CN1202131A - 形成三维物体和支撑的局部沉积成型的方法和设备 - Google Patents

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托马斯·A·凯赖凯什
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迈克尔·S·洛卡德
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Abstract

一热立体平版印刷设备中的操作数据的方法,其特点是数据表示为利于布尔运算的计算的多个起始/停止变迁。

Description

形成三维物体和支撑的局部 沉积成型的方法和设备
本发明领域
本发明是关于形成三维(3D)物体和在形成期间支撑这些物体的技术，较具体说是关于在快速成原型和加工(Rapid Prototyping andM anufacmring，R P&M)系统中应用的技术，更具体说是关于在热立体平版印刷术(Them al Stereolithography，TSL)系统、熔凝沉积成型(Fused D eposition M odeling，FDM)系统、或其它局部沉积成型(S elective D eposition M odeling，SD M)系统中所用的构成和支撑方法和设备。背景技术
近年来已可采用各种不同措施来实现自动或半自动三维物体产生即快速成原型和加工(RP&M)，其特点在于每一种措施均以描述由多个形成的和粘附的薄层以层叠状态形成的物体的3D计算机数据着手进行3D物体的建立。这些薄层有时被称为物体的断面、结构的层、物体层、物体的层或者简单地称做层(如果上下文清楚地表明它是指适当形状的凝固结构)。每一薄层表示此三维物体的一个断面。通常薄层被形成并被粘接到一叠先前形成和粘结的薄层上。在一些RP&M工艺中，已提出的技术不同于严格的一层一层地建立的过程，而是仅形成一起始薄层的一部分，并在此起始薄层的其余部分形成之前至少一后续薄层至少部分地被形成。
按照一个这样的措施，三维物体的构成是将未凝结的、可流动材料的相继的层施加到工作表面，然后以所希望的图案使这些层经受局部的协合激励，使得这些层局部地凝固成粘接到先前形成的物体薄层的物体薄层。在这一措施中，将材料加在工作表面上将不会成为物体薄层部分的区域和将成为物体薄层的部分的区域。这一措施的代表是立体平版印刷术(SL)，如U.S.专利NO.4575330(Hull)中所述。按照立体平版印刷术的一个实施例，此协合激励来自UV激光的射线，而材料是光聚合物。这一措施的另一例是局部激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，如U.S.专利No.4863538(D eckard)中所述，其中协合激励为来自CO2激光的IR射线，材料是可烧结的粉末。这种第一措施可叫做光基立体平版印刷术。第三例是三维印刷(Three-D im ensional Printing，3D P)和直接壳体形成铸塑(D imct ShellProduction Casting，DSPC)，如U.S专利No.5340656和5204055(Sachs等)中说明的，其中协合激励是化学粘合剂(如一种胶)，而材料是由局部施加化学粘合剂粘合到一起的颗粒构成的粉末。
按照第二个这样的措施，通过从材料板上顺序地切割具有所希望形状和尺寸的物体断面形成物体薄层来形成物体。通常在实践中，纸板在被切割之前被堆叠和粘接到先前切割的纸板上，但也可以在堆叠和粘接之前加以切割。这一措施的代表是分层物体加工(LaminatedObject M anufacmring，LOM)，如U.S.专利NO.4752352 (Feygin)中所述，其中材料为纸，将纸板切割成所希望形状和大小的手段是CO2激光。U.S专利5015312(Kinzie)也是讨论以LOM技术构成物体。
