CN113370531B - 补偿失配准的三维（3d）物体打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补偿失配准的三维物体打印系统，该三维物体打印系统包括台板、定位在该台板上方的台架、定位在该台架上的喷射器头、传感器和控制器。该控制器被配置为操作该喷射器以使至少一个材料液滴朝向该台板喷射在上部构建层级处，并且确定框标与沉积在该上部构建表面上的该至少一个材料液滴之间的过程差分和交叉过程差分。该控制器还被配置为至少部分地基于该所确定的过程差分和交叉过程差分以及该基础构建层级与该上部构建层级之间的构建层级数量来确定与该多个构建层级中的每个构建层级相关联的过程方向和交叉过程方向上的喷射器头偏移。

Description

补偿失配准的三维(3D)物体打印系统

技术领域

本文件中所公开的设备和方法涉及三维物体打印，并且更具体地讲，涉及三维物体打印机中的诊断系统。

背景技术

数字三维物体制造也称为数字增材制造，是由数字模型制备几乎任何形状的三维固体物体的工艺。三维(3D)物体制造是增材工艺，其中3D打印机的一个或多个喷射器头沉积材料以逐步建立部件。通常按受控方式以离散量沉积材料以形成层，这些层共同形成部件。初始材料层沉积到基片上，并且后续层沉积在先前层的顶部上。基片支撑在平台上，该平台可相对于喷射头移动，因此可打印每个层；要么经由操作性地连接到平台的致动器的操作来移动基片，要么经由操作性地连接到喷射器头的致动器的操作来移动喷射器头。三维物体打印与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减成法(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。

在打印机部件的制造和3D打印机的初始设置期间必须小心以确保台架、台板和其他部件的导轨在过程方向(即，Y方向)、交叉过程方向(即，X方向)和构建方向(即，Z方向)上适当对准。理想的是，每个方向上的导轨应完全垂直于另两个方向上的导轨(例如，Z方向上的导轨应完全垂直于X方向和Y方向上的导轨)。另外，喷射器头、台板及被配置为沿着构建轴(即，Z方向)分配和接收构建材料的相关部件应在理想情况下在打印机设置期间与重力适当对准，使得构建材料液滴直接沿着该轴落到构建表面。如果打印机的部件未如预期的那样适当制造和对准，则用3D打印机构建的部件的每个后续层将与先前层偏移，造成每个附加构建层级的累积误差(即，将随每个连续构建层级发生过程漂移和/或交叉过程漂移并且误差将加重)以及不满足设计规范的不良构建的部件。因各种原因中的任何原因而引起的打印机部件的此类失准可在本文中称为打印机的“失配准”，这导致打印机在许多构建层级内在过程方向和交叉过程方向上的漂移。

上述讨论表明，打印3D物体的一个挑战是在构建层级的整个高度(Z方向)内保持交叉过程方向和过程方向(即，X方向和Y方向)上的精确配准。保持此类精确度在低端3D打印机中尤为突出，因为它们是用具有显著误差容限的低质量部件制成的。然而，包括更昂贵、精密加工的部件的高端3D打印机也可经历该相同问题。因此，在高端打印机和低端打印机两者中，必须遵循艰辛且耗时的设置工序以便确保打印机的所有部件尽可能紧密对准并且因此产生最佳可能部件。遗憾的是，这些设置工序难以遵循，实现起来很耗时，并且会增加3D打印机的成本。

鉴于前述内容，提供具有误差补偿机制和惯例的改进的3D打印机将是有利的，该误差补偿机制和惯例允许低端打印机产生更高质量部件并且使高端打印机能够以更低成本制造并在减少的设置时间和复杂性的情况下操作。能够将此类误差补偿机制整合到新建的打印机和已在现场操作的现有打印机中在本领域中也将是有用的。

发明内容

在至少一个实施方案中，三维物体打印机包括台板、定位在台板上方的台架、定位在台架上的喷射器头、传感器和控制器。喷射器头被配置为沿着构建轴相对于台板移动到多个构建层级并且移动到由每个构建层级处的过程坐标和交叉过程坐标所定义的多个位置。喷射器头具有至少一个喷射器，该至少一个喷射器被配置为将材料液滴朝向台板喷射在多个位置处。传感器被配置为在构建层级中的一个构建层级处确定框标与材料液滴之间的差分。控制器操作性地连接到传感器和喷射器头，并且被配置为使喷射器头沿着构建轴相对于台板从基础构建层级移动到上部构建层级。控制器被进一步配置为操作喷射器以使至少一个材料液滴朝向台板喷射在上部构建层级处，使得至少一个材料液滴沉积在上部构建表面上。另外，控制器被配置为操作传感器以确定框标与沉积在上部构建表面上的至少一个材料液滴之间的过程差分和交叉过程差分。控制器还被配置为至少部分地基于所确定的过程差分和交叉过程差分以及基础构建层级与上部构建层级之间的构建层级数量来确定与多个构建层级中的每个构建层级相关联的过程方向和交叉过程方向上的喷射器头偏移。之后，控制器被配置为移动喷射器头并且操作至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射在与多个构建层级中的每个构建层级相关联的多个预定义的位置处以便形成三维物体，其中移动喷射器头包括使喷射器头相对于台板偏移达与多个预定义的位置中的每个预定义的位置的构建层级相关联的所确定的喷射器头偏移。

在至少一个实施方案中，公开了用于操作三维物体打印机的方法。该方法包括操作喷射器头的至少一个喷射器以使至少一个第一材料液滴沿着构建轴朝向设置于台板上的第一构建表面喷射在第一构建层级处，然后操作传感器以测量第一材料液滴离第一构建表面上的第一框标基准的第一距离分量，该第一距离分量包括沿着过程轴的第一过程方向分量和沿着交叉过程轴的第一交叉过程方向分量。该方法还包括使喷射器头沿着构建轴相对于台板移动，然后将量块放置在台板上，该量块沿着构建轴在第二构建层级处提供第二构建表面。另外，该方法包括操作喷射器头的至少一个喷射器以使至少一个第二材料液滴朝向第二构建表面喷射，然后操作传感器以测量第二材料液滴离第二构建表面上的第二框标基准的第二距离分量，该第二距离分量包括第二过程方向分量和第二交叉过程方向分量。该方法还包括计算第一距离分量与第二距离分量之间的差分，该所计算的差分包括过程方向差分和交叉过程方向差分；然后针对沿着构建轴的介于第一构建层级与第二构建层级之间的多个增量构建层级确定相对于台板的喷射器头偏移，其中每个增量构建层级的所确定的喷射器头偏移基于所计算的差分。之后，该方法包括移动喷射器头并且操作多个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便形成三维物体，其中移动喷射器头包括在增量构建层级处喷射材料液滴之前使喷射器头相对于台板偏移达多个增量构建层级中的每个增量构建层级的所确定的喷射器头偏移。

在又一个实施方案中，操作三维物体打印机的方法包括操作喷射器头的至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便在基础构建层级处形成诊断物体的诊断形状，该诊断形状在基础构建层级处具有过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸。之后，该方法包括使喷射器头沿着构建轴相对于基础构建层级移动，使得喷射器头进一步远离基础构建层级，并且操作喷射器头的至少一个喷射器以沿着构建轴在上部构建层级处构建诊断物体的诊断形状。该方法还包括感测上部构建层级处的诊断形状的过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸，然后确定基础构建层级和上部构建层级处的至少一个尺寸之间的差分。另外，该方法包括至少部分地基于所确定的差分来确定基础构建层级与上部构建层级之间的多个增量构建层级中的每个增量构建层级的喷射器头偏移。在确定喷射器头偏移之后，该方法包括移动喷射器头并且操作至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便形成三维物体，其中移动喷射器头包括在所述增量构建层级处喷射材料液滴之前使喷射器头相对于台板偏移达每个增量构建层级的所确定的喷射器头偏移。

