执行用于三维（3d）打印零件和部件的紫外（uv）光可固化墨的多层可寻址固化的系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于执行在三维(3D)打印零件、物体和部件(特别是在3D打印机和诸如3D喷墨打印系统的增材制造系统中形成的那些零件、物体和部件)的形成和/或制造中使用的沉积材料的层(包括紫外(UV)光或光可固化墨层)的可调节固化的系统和方法。形成沉积材料的多层(或逐层)历史，通过所述多层历史调节可寻址固化单元的强度以将完全固化提供给特定层而不引起可能通过过度固化特定层导致的损害效应。施加的固化能量将基于待穿透的多个层中的单独的层的构造和/或颜色不同地穿透多个层。单独层状部件的离散可寻址固化将正确固化提供给单独的层。
【专利说明】
执行用于三维(3D)打印零件和部件的紫外(UV)光可固化墨的多层可寻址固化的系统和方法
技术领域
[0001]本公开涉及用于在三维(3D)打印零件和部件(特别是在3D喷墨打印系统中形成的那些零件和部件)的形成和/或制造中执行紫外(UV)光或光可固化墨层的可调节固化的系统和方法。
【背景技术】
[0002]三维或3D打印一般指的是可用于常常通过重复逐层材料沉积过程产生三维零件、物体或部件(“3D打印零件”)的广泛类型的技术(也称为“增材制造”或AM技术)JD打印技术使用一个或多个过程，其在许多方面似乎类似于用于在图像接收介质衬底上形成二维(2D)打印图像的公知的可比过程。由3D打印技术(正如从松散相关的2D打印过程适应性修改的那些技术)产生的输出结构的显著差异一般基于(I)用于从3D打印机形成输出3D打印零件的沉积材料的组分;和(2)在沉积较大数量的沉积材料的连续层以构建层从而形成输出3D打印零件中由“打印”头完成的道次。在复杂3D打印机中，打印装置在多个轴线之间(如例如在机械臂的端部处)平移的能力提供3D打印机在3D模型的复印中和/或在将建模信息转换到详细数字数据源文件中根据计算机控制产生实质上任何形状的3D打印零件的能力。大量的增材制造或3D打印过程现在是可获得的。多种多样的这些3D打印过程之间的主要区别特征在于沉积层以产生输出3D打印零件的方式和用于形成输出3D打印零件的材料。
[0003]某些3D打印技术通过使用如例如选择性激光熔化或烧结的技术熔化或软化材料以产生层。其它3D打印技术使用诸如光固化的用于沉积液体材料的技术固化那些液体材料。独立地，例如在层压物体制造中，纸、聚合物或金属的薄层可以被切割成形并且联结在一起以形成输出3D打印零件。每种方法具有常常由某些缺点平衡的某些优点，使这些3D打印技术中的某些在某些3D打印零件制造情景中或多或少是可接受的。选择特定3D打印技术和用于执行该3D打印技术的系统的主要考虑包括物体产生的速度，装置成本，装置灵活性，以及用于产生3D打印零件的组成材料的成本和选择，当3D打印零件想要呈现特定色彩方案时例如包括可用材料中的色域。一些增材制造技术能够在“打印”或以另外方式构造输出3D打印零件的过程中使用多种材料。这些技术常常能够同时以多种颜色和颜色组合打印以产生然后一般可以不需要附加的涂色/精整的输出3D打印零件。
[0004]3D打印机一般可以用多种多样的不同材料打印。这些材料例如包括挤出塑料和热塑性塑料，高密度聚乙烯，某些金属(包括烧结金属，金属粉末和/或金属合金)，胶粘粉末混合物，陶瓷材料和陶瓷基复合材料，模型粘土，石膏和某些墨状材料，包括在溶液中具有高浓度的固体成分的光可固化和/或紫外(UV)光可固化墨。3D打印机甚至可以用于在烹饪艺术中沉积可食用材料的组分的层以便产生食物。
【发明内容】
[0005]公开的方案将集中于用于经由增材制造过程产生3D输出物体的UV可固化喷墨(具有悬浮在透明和/或染色液体悬浮物中的变化尺寸的固体材料颗粒和颜料)，其中单独的层被喷射以在基本结构部件上“构建”三维(3D)输出物体。所以，公开的技术松散地基于在适合于产生3D物体的图像接收介质衬底上产生2D图像中可使用的方案。
[0006]在公开的方案中，3D打印机通过在增材过程中使用类似喷墨的打印过程和/或打印头在先前沉积层上散布打印材料的单独和连续层一次一层地产生输出物体。在该过程中，重复层的沉积直到每个层已被打印。该技术允许打印所有形状的全色原型，包括由可能“遮蔽”先前沉积层的某些悬突层组成的那些。
