明過的，而boolean-addition功能是前面討論布爾運(yùn)算中說明過的。
第二階段是選擇一中間層和以前面說明的方式對(duì)該中間層與下一中間層之間的所有層進(jìn)行當(dāng)前總和的由上向下的計(jì)算。由對(duì)每一層的部分和當(dāng)前總和數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)則由下向上輸出。在完成此時(shí)，即可去除當(dāng)前的中間層和在它與下一較低的中間層之間的數(shù)據(jù)，并對(duì)下一更高的中間層重復(fù)此處理。
圖21中說明第二階段，其中與圖19比較，相同元件采用相同標(biāo)號(hào)。表明此第二階段的被標(biāo)以數(shù)84～87的4個(gè)步驟。在步驟84，對(duì)中間層14與15(例如部分或物體的底)之間的所有層的當(dāng)前總和(在圖中被標(biāo)以數(shù)88)進(jìn)行確定和存儲(chǔ)。接著在步驟85，利用后述方法確定用于這些層的支撐再輸出。而后去除14與15間的部分和總和數(shù)據(jù)。在步驟86，確定并存儲(chǔ)每一層的在13和14之間的部分和總和數(shù)據(jù)(圖中標(biāo)以數(shù)89)。最后在步驟89，對(duì)這些層確定支撐并輸出用于構(gòu)成。然后消去這些層的數(shù)據(jù)。對(duì)每一中間層重復(fù)此過程。
應(yīng)理解，這一算法極大地降低支撐生成過程所需的存儲(chǔ)器。如果N是二相繼中間層的層數(shù)，則一次被存儲(chǔ)的層數(shù)將等于中間層數(shù)的2N(因?yàn)樾枰糠趾涂偤?。如果T為層的總和數(shù)，被存儲(chǔ)層數(shù)就等于T／N+2N。當(dāng)N=(T／2)的平方根時(shí)就得到最佳存儲(chǔ)器應(yīng)用。這樣對(duì)一5000層的總和，最佳中間層數(shù)N為50。任何時(shí)刻必須存儲(chǔ)的總層數(shù)即為200。
由前述算法擴(kuò)展到二級(jí)的中間層能進(jìn)一步降低存儲(chǔ)器需求。如圖22中所示，算法以圖中標(biāo)號(hào)90、91、和92所指明的三個(gè)階段進(jìn)行。在第一階段(標(biāo)明為90)，確定中間層的第一級(jí)。在第二階段(以91指明)，在二個(gè)第一中間級(jí)之間確定第二中間級(jí)。然后在第三階段(圖中標(biāo)明92)，確定并存儲(chǔ)二相繼的第二中級(jí)之間的所有層的當(dāng)前總和。在計(jì)算這些層的支撐后，廢棄數(shù)據(jù)，對(duì)下一第二中間級(jí)重復(fù)此處理。當(dāng)與當(dāng)前第一中間級(jí)相關(guān)的所有第二中間級(jí)均處理完時(shí)，即處理下一第一中間級(jí)。
如果第一中間級(jí)數(shù)為N，第二中間級(jí)數(shù)為M，則為此三階段處理的存儲(chǔ)器需求為(T／N)+(N／M)+2M。如果T=5000，N=288，M=14，則一次必須存儲(chǔ)的層數(shù)為66。由于此三階段處理增加計(jì)算時(shí)間，所以最好是二階段處理除非涉及到非常薄的層或很大數(shù)量的層，在這種情況下三階段處理可能是理想的。
如所討論的，對(duì)一給定層的．RLE數(shù)據(jù)由一組啟動(dòng)和停止變遷組成，一個(gè)X地點(diǎn)關(guān)連到每一變遷。例如圖23中說明的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于如下的起動(dòng)和停止地點(diǎn)，光柵行分別以參數(shù)號(hào)102、104、106和108指定的光柵行A=[(start20)，(stop48)，(start60)，(stop89)]；和以參數(shù)號(hào)112和114指明的光柵行B=〔(start35)，(stop72)〕。為存儲(chǔ)這種數(shù)據(jù)的方法由起動(dòng)／停止變遷的鏈接表組成。如圖24中的偽碼所表明的。與一陣列相比，鏈表較優(yōu)越，因?yàn)樗诿啃兴璧淖冞w數(shù)上易于實(shí)現(xiàn)靈活性和變通性。問題在于它導(dǎo)致要應(yīng)用很大數(shù)量的動(dòng)態(tài)分配的小存儲(chǔ)器塊，這由于至少三個(gè)明顯的原因會(huì)大大地使性能惡化。首先，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器分配很費(fèi)時(shí)因?yàn)樗笙到y(tǒng)調(diào)用。其次，各動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器比具有與用于分類記錄相關(guān)的存儲(chǔ)器過載的隱患。第三，邏輯上相接近的信息單元被布置在非鄰接的存儲(chǔ)器中，造成大量的快速緩存失誤。
為解決這些問題，最好采用另一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。在分辨率為1200DPI時(shí)，一典型部分中的變遷可以15比特表征。這樣，-32比特的字(帶2備用比特)可用來表示一啟動(dòng)／停止對(duì)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在圖25中以偽碼表明?！癓ast”(最后)標(biāo)記用來指明此起動(dòng)／停止是否是該組用于特定掃描行中的最后一個(gè)。如果是，此“Last”比特被設(shè)置為邏輯“1”。如果不是，此比特被設(shè)置為邏輯“0”。在此情況下，序列中的下一啟動(dòng)／停止對(duì)被存儲(chǔ)進(jìn)緊相鄰的存儲(chǔ)器單元。這種方案使得能將大量的變遷點(diǎn)存儲(chǔ)在相鄰的存儲(chǔ)器塊中，每一變遷可有二個(gè)字節(jié)。圖26給出這一變遷方案的示例，其中相同元件被標(biāo)以與圖23中所用同樣代號(hào)。如圖示，行A由二變遷對(duì)組成[(start20)、(stop48)]和[(start60)、(stop89)]，元件102、104、106和108，如圖示被存儲(chǔ)在相鄰的32比特字中。第一字中的“l(fā)ast”比特122被復(fù)位到邏輯“0”以指示后跟有用于此掃描行的附加數(shù)據(jù)，同時(shí)第二字的“l(fā)ast”比特124被置位為邏輯“1”以指明無附加數(shù)據(jù)后跟。行B僅由一單對(duì)起動(dòng)／停止地點(diǎn)組成，指明為[(start37)，(stop78)]分別標(biāo)以數(shù)112和114，其中最后比特126被設(shè)置為邏輯1以便指明行B無跟隨的附加數(shù)據(jù)。標(biāo)號(hào)132、134和136指與各32比特字相關(guān)的其他應(yīng)用比特。
此RLE數(shù)據(jù)初始并不是生成為上述的合并格式，而是如關(guān)于圖13a～13c中討論的，起始被生成為非合并的格式，然后再被變換成合并的格式。
總的說，一存儲(chǔ)器塊被分配用于存儲(chǔ)變遷。多個(gè)指針用于與各光柵相關(guān)的數(shù)據(jù)的起始(“當(dāng)前光柵行”指針或“當(dāng)前表”指針)和一指明未被分配存儲(chǔ)器的開始(“下一可用地點(diǎn)”或“下一空間地點(diǎn)指針”。在此存儲(chǔ)器塊中的各4字節(jié)(32比特)字被定義為最先的15比特用于存儲(chǔ)變遷的X地點(diǎn)，而第二個(gè)15比特用來存儲(chǔ)變遷的qV。第31比特被用于定義一指明此字是否已經(jīng)被安排和應(yīng)用的“被用”標(biāo)記。第32比特用于定義一指明該字中的事項(xiàng)是否是使該字與之相關(guān)的給定掃描行的最后一變遷事項(xiàng)。起始地，各光柵行可為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)被分配一或多個(gè)字。在對(duì)各邊緣段的變遷進(jìn)入存儲(chǔ)器塊時(shí)，它們被加到與它們被推演得的光柵行相關(guān)的表。
在將各新的變遷點(diǎn)加到光柵行表中，可能遇到數(shù)種情況。首先，如果在與一給定光柵行的存儲(chǔ)器塊中不存在有變遷數(shù)據(jù)，就將變遷數(shù)據(jù)加到對(duì)該光柵行與“當(dāng)前表指針”相關(guān)的字。第二，如果變遷數(shù)據(jù)存在于對(duì)給定光柵行與當(dāng)前表指針相關(guān)的字。則檢驗(yàn)跟隨對(duì)該掃描行的最后記錄的變遷指針(即對(duì)該當(dāng)前表指針)的字(即“后隨字”看其是否已被利用。如未被利用，即在此輸入新的變遷數(shù)據(jù)。第三，如果此“后隨字”已被占用，則檢驗(yàn)此當(dāng)前表指針之前的字(即“先前的字”)看其是否被利用。如沒有，則將當(dāng)前表指針和所有被記錄的變遷數(shù)據(jù)(對(duì)該光柵行)移位一個(gè)字并將新的變遷點(diǎn)數(shù)據(jù)加到被位移的表的末端。第四，如果“先前字”被占用將對(duì)此光柵行的所有變遷數(shù)據(jù)(包括對(duì)該行的當(dāng)前表指針)移動(dòng)到標(biāo)有“下一可能地點(diǎn)”指針的字，被加新的變遷數(shù)據(jù)、標(biāo)有能用于加入新數(shù)據(jù)的變遷的原始字地點(diǎn)和“下一個(gè)可行地點(diǎn)”指針移動(dòng)到跟隨剛移動(dòng)的字和被加的字之后的地點(diǎn)。
對(duì)上面描繪的過程可作各種變型。例如，可采用各種大小的字，可改變比特配置，可改變對(duì)各光柵行的初始分配量，可避免對(duì)各光柵行的初始分配而為完全地處理輸入段需要分配作為附加光柵行的存儲(chǔ)器單元，可增加附加步驟來改善控制存儲(chǔ)器的應(yīng)用，等等。
上述處理在以下的說明和相關(guān)圖中作出示例。圖27a、27b是根據(jù)圖13中所得的相同數(shù)據(jù)(其中相同部件采用相同標(biāo)號(hào))說明此處理。很大區(qū)域的存儲(chǔ)器93被分配以保存．RLE變遷，而指針101被用于指明下一可用的存儲(chǔ)器字(32比特)。在此例中，字格式包括如下的比特分配最先的15比特142記錄用于存放X位置變遷的值，第二個(gè)15比特144記錄變遷的qV值。第31比特146為指明字是否已被分配和應(yīng)用的“被應(yīng)用”標(biāo)記。第32比特148為指明變遷是否是光柵行的最后記錄的變遷的最后標(biāo)記、即“結(jié)束”標(biāo)記。
圖27a說明在將任一變遷數(shù)據(jù)加到存儲(chǔ)器93之前的情況。為程序性的原因，如后面將會(huì)清楚的，圖示的區(qū)域93中的第一字被注明為已利用?！跋乱豢臻g地點(diǎn)”指針101指向該區(qū)中的第二字。接著，建立指針陣列58，其中所有指針均被初始化為使其“被應(yīng)用”比特設(shè)定到零。如上面討論的，每一指針與一掃描行相關(guān)連并被用于對(duì)與該掃描行相關(guān)的第一字(即對(duì)第一個(gè)變遷)分配存儲(chǔ)器地點(diǎn)單元。這一指針被稱為“當(dāng)前表”指針，因?yàn)樗赶蚺c正考慮中的當(dāng)前掃描行相關(guān)的變遷表中的第一字。為將一特定掃描行的變遷加到陣列，如果陣列中的指針是在一帶有“被應(yīng)用”比特被設(shè)置到邏輯0的字上時(shí)，指針的地點(diǎn)即被看作是空閑的而將變遷分配到該存儲(chǔ)器字。圖27b表明第一變遷已被輸入進(jìn)用于5個(gè)掃描行的存儲(chǔ)器的情況。
圖28a、28b說明在“當(dāng)前表”指針94的位置上具有非零的“被應(yīng)用”標(biāo)記的掃描行的變遷加入處理。圖28a表明2個(gè)已被輸入作為屬于與當(dāng)前表指針94相關(guān)的掃描行的字150和160。字150包含具有與圖27b的比特142、144、146和148相關(guān)的同樣定義的比特地點(diǎn)150，154，156和158。同樣，字160包含比特地點(diǎn)162、164、166和168。元件156和166給出“被應(yīng)用”標(biāo)記的值。元件158和168指明字(即變遷)是否是當(dāng)前表中到目前所記錄的最后變遷。可看出，元件158指明該字150不是最后字，而168指明160是當(dāng)前表中最后所用的字。首先，檢驗(yàn)在當(dāng)前變遷表結(jié)束之后的下一個(gè)字170中的“被應(yīng)用”標(biāo)記(在圖28a中被標(biāo)以數(shù)96)以弄清此字是否可利用。如果此“被應(yīng)用”標(biāo)記被設(shè)定到邏輯0，此字即可用于存儲(chǔ)新的變遷細(xì)節(jié)。如果被設(shè)置到邏輯1，則此字不可用。如果如圖28a中所示為可用，則可將新的變遷細(xì)節(jié)置入這一字。圖28a中表明當(dāng)前表被加入新的變遷所修正。圖28a中，新的變遷細(xì)節(jié)97被加到字170?！敖Y(jié)束”標(biāo)記元件168的值由“1”變成為“0”，字170的結(jié)束標(biāo)記元件178被給預(yù)值“1”，因?yàn)?70現(xiàn)在是當(dāng)前表的結(jié)束字。
如果當(dāng)前變遷表的結(jié)束之后的下一字不可用，則檢查當(dāng)前變遷表的起始之前緊接前面字的可用性。這一檢驗(yàn)由評(píng)估緊接前面字的“被應(yīng)用”標(biāo)記的值進(jìn)行。如果可用(由“0”值指明)，則整個(gè)表向后移動(dòng)一個(gè)字。而新的變遷被置于剛被清除的字的位置。此過程如圖29a、29b中所示，其中與圖28a、28b相同的元件標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)。如圖29a中所示，“當(dāng)前表”指針與字150相關(guān)連，此表以字160結(jié)束，當(dāng)前表的結(jié)尾之后的下一字(圖中標(biāo)以數(shù)170)為不可用(因?yàn)樵?76中的值“1”)，而緊接表的起始之前的字(標(biāo)以數(shù)180)為可用(因?yàn)樵?86中的“0”值)。這些估斷的結(jié)論如圖29b所示，其中先前與字150和160相關(guān)的變遷值被位移來分別與字180和150相關(guān)連?！爱?dāng)前表”指針也移位到字180，新的變遷信息被加到現(xiàn)在用的字160。作為另一結(jié)果，“結(jié)束”標(biāo)記維持與字160相關(guān)，雖然它已不再與×值60的變遷相關(guān)(早先的元件162，新的元件152)而是與×值12的變遷相關(guān)(早先的元件172，新的元件162)。換句話說，整個(gè)當(dāng)前表后移一個(gè)字，新的變遷97被存儲(chǔ)在被清除的地點(diǎn)。
如果當(dāng)前變遷表之前或之后無空閑空間(即當(dāng)前表指針的緊前面的字和緊隨該字的含有表標(biāo)記的真正結(jié)尾)，整個(gè)當(dāng)前表即被復(fù)制進(jìn)以由“下一可用地點(diǎn)”指定的字起始的空間，新的變遷被加到被復(fù)制表的末尾。然后，存放表的原先存儲(chǔ)器字的“被應(yīng)用”標(biāo)記被復(fù)位來指明這些原先的存儲(chǔ)器字現(xiàn)在可能由緊接前面的和緊隨這些原先地點(diǎn)的掃描行表所應(yīng)用。圖30a、30b說明這一過程，其中相對(duì)圖28a、28b，29a、29b同樣的元件采用同樣的標(biāo)號(hào)。
圖30a說明當(dāng)前表的結(jié)束160之后的字170以及含有當(dāng)前表指針的字150前面的字180，由于“被應(yīng)用”標(biāo)記176和186被設(shè)定為“1”兩者均不能利用。圖30a還說明發(fā)現(xiàn)“下一可用地點(diǎn)”指針的字200。字200跟隨已對(duì)所有掃描行輸入的變遷點(diǎn)。結(jié)果對(duì)當(dāng)前掃描行沒有新的變遷能被在連續(xù)的存儲(chǔ)器單元中輸入到已經(jīng)包有與該掃描行相關(guān)的變遷的這些地點(diǎn)150和160。如圖30b中所示，整個(gè)當(dāng)前表(原先被分配到字150和160中的變遷)被復(fù)制進(jìn)以被下一空間地點(diǎn)指針10所指定的字200起始的區(qū)域中。老存儲(chǔ)器中“被應(yīng)用”標(biāo)記(圖30b中以數(shù)100標(biāo)明)被復(fù)位以指明此存儲(chǔ)器現(xiàn)在可利用。當(dāng)前表指針94被更新來指向字200，新的變遷97被加到表的末尾字220。“下一可用地點(diǎn)”指針(標(biāo)以數(shù)101)被更新來指向緊隨含有最后輸入的變遷97(即表的末尾)的字220的字230。當(dāng)然，如果希望的話，可以在字220最后輸入的變遷97與由“下一可用地點(diǎn)”指針指向的字之間保留一個(gè)或多個(gè)空白字。
鑒于．RLE數(shù)據(jù)的性質(zhì)此方案特別有效。因?yàn)閿?shù)據(jù)被用來說明實(shí)心幾何物體，在一特定的掃描到行的變遷數(shù)常常與一相鄰行上的變遷數(shù)相同。這一特點(diǎn)如圖31中所示。自頂部開始表示一物體斷面，其中表示有間隔的光柵即掃描行。在每一掃描行的右邊表示與該掃描行相關(guān)的變遷數(shù)。這樣，如果希望將一變遷加到一特定的掃描行，多半一變遷將被加到一相鄰掃描行。當(dāng)一存儲(chǔ)器區(qū)空閑時(shí)，如圖30a、30b所伴隨的正文中所說明的那樣，則多半相鄰表將具有能被存儲(chǔ)在該區(qū)域中的變遷。如圖28a、28b和29a、29b及相應(yīng)正文中所說明的。這樣，很大的存儲(chǔ)器陣列形成少于采用隨機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)將產(chǎn)生的間隙。而且也將會(huì)使來自存儲(chǔ)在高速緩沖存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的失誤較少。
在所有段均被處理時(shí)，將結(jié)果表作X方向分類。然后按前述方式提取作正確布爾處理的行，并以前述的合并格式存放所提取的行。
這一實(shí)施方案直接對(duì)一．STL文件操作而無需將角變換成分片平面，這樣至少能避免某些量化誤差。但通過產(chǎn)生．RLE數(shù)據(jù)由于分片平面將僅以不同水平分布在垂直方向和因?yàn)樗阶冞w被限于象素邊緣，而會(huì)導(dǎo)入某些垂直和水平量化誤差。圖32中表明這些內(nèi)容的示例，表明對(duì)光柵行302、304、306、308、310、312和314的與表示通／斷變遷點(diǎn)322、324、326、328、330、332和334相關(guān)的量化確定。各光柵行的中心線由與穿過多個(gè)象素的邊緣段300相關(guān)的各自的虛線表明。圖中線右邊區(qū)域被認(rèn)為是物體之內(nèi)，左邊區(qū)域被看作為在物體之外。對(duì)各光柵行僅一單個(gè)變遷象素可被選擇來表示物體的邊，而不管該行上有多少象素被邊緣相交。雖然為確定哪些象素將形成物體的邊緣有許多途徑，所述的方法對(duì)一給定光柵行選擇邊緣象素作為含有光柵行的線段和中心線的象素。在光柵行的中心嚴(yán)格地交會(huì)二象素之間的邊界的情況中，確定是看重于物體(即實(shí)心)還是非物體(即空心)。如對(duì)光柵行302、306、310和314所表示的，被確定著重空心。
存在有許多變遷選擇替代方案。例如，可由選擇變遷的發(fā)生使得行通過的任何象素均被當(dāng)作為物體的部分來選擇著重于實(shí)心。相反，可由選擇變遷的發(fā)生使得僅那些完全在物體邊界之內(nèi)的象素被看作為實(shí)體區(qū)的部分來選擇著重于空心。作為一中間替代方案，可以取前面二替代方案的變遷的平均。為確定變遷地點(diǎn)的另外的方案可以是對(duì)邊界區(qū)象素確定實(shí)心或空心的面積百分?jǐn)?shù)等。利用先前引用的專利和申請(qǐng)?zhí)貏e是那些涉及分片技術(shù)中所述的技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)某些這些技術(shù)。作為最后一例，一替代方案可以是對(duì)象素作分割和基于對(duì)段是否相交子象素的一個(gè)或多個(gè)的確定。但不管采用什么方法，總希望用于部分和支撐雙方的方法相一致。
數(shù)據(jù)補(bǔ)償技術(shù)
利用將變遷的端點(diǎn)移進(jìn)或移出同時(shí)保證來自相鄰段的端點(diǎn)不交叉就能容易地進(jìn)行補(bǔ)償。例如，為避免一支撐觸及一部分，對(duì)此部分的．RLE數(shù)據(jù)可被擴(kuò)展，而后由當(dāng)前的總和數(shù)據(jù)作布爾減來得到描述支撐區(qū)的．RLE數(shù)據(jù)。另外，可將當(dāng)前總和數(shù)據(jù)加以擴(kuò)展，而計(jì)算支撐數(shù)據(jù)作為擴(kuò)展的當(dāng)前總和數(shù)據(jù)和部分的數(shù)據(jù)之間的布爾差。即，可對(duì)支撐數(shù)據(jù)計(jì)算作為當(dāng)前總和數(shù)據(jù)與部分的數(shù)據(jù)之間的布爾差。然后，將支撐數(shù)據(jù)擴(kuò)展。而實(shí)際支撐數(shù)據(jù)被計(jì)算作為被擴(kuò)展的支撐數(shù)據(jù)與原始部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾差。
為沿掃描方向的滴液尺寸作調(diào)整的補(bǔ)償可容易地進(jìn)行，只要DPI為大于滴液直徑的較高分辨率。Y方向上的補(bǔ)償較困難。但也可以小于300DPI的增量分步來完成。
能將．RLE數(shù)據(jù)變換成向量數(shù)據(jù)是有用的。如圖33中所示，此技術(shù)是除非兩者之間存在中間點(diǎn)(此情況是不允許的)，連接二連續(xù)的“ON(通)”點(diǎn)或連續(xù)的“OFF(斷)”點(diǎn)來形成向量。例如在圖33中，允許連接點(diǎn)a和點(diǎn)a但不允許連接點(diǎn)a到點(diǎn)c。原因是點(diǎn)b位于二點(diǎn)之間。
支撐數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
現(xiàn)在說明生成用于支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的優(yōu)選處理。此處理由上述的數(shù)據(jù)操作技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)開始。如上述，數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)提供對(duì)各層的物體(即部分)數(shù)據(jù)和“總和”數(shù)據(jù)。一給定層的部分?jǐn)?shù)據(jù)是定義該層的部分的XY分布的相鄰的光柵行中的一系列的起動(dòng)和停止點(diǎn)。一給定層的“總和”數(shù)據(jù)是定義該層的部分和該層的任一所希望支撐的XY布爾之間的布爾和的相鄰光柵行中的一系列起動(dòng)和停止點(diǎn)。
這些數(shù)據(jù)如圖34a-34c中所示。圖34a說明對(duì)一顯示在Z-X平面中的“花生”狀部分的各層(即斷面薄層)1到10各自的部分?jǐn)?shù)據(jù)P[1]至P
。圖34a中對(duì)各斷面P[1]至P[10]僅表示一單個(gè)RLE行。起始變遷被標(biāo)以“←”符號(hào)，而停止變適則標(biāo)以“→”符號(hào)?？煽闯?，部分?jǐn)?shù)據(jù)跟蹤該部的邊界(即范圍)。
圖34b說明對(duì)該部分的各層1至10的各自的“總和”數(shù)據(jù)T[1]至T[10]。它也以起始和停止變遷定義。但與部分?jǐn)?shù)據(jù)不同，它不一定遵循該部分的邊界。如以上討論的，對(duì)一給定層的“總和”數(shù)據(jù)是對(duì)在給定層以上的所有層的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾和。
圖34c說明對(duì)一給定層的部分和總和數(shù)據(jù)兩者的斷面視圖(在X-Y平面中)。此數(shù)據(jù)分別標(biāo)以P[i]和T[i]，包括沿X-Y平面中的不規(guī)則行排列的多個(gè)起動(dòng)和停止變遷。在一優(yōu)選實(shí)施例中，此不規(guī)則行將被定向?yàn)槠叫杏赬軸。但如所示的其他不規(guī)則行定向也是可能的。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，采用組合的物體和總和數(shù)據(jù)來一次一層地為支撐確定啟動(dòng)和停止變遷。如果在所有需要支撐的區(qū)中采用單一型式的支撐，便能應(yīng)用所有確定區(qū)中每一層的單一的支撐樣式可被定義作為一層的總和數(shù)據(jù)和該層的部分?jǐn)?shù)之間的差。另一方面，如US專利申請(qǐng)No．08／534，813中討論的，按照物體的任一面向上和／或面向下表面的接近或遠(yuǎn)離程度對(duì)不同地點(diǎn)采用不同型式的支撐結(jié)構(gòu)可能是有利的。而且，按照在同一層上區(qū)間離開物體邊界多遠(yuǎn)而采用不同的支撐樣式也可能是有利的。在可應(yīng)用于本發(fā)明來協(xié)助定義支撐區(qū)的前面引用的US專利申請(qǐng)No．08／428，951中介紹了用于進(jìn)行水平比較的技術(shù)。例如，采用二種不同的支撐樣式，一個(gè)在低于面向下的表面數(shù)層的區(qū)間時(shí)應(yīng)用，另一個(gè)用于其他。另一方面，將二個(gè)實(shí)際支撐樣式可與第三個(gè)“無支撐”樣式結(jié)合，其中，無支撐樣式可應(yīng)用到處于部分的邊界區(qū)的1或2個(gè)象素之內(nèi)的區(qū)域，或者其中，物體以上的部分表面作為大于某一臨界的垂直線的法線?？梢杂性S多另外的采用多個(gè)支撐樣式的實(shí)施例方案，它們按照這里結(jié)合用作參考的揭示內(nèi)容(特別是US．專利申請(qǐng)No．08／475，730，08／480，670，08／428，951和08／428，950)能容易地實(shí)現(xiàn)。另外，這里揭示的也可應(yīng)用于可被稱之為內(nèi)部物件支撐，其中，在為形成物體的內(nèi)部部分的處理中可以采用單一的或多種支撐樣式。這樣的技術(shù)，例如在為作成蠟?zāi)残湍Ｊ降牧Ⅲw平版印刷中應(yīng)用的，在先前引用的US專利申請(qǐng)No．08／428，950中有介紹。
