設備的校準的製作方法

2023-06-01 23:00:41

背景技術：

已經提出基於逐層地生成三維物體的增材製造系統作為製造三維物體的潛在方便的方式。

附圖說明

現在將參照附圖、藉由非限定性示例的方式描述示例，其中：

圖1是對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例的流程圖；

圖2是用於生成三維物體的設備的示例的簡化示意圖；

圖3是用於生成三維物體的設備的一部分的示例的簡化示意圖；

圖4是對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例的流程圖；

圖5是生成校準圖案的方法的示例的流程圖；以及

圖6是對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例的流程圖。

具體實施方式

增材製造技術可以通過構建材料的固化來生成三維物體。構建材料可以是基於粉末的，並且所生成物體的特性可以取決於所使用的構建材料的類型以及固化機制的類型。在該技術的多個示例中，以逐層的方式提供構建材料，並且固化方法包括加熱構建材料層以在所選擇區域中引起熔化。在其他技術中，可以使用化學固化方法。

增材製造系統可以基於結構設計數據生成物體。這可以包括設計者例如使用計算機輔助設計應用程式cad來生成待生成物體的三維模型。模型可以定義物體的實體部分。為了使用增材製造系統根據模型生成三維物體，可以處理模型數據以生成模型的平行平面的切片。每個切片可以定義將要由增材製造系統固化或引起聚結的相應的構建材料層的一部分。

在本文的示例中所參考的構建材料可以包括例如作為基於粉末的構建材料的構建材料。如本文所使用的，術語基於粉末的材料意在包括乾式和溼式基於粉末的材料、顆粒材料、以及粒狀材料。

使用增材製造系統生成有形三維物體的方法可以包括一系列步驟，包括：形成構建材料層，選擇性地遞送試劑(例如聚結劑和/或聚結改性劑)至構建材料層的表面的一個或多個部分，以及臨時地施加預定水平的能量至構建材料層。能量的臨時施加可以使得其上已經遞送或滲透了聚結劑的構建材料的一部分加熱至構建材料的熔點以上並且聚結。一旦冷卻，已經聚結的部分變為固態並且形成正在生成的三維物體的一部分。隨後可以重複這些步驟以形成三維物體。其他步驟和工序也可以用於該步驟序列。

可以使用將試劑沉積在構建材料上的試劑分配器來沉積試劑，例如聚結劑或聚結改性劑。本文所描述本文所描述的示例中，聚結劑和聚結改性劑可以包括可以使用試劑分配器遞送的流體。在一個示例中，以微滴形式遞送試劑。

根據本文所描述一些示例的試劑分配器可以包括列印頭，諸如熱列印頭或壓電列印頭。在一個示例中，可以使用諸如在商業可購得的噴墨印表機中使用的合適的列印頭之類的列印頭。

本文所描述的示例涉及一種用於對構建材料分配器和/或試劑分配器執行診斷測試或校準的方法和設備。示例可以用於校準操作的執行，包括但不限於：

-試劑分配器的對準，例如列印頭對準，以補償列印頭位置和/或在沿兩個方向列印的設備中雙向補償。

-試劑微滴重量(或尺寸)校準：列印頭的老化或製造差異可能影響微滴重量(或尺寸)。

-噴嘴健康狀況：校驗印表機系統中的噴嘴的狀態，這對於識別故障噴嘴、以及如果需要的話替換噴嘴或列印頭、或者執行恢復動作可以有用。

圖1示出了對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例。方法包括通過沉積構建材料並施加能量至構建材料以形成熔化的表面而生成校準襯底，步驟101。在一些示例中，跨越預定區域均勻地沉積構建材料。在一些示例中，步驟101包括在沉積多個構建材料層，並且在沉積每個單個層之後施加能量。換言之，在該示例中，通過重複地沉積構建材料並施加能量至構建材料來生成校準襯底，以使得校準襯底包括多個構建材料層。在一些示例中，每個層約0.1mm厚。在一些示例中，校準襯底包括至少5層構建材料。在一些示例中，構建材料層的數目在5－15的範圍中。較少的層意味著使用較少構建材料，減少了執行方法的示例的成本，並且用於生成校準襯底的時間也較少。更多的層意味著增大校準襯底的機械剛性，因此增大了其操縱並從設備移除的便易性。

在一些示例中，在施加能量至構建材料之前施加聚結劑至所沉積的構建材料。施加聚結劑至所沉積的構建材料的整個區域。在其中所生成校準襯底包括多個構建材料層的一些示例中，在施加能量至該層之前施加聚結劑至所沉積的構建材料的每個層。這些示例實現了與其中不施加聚結劑的示例相比使用所施加能量的的數量降低來實現構建材料的熔化。

