CN104943170A - 使用具有光透射表面层的旋转构件检测喷射透明材料的打印头中的不工作喷墨口的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测打印头中的不工作喷墨口的装置。装置包括具有光透射表面层的旋转构件，材料由打印头喷射到所述光透射表面层上。光源将光引导到光透射表面层的边缘中，并且光学传感器生成旋转构件的表面层的表面的图像数据。参考旋转构件的表面层的表面的图像数据检测不工作喷墨口。

Description

使用具有光透射表面层的旋转构件检测喷射透明材料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产生三维物体的打印机，并且更特别地涉及这样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，恢复程序被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：旋转构件，所述旋转构件具有表面层和沿着所述表面层的周边的边缘；光源，所述光源定位成将光引导到所述旋转构件的所述表面层的所述边缘中；光学传感器，所述光学传感器定位成接收由所述旋转构件的所述表面层发射的光，所述光学传感器配置成生成对应于所述旋转构件的所述表面层的图像数据；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述光源和所述光学传感器，所述控制器配置成选择性地启动所述光源，从而当所述光源将光引导到所述旋转构件的所述边缘中时接收由所述光学传感器生成的图像数据，并且参考被接收图像数据和预定图案检测将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上的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：旋转构件，所述旋转构件具有表面层和沿着所述表面层的周边的边缘；打印头，所述打印头配置成将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上；光源，所述光源定位成将光引导到所述旋转构件的所述表面层的所述边缘中；光学传感器，所述光学传感器定位成接收由所述旋转构件的所述表面层发射的光，所述光学传感器配置成生成对应于所述旋转构件的所述表面层的图像数据；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述打印头、所述光源和所述光学传感器，所述控制器配置成操作所述打印头以参考预定图案将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上，选择性地启动所述光源，从而当所述光源将光引导到所述旋转构件的所述边缘中时接收由所述光学传感器生成的图像数据，并且参考被接收图像数据和预定图案检测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。

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。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也操作地连接到至少一个和可能多个致动器以控制平面支撑构件34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操作地连接到平面支撑构件34或柱状支撑构件38以在过程和交叉过程方向上移动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和平面支撑构件34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操作地连接到柱状构件38的一个或多个致动器、由操作地连接到打印头22、26的一个或多个致动器或由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。在外壳64内是形状上大体上为立方体的六个隔室。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，所述模块使用光透射衬底来检测打印机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光透射衬底上的材料，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喷射透明材料的不工作喷墨口的模块。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，具有光透射表面层308的旋转鼓312，光源314，一个或多个致动器316，鼓维护单元(DMU)320，以及控制器324。致动器316操作地连接到鼓以旋转鼓312。当打印头处于图中所示的位置时，它可以将来自打印头的材料喷射到鼓312的表面层上。鼓312在图中的箭头的方向上旋转到与光学传感器304相对的位置，同时光源314将光引导到旋转鼓312的表面层的边缘中。当光源314将光引导到表面层308的边缘中以使光能够在垂直于鼓运动的方向的方向上传播通过表面层308时，光学传感器304定向成生成鼓312的表面层308的图像数据，所述表面层可以突出到纸外，如图3中所示。光学传感器304生成旋转鼓312的表面层的图像数据，并且如下面解释，打印头将材料喷射到表面层308上所在的表面层上的区域发射光。因此，鼓表面层的图像数据可以与用于操作打印头86以将材料喷射到鼓表面层上的图像数据比较以检测不工作喷墨口。

光源314可以是发光二极管(LED)的阵列、激光二极管的阵列、冷阴极荧光灯、灯丝等。阵列可以是一维的，也就是线性的，或者是二维阵列。由光源314产生的光可以是红外的、紫外的、多色的或单色的。红外光的一个优点在于不易受到由环境光条件产生的噪声的影响。

