CN107107466A - 用于3d打印物体的桌面打印设备以及双面打印模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于3D打印物体的桌面打印设备（100），包括：串接设置在整体式外壳中的打印模块（200）和构建模块（300）。所述打印模块包括一个或多个打印头（230，230'），用于打印介质（500）的一部分以限定所述物体的介质层（701）。所述构建模块包括构建板（310）和切割装置（321）、粘结装置和粘合剂分配装置（320），用于从多个介质层中构建所述3D物体。所述设备进一步包括介质输送通道，限定在介质输入端和介质输出端之间的外壳中；和输送装置（160），将所述介质从所述介质输入端沿着所述介质输送通道连续地输送，穿过用于打印的打印模块，并随后输送到构建模块，以进行仿形和粘结从而限定所述物体的介质层。

Description

用于3D打印物体的桌面打印设备以及双面打印模块
技术领域
本申请涉及用于快速原型（RP）的分层物体制造（LOM）系统，尤其涉及一种集成常规2D打印和3D打印以在LOM系统中形成3D物体的桌面设备。
背景技术
快速原型定义为受计算机控制的增材制造，这是因为是通过增加材料而不是通过去除或减少材料的常规加工方法来制造物体。要理解，术语“快速”是一个相对术语，但是却是一个在本领域内具有特定含义的术语，其原因在于，构造一个三维物品成品要耗费几小时到几天不等，具体取决于所采用的方法以及模型的大小和复杂度。已知的在快速原型领域内采用的方法有许多种。分层物体制造（LOM）是快速原型（RP）的其中一种形式，涉及将涂有粘合剂的纸、塑料或金属层压板依次层叠，然后将它们依次地粘结在一起并且用刀具或激光切割机切割成形。
LOM类似于其他快速原型技术，通常涉及到使用待制造的物体/零件的三维（3D）计算机辅助设计（CAD），由此在CAD软件包内生成立体光刻（STL）文件或其他适合格式的文件。对STL文件进行处理，并且，实际上沿着Z轴在与所采用的基底材料的厚度相匹配的厚度处将该文件切开。这样便形成了该零件的一系列横截面，并且，各横截面在任何特定的高度处均具有简单的二维（2D）轮廓。可采用仿形或切割设备来描画2D轮廓并由此在薄片原料上切割出形状。在LOM中，可将各个单独薄片彼此上下堆叠和粘结，以生成3D物体成品。在形成多个介质物体层之后，进行仿形和层粘结过程。多个层粘结在一起，然后进行仿形或去除过程，其包括从打印介质堆叠中去除不需要的支撑材料以展现3D打印物体。仿形、堆叠和粘结工艺的顺序是可以互换的。各个层也可以使用常规的2D打印工艺进行打印。这些层可以是单面打印或双面打印，并且以单色（例如用黑色油墨）打印，或者以多种颜色打印。此外，可以使用多色纸。
在LOM制造中，通常，3D物体成品由单个介质层的堆叠形成，所述单个介质层被组合和仿形以形成期望的最终几何形状。可以在组合布置之前打印或另外处理各个介质层。因此，可以打印多个3D物体介质层以为形成3D打印物品成品而做准备。3D打印物品的整个层堆叠可以在打印模块中离线预先打印，之后可以将打印的堆叠装载到仿形和层粘结模块中，其中每个打印层可被仿形和粘结以完成3D打印物品的制造。
在准备排序和组装成最终的3D物体时，打印介质层的相对侧上打印的图像的对准可能会出现问题。如果作为3D打印机的输入提供的印张的顺序不正确，也可能会出现问题。
一些打印机可以用于制造有色零件。在一种方法中，例如，可以使用彩纸。在另一种方法中，例如，可以将有色油墨印刷到每张纸上，或者可以将图像印刷到每张纸上，然后可以将印张装载到打印机的发生切割和粘合的部分中。
应当理解的是，彩纸和/或有色油墨的使用以及图像的打印可能会进一步增加3D打印机和/或3D打印过程的复杂度。
选择3D打印机时需考虑的因素包括3D打印机的速度和成本、打印原型的成本以及材料和色彩能力的成本和选择。通常，3D打印的成本太高，对于大多数用户应用来说并不实用。此外，通常目前可用的3D打印机对于用户应用来说太大了。
在SDL中使用纸张降低了原材料的成本，但是打印机的尺寸和复杂性仍然存在，并且需要开发更紧凑和不太复杂的打印机，其可以以更低廉的价格生产并且适合用户的家庭桌面。
因此，需要解决在快速原型的3D打印过程和系统中存在的一些问题。本申请旨在提供一种制造有色物体的改进方法。本说明书还旨在提供一种改进的3D打印系统。
发明内容
根据本说明书，提供了一种用于3D打印物体的桌面打印设备，包括：
构建模块，用于从多个介质层构建3D物体，所述设备进一步包括
打印模块，用于打印介质，打印的介质限定了所述物体的介质层；
输送装置，被配置为将所述介质从输入端连续地输送到所述打印模块以打印所述介质层，并且将打印的介质层输送到所述构建模块。
在一种布置中，所述构建模块包括用于构建3D物体的粘合剂分配装置、切割装置和粘结装置。
在一种布置中，所述构建模块被配置为通过选择性分层沉积（SDL）来制造3D物体。
在一种布置中，所述打印模块和所述构建模块在单个集成设备中串接布置，并且所述输送装置被配置为以连续串接输送操作来将所述介质从输入端输送到所述打印模块并且输送到所述构建模块。
在一种布置中，随着所述输送装置将所述介质输送以通过所述设备，所述打印模块和所述构建模块被配置为同时操作。
在一种布置中，随着所述输送装置将所述介质输送以通过所述设备，所述打印模块和所述构建模块独立地操作。
在一种布置中，所述打印模块被配置为单面或双面打印所述介质。
在一种布置中，所述打印模块被配置为双面打印所述介质，其中，待打印在介质层上的图像对的第一图像被打印在所述介质的第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背，从而限定了所述物体的打印介质层。