為進(jìn)一步解釋如何能對(duì)不同的支持區(qū)定義數(shù)據(jù)給出如下的示例，它對(duì)應(yīng)于US．專利申請(qǐng)NO．08／534，813中說明的混合支撐例。按照此例，可看到三種類型支撐(1)按棋盤模式分隔的細(xì)纖維狀柱；(2)較堅(jiān)實(shí)的3×3象素柱式支撐；和(3)中間或過渡層。
假定層“n”要被建立，此技術(shù)就是確定層“n”的各部分如何接近于物體的一個(gè)面向上和／或面向下的表面。在本實(shí)施例中，如果層“n”的一部分在一個(gè)面向下的表面的“r”層(例如5-10層)之內(nèi)或在一個(gè)面向上的表面的“u”層(例如5-10層)之內(nèi)，則要為該部分建立棋盤式類的支撐；如果距面向下的表面在“S”(s=r+1)與“t”層之間(例如6-10層或11-15層)和距一面向上的表面大于“u”層(例如5-10層)，則要建立中間的橋式類支撐；而如果距一面向上的表面大于“u”層(例如5-10層)和距一面向下的表面大于“t”層(例如10-15層)則要建立3×3柱式支撐。
圖46a-46b說明上述例，表明在物體的一面向上的表面與一面向下的表面之間具有一間隙的物體的相同的側(cè)視圖。圖46a表面沿假想水平的側(cè)視圖和在其上形成不同支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域。圖46b表明按照?qǐng)D46a的假想水平和區(qū)間的布局的間隙被以不同型式支撐結(jié)構(gòu)填充時(shí)的側(cè)視圖。
較具體說，圖46a表明以包括區(qū)間404、410、408和406的間距分開的面向下的物體表面402和面向上的物體表面400。區(qū)間404位于面向上的表面400的“u”層之內(nèi)，區(qū)間406位于面向下的表面402的“r”層之內(nèi)。區(qū)間408位于距面向下的表面402“r”與“t”層之間，并同時(shí)位于距面向上的表面400大于“u”層。區(qū)間401同時(shí)位于距面向上的表面400大于“u”層和距面下的表面402大于“t”層。區(qū)間404和406要被形成以棋盤式支撐，區(qū)間408要被形成過渡式支撐(例如完全固化的)和區(qū)間410要被形成3×3柱式支撐。層414、412、424、和416被表示各自形成在區(qū)間404、406、408和410之內(nèi)。這些層將被在其整個(gè)面積上形成單一式的支撐結(jié)構(gòu)。另一方面層418、420和422被表明分別部分位于區(qū)404與410、410與408和408與406之中。因此，這些層將根據(jù)層的各部分的XY分布被形成以不同型式的支撐結(jié)構(gòu)。
圖46b表明分別在面向下的表面402和面向上的表面400之上和之下的實(shí)心物體區(qū)432和430。區(qū)404和406被指明為以棋盤(一象素通，一象素?cái)?支撐填充。區(qū)410被指明3×3柱式支撐(3象素通，3象素?cái)?填充。區(qū)408被指明由支撐的實(shí)心區(qū)所填充。
這一實(shí)施例可由方程式形成表示。在表達(dá)這些方程中采用下列術(shù)語
Cn(D)層n的面積元素，其上按由面向下的表面確定時(shí)應(yīng)建立“棋盤式”類別的支撐；
Cn(U)層n的面積元素，其上按由面向上的表面確定時(shí)應(yīng)建立“棋盤式”類別的支撐；
Bn(D)層n的面積元素，其中按由面向下的表面確定時(shí)應(yīng)建立“橋接”類別的支撐；
Sn層n的面積元素，其上建立3×3象素柱類別支撐；
P1部分在斷面“1”的面積元素；
Pn部分在斷面“n”的面積元素；
Tn總和數(shù)據(jù)在斷面“n”的面積元素；
∑面積元素的布爾求和；
+面積元素的布爾和；
-面積元素的布爾差；
∩面積元素的布爾相交；
r以棋盤式支撐形成的面向下結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以下的層數(shù)；
u以棋盤式支撐形成的面向上結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以上的層數(shù)；
S過渡式支撐終止處的面向下的表面以下的層數(shù)=r+1；
t過渡式支撐開始處的面向下的表面以下的層數(shù)。
依據(jù)這些術(shù)語的涵義，下列方程式定義按照本實(shí)施例的為層“n”確定支撐的優(yōu)選方法
方程式(1)表示，其上層按由面向下的表面確定的建立棋盤式類別支撐的層“n”的面積，由取層“u”以上“r”層的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾加，然后計(jì)算表示這一相加面積的數(shù)據(jù)與層“n”的部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的布爾差來進(jìn)行計(jì)算。
方程式(2)表明，其上層按由面向上的表面確定的建立棋盤式類別支撐的層“n”的面積，由取層“n”之下“u”層的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾加，計(jì)算表示這一相加面積的數(shù)據(jù)與層“n”的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾差，而后再計(jì)算這一數(shù)據(jù)與對(duì)層“n”的總和數(shù)據(jù)間之差來進(jìn)行計(jì)算。這一最后的計(jì)算的目的是為在事實(shí)上在“n”之上無部分層時(shí)避免建立支撐。
方程式(3)表明，其上層按由面向下的表面確定的建立橋接支撐的層“n”上的面積，由1)取在層“n”之上由層“S”至“t”的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾總和；和2)由步驟1)的求和得的數(shù)據(jù)差分表示在層n上將對(duì)其建立棋盤式支撐的面積的數(shù)據(jù)(在面向下的表面之下和面向上表面以上)和表示層“u”上將建立部分本身的面積的數(shù)據(jù)。主要是，此等式確定橋接式與棋盤式支撐間的優(yōu)先級(jí)。它要求，在面向上的表面的“u”層之內(nèi)和在面向下的表面的“S”至“t”之內(nèi)的面積中(例如一連續(xù)地彎曲的表面面積)，該優(yōu)先級(jí)將給預(yù)棋盤式支撐的建立。
最后，方程(4)為層“n”上要建立3×3象素柱形支撐的面積，由取對(duì)層“n”的部分?jǐn)?shù)據(jù)和確定這一數(shù)據(jù)與1)對(duì)層“n”的部分?jǐn)?shù)據(jù)，2)表示層“n”上要建立棋盤式支撐的面積的數(shù)據(jù)，和3)表示其上欲建立橋接式支撐的層“n”的面積的數(shù)據(jù)之間的布爾差來確定。
由上面的討論顯見，可對(duì)要求形成不同類型支撐結(jié)構(gòu)的各個(gè)不同區(qū)域來定義方程式。圖37表明一要求在逐漸接近面向下表面24時(shí)有不同的構(gòu)成模式的拱式支撐結(jié)構(gòu)。如指出過的，此拱式支撐以表面23開始，這可以是一構(gòu)成(建立)平臺(tái)的表面，物體的面向上的表面或與先前形成的支撐相關(guān)的一表面。這里這一支撐結(jié)構(gòu)為帶有為其形成所需的許多(例如10個(gè)多)不同的支撐樣式的混合支撐。當(dāng)然，也可能在此拱的頂部與被支撐的面向下的表面之間增加多層的棋盤式支撐。
一旦數(shù)據(jù)被確定，處理中的下一步是形成為輸出到控制計(jì)算機(jī)的格式的數(shù)據(jù)。如討論過的控制計(jì)算機(jī)將裝載這一數(shù)據(jù)以及物體數(shù)據(jù)在位圖中以驅(qū)動(dòng)打印頭以及X、Y和Z構(gòu)架。
為此目的采用Style(樣式)文件，每一個(gè)針對(duì)每一類別的物體結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)一給定物體或支撐型式的Style文件是在要建立物體和支撐類別的整個(gè)面積中重復(fù)的核心模式。Style文件被用來調(diào)制與給定區(qū)相關(guān)的構(gòu)成模式。這種數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)操作和存儲(chǔ)器需求。例如本實(shí)施例中的與“棋盤式”類別支撐相關(guān)的Style文件為圖38a中所示的2×2象素模式。作為第二示例，與在此最理想的實(shí)施方案中的3×3象素柱式支撐相關(guān)的Style文件是圖38b中所示的4×5象素模式。當(dāng)然，許多其他Style模式也是可能的。這些Style模式一個(gè)接一個(gè)地重復(fù)，通常以(X，Y)地點(diǎn)(0，0)開始以便確定XY空間的重復(fù)模式。這一全面的模式與對(duì)物體和支撐區(qū)對(duì)層的起始和停止變遷數(shù)據(jù)相關(guān)連。Style文件信息與物體信息的組合可發(fā)生在數(shù)據(jù)傳送到控制計(jì)算機(jī)之前也可發(fā)生在傳送之后。一般，物體和樣式信息在兩者均被傳送到控制計(jì)算機(jī)之后被組合成一單個(gè)的數(shù)據(jù)組。現(xiàn)在，與此部分相關(guān)的優(yōu)選Style文件僅為一1×1實(shí)體象素模式，指明此部分的內(nèi)部總是實(shí)心的。
目前，模式的最理想的復(fù)制被固定在X-Y平面內(nèi)。關(guān)于最佳3×3支撐模式，結(jié)果是某些3×3象素柱在部分邊界減弱。這種效果如圖39a中所示。如圖示，3×3象素柱的部分30和31因?yàn)樗鼈兘咏糠诌吔?2而未被建立。結(jié)果此二支撐具有減小的表面面積。如果這些柱未由部分邊界撤回則問題不大因?yàn)榇瞬糠值男畔⑿纬擅恳痪植康匦纬傻闹钠渌糠帧５?，?gòu)成與這部分相接觸的支撐傾向于損壞物體表面光潔度，由此引起其他的問題。
在支撐由此部分縮回的情況下，解決此問題的辦法是使復(fù)制的模式能改變來使3×3支撐能遵循此部分邊界。這種措施如圖39b中所表明的。支撐柱位置的逐漸改變可采用如US專利申請(qǐng)08／534，813中說明的偏移象素模式來實(shí)現(xiàn)。
如上面提到的，有時(shí)會(huì)發(fā)生的另一問題是3×3支撐柱有時(shí)被構(gòu)成與此部分直接接觸。圖39c中說明這一問題。如圖示，支撐33被建立得直接與部分33接觸(此剖視圖表示的支撐34在部分的下方，僅僅是為完整性目的說明)。對(duì)此問題的解決是將這些支撐后移一個(gè)象素或更多來將支撐由此部分隔開。這僅僅只要對(duì)該支撐調(diào)整起始和停止變遷數(shù)據(jù)即可完成。在本實(shí)施例中，鑒于要取折衷這種調(diào)整是供選擇的由退回支撐一個(gè)象素，柱的表面面積將減小，可能引起累積問題。
關(guān)于進(jìn)行布爾計(jì)算的優(yōu)選有必要作幾點(diǎn)說明。如已討論過的，在這些計(jì)算中涉及的數(shù)據(jù)被格式化成為一系列的起始和停止變遷。已看到，這種格式使它們能作一系列算術(shù)計(jì)算有利于布爾計(jì)算。例如，為在兩組變遷數(shù)據(jù)中進(jìn)行布爾差運(yùn)算，僅需對(duì)層的起動(dòng)和停止變遷相互作算術(shù)減算。結(jié)果大大改善計(jì)算速度。其原因是，根據(jù)多角形數(shù)據(jù)的涉及N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的布爾運(yùn)算基本上為N2次運(yùn)算，而利用起始和停止變遷數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算則基本上正比于N。
另一點(diǎn)是，對(duì)層“n”計(jì)算的中間布爾加數(shù)據(jù)，亦即層“n”之上和以下的“r”和“u”層、層“n”以上的“s”與“t”層之間的部分?jǐn)?shù)據(jù)的布爾加不能用于任何隨后的處理中。原因是缺乏與布爾加運(yùn)算相關(guān)的存儲(chǔ)器，如下式所表明的
如表明的，采用算術(shù)運(yùn)算，和中的第n項(xiàng)對(duì)在對(duì)下一層進(jìn)行計(jì)算時(shí)可能被減除掉的最終的總和值有作用。另一方面，采用布爾運(yùn)算，則第n項(xiàng)不一定具有任何影響。這樣，在對(duì)下層進(jìn)行計(jì)算時(shí)這一項(xiàng)的作用不必要被減除掉。
雖然以上的方程式(1)到(4)產(chǎn)生準(zhǔn)確結(jié)果，但它們可能帶來過大的計(jì)算時(shí)間。這樣，在某些情況中，可能希望采用能得出近似結(jié)果但僅需較少計(jì)算的方程式。依靠假設(shè)在給定數(shù)量的層(例如10層，約10-20mils)中一部分的表面的斜度不改變符號(hào)，或者在向上的任何變化均表示斷面位置中可忽略的變量，即可避免過量的計(jì)算。換句話說，此假定是部分表面不作迅速的或急劇的變化。這一點(diǎn)在圖35a、35b中說明。圖35a表明一與此假設(shè)一致的部分。可看出，圖中標(biāo)明為8的部分表面的斜度經(jīng)過給定層數(shù)例如10層不改變符號(hào)，即方向。另一方面，圖35b表明一與表面斜度的方向不改變符號(hào)假設(shè)不一致的部分。但是，取決于表面的XY位置中的變化量，方向上的改變可能導(dǎo)致斷面位置中可忽略的變化。如可看出的，圖中標(biāo)以S’的部分表面的斜度通過例如10層改變符號(hào)。對(duì)一給定層數(shù)，層越薄此假設(shè)越可能維持。
如作如上假設(shè)，就可利用以下公式來降低所需的數(shù)字計(jì)算(7) Cn=(Pn-t-Pn-m-Pn)∩Tn(8) Bn=Pn-t-Pm-s-Cn-Pn(9) Sn=Tn-Pn-Cn-Bn
取代原來的方程(1)至(4)中那樣的依據(jù)一區(qū)域內(nèi)的每一斷面的面積的布爾求和，這些方程式利用僅僅取自此區(qū)間的上部和下部斷面的斷面信息。如果此假設(shè)總保持為正確，這些公式就產(chǎn)生準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)際上在任何情況下它們均呈現(xiàn)出非常好的近似。
應(yīng)當(dāng)理解，為進(jìn)行上述計(jì)算，需要能同時(shí)使用取自(t+u+1)層的數(shù)據(jù)(例如t=10，u=5時(shí)，即需要16層的數(shù)據(jù))。這是因?yàn)閷?duì)層“n”的支撐數(shù)據(jù)取決于對(duì)層“n+1”至“n+t”、層“n-1”至“n-a”以及當(dāng)然對(duì)層“n”的部分和總和數(shù)據(jù)。
為保持這些數(shù)據(jù)為可立即存取的形式，采用環(huán)形緩存器是有利的。如圖36中所示，環(huán)形緩存器是其中存儲(chǔ)有對(duì)t+u+1層(即16層)的部分和總和數(shù)據(jù)的環(huán)形緩存器。圖36a說明在對(duì)層n的計(jì)算將要進(jìn)行時(shí)以16層(t=10，u=5)為例的緩沖器的狀態(tài)。圖中標(biāo)以PTR的指針被用來指向正討論中的當(dāng)前層。如所指出的，對(duì)層“n+1”至“n+10”、“n”和“n-1”至“n-5”的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在緩存器中。圖中標(biāo)以LAST的第二指針被用于指向緩存器中的最后項(xiàng)，在這里是對(duì)層n-5的項(xiàng)。
在完成對(duì)層“n”的計(jì)算之后，需要更新緩存器為進(jìn)行對(duì)層“n+1”的計(jì)算作準(zhǔn)備。為完成這一點(diǎn)，首先將PTR更新為使其指向用于層“n+1”的數(shù)據(jù)。然后，為L(zhǎng)AST所指向的數(shù)據(jù)被用于下一層的欲被加到緩存器的數(shù)據(jù)改寫，在這里為層“n+11”。最后，LAST被更新來指向觀在成為緩存器中的最后項(xiàng)的數(shù)據(jù)，這里此用于層“n-4”。圖36b中說明此三個(gè)計(jì)算的結(jié)果。圖36c說明將要對(duì)層n+2進(jìn)行計(jì)算時(shí)刻的緩存器的狀態(tài)。然后重復(fù)此處理直至完成對(duì)所有層的計(jì)算。
許多替換實(shí)施方案可能用于操作3D對(duì)象數(shù)據(jù)成為能有用于運(yùn)轉(zhuǎn)SDM設(shè)備的數(shù)據(jù)。例如，在一替代實(shí)施例方案中，利用對(duì)多角形數(shù)據(jù)的布爾運(yùn)算來進(jìn)行前述計(jì)算，而不采用變遷數(shù)據(jù)。另外，將該部分所有層的數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)進(jìn)一存儲(chǔ)器中而不是環(huán)形緩存器中。再一個(gè)是，可以采用打印頭的多次通過來均衡細(xì)纖維狀支撐和部分的累計(jì)速率。
還應(yīng)理解，有可能由面向上的表面來計(jì)算橋接數(shù)據(jù)即過渡支撐數(shù)據(jù)，即Bn(U)。這一數(shù)據(jù)可被用來在物體一面向上的表面起始的細(xì)纖維狀支撐與設(shè)定在其上的3×3柱式支撐之間的過渡支撐。而且也應(yīng)當(dāng)理解，如果對(duì)兩者的Style文件相同就不必與Cn(D)數(shù)據(jù)分開地計(jì)算Cn(U)數(shù)據(jù)。當(dāng)然如果此二Style文件趨向于不同，則要保持兩類別的數(shù)據(jù)。
還應(yīng)理解，利用此主題發(fā)明替代已討論的三個(gè)有可能在一給定層上建立任何數(shù)量的支撐型式或類別。這可僅由增加附加的Style文件和為確定要在其上建立新類別支撐的面積方程式即可完成。
構(gòu)成樣式和支撐樣式
為最佳數(shù)據(jù)處理，最好不將正常的模式組成嵌入RLE數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@會(huì)使RLE文件過大而使數(shù)據(jù)處理在時(shí)間方面是不現(xiàn)實(shí)的。這里有利的是維持物體和支撐斷面信息與精確的曝光模式(即沉積模式)無關(guān)直至發(fā)生層打印。如上述，在適當(dāng)時(shí)刻，將斷面數(shù)據(jù)(例如以RLE信息的形式)與適當(dāng)?shù)臉?gòu)成樣式模式作布爾相交以確定將被用來定義沉積細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確模式。
例如，這可用來快速地產(chǎn)生棋盤式模式。圖40a-40c說明其一例，其中相同元件被加以相同標(biāo)號(hào)。圖40a說明要印的所希望的圖象28。如圖示，此所希望圖象由二部分組成。第一部分標(biāo)以數(shù)29為一實(shí)心體。第二部分標(biāo)以數(shù)30希望被形成為斷-通棋盤式模式。由于討論過的原因，為將圖象30逐個(gè)象素地變換成蜂窩式模式可能會(huì)無法容忍地慢且存儲(chǔ)器緊張。對(duì)圖象30作數(shù)據(jù)的進(jìn)一步操作可能因?qū)⑵溥^早地置入蜂窩式模式成為過渡復(fù)雜而緩慢。將數(shù)傳送到存儲(chǔ)裝置(即硬盤或磁帶驅(qū)動(dòng)器)也可能因?qū)⑵浔３譃檫@樣的詳細(xì)的格式而過渡地拖累。因此，在圖40b中所示，兩種模式的數(shù)據(jù)為作進(jìn)一步操作被加以維持或被變換成實(shí)體形式(最小的變遷)然后它被傳送到用于控制噴射和X、Y、Z運(yùn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)處理器。然后，在圖40c中所示，成為實(shí)體形式的與部件30相關(guān)的數(shù)據(jù)31與蜂窩式／棋盤式模式32作邏輯“與”(即布爾相交)以便將實(shí)體數(shù)據(jù)改變成為表示欲加發(fā)射的經(jīng)調(diào)制的斷面模式的所希望的受調(diào)制形式。在成為這一最后的受調(diào)制形式后，最好不再作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而是被用來經(jīng)或不經(jīng)進(jìn)一步操作地控制噴嘴的噴射。在此例中，用于部件29和30的數(shù)據(jù)現(xiàn)在被作“或”處理以生成包含整個(gè)所希望的數(shù)據(jù)的單一的位圖。正就是這一組合的數(shù)據(jù)然后被用來驅(qū)動(dòng)打印頭的噴射。
對(duì)模型機(jī)提供RLE文件的數(shù)據(jù)包含為作如下討論那樣應(yīng)用的構(gòu)成／支撐模式樣式信息。如上面討論的，RLE數(shù)據(jù)與調(diào)制數(shù)據(jù)的關(guān)系通過應(yīng)用每一個(gè)均存儲(chǔ)有特定的“樣式”即構(gòu)成模式的Style文件來完成。圖41a～41c表示構(gòu)成模式的示例。圖41a說明適用于構(gòu)成一種如US專利申請(qǐng)08／534，813中描述的類別的支撐的棋盤式構(gòu)成模式。圖41b說明適用于構(gòu)成也是如US專利申請(qǐng)08／534，813中所述的第二類別支撐的模式。圖41c說明指定構(gòu)成實(shí)體的模式。
還可以有許多其他構(gòu)成樣式，包括多重曝光構(gòu)成樣式。如圖41b中所表明的，其中，在相繼的通過中固化交替間隔的掃描行。在此例中模式56在第一通過期間被曝光，模式57在第二通過期間曝光。圖41e中表明另一例，其中在逐次通過后交替間隔的柱被固化。在此例中模式58在第一通過期間被曝光，模式59在第二通過期間被曝光。圖41f說明第三例，其中，在逐次通過后重疊的棋盤式模式被固化。模式60在第一通過中被曝光，模式61在第二通過中被曝光。
為將不同的樣式文件與不同的物體和支撐區(qū)間相關(guān)連，將．RLE格式作成為包含對(duì)每一不同組的被傳送到模型器的光柵行變遷信息的構(gòu)成模式分派。圖47表明．RLE文件的概念式格式。
通過這一文件格式，用戶可對(duì)一給定對(duì)變遷點(diǎn)實(shí)際指定任何構(gòu)成模式。
數(shù)據(jù)偏置
在提供含有為控制噴嘴的噴射的正確象素信息的位圖外，數(shù)據(jù)還必須能易于由位圖提取和以正確的次序提供到噴射機(jī)構(gòu)。這必須將數(shù)據(jù)置于一可提取的形式涉及到數(shù)據(jù)操作處理的下一步驟。這下一步驟被稱之為偏置。例如，可對(duì)數(shù)據(jù)加以處理以使得必須信息可用于雖然相鄰噴嘴可能不位于相鄰光柵行上或者甚至同時(shí)位于同一X座標(biāo)之下它們各自的y光柵行上時(shí)，仍能使噴嘴同時(shí)噴射。偏置本身是指一數(shù)據(jù)重新排列處理，它的需要是例如當(dāng)掃描頭被置于與掃描方向呈一角度(如圖2b中所示)時(shí)，當(dāng)采用多個(gè)掃描頭而要同時(shí)或順序噴射時(shí)，或者僅僅是由于噴嘴不是相隔相鄰光柵行。
圖2b中，例如孔10(3)和10(4)，它們?cè)趫D2a中是對(duì)準(zhǔn)的，在此成為在掃描方向上位移了一距離d”，而掃描頭相對(duì)于掃描方向具有一角度。但在對(duì)于圖2a的組構(gòu)所用的數(shù)據(jù)要求噴嘴10(3)和10(4)同時(shí)噴射以命中同一X位置。而在圖2b的組構(gòu)，采用這樣的數(shù)據(jù)將造成畸變。因而在此例中必須對(duì)數(shù)據(jù)作偏置來校正這種相對(duì)位移。
問題在于所涉及的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，而偏置必須實(shí)時(shí)進(jìn)行。例如，一典型組構(gòu)中的噴墨嘴通過一給定象素可能僅需500ns。這樣，任何對(duì)個(gè)別象素運(yùn)行的偏置處理為能與數(shù)據(jù)消耗速率相一致每一象素就不能花這么長(zhǎng)時(shí)間(平均)。
一典型的以40MHz運(yùn)行的數(shù)字信號(hào)處理器，例如一C31處理器，具有50ns級(jí)的周期時(shí)間。因此，如果通過任一象素地點(diǎn)的時(shí)間在500ns的級(jí)別時(shí)，就僅有10個(gè)周期可用于對(duì)一給定象素操作。另一方面每一處理器指令需要最小一個(gè)周期。通常為應(yīng)付總線沖突、流水線沖突和存儲(chǔ)器的等待狀態(tài)而需要數(shù)個(gè)周期。這樣各指令可能實(shí)際需要2-4周期。這樣，實(shí)際上僅約3個(gè)指令可被用于各象素。
問題是為進(jìn)行一典型的操作，例如設(shè)置一個(gè)別象素為邏輯“1”，需要約6個(gè)指令。這樣就難以做到以逐個(gè)象素為基礎(chǔ)來進(jìn)行操作。而是要求一次對(duì)多象素，例如32象素運(yùn)行的操作。一些典型的操作可包括清除圖象、移動(dòng)圖象、輸出圖象、對(duì)二圖象進(jìn)行“與”、或?qū)ΧD象進(jìn)行“異或”操作。這類型式的指令一般需要較少的指令(2或3而不是6)，一次對(duì)32象素運(yùn)行?？偟恼f，它們的操作比對(duì)個(gè)別象素的操作快約100倍。