按照第三个这种措施，物体薄层的形成是将未凝固的可流动的材料以所希望图案有选择地沉积在工作表面上将成为物体薄层的部分的区域。在有选择的沉积期间或之后将此作选择性沉积的材料固化，以形成粘接到前面所形成和叠置的物体薄层上的后续物体薄层。然后重复这些步骤一层一层地连续地构成物体。这种物体形成技术可被称为局部沉积成型(SDM)。这种措施与第一措施间的主要区别是材料仅被有选择地沉积在那些将成为物体薄层部分的空间。这一措施的代表是熔凝沉积成型(FDM)，如U.S.专利No.5121329和5340433(Crump)中所述，其中，材料以可流动状态撒布在处于温度低于材料的可流动温度的环境中，再使水冷却后硬化。U.S.专利NO.5260009(Ponn)介绍了这种工艺的第二例。第三例是喷射颗粒加工(Ballistic Parhck M anufacturing BPM)，如U.S.专利NO.4665092、5134569和5216616(Maskrs)中说明的，其中，颗粒被定向到特定地点来形成物体断面。第四例是U.S.专利NO.5141680(Alm quist等)中所说明的热立体平版印刷术(TSL)。
在应用SDM(以及其他RP&M构成技术)时，用于生成实用的物体的各种不同方法和设备的适合程度取决于很多因素。由于这些因素一般不可能同时成为理想的，所以选择适当的构成技术及与之相关的方法和设备要涉及到取决于特定需要和环境的折衷。一些应考虑的因素包括有：1)设备成本，2)运行成本，3)生产速度，4)物体的精确度，5)物体表面光洁度，6)形成物体的材料性质，7)物体的预期的应用，8)为获得不同的材料性质作二次处理的可能性，9)应用的简易性和操作人员制约，10)所需或所希望的运行环境，11)安全性，和12)后时处理时间和力量。在这方面为更有效地构成三维物体，早就存在有必要能同时尽可能多地优化这些参数。作为第一个例子，在利用第三个措施SDM如上述(例如热立体平版印刷术)时有必要增加物体的产生速度而同时保持或降低设备成本。作为第二示例，早就存在着需要能应用于办公室环境中的低成本RP&M系统。
在SDM以及其他RP&M措施中，通常要求准确地形成和定位工作表面以便能精确地形成和布置外向断面区。最先的两个措施自然地提供在其上面能定位随后的材料层并形成薄层的工作表面。但由于第三个措施SDM不一定提供工作表面，而面临着准确地形成和定位随后的薄层的特别尖锐的问题，这些薄层含有例如包括在早先撒布的材料方向中的面向外的物体表面的那样区域的不完全被早先撒布的材料所支撑的区域。在后续薄层被置于早先形成的薄层之上的这样典型的构成处理中，对于物体的面向下的表面(薄层的面向下部分)这尤其成为问题。这一点可通过考虑到第三措施理论上只在那些将成为对应物体薄层的部分的工作表面的区域中沉积材料来理解。因此没有任何可能支撑出现在后续断面上的任一面向下表面的工作表面。如有关基于光的立体平版印刷术的但也可以应用于包括SDM的其他RP&M技术的面向下区域、以及面向上和连续的断面区域，在U.S.专利NO.534539l(Hull等)和NO.5321622(Snead等)中分别有详细介绍。在面向下区域中不存在有早先的薄层，因而不可能形成所要求的支撑功能。同样，未凝固的材料不可能实现支撑功能，因为按照定义，在此第三措施中，这样的材料通常不被沉积在将不会成为物体断面部分的区域内。因这一情况引起的问题可被称为“欠缺工作表面”的问题。
图1中说明此“欠缺工作表面”问题，它描述采用三维成型方法和设备构成的以数字1和2指明的二个薄层。如图示，置于薄层2上面的薄层1共有二个面向下的表面，以交叉阴影线表示并以数字3和4标明。采用上述的SDM措施，未凝固材料不会被放置进以数字5和6标明的直接位于面向下的表面之下的体积中。这样利用SDM措施就不会有用于支撑此二个面向下的表面的工作表面。
为解决这一问题已提出过数种解决方案，但迄今没有任一个是完全令人满意的。U.S.专利NO.4247508(Housholder)、NO.4961154、5031120、5263130、和5386500(Pomerantz等)、NO.5136515(Helmski)、NO.5141680(Almquist等)、NO.5260009(Penn)、NO.5287435(Cohen等)、NO.5362427(Mitchell)、NO.5398193(dunghills)、NO.5286573和5301415(Prinz等)建议或说明的一种这样的结构方案涉及到利用一种与构成物体所用不同的并可假定能易于与其分离(例如说借助具有较低熔点)的支撑材料来充满面向下的表面之下的体积空间。例如在图1方面，在用来形成面向下的表面3和4的材料被沉积之前将标以数字5和6的体积充以支撑材料。
