CN113508024A - 用于提高增材制造中使用的打印头的寿命的方法和系统 - Google Patents

用于提高增材制造中使用的打印头的寿命的方法和系统 Download PDF

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Abstract

打印3D物体(101)的方法和系统(100)包括：通过包括一个或更多个喷嘴阵列的打印头(72)逐层沉积材料；以及激活所述打印头(72)中的每一个以在打印期间的指定时间段内分配构建材料(50)至少一次。

Description

用于提高增材制造中使用的打印头的寿命的方法和系统
相关申请
本申请根据35USC 119(e)要求于2018年12月26日提交的美国临时专利申请号62/784,852的优先权，其内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及增材制造(AM)领域，更具体地但不排他地涉及用于提高三维(3D)喷墨打印机的3D喷墨打印头的可靠性和寿命的系统和方法。
发明背景
增材制造(AM)是一种能够通过增材形成步骤直接从计算机数据制造任意形状结构的技术。任何AM系统的基本操作由以下组成：将三维计算机模型切成薄横截面、将结果转换为二维位置数据以及将数据输入以分层方式制造三维结构的控制设备。
增材制造需要许多不同的方式来实现制造方法，包括如三维(3D)喷墨打印的3D打印、电子束熔化、立体光刻、选择性激光烧结、分层实体制造、熔融沉积成型等。
一些3D打印工艺(例如3D喷墨打印)是通过构建材料的逐层喷墨沉积来执行的。因此，具有一组喷嘴的打印头分配构建材料以在支撑结构上沉积层。根据构建材料，然后可以使用合适的设备来固化或凝固这些层。
存在各种三维打印技术，其在例如美国专利号6,259,962、6,569,373、6,658,314、6,850,334、6,863,859、7,183,335、7,209,797、7,225,045、7,300,619、7,500,846、7,991,498和9,031,680以及美国公开申请号20160339643和20060054039中全部由同一受让人公开，且在此通过引用以其整体并入。
3D喷墨打印机通常通过一个或更多个打印头以液体形式分配构建材料，然后将材料凝固以限定物体的形状。液体可以是例如可光固化液体，如沉积在打印托盘上并通过暴露于例如紫外线(UV)辐射的辐射而被聚合和/或固化的光聚合制剂。典型地，打印头通过具有易堵塞的小孔的喷嘴喷射小滴构建材料。当一个或更多个喷嘴堵塞时，这些喷嘴对于沉积构建材料将不再可用(即被禁用)，并且整个打印过程可能会受到严重影响，从而降低正在构建的物体的打印质量。在大多数情况下，需要更换损坏的打印头才能恢复打印机的全部功能，并且如果频繁更换，整体打印成本可能会受到很大影响。
发明概述
本发明的一个方面提供了一种3D喷墨打印方法，包括：通过多个喷墨打印头逐层沉积构建材料，以形成具有主体(bulk)和表面层的3D物体，其中至少被打印的3D物体的表面层是根据3D物体的给定CAD模型沉积的，并且其中在沉积构建材料以形成主体期间，在打印头当中进行切换以在指定时段内操作打印头中的每一个至少一次。
本发明的一个方面提供了一种3D喷墨打印方法，包括：通过多个喷墨打印头逐层沉积构建材料，以形成具有主体和表面层的3D物体以及用于支撑和/或改善或影响3D物体的表面特性的一个或更多个支撑结构，其中至少被打印的3D物体的表面层是根据3D物体的给定CAD模型沉积的，并且其中在沉积构建材料以形成主体、表面层和支撑结构期间，在打印头当中进行切换以在指定时段内操作打印头中的每一个至少一次。
本发明的一个方面提供了一种3D打印系统，其包括多个打印头，打印头被配置为逐层沉积构建材料并且通过控制器可控制，以形成具有主体和表面层的3D物体以及可选的用于支撑和/或改善或影响3D物体的表面特性的一个或更多个支撑结构，其中至少被打印的3D物体的表面层是根据3D物体的给定CAD模型沉积的，并且其中控制器被配置为在沉积成型材料以形成主体、表面层和支撑结构期间在打印头当中进行切换，以在指定时段内操作打印头中的每一个至少一次。
本发明的一个方面提供了一种打印3D物体的方法，包括：通过包括一个或更多个喷嘴阵列的打印头逐层沉积构建材料；以及激活打印头中的每一个以在所述打印期间的指定时间段内分配构建材料至少一次。
在一些实施例中，通过从打印头的所有喷嘴、从一部分喷嘴或者从喷嘴阵列沉积构建材料来激活打印头。在一些实施例中，指定时间段是包括打印头的打印块在构建托盘上执行完整扫描或通过所需的时间、构建所述3D物体的一层所需的时间、构建3D物体的特定层数所需的时间(例如，特定层数等于或小于打印头的数量或喷嘴阵列的数量)或者构建所述3D物体所需的时间，且小于5分钟、小于1分钟或者小于30秒。