如以上討論的，控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行分片．STL或．CTL文件和為各不同斷面計(jì)算．RLE數(shù)據(jù)的功能。耦合到打印頭的數(shù)據(jù)信號(hào)處理器(DSP)必須取此．RLE數(shù)據(jù)，將其去壓縮，按照噴嘴配置偏置數(shù)據(jù)，而后將數(shù)據(jù)輸出到噴嘴。如討論過的，“偏置”是指對(duì)圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行操作以補(bǔ)償噴嘴的配置以及可能其他因素的處理。由數(shù)據(jù)去壓縮后可能無法足夠快地加以處理，所以最好能在數(shù)據(jù)仍處于壓縮形式時(shí)對(duì)之進(jìn)行處理(例如當(dāng)它仍然是．RLE格式時(shí))。另一個(gè)關(guān)鍵的省時(shí)選擇是，使數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放應(yīng)為含有各自希望能同時(shí)輸出的象素的2字節(jié)或4字節(jié)字。
這樣數(shù)據(jù)的偏置處理就僅僅是在掃描方向位移起始和停止變遷適當(dāng)?shù)牧慷瑫r(shí)保持與欲同時(shí)輸出的象素相關(guān)的數(shù)據(jù)在同一字中。而一數(shù)據(jù)被去壓縮，且在交會(huì)到X方向上的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)時(shí)將各個(gè)別的字發(fā)送到打印頭。
圖42a、42b、42c、42d和42e說明這一技術(shù)，其中相同元件被加以同樣的標(biāo)號(hào)。圖42a說明原始斷面的象素化圖象。圖42b說明．RLE格式中的這一數(shù)據(jù)。如圖示，圖中被標(biāo)以數(shù)25(1)、25(2)、25(3)……25(10)的個(gè)別掃描行的數(shù)據(jù)已被壓縮成表示啟動(dòng)和停止變遷的數(shù)據(jù)。圖42c說明為對(duì)相對(duì)掃描方向具有角度的打印頭加以調(diào)整而使此數(shù)據(jù)偏移的處理。此圖中假定打印頭有5個(gè)噴嘴，而偏角使得個(gè)別噴嘴由相接續(xù)的噴嘴作相對(duì)位移一象素。這樣，掃描行25(2)的數(shù)據(jù)相對(duì)掃描行25(1)位移1個(gè)象素，等等。此處理繼續(xù)到碰到掃描行25(6)。由于它是第6掃描行而將不在與第5行同一次通過上被掃描，所以該行不相對(duì)其他行作位移。而是掃描行25(7)相對(duì)掃描行25(6)位移1象素。掃描行25(8)相對(duì)掃描行25(7)位移1個(gè)象素。掃描行25(9)相對(duì)掃描行25(8)位移1個(gè)象素。
在這種處理期間，偏置的數(shù)據(jù)被加以“打捆”以使要同時(shí)發(fā)生的噴射相關(guān)的數(shù)據(jù)被集合成一單個(gè)字。這一數(shù)據(jù)然后逐個(gè)地一次一捆地去壓縮。圖42d中說明此處理。每一列27(1)、27(2)、27(3)……27(12)中象素的數(shù)據(jù)，各自代表要同時(shí)噴射的數(shù)據(jù)。因而，每個(gè)這些列的數(shù)據(jù)被存放進(jìn)可個(gè)別地訪問的字，因此而能同時(shí)訪問。一分捆標(biāo)志26被保持來一次一列地逐步通過數(shù)據(jù)。在碰到各列時(shí)即依次去壓縮(即各變遷被變換到一通／斷比特，例如一次32比特)。參看圖42d，例如，分捆標(biāo)志位于列27(8)。因而如圖示該列中的數(shù)據(jù)被去壓縮。到27(9)至27(12)中的其余數(shù)據(jù)仍然為壓縮格式。但是如討論過的，數(shù)據(jù)將在其碰到分捆標(biāo)志時(shí)去壓縮。
接著數(shù)據(jù)一次一列地依次輸出到打印頭。圖42e說明此過程。如圖示，分捆標(biāo)志被復(fù)位然后被再次用于依次逐步通過列27(1)-27(12)。如圖示此標(biāo)志當(dāng)前被置于列27(5)。因而該列的數(shù)據(jù)被輸出列打印頭。其余列27(6)-27(12)中的數(shù)據(jù)被依次輸出。
漂落和噴嘴噴射時(shí)間
在以上生成的數(shù)據(jù)導(dǎo)致在所希望地點(diǎn)沉積材料液滴之前還有一關(guān)鍵功能要進(jìn)行。在數(shù)據(jù)被裝載進(jìn)噴墨頭用于噴射時(shí)，系統(tǒng)必須確定何時(shí)噴墨頭已到達(dá)為滴材料液的合適地點(diǎn)。此合適的噴射時(shí)間，如前面引用的US專利申請(qǐng)08／534，813中說明的，實(shí)際上有時(shí)發(fā)生在頭被置于合適的沉積地點(diǎn)上之前。這一提前噴射補(bǔ)償被稱為漂落較正時(shí)間。然而，系統(tǒng)依然必須確定何時(shí)它處于應(yīng)發(fā)出此提前噴射信號(hào)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)。下面給出這一確定處理的細(xì)節(jié)。
為能以所希望的掃描行分辨率構(gòu)成，重要的是要能在沿掃描方向上任何所希望位置使噴嘴噴射。這在采用一編碼器來指示實(shí)際的X位置時(shí)可能是有問題的。此時(shí)此編碼器可能在所需位置沒有觸發(fā)信號(hào)。事實(shí)上此編碼器可能是低于打印所需分辨率的。因?yàn)檩^高分辨率編碼器較貴而希望有較低的設(shè)備成本，并因?yàn)橄拗茷橐粏蝹€(gè)分辨率或作為柵間隙的倍數(shù)的分辨率是不利的。希望有其他措施用來確定正確的噴射位置。如以下說明的準(zhǔn)確噴射位置由根據(jù)一計(jì)算得的平均速度和一自最后柵行通過后經(jīng)過的一已知時(shí)間在柵行之間進(jìn)行距離插入來確定。然后噴射地點(diǎn)即利用此已知的所希望的噴射點(diǎn)和實(shí)際位置的插入估算來確定。
X構(gòu)架12(見圖1)與之相關(guān)連地有一編碼器用于確定X方向上打印頭的位置以使對(duì)打印頭的噴射脈沖能在適當(dāng)時(shí)間啟動(dòng)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，為實(shí)現(xiàn)這一功能，利用一在圖43中被標(biāo)以號(hào)34的玻璃板，在它上面刻有相互間距離10μ的行33。并利用一種光線和光二極管檢測(cè)器(圖中未示)來確定何時(shí)這些行通過和在每次打印頭通過這些行之一時(shí)中斷DSP。還采用一對(duì)檢測(cè)器(未圖示)來指示打印頭左移還是右移。為避免因振動(dòng)等產(chǎn)生的信號(hào)干擾DSP，利用一數(shù)字遲滯電路(來圖示)來防護(hù)DSP不受因振動(dòng)等引起的偽中斷的影響。由此電路DSP能確定打印頭在10μ之內(nèi)的位置，還能確定運(yùn)動(dòng)的方向。
為了能以細(xì)于10μ的分辨率打印，在DSP內(nèi)設(shè)置一計(jì)數(shù)器在每當(dāng)DSP通過上述行之一時(shí)開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)某一定值時(shí)，DSP就促使產(chǎn)生一噴射信號(hào)來觸發(fā)打印頭。
還設(shè)置一第二計(jì)數(shù)器來處理圖44中說明的情況。被標(biāo)以數(shù)35的信號(hào)T0-T4表示由編碼器打印頭通過圖43中所示行33時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)，相反，標(biāo)以數(shù)36的行指明所希望的噴射位置。對(duì)于信號(hào)T0-T3這些信號(hào)全部各自跟隨這些信號(hào)。所產(chǎn)生的問題由信號(hào)T4和T4來說明。因?yàn)門4實(shí)際在其對(duì)應(yīng)信號(hào)T4之前，必須設(shè)置一第二計(jì)數(shù)器來按著信號(hào)T3的發(fā)生產(chǎn)生這一信號(hào)。
圖45a～45b中說明為產(chǎn)生噴射信號(hào)的算法。如圖示，在打印頭通過編碼行之一時(shí)產(chǎn)生圖12a中標(biāo)以57的中斷。然后在步驟38，讀取一編碼器定時(shí)(未圖示)并與打印頭位置相關(guān)連。這一步驟通過數(shù)個(gè)編碼器行進(jìn)行。將所得數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)。
在步驟39，由所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將位置上的變化被通過規(guī)定的編碼器行的時(shí)間上的變化相除計(jì)算打印頭的平均速度。在步驟40確定下一噴射地點(diǎn)與最后編碼器行之間的距離ΔD。在步驟41，此值被用來計(jì)算考慮到左／右補(bǔ)償和漂落補(bǔ)償時(shí)間時(shí)的自最后編碼器行直到下一噴射地點(diǎn)的時(shí)間差Δt(1)。
然后在步驟42中，此值被裝載進(jìn)一第一噴射定時(shí)器，如討論過的，此定時(shí)器在該值過去后啟動(dòng)一噴射脈沖。在步驟43(圖45b)，以針對(duì)Δt(1)描述的方式對(duì)下一噴射位置計(jì)算時(shí)間差Δt(2)。在步驟44，檢驗(yàn)此值以查清下一噴射位置計(jì)算時(shí)間是否位于下一編碼器行之后。如果是，則該噴射脈沖可被在下一編碼器行外啟動(dòng)。如果不是，在步驟45，該值被裝載進(jìn)第二噴射定時(shí)器。在步驟46啟動(dòng)由中斷的返回。
替代實(shí)施方案可被用來將編碼器位置與噴射命令的發(fā)出相連接。一個(gè)這樣的替代方案采用多編碼器柵地點(diǎn)時(shí)間信號(hào)來驅(qū)動(dòng)掃描頭的平均速度的更準(zhǔn)確的表達(dá)。在此優(yōu)選實(shí)施例中，最后的8編碼器柵地點(diǎn)時(shí)間信號(hào)被加以平均以產(chǎn)生一能與第12編碼器柵背面的位置相關(guān)的時(shí)間信號(hào)。前面8編碼器柵地點(diǎn)時(shí)間信號(hào)被平均來產(chǎn)生一能與第12編碼器柵背面相關(guān)聯(lián)的時(shí)間信號(hào)。此二平均時(shí)間信號(hào)被用來推導(dǎo)為掃描打印頭的平均速度值。由確定第4編碼器柵背面與下一噴射地點(diǎn)之間的距離、平均速度，自第4編碼器柵背面被穿過后過去的時(shí)間估算噴嘴將到達(dá)正確噴射地點(diǎn)的時(shí)間，利用此被估算的時(shí)間啟動(dòng)一定時(shí)器，在此時(shí)間間隙過去后噴射噴嘴。
這里完成了基本噴射位置增強(qiáng)算法的討論。應(yīng)當(dāng)理解，有各種不同的增強(qiáng)和修改是可行的，包括根據(jù)打印頭的加速補(bǔ)償，或利用多于一個(gè)的噴射計(jì)數(shù)器來相對(duì)通過二計(jì)數(shù)器可達(dá)到的增長(zhǎng)進(jìn)一步增加打印分辨率。
雖然已經(jīng)表現(xiàn)和說明了本發(fā)明的實(shí)施例和應(yīng)用，但對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)顯見，不背離這里的發(fā)明觀念可做許多另外的變型。因此本發(fā)明除所列的權(quán)利要求的精神實(shí)質(zhì)外不應(yīng)有其他限制。
形成三維物體和支撐的局部沉積成型的
方法和設(shè)備
本申請(qǐng)是US專利申請(qǐng)No．08／534，813(95．9．27)遞交的部分繼續(xù)。
發(fā)明領(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(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)三維物體產(chǎn)生、即快速成原型和加工(RP&M)，其特點(diǎn)在于每一個(gè)均以描述多個(gè)形成的和粘附的薄層以層疊狀態(tài)形成的物體的3D計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)著手進(jìn)行3D對(duì)象的建立。這些薄層有時(shí)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(jiǎn)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(gè)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(yán)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(gè)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(lì)，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(huì)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(gè)實(shí)施例，此協(xié)合激勵(lì)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NO．4，863，538(Deckard)中所述，其中協(xié)合激勵(lì)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(gè)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(lì)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(gè)這樣的措施，物體的建立是逐個(gè)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(shí)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(gè)這種措施，物體薄層的形成是將未凝固的可流動(dòng)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(dòng)狀態(tài)撒布在處于溫度低于材料的可流動(dòng)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(diǎn)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(shí)，用于生成實(shí)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(shí)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(yùn)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(jiǎn)易性和操作人員制約，10)所需或所希望的運(yùn)行環(huán)境，11)安全性，和12)后處理時(shí)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(shí)盡可能地優(yōu)化這些參數(shù)。作為第一個(gè)例子，在利用第三個(gè)措施SDM如上述(例如熱立體平版印刷術(shù))時(shí)有必要增加物體的產(chǎn)生速度而同時(shí)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(zhǔn)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(gè)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(gè)措施SDM不一定提供工作表面，而面臨著準(zhǔn)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(duì)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(diǎn)可由考慮第三措施理論上僅附著材料在那些將成為對(duì)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(xì)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(shí)現(xiàn)支撐功能，因?yàn)榘凑斩x，在此第三措施中這樣材料通常不被放置進(jìn)將不會(huì)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(gè)薄層。如圖示，置于薄層2上面的薄層1具有二個(gè)面向下的表面，以交叉陰影線表示并以數(shù)3和4標(biāo)明。采用上述的SDM措施，未凝固的材料不會(huì)被放置進(jìn)以數(shù)5和6標(biāo)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(huì)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(gè)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(diǎn))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(biāo)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?yàn)樾实汀嵯牡囊?、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(dú)立的材料處理和配置。另外，還可能必須要有通過一單個(gè)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(gè)問題就是不能作成任意高度的支撐結(jié)構(gòu)同時(shí)又保證其能容易地由物體分離。其次遇到的問題是無法實(shí)現(xiàn)物體與支撐結(jié)構(gòu)之間的易于分離性而在同時(shí)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(gè)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(gè)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(xiàng)則在于希望增加系統(tǒng)生產(chǎn)率。
作舉例說明，實(shí)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(biāo)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(biāo)面積來彌補(bǔ)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(kuò)散的可能，從而能使由于溢出、擴(kuò)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(dá)到對(duì)面向下表面的危害最小的目標(biāo)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(shí)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)是有抵觸的。
這一問題在圖2中進(jìn)行說明，其中與圖1相同的部件被標(biāo)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(duì)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(duì)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(gè)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(shí)將會(huì)造成對(duì)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(xì)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(shí)施例中應(yīng)用的優(yōu)選熱立體平版印刷術(shù)的細(xì)節(jié)。
以下申請(qǐng)?jiān)诖巳缭敿?xì)說明那樣結(jié)合作為參考。
本申請(qǐng)受讓人，3D系統(tǒng)公司與下列相關(guān)申請(qǐng)(在此結(jié)合用作詳細(xì)說明中的參考)同時(shí)遞交本申請(qǐng)
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(dòng)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(gè)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(yán)格的工作表面標(biāo)準(zhǔn)，U．S．專利No．5，141，680中介紹了早先的熱平版印刷的實(shí)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(jī)械等等可能產(chǎn)生噪音或在誤操作時(shí)造成嚴(yán)重危害的因素。而能代之以僅將材料加熱到可流動(dòng)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(qǐng)No．08／534，447是針對(duì)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(qǐng)還是針對(duì)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(qǐng)No．08／535，772是針對(duì)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(qǐng)No．08／534，477是針對(duì)優(yōu)選SDM／TSL系統(tǒng)和某些細(xì)節(jié)。還談到一些替換結(jié)構(gòu)。
本申請(qǐng)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(qǐng)和U．S．專利的所有者。這些專利揭示內(nèi)容可與本申請(qǐng)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(qǐng)和U．S．專利在此如詳細(xì)說明的那樣結(jié)合作為參考
發(fā)明概述
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可單獨(dú)地或相組合地用來確定多個(gè)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(duì)SDM技術(shù)，但后面討論的技術(shù)也可以不同方式(對(duì)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&M技術(shù)以提高物體準(zhǔn)確度、表面光潔度、建立時(shí)間和／或后續(xù)處理力量和時(shí)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(jìn)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(jìn)部分被抽空(即真空)的構(gòu)成室內(nèi)、或者簡(jiǎn)單地以足夠時(shí)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(jiǎn)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(shí)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(lì)(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(gè)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(dú)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(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)孔擠壓噴嘴或噴頭來作撒布。
因而，本發(fā)明的第一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)對(duì)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(shí)對(duì)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(qiáng)物體形成可與其他RP&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(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的另外的目的在于上述獨(dú)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(huì)明了。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)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4a和4b表示相對(duì)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(xì)圖示；