在一种布置中，打印模块进一步被配置为在介质的第一面上打印基准标记，其中，所述基准标记包括标记，该标记被配置为提供关于打印在所述介质的第一面上的图像的信息，例如定位标记；或者从用于打印的图像序列中识别图像的图像标识符。
在一种布置中，所述设备进一步包括：
感测装置，用于感测图像，或所述图像的一部分，或打印在所述介质的第一面上的基准标记；并且
所述感测装置向所述控制器提供输出，用于控制所述介质的位置，以控制所述介质第二面上的与第一图像背对背的第二图像的打印。
在一种布置中，所述控制器被配置为对所述设备进行控制以校正任何检测到的偏斜或位置误差。
在一种布置中，所述输送装置包括进纸辊和/或驱动辊或夹送辊或轧辊和/或引导装置。
在一种布置中，所述输送装置进一步包括拉紧辊，以在所述介质被输送以通过设备并通过所述打印模块和所述构建模块时保持其张力。
在一种布置中，所述设备包括第一打印站和第二打印站，其中，所述打印头被配置为在所述第一打印站的所述介质第一面上打印图像，并且在所述第二打印站的所述介质第二面上打印图像。
在一种布置中，所述输送装置限定介质输送路径，其中，所述介质从所述输入端输送以通过所述打印模块并且输送到所述构建模块。
在一种布置中，所述第一打印站和所述第二打印站沿着所述输送路径间隔设置。
在一种布置中，所述打印头可在所述第一打印站和所述第二打印站之间移动以打印所述介质的第一面和第二面。
在一种布置中，所述输送装置被配置为当所述介质从所述第一打印站输送到所述第二打印站时翻转所述介质。
在一种布置中，所述设备包括单个打印头。
在一种布置中，所述第一打印站被配置为沿第一方向打印所述介质，所述第二打印站被配置为沿第二方向打印所述介质。
在一种布置中，所述输送装置包括用于接收所述连续卷状介质的接收器。
在一种布置中，所述设备包括第一打印头和第二打印头，用于在第一打印站和第二打印站处的所述介质的第一面和第二面上同时进行打印。
在一种布置中，本说明书提供了一种如上所述的桌面3D打印设备，其中，所述双面打印模块和所述构建模块设置在单个集成设备中，并且所述输送装置被配置为将所述介质从输入端输送以通过所述打印模块并且输送到所述构建模块，用于组合以在连续的串接过程中形成3D物体。
在另一种布置中，提供了一种3D打印设备的双面打印模块，包括：
打印装置和输送装置，所述输送装置被配置为：
将介质从输入端输送到所述打印装置以在第一面和第二面进行所述介质的打印，并且配置为
其中，待打印在所述介质上的图像对的第一图像被打印在所述介质第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背。
在一种布置中，打印的图像对限定了3D物体的打印介质层。
在一种布置中，所述打印头被配置为相对于所述介质层的平面沿X方向和Y方向移动。
在一种布置中，所述模块包括：
打印头，被配置为在所述介质的第一面上打印图像，并且在所述介质的第一面上打印机器可读位置定位器，
光学读取器，被配置为读取机器可读位置定位器，并且引起所述介质或所述打印头相对于所述介质的第二面的位置变化，以确保在所述第二面上设置的图像相对于在所述第一面打印的图像的精确对准。
根据本说明书的一个方面，提供了一种用于3D打印物体的桌面打印设备，包括：
串接设置在整体式外壳中的打印模块和构建模块；
所述打印模块包括一个或多个打印头，用于打印介质的一部分以限定所述物体的打印介质层；
所述构建模块包括构建板、切割装置、粘结装置和粘合剂分配装置，并可操作以从多个单独的介质层构建所述3D物体；
所述设备进一步包括：
介质输送通道，限定在介质输入端和介质输出端之间的外壳中；和
输送装置，将所述介质从所述输入端沿着所述介质输送通道连续地输送到所述打印模块，并且随后输送到所述构建模块。
在一种布置中，所述构建模块被配置为通过选择性分层沉积（SDL）来制造所述3D物体。
在一种布置中，所述打印模块和所述构建模块在单个集成设备中串接布置，并且所述输送装置被配置为以连续串接输送操作来将所述介质从输入端输送到所述打印模块并且输送到所述构建模块。
在一种布置中，随着所述输送装置将所述介质输送以通过设备，所述打印模块和所述构建模块被配置为同时操作。
在一种布置中，随着所述输送装置连续地将所述介质输送以通过所述设备，所述打印模块和所述构建模块被配置为在所述介质的不同部分上同时操作，不同部分限定所述物体的不同介质层。
在一种布置中，随着所述输送装置将所述介质连续输送以通过设备，所述打印模块和所述构建模块独立地操作。
在一种布置中，所述打印模块被配置为单面或双面打印所述介质。在一种布置中，所述打印模块被配置为双面打印所述介质，其中，待打印在介质层上的图像对的第一图像被打印在所述介质的第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背，从而限定了所述物体的打印介质层。
在一种布置中，所述打印模块进一步被配置为在介质的第一面上打印基准标记，其中，所述基准标记包括标记，该标记被配置为提供关于打印在所述介质的第一面上的图像的信息，例如定位标记；或者从用于打印的图像序列中识别图像的图像标识符。
在一种布置中，所述输送装置包括进给机构和控制器，所述控制器被配置为控制所述介质的输送以通过所述设备和所述介质的不同部分在所述设备中的位置。
在一种布置中，所述设备进一步包括感测装置，用于感测所述介质的一部分的位置，并且用于向所述控制器提供输出以控制或校正所述介质的位置。
在一种布置中，所述设备进一步包括：
感测装置，用于感测图像，或所述图像的一部分，或打印在所述介质的第一面上的基准标记；并且
所述感测装置向所述控制器提供输出，用于控制所述介质的位置，以控制所述介质第二面上的与第一图像背对背的第二图像的打印。
