用于操作三维打印机以补偿径向速度变化的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种三维物体打印机，其配置成使得由至少一个打印头靠近平台的圆周边缘喷射到旋转平台上的材料的密度能够近似地等于靠近平台的中心喷射到旋转平台上的材料的密度。

【技术实现步骤摘要】
用于操作三维打印机以补偿径向速度变化的系统和方法
本公开涉及三维物体打印系统，并且更特别地，涉及用于在旋转平台或锥盘上形成三维物体的系统和方法。
技术介绍
数字三维制造也称为数字增材制造，是从实质上任何形状的数字模型制造三维固体物体的过程。三维打印是增材过程，其中一个或多个打印头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。三维打印与主要依赖通过减材过程(如切割或钻孔)从工件去除材料的传统物体形成技术可区分。在一种形式的三维物体打印中，一个或多个打印头安装在其上的径向臂将构建或支撑材料喷射到旋转平台或锥盘上以形成物体。打印头将材料向下喷射到以恒定角速度ω旋转的平台或锥盘上。由于旋转结构的外周边比该结构的内部分横跨更大的距离，因此外周边以比内部分更大的速度行进。由于(一个或多个)打印头中的喷墨器沿着径向臂以距离Δr相等地间隔并且沿着径向臂的每个喷墨器以时间间隔Δt喷射具有质量m的墨滴，因此由每个喷墨器形成的固体环的密度取决于其沿着径向臂的位置。因此，环的密度近似地为m/(rωΔtΔr)，原因是可以假设Δt和Δr相比于r都较小。来自这些参数的曲率效应是二阶变化。因此，正在形成的固体物体的密度主要随着沿着径向臂的喷墨器的位置而变化。对于沿着径向臂的所有喷墨器保持密度恒定的一种方式是保持均匀的径向间隔Δr并且击发外喷墨器比击发内喷墨器更快。然而在多数喷墨打印机中不实行该解决方案，原因是对于打印头中的所有喷墨器，喷墨打印头需要恒定的击发频率。替代地，图像处理可以设计成通过半色调图像数据补偿不同的径向位置和平台或锥盘速度差异，以平衡由喷墨器形成的材料环的密度。然而该处理浪费打印头的相当大的吞吐能力并且引入各种成像伪影。操作喷墨打印机以减小由喷墨器的径向位置的变化导致的物体材料密度的变化将是有利的。
技术实现思路
一种三维物体打印机配置成保持由沿着打印机中的径向臂的喷墨器喷射的材料的一致密度。所述三维物体打印机包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；径向臂，所述径向臂从邻近所述平台的中心的位置延伸到邻近所述平台的圆周边缘的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头和所述平台，所述控制器配置成旋转所述平台，当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上，并且沿着所述径向臂在邻近所述平台的中心的位置和邻近所述平台的圆周边缘的位置之间以线性速度移动所述至少一个打印头，当所述至少一个打印头在邻近所述平台的中心的位置和邻近所述平台的圆周边缘的位置之间移动时所述线性速度使得所述至少一个打印头离所述平台的中心的距离与所述平台的角速度的乘积保持恒定。三维物体打印机的另一实施例通过减小打印机中的打印头中的喷墨器之间的距离保持平台的外部分处的密度。所述打印机包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；径向臂，所述径向臂从所述平台的中心上方的位置延伸到所述平台的圆周边缘上方的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上，所述至少一个打印头还配置成具有喷墨器的线性阵列，当所述喷墨器的线性阵列朝着所述平台的圆周边缘延伸时所述线性阵列中的至少一些喷墨器彼此分离减小的距离；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头和所述平台，所述控制器配置成旋转所述平台，并且当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上。已开发一种操作三维物体打印机的方法，其保持由沿着打印机中的径向臂的喷墨器喷射的材料的一致密度。所述方法包括：用控制器使平台围绕所述平台的中心旋转；当所述平台旋转经过至少一个打印头时用所述控制器操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上；以及用所述控制器将所述至少一个打印头沿着径向臂移动，所述径向臂从所述平台的中心上方的位置延伸到所述平台的圆周边缘上方的位置，所述控制器将所述至少一个打印头沿着所述径向臂以线性速度移动，当所述至少一个打印头移动到所述旋转平台的圆周边缘时所述线性速度使得所述至少一个打印头离所述平台的中心的距离与所述平台的角速度的乘积保持恒定。附图说明在结合附图进行的以下描述中解释保持由沿着打印机中的径向臂的喷墨器喷射的材料的一致密度的装置或打印机的前述方面和其它特征。图1是具有打印头的三维物体打印机的图示，所述打印头配置成产生喷射到旋转平台上、从其中心到其圆周边缘的材料的一致密度。图2是具有打印头的三维物体打印机的另一实施例的图示，所述打印头配置成产生喷射到旋转平台上、从其中心到其圆周边缘的材料的基本一致密度。图3是配置成在平台的中心和其圆周边缘之间移动打印头的三维物体打印机的另一实施例的图示。图4是打印头中的喷墨器将击发以沿着径向路径喷射滴的位置的图形。图5是打印头中的喷墨器将击发以径向地对准滴并且沿着每个连续曲线部段提供更多滴的位置的图形。