CN104943166A - 使用热衬底检测喷射透明墨的打印头中的不工作喷墨口的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在打印操作期间检测不工作喷墨口的装置。该装置操作打印机中的一个打印头或多个打印头以在热衬底上形成测试图案。用于形成测试图案的材料的热改变材料所着落区域的光密度。形成测试图案的区域被成像并且图像数据被分析以识别不工作喷墨口。

Description

使用热衬底检测喷射透明墨的打印头中的不工作喷墨口的系统

技术领域

本文中公开的装置涉及检测打印头中的不工作喷墨口的打印机，并且更特别地涉及使用透明墨的打印机中的不工作喷墨口的精确检测。

背景技术

在衬底(例如，纸)上打印文件是公知的。现在更新的打印形式包括也称为数字增材制造的数字三维制造。该类型的打印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。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从工件移除材料的传统物体形成技术、例如切割或钻孔可区分。

用这些打印机生产三维物体会需要数小时，对于一些物体，甚至需要数天。在用三维打印机生产三维物体中出现的一个问题是喷射形成物体的滴的打印头中的喷墨口的一致功能性。在物体的打印期间，一个或多个喷墨口会由于以一定角度而不是垂直于打印头喷射、喷射的滴小于喷墨口应当喷射的或由于根本未能喷射任何滴而退化。遭受这些操作缺陷中的任何一个的喷墨口被称为不工作喷墨口。类似弊端在用打印头进行文件打印中是已知的。如果一个或多个喷墨口的操作状态在三维物体打印期间退化，则在打印操作完成之前不能评估被打印物体的质量。因此，需要数小时或多天的打印作业会产生由于打印头中的不工作喷墨口而不符合规范的物体。一旦检测到这样的物体，被打印物体被废弃，将恢复程序应用于打印头以恢复功能性，并且重复打印作业。甚至在以高速在移动幅条上进行文件打印中，可能在幅条的长的长度上产生不可接受的图像并且幅条的该部分可能必须被废弃。

尽管在文件打印系统中已开发系统来检测不工作喷墨口，但是物体打印系统中的不工作喷墨口的检测更成问题。在物体打印和文件打印系统中特别成问题的是透明材料和墨的使用。这些材料和墨难以由成像系统检测，原因是它们喷射在其上的衬底上的透明墨/材料之间的对比度低。因此，衬底上的图案的图像数据中的噪声使测试图案的分析困难。在用透明墨或透明材料打印时能够检测不工作喷墨口的装置将能够在物体打印期间应用恢复程序，因此可以产生正确形成的物体或文件的打印可以继续。以该方式，打印机的产品生产率提高并且它的打印更高效。

发明内容

一种能够进行三维打印机中的不工作喷墨口检测的装置包括：热衬底的供给；光学传感器，所述光学传感器配置成生成对应于所述衬底上的材料滴的区域的电信号数据；致动器，所述致动器可操作地连接到所述光学传感器以将所述光学传感器移动到与材料已喷射到其上的热衬底相对的位置；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述致动器、所述光学传感器和所述打印头，所述控制器配置成操作所述打印头以将来自每个喷墨口的预定数量的材料滴喷射到所述热衬底上从而使所述预定数量的材料滴能够在所述热衬底上形成每个喷墨口的测试点，操作所述致动器以将所述光学传感器移动到与所述热衬底相对的位置，并且参考对应于所述热衬底上的多个位置处的所述热衬底的光密度的、从所述光学传感器接收的数据识别所述打印头中的不工作喷墨口。

一种包含用于检测不工作喷墨口的装置的打印机包括：打印头，所述打印头配置有喷射材料的多个喷墨口；热衬底的供给，所述热衬底的供给配置成将热衬底移动到与所述打印头相对的位置以接收从所述打印头喷射的材料；光学传感器，所述光学传感器配置成生成对应于所述热衬底上的位置的光密度的电信号；致动器，所述致动器可操作地连接到所述光学传感器以将所述光学传感器移动到与材料已喷射到其上的热衬底相对的位置；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述致动器、所述光学传感器和所述打印头，所述控制器配置成操作所述打印头以将来自每个喷墨口的预定数量的材料滴喷射到所述热衬底上从而使所述预定数量的材料滴能够在所述热衬底上形成每个喷墨口的测试点，操作所述致动器以将所述光学传感器移动到与所述热衬底相对的位置，并且参考对应于所述热衬底上的多个位置处的所述热衬底的光密度的、从所述光学传感器接收的数据识别所述打印头中的不工作喷墨口。