[0007]喷墨打印机系统以超薄层(例如在16到30μπι之间)将材料喷射到构建托盘上直到3D输出物体完成。每个层在其被喷射之后可以通过光(包括UV光)的施加而热或光可固化，产生可以立即操作和使用的完全固化模型，而不在操作和使用之前经历完成物体的固化后处理。
[0008]3D打印零件的正确固化是所有UV墨3D打印机遇到的挑战。针对3D打印机可用的大范围的UV墨颜色，足够彻底地固化而不过度固化是困难的。可寻址固化在2D图像形成中是重要的，例如用于保持形成的彩色图像。作为例子，如果清漆墨被过度固化，则可以导致它在固化过程中变黄。类似地，其它颜色如果被过度固化则可能“褪色”。这基于沉积在图像接收介质衬底上的材料的随机褪色减小图像质量。如果欠固化，则可能导致沉积图像材料玷污、模糊等，由此也影响输出图像上的图像质量。
[0009]在3D打印中，存在附加的问题。欠固化或过度固化影响3D输出物体的物理性质。这些不利影响的性质可以包括强度和硬度。未能表面固化完成的3D输出物体可能导致通过据称完成的3D输出物体的简单后加工处理和/或操作将缺陷弓丨入完成的3D输出物体的表面中。另外，由于用于产生3D输出物体的某些沉积材料在未固化状态下不一定是生物安全的(例如，“墨对于你的健康是有害的”)，因此未能完全固化完成的3D输出物体的表面可能给操作人员带来危害。
[0010]可能有利的是提供系统、方法、技术、过程和方案，其可以更好地保证过程中3D物体的内部层和完成的3D输出物体的表面的正确固化而不需要固化后涂覆过程。
[0011]根据本公开的系统和方法的示例性实施例可以使用可控制UV光来照射来自多个层(多层)历史和/或历史记录的UV墨的特定像素以解决对于3D打印零件的产生是唯一的固化问题。
[0012]示例性实施例可以提供可寻址固化以便当物体正在被打印时正确地固化3D打印物体中的单独的层。可寻址固化的使用旨在保证单独的层和/或层状部件的正确固化而不管3D打印物体中的单独的层状部件的颜色或厚度。
[0013]在实施例中，可以在每个层中在逐像素的基础上进行可寻址固化。
[0014]示例性实施例可以使用逐层历史，由此调节可寻址固化单元的强度从而为特定层提供完全固化而不引起可能通过过度固化特定层导致的损害效应。咨询该逐层历史可能是适宜的，原因是施加的光(包括UV光)将基于将由光穿透以便固化的多个层中的单独的层的构造和/或颜色不同地穿透多个层。光可以穿透例如透明墨的二十个以上层，而仅仅穿透黑色或其它暗色墨的几个层。
[0015]示例性实施例可以解决基本上所有UV墨3D打印机所遇到的正确固化3D打印零件的挑战。在实施例中，针对3D打印机中可用的大范围的UV墨颜色解决关于足够彻底地固化3D输出物体而不过度固化的问题。
[0016]示例性实施例可以使用可控制UV光(曝光)来照射UV墨的特定像素。可以使用对于多个3D打印零件的每一个是唯一的多层墨沉积历史控制UV光曝光。
[0017]当该物体正在被打印时根据本公开的系统和方法的示例性实施例可以提供可寻址固化以便正确地固化3D打印物体中的单独的层。可寻址固化的使用旨在保证单独的层和/或层状部件的正确固化而不管3D物体中的单独的层状部件的颜色或厚度。
[0018]在实施例中，可以在每个层中在逐像素的基础上进行可寻址固化。独立地，每个曝光单元，如例如基于LED曝光阵列中的每个发光二极管(LED)，可以覆盖若干相邻像素并且基于单个或多个层中的若干相邻像素的平均色素施加固化强度。
[0019]示例性实施例可以使用逐层历史，由此调节可寻址固化单元的强度从而为特定层提供完全固化而不引起可能通过过度固化特定层导致的损害效应。咨询该逐层历史可能是适宜的，原因是施加的光(包括UV光)将基于多个层中的单独的层的构造和/或颜色不同地穿透多个层。光可以穿透例如透明墨的二十个以上层，而仅仅穿透黑墨的几个层。
[0020]公开的系统和方法的这些和其它特征以及优点在各种示例性实施例的以下详细描述中被描述或变得明显。
【附图说明】
[0021]将参考以下附图详细地描述根据本公开的用于在3D打印零件和部件(特别是在3D喷墨打印系统中形成的那些零件和部件)的形成和/或制造中执行UV光或光可固化墨层的可调节固化的公开系统和方法的各种示例性实施例，其中:
[0022]图1示出包括根据本公开的可寻址固化装置的示例性喷墨3D物体形成系统的方块图；
[0023]图2示出可以构成根据本公开的可寻址固化方案可以基于的多层历史的示例性层概况。
