CN106560314A - 用于将喷射器正交地布置在三维物体打印机中的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于将喷射器正交地布置在三维物体打印机中的系统和方法。一种形成三维物体的打印机具有两个打印头，其中的一个定位成在平行于由两个打印头在其上形成物体的平面构件的平面的方向上喷射材料滴。

Description

用于将喷射器正交地布置在三维物体打印机中的系统和方法

技术领域

本文中公开的装置涉及产生三维物体的打印机，并且更特别地，涉及产生具有不同材料的三维物体的打印机。

背景技术

数字三维制造也称为数字增材制造，是从数字模型制造实质上任何形状的三维固体物体的过程。多喷射三维打印是增材过程，其中可固化液体光聚合物滴从喷射器头喷射从而在衬底上以不同形状形成材料的连续层以产生物体。三维物体打印与主要依赖通过减材过程从工件去除材料的传统物体形成技术(如切割或钻孔)可区分。

产生三维物体的一些打印机使用平坦平台区域，位于该区域之上的一个或多个打印头将滴向下喷射以构建材料层并且在该区域中形成物体。打印头典型地明显小于平台，因此打印头或平台在相同平面中彼此正交的过程方向和交叉过程方向上移动。打印头移动多次以形成物体的每个层。另外，平台和打印头中的一个在相对于过程和交叉过程方向平面的竖直方向上移动以保持打印头和正在构建的物体之间的适当距离。

目前，通过将(一个或多个)打印头定位在台板之上并且将(一个或多个)打印头定向成使得它们朝着台板向下喷射材料滴执行物体打印。以该方式，逐层地构建物体并且不同材料由不同打印头提供。由于自下而上构建物体，因此向外突起需要将支撑材料的层构建在物体的构建材料喷射的层之下。另外，物体几何形状会使在物体的侧面提供低摩擦表面等难以提供。具有允许材料喷射的不同取向的三维物体打印机将是有用的。

发明内容

一种使用至少两个正交定向打印头来产生三维物体的打印机包括平面支撑构件，正交于所述平面支撑构件的平面定向的第一打印头，定向成与所述平面支撑构件的平面平行的、位于第一位置处的第二打印头，可操作地连接到所述第一打印头和所述第二打印头的至少一个致动器，所述至少一个致动器配置成参考所述平面支撑构件移动所述第一打印头和所述第二打印头，以及可操作地连接到所述至少一个致动器、所述第一打印头和所述第二打印头的控制器。所述控制器配置成处理图像数据以生成彼此正交的待产生的物体的平面，操作所述至少一个致动器以移动所述第一打印头和所述第二打印头从而使所述第一打印头能够在垂直于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴并且使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴。

一种操作打印机以用至少两个正交定向的打印头产生三维物体的方法包括用控制器处理图像数据以生成待产生的物体的正交平面，用所述控制器操作正交于平面支撑构件的平面定向的第一打印头以朝着所述平面支撑构件喷射材料滴，用所述控制器操作定向成与所述平面支撑构件的平面平行的、位于第一位置处的第二打印头以在平行于所述平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴，以及用所述控制器操作可操作地连接到所述第一打印头和所述第二打印头的至少一个致动器以参考所述平面支撑构件移动所述第一打印头和所述第二打印头从而使所述第一打印头能够在垂直于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴并且使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴。

附图说明

在结合附图进行的以下描述中解释用正交定向的打印头生成三维物体的打印机的前述方面和其它特征。

图1是用正交定向打印头产生三维物体的打印机中的部件的透视图。

图2描绘正在由图1的打印机构建的具有内部插入件的物体。

图3是用于操作图1的打印机的过程的流程图。

图4是用定向成在平行于平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴的多个打印头操作打印机的过程的流程图。

具体实施方式

为了本文中公开的装置的环境以及装置的细节的一般理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记标示相似的要素。

图1显示在台板上产生三维物体或部件的打印机100中的部件的配置。打印机100包括控制器104，一个或多个致动器108，打印头112、116、120和124，以及台板128。众所周知，打印头112、116、120和124流体地连接到支撑材料和构建材料源。打印头参考可操作地连接到控制器的存储器中的三维图像数据由控制器104操作以喷射供应到每个相应的打印头的支撑和构建材料。在一些实施例中，相同打印头中的一些喷射器流体地连接到支撑材料源并且一些喷射器流体地连接到至少一个、有时一个以上构建材料源。打印头也可操作地连接到一个或多个致动器108以使致动器能够参考台板128移动和旋转打印头。构建材料形成正在产生的部件的结构，而随着部件正在构造，支撑材料使构建材料能够在材料凝固时保持其形状。在完成部件之后，通过冲洗、吹风或熔化去除支撑材料。

