具有重叠控制的基于电子照相术的增材制造的制作方法

本公开涉及用于打印三维(3D)部件和支承结构的增材制造系统和过程。特别地，本公开涉及使用成像过程诸如电子照相术来建造三维部件和支承结构的增材制造系统和过程。

背景技术：

增材制造系统(例如，三维打印机)被用来通过使用一种或多种增材制造技术，从三维部件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)来建造三维部件。市售增材制造技术的示例包括基于挤出的技术、喷墨、选择性激光烧结、粉末/粘结剂喷射、电子束熔化和立体光刻过程。对于这些技术中的每种技术，三维部件的数字表示被初始地分割成多个水平层。对于每个分割层，然后生成工具路径，工具路径给特定增材制造系统提供用以形成给定层的指令。

例如，在基于挤出的增材制造系统中，三维部件或模型可以通过挤出一种可流动的部件材料而以逐层方式从三维部件的数字表示打印出来。部件材料通过受系统的打印头承载的挤出顶端而被挤出，并且作为道路的序列而在x-y平面中被沉积到基板上。所述挤出部件材料融合为先前沉积的部件材料，并且在温度降低时凝固。打印头相对于基板的位置然后沿着z轴线(垂直于x-y平面)递增，并且然后重复该过程以形成类似所述数字表示的三维部件。

在通过沉积多层部件材料来制造三维部件时，支承层或结构通常被构建在垂悬部分下方或者在正加以构造的物体的腔中，构造的物体并未由部件材料本身支承。可以运用沉积所述部件材料的相同沉积技术来建造支承结构。主计算机生成额外几何形状，额外几何形状充当用于正形成的三维部件的垂悬或自由空间区段的支承结构，并且在某些情况下，用于正形成的三维部件的侧壁。支承材料在制造期间粘附到部件材料，并且当完成了打印过程时能从完成的三维部件移除。

在二维(2D)打印时，电子照相术(即，静电复印(xerography))是用来在平面基板诸如打印纸和透明基板上创建二维图像的技术。电子照相系统通常包括导电支承鼓，导电支承鼓被涂布光电导材料，其中通过静电充电形成静电潜像，之后利用光源以图像方式曝光该光电导层。然后静电潜像移动到显影工位，在显影工位，向充电的区域施加调色剂，或者替代地向光电导绝缘体的放电区域施加调色剂以形成可见图像。所形成的调色剂图像然后转移到基板(例如，打印纸)并且利用热和/或压力而固结到基板上。

技术实现要素：

本公开的一方面针对于一种用来打印三维部件的增材制造系统。增材制造系统包括：一个或多个电子照相引擎，其被配置成使三维部件层显影；可旋转的转移带，其被配置成从一个或多个电子照相引擎接收已显影的层；建造平台；以及，一个或多个机架机构，其被配置成移动建造平台。该系统还包括按压元件，其被配置成与可旋转的转移带接合以将已显影的层以逐层方式按压成与建造平台上的三维部件的中间建置表面接触；以及，一个或多个成像传感器，其被配置成扫描可旋转的转移带和三维部件上的已显影的层并且传输关于扫描的数据。该系统还包括控制器组件，控制器组件被配置成从一个或多个成像传感器接收传输数据，以从扫描检测重叠误差，并且调整一个或多个机架机构来减小重叠误差。

本公开的另一方面针对于一种利用增材制造系统来打印三维部件的方法。该方法包括：利用增材制造系统的电子照相引擎来产生部件材料的已显影的层；将已显影的层从电子照相引擎转移至增材制造系统的转移带；使具有已显影的层的转移介质旋转。该方法还包括：扫描旋转转移介质上的已显影的层；将已显影的层按压成与保持于可移动建造平台上的三维部件的中间建造表面接触和扫描三维部件上的已按压的层。该方法还包括：比较已扫描的层以检测重叠误差；以及相对于转移带调整该可移动建造表面的位置以减小随后已显影的层的重叠误差。

本公开的另一方面针对于一种用于减小增材制造系统中的重叠误差的方法。该方法包括：旋转具有已显影的层的增材制造系统的转移带；扫描该旋转转移介质上的已显影的层；将已显影的层按压成与保持于增材制造系统的可移动建造平台上的三维部件的中间建造表面接触。该方法还包括：使带有已按压的层的建造平台在过程方向上移动；扫描三维部件上的已按压的层；比较已扫描的层以检测重叠误差；以及基于所检测的重叠误差来调整建造平台在垂直于过程方向的方向上的位置。

定义

除非另外指明，本文所使用的以下术语具有如下文所定义的含义。

术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明的实施例。然而，在相同情况或其它情况下，其它实施例也可以是优选的。此外，一个或多个优选的实施例的表述并不意味着其它实施例不可用，并且并非意图将其它实施例排除在本发明的范围之外。

参考沿着三维部件的打印轴线的方向来做出诸如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等的方向取向。在其中打印轴线是竖直z轴线的实施例中，层打印方向是沿着竖直z轴线的向上方向。在这些实施例中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是基于竖直z轴线。然而，在其中三维部件的层沿着不同轴线打印的实施例中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是相对于给定轴线。

术语“提供”诸如“提供材料等”当在权利要求中表述时预期并不需要所提供的物品的任何特定递送或接收。然而术语“提供”只是用来表述将在(多个)权利要求的随后的要素中参考的条目，以用于清楚目的和易于阅读。

除非另外规定，在本文中提及的温度是根据大气压力(即，一个大气压)。

由于本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量局限性和可变性)，术语“大约”和“基本上”在本文中关于可测量的值和范围使用。

