用于对准三维物体打印机中的多喷嘴挤压机的系统和方法与流程

本公开涉及用于三维物体打印机中的挤压机，并且更具体地说，涉及对准包含多个喷嘴的挤压机。

背景技术：

三维打印，也被称作增材制造，是从具有几乎任何形状的数字模型制成三维固体物体的过程。许多三维打印技术使用加成工艺，其中增材制造装置形成先前沉积的层的顶部上的部分的连续层。这些技术中的一些使用挤压打印，其中挤压机以预定图案喷射熔融的构建材料，例如经过加热和软化的abs塑料。打印机通常操作挤压机以形成构建材料的连续层，所述构建材料的连续层形成具有多种形状和结构的三维打印物体。虽然许多打印机使用包含单个喷嘴以喷射熔融材料的挤压机，但一些挤压机包含多个喷嘴。

三维物体打印机的操作所面临的一个挑战包含恰当地对准具有收纳熔融材料以形成三维打印物体的底层表面的挤压机。在许多打印机中，挤压机将熔融的构建材料的第一层喷射到平坦收纳部件上且在部分完成的三维物体的外部层上方形成构建材料的每一连续层。在操作期间，如果挤压机相对于底层收纳部件与平行定向偏离，那么挤压机的面可使熔融材料的形状变形，从而可能降低三维打印物体的质量。包含具有喷嘴阵列的较大挤压机面的多喷嘴挤压机尤其容易发生与相对于底层收纳部件平行的角度偏离。构建材料的变形在三维物体的多个层上加剧且可能降低三维物体打印机使用不恰当对准的挤压机形成的三维打印物体的质量。因此，对使得能够测量和校正多喷嘴挤压机中的角度偏离的三维物体打印机的改进将为有益的。

技术实现要素：

在一个实施例中，已开发出一种用于操作三维物体打印机以识别多喷嘴挤压机的角度偏离的方法。所述方法包含：运用致动器在三维物体打印机的打印区内在沿着第一轴线的第一处理方向上移动多喷嘴挤压机；在于第一处理方向上移动多喷嘴挤压机期间操作多喷嘴挤压机中的多个喷嘴中的第一喷嘴以将挤压材料喷射到打印区中的收纳部件的表面上以形成第一条带；运用致动器在三维物体打印机的打印区内在沿着第一轴线的第二处理方向上移动多喷嘴挤压机，第二处理方向不同于第一处理方向；在于第二处理方向上移动多喷嘴挤压机期间操作所述多个喷嘴中的第一喷嘴以将挤压材料喷射到打印区中的收纳部件的表面上以形成第二条带；运用光学传感器产生第一条带和第二条带的扫描图像数据；运用控制器识别扫描图像数据中的第一条带的第一宽度和第一高度中的至少一个；运用控制器识别扫描图像数据中的第二条带的第二宽度和第二高度中的至少一个；和运用控制器参考第一宽度与第二宽度之间的第一差异和第一高度与第二高度之间的第二差异中的至少一个识别用于多喷嘴挤压机的第一角度偏离分量。

在另一实施例中，已开发出一种被配置成识别多喷嘴挤压机的角度偏离的三维物体打印机。所述三维物体打印机包含：多喷嘴挤压机，其定位在打印区中；致动器，其被配置成在打印区中移动多喷嘴挤压机；光学传感器，其被配置成产生打印区的扫描图像数据；和控制器，其操作性地连接到多喷嘴挤压机、致动器和光学传感器。所述控制器被配置成：使用致动器在打印区内在沿着第一轴线的第一处理方向上移动多喷嘴挤压机；在于第一处理方向上移动多喷嘴挤压机期间操作多喷嘴挤压机中的多个喷嘴中的第一喷嘴以将挤压材料喷射到打印区中的收纳部件的表面上以形成第一条带；使用致动器在三维物体打印机的打印区内在沿着第一轴线的第二处理方向上移动多喷嘴挤压机，第二处理方向不同于第一处理方向；在于第二处理方向上移动多喷嘴挤压机期间操作多个喷嘴中的第一喷嘴以将挤压材料喷射到打印区中的收纳部件的表面上以形成第二条带；使用光学扫描器产生第一条带和第二条带的扫描图像数据；识别扫描图像数据中的第一条带的第一宽度和第一高度中的至少一个；识别扫描图像数据中的第二条带的第二宽度和第二高度中的至少一个；和参考第一宽度与第二宽度之间的第一差异和第一高度与第二高度之间的第二差异中的至少一个识别用于多喷嘴挤压机的第一角度偏离分量。

附图说明

在以下描述中结合附图解释具有多喷嘴挤压机的三维物体打印机的上述方面和其它特征。

图1是三维物体打印机的示意图。

图2是用于识别挤压机相对于三维物体打印机中的收纳部件与预定定向的角度偏离的过程的框图。

图3是多喷嘴挤压机的说明性实施例中的喷嘴和多喷嘴挤压机的角度偏离的实例的示意图。

图4是图3的多喷嘴挤压机在图1的三维物体打印机的操作期间产生的预定测试图案的示意图。

图5是描绘三维物体打印机中的挤压机角度偏离的效应的图。

图6是将挤压材料的条带的扫描图像数据中的像素的反射率水平映射到挤压材料的不同条带的高度的曲线的图。

具体实施方式

为了大体理解本文中所公开的装置的环境以及装置的细节，参考图式。在图式中，相同的参考标号表示相同的元件。

如本文中所使用，术语“挤压材料”指代挤压机中的一个或多个喷嘴所喷射以形成材料层的材料，所述材料层形成物体或在三维物体打印机的操作期间提供用于物体的结构支撑。如在下文进一步详细描述，打印机被进一步配置成使用多喷嘴挤压机中的不同喷嘴形成挤压材料的预定布置以形成预定测试图案，从而使得打印机能够识别在挤压机的定向上的角度偏离。挤压材料包含但并不严格限于：“构建材料”，其形成三维打印物体的永久性部分；和“支撑材料”，其形成暂时性结构以在打印过程期间支撑构建材料的部分且接着在完成打印过程之后被任选地移除。构建材料的实例包含但不限于：丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)塑料、聚乳酸(pla)、脂族或半芳族聚酰胺(尼龙)、包含悬浮碳纤维或其它聚集材料的塑料、导电聚合物、其它热塑性塑料，和任何其它形式的材料，其适于以液体或半液体形式喷射通过挤压机的喷嘴且接着适于固化以形成耐用三维打印物体。支撑材料的实例包含但不限于高抗冲击聚苯乙烯(hips)、聚乙烯醇(pva)和其它可挤压材料。