附图说明

在结合附图进行的以下描述中解释在三维打印期间检测不工作喷墨口的装置或打印机的前述方面和其它特征。

图1是三维物体打印机的透视图。

图2是具有外壳的三维物体打印机的前视图，描绘用于模块的外壳内的空间，所述模块能够在打印操作期间检测打印头中的不工作喷墨口。

图3是配合在图2中所示的空间中的用于检测不工作喷墨口的模块的透视图。

图4是用于操作图3的模块的方法的流程图。

图5是具有用于在三维物体的打印期间检测不工作喷墨口的模块的打印机的替代实施例。

图6是用于操作图5的模块的方法的流程图。

图7是在图3和图5的系统中使用的示例性热衬底的静态敏感度曲线图。

图8是在图6的曲线图中描述的示例性热衬底的动态敏感度曲线图。

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大体理解，参考附图。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

图1显示产生三维物体零件10的打印机100中的部件的配置。当在本文中使用时，术语“三维打印机”指的是参考物体的图像数据喷射材料以形成三维物体的任何装置。打印机100包括支撑材料容器14，构建材料容器18，一对喷墨打印头22、26，构建衬底30，平面支撑构件34，柱状支撑构件38，致动器42，以及控制器46。管道50将打印头22连接到支撑材料容器14并且管道54将打印头26连接到构建材料容器18。两个喷墨打印头由控制器46参考可操作地连接到控制器的存储器中的三维图像数据操作以喷射供应到每个相应的打印头的支撑和构建材料。当构造该零件时，构建材料形成正产生的零件10的结构，而当材料固化时由支撑材料形成的支撑结构58能够使构建材料保持它的形状。支撑材料也允许构建材料桥接下层物体中的间隙。在完成该部分之后，通过冲洗、吹气或熔化移除支撑结构58。

控制器46也可操作地连接到至少一个和可能多个致动器42以控制平面支撑构件34、柱状支撑构件38和打印头22、26相对于彼此的运动。也就是说，一个或多个致动器可以可操作地连接到支撑打印头的结构以参考平面支撑构件的表面在过程方向和交叉过程方向上移动打印头。替代地，一个或多个致动器可以可操作地连接到平面支撑构件34以在平面支撑构件34的平面中沿过程和交叉过程方向移动正在其上产生所述零件的表面。当在本文中使用时，术语“过程方向”指的是沿着平面支撑构件34的表面中的一个轴线的运动并且“交叉过程方向”指的是沿着与该平面中的过程方向轴线正交的平面支撑构件表面中的轴线的运动。这些方向在图1中用字母“P”和“C-P”表示。打印头22、26和柱状支撑构件38也在正交于平面支撑构件34的方向上移动。该方向在本文中被称为竖直方向，平行于柱状支撑构件38，并且在图1中用字母“V”表示。在竖直方向上的运动可以由可操作地连接到柱状构件38的一个或多个致动器、由可操作地连接到打印头22、26的一个或多个致动器或由可操作地连接到柱状支撑构件38和打印头22、26两者的一个或多个致动器实现。这些各种配置中的这些致动器可操作地连接到控制器46，所述控制器操作致动器以在竖直方向上移动柱状支撑构件38、打印头22、26或两者。

在图2中显示具有外壳的三维物体打印机。打印机60具有安装到框架68的外壳64。在形状上大体上为立方体的六个隔室在外壳64内。外壳64在图2中显示为没有闭合以隐藏隔室的门。隔室72包括在可移动平台82上的平面支撑件78。可移动平台82配置成具有一个或多个致动器和引导构件(未显示)以使可移动平台82能够在竖直方向上上下移动。平面支撑件78是三维物体形成于其上的表面。在一些实施例中，打印头86具有的长度大约等于在从隔室72的后壁到在隔室的前面处的开口的方向上的平面支撑件78的长度。在这些实施例中，打印头86在支撑构件92上安装在外壳64的侧壁96和100之间的空间中以便仅仅线性往复运动。在其它实施例中，打印头86具有的长度小于在从隔室72的后壁到在隔室的前面处的开口的方向上的平面支撑件78的长度。在这些实施例中，打印头86在支撑构件92上安装在外壳64的侧壁96和100之间的空间中以便在隔室72之上的平面中沿两个正交方向上往复运动。在这些各种实施例中，一个或多个致动器104可操作地连接到打印头86。控制器108操作致动器104以在支撑构件92上线性地来回移动打印头86或在平面内的两个正交方向上移动打印头。通过选择性地操作打印头86中的喷墨口并且竖直地移动支撑平台82和水平地移动构件92上的打印头86，三维物体可以形成于平面支撑件78上。