附图说明

图1是使用本公开的重叠控制用于打印三维部件和支承结构的示例性的基于电子照相术的增材制造系统的正视图。

图2是用来使部件和支承材料的层显影的系统的一对电子照相引擎的示意正视图。

图3是替代性电子照相引擎的示意正视图，其包括中间鼓或带。

图4是用来利用已显影的层执行层转输步骤和用来利用一个或多个成像传感器来测量扫描所述层的一种系统的层转输组件的示意正视图。

图5是该系统的控制器组件的示意图。

图6A和图6B是经扫描图像的图表，示出了用来比较扫描以检测x-y重叠误差的第一实施技术。

图7是示出能由于x-y重叠误差而发生的垂悬脊的经打印部件的侧视图。

图8是在转输步骤之后的转移带的顶视图，示出了也可能由于x-y重叠误差发生的残余量的部件材料。

图9A和图9B是扫描图像的图表，示出了用来比较扫描以检测x-y重叠误差的第二实施技术。

图10是压板组件的顶视图，示出了用于减小x-y重叠误差的补偿技术。

图11是用于该系统的控制器组件的替代布置的示意图。

具体实施方式

本公开针对于用来控制部件和支承材料的打印层的x-y准确度的基于电子照相术的增材制造系统和过程。在电子照相打印操作期间，一个或多个电子照相(EP)引擎可以使用电子照相过程使部件和支承材料的每个层显影或以其它方式成像。已显影的层然后随着转移介质(例如转移带或鼓)转移到层转输组件，在层转输组件中，它们被转输(例如，使用热和压力)从而以逐层方式打印一个或多个三维部件和支承结构。

由于可利用基于电子照相术的增材制造实现的高分辨率和快速打印速度，在连续层之间的打印准确度可能难以控制。这种难度可能会导致在连续层之间的x-y对准误差，这种x-y对准误差主要是由于两种因素造成。第一个因素涉及“x-y配准误差”，这是当从EP引擎转移到转移介质(例如，转移带或鼓)时在连续已显影的层之间的对准误差。第二个因素涉及“x-y重叠误差”，这是在层转输组件处在连续已显影的层之间的对准误差，其中已显影的层被转输到三维部件和支承结构。

这些对准误差能阻止部件和支承材料精确地在x-y建造平面中的正确位置处被打印，这可能会降低打印准确度，特别是对于精细的特征细节而言。此外，在某些情形下这些对准误差确实可能形成垂悬脊，垂悬脊能沿着z轴线生长以赋予部件准确度并且如果保持不经过校正，甚至影响到系统的性能。

一种方案是考虑减小x-y对准误差以减缓打印速度，由此允许系统以更大过程公差操作。然而，电子照相术的主要优点之一在于快速打印速度的可能性。如此，为了校正这些x-y对准误差而不牺牲打印速度，本文所讨论的系统在层转输组件处合并了多个传感器以在转输步骤之前和之后扫描这些层。

因为在EP引擎处的x-y配准误差在层转输组件的上游，仅在EP引擎处扫描这些层将不能帮助对抗在层转输组件处发生的下游x-y重叠误差。然而，x-y重叠误差受到x-y配准误差、以及在层转输组件处发生的对准误差影响。如此，在转输步骤之前和之后扫描所述层可以用来减小或消除由于x-y配准误差(在EP引擎处)和x-y重叠误差(在层转输组件处)造成的x-y对准误差。

该系统的控制器组件然后可以比较这些扫描并且补偿检测的x-y对准误差。在某些实施例中，可以通过更新系统的校准参数来执行这种补偿。替代地并且更优选地，控制器组件通过使用反馈控制来补偿所检测的x-y对准误差。利用反馈控制，控制器组件可以相对于转移带或鼓来调整压板载台的x-y定位。这能直接补偿x-y重叠误差以及在EP引擎处发生的任何上游x-y配准误差。

图1至图4示出了系统10，系统10是用来从部件材料打印三维部件和从支承材料打印相关联的支承结构的示例性基于电子照相的增材制造系统，并且被设计用来减小或消除x-y对准误差。如图1所示，一种系统10包括一对EP引擎12p和12s、带式转移组件14、偏压机构16和18、以及层转输组件20。系统10的合适构件和功能操作的示例包括了在Hanson等人的美国公开号2013/0077996和2013/0077997以及Comb等人的美国公开号2013/0186549和2013/0186558中公开的那些。

EP引擎12p和12s是用来从相关联的数字位片(bitslice)使部件和支承材料的层分别成像或者以其它方式显影的成像引擎。如下文所讨论，然后利用偏压机构16和18将经成像的层转移到带式转移组件14(或其它转移介质)上，并且运送到层转输组件20从而以逐层方式来打印三维部件和相关联的支承结构。

在图示实施例中，带式转移组件14包括转移带22、带驱动机构24、带拖曳机构26、环路极限传感器28、惰辊30和带清洁器32，这些装置被配置成当所述带22在箭头34的旋转方向上旋转时维持所述带22上的张力。特别地，带驱动机构24接合并且驱动带22，并且带拖曳机构26可以充当制动器来提供维修环路设计用来根据经由环路限制传感器28的监视读数来保护带22防止张力应力。

系统10的构件可以由一个或多个框架结构诸如框架36来保持/固持。此外，系统10的构件优选地被保持在可封闭外壳(未图示)内，可封闭外壳在操作期间防止周围光传输到系统10的构件。

系统10还包括控制器组件38，控制器组件38是一个或多个基于计算机的系统，基于计算机的系统被配置成用以操作所述系统10的构件。控制器组件38可以在通信线路40a上与系统10的各个构件诸如EP引擎12p和12s、带式转移组件14、偏压机构16和18、层转输组件20和各种传感器、校准装置、显示装置和/或用户输入装置进行通信。

此外，控制器组件38还可以在通信线路40b上与外部装置诸如在网络连接(例如，局域网(LAN)连接)上的其它计算机和服务器通信。虽然通信线路40a和40b各自被图示为单个信号线，它们可以各包括一个或多个电、光学和/或无线信号线。