附图说明

方法和设备的上述方面和其他特征在以下描述中进行了说明，该描述结合附图进行。

图1示出了三维物体打印机。

图2示出了构建过程开始时图1的三维物体打印机。

图3示出了构建过程的多个层已完成的图1的三维物体打印机。

图4示出了操作图1的三维物体打印机的方法的流程图。

图5示出了具有定位在台板上的框标和构建材料测试液滴的图1的三维物体打印机的台板。

图6示出了具有定位在其上的量块以及定位在量块的上表面上的第二框标和第二测试液滴的图5的台板。

图7示出了图1的三维物体打印机的控制系统的框图。

图8A是使用图1的打印机在基础构建层级处形成的一系列诊断物体的图示。

图8B是终末构建层级处的图8A的诊断物体的图示。

图9A示出了用图1的打印机形成的第一诊断物体的透视图，该透视图示出了打印机在过程方向上的失配准。

图9B示出了用图1的打印机形成的第二诊断物体的透视图，该透视图示出了打印机在交叉过程方向上的失配准。

图9C示出了用图1的打印机形成的第三诊断物体的透视图，该透视图示出了打印机在过程方向上的失配准并且使得该物体的诊断特征缺失。

图10示出了用图1的打印机形成的诊断物体的平面图，该平面图示出了打印机在过程方向和交叉过程方向上的失配准。

图11A示出了用图1的打印机形成的两个诊断物体的基础层的平面图，这两个诊断物体包括在过程方向上伸长的第一诊断物体和在交叉过程方向上伸长的第二诊断物体。

图11B示出了相对于图11A的两个诊断物体的基础层而言的中间层的平面图。

图11C示出了相对于基础层而言的图11A的第一诊断物体和第二诊断物体的上层的平面图。

图12A示出了用图1的打印机形成的两个诊断物体的基础层的平面图，这两个诊断物体包括在过程方向上伸长的第一诊断物体和在交叉过程方向上伸长的第二诊断物体。

图12B示出了相对于图12A的两个诊断物体的基础层而言的中间层的平面图。

图12C示出了相对于基础层而言的图11A的第一诊断物体和第二诊断物体的上层的顶视图。

图13示出了用图1的打印机形成的四个诊断物体的基础层的平面图，这四个诊断物体包括在过程方向上伸长的第一诊断物体和第二诊断物体以及在交叉过程方向上伸长的第三诊断物体和第四诊断物体。

图14示出了操作图1的三维物体打印机的方法的流程图。

具体实施方式

为了本文公开的打印机和方法的环境以及该打印机和方法的细节的一般性理解，参考附图。在附图中，类似的附图标记指示类似的元件。

如本文所公开和下文进一步详细解释，三维物体打印机包括传感器，该传感器被配置为确定上部构建层级处的材料液滴与框标之间的过程坐标差分和交叉过程坐标差分。打印机还包括控制器，该控制器被配置为至少部分地基于所确定的过程坐标差分和交叉过程坐标差分来确定与多个构建层级中的每个构建层级相关联的过程方向和交叉过程方向上的喷射器头偏移。当构建三维物体时，喷射器头随每个连续构建层级偏移达所确定的偏移量。因此，打印机能够以更大的精确度产生部件。

图1示出了示例性三维物体打印机110。打印机110包括台板120、台架130、一个或多个喷射器头140和控制器150。台板120具有基本上平坦的上表面122，打印机110在该上表面上形成三维物体，诸如部件112。喷射器头140具有多个喷射器142，该多个喷射器被配置为喷射构建材料液滴以在台板120的表面122上形成三维物体。在许多实施方案中，多个喷射器142在交叉过程方向X上按一个或多个行布置。然而，在其他实施方案中，多个喷射器142可相反仅包括单个喷射器142。在一些实施方案中，多个喷射器142包括被配置为喷射构建材料的液滴的第一多个喷射器和被配置为喷射支撑材料(诸如蜡)的液滴的第二多个喷射器。

台架130提供允许喷射器头140在台板120上方移动的框架。为此，台架包括各种框架构件132，诸如在喷射器头140在台板120上方移动时支撑和引导该喷射器头的柱、导轨、支柱和其他结构构件。台架130通常被配置为促进喷射器头140在过程方向、交叉过程方向和构建方向(它们可分别在本文中称为“Y”方向、“X”方向和“Z”方向，或沿着“Y轴”、“X轴”和“Z轴”)上的移动。在至少一些实施方案中，台板120还可被配置为在构建方向上相对于台架移动。

打印机110包括操作性地连接到喷射器头140的控制器150。控制器150被配置为操作喷射器头140以补偿交叉过程方向和过程方向(即，X方向和Y方向)上的喷射器头140与构建方向(即，Z方向)上的打印的每个连续构建层级的适当配准。为了形成三维物体112的每个层，控制器150操作打印机110以使喷射器头140在过程方向(即，Y方向)上扫描一次或多次，同时将材料液滴从喷射器142喷射到台板120上。就多行程而言，喷射器头140在每次扫描之间在交叉过程方向(即，X方向)上偏移。在形成每个层之后，喷射器头140在竖直构建方向(即，Z方向)上远离台板120移动以开始在下一构建层级处打印部件的下一层。台架130及本领域已知的各种其他致动器(未示出)被配置为促进喷射器头140在X方向、Y方向和Z方向上的上述移动。

打印机110还包括传感器146，该传感器操作性地连接到控制器150并且被配置为感测打印机100所形成的材料层的尺寸。如下文更详细讨论，控制器150被配置为操作传感器146以测量喷射器头140所沉积的材料离材料上层上的各种框标的距离。例如，传感器146被配置为测量所沉积的材料液滴离台板上的基准标记或所形成的部件112的边缘的过程距离和交叉过程距离。传感器146被进一步配置为测量部分成形部件112的上表面的尺寸，包括上表面处的X尺寸、Y尺寸和Z尺寸。因此，由于传感器146能够确定沿着部件112的上表面的各种位置处的尺寸，因此传感器146还被配置为检测沿着上表面的任何特定位置处的材料的存在或不存在。在各种实施方案中，材料在上层上的一个或多个位置处的特定定位和/或存在可用于校准打印机110以减少或消除随每个连续构建层级的过程漂移和交叉过程漂移。在一个实施方案中，传感器146是光学轮廓仪，其被配置为在过程方向X上相对于台板120移动以扫描整个部件112，一次扫描一线或一行。然而，其他配置是可能的，其中传感器146不需要移动以扫描部件112。另外，如图1所示，传感器146可附接到喷射器头140。然而，在其他实施方案中，传感器146可被配置用于独立于喷射器头140进行移动并且在此类配置中不附接到喷射器头。

图1的打印机110被配置为构建部件112，该部件由如本领域技术人员将认识到的各种构建材料中的任何构建材料构成，该构建材料包括ABS塑料、PLA、聚酰胺(尼龙)、玻璃填充聚酰胺、环氧树脂、银、钛、钢、蜡、光聚合物和聚碳酸酯，仅举几例。如先前所指出，随着打印机移动到每个连续构建层级，在打印机的部件未完美制造和对准时可在过程方向和交叉过程方向上沉积的构建材料中发生漂移。换句话讲，预期位于先前构建层级中的材料正上方的一个构建层级中沉积的材料可在Z方向上不完全对准。作为打印机110中的这些缺陷的结果，打印机所产生的部件可不如设计的那样精确。因此，如下文更详细描述，打印机110被配置有误差校正部件，这些误差校正部件被设计为使打印头的位置随每个构建层级偏移以便产生更精确的部件。