如本文中所使用，术语“挤压机”可互换地使用且指代打印机的熔融挤压材料且将熔融的挤压材料提供到多个喷嘴的组件，以按需方式共享共同面板以在三维打印操作期间形成挤压材料的细长条带。当被启动时，挤压机中的每一喷嘴以连续方式挤压挤压材料且挤压头部在处理方向上移动以使得启动的喷嘴能够形成挤压材料的细长条带。如下文更详细地描述，挤压机中的阀门组合件实现多个喷嘴的同时操作以在打印操作期间在不同时间挤压挤压材料。多喷嘴挤压机并有两个或多于两个喷嘴，所述两个或多于两个喷嘴在三维物体打印过程期间同时或在不同时间挤压挤压材料。

如本文中所使用，术语“喷嘴”指代挤压机中的孔口，所述挤压机在三维打印操作期间挤压液体或半液体挤压材料以形成对应于挤压机与收纳表面之间的相对移动的路径的挤压材料的挤压图案。喷嘴孔口形成为与挤压机的外部面齐平。在操作期间，喷嘴沿着挤压机的处理路径挤压熔融材料的基本上连续线性布置。挤压机控制喷嘴挤压挤压材料的速率。挤压机包含用以启动和去启动挤压材料从个别喷嘴的喷射的阀门。喷嘴中的孔口的直径影响挤压材料的挤压线的宽度。不同挤压机实施例包含具有一系列孔口大小的喷嘴，其中较宽孔口产生挤压材料的较宽布置，而较窄孔口产生挤压材料的较窄布置。如下文较详细地描述，一些多喷嘴挤压机实施例包含板或其它平面部件，其包含喷嘴的线性一维或二维布置。

包含喷嘴的一维或二维阵列的多喷嘴挤压机受包含喷嘴的出口的挤压机的面与收纳部件之间的角度偏离影响。挤压机的面包含平面区，其为挤压机中的个别挤压喷嘴的喷嘴开口的二维布置提供外壳。在一个实施例中，收纳部件是另一平面表面，例如金属板或其它合适的部件，其收纳来自挤压机中的喷嘴的挤压材料的布置。在完全对准的配置中，挤压机相对于收纳部件的表面在预定定向上布置，但在操作期间挤压机有时经历与预定定向的角度偏离。在一些实施例中，预定定向将挤压机中的喷嘴的二维布置放置成与收纳部件的二维表面成平行定向。举例来说，如果收纳部件是基本上平坦的平面表面，那么恰当对准的配置中的挤压机的面中的喷嘴在与由收纳部件的表面限定的另一平面平行的平面中对准。如本文中所使用，不断地使用术语“平行”，在此项技术中使用的此术语的简单且普通的含义用以描述在三维空间内彼此分离了均匀的距离的两个平面表面。然而，在实际实施例中，如果与严格平行的定向的角度偏离是在用于在三维物体打印机中操作的预定容差范围内，那么挤压机的面和收纳部件也被考虑成具有平行对准。

如本文中所使用，术语“角度偏离”或只是“偏离”指代挤压机的面相对于收纳部件与平行定向的角度未对准。如本文中所使用，术语“角度偏离分量”或只是“分量”指代沿着单个轴线测量的总角度偏离的一部分。每一角度偏离分量在三维空间中识别针对挤压机的面的围绕一个轴线的与平行的总角度偏离的一部分。如下文进一步详细描述，三维物体打印机操作挤压机以形成挤压材料的测试图案从而识别角度偏离的个别分量。围绕单个轴线的角度偏离分量的测量适用于识别和校正挤压机围绕单个轴线的未对准，即使挤压机可沿着不同轴线经历角度偏离。此外，测量围绕不同轴线的角度偏离的两个或多于两个分量使得能够在三维空间中识别挤压机与收纳部件表面之间的与平行的角度偏离。

如本文中所使用，术语“压力腔室”指代形成于挤压机的面内的腔，所述腔保持液化挤压材料的供应且在三维物体打印操作期间将液化挤压材料供应到挤压机中的一个或多个喷嘴。压力腔室被进一步配置成维持液体挤压材料上的压力的预定水平以控制一个或多个喷嘴将挤压材料挤压到收纳表面上的速率。在一些实施例中，在压力腔室的进口处连接的用于挤压材料的外部进料系统在压力下供应液化挤压材料以在挤压机的操作期间在压力腔室内维持预定压力水平。如下文较详细地描述，因为一些挤压机包含使用阀门在个别基础上被启动和去启动的多个喷嘴，所以压力腔室供应液化挤压材料使得任何启动的喷嘴即使在启动的喷嘴的数目在打印操作期间改变的情况下也以基本恒定速率挤压挤压材料。

如本文中所使用，术语“挤压材料的布置”指代挤压机在三维物体打印操作期间在收纳表面上形成的挤压材料的任何图案。挤压材料的共同布置包含挤压材料的直线线性布置和挤压材料的弯曲布置。三维物体打印机使用挤压材料的不同布置的组合形成各种结构。另外，在一些配置中，三维物体打印机中的数字控制器操作挤压机和挤压机中的个别喷嘴以形成具有预定结构的包含挤压材料的具体布置的预定测试图案。三维物体打印机执行打印的测试图案的自动图像分析以识别挤压机相对于收纳部件的围绕至少一个轴线的角度偏离以减小或消除挤压机在三维物体打印机的操作期间形成的挤压材料条带的高度和宽度的变化。