图6是现有技术的三维物体打印机的图示，示出改变由打印头喷射到旋转平台上的材料的密度的因素。具体实施方式为了本文中所公开的设备的环境以及设备的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记标示相似的要素。当在本文中使用时，术语“构建材料”指的是以液滴的形式从一个或多个打印头中的多个喷射器喷射以形成在三维物体打印机中形成的物体中的材料层的材料。构建材料的例子包括、但不限于热塑性塑料、UV可固化聚合物和粘结剂，其可以被液化以便作为液滴从一个或多个打印机中的喷射器喷射并且随后硬化成通过增材三维物体打印过程形成物体的固体材料。在一些三维物体打印机实施例中，多种形式的构建材料用于产生物体。在一些实施例中，具有变化物理或化学特性的不同构建材料形成单个物体。在其它实施例中，打印机配置成喷射单个类型的构建材料的滴，所述构建材料通过包括在构建材料中的颜料或其它着色剂包含不同颜色。三维物体打印机控制具有不同颜色的构建材料的滴的喷射以形成具有变化颜色并且可选地在物体的表面上具有打印文字、图形或其它单色或多色图案的物体。当在本文中使用时，术语“支撑材料”指的是在三维物体打印过程期间可以从打印头喷射以稳定由构建材料形成的物体的另一种材料。例如，当三维物体打印机施加构建材料层以形成物体时，打印机中的至少一个打印头也喷射接合物体的部分的支撑材料层。支撑材料将先前形成的构建材料层保持就位，在足够的构建材料存在以将物体保持在一起之前防止新形成的特征断裂，并且在硬化过程完成之前防止未完全固化的构建材料的部分流动脱位。支撑材料的例子包括、但不限于在打印过程期间为物体提供支撑并且在打印过程完成之后可以容易地从物体去除的蜡状材料。当在本文中使用时，术语“过程方向”指的是在三维物体形成过程期间平台移动经过一个或多个打印头的方向。平台在打印过程期间保持三维物体和伴随的支撑材料。在一些实施例中，平台是在三维物体打印过程期间在径向臂上的一个或多个打印头附近或之下旋转以支撑物体的形成的平面构件或圆锥形构件。当在本文中使用时，术语“交叉过程方向”指的是垂直于过程方向并且大致平行于喷射构建材料和支撑材料的滴以形成物体的打印头中的至少一些的布置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维物体打印机，其包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；径向臂，所述径向臂从邻近所述平台的中心的位置延伸到邻近所述平台的圆周边缘的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头和所述平台，所述控制器配置成：旋转所述平台；当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上；并且调节所述平台的角速度、沿着所述径向臂的所述至少一个打印头的速度以及所述至少一个打印头和所述径向臂之间的角中的至少一项以保持喷射到更靠近所述平台的中心的所述旋转平台的部分上的材料的密度与喷射到更靠近所述平台的圆周边缘的所述旋转平台的部分上的材料的密度一致。

【技术特征摘要】
2014.10.07 US 14/5081741.一种三维物体打印机，其包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；第一致动器，其能操作地连接到所述平台，所述第一致动器被配置为旋转所述平台；径向臂，所述径向臂从邻近所述平台的中心的位置延伸到邻近所述平台的圆周边缘的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上；能操作地连接到所述至少一个打印头的第二致动器，所述第二致动器被配置为沿所述径向臂移动所述至少一个打印头并且改变所述至少一个打印头和所述径向臂之间的角度；以及控制器，所述控制器能操作地连接到所述至少一个打印头、所述第一致动器和所述第二致动器，所述控制器配置成：操作所述第一致动器以旋转所述平台；当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上；并且调节所述第一致动器的操作以改变所述平台的角速度或调节所述第二致动器的操作以改变沿着所述径向臂的所述至少一个打印头的速度或所述至少一个打印头和所述径向臂之间的角以保持喷射到更靠近所述平台的中心的所述旋转平台的部分上的材料的密度与喷射到更靠近所述平台的圆周边缘的所述旋转平台的部分上的材料的密度一致。2.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器还配置成：调节所述第二致动器的操作以沿着所述径向臂在更靠近所述平台的中心的位置和更靠近所述平台的圆周边缘的位置之间以一定速度移动所述至少一个打印头，当所述至少一个打印头在更靠近所述旋转平台的所述中心的位置和更靠近所述旋转平台的圆周边缘的位置之间移动时所述一定速度使得所述至少一个打印头离所述平台的中心的径向距离与所述平台的角速度的乘积能够保持恒定。3.根据权利要求2所述的三维物体打印机，所述控制器还配置成：操作所述第一致动器从而以预定角速度旋转所述平台；并且当所述至少一个打印头朝着更靠近所述平台的圆周边缘的位置移动时调节所述第二致动器的操作以减小所述至少一个打印头的速度从而当所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·唐纳森，J·J·弗金斯，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US