优选地，控制器组件38的一个或多个基于计算机的系统在系统10内部，允许用户在网络通信线路46b上诸如以与二维打印机相同的方式从外部计算机来操作所述系统10。替代地，控制器组件38也可以包括一个或多个外部的基于计算机的系统(例如，台式机、膝上型/笔记本电脑、基于服务器、基于云的、平板电脑、移动介质装置等)，基于计算机的系统可以与控制器组件38的(多个)内部的基于计算机的系统相通信以及在网络上经由通信线路40b通信。在此替代实施例中，下文所讨论的控制器组件38的处理功能在内部的基于计算机的系统与外部的基于计算机的系统之间被进行划分/分配。在又一替代实施例中，控制器组件38的一个或多个基于计算机的系统可以全都位于系统10外部(例如，一个或多个外部计算机)并且可以在通信线路40a上与系统10通信。

图2示出了EP引擎12p和12s，其中EP引擎12s(即，相对于带22的旋转方向，上游EP引擎)使支承材料的多层发生显影，并且EP引擎12p(即，相对于带22旋转方向，下游EP引擎)使部件材料的多层发生显影。在替代实施例中，EP引擎12p和12s的布置可以是相反的从而使得EP引擎12p相对于带22的旋转方向在EP引擎12s上游。在另一替代实施例中，系统10可以包括三个或更多个EP引擎用来打印额外材料层(例如，不同颜色、透明度和/或功能特征的材料)。

在图示实施例中，EP引擎12p和12s可以包括相同构件，诸如光电导体鼓42，光电导体鼓42具有导电鼓主体44和光电导表面46。导电鼓主体44是导电鼓(例如，由铜、铝、锡等制成)，导电鼓被电接地并且被配置成绕轴48旋转。轴48相对应地连接到驱动马达50，驱动马达50被配置成使轴48(和光电导体鼓42)在箭头52的方向上以恒定速率旋转。

光电导表面46是绕导电鼓主体44的周向表面延伸的薄膜，并且优选地从一种或多种光电导材料诸如非晶硅、硒、氧化锌、有机材料等得到。如下文所讨论，表面46被配置成接纳三维部件或支承结构的带电潜像(或负像)并且基于材料的荷质比(Q/M比)将本公开的部件或支承材料的带电粒子吸引到充电或放电图像区域，由此创建三维部件或支承结构层(和优选地基准结构，如下文所讨论)。

如进一步示出，EP引擎12p和12s还包括电荷感应器/感生器(charge inducer)54、成像器56、显影工位58、清洁工位60和放电装置62，其中的每一个可以与控制器组件38在通信线路40a上成信号通信。当驱动马达50和轴48在箭头52的方向上旋转光电导体鼓42时，电荷感应器54、成像器56、显影工位58、清洁工位60和放电装置62因此限定用于表面46的图像形成组件。

在图示示例中，用于EP引擎12s的表面46的图像形成组件用来形成支承材料(被称作支承材料66s)的层64s，其中，支承材料66s的供应可以由(EP引擎12s的)显影工位58以及载体粒子来保持。同样，用于EP引擎12p的表面46的图像形成组件用来形成部件材料(被称作部件材料66p)的层64p，其中部件材料66p的供应可以由(EP引擎12p的)显影工位58以及载体粒子保持。

如在图2中进一步示出，每个层64p可以包括部件材料66p的基准区段64f。如下文所讨论，基准区段64f优选地具有已知的尺寸和偏离于并且单独于层64p和64s的其余部分的预设位置。如此，基准区段64f可以充当方便的测试样本用来在层转输组件20处进行扫描。在某些替代实施例中，支承层64s也可以包括支承材料66s的基准区段，其中，支承材料基准部分可以与基准区段64f组合地或者作为基准材料64f的替代而被形成。

控制器组件38可以通过修改用来生成层64p的位片来生成基准区段64f。例如，控制器组件38可以在层64的边界框之外但仍在系统10的可用建造体积内的坐标位置处添加用于基准区段64f的位片像素。这允许每个基准区段64f偏离于并且单独于层64p的其余部分和层64s。在图示示例中，基准区段64f在层64p的前端处被显影。

电荷感应器54被配置成当表面46在箭头52的方向上旋转经过电荷感应器54时在表面46上生成均匀静电荷。用于电荷感应器54的合适装置包括电晕器、栅控式电晕器(scorotron)、充电辊和其它静电充电装置。

成像器56是数字控制的、单像素(pixel-wise)曝光设备，其被配置成当表面46在箭头52的方向上旋转经过成像器56时选择性地朝向表面46上的均匀静电荷发射电磁辐射。电磁辐射向表面46的选择性曝光对应于在通信线路40a上从控制器组件38接收的相关联位片，并且造成静电荷的离散单像素(pixel-wise)位置被移除(即，对地放电)，由此在表面46上形成电荷潜像图案。

用于成像器56的合适装置包括扫描激光(例如，气体或固态激光)光源、发光二极管(LED)阵列曝光装置、和常规地用于二维电子照相系统中的其它曝光装置。在替代实施例中，用于电荷感应器54和成像器56的合适装置包括离子沉积系统，离子沉积系统被配置成向表面46选择性地直接沉积带电离子或电子从而形成潜像电荷图案。如此，如本文所用的术语“电子照相术”包括离子摄影。

每个显影工位58是静电和磁性显影工位或者盒，静电和磁性显影工位或盒保持优选地呈粉末形式的部件材料66p或支承材料66s、以及载体粒子的供应。显影工位58可以用类似于二维电子照相系统中所使用的单组分或双组份显影系统和调色剂盒的方式起作用。例如，每个显影工位58可以包括用来保持部件材料66p或支承材料66s和载体粒子的封壳。当搅拌时，载体粒子生成摩擦电荷以吸引部件材料66p或支承材料66s的粉末，这将所吸引的粉末根据它们的荷质比而充电到所希望的符号和量值。