如本文中所使用，术语“条带”指代一个或多个喷嘴在挤压材料的边界内挤压到收纳表面的区上的挤压材料的直线或弯曲布置，所述挤压材料形成围绕所述区的轮廓。如下文较详细地描述，挤压机使用一个或多个挤压喷嘴以形成挤压材料的条带从而在三维物体打印操作期间形成挤压材料的一层或多层。

如本文中所使用，术语“处理方向”指代挤压机与收纳表面之间的相对移动的方向，所述收纳表面收纳来自挤压机中的一个或多个喷嘴的挤压材料。收纳表面是固持三维打印物体的收纳部件或是增材制造过程期间的部分地形成的三维物体的表面。在本文中所描述的说明性实施例中，一个或多个致动器在打印区中移动挤压机，但替代的打印机实施例在挤压机保持静止时移动收纳部件以产生在处理方向上的相对运动。

如本文中所使用，术语“交叉处理方向”指代垂直于处理方向的轴线。处理方向和交叉处理方向指代挤压机与收纳挤压材料的表面之间的相对移动路径。在一些配置中，挤压机包含沿着交叉处理方向延伸的喷嘴的阵列，其中挤压机中的邻近喷嘴之间具有在交叉处理方向上的预定距离。

图1描绘被配置成操作挤压机以形成三维打印物体的三维物体打印机(“打印机”)100。打印机100包含收纳部件102、多喷嘴挤压机108、挤压机支撑臂112、控制器128、存储器132、x/y致动器150、z致动器158、挤压机角度调整致动器172和176、相机160和任选的位移传感器164。在打印机100中，x/y致动器150沿着x和y轴线将挤压机108移动到二维平面(“x-y平面”)中的不同部位以挤压在三维打印物体中形成一个层的挤压材料的图案。举例来说，在图1中，x/y致动器150沿着导轨113平移支撑臂112和挤压机108以沿着y轴移动，同时x/y致动器150沿着支撑臂112的长度平移挤压机108以沿着x轴移动挤压机。致动器150在位于收纳部件102的表面上方的打印区140内在不同处理方向上移动挤压机108以使得挤压机108能够在收纳部件102的表面上形成挤压材料的图案。

支撑臂112包含收纳部件和在打印操作期间移动挤压机108的一个或多个致动器。在打印机100中，一个或多个致动器150在打印操作期间沿着x及y轴移动支撑臂112和挤压机108。举例来说，致动器150中的一个沿着y轴移动支撑臂112和挤压机108，而另一致动器沿着支撑臂112的长度移动挤压机108以沿着x轴移动。在打印机100中，x/y致动器150沿着x及y轴同时沿着笔直或弯曲路径任选地移动挤压机108。控制器128控制挤压机108在线性路径中的移动，所述移动使得挤压机108中的喷嘴能够将挤压材料的图案挤压到收纳部件102上。为了形成挤压材料的预定测试图案，控制器128沿着垂直的x及y轴在光栅化处理方向运动中移动挤压机108。

在打印机100中，z致动器158沿着z轴控制挤压机108与收纳部件102之间的距离，以确保挤压机108中的喷嘴保持在适合高度以在打印过程期间将挤压材料挤压到物体上。在打印机100中，x/y致动器150和z致动器158体被实施为机电致动器，例如电动机、步进电动机或任何其它合适的机电装置。

收纳部件102是平面部件，例如玻璃板、聚合物板或泡沫表面，其在打印机100的操作期间收纳包含三维打印物体的测试图案或层的挤压材料的图案。挤压机108包含挤压机面308，其由环绕多个喷嘴的挤压机108的平面部分形成。举例来说，挤压机面308是挤压机的不锈钢或其它金属部分，其形成用以环绕喷嘴的孔口的结构。当被启动时，每一喷嘴将挤压材料挤压到收纳部件102的表面或部分形成的物体的表面上。挤压机108中的个别喷嘴各自与阀门连接，所述阀门可在个别基础上启动和去启动挤压材料通过挤压机108中的喷嘴的流动。在图1的实例中，挤压材料供应件110包含abs塑料或另一适合挤压材料长丝的卷轴，所述abs塑料或另一适合挤压材料长丝从所述卷轴展开以将挤压材料供应到挤压机108。在图1的说明性实施例中，单个挤压材料供应件110将挤压材料提供到挤压机108内的单个压力腔室，所述压力腔室将熔融的挤压材料供应到挤压机108中的喷嘴中的每一个。在替代性实施例中，挤压材料供应件110将挤压材料的多个长丝提供到多喷嘴挤压机中的不同喷嘴。

在打印机100中，相机160产生打印区140中的收纳部件102的表面的一个或多个数字相片，所述打印区包含形成于收纳部件102的表面上的挤压材料的测试图案。每一数字相片包含呈数字像素形式的扫描的图像数据的二维阵列，所述数字像素捕捉收纳部件102的表面上的测试图案中的不同条带的结构。相机160是光学传感器的一个实施例，其产生由收纳部件102的表面上的挤压材料形成的测试图案的数字扫描图像数据。然而，在替代性实施例中，打印区140中的线性光学传感器阵列或个别传感器或在收纳部件102上方扫描的单独平板扫描器产生扫描图像数据作为扫描图像数据的一系列一维扫描线。

在打印机100中，位移传感器164是例如激光测距仪、光学测距仪或测量沿着z轴的在位移传感器164的预定部位与收纳部件102的表面和形成于收纳部件102上的任何挤压材料的图案之间的距离的其它装置。在图1的实施例中，位移传感器164是单个“点”位移传感器，其产生对应于收纳部件102的小部分或形成于收纳部件102上的挤压材料的条带的高度测量数据。光学传感器164安装在支撑臂上以使得x/y致动器150能够以类似于挤压机108的运动的光栅化运动在收纳部件102的表面上方移动位移传感器164，以使得位移传感器164能够针对形成于收纳部件102的表面上的任何结构产生高度剖面数据。在另一实施例中，位移传感器164被配置成具有多个传感元件的线性传感器，所述传感元件测量沿着打印区140的线性部分的多个部位的高度。如下文较详细地描述，在一些实施例中，位移传感器164产生使得控制器128能够沿着z轴识别挤压材料的不同图案的高度的测量数据。