圖6說明孔板上的相鄰噴嘴和相鄰光刪行間的相對(duì)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(gè)示例；
圖10a和10b表明主掃描方向的沉積傳播的二個(gè)示例；
圖11a和11b表明掃描行交錯(cuò)示例；
圖12a和12b表明沿?cái)?shù)掃描行的滴液地點(diǎn)交錯(cuò)的示例；
圖13a和13b表明沿?cái)?shù)掃描行的滴液地點(diǎn)交錯(cuò)的另一示例；
圖14表明單個(gè)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(shí)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(shí)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(cuò)實(shí)施例；
圖23a～h說明采用水平和垂直象素偏移的構(gòu)成實(shí)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(xiǎn)的沉積實(shí)施例；
圖25a～e說明將物體分片、獨(dú)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(biāo)位置的不同組合；
圖28a表示分叉支撐實(shí)施例的側(cè)視圖28b表示分叉支撐另一實(shí)施例的側(cè)視圖29a～e表示分叉支撐例的分叉層的頂視圖30a～m表示分叉支撐另一實(shí)施例的分叉層頂視圖31a～c表示分叉支撐另一實(shí)施例的分叉層的頂視圖；和
圖32a～d表示分叉支撐另一實(shí)施例的分叉層的頂視圖。優(yōu)選實(shí)施例的說明
如前面討論的，此申請(qǐng)是針對(duì)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(shí)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(xì)說明可見與此同時(shí)申請(qǐng)的先前引用和相結(jié)合的U．S專利申請(qǐng)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(gè)前面結(jié)合引用的申請(qǐng)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(shí)用性。
圖3說明為執(zhí)行SDM／TSL的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。此設(shè)備包括撒布平臺(tái)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(tái)18上，平面化器11和部分構(gòu)成平臺(tái)15。撒布平臺(tái)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(tái)18通過耦合部件13可滑動(dòng)地耦合到X架12。此X架12最好由一控制計(jì)算機(jī)或微處理器(未圖示)控制，控制撒布平臺(tái)18能在X方向前后移動(dòng)，即主掃描方向。
而且在平臺(tái)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(tái)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(qiáng)制冷卻裝置，和安裝在撒布平臺(tái)之外的固定或移動(dòng)風(fēng)扇的強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(duì)材料增加導(dǎo)電物質(zhì)，對(duì)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(shí)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(jìn)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(yùn)動(dòng)相反的方向的空氣流以此來降低進(jìn)入與部分形成的物體接觸的凈風(fēng)速。與個(gè)別管相關(guān)聯(lián)的鼓風(fēng)或抽吸取決于打印頭的運(yùn)動(dòng)方向而可以被反向、開通或關(guān)斷。
打印頭9為市場(chǎng)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(yùn)動(dòng)和加速。打印頭變型包括組構(gòu)于機(jī)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(shí)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(qǐng)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(dòng)狀態(tài)的材料。在此實(shí)施例中，噴射頭上的全部96個(gè)噴嘴在計(jì)算機(jī)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(shí)通過孔板10開始作局部噴射。實(shí)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(diǎn)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(shí)踐中，噴射命令還同時(shí)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(gè)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(jì)算機(jī)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(gè)孔同時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)這樣的實(shí)施例是每次形成薄層之后檢驗(yàn)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(cè)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(jìn)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(shí)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(bǔ)誤噴射噴嘴同時(shí)掃描后續(xù)層(即以一工作噴嘴作額外通過以覆蓋對(duì)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(jìn)行。作為另一替代方案，可由跟蹤壓力元件在發(fā)生噴射時(shí)的電氣特性來確定一噴嘴是否正確噴射。
第三實(shí)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(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)相互通過時(shí)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(tái)18上使得材料液滴能由撒布平臺(tái)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(shí)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(gè)可各自個(gè)別控制的孔構(gòu)成(標(biāo)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(dòng)脈沖被加到此元件時(shí)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(gè)孔由控制計(jì)算機(jī)控制，以控制加到各個(gè)別孔的啟動(dòng)脈沖的速率和定時(shí)。參看圖4a，此優(yōu)選實(shí)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(zhǎng)“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(dá)特定的“所希望的滴落地點(diǎn)”即液滴被指定要抵達(dá)的地點(diǎn)。此所希望的滴落地點(diǎn)按將物體描繪成一系列相互隔開的地區(qū)點(diǎn)的數(shù)據(jù)映象、即象素分布來確定。為使液滴到達(dá)所希望的滴落地點(diǎn)，打印頭必須按“所希望的噴射地點(diǎn)”噴射液滴，亦即在一以打印頭至所希望的相對(duì)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(shí)間”。
在一優(yōu)選實(shí)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(diǎn)。各層的打印處理由打印頭9與所希望的滴落即噴射地點(diǎn)之間一系列的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成。通常打印是在打印頭9作主掃描方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中進(jìn)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(yùn)動(dòng)但不發(fā)生撒布，后面接著在主掃描方向作回程掃描同時(shí)再進(jìn)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(shí)施例可以在主掃描進(jìn)行期間作小的副掃描運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥ǔＴ谘刂骱透狈较虻膬魭呙杷俣乳g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(shí)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(zhǎng)的形狀。此液滴長(zhǎng)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(shí)變得較小(即它們?cè)谛螤钌陷^呈球面狀的)。
應(yīng)理解，在某些實(shí)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(shí)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(jìn)的距離)為避免在行進(jìn)時(shí)間增加時(shí)可能發(fā)生的準(zhǔn)確性問題，應(yīng)當(dāng)最小。實(shí)踐中已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)至少90％由孔板發(fā)射的液滴已達(dá)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(zhǎng)除所得的比)時(shí)這二個(gè)條均可滿意地的滿足。
在替代優(yōu)遠(yuǎn)實(shí)施例中，打印頭9可被安裝在對(duì)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(zhǎng)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(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(shí)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(diǎn)在于，它使得在主掃描方向上任何所希望的打印分辨率時(shí)均仍可維持在最佳的效率。
在另外的優(yōu)選實(shí)施例中，可采用端對(duì)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(shí)，打印頭可在主掃描方向?qū)?zhǔn)排列噴孔以使它們打印通過同樣的行，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(jìn)行的主掃描過程次數(shù)最小。在另外優(yōu)選實(shí)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(cuò)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(xì)節(jié)對(duì)整個(gè)層或一層的整個(gè)部分進(jìn)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?yàn)槊坑⒋?00、600和1200滴液和在副掃描方向?yàn)槊坑⒋?00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(tái)中以使得它能由平臺(tái)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(tái)18之下的情況中，施轉(zhuǎn)滾柱18a將突出在撒布平臺(tái)18的更下面。在這一優(yōu)選實(shí)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(tái)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(shí)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(dá)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(biāo)號(hào)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(duì)液化的構(gòu)成材料是非浸潤(rùn)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(shí)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(shí)系統(tǒng)自動(dòng)反轉(zhuǎn)真空數(shù)秒鐘來向廢棄材料吹除經(jīng)止回閥進(jìn)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(jìn)殘料。實(shí)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(shí)施例采用旋轉(zhuǎn)、熔融和刮除組合來進(jìn)行平面化，但可以相信其它實(shí)施例可以利用三個(gè)中的任一個(gè)或它們中兩個(gè)的任意組合。
在本實(shí)施方案中，滾柱18a在打印頭作每一方向前后移動(dòng)時(shí)單方面旋轉(zhuǎn)(例如以約2000rpm)。在替代實(shí)施例中，滾柱18a可根據(jù)在主掃描方向運(yùn)動(dòng)期間平臺(tái)18向前或后清掃時(shí)作成在相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)。一些實(shí)施例可以包括滾柱18a的旋轉(zhuǎn)軸是相對(duì)于打印頭的定向軸為離軸的。在其他實(shí)施例中還可能采用多于一個(gè)的滾柱18a。例如，如果采用二滾柱，可使每一個(gè)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(gè)參與平面化。
在采用單個(gè)打印頭10和滾柱18a時(shí)，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(shí)發(fā)生平面化。換句話說，當(dāng)清掃方向?yàn)槭沟迷诓考谥鲯呙璺较蚪?jīng)過該層時(shí)滾柱跟隨打印頭之后即發(fā)生平面化。
其他優(yōu)選實(shí)施例可利用單個(gè)滾柱，但利用位于滾柱兩列的一或多個(gè)打印頭，以使得在二方向上清掃時(shí)產(chǎn)生有效的平面化。其他替換實(shí)施例可能消除打印頭和平面化滾柱運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系。這種隔離可能使平面化和撒布操作獨(dú)立進(jìn)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(gè)層的多行。
參看圖3a，還表明部分構(gòu)成平臺(tái)15。圖中以標(biāo)號(hào)14指定的三維物體或部分在平臺(tái)15上構(gòu)成。平臺(tái)15可滑動(dòng)地耦合到在計(jì)算機(jī)控制下可控制平臺(tái)在Y方向(轉(zhuǎn)位方向或副掃描方向)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的Y構(gòu)架16a和16b。平臺(tái)15還耦合到在計(jì)算機(jī)控制下能控制平臺(tái)在Z方向作上下運(yùn)動(dòng)(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(tái)15對(duì)打印頭9作相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)、撒布、和平面化以由多個(gè)局部撒布和粘結(jié)層來構(gòu)成物體。而且，平臺(tái)15在當(dāng)撒布平臺(tái)18的方向處于在完成一掃描后反相過程中時(shí)可在Y或Z方向轉(zhuǎn)位。
在一優(yōu)選實(shí)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(shí)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(tái)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(fèi)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(diǎn)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(shí)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(shí)間長(zhǎng)于預(yù)期的而引起液滴的XY錯(cuò)位，并進(jìn)而可能導(dǎo)致物體外形的垂直錯(cuò)位，這發(fā)生在實(shí)際工作表面的錯(cuò)位時(shí)層的開始或結(jié)束。因此在某些實(shí)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(gè)測(cè)試部分的層，測(cè)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?？梢灶A(yù)料，層增量(即Z增量)達(dá)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(gè)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(huì)達(dá)不到層數(shù)與各層厚之積所預(yù)計(jì)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(diǎn)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(yàn)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(duì)各個(gè)構(gòu)成樣式和支撐樣式進(jìn)行上述試驗(yàn)，由此而能選擇對(duì)不同樣式的組合的最佳Z增量，使其不厚于任一對(duì)各種樣式個(gè)別地確定的最大值。
而撒布頭在跟蹤一給定的掃描行時(shí)，可僅在通過此掃描行的部分上時(shí)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(huì)引起在運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)于3D大綱NO．USA143的同時(shí)遞交的US專利申請(qǐng)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(zhǔn)確地沉積。
如前面指出的，在某些優(yōu)選實(shí)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(yùn)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(shí)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)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(shí)，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(dòng)構(gòu)成平臺(tái)18距離dr(一光柵行)。下一次通過時(shí)，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(jìn)行6次通過直至進(jìn)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(jìn)行第二步。第二步包括使Y構(gòu)架移動(dòng)構(gòu)成平臺(tái)等于孔板的全長(zhǎng)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(gè)噴嘴構(gòu)成，此二噴嘴相互被分開8個(gè)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(gè)多一光柵行寬轉(zhuǎn)位增量(表明為元件對(duì)222和322、223和323、224和324、225和325、226和326、及227和327)的再7個(gè)光柵掃描(表明為行對(duì)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(duì)218和318之后進(jìn)行第二步驟處理，按照光柵行228和229的方向和長(zhǎng)度打印頭作Y方向轉(zhuǎn)位。此轉(zhuǎn)位長(zhǎng)度等于打印頭寬(即在此例中為8光柵行寬)再加一個(gè)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(duì)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(shí)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(fù)增量組成(即3打印頭寬減去1光柵行寬)。
此優(yōu)選實(shí)施例可概括包含以下特點(diǎn)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(shí)將作另一大的轉(zhuǎn)位增量。在大多數(shù)優(yōu)實(shí)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(fù)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(shí)施例中，可能利用改變的或在正、負(fù)值間往復(fù)交替的第二步驟轉(zhuǎn)位量。在這些實(shí)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(gè)別轉(zhuǎn)位量。
在其他優(yōu)選實(shí)施例中可采用另外的單個(gè)或多個(gè)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(fù)的和正的移動(dòng)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(jìn)一步討論。
