用于使用光透射襯底檢測(cè)噴射透明材料的打印頭中的不工作噴墨口的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本文中公開的裝置涉及產(chǎn)生三維物體的打印機(jī)，并且更特別地涉及這樣的打印機(jī)中的不工作噴墨口的精確檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]在襯底、例如紙上打印文件是公知的?，F(xiàn)在更新的打印形式包括也稱為數(shù)字增材制造的數(shù)字三維制造。該類型的打印是從數(shù)字模型制造實(shí)質(zhì)上任何形狀的三維固體物體的過(guò)程。三維打印是增材過(guò)程，其中一個(gè)或多個(gè)打印頭在襯底上以不同形狀噴射材料的連續(xù)層。三維打印與主要依賴通過(guò)減材過(guò)程從工件去除材料的傳統(tǒng)物體形成技術(shù)、例如切割或鉆孔可區(qū)分。
[0003]用這些打印機(jī)生產(chǎn)三維物體會(huì)需要數(shù)小時(shí)，對(duì)于一些物體，甚至需要數(shù)天。在用三維打印機(jī)生產(chǎn)三維物體中出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是噴射形成物體的材料滴的打印頭中的噴墨口的一致功能性。在物體的打印期間，一個(gè)或多個(gè)噴墨口會(huì)由于以一定角度而不是垂直于打印頭噴射、噴射的滴小于噴墨口應(yīng)當(dāng)噴射的或由于根本未能噴射任何滴而退化。遭受這些操作缺陷中的任何一個(gè)的噴墨口被稱為不工作噴墨口。類似弊端在用打印頭進(jìn)行文件打印中是已知的。如果一個(gè)或多個(gè)噴墨口的操作狀態(tài)在三維物體打印期間退化，則在打印操作完成之前不能評(píng)估被打印物體的質(zhì)量。因此，需要數(shù)小時(shí)或多天的打印作業(yè)會(huì)產(chǎn)生由于打印頭中的不工作噴墨口而不符合規(guī)范的物體。一旦檢測(cè)到這樣的物體，被打印物體被廢棄，恢復(fù)程序被應(yīng)用于打印頭以恢復(fù)噴墨口功能性，并且重復(fù)打印作業(yè)。甚至在以高速在移動(dòng)幅條上進(jìn)行文件打印中，可能在幅條的長(zhǎng)的長(zhǎng)度上產(chǎn)生不可接受的圖像并且幅條的該部分可能必須被廢棄。
[0004]盡管在文件打印系統(tǒng)中已開發(fā)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)不工作噴墨口，但是物體打印系統(tǒng)中的不工作噴墨口的檢測(cè)更成問(wèn)題。在物體打印和文件打印系統(tǒng)中特別成問(wèn)題的是透明材料和墨的使用。這些材料和墨難以由成像系統(tǒng)檢測(cè)，原因是它們噴射在其上的襯底上的透明墨/材料之間的對(duì)比度低。因此，襯底上的圖案的圖像數(shù)據(jù)中的噪聲使測(cè)試圖案的分析困難。在用透明墨或透明材料打印時(shí)能夠檢測(cè)不工作噴墨口的裝置將能夠在物體打印期間應(yīng)用恢復(fù)程序，因此可以產(chǎn)生正確形成的物體或文件。以該方式，打印機(jī)的產(chǎn)品生產(chǎn)率提高并且它的打印更高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種檢測(cè)不工作噴墨口的打印機(jī)包括:襯底，該襯底具有表面以及沿該襯底的外周的邊緣；打印頭，該打印頭配置成將材料噴射到襯底的表面上；光源，該光源定位成將光引導(dǎo)至襯底的邊緣中；光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器定位成接收襯底的表面所發(fā)射的光，該光學(xué)傳感器配置成產(chǎn)生與襯底的表面相對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)；以及控制器，該控制器操作地連接到打印頭、光源和光學(xué)傳感器，該控制器配置成操作打印頭以參照預(yù)定圖案將材料噴射到襯底的表面上、以選擇性地激活光源、以在光源將光引導(dǎo)至襯底的邊緣中時(shí)接收光學(xué)傳感器所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)、并且參照接收到的圖像數(shù)據(jù)和預(yù)定圖案來(lái)檢測(cè)打印頭中的不工作噴墨口。
【附圖說(shuō)明】
[0006]在結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中解釋在三維打印期間檢測(cè)不工作噴墨口的裝置或打印機(jī)的前述方面和其它特征。
[0007]圖1是三維物體打印機(jī)的透視圖。