在一些示例中，在校準襯底的生成期間施加至構建材料的能量的量大於在設備的正常構建操作期間施加至構建材料層的能量的量。這些示例實現了不使用聚結劑而實現構建材料的熔化。

在步驟102中，通過根據預定圖案在校準表面上沉積試劑來在校準襯底上生成校準圖案。在一些示例中，試劑是聚結劑。當施加能量至構建材料時，聚結劑引起構建材料的熔化，該構建材料為已在其上沉積了聚結劑的構建材料。可以控制所施加的能量的水平以使得具有聚結劑的構建材料熔化而沒有聚結材料的構建材料不熔化。聚結劑可以具有顏色，當熔化時，該顏色確定已經施了聚結劑的構建材料的顏色。

在一些示例中，在步驟102中沉積的試劑是聚結改性劑。聚結改性劑可以用於各種目的。在一個示例中，聚結改性劑可以遞送至鄰近遞送了聚結劑的位置的位置，例如用以幫助減小聚結劑滲漏的效應。這可以用於例如提高物體邊緣或表面的解析度，和/或修改表面粗糙度。在另一示例中，聚結改性劑可以與聚結劑交替遞送，這可以用於實現物體特性的修改。在一些示例中試劑是著色劑，該著色劑改變著色劑沉積到的構建材料的顏色。在一些示例中，試劑是改變材料特性的材料特性改變劑，該材料特性例如在其上沉積該材料特性改變劑的構建材料的機械和物體特性，諸如強度、硬度等。在一些示例中，步驟102包括根據預定圖案在校準襯底上沉積多個不同試劑。

在一些示例中，步驟102包括根據第一預定圖案沉積第一試劑，以及根據第二預定圖案沉積第二試劑。在一個示例中，第一試劑是聚結劑並且第二試劑是聚結改性劑，以及定義第一和第二預定圖案以使得聚結改性劑鄰近聚結劑沉積。在一些示例中，第一試劑是具有第一顏色的聚結劑，並且第二試劑是具有第二顏色的聚結劑。在一些示例中，第一預定圖案和第二預定圖案重疊。在一個示例中，著色劑沉積在與聚結劑相同的區域中。在一個示例中，著色劑沉積在與聚結改性劑相同的區域中。在一些示例中，由用於生成三維物體的設備的試劑沉積系統來沉積試劑。

在一些示例中，在已經發生設備的顯著冷卻之前生成校準圖案。這可以確保在校準圖案的生成期間設備的部件(例如響應於溫度增高而膨脹的機械部件)的溫度接近校準襯底的生成期間的這些部件的溫度(校準襯底的生成期間的溫度是設備的正常構建模式工作溫度)。這進而可以確保精確的校準，這是因為設備的機械部件的熱膨脹意味著與在較冷溫度下相比，在設備的正常構建工作溫度下它們的性能不同。

在一些示例中，設計預定圖案，以實現從2d印表機裝置複製一些現有的校準技術。例如，預定的圖案可以包括以下2d校準圖案中的任意校準圖案：

-線條圖案。可以視覺地測量線條圖案，或者由用於生成三維物體的設備中的傳感器來測量線條圖案，以在單個顏色內和多個顏色之間找到最筆直線條。幹涉圖案。可以視覺地測量幹涉圖案或者由設備中的傳感器來測量幹涉圖案。幹涉圖案可以包括例如基底圖案，以及在列印頭為正確地對準時的相對於彼此不對準的重疊圖案。

-方塊圖案。可以由設備中的傳感器來測量方塊圖案。

-斜坡圖案。可以由設備中的傳感器來測量斜坡圖案。它們用於沿襯的底軸線方向對準列印頭。

-n型圖案。可以由設備中的傳感器來測量n型圖案。它們可以用於沿襯底的軸線方向對準列印頭，並且還可以用於測量印表機中的特徵的距離，例如一個列印頭與傳感器之間的距離。

在步驟103中，測量校準圖案的屬性。在一些示例中，在步驟103的執行期間校準襯底留在設備內的合適位置處。在一些此類示例中，由集成至設備中的傳感器來執行測量。在一些此類示例中，由集成至設備中的多個傳感器執行測量。在一些示例中，在執行步驟103之前從設備移除校準襯底。在一些示例中，使用與設備分離的傳感器裝置來測量屬性。在一些示例中，使用人類操作者的視覺檢查來測量屬性。在一些示例中，屬性是校準圖案的特徵的相對位置。在一些示例中，屬性是單個試劑微滴的位置，例如用於檢查試劑分配系統的對準。在一些示例中，屬性是列印了試劑的區域的暗度或顏色，例如用於檢查微滴重量和顏色校準。在一些示例中，屬性是單個試劑微滴的存在，例如用於檢查噴嘴健康狀況。