在某些優(yōu)選實(shí)施例中，墨水噴頭的噴射由保持在控制計(jì)算機(jī)或其他存儲(chǔ)裝置中的矩形位圖、即象素位置進(jìn)行控制。位圖包括存儲(chǔ)器單元柵格，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元對(duì)應(yīng)于工作表面的一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)之一或兩者隨象素位置而改變。在再一些其他優(yōu)選實(shí)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(diǎn)不與相鄰行中的象素的中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。此部分值可以是1／2以使它們的中心點(diǎn)與相鄰行的象素邊界對(duì)準(zhǔn)。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(gè)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(rèn)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(shí)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(diǎn)噴射而是在可能按照所希望的隨機(jī)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(diǎn)噴射來實(shí)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(zhǎng)度或由每單位長(zhǎng)的象素?cái)?shù)量來描述。在一些優(yōu)選實(shí)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(shí)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(zhǎng)度象素?cái)?shù)量來描述。在某些優(yōu)選實(shí)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(diǎn)之間的間隔。相繼光柵行間的間隔可被定義為副滴液地點(diǎn)(Secondary Drop Location，SDL)，而沿每個(gè)光柵行的相繼滴液地點(diǎn)之間的距離可定義為主滴液地點(diǎn)(MDL)。與SDP和MDP相似，SDL和MDL，可按每單位長(zhǎng)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(diǎn)間存在著一對(duì)一的對(duì)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(diǎn)間存在一對(duì)一的對(duì)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(gè)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(diǎn)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(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)的限制，因?yàn)樵谳^慢地移動(dòng)打印頭和／或物體時(shí)能進(jìn)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(yùn)動(dòng)時(shí)單個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)同一區(qū)的被處理但是采用ID罩印技術(shù)，在此與單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(duì)4滴液ID罩印方案的類似情形，其中滴液被標(biāo)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(duì)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(zhǎng)度，數(shù)碼92表明當(dāng)采用4個(gè)滴液ID罩印技術(shù)時(shí)的沉積區(qū)長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)噴射，至少對(duì)于打印頭一給定的通過。這種數(shù)據(jù)情況可被用于實(shí)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(biāo)以R(1)、R(2)……R(N)，而網(wǎng)格中的列被標(biāo)以C(1)、C(2)、……C(M)。并表示由象素組成的此網(wǎng)格。它們標(biāo)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(shí)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(diǎn)，則對(duì)應(yīng)于該地點(diǎn)的存儲(chǔ)器單元適當(dāng)?shù)丶右詷?biāo)記(例如標(biāo)以二進(jìn)制“1”)而如果無材料要沉積即采用相反標(biāo)記(例如二進(jìn)制“0”)。如采用多種，對(duì)應(yīng)于沉積方的單元被適當(dāng)?shù)丶右詷?biāo)記以指明不僅滴液地點(diǎn)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(duì)象或支撐區(qū)的壓縮數(shù)據(jù)(例如同時(shí)提交的對(duì)應(yīng)于3D系統(tǒng)大概NO．USA．143的US專利申請(qǐng)NO--中說明的定義沿各光柵行的通--斷位置點(diǎn)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(jìn)行邏輯運(yùn)算以推演用于使撒布噴嘴噴射的最終位圖表達(dá)式。噴嘴的實(shí)際控制可由隨后被修正的位圖管理，此圖含有已作時(shí)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(qǐng)中有進(jìn)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(gè)孔。特定的孔被指定在對(duì)應(yīng)于所希望滴液地點(diǎn)即象素位置噴射或不噴射(取決于位圖中對(duì)應(yīng)單元如何被加以標(biāo)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(shí)施例中，SDP=SDL=300象素和滴液／英寸。在一些優(yōu)選實(shí)施例中還能在MDP保持固定時(shí)使MDL能取得三個(gè)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(shí)，在象素的中心之間的中間位置進(jìn)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(shí)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(shí)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(chǔ)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(gè)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(diǎn)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?cái)?shù)據(jù)然后即可被用來控制噴嘴噴射。接著對(duì)象數(shù)據(jù)與相補(bǔ)構(gòu)成樣式模式進(jìn)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?cái)?shù)據(jù)。在另外優(yōu)選實(shí)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(shí)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(diǎn)沉積的掃描方向基準(zhǔn)，平面化方向和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)等。這里所述的構(gòu)成樣式增強(qiáng)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(gè)或多個(gè)的同時(shí)組合。
局部沉積成型系統(tǒng)的一個(gè)重大問題是保證材料沉積的可靠性，特別是實(shí)現(xiàn)沉積斷面的均勻厚度。另一個(gè)問題是實(shí)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(gè)噴嘴的撒布量在時(shí)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(shí)，在此液滴達(dá)到工作平面之前有一個(gè)漂落時(shí)間。當(dāng)離開噴嘴時(shí)，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(yùn)動(dòng)，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(diǎn)的某處著陸，通常在打印頭引進(jìn)的方向。換句話說，噴射地點(diǎn)與撞擊(滴落)地點(diǎn)將不會(huì)有相同的XY座標(biāo)，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(diǎn)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(gè)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(shí)排序所引起(先前在一相鄰象素場(chǎng)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(shí)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(dá)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(gè)層上每一點(diǎn)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(yuǎn)小于(即接近零或?yàn)榱?所希望值，并因此要比所希望長(zhǎng)得多的構(gòu)成時(shí)間。其他優(yōu)選實(shí)施例可以是對(duì)斷續(xù)的層而不是每一層作平面化。例如可以對(duì)每二個(gè)、三個(gè)或更多間隔的層作平面化。另外，可以根據(jù)物體的幾何形狀來確哪一層或?qū)拥牟糠肿髌矫婊Ｆ鋾r(shí)間的校正
如上面指示的，保證液滴達(dá)到工作表面上所希望位置的一個(gè)困難是液滴在漂落中的時(shí)間(即液滴的漂落時(shí)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(huì)存在漂落時(shí)間問題，因?yàn)橹挥袊娚渥鶚?biāo)與沉積座標(biāo)間的位移起作用。但是，在形成三維物體時(shí)通常希望打印頭在正、反主掃描方向兩方向行進(jìn)時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)際到達(dá)直接在所希望位置場(chǎng)所的上方點(diǎn)之前發(fā)生噴射信號(hào)來解決。這種對(duì)噴射時(shí)間的校正被稱之為“漂落時(shí)間的校正”。漂落時(shí)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(gè)校正因子來使由一掃描方向的沉積進(jìn)入以另一方向中作的未校正掃描的注冊(cè)。漂落時(shí)間校正可由多種方法實(shí)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(diǎn)(X位置)，該初始噴射地點(diǎn)將被用來對(duì)沿此光柵行上所有其他象素來設(shè)定噴射地點(diǎn)。
圖27a～e表明噴射地點(diǎn)、滴液地點(diǎn)、和漂落的時(shí)間之間的關(guān)系，其中同樣部件標(biāo)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(shí)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(shí)的噴射地點(diǎn)，部件404b表示在打印頭在負(fù)X方向以部件406b表示通過時(shí)的噴射地點(diǎn)，部件408a和408b分別表示后跟以離開噴射地點(diǎn)404a和404b后的液滴的標(biāo)稱通路。此標(biāo)稱通路408a和408b指引液滴到實(shí)際滴液地點(diǎn)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(diǎn)(即焦點(diǎn))在雙方向掃描時(shí)被表明為號(hào)碼414。由整個(gè)層的交點(diǎn)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(diǎn)和所希望的滴液地點(diǎn)之間的X位移方向所用的漂落時(shí)間因子。實(shí)際滴液地點(diǎn)是否與所希望的滴液地點(diǎn)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(dòng)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(zhǔn)確的XY位移。圖27b表示采用很小的漂落時(shí)間校正因子416a和416b的情況，導(dǎo)致焦點(diǎn)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(shí)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(shí)間校正因子導(dǎo)致被撞擊液滴412a和412b的最準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(zhǔn)確，而撒布的焦點(diǎn)414較低于所希望的工作表面(和實(shí)際工作表面)。圖27e表示的情形是，采用更大的漂落時(shí)間校正因子使得Z累積能被降至一最小量，而此時(shí)焦點(diǎn)更低于所希望的工作表面。
如果忽略曳力和重力對(duì)漂落時(shí)間的作用，漂落時(shí)間校正值(時(shí)間)將等于孔距工作表面的隔開距離(長(zhǎng)度)除以液滴撒布的向下速度(長(zhǎng)度／時(shí)間)。但認(rèn)為曳力是一重要因素。例如，在某些優(yōu)選實(shí)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(rèn)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(jì)噴射地點(diǎn)與滴液地點(diǎn)之間的位移將為0．8至1．3mils。但在這些條件下，實(shí)際上觀察到的噴射地點(diǎn)和曳力地點(diǎn)間在主掃描方向上的位移約為2mils。
設(shè)法在雙方向掃描時(shí)在單個(gè)X地點(diǎn)沉積液滴和重復(fù)以不同的校正值進(jìn)行此試驗(yàn)直至二滴液在同一點(diǎn)著陸，這就能容易地試驗(yàn)確定合適的校正值。如以上指出的，在某些優(yōu)選實(shí)施例中，漂落校正值的最合適時(shí)間是液滴命中相同位置的一個(gè)。按照上例，如忽視曳力，預(yù)計(jì)漂落時(shí)間校正因子接近為60～100μs。實(shí)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(shí)施例中，最佳漂落時(shí)間校正因子不是被設(shè)為產(chǎn)生最準(zhǔn)確的命中目標(biāo)的值(即焦點(diǎn)不是在工作表面上)而是代之以被設(shè)定為產(chǎn)生最準(zhǔn)確地命中在實(shí)際工作表面之下某一距離(即焦點(diǎn)位于工作表面之下)。這些實(shí)施例稱之為“表面外命中”實(shí)施例。在這種意義上說，最準(zhǔn)確的命中被認(rèn)為是發(fā)生在垂直累積速率最大時(shí)而多半是在X位置被最精確地撞擊時(shí)。圖27a說明這些表面外命中實(shí)施例的命中示例。這些表面外命中實(shí)施例被認(rèn)為是對(duì)不采用額外的為將所希望的和實(shí)際的工作面保持在同一水平的部件來產(chǎn)生構(gòu)成時(shí)特別有用(例如無平面化器或無象表面平整檢測(cè)裝置和調(diào)整機(jī)構(gòu)或配置等的附加部件)。
這些表面外命中實(shí)施例的一個(gè)特點(diǎn)是Z累積是自糾正的，即自補(bǔ)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(kuò)散。則在一層上的過量的Z累積就會(huì)使一或多后續(xù)層上的Z積累減少，而使得凈累積將焦點(diǎn)保持在實(shí)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(kuò)散，則在一層上很小的Z累積造成一或多個(gè)后續(xù)層上的Z累積增加，由此使凈累積將焦點(diǎn)保持在實(shí)際工作表面之下某處。此優(yōu)選的Z增量范圍在下面進(jìn)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(shí)(如在平臺(tái)上)選擇漂落時(shí)間校正因子以使得焦點(diǎn)低于實(shí)際工作平面某處，如圖27d中所示(亦即，應(yīng)將焦點(diǎn)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(huì)發(fā)生)。如在形成第一層時(shí)對(duì)所采用的給定Z增量沉積的材料太小，則實(shí)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(huì)高于它)。這導(dǎo)致形成下一層時(shí)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(shí)將具有較原始表面更接近理想的焦平面的實(shí)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(shí)，實(shí)際工作表面將進(jìn)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?shí)際工作平面，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(shí)，系統(tǒng)被穩(wěn)定化且支撐及物體均能以準(zhǔn)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(shí)仍可利用平面化器。為最佳地進(jìn)行這些實(shí)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(shí)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(shí)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(kuò)展，由此使得能作Z累積自校正。一個(gè)這樣的實(shí)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(shí)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(cè)試部分經(jīng)驗(yàn)確定。
在某些這種偏移表面命中實(shí)施例中，將大多數(shù)優(yōu)選初始目標(biāo)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是忽略設(shè)想的焦點(diǎn)而集中于漂落的時(shí)間上。漂落時(shí)間校正值可選擇得使它們大于漂落時(shí)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(shí)間校正值。最好此被選擇的漂落時(shí)間值取此二極限值的平均值。
某些偏移表面命中實(shí)施例被用來同時(shí)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(shí)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(qǐng)NO．08／428，951以及某些其他先前引用的US專利和申請(qǐng)中討論的。
除上面提示的漂落的時(shí)間外，還引起利用修正的漂落時(shí)間校正因子進(jìn)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(shí)，在被作反方向掃描的掃描行上的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)將失去準(zhǔn)直，因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)細(xì)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(jìn)的掃描行的二點(diǎn)60和100。區(qū)域62和102分別表明與點(diǎn)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(gè)液滴沉積)發(fā)生噴射處的相同點(diǎn)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(xì)節(jié)之間的對(duì)準(zhǔn)。上述的不對(duì)準(zhǔn)可由試驗(yàn)地或者在可能時(shí)理論地確定的附加的漂落時(shí)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(xì)節(jié)得到重對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)然，這一糾正形式?jīng)]有計(jì)及沿掃描行加到物體細(xì)節(jié)上的任何額外的長(zhǎng)度。
所提示的能避免這二個(gè)問題的不同校正形式是確認(rèn)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(rèn)不對(duì)這樣一個(gè)非鄰接的象素采用罩印。作為另一替代，額外的行長(zhǎng)度可采用類似于光基立體平版印刷術(shù)中所用的行寬補(bǔ)償?shù)囊环N滴液寬補(bǔ)償形式來加以補(bǔ)償。如前引用的US專利申請(qǐng)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(diǎn)。作為一適宜的校正，這些“終端點(diǎn)”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(shí)僅僅將其由沉積模式刪除。另一種變體是利用移位漂落時(shí)間校正數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)子象素化沉積。
漂落時(shí)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(shí)施例中，漂落時(shí)間校正因子可用于在中間象素(即子象素)地點(diǎn)沉積材料以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的構(gòu)成技術(shù)。這些增強(qiáng)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(qiáng)的垂直材料構(gòu)成、改善分辨率、等。在優(yōu)選實(shí)施例中，增強(qiáng)的物體形成可在單次通過或多次通過實(shí)現(xiàn)中來達(dá)到。液滴寬度補(bǔ)償
在有些情況下可能希望以進(jìn)行液滴寬補(bǔ)償(即沉積寬補(bǔ)償)來修正物體數(shù)據(jù)。補(bǔ)償(依靠向內(nèi)對(duì)整體的一個(gè)或多完全的象素寬作偏移)可被用來達(dá)到改善的準(zhǔn)確度，如果滴液寬至少在某種程度上大于象素寬和／或長(zhǎng)的話。這一技術(shù)可與上述的任一實(shí)施例或后述的任一實(shí)施例相結(jié)合應(yīng)用。在滴液寬接近或超過象素寬(和／或長(zhǎng))的二倍時(shí)，由單個(gè)或多個(gè)象素偏移能得到越來越好的準(zhǔn)確度。液滴寬補(bǔ)償可以根據(jù)US專利申請(qǐng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)的“實(shí)心”象素將會(huì)變換成“空心”象素。
一些實(shí)施例可包括如下步驟，其中位圖的各個(gè)邊是1)在第一次通過此位圖時(shí)所有在右側(cè)與“空心”象素相鄰接的“實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)心”象素均被變換成“空心”象素。其他的實(shí)施例可能改變步驟1)至4)多次直至達(dá)到正確的降低量。這些實(shí)施例可以執(zhí)行合理的液滴寬補(bǔ)償，但他們的缺點(diǎn)是實(shí)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(shí)施例可包括下列步驟1)第一次通過位圖時(shí)，所有在其右側(cè)與“空心”象素鄰接的“實(shí)心”象素均被變換為“空心”象素；2)第二次通過時(shí)所有在其左側(cè)與“空心”象素鄰接的“實(shí)心”象素均被變換為“空心”象素；3)第三次通過時(shí)所有至少在其上側(cè)與“空心”象素鄰接的“實(shí)心”象素均被變換成“空心”“象素”；和4)第四次通過時(shí)所有至少其下側(cè)與“空心”象素相鄰接的“實(shí)心”象素均被變換成“空心”象素。其他實(shí)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(gè)，可重復(fù)步驟1)至4)多次直到實(shí)現(xiàn)正確的減少量。這些實(shí)施例能有效地將角區(qū)中過分的減少降到最小。