在一种布置中，所述控制器被配置为对所述设备进行控制以校正任何检测到的偏斜或位置误差。在一种布置中，所述输送装置包括进纸辊、驱动辊、夹送辊、轧辊和引导装置中的一个或多个。在一种布置中，所述输送装置包括进纸辊，被配置为沿顺时针方向和相对的逆时针方向运行以控制所述介质的不同部分在所述设备中的位置。在一种布置中，所述输送装置进一步包括拉紧辊，以在所述介质被输送以通过所述设备并通过所述打印模块和所述构建模块时保持其张力，并且分别在所述打印模块和所述构建模块处分别提供所述介质的不同部分的精确位置。
在一种布置中，所述设备包括第一打印站和第二打印站，其中，所述打印头被配置为在所述第一打印站的所述介质第一面上打印图像，并且在所述第二打印站的所述介质第二面上打印图像。
在一种布置中，所述输送装置限定介质输送路径，其中，所述介质从所述输入端输送以通过所述打印模块并且输送到所述构建模块。
在一种布置中，其中，所述介质输送路径设置为从介质输入端到废料收集点。在一种布置中，所述介质沿着所述介质输送路径从所述输入端到连续输送到所述打印模块和所述构建模块，其中所述介质首先被打印并且随后被仿形以限定所述构建物体的介质层。
在一种布置中，所述第一打印站和所述第二打印站沿着所述输送路径间隔设置。在一种布置中，所述打印头可在所述第一打印站和所述第二打印站之间移动以打印所述介质的第一面和第二面。在一种布置中，所述输送装置被配置为当所述介质从所述第一打印站输送到所述第二打印站时翻转所述介质。在一种布置中，所述设备包括单个打印头。在一种布置中，所述第一打印站被配置为沿第一方向打印所述介质，所述第二打印站被配置为沿第二方向打印所述介质。在一种布置中，所述输送装置包括用于接收所述连续卷状介质的接收器。
在一种布置中，所述设备包括第一打印头和第二打印头，用于在第一打印站和第二打印站处的所述介质的第一面和第二面上同时进行打印。
在一种布置中，所述介质被输送到构建板上方的位置，用于仿形以从所述卷中切割所述介质的一部分，从而限定所述物体的介质层。
另一方面，提供了如上述任一概述中所述的桌面3D打印装置，其中，所述打印模块和所述构建模块设置在单个集成设备中，并且所述输送装置被配置为将所述介质从输入端输送以通过所述打印模块并且输送到构建模块，在所述构建模块处介质层被组合以在连续的串接过程中形成3D物体。
根据另一方面，提供了一种3D打印设备的双面打印模块，包括：
打印装置和输送装置，所述输送装置被配置为：
将介质从输入端输送到所述打印装置以在第一面和第二面进行所述介质的打印，并且被配置为
将所述双面打印的介质从所述打印模块输送到所述3D打印设备的构建模块。
在一种布置中，所述模块被配置为用于所述介质的双面打印，其中，待打印在所述介质上的图像对的第一图像被打印在所述介质的第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背，从而限定3D物体的打印介质层。在一种布置中，所述打印头被配置为相对于所述介质层的平面沿X方向和Y方向移动。
在一种布置中，所述模块包括打印头，被配置为在所述介质的第一面上打印图像，并且在所述介质的第一面上打印机器可读位置定位器，进一步包括光学读取器，被配置为读取机器可读位置定位器，并且引起所述介质或所述打印头相对于所述介质的第二面的位置变化，以确保在第二面上所述的图像相对于在所述第一面打印的图像的精确对准。
在一种布置中，所述介质沿基本上垂直的方向打印。
在一种布置中，所述介质沿基本上水平的方向打印。
在一种布置中，所述模块包括沿输送路径间隔设置的第一打印站和第二打印站。在一种布置中，所述打印头可在所述第一打印站和所述第二打印站之间移动以打印所述介质的第一面和第二面。在一种布置中，所述输送装置被配置为当所述介质从所述第一打印站输送到所述第二打印站时翻转所述介质。
在一种布置中，所述模块包括单个打印头。在一种布置中，所述第一打印站被配置为沿第一方向打印所述介质，所述第二打印站被配置沿第一方向打印所述介质。
在一种布置中，所述输送装置包括用于接收所述连续卷状介质的接收器。
在一种布置中，所述模块包括第一打印头和第二打印头，用于在第一打印站和第二打印站处的介质的第一面和第二面上同时进行打印。
在一种布置中，所述介质被输送以在两个打印头230和230'之间垂直地穿过，所述两个打印头230和230'水平配置操作，同时双面打印。
附图说明
现结合附图对本申请进行描述，其中：
图1A是根据本教导实施例的打印设备的框图；
图1B是根据本说明书实施例的3D桌面打印设备的横截面侧视图；
图2是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了在介质下侧的第一站处的打印；
图3是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了在介质上侧的第二站处的打印；
图4是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了用加热板对介质的按压；
图5是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了在构建位置处的介质的仿形切割；
图6是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了粘合剂施加到介质的顶侧，界定了构建层的上侧；
图7是根据本说明书实施例的图1B打印设备的横截面侧视图，示出了构建层向构建位置的传送；
图8是根据本说明书的不包括拾取辊的另一个打印设备的横截面侧视图；
图9是根据本说明书的另一个打印设备的横截面侧视图，其中，两个打印头被布置以用于同时打印介质；
图10是根据本说明书的另一个构建模块的横截面侧视图，其中，粘合剂分配装置位于构建板的上游侧，用于将粘合剂施加到介质的下侧；
图11和图13是图2的打印设备的立体图；
图12和图14是图3的打印设备的立体图；
