[发明专利]用于控制三维物体打印中的材料滴体积的系统和方法

说明书

技术领域

本文中公开的装置涉及产生三维物体的打印机，并且更特别地涉及用于在这样的打印机中产生三维物体的材料滴的质量的精确检测。

背景技术

也称为数字增材制造的数字三维制造是从数字模型制造实质上任何形状的三维实心物体的过程。三维打印是增材过程，其中材料的连续层以不同形状形成于衬底上。三维打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术、例如切割或钻孔可区分。

产生三维物体的一些打印机使用平坦平台区域，一个或多个打印头将墨滴喷射到所述平坦集结区域上，所述墨滴构建材料层以形成物体。打印头典型地明显小于平台，因此打印头或平台在相同平面中彼此正交的过程方向和交叉过程方向上多次移动以形成物体的每一层。另外，平台和打印头中的一个需要在相对于过程/交叉过程方向平面的竖直方向上移动以保持打印头和正在构建的物体之间的适当距离。

假如(一个或多个)打印头与将产生的物体在交叉过程方向上至少一样宽，如果打印头中的喷墨口的间隔足以在交叉过程方向上形成物体，则不需要在交叉过程方向上的滴放置控制。如果喷墨口的分辨率小于在交叉过程方向上形成物体所需的分辨率，或者如果打印头比正通过打印产生的物体窄，则需要打印头的多次通过和打印头在交叉过程方向上的平移以制造物体。可以通过调节平台或打印头的平移的速度控制在过程方向上的滴放置的分辨率。典型地通过将打印头喷射的材料滴的质量或体积保持在某个预定范围内控制竖直分离或高度。在某个类型的初始制造设置期间或在打印作业的执行之前通常根据该范围校准滴的质量或体积。替代地，平面化技术可以用于从打印层去除过量材料以保证层不会超过期望高度。刨床的加入增加打印机的费用并且增加产生物体所需的时间。滴质量/体积校准会由于若干因素而漂移，所述因素包括温度、一批构建材料内的构建材料一致性、从一批构建材料到另一批构建材料的构建材料一致性、冷却速率、打印体积密度效应和其它操作参数。在产生三维物体的打印机中保证更精确的滴放置是期望的。

发明内容

一种具有更精确的材料滴放置的产生三维物体的打印机包括平面支撑构件，定位成朝着所述支撑构件喷射材料滴的打印头，所述平面支撑构件和所述打印头中的至少一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，具有照明源和多个光接收器的镜面传感器阵列，所述照明源配置成与所述平面支撑构件成预定角发射光并且每个光接收器配置成生成对应于从所述平面支撑构件上的材料反射的光的电信号，以及操作地连接到所述平面支撑构件、所述打印头和所述镜面传感器阵列的控制器。所述控制器配置成操作所述打印头以在所述平面支撑构件上形成至少两个物体，操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动以使所述至少两个物体能够具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的长度并且具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度，当所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且接收由所述光接收器生成的电信号，分析对应于从所述光接收器接收的电信号的图像数据以识别由所述光接收器中的一个接收的反射光的斜率和所述两个物体中的一个的高度中的一个，以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。

一种操作打印机以保证更精确的材料滴放置的方法包括操作打印头以在平面支撑构件上形成至少两个物体，所述至少两个物体具有基本覆盖横越所述平面支撑构件的所述打印头的宽度的交叉过程方向上的长度并且所述至少两个物体具有在过程方向上沿着所述平面支撑构件的一部分延伸的过程方向上的长度，所述平面支撑构件和所述打印头中的一个配置成相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，在所述至少两个物体的形成期间操作所述平面支撑构件和所述打印头中的一个相对于所述平面支撑构件和所述打印头中的另一个移动，当镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的一个相对于所述镜面传感器阵列和所述平面支撑构件中的另一个移动时操作所述镜面传感器阵列以朝着所述平面支撑构件引导光并且生成对应于由所述镜面传感器阵列接收的反射光的电信号，分析对应于从所述镜面传感器阵列接收的电信号的图像数据以识别由所述镜面传感器阵列接收的反射光的斜率和所述两个物体中的一个的高度中的一个，以及响应被分析图像数据调节所述打印头的操作参数，所述被分析图像数据指示由所述打印头中的喷墨口喷射的材料滴的质量参照预定材料滴质量已变化。