3D物体可以包括主体区域和表面区域。在一些实施例中，根据计算机辅助设计(CAD)文件提供的数据沉积表面区域的构建材料，并且其中形成主体区域的构建材料被沉积使得每个所述打印头在指定时间段内被激活至少一次。在一些实施例中，通过根据CAD文件提供的数据选择的打印头沉积主体区域的构建材料的一部分，并且通过未根据所述数据选择的打印头沉积主体区域的构建材料的另一部分。在一些实施例中，打印头包括包含支撑材料的打印头和包含成型材料的多个打印头，并且激活包含成型材料的打印头中的每一个以形成一层主体区域。在一些实施例中，根据特定顺序激活包含成型材料的打印头中的每一个。在一些实施例中，所述特定顺序是连续顺序，使得被激活以形成一层主体区域的打印头仅在包含成型材料的所有其他打印头已被激活以形成一层主体区域时才被激活以形成另一层主体区域。在一些其他实施例中，特定顺序是随机顺序。
在一些实施例中，本发明的方法包括形成用于在打印期间支撑3D物体的支撑结构。在一些实施例中，通过分配成型材料的打印头沉积支撑结构的构建材料的一部分。在一些实施例中，在3D物体和支撑结构之外的位置处，例如，在打印托盘上没有打印3D物体的位置或在清洗台或在服务台处，沉积构建材料的一部分。
本发明的一个方面提供了一种计算机程序产品，包括具有计算机可读程序的非暂时性计算机可读存储介质，该计算机可读程序被配置为执行如上所述的方法。另一方面提供了一种3D打印系统，包括根据上面提到的权利要求所述的计算机可读程序产品。
本发明的一个方面提供了一种3D打印系统，包括控制器和包含一个或更多个喷嘴阵列的打印头，该打印系统被配置为通过逐层沉积构建材料来形成3D物体，其中控制器被配置为激活打印头中的每一个以在所述打印期间的指定时间段内分配构建材料至少一次。
在一些实施例中，控制器被配置为激活打印头的所有喷嘴、打印头的至少部分喷嘴或者打印头的喷嘴阵列。在一些实施例中，指定时间段是包括打印头的打印块在构建托盘上执行完整扫描或通过所需的时间、构建所述3D物体的一层所需的时间、构建3D物体的特定层数所需的时间(例如，特定层数等于或小于打印头的数量或喷嘴阵列的数量)或者构建所述3D物体所需的时间，且小于5分钟、小于1分钟或者小于30秒。
3D物体可以包括主体区域和表面区域。在一些实施例中，控制器被配置为根据CAD文件提供的数据激活打印头以沉积构建材料来形成表面区域，并且进一步被配置为激活打印头以沉积构建材料来形成主体区域，使得打印头中的每一个在指定时间段内被激活至少一次。在一些实施例中，控制器被配置为根据CAD文件提供的数据激活打印头以沉积构建材料来形成主体区域的一部分，并且进一步被配置为与所述数据无关地激活所述打印头以沉积构建材料来形成主体区域的另一部分。在一些实施例中，打印头包括包含支撑材料的打印头和包含成型材料的多个打印头，并且控制器被配置为激活包含成型材料的打印头中的每一个以形成一层主体区域。在一些实施例中，根据特定顺序激活包含成型材料的打印头中的每一个。在一些实施例中，特定顺序是连续顺序，使得被激活以形成一层主体区域的打印头仅在包含成型材料的所有其他打印头已被激活以形成一层主体区域时才被激活以形成另一层主体区域。在一些其他实施例中，特定顺序是随机顺序。
在一些实施例中，控制器进一步被配置为激活打印头以形成用于在打印期间支撑3D物体的支撑结构。在一些实施例中，控制器被配置为激活分配成型材料的打印头以形成所述支撑结构的一部分。在一些实施例中，控制器被配置为激活打印头以在3D物体和支撑结构之外的位置处沉积构建材料。在一些实施例中，所述位置是打印托盘上没有打印3D物体的位置或者清洗台和/或服务台。
在以下详细描述中阐述了本发明的这些、附加的和/或其他方面和/或优点，其可以从详细描述中推断出来和/或通过本发明的实践可学习。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管在本发明实施例的实践或测试中可以使用与本文所述的那些方法和材料相似或等效的方法和材料，但下文描述了示例性方法和/或材料。如果发生冲突，以专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和示例仅是说明性的，并不旨在必须进行限制。
实现本发明实施例的方法和/或系统可以涉及通过手动、自动或其组合执行或完成选定的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际仪器和设备，可以使用操作系统通过硬件、通过软件或通过固件或通过其组合来实现几个选定任务。
例如，根据本发明实施例的用于执行选定任务的硬件可以实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明实施例的选定任务可以被实现为由使用任何合适操作系统的计算机执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中，根据本文所述的方法和/或系统的示例性实施例的一个或更多个任务由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的诸如磁性硬盘和/或可移动介质的非易失性存储器。可选地，还提供网络连接。可选地，还提供显示器和/或诸如键盘或鼠标的用户输入设备。