图15是根据本说明书的另一个打印设备的横截面侧视图，示出了进纸辊和将介质馈送到第一打印站的另一种布置；
图16是图15的根据本说明书另一个打印设备的透视侧视图。
具体实施方式
下文将对根据本教导的使用选择性分层沉积（SDL）的桌面打印设备的示例性布置进行描述，以便理解本教导的益处。这些布置将理解为是可被提供的这类设备的示例，并不旨在将本教导局限为任何一种具体布置，在不脱离本教导的范围的情况下，可以对本文所述的设置进行各种修改。
本说明书提供了一种集成常规打印和3D打印的SDL桌面设备。该设备被配置为打印和组合多个单独的介质层以形成三维（3D）物体。在本教导的上下文中，各个介质层可以被认为是不同的物理元素或实体。在本教导的上下文中，从包括一卷介质的输入端中取出或获得各个介质层。在优选的布置中，可以从卷轴输入端导出3D物体的各个介质层。
图1A是根据本说明书的桌面SDL设备100的框图。桌面SDL设备（3D打印设备）100包括打印模块200和SDL构建模块300。打印模块可以被配置为打印多个介质层，并且构建模块用于组合多个单独的介质层以形成3D物体。介质层可以以单一的黑色油墨打印，或者以多种颜色或非彩色即白色来打印。构建模块可以被配置为切割各个3D物体介质层并且将各个层粘结在一起以形成3D物体成品。打印模块200和构建模块300可以整体连接在设备100内，使得介质层可以在被输送到构建模块300之前在打印模块200中被单面或双面打印以产生3D物体成品。
在说明书中，构建模块描述为3D打印的模块，其中，分层物体被组合以形成3D物体。术语构建模块、校对模块、构建室和构建模块、SDL构建模块已经广泛用于描述此特征。
介质层被输送到打印模块200进行2D打印。打印的介质层从打印模块输送到构建室，以在SDL过程中校对和组合最终的3D物体。
所描述的布置中，介质层以卷的形式提供。介质层优选为纸，然而应当理解，可以使用任何片材或卷料。介质被提供到桌面设备100以进行2D打印、仿形和粘合，从而产生彩色3D物体成品。
打印模块可以包括经配置以在校对之前将油墨施加到介质层的常规2D打印机。2D打印机可以是标准喷墨打印机。构建模块可以包括粘结模块，粘结模块被配置为粘结多个介质层中的各个介质层。打印模块可以配置为在介质层的第一表面和第二表面上进行打印。在第一表面和第二表面上进行的打印在操作上减少了图像渗色，并且，无论物体的表面的角度如何，都保持了颜色准确性。打印模块可被配置为向多个单独介质层中的一个或多个单独介质层的一个或多个表面施加多种颜色。校对机可包括仿形模块，被配置为对多个介质层中的各个单独介质层进行仿形处理，以在3D物体内实现所需的3D形状。仿形模块和粘结模块可集成在单个仿形和层粘结模块中。
在介质层701上打印的图像600A，根据预生成的数字打印文件来打印，该打印文件包含待打印的3D物体的图像、轮廓和颜色信息。
在本文中简要说明预生成数字打印文件的示例性布置中的步骤，然而，应当理解，可以提供替代方法。如本领域已知的，3D打印从3D数据文件开始，3D数据文件代表待打印的3D物体。例如，可以在本教导中使用3D产品设计的通用工业标准文件格式，STL以及OBJ和VRML（用于彩色3D打印），然而，应当理解，也可以使用合适的替代格式。然后生成颜色并将其应用于数据文件中所表示的模型。读取这些文件中的数据，并将计算机模型切成与介质层相同厚度的可打印层。数据文件的这种生成通常发生在连接到打印机100的PC或计算设备上，但是这不应被解释为限制，因为这种处理也可能发生在打印设备100中。应当理解，在替代布置中，切层可以在云中或在移动设备、平板电脑、手机上执行。此外，本教导不限于上述文件生成方法，并且可以使用任何合适的生成3D打印文件的方法。
在开始打印作业和SDL作业之前——尽管未示出——提供或以其他方式将预生成的文件加载到打印设备100，打印设备100包括处理器或控制器以及加载打印文件的存储器。
数字打印文件被控制器/处理器再次引用或读取。数字打印文件可以包括用于每个介质层701的一系列顶面底面图像对600A/600B。所有介质层的第一面和第二面的彩色图像信息也包含在数字打印文件中。
参考图1A和1B，描述了根据本说明书配置的集成的桌面2D打印和3D打印设备100。
桌面打印设备100包括打印模块200和校对或构建模块300。设备100通过SDL提供物体的制造。在所示的布置中，介质是卷状的。在示例性布置中，介质为以卷状提供的纸，并且用于形成构建物体的层。设备100提供介质在打印模块200处的打印，并且将打印的介质从打印模块输送到校对/构建模块300，并且输送到构建位置处。
设备100被配置为，通过SDL通过打印的介质层701的校对、粘结和仿形，来提供连续串接过程的2D打印和3D打印或3D构建物体的制造。2D打印可以是在介质的一侧或两侧上进行，即单面或双面。
设备100提供并限定了介质外壳内的、穿过打印模块200以及校对或SDL模块300的连续输送路径或通道。装置100还包括进给或输送模块150，该模块150包括进给或输送装置160。系统100还可包括感测装置170。此外，系统100还可包括控制装置180，用于实现对进给或输送机构的控制。输送模块包括进给机构，该进给机构根据需要包括一个或多个辊或导轨。还提供控制器来控制输送。
感测装置170可包括一个或多个传感器，例如光学传感器，被配置为检测介质位置，检测打印的图像或其部分，或者在打印图像的同时检测打印在介质上的基准标记。感测装置170可以用于检测倾斜、检测位置和定位并且识别介质或者系统内的特定打印图像的定位。由传感器检测到的数据可以被提供或输出到控制装置，并在其中进行处理以实现倾斜的校正或者位置的校正，或者例如识别第一侧上的图像，并且相对于第一侧图像来定位第二侧图像。
