CN108602270A - 产生用于打印头的冷却气流 - Google Patents
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Abstract
在一些示例中,打印系统包括打印头和气流发生器组件,所述打印头能够相对于打印平台相对移动,所述气流发生器组件响应于打印头处于打印平台的第一侧上的第一非工作区域中而产生朝向打印头的第一冷却气流,并且响应于打印头处于打印平台的不同的第二侧上的第二非工作区域中而产生朝向打印头的第二冷却气流。
Description
背景技术
打印系统可包括用于对目标传送制剂(诸如液体制剂或其它物质)的打印头。在一些示例中,打印头可被用在三维(3D)打印系统中,该系统能够形成3D对象。3D打印系统执行3D打印过程,其也被称为增材制造(AM)过程,其中3D对象的材料的连续层在计算机的控制下基于3D模型或该对象的其它电子表示来形成。对象的层被连续形成,直到形成整个3D对象。
附图说明
参考以下附图描述本公开的一些实施例。
图1和图2是根据一些示例的打印系统的一部分的方框图。
图3是根据一些示例的打印系统的一部分的透视图。
图4是根据另外的示例的包括喷雾器的冷却方案的方框图。
图5是根据一些示例的包括控制器的打印系统的一部分的方框图。
图6是根据一些示例的存储指令的非暂态存储介质的方框图。
图7是根据一些示例的主动冷却子系统的方框图。
具体实施方式
在随后的讨论中,参考用于三维(3D)打印系统的打印头的冷却方案。在替代示例中,根据一些实施例的冷却方案也可以用于冷却用于二维(2D)打印的打印头,其中打印头可以用于将文本或图像打印到平面打印介质上,诸如纸基底或其它类型的基底。
在3D打印系统中,通过将构建材料沉积为连续层直至形成最终3D对象,构建材料(或多种不同的构建材料)可被用来形成3D对象。构建材料可包括粉末构建材料,其由细粉或细粒形式的颗粒组成。粉末构建材料可包括金属颗粒、塑料颗粒、聚合物颗粒或其它材料的颗粒。在一些示例中,粉末形式的构建材料使构建材料自由流动。
随着构建材料的各层被形成在构建平台的表面上,可以使用打印头将制剂传送到构建材料的连续层。制剂可以是液体制剂或不同物质。在一些示例中,可以将制剂传送到粉末构建材料层的一部分以熔融,或帮助构建材料层的所述部分熔融,以限定构建材料层的所述部分的边缘或形状,和/或用于其它目的。
在2D打印系统中,打印头可用于传送墨或其它打印液体,以在打印介质上打印文本或图像。该打印介质可被提供在打印系统的支撑平台上。
通常,在此使用的术语“打印平台”可以指3D打印系统的构建平台,或指2D打印系统的支撑平台。
“打印头”可以指打印系统中用于将诸如液体制剂的制剂传送到目标的部件或部件的组件。在打印操作期间,打印头的温度可显着升高。打印头的加热可以由包括在打印头中的例如电阻器形式的加热元件引起,该加热元件用于在从打印头的喷嘴喷射液体制剂之前加热液体制剂。
此外,在3D打印系统中,提供在打印系统的构建平台上的构建材料层可以被加热到相对较高的温度。因此,其中提供构建平台的打印室可变得非常热,并且因此,打印头也可以受到来自热打印室或其它元件的加热。对于一些构建材料,构建平台可达到高达约165℃的温度,以使打印室可达到高达约100℃的温度,其中竖向温度呈现分层(其中打印室的较低部分可具有比打印室的较高部分低的温度)。尽管给出了具体的示例温度值,但应注意,在其它示例中,打印室可以达到其它温度。
打印头可包括各种电子元件,例如控制打印头中的加热和从打印头喷嘴的制剂喷射的集成电路设备。如果打印头的温度升高,则可能损坏这些电子元件。
根据本公开的一些实施例,在打印系统中提供主动冷却子系统,以提供冷却气流来冷却打印头。在随后的讨论中,对“打印头”的引用可以是对打印系统中的单个打印头或多个打印头的引用。“气流”可以指诸如空气或其它类型气体(例如惰性气体)的气体流。
图1是包括打印头102和打印平台104的示例打印系统100的方框图。打印系统100可以是2D打印系统或3D打印系统。