鼓继续旋转到与DMU 320相对的位置。DMU包括在脱离剂334的槽中的供应辊330和操作地连接到致动器316的计量刮刀338。供应辊330将槽334中的脱离剂施加到表面层308，并且计量刮刀338接触表面层308以将脱离剂分配到覆盖表面层308的层中，同时去除喷射材料并且将过量试剂和材料引导到槽334中。附加地或替代地，加热器334可以操作地连接到控制器324以便选择性地将加热器连接到电源。加热器相对于计量刮刀338定位以在清洁构件扫掠表面层308之前加热构建和支撑材料，如下面所述。控制器324操作地连接到致动器316、光学传感器304和光源314以旋转鼓并且选择性地操作光学传感器304、光源314和计量刮刀338。

鼓312的光透射表面层308由这样的材料制造，所述材料支撑从打印头86喷射的构建材料和支撑材料并且提供进入表面层的边缘的光的全内反射。这些材料使沿着表面层的边缘进入的光能够保持在表面层内，除非旋转构件上的层的表面上的一些材料具有的折射率改变材料和旋转构件上的层的表面之间的界面处的全内反射性质。对于喷射具有在大约1.3到大约1.5的范围内的折射率的材料或墨的打印机，光透射表面层典型地具有在大约1.4到大约1.8的范围内的折射率。例如，表面层308可以基本上由聚碳酸酯、玻璃或丙烯酸酯组成。当打印层的表面时，喷射到层的平面表面上的材料和表面层之间的相似折射率使沿着表面层向下传播的光能够进入材料，尽管相对于表面层和材料之间的界面的入射角小。在材料的内部的光具有相对于材料和环境空气之间的界面的大入射角。该角使光能够出射到环境空气中。光的其它部分在最终离开材料之前经历多次内反射。出射光提供光透射表面层的表面上的材料的位置的视觉指示，原因是从材料出射的光与光未出射的层的未覆盖表面很好地形成对比。脱离剂的折射率在上述的实施例中为大约1.5，因此它将来自表面层308的光耦合到旋转构件312的层308的表面上的材料中，但是在材料不存在于层的表面上的区域中将光保持在表面层内。当表面层308经过光学传感器304时，传感器304生成电信号，所述电信号形成层308的表面上的测试图案的图像数据。

鼓312可以以各种方式形成以提供光透射表面层308。在一些实施例中，鼓312可以以类似于透明敞口圆筒的方式由玻璃或塑料、例如聚碳酸酯或丙烯酸酯模制。替代地，金属鼓、例如阳极氧化铝鼓可以涂覆有聚碳酸酯以形成作为鼓的金属表面上的层的表面层308。

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操作操作地连接到鼓312的致动器316以旋转鼓和光透射表面层308，因此层的表面的清洁部分与打印头86相对(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层308的表面上打印测试图案(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层308的表面的一部分上淀积也称为测试点的材料。在打印测试图案之后，控制器108可以将打印头86移动到模块300之外。当鼓312继续旋转时控制器324启动光源314以将光照射到表面层308的一个边缘中(方块416)。控制器324启动光学传感器304并且传感器生成作为层308的表面的图像数据提供给控制器324的电信号(方块420)。构建材料和支撑材料被喷射的区域发射光，如上所述。内反射光的表面层的部分和发射光的那些部分应当对应于用于喷射构建和支撑材料的测试图案。参考用于形成测试图案的构建和支撑材料的预期位置分析层308的表面的图像数据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的措施。

图4的过程继续，且鼓312继续旋转，因此层的表面的打印部分经过DMU 320(方块432)。控制器324操作致动器316以使层308的表面与供应辊330和计量刮刀334接合以将脱离剂施加到层的表面并且从表面层去除材料(方块436)。被去除材料收集在槽334中，其可以通过过滤器(未显示)泵送以去除材料，因此脱离剂可以返回到槽以便以后使用。操作者可以不时地去除DMU 320并且用新的DMU替换它以更新鼓清洁功能。