[0024]图3示出根据本公开的用于执行包括过程中3D物体中的层的可寻址固化的3D物体形成方案的示例性控制系统的方块图；以及
[0025]图4示出根据本公开的用于执行包括过程中3D物体中的层的可寻址固化的3D物体形成方案的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]根据本公开的用于在3D打印零件和部件(特别是在3D喷墨打印系统中形成的那些零件和部件)的形成和/或制造中执行UV光或光可固化墨层的可调节固化的系统和方法一般将指的是用于那些系统和方法的这些具体效用。在本公开中描述和描绘的示例性实施例不应当被解释为具体限制到3D物体形成系统、3D物体形成系统内的单独的材料沉积部件或3D物体形成系统内用于控制3D物体形成的控制和/或处理部件的任何特定配置，以及包括用于在形成或制造期间选择性地固化过程中3D物体的一个或多个层的可寻址物体固化部件的这样的3D物体形成系统的任何特定配置。应当认识到使用诸如本公开中详细描述的那些的装置和方案将可寻址和/或选择性离散固化施加到过程中3D物体的部分的系统和方法的任何有利使用预期包括在公开的示例性系统和方法的范围内。
[0027]根据本公开的系统和方法将描述为特别适合用于使用喷墨作为沉积在用于形成3D物体的平台上的材料的3D打印机中的3D物体形成。这些引用表示仅仅是示例性的，提供公开的系统和方法的简单现实世界效用，并且不应当被认为将公开的系统和方法限制到任何特定产品或装置的组合，或限制到描述和描绘的可寻址固化装置和方案可以有利地用于其中的任何特定类型的3D打印机。预期任何公知的处理器控制3D物体形成装置，其中处理器可以指导可以根据本公开中所述的特定能力改进的过程中3D物体的离散部分的可变固化。
[0028]除了其它目的以外，公开的实施例旨在提供形成于3D打印机中的3D打印零件的“正确”固化，解决许多3D打印机(特别是UV可固化墨3D打印机)常规遇到的挑战。目的是针对可用于3D打印机中的广泛和不同范围的UV可固化墨颜色和组分提供足够彻底有效地固化3D物体的所有部件而不过度固化的固化水平。公开的方案、过程、方法和技术以及支持它们的执行的系统和装置可以有利地提供可控制UV光、辐射和/或曝光从而以对于3D打印零件、部件和/或物体是唯一的方式基于从布置在特定离散部分中的UV可固化墨的多层历史获得的信息照射由包括这样的细节的3D打印机形成的过程中3D物体的特定离散部分，甚至照射UV可固化墨的单独的像素和/或像素组。
[0029]当用UV可固化墨打印时，正确地固化墨是非常重要的。固化的大不一致会导致UV可固化墨仍然是液体，或具有在UV可固化墨层的单独的部分中显示正确色域的问题。在3D物体形成、3D打印和/或增材制造中，固化的程度是重要的，原因是即使来自理想固化和/或固化曝光的很小变化也可能不利地影响形成的3D物体的物理性质，如拉伸强度、冲击强度和硬度。另外，由于某些UV可固化墨、墨组分和/或墨溶液不是生物或微生物中性的，因此未能正确地表面固化形成的3D物体可能导致个人操作不充分固化的物体的危险。
[0030]公开的方案然后通过根据多层历史离散地正确地固化过程中3D物体的可识别部分(乃至单独的层和层组中的逐像素水平)解决挑战。在实施例中，在3D物体形成方案中对于喷射或以另外方式沉积的物体形成材料的单独的层可以积累逐层历史。该逐层历史可以与3D图像形成方案关联存储在存储器部件中。过程中3D物体的离散部分可以被识别。那些离散部分的多层历史可以被分析。对于单独的像素，UV固化辐射或照射的合适水平可以被确定。对于包括LED UV固化阵列的固化阵列，UV固化辐射或照射的平均水平可以在由UV固化阵列的单独的元件覆盖的多个像素中被确定。认识到UV固化辐射将穿透3D物体中的多个层。
[0031]图1示出包括根据本公开的可寻址固化装置150的示例性喷墨3D物体形成系统100的方块图。如图1中所示，示例性系统100可以包括用于将来自一个或多个单独的材料沉积部件120的沉积材料125输送到某个形式的基本部件170上的材料沉积装置110。沉积材料125可以呈不同颜色和组分的UV可固化墨的形式。一个或多个单独的材料沉积部件120可以呈用于将不同颜色和组分的UV可固化墨喷射到基本部件170上的喷墨装置或头的形式。[0032 ]基本部件170可以呈用于将由示例性系统100形成的过程中3D物体130在材料沉积位置176和固化位置178之间运输的某种可移动平台的形式。如图所示，基本部件170呈可以围绕一个或多个动力或跟随辊172、174在各种位置之间可移动的带状部件的形式。可以使过程中3D物体130在单独的材料沉积部件(例如，打印头)之下行进以加入沉积材料125的连续层。