参照图1描述本说明书的设备100的示例性布置。设备100包括用于接收卷状501的介质500的辊支撑件110。支撑件110具有外壳112。外壳在第一内侧上限定辊接收器或支撑件110，并且在第二外侧上，外壳限定引导件113在介质500被输送以通过设备时引导介质500。设备100限定介质穿过设备的用于2D打印和3D打印的输送路径140。
打印模块200包括第一打印站210和第二打印站220以及打印头230。在示例性布置中，打印头230布置成在两个打印站处进行打印。然而，应当理解，在替代布置中，可以提供两个打印头。打印头230可以是喷墨打印头。以卷状501提供的介质500具有第一表面505A和第二表面505B，该介质500从卷501中被抽出并被输送到第一打印站210以打印第一面505A。然后将介质输送到第二打印站220以打印第二面505B。在设备100的示例性布置中，第一面505A限定构建物体层的下侧，并且第二面505B限定构建物体层701的上侧。
输送装置160的示例性布置包括进纸辊161-165和引导件113，163。输送装置160还包括拉紧辊164。拉紧辊164可移动地安装在系统内。拉紧辊164被安装成在第一上部位置164A和第二下部位置164B之间上下移动。拉紧辊164设置成在介质通过打印和输送到构建板而被输送以通过设备时保持其张力。拉紧辊164有利于构建和打印的同时操作。还可以提供拾取辊165，用于拾取废料510。
输送装置160还可以包括链轮进给装置165或轧辊166，从而与配置为链轮进给或输送的纸来一起使用。应当理解，也可以将适当的替代方案提供给链轮进给或轧辊。应当理解，可以提供不同的辊和引导件的布置，并且可以与输送装置160或进给机构165一起提供附加的或替代的引导件或辊，以便输送示例性布置的介质。应当理解，可以根据需要在输送路径上的选定位置处设置附加的驱动辊、夹送辊、轧辊或引导件。
校对或构建模块300通过分层物体制造来提供3D物体的构建。构建模块300包括构建板310、粘合剂分配装置320、切割装置321和加热板330。该物体在模块300的构建室中被构建。
粘合剂分配装置320和切割装置321可以安装到多功能头部322。粘合剂分配装置和切割装置被安装并在构建板上方的区域中操作。粘合剂分配装置和切割装置可以，例如，安装在X-Y框架上，以根据需要在构建板310上移动。应当理解，也可以使用允许粘合剂分配装置在构建板上方操作的合适替代布置。
构建板310可在系统内的第一升高位置和第二降低位置之间移动。随着连续的介质层被添加到构建板310以构建物体，构建板下降。切割装置321和粘合剂分配装置320被配置为提供物体形式的切割，以及将粘合剂施加到介质500，以形成物体的介质层701。切割装置321被配置为在介质中形成一系列交叉线切口并切出介质的轮廓部分。第一介质层701A可以被提供到已经施加了粘合剂的构建板310或其他基底层。后续层701A，701B等在其上依次构建。
输送装置160输送介质以通过设备，以打印第一面和第二面，从而将已经打印的介质层根据需要从辊转移到构建模块并用于切割和施加粘合剂。控制输送装置160以根据不同操作的需要移动介质，向前、向后或停止移动。进纸辊161被配置为根据需要顺时针和逆时针旋转，以允许介质在输送路径内的定位，例如对打印进行控制。为了提供连续操作，在第一打印站210处已经打印有第一图像600B的介质500的一部分通过系统输送，拉紧辊和驱动辊提供控制以将介质500的正确部分定位在第二打印站220，以打印背靠背图像对（600A，600B）的第二图像600A。
如果需要，该输送装置还提供位置和/或歪斜的校正，使得要打印在介质的第二面上的图像或标记被正确地定位到在第一侧上打印的图像或标记。
在示例性布置中的卷501的介质500包括连续卷状的纸，被配置为经由链轮进给机构165供给。应当理解，可以提供各种形式的链轮进纸，例如，具有一个或两个边缘的纸张，被配置为通过相应类型的链轮进给机构输送。在使用纸或类似物的链轮进给辊的情况下，应当理解，进给机构可以用于提供贯穿通过设备100的输送路径140开始和结束之中的介质的布置和对准的控制。如上所述，可以提供替代方案，例如“轧”辊166。
更详细地描述输送路径140。在示例性布置中，纸通过引导件113外部的路径被输送到第二打印站。引导件113布置成确保到第二打印站的输送不干扰介质500从卷501的进给。此外，引导件113用于将介质引向第二打印站220。引导件113反过来使卷翻转以呈现另一面进行打印。
参考图2至图7，描述了根据本说明书的连续串接打印的2D打印和3D打印的过程。
图2——步骤1：底面油墨打印
参考图2和相关的立体图——图11和图13，描述了根据本说明书示例性布置的打印底面图像600B的步骤。
纸张从进纸辊161进给，使得介质500的底面505A被呈现给打印头230。底面图像600B被打印。底面图像是待背对背打印在介质500的下面和顶面上的图像对的第一图像。
在另一个示例性布置中，可与第一图像600B一起打印基准标记605。提供基准标记605以示出图像所在的位置。基准标记605可以包括与打印在介质上的图像有关的位置信息或其他识别信息，或者包括图像标识符。基准标记605可由感测装置170感测到，以帮助相对于相应底面图像600B来将顶面或第二图像600A定位在正确位置，或进一步检测偏斜或位置误差。
系统100还可包括偏斜调整装置180。如果感测装置170在感测到基准标记605时感测到标记中的偏斜，则在打印顶面图像600A之前，系统响应以纠正偏斜。
感测装置170可以设置在整个输送路径的不同位置。例如，感测装置170可以位于第二打印位置处和构建板处。感测装置170可以例如设置在构建板附近或并入到多功能头部322中。
当介质500从第一打印站210输送到第二打印站220时，介质500被翻转。在该示例性布置中，当仅使用一个打印头时，翻转允许在连续串接打印过程中在双面打印介质。