每个显影工位58还可以包括用来将带电部件材料66p或支承材料66s转移到表面46上的一个或多个装置，诸如输送机，毛刷、桨轮、辊和/或磁性刷。例如，当表面46(包含带电潜像)从成像器56在箭头52的方向上旋转到显影工位58时，带电部件材料66p或支承材料66s被吸引到表面46上的潜像的适当带电区域，利用充电区域显影或者放电区域显影(取决于所运用的电子照相模式)。

这在光电导体鼓12继续在箭头52的方向上旋转时创建连续层64p或64s，其中连续层64p或64s对应于三维部件或支承结构的数字模型的连续位片。在显影后，连续层64p或64s然后随着表面46在箭头52的方向上旋转到转移区域，在转移区域中，层64p或64s连续地从光电导体鼓42转移到带22。虽然图示为在光电导体鼓42与带22之间直接接合，在某些优选实施例中，EP引擎12p和12s也可以包括中间转移鼓和/或带，如在下文中在图3中进一步讨论。

在给定层64p或64s从光电导体鼓42转移到带22(或中间转移鼓或带)时，驱动马达50和轴48继续在箭头52的方向上旋转光电导体鼓42从而使得先前保持所述层64p或64s的表面46区域经过清洁工位60。清洁工位60是被配置用来移除部件或支承材料66p或66s的任何残余非转移部分的工位。用来清洁工位60的合适装置包括刀片清洁器、刷清洁器、静电清洁器、基于真空的清洁器，及其组合。

在经过清洁工位60之后，表面46继续在箭头52的方向上旋转从而使得表面46的清洁区域经过放电装置62以在开始下一循环之前移除表面46上的任何残留静电荷。用于放电装置62的合适装置包括光学系统、高压交流电晕器和/或栅控式电晕器、具有施加了高压交流电的导电芯的一个或多个旋转介电辊，及其组合。

转移带22是用来将经显影的连续层64p和64s从光电导体鼓42(或者中间转移鼓或带)转移到层转输组件20的转移介质。用于带22的合适转移带的示例包括了在Comb等人的美国公开号2013/0186549和2013/0186558中所公开的那些。带22包括前表面22a和后表面22b，其中前表面22a朝向光电导体鼓42的表面46并且后表面22b与偏压机构16和18接触。

偏压机构16和18被配置成感生/诱发通过带22的电位/电势以从EP引擎12p和12s向带22静电吸引层64p和64s。因为层64p和64s各自仅为在该过程中在这点处厚度递增的单个层，静电吸引适合于将层64p和64s从EP引擎12p和12s转移到带22。

控制器组件38优选地使EP引擎12p和12s的光电导体鼓42以与带22的线速度和/或与任何中间转移鼓或带同步的相同旋转速率旋转。这允许系统10彼此协同地从单独显影器图像显影和转移层64p和66s。特别地，如图所示，每个部件层64p优选地转移到带22，与每个支承层64s适当配准以优选地产生组合或复合的部件和支承材料层64，组合或复合的部件和支承材料层64包括基准区段64f。

这允许层64p和64s一起转输，通常需要部件和支承材料具有类似或基本上相同的热性质和熔体流变学性质。可以认识到，转移到层转输组件20的某些层可以仅包括支承材料66s或者可以仅包括部件材料66p，取决于传输到EP引擎12p和12s中每一个EP引擎的特定位片。

在一替代实施例中，部件层64p和支承层64s能够可选地单独地沿着带22被显影和转移，诸如具有交替的层64p和64s。这些连续的交替层64p和64s然后可以转移到层转输组件20，其中，它们可以单独地转输以打印三维部件和支承结构。

在某些实施例中，EP引擎12p和12s中一者或二者也可以包括在光电导体鼓42与带22之间的一个或多个中间转移鼓和/或带。例如，如图3所示，EP引擎12p也可以包括中间鼓42a，在马达50a的旋转动力下，中间鼓42a在如由箭头52a所示、与箭头52相反的旋转方向上旋转。中间鼓42a与光电导体鼓42接合以从光电导体鼓42接收已显影的层64p，并且然后运送所接收的已显影的层64p并且将它们转移到带22。

EP引擎12s可以包括用来将已显影的层64s从光电导体鼓42运送到带22的中间鼓42a的相同布置。若需要，使用EP引擎12p或12s的这种中间转移鼓或带可以有益于热隔离光电导体鼓42与带22。

如上文简要提到的那样，x-y对准误差的主要因素之一涉及当从EP引擎12p和12s转移到带22时在连续已显影的层64之间的x-y配准误差。也如上文提到的那样，控制器组件38优选地以与带22的线速度和/或任何中间转移鼓或带同步的相同旋转速率旋转EP引擎12p和12s的光电导体鼓42。这优选地以对应于层转输组件20处的x-y重叠对准的已知间隔距离来间隔开每个连续已显影的层64。

然而，如果在连续已显影的层64之间的这些间隔距离随着时间波动或漂移，诸如由于带22的热膨胀或拉伸，或者带运动的速度变化，则已显影的层64可能开始表现/展现出x-y配准误差。这些x-y配准误差然后将在层转输组件20处继续存在至转输步骤并且影响转输重叠。如下文所讨论，为了补偿这些对准误差，层转输组件20包括一个或多个成像传感器以在转输步骤之前和之后扫描这些层。这允许控制器组件38补偿在EP引擎12p和12s与带22之间的接合处出现的x-y配准误差，以及在层转输组件20处出现的任何额外x-y重叠误差。

图4示出了层转输组件20的示例实施例。如图所示，层转输组件20是包括加热器68、压板组件70和轧辊72的示例打印组件。此外，层转输组件20还包括位于沿着带22和层64的过程路径的不同点处的一个或多个成像传感器74、76和78。在替代实施例中，层转输组件20也可选地包括一个或多个融合后加热器和空气喷嘴(或者其它冷却单元)和/或其它布置(例如，多个按压板、多个辊等)，如在Comb等人美国申请公开号2013/0186549和2013/0186558中所描述。