附图简述
本文仅以示例的方式参照附图描述本发明的一些实施例。现在具体详细参考附图，要强调的是，所显示的细节作为示例并且用于本发明实施例的说明性讨论的目的。在这点上，结合附图的描述使本领域技术人员清楚可以如何实践本发明实施例。
在附图中：
图1是根据本发明一些实施例的3D打印系统的示意图；
图2是根据本发明一些实施例的由3D喷墨打印系统打印的3D物体的示意图；
图3是根据本发明一些实施例的在打印头之间进行切换的过程的示意图；
图4是示出根据本发明一些实施例的在一时间段内的打印头操作的示例的图示；以及
图5是示出根据本发明一些实施例的在打印头之间进行切换的方法的流程图。
发明的详细描述
以下描述中描述了本发明的各个方面。出于解释的目的，阐述了具体配置和细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，本发明可以在没有本文呈现的具体细节的情况下被实践。此外，众所周知的特征可能被省略或简化，以免模糊本发明。具体参考附图，强调所显示的细节仅作为示例且仅用于本发明的说明性讨论的目的，并且被呈现以提供被认为是对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述。在这点上，没有试图比基本理解本发明所必需的更详细地显示本发明的结构细节，结合附图的描述使本领域技术人员清楚本发明的几种形式可以如何在实践中体现。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明适用于可以以各种方式实践或执行的其他实施例以及所公开的实施例的组合。此外，应当理解，本文所采用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。
除非另有特别说明，从以下讨论中明显的是，应理解，在整个说明书中，使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“增强”、“推导”之类的术语的讨论指的是计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或过程，计算机或计算系统或类似的电子计算设备将计算系统的寄存器和/或存储器内用诸如电子量的物理量表示的数据操作和/或转换为计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的同样用物理量表示的其他数据。在某些实施例中，照明技术可包括可见范围内的电磁辐射、紫外线或甚至更短波辐射(例如x射线)，以及可能包括甚至粒子束。
根据本发明实施例，通过逐层沉积一种或更多种构建材料，以对应于CAD系统定义的物体的形状的图案，形成3D物体。术语“物体”指的是整个3D物体或物体的一部分。
物体的每一层都由增材制造系统形成，增材制造系统更具体地说是具有多个喷墨打印头的3D喷墨打印装置，通过这些打印头，根据物体的计算机图像在构建托盘或构建表面(例如，被打印的物体的前一层)上沉积构建材料的液滴。是否在给定位置沉积液滴以及在所述给定位置沉积哪种类型的构建材料的决定是根据当前正在打印的物体层的计算机图像并根据物体的所需特性来做出的。
每种构建材料从单独的打印头沉积，该打印头具有一个或更多个优选纵向的喷嘴阵列，用于材料的喷墨沉积。在一些实施例中，打印头可以具有多于一个喷嘴阵列，并且可以从同一打印头内的不同喷嘴阵列分配多于一种构建材料。
本文中使用的术语“构建材料”指的是两种主要类型的喷墨沉积材料：成型材料和支撑材料。成型材料通常是旨在形成3D物体的至少一部分以及可选的用于3D物体的一个或更多个支撑结构的一部分的材料，例如以提供具有更大强度的支撑结构。典型的成型材料通常能够自己形成3D物体，无需与另一种材料结合，或者可以与另一种材料结合以提供具有预定义特性的3D物体或3D物体的一部分。支撑材料通常是旨在形成用于在打印过程中支撑物体、物体的部分或物体的后续层的支撑结构的至少一部分的材料，例如，3D物体中的悬垂物(overhang)或中空物(hollow)。
成型材料、支撑材料和/或成型材料的组合和/或成型材料和支撑材料的组合通常在沉积之后被硬化或凝固，例如被固化，以提供被打印的层或3D物体。根据本发明实施例，通常被沉积的构建材料是可光固化材料，例如光聚合物，并且可光固化材料的固化是通过在液滴沉积之后暴露于UV光而进行的。如前述的3D打印的方法和系统对于增材制造领域的技术人员来说是众所周知的。
当使用多种不同的构建材料(例如多种不同的成型材料)打印3D物体时，尤其是对于冗长的打印作业(例如打印大型和/或复杂物体)，被打印的最终3D物体的所需几何形状或特性可能让一些打印头喷嘴或喷嘴阵列在打印过程期间相对较长时段处于不活动状态(例如，不沉积材料)，而其他喷嘴或喷嘴阵列在同一时间范围期间继续沉积打印所需的材料。当喷墨打印头(例如，喷墨喷嘴)处于不活动状态时，例如在系统操作期间(例如，在打印作业期间)空闲一段时间，例如由于UV光从打印表面反射回喷嘴阵列或由于在空闲喷嘴孔中和/或周围的灰尘积聚，喷嘴有被堵塞的风险。
