三維印表機中異常現象的檢測的製作方法

2023-06-01 23:00:26

背景技術：

一些三維印表機可在固化構造材料層(呈粉末形式)之前在該構造材料層上使用各種化學試劑。一些印表機使用兩類化學試劑，稱為聚結劑的第一類增強導致構造材料層聚結的能量的吸收，稱為聚結改性劑(或緩和劑)的第二類抑制被聚結劑覆蓋的區域周圍的熱傳導效應。使用這兩種試劑的三維印表機通常被稱為多試劑增材製造系統(multipleagentadditivemanufacturingsystem)。

化學試劑可使用列印頭(例如熱列印頭或壓電噴墨列印頭)被沉積。

附圖說明

以下詳細的描述參照附圖，其中：

圖1是根據一個實例的方法的框圖。

圖2是根據一個實例的三維印表機的示意圖。

圖3a和3b根據一個實例的列印圖案的示意圖。

圖4a和4b根據一個實例的列印圖案的示意圖。

具體實施方式

諸如多試劑增材製造系統的三維印表機使用增材製造技術，其中通過從連接在一起或熔合的一系列截面添加連續的構造材料層而構造部件從而創建所述部件的最終形狀。

在一些實例中，可使用多試劑增材製造系統，例如在2014年1月16日遞交的題目為「生成三維對象」的pct申請第pct/ep2014/050841號中所描述的，其全部內容通過引用合併於此。

諸如多試劑增材製造系統的印表機使用燒結：將粉末狀的構造材料層的顆粒加熱直到發生聚結並且顆粒連接。在諸如多試劑增材製造系統的印表機中，可將聚結劑沉積在期望顆粒形成要被列印的部件的區域上，並且可將聚結改性劑沉積在這些區域的周圍從而提高選擇性和幾何精確度。

可使用裝有用於沉積試劑的噴嘴的列印頭來沉積化學試劑。通過移動列印頭(掃描印表機)或者移動構造材料層(具有固定的列印頭)，在噴嘴沉積試劑的同時，列印頭掃描表面。

一個技術性問題出現在檢測噴嘴的檢測中。

圖1示意地顯示了檢測三維印表機的噴嘴中的異常現象的方法。使用第一試劑列印第一圖案(s1)，例如使用與固化反應的試劑，比如聚結劑。使用三維印表機的至少一個噴嘴，或者沉積三維印表機的聚結劑的一部分噴嘴或所有噴嘴，將該第一試劑沉積在構造材料層上。

然後使用不同於第一試劑的第二試劑列印第二圖案(s2)，例如聚結改性劑(即，抑制與固化反應的試劑)。

如果第一試劑為聚結劑，並且第二試劑為聚結改性劑，那麼也使用沉積聚結改性劑的三維印表機的至少一個噴嘴將第二圖案沉積在構造材料層上，並且因此該噴嘴不同於沉積聚結劑的噴嘴。列印第二圖案還可使用沉積聚結改性劑的一部分噴嘴或者沉積聚結改性劑的所有噴嘴。

第二圖案與第一圖案相鄰：在第一圖案和第二圖案之間存在至少一個接合點，因此構造材料層包括已用聚結劑列印的區域與已用聚結改性劑列印的區域之間的至少一個接合點。

應該注意的是，列印第二圖案s2可與列印第一圖案s1同時進行。在一個實例中，列印第一圖案s1和列印第二圖案s2可在同一列印過程中進行，其中裝有噴嘴的列印頭掃描構造材料層。

接著將構造材料層固化(s3)，例如，使用紅外光源。發明人已觀察到，與固化反應的試劑(例如聚結劑)覆蓋的區域由於導致聚結和凝固的固化而收縮，而抑制與固化反應的試劑(例如聚結改性劑)覆蓋的其它區域不收縮。該收縮可導致相對於抑制反應的試劑(例如聚結改性劑)覆蓋的區域約50微米的高度減少。在該實例中，聚結改性劑提高了關於高度的對比度：圖案之間出現明顯的高度差異。

接著掃描構造材料層以檢查(s4)第一圖案和第二圖案之間的高度差異的存在。由於在聚結和凝固之後被第一試劑覆蓋的區域收縮，因此可用傳感器(例如光學傳感器)檢測該高度差異。

如果檢測到高度差異，那麼便可推斷出用於沿著接合點列印圖案的噴嘴沒有異常現象。

如果沒有檢測到高度差異，那麼就可能報告關於出錯的噴嘴的異常現象。報告異常現象可通過經由噴嘴出錯的圖形用戶界面提示用戶來實現。可對列印頭進行維修操作，例如吐出、擦拭、清潔。還可替換攜帶出錯噴嘴的列印頭。

三維印表機sys示於圖2中。更精確地，三維印表機sys可為適用於從粉末床形成三維對象的諸如多試劑增材製造系統的三維印表機。印表機sys包括構造材料層lp，其包括適用於在已用聚結劑和聚結改性劑列印之後以及在已被固化之後聚結的材料。

為了沉積聚結劑和聚結改性劑，印表機sys裝備有列印頭ph，每個列印頭包括多個第一噴嘴nz1(用於沉積聚結劑)以及多個第二噴嘴nz2(用於沉積聚結改性劑)。在每個列印頭ph上，第一nz1沿著圖2中表示的y方向排列成陣列。在列印過程中，列印頭ph沿著圖2中表示的x方向移動。

