用于三维物体的打印机中的不工作喷墨器检测的系统和方法
【技术领域】
[0001]该文献中所公开的设备涉及生产三维物体的打印机，并且更特别地，涉及这样的打印机内的故障的检测。
【背景技术】
[0002]数字三维制造也称为数字增材制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。三维打印是增材过程，其中一个或多个打印头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。衬底支撑在平台上，所述平台可以通过可操作地连接到平台的致动器的操作三维地移动，或者一个打印头或多个打印头可操作地连接到用于一个打印头或多个打印头的受控移动的一个或多个致动器以产生形成物体的层。三维打印与主要依赖通过减材过程(如切割或钻孔)从工件去除材料的传统物体形成技术可区分。
[0003]用这些打印机生产三维物体会需要数小时，对于一些物体，甚至需要数天。在用三维打印机生产三维物体中出现的一个问题是喷射形成物体的墨滴的打印头中的喷墨器的一致功能性。在物体的打印期间，一个或多个喷墨器可以喷射具有滴体积的材料，所述滴体积小于期望量乃至完全阻塞。这些体积差会在形成物体的多个层的打印期间积累，因此由喷射较小滴的喷墨器形成的材料的柱会比由其它喷墨器形成的周围材料柱短。这些表面变化会是充分明显的以至于需要物体的报废。由于打印作业会需要数小时或多天来生产物体，因此物体的该报废会是昂贵的和耗时的。能够在物体的打印期间检测并且识别不工作喷墨器的打印机将是有利的。
【发明内容】
[0004]已开发一种三维物体打印机，其便于在物体打印期间检测不工作喷墨器。所述打印机包括:至少一个打印头，所述至少一个打印头具有配置成喷射材料的多个喷墨器；轴，所述轴配置成选择性地旋转；至少一个光源；至少一个光传感器；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头、所述轴、所述至少一个光源和所述至少一个光传感器，所述控制器配置成操作所述至少一个打印头中的喷墨器的第一组以将材料喷射到所述轴上，将所述轴旋转到使所述轴上的材料能够在所述至少一个光源和所述至少一个光传感器之间的位置以使所述至少一个传感器能够生成指示所述轴上的多个位置处的材料的高度的信号，以及比较由所述至少一个光传感器生成的信号和预期高度值以识别所述至少一个打印头中的不工作喷墨器。
[0005]已开发一种用于操作三维物体打印机的方法，其便于在物体打印期间检测不工作喷墨器。所述方法包括:用控制器操作至少一个打印头中的喷墨器的第一组以将材料喷射到轴上；用控制器旋转所述轴以将所述轴上的材料移动到光源和光传感器之间；用所述光传感器生成指示所述轴上的多个位置处的材料的高度的信号；以及用所述控制器比较由所述光传感器生成的信号和每个位置的预期高度以识别所述至少一个打印头中的不工作喷里取
??????ΕΓ Ο
【附图说明】
[0006]在结合附图进行的以下描述中解释在打印期间检测喷墨器中的滴体积变化并且在打印操作物体期间补偿这些变化的装置或打印机的前述方面和其它特征。
[0007]图1示出使用一维或二维光源和光传感器识别三维物体打印机中的不工作喷墨器的系统。
[0008]图2示出检测三维物体打印机中的不工作喷墨器所借助的过程。
[0009]图3是识别并且报告三维物体打印机中的不工作喷墨器的方法的流程图。
[0010]图4示出使用点光源和单个受光器识别三维物体打印机中的不工作喷墨器的系统。
[0011]图5是在平台上构建物体的现有技术的三维物体打印机的方块图。
【具体实施方式】
[0012]为了本文中所公开的设备的环境以及设备的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记标示相似的要素。
[0013]在图5中显示现有技术的三维物体打印机的实施例。对于相似的部件使用相似的附图标记，打印机400包括平台14，( 一个或多个)打印头22，致动器24，固化站30，控制器34，生成光栅数据的光栅图像处理器38，以及打印头驱动器46。例如由计算机辅助设计(CAD)系统产生的三维部件文件40由三维光栅图像处理器38接收，所述处理器生成待打印以形成部件26的层的光栅图像数据。光栅图像处理器38将光栅图像数据传到打印头驱动器46并且驱动器生成像素化数据，所述像素化数据用于操作打印头中的喷射器以及用于控制平台14和(一个或多个)打印头22的运动。控制器34参照由驱动器46生成的数据操作致动器24以在正和负X、Υ和Ζ方向上移动(一个或多个)打印头22和平台14之一或两者，如图中所示。时常根据需要，如果正在喷射以形成物体的材料需要固化，则(一个或多个)打印头22移动远离平台14上方的位置并且控制器34操作致动器24中的一个以在物体上方移动固化装置30从而固化材料。当固化操作完成时，控制器34操作致动器24以将固化站30返回到位置，因此(一个或多个)打印头22可以返回到平台14上方的位置，因此物体打印可以继续。当所有光栅数据已用于操作(一个或多个)打印头22以形成物体时，(一个或多个)打印头22移动到远离平台的位置，因此可以从平台14取回物体。
[0014]图1示出作为图5中所示的现有技术的三维打印机的修改的用于识别三维物体打印机中的不工作喷墨器的系统。打印机100包括打印机400的所有部件并且附加地包括轴50、传感器70和光源60。光源60可以是点光源、点光源的线性阵列或点光源的二维阵列，如LEDs等。点光源是产生准直光束的光源。替代地，光源可以是光管，所述光管沿着光管的长度发射光。光源60位于轴50附近并且稍稍定位在轴之下，因此光源与轴50成切线发射光。传感器70可以是单个受光器、受光器的线性阵列或受光器的二维阵列，如光电探测器或CCDs，其对应于打印机中的打印头的分辨率。例如，如果打印头是300dpi打印头并且不是交错的，则受光器以大约每英寸300个受光器进行布置。如果300dpi打印头是交错的，则受光器以大约每英寸600个受光器进行布置。该布置使每个受光器能够对应于轴上的位置，在所述位置打印头中的喷墨器将材料引导到轴上。传感器70位于轴附近并且稍稍定位在轴之上，使得受光器在由光源60发射的光束已经过轴50之后的光束的路径中。光源60、光传感器70和轴可操作地连接到致动器24，因此控制器34可以如下所述同步这三个部件的运动以生成指示轴上的材料高度的信号。
[0015]光源和受光器的这些各种组合以以下方式被使用以生成喷射到轴上的材料滴的图像数据。在具有点光源和单个受光器的实施例(例如图4中所示的实施例)中，点光源和受光器配置成在对应于轴上的喷射滴的高度的位置处彼此相对。另外，点光源60和受光器70可操作地连接到一个或多个致动器，因此控制器34可以操作(一个或多个)致动器并且沿着轴的轴向长度移动光源和传感器以提供轴上的滴的一维扫描。轴停在某个位置，在所述位置处滴突出到光的路径中。当光源和传感器横越轴的长度时，由受光器生成的信号在每个预期滴位置处指示光是被阻挡还是被接收。如果光被阻挡，则滴存在于预期高度的预期位置处。如果光被接收，则滴不存在，不在预期位置处或未到达预期高度。这些状况指示喷射器未在正确地操作并且打印头需要维修。
[0016]在点光源和单个受光器也配置成参考轴的中心纵轴线径向地移动的实施例中，则可以生成喷射滴的二维图像。在该实施例中，点光源和受光器横越轴的长度，如上面所解释的。