三维打印机中异常现象的检测的制作方法

背景技术：

一些三维打印机可在固化构造材料层(呈粉末形式)之前在该构造材料层上使用各种化学试剂。一些打印机使用两类化学试剂，称为聚结剂的第一类增强导致构造材料层聚结的能量的吸收，称为聚结改性剂(或缓和剂)的第二类抑制被聚结剂覆盖的区域周围的热传导效应。使用这两种试剂的三维打印机通常被称为多试剂增材制造系统(multipleagentadditivemanufacturingsystem)。

化学试剂可使用打印头(例如热打印头或压电喷墨打印头)被沉积。

附图说明

以下详细的描述参照附图，其中：

图1是根据一个实例的方法的框图。

图2是根据一个实例的三维打印机的示意图。

图3a和3b根据一个实例的打印图案的示意图。

图4a和4b根据一个实例的打印图案的示意图。

具体实施方式

诸如多试剂增材制造系统的三维打印机使用增材制造技术，其中通过从连接在一起或熔合的一系列截面添加连续的构造材料层而构造部件从而创建所述部件的最终形状。

在一些实例中，可使用多试剂增材制造系统，例如在2014年1月16日递交的题目为“生成三维对象”的pct申请第pct/ep2014/050841号中所描述的，其全部内容通过引用合并于此。

诸如多试剂增材制造系统的打印机使用烧结：将粉末状的构造材料层的颗粒加热直到发生聚结并且颗粒连接。在诸如多试剂增材制造系统的打印机中，可将聚结剂沉积在期望颗粒形成要被打印的部件的区域上，并且可将聚结改性剂沉积在这些区域的周围从而提高选择性和几何精确度。

可使用装有用于沉积试剂的喷嘴的打印头来沉积化学试剂。通过移动打印头(扫描打印机)或者移动构造材料层(具有固定的打印头)，在喷嘴沉积试剂的同时，打印头扫描表面。

一个技术性问题出现在检测喷嘴的检测中。

图1示意地显示了检测三维打印机的喷嘴中的异常现象的方法。使用第一试剂打印第一图案(s1)，例如使用与固化反应的试剂，比如聚结剂。使用三维打印机的至少一个喷嘴，或者沉积三维打印机的聚结剂的一部分喷嘴或所有喷嘴，将该第一试剂沉积在构造材料层上。

然后使用不同于第一试剂的第二试剂打印第二图案(s2)，例如聚结改性剂(即，抑制与固化反应的试剂)。

如果第一试剂为聚结剂，并且第二试剂为聚结改性剂，那么也使用沉积聚结改性剂的三维打印机的至少一个喷嘴将第二图案沉积在构造材料层上，并且因此该喷嘴不同于沉积聚结剂的喷嘴。打印第二图案还可使用沉积聚结改性剂的一部分喷嘴或者沉积聚结改性剂的所有喷嘴。

第二图案与第一图案相邻：在第一图案和第二图案之间存在至少一个接合点，因此构造材料层包括已用聚结剂打印的区域与已用聚结改性剂打印的区域之间的至少一个接合点。

应该注意的是，打印第二图案s2可与打印第一图案s1同时进行。在一个实例中，打印第一图案s1和打印第二图案s2可在同一打印过程中进行，其中装有喷嘴的打印头扫描构造材料层。

接着将构造材料层固化(s3)，例如，使用红外光源。发明人已观察到，与固化反应的试剂(例如聚结剂)覆盖的区域由于导致聚结和凝固的固化而收缩，而抑制与固化反应的试剂(例如聚结改性剂)覆盖的其它区域不收缩。该收缩可导致相对于抑制反应的试剂(例如聚结改性剂)覆盖的区域约50微米的高度减少。在该实例中，聚结改性剂提高了关于高度的对比度：图案之间出现明显的高度差异。

接着扫描构造材料层以检查(s4)第一图案和第二图案之间的高度差异的存在。由于在聚结和凝固之后被第一试剂覆盖的区域收缩，因此可用传感器(例如光学传感器)检测该高度差异。

如果检测到高度差异，那么便可推断出用于沿着接合点打印图案的喷嘴没有异常现象。

如果没有检测到高度差异，那么就可能报告关于出错的喷嘴的异常现象。报告异常现象可通过经由喷嘴出错的图形用户界面提示用户来实现。可对打印头进行维修操作，例如吐出、擦拭、清洁。还可替换携带出错喷嘴的打印头。

三维打印机sys示于图2中。更精确地，三维打印机sys可为适用于从粉末床形成三维对象的诸如多试剂增材制造系统的三维打印机。打印机sys包括构造材料层lp，其包括适用于在已用聚结剂和聚结改性剂打印之后以及在已被固化之后聚结的材料。

为了沉积聚结剂和聚结改性剂，打印机sys装备有打印头ph，每个打印头包括多个第一喷嘴nz1(用于沉积聚结剂)以及多个第二喷嘴nz2(用于沉积聚结改性剂)。在每个打印头ph上，第一nz1沿着图2中表示的y方向排列成阵列。在打印过程中，打印头ph沿着图2中表示的x方向移动。