[0033]在实施例中，可以包括基本固化装置140以提供某个基本水平的固化辐射145，包括经由例如低水平UV灯的UV固化辐射。可以包括可寻址固化装置150以经由例如单独离散引导可调节固化头或灯160提供特殊化和独立可调节固化辐射165(包括UV固化辐射)，以便将过程中3D物体的单独的区域和或形成过程中3D物体的层达到更高阈值、但是受控的UV固化辐射的水平，其适合于每个单独的区域中的单独的层的多层历史。以该方式，可以基于将最近打印的层的多层历史应用于将由特殊化固化辐射165曝光和固化的过程中3D物体的特定区域调节特殊化固化辐射165。在实施例中，提供给过程中3D物体130的所有固化辐射可以由可寻址固化装置150提供，不需要包括任何基本固化装置140。在实施例中，与可寻址固化装置150关联的单独离散引导可调节固化头或灯160可以呈例如发光二极管(LED)部件或阵列、激光型固化部件或其它UV固化辐射提供部件的形式。
[0034]图2示出可以构成根据本公开的可寻址固化方案可以基于的多层历史的示例性层概况200。如图2中所示，构成多层历史的来自3D打印机的打印墨的四个层210-240的样本横截面可以被分析、评估并且存储在3D打印机中以便由3D打印机处理以确定将施加到其示例性多层历史可以形成截面的过程中3D物体的层的离散部分的可变固化辐射250-270的正确水平。在过程中3D物体的形成中，合理的是假设如图所示的下部两个或三个层220-240可以已经由指向构成多个层210-240的过程中3D物体的离散部分的一个或多个固化灯曝光以部分或基本完全固化。然而，刚刚打印的顶层210可以首先通过在沉积在底层220-240上之后立即在可寻址固化装置(例如图1中所示的装置)之下通过而曝光于一定的固化水平。单独可寻址UV固化部件或灯可以单独地被控制以基于过程中3D打印零件、物体或部件的每个单独可寻址区域或另外离散部分的逐层历史将变化辐射水平250-270提供给层状部件的离散部分。
[0035]例如，将由可变辐射水平250作用的图2的左边的层柱显示一个极端情况，其中许多黑层将一起需要施加最多UV能量以便固化。以如图所示的变化程度，黑打印在青的顶部上的层将需要略少的总能量(参见辐射水平255);青打印在包括黄和/或白的较浅颜色的多个层的顶部上的层将需要更加少的总能量(参见辐射水平260);打印在包括黄的较浅颜色的多个层的顶部上的一个或多个透明层又将需要进一步减小的能量(参见辐射水平265);并且在另一极端，透明的多个层将需要最少量的UV能量以向下穿透若干层(参见辐射水平270)。应当注意尽管在图2中所示的示例性层概况200中描绘为四个层，但是进行该描绘仅仅是为了示例性目的。例如，实质上对根据公开方案形成、分析和/或存储以便设置可寻址固化装置的辐射水平的多层历史没有限制。换句话说，公开方案不限于例如如图所示的四个层。取决于在3D打印机中正在使用的墨(包括喷墨)的物理性质，UV光可以传播通过不同数量的层并且逐层分析将正确地考虑这些物理性质以便提供可寻址辐射的设置值以正确地固化过程中3D物体的离散部分。某些设置参数可以基于包含使用的墨中的特定物理性质的墨层的各种组合的固化和层传播效应的测试而获得并且存储在3D打印机中。
[0036]根据公开方案，使用与多层历史控制组合的可寻址UV固化装置将允许每个过程中或完成的3D打印零件、物体或部件在3D打印零件、物体或部件的内部以用于正在打印的每个墨的总固化能量的“正确”量完全地和均匀地固化。这可以导致以最佳物理性质(如拉伸强度)产生3D打印零件、物体或部件，同时最小化失效(包括粘着或粘合层失效)的数量，以及基于过程中或完成的3D打印零件、物体或部件内的离散部分或凹陷的不正确部分固化的其它有害效应。