方法可以用於例如檢查用於生成三維物體的設備的操作參數和/或性能，和/或用於調節用於生成三維物體的設備的操作參數。在特定示例中，方法可以用於檢查和/或調節與試劑沉積有關的操作參數。

本文所描述的示例具有的優點在於，用於在紙張/乙烯基介質支撐上校準列印系統的已研發的校準技術可以用於校準使用非固體構建材料(諸如粉末)的三維列印系統。

示例實現了用於在校準進程期間生成三維物體的設備操作緊密地或精確地與其在正常構建進程期間的操作相對應。例如，當設備正生成校準圖案時，設備的構建材料分布系統與其上沉積了構建材料的襯底之間的距離與當設備正生成並非校準物體的三維物體時構建材料分布系統與襯底之間的距離相同。因此示例可以確保校準的結果儘可能精確。

圖2示出了適用於實施圖1的方法的用於生成三維物體的設備的示例。設備包括用於沉積構建材料的構建材料沉積系統202。設備還包括例如包括能量源的能量施加系統203，用於施加受控量的能量至所沉積的構建材料。在一些示例中，能量源可以包括燈、可見光源、紫外光源、微波能量源、輻射源或雷射源。還可以使用能量或熱量的其他源。

設備還包括試劑沉積系統204，由處理單元控制以選擇性地沉積試劑，該試劑例如聚結劑或聚結改性劑。在一些示例中，試劑沉積系統204包括列印頭，諸如熱列印頭或壓電列印頭。在一個示例中，可以使用諸如在商業可購得噴墨印表機中所使用的合適的列印頭之類的列印頭。

設備還包括測量系統205。在一些示例中，測量系統205包括高度傳感器以檢測由設備生成的物體的表面的高度差。在一些示例中，測量系統205包括顏色傳感器以檢測由設備生成的物體的表面中的顏色差。在一些示例中，測量系統205包括光學傳感器。在一些示例中，測量系統包括多個光學傳感器。在一個此類示例中，測量系統包括與用於噴墨印表機(例如hpdesignjet噴墨印表機)中光學傳感器相同或類似的光學傳感器集合。

設備還包括處理單元201以控制構建材料沉積系統202、能量施加系統203、試劑沉積系統204以及測量系統205。處理單元201利用可以是有線或無線的通信鏈路的通信鏈路205、206、207、208來與構建材料沉積系統202、能量施加系統203、試劑沉積系統204以及測量系統205進行通信。在一些示例中，處理單元201、構建材料沉積系統202、能量施加系統203、試劑沉積系統204以及測量系統205全部設置在單個裝置外殼內。在一些示例中，處理單元201、構建材料沉積系統202、能量施加系統203、試劑沉積系統204以及測量系統205中的至少一個被設置為分立裝置。

處理單元201用於通過控制構建材料沉積系統202以沉積構建材料並通過控制能量施加系統203以施加能量至構建材料進而形成熔化的表面的方式來控制構建材料沉積系統202以及能量施加系統203來生成校準襯底。在一些示例中，處理單元用於控制構建材料沉積系統202和能量施加系統203來重複地沉積構建材料並且隨後向該構建材料施加能量，以使得所生成的校準襯底包括多個層。

處理單元201還用於通過根據預定圖案在校準襯底上沉積試劑來控制試劑沉積系統204在校準襯底上生成校準圖案。在一些示例中，處理單元用於控制構建材料沉積系統202、能量施加系統203、和試劑沉積系統204，以通過在校準襯底上沉積另外的構建材料、根據預定圖案在另外的構建材料上沉積試劑、以及施加能量至另外的構建材料的方式在校準襯底上生成校準圖案。在一些示例中，處理單元用於控制構建材料沉積系統202、試劑沉積系統204和能量施加系統203來重複地沉積另外的構建材料、沉積試劑、並且隨後施加能量，從而使所生成的校準圖案包括多個層。另外的構建材料與用於生成校準襯底的構建材料相同。

