用于操作喷射三维(3D)物体打印机的金属滴以补偿液滴尺寸变化的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为“用于操作喷射三维(3D)物体打印机的金属滴以补偿液滴尺寸变化的方法和系统”。一种操作三维(3D)金属物体制造系统以补偿在物体形成期间发生的位移误差的方法。在该方法中，在完成金属物体之前生成由该3D金属物体制造系统形成的该金属物体的图像数据，并且将其与该物体的原始3D物体设计数据进行比较以识别一个或多个位移误差。对于在预定差异范围之外的该位移误差，该方法修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差，并且使用所修改的机器就绪指令操作该3D金属物体制造系统。

【技术实现步骤摘要】
用于操作喷射三维(3D)物体打印机的金属滴以补偿液滴尺寸变化的方法和系统
本公开涉及用于三维(3D)物体打印机的液体金属喷射器，并且更具体地，涉及用于补偿由这些喷射器喷射的液滴的尺寸偏差的喷射器的操作。
技术介绍
三维打印也称为增材制造，是由几乎任何形状的数字模型制备三维固体物体的工艺。许多三维打印技术使用增材法，其中增材制造设备在先前沉积的层的顶部上形成部件的连续层。这些技术中的一些技术使用喷射器喷射作为熔融材料的热塑性材料，诸如ABS塑料。打印机通常操作一个或多个喷射器以形成连续的热塑性材料层，该连续的热塑性材料层形成具有各种形状和结构的三维打印物体。在形成三维打印物体的每一层之后，热塑性材料冷却并硬化以将该层粘结到三维打印物体的下面层。这种增材制造方法与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减成法(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。最近，已经开发出一些3D物体打印机，从一个或多个喷射器喷射液体金属滴以形成3D物体。这些打印机具有被送入加热室中的固体金属源，诸如线材卷或粒料卷，在该加热室中它们被熔融并且液体金属流入喷射器的室中。该室由非导电材料制成，该非导电材料周围缠绕非绝缘电线。电流通过导体以产生电磁场，该电磁场致使室的喷嘴处的液体金属的弯月面与室内液体金属分离并且从喷嘴推进。与喷射器的喷嘴相对的平台通过控制器操作致动器在平行于平台平面的X-Y平面上移动以在平台上形成物体层，并且另一个致动器由控制器操作以改变喷射器或平台在竖直方向或Z方向上的位置，以维持喷射器与正在形成的物体的最上层之间的恒定距离。在此类打印机的操作期间，从喷射器中喷射的液滴体积可不同于标称期望值。这些液滴变化致使层高度的全部或一部分高于或低于预期，并且当具有这些误差的层彼此堆叠时，这一高度误差累积。此外，对于零件的不同部分诸如内部、周边、悬垂和桥，液滴间距在正常打印条件下可不同。因此，液滴喷射在不同区域中的这种变化频率可致使一些零件特征比其他零件特征受影响更严重，并且这些特征的误差可能比先前提到的整体零件高度误差更难以校正。围绕边缘、支柱、薄壁和死角的液滴流动不一致也可引起特征形状误差。其他液滴错位可来自液滴与基底之间相对运动的误差以及由控制调谐、时序或液滴速度变化造成的液滴时序不一致性。误差的另一个源可来自液滴的不一致喷射。这种不一致性包括不良的或变化的方向性以及潜在增加不需要的周围液滴的产量。这些误差引起不对称的高度误差和几何误差。这些误差在制造过程期间的检测和补偿将会有用，因此可避免制造过程的停止和零件的废弃。
技术实现思路
操作金属喷射3D物体打印机的新方法调节打印机的操作以补偿喷射误差，而不必停止制造过程或废弃零件。该方法包括在完成金属物体之前生成由3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据，将所生成的金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异，当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异；修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差；以及使用所修改的机器就绪指令操作3D金属物体制造系统。新3D金属物体制造系统调节系统的操作以补偿喷射误差，而不必停止制造过程或废弃零件。该系统包括光学传感器和控制器，该光学传感器被配置为在完成金属物体之前生成由3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据，而该控制器可操作地连接到光学传感器。该控制器被配置为将所生成的金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异，当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异，修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差，并且使用所修改的机器就绪指令操作3D金属物体制造系统。附图说明操作金属喷射3D物体打印机以调节打印机的操作从而补偿喷射误差而不必停止制造过程或废弃零件的前述方面和其他特征结合附图在以下描述中解释。图1描绘了操作液态金属滴喷射器以补偿零件制造过程中的喷射误差的增材制造系统。图2是由图1的增材制造系统的控制器用以补偿零件的制造期间的喷射误差的过程的流程图。具体实施方式为了本文所公开的设备的环境以及设备的细节的一般性理解，参考附图。在附图中，类似的附图标记指示类似的元件。图1示出了补偿物体制造期间的喷射误差的液体金属3D物体打印机100的实施方案。在这一实施方案中，液体金属滴从打印头104喷射，并且这些液滴在平台112上形成三维金属物体108。金属源160以诸如金属线材130的形式供给金属，该金属在打印头104内熔融以向打印头内的室提供液体金属。惰性气体供应164通过气体供应管144向打印头104中的熔融金属提供惰性气体168(诸如氩气)的压力调整源，以防止在打印头中形成氧化铝。打印头104可移动地安装在分别在一对竖直取向的构件120A和120B中的z轴轨道116A和116B内。构件120A和120B在一端连接到框架124的一侧，在另一端通过水平构件128相互连接。致动器132安装到水平构件128并且可操作地连接到打印头104以沿z轴轨道116A和116B移动打印头。致动器132由控制器136操作以维持打印头104的一个或多个喷嘴(图1中未示出)与平台112上的物体108的最上表面之间的预定距离。安装到框架124的是平面构件140，该平面构件可由花岗岩或其他坚固材料形成，以向平台112的移动提供可靠的固体支撑。平台112附连到X轴轨道144A和144B，因此平台112可沿X轴双向移动，如图所示。X轴轨道144A和144B附连到台148，并且台148附连到Y轴轨道152A和152B，因此台148可沿Y轴双向移动，如图所示。致动器122A可操作地连接到平台112，而致动器122B可操作地连接到台148。控制器136操作致动器122A和122B以沿X轴移动平台并且沿Y轴移动台148以在与打印头104相对的X-Y平面中移动平台。当熔融金属156的液滴朝向平台112喷射，执行平台112的这一X-Y平面移动形成了三维物体108的层。控制器136还操作致动器132以调节打印头104与最近形成的层之间的竖直距离，从而能够形成下一个物体层。虽然液体金属3D物体打印机100在图1中被描绘为以竖直取向操作，但是也可采用其他替代取向。此外，虽然图1所示的实施方案具有在X-Y平面中移动的平台并且打印头沿Z轴移动，但其他布置方式也是可能的。例如，打印头104可被配置用于在X-Y平面中和沿Z轴移动。此外，虽然打印头104仅有一个喷嘴，但是它在其他实施方案中被配置有多个喷嘴。控制器136可用执行编程指令的通用或专用可编程处理器实现。执行编程功能所需的指令和数据可以存储在与处理器或控制器相关联的存储器中。处理器、处理器的存储器和接口电路配置控制器来执行前面描述的以及下面描述的操作。这些组件可以设置在印刷电路卡上，或者设置为专用集成电路(ASIC)中的电路。每个电路可以由单独的处理器实现，或者多个电路可以在同一处理器上实现。或者，这些电路可以由分立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作三维(3D)金属物体制造系统的方法，所述方法包括：/n在完成所述金属物体之前，生成由所述3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据；/n将所生成的所述金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异；/n当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异；/n修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差；以及/n使用所修改的机器就绪指令操作所述3D金属物体制造系统。/n