在打印机100中，相机160和位移传感器164是光学传感器的两个实施例，其产生形成于收纳部件102的表面上的挤压材料的条带的扫描图像数据。在一些实施例中，相机160和位移传感器164是光学传感器中的两个组件，其针对形成于收纳部件102的表面上的挤压材料的条带产生二维扫描图像数据和高度剖面数据。

挤压机108包含多个喷嘴，其流体连接到挤压机108的面内的内部压力腔室(未展示)。个别值，例如针阀，将喷嘴流体连接到压力腔室。在操作期间，阀门打开且关闭以个别地控制通过喷嘴中的每一个的材料的挤压。在打印机100中，挤压机108以预定图案将材料挤压到收纳部件102的表面上，而x/y致动器150在打印区140中在沿着x及y轴的不同处理方向上移动挤压机108。

图3较详细描绘图1的多喷嘴挤压机108。在图3的说明性实施例中，挤压机108包含呈预定几何布置的总共九个(9)喷嘴324a到324i，所述预定几何布置在图3的说明性实施例中是3×3交错二维阵列。挤压机108中的喷嘴324a到324i被布置成在挤压机108的面中具有均匀的分离图案。挤压机108包含多个阀门，其中每一阀门连接到喷嘴324a到324i中的一个和挤压机108中的压力腔室。在操作期间，阀门打开和关闭以使得所有喷嘴或喷嘴的任何子集能够将挤压材料挤压到收纳部件102的表面上。

挤压机108的面308含有喷嘴324a到324i。如上文所描述，在一些情况下，挤压机108经历相对于收纳部件的表面与预定定向的角度偏离，所述收纳部件例如打印机100中的收纳部件102。在角度偏离的情况下，如果面的边缘在挤压机508在处理方向p6上行进时处于如图5的实例中所描绘的后边缘状态，那么面308的至少一个边缘触摸已从喷嘴324a到324i中的一个或多个喷射的挤压材料。

在一些打印机配置中，挤压机108经历横跨多个运动轴线的角度偏离未对准。如图3中的视图350中所说明，挤压机108经历相对于沿着x及y轴的收纳表面102的影响挤压机308的面的对准的角度偏离，所述挤压机308包含挤压喷嘴。在一个实施例中，轴线x及y表示在打印机的操作期间的挤压机108与收纳表面102之间的相对移动的轴线。在打印机100的说明性实例中，挤压机108在沿着x轴的两个不同处理方向上移动。两个不同处理方向是“相对”方向，也就是说，挤压机108在沿着x轴的两个方向上移动，其中两个处理方向之间具有180°角。更一般地说，在相对处理方向上移动挤压机无需在沿着轴线的相对方向上精确地以180°角移动挤压机，而替代地仅仅在第二方向上移动挤压机，从而使得沿着给定运动轴线展现角度偏离的挤压机在于沿着轴线的两个相对方向中的一个方向上移动时能够使挤压材料的条带变形。类似地，挤压机108也在沿着y轴的两个相对的处理方向上移动。挤压机108沿着x轴的角度偏离可不同于挤压机108沿着y轴的角度偏离。

如上文所描述，挤压机108中的面308与收纳部件102的表面之间的与平行定向的角度偏离可具有沿着两个或多于两个轴线的多个角度偏离分量。图3描绘作为两个角度偏离分量的实例的挤压机108的移动的x及y轴。视图360描绘沿着x轴沿着收纳部件102的边缘332检视的挤压机108的简化视图。当挤压机108沿着x轴移动时，对应于垂直的y轴的角度偏离分量θy产生视图360中看到的角度倾斜。类似地，在视图370中描绘沿着y轴沿着收纳部件102的边缘334检视的挤压机108的简化视图。当挤压机108沿着y轴移动时，对应于垂直的x轴的角度偏离分量θx产生视图370中看到的角度倾斜。在使用本文中所描述的方法识别两个角度偏离分量θy和θx之后，控制器128在三维空间中任选地识别挤压机308相对于收纳部件102的表面与平行定向的全角度偏离，但在一些实施例中控制器128仅识别角度偏离的个别分量。虽然图3描绘提供识别挤压机108的全角度偏离所必要的最小信息的两个角度偏离分量，但在其它实施例中，挤压机的角度偏离使用对应于多个轴线的三个或多于三个分量来识别。

在图3中，挤压机108在打印区140中沿着两个不同处理方向轴线x及y移动，但在其它实施例中，挤压机108在增材制造过程期间在打印机100中仅沿着一个轴线或多于两个轴线移动。挤压机108中的喷嘴对准以使得所有挤压能够形成挤压材料的平行的邻近条带，其中邻近的条带之间具有极小间隙或无间隙。图3描绘在第一处理方向p1上移动的挤压机108在打印区140中对应以形成挤压条带的图案。虽然图3描绘多喷嘴挤压机108中的喷嘴的一个几何布置，但替代的多喷嘴挤压机配置包含不同数量的两个或多于两个喷嘴和喷嘴的几何布置。

图5描绘当挤压机在沿着单个轴线的两个相对处理方向p5及p6上移动时用于挤压机108的角度偏离的效应。在图5中，挤压机108的面展现角度偏离，其中当挤压机108在处理方向p5上移动时，挤压机的面向前倾斜。沿着处理方向p5，挤压材料504的形状、挤压机中的不同位置处的挤压喷嘴的高度影响挤压材料的条带的高度和宽度。具体地说，沿着z轴与收纳表面相距较大距离定位的喷嘴产生具有较大高度和较窄宽度的条带，而与收纳表面相距较近距离定位的喷嘴喷射挤压材料的具有较宽宽度和较低高度的条带。