当需要重新操作以前未使用的打印头时，喷嘴堵塞或阻塞使得需要在打印期间停止作业以进行打印头维护和/或校准，例如打印头清洗和/或擦拭程序，以及需要增加此类维护程序的频率(例如，对于频繁操作的打印头，每15分钟一次而不是每30分钟一次)。一般来说，反复堵塞会导致打印头寿命缩短和系统维护支出增加，例如由于经由喷嘴的材料清洗和/或打印头更换而累积的成本。
随着3D打印系统变得越来越大和越来越复杂，并且包括更多的打印头，用于更多的材料类型和更大的打印作业，预计一些打印头会有更长的空闲时段，因此重复的打印头喷嘴堵塞问题的严重性和频率预计会增加。
根据本发明实施例，提供了3D打印的系统和方法，其通过多个打印头逐层沉积构建材料，例如成型材料，以形成具有主体和表面层的3D物体，其中至少物体的表面层是根据被打印的3D物体的给定CAD模型沉积的。在沉积材料期间，本发明的系统和方法提供不同打印头之间的构建材料沉积的切换，以确保打印头中每一个在指定时间段(例如一分钟或更短)内操作至少一次，和/或操作原本空闲的打印头以在不影响最终3D物体的外观或特性的区域中(例如物体的主体内)沉积构建材料。
根据本发明实施例，提供了3D打印的系统和方法，其通过多个打印头逐层沉积构建材料，例如成型材料，以形成具有主体、表面层和一个或更多个支撑结构的3D物体，其中至少物体的表面层是根据被打印的3D物体的给定CAD模型沉积的。在沉积材料期间，本发明的系统和方法提供不同打印头之间的沉积的切换，以确保原本空闲的打印头中的每一个在指定时间段(例如一分钟或更短)内操作至少一次，用于在不影响物体的外观或特性的区域中的构建材料沉积，例如在沉积构建材料以形成物体的主体时和/或在沉积构建材料以形成物体的支撑结构时，这些支撑结构随后(例如在打印作业完成后)从被打印的3D物体中移除或分离。
根据本发明实施例，原本在打印作业期间闲置相对较长时段的打印头可以在3D物体的CAD模型和支撑结构不需要其操作或指定其操作的位置上操作。这种打印头操作和后续构建材料沉积在不影响所得3D物体的外部特征、质量和/或特性的区域中进行，例如3D物体的内部主体区域内的沉积、随后被移除(即，打印后与物体分离)的支撑结构内的沉积。
在另外的实施例中，可以操作原本空闲的打印头以将构建材料沉积在3D模型及其支撑结构的覆盖区(footprint)之外，例如，在打印托盘或表面上的另一个预定位置，从而确保打印头中的每一个在指定时间段(例如一分钟或更短)内操作至少一次。
在打印作业期间或之间所有打印头的频繁操作确保它们的持续可操作性并增加其寿命，同时不影响最终3D打印物体的质量。它还允许延长打印头维护操作之间的时间，并且通常减少打印头更换的需要和频率，进一步提高打印机的经济可行性。
图1是根据本发明一些实施例的3D打印系统100的示意图。3D打印系统100包括多个打印头72，其被配置为逐层沉积(例如，从墨盒60供应的)一种或更多种成型材料50并且由控制器102可控制。控制器102可以与3D打印系统100和/或其一部分相关联。3D打印系统100可以包括结合到打印组件或块70中的其他附加功能元件，例如紫外线(UV)固化灯74、辊调平装置76等。3D打印系统100可以包括用于附加材料(例如支撑材料40)的另外的墨盒和打印头。控制器102进一步被配置为在构建材料的沉积期间在打印头72当中进行切换，以便在指定时段内(在图4中由数字115示意性指示)操作打印头72中的每一个至少一次，以便防止打印头72和/或其打印头喷嘴由于其在其他打印头72被长时间使用的同时缺乏使用而堵塞。例如，控制器102和/或3D打印系统100可以被配置为将沉积至少一种第一成型材料的至少一个第一打印头与沉积至少一种第二相同或不同的成型材料的至少一个第二不同打印头进行切换，以在3D物体101的打印期间的任何时间，完成打印头中的每一个在指定时段内操作至少一次。
图2是根据本发明一些实施例的由3D打印系统100打印的3D物体101的高层次示意图。3D打印系统100包括多个打印头72，其被配置为逐层沉积一种或更多种构建材料并且由控制器102可控制，以形成包括表面层或区域90和主体区域80的3D物体。
在某些实施例中，CAD模型103可以被修改以包括在打印作业期间由原本空闲的打印头72执行的偶尔和/或周期性沉积110，以确保每个打印头72频繁或周期性地喷射，即使被打印物体不需要给定头中待喷射的材料且因此长时间不需要使用给定打印头。
例如，虽然控制器102通常被配置为根据给定CAD模型103、通过控制来自选定打印头72的选定构建材料的沉积73来形成表面90、主体80和可选的支撑结构(未示出)，但是那些不被需要来形成表面90、主体80和/或支撑结构的打印头72在CAD模型103定义的打印作业期间长时间保持空闲，因此空闲打印头的喷嘴很容易被来自打印表面的UV光的反射和/或在它们保持空闲的时间期间灰尘的积聚所堵塞。
