CN104943168A - 使用加热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。装置包括热衬底的供给，所述热衬底的供给暴露于热以暗化衬底。用从打印头喷射的材料打印热衬底以形成测试图案。喷射材料与暴露热衬底之间的对比由光学传感器成像以生成图像数据，所述图像数据被分析以识别不工作喷墨口。

Description

使用加热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去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，所述装置包括：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；加热器，所述加热器配置成将一定长度的热衬底暴露于热；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、所述加热器，所述控制器配置成在打印头已操作从而将来自所述打印头中的每个喷墨口的预定数量的材料滴喷射到所述热衬底上以在所述热衬底上形成每个喷墨口的测试点之后操作所述加热器以暗化暴露于热的一定长度的热衬底，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，所述打印机包括：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；加热器，所述加热器配置成将一定长度的热衬底暴露于热；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、所述加热器和所述打印头，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，操作所述加热器以暗化暴露于热的一定长度的热衬底，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从而生成所述衬底和所述衬底上的测试点的图像数据，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侧视图。

图4是用于操作图3的模块的方法的流程图。

图5是显影热衬底与从打印头喷射到衬底上的透明材料之间的对比的例子。

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将打印机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。在完成该零件之后，通过冲洗、吹气或熔化去除支撑结构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的平面中在过程和交叉过程方向上移动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。该打印机60具有外壳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之上的平面中的两个正交方向上的往复运动。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以便光学地感测不工作喷墨口，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。在该实施例中，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。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，加热器320，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定位成成像从供给卷310牵拉的衬底上的测试图案。控制器324可操作地连接到加热器320和致动器316。尽管加热器描绘为是支撑件318的部件，但是它可以在打印头86的下方定位在卷310和支撑件318之间或者它可以定位成在打印衬底之后加热衬底。控制器324选择性地启动加热器320以使打印有测试图案的衬底的部分暴露于足够的热能以导致热衬底上的热敏感涂层化学地反应和暗化。该反应有时被称为热衬底的显影。当在本文中使用时，“加热器”指的是配置成响应刺激、例如电流或化学催化剂的施加选择性地生成热的任何材料。控制器324也选择性地驱动卷取辊314以将来自供应卷310的衬底牵拉到它被打印的位置，然后牵拉到它被成像的位置，并且最后牵拉到卷取辊314。

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的衬底、例如纸制造，所述衬底涂覆有响应暴露于来自加热器320的热改变颜色的热敏感染料。热衬底参考对热衬底的材料的每个单位热能量输入的光密度的已知函数增加光密度。例如，供应卷310可以是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P35032纸卷。

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)。一旦衬底处于打印位置，控制器324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)。当衬底经过加热器时控制器324也启动加热器320显影热衬底(方块616)。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。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620)。由于加热器被启动，热衬底暴露于热，并且因此暗化，不管暴露发生在打印测试图案之前、打印测试图案期间或打印测试图案之后，但是在到达光学传感器304之前。因此，在显影暗化热衬底与从打印头86喷射的材料之间产生对比。显影热衬底332与从打印头喷射的材料334之间的该对比的例子在图5中被显示。在使用紫外墨的打印机中，该对比发生的原因是紫外可固化墨具有中和衬底中的活性酸层的碱性成分，其防止衬底在该位置暗化。

图4的过程继续，操作光学传感器304以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)。通过操作光学传感器朝着打印热衬底的部分上的测试图案发射光并且用光电检测器接收来自测试图案和热衬底的反射，该光电检测器生成电信号。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632)，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。如果剩余热衬底的足够供应，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，但是热衬底源和从这样的热衬底上的光密度的变化检测不工作喷墨口的系统也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。在这样的系统中，热衬底的供应卷定位在打印机内，并且不时地，衬底的一部分从供应卷被牵拉、打印、暴露于热并且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、打印、加热、成像和分析以识别不工作喷墨口。

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热衬底上的光密度的变化检测不工作喷墨口的系统也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。在具有喷射这些材料的打印头的系统中，热衬底的第二供给可以被维护，并且不时地，衬底的一部分从该供给被牵拉、暴露于热、打印并且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加热、打印和检测不工作喷墨口。在用于二维和三维打印机中的上述装置的实施例中，衬底的打印和衬底的加热的顺序可以颠倒。也就是说，衬底暴露于来自加热器的热以使衬底变暗并且然后在暗化衬底上打印测试图案。在这些实施例中，在材料或墨与衬底接触处暗化衬底发亮，原因是材料或墨干扰或在一些情况下逆变衬底的染料层之间的化学性质。

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 (8)

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；

加热器，所述加热器配置成将一定长度的热衬底暴露于热；以及

控制器，所述控制器可操作地连接到多个致动器、所述光学传感器、所述加热器和所述打印头，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，操作所述加热器以暗化暴露于热的一定长度的热衬底，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从而生成所述衬底和所述衬底上的测试点的图像数据，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：

第一辊，所述热衬底的供给在围绕所述第一辊安装的卷中卷绕；

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。

3.根据权利要求2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。

4.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。

5.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。

6.根据权利要求1所述的打印机，所述加热器定位成当所述打印头正将材料喷射到所述热衬底上时将所述热衬底暴露于足以暗化所述热衬底的热能。

7.根据权利要求1所述的打印机，所述加热器定位成在所述打印头已将材料喷射到所述热衬底上之后将所述热衬底暴露于足以暗化所述热衬底的热能。

8.根据权利要求1所述的打印机，所述加热器定位成在操作所述打印头以将材料喷射到所述热衬底上之前将所述热衬底暴露于足以暗化所述热衬底的热能。