控制器104也可操作地连接到一个或多个致动器108以控制打印头相对于彼此和相对于台板128的运动。在图1所示的实施例中，打印头120定向成喷射材料滴使得它们朝着台板128在垂直于台板的表面的方向上移动。打印头112、116和124定向成在平行于台板128的表面的平面的宽度或长度上喷射材料滴。控制器104也可以操作致动器108以使打印头112、116和120沿着平行平面的宽度和长度移动并且相对于台板128的表面旋转。该运动使打印头能够将材料滴喷射到正在由打印机100形成的部件的裂缝和拐角中。尽管打印机100显示为具有四个打印头，其中的三个在平行于台板128的平面的平面中定向并且第四个定向成在垂直于台板128的表面的方向上喷射滴，但是其它实施例可以包括打印头120和打印头112、116和124中的仅仅一个或两个。例如，一个实施例配置成使打印头116能够如图所示定位并且移动到由打印头112占据的位置。相同实施例也配置成使打印头124能够如图所示定位并且移动到与图中所示的打印头116的位置相对的位置。替代地，实施例可以配置成具有打印头112、116和124中的仅仅一个以将打印头移动到台板128的任何侧。一旦定位，控制器104可以操作打印头以在平行于台板128的表面的平面中或朝着台板128的表面喷射材料滴。最后，在另一实施例中，第四打印头可操作地连接到致动器108并且位于与打印头116相对和面对的位置。

由于图1中所示的系统的打印头彼此正交地布置，因此控制器104配置成处理将从打印头的各种视角产生的物体的图像数据。也就是说，控制器104以导致生成操作彼此正交的喷射器的信号的方式处理图像数据。以前，在平行平面中分割图像数据，其允许在相同方向上面朝着台板的打印头中的喷射器的操作。图1和图2中所示的打印头的正交配置需要控制器在正交平面中准备图像数据并且使用这些数据生成信号以便操作正交布置的打印头中的喷射器。

在图2中，部件140正形成有插入件表面144。在控制器104处理图像数据以产生正交平面之后，控制器104生成信号以操作打印头120中的喷射器从而朝着台板128喷射构建材料滴以形成部件140的层。控制器104也使用经处理的数据操作打印头112中的喷射器以在垂直于由打印头120喷射的滴的方向的方向上喷射材料滴以形成插入件表面144。控制器也可以操作致动器108以旋转打印头112从而便于将插入件表面的材料输送到部件140的内表面上。类似地，控制器104使用正交于用于操作其它打印头的平面的物体的其它平面的图像数据操作打印头116和124中的喷射器以形成插入件表面144。

在图3中显示操作用正交定向的打印头产生三维物体的打印机的方法。在该方法的描述中，过程正在执行某个任务或功能的陈述表示控制器或通用处理器执行存储在可操作地连接到控制器或处理器的存储器中的编程指令以处理数据或操作打印机中的一个或多个部件以执行任务或功能。上述的控制器104可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器104可以用一个以上处理器以及相关电路和部件实现，其中的每一个配置成形成本文中所述的一个或多个任务或功能。

过程300开始于控制器处理图像数据以生成彼此正交的待产生的物体的平面(方块302)。控制器然后操作至少一个致动器以移动正交于平面支撑构件的平面定向的第一打印头从而朝着平面支撑构件喷射材料滴(方块304)。控制器也操作至少一个致动器以移动定向成与平面支撑构件的平面平行的、位于第一位置处的第二打印头从而在平行于平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴(方块308)。操作至少一个致动器以移动两个打印头使第一打印头能够在平面支撑构件上形成物体的层并且使第二打印头能够水平地喷射材料以在垂直于或主要垂直于平面支撑构件的表面上形成材料层。过程也包括控制器操作至少一个致动器以参考平面构件的平面旋转第二打印头从而使第二打印头能够将材料滴喷射到由第一打印头形成的物体的拐角和裂缝中(方块312)。方法也包括控制器操作至少一个致动器以将第二打印头移动到与第一位置成直角的位置从而使第二打印头能够在平行于平面支撑构件的平面的方向上并且与在第一位置从第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴(方块316)。该操作使第二打印头能够移动到平行于平面支撑构件的平面并且垂直于在第一位置由第二打印头喷射的滴的另一位置以使第二打印头能够将材料喷射到由第一打印头形成的物体的其它表面上。方法也包括控制器操作至少一个致动器以将第二打印头移动到与第一位置相对的位置从而使第二打印头能够在平行于平面支撑构件的平面的方向上并且朝着在第一位置从第二打印头喷射的材料滴喷射材料滴(方块320)。该操作使第二打印头能够移动到平行于平面支撑构件的平面的另一位置以使第二打印头能够将材料喷射到由第一打印头形成的物体的表面上，第一打印头与当位于第一位置处时的第二打印头相对。