另一些實(shí)施例可以是根據(jù)一象素是否是二、三或四個(gè)邊與“空心”象素鄰接來設(shè)定腐蝕條件。其他的實(shí)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(shí)施例可利用腐蝕的組合和與原始斷面或其他部分補(bǔ)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(xì)節(jié)的腐蝕象素的多種其他實(shí)施例和算法對(duì)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(gè)軸而不是兩個(gè)軸進(jìn)行液滴寬補(bǔ)償。在這些情況下，類似于上述這些的實(shí)施例可加以利用，其中各個(gè)腐蝕僅執(zhí)行部分步驟?？梢灶A(yù)見，帶有補(bǔ)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(jī)化
構(gòu)成過程中可利用一被稱為隨機(jī)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(shí)施例相結(jié)合使用。按照這一技術(shù)，對(duì)二接續(xù)斷面的各個(gè)地點(diǎn)的撒布材料的方式將不同。這可達(dá)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(shí)間。這一技術(shù)還使得來自可能不正常噴射的單個(gè)或多個(gè)噴嘴的影響最小?？捎袛?shù)種方式改變沉積。例如變型的發(fā)生可由1)相對(duì)于在緊前面的對(duì)應(yīng)部分上沉積材料的噴嘴改變對(duì)一層上的給定部分上的沉積材料的噴嘴；2)相對(duì)于一層的任何其他部分改變?cè)谠搶拥娜魏谓o定部分上撒布的暫時(shí)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(jī)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(qǐng)NO．08／473，834中的交替順序)。
現(xiàn)在說明改變沉積的特定實(shí)施例。當(dāng)前優(yōu)選的隨機(jī)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(duì)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(shí)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(gè)噴嘴的每一個(gè)均已在此特定掃描行上沉積為止，此后沉積重復(fù)。這些實(shí)施例是“全頭”隨機(jī)化的示例。在另一些優(yōu)選實(shí)施例中，以“半頭”隨機(jī)化作為優(yōu)選的。半頭隨機(jī)化可減少按照物體幾何形狀必須在任一斷面上進(jìn)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(jī)化是由來自噴嘴1至48或噴嘴49至96產(chǎn)生的隨機(jī)化撒布通過任一給定地點(diǎn)的掃描。
為更詳細(xì)解釋全頭隨機(jī)化實(shí)施例，參看圖4a和6。對(duì)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(shí)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(biāo)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(duì)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(duì)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(shí)施例可以是改變由一掃描行到另一行前進(jìn)的次序(在副掃描方向)。這在圖9中說明，其中對(duì)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(jìn)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(jìn)的次序以箭頭R3P表示。對(duì)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(jìn)次序與第一層上行的前進(jìn)次序?yàn)榉捶较颍郧邦^R4P表明。
圖10a、10b中表明另外的實(shí)施例，其中沿對(duì)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(jī)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(jī)化技術(shù)，隨機(jī)化過程可造成層沉積時(shí)間的全面增加，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致需要進(jìn)行附加的主掃描過程。但這一可能的缺點(diǎn)被認(rèn)為是被均勻?qū)訕?gòu)成的增強(qiáng)所克服的。另外，因?yàn)樵诶锰岣呷霾紲囟?如被用于使材料能流通)時(shí)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(diǎn)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(diǎn)的偏移來增加。這些偏移技術(shù)可與上面提到的隨機(jī)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(duì)應(yīng)行和滴液地點(diǎn)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(shí)施例結(jié)合應(yīng)用。其他優(yōu)選實(shí)施例中，這種偏移可達(dá)1／2行間隔或滴液間隔。偏移象素的一個(gè)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)施例中整個(gè)的沉積高度可由不面化來修整到適當(dāng)?shù)乃揭詫?shí)現(xiàn)一致。
在某些實(shí)施例中，在為增強(qiáng)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(chǎng)所的偏移。某些實(shí)施例中，在為增強(qiáng)突出一限定量進(jìn)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(shí)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(duì)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(gè)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(jìn)其緊前面的層的邊界，還是在另一個(gè)后隨以周期伸進(jìn)緊前面層的邊界的層上構(gòu)成多個(gè)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(jìn)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(shí)施例中，伸出角已實(shí)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(dá)到。在一優(yōu)選實(shí)施例中，伸出區(qū)在一個(gè)或多個(gè)起始通過中被沉積，而整個(gè)支撐區(qū)在一個(gè)或多個(gè)隨后的通過中曝光。這一實(shí)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(shí)施例中，層內(nèi)部最初被曝光，而伸出區(qū)在一或多個(gè)后續(xù)通過中曝光。這一實(shí)施例使得內(nèi)部區(qū)的材料冷卻的時(shí)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(zhǎng)時(shí)間的危險(xiǎn)。對(duì)給定組的構(gòu)成參量，可由構(gòu)成和檢驗(yàn)測(cè)試部分來試驗(yàn)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(xì)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(shí)可利用不同的偏移使得能在結(jié)構(gòu)的相對(duì)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(cuò)
交錯(cuò)是可用來加強(qiáng)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(shí)施例中那樣，本節(jié)的實(shí)施例也可與這里所揭示的其他實(shí)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(cuò)的形式。但是，由于多個(gè)原因(例如加強(qiáng)層冷卻和／或材料構(gòu)成)可以進(jìn)行附加的交錯(cuò)。
可以采用多種掃描行交錯(cuò)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(shí)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(jìn)行8次掃描，其中最初的7個(gè)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(gè)后跟寬等于有效頭寬加光柵寬的副掃描。重復(fù)進(jìn)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(shí)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(gè)接近地間隔開的主掃描所需的物體長(zhǎng)度的各段、或被其他導(dǎo)致掃描時(shí)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(shí)施例中，隨機(jī)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)闹鲯呙栊小Ｆ渌麑?shí)施例可將主掃描限制到實(shí)際包括有效滴液地點(diǎn)的通路。
作為第一個(gè)優(yōu)選替代交錯(cuò)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(gè)后續(xù)的通過中間的行將被曝光。在另外的優(yōu)選實(shí)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(shí)施例的示例。圖11a、11b表明在第一次通過時(shí)每隔一行被跳越的情況。圖11a有4個(gè)掃描行，其中2行在第一通過要被光(即要采用的滴液地點(diǎn))。圖11b表明相同的4個(gè)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(diǎn))。圖22a～22b中還表示交錯(cuò)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(diǎn)和終點(diǎn)被表示為偏移的，雖然實(shí)際上這些行將具有同樣的起點(diǎn)和終點(diǎn)。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?qǐng)D11a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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)這些實(shí)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(shí)，另外優(yōu)選實(shí)施例可不根據(jù)第一次通過時(shí)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(gè)后續(xù)曝光填充任何被跳越的行。
此第一替換交錯(cuò)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(shí)也能完全地或接近地實(shí)現(xiàn)(即噴嘴位置和掃描行分辨率使得由一個(gè)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(gè)相鄰噴嘴之間存在奇數(shù)的光柵行。在這些以及前面的實(shí)施例中，最好在開始第二次通過曝光中間行之前對(duì)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(diǎn)之間所有掃描行的曝光。
許多其他交錯(cuò)實(shí)施例對(duì)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(cuò)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(cuò)。當(dāng)然也能采用交錯(cuò)與前述隨機(jī)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(shí)施例還可以是對(duì)第一層完成交錯(cuò)曝光同時(shí)在形成一或多個(gè)接觸層期間曝光區(qū)間。滴液地點(diǎn)交錯(cuò)
如同采用掃描交錯(cuò)那樣，物體形成可利用沿個(gè)別掃描行作滴液地點(diǎn)交錯(cuò)。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(diǎn)被曝光。作為二步驟(即通過)示例，第一次通過對(duì)每隔一滴液場(chǎng)所曝光而在第二次通過則對(duì)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(gè)滴液地點(diǎn)的4掃描行，其中在第一次通過曝光每隔一滴液地點(diǎn)，而圖12b表明同一行和地點(diǎn)但在第二通過僅要曝光在補(bǔ)滴液地點(diǎn)。作為第二個(gè)二步驟示例，在第一次通過為每隔三個(gè)位置曝光一次，而第二次通過，它們之間的二個(gè)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(gè)位置曝光一個(gè)，而后在第二次通過從第三位置起始每第5個(gè)位置曝光一個(gè)，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(shí)施例那樣，本節(jié)的實(shí)施例也可與所揭示的其他實(shí)施例相結(jié)合。
在這些交錯(cuò)技術(shù)中，相繼的掃描行可采用不同的或作位移的交錯(cuò)模式曝光，以使得能實(shí)現(xiàn)二維交錯(cuò)模式(也可采用偏移象素)。例如，可對(duì)各掃描行采用二步驟交錯(cuò)模式，其中相繼行的起點(diǎn)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(bǔ)棋盤模式。
如掃描行交錯(cuò)那樣，滴液地點(diǎn)交錯(cuò)可在曝光隨后行之前完成對(duì)單個(gè)行全部通過，雖然最好是在起動(dòng)對(duì)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(duì)單個(gè)行的部分的所有通過的完成可在對(duì)這些行的其他部分起動(dòng)曝光之前實(shí)現(xiàn)。
第三種交錯(cuò)技術(shù)是對(duì)敏感的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)交錯(cuò)。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(dú)的幾何形狀或者多個(gè)斷面幾何形狀。敏感結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)交錯(cuò)可以是掃描行交錯(cuò)和滴液地點(diǎn)交錯(cuò)之一或二者。例如，在一單層實(shí)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(jìn)行一或多個(gè)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(cuò)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(duì)第一次通過的曝光定義很寬的邊界寬度以使得能在進(jìn)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(bǔ)償那樣的腐蝕例子程序來實(shí)現(xiàn)。另一替換方案，集中于保證在第一次通過時(shí)僅一個(gè)掃描行邊界場(chǎng)所或滴液地點(diǎn)邊界場(chǎng)所(沿副掃描方向的邊界)被曝光。再一個(gè)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(zhǔn)確性。再一個(gè)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(xì)節(jié)交錯(cuò)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(diǎn)。前面斷面上的邊界和實(shí)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(shí)體內(nèi)部區(qū)。在采用這一實(shí)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(shí)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(xì)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(diǎn)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(shí)施例中支撐結(jié)構(gòu)相距通常不大于一個(gè)象素，當(dāng)發(fā)生無支撐的面向下區(qū)域的曝光時(shí)，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?yàn)樗赡苄∮谙笏貙?，沉積在相鄰象素地點(diǎn)的材料可能不足以伸進(jìn)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(shí)施例中，滴液地點(diǎn)在撒布無支撐的面向下區(qū)域和最好相鄰區(qū)域時(shí)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(duì)準(zhǔn)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(duì)完全支撐的區(qū)域進(jìn)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(shí)施例中至少當(dāng)前層的支撐區(qū)(如柱)不會(huì)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(diǎn)(即多級(jí)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(shí)施例中采用如US專利申請(qǐng)NO．08／428，951中所述的同時(shí)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(shí)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(shí)的物體120。圖23c將被分成層122、124、126、128＇、和130＇時(shí)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(diǎn)，即象素位置132～137。圖23e類似于圖23d，除替代表示滴液地點(diǎn)132～137外，表示出滴液地點(diǎn)140～146。如由滴液地點(diǎn)的相對(duì)位置可看到的，地點(diǎn)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(diǎn)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(rèn)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?qǐng)D23d中所示的象素配置進(jìn)行第二次通過的沉積。液滴155和156被沉積在滴液地點(diǎn)132和137。實(shí)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(diǎn)134和135但由于這些地點(diǎn)并未從下面與前面沉積的材料完全粘合，所以認(rèn)為所撒布材料的一部分將向下伸進(jìn)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(diǎn)143上完成層130＇的形成。
在其他的優(yōu)選實(shí)施例中，可改變上例中的各種不同方面。例如，材料伸進(jìn)下面層區(qū)間(假定液滴即滴液地點(diǎn)僅部分地被支撐)可取值不是上述的1層厚度伸長(zhǎng)。此伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǔn)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(dá)，如US專利申請(qǐng)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(shí)，面向下的結(jié)構(gòu)細(xì)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(diǎn)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(duì)延伸進(jìn)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(cuò)技術(shù)結(jié)合1)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)敏感度；和2)在曝光物體細(xì)節(jié)時(shí)選擇掃描方向。在此實(shí)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(shí)應(yīng)取的掃描方向。例如，當(dāng)曝光一斷面實(shí)體區(qū)的最左部分時(shí)，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(shí)體區(qū)的最右部分時(shí)則自右向左(為不發(fā)生橋接)或從左向右(為作橋接)進(jìn)行掃描可能是有利的。由控制沉積邊界區(qū)時(shí)的掃描方向能保證液滴的水平動(dòng)量不至于加到橋接間隙，或者增強(qiáng)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?yàn)橹鲯呙璺较颉?biāo)號(hào)108指被形成的斷面，標(biāo)號(hào)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(shí)施例相反，可采用二通過實(shí)施例，其中液滴116、118、120和122在液滴112和114已被沉積時(shí)在一個(gè)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(diǎn)。