打印头102和打印平台104能够相对于彼此移动。在一些示例中,打印平台104是静止的,而打印头102可沿轴线106移动。在其它示例中,打印头102可以是静止的,而打印平台104相对于打印头102沿轴线106移动。在另外的示例中,打印头102和打印平台104都可以沿轴线106移动。另外注意,打印头102和打印平台104可以沿多个不同的轴线相对于彼此移动。打印头102和打印平台104的相对运动可以由未示出的马达(或多个马达)驱动。
打印头102和打印平台104的相对运动可使打印头102处于不同的位置。第一位置(图1中标记为A)是打印头102的工作位置,其中打印头102可被激活以将制剂传送到打印平台104上的目标108。工作位置A可包括任何位置,在这些位置中,打印头102位于打印平台104上方,并且因此能够将制剂传送到打印平台104的上表面上的目标108。在一些示例中,如果打印平台104是3D打印系统的构建平台,则目标108可以是构建材料层,打印头102可以将制剂传送到该构建材料层上。在其它示例中,如果打印平台104是2D打印系统的支撑平台,则目标108是打印介质,打印头102可以将墨传送到该打印介质上。
打印头102和打印平台104的相对运动还可以使打印头102被置于第一休止位置(指示为R1)或第二休止位置(指示为R2)。第一休止位置(R1)位于打印平台104的第一侧(图1中所示的方位中的左侧)上,而第二休止位置(R2)位于打印平台104的不同的第二侧(图1中所示的方位中的右侧)上。打印系统100包括第一非工作区域118和第二非工作区域120。当打印头102处于第一休止位置R1时,打印头102处于第一非工作区域118中。当打印头102处于第二休止位置R2时,打印头102处于第二非工作区域120中。打印系统内的“非工作区域”可以指打印系统内远离工作区域110的区域,工作区域110为打印平台104上方的区域,使得在非工作区域中的任何操作(包括冷却气流的传送)都不会干扰打印平台104上的目标108。
在随后的讨论中,参考打印头102相对于打印平台104的移动。然而,应注意,根据一些实施例的技术或机制可被应用于其中打印头102静止但打印平台104可移动的其它布置,或应用于其中打印头102和打印平台104都可移动的布置。
在打印操作期间,打印头102沿轴线106被移动,以允许打印头102被激活从而将制剂传送到目标108的选定部分。当打印头102大致在打印平台104上方(在工作区域110上方)时,打印头102被认为处于工作位置(A)。在打印循环中,打印头102可横过打印平台104来回移动,并且移动通过休止位置R1和休止位置R2之间的工作区域110。打印头102的来回移动可以是连续的,因为打印头102可在休止位置R1处开始,沿轴线106在打印平台104上方移动,并到达休止位置R2。一旦打印头102到达休止位置R2,则打印头102可沿轴线106在打印平台104上方朝向休止位置R1向后移动。因此,打印头102的“休止位置”可以指其中在打印操作期间打印头102已暂时移动远离工作区域110(打印平台104上方的区域)的位置;在休止位置,可以使打印头102反转其移动方向,以朝向与打印头102到达休止位置的方向相反的方向移动,从而继续打印操作。
在其中打印头102可在打印平台104上方来回移动多次(诸如处理在打印平台104上形成的连续的构建材料层)的打印操作期间,打印头102可由于打印头102中的加热元件的激活而被加热,该加热元件用于在从打印头102(例如从打印头102的喷嘴)喷射制剂之前加热制剂。此外,在3D打印系统中,构建材料层(108)也可被加热,这使得打印平台104上方的工作区域110被加热而引起打印头102的加热。
打印头102可包括电子元件(例如集成电路设备或其它电子元件),其中一些电子元件靠近打印头102的活动表面103。电子元件可控制打印头102中的加热和从打印头102的喷嘴的制剂喷射。打印头102的活动表面103包括喷嘴,制剂可在喷嘴处朝向打印平台104被喷射。如果打印头102的温度升高到温度阈值以上,则打印头102的这些电子元件可能被损坏。