加热器68是一个或多个加热装置(例如，红外加热器和/或受热空气喷嘴)，一个或多个加热装置被配置成在到达轧辊72之前将层64加热到所希望的高温。每个层64有利地经过(或穿过)加热器68持续充分停留时间以将层64加热到所希望的高温。在某些实施例中，加热器68可以是预先烧结的加热器，诸如在Comb等人美国专利申请号14/218,102中所公开。

压板组件70是系统10的平台和机架组件，其包括建造平台80、y载台机架82和x载台机架84。建造平台80是系统10的平台或压板，其被配置成用以接收受热层64(或单独层64p和64s)以用来以逐层方式打印三维部件、支承结构、和基准结构，被称作三维部件86p、支承结构86s、和基准结构86f。为了易于讨论，三维部件86p、支承结构86s、和基准结构86f在本文中统称作打印部件86，其具有中间建造表面88，随后的层64可以施加到中间建造表面88上。

基准结构86f由连续基准区段64f形成。因为基准区段64f偏移并且单独于层64p的其余部分和单独于层64s，基准结构64f也偏移于并且单独于三维部件86p和支承结构86s，如图所示。这允许成像传感器74、76和78有效地扫描基准区段64f和基准结构86f的尺寸。因此，控制器组件38可以运用基准区段64f和基准结构86f的扫描来检测x-y重叠误差，而不是三维部件86p和支承结构86s的更复杂的位片几何形状。

然而，在替代实施例中，若需要，控制器组件38可以运用三维部件86p和/或支承结构86s的扫描来检测x-y重叠误差。如此，扫描三维部件(例如，利用成像扫描仪74和76)可以指计划的三维部件(例如，三维部件86p)、支承结构(例如，支承结构86s)和/或基准结构(例如，基准结构86f)的扫描。

在某些实施例中，建造平台80可以包括可移除的膜基板(未图示)以用于接收打印层64，其中可移除的膜基板可以通过使用任何合适技术(例如，真空抽吸、可移除的粘合剂、机械紧固件、磁性吸引等)而被约束抵靠于建造平台80上。在图示实施例中，建造平台80可以利用加热元件90(例如，电加热器)加热，加热元件90被配置成加热并且维持建造平台80在所希望的高温。

建造平台80由x载台机架84支承，x载台机架84本身由y载台机架82支承。Y载台机架82是第一机架机构，第一机架机构被配置成沿着z轴线和y轴线移动建造平台80和x载台机架84，优选地产生往复式矩形图案(由虚线92所示)，其中主要运动是沿着y轴线往复运动。

虽然往复式矩形图案被描述为具有尖锐轴向拐角(由箭头92所限定)的矩形图案，y载台机架82可以用具有倒圆或限定椭圆的拐角的往复矩形图案来移动建造平台80，只要建造平台80在轧辊72处的按压步骤期间沿着y轴线过程方向(由箭头92a所示)移动。Y载台机架82可以由马达94基于来自控制器组件38的命令操作，其中马达94可以是电马达、液压系统、气动系统等。

X载台机架84是第二机架机构，第二机架机构被配置成相对于y载台机架82沿着x轴线移动建造平台80，由此使建造平台80和打印部件86相对于箭头92a的y轴线过程方向在垂直或侧向方向移动。如下文所讨论，X载台机架84允许控制器组件38沿着侧向x轴线移位所述建造平面88的位置以补偿所检测的沿着侧向x轴线的重叠误差。X载台机架84可以由马达96根据来自控制器组件38的命令来操作，其中马达96也可以是电动马达、液压系统、气动系统等。

轧辊72是示例性的可加热元件或可加热层转输元件，其被配置成用以随着带22的移动而绕固定轴线旋转。特别地，轧辊72可以在箭头98的方向上抵靠后表面22b滚动，而带22在箭头方向34上旋转。在图示实施例中，轧辊72可以利用加热元件100(例如，电加热器)加热。加热元件104被配置成加热和维持轧辊72在所希望的高温。

上文提到的所希望的高温可以是独立地选择的并且预设的温度用于将层64p和支承层64s一起作为组合或复合层64转输到打印部件86的建造表面88。对于层转输组件20中每一个步骤的合适的所希望的高温的示例包括了在Comb等人的美国公开号2013/0186549和2013/0186558以及Comb等人的美国专利申请号14/218,102中所讨论的那些。

在打印操作期间，带22运送一种层64经过加热器68，加热器68可以将所述层64、以及带22的相关联区域加热到所希望的高温。带22绕轧辊72的继续旋转允许成像传感器74在按压步骤之前扫描受热层64，如下文所解释。特别地，成像传感器74优选地在尽可能靠近轧辊的位置扫描所述受热层64，诸如在带22与轧辊72的接合位置处，如图所示。带22的继续旋转和建造平台80的移动然后对准受热的层64与打印部件86的建造表面88。

Y载台机架82可以沿着箭头92a的y轴线过程方向移动建造平台80，优选地以与带22在箭头34的方向上的旋转速率同步的速率(即，相同方向和速度)。这造成带22的后表面22b绕轧辊72旋转以抵靠打印部件86的建造表面88夹紧带22和受热层64。这在轧辊72的位置处在建造表面88之间按压所述受热层64以至少部分地将受热层64传输到建造表面88。

当转输层64经过轧辊72的夹紧区时，带22绕轧辊72缠绕以分离并且脱离建造平台80和三维部件86。这辅助从带22释放转输层64，允许转输层64保持粘附到三维部件86上。在释放后，y载台机架82继续沿着箭头92a的y过程方向移动建造平台80。这允许成像传感器76在按压步骤之前扫描所述转输层64，如也在下文中所解释。

此外，成像传感器78可以扫描带22的前表面22a以识别保持粘附到带22上的任何残余量的部件或支承材料。这能指示转输层64的垂悬脊，由于未对准，垂悬脊不能粘附到任何下方的建造表面88上。

