[发明专利]用于操作喷射三维(3D)物体打印机的金属滴以补偿液滴尺寸变化的方法和系统

说明书

本发明题为“用于操作喷射三维(3D)物体打印机的金属滴以补偿液滴尺寸变化的方法和系统”。一种操作三维(3D)金属物体制造系统以补偿在物体形成期间发生的位移误差的方法。在该方法中，在完成金属物体之前生成由该3D金属物体制造系统形成的该金属物体的图像数据，并且将其与该物体的原始3D物体设计数据进行比较以识别一个或多个位移误差。对于在预定差异范围之外的该位移误差，该方法修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差，并且使用所修改的机器就绪指令操作该3D金属物体制造系统。

技术领域

本公开涉及用于三维(3D)物体打印机的液体金属喷射器，并且更具体地，涉及用于补偿由这些喷射器喷射的液滴的尺寸偏差的喷射器的操作。

背景技术

三维打印也称为增材制造，是由几乎任何形状的数字模型制备三维固体物体的工艺。许多三维打印技术使用增材法，其中增材制造设备在先前沉积的层的顶部上形成部件的连续层。这些技术中的一些技术使用喷射器喷射作为熔融材料的热塑性材料，诸如ABS塑料。打印机通常操作一个或多个喷射器以形成连续的热塑性材料层，该连续的热塑性材料层形成具有各种形状和结构的三维打印物体。在形成三维打印物体的每一层之后，热塑性材料冷却并硬化以将该层粘结到三维打印物体的下面层。这种增材制造方法与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减成法(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。

最近，已经开发出一些3D物体打印机，从一个或多个喷射器喷射液体金属滴以形成3D物体。这些打印机具有被送入加热室中的固体金属源，诸如线材卷或粒料卷，在该加热室中它们被熔融并且液体金属流入喷射器的室中。该室由非导电材料制成，该非导电材料周围缠绕非绝缘电线。电流通过导体以产生电磁场，该电磁场致使室的喷嘴处的液体金属的弯月面与室内液体金属分离并且从喷嘴推进。与喷射器的喷嘴相对的平台通过控制器操作致动器在平行于平台平面的X-Y平面上移动以在平台上形成物体层，并且另一个致动器由控制器操作以改变喷射器或平台在竖直方向或Z方向上的位置，以维持喷射器与正在形成的物体的最上层之间的恒定距离。

在此类打印机的操作期间，从喷射器中喷射的液滴体积可不同于标称期望值。这些液滴变化致使层高度的全部或一部分高于或低于预期，并且当具有这些误差的层彼此堆叠时，这一高度误差累积。此外，对于零件的不同部分诸如内部、周边、悬垂和桥，液滴间距在正常打印条件下可不同。因此，液滴喷射在不同区域中的这种变化频率可致使一些零件特征比其他零件特征受影响更严重，并且这些特征的误差可能比先前提到的整体零件高度误差更难以校正。围绕边缘、支柱、薄壁和死角的液滴流动不一致也可引起特征形状误差。其他液滴错位可来自液滴与基底之间相对运动的误差以及由控制调谐、时序或液滴速度变化造成的液滴时序不一致性。误差的另一个源可来自液滴的不一致喷射。这种不一致性包括不良的或变化的方向性以及潜在增加不需要的周围液滴的产量。这些误差引起不对称的高度误差和几何误差。这些误差在制造过程期间的检测和补偿将会有用，因此可避免制造过程的停止和零件的废弃。

发明内容

操作金属喷射3D物体打印机的新方法调节打印机的操作以补偿喷射误差，而不必停止制造过程或废弃零件。该方法包括在完成金属物体之前生成由3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据，将所生成的金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异，当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异；修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差；以及使用所修改的机器就绪指令操作3D金属物体制造系统。

新3D金属物体制造系统调节系统的操作以补偿喷射误差，而不必停止制造过程或废弃零件。该系统包括光学传感器和控制器，该光学传感器被配置为在完成金属物体之前生成由3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据，而该控制器可操作地连接到光学传感器。该控制器被配置为将所生成的金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异，当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异，修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差，并且使用所修改的机器就绪指令操作3D金属物体制造系统。