在本发明实施例中，控制器103被配置为在打印头之间进行切换，以便在打印作业的过程期间间歇地操作这些空闲打印头，以沉积110构建材料到主体80中或支撑结构中，和/或在3D模型及其支撑结构的覆盖区之外的打印托盘上的预定义位置处。
图3是根据本发明一些实施例的在打印头72之间切换的过程的示意图。例如，一个或更多个打印头72可以在构建材料沉积73期间频繁操作以根据CAD模型103形成3D物体的表面层或区域90和主体80(例如，打印头72A用于沉积给定成型材料来形成3D物体的表面90)，而一个或更多个打印头72可以根据CAD模型103不那么频繁地操作(例如，打印头72B用于沉积另一种成型材料以形成表面的一部分和主体的一部分)，并且另外的一个或更多个打印头72根据CAD模型103的要求在打印作业期间很长一段时间内可能根本不操作(例如，打印头72C、72D)。在某些实施例中，控制器102被配置为在指定时间段115(在图4中由数字115示意性地指示)(例如小于5分钟、小于1分钟和/或小于30秒)内操作打印头72中的每一个至少一次。例如，打印头72B可以被操作为沉积成型材料以形成主体80，并且打印头72C和72D可以被周期性地操作为沉积构建材料110也形成主体80，即使从其沉积的材料并非必须由CAD模型103指定。
在某些实施例中，由打印头72A-72D沉积的不同材料可以是不同颜色的成型材料，如图3中以非限制性方式所示。在某些实施例中，由打印头72A-72D沉积的材料可以提供不同的成型材料，其具有不同的化学和/或机械特性。可选地，材料之一可以由多于一个的打印头72A-72D沉积，例如，相同的材料由多于一个的打印头沉积。
图4是示出根据如针对图3描述的配置的在一时间段内的打印头操作的示例的图示，其示出了在没有如本文所述的打印头的切换的情况下，按照被打印物体的CAD模型103所要求的，随着时间的推移且特别是在给定时间段115内，打印头72A-72D的相对操作和其缺乏。
在某些实施例中，可以通过在打印之前修改CAD模型来实现操作所有打印头，例如，在3D物体模型成为层的切片过程中修改CAD模型，以包括随机沉积，例如通过切换到可能原本在打印作业期间保持空闲一段时间的打印头72，“发射”或“喷射”来自不同打印头的不同材料形成主体80，而不管它们沉积的材料如何。
在一个实施例中，为了保持打印头的稳定性，可以修改CAD模型以定义主体内的切片，使得每个不同的打印头以每切片为基础进行操作，例如，每个打印头沉积整个主体切片，而不是从给定切片内的打印头单独发射液滴。因此，在一个实施例中，每个打印头(PH)将一个接一个地打印主体的一个或更多个切片。例如，使用两种成型材料(白色和黑色)打印的系统将在主体中打印白色成型材料的一个或更多个切片和黑色成型材料的一个或更多个切片。在这种情况下，打印头空闲时间为1*n*t，n是用先前材料打印的切片数，并且t是打印先前切片所花费的时间；对于使用7种成型材料打印的系统，每个打印头可以一次在主体中打印至少一个切片(PHI-一个切片、PH2-一个切片、......PH7-一个切片，然后是PHI-一个切片，以此类推)。在这种情况下，空闲时间应该是N*n*t，其中N是成型材料的数量，n是用一种材料打印的切片数，t是打印前N*n个切片的时间，取决于被打印物体的几何形状。在一些特定实施例中，对于每个打印头的空闲时间或多或少相等。例如，当由于被打印物体的几何形状，主体的给定切片具有较小的表面积时，被配置为打印小切片的打印头将比打印更大切片的另一个打印头打印更多的切片，使得空闲时间在不同打印头之间将保持相等。每切片打印头操作的配置和顺序可以通过在打印之前修改CAD模型来确定。或者，根据物体几何形状，可以在打印作业的过程期间确定每切片打印头操作的顺序。
在某些实施例中，通过在沉积主体80期间切换打印头72，可以在打印机级别处实现操作所有打印头，而无需预先修改CAD模型。
如上所述，在某些实施例中，除了支撑材料之外，打印头72可以被操作以将构建材料沉积在除主体80内之外的不同位置，例如，沉积到3D物体101的支撑结构中或打印托盘42上的指定位置上。在前一种情况下，可以在远离支撑结构和物体101之间的界面的支撑区域中进行沉积，例如在支撑结构的主体内，以避免支撑结构移除后对最终3D物体的表面外观和/或特性产生负面影响。在任何情况下，无论是在主体80中还是在支撑区域中沉积构建材料，都可以预先定义沉积区域，以免对表面特性(例如最终3D物体101的几何形状、精细细节、特性和/或颜色)产生负面影响。
图5是示出根据本发明一些实施例的示例性方法200的流程图。方法步骤可以针对上述3D打印系统100执行，该系统可以可选地被配置为实施方法200。方法200可以至少部分地由例如在计量模块中的至少一个计算机处理器实现。某些实施例包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有用其体现并被配置为执行方法200的相关步骤的计算机可读程序。某些实施例包括在3D打印系统100中，例如在控制器102中和/或在与其通信的外部模块中，实施方法200。方法200可以包括以下步骤，不考虑它们的顺序。
