用于3D打印设备的打印机单元和方法技术

一种用于3D打印设备的打印机单元(100)。打印机单元包括：打印机头(105)，该打印机头(105)包括喷嘴(110)，该喷嘴(110)被布置成沉积来自打印机单元的打印材料；压力传感器(120)，该压力传感器(120)被配置为感测来自打印材料的施加在打印机头上的压力；以及耦合到压力传感器的控制单元(130)。控制单元被配置为基于从由压力传感器感测到的压力到打印机头的期望速度的传递函数来控制打印机头的速度，以便维持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的恒定沉积。

Printer unit and method for 3D printing equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D打印设备的打印机单元和方法
本专利技术通常涉及3D打印领域。更具体地，本专利技术涉及用于3D打印设备的打印机单元和打印方法。
技术介绍
增材制造(有时也称为3D打印)，是指用于合成三维物体的过程。3D打印由于其无需组装或模制技术即可形成所需制品的快速原型制作能力，因此迅速获得普及。通过使用3D打印设备，可以在通常由计算机模型控制的多个打印步骤中以三维构建制品或物体。例如，可以提供物体的切片3D模型，其中每个切片由3D打印设备在分立打印步骤中重新创建。熔融丝加工(FFF)是最广泛使用的3D打印工艺之一。FFF打印机通常使用热塑性丝，其在熔融状态时会从打印机的喷嘴中喷出。然后将材料逐层放置，以创建三维物体。FFF打印机速度相对较快，并且可以用于打印各种物体，甚至那些具有相对复杂结构的物体。在3D打印期间，期望提供打印材料对于下层材料的充分粘附力，并且期望打印材料的沉积层具有可预测的层厚度和层宽度。因此，沉积层可以可被提供作为相对光滑、均匀的表面。将理解的是，打印喷嘴内的熔融材料的压力的变化可能导致FDM3D打印的产品中的缺陷和/或美学不足。这些缺陷或不足的示例可以是材料表面粗糙度、起伏、不规则性等。在现有技术中，提出了一种测量喷嘴压力并试图控制打印材料的馈送速度以试图保持打印材料在喷嘴上施加的相对恒定压力的方法。然而，应该指出的是，由于馈送速度的校正立刻影响上述压力，因此这种类型的布置需要相对间接的控制布置。因此，感兴趣的是能够沉积一层或多层打印材料从而产生相对光滑、均匀的层表面备选解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是减轻上述问题，并提供打印机单元和方法，该打印机单元和方法能够沉积具有所期望的层厚度和层宽度的一层或多层打印材料，导致相对光滑、均匀的层表面。该目的和其他目的通过提供具有独立权利要求中的特征的打印机单元和方法而被实现。优选的实施例在从属权利要求中限定。因此，根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于3D打印设备的打印机单元。打印机单元包括打印机头，该打印机头包括喷嘴，该喷嘴被布置为沉积来自打印机单元的打印材料。打印机单元还包括压力传感器，该压力传感器被配置为感测来自打印材料的施加在打印机头上的压力。此外，打印机单元包括耦合到压力传感器的控制单元，其中控制单元被配置为基于从由压力传感器感测到的压力到打印机头的期望速度的传递函数来控制打印机头的速度速，以便保持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的恒定沉积。传递函数是递增函数，以使得当检测到压力增加时，打印速度将根据预定义的相关性增加，反之亦然。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于通过打印机单元3D打印物体的方法，该打印机单元包括打印机头，该打印机头包括被布置为沉积来自打印机单元的打印材料的喷嘴。该方法包括以下步骤：感测来自打印材料的施加在打印机头上的压力。该方法还包括以下步骤：基于从由压力传感器感测到的压力到打印机头的期望速度的传递函数来控制打印机头的速度，以便保持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的恒定沉积。传递函数是递增函数，以使得当检测到压力增加时，打印速度将根据预定义的相关性增加，反之亦然。因此，本专利技术基于提供用于3D打印设备的打印机单元的想法，该打印机单元被配置为沉积打印材料以生成在相对较大的面积上具有光滑的相对均匀的表面的3D打印物体。这可以通过在打印机单元的操作期间控制打印机头的速度来实现，以便每长度单位的所沉积的打印材料沉积(相对)恒定的量的打印材料。基于在打印机头(例如，打印机头的打印机喷嘴)的(测量或估计的)压力与打印机头的期望速度之间的递增函数传递或相关函数来控制打印机头的速度。对于x1和x2的任何组合，如果当x1＜x2时f(x1)≤f(x2)，则函数y＝f(x)是递增的。本专利技术的优点在于，与现有技术中的布置相比，通过根据从打印材料施加在打印机头上的压力来控制打印机单元的打印速度来确保(相对)恒定的材料沉积的概念显著更高效。值得注意的是，本专利技术可以避免根据打印材料施加在喷嘴上的压力来控制打印材料的馈送速度。因此，可以避免相对复杂的馈送控制系统，并且高效得多的前馈系统可以足以提供3D打印产品的期望的表面特性。向打印机头提供的打印材料通常形成为圆柱状的丝。然而，应注意，丝的直径可以沿丝的长度变化，特别是在使用质量较低的打印材料的情况下。因此，考虑到以丝形式的每长度单位的打印材料的体积是半径的平方的函数，向打印机头提供的打印材料的体积可能相当显著地变化。因此，这可能导致来自打印材料的施加在打印机头上的压力的变化相对较大。本专利技术的优点在于，可以通过相应地控制打印机头的速度来补偿这种压力变化。将理解的是，本专利技术的第一方面的打印机单元的上述优点也适用于根据本专利技术的第二方面的方法。本专利技术的打印机单元包括打印机头，该打印机头包括被布置为沉积来自打印机单元的打印材料的喷嘴。打印机单元还包括压力传感器，该压力传感器被配置为感测来自打印材料的施加在打印机头上的压力。术语“压力传感器”在这里基本上是指用于测量压力或力的任何传感器、测量装置等。此外，打印机单元包括耦合到压力传感器的控制单元。“控制单元”在这里基本上是指用于控制目的的任何单元、装置等。控制单元被配置为控制打印机头的速度。术语“打印机头的速度”，这里是指在打印机单元的操作期间，即在借助于打印机单元沉积打印材料期间，打印机头的线速度。控制单元被配置为基于从由压力传感器感测到的压力到打印机头期望的速度的传递函数来控制打印机头的速度。术语“传递函数”这里是指映射或相关函数。因此，打印机头的速度被控制，以便保持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的(相对)恒定沉积。传递函数是递增函数，以便当检测到压力增加时，打印速度将根据预定义的相关性增加，反之亦然。根据本专利技术的实施例，打印机单元还包括被配置为馈送打印材料的馈送单元。压力传感器耦合到馈送单元，并且被配置为感测来自打印材料的施加在馈送单元上的压力。本实施例的优点在于可以避免对来自喷嘴内或喷嘴附近的打印材料的压力进行(直接)测量。在某些情况下，这可以是有益的，因为这种测量可能是间接的、复杂的和/或不便的，尤其是当考虑到喷嘴可能相对较热时。然而，在某些情况下，通过提供压力传感器与喷嘴的耦合来(直接)感测来自打印材料的施加在喷嘴上的压力可以是优选的。根据本专利技术的实施例，传递函数包括在由压力传感器感测到的压力与打印机头的期望速度之间的至少一个过滤函数。本实施例的优点在于，过滤函数甚至可以进一步改进传递函数，因此可以在操作期间生成甚至进一步经改进的打印机头速度，以便保持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的恒定沉积。根据本专利技术的实施例，至少一个过滤函数选自包括以下项的列表：延迟函数、平均函数、缩放函数和非线性函数。术语“延迟函数”在这里是指在由压力传感器感测到的压力与打印机头的期望速度之间的相关性中的延迟、暂停、间隔等。术语“平均函数”在这里是指，在提供与打印机头的期望速度的相关性之前，可以对由压力传感器感测到的压力的数据进行平均。术语“缩放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印设备的打印机单元(100)，包括：/n打印机头(105)，包括喷嘴(110)，所述喷嘴(110)被布置为沉积来自所述打印机单元的打印材料；/n压力传感器(120)，被配置为感测来自所述打印材料的施加在所述打印机头上的压力P