如图5中所描绘，当挤压机508在相对处理方向p6上移动时，挤压机的前边缘经历向后的角度偏离且挤压机的面的后边缘控制挤压材料512的高度和宽度。挤压材料形状的差异在三维物体的多个层上加剧且可能降低三维物体打印机使用不恰当对准的挤压机108形成的三维打印物体的质量。当挤压机108经历围绕垂直于处理方向p5和p6的轴线的角度偏离分量时，挤压材料的形状随着喷嘴在挤压机的面内的方向和放置而变化。当挤压机在不同处理方向上移动时，与图5中所描绘的挤压机面的平行定向的角度偏离影响挤压材料的条带的高度和宽度。举例来说，如图5中所描绘，当挤压机108在处理方向p5上以“向前”角度偏离移动且挤压机108的面的前边缘在喷嘴的前方向下倾斜时，挤压图案504不与挤压机的面的后边缘接合。然而，当具有相同角度偏离的同一挤压机108在与处理方向p5成180°角的相对处理方向p6上移动时，挤压机108具有“向后”角度偏离，其中面的后边缘与挤压材料的条带接合且确定挤压材料的形状。

再次参考图1，角度调整致动器172和176是电机致动器，例如步进电动机或其它合适的装置，其调整挤压机108相对于收纳部件102的表面的对准。如上文所描述，每一角度偏离分量对应于垂直于用于挤压机的移动的给定处理方向轴线的轴线。控制器128操作角度调整致动器172和176以减小或消除在挤压机108的面中的喷嘴与打印区140中的收纳部件102的表面之间的与预定定向的角度偏离。在图1的说明性实施例中，当挤压机沿着x轴移动时，角度调整致动器172调整挤压机108围绕y轴的旋转，所述旋转对应于挤压机108的角度偏离。类似地，当挤压机沿着y轴移动时，角度调整致动器176调整挤压机108围绕x轴的旋转，所述旋转对应于挤压机108的角度偏离。替代实施例使用致动器的不同配置以减小或消除用于挤压机的角度偏离的一个或多个分量。

在打印机100中，控制器128是数字逻辑装置，例如微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)或被配置成操作打印机100的任何其它数字逻辑。在打印机100中，控制器128操作性地连接到一个或多个致动器，所述一个或多个致动器控制收纳部件102和支撑臂112的移动。控制器128操作性地连接到挤压机108以控制挤压机108中的多个喷嘴的操作且操作性地连接到角度调整致动器172和176以调整挤压机108相对于收纳部件102的表面的旋转角度。控制器128操作性地连接到相机160以控制相机160的操作以产生挤压机108在收纳部件102的表面上形成的预定测试图案中的挤压材料的布置的扫描图像数据。控制器128操作性地连接到位移传感器164以使得控制器128能够监测收纳部件102的表面上的挤压材料的图案的高度。

控制器128还操作性地连接到存储器132。在打印机100的实施例中，存储器132包含易失性数据存储装置，例如随机存取存储器(ram)装置，和非易失性数据存储装置，例如固态数据存储装置、磁盘、光盘或任何其它合适的数据存储装置。存储器132存储经过编程的指令数据134和测试图案图像数据136。控制器128执行所存储的程序指令134以操作打印机100中的组件从而使用多喷嘴挤压机108中的喷嘴形成预定测试图案。控制器128还执行所存储的程序指令134以识别沿着挤压机108在打印区140中的一个或多个运动轴线的在挤压机108与收纳部件102的表面之间的角度偏离，且任选地操作操作性地连接到挤压机108的致动器以减小或消除角度偏离。测试图案图像数据136包含例如用于挤压机108中的喷嘴在收纳部件102的表面上形成的条带的图案的预定集合，以使得控制器128能够基于条带的扫描图像数据识别沿着至少一个运动轴线的挤压机108的角度偏离。控制器128操作致动器以移动挤压机108，且启动和去启动挤压机108中的不同喷嘴以在预定测试图案的不同部分中形成挤压材料的布置。

图2描绘用于操作三维物体打印机以识别在多喷嘴挤压机与三维物体打印机的打印区中的收纳部件之间的与预定定向的角度偏离的过程200。出于说明性目的，结合图1的三维物体打印机100描述过程200。

当打印机100在一个或多个预定处理方向上移动挤压机且操作多喷嘴挤压机中的喷嘴以在收纳部件的表面上形成测试图案(框204)时，过程200开始。在打印机100中，控制器128操作x/y致动器以在至少一个处理方向上移动挤压机108，同时启动和去启动挤压机108中的个别喷嘴以在收纳部件102的表面上由挤压材料形成测试图案。控制器128使用测试图案图像数据136以控制挤压机108的移动和挤压机108中的个别喷嘴的操作，从而由挤压材料形成预定测试图案。

图4较详细描绘测试图案400的说明性实施例。测试图案400包含挤压材料的条带，所述条带由挤压机108中的每一喷嘴在四个不同部分404、408、412和416中形成。测试图案400的每一部分包含条带的重复图案，所述条带使用挤压机108中的喷嘴的交替集合形成，使得每一条带的一部分与邻近条带在收纳部件102的表面上分离出间隙。条带之间的分离使得能够在测试图案400的扫描图像数据中识别由挤压机108中的不同喷嘴产生的个别条带。举例来说，在测试图案404的部分中，部位424a到424i处的条带分别由挤压机108中的喷嘴324a到324i形成，且具有由第一组喷嘴324a、324c、324e、324g和324i或由第二组喷嘴324b、324d、324f和324h形成的条带的交替集合。在操作期间，控制器128操作挤压机108以在挤压机108在处理方向p1到p4中的每一方向上移动时启动和去启动挤压机128中的喷嘴的第一和第二集合，从而在测试图案400中形成条带的交替集合。

在测试图案400中，处理方向p1和p3是沿着y轴的相对处理方向，且处理方向p2和p4是沿着x轴的相对处理方向。在图4的实施例中，x及y轴彼此正交(即以90°角布置)。在其它实施例中，打印机100产生包含在其它处理方向轴线上布置的条带的测试图案以识别沿着多个轴线的挤压机角度偏离，所述条带在处理方向轴线之间分离了不同角度，例如45°、30°、15°等角度。