系统sys还装备有高度传感器sen，其被配置为沿着y方向和沿着x方向移动。传感器sen能够感测z方向上的高度差异，例如约50微米的数量级。

在一个实例中，高度传感器sen具有cd/dvd阅读器(pickupreader)的结构。还可使用其它传感器，例如配置用来获得构造材料层的轮廓的传感器，或配置用于传感器校准的传感器。

在图2中，线p1的第一图案已被表示为在构造材料层lp上已通过第一喷嘴nz1被打印。该第一图案p1包括多个阶梯图案(stair-steppatterns)。在每个阶梯图案中，每条线都与第一喷嘴nz1关联。使用阶梯图案(其中每阶与不同的喷嘴关联)允许形成彼此独立的x轴上的线，并且其允许更好的检测喷嘴中的异常现象。

构造材料层lp也已经接收到用第二喷嘴nz2打印并且相当于没有被第一图案p1的线覆盖的构造材料层lp的区域的第二图案p2。因此第二图案p2包围图案p1的所有阶梯线。

应该要注意的是，可使用图案p1(以及图案p2)检测第一喷嘴nz1中的异常现象。下文还描述了更适合检测沉积抑制材料的第二喷嘴中的异常现象的其它图案。

此外，为了改善喷嘴中异常现象的检测，可打印(使用第一喷嘴和/或第二喷嘴)位置(或基准)图案从而便于定位喷嘴。例如，这些区块可有助于定位位于打印头的一端的喷嘴(即从打印头的侧面开始的第一喷嘴)。

检查区块的实例可为矩形。也可采用其它形状。

还应该注意的是，可在第一图案和第二图案之前打印定位图案。换句话说，可在图2的构造材料层的右边打印定位图案，打印头向构造材料层的左侧移动从而打印第一图案和第二图案。该实例允许在扫描第一图案和第二图案之前扫描定位图案。

在构造材料层lp上打印的第一图案p1和第二图案p2可使用固化单元cu来固化，例如红外光、微波源或其它电磁辐射源。

三维打印机sys还包括用于控制三维打印机的装置dc，其包括处理器pr以及与处理器协作的存储器st。

存储器st包括一组可由处理器pr执行的指令si。这组指令si包括指令i1以打印第一图案，例如在构造材料层lp上的第一图案p1。当执行时，指令i1命令打印头ph以使第一喷嘴nzl打印图案。这组指令si还包括指令i2以打印第二图案，例如第二图案p2。当执行时，指令i2命令打印头ph以使第二喷嘴nz2打印图案。这组指令si进一步包括指令i3和i4以使用固化单元cu固化构造材料层并且使用传感器sen感测第一图案和第二图案之间的接合点的高度差。

如果未检测到预期的高度差异，这组指令si可另外包括报告异常现象的指令。

图3a是构造材料层的俯视图，其中图案已经被打印。更具体地，图3a的构造材料层上打印的图案适用于检测用于沉积聚结剂的喷嘴中的异常现象，并且该图案因此与图2的图案相似。

在图3a中，第一图案p1包括由线l1、l2、l3和l4得到的多个阶梯图案。在每个阶梯图案中，每条线都与沉积聚结剂的第一喷嘴关联。例如，线l1和l2各自与同一打印头上相邻的两个喷嘴关联，并且线l3和l4各自与同一打印头上相邻的其它两个喷嘴关联。第二图案p2相当于未被第一图案p1的线覆盖的构造材料层的区域。

高度传感器sen的移动已用箭头在该图上表示。传感器sen相对于第一图案p1的线的大致方向垂直移动以检测高度差异，并且传感器sen在与该线的相同方向上移动从而移动到相当于不同组的喷嘴的另一组线。

图3b也是构造材料层的俯视图，其中图案已经被打印。更具体地，图3b的构造材料层上打印的图案适用于检测用于沉积聚结改性剂的喷嘴中的异常现象。图3b的图案因此为参考图3a描述的图案的负等效物(negativeequivalent)。

在图3b中，第二图案p'2包括由线l1'、l2'、l3'和l4'得到的多个阶梯图案。在每个阶梯图案中，每条线都与沉积聚结改性剂的第一喷嘴关联。例如，线l1'和l2'各自与同一打印头上相邻的两个喷嘴关联，并且线l3'和l4'各自与同一打印头上相邻的其它两个喷嘴关联。第一图案p'1相当于未被第二图案p'2的线覆盖的构造材料层的区域。

高度传感器sen的移动已用箭头在该图上表示。传感器sen相对于第二图案p'2的线的大致方向垂直移动。

图4a是固化后获得的图3a的构造材料层的三维表示。用聚结剂覆盖的粉末的收缩对于图案p1的每条线都产生了沟渠。

图4b是固化后获得的图3b的构造材料层的三维表示。用聚结剂覆盖的粉末的收缩对于图案p2的每条线都产生了突出的条带。

根据一个实例，提供了自动检测用于三维打印机的喷嘴中的异常现象的简单方法。根据该实例的方法可在无需用户命令三维打印机的情况下自动进行。此外，该方法可在构造材料的单层上实现，并且检查和扫描可在固化已打印有图案的构造材料层之后直接实现：正是测量的粉末的收缩，而无需使用若干层粉末打印特征，从而检测异常现象。