如上文所提到的那样，在某些实施例中，层转输组件20也可选地包括一个或多个融合后的加热器(post-fuse heater)和空气喷嘴(或其它冷却单元)和/或其它布置(例如，按压板、多个辊等)，如在Comb等人美国公开号2013/0186549和2013/0186558中所描述。在这些实施例中，成像传感器76可以相对于融合后加热器和空气喷嘴或其它冷却单元位于任何合适位置处。

Y载台机架82然后可以向下促动建造平台80和z载台机架84，并且然后遵循箭头96的往复矩形图案，使它们沿着y轴线往回移动到沿着y轴线的起始位置。建造平台80理想地到达起始位置用于与下一层64适当重叠对准。在某些实施例中，机架84也可以向上促动建造平台80和z载台机架84以与下一层64对准。然后对于每个其余层64可以重复相同过程。

总之，成像传感器74、76和78优选地包括沿着侧向x轴线定向的一个或多个线扫描摄像机用来扫描所述层64或带22。例如，在某些实施例中，成像传感器74、76和78可以各自包括单独和独立的线扫描摄像机，线扫描摄像机与控制器组件38在通信线路40a上通信。这种布置允许控制器组件38从成像传感器74、76和78中每一个在通信线路40a上彼此独立地接收扫描的图像数据。

替代地，成像传感器74、76和78中一个或多个可以合并了光学透镜，光学透镜将所接收的光从已扫描的层64引导至共用的线扫描摄像机。例如，成像传感器74和76可以各自包括单独光学透镜用来将所接收的光引导至共用线扫描摄像机。在此情况下，从成像传感器74接收的光图像可以被聚焦到共用线扫描摄像机的第一传感器部分上，并且从成像传感器76接收的光图像可以被聚焦到共用线扫描摄像机的第二传感器部分上。组合的图像数据然后可以在通信线路40a上传输到控制器组件38，其中控制器组件38然后可以用计算方式区分两个接收的图像。

如图5所示，控制器组件38可以包括任何合适的基于计算机的硬件，诸如用户接口102、存储器控制器104、处理器106、存储介质108、输入/输出(I/O)控制器110和、通信适配器112。控制器组件38也可以包括多种额外构件，这些额外构件被包含于常规计算机、服务器、介质装置和/或打印机控制器中。

用户接口102是用户操作的接口(例如，键盘、触摸垫/触摸板、触摸屏显示器、显示器监视器、和其它眼睛、语音、移动或手操作的控件)，用户操作的接口被配置成用来操作控制器组件38。存储器控制器104是电路组件，其使控制器组件38的构件与存储介质108的一个或多个易失性随机存取存储器(RAM)模块形成接口连接。处理器106是一个或多个计算机处理单元，其被配置成用来操作控制器组件38，可选地利用存储器控制器104。例如，处理器106可以包括一个或多个基于微处理器的引擎控制系统和/或数字控制的光栅成像处理器系统。

存储介质108是用于控制器组件38的一个或多个内部和/或外部数据存储装置或计算机存储介质，诸如易失性RAM模块、只读存储器模块、光学介质、磁性介质(例如硬盘驱动器)、固态介质(例如，闪速存储器和固态驱动器)、模拟介质等。存储介质108可以保持处理程序114的可执行拷贝、待利用系统10打印的一个或多个数字模型116，以及生成的位片118，其中的每一个可以如在Comb等人的美国专利申请号14/218,084中所描述那样被运用。

I/O控制器110是电路组件，电路组件使存储器控制器104、处理器106、和存储介质108与控制器组件38的各种输入和输出构件(包括通信适配器112)形成接口连接。通信适配器112是一个或多个有线或无线发射器/接收器适配器，其被配置成在通信线路40a和40b上通信。

控制器组件38可以从成像传感器74、76和78接收图像数据并且分别将所接收的图像数据存储为层数据120(来自成像传感器74)、部件数据122(来自成像传感器76)和带数据124(来自成像传感器78)。此外，存储介质108也可以保持伺服坐标数据126a，其映射所述y载台机架82的伺服速度和定时与带22的旋转速度和定时。控制器组件38可以从带22的带编码器(未图示)获得带22的旋转速度和定时。而且，存储介质108也可以保持x轴线坐标数据126b，这是用来沿着侧向x轴线与x载台机架84一起定位建造平台80的坐标图。

如下文所解释，控制器组件38可以比较所述层数据120与所述部件数据122和/或所述带数据124以检测在层转输组件20处的x-y重叠误差。如上文所提到的那样，x-y重叠误差可能受到在EP引擎12p和12s处的x-y配准误差以及在层转输组件20处出现的对准误差影响。例如，带22可以在加热时热扩展或拉伸，这可能会造成带22的旋转定时相对于伺服坐标数据126a中的信息随着时间漂移。这因此能造成连续的受按压的层64在x-y建造平面中在一个或多个方向上漂移，这种漂移能导致垂悬脊。如果保持未经校正，则垂悬脊能沿着z轴线生长并且可能影响系统性能。

图6A和图6B示出了控制器组件38可能执行以用来对任何x-y重叠误差进行检测的层数据120与部件数据122的示例比较。应了解图6A和图6B的图表只是示例性的，并且控制器组件38能在计算基础上执行比较。

如图所示，层数据120和部件数据122的经扫描图像可以各自在基于时间的轴线上标绘。因为带22和建造平台80优选地以同步速率移动，图示图表的时间轴线对应于带22(箭头34的方向上)和建造平台80(在箭头92a的方向)上的移动速度和方向。

下文的讨论集中在基准区段64f和基准结构86f的扫描图像，其中为了易于讨论省略了层64p和64s、三维部件86p和支承结构86s的相对应图像。然而，若需要，控制器组件38可以替代地以相同方式使用层64p和64s、三维部件86p和支承结构86s的扫描图像来检测x-y重叠误差。