可以預(yù)見，可將物體針對(duì)打印頭(即噴嘴)的相對(duì)掃描方向作相對(duì)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(xì)節(jié)的邊緣能被曝光同時(shí)在所希望的方向上相對(duì)地移動(dòng)打印頭來增強(qiáng)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(shí)將具有拉長(zhǎng)的形狀(即大的形態(tài)比)。在被拉長(zhǎng)液滴的構(gòu)成情況中，可預(yù)見到對(duì)在整體細(xì)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(cuò)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(shí)體的物體。在一物體的原始設(shè)計(jì)中，物體的部分被假定為實(shí)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(shí)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?yàn)榘炊x只要有物體就認(rèn)為是材料的。在本發(fā)明的涵義中，非實(shí)心、空心、或半實(shí)心的物體是按照某些優(yōu)選實(shí)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(duì)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(shí)心結(jié)構(gòu)作成蜂窩狀。這些原始的實(shí)體結(jié)構(gòu)有時(shí)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(shí)心物體，而其他構(gòu)成樣式則形成物體的實(shí)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(shí)現(xiàn)的，如上面引用的專利和申請(qǐng)中介紹的)。上述非實(shí)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(shí)心物體重量將比實(shí)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(xì)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?yàn)樵谒鼈兊男纬善陂g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(shí)施例是形成物體時(shí)將部分地形成的物體維持在它被形成時(shí)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(jìn)其使用溫度(將被投入應(yīng)用時(shí)的溫度)時(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)，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(biāo)來改慮在物體由其噴射溫度(在此優(yōu)選實(shí)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(shí)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(biāo)因數(shù)可被用來由一適當(dāng)?shù)臒崾湛s補(bǔ)償因數(shù)擴(kuò)充初始物體設(shè)計(jì)以使之能在其應(yīng)用溫度時(shí)被適當(dāng)?shù)囟ù笮?。還可預(yù)料到，一或多個(gè)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(duì)預(yù)期的物體溫度中的變化至少部分補(bǔ)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(shí)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(qǐng)中對(duì)這些畸變就光基立體平版印刷術(shù)方面進(jìn)行了說明，其中許多被說明的構(gòu)成技術(shù)根據(jù)本申請(qǐng)中提出的能被有效地用于SDM和TSL的實(shí)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(shí)，翹曲畸變就會(huì)減少。最好整個(gè)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(yán)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(diǎn)。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(qiáng)度和甚至張力強(qiáng)度的溫度(特別是如果采用側(cè)向或顛倒物體形成實(shí)施例的話)以便使物體能被準(zhǔn)確地形成同時(shí)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(jìn)入部分的深度增加。這樣，由較高到較低層的稍許負(fù)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(zhǎng)的強(qiáng)度，而同時(shí)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?duì)該部分中的一個(gè)或多個(gè)位置采用與慣性力計(jì)算作總和的簡(jiǎn)單重力計(jì)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(qiáng)度的近似。這與材料剪切應(yīng)力隨溫度變化的試驗(yàn)確定相結(jié)合可被用于對(duì)物體中任一位置作近似的構(gòu)成溫度上限進(jìn)行計(jì)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?yàn)樵诓糠中纬傻奈矬w與正被撒布的材料的接觸處發(fā)生動(dòng)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(shí)際上整個(gè)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(shí)溫度越高畸變?cè)缴?。認(rèn)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(dòng)的能力與其支撐剪切負(fù)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(rèn)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(rèn)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(shí)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(jì)(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(yàn)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(jì)移動(dòng)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(qiáng)度的溫度之間的距離的百分?jǐn)?shù)?；蛘?，可將工作溫度選擇為材料具有其室溫剪切強(qiáng)度的某一百分?jǐn)?shù)時(shí)的溫度。例如可希望將工作(構(gòu)成)溫度設(shè)定得使剪切強(qiáng)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(qiáng)物體表面光潔度的構(gòu)成實(shí)施例是利用由優(yōu)選SDM技術(shù)的實(shí)踐取得的美觀的面向上表面。在這些實(shí)施例中有效的面向上表面(如整個(gè)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(jì)所定義的減少。這包括將物體分成為二個(gè)或更多個(gè)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(shí)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(dú)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(jiǎn)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(jì))。如果物體直接由此設(shè)計(jì)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(xì)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(xì)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(xì)地噴砂或填充的附加的后處理。
圖25b表明實(shí)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(jì)分成為二個(gè)或更多部分。執(zhí)行此分割以使得物體的所有關(guān)鍵細(xì)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(xì)節(jié)和與之相關(guān)的問題將在后面作進(jìn)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(xì)節(jié)50、52和54以及新的即臨時(shí)的面向外細(xì)節(jié)72和74。部分64包含原始的即所希望的面向外細(xì)節(jié)56和58以及新的即臨時(shí)的面向外細(xì)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(xì)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(xì)節(jié)。在形成各部分62和64之后，去除支撐和臨時(shí)表面對(duì)72和72＇，及74和74＇以準(zhǔn)備進(jìn)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(gè)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(shí)采用高于形成物體內(nèi)部區(qū)時(shí)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(shí)采用高于在形成內(nèi)部區(qū)時(shí)的單位面積的滴液密度，此邊緣區(qū)延伸進(jìn)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(qǐng)的下一部分主要針對(duì)支撐的形成。但應(yīng)理解，因?yàn)橹问怯沙练e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(duì)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(shí)支撐最好對(duì)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(dá)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(duì)于一給定材料和設(shè)備，由不同的支撐和構(gòu)成樣式進(jìn)行的材料垂直構(gòu)成可試驗(yàn)確定，如前所述，依靠構(gòu)成各沉積樣式的測(cè)試部分和采用不同層厚的模式(水平化等級(jí))，然后測(cè)量這些部分以確定材料的構(gòu)成何時(shí)滯后于由所沉積的層數(shù)所要求的預(yù)計(jì)厚度和所期望的層厚。由這種信息可對(duì)所希望的構(gòu)成和支撐樣式的組合將層厚(水平化等級(jí))設(shè)定到適當(dāng)?shù)闹?，或者可設(shè)定為達(dá)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(shí)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(shí)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(gè)柱來撒布，這些柱被在主掃描方向(X方向)上以二個(gè)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(gè)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(shí)際沉積時(shí)二象素間隙實(shí)際上被作相當(dāng)?shù)淖冋?幾乎一個(gè)象素寬)。這樣實(shí)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(shí)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(duì)各滴液場(chǎng)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(shí)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(duì)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(shí)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(jìn)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(zhǎng)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(gè)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(gè)地點(diǎn)所說明的，一些優(yōu)選實(shí)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?jǐn)?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(shí)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(gè)別支撐結(jié)構(gòu)。
除前面揭示的各種實(shí)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(jìn)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(shí)施例的測(cè)視圖。表明支撐每?jī)蓪臃植妗Ｔ诖硕S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(gè)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(gè)支撐主干得到總共4個(gè)支撐分叉。此單個(gè)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(huì)清楚的，為易于數(shù)據(jù)管理，可將此主干看作是由4個(gè)分開的但是相同的維持它們獨(dú)立個(gè)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(shí)踐中要加以支撐的現(xiàn)實(shí)區(qū)域可能需要多個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)象素、或多個(gè)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(bǔ)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(gè)最初重疊的成分的二路分叉(即正X方向中一路和負(fù)X方向中的另一路)或看成是二或更多個(gè)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(rèn)為是4個(gè)最初部件的一單路分叉，其中二個(gè)部件跟隨各分叉方向。由這4個(gè)部件作為實(shí)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(gè)的Y方向中的二個(gè)分叉。原理上這仍可被看作為獨(dú)立成分的Y方向上的單個(gè)分叉。圖29d中所示分叉是開始所有4個(gè)成分的分開過程的第一分叉。
圖29e表明此實(shí)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(shí)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(dá)到物體表面。如果所有4個(gè)分叉的物體表面不是在同一水平，則柱的個(gè)別柱或部分在需要時(shí)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(shí)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(duì)所說明的實(shí)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(duì)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?；蛘撸酥鞲煽稍诹硪恢谓Y(jié)構(gòu)如圖28a中所示的頂部開始。而且如欲采用多個(gè)樹，樹的分叉可在也可不在同一層上開始，并可能會(huì)也可能不會(huì)導(dǎo)致在相同層數(shù)之后形成各個(gè)分叉。選擇何處開始分叉和其后何時(shí)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(duì)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(dá)到最終的分叉模式。
與圖29a～e中說明的實(shí)施例相關(guān)執(zhí)行的分叉例程可概括于大表中
按照希望，上表中概括的各個(gè)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(jí)改變，或者甚至可在同一分叉級(jí)對(duì)不同部件改變。
圖30a～30m表明類似于圖29a～29e的分叉支撐實(shí)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(gè)分叉。為便于理解和有可能實(shí)現(xiàn)，圖30a中所示主干可被認(rèn)為是由16個(gè)別的但相同的部件組成。在對(duì)一給定部件作分叉操作期間僅沿X或Y方向中一個(gè)進(jìn)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(shí)施例以及隨后的實(shí)施例。
圖31a～c表明另一實(shí)施例，其中如圖31a所示單個(gè)主干分叉成圖31c中所示的4個(gè)元件。這一實(shí)施例與圖29a～29c中的不同處是，分叉同時(shí)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(shí)施例以生成16個(gè)獨(dú)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(shí)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(gè)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(shí)施例可能采用多個(gè)主干來支撐單個(gè)組的分叉支撐。
可以預(yù)見到這些分叉支撐實(shí)施例可能產(chǎn)生較某些其他實(shí)施例達(dá)到的更好的面向下的表面，因?yàn)榭梢韵嘈沤佑|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(shí)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(duì)以上實(shí)施例的其他變型對(duì)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(cuò)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(shí)仍然具有合理的垂直累積速率。
在此優(yōu)選實(shí)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(gè)滴液直徑。更好的是，此間距小于3個(gè)落下滴液直徑，而最好此間距小于1到2個(gè)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(zhǎng)時(shí)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(shí)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(gè)支撐結(jié)構(gòu)太硬。這樣，在采用優(yōu)選的3×3象素支撐時(shí)，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(duì)測(cè)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(shí)，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?cè)谛纬蓸蚪訉又笤匍_始時(shí)可能或不可能由它們先前的XY位置移動(dòng)。
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(duì)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(gè)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(shí)施例中的這種型式的支撐時(shí)限制到0．4至0．5mils之下，而不是由前述某些優(yōu)選實(shí)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?yàn)轭~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(shí)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(shí)，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(diǎn)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-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(duì)象素的間距、滴液直徑和所用的任一罩印的情況進(jìn)行計(jì)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(yùn)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(gè)鄰接到物體的層采用不同的支撐材料?；旌现?br> 再有的可用于局部沉積成型的支撐結(jié)構(gòu)類型為混合支撐。在最簡(jiǎn)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(diǎn)說，在任何給定點(diǎn)的結(jié)構(gòu)可隨由該點(diǎn)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(shí)施例中，當(dāng)點(diǎn)位于一面向下的表面之下預(yù)定層數(shù)(如4～9)時(shí)改變支撐模式。另一個(gè)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(shí)減少。在這些實(shí)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(shí)采用一個(gè)或多個(gè)傾斜(中間)層的層。
在再一個(gè)典型實(shí)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(shí)滴液密度比增加。這一實(shí)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(shí)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(shí)不同類型的支撐可能比離開物體某一距離時(shí)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(tái)、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(gè)部件組成1)接觸表面23的細(xì)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(xì)纖維狀柱28；和(5)用于將二個(gè)或更多的粗柱熔化到一起并分布在柱26中各個(gè)地點(diǎn)的橋接層29。