3D打印的方法200包括：通过多个打印头逐层沉积成型材料，以形成具有主体和表面层的3D物体(步骤210)，其中至少表面层是根据待构建3D物体的给定CAD模型沉积的(步骤212)，并且在沉积成型材料以形成物体的主体期间，在打印头当中进行切换以在打印作业期间的指定时段内操作打印头中的每一个至少一次(步骤220)。
在某些实施例中，给定CAD模型可以进一步涉及主体的至少一部分，并且方法200可以进一步包括，在物体主体的形成期间，将由给定CAD模型指定的某些打印头执行的一种或更多种构建材料的沉积替换为由其他打印头执行的构建材料的沉积，以完成在指定时段内的打印头中的每一个至少一次的操作(步骤230)，和/或在指定时段内操作打印头中的每一个至少一次(步骤232)。例如，在某些实施例中，方法200可以包括将采用黑色或白色成型材料的打印头替换为采用彩色成型材料的打印头(步骤234)，以完成在指定时段内打印头中的每一个至少一次的操作，和/或在指定时段内操作彩色成型材料打印头中的每一个至少一次(步骤236)。方法200可以包括在沉积不同成型材料的打印头当中进行切换(例如，将沉积至少一种第一成型材料的至少一个第一打印头切换为沉积至少一种第二相同或不同成型材料的至少一个第二不同打印头)，以确保打印头中的每一个在指定时段内的反复操作(步骤238)。成型材料在例如化学成分、颜色、机械特性等任何特征或特性方面可以不同，并且如果几个打印头被配置为沉积相同的构建材料，也会切换这些打印头以确保在指定时段内打印头中每一个的激活。在各种实施例中，指定时段可以是以下中的任一个：小于5分钟、小于1分钟和小于30秒。在一些实施例中，在打印块在托盘上扫描(或通过)期间，所有打印头被激活至少一次以沉积构建材料。在一些其他实施例中，所有打印头被激活至少一次以在同一层中沉积构建材料。在一些实施例中，通过使其所有喷嘴沉积构建材料来激活打印头。在一些其他实施例中，例如当选定的打印头具有多于一个喷嘴阵列时(例如，多通道打印头)，通过使至少一个喷嘴阵列沉积构建材料来激活打印头。
上面参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或部分图描述了本发明的方面。应当理解，流程图和/或部分图的每个部分以及流程图和/或部分图中的部分的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机的处理器或其他可编程数据处理装置以生成机器，使得通过计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现流程图和/或部分图或其部分中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该介质可以指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令生产制造品，且该制造品包括实现流程图和/或部分图或其部分中指定的功能/行为的指令。
计算机程序指令也可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以导致在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或部分图或其部分中指定的功能/动作的过程。
上述流程图和图示显示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或部分图中的每一部分可以表示模块、段或代码部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还需要说明的是，在一些可选的实施方式中，所述部分中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个部分实际上可以实质上同时执行，或者这些部分有时可以以相反的顺序执行。还应注意，部分图和/或流程图的每个部分以及部分图和/或流程图中部分的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
在以上描述中，实施例是本发明的示例或实施方式。出现的各种“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“一些实施例”并不一定都指相同的实施例。尽管可以在单个实施例的上下文中描述本发明的各种特征，但是也可以单独地或以任何合适的组合来提供这些特征。相反，尽管为了清楚起见，本文中可以在单独的实施例的上下文中描述本发明，但是本发明也可以在单个实施例中实施。本发明的某些实施例可以包括来自上面公开的不同实施例的特征，并且某些实施例可以结合来自上面公开的其他实施例的元素。在特定实施例的上下文中公开的本发明的元素不应被视为限制它们仅在特定实施例中使用。此外，应当理解，本发明可以以各种方式实施或实践，并且本发明可以在除以上描述中概述的那些实施例之外的某些实施例中实施。