【技术特征摘要】
20191001 US 16/5899691.一种用于操作三维(3D)金属物体制造系统的方法，所述方法包括：
在完成所述金属物体之前，生成由所述3D金属物体制造系统形成的金属物体的图像数据；
将所生成的所述金属物体的图像数据与原始3D物体设计数据进行比较以识别差异；
当所识别的差异在预定差异范围之外时，将位移误差识别为所识别的差异；
修改用于形成尚未形成的金属物体层的机器就绪指令以补偿所识别的位移误差；以及
使用所修改的机器就绪指令操作所述3D金属物体制造系统。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述原始3D物体设计数据是所述金属物体的计算机辅助设计(CAD)数据，或者是所述金属物体的标准细分语言(STL)数据。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述机器就绪指令是G代码语句。


4.根据权利要求1所述的方法，所述机器就绪指令的修改还包括：
改变在所述机器就绪指令中所识别的液滴间距参数。


5.根据权利要求1所述的方法，所述机器就绪指令的修改还包括：
改变在所述机器就绪指令中所识别的工具路径。


6.根据权利要求1所述的方法，所述机器就绪指令的修改还包括：
改变移动打印头的速度，金属液滴从所述打印头喷射以形成在所述机器就绪指令中所识别的所述金属物体。


7.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
改变用于形成整个层的机器就绪指令的所述液滴间距参数。


8.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
改变一部分层的所述液滴间距参数。


9.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
改变层内的线性移动的所述液滴间距参数。


10.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
使用线性函数改变所述液滴间距参数。


11.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
使用非线性函数改变所述滴间距参数。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述非线性函数为样条函数。


13.根据权利要求4所述的方法，所述改变所述液滴间距参数还包括：
基于所述物体内的高度误差来改变层内的工具路径。


14.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
使用机器学习基于物体在形成期间的测量高度以生成液滴间距调节的模型。


15.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
限制所述液滴间距参数的改变范围以用于误差校正。


16.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
设置用于层内液滴点火的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·曼特尔，C·T·淳彬，D·R·科米尔，S·J·维德，Z·S·维德，V·索霍茨基，R·巴拉，W·萧，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US