为了冷却打印头102,可以提供包括气流发生器组件112的主动冷却子系统。在一些示例中,气流发生器组件112包括在打印平台104的第一侧上的第一气流发生器112-1,以及在打印平台104的第二侧上的第二气流发生器112-2。每个气流发生器112-1或112-2可包括风扇或多个风扇。当打印头102处于第一非工作区域118中时,气流发生器112-1被激活以在第一非工作区域118中引起第一冷却气流114,并且当打印头102处于第二非工作区域120中时,气流发生器112-2被激活以在第二非工作区域120中使第二冷却气流116生成。
应注意,在打印头102处于相应的非工作区域时,打印头102可通过相应的冷却气流被冷却。可以在打印头102在非工作区域中移动的同时和/或当打印头102已停在相应的休止位置R1或R2时执行冷却。
在一些示例中,提供了分布式冷却子系统,其中冷却气流扩散到多个非工作区域,以在打印系统中的多个位置处冷却(移动或静止的)打印头102。分布式冷却子系统提供了一种机制,通过该机制可以在多个分散的区域中冷却打印头102,只要打印头102位于远离打印系统的工作区域处,在工作区域中打印头102将制剂传送到打印平台104上的目标108。
通过如图1所示的在多个非工作区域中冷却打印头102,提供了在打印操作期间冷却打印头102的多个机会,同时避免或减少了对在工作区域110中的粉末构建材料层的干扰。这种在相应的非工作区域处冷却打印头102的多个机会允许主动冷却子系统有效地将打印头的温度降低到可能对打印头102造成损坏的温度阈值以下。
气流屏障122被提供在第一非工作区域118和工作区域110之间,并且气流屏障124被提供在第二非工作区域120和工作区域110之间。
气流屏障122和124阻碍相应的非工作区域118和120中的冷却气流114和116到达工作区域110。屏障“阻碍”在非工作区域中流动的冷却气流到达工作区域110可以指防止冷却气流的一部分到达工作区域110,以便不干扰工作区域110中的粉末构建材料层。气流屏障122和124有助于将冷却气流114和116引向在相应的第一非工作区域118和第二非工作区域120中的打印头102。更具体地,冷却气流114和116可冷却打印头102的活动表面103(以及其它表面)。
通过防止或减少由气流发生器组件112产生的冷却气流到达工作区域110的量,这种冷却气流不会干扰3D打印系统中的打印平台104上的构建材料层。由于构建材料层可以是粉末构建材料,因此允许冷却气流以高速到达工作区域110可干扰粉末构建材料层,从而导致粉末构建材料的粉末因气流而分散。粉末构建材料的被分散的粉末可被吹向打印头102和打印系统中的滑架(未示出)的其它部件,其中这些其它部件可包括加热灯组件、传感器等。分散的粉末可能通过打印头102的喷嘴被摄入而引起堵塞,或者可包覆其它部件的表面而降低这些其它部件的性能。而且,与热表面(诸如加热灯组件的热表面)接触的粉末构建材料的粉末会使粉末燃烧,这会损坏打印系统100或对人员造成安全危害。
在前述示例中,参考可沿轴线106来回移动的打印头102。应注意,除了沿轴线106移动之外,打印头102也可能沿不同的第二轴线移动。这种布置在图2中示出,其中打印头102和打印平台104可沿轴线106并且沿大致垂直于轴线106的轴线201相对于彼此移动。在其它示例中,打印头102和打印平台104沿其它的或附加的不同方向的相对移动也是可能的。
在根据图2的示例中,其中打印头102可以沿多个(两个或更多个)不同轴线移动,气流发生器组件可包括附加的气流发生器,在根据图2的示例中,这些气流发生器包括四个气流发生器202-1、202-2、202-3和202-4。在根据图2的示例中,打印头102可在打印操作期间被移动到四个不同的休止位置R1、R2、R3和R4。四个不同的休止位置R1、R2、R3和R4对应于远离打印系统的工作区域110的四个相应的非工作区域204-1、204-2、204-3和204-4。响应于打印头102位于对应的非工作区域中,可以激活相应的气流发生器202-1、202-2、202-3或202-4。例如,响应于检测到打印头102位于非工作区域204-4中,可以激活气流发生器202-4以产生冷却气流来冷却打印头102。当打印头102远离非工作区域204-4移动时,可以停用气流发生器202-4以保存电力。当打印头102稍后移动到非工作区域204-1时,气流发生器202-1可以从非活动状态被激活成活动状态以产生对应的冷却气流来冷却打印头102。
图3是根据另外的示例的打印系统100的一部分的透视图。图3示出滑架302,滑架302承载打印头102以及其它部件,诸如加热灯组件、传感器等。虽然在图3中不可见,但是滑架102可承载多个打印头。滑架302可例如沿图1中所示的轴线106移动,或沿如图2所示的多个轴线106和202移动。滑架302的移动引起打印头102的对应移动。
图3示出滑架302已移动到非工作区域306。图3中的非工作区域306可以是例如图1的非工作区域120。非工作区域306包括被限定在屏障310和气流发生器312(例如其可以是图1的气流发生器112-2)之间的腔室或导管308。在根据图3的示例中,气流发生器312包括三个风扇313,其可以是用于由滑架302承载的三个打印头。虽然描绘了具体数量的风扇,但是应注意,在其它示例中,气流发生器312可包括不同数量(一个或一个以上)的风扇。
如图3所示,气流发生器312可产生冷却气流314。冷却气流314到达打印头102的工作区域,以冷却该工作区域。屏障310防止冷却气流314的大部分到达打印系统的工作区域110。
如图3中进一步所示,包括过滤器316的过滤器组件也可被提供在气流发生器312的风扇313的入口处。每个过滤器316包括过滤材料,所述过滤材料用以在空气被抽吸通过气流发生器312的风扇313之前,去除在环境中可能存在的颗粒。这可以去除或减少冷却气流314中的颗粒的量。这些颗粒的示例可包括粉末构建材料的粉末、灰尘或其它污染物。这些颗粒到达打印头102可能是不期望的。
风扇313抽吸的空气可以是已经使用各种制冷机构中的任何一种冷却的冷空气。
图4是另一示例布置的方框图,其中提供喷射器402以产生液体(例如水或其它液体)喷雾406。喷雾器402可位于风扇313的下游。液体的喷雾406提供可以由风扇313吹送的液滴,以作为液体气溶胶与冷却气流314一起传送到打印头102。喷雾器402可包括管和喷嘴404,可以通过管和喷嘴404喷射液体喷雾406。在传送到腔室318以冷却打印头102的冷却气流314中存在水气溶胶或其它液体气溶胶可以提高打印头102的冷却速率。在其它示例中,喷雾器402可被定位在打印头102附近,使得喷雾器402可以将液滴直接喷溅到打印头102上。
图5是示例打印系统的一部分的方框图,包括打印系统的控制器502、气流发生器组件504、滑架302和由滑架302承载的打印头102。控制器502可以实现为微处理器、多核微处理器的核、微控制器、可编程集成电路设备、可编程门阵列,或其它硬件处理电路。在一些示例中,控制器502还可包括能够在硬件处理电路上执行的机器可读指令。
控制器502能够控制气流发生器组件504。例如,控制器502可检测打印头102的位置。如果控制器502检测到打印头102位于给定的非工作区域中,则控制器502可激活气流发生器组件504中对应的气流发生器。响应于检测到打印头102已移动远离给定的非工作区域,控制器502可停用所述对应的气流发生器。
控制器502还可控制滑架302的移动。由于控制器502控制滑架302的移动,控制器502在任何给定的时间都知道打印头102的位置。在使用不同控制器来控制滑架302的移动的示例中,控制器502可以与该不同的控制器通信,以确定打印头102的位置,或者替代地,控制器502可以从滑架302的位置传感器接收数据,以确定打印头102的位置。
另外,在一些示例中,打印头102包括温度传感器506,以检测打印头102的温度。测量的温度可由温度传感器506提供给控制器502。基于接收到的打印头102的温度,控制器502可以对气流发生器组件504和滑架302中的任一个或两者进行反馈控制。例如,控制器502可基于测量的温度来控制气流发生器组件504中的风扇的速度,从而控制由风扇产生的冷却气流的速率。如果温度传感器506指示打印头102处于较高温度,则控制器502可以使风扇以较高速度旋转,以产生较高速率的冷却气流。另一方面,如果温度传感器506指示打印头102处于较低温度,则控制器502可以使风扇以较低速度旋转以产生较低速率的冷却气流。