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171005 EP 17194899.51.一种用于3D打印设备的打印机单元(100)，包括：
打印机头(105)，包括喷嘴(110)，所述喷嘴(110)被布置为沉积来自所述打印机单元的打印材料；
压力传感器(120)，被配置为感测来自所述打印材料的施加在所述打印机头上的压力Ps；以及
控制单元(130)，被耦合到所述压力传感器，其中所述控制单元被配置为基于从由所述压力传感器感测到的所述压力到所述打印机头的期望速度Sd的递增传递函数f，来控制所述打印机头的速度，以便保持每长度单位的所沉积的打印材料的打印材料的量的恒定沉积。


2.根据权利要求1所述的打印机单元，还包括馈送单元(107)，所述馈送单元(107)被配置为馈送打印材料，其中所述压力传感器被耦合到所述馈送单元，并且被配置为感测来自所述打印材料的施加在所述馈送单元上的压力。


3.根据权利要求1或2所述的打印机单元，其中所述压力传感器被耦合到所述喷嘴，并且被配置为感测来自所述打印材料的施加在所述喷嘴上的压力。


4.根据前述权利要求中任一项所述的打印机单元，其中所述传递函数包括在由所述压力传感器感测到的所述压力与所述打印机头的所述期望速度之间的至少一个过滤函数。


5.根据权利要求4所述的打印机单元，其中所述至少一个过滤函数选自包括以下项的列表：延迟函数、平均函数、缩放函数和非线性函数。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的打印机单元，其中所述传递函数基于选自包括以下项的列表的至少一个参数而被确定：所述打印机头的速度、所述喷嘴的温度、所述打印材料的馈送速度、以及每长度单位的所沉积的打印材料沉积的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·克罗斯，H·J·凯特拉里杰，P·T·S·K·曾，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL