CN111491780B - 在增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

能够控制增材制造打印机上的增材制造打印过程的装置、系统和方法。所公开的实施例可以包括：多个传感器，所述多个传感器能够监视作为所述增材制造打印过程的状态的指示的打印细丝到所述打印机的打印头部的输入端和所述打印机的喷嘴的温度中的至少一者；至少一个处理器，其与至少一个控制器相关联并且能够从所述多个传感器接收关于所述监视的传感器数据，并且包括用于将所述增材制造打印过程的所述状态中的至少一个正确状态应用于所述传感器数据的非暂时性计算代码；比较器，其嵌入在所述非暂时性计算代码中，用于评估所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的顺应性的缺乏；以及所述至少一个控制器的至少一个修改的输出，用于修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性。

Description

在增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法
背景技术
技术领域
本公开涉及增材制造，并且更具体地，涉及增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法。
背景说明
包括三维打印的增材制造已经不仅在打印技术的开发，而且例如产品研究和开发能力、原型制作能力和实验能力方面的开发构成了非常显著的进步。在可用的增材制造(统称为“3D打印”)技术中，材料熔融沉积(“FDM”)打印是已经开发的最重要类型的3D打印之一。
FDM是一种增材制造技术，其允许在逐层的基础上创建3D元件，从印刷元件的基底或底层开始，并且通过使用例如加热和将热塑性细丝挤出到连续层中来印刷到顶层或最后一层。简单地说，FDM系统包括打印头部，打印材料细丝从该打印头部被供给到加热的喷嘴；在X-Y平面中移动打印头部的X-Y平面控制模板；和打印平台，基底在该打印平台上被打印，并且该打印平台在打印连续层时在Z轴中移动打印头部，打印头部。
更特别地，FDM打印机喷嘴将从打印头部接收的热塑性打印细丝加热成半液态，并且将半液态热塑性材料沉积成沿着为构造元件的每个连续层而提供的X-Y平面挤出路径计划的可变尺寸的珠粒。印刷的珠粒/迹线尺寸可以基于部件或部件的方面而变化，然后被印刷。此外，如果需要用于部件的方面的结构支撑，则由FDM打印机打印的迹线可包括可移除的材料以充当一种脚手架来支撑需要支撑的部件的方面。因此，FDM可用于构造实验或功能部件的简单或复杂几何形状，例如用于原型制作、小批量生产、制造辅助等。
然而，由于影响FDM(特别是影响FDM工艺的打印速度、质量和效率)的多种因素，FDM在更广泛的应用(例如中等到大批量生产)中的使用受到严重限制。如所提及的，在FDM打印中，通常将加热的热塑性材料从加热喷嘴向外挤压到打印板/平台或正在生产的零件的先前层上。喷嘴根据预先输入的几何形状通过打印头部的机械的X-Y平面调节来回移动，例如所述几何形状可以被输入到处理器以控制机械的移动以形成所需的部件。
在典型的FDM打印过程中，打印是“开环”的，至少因为没有提供反馈，使得当出现瑕疵时可以正确地修改打印，或者使得当出现致命的瑕疵时可以停止打印。例如，在已知的FDM打印中，打印材料通常可能加热不足或过热，从而最终导致堵塞或滴珠，或者供给到打印头部并通过打印头部的打印材料可能歪斜，从而导致打印机堵塞或以其他方式误供给。然而，在已知技术中，在出现这种致命打印缺陷时，打印机通常将继续打印，直到例如在打印喷嘴周围形成打印材料的球，或者堵塞的喷嘴过热或遭受致命崩溃，或者打印材料以不期望的方式未缠绕。
在公知技术中可能出现许多其它显著或致命的打印缺陷，例如打印头部或喷嘴加热器不能正确关闭。由于前述打印崩溃的发生频率，通常需要大量设置来参与增材制造打印。例如，因为渗色和滴珠是频繁的，由此在印刷品构造上可能不期望地产生突起或隆起，所以通常提供无数的设置以便提供期望的印刷机开启、关闭、热量水平等。此外，可能需要与喷嘴或打印头部无关的其它设置，例如用于构造板的精细温度控制，使得构造板温度不会变得过高并因此使打印构造变形。
然而，在已知技术中，由这种设置产生的打印性能保持不被监视。因此，在设置没有适当地预期特定的崩溃、错误设置发生、或者甚至从适当的初始设置导致的不可预见的崩溃的情况下，公知技术没有提供在这种情况下能够成功进行打印运行的解决方案。
因此，需要一种用于在至少FDM增材制造环境中进行过程监视和控制的设备、系统和方法。
发明内容
所公开的示例性装置、系统和方法能够控制增材制造打印机上的增材制造打印过程。所公开的实施例可以包括：多个传感器，所述多个传感器能够监视作为所述增材制造打印过程的状态的指示的打印细丝到所述打印机的打印头部的输入端和所述打印机的喷嘴的温度中的至少一者；至少一个处理器，其与至少一个控制器相关联并且能够从所述多个传感器接收关于所述监视的传感器数据，并且包括用于将所述增材制造打印过程的所述状态中的至少一个正确状态应用于所述传感器数据的非暂时性计算代码；比较器，其嵌入在所述非暂时性计算代码中，用于评估所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的顺应性的缺乏；以及所述至少一个控制器的至少一个修改的输出，用于修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性。
因此，所公开的实施例提供了用于增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法。
附图说明
所公开的非限制性实施例是参照所附附图来讨论的，附图形成了本发明的一部分，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是增材制造打印机的图示；
图2是示例性增材制造系统的图示；
图3示出了示例性传感器和基于反馈的增材制造系统；
图4示出了在增材制造系统中实现设定温度的示例性曲线图；
图5示出了增材制造系统中的功率消耗的示例性曲线图；
图6示出了在增材制造系统中热端处的温度对细丝速度的示例性曲线图；
图7示出了示例性增材制造系统；
图8示出了用于增材制造的示例性电机系统；
图9示出了用于增材制造的示例性感测和控制实施例；
图10示出了示例性增材制造打印头部和喷嘴；
图11是示例性多轴增材制造系统的图示；
图12示出多轴增材制造实施例的示例性实施例；以及
图13示出了示例性计算系统。
具体实施方式
本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的设备、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变型和修改。
在全文中提供实施例，使得本公开充分清楚并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施实施例。因此，实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能没有详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所公开的方面或与所公开的方面结合。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，除非另外清楚地指出，否则其可以直接在另一元件或层上、直接接合到、直接连接到或直接耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“位于……之间”与“直接位于……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列特征的任何和所有组合。
此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
为了解决上述打印缺陷而不需要大量可选择的打印设置，实施例至少提供打印过程监视和控制，例如可以包括各种感测。例如，实施例中的感测可以包括光学感测、电机编码、基于相机的感测、飞行时间感测等。一个或多个前述感测方式可以监视打印构造过程的方面，诸如打印头部输入端处、打印头部输出端处的供给速率和轮廓、喷嘴处和/或热端的方面处的热量水平或熔体水平等。此外，前述传感器系统中的多者的组合可以提供在公知技术中迄今未知的非常水平的过程监视。
由此，当传感器监视打印过程时，从传感器数据获得的反馈可以使得能够修改打印过程，诸如以允许校正动作。这种校正动作可以包括修改打印过程计划以解决和校正微小缺陷，或者在致命缺陷的情况下停止打印。如本领域技术人员将理解的，传感器数据、由传感器数据评估的反馈和由传感器数据产生的反馈以及由传感器数据产生的打印动作的使用可以是由与打印机和传感器连接地关联的控制系统应用的算法的结果。
因此，在这里提供的无数实施例中，特别是在这样的实施例包括感测打印过程的一个或多个传感器的程度上，打印过程可以经受过程控制，使得可以实现迄今未知的过程增强。例如，通过将这些上述装置和系统与其上驻留有控制软件的一个或多个计算机处理器相关联，可以容易地控制各种过程方面，诸如包括被输送以加热打印熔体的功率、被输送至打印熔体的热量、打印头部的一个或多个打印滚刀的伺服旋转等。
图1是示出示例性FDM打印机106的框图。在该图示中，打印机包括X-Y轴驱动器20，其适于在二维平面中(即沿着X和Y轴)移动打印头部22，并因此移动打印喷嘴26。用于增材制造的打印机106中还包括前述打印头部22和打印喷嘴26。如从图1中明显看出的，打印可以在加热的打印材料从喷嘴26沿着相对于X-Y驱动器20的X-Y平面移动的Z轴向外流动并且流动到构造板24上时发生，由此，打印材料层30可以从喷嘴26沿着由X-Y驱动器20指定的路径提供以形成打印构造101。
图2更具体地示出了用于示例性增材制造设备的打印头部104和喷嘴106系统，所述示例性增材制造设备可为例如3-D打印机(例如FDM打印机)。如图所示，打印材料110经由头部104的滚刀103从打印材料的卷轴110a挤出到加热的喷嘴106中并通过该加热喷嘴。当喷嘴106加热打印材料110时，打印材料至少部分地液化，以便在沿着远离打印头部104的喷嘴的点处从喷嘴的端部端口106a输出。由此，挤出材料从端口106a经由Z轴沿着由与打印头部104连接地关联的X-Y驱动器(参见图1)确定的X-Y平面路径向外“打印”。
如图3所示，增材制造系统的两个主要元素(即在热端106处输送的热量和打印细丝110由打印头部104输送到热端106的速度Vf)可以受一个或多个传感器302(例如负载评估传感器302)的影响，并且由一个或多个控制器310控制。更特别地，如所示出的，热端106可以包括一个或多个加热元件303，其在功率输送系统306上提供对加热元件303进行加热的感测负载302。该功率输送系统306又可连接到一个或多个处理器驱动控制器310(例如比例积分微分(PID)控制器)，其驱动功率输送到一个或多个加热元件302。或者，本领域技术人员将理解，各种类型的直接温度传感器302也可以用在热端，并且可以将感测的数据提供给控制器310。
进入热端106以形成打印熔体的细丝110也可以具有与其相关联的打印头部驱动器314，该打印头部驱动器314与打印头部104相关联并且驱动细丝110从卷轴110a离开并最终进入热端106。该打印头部驱动器314(例如可以包括一个或多个伺服驱动的打印滚刀103)，可以感测302在驱动滚刀103中的任一个或两者的一个或多个电机320(例如伺服或步进电机)上提供的负载。该电动机320又可由电动机驱动器326驱动，该电动机驱动器326也可与一个或多个电动机驱动传感器302和一个或多个控制器310(例如一个或多个上述PID控制器)通信地关联。
本领域技术人员将理解，尽管可以采用各种类型的控制器310中的任一者，但是某些实施例可以包括PID控制器。PID控制器可以用于计算表示期望的设定点和测量的过程变量之间的差的误差值。此外，PID控制器可以应用根据上述差计算的校正值。因此，例如，热端106处的温度与期望设定点的差可表示通过与热端106的加热元件303连接地相关联的热电偶的PID控制器进行的必要调节。
当然，将理解的是，实施例不限于PID控制器，并且因此在某些实施例中可以采用其它类型的控制器310和控制系统。作为非限制性示例，单独的控制器310可以经由至少一个网络在本地或远程地与一个或多个处理系统1100直接或间接地通信，或者与一个或多个处理系统1100集成或与其不同。在这样的实施例中，一个或多个处理系统1100可以从一个或多个传感器302接收输入，并且可以对其应用一个或多个控制算法，以便评估例如异常操作、低效操作、严重操作，并且可以相应地提供控制以进行有疗效的过程调整。
根据前述内容，实施例中提供的控制器310和/或控制系统310/1100不仅可提供如已知技术中可能发生的滞后调整，而且可提供算法生成的超前或预期调整。例如，对功率水平的超前调整可以基于先前的打印运行、打印机的校准运行等。这在图4的曲线图中更详细地示出。如图所示，如本领域所公知的，热端的设定温度可能不直接反映输送到热端的功率。因此，在公知技术中，基于例如温度传感器读数，达到热端的期望设定温度的努力可能需要连续的显著滞后调整。然而，在全文讨论的实施例中，通过与控制器310相关联的控制算法实现的超前调节，可以提供到期望的设定点的更均匀的温度斜坡，例如可以跟随有减少的功率输送的必要性以维持期望的温度设定点。
前述内容同样在图5的曲线图中示出，其中示出超前调整更好地维持与热端处温度增加和降低的实际平衡，而在已知技术中提供的滞后调整遭受必要功率输送的更大摆动，因此比提供的实施例更低效和更不精细。如所提及的，这样的超前调整可以在一个或多个初始运行中被评估，诸如可以用于制定嵌入在控制器310中的一个或多个控制算法，该一个或多个控制算法对于一个或多个打印材料是唯一的。
此外，前述算法调整可以适于解决多变量变化。例如，不仅喷嘴上的热量随着输送至加热元件的功率的降低而降低，而且随着细丝材料以更高的速度被推入热端，输送至热端的温度进一步下降。这在图6中以图形示出，由此，在这种情况下，本文讨论的控制器不仅可以基于当加热元件的功率降低时热端的热损失率来调节温度，而且可以另外基于被推入热端的细丝材料的速率来调节温度。
环境变化可以构成本文讨论的多变量监视和控制系统中的变量之一。例如，功率输送算法可以考虑当前的或记录的环境温度、打印喷嘴使用的小时数、特定的细丝材料或卷轴供应商、头部和/或热端的物理组成等。因此，与已知技术相反，某些实施例可提供用于增材制造系统的闭环控制，其可实现前述超前控制调整。例如，可以提供传感器以评估迹线在其铺设时的厚度或高度，以及迹线铺设时的热端的温度，以及进入头部、进入滚刀、离开滚刀和/或进入热端的打印细丝的各种特性，诸如细丝材料、细丝速度、细丝直径、细丝抖动等。控制系统310/1100可包括考虑所有这些因素的算法，并认识到环境温度已经上升3摄氏度，这已经引起Vf的轻微变化。在识别这些过程变量时，控制算法可以识别热端温度应当降低10摄氏度以保持期望的迹线特性，并且该识别可以在迹线长度发生不期望的变化之前发生。
如图7的框图中更具体地示出的，在一个实施例中，作为非限制性示例，可以使用两个变量来评估前述方面。这些变量可以是细丝110上朝向热端106的力(即挤压力Fe)和细丝110上抵抗打印头部104的反作用力Fr。如本领域技术人员将理解的，公开的控制系统310/1100可包括算法，由此认为没有迹线的铺设指示Fr等于或大于Fe。同样，如果迹线厚度比期望的薄，则Fr被认为与Fe相比过大，这可以被认为是由过小的挤压力、比期望的低的热端温度等引起的。此外，不希望的厚迹线可能表示过大的Fe、不必要的高温等。所公开的传感器302不仅可以允许前述评估，而且本文讨论的控制系统310/1100可以允许各种打印机方面的控制调整以解决这些问题。例如，控制器310可以指示打印头部滚刀速度的增加或减少，或者可以增加或减少到热端106的加热元件303的功率输送。
当然，如本领域技术人员将理解的，感测前述变量还可以允许进行不同的评估和控制调整。例如，导致迹线缺失的足够的Fr可以被控制系统310/1100认为是阻塞的指示。此外，上面没有明确讨论的传感器(例如具有电动机编码器604的滚刀驱动电动机602，用于指示如图8所示的电动机位置，并因此指示速度和/或电动机扭矩)也可以用于评估相对力，其可以向电动机控制器310指示控制调节是必要的。
图9示出了示例性的感测和控制实施例。该实施例可包括具有喷嘴端口106a的热端106，并且喷嘴106可具有与其相关联的在功率输送系统306的控制下的加热元件303。加热元件303可以是或包括缠绕在喷嘴106周围的电阻丝。加热元件303可以在控制器310(其可以包括计算系统1100或与其通信)的控制下响应功率输送系统306。
作为非限制性示例，控制器310可以基于由喷嘴嵌入式传感器302进行的感测来修改控制。传感器302可以靠近喷嘴端口106a，并且因此可以读取靠近打印熔体的输出点的喷嘴的温度。相应地，过程控制310可基于该温度的感测的反馈来控制喷嘴端口106a附近的温度。
当然，尽管所示的传感器302在喷嘴106上，但是传感器可以嵌入在喷嘴106中或上，或者以其他方式与喷嘴106物理地相关联。传感器302可直接或间接接收热量读数。如本领域技术人员将理解的，传感器302可以附加地或替代地包括嵌入的迹线或其他内部或互联元件。
此外，由于各种原因，诸如细丝110的典型不均匀性(即，细丝110通常是不均匀的，诸如在一些区域中较薄而在其它区域中较厚)，附加的传感器可与细丝和/或来自喷嘴端口106a的打印输出相关联。图10示出了进入并穿过打印头部104的细丝供给件1010。可以提供具有编码1004的电机，使得可以感测细丝拉伸、抓取、卡住或卷曲，以允许最终调整电机速度。电机可以驱动滚刀1003、1005。在一滚刀1005未被驱动的情况下，滚刀1005可以与一个或多个传感器1006相关联，该一个或多个传感器感测由未被驱动的滚刀施加到细丝1010上的力。
所示实施例可以包括传感器1012，其可以感测滚刀1003、1005的转速。另外，向一个或多个控制器310提供信息可以是一个或多个行扫描器1002(以感测在头部104的入口点处的细丝1010)、1018(在滚刀1003、1005的入口点处)、1020(在滚刀1003、1005的出口点处)和1802(在从端口106a的出口点处)。作为非限制性示例，这些传感器还可以或更确切地作为示例提供关于细丝1010、滚刀1003、电机1004或打印输出上的力、温度、位置、速度的信息或关于它们的其他信息。
简而言之，如全文所讨论的，所公开的控制系统310/1100确保机器时间和材料不被浪费，至少因为如果没有获得期望的结果，则可以在比公知技术更早的点执行超前调整或系统关闭。更具体地，如将从图10理解的，驱动打印头部滚刀1003、1005的电机1004经受并提供将细丝1010挤入并穿过热端104的相对扭矩。如图所示，作为非限制性示例，一个或多个行扫描器1002、1018、1020、1802或其他传感器可以放置在喷嘴端口106a、打印头部入口点或打印头部104内。
因此，如果转动挤出滚刀1003、1005，则应当获得正确的打印响应。如果电机扭矩和热量水平指示滚刀应该挤出材料，但是没有看到或看到不正确的打印输出，则很可能的情况是控制器应该评估热端被阻塞，或者存在可能需要升高或降低热量水平的另一系统问题。例如，如果没有评估滚刀驱动器上的扭矩，则热端热量太高或者喷嘴已经被吹动。因此，所公开的实施例可以允许超前和滞后调整。
类似地，作为非限制性示例，可以在滚刀入口点1018处执行高光谱扫描。这种扫描可以向控制系统指示装载到打印头部中的材料的类型，可以自动装载这种材料，和/或可以设置系统参数(例如加热水平)，以实现预设的迹线尺寸。此外，高光谱和其他类型的扫描可以允许足够的反馈以允许本文讨论的超前调整，诸如进入打印头部的材料是否如手动指示的，打印材料的颜色是否如期望的，构造结果是否如期望的，等等。这样，可以由所公开的控制系统提供和监督过程中的监视与构造体监视。
更具体地，控制器反馈回路，例如全文中所讨论的PID控制器反馈回路，可以基于例如由元件的负载所汲取的电压和/或电流来评估元件性能。作为非限制性示例，这种负载可以指示位置、扭矩、速度、热量、功率等。例如，滚刀驱动器电机可以基于其提供的负载指示其具有5rpm的消耗率。然而，特定的特性可以指示电动机以5rpm旋转需要1安培的电流来维持该旋转速率，而控制算法指示如果如预期的那样发生打印，则应当汲取0.1安培的电流。由此，向控制器指示系统故障。
通过另外的实例并且如图11所示，如果包括滚刀电机和电机控制器的打印头部被取为“E轴”1202，并且热端被取为“H轴”1204，则所公开的控制系统310可以基于每个轴的特性，从感测反馈1206以及超前或滞后调整中做出评估。例如，如果对于给定的E轴1202速率，H轴1204必须处于200摄氏度的温度设置，则一旦温度传感器指示温度处于200摄氏度，则可以降低提供给H轴1204的功率，以便维持精确的当前温度。然而，如果E轴1202不能基于例如E轴1202上指示的电负载来保持材料供给速率，则这可能指示H轴1204的温度已经下降，喷嘴中已经发生堵塞，或者细丝材料已经意外地改变。
此外，所公开的控制系统可以包括当在系统内发生感测问题时努力检查和补救的一系列算法。例如，控制系统可以参与前述示例的检查清单。例如，如果H轴1204指示其处于适当的温度，则可以将前述示例中的错误评估为阻塞或材料的变化。因此，控制系统可增加H轴1204上的热量，并可使E轴上的细丝倒退，以试图清除阻塞。如果上述努力都没有成功地清除错误，则控制系统可以自动地指示已经发生了意外的材料变化。
如全文所提及的，实施例允许超前调整。例如，如果H轴1204指示其当前处于适当的设定温度，但是构造计划向E轴1202指示挤出速率将增加，则可以预先地指示H轴1204在预期挤出速率增加时增加温度。当然，作为非限制性示例，这种超前调整可以包括各种其他因素，诸如可以包括对被打印的材料的评估，或者要被应用于当前打印材料以便最佳地获得期望的构造的最佳因素。此外，例如控制算法可以对特定构造的最佳温度和速度进行评估，并且可以在打印发生时实时地调整这些变量，诸如在未知打印材料被放置到打印机中的情况下。
相应地，在所公开的实施例中，从传感器302到控制系统310并回到受控打印元件的反馈回路1206可以允许实时调整多个过程变量中的任意者。此外，该控制反馈回路1206可以使得能够对多个变量进行调节(诸如对其进行平衡或加权)，以根据构造计划实时获得期望的结果。
还应当注意，在全文中讨论的传感器302是非限制性的。例如，如本文所讨论的，可基于电机性能获得力反馈，并可在热端的喷嘴处、热端的喷嘴安装件处等评估力反馈。此外，可以放置一个或多个相机来代替或补充这里讨论的一个或多个行扫描器，以允许过程监视。例如，相机可以与头端、热端、卷轴供给、打印构造等相关联地放置。作为非限制性示例，这种头部相机可包括VIS相机、热相机、飞行时间相机等。
此外，所公开的反馈系统可以是硬件和/或软件无关的。即，一个或多个控制器可以是可部署内核；可以与任何系统软件相关联地被托管；和/或可以用于通用硬件装置。当然，本领域技术人员根据这里的讨论将理解，在这样的硬件和软件无关的用例下，当部署受控系统内核时，可能需要操作者设置初始参数。
图12示出了例如可以明确地与本文公开的硬件相关联的示例性控制系统1302。例如，硬件特性1300可以提供指示的各种感测反馈，例如，作为示例，E轴电机1304和编码器特性1306、H轴温度1306和功率特性1308、打印输出1310的构造特性、以及与硬件相关联的任何辅助传感器1312(例如与打印头部相关联的相机1312)。
控制系统然后可以将变量与每个前述感测的硬件元件相关联，诸如：与E轴相关联的挤出机力与单位时间的关系1318和/或挤出量或挤出速率与单位时间的关系1320；喷嘴温度与功率、挤出速率和/或单位时间的关系1322；H轴功耗与温度和单位时间的关系1324；构造调平、挤出量和力与单位时间的关系1326；以及迹线宽度和质量1330，其作为非限制性示例。
图13描绘了与本文描述的控制系统和方法结合使用的示例性计算系统1100。计算系统1100能够执行软件，例如操作系统(OS)和/或一个或多个计算应用1190(例如应用本文所讨论的控制算法的应用)，并且可以使用经由I/O端口获得的数据(例如传感器数据)，来执行这样的应用。
作为非限制性示例，由嵌入在控制器310中或以其他方式与控制器310相关联的控制应用并且从传感器320接收数据的示例性算法可以如下：
如果作为[例如喷嘴温度TN、材料类型等]的函数的扭矩电机(TQm)超过预置X持续时间tX，则抛出标志；
或者
如果喷嘴上的力(FN)与作为函数的TQm的比率超过X持续T时间：
抛出标志；或
增加TN；或
降低挤出速度Vextr。
示例性计算系统1100的操作主要由计算机可读指令控制，诸如存储在诸如硬盘驱动器(HDD)1115、诸如CD或DVD等光盘(未示出)、诸如USB“拇指驱动器”等固态驱动器(未示出)等计算机可读存储介质中的指令。这些指令可以在中央处理单元(CPU)1110内执行，以使计算系统1100执行本文所讨论的操作。在许多已知的计算机服务器、工作站、个人计算机等中，CPU 1110在称为处理器的集成电路中实现。
可以理解，尽管示例性计算系统1100被示为包括单个CPU 1110，但这种描述仅是说明性的，因为计算系统1100可包括多个CPU 1110。另外，计算系统1100可以例如通过通信网络1170或一些其他数据通信手段来利用远程CPU(未示出)的资源。
在操作中，CPU 1110从计算机可读存储介质(例如HDD 1115)，获取、解码和执行指令。这样的指令可以包括在诸如操作系统(OS)、可执行程序等的软件中。诸如计算机指令和其他计算机可读数据的信息经由系统的主数据传输路径在计算系统1100的组件之间传输。主数据传输路径可以使用系统总线架构1105，尽管可以使用其他计算机架构(未示出)，诸如使用串行器和解串器以及纵横开关以通过串行通信路径在设备之间传送数据的架构。系统总线1105可以包括用于发送数据的数据线、用于发送地址的地址线、以及用于发送中断和用于操作系统总线的控制线。一些总线提供总线仲裁，该总线仲裁通过扩展卡、控制器和CPU 1110来调节对总线的访问。
耦合到系统总线1105的存储器设备可以包括随机存取存储器(RAM)1125和/或只读存储器(ROM)1130。这种存储器包括允许存储和检索信息的电路。ROM 1130通常包含不能被修改的存储数据。存储在RAM 1125中的数据可以由CPU 1110或其他硬件设备读取或改变。对RAM 1125和/或ROM1130的访问可以由存储器控制器1120控制。存储器控制器1120可以提供地址转换功能，其在执行指令时将虚拟地址转换成物理地址。存储器控制器1120还可以提供存储器保护功能，该功能隔离系统内的进程并且将系统进程与用户进程隔离。因此，在用户模式下运行的程序通常只能访问由其自身进程虚拟地址空间映射的存储器；在这种情况下，程序不能访问另一进程的虚拟地址空间内的存储器，除非已经建立了进程之间的存储器共享。
另外，计算系统1100可以包含外围通信总线135，其负责将指令从CPU 1110传送到外围设备和/或从外围设备接收数据，所述外围设备诸如外围设备1140、1145和1150，其可以包括打印机、键盘和/或本文通篇讨论的传感器。外围总线的一个例子是外围部件互连(PCI)总线。
由显示控制器1155控制的显示器1160可以用于响应于上述计算程序的操作，显示由计算系统1100生成或应计算系统1100请求而生成的视觉输出和/或呈现。这样的视觉输出可以包括例如文本、图形、动画图形和/或视频。显示器1160可以用基于CRT的视频显示器、基于LCD或LED的显示器、基于气体等离子体的平板显示器、触摸面板显示器等来实现。显示控制器1155包括生成被发送到显示器1160的视频信号所需的电子组件。
此外，计算系统1100可以包含网络适配器1165，其可以用于将计算系统1100耦合到外部通信网络1170，其可以包括或提供对因特网、内联网、外联网等的访问。通信网络1170可以向计算系统1100提供用户访问，其具有电子地通信和传送软件和信息的装置。另外，通信网络1170可以提供分布式处理，其涉及若干计算机以及在执行任务时的工作量或协作工作的共享。可以理解，所示的网络连接是示例性的，并且可以使用在计算系统1100和远程用户之间建立通信链路的其他手段。
网络适配器1165可以使用任何可用的有线或无线技术来与网络1170进行相互通信。作为非限制性示例，这样的技术可以包括蜂窝、Wi-Fi、蓝牙或红外等。
可以理解，示例性计算系统1100仅示出了此处所描述的系统和方法可在其中操作的计算环境，并且不限制此处所描述的系统和方法在具有不同组件和配置的计算环境中的实现。也就是说，本文描述的发明概念可以在使用各种组件和配置的各种计算环境中实现。
在上述详细描述中，为了本公开的简洁，各种特征可以在各个实施例中组合在一起。这种公开方法不应被解释为反映了任何上述要求保护的实施例需要比明确记载的特征更多的特征的意图。
此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施例。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的实质或范围的情况下应用于其他变型。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的示例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种能够控制增材制造打印机上的增材制造打印过程的系统，该系统包括：
多个传感器，所述多个传感器能够监视作为所述增材制造打印过程的状态的指示的打印细丝到所述打印机的打印头部的输入端和所述打印机的喷嘴的温度中的至少一者；
至少一个处理器，所述至少一个处理器与至少一个控制器相关联并且能够从所述多个传感器接收关于所述监视的传感器数据，并且包括用于将所述增材制造打印过程的所述状态中的至少一个正确状态应用于所述传感器数据的非暂时性计算代码；
比较器，其嵌入在所述非暂时性计算代码中，用于评估所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的顺应性的缺乏；以及
所述至少一个控制器的至少一个修改的输出，用于修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性，
其中，所述修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性包括：在所述喷嘴当前处于设定温度但构造计划向所述打印头部指示挤出速率将增加时，所述喷嘴被预先地控制增加温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态中的所述正确状态为当前状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态中的所述正确状态为未来状态。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态中的所述正确状态包括用于所述打印过程的一个或多个容限。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个容限包括熔融温度、细丝速度和迹线尺寸中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的系统，其中修正所述顺应性包括修改所述打印过程或停止所述打印过程中的一者。
7.根据权利要求1所述的系统，其中修正所述顺应性包括修改所述打印细丝的特性或所述喷嘴的所述温度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中修正所述打印细丝的特性包括修改所述打印细丝的速度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个传感器包括以下各项的一者：离散传感器；行扫描器；相机；飞行时间成像器；以及以上各个传感器的并行或组合实现。
10.根据权利要求1所述的系统，其中顺应性的所述缺乏包括温度过高或过低、不印刷、所述细丝的卷曲和严重故障中的至少一者。
11.一种控制增材制造打印机上的增材制造打印过程的方法，该方法包括：
经由多个传感器来监视作为所述增材制造打印过程的状态的指示的打印细丝到所述打印机的打印头部的输入端和所述打印机的喷嘴的温度中的至少一者；
在至少一个控制器处从所述多个传感器接收关于所述监视的传感器数据；
将所述增材制造打印过程的所述状态中的至少一个正确状态应用于所述传感器数据；
将所述打印过程与所述状态中的所述正确状态进行比较；
评估所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的顺应性的缺乏；以及
修改所述至少一个控制器的至少一个输出，以修正所述打印过程的所对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性，
其中，所述修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性包括：在所述喷嘴当前处于设定温度但构造计划向所述打印头部指示挤出速率将增加时，所述喷嘴被预先地控制增加温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述状态中的所述正确状态为当前状态。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述状态中的所述正确状态为未来状态。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述状态中的所述正确状态包括所述打印过程的一个或多个容限。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个容限包括熔融温度、细丝速度和迹线尺寸中的至少一者。
16.根据权利要求11所述的方法，其中修正所述顺应性包括修改所述打印过程或停止所述打印过程中的一者。
17.根据权利要求11所述的方法，其中修正所述顺应性包括修改所述打印细丝的特性或所述喷嘴的所述温度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述修正包括修改所述打印细丝的速度。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个传感器包括以下各项中的一者：离散传感器；行扫描器；相机；飞行时间成像器；以及以上各个传感器的并行或组合实现。
20.根据权利要求11所述的方法，其中顺应性的所述缺乏包括温度过高或过低、不印刷、所述细丝的卷曲和严重故障中的至少一者。
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