系統sys還裝備有高度傳感器sen，其被配置為沿著y方向和沿著x方向移動。傳感器sen能夠感測z方向上的高度差異，例如約50微米的數量級。

在一個實例中，高度傳感器sen具有cd/dvd閱讀器(pickupreader)的結構。還可使用其它傳感器，例如配置用來獲得構造材料層的輪廓的傳感器，或配置用於傳感器校準的傳感器。

在圖2中，線p1的第一圖案已被表示為在構造材料層lp上已通過第一噴嘴nz1被列印。該第一圖案p1包括多個階梯圖案(stair-steppatterns)。在每個階梯圖案中，每條線都與第一噴嘴nz1關聯。使用階梯圖案(其中每階與不同的噴嘴關聯)允許形成彼此獨立的x軸上的線，並且其允許更好的檢測噴嘴中的異常現象。

構造材料層lp也已經接收到用第二噴嘴nz2列印並且相當於沒有被第一圖案p1的線覆蓋的構造材料層lp的區域的第二圖案p2。因此第二圖案p2包圍圖案p1的所有階梯線。

應該要注意的是，可使用圖案p1(以及圖案p2)檢測第一噴嘴nz1中的異常現象。下文還描述了更適合檢測沉積抑制材料的第二噴嘴中的異常現象的其它圖案。

此外，為了改善噴嘴中異常現象的檢測，可列印(使用第一噴嘴和/或第二噴嘴)位置(或基準)圖案從而便於定位噴嘴。例如，這些區塊可有助於定位位於列印頭的一端的噴嘴(即從列印頭的側面開始的第一噴嘴)。

檢查區塊的實例可為矩形。也可採用其它形狀。

還應該注意的是，可在第一圖案和第二圖案之前列印定位圖案。換句話說，可在圖2的構造材料層的右邊列印定位圖案，列印頭向構造材料層的左側移動從而列印第一圖案和第二圖案。該實例允許在掃描第一圖案和第二圖案之前掃描定位圖案。

在構造材料層lp上列印的第一圖案p1和第二圖案p2可使用固化單元cu來固化，例如紅外光、微波源或其它電磁輻射源。

三維印表機sys還包括用於控制三維印表機的裝置dc，其包括處理器pr以及與處理器協作的存儲器st。

存儲器st包括一組可由處理器pr執行的指令si。這組指令si包括指令i1以列印第一圖案，例如在構造材料層lp上的第一圖案p1。當執行時，指令i1命令列印頭ph以使第一噴嘴nzl列印圖案。這組指令si還包括指令i2以列印第二圖案，例如第二圖案p2。當執行時，指令i2命令列印頭ph以使第二噴嘴nz2列印圖案。這組指令si進一步包括指令i3和i4以使用固化單元cu固化構造材料層並且使用傳感器sen感測第一圖案和第二圖案之間的接合點的高度差。

如果未檢測到預期的高度差異，這組指令si可另外包括報告異常現象的指令。

圖3a是構造材料層的俯視圖，其中圖案已經被列印。更具體地，圖3a的構造材料層上列印的圖案適用於檢測用於沉積聚結劑的噴嘴中的異常現象，並且該圖案因此與圖2的圖案相似。

在圖3a中，第一圖案p1包括由線l1、l2、l3和l4得到的多個階梯圖案。在每個階梯圖案中，每條線都與沉積聚結劑的第一噴嘴關聯。例如，線l1和l2各自與同一列印頭上相鄰的兩個噴嘴關聯，並且線l3和l4各自與同一列印頭上相鄰的其它兩個噴嘴關聯。第二圖案p2相當於未被第一圖案p1的線覆蓋的構造材料層的區域。

高度傳感器sen的移動已用箭頭在該圖上表示。傳感器sen相對於第一圖案p1的線的大致方向垂直移動以檢測高度差異，並且傳感器sen在與該線的相同方向上移動從而移動到相當於不同組的噴嘴的另一組線。

圖3b也是構造材料層的俯視圖，其中圖案已經被列印。更具體地，圖3b的構造材料層上列印的圖案適用於檢測用於沉積聚結改性劑的噴嘴中的異常現象。圖3b的圖案因此為參考圖3a描述的圖案的負等效物(negativeequivalent)。

在圖3b中，第二圖案p'2包括由線l1'、l2'、l3'和l4'得到的多個階梯圖案。在每個階梯圖案中，每條線都與沉積聚結改性劑的第一噴嘴關聯。例如，線l1'和l2'各自與同一列印頭上相鄰的兩個噴嘴關聯，並且線l3'和l4'各自與同一列印頭上相鄰的其它兩個噴嘴關聯。第一圖案p'1相當於未被第二圖案p'2的線覆蓋的構造材料層的區域。

高度傳感器sen的移動已用箭頭在該圖上表示。傳感器sen相對於第二圖案p'2的線的大致方向垂直移動。

圖4a是固化後獲得的圖3a的構造材料層的三維表示。用聚結劑覆蓋的粉末的收縮對於圖案p1的每條線都產生了溝渠。

圖4b是固化後獲得的圖3b的構造材料層的三維表示。用聚結劑覆蓋的粉末的收縮對於圖案p2的每條線都產生了突出的條帶。

根據一個實例，提供了自動檢測用於三維印表機的噴嘴中的異常現象的簡單方法。根據該實例的方法可在無需用戶命令三維印表機的情況下自動進行。此外，該方法可在構造材料的單層上實現，並且檢查和掃描可在固化已列印有圖案的構造材料層之後直接實現：正是測量的粉末的收縮，而無需使用若干層粉末列印特徵，從而檢測異常現象。