處理單元201還用於控制測量系統以測量校準圖案的屬性。在一些示例中，處理單元201用於控制測量系統205以測量校準圖案的多個屬性。在一些示例中，處理單元201用於控制測量系統以識別校準圖案中的指定特徵，例如線條或線條的組合。在一些示例中，處理單元用於確定校準圖案中的特徵的相對位置。在一些示例中，處理單元用於將測量到的屬性與預定圖案進行比較。在一些示例中，處理單元用於計算測量到的屬性與預定圖案之間的差異。在一些示例中，處理單元用於基於測量到的屬性或者基於測量到的屬性與預定圖案之間的計算出的差異來調節設備的操作參數，例如試劑沉積系統204的對準。

圖3示出了用於生成三維物體的設備301的示例。圖3的設備301適用於實施圖1的方法。設備301包括構建材料沉積系統302、能量施加系統(未示出)、試劑沉積系統(未示出)、以及測量系統(未示出)，這些可以與在以上結合圖2中所示設備所描述的的構建材料沉積系統202、能量施加系統203、試劑沉積系統204以及測量系統205相同。

圖3的示例性設備301還包括其上可以沉積構建材料的初始層的可加熱支撐基床303。支撐基床由布置在支撐基床中或者在支撐基床下方的熱源可加熱。設備301還包括處理單元(未示出)以控制沉積系統302、能量施加系統、測量系統以及熱源。在一些示例中，處理單元用於通過控制熱源的操作來控制支撐基床303的溫度。在一些示例中，處理單元用於控制熱源以在設備301的構建模式期間將支撐基床303維持在第一溫度，並且在設備301的校準模式期間將支撐基床303維持在更高的第二溫度。在一個示例中，第一溫度低於構建材料的熔點，並且第二溫度在構建材料的熔點以上。這確保了當正在生成校準襯底時，該校準極低可以變得完全熔化而無需施加聚結劑。

圖4示出了對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例。方法包括通過沉積構建材料並且施加能量至構建材料以形成熔化的表面來生成校準襯底，步驟401。在步驟402中，通過根據預定圖案在校準表面上沉積試劑來在校準襯底上生成校準圖案。在一些示例中，步驟401和402以與接合圖1的示例性方法如上所述的步驟101和102相同的方式來執行。

在步驟403中，從設備移除其上形成有校準圖案的校準襯底。在一些示例中，在從步驟402完成了一定時間之後執行步驟403。這允許校準襯底冷卻以使其可以容易地處理。取決於校準襯底的厚度，在一些情形中，校準襯底可以隨著它的冷卻而彎曲。在一些示例中，設計預定的圖案以使得測量到的屬性不受這種彎曲的影響。

在步驟404中，測量校準圖案的屬性。在一些示例中，測量包括由人類操作者視覺地檢查校準襯底。在一些示例中，使用與設備分離的傳感器裝置來測量屬性。在一些示例中，步驟404包括利用不同顏色的光來照射校準圖案，例如使用leds，並且利用光學傳感器來測量響應。可以通過確定傳感器處的信號最小值(或最大值)來確定圖案特徵的位置。為了確定圖案特徵的顏色，將關於每個顏色的光的信號數值取作測量值。在一些示例中，使用分光光度計來執行測量。

示例因此提供生成可以在外部評估的校準物體的可能性。例如，外部評估可以包括視覺評估，例如由此讀取數值並且以一種形式引入或電子地輸入該數值。示例還可以實現針對自動評估而生成一些事物，例如包括掃描或光學感測並在後期處理數據以獲得校準結果。在這些方法中的任意方法中，可以使用圖像以及處理技術，包括例如來自其他列印技術的圖像以及處理技術。

圖5示出了用於生成校準圖案的方法的示例。在校準襯底的熔化的表面上沉積另外的構建材料，步驟501。在一些示例中，跨越校準襯底的整個區域均勻地沉積另外的構建材料。在一些示例中，以與構建材料的沉積相同的方式執行另外的構建材料的沉積，如關於圖1的步驟101如上所述的。另外的構建材料與步驟101中所沉積的構建材料相同。

在步驟502中，根據預定圖案將試劑沉積在另外的構建材料上。在一些示例中，以與圖1的步驟102相同的方式執行步驟502。

在步驟503中，施加能量至另外的構建材料。在一些示例中，選擇所施加的能量的水平，以使得通過施加能量來引起另外的構建材料融化，在該另外的構建材料之上或下方已經施加了聚結劑，而此時並未由施加能量引起在其上沒有施加聚結劑的另外的構建材料的熔化。

在一些示例中，重複地執行步驟501、502和503以使得校準圖案包括多個構建材料層。因為預定的圖案對於每個層是相同的，因此這使得試劑的效果被放大，並且因此更易於測量。