[0037]简单地说，公开的实施例通过在形成或制造过程期间将特殊化可寻址固化施加到过程中3D零件、物体或部件的单独部分以便改善完成的3D零件、物体或部件的结构和表面完整性而改进常规的3D零件、物体或部件形成/制造系统(包括3D打印机)。公开的实施例可以通过基于能够基于多层历史增加和减小UV固化辐射最小化UV固化的总辐射要求提供改善功能性3D打印机，由此大体上避免过程中或完成的3D零件、物体或部件的任何特定离散部分中的过度固化或欠固化。应当理解，基于过程中3D零件、物体或部件的任何特定离散部分中的层的多层组分，恒定水平的UV固化辐射可以仅仅穿透几个暗层或者可以穿透许多较浅或透明层，这样的恒定水平的UV固化辐射的施加可以导致过程中3D零件、物体或部件的特定离散部分的随机可变固化。该随机可变固化不仅可以影响完成的3D零件、物体或部件的结构性质，而且也可以影响完成的3D零件、物体或部件的美学性质(包括完成的3D零件、物体或部件的可变颜色性质)。形成3D零件、物体或部件的多个沉积层的多层历史的分析和根据该分析的可寻址固化装置的自动调节使公开方案是独特的，胜过常规的3D打印和物体固化技术。如上所述，对单独有色墨的引用旨在提供将由可寻址固化装置作用的公开墨的一个示例性性质。多层历史可以同样可应用于仅仅确定单色部件和/或能够仅仅一次沉积单色沉积材料的3D打印机的穿透方案。作为例子，在能够仅仅产生单色部件的3D打印机中，相比于固化可以由相同3D打印机在仅仅使用透明墨的另一打印方案中打印的3D零件、物体或部件，可寻址固化装置仍然可以在改变固化能量以便固化用全黑墨打印的3D零件、物体或部件中找到显著的效用。公开的固化方案的离散部分可寻址能力也可以用于正确地固化特定3D零件、物体或部件的较厚(主体)部分(包括较大数量的层)和特定3D零件、物体或部件的较薄(边缘、唇边或凸缘)部分(包括较少数量的层)。常规固化系统可能欠固化较厚部分(影响结构完整性)，而在较薄部分中将较薄部分过度固化到引起翘曲或其它变形的点，甚至损坏或结构失效的点。而且，对喷墨材料的性质的引用可以包括但不限于例如添加荧光材料，添加珠光材料，添加金属片材料，添加磁性墨特征识别(MICR)材料以及可以可用于形成完成的3D零件、物体或部件中的某些美学特性的其它墨添加材料。
[0038]图3示出根据本公开的用于执行包括过程中3D物体中的层的可寻址固化的3D物体形成方案的示例性控制系统300的方块图。如图3中所示，示例性控制系统300可用于管理3D打印机中的3D物体形成操作。
[0039]示例性控制系统300可以包括操作接口310，用户可以通过所述操作接口与示例性控制系统300通信。操作接口310可以是与3D物体形成装置关联的本地可访问用户接口。操作接口 310可以配置为控制装置和/或计算装置共用的一个或多个常规机构，其可以允许用户将信息输入到示例性控制系统300。操作接口 310可以包括例如常规键盘，具有“软”按钮或具有与兼容触控笔一起使用的各种部件的触摸屏，用户将口令提供给示例性控制系统300以由语音识别程序“翻译”可以借助的麦克风，或用户将特定操作指令传达给示例性控制系统300可以借助的其它类似装置。操作接口 310可以是安装在示例性控制系统300与其关联的3D物体形成装置上、与其成一体或与其关联的图形用户接口(GUI)的功能的一部分。
[0040]示例性控制系统300可以包括用于单独地操作示例性控制系统300和用于实现3D物体形成(具体地使用可寻址固化部件执行可寻址固化方案，用于示例性控制系统300可以与其关联的3D打印机中的3D物体形成)的控制和操作功能的一个或多个本地处理器320。(一个或多个)处理器320可以包括至少一个常规处理器或微处理器，其解释并且执行指令以指导示例性控制系统300的具体功能，并且用示例性控制系统300控制3D物体形成过程。
[0041]示例性控制系统300可以包括一个或多个数据存储装置330。这样的(一个或多个)数据存储装置330可以用于存储将由示例性控制系统300、具体地(一个或多个)处理器320使用的数据或操作程序。(一个或多个)数据存储装置330可以用于存储例如关于将基于可以根据公开方案识别和分析的3D物体的离散部分中的多个层的组分施加到由3D打印机打印的过程中3D物体的固化辐射或能量的特定强度水平(包括将由3D打印机中的可寻址固化部件施加的可变强度水平)的信息。存储的特定强度水平可以基于由3D打印机的制造商和/或供应商提供的测试数据。可以替代地或附加地使用(一个或多个)数据存储装置330以存储关于与3D物体形成材料的单独层在3D打印机中的基本部件上的沉积相关的逐层(或多层)历史的信息。如本公开中各处所述，该多层历史可以在3D打印机中的3D物体形成操作期间甚至在临时基础上存储在(一个或多个)数据存储装置330中，其可以形成用于将固化辐射的可寻址强度指定给由3D打印机形成的过程中3D物体的离散部分的基础。