现在参照图2和图3，在一个示例性实施方案中示出了打印机110，其中已向打印机110分配构建长方体形部件的任务。然而，如图2所示，打印机110包括竖直框架构件132，这些竖直框架构件与打印机的其他部件不完全对准。具体地讲，竖直框架构件132不完全垂直于台板120，而是在X方向上略微倾斜角度Θ。由于该倾斜，随着打印机部件移动到每个新构建层级，小误差累积在部件112中。

为了构建该部件，指示打印机110的控制器150将构建材料沉积在台板120上的特定坐标(即，交叉过程、过程和构建层级坐标(x,y,z))处。图2示出了沉积在台板120的表面122上的材料的基础层114。例如，形成基础层114的材料液滴包括沉积在左前角A(x1,y1,z1)、右侧边缘B(x2,y2,z1)和左后角C(x3,y1,z1)处的液滴。当构建该部件时，打印头140移动到连续构建层级(即，在Z方向上)并且使构建材料液滴朝向台板120喷射。由于图2和图3的示例中的部件呈长方体形，因此打印机试图随每个新构建层级复制相同横截面形状。如本文所用，术语“构建层级”是指当部件相对于其他打印机部件适当地布置而使得打印机可一起构建部件的特定层时，部件在Z方向上的位置。因此，两个部件可处于相同“构建层级”而不处于Z轴上的相同位置。例如，打印头140、台板120和构建部件112可全部被视为处于单个“构建层级”，而这些部件都不处于z轴上的相同位置。

图3示出了在打印机110已完成基础层114与上层116之间的许多构建层之后部件112的第二层/上层116。如先前所指出，由于竖直构件132的对准的误差，因此随着打印头移动到每个附加构建层级，该部件自身变得失准。随着误差累积，构建部件112的上层116的位置偏移达一些差分量dx，如图3所示。例如，考虑部件112的基础/底部构建层处的位置A(x1,y1,z1)和上层116处的位置A’(x1,y1,z1)。基于打印机110的设置，由于x和y坐标相同(即，x1和y1)，因此位置A’应位于位置A的正上方，并且仅z坐标已改变(即，位置A处的z1和位置A’处的z2)。然而，如图3所示，A’处的x1的实际位置已从A处的x1的初始位置略微漂移达等于dx的量。作为一个示例，如果dx为0.1mm，则上层116处的A’的实际打印位置将在交叉过程方向上略微偏移，例如(0.1,0,20)。即使打印机将A’的坐标识别为(0,0,20)，情况也是这样。因此，打印机110的该设置产生在交叉过程方向上略微失准的部件，除非使用下述打印机失配准补偿方法。

使用量块确定失配准的方法

现在参照图4，打印机110的控制器150被配置为实现用于打印机失配准的补偿的方法400。方法400还可被视为用于在三维物体打印机110的全面使用之前校准该打印机的方法。在该方法的描述中，该方法正在执行某一任务或功能的陈述是指控制器或通用处理器执行编程指令以操纵数据或操作打印机中的一个或多个部件来执行任务或功能，该编程指令存储在操作性地连接到控制器或处理器的非暂态计算机可读存储介质中。上述控制器150可以是此类控制器或处理器。另选地，控制器可由多于一个的处理器和/或相关联的电路和部件来实现，它们中的每一者均被配置为形成本文所描述的一个或多个任务或功能。

当执行方法400时，其以布置在基础构建层级中的喷射器头140、台架130和台板开始。在这些打印机部件处于基础构建层级的情况下，该方法首先将构建材料的测试液滴喷射到定位在基础构建层级处的构建表面上(框402)。例如，测试液滴可被打印在台板120上。测试液滴被打印在表面上的特定位置(诸如特定坐标位置)处，或在过程方向和交叉过程方向上离框标的特定距离内。框标的位置被配置为由传感器146检测。

图5示出了已执行与图4的框402相关联的动作的布置的示例。具体地讲，图5示出了在离框标170的预定距离处打印在台板120的表面122上的第一测试液滴160(即，点“A”)。框标170位于台板120上的已知位置处。框标170可以是可易由传感器146检测的台板上的小标记、凸块、凹陷或其他记号。测试液滴160被打印在过程方向和交叉过程方向(如标号y_z1和x_z1所指出)上离框标的预定距离。在至少一些实施方案中，预定距离可直接位于框标的顶部上。在其他实施方案中，预定距离可为离框标的一些相对较小或相对较大距离。在任何情况下，传感器146被配置为测量过程方向和交叉过程方向(即，y_z1和x_z1)上第一测试液滴160与框标170之间的距离并且确认该距离与预定距离相同(或将该距离登记为预定/初始距离)。

返回到图4，方法400继续使打印头140相对于台板120移动到上部构建层级(框404)。在该上部构建层级处，进一步沿着Z轴从台板120移除打印头140。在打印头140与台板之间进行该分离的情况下，然后将量块插入到台板120上。量块以具有已知高度(即，Z方向分量)和平坦上表面(即，由X方向和Y方向分量定义的平面)的简单形状(例如，长方体)提供。量块是精密加工的部件并且可由能够研磨到高公差的各种金属中的任何金属制造，从而提供Z方向上的非常精确的尺寸。与台板的表面类似，量块的上表面还包括框标，该框标可由传感器检测以便识别上表面上的框标的位置。由于量块具有已知高度，因此量块提供在Z方向上位于台板表面122上方的已知偏移高度的第二构建层级处的目标构建表面。量块和台板120优选地包括配准特征以便将量块精确地定位在台板上。例如，台板可包括若干配准销并且量块可包括若干互补腔体，每个互补腔体被配置为接收销中的一个销。这允许量块在过程方向和交叉过程方向上定位在台板上的非常精确的位置处。当然，如本领域技术人员将认识到的，也可使用各种其他配准装置中的任何配准装置。

图6示出了已执行与图4的框404相关联的动作的布置的示例。图6示出了定位在台板120的表面122上的量块180。在该实施方案中，量块180的左前部上的竖直边缘188从台板120上的第一框标170直接向上延伸，直到其终止于量块的上表面182。由于量块180具有精确长方体形状，因此量块的左上角用作第二框标172，该第二框标具有与台板上的第一框标170相同的x-y位置(即，交叉过程、过程位置)。另外，由于量块180以长方体形状精密加工并且精确定位在台板120上(例如，经由配准销或其他配准特征)，因此量块的水平边缘184和186也适于在上部构建层级处提供框标基准标记(即，相对于台板表面的已知位置)。

再次参照图4，在量块180定位在台板120上之后，将构建材料的第二测试液滴喷射到量块上(框406)。打印机将该第二测试液滴沉积在量块上的一定位置处，打印机将该位置确定为位于台板上的第一测试液滴的正上方。换句话讲，在打印头处于具有与第一测试液滴相同的过程坐标和交叉过程坐标(但具有不同Z方向坐标)的位置时喷射第二测试液滴。在不考虑第二构建层级处的第二框标的情况下喷射第二测试液滴。然后传感器146测量第二测试液滴离第二构建层级处的第二框标的距离。另选地，打印机将第二测试液滴沉积在量块上的另一个预定位置(即，具有与第一测试液滴不同的过程坐标和交叉过程坐标的位置)处，并且控制器考虑测试液滴离不同构建层级的框标标记的不同位置。

图6示出了已执行与图4的框406相关联的动作的布置的示例。图6示出了沉积在量块180上的第二测试液滴162(即，点“B”)。如上所指出，打印机将该测试液滴沉积在具有与第一测试液滴相同的打印机的过程坐标和交叉过程坐标的位置处，而不考虑第二框标172的位置。作为一个示例，如果第一测试液滴160的打印机坐标是(x1,y1,z1)，则第二测试液滴162的打印机坐标是(x1,y1,z2)(即，仅z方向坐标改变)。然后传感器146测量过程方向和交叉过程方向上的第二测试液滴162与第二构建层级处的第二框标172之间的实际距离。在这种情况下，第二构建层级处的框标172可被视为包括量块180的前上水平边缘184和左上水平边缘186。如图6所示，第二测试液滴162与框标172之间的所测量的过程尺寸和交叉过程尺寸是y_z2和x_z2。

再次返回到图4，在将第二测试液滴162打印在量块上并且测量离第二框标172的距离尺寸之后，控制器150计算过程方向和交叉过程方向上的第一测试液滴与第二测试液滴之间的所测量的差分/偏移(框408)。换句话讲，控制器150计算打印机中基础构建层级(例如，台板表面122)与上部构建层级(例如，量块的上表面182)之间的过程漂移和交叉过程漂移。在图5和图6的示例中，控制器150通过确定y_z2与y_z1之间的差值(即，dy＝y_z2-y_z1)并且通过确定x_z2与x_z1之间的差值(即，dx＝x_z2-x_z1)来计算总差分值。当不存在差分(即，不存在漂移)时，y_z2＝y_z1并且x_z2＝x_z1(即，基础层与上层之间的过程坐标和交叉过程坐标的位置不存在实际变化)。然而，如果y_z2≠y_z1和/或x_z2≠x_z1，则存在差分。作为用于确定交叉过程方向和过程方向上的漂移的上述方法的一个示例，考虑这样的情况，其中在图5中，x_z1＝10mm并且y_z1＝10mm。还考虑在图6中，x_z1＝11mm并且y_z1＝12mm。然后控制器将dx确定为1.0mm(即，dx＝x_z2-x_z1＝11mm–10mm＝1.0mm)，并且将dy确定为2.0mm(即，dy＝y_z2-y_z1＝12mm–10mm＝2.0mm)。

在已知差分的情况下，控制器150接下来计算每个增量构建层级的增量Δ(框408)。通过将每个差分(即，dx、dy)除以基础构建层级与上部构建层级之间的构建层级总数来计算增量Δ。换句话讲，Δx＝dx/z并且Δy＝dy/z。继续图5和图6的上述示例(其中dx＝1.0mm并且dy＝2.0mm)，进一步将基础构建层级与上部构建层级之间的构建层级总数视为二十个层级(即，z＝20个层级)。因此，控制器将Δx确定为0.05mm/层级，并且将Δy确定为0.10mm/层级(即，Δx＝dx/z＝1.0mm/20个层级＝0.05mm/层级；并且Δy＝dy/z＝2.0mm/20个层级＝0.1mm/层级)。在计算了该信息的情况下，控制器确定z＝0与z＝20之间的每个层级的平均差分/漂移为交叉过程方向上的0.05mm/层级和过程方向上的0.1mm/层级。

再次返回到图4，在第一量块的高度(例如，图5和图6的示例中的z＝20)内计算Δx和Δy之后，对是否使用附加量块来确定打印机的任何附加失配准或跨附加构建层级(例如，比与量块180的上表面182相关联的构建层级更高的构建层级)的漂移或是否使用已经计算的Δx和Δy来确定打印机的所有构建层级的漂移作出决策(框410)。如果要在框410处使用附加量块，则该方法返回到框404，并且再次移动喷射器头以便为另一个量块腾出空间。然后可将下一个量块定位在第一量块上，并且随后对附加组的构建层级重复框404-408的动作。之后可使任何附加Δx和Δy值与打印机的特定构建层级(例如，z＝21至z＝40等)相关联。当打印机110的失配准从顶部到底部不呈线性时，附加量块特别有用。具体地讲，当误差为非线性(例如，考虑台架上的弯曲导轨的可能性)时，附加量块可用于确定与比其他构建层级更多或更少的漂移相关联的特定构建层级。当不使用另外的量块确定打印机失配准时，该方法继续到框412。

在框412处，控制器150获取所有所计算的Δx和Δy信息，并且确定打印机的每个构建层级的喷射器头偏移(即，Δx和Δy)。在各种实施方案中，对于每个构建层级而言，增量Δx和Δy值可相同。当仅使用一个量块来确定量块的高度内的平均偏移，并且将该平均偏移赋予打印机的所有构建层级时，情况就是这样。例如，如果打印机具有五十个构建层级，并且使用量块来确定最开始二十个构建层级内的偏移，则也可将这二十个构建层级内的平均偏移赋予其余三十个构建层级。在使用多个量块的其他实施方案中，Δx和Δy值在不同构建层级内可不同。例如，如果使用三个量块来确定具有五十个层级的相同打印机中的偏移，则可在最开始二十个构建层级内使用第一Δx和Δy值，可在下一二十个构建层级内使用第二Δx和Δy值，并且可在最后十个构建层级内使用第三Δx和Δy值。在任何情况下，控制器150在打印部件之前使特定Δx和Δy值与打印机的每个构建层级相关联。

在至少一个实施方案中，使用所计算的Δx和Δy值来微调台架上的喷射器头以便为喷射器提供适当偏移。因此，在控制器将Δx确定为0.05mm/层级并且将Δy确定为0.10mm/层级的上述示例中，可通过将打印头简单微调达交叉过程方向上的0.05mm/层级和过程方向上的0.1mm/层级的所确定的偏移来完成喷射器的调节。

在另选的方法中，并非微调喷射器头140的位置，而是可通过以下方式提供所计算的Δx和Δy值：使待打印的图像在行进范围内按一像素增量来偏移，具体取决于喷射器头分辨率。例如，如果喷射器头具有300dpi分辨率，则可大约每84μm进行一次一像素调节。因此，每个构建层级的0.05mm偏移(即，50μm)可引起一个构建层级的一像素偏移，而相邻层级中没有附加像素偏移。根据该示例，考虑三个层级内的300dpi喷射器头的计划像素偏移。如果期望偏移为每个构建层级0.05mm(50μm)，则三个层级内的总期望偏移为0.15mm(150μm)。然而，如果对每个构建层级进行一像素偏移，则总偏移将为252μm(即，84×3＝252μm)，并且这将是比这三个层级内的期望偏移更大的偏移量。因此，为了达到更接近期望的150μm偏移的总偏移，可仅对这三个构建层级中的两个构建层级(例如，第一构建层级和第三构建层级，而第二构建层级处没有附加像素偏移)进行一像素偏移。因此，这三个构建层级内的总偏移将为168μm(即，84×2＝168μm)，该值更加接近期望的0.15mm偏移。因此，控制器150被配置为甚至更好地调节打印机的整个构建高度内的许多构建层级中的像素。换句话讲，在总构建体内有大量构建层级的情况下，控制器可易于确定构建层级与像素调节的适当比率以便对整个构建体内每个构建层级的期望Δx和Δy取平均(例如，7个构建层级内的5像素偏移；12个构建层级内的11像素偏移等)。

在确定打印机的每个构建层级的喷射器头偏移(框412)之后，该方法随后在基于所确定的喷射器头偏移来形成实际三维物体(框414)时继续。具体地讲，打印机110获取用于构建部件的一组指令(包括喷射器为了构建部件而应击发的预定坐标)，并且基于所确定的Δx和Δy值来调节指令。因此，打印机110被配置为补偿失配准误差并且形成比没有这种补偿时可能的情形更精确的三维物体。

图7示出了用于打印机110的一个实施方案的控制系统示意图。控制系统本质上是闭环反馈系统，其使用传感器146来确定误差，该系统通过调节每个构建层级中的过程分量和交叉过程分量来补偿该误差。在所示的实施方案中，控制器150包括位置控制部件704、喷射器控制部件708和传感器控制部件712。读者应当注意，相对于图5示出和描述的特定布置仅仅是示例性的。本领域普通技术人员将理解，可采用许多另选和等同的布置来实现类似的功能。

位置控制部件704被配置为提供用于操作致动器的控制信号，这些致动器负责根据需要提供喷射器142和台板120的相对运动以及提供传感器146和台板120的相对运动。另外，在一个实施方案中，位置控制部件704向喷射器控制部件708和传感器控制部件712提供相关位置信息。具体地讲，位置控制部件704向喷射器控制部件708提供位置信息(X_E,Z_E)，该位置信息指示过程方向Y上和交叉过程方向X上的喷射器142的位置。喷射器控制部件708还包括用于构建特定部件的指令(即，指示构建材料应沉积在何处以便构建期望部件的一组预定坐标)。当喷射器控制部件708接收到其处于基于待产生的三维物体的指令或基于与诊断过程相关联的指令而应喷射构建材料的位置的指示时，喷射器控制部件708向喷射器142发送击发信号，从而使得从其中喷射构建材料。位置控制部件704还向传感器控制部件712提供位置信息(X_S,Z_S)，该位置信息指示过程方向Y上和交叉过程方向X上的传感器146的位置。

传感器控制部件712被配置为操作传感器146以在各种构建层级处测量过程方向和交叉过程方向上的各种构建材料液滴的位置。具体地讲，传感器控制部件712被配置为测量液滴相对于特定构建表面上的框标(例如，标记、边缘或其他基准点)的位置。传感器控制部件712被进一步配置为确定每个构建高度处的任何特定交叉过程、过程位置(即，(x,y)位置)处的各种构建材料和框标的存在(即，出现)或不存在(即，缺失)。传感器控制部件712被配置为从传感器146接收与各种构建位置处的材料和框标的存在或不存在相对应的信号。传感器控制部件712还被配置为从位置控制部件704接收与传感器132的位置有关的位置信息(X_S,Y_S)。基于来自传感器146的信号和位置信息(X_S,Y_S)，传感器控制部件712被配置为在给定构建位置(在图7中指示为MP(x,y))处生成所沉积的构建材料与所检测的框标标记之间的所测量的距离。传感器控制部件712还被配置为在适当时指示与特定构建位置处的构建材料的不存在相关联的零条件。

控制器150被配置为将构建材料离框标的所测量的距离MP(x,y)与此类层处的所述构建材料的目标位置TP(x,y)进行比较，并且得到该层处的构建材料的差分坐标(dx,dy)。然后将这些差分坐标发送到坐标偏移引擎718，该坐标偏移引擎确定待与每个构建层级相关联的喷射器头偏移量。坐标偏移引擎718可被配置为将每个差分坐标除以在其内获取差分坐标(即，基于已知的目标位置)的构建层级总数，然后将那些坐标乘以当前构建层级以便得到每个构建层级的坐标偏移(Δx,Δy)。例如，如果最后已知的目标位置TP(x,y)处于基础构建层级(例如，z＝0)并且所测量的构建位置MP(x,y)处于第二十构建层级(即，z＝20)，则坐标偏移引擎718将差分坐标(dx,dy)除以二十以确定增量偏移坐标。然后将增量偏移坐标乘以当前构建层级(例如，z＝5)以便得到此类构建层级的坐标偏移(Δx,Δy)。然后将该坐标偏移递送给喷射器控件708，该喷射器控件向喷射器142发送信号以在它们在当前构建层级处到达给定交叉过程坐标和过程坐标(x,y)时击发。当喷射器击发时，构建材料液滴从其中喷射并沉积在构建表面(例如，台板、部件、支撑材料等)上。如将认识到的，由于坐标偏移(Δx,Δy)随每个连续构建层级递增，因此坐标的总偏移随每个连续构建层级逐渐增加。

作为上述控制器的一个示例，可结合图5和图6的先前所述示例来考虑操作。在该示例中，控制器将Δx确定为0.05mm/层级，并且将Δy确定为0.10mm/层级。然后控制器将每个层级的平均差分/漂移确定为交叉过程方向上的0.05mm/层和过程方向上的0.1mm/层。因此，在第五构建层级(即，z＝5)处，交叉过程方向上的喷射器头偏移将为0.25mm(即，0.05mm/层级×5个层级＝0.25mm)，并且过程方向上的喷射器头偏移将为0.5mm(即，0.1mm/层级×5个层级＝0.5mm)。

鉴于上述示例，应当注意，坐标偏移引擎718能够基于所计算的差分来确定每个增量构建层级的像素调节。如本领域普通技术人员将理解，控制器150的特定数学运算和操作可按许多另选但等同的形式表示。例如，每个构建层级的坐标调节可被表示为先前形成的层的所有先前坐标调节的总和。

喷射器控件708被配置为从坐标偏移引擎718接收每个构建层的坐标调节(即，Δx,Δy)。喷射器控件708获取与计划构建体相关联的预定坐标，并且基于来自坐标偏移引擎718的输入来使那些坐标偏移。例如，考虑z＝5时交叉过程偏移为0.25mm并且过程偏移为0.5mm的上述示例。如果喷射器控件708具有构建部件的指令，其中喷射器头应在位置(10,20,5)处击发，则喷射器控件708将那些坐标调节至(10.25,20.5,5)并且在击发喷射器之前一直等到喷射器到达该位置。因此，喷射器控制部件708被配置为从位置控制部件704接收与喷射器142的当前位置有关的位置信息(X_E,Y_E)。基于每个层的坐标调节(Δx,Δy)和当前位置信息(X_E,Y_E)，喷射器控制部件708被配置为向喷射器142提供适当击发信号。具体地讲，喷射器控制部件708被配置为基于该层级的坐标调节(Δx,Δy)来确定每个构建层级中的新喷射器击发位置。这样，喷射器控制部件708操作喷射器142以去除因3D物体打印机110的不良制造公差或不良设置引起的构建方向误差。

上文结合图1至图7描述的三维物体打印机仅仅是被配置为补偿失配准的打印系统和操作方法的一个示例性实施方案。此类打印机和方法的各种另选实施方案也是可能的并且可以通过本文所提供的公开内容设想到。

通过形成诊断物体来确定失配准的方法

现在参照图8A至图13，在至少一个另选实施方案中，三维打印机被配置为通过打印一个或多个诊断物体来确定与沿着Z轴的各种构建层级相关联的过程漂移和交叉过程漂移。打印一个或多个诊断物体来代替使用图4至图6中所述的一个或多个量块。具体地讲，并不使用上述量块180来检测基础构建层级与上部构建层级之间的过程差分和交叉过程差分，而是可使用诊断物体来确定这些差分。根据该实施方案，使用打印机110的传感器146来测量诊断物体的各种尺寸分量和/或特征。诊断物体被打印有适当特征以通过带刻度的部件角度和/或尺寸向操作者传达适当设置。作为一个示例，并且如下文更详细解释，可使用视觉特征失效(诸如特定构建层级处的构建材料的不存在)来定量调节以反馈到控制系统中。

图8A和图8B示出了由打印机110打印在台板120上的一系列诊断物体200。图8A示出了基础构建层级(即，Z＝0)处的诊断物体200。图8B示出了终末构建层级(即，Z＝Z2)处的诊断物体200。诊断物体200以不同尺寸和形状的许多柱结构的形式提供。诊断物体包括沿着交叉过程方向定位的一系列第一圆柱形柱210和沿着过程方向定位的一系列第二圆柱形柱220。如图8A中最佳示出，第一圆柱形柱210全都具有圆形横截面，其中沿着x轴的每个后续柱的横截面直径大于先前柱的横截面直径。第二圆柱形柱220全都具有矩形横截面，其中沿着y轴的每个后续柱的横截面直径大于先前柱的横截面直径。根据结合到柱200中的诊断特征，这些柱可由不同材料构建并且具有不同液滴尺寸/间距等。

虽然图8A和图8B的每个柱是在没有引起漂移的打印机的失配准(即，连续构建层级中没有x方向或y方向漂移)的理想状态下示出的，但图8A和图8B的每个柱200包括由柱的横截面形状和尺寸提供的诊断特征。具体地讲，柱200被配置为使得随着x方向和y方向误差在构建期间累积，超过如在先前层中构建的立柱特征边界的任何喷射材料将不被支撑并且将喷射到超过立柱边缘的间隙中。因此，柱200之间设计的间隙考虑了这一点以便不喷射在相邻立柱上。例如，假设柱被配置为检测x方向或y方向上的5mm的最大误差，柱200之间的间隙为6mm-7mm间隙，从而提供足够的间距以允许构建材料落到柱200之间的台板120的底部。

现在参照图9A至图9C，示出了三个示例性诊断物体，它们具有示出打印机的失配准的诊断特征。在图9A的示例中，诊断物体是柱222并且诊断特征是柱的横截面形状。在基础构建层224处，柱222的交叉过程尺寸为x₁，并且该柱的过程尺寸为y₁。在上部构建层226处，柱222的交叉过程尺寸为x₂，并且该柱的过程尺寸为y₂。如图9A所示，x₂的尺寸与x₁非常类似，但y₂比y₁小得多。这示出了过程方向(即，y方向)上的打印机的主误差/失配准。换句话讲，随着打印机构建每个连续层，过程方向误差/漂移累积。当过程坐标随着每个连续构建层漂移(即，在图9A中向右)时，构建材料从物体的右边界/边缘228落下并且落到台板(或基础层224搁置在其上的其他基片)上。因此，通过观察作为诊断特征的柱222的横截面形状，在过程方向上指示打印机的失配准/误差。为了确定基础构建层级与上部构建层级之间的精确误差量，可获取过程尺寸和交叉过程尺寸的差分(即，dy＝y₂-y₁；dx＝x₂-x₁)。

现在参照图9B的示例，诊断物体同样是柱212并且诊断特征是柱的横截面形状。在基础构建层214处，柱212的交叉过程尺寸为x₁，并且该柱的过程尺寸为y₁。在上部构建层216处，柱212的交叉过程尺寸为x₂，并且该柱的过程尺寸为y₂。如图9B所示，x₂的尺寸比x₁小得多，但y₂与y₁类似。这示出了交叉过程方向(即，x方向)上的打印机的主误差/失配准。换句话讲，随着打印机构建每个连续层，交叉过程方向误差/漂移累积。当交叉过程坐标随着每个连续构建层漂移(即，在图9B中朝向后方)时，构建材料从物体的后边界/边缘218落下并且落到台板(或基础层214搁置在其上的其他基片)上。通过观察作为诊断特征的柱212的横截面形状，在交叉过程方向上指示打印机的失配准/误差。为了确定基础构建层级与上部构建层级之间的精确误差量，可获取过程尺寸和交叉过程尺寸的差分(即，dy＝y₂-y₁；dx＝x₂-x₁)。

现在参照图9C的示例，示出了另一个诊断柱232，其与图9A和图9B的诊断柱类似，但具有在过程方向上有误差的打印机的更极端示例。在该示例中，过程方向上的漂移已累积达到柱232的上部横截面形状缺失/不存在的程度。在该示例中，在基础构建层234处，柱232的交叉过程尺寸为x₁，并且该柱的过程尺寸为y₁。然而，上部构建层级(例如，与图9A和图9B的柱222和212的高度类似)处的所有构建材料都缺失/不存在，因为其全都已从右边界/边缘238落下。该边缘238的形状指示误差主要在过程方向(y)上，因为该边缘在交叉过程方向(x)上对准。换句话讲，在右边缘238处，x₂大约与x₁相同，但y₂为零。通过观察y₂变为零的构建层级，可在该构建层级处注意到等于y₂的过程方向误差/漂移。如果还在该构建层级处测量x₂和x₁的差值，则还可确定交叉过程方向上的差分。

图10示出了诊断柱200的横截面形状可如何用作诊断特征来指示打印机110中的基础构建层级与上部构建层级之间的过程漂移和交叉过程漂移的特定示例。在图10中，诊断柱200的顶视图/平面图。虚线所示的矩形形状指示基础构建层202处(即，打印机110的基础构建层级处)的诊断柱200的尺寸。基础构建层级处的尺寸为x_z1、y_z1。实线所示的矩形形状指示上部构建层204处(即，打印机110的上部构建层级处)的诊断柱200的尺寸。上部构建层级处的尺寸为x_z2、y_z2。为了确定上部构建层级处的打印机110的误差，打印机通过从基础构建层级处的那些尺寸减去上部构建层级处的尺寸来确定差分(即，dx＝x_z2-x_z1；dy＝y_z2-y_z1)。例如，考虑这样的情况，其中x_z1＝20mm，y_z1＝20mm，x_z2＝15mm，并且y_z2＝8mm。在这种情况下，dx＝5mm(即，dx＝20-15＝5mm)并且dy＝12mm(即，dy＝20–12＝8mm)。基于这些所测量的差分，随后可使用诊断柱200来确定与上部构建层级和基础构建层级之间的打印机的每个构建层级相关联的漂移。例如，在上述示例中考虑基础构建层级处于z＝1并且上部构建层级处于z＝50。在该示例中，存在50个构建层级。为了确定与每个构建层级相关联的漂移，将相应差分dx、dy简单地除以五十以得到每个构建层级的漂移。换句话讲，Δx＝dx/50＝5mm/50个层级＝0.1mm/层级；并且Δy＝dy/50＝8mm/50个层级＝0.16mm/层级。因此，如图10所示，在至少一个实施方案中，可通过以下方式确定打印机的每个层级的打印机漂移/失配准：打印诊断柱，测量上部构建层级和基础构建层级处的诊断柱的尺寸，计算过程方向和交叉过程方向上的相关联的差分，然后将这些差分除以构建层级的数量。在各种实施方案中，可在构建层级的许多子组内(例如，每十构建层级)重复该过程，使得计算与构建层级的不同组相关联的不同漂移量。