为了形成测试图案400，挤压机108在沿着两个不同垂直的轴线(x及y)的四个不同处理方向上移动，以在测试图案的每一部分中形成条带。挤压机108在沿着y轴的相对方向上在处理方向p1和p3上移动，同时喷嘴的第一和第二集合被启动和去启动以分别形成部分404和412。挤压机108在沿着x轴的相对方向上在处理方向p2和p4上移动，同时喷嘴的第一和第二集合被启动和去启动以分别形成部分408和416。在测试图案400中，挤压机在测试图案400的每一部分中形成用于挤压机108中的每一喷嘴的挤压材料的两个条带，以使得能够分析用于挤压机中的每一喷嘴的多个条带。然而，在替代性实施例中，每一喷嘴以测试图案喷射挤压材料的一个条带或以不同测试图案配置喷射挤压材料的多个条带。

在挤压机108的操作期间，挤压机108中的启动的喷嘴各自以大约相等的体积速率喷射挤压材料。当挤压机108与收纳部件102的表面平行地恰当对准时，每一条带中的挤压材料的高度和宽度大体是均一的，而沿着一个或多个轴线的挤压机角度偏离的存在产生每一条带中的挤压材料的宽度的变化而不考虑挤压机相对于底层收纳表面的移动的方向。然而，如果挤压机经历相对于收纳表面与预定平行定向的偏离，那么挤压机的面与挤压材料的条带接合，以使挤压材料条带的宽度和高度中的一个或两个变形。如本文中所使用，应用于挤压材料的条带的术语“宽度”指代条带中的挤压材料在垂直于挤压机的处理方向的方向上的尺寸，所述挤压机形成横跨收纳部件的表面的条带。举例来说，在图4中，条带424a具有在垂直于处理方向p1上的尺寸宽度w。如本文中所使用，应用于挤压材料的条带的术语“高度”指代沿着垂直轴线从收纳部件的表面延伸的条带中的挤压材料的尺寸。举例来说，在图1中，挤压材料的条带的高度指代沿着z轴从收纳部件102的表面向上延伸的挤压材料条带的尺寸。

图4描绘当挤压机108经历围绕x和y轴的两个不同角度偏离分量时形成的打印测试图案400。在图4的说明性实例中，挤压机108在挤压机108沿着y轴处理方向p1移动时“向前”倾斜，且相同角度偏离在挤压机108沿着相对处理方向p3移动时产生“向后”倾斜。图4中所描绘的角度偏离的分量是围绕垂直于挤压机108的移动的y轴的x轴。沿着处理方向p3的向后角度偏离将挤压机108中的面308的一部分放置成与挤压条带接触，从而使测试图案部分412中的条带中的挤压材料的形状变形。因此，挤压机中的角度偏离基于测试图案部分404与412之间的挤压机的处理方向以不同方式影响测试图案中的挤压材料的条带的宽度和高度。在过程200期间，打印机100识别条带之间的宽度和高度的差异以识别和校正挤压机108中的角度偏离，所述条带在挤压机108在沿着一个或多个轴线的相对方向上移动时形成。

更具体地说，当挤压机108沿着y轴的相对方向移动时，测试图案400的部分404中的条带具有不同于测试图案400的部分412中的对应条带的宽度和高度。挤压机108的角度偏离将面308的一部分放置成与测试图案400的部分412中的沿着处理方向p3的挤压材料接触，从而使条带的形状变形。部分412中的条带相对于部分404中的条带具有较宽宽度和减小的高度。在图4中，视图444分别描绘来自部分404和412的对应条带436和440。挤压机108中的单个喷嘴形成两个条带，但如视图444中所描绘，归因于挤压机面308沿着处理方向p3产生的变形，条带436的宽度wp1比条带440的宽度wp3窄。虽然在图4中未明确地说明，但归因于由挤压机角度偏离产生的变形，条带436的高度还是大于条带440的高度。

在图4中，挤压机108还经历围绕y轴的角度偏离，所述角度偏离影响沿着x轴延伸的条带的宽度和高度。当挤压机108沿着x轴的相对方向移动时，测试图案400的部分408中的条带具有不同于测试图案400的部分416中的对应条带的宽度和高度。挤压机108的角度偏离将面308的一部分放置成与沿着处理方向p2的挤压材料接触，从而使条带的形状变形。部分408中的条带相对于部分416中的条带具有较宽宽度和减小的高度。在图4中，视图454分别描绘来自部分408和416的对应条带448和452。挤压机108中的单个喷嘴形成两个条带，但是如视图454中所描绘，条带448的宽度wp2比条带452的宽度wp4宽，这是由于挤压机面308的后边缘与沿着处理方向p2的挤压材料的条带接触。虽然在图4中未明确地说明，但归因于由挤压机角度偏离产生的变形，条带452的高度还是大于条带448的高度。

再次参考图2，当打印机100使用光学传感器产生测试图案的扫描图像数据时(框212)，过程200继续。在图1的说明性实施例中，相机160产生收纳部件102的表面的区的一个或多个数字图像，所述区包含由挤压材料形成的测试图案，例如图4的测试图案400或另一适合测试图案。在另一实施例中，深度传感器164产生对应于在打印区140中的多个部位处产生的高度剖面的扫描图像数据。举例来说，在一个实施例中，控制器128操作x/y致动器150以在光栅化路径中在收纳部件102上方移动深度传感器164，从而产生在收纳部件102的表面上形成测试图案的条带的二维高度剖面。