打印头230被配置为在其通过第一打印站210时，打印介质的第一表面505A的至少一部分。相同的打印头230可以被配置为在其通过第二打印站220时，打印第二表面505B的至少一部分。在图1至图3的示例性布置中，第一打印站和第二打印站位于公共输送轴线上间隔设置。根据需要，打印头230被控制以在第一打印站和第二打印站之间移动。
在替代布置中，可以设置第二打印头230'以允许介质500的第一面505A和第二面505B同时打印，即在第一打印站和第二打印站同时打印介质的相应前部和后部的第一面和第二面。
图3——步骤2：顶面油墨打印
参考图3和相应的立体图——图12和图14，描述了根据本说明书示例性布置的打印顶面图像600A的步骤。
纸张从第一打印站210围绕进纸辊110和进纸辊外壳113的外侧延续，使得纸张的顶面505B在第二打印站220处被呈现给打印头230。
在另外的布置中，如上所述，在底面505A上也设置了基准标记605。传感器170可以从底面打印来检测基准605的位置，并向打印机提供关于在哪里定位背对背图像对600A/600B的顶面图像600A的指令。
当介质500沿构建模块300的方向被馈送以通过系统100时，拉紧辊164向下运动，以使打印、切割和粘结的不同操作同时运行。2D打印或油墨打印步骤以及切割和粘合剂分配步骤是独立的。
附图的示例性布置示出了单个打印头230的有利使用，仍然能够在以卷状501提供的介质500的双面上进行打印。
如上所述，进纸辊161被配置为沿顺时针方向和相反的逆时针方向运行，例如将介质带到打印头230下方。进纸辊161被配置为向前（逆时针）和向后（顺时针方向）旋转，以提供增加的灵活性和对供纸和输送以穿过系统的控制。当进纸辊161旋转时，拉紧辊164将相应地上下移动。在示出的具有单个打印头230的示例性配置中，当介质通过第一站210进行打印时，介质也已经移动通过没有可用打印头的第二打印站220。当使用一个打印头230时，根据需要，进纸辊161和拉紧轮164的使用提供了介质在第二打印站220处的定位。在第二打印站220打印之后，介质500继续供给到构建板310上方的区域。
图4和图5——输送纸张以构建和按压
参考图4的输送介质500的示例，在该图的示例性布置中，将纸（具有先前施加的双面图像）输送到构建平台。在该步骤中，切割介质以形成构建物体700的层701A（701B等）。
此外，如果如上所述，将基准标记605与第一图像一起打印到介质的底面，以指示打印机在哪里定位顶面图像，则可以利用这种方式来指示设备100使卷501推进的距离，以至于构建板上层的位置非常准确。
在新层701A（预先打印的页面）放置在构建板310上之后，加热板330移动到构建板310上方的位置，构建板压入加热板330中，使得顶层701A和已经在构建板上构建的部分700（或可能的第一介质层的基底层或基板）之间形成正面接触。然后，加热板330移开，使得粘合剂分配器320和切割装置321能够移动回来并在下一层701B上开始工作。
图6——仿形切割
当打印模块200在卷状介质500的底面505A和顶面505B打印（如步骤1和2）以制备构建物体的第二层或第三层（701B或701C）时。在示例性布置中，切割装置321被配置为从介质500切割构建物体700的第一介质层701A，其在图4的示例性布置中是构建板310上的顶层701A。
一旦仿形完成，切割装置321从纸卷500切出构建层701A。在示例性布置中，在完成仿形切割之后施加粘合剂。此后，废料510被引导到拾取辊165。
拉紧辊164被配置为能够在不受油墨打印过程影响的情况下，切割构建物体700的层701。当废料510被卷起时，拉紧辊164被配置为升高以拉紧任何松弛并且维持介质500中所需的张力。
本说明书的布置是高效的并且减少浪费。从介质切出的每个介质层的尺寸根据构建的要求而变化。例如，不需要将整张纸例如A4纸放置在构建物体上以提供介质层，而是从介质仿形的每个介质层的尺寸自适应地变化。
图7——施加粘合剂
参考图7，如上所述，一旦轮廓被切割，就将粘合剂施加到纸的顶面。在优选布置中，在引导之前施加粘合剂。再次，所有这些都在打印过程运行时同时发生。
尽管图4至图7的顺序示出了物体的介质层的输送、切割和施加粘结的步骤，但是在本说明书的示例性布置中，应当理解，也可以使用替代的顺序。
参考图8，描述了根据本说明书的替代布置。在图8的布置中，不设置拾取辊165。代替使用拾取辊，废物510可以在从机器离开时被简单地收集。
参考图9，描述了根据本说明书的替代方案。图9的布置是提供了介质层的同时双面打印的示例性布置。在这种布置中，提供了两个打印头230和230'。介质500可以从进纸辊161抽出，并被输送以在两个打印头230和230'之间垂直地通过，两个打印头230和230'以水平配置操作，同时双面打印。
在图9的布置中，如图所示，打印头被布置成用于垂直进给，并且打印头被布置为以水平配置操作，应当理解，例如进给可以是垂直的，并且以水平配置打印。
参考图10，描述了根据本说明书的替代方案。在该示例性布置中，当介质或纸被馈送到构建板时，粘合剂分配装置320位于卷状介质的下方。这种布置有利地从多功能头322移除由于粘合剂分配装置引起的额外重量，并且由于介质或纸被输送时来施加粘合剂，加速了整个过程。
参考图15和图16，示出了根据本说明书的打印设备100的替代布置。类似于图1至14的设备100包括串接的打印模块和构建模块。输送装置160被提供以传送要被打印的介质，并用于从输入端打印来形成构建物体的层和用于构建模块。输送是一个连续的串接输送。
本说明书的布置有利地提供了用于3D打印的介质层的第一面和第二面上图像之间的对准的改进。