在至少一个实施方案中，并不测量基础构建层级和上部构建层级处的诊断柱的横截面尺寸，而是可将诊断特征结合到诊断柱中，使得传感器在特征消失时识别标称误差。这与轮胎上的胎纹深度标记类似，其中当误差等于特征尺寸时，特征消失。作为这点的示例，考虑诸如图11A至图11C的布置，在这些图中示出了两个诊断物体250、260的平面图/顶视图，每个诊断物体具有由横截面形状提供的诊断特征。在该示例中，这些形状中的一个形状的消失指示预定误差量。在图11A至图11C中，两个诊断柱250和260各自具有矩形横截面形状，其中第一诊断柱250在交叉过程方向上伸长并且第二诊断柱260在过程方向上伸长。图11A示出了诊断柱的基础层；图11B示出了诊断柱的中间层；并且图11C示出了诊断柱的上层(其中为了说明起见，基础层在图11B和图11C中以虚线示出)。在图11A至图11C的示例中，打印机在过程方向上具有主误差，而在交叉过程方向上具有很少或没有误差。因此，如图11B所示，在中间层处，诊断柱250和260均向右(即，在过程方向上)偏移达等于y_s的量。在该中间层处，诊断柱250、260的右侧边缘251、261保持在已知位置中，因为构建材料向诊断柱的右侧落下并在这些位置处落到台板上，这是由于这些边缘的右侧没有支撑材料(与图10类似，基础层的边界在图11B和图11C中以虚线示出)。如图11C所示，在某个上部构建层级处，过程方向上的误差至关重要，使得没有附加构建材料沉积在第一诊断柱250上。具体地讲，当过程方向上的误差等于y_c(即，第一诊断柱250的初始过程方向尺寸)时，没有附加构建材料沉积到第一诊断柱250上。因此，如图11C所示，通过检测上部构建层级处不存在附加构建材料，该系统识别上部构建层级处的过程方向误差等于y_c。

现在参照图12A至图12C，示出了与图11A至图11C类似的布置，但在该示例中，打印机在过程方向和交叉过程方向上均具有漂移误差。如图12A所示，这两个诊断柱250和260分别沿着交叉过程方向和过程方向伸长。因此，它们被配置为基于相应柱中的构建材料的消失来识别交叉过程方向和过程方向两者上的标称误差。诊断柱250在过程方向上具有等于y_c的更小尺寸。诊断柱260在交叉过程方向上具有等于x_c的更小尺寸。如图12B所示，当构建诊断柱时，中间构建层处交叉过程尺寸和过程尺寸两者中的横截面尺寸均减小。如图12C所示，在第一上部构建层处，不存在与诊断柱250相关联的材料，从而指示在该构建层级处过程方向差分等于y_c(即，dy＝y_c)。如果该系统随后继续构建第二诊断柱260，则与该柱260相关联的构建材料最终也变为不存在(尽管这并未在附图中示出)。在不存在诊断柱260的构建材料的该构建层级处，该系统识别在该构建层级处交叉过程方向差分等于x_c(即，dx＝x_c)。因此，图12A至图12C的打印机布置被配置为形成具有横截面形状的诊断柱，使得传感器在特征消失时识别过程方向或交叉过程方向上的标称误差/差分。

在图12A至图12C的示例中，一个方向上的误差可非常微小，使得诊断柱中的一个柱的消失可错误地与错误误差相关联。例如，考虑图11A至图11C的布置，其中误差主要在过程方向上。在这种情况下，如果诊断柱260继续在与图11C相关联的层之后构建直到柱260的构建材料在上部层级处不存在/消失，则此类消失的原因是由于过程方向误差。如果该系统将该消失错误地识别为交叉过程方向误差，则该系统还错误地识别交叉过程方向上的差分。因此，在至少一些实施方案中，该系统被配置为测量不同层处的过程尺寸和交叉过程尺寸的变化率以便确定特定特征的不存在是否可合理地归因于特定类型的误差。例如，在与图12C相关联的构建层级处，该系统可识别X_s2在过程方向上相对于诊断柱260的剩余长度的变化率为足够的，使得某个未来构建层级处的诊断柱260的消失指示交叉过程方向上等于X_s2的差分。

图13中示出了打印机布置的又一个示例，该打印机布置被配置为形成具有横截面形状的诊断柱，使得传感器识别过程方向和交叉过程方向两者上的标称误差/差分。在该示例中，构建四个诊断柱，包括交叉过程方向上的两个(被标识为柱I和柱III)和交叉过程方向上的两个(被标识为柱II和柱IV)。柱I和柱II均具有尺寸“a”和“b”，但处于相反方向(即，尺寸“a”在柱I中处于过程方向，但在柱II中处于交叉过程方向；并且“c”在柱I中处于交叉过程方向，但在柱II中处于过程方向)。类似地，柱III和柱IV均具有尺寸“b”和“d”，但处于相反方向。此外，这些尺寸的大小使得a<b<c<d。与图12A至图12C的布置类似，打印机构建柱I-柱IV直到柱I或柱II中的一者消失(即，该构建层级处不存在构建材料)。此时，该系统识别以下情况：

-如果柱I首先消失，则误差主要是在消失的构建层级处过程方向差分等于“a”的过程方向误差；并且

-如果柱II首先消失，则误差主要是在消失的构建层级处差分等于

“a”的交叉过程方向误差。

在柱I或柱II消失之后，打印机继续构建诊断柱直到另一个柱消失。根据哪个柱接下来消失，该系统可识别以下情况：

-如果柱I首先消失并且柱II接着消失，则与柱II的消失相关联的误差可归因于在与柱II的消失相关联的该构建层级处差分等于“a”的交叉过程误差；

-如果柱I首先消失并且柱III接着消失，则与柱III的消失相关联的误差继续为过程方向误差，并且不可基于柱III的该消失来作出交叉过程方向误差的确定；

-如果柱II首先消失并且柱I接着消失，则与柱I的消失相关联的误差可归因于在与柱I的消失相关联的该构建层级处差分等于“a”的过程误差；并且

-如果柱II首先消失并且柱IV接着消失，则与柱IV的消失相关联的误差继续为交叉过程方向误差，并且不可基于柱IV的该消失来作出过程方向误差的确定。

柱消失的上述次序可为打印机提供有价值的见解以便为打印机提供最佳可能精确度。例如，当柱I和柱II是最先消失的两个柱，则可使用下述方法来确定打印机的每个构建层级的增量偏移(Δx和Δy)。另选地，当柱III和柱IV中的任一者在柱I或柱II中的一者之前消失时，可确定如下任一情况：(i)一个方向上的误差很小，使得不需要增量偏移，或(ii)相反方向上的误差很大，使得应向用户提供指令以再一次执行打印机的机械设置，试图通过机械装置来使误差最小化。

图11A至图13的上述示例仅仅是诊断物体的一些可能配置，这些诊断物体具有可用于确定打印机的每个构建层级的适当坐标偏移的特征。如先前所指出，诊断物体的各种形状和尺寸可用于许多配置中以便向用户提供与构建层级之间的漂移/误差相关的不同类型的信息。此外，在至少一个另选实施方案中，可在打印诊断物体时使用构建材料和支撑材料两者。在此类实施方案中，可由支撑材料支撑喷射在柱边界之外的材料，并且这将允许物体通过简单地在x和/或y方向上偏移来保持尺寸上精确的横截面。

图14是根据图8A至图13的公开内容的框图，该框图示出了操作三维物体打印机的方法1400。如框1402中所示，该方法包括操作喷射器头的至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便在基础构建层级处形成诊断物体的诊断形状，该诊断形状在基础构建层级处具有过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸(例如，参见图10和图12A)。如框1404中所示，该方法还包括使喷射器头沿着构建轴相对于基础构建层级移动，使得喷射器头进一步远离基础构建层级。然后，也如框1404中所示，该方法包括操作喷射器头的至少一个喷射器以沿着构建轴在上部构建层级处构建诊断物体的诊断形状(例如，参见图10和图12B)。移动至框1406，该方法继续感测上部构建层级处的诊断形状的过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸。如框1408中所示，该方法随后继续确定基础构建层级和上部构建层级处的至少一个尺寸之间的差分(dx,dy)(例如，参见图10和图12C)。该差分类似于结合图4的方法和先前所述的框408的动作来确定的差分。在该实施方案中，上部构建层级处的诊断物体的边缘实际上可被视为框标边缘，这是由于该边缘的位置是已知的(即，由于基础构建层级处的尺寸是已知的，并且由于沿着诊断物体的一个边缘的构建材料因每个连续构建层级处的误差而从边缘落下，上部层级处的边缘的真实位置是已知的并且用作框标)。之后，该方法在框410处继续至少部分地基于所确定的差分来确定基础构建层级与上部构建层级之间的多个增量构建层级中的每个增量构建层级的喷射器头偏移(Δx,Δy)。在确定喷射器头偏移之后，该方法在框412处继续移动喷射器头并且操作至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便形成三维物体，其中移动喷射器头包括在增量构建层级处喷射材料液滴之前使喷射器头相对于台板偏移达每个增量构建层级的所确定的喷射器头偏移。框410和框412涉及与先前结合图4在框412和框414处描述的那些动作类似的动作的执行。