[0042](一个或多个)数据存储装置330可以包括随机存取存储器(RAM)或另一类型的动态存储装置，其能够存储可更新数据库信息，并且用于独立地存储例如由(一个或多个)处理器320执行系统操作的指令。(一个或多个)数据存储装置330也可以包括只读存储器(R0M)，其可以包括常规ROM装置或存储(一个或多个)处理器320的静态信息和指令的另一类型的静态存储装置。此外，(一个或多个)数据存储装置330可以与示例性控制系统300成一体，或者可以设在示例性控制系统300的外部，并且与其有线或无线通信，包括云基存储部件。
[0043]示例性控制系统300可以包括至少一个数据输出/显示装置340，其可以配置为将信息输出到用户的一个或多个常规机构，包括但不限于示例性控制系统300可以与其关联的3D物体形成装置的GUI上的显示屏。数据输出/显示装置340可以用于向用户指示示例性控制系统300可以与其关联的3D打印机的3D物体形成操作(包括用于将固化辐射强度的变化水平施加到正由3D打印机形成的过程中3D物体的一个或多个单独可寻址固化部件或总体可寻址固化装置的操作)的状态。
[0044]示例性控制系统300可以包括示例性控制系统300与在示例性控制系统300外部的部件通信可以借助的一个或多个独立的外部通信接口 350 ο外部通信接口 350中的至少一个可以配置为输出端口以支持与示例性控制系统300可以与其关联的3D物体形成装置(如3D打印机)连接和/或通信。提供示例性控制系统300和外部和/或关联部件之间的有线或无线通信的任何合适的数据连接预期由描绘的外部通信接口 350包含。
[0045]示例性控制系统300可以包括可以用于控制层中的材料的沉积以形成过程中3D物体的材料沉积控制单元360。材料沉积控制单元360可以接收关于将由示例性控制系统300可以与其关联的3D打印机打印的3D物体的输入数字数据。接收的输入数字数据可以经由例如外部通信接口 350来自任何数据源。处理器320或材料沉积控制单元360自身可以将接收的输入数字数据解析成逐层方案以便在3D打印机中的物体形成基部上沉积一种或多种颜色或类型的物体形成材料。材料沉积控制单元360然后可以引导来自材料沉积装置中的特定材料输出的物体形成材料的沉积，包括来自材料沉积装置中的喷墨材料沉积头或喷嘴的喷射在层中的墨。
[0046]示例性控制系统300可以包括作为独立部件或作为一个或多个数据存储装置330中的部件、功能或存储空间的多层历史存储单元。多层历史存储单元370可以可用于至少暂时地存储用于在3D打印机中的物体形成基部上沉积一种或多种颜色或类型的物体形成材料的逐层方案的记录。该存储记录可以可用于由处理器320或下述的层分析和固化控制单元380进行的附加分析以根据上面详细所述的过程和技术确定用于执行来自3D打印机中的可寻址固化装置的可寻址辐射能量辐射方案的控制输入。
[0047]示例性控制系统300可以包括层分析和固化控制单元380以便分析形成示例性控制系统与其关联的3D打印机中的过程中3D物体的物体形成材料的一个或多个沉积层的收集和/或存储的多层历史。层分析和固化控制单元380可以用作例如联接到一个或多个数据存储装置330的处理器320的一部分，或用作示例性控制系统300中的单独的独立部件模块或电路。
[0048]如图3中所示，示例性控制系统300的所有各种部件可以通过一个或多个数据/控制总线390在内部连接到一个或多个3D物体形成装置。这些数据/控制总线390可以提供示例性控制系统300的各种部件之间的有线或无线通信，无论那些部件是否全部成一体地容纳在示例性控制系统300可以与其关联的3D物体形成装置或3D打印机中还是以另外方式在外部与其连接。
[0049]应当领会尽管在图3中描绘为一体单元，但是示例性控制系统300的各种公开元件可以以子系统的任何组合布置为单独的部件或部件的组合，与单个单元成一体，在示例性控制系统300的单个单元外部，并且与其有线或无线通信。换句话说，图3中的描绘不暗示作为一体单元或作为支持单元的特定配置。此外，尽管为了易于理解关于示例性控制系统300的本公开中提供的细节描绘为单独的单元，但是应当理解任何单独描绘的部件的所述功能可以例如由连接到一个或多个数据存储装置330并且与其通信的一个或多个处理器320承担。
[0050]公开的实施例可以包括用于执行包括基于3D物体的多层历史的层的可寻址固化的3D物体形成方案的示例性方法。图4示出这样的示例性方法的流程图。如图4中所示，方法的操作开始于步骤S4000并且继续进入步骤S4100。