在图2中以虚线描画的区域112识别模块的放置，所述模块在热衬底上打印测试图案以检测打印机60中的不工作喷墨口。如上所述，如果在物体的打印期间喷墨口由于完全或部分地未能喷射材料或由于在偏斜方向上错误地喷射材料而出故障，则正在生产的物体变形。目前，在物体的生产完成之前不能检测到该变形。通过使用区域112以便光学地感测喷射到热衬底上的材料，打印机60可以配置成在物体生产期间检测不工作喷墨口，如下面更全面地所述。模块300内的一些部件可以在水平方向H、深度方向D和竖直方向V上移动，如图中所示。

在图3的方块图中显示在物体打印期间检测不工作喷墨口的模块的一个实施例。尽管模块300描述为安装在产生三维物体的打印机中，但是它也可以在喷射墨以产生打印文件的打印机、特别是使用一种或多种类型的透明墨的打印机中使用。模块300配置成配合在打印机60的区域112内。模块300包括光学传感器304，热衬底供给308，支撑构件312，一个或多个致动器316，收集托盘320，以及控制器324。光学传感器304安装成用于沿着导轨328的运动并且导轨328可操作地连接到致动器316以将光学传感器304从衬底供给308之上的位置移动到支撑构件312之上的位置并再次返回。控制器324可操作地连接到致动器316以移动光学传感器304和导轨，如上所述，将来自供给308的热衬底332移动到支撑构件312，并且枢转支撑构件312以将来自支撑构件312的热衬底落入收集托盘320中。替代地，导轨328和光学传感器304可以固定地安装到打印头86，因此控制器108可以操作致动器104以移动打印头和传感器304。替代地，光学传感器可以以一种方式固定地安装在收集托盘320之上，使得当纸进给到托盘中时传感器能够扫描纸。如图中所示，打印头86可以包括喷射器头2a、固化装置2b和平面化器2c，但是对于不需要固化或修整的材料不需要固化装置2b和平面化器2c。

衬底供给308中的热衬底332是由支撑从打印头86喷射的构建材料和支撑材料的衬底、例如纸制造的平面构件，其涂覆有响应暴露于包含在构建材料或支撑材料内的热改变颜色的热敏感染料。这些染料参考热衬底的物质的每个单位热能量输入的光密度的已知函数增加光密度。图7显示由马萨诸塞州斯普林菲尔德市(Springfield)的Kanzaki Specialty Papers有限公司制造的KL475RX纸的静态敏感度曲线。该曲线绘制纸的光密度与温度的关系并且它指示纸在以大约90摄氏度为中心的温度范围内改变光密度。所以该纸将是用于检测以90C喷射的透明墨的良好选择，90C是用于三维打印机的典型材料温度。图8显示KL475RX纸的动态敏感度范围曲线，给出作为输入能量的函数的光密度响应。该图形对于材料滴从打印头喷射之后快速地冷却的应用是重要的。这些滴在冷却到低于纸的敏感度阈值之前的较短时间内可能处于高温。Kanzaki KL475RX纸具有对输入能量的几乎线性响应，这有用于量化传递到纸以产生光密度变化所需的热量。

衬底供给308包括提升机构336，当推动机构340从供给移除单个衬底并且将它定位到支撑构件312上时所述提升机构提升热衬底332。提升机构336可以是弹簧加载机构、空气弹簧、机械致动顶托器等。推动机构340可以是螺线管等。支撑光学传感器304的导轨可操作地连接到致动器316中的一个从而在衬底供给308之上的位置和支撑构件312之上的位置之间以在两个位置之间的往复方式移动导轨328和光学传感器304。当导轨328和传感器304在衬底供给308之上时，打印头86可以在支撑构件312上的热衬底332之上移动以能够在衬底上打印测试图案。衬底上的构建材料和支撑材料的热能量增加撞击点和周围相邻区域处的热衬底的光密度。光密度扩散的范围对应于由喷墨口喷射的材料质量所携带的热能量的大小。当导轨328和传感器304在支撑构件312之上时，传感器304沿着导轨328移动以能够生成热衬底332上的测试图案的图像数据。

在图4中显示操作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指的是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324可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器324可以用一个以上处理器和关联的电路和部件实现，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。