[0008]圖2是具有外殼的三維物體打印機(jī)的前視圖，描繪用于模塊的外殼內(nèi)的空間，所述模塊能夠在打印操作期間檢測(cè)打印頭中的不工作噴墨口。
[0009]圖3是配合在圖2中所示的空間中的用于檢測(cè)不工作噴墨口的模塊的透視圖。
[0010]圖4是用于操作圖3的模塊的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了本文中公開的裝置的環(huán)境以及裝置的細(xì)節(jié)的大體理解，參照附圖。在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
[0012]圖1顯示產(chǎn)生三維物體零件10的打印機(jī)100中的部件的配置。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“三維打印機(jī)”指的是參照物體的圖像數(shù)據(jù)噴射材料以形成三維物體的任何裝置。打印機(jī)100包括支撐材料容器14，構(gòu)建材料容器18，一對(duì)噴墨打印頭22、26，構(gòu)建襯底30，平面支撐構(gòu)件34，柱狀支撐構(gòu)件38，致動(dòng)器42，以及控制器46。管道50將打印頭22連接到支撐材料容器14并且管道54將打印頭26連接到構(gòu)建材料容器18。兩個(gè)噴墨打印頭由控制器46參照操作地連接到控制器的存儲(chǔ)器中的三維圖像數(shù)據(jù)操作以噴射供應(yīng)到每個(gè)相應(yīng)的打印頭的支撐和構(gòu)建材料。當(dāng)構(gòu)造該零件時(shí)，構(gòu)建材料形成正產(chǎn)生的零件10的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)材料固化時(shí)由支撐材料形成的支撐結(jié)構(gòu)58能夠使構(gòu)建材料保持它的形狀。在完成該零件之后，通過(guò)沖洗、吹氣或熔化去除支撐結(jié)構(gòu)58。
[0013]控制器46也操作地連接到至少一個(gè)和可能多個(gè)致動(dòng)器以控制平面支撐構(gòu)件34、柱狀支撐構(gòu)件38和打印頭22、26相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可以操作地連接到支撐打印頭的結(jié)構(gòu)以參照平面支撐構(gòu)件的表面在過(guò)程方向和交叉過(guò)程方向上移動(dòng)打印頭。替代地，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可以操作地連接到平面支撐構(gòu)件34或柱狀支撐構(gòu)件38以在過(guò)程和交叉過(guò)程方向上移動(dòng)在其上產(chǎn)生所述零件的表面。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“過(guò)程方向”指的是沿著平面支撐構(gòu)件34的表面中的一個(gè)軸線的運(yùn)動(dòng)并且“交叉過(guò)程方向”指的是沿著與該表面中的過(guò)程方向軸線正交的平面支撐構(gòu)件表面中的軸線的運(yùn)動(dòng)。這些方向在圖1中用字母“P”和“C-P”表示。打印頭22、26和柱狀支撐構(gòu)件38配置成通過(guò)致動(dòng)器在正交于平面支撐構(gòu)件34的方向上移動(dòng)。該方向在本文中被稱為豎直方向并且在圖1中用字母“V”表示。在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)可以由操作地連接到柱狀支撐構(gòu)件38的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器、由操作地連接到打印頭22、26的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器或由操作地連接到柱狀支撐構(gòu)件38和打印頭22、26兩者的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。這些各種配置中的這些致動(dòng)器操作地連接到控制器46，所述控制器操作致動(dòng)器以在豎直方向上移動(dòng)柱狀支撐構(gòu)件38、打印頭22、26或兩者。