在进一步的示例中,响应于确定打印头102的温度足够高(大于规定的温度阈值),使得必须提供附加时间以允许打印头102使用来自气流发生器的冷却气流冷却下来,则控制器502可以在滑架302移动到休止位置时,立即通过使滑架302停止规定的持续时间而使滑架302停止以暂时地暂停或中断打印操作。滑架302(并且因此打印头102)停止的持续时间是基于控制器502预测的将温度降低到足够低的温度的时间长度。替代地,控制器502可暂停滑架302的移动,直到温度传感器506指示打印头102的温度已下降到温度阈值以下。
如图5中进一步所示,可以提供外部制冷系统508(在打印系统的外部),以预冷却气流发生器组件504产生冷却气流所使用的空气。预冷却的空气允许冷却气流处于较低温度,并且允许增强冷却效果。
图6是根据本公开的一些示例的存储机器可读指令的非暂态机器可读或计算机可读的存储介质600的方框图。存储在存储介质600中的机器可读指令可在控制器502(图5)或其它硬件处理电路上执行。机器可读指令包括打印头激活指令602,用于在打印头和打印平台在第一休止位置和第二休止位置之间相对于彼此移动时,激活打印头以将制剂传送到打印系统的打印平台上的目标。
机器可读指令进一步包括第一气流发生器激活指令604,用于响应于检测到打印头位于打印平台的第一侧上的第一非工作区域中,激活第一气流发生器以产生指向打印头的第一冷却气流。机器可读指令进一步包括第二气流发生器激活指令606,用于响应于检测到打印头位于打印平台的不同的第二侧上的第二非工作区域中,激活第二气流发生器以产生指向打印头的第二冷却气流。
存储介质600可包括一种或多种不同形式的存储器,包括半导体存储器设备,诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)和闪存;磁盘,如固定磁盘、软盘和可移动磁盘;其它磁介质,包括磁带;光学介质,如光盘(CD)或数位光盘(DVD);或其它类型的存储设备。应注意,上面讨论的指令可被提供在一个计算机可读或机器可读存储介质上,或者替代地,可被提供在分布在可能具有复数节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质上。这种计算机可读或机器可读存储介质被认为是物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的单个部件或多个部件。存储介质可位于运行机器可读指令的机器中,或者位于远程站点,机器可读指令可以通过网络从该远程站点被下载以供执行。
图7是用于打印系统的主动冷却子系统700的方框图。主动冷却子系统700包括第一气流发生器702和第二气流发生器704,第一气流发生器702用于响应于作为检测到打印系统的打印头相对于打印系统的打印平台位于第一非工作区域中的响应激活第一气流发生器,而在第一非工作区域中产生第一冷却气流,第二气流发生器704用于响应于作为检测到打印头相对于打印平台位于第二非工作区域中的响应激活第二气流发生器,而在第二非工作区域中产生冷却气流,其中打印头能够在打印操作期间在第一非工作区域和第二非工作区域之间来回移动,在打印操作中,在打印头在工作区域上方时,打印头将制剂传送到打印平台上的目标。
在前面的描述中,阐述了许多细节以提供对在此公开的主题的理解。然而,可以在没有这些细节中的一些的情况下实践实施例。其它实施例可包括对上面讨论的细节的修改和变化。所附权利要求书旨在覆盖这些修改和变化。
Claims (15)
1.一种打印系统,包括:
相对于打印平台能够相对移动的打印头;
气流发生器组件,用于:
响应于所述打印头处于所述打印平台的第一侧上的第一非工作区域中而产生朝向所述打印头的第一冷却气流,以及
响应于所述打印头处于所述打印平台的不同的第二侧上的第二非工作区域中而产生朝向所述打印头的第二冷却气流。
2.根据权利要求1所述的打印系统,其中所述气流发生器组件在产生所述第一冷却气流和所述第二冷却气流时使用由制冷系统提供的预冷却的空气。
3.根据权利要求1所述的打印系统,其中所述气流发生器组件包括:第一气流发生器,用于产生所述第一冷却气流;以及第二气流发生器,用于产生所述第二冷却气流。