上述实施方案仅仅是补偿失配准的3D物体打印系统的一些示例性实施方案。应当理解的是，以上公开的与其他特征和功能的变型或其替代者可期望地被组合到许多其他不同的系统、应用或方法中。此外，本领域的技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替换、修改、变化或改进，这些也旨在被所附权利要求书涵盖。

Claims (14)

1.一种操作三维物体打印机的方法，所述方法包括：

操作喷射器头的至少一个喷射器以使至少一个第一材料液滴沿着构建轴朝向设置于台板上的第一构建表面喷射在第一构建层级处；

操作传感器以测量所述第一材料液滴离所述第一构建表面上的第一框标基准的第一距离分量，所述第一距离分量包括沿着过程轴的第一过程方向分量和沿着交叉过程轴的第一交叉过程方向分量；

使所述喷射器头沿着所述构建轴相对于所述台板移动；

将量块放置在所述台板上，所述量块沿着所述构建轴在第二构建层级处提供第二构建表面；

操作所述喷射器头的所述至少一个喷射器以使至少一个第二材料液滴朝向所述第二构建表面喷射；

操作所述传感器以测量所述第二材料液滴离所述第二构建表面上的第二框标基准的第二距离分量，所述第二距离分量包括第二过程方向分量和第二交叉过程方向分量；

计算所述第一距离分量与所述第二距离分量之间的差分，所述所计算的差分包括过程方向差分和交叉过程方向差分；

针对沿着所述构建轴的介于所述第一构建层级与所述第二构建层级之间的多个增量构建层级确定相对于所述台板的喷射器头偏移，其中每个所述增量构建层级的所述所确定的喷射器头偏移基于所述所计算的差分；并且

移动所述喷射器头并且操作所述至少一个喷射器以使材料液滴朝向所述台板喷射以便形成三维物体，其中移动所述喷射器头包括在所述增量构建层级处喷射材料液滴之前使所述喷射器头相对于所述台板偏移达所述多个增量构建层级中的每个增量构建层级的所述所确定的喷射器头偏移。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述量块放置在所述台板上包括使所述台板上的配准特征与所述量块上的互补特征对准。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述喷射器头沿着所述构建轴相对于所述台板移动包括使所述台板沿着所述构建轴移动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述喷射器头沿着所述构建轴相对于所述台板移动包括在所述喷射器头定位在台架上的情况下使所述台架沿着所述构建轴移动。

5.根据权利要求1所述的方法，其中针对沿着所述构建轴的多个增量构建层级确定相对于所述台板的喷射器头偏移包括基于所述过程方向差分来确定沿着所述过程轴的喷射器头偏移并且基于所述交叉过程方向差分来确定沿着所述交叉过程轴的喷射器头偏移。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定喷射器头偏移包括将所述所计算的差分输入到打印机控制系统，所述打印机控制系统被配置为(i)基于所述所计算的差分来确定每个所述增量构建层级的像素调节，并且(ii)使所述喷射器头偏移达每个所述增量构建层级的所述所确定的像素调节。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定喷射器头偏移包括将所述所计算的差分输入到打印机控制系统，所述打印机控制系统被配置为(i)基于所述所计算的差分来确定每个所述增量构建层级的偏移量，并且(ii)使所述喷射器头的位置偏移到台架上或使所述台板的位置偏移达每个所述增量构建层级的所述所确定的偏移量。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

将第二量块放置在所述台板上，所述第二量块沿着所述构建轴在第三构建层级处提供第三构建表面；

操作所述喷射器头的所述至少一个喷射器以使至少一个第三材料液滴朝向所述第三构建表面喷射；

操作所述传感器以测量所述第三材料液滴离所述第三构建表面上的第三框标基准的第三距离分量，所述第三距离分量包括第三过程方向分量和第三交叉过程方向分量；

计算所述第二距离分量与所述第三距离分量之间的差分；并且

基于所述第二距离分量与所述第三距离分量之间的所述所计算的差分，针对沿着所述构建轴的介于所述第二构建层级与所述第三构建层级之间的第二多个增量构建层级确定相对于所述台板的喷射器头偏移。

9.一种操作三维物体打印机的方法，所述方法包括：

操作喷射器头的至少一个喷射器以使材料液滴朝向台板喷射以便在基础构建层级处形成诊断物体的诊断形状，所述诊断形状在所述基础构建层级处具有过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸；

使所述喷射器头沿着构建轴相对于所述基础构建层级移动，使得所述喷射器头进一步远离所述基础构建层级；

操作所述喷射器头的所述至少一个喷射器以沿着所述构建轴在上部构建层级处构建所述诊断物体的所述诊断形状；

感测所述上部构建层级处的所述诊断形状的过程方向尺寸和交叉过程方向尺寸；

确定所述基础构建层级和所述上部构建层级处的至少一个尺寸之间的差分；

至少部分地基于所述所确定的差分来确定所述基础构建层级与所述上部构建层级之间的多个增量构建层级中的每个增量构建层级的喷射器头偏移；并且

在确定所述喷射器头偏移之后，移动所述喷射器头并且操作所述至少一个喷射器以使材料液滴朝向所述台板喷射以便形成三维物体，其中移动所述喷射器头包括在所述增量构建层级处喷射材料液滴之前使所述喷射器头相对于所述台板偏移达每个所述增量构建层级的所述所确定的喷射器头偏移。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述诊断物体是柱并且所述诊断形状是所述柱的矩形横截面形状。

11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述基础构建层级和所述上部构建层级的至少一个尺寸之间的所述差分包括感测所述上部构建层级处的所述诊断物体的不存在，使得所述所确定的差分与所述基础构建层级处的所述尺寸相同。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述诊断物体是具有第一诊断形状的第一诊断物体，并且在所述基础构建层级处所述第一诊断形状的所述过程方向尺寸大于所述交叉过程方向尺寸，所述方法还包括：操作所述至少一个喷射器以构建第二诊断物体，所述第二诊断物体包括第二诊断形状，所述第二诊断形状在所述基础构建层级处具有小于交叉过程方向尺寸的过程方向尺寸；

感测所述多个增量构建层级中的一个增量构建层级处的所述第一诊断物体和所述第二诊断物体中的一者的不存在；

基于所述增量构建层级中的一个增量构建层级处的所述第一诊断物体和所述第二诊断物体中的一者的不存在来确定等于所述基础构建层级处的所述第一诊断物体或所述第二诊断物体的所述过程方向尺寸或所述交叉过程方向尺寸的差分。

13.根据权利要求9所述的方法，其中确定每个所述增量构建层级的所述喷射器头偏移包括将所述所确定的差分除以所述增量构建层级的数量。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程轴垂直于所述交叉过程轴，其中所述构建轴垂直于所述过程轴和所述交叉过程轴两者，并且其中所述台板是处在垂直于所述构建轴的平面。