当控制器128识别用于挤压机中的两个或多于两个喷嘴的测试图案中的挤压材料的宽度、高度或宽度和高度两者(框216)时，过程200继续。在打印机100中，控制器128使用所属领域中已知的图像处理技术识别不同条带的宽度，所述图像处理技术包含例如边缘找寻算法、自动图像旋转、阈值处理、剖面拟合等等。另外，在一些实施例中，相机160产生收纳部件102的表面上的测试图案中的条带的全色图像数据，且控制器128基于挤压材料与收纳部件102的表面之间的色彩对比度识别不同条带的宽度，以识别测试图案中的不同条带的边缘和宽度。控制器128还基于预定测试图案的总体结构识别产生每一条带的个别喷嘴。

举例来说，在测试图案400中，控制器128识别条带424a的第一宽度、条带424c的第二宽度、条带424e的第三宽度等等，且控制器128在过程200的一些实施例中识别用于挤压机中的每一喷嘴的至少一个条带的宽度。条带之间的间隙使得控制器128能够识别扫描图像数据中的个别条带的边缘和宽度，而不无意组合两个条带。如上文所描述，在测试图案400中，打印机100在于不同处理方向(p1到p4)上移动挤压机108时使用每一喷嘴形成多个条带。在一些实施例中，控制器128使用用于个别喷嘴在测试图案的每一部分中产生的所有条带的平均值识别用于喷嘴的平均条带宽度，以减小个别条带中的挤压材料的宽度的随机变化的效应。

在另一实施例中，代替识别条带的宽度或除了测量条带的宽度之外，三维物体打印机100识别测试图案中的条带的高度。控制器128操作x/y致动器150以在垂直于每一条带的方向上使位移传感器164越过测试图案中的材料的打印条带。位移传感器164针对每一条带的高度剖面产生多个高度测量，所述高度测量包含条带的侧边缘和位于条带的中心处或附近的峰部。条带的侧边缘指代沿着条带的长度延伸的边缘，且每一条带的在垂直于条带的长度的方向上的两个侧边缘之间的距离对应于条带的宽度。在条带的边缘处，条带具有匹配底层收纳部件102的高度或极类似于所述高度的高度。所述高度朝向条带的中心增加，从而使得控制器128能够识别条带的两个侧边缘的部位且产生条带的宽度的对应的测量。控制器128使用高度剖面测量数据的至少一个集合，且在一些实施例中使用高度剖面测量数据的多个集合的平均值，以识别每一条带的侧边缘的部位。控制器128基于使每一条带的侧边缘的部位分离的距离识别每一条带的宽度，其中沿着垂直于条带的长度的轴线识别所述距离。在一些实施例中，控制器128使用用于个别喷嘴在测试图案中产生的所有条带的平均值识别用于喷嘴的平均条带高度，以减小个别条带中的挤压材料的高度的随机变化的效应。

在过程200的另一实施例中，控制器128使用位移传感器164来测量测试图案中的每一条带的高度，例如识别条带424a的第一高度、条带424c的第二高度、条带424e的第三高度等等。在一些实施例中，控制器128从位移传感器164接收每一条带上的不同部位处的多个位移值。控制器128将与位移传感器具有局部最小距离的至少一个部位识别为挤压材料的每一条带的高度，所述部位对应于条带上的具有局部最大高度的部位。在一些实施例中，控制器128将每一条带的高度识别为来自在条带上的不同部位处产生的两个或多于两个高度测量的平均值，以在测量每一条带的高度时减小挤压材料的结构的随机变化的效应。

在另一实施例中，控制器128基于测试图案的扫描图像数据中的条带的光电平识别测试图案中的不同条带的相对高度。在打印机100的实施例中，收纳部件102的表面由色彩与挤压材料具有高水平的光学对比度的部件形成。在打印机100中，如果挤压机108形成归因于挤压机中的角度偏离而未被挤压机面308变形的挤压材料的条带，那么条带中的挤压材料具有基于挤压机108中的每一喷嘴的体积输出的预定形状，包含高度。未变形的条带中的挤压材料比归因于与挤压机108中的面308接触而变形的其它条带具有更高光学不透明度，所述接触在挤压机108经历角度偏离且使挤压材料变形时发生。在变形的条带中，挤压材料具有减小的高度。因此，变形的条带中的挤压材料相对于来自同一喷嘴的相同挤压材料的未变形条带具有较低光学不透明度和相应较高的反射率水平。

在打印机100中，相机160产生测试图案400中的条带以及收纳部件102的底层表面的扫描图像数据。扫描图像数据中的每一像素包含对应于从打印区140中的特定部位接收的反射光水平的反射率值，所述打印区包含收纳部件102的表面和测试图案400的条带中的材料。控制器128基于至少一个像素的反射率水平且在一些实施例中基于来自相机160的图像数据的多个像素的平均反射率水平任选地识别测试图案400中的材料的不同条带的高度，所述图像数据对应于每一条带和与程序指令数据134一起存储在存储器132中的预定反射率数据曲线。存储器132存储反射率曲线数据，其对应于用于打印机100中的不同类型的挤压材料的光学属性。举例来说，黑色挤压材料比白色挤压材料具有低得多的反射率水平。用于具有不同高度的不同类型的挤压材料的个别曲线凭经验加以确定且存储于打印机100的存储器132中。在一些实施例中，单个材料用于对准挤压机，且用于所述一种材料的曲线被校准且存储以用于确定不同高度。

图6描绘具有曲线604的图600，所述曲线描绘将多个反射率水平映射到打印机100使用相机160产生的扫描图像数据中的挤压材料的条带的多个高度。在图600中，反射率水平是在预定数值范围中，例如用于8位反射率值的0到255，但其它实施例使用用于反射率值的不同数值范围。图6中的反射率水平基于测试图案中的每一条带的扫描图像数据的多个像素的个别反射率水平描绘用于所述条带的平均反射率水平。低反射率值指示入射到条带的光的较小部分由相机160反射且接收，而高反射率值指示入射到条带的光的较大部分由相机160反射且接收。在图6中，曲线604描绘不同条带的高度与条带的反射率水平之间的反比关系，其中具有较大高度的条带具有较低反射率水平，而具有较低高度的条带具有较大反射率值。在一些实施例中，存储器132存储曲线604或例如查找表的等效数据结构以使得控制器128能够基于用于条带的扫描图像数据像素的反射率水平和存储于存储器132中的反射率水平到条带高度的预定映射识别测试图案中的材料的不同条带的高度。因此，控制器128使用用于每一条带的扫描图像数据的像素中的反射光水平和曲线604以产生测试图案400中的不同条带的高度的间接测量。