如图6A所示，层数据120包括图像128，图像128对应于带22上已显影的层64之一的基准区段64f的扫描。这种扫描由成像传感器74在转输步骤之前在带22旋转经过成像传感器74时拍摄。图像128包括基准区段64f的前边缘128a(其在时间t₁示出)和基准区段64f的后边缘128b(其在时间t₂示出)。在时间t₁与t₂之间的差取决于带22的旋转速度和基准区段64f的尺寸。此外，图像128也示出了沿着侧向x轴线的侧边缘128c和128d。

在相同基准区段64f在轧辊72处被转输到基准结构86f之后，转输的基准区段64f然后经过成像传感器76。控制器组件38可以参考伺服坐标数据126a和图像128以预测由成像传感器76所扫描的图像的位置和尺寸。这由图6B中的预测图像130(以虚线示出)示出，预测图像130具有在时间t₃的前边缘130a、在时间t₅的后边缘130b，以及侧边缘130c和130d。

前边缘130a的时间t₃预期以将基准区段64f从成像传感器74移动到成像传感器76所需的预期时间相对于前边缘128a的时间t₁偏移，该预期的时间基于在成像传感器74与76之间的过程距离、以及带22和建造平台80的速度。换言之，如果带22与建造平台80的移动适当同步，在时间t₁与t₃之间的持续时间132为预测的持续时间。

图像130的侧边缘130c和130d被预测为基于源自x轴线坐标数据126b的映射具有与图像128的侧边缘128c和128d相同的沿着侧向x轴线的位置。在图示示例中，侧边缘130c在位置x₁处，并且侧边缘130d在位置x₃处，位置x₁和位置x₃沿着侧向x轴线以基准区段64f的尺寸偏移。

然而，如在图6B中进一步示出，部件数据122包括图像134，图像134对应于相同基准区段64f在被按压并且转输到基准结构86f上之后的实际扫描。这个扫描由成像传感器76在轧辊72处执行的转输步骤之后拍摄。图像134包括转输的基准区段64f的前边缘134a(其在时间t₄示出)和在转输基准区段64f的后边缘134b(其在时间t₆示出)。此外，图像134还包括在位置x₂处的侧边缘134c和在位置x₄处的侧边缘134d。

图像130和134的比较示出了在层转输组件20处发生的x-y重叠误差。所述y轴线对准误差能由沿着时间轴线在前边缘130a与134a之间(即，在时间t₃与t₄之间)和在后边缘130b与134b之间(即，在时间t₅与t₆之间)的差来识别。这些y轴线对准误差可能是由于多种可能的过程条件造成。例如，带22的热膨胀或热拉伸可能会导致相对于带22的编码器沿着y轴线随着时间的未对准漂移。这可能会引起用于同步所述带22与所述建造平台80的伺服坐标数据126a的误差。

所述x轴线对准误差能由沿着侧向x轴线在侧边缘130c与134c之间(即，在位置x₁与x₂之间)和在侧边缘130d与134d之间(即，在位置x₃与x₄之间)的差来识别。这些x轴线对准误差能归因于多种因素，诸如带抖动(belt jitter)、建造平台80或者在建造平台80上的建造薄片的侧向移位、部件在侧向方向上的蠕变或变形等。

沿着x轴线在侧边缘130d与134d之间，和沿着y轴线在后边缘130b与134之间的未对准对应于打印的基准结构86p的部件材料的垂悬脊。如上文所提到的那样，在轧辊72处的按压步骤之后，基准部分64p优选地保持与下面的建造表面88充分密切接触以保持粘附到基准结构86f上并且从带22整洁地释放。

然而，在此垂悬脊的位置处，部件材料并未粘附到任何下面的建造表面88。如此，如图7所示，当在轧辊72处从带22释放时在垂悬脊(被称作垂悬脊136)处的部件材料中的某些部件材料可以被向上牵拉，这归因于其与经打印部件86的相对较弱的结合。部件材料的这种向上拉可能会造成经打印部件86的后边缘在垂悬脊136处沿着z轴线竖起。如果允许垂悬脊136沿着z轴线在经打印部件86的多个层上生长，它们可能会导致不可接受的部件品质并且甚至影响系统性能。

此外，如图8所示，在垂悬脊136处的部件材料的部分可以实际上作为残余量的基准区段64f和支承层64s而保持粘附到带22上。已发现在垂悬脊(例如，垂悬脊136)的周围边缘处的部件和支承材料倾向于保持粘附到带22上而不是随着层64的其余部分释放。如此，除了能沿着z轴线上拉和生长的垂悬脊(如在上文中在图7中示出)之外，x-y重叠误差也可以防止从带22整洁和完全的层释放。

也已发现对于留在带22上的任何残余材料的检测适用于检测x-y重叠误差。如此，除了在来自成像传感器74和76的层数据120与部件数据122之间的比较之外，控制器组件38也可以(或替代地)比较层数据120与带数据124以检测是否有任何残余量的基准区段64f保持粘附到带22的前表面22a上。

图9A和图9B示出了控制器组件38可以执行以进一步对任何x-y重叠误差加以检测的层数据120与带数据124的示例比较。应了解在图9A和图9B中的图表只是示例性的，并且控制器组件38能在计算基础上执行比较。

图9A对应于如在图6A中示出的相同图像128，其由成像传感器74在转输步骤之前拍摄。相比而言，在转输步骤之后，带22继续在箭头34的方向上旋转经过成像传感器78，成像传感器78在轧辊72的下游。控制器组件38然后可使用带22和图像128的旋转速度来预测由成像传感器78扫描的图像的位置和尺寸。这由图9B中的预测图像138示出(以虚线示出)，预测图像138具有在时间t₇的前边缘138a、在时间t₉的后边缘138b，以及侧边缘138c和138d。

前边缘138a的时间t₇预期以带22的相同位置从成像传感器74移动到成像传感器78所需的预期时间相对于前边缘128a的时间t₁偏移，该预期时间基于在成像传感器74和78之间的过程距离与带22的旋转速度。换言之，如果带22的旋转速率相对于其编码器进行适当校准，在时间t₁与t₇之间的持续时间140是预测的持续时间。

