用于使用光透射衬底检测喷射透明材料的打印头中的不工作喷墨口的系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本文中公开的装置涉及产生三维物体的打印机，并且更特别地涉及这样的打印机中的不工作喷墨口的精确检测。
【背景技术】
[0002]在衬底、例如纸上打印文件是公知的。现在更新的打印形式包括也称为数字增材制造的数字三维制造。该类型的打印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。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。
[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材料滴的打印头中的喷墨口的一致功能性。在物体的打印期间，一个或多个喷墨口会由于以一定角度而不是垂直于打印头喷射、喷射的滴小于喷墨口应当喷射的或由于根本未能喷射任何滴而退化。遭受这些操作缺陷中的任何一个的喷墨口被称为不工作喷墨口。类似弊端在用打印头进行文件打印中是已知的。如果一个或多个喷墨口的操作状态在三维物体打印期间退化，则在打印操作完成之前不能评估被打印物体的质量。因此，需要数小时或多天的打印作业会产生由于打印头中的不工作喷墨口而不符合规范的物体。一旦检测到这样的物体，被打印物体被废弃，恢复程序被应用于打印头以恢复喷墨口功能性，并且重复打印作业。甚至在以高速在移动幅条上进行文件打印中，可能在幅条的长的长度上产生不可接受的图像并且幅条的该部分可能必须被废弃。
[0004]尽管在文件打印系统中已开发系统来检测不工作喷墨口，但是物体打印系统中的不工作喷墨口的检测更成问题。在物体打印和文件打印系统中特别成问题的是透明材料和墨的使用。这些材料和墨难以由成像系统检测，原因是它们喷射在其上的衬底上的透明墨/材料之间的对比度低。因此，衬底上的图案的图像数据中的噪声使测试图案的分析困难。在用透明墨或透明材料打印时能够检测不工作喷墨口的装置将能够在物体打印期间应用恢复程序，因此可以产生正确形成的物体或文件。以该方式，打印机的产品生产率提高并且它的打印更高效。
【发明内容】
[0005]一种检测不工作喷墨口的打印机包括:衬底，该衬底具有表面以及沿该衬底的外周的边缘；打印头，该打印头配置成将材料喷射到衬底的表面上；光源，该光源定位成将光引导至衬底的边缘中；光学传感器，该光学传感器定位成接收衬底的表面所发射的光，该光学传感器配置成产生与衬底的表面相对应的图像数据；以及控制器，该控制器操作地连接到打印头、光源和光学传感器，该控制器配置成操作打印头以参照预定图案将材料喷射到衬底的表面上、以选择性地激活光源、以在光源将光引导至衬底的边缘中时接收光学传感器所产生的图像数据、并且参照接收到的图像数据和预定图案来检测打印头中的不工作喷墨口。
【附图说明】
[0006]在结合附图进行的以下描述中解释在三维打印期间检测不工作喷墨口的装置或打印机的前述方面和其它特征。
[0007]图1是三维物体打印机的透视图。
[0008]图2是具有外壳的三维物体打印机的前视图，描绘用于模块的外壳内的空间，所述模块能够在打印操作期间检测打印头中的不工作喷墨口。
[0009]图3是配合在图2中所示的空间中的用于检测不工作喷墨口的模块的透视图。
[0010]图4是用于操作图3的模块的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]为了本文中公开的装置的环境以及装置的细节的大体理解，参照附图。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。
[0012]图1显示产生三维物体零件10的打印机100中的部件的配置。当在本文中使用时，术语“三维打印机”指的是参照物体的图像数据喷射材料以形成三维物体的任何装置。打印机100包括支撑材料容器14，构建材料容器18，一对喷墨打印头22、26，构建衬底30，平面支撑构件34，柱状支撑构件38，致动器42，以及控制器46。管道50将打印头22连接到支撑材料容器14并且管道54将打印头26连接到构建材料容器18。两个喷墨打印头由控制器46参照操作地连接到控制器的存储器中的三维图像数据操作以喷射供应到每个相应的打印头的支撑和构建材料。当构造该零件时，构建材料形成正产生的零件10的结构，而当材料固化时由支撑材料形成的支撑结构58能够使构建材料保持它的形状。在完成该零件之后，通过冲洗、吹气或熔化去除支撑结构58。