在打印操作中的预定时间，控制器108(图2)操作致动器104以将打印头86移动到位于区域112中的模块300中(方块404)。响应控制器324检测到模块300中的打印头，控制器324操作推动机构340将热衬底332移动到支撑构件312上(方块408)。控制器324然后生成到达控制器108的信号以操作打印头中的喷墨口在热衬底上打印测试图案(方块412)。在一个实施例中，重复地操作打印头中的每个喷墨口以在与喷墨口相对的热衬底332的一部分上形成也称为测试点的材料堆。在打印测试图案之后，控制器108将打印头86移动到模块300之外并且生成用于控制器324的信号。响应来自控制器108的信号，控制器324操作致动器316以将导轨328和光学传感器304移动到与热衬底332上的测试图案相对的位置(方块416)。光学传感器304然后沿着导轨328移动以朝着衬底332上的测试图案发射光，接收来自测试图案和热衬底的反射，并且生成热衬底332上的测试图案的测量结果(方块420)。来自热能量已增加热衬底的光密度的区域的反射光明显不同于光密度不受影响的区域。参考关于喷射到热衬底上的每个滴的热能量的光密度的函数分析这些测量结果以识别不工作喷墨口(方块424)，并且如果不工作喷墨口被识别，则为打印机的操作者生成指示有缺陷打印头的信号(方块428)。操作者然后可以采取适当措施。过程继续进行控制器324操作致动器316以围绕支撑构件312的一个端部旋转该构件从而使在其上打印测试图案的衬底落入收集托盘320中(方块432)。然后逆反致动器操作以将支撑构件312返回到用于接收下一个热衬底332的位置(方块436)。通过操作另一致动器316，控制器324将导轨328和光学传感器304返回到衬底供给308之上的位置(方块440)。

在图5所示的另一实施例中，模块300’形成有支撑用于打印测试图案的、移动到卷取辊的热衬底的供给的辊。模块300’也配置成配合在打印机60的区域112内。对于类似的部件使用类似的附图标记，模块300’包括光学传感器304，辊上的热衬底的供应卷310，卷取辊314，一个或多个致动器316，一对支撑构件318，以及控制器324。在打印头86已在衬底上打印测试图案之后光学传感器304定位成成像从供给310拉出的衬底上的测试图案。控制器324可操作地连接到致动器316以驱动卷取辊314并且牵拉来自供应卷310的衬底。替代地，光学传感器可以固定地安装在模块内，因此传感器不会物理地干扰打印头。卷310上的热衬底可以由支撑从打印头86喷射的构建材料和支撑材料并且响应热能量改变光密度的材料制造。例如，热衬底卷可以是上述的从马萨诸塞州斯普林菲尔德市(Springfield)的Kanzaki Specialty Papers有限公司可获得的热纸卷。

在图6中显示操作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指的是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324可以是这样的控制器或处理器。替代地，控制器324可以用一个以上处理器和关联的电路和部件实现，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。

在打印操作中的预定时间，控制器108(图2)操作致动器104以将打印头86移动到位于区域112中的模块300中(方块604)。响应控制器324检测到模块300中的打印头，控制器324操作致动器316以旋转卷取辊314并且将来自卷310上的供给的热衬底的清洁部分牵拉到打印头86下方的位置(方块608)。控制器324然后生成到达控制器108的信号以操作打印头中的喷墨口在衬底上打印测试图案(方块612)。在一个实施例中，重复地操作打印头中的每个喷墨口以在与喷墨口相对的衬底卷310的一部分上形成也称为测试点的材料堆。如上所述，吸收喷射材料的热的衬底的区域中的光密度变化。在打印测试图案之后，控制器108将打印头86移动到模块300’之外并且生成用于控制器324的信号。响应来自控制器108的信号，控制器324操作致动器316以将热衬底的打印部分移动到与光学传感器304相对的位置(方块616)。光学传感器304被操作以朝着打印热衬底的部分上的测试图案发射光，接收来自测试图案和热衬底的反射，并且生成对应于热衬底上的测试图案的光密度的电信号(方块620)。这些电信号是图像数据，参考关于喷射到衬底上的每个滴的热能量的光密度的函数分析所述图像数据以识别不工作喷墨口(方块624)，并且如果不工作喷墨口被识别，则为打印机的操作者生成指示有缺陷打印头的信号(方块628)。操作者然后可以采取适当措施。控制器324确定供应卷310是否变空(方块630)，并且如果是的话，生成指示需要另一供应卷的信号(方块634)。操作者然后可以移除卷取辊并且提供热衬底的另一供应卷310。如果剩余足够的热衬底的供应，则控制器324等待打印头返回用于打印另一测试图案的位置(方块604)。