图像138的侧边缘138c和138d经预测具有沿着侧向x轴线与图像128的侧边缘128c和128d相同的位置。在图示示例中，侧边缘138c在位置x₁，并且侧边缘138d在位置x₃，位置x₁与位置x₃沿着侧向x轴线以基准区段64f的尺寸偏移。

理想地，如果不存在x-y重叠误差并且基准区段64f整洁地从带22释放，成像传感器78将并不扫描任何残余量的部件材料，或者将仅扫描对称量的部件材料(例如，由于其它可能的非重叠问题)。然而，在图8和图9B所示的示例中，转输层64的基准区段64f表现出x-y重叠误差从而使得在垂悬脊136的周围边缘处的非对称部件材料在转输步骤之后保持粘附到带22上。由于这些周围边缘移动经过成像传感器78，成像传感器78生成并且传输带数据124。

如在图9B中进一步示出，带数据124包括图像142，图像142对应于源自保持粘附到带22上的基准区段64f的非对称残余量的部件材料。图像142包括前边缘142a(其在时间t₈示出)和后边缘142b(其在时间t₁₀示出)。此外，图像142还包括在位置x₂处的侧边缘142c和在位置x₄处的侧边缘142d。

图像138与142的比较还示出了在层转输组件20处出现的x-y重叠误差。所述y轴线对准误差可以主要由沿着时间轴线在后边缘138b与142b(即，在时间t₉与t₁₀之间)的差来识别。同样，x轴线对准误差可以主要由沿着侧向x轴线在侧边缘138d与142d(即，在位置x₃与x₄之间)的差来识别。应意识到，在转输步骤之后，部件材料66p和/或支承材料66s的部分保持粘附到带22上可能决定性地影响打印准确度。

因此，基于在层数据120与部件数据122(如在图6A和图6B中所示)和/或在层数据120与带数据124(如在图9A和图9B所示)之间的比较，控制器组件38然后可以补偿所检测的x-y重叠误差以减小或消除连续层64的x-y重叠误差。

在某些实施例中，可以通过更新系统10的校准参数来执行补偿。例如，控制器组件38可以更新伺服坐标数据126a和/或x轴线坐标数据126b以在打印操作期间将建造平台80定位于x-y建造平面中的校正位置处。这种校准更新可以在每个打印操作之前执行，并且可选地在打印操作中在短暂停止期间一次或多次执行。

替代地，控制器组件38通过使用反馈控制来补偿所检测的x-y重叠误差以提供实时定位更新。例如，如图10所示，为了补偿在前边缘130a与134a之间和在后边缘130b与134b之间的y轴线对准误差(在上文中在图6A和图6B中示出)，控制器组件38可以更新伺服坐标数据126a以(经由马达94)修改y载台机架82的速度和定时顺序。

这优选地修改建造平台80、x载台机架84和三维部件86的移动速度和定时从而使得用于后面的连续层64的图像134的前边缘134a和后边缘134b移位到时间t₃和t₅(对应于所预测图像130的前边缘130a和后边缘130b的y轴线位置)。换言之，这种修改沿着箭头92a的y轴线过程方向对准所述建造表面88与下一连续层64。

此外，为了补偿在侧边缘130c与134d之间和在侧边缘130d与134d之间(在上文中在图6中示出)的x轴线对准误差，控制器组件38可以更新x轴线坐标数据126b以调整建造平台80沿着侧向x轴线的位置。特别地，这造成x载台机架84(经由马达96)使建造平台80和三维部件86沿着侧向x轴线移动。这因此沿着x轴线相对于带22重新定位三维部件86的建造表面88从而使得用于接下来的连续层64的图像134的侧边缘134c和134d被定位于位置x₁和x₃处(对应于所预测图像130的侧边缘130c和130d的x轴线位置)。

下一连续层64然后可以被转输到三维部件86的建造表面88，具有减小或消除的x-y重叠误差。应意识到，对于建造平台80的x-y调整需要在一层循环内完成(即，在下一层64在轧辊72处受按压之前)。否则，建造平台80在轧辊72处按压期间的移动可能会降低打印准确度。

因此，控制器组件38优选地从成像传感器74、76和/或78接收经扫描的图像，检测任何x-y重叠误差，并且在x-y建造平面中在一层循环内调整所述建造平台80的位置。然后，若需要，对于每一层再次执行这种反馈控制，以用于持续对准更新。替代地，在某些实施例中，对准更新可以在给定间隔发生之后执行以减小对控制器组件38的处理需求。

如上文所提到的那样，控制器组件38可以包括一个或多个基于计算机的系统，基于计算机的系统被配置成用以操作系统10的构件。图11示出了一实施例，其中，控制器组件38包括主要控制器组件38a和次要重叠控制器38b。在此实施例中，重叠控制器38b可以作为独立和单独的控制器安装以与成像传感器74、76和78一起作用。

在操作期间，控制器组件38a如上文所讨论的那样操作系统10，其中发送到马达94和/或y载台机架82的信号通过重叠控制器38b传递。然而，在此情况下，来自成像传感器74、76和78的扫描图像被传输到重叠控制器38b，允许重叠控制器38b比较图像以检测任何x-y重叠误差。

如果检测到任何x-y重叠误差，重叠控制器38b然后掌控y载台机架82和x载台机架84中的一者或二者来减小或消除下一连续层64的x-y重叠误差，如上文所讨论的那样。在做出再对准后，重叠控制器38b然后将对y载台机架82的控制让渡给控制器组件38a直到需要随后的再对准。此实施例有利地用于现有系统10，其中重叠控制器38b和成像传感器74、76和78可以作为升级而安装，例如，对于系统10的其余构件具有最小影响。

尽管参考优选实施例描述了本公开，本领域技术人员将认识到可以做出形式和细节的改变，而不偏离本公开的精神和范围。