4.根据权利要求3所述的打印系统,其中当所述打印头处于第一休止位置时以及当所述打印头正移动通过所述第一非工作区域时,所述第一气流发生器引导所述第一冷却气流通过所述第一非工作区域的第一腔室,以冷却所述打印头;并且当所述打印头处于第二休止位置并且正移动通过所述第二非工作区域时,所述第一气流发生器引导所述第二冷却气流通过所述第二非工作区域的第二腔室,以冷却所述打印头。
5.根据权利要求4所述的打印系统,进一步包括:第一屏障,用于将所述第一腔室中的所述第一冷却气流从工作区域阻挡开;以及第二屏障,用于将所述第二腔室中的所述第二冷却气流从所述工作区域阻挡开,以避免干扰所述工作区域中的粉末构建材料层。
6.根据权利要求1所述的打印系统,进一步包括控制器,所述控制器用于在所述打印头处于所述第一休止位置或所述第二休止位置时暂停所述打印头和所述打印平台的相对移动,直到所述控制器检测到所述打印头的温度已下降到温度阈值以下。
7.根据权利要求1所述的打印系统,进一步包括控制器,所述控制器用于基于检测到的所述打印头的温度控制所述气流发生器组件,以调节所述第一冷却气流或所述第二冷却气流的速度。
8.根据权利要求1所述的打印系统,进一步包括过滤器组件,所述气流发生器组件将空气抽吸通过所述过滤器组件而产生所述第一冷却气流和所述第二冷却气流,所述过滤器组件用于去除或减少所述第一冷却气流和所述第二冷却气流中的颗粒。
9.根据权利要求1所述的打印系统,进一步包括喷射器,所述喷射器用于产生液体喷雾以冷却所述打印头。
10.根据权利要求1所述的打印系统,其中,当所述打印头处于所述第一非工作区域和所述第二非工作区域之间的工作区域中时,所述打印头将制剂传送到所述打印平台上的目标,所述第一非工作区域和所述第二非工作区域远离所述工作区域。
11.一种存储指令的非暂态存储介质,所述指令在执行时使打印系统:
当打印头和打印平台在第一休止位置和第二休止位置之间相对于彼此移动时,激活所述打印头以将制剂传送到所述打印系统的所述打印平台上的目标;
响应于检测到所述打印头位于所述打印平台的第一侧上的第一非工作区域中,激活第一气流发生器,以产生指向所述打印头的第一冷却气流;并且
响应于检测到所述打印头位于所述打印平台的不同的第二侧上的第二非工作区域中,激活第二气流发生器,以产生指向所述打印头的第二冷却气流。
12.根据权利要求11所述的非暂态存储介质,其中所述打印头能够沿包括所述第一非工作区域、所述第二非工作区域和第三非工作区域的路径移动,所述指令在执行时使所述打印系统进一步:
响应于检测到所述打印头位于所述打印平台的与所述第一侧和所述第二侧不同的第三侧上的所述第三非工作区域中,激活第三气流发生器,以产生指向所述打印头的第三冷却气流。
13.根据权利要求11所述的非暂态存储介质,其中所述指令在执行时使所述打印系统进一步:
当所述打印头处于所述第一非工作区域中的休止位置时,从温度传感器接收所述打印头的温度;并且
响应于接收到的温度,在所述打印头处于所述休止位置时暂停所述打印头和所述打印平台的相对移动,以中断打印操作。
14.根据权利要求11所述的非暂态存储介质,其中所述指令在执行时使所述打印系统进一步:
响应于检测到所述打印头已移动远离所述第一非工作区域,停用所述第一气流发生器;并且
响应于检测到所述打印头已移动远离所述第二非工作区域,停用所述第二气流发生器。
15.一种用于打印系统的主动冷却子系统,包括:
第一气流发生器,响应于作为检测到所述打印系统的打印头相对于所述打印系统的打印平台位于第一非工作区域中的响应而激活所述第一气流发生器,所述第一气流发生器在所述第一非工作区域中产生第一冷却气流;和
第二气流发生器,响应于作为检测到所述打印头相对于所述打印平台位于第二非工作区域中的响应而激活所述第二气流发生器,所述第二气流发生器在所述第二非工作区域中产生第二冷却气流,其中,在打印操作期间,所述打印头能够在所述第一非工作区域和所述第二非工作区域之间来回移动通过工作区域,在所述打印操作中,在所述打印头处于所述工作区域时,所述打印头将制剂传送到所述打印平台上的目标。
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