尽管上述的实施例在形成三维物体的打印机内，但是光透射表面层和从这样的表面层所发射的光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，旋转鼓上的光透射表面层可以邻近打印机的打印区域定位，并且不时地打印机移动到与旋转表面层相对以便将墨喷射到表面层上。然后将光引导到表面层中并且成像表面，因此可以分析图像数据以识别不工作喷墨口。因此，当在本文中使用时，当指的是从打印头喷射的物质时“材料”表示在三维物体打印机中使用的构建材料和支撑材料以及在二维打印等中使用的所有类型的墨。

将领会以上公开的和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未意料到的替代、修改、变型或改进，其也旨在由以下权利要求涵盖。

Claims (9)

1.一种用于形成物体的打印机，所述打印机包括：

旋转构件，所述旋转构件具有表面层和沿着所述表面层的周边的边缘；

打印头，所述打印头配置成将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上；

光源，所述光源定位成将光引导到所述旋转构件的所述表面层的所述边缘中；

光学传感器，所述光学传感器定位成接收由所述旋转构件的所述表面层发射的光，所述光学传感器配置成生成对应于所述旋转构件的所述表面层的图像数据；以及

控制器，所述控制器操作地连接到所述打印头、所述光源和所述光学传感器，所述控制器配置成操作所述打印头以参考预定图案将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上，选择性地启动所述光源，从而当所述光源将光引导到所述旋转构件的所述边缘中时接收由所述光学传感器生成的图像数据，并且参考被接收图像数据和预定图案检测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，其中所述光源是红外光源。

3.根据权利要求1所述的打印机，其中所述光源是紫外光源。

4.根据权利要求1所述的打印机，其中所述光源是激光二极管。

5.根据权利要求1所述的打印机，所述打印机还包括：

鼓维护单元，所述鼓维护单元配置成将脱离剂施加到所述旋转构件的所述表面层并且从所述旋转构件的所述表面层的至少一部分去除材料；并且

所述控制器操作地连接到所述鼓维护单元，所述控制器还配置成操作所述鼓维护单元以从所述表面层的表面的至少一部分去除材料。

6.根据权利要求1所述的打印机，其中所述旋转构件的所述表面层具有在大约1.4到大约1.8的范围内的折射率，并且由所述打印头喷射的材料具有在大约1.3到大约1.5的范围内的折射率。

7.根据权利要求5所述的打印机，所述鼓维护单元还包括：

构件，所述构件配置成接合所述旋转构件的所述表面层的至少一部分并且相对于所述旋转构件的所述表面层的至少一部分移动；以及

致动器，所述致动器操作地连接到所述构件和所述控制器以使所述控制器能够操作所述致动器从而相对于所述旋转构件的所述表面层的至少一部分移动所述构件。

8.根据权利要求5所述的打印机，所述鼓维护单元还包括：

加热器，所述加热器定位成加热所述旋转构件的所述表面层的至少一部分；并且

所述控制器还配置成操作所述加热器以加热所述旋转构件的所述表面层的至少一部分从而从所述旋转构件的所述表面层的至少一部分去除材料。

9.一种用于检测打印头中的不工作喷墨口的装置，所述装置包括：

旋转构件，所述旋转构件具有表面层和沿着所述表面层的周边的边缘；

光源，所述光源定位成将光引导到所述旋转构件的所述表面层的所述边缘中；

光学传感器，所述光学传感器定位成接收由所述旋转构件的所述表面层发射的光，所述光学传感器配置成生成对应于所述旋转构件的所述表面层的图像数据；以及

控制器，所述控制器操作地连接到所述光源和所述光学传感器，所述控制器配置成选择性地启动所述光源，从而当所述光源将光引导到所述旋转构件的所述边缘中时接收由所述光学传感器生成的图像数据，并且参考被接收图像数据和预定图案检测将材料喷射到所述旋转构件的所述表面层上的打印头中的不工作喷墨口。