示例因此實現了測試和/或調節用於生成與試劑的沉積相關的三維物體的設備的方面。

圖6示出了對用於生成三維物體的設備進行校準的方法的示例。方法包括通過沉積構建材料並施加能量至構建材料以形成熔化的表面來生成校準襯底，步驟601。在步驟602中，通過根據預定圖案在熔化的表面上沉積試劑來在校準襯底上生成校準圖案。在步驟603中，測量校準圖案的屬性。在一些示例中，以與關於圖1的示例性方法如上所述的步驟101、102和103相同的方式執行步驟601、602和603。在一些示例中，以與關於圖4的示例性方法如上所述的步驟401-404相同的方式執行步驟601、602和603。

在步驟604中，基於步驟603中所執行的測量來調節用於生成三維物體的設備的操作參數。在一些示例中，步驟604包括改變試劑沉積系統的對準。在一些此類示例中，通過改變噴嘴或噴嘴群組的發射時間來改變對準以使得來自不同列印頭/墨盒位置的試劑微滴位於相同表面位置。在一些示例中，通過改變噴嘴或噴嘴群組的發射時間來改變對準，使得沿從左至右列印方向發射的試劑微滴與沿從右至左列印方向發射的試劑微滴位於相同表面位置。在一些示例中，步驟604包括調節關於由試劑沉積系統所放置試劑的顏色和/或暗度的參數。在一些此類示例中，通過改變在給定表面位置處發射的微滴數量來調節關於顏色和/或暗度的參數。在一些示例中，響應於步驟604的結果滿足預定條件來自動地執行步驟604。在一個示例中，響應於測量到的屬性以不大於預定最小值的量偏離預定圖案來自動地執行步驟604。在一些示例中，步驟604包括手動地調節設備的操作參數，例如通過將新參數值輸入至設備的用戶界面中。

本公開中的示例可以提供作為方法、系統或機器可讀指令，諸如軟體、硬體、固件等的任意組合。這些機器可讀指令可以包括在其中或其上具有計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質(包括但不限於磁碟存儲、cd-rom、光學存儲等)上。

參照根據本公開的示例的方法、裝置和系統的流程圖和/或方框圖描述了本公開。儘管如上所述的流程圖示出了指定的執行順序，但執行的順序可以不同於所示的順序。關於一個流程圖所述的方框步驟可以與另一流程圖的那些步驟組合。應該理解的是，流程圖和/或方框圖中每個流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中流程和/或圖表的組合可以由機器可讀指令來實現。

機器可讀指令可以例如由通用計算機、專用計算機、嵌入式處理器或其他可編程數據處理裝置的處理器執行以實現說明書和附圖中所述的功能。特別地，處理器或處理設備可以執行機器可讀指令。因此設備和裝置的功能模塊可以由執行了存儲在存儲器中機器可讀指令的處理器、或者根據邏輯電路中所內嵌的指令而操作的處理器實施。術語「處理器」應該廣義地解釋為包括cpu、處理單元、asic、邏輯單元、或可編程門陣列等。方法和功能模塊可以均由單個處理器執行或者劃分到多個處理器之中。

這些機器可讀指令還可以存儲在可以引導計算機或其他可編程數據處理裝置工作在指定模式地計算機可讀存儲裝置中。

這些機器可讀指令還可以加載至計算機或其他可編程數據處理裝置上，因此計算機或其他可編程數據處理裝置執行一系列操作步驟以生成計算機實施地處理，因此在計算機或其他可編程裝置上執行的指令提供了用於實現流程圖中流程和/或方框圖中方框所指定功能的步驟。

進一步，可以以計算機軟體產品的形式實施本文的教導，計算機軟體產品存儲在存儲介質中並且包括用於使計算機裝置實施在本公開的示例中所述的方法的多個指令。

儘管已經參照某些示例描述了方法、設備和相關特徵方面，可以做出各種修改、改變、省略和替換而並未脫離本公開的精神。因此有意設計的是僅由以下權利要求和它們等價形式的範圍限制方法、設備和相關特徵方面。應該注意的是上述示例示出而不是限制了本文所描述內容，並且本領域技術人員將能夠設計多個備選實施方式而並未脫離所附權利要求的範圍。

詞語「包括」並未排除除了權利要求中所列那些之外的其他元件的存在，「一」或「一個」並未排除多個，並且單個處理器或其他單元可以實現權利要求中所述數個單元的功能。

任何從屬權利要求的特徵可以與任意獨立權利要求或其他從屬權利要求的特徵組合。