尽管上述的实施例在形成三维物体的打印机内，但是热衬底和从这样的衬底上的光密度的变化检测不工作喷墨口的系统可以在二维文件打印系统中使用，特别是使用透明墨的那些二维文件打印系统。因此，当在本文中使用时，词语“材料”指的是可以用于形成三维物体的物质以及在文件打印中使用的墨。在这样的系统中，热衬底的第二供给可以被维护，并且不时地，用测试图案进行打印，所述测试图案被分析以识别不工作喷墨口。类似地，将透明墨喷射到移动幅条或成像构件、例如鼓上的打印头可以移动到与呈片材形式或来自供应卷的热衬底相对以便打印和检测不工作喷墨口。

应领会以上公开的、其它的特征和功能的变型及其替代可以理想地组合到许多其它不同的系统、应用或方法中。本领域的技术人员可以在以后进行各种当前无法预见的或意料不到的替代、修改、变型或改进，其也旨在由以下权利要求涵盖。

Claims (10)

1.一种打印机，其包括：

打印头，所述打印头配置有喷射材料的多个喷墨口；

热衬底的供给，所述热衬底的供给配置成将热衬底移动到与所述打印头相对的位置以接收从所述打印头喷射的材料；

光学传感器，所述光学传感器配置成生成对应于所述衬底上的位置的光密度的电信号；

致动器，所述致动器可操作地连接到所述光学传感器以将所述光学传感器移动到与材料已喷射到其上的热衬底相对的位置；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到所述致动器、所述光学传感器和所述打印头，所述控制器配置成操作所述打印头以将来自每个喷墨口的预定数量的材料滴喷射到所述热衬底上从而使所述预定数量的材料滴能够在所述热衬底上形成每个喷墨口的测试点，操作所述致动器以将所述光学传感器移动到与所述热衬底相对的位置，并且参考对应于所述热衬底上的多个位置处的所述热衬底的光密度的、从所述光学传感器接收的数据识别所述打印头中的不工作喷墨口。

2.根据权利要求1所述的打印机，所述热衬底的供给还包括：

多个热衬底；并且

所述控制器还配置成操作致动器以将来自所述多个热衬底的单个热衬底移动到在与所述打印头相对的位置的支撑构件上。

3.根据权利要求2所述的打印机，其还包括：

用于所述支撑构件的枢轴，所述枢轴使所述支撑构件能够旋转；

致动器，所述致动器可操作地连接到所述支撑构件和所述控制器；并且

所述控制器还配置成操作所述致动器以使所述支撑构件围绕所述枢轴旋转从而使热衬底能够从所述支撑构件落下。

4.根据权利要求3所述的打印机，其还包括：

收集托盘，所述收集托盘定位成接收从所述支撑构件落下的热衬底。

5.根据权利要求4所述的打印机，其中所述收集托盘配置成用于从所述打印机移除和重新安装到所述打印机中以使所述热衬底能够从所述收集托盘移除。

6.根据权利要求1所述的打印机，所述热衬底的供给还包括：

第一辊，所述热衬底的供给卷绕成围绕所述第一辊安装的卷；

第二辊，所述热衬底的供给的松端附连到所述第二辊以通过所述第二辊的旋转使热衬底能够从所述第一辊转移；

致动器，所述致动器可操作地连接到所述第二辊和所述控制器，所述致动器配置成旋转所述第二辊；并且

所述控制器还配置成操作可操作地连接到所述第二辊的所述致动器以旋转所述第二辊从而从围绕所述第一辊安装的所述热衬底的供给牵拉热衬底。

7.根据权利要求6所述的打印机，所述控制器还配置成检测围绕所述第一辊安装的所述热衬底的供给耗尽并且生成指示所述热衬底的供给耗尽的信号以能够移除卷绕在所述第二辊上的热衬底并且围绕所述第一辊安装热衬底的另一供给。

8.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器还配置成操作所述致动器以移动所述光学传感器离开与所述热衬底相对的位置。

9.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器还配置成参考对应于所述热衬底的光密度的数据识别不喷射预定尺寸的材料滴的喷墨口。

10.根据权利要求1所述的打印机，其中所述打印头配置成滴下构建材料以形成三维物体。