[0013]控制器46也操作地连接到至少一个和可能多个致动器以控制平面支撑构件34、柱状支撑构件38和打印头22、26相对于彼此的运动。也就是说，一个或多个致动器可以操作地连接到支撑打印头的结构以参照平面支撑构件的表面在过程方向和交叉过程方向上移动打印头。替代地，一个或多个致动器可以操作地连接到平面支撑构件34或柱状支撑构件38以在过程和交叉过程方向上移动在其上产生所述零件的表面。当在本文中使用时，术语“过程方向”指的是沿着平面支撑构件34的表面中的一个轴线的运动并且“交叉过程方向”指的是沿着与该表面中的过程方向轴线正交的平面支撑构件表面中的轴线的运动。这些方向在图1中用字母“P”和“C-P”表示。打印头22、26和柱状支撑构件38配置成通过致动器在正交于平面支撑构件34的方向上移动。该方向在本文中被称为竖直方向并且在图1中用字母“V”表示。在竖直方向上的运动可以由操作地连接到柱状支撑构件38的一个或多个致动器、由操作地连接到打印头22、26的一个或多个致动器或由操作地连接到柱状支撑构件38和打印头22、26两者的一个或多个致动器实现。这些各种配置中的这些致动器操作地连接到控制器46，所述控制器操作致动器以在竖直方向上移动柱状支撑构件38、打印头22、26或两者。
[0014]在图2中显示具有外壳的三维物体打印机。该打印机60具有外壳64。在外壳64内是形状上大体上为立方体的六个隔室。外壳64在图2中显示为没有闭合以隐藏隔室的门。隔室72包括在可移动平台82上的平面支撑件78。可移动平台82配置成具有一个或多个致动器和引导构件(未显示)以使可移动平台82能够在竖直方向上上下移动。平面支撑件78是三维物体形成于其上的表面。在一些实施例中，打印头86具有的长度大约等于在从隔室72的后壁到在隔室的前面处的开口的方向上的平面支撑件78的长度。在这些实施例中，打印头86在支撑构件92上安装在外壳64的侧壁96和100之间的空间中以便仅仅线性往复运动。在其它实施例中，打印头86具有的长度小于在从隔室72的后壁到在隔室的前面处的开口的方向上的平面支撑件78的长度。在这些实施例中，打印头86在支撑构件92上安装在外壳64的侧壁96和100之间的空间中以便在隔室72之上的平面中的两个正交方向上往复运动。在这些各种实施例中，一个或多个致动器104操作地连接到打印头86。控制器108操作致动器104以在支撑构件92上线性地来回移动打印头86或在平面内的两个正交方向上移动打印头。通过选择性地操作打印头86中的喷墨口并且竖直地移动支撑平台82和水平地移动构件92上的打印头86，三维物体可以形成于平面支撑件78上。
[0015]在图2中以虚线描画的区域112识别模块的放置，所述模块使用光透射衬底来检测打印机60中的不工作喷墨口。如上所述，如果在物体的打印期间喷墨口由于完全或部分地未能喷射材料或由于在偏斜方向上错误地喷射材料而出故障，则正在生产的物体变形。目前，在物体的生产完成之前不能检测到该变形。通过使用区域112以便光学地感测喷射到光透射衬底上的材料，打印机60可以配置成在物体生产期间检测不工作喷墨口，如下面更全面地所述。模块300内的一些部件可以在水平方向H、深度方向D和竖直方向V上移动，如图中所示。
[0016]在图3的方块图中显示在物体打印期间检测喷射透明材料的不工作喷墨口的模块的一个实施例。模块300配置成配合在打印机60的区域112内。模块300包括光学传感器304、光透射衬底308、衬底传输件312、光源314、一个或多个致动器316、清洁构件320、控制器324、和废料容器328。光学传感器304配置成用于通过致动器316在方向W和L上双向移动。该配置使得光学传感器304能够在传输件312的环形带330的表面之上运动。传输件312包括环形带330，该环形带围绕棍332夹带(entrained)。致动器316驱动棍332以使带双向移动，从而将衬底308移动至其能够被打印的位置处并且然后移动至其能够被清洁的位置处。控制器324操作地连接到致动器316以使光学传感器304运动、以驱动辊332从而使光透射衬底308与带312 —起移动、并且以通过清洁构件320扫掠光透射衬底308。在一些实施例中，假如传感器至少与衬底308 —样宽，则光学传感器304仅需配置成在方向L上双向移动。
[0017]光透射衬底308是由这样的材料制造的平面构件:所述材料支撑从打印头86喷射的构建材料和支撑材料并且提供沿衬底的边缘进入衬底的光的全内反射。这些材料使沿着衬底的边缘进入的光能够保持在平面衬底内，除非衬底的表面上的一些材料改变材料和平面表面之间的界面处的全内反射性质。对于喷射具有在大约1.3到大约1.5的范围内的折射率的材料或墨的打印机，光透射衬底典型地具有在大约1.4到大约1.8的范围内的折射率。例如，平面衬底可以基本上由聚碳酸酯、丙烯酸酯或玻璃组成。当打印衬底时，喷射到衬底的平面表面上的材料和衬底之间的相似折射率使沿着衬底向下传播的光能够进入材料，尽管相对于衬底和材料之间的界面的入射角小。在材料的内部的光具有相对于衬底上的材料的内部表面的大入射角，该角使光能够出射到环境空气中。光的其