本发明不限于这些图或相应的描述。例如，流程不需要通过每个图示的框或状态，或以与图示和描述的完全相同的顺序进行。除非另有定义，本文中使用的技术和科学术语的含义应如本发明所属领域的普通技术人员普遍理解的那样。虽然已经针对有限数量的实施例描述了本发明，但是这些不应被解释为对本发明范围的限制，而是作为一些优选实施例的例证。其他可能的变化、修改和应用也在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应由迄今所描述的内容限制，而应由所附权利要求及其合法等效物限制。

Claims (48)

1.一种打印3D物体的方法，包括：通过包括一个或更多个喷嘴阵列的打印头逐层沉积构建材料；以及激活所述打印头中的每一个打印头以在所述打印期间的指定时间段内分配构建材料至少一次。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从打印头的所有喷嘴沉积构建材料来激活所述打印头。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从打印头的至少一部分喷嘴沉积构建材料来激活所述打印头。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从打印头的喷嘴阵列沉积构建材料来激活所述打印头。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定时间段是包括所述打印头的打印块在构建托盘上执行完整扫描或通过所需的时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体的一层所需的时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体的特定层数所需的时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述特定层数等于或小于所述打印头的数量。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述特定层数等于或小于所述喷嘴阵列的数量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体所需的时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定时间段选自小于5分钟、小于1分钟和小于30秒。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3D物体包括主体区域和表面区域。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，根据由计算机辅助设计(CAD)文件提供的数据沉积所述表面区域的构建材料，并且其中，形成所述主体区域的构建材料被沉积使得所述打印头中的每一个打印头在指定时间段内被激活至少一次。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，通过根据由CAD文件提供的数据选择的打印头沉积所述主体区域的构建材料的一部分，并且通过未根据所述数据选择的打印头沉积所述主体区域的构建材料的另一部分。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述打印头包括包含支撑材料的打印头和包含成型材料的多个打印头，并且其中，激活包含成型材料的所述打印头中的每一个打印头以形成一层所述主体区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，根据特定顺序激活包含成型材料的所述打印头中的每一个打印头。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述特定顺序是连续顺序，使得被激活以形成一层所述主体区域的打印头仅在包含成型材料的所有其他打印头都已被激活以形成一层所述主体区域时才被激活以形成另一层所述主体区域。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述特定顺序是随机顺序。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括形成用于在打印期间支撑所述3D物体的支撑结构。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，通过分配成型材料的打印头沉积所述支撑结构的所述构建材料的一部分。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述3D物体和所述支撑结构之外的位置处沉积所述构建材料的一部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述位置是打印托盘上没有打印3D物体的位置。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述位置是清洗台或服务台。