[0051]在步骤S4100中，3D物体形成数据可以从3D打印机或与3D打印机关联的控制部件中的数据源接收。方法的操作继续进入步骤S4200。
[0052]在步骤S4200中，接收的3D物体形成数据可以解析或以另外方式转换成用于在物体形成基部上沉积一种或多种颜色和/或类型的物体形成材料以在3D打印机中产生过程中3D物体的逐层沉积方案。方法的操作继续进入步骤S4300。
[0053]在步骤S4300中，UV可固化墨的单独的层可以根据在3D打印机中执行的逐层材料沉积方案从多个喷墨头或喷嘴沉积以形成过程中3D物体。方法的操作继续进入步骤S4400。
[0054]在步骤S4400中，根据逐层材料沉积方案从多个喷墨头或喷嘴沉积以形成过程中3D物体的UV可固化墨的单独的层的多层历史可以收集和保留在例如3D打印机中的数据存储装置中。方法的操作继续进入步骤S4500。
[0055]在步骤S4500中，可以识别3D打印机中正在形成的过程中3D物体的单独离散部分。方法的操作继续进入步骤S4600。
[0056]在步骤S4600中，可以评价根据每个被识别单独离散部分中的单独的层的多层历史沉积的过程中3D物体的每个被识别单独离散部分中的单独的层的组分。该评价的目的是在像素水平或在多像素水平获得组成过程中3D物体的每个被识别单独离散部分的层的构成。方法的操作继续进入步骤S4700。
[0057]在步骤S4700中，可以基于过程中3D物体的每个被识别单独离散部分中的单独的层的评价组分确定待施加到过程中3D物体的每个单独离散部分的固化能量的强度。如上面更详细地所述，该确定可以考虑在层中沉积的材料的特性，包括沉积材料(包括UV可固化墨)的颜色和/或材料组成，从而提供过程中3D物体的每个被识别单独离散部分中的沉积材料层的正确固化。方法的操作继续进入步骤S4800。
[0058]在步骤S4800中，固化能量的确定强度可以施加到过程中3D物体的每个被识别单独离散部分以正确地固化过程中3D物体的每个被识别单独离散部分。方法的操作继续进入步骤S4900。
[0059]步骤S4900是确定步骤，其中确定过程中3D物体的所有层是否已根据逐层材料沉积方案被沉积和固化以在3D打印机中形成3D物体。
[0000]如果在步骤S4900中确定过程中3D物体的所有层还未根据逐层材料沉积方案被沉积和固化，则方法的操作可以返回到步骤S4300。
[0061]如果在步骤S4900中确定过程中3D物体的所有层已根据逐层材料沉积方案被沉积和固化，则方法的操作可以继续进入步骤S5000。
[0062]可能的是过程中3D物体的所有层已被沉积，但是所有层可能不完全被固化。在该情况下，在3D物体形成操作完全完成之前方法可以返回到步骤S4400以便提供一个或多个最后固化操作。
[0063]在步骤S5000中，形成和固化的3D物体可以从3D打印机输出。方法的操作继续进入步骤S5100，其中方法的操作停止。
[0064]如上所述，方法可以积极地提供在3D打印机中形成的3D物体的所有基本零件和/或单独离散部分的正确固化的以前不可获得的控制水平。
[0065]公开的实施例可以包括存储指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述指令可以导致处理器执行上述方法的步骤的全部或至少一些。
[0066]为了熟悉和易于理解上述示例性系统和方法引用某些常规部件以提供本公开的主题可以在其中执行的合适操作、产品加工和3D物体形成或增材制造环境的简洁、一般描述。尽管不需要，但是本公开的实施例可以至少部分地以硬件电路、固件或软件计算机可执行指令的形式被提供以执行所述的具体功能。这些可以包括由处理器执行的单独的程序模块。
[0067]本领域的熟练技术人员将领会公开的主题的其它实施例可以在许多不同配置的增材制造装置(包括3D打印机)中实施。
[0068]如上所述，在本公开的范围内的实施例可以包括存储计算机可执行指令或数据结构的计算机可读介质，所述计算机可执行指令或数据结构可以由一个或多个处理器读取和执行以便控制可寻址固化。这样的计算机可读介质可以是可以由处理器、通用或专用计算机访问的任何可用的介质。作为例子，并且非限制地，这样的计算机可读介质可以包括RAM，ROM，EEPROM，⑶-ROM，闪速驱动器，数据存储卡或其它模拟或数字数据存储装置，其可以用于携带或存储呈可访问计算机可执行指令或数据结构的形式的期望程序元素或步骤。
