[发明专利]通过力反馈设置3D打印机喷嘴间隙

说明书

一种控制3D打印机的系统和方法，包括：处理器从传感器获得用于3D打印机的喷嘴和3D打印机的构建板之间的多个距离中的每一个的相应传感器值，所述传感器值均表征来自喷嘴并且到传感器值所对应的相应距离处的构建板上的长丝的沉积的特征；基于所获得的传感器值识别特征的最大和/或最小值；以及基于被识别的最大和/或最小值而设置在喷嘴和构建板之间的初始间隙，在该初始间隙处沉积待合成的对象的第一层。

技术领域

本发明涉及用于为初始打印层设置在三维（3D）打印机的喷嘴和构建表面之间的间隙的系统和方法。

背景技术

3D打印或增材制造是例如基于通过数字文件和/或通过扫描待通过3D打印机复制的固体对象提供的蓝图而制造三维固体对象的过程。通过在3D打印机的平台的构建表面上以图案策略性地产生增加材料的连续层直到创建整个对象为止来实现所需3D固体对象的合成。能够例如通过数字文件驱动3D对象的合成，该数字文件提供了描述如何创建层的图案以及用于产生对象的材料的规范。

通常通过构建笼而保护3D打印机不受外部影响，并且，在构建笼内，3D打印机包括具有构建表面的构建平台，在该构建表面上执行合成过程。在构建平台上构建（打印）3D对象之前，构建平台应当被设置成水平状态。出于该目的，构建平台能够包括在腿部（例如，两个前腿部和一个中心后腿部）上的平台框架和在平台框架上的平台板，其中，弹簧例如在对应于两个前腿部中的每一个的位置处将平台板向上远离平台框架偏压，但是被独立压缩以用于在两个前腿部处使平台板向下移动成更靠近平台框架直到确定构建平台处于水平状态为止，在该点处，能够锁定平台板相对于平台框架的位置。

能够例如根据以下各者中的任何一项执行增加材料的连续层的产生：(1)还原光固化（Vat Photopolymerisation）、(2)材料喷射、(3)粘结剂喷射、(4)定向能量沉积、(5)粉末床熔融、(6)薄片叠层或(7)材料挤出。用于产生连续层的材料挤出的具体过程能够涉及使用熔融沉积成型（“FDM”）、熔融长丝制造（“FFF”）或直接墨水书写（“DIW”）进行顺序沉积。

用作3D打印机的“墨水”以产生3D对象的材料能够包括例如以下材料中的任何一种的长丝：粉末材料、聚合物材料、热塑性塑料、共晶金属、可食用材料、橡胶、造型粘土、塑像用粘土、金属粘土、陶瓷材料、金属合金、纸、由陶瓷和金属材料组成的复合材料（“金属陶瓷”）、金属基复合物、陶瓷基复合物、光敏聚合物、石膏、不锈钢、铝、塑料膜和金属箔。长丝在打印机头处被加热，被通过喷嘴挤出并且沉积到构建平台的构建表面上，例如如在2016年6月28日提交的美国专利申请序列号15/195,456和2016年12月6日提交的美国专利申请序列号15/371,018中描述地，每个申请的内容以此通过引用整体并入本文中。

最初将喷嘴定位在沿z方向距构建表面初始距离（z距离）处，即具有初始间隙（初始z间隙），以用于在喷嘴在x-y平面中移位时，通过将长丝通过喷嘴挤出而沉积待合成的对象的第一层。在每一层被沉积之后，在待沉积另一层的地方，通过沿z方向向上移位喷嘴或者沿z方向向下移位构建表面而将在喷嘴和构建表面之间的z距离增加预设量，且然后将下一层沉积在之前沉积的层上。

许多3D打印机通过使用探针传感器感测构建表面的存在和位置以及然后使构建表面或喷嘴移位以将初始z间隙改变成预定设置来设置在喷嘴和构建表面之间的初始z间隙。

发明内容

在FFF制造中，通常为大约0.2-0.3 mm的初始z间隙是重要的，待合成的对象的第一层在该初始z间隙处沉积到打印表面上。如果初始z间隙比0.3 mm更宽，则初始基底沉积层可能不会充分地结合至构建表面，从而导致打印失败。另一方面，如果初始z间隙小于0.2mm，则合成的对象可以由于离开喷嘴的熔融长丝在被敷设到构建表面上时被向外挤而变形，打印的对象可以与构建表面结合得太坚固，从而导致在从构建表面移除对象时对其可能的损伤，喷嘴可以变得被长丝堵塞从而导致对打印机的损伤和/或畸形的合成的对象，可以阻止长丝被挤出以构建对象的第一层等。