24.一种计算机程序产品，包括具有计算机可读程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读程序被配置为执行根据权利要求1-23中任一项所述的方法。
25.一种3D打印系统，包括根据权利要求24所述的计算机可读程序产品。
26.一种3D打印系统，包括控制器和打印头，所述打印头包括一个或更多个喷嘴阵列，所述打印系统被配置为通过逐层沉积构建材料来形成3D物体，其中，所述控制器被配置为激活所述打印头中的每一个打印头以在所述打印期间的指定时间段内分配构建材料至少一次。
27.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为激活打印头的所有喷嘴。
28.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为激活打印头的至少部分喷嘴。
29.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为激活打印头的喷嘴阵列。
30.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述指定时间段是包括所述打印头的打印块在构建托盘上执行完整扫描或通过所需的时间。
31.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体的一层所需的时间。
32.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体的特定层数所需的时间。
33.根据权利要求32所述的3D打印系统，其中，所述特定层数等于或小于所述打印头的数量。
34.根据权利要求32所述的3D打印系统，其中，所述特定层数等于或小于所述喷嘴阵列的数量。
35.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述指定时间段是构建所述3D物体所需的时间。
36.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述指定时间段选自小于5分钟、小于1分钟和小于30秒。
37.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述3D物体包括主体区域和表面区域。
38.根据权利要求37所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为根据由CAD文件提供的数据激活所述打印头以沉积构建材料来形成所述表面区域，并且其中，所述控制器被配置为激活所述打印头以沉积构建材料来形成所述主体区域使得所述打印头中的每一个打印头在指定时间段内被激活至少一次。
39.根据权利要求37所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为根据由CAD文件提供的数据激活所述打印头以沉积构建材料来形成所述主体区域的一部分，并且其中，所述控制器被配置为与所述数据无关地激活所述打印头以沉积构建材料来形成所述主体区域的另一部分。
40.根据权利要求37所述的3D打印系统，其中，所述打印头包括包含支撑材料的打印头和包含成型材料的多个打印头，并且其中，所述控制器被配置为激活包含成型材料的所述打印头中的每一个打印头以形成一层所述主体区域。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，包含成型材料的所述打印头中的每一个打印头根据特定顺序被激活。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述特定顺序是连续顺序，使得被激活以形成一层所述主体区域的打印头仅在包含成型材料的所有其他打印头都已被激活以形成一层所述主体区域时才被激活以形成另一层所述主体区域。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述特定顺序是随机顺序。
44.根据权利要求26所述的3D打印系统，其中，所述控制器进一步被配置为激活打印头以形成用于在打印期间支撑所述3D物体的支撑结构。
45.根据权利要求44所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为激活分配成型材料的打印头以形成所述支撑结构的一部分。
46.根据权利要求44所述的3D打印系统，其中，所述控制器被配置为激活打印头以在所述3D物体和所述支撑结构之外的位置处沉积构建材料。
47.根据权利要求46所述的3D打印系统，其中，所述位置是打印托盘上没有打印3D物体的位置。
48.根据权利要求46所述的3D打印系统，其中，所述位置是清洗台或服务台。
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