[0069]计算机可执行指令包括例如非暂时性指令和数据，其可以分别被执行和访问以导致处理器单独地或以各种组合执行上述功能中的某些。计算机可执行指令也可以包括远程地存储以便由处理器访问和执行的程序模块。
[0070]可执行指令或关联数据结构的示例性描绘序列表示用于执行上述示例性方法的步骤中所述的功能的动作的相应序列的一个例子。示例性描绘步骤可以按照任何合理的顺序被执行以实现公开实施例的目的。图4中的描绘不一定暗示方法的公开步骤的特定顺序，除非特定方法步骤是执行任何其它方法步骤的必要前提。
【主权项】
1.一种用于产生三维(3D)打印零件的系统，其包括: 材料沉积装置，所述材料沉积装置在物体形成基部上沉积物体形成材料的层以形成3D打印零件； 层历史构成装置，所述层历史构成装置收集形成所述3D打印零件的多个沉积层的逐层信息以形成所述3D打印零件的至少一部分的层历史； 固化能量确定装置，所述固化能量确定装置基于所述3D打印零件的所述至少一部分的形成的层历史确定用于固化所述3D打印零件的所述至少一部分的固化能量水平；以及可调节固化装置，所述可调节固化装置发射固化能量达到在所述固化能量确定装置中确定的水平以固化所述3D打印零件的所述至少一部分。2.根据权利要求1所述的系统，其还包括在过程方向上插入所述材料沉积装置和所述可调节固化装置之间的另一固化装置，所述另一固化装置在形成所述3D打印零件的过程中固化所述沉积层中的一个或多个。3.根据权利要求1所述的系统，所述物体形成材料是紫外(UV)可固化墨材料。4.根据权利要求1所述的系统，其还包括数据存储装置，所述数据存储装置存储多种物体形成材料的单独的层的逐层构造和多种物体形成材料的固化能量水平数据， 所述固化能量确定装置基于所述3D打印零件的所述至少一部分的形成的层历史通过参考要被固化的所述3D打印零件的所述至少一部分的存储的固化能量水平数据确定固化能量水平。5.根据权利要求1所述的系统，所述可调节固化装置包括一个或多个单独的固化能量发射部件。6.根据权利要求1所述的系统，其还包括表面固化方案生成装置，所述表面固化方案生成装置将所述3D打印零件的沉积层的表面分成多个离散部分， 所述固化能量确定装置基于所述多个离散部分的每一个的形成的层历史确定用于固化所述多个离散部分的每一个的固化能量水平，并且 所述可调节固化装置被调节以在被确定的水平发射固化能量以固化所述3D打印零件的所述多个离散部分的每一个。7.根据权利要求6所述的系统，所述固化能量确定装置在逐像素的基础上分析所述多个离散部分的每一个以确定用于固化所述多个离散部分的每一个的固化能量水平。8.—种用于在3D打印装置中产生3D打印零件的方法，其包括: 在物体形成基部上沉积物体形成材料的层以形成3D打印零件； 用处理器收集形成所述3D打印零件的多个沉积层的逐层信息以形成所述3D打印零件的至少一部分的层历史； 基于所述3D打印零件的所述至少一部分的形成的层历史用所述处理器自动地确定用于固化所述3D打印零件的所述至少一部分的固化能量水平； 用所述处理器控制可调节强度固化装置以发射固化能量的确定水平；以及通过将所述3D打印零件的表面暴露于从所述可调节强度固化装置发射的固化能量的确定水平固化所述3D打印零件的所述至少一部分。9.根据权利要求8所述的方法，所述可调节强度固化装置包括一个或多个单独的固化能量发射部件。10.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述指令导致所述处理器执行用于在3D打印机中产生3D打印零件的方法的步骤，所述方法包括: 收集在物体形成基部上形成3D打印零件的物体形成材料的多个顺序沉积层的逐层信息以形成所述3D打印零件的至少一部分的层历史； 基于所述3D打印零件的所述至少一部分的形成的层历史自动地确定用于固化所述3D打印零件的所述至少一部分的固化能量水平；以及 用所述处理器控制可调节强度固化装置以发射固化能量的确定水平从而使所述3D打印零件的表面暴露于从所述可调节强度固化装置发射的固化能量的确定水平。
【文档编号】B41J3/407GK105922748SQ201610087859
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月17日
【发明人】C·阿特伍德
【申请人】施乐公司