在具有三个打印头的实施例中，其中的两个在平行于平面支撑构件的平面的平面中彼此垂直地定向，可以使用图4的方法。方法开始于控制器处理图像数据以生成彼此正交的待产生的物体的平面(方块402)。控制器操作至少一个致动器以移动正交于平面支撑构件的平面定向的第一打印头从而朝着平面支撑构件喷射材料滴(方块404)。控制器也操作至少一个致动器以移动定向成与平面支撑构件的平面平行的、位于第一位置处的第二打印头从而在平行于平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴(方块408)。操作至少一个致动器以移动两个打印头使第一打印头能够在平面支撑构件上形成物体的层并且使第二打印头能够水平地喷射材料以在垂直于或主要垂直于平面支撑构件的表面上形成材料层。过程也包括控制器操作至少一个致动器以参考平面构件的平面旋转第二打印头从而使第二打印头能够将材料滴喷射到由第一打印头形成的物体的拐角和裂缝中(方块412)。控制器也操作至少一个致动器以移动与第二打印头的第一位置成直角定位的第三打印头从而使第三打印头能够在平行于平面支撑构件的平面的方向上并且与在第一位置从第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴(方块416)。第三打印头可以位于在第一位置处的第二打印头的左边或右边。在具有四个打印头的实施例中，其中的三个定位成在平行于平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴，方法也包括控制器操作至少一个致动器以移动与第二打印头的第一位置成直角定位并且与第三打印头的位置相对的第四打印头从而使第四打印头能够在平行于平面支撑构件的平面的方向上并且与在第一位置从第二打印头喷射的材料滴成直角并且朝着第三打印头喷射材料滴(方块420)。

Claims (10)

1.一种打印机，其包括：

平面支撑构件；

第一打印头，所述第一打印头正交于所述平面支撑构件的平面定向；

位于第一位置处的第二打印头，所述第二打印头定向成与所述平面支撑构件的平面平行；

至少一个致动器，所述至少一个致动器可操作地连接到所述第一打印头和所述第二打印头，所述至少一个致动器配置成参考所述平面支撑构件移动所述第一打印头和所述第二打印头；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个致动器、所述第一打印头和所述第二打印头，所述控制器配置成：

处理图像数据以生成彼此正交的待产生的物体的平面，操作所述至少一个致动器以移动所述第一打印头和所述第二打印头从而使所述第一打印头能够在垂直于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴并且使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴。

2.根据权利要求1所述的打印机，所述至少一个致动器还配置成：

参考所述平面构件的平面旋转所述第二打印头。

3.根据权利要求1所述的打印机，所述至少一个致动器还配置成：

将所述第二打印头移动到与所述第一位置成直角的位置以使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且与在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴。

4.根据权利要求1所述的打印机，所述至少一个致动器还配置成：

将所述第二打印头移动到与所述第一位置相对的位置以使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且朝着在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴喷射材料滴。

5.根据权利要求1所述的打印机，其还包括：

第三打印头，所述第三打印头与所述第二打印头的所述第一位置成直角定位以使所述第三打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且与在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴。

6.一种操作打印机的方法，其包括：

用控制器处理图像数据以生成待产生的物体的正交平面；

用所述控制器操作正交于平面支撑构件的平面定向的第一打印头以朝着所述平面支撑构件喷射材料滴；

用所述控制器操作定向成与所述平面支撑构件的平面平行的、位于第一位置处的第二打印头以在平行于所述平面支撑构件的平面的平面中喷射材料滴；以及

用所述控制器操作可操作地连接到所述第一打印头和所述第二打印头的至少一个致动器以参考所述平面支撑构件移动所述第一打印头和所述第二打印头从而使所述第一打印头能够在垂直于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴并且使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上喷射材料滴。

7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

用所述控制器操作所述至少一个致动器以参考所述平面构件的平面旋转所述第二打印头。

8.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

用所述控制器操作所述至少一个致动器以将所述第二打印头移动到与所述第一位置成直角的位置从而使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且与在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴。

9.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

用所述控制器操作所述至少一个致动器以将所述第二打印头移动到与所述第一位置相对的位置从而使所述第二打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且朝着在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴喷射材料滴。

10.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

用所述控制器操作所述至少一个致动器以移动与所述第二打印头的所述第一位置成直角定位的第三打印头从而使所述第三打印头能够在平行于所述平面支撑构件的平面的方向上并且与在所述第一位置从所述第二打印头喷射的材料滴成直角喷射材料滴。