在一些实施例中，控制器128使用上文所描述的技术识别挤压材料的条带的宽度和高度。在过程200期间，挤压机108使用每一条带中的挤压材料的基本上相等体积以测试图案喷射挤压材料的条带。如上文所描述，挤压材料的高度和宽度的变化因此与挤压机108中的每一喷嘴与收纳部件102的表面之间的距离相关。

当控制器128基于挤压机在至少两个不同遍次期间形成的挤压条带的宽度、高度或宽度和高度的相对差异识别挤压机相对于收纳表面与平行定向的一个或多个角度偏离分量(框220)时，过程200继续，所述至少两个不同遍次在打印区140内的相对处理方向上发生。控制器128识别挤压机的围绕垂直于挤压机的移动的轴线的轴线的角度偏离分量以产生测试图案中的条带的每一集合。在使用图4的测试图案作为一实例的情况下，控制器128基于条带404和412的宽度和/或高度识别围绕x轴的第一角度偏离分量，所述条带沿着垂直的y轴延伸。控制器基于条带408和416的宽度和/或高度识别围绕y轴的第二角度偏离分量，所述条带沿着垂直的x轴延伸。如下文所描述，如果挤压机展现在挤压机的操作范围外的角度偏离，那么角度偏离分量的识别包含识别用于挤压机的围绕给定轴线的角度偏离的方向。

在使用图4中的沿着x轴布置的测试图案部分408和416作为实例的情况下，控制器128识别用于针对两个部分404和416中的每一个由挤压机108中的所有喷嘴形成的挤压条带的平均宽度、高度或宽度和高度的组合。在另一实施例中，控制器128识别用于至少一个喷嘴的平均宽度和高度值，而非使用挤压机中的所有喷嘴。在过程200期间，控制器128基于两个预定处理方向和在所述方向中的每一个方向上的条带的宽度、高度或高度和宽度的识别来识别围绕垂直于处理方向的轴线的角度偏离分量(例如，用于沿着x轴形成的测试图案条带408和416的围绕y轴的角度偏离)的方向。

在使用图4作为实例的情况下，控制器128识别出，挤压机108的围绕y轴的角度偏离分量沿着z轴将挤压机的面放置在x轴的左侧的减小的高度处，且将其放置在x轴的右侧的对应的增加的高度处。控制器识别角度偏离分量的此方向，因为挤压机面的后边缘与挤压材料接合以在测试图案408的部分中产生条带，所述条带相较于测试图案416的部分中的对应的条带具有较宽宽度和较低高度。当挤压机108在相对处理方向p4上移动时，挤压机108的后边缘在z轴上位于较高高度处，且挤压机108的面不影响第二部分416中的条带的宽度和高度。因此，控制器128基于挤压机108的面的两侧的所识别的相对高度沿着用于在测试图案部分408和416中形成条带的挤压机的垂直的运动轴线识别围绕单个轴线的角度偏离的方向。控制器128执行类似过程以基于测试图案部分404和412中的条带的相对宽度和高度识别围绕x轴的角度偏离分量。

图4描绘如下情境：其中挤压机108展现围绕x及y轴的角度偏离分量，从而不利地影响打印机100的操作。然而，如果挤压机108具有沿着任一轴线的恰当角度偏离对准，那么测试图案的沿着给定轴线形成的两个部分之间的条带宽度和高度展现最小偏离且控制器128识别出挤压机108沿着轴线恰当地对准。

再次参考图2，如果控制器128识别出挤压机108的角度偏离分量是在相对于收纳部件102的表面的预定定向的预定操作范围内(框224)，那么打印机100继续使用恰当对准的多喷嘴挤压机108形成三维物体(框228)。当挤压机108是在操作范围内时，挤压机108中的喷嘴沿着在给定轴线的相对处理方向中的任一个方向上形成在预定预期变化范围内的具有基本上相等宽度和高度的挤压材料的条带。

然而，如果挤压机108的角度偏离是在预定操作范围外(框224)，那么控制器128任选地使用角度调整致动器172以调整挤压机108的旋转角度从而减小或消除围绕x轴识别的第一角度偏离，且使用致动器176以减小或消除围绕y轴识别的用于挤压机108的第二角度偏离(框232)。过程200任选地重复返回到上文参考框204所描述的处理以使用重新对准挤压机108形成额外测试图案。过程200反复，直到挤压机108的角度偏离是在用于挤压机108的面与收纳部件102的表面之间的平行定向的预定操作范围内为止。

在不包含角度调整致动器172和176的三维物体打印机的实施例中，控制器128使用例如视觉显示装置或网络装置产生输出以指示用于挤压机108的所识别偏离角。在此实施例中，过程200提供自动输出以指示用于挤压机108的所需手动调节。虽然上文所描述的过程200的实施例识别且校正沿着例如打印区140中的x及y轴的两个基本上正交的轴线的挤压机角度偏离，但在其它实施例中，打印机100仅沿着一个轴线或多于两个轴线产生测试图案以识别且减少围绕至少一个轴线的挤压机角度偏离。另外，在挤压机的后续操作期间，打印机在除了用过的处理方向之外的处理方向上任选地移动挤压机以识别且校正挤压机的角度偏离。举例来说，在一个配置中，打印机100在除了x或y轴之外的线性处理方向上或在弯曲的处理方向上移动挤压机108以形成挤压材料的选定图案，即使挤压机108在过程200期间不以弯曲路径行进。

应了解，可将上文所公开和其它特征和功能的变型或其替代方案合乎需要地组合成许多其它不同系统、应用或方法。各种目前未预见到或未预期的替代方案、修改、变化或改进可随后由所属领域的技术人员来进行，并且也意图由随附权利要求书涵盖。