[0014]在圖2中顯示具有外殼的三維物體打印機(jī)。該打印機(jī)60具有外殼64。在外殼64內(nèi)是形狀上大體上為立方體的六個(gè)隔室。外殼64在圖2中顯示為沒(méi)有閉合以隱藏隔室的門。隔室72包括在可移動(dòng)平臺(tái)82上的平面支撐件78?？梢苿?dòng)平臺(tái)82配置成具有一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器和引導(dǎo)構(gòu)件(未顯示)以使可移動(dòng)平臺(tái)82能夠在豎直方向上上下移動(dòng)。平面支撐件78是三維物體形成于其上的表面。在一些實(shí)施例中，打印頭86具有的長(zhǎng)度大約等于在從隔室72的后壁到在隔室的前面處的開口的方向上的平面支撐件78的長(zhǎng)度。在這些實(shí)施例中，打印頭86在支撐構(gòu)件92上安裝在外殼64的側(cè)壁96和100之間的空間中以便僅僅線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在其它實(shí)施例中，打印頭86具有的長(zhǎng)度小于在從隔室72的后壁到在隔室的前面處的開口的方向上的平面支撐件78的長(zhǎng)度。在這些實(shí)施例中，打印頭86在支撐構(gòu)件92上安裝在外殼64的側(cè)壁96和100之間的空間中以便在隔室72之上的平面中的兩個(gè)正交方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在這些各種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器104操作地連接到打印頭86。控制器108操作致動(dòng)器104以在支撐構(gòu)件92上線性地來(lái)回移動(dòng)打印頭86或在平面內(nèi)的兩個(gè)正交方向上移動(dòng)打印頭。通過(guò)選擇性地操作打印頭86中的噴墨口并且豎直地移動(dòng)支撐平臺(tái)82和水平地移動(dòng)構(gòu)件92上的打印頭86，三維物體可以形成于平面支撐件78上。
[0015]在圖2中以虛線描畫的區(qū)域112識(shí)別模塊的放置，所述模塊使用光透射襯底來(lái)檢測(cè)打印機(jī)60中的不工作噴墨口。如上所述，如果在物體的打印期間噴墨口由于完全或部分地未能噴射材料或由于在偏斜方向上錯(cuò)誤地噴射材料而出故障，則正在生產(chǎn)的物體變形。目前，在物體的生產(chǎn)完成之前不能檢測(cè)到該變形。通過(guò)使用區(qū)域112以便光學(xué)地感測(cè)噴射到光透射襯底上的材料，打印機(jī)60可以配置成在物體生產(chǎn)期間檢測(cè)不工作噴墨口，如下面更全面地所述。模塊300內(nèi)的一些部件可以在水平方向H、深度方向D和豎直方向V上移動(dòng)，如圖中所示。
[0016]在圖3的方塊圖中顯示在物體打印期間檢測(cè)噴射透明材料的不工作噴墨口的模塊的一個(gè)實(shí)施例。模塊300配置成配合在打印機(jī)60的區(qū)域112內(nèi)。模塊300包括光學(xué)傳感器304、光透射襯底308、襯底傳輸件312、光源314、一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器316、清潔構(gòu)件320、控制器324、和廢料容器328。光學(xué)傳感器304配置成用于通過(guò)致動(dòng)器316在方向W和L上雙向移動(dòng)。該配置使得光學(xué)傳感器304能夠在傳輸件312的環(huán)形帶330的表面之上運(yùn)動(dòng)。傳輸件312包括環(huán)形帶330，該環(huán)形帶圍繞棍332夾帶(entrained)。致動(dòng)器316驅(qū)動(dòng)棍332以使帶雙向移動(dòng)，從而將襯底308移動(dòng)至其能夠被打印的位置處并且然后移動(dòng)至其能夠被清潔的位置處?？刂破?24操作地連接到致動(dòng)器316以使光學(xué)傳感器304運(yùn)動(dòng)、以驅(qū)動(dòng)輥332從而使光透射襯底308與帶312 —起移動(dòng)、并且以通過(guò)清潔構(gòu)件320掃掠光透射襯底308。在一些實(shí)施例中，假如傳感器至少與襯底308 —樣寬，則光學(xué)傳感器304僅需配置成在方向L上雙向移動(dòng)。
[0017]光透射襯底308是由這樣的材料制造的平面構(gòu)件:所述材料支撐從打印頭86噴射的構(gòu)建材料和支撐材料并且提供沿襯底的邊緣進(jìn)入襯底的光的全內(nèi)反射。這些材料使沿著襯底的邊緣進(jìn)入的光能夠保持在平面襯底內(nèi)，除非襯底的表面上的一些材料改變材料和平面表面之間的界面處的全內(nèi)反射性質(zhì)。對(duì)于噴射具有在大約1.3到大約1.5的范圍內(nèi)的折射率的材料或墨的打印機(jī)，光透射襯底典型地具有在大約1.4到大約1.8的范圍內(nèi)的折射率。例如，平面襯底可以基本上由聚碳酸酯、丙烯酸酯或玻璃組成。當(dāng)打印襯底時(shí)，噴射到襯底的平面表面上的材料和襯底之間的相似折射率使沿著襯底向下傳播的光能夠進(jìn)入材料，盡管相對(duì)于襯底和材料之間的界面的入射角小。在材料的內(nèi)部的光具有相對(duì)于襯底上的材料的內(nèi)部表面的大入射角，該角使光能夠出射到環(huán)境空氣中。光的其