本说明书的布置提供了一种改进的桌面3D打印设备。该装置有利地被配置为以单面或双面形式提供2D打印，并以连续的串接处理方式提供介质的3D打印。应当理解，在本领域中，3D打印是指SDL过程。如本文所述，在本说明书的示例性布置中将待打印的介质、纸张以片或卷的形式提供给设备，纸被输送用于双面打印，并直接输送到SDL过程的构建板。
本说明书的布置可有利地用于例如照片或等高线图的3D打印。通过3D打印制造的物体在物体的各层具有精确的颜色规范。本说明书的布置提供了对每层的第一表面和第二表面上颜色的改进的控制。提供的方法是高精度的，并且3D物体的质量得到改进。
3D打印的双面对齐提供了一个改进的3D物体。虽然双面对齐不是文本的问题，但它对图像和颜色质量有很大的影响。因此，本专利说明书的系统在3D打印中提供了改进的颜色效果。
出现进一步的问题，包括在执行一次性打印作业时在胶印打印过程中的滞后，因为需要等待直到打印作业的纸张被预打印。
本说明书的装置在一个方面提供了在一个整体式外壳中的打印模块和构建模块，其提供了一种紧凑且高效的改进3D打印设备。
另一方面，提供了一种用于彩色3D打印的打印模块。打印模块提供将高精度2D彩色打印介质层传送到构建模块，以组合各个介质层来提供3D物体。
根据本实施例的双面打印模块200可以在3D打印过程的情况中有用地应用。当从双面打印介质层时，会发生较少的图像扩散，从而提供更好的图像特征尺寸控制。在打印层之间没有发生颜色的相互作用，这保持了所需图像的保真度。然而，根据本实施例的双面打印模块可以有用地应用于其它双面打印应用中，其中重要的是打印在介质层第一面和第二面上的图像的对准。
本说明书的布置提供了高效的过程。

Claims (44)

1.一种用于3D打印物体的桌面打印设备，包括：
串接设置在整体式外壳中的打印模块和构建模块；
所述打印模块包括一个或多个打印头，用于打印介质的一部分以限定所述物体的打印介质层；
所述构建模块包括构建板、切割装置、粘结装置和粘合剂分配装置，并可操作以从多个单独的介质层构建所述3D物体；
所述设备进一步包括：
介质输送通道，限定在介质输入端和介质输出端之间的外壳中；和
输送装置，将所述介质从所述输入端沿着所述介质输送通道连续地输送到所述打印模块，并且随后输送到所述构建模块。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述构建模块被配置为通过选择性分层沉积（SDL）来制造所述3D物体。
3.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，
所述打印模块和所述构建模块在单个集成设备中串接布置，并且
所述输送装置被配置为以连续串接输送操作来将所述介质从输入端输送到所述打印模块和构建模块。
4.根据以上任何一项权利要求所述的设备，随着所述输送装置将所述介质输送以通过所述设备，所述打印模块和所述构建模块被配置为同时操作。
5.根据权利要求5所述的设备，其中，随着所述输送装置连续地将所述介质输送以通过所述设备，所述打印模块和所述构建模块被配置为在所述介质的不同部分上同时操作，不同部分限定所述物体的不同介质层。
6.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，随着所述输送装置将所述介质连续输送以通过设备，所述打印模块和所述构建模块独立地操作。
7.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述打印模块被配置为单面或双面打印所述介质。
8.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述打印模块被配置为双面打印所述介质，其中，待打印在介质层上的图像对的第一图像被打印在所述介质的第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背，从而限定了所述物体的打印介质层。
9.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述打印模块进一步被配置为在介质的第一面上打印基准标记，其中，所述基准标记包括标记，该标记被配置为提供关于打印在所述介质的第一面上的图像的信息，例如定位标记；或者从用于打印的图像序列中识别图像的图像标识符。
10.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述输送装置包括进给机构和控制器，所述控制器被配置为控制所述介质的输送以通过所述设备和所述介质的不同部分在所述设备中的位置。
11.根据以上任何一项权利要求所述的设备，进一步包括感测装置，用于感测所述介质的一部分的位置，并且用于向所述控制器提供输出以控制或校正所述介质的位置。
12.根据以上任何一项权利要求所述的设备，进一步包括：
感测装置，用于感测图像，或所述图像的一部分，或打印在所述介质的第一面上的基准标记；并且
所述感测装置向所述控制器提供输出，用于控制所述介质的位置，以控制所述介质第二面上的与第一图像背对背的第二图像的打印。
13.根据权利要求11至13所述的设备，其中，所述控制器被配置为对所述设备进行控制以校正任何检测到的偏斜或位置误差。
14.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述输送装置包括进纸辊、驱动辊、夹送辊、轧辊和引导装置中的一个或多个。
15.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述输送装置包括进纸辊，被配置为沿顺时针方向和相对的逆时针方向运行以控制所述介质的不同部分在所述设备中的位置。