細(xì)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(xì)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?cái)嗟倪@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?yàn)橄Ｍ@些支撐與正以4次ID罩印形成的物體相結(jié)合利用，且因?yàn)樵趯?duì)這些支撐結(jié)構(gòu)采用單次通過不作罩印時(shí)它們將以遠(yuǎn)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(shí)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(gè)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(zhǎng)(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(shí)，結(jié)果會(huì)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(xì)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?yàn)橹?6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(diǎn)可依靠促使液滴能在它們到達(dá)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(jìn)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(tái)的表面隔開50到300mils。另外，物體可直接構(gòu)成到平臺(tái)上。在此替代方案中，平臺(tái)可被覆蓋以一柔性片材，這將使物體能易于由硬平臺(tái)分離而再由此片材分離。電切刀可被用來將支撐由平臺(tái)分離，在這種情況下最好將物體置于平臺(tái)表面之上150～300mils。已發(fā)現(xiàn)一種帶長(zhǎng)齒的細(xì)梳狀裝置對(duì)由平臺(tái)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(tái)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(shí)施例結(jié)合進(jìn)一包含有自動(dòng)部件去除的能力和一冷卻臺(tái)的綜合系統(tǒng)中。另一些替代方案則是采用低熔點(diǎn)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(diǎn)的不同的材料。
再一些替代方案是對(duì)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(dá)工作表面之前凝固來成形的粉末化支撐。
其他實(shí)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(shí)施例可利用另外的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方案來實(shí)現(xiàn)物體與打印頭間所希望的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如在某些實(shí)施例中打印頭的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在所有三個(gè)方向上，而在其他實(shí)施例中絕對(duì)物體運(yùn)動(dòng)可存在于所有三個(gè)方向。在再一些其他的實(shí)施例中可采用打印頭或物體的非笛卡爾運(yùn)動(dòng)和逐層地或?qū)拥闹饌€(gè)部分地改變噴射方向。
雖然某些實(shí)施例是在被指出說明書中的標(biāo)題下說明的但這些實(shí)施例不能被認(rèn)為僅適用于標(biāo)題所指明的主題。而且雖然標(biāo)題以用來增加此說明的可讀性，但有關(guān)標(biāo)題所敘述的特定主題的所有揭示不應(yīng)被認(rèn)為是限于這些單個(gè)章節(jié)之內(nèi)。這里揭示的所有實(shí)施例均可分開地或與所揭示的其他實(shí)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(shí)施例和應(yīng)用，但對(duì)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(shí)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(dòng)／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(duì)每一分層將三維數(shù)據(jù)表述與多個(gè)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(diǎn)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(duì)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(gè)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(shí)器，它們被裝載后將作遞減計(jì)數(shù)并在時(shí)間滿后啟動(dòng)噴射；
在打印頭被規(guī)定的編碼器行序列之一通過時(shí)中斷處理器；
計(jì)算打印頭通過數(shù)個(gè)編碼器行的平均速度；
利用所述平均速度計(jì)算表示由一編碼器行至下一噴射地點(diǎn)的時(shí)間中的變化的第一值；
將所述值裝載進(jìn)所述第一定時(shí)器；
利用所述平均速度計(jì)算表示由一編碼器行至隨該下一噴射地點(diǎn)后的第二噴射地點(diǎn)的時(shí)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(jìn)所述第二定時(shí)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(dòng)和停止變遷數(shù)據(jù)對(duì)；
分配給所述數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)成模式，它調(diào)制實(shí)際起動(dòng)和停止的地點(diǎn)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。
10．快速成原型設(shè)備，包括
可控制地撒布在被撒布后能凝固的流動(dòng)材料的撒布器；
用于支撐三維物體的斷面和提供用于構(gòu)成下一物體斷面的工作表面的平臺(tái)；
至少一個(gè)粘合劑撒布器和平臺(tái)的轉(zhuǎn)位器，用于在包含一掃描方向和一轉(zhuǎn)位方向的至少2維上使撒布器與工作表面作相對(duì)位移；和
耦合轉(zhuǎn)位器和撒布器的控制器，促使按照一被選擇的樣式在工作表面上撒布材料。
11．如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中此設(shè)備是一局部沉積成型設(shè)備，撒布器被組構(gòu)來按選擇的樣式局部地撒布材料。
12．如權(quán)利要求2所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供作為構(gòu)成樣式的所述樣式。
13．如權(quán)利要求2所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供作為支撐樣式的所述樣式。
14．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定在掃描方向作罩印的所述構(gòu)成樣式。
15．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定在掃描方向具有高于轉(zhuǎn)位方向的分辨率的所述構(gòu)成樣式。
16．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定對(duì)面向下的表層表面具有高于對(duì)物體內(nèi)部區(qū)域的滴液密度比的所述構(gòu)成樣式。
17．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定面向下的表層區(qū)在面向下的表面之上伸展多層的所述構(gòu)成樣式。
18．如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定面向下的表層區(qū)在所述面向下的表面以上伸展5層的所述構(gòu)成樣式。
19．如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定面向下的表層區(qū)在所述面向下的表面以上伸展10層所述構(gòu)成樣式。
20．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定對(duì)形成面向上的表面具有較對(duì)物體的內(nèi)部部分要高的滴液密度比的所述構(gòu)成樣式。
21．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定面向上的表層區(qū)在面向上的表面之下伸展多層的所述構(gòu)成樣式。
22．如權(quán)利要求12所設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定面向上的表層區(qū)在所述面向上表面之下伸展5層的所述構(gòu)成樣式。
23．如權(quán)利要求12所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定面向上的表層區(qū)在所述面向上的表面之下伸展10層的所述構(gòu)成樣式。
24．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定為形成物體的邊界區(qū)采用高于為形成物體的內(nèi)部區(qū)的滴液密度比的所述構(gòu)成樣式。
25．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定伸展邊界區(qū)進(jìn)入物體的內(nèi)部多個(gè)滴液寬的所述構(gòu)成樣式。
26．如權(quán)利要求16所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定伸展邊界區(qū)進(jìn)入物體的內(nèi)部至少2滴液寬的所述構(gòu)成樣式。
27．如權(quán)利要求16所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定伸展邊界區(qū)進(jìn)入物體的內(nèi)部至少4滴液寬的所述構(gòu)成樣式。
28．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定以棋盤式支撐形成物體的內(nèi)部區(qū)的所述構(gòu)成樣式。
29．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定以行支撐來形成物體的內(nèi)部區(qū)的所述構(gòu)成樣式。
30．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定以柱支撐形成物體的內(nèi)部區(qū)的所述構(gòu)成樣式。
31．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定以拱形支撐形成物體的內(nèi)部的所述構(gòu)成樣式。
32．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)提供指定二層間的掃描方向改變的所述構(gòu)成樣式。
33．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供指定在二層間倒轉(zhuǎn)掃描方向的所述構(gòu)成樣式。
34．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)來提供指定倒轉(zhuǎn)二層間的轉(zhuǎn)位方向的所述構(gòu)成樣式。
35．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)來提供一交換二層間的掃描和轉(zhuǎn)位方向的所述構(gòu)成樣式。
36．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定倒轉(zhuǎn)二層間的掃描和轉(zhuǎn)位方向的所述構(gòu)成樣式。
37．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中撒布器包括有至少一多噴嘴噴墨撒布頭。
38．如權(quán)利要求3所設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定通過光柵掃描形成物體的所述構(gòu)成樣式。
39．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定通過具有被限定到由被形成的層所需的撒布區(qū)的長(zhǎng)和寬的光柵掃描形成物體的所述構(gòu)成樣式。
40．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定通過向量掃描形成物體的所述構(gòu)成樣式。
41．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定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物體的邊界區(qū)的所述構(gòu)成樣式。
42．如權(quán)利要求28所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定將在任何XY地點(diǎn)上撒布的噴嘴作層到層地隨機(jī)化的所述構(gòu)成樣式。
43．如權(quán)利要求28所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定利用所述噴嘴印刷一測(cè)試模式來檢測(cè)未正確地噴射的噴嘴的所述構(gòu)成樣式。
44．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定將物體的溫度維持在一最小溫度以上以除去翹曲變形的所述構(gòu)成樣式。
45．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定分開地形成物體的不同組成部分使得在部分構(gòu)成期間能對(duì)物體表面作再定向，然后再組合分開地形成的組成部分的所述構(gòu)成樣式。
46．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定棋盤支撐的所述支撐樣式。
47．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定比形成物體采用每層更高通過次數(shù)的所述支撐樣式。
48．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定滴液通／滴液斷的棋盤式支撐的所述支撐樣式。
49．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定行支撐的所述支撐樣式。
50．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定直線支撐的所述支撐樣式。
51．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定曲線支撐的所述支撐樣式。
52．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定斷續(xù)線支撐的所述支撐樣式。
53．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定在一層的至少部分上帶有斜度的支撐的所述支撐樣式。
54．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定在傾斜以上的層上偏移支撐的所述支撐樣式。
55．如權(quán)利要求4所設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定小于10連續(xù)層上的傾斜的所述支撐樣式。
56．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定小于5連續(xù)層上的傾斜的所述支撐樣式。
57．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定整個(gè)第一層上的傾斜的所述支撐樣式。
58．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)成提供指定在前面層中未被傾斜的X-Y區(qū)內(nèi)的傾斜的所述支撐樣式。
59．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定在相繼層上的相補(bǔ)傾斜的所述支撐樣式。
60．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定柱支撐的所述支撐樣式。
61．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定帶斜度的柱支撐的所述支撐樣式。
62．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定偏移柱支撐的所述支撐樣式。
63．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定按滴液寬定義的NXN柱支撐的所述支撐樣式。
64．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定按象素定義的NXN柱支撐的所述支撐樣式。
65．如權(quán)利要求55所述設(shè)備，其中N=2。
66．如權(quán)利要求55所述設(shè)備，其中N=3。
67．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定改變一面向下的表面以下至少N層的區(qū)間內(nèi)的支撐模式的所述支撐樣式。
68．如權(quán)利要求58所述設(shè)備，其中N=4。
69．如權(quán)利要求58所述設(shè)備，其中N=9。
70．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)成提供指定在臨近一面向下的表面的區(qū)內(nèi)減小滴液密度比的所述支撐樣式。
71．如權(quán)利要求61所述設(shè)備，其中所述支撐樣式還指定在向較低滴液密度比支撐過渡時(shí)采用至少一傾斜層。
72．如權(quán)利要求61所述設(shè)備，其中所述支撐樣式還指定在臨近一面向下的表面的區(qū)內(nèi)由柱支撐轉(zhuǎn)換到棋盤式支撐。
73．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中所述支撐樣式還指定在一面向上的表面以上的大于規(guī)定層數(shù)的區(qū)改變支撐模式。
74．如權(quán)利要求64所述設(shè)備，其中預(yù)定的數(shù)為4。
75．如權(quán)利要求64所述設(shè)備，其預(yù)定的數(shù)為9。
76．權(quán)利要求64所述設(shè)備，其特征是所述支撐樣式還指定在離開一面向上的表面之后的區(qū)內(nèi)降低滴液密度比。
77．如權(quán)利要求67所述設(shè)備，其中所述支撐樣式還指定在由較高向較低的滴液密度比支撐過渡中采用至少一層傾斜。
78．如權(quán)利要求68所述設(shè)備，其中所述支撐樣式還指定在離開一面向上的表面后由柱支撐轉(zhuǎn)變到棋盤式支撐。
79．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定拱式支撐的所述支撐樣式。
80．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定氣壓支撐的所述支撐樣式。
81．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定在不同的斷面區(qū)域支撐模式不同的所述支撐樣式。
82．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定支撐結(jié)構(gòu)由物體的邊界在掃描方向上位移一第一預(yù)定數(shù)量象素和在轉(zhuǎn)位方向上位移一第二預(yù)定數(shù)量象素的所述支撐樣式。
83．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定利用與用于形成物體表面和邊界區(qū)不同的材料來構(gòu)成支撐的所述支撐樣式。
84．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器組構(gòu)成提供指定在用于形成物體的材料作選擇撒布后在各層上成塊撒布支撐的所述支撐樣式。
85．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定采用能溶于水的材料建立支撐的所述支撐樣式。
86．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定作均勻溫度構(gòu)成的所述構(gòu)成樣式。
87．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定作子象素噴射的所述構(gòu)成樣式。
88．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定作副掃描行噴射的所述構(gòu)成樣式。
89．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定采用帶被加有黑體輻射體的材料的所述構(gòu)成樣式。
90．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式還指定通過漂落數(shù)據(jù)的移位時(shí)間作子象素化。
91．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中所述支撐樣式指定用于支撐的液滴大于用于物體的。
92．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式還指定具有插入的交錯(cuò)的熱導(dǎo)體的材料。
93．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式還指定對(duì)物體敏感的交錯(cuò)。
94．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式還指定液滴寬補(bǔ)償。
95．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式還指定罩印寬補(bǔ)償。
96．權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中控制器被組構(gòu)成提供指定撒布器的孔與工作表面之間的間距，其足夠大得得使液滴能在碰擊后形成半球形滴液。
97．如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其中所述支撐樣式指定延滯支撐構(gòu)成在部分的構(gòu)成后至少一層以避免因平面化引起的支撐的畸變。
98．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式指定單獨(dú)地通過融熔的平面化。
99．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式指定通過與刮平相結(jié)合的融熔的平面化。
100．如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述構(gòu)成樣式指定通過與刮平和旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的平面化。
101．快速成原型的方法，其中包括
可控制地撒布被撒布后會(huì)凝固的流動(dòng)的材料；
支撐三維物體的一斷面并設(shè)置為構(gòu)成下一物體斷面的工作表面；
在包括一掃描方向和一轉(zhuǎn)位方向的至少二維內(nèi)使撒布器與工作表面作相互位移；和
按照所選擇的樣式在工作表面上撒布材料。
102．如權(quán)利要求92所述方法，還包括按照所選擇樣式在工作表面上有選擇地撒布材料。
103．如權(quán)利要求93所述方法，其中所述樣式為一構(gòu)成樣式。
104．如權(quán)利要求93所述方法，其中所述樣式為一支撐樣式。
105．如權(quán)利要求1所述設(shè)備，還包括形成分叉出撒布在一緊前面薄層上的材料之外的支撐結(jié)構(gòu)的手段，其中，此分叉導(dǎo)致較此分叉所起始的支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量多的接觸一面向下的物體表面的支撐結(jié)構(gòu)。
106．如權(quán)利要求92所述方法，另外還包括形成分叉撒布在一緊前面薄層上的材料之外的支撐結(jié)構(gòu)的步驟，其中，此分叉導(dǎo)致較此分叉所起始的支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量多的接觸一面向下面表面的支撐結(jié)構(gòu)。
107．如權(quán)利要求1所述設(shè)備，還包括將液滴導(dǎo)向于一實(shí)際工作表面的水平以下的焦平面的手段，為了實(shí)現(xiàn)在垂直于斷面的一平面的方向的自校正積累。
108．如權(quán)利要求92所述方法，還包括將液滴導(dǎo)向于一實(shí)際工作表面的水平以下的焦平面的步驟，為了實(shí)現(xiàn)在垂直于斷面的一平面的方向上的自校正積累。
109．如權(quán)利要求1所述設(shè)備，還包括將冷卻氣體導(dǎo)向到部分地形成物體的表面上的手段和由所述表面上的區(qū)域去除冷卻氣體的手段。
110．如權(quán)利要求92所述方法，還包括將冷卻氣體導(dǎo)向到部分地形成物體表面上的步驟和由所述表面上的區(qū)域去除冷卻氣體的步驟。
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(duì)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(hào)G06K15/10GK1204277SQ9619825
公開日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27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?duì)柕? 杰弗里·S·塞耶 申請(qǐng)人:3D系統(tǒng)公司