16.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述输送装置进一步包括拉紧辊，以在所述介质被输送以通过所述设备并通过所述打印模块和所述构建模块时保持其张力，并且在所述打印模块和所述构建模块处分别提供所述介质的不同部分的精确位置。
17.根据以上任何一项权利要求所述的设备，包括第一打印站和第二打印站，其中，所述打印头被配置为在所述第一打印站的所述介质第一面上打印图像，并且在所述第二打印站的所述介质第二面上打印图像。
18.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述输送装置限定介质输送路径，其中，所述介质从所述输入端输送以通过所述打印模块并输送到所述构建模块。
19.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述介质输送路径设置为从介质输入端到废料收集点。
20.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述介质沿着所述介质输送路径从所述输入端连续输送到所述打印模块和所述构建模块，其中所述介质首先被打印并且随后被仿形以限定所述构建物体的介质层。
21.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述第一打印站和所述第二打印站沿着所述输送路径间隔设置。
22.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述打印头可在所述第一打印站和所述第二打印站之间移动以打印所述介质的第一面和第二面。
23.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述输送装置被配置为当所述介质从所述第一打印站输送到所述第二打印站时翻转所述介质。
24.根据以上任何一项权利要求所述的设备，包括单个打印头。
25.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述第一打印站被配置为沿第一方向打印所述介质，所述第二打印站被配置为沿第二方向打印所述介质。
26.根据以上任何一项权利要求所述的设备，所述输送装置包括用于接收所述连续卷状介质的接收器。
27.根据权利要求1至24所述的设备，包括第一打印头和第二打印头，用于在第一打印站和第二打印站处的所述介质的第一面和第二面上同时进行打印。
28.根据权利要求28所述的设备，其中，所述介质被输送以在两个打印头230和230'之间垂直地穿过，所述两个打印头230和230'水平配置操作，同时双面打印。
29.根据以上任何一项权利要求所述的设备，其中，所述介质被输送到构建板上方的位置，用于仿形以从所述卷中切割所述介质的一部分，从而限定所述物体的介质层。
30.根据以上任何一项权利要求所述的桌面3D打印设备，其中，所述打印模块和所述构建模块设置在单个集成设备中，并且所述输送装置被配置为将所述介质从输入端输送以通过所述打印模块并且输送到所述构建模块，在所述构建模块处介质层被组合以在连续的串接过程中形成3D物体。
31.一种3D打印设备的双面打印模块，包括：
打印装置和输送装置，所述输送装置被配置为：
将介质从输入端输送到所述打印装置以在第一面和第二面进行所述介质的打印，并且
将所述双面打印的介质从所述打印模块输送到所述3D打印设备的构建模块。
32.根据权利要求32所述的模块，被配置为用于所述介质的双面打印，其中，待打印在所述介质上的图像对的第一图像被打印在所述介质的第一面上，并且所述图像对的第二图像被打印在所述介质的第二面上，与第一图像背对背，从而限定3D物体的打印介质层。
33.根据权利要求32或33所述的模块，其中，所述打印头被配置为相对于所述介质层的平面沿X方向和Y方向移动。
34.根据权利要求32至34所述的双面打印模块，包括：
打印头，被配置为在所述介质的第一面上打印图像，并且在所述介质的第一面上打印机器可读位置定位器，
光学读取器，被配置为读取机器可读位置定位器，并且引起所述介质或所述打印头相对于所述介质的第二面的位置变化，以确保在所述第二面上设置的图像相对于在所述第一面打印的图像的精确对准。
35.根据权利要求32至35所述的双面打印模块，包括：其中，所述介质沿基本上垂直的方向打印。
36.根据权利要求32至35所述的双面打印模块，包括：其中，所述介质沿基本上水平的方向打印。
37.根据权利要求32至37中任何一项权利要求所述的双面打印模块，包括沿输送路径间隔设置的第一打印站和第二打印站。
38.根据权利要求32至38中任何一项权利要求所述的双面打印模块，其中，所述打印头可在所述第一打印站和所述第二打印站之间移动以打印所述介质的第一面和第二面。
39.根据权利要求32至39中任何一项权利要求所述的双面打印模块，其中，所述输送装置被配置为当所述介质从所述第一打印站输送到所述第二打印站时翻转所述介质。
40.根据权利要求32至40中任何一项权利要求所述的双面打印模块，包括单个打印头。
41.根据权利要求32至41中任何一项权利要求所述的双面打印模块，所述第一打印站被配置为沿第一方向打印所述介质，所述第二打印站被配置沿第一方向打印所述介质。
42.根据权利要求32至42中任何一项权利要求所述的双面打印模块，所述输送装置包括用于接收所述连续卷状介质的接收器。
43.根据权利要求32至40中任何一项权利要求所述的双面打印模块，包括第一打印头和第二打印头，用于在第一打印站和第二打印站处的介质的第一面和第二面上同时进行打印。
44.根据权利要求44所述的双面打印模块，其中，所述介质被输送以在两个打印头230和230'之间垂直地穿过，所述两个打印头230和230'水平配置操作，同时双面打印。
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