利用二种材料(即构成材料和不同的支撑材料)的措施的问题在于，因为效率低、热消耗的要求、以及与处理和提供支撑、亦即第2种材料相关的开销而引起的高成本和麻烦。例如必须提供用于支撑材料的独立的材料处理和撒布机构。另外，还可能必须要有通过一单个系统来协同此二种材料的处理和递送的装置。
U.S.专利NO.4999143(Hu11等)、NO.5216616(Masters)和No.5386500(Pomerantz等)介绍的另一措施是由与构成物体所用材料同样的材料总体建立分隔支撑结构。这种措施产生了众多的问题。首先一个问题就是不能作成任意高度的支撑结构同时又要保证其能容易地与物体分离。其次遇到的问题是无法实现物体与支撑结构之间易于分离而在同时保持用于构成和支撑面向外的表面的有效的工作表面。第三个问题是不能以大致与物体聚集相同的速度在垂直于断面平面的方向(如竖直方向)上聚集支撑结构。第四个问题是无法保证容易地可分离性和最小地危害为在其上向支撑作为后续层的部分的面向下的表面而向必须将支撑(结构)置于其上面的向上的表面。第五项则在于希望增加系统生产率。
作举例说明，实现易于分离的任务就要求各支撑结构与物体所接触的表面区域尽可能地保持很小。另一方面，在Z方向以接近于物体聚集的速率聚集支撑的目标则要求各支撑的断面区域尽可能大来得到大的面积一周边比，由此来使得能有大的目标面积来弥补沉积过程中的任何不准确性和限制材料不作垂直积累而横向扩散的可能，从而能使由于溢出、扩散、脱靶等所引起的供在Z方向上积累材料的损失降到最小。
而为达到对面向下的表面的危害最小的目标则要求支撑间的隔开保持尽可能大以便能使得支撑与物体之间的接触面积最小。另一方面，为得到用于建立面向下的表面的有效工作表面的任务则要求隔开距离尽可能小。显然，同时实现这些目标是有抵触的。
这一问题在图2中进行说明，其中与图1相同的部件被标以相同数字。如图示，面向下的表面3通过柱状支撑7a、7b、和7c支撑，而面向下的表面4通过柱状支撑8a、8b、8c和8d支撑。柱状支撑7a、7b、7c相互隔开很宽以便减小对面向下的表面3的危害。而且它们各自还被构成为通过相对小的表面区域接触面向下的表面来增大隔离性。另一方面，由于它们很小的断面表面面积，它们有可能在垂直方向上无法以足够快的速度聚集来跟上物体的生长速率。而且由于它们距离很宽，它们可能无法提供用于建立和支撑面向下的表面3的有效工作面。
相反，柱形支撑8a、8b、8c和8d相互较接近以便能提供用于建立和支撑面向下的表面4的更有效的工作面。而且，每一个支撑被构成为具有较大的表面面积使它们能以接近于物体的生长速率增长。不幸的是，由于它们较接近的距离和较大的断面面积，这些支撑在它们被去除时将会造成对面向下表面的较大危害。
本说明为这一节中上述应用的所有专利均如被作详细说明的那样被用作为参考。附图及相关的专利和申请
这里所列的附录A提供在本发明某些优选实施例中应用的优选热立体平版印刷材料的细节。
这里所列的附录B提供一优选的SDM系统中的优选数据操作和系统控制技术的细节。这是同时提交的U.S.专利申请系列NO.08/——的和对应于3D系统大纲NO.USA143的复印件。
以下申请在此如详细说明那样结合作为参考。
申请日期   申请号     题目 状态
95.9.27  O8/534813 用于形成三维物体和支撑的局部沉积成型方法和设备 未决
95.9.27  08/534447 局部沉积成型系统中用于数据操作和系统控制的方法和设备 未决
95.9.27  08/535772 局部沉积成型材料和方法 未决
95.9.27  08/534477 局部沉积成型方法和系统 未决
按照热立体平版印刷术和某些热凝沉积成型技术，三维物体由被加热至可流动然后用撒布器分撒的材料逐层地构成。此材料可作为半连续的材料流由撒布器分撒或者也可以作为单个的液滴加以分撒。在材料被作为半连续流体分撒的情况中可以理解能容许较不严格的工作表面标准。U.S.专利NO.5141680中公开了早先的热平版印刷的实施方案，这里用作为参考。热平版印刷术因其能采用不起反应的、无毒的材料特别运用于办公室的环境中。而且，利用这些材料形成物体的处理无需涉及应用射线(如UV射线、IR射线、可见光/或激光射线)、将材料加热到易燃温度(如某些LOM技术中的沿截面燃烧材料)、活性化学制品(如单聚物，光聚合物)或有毒化学制品(如溶剂)、复制的割蚀机械，等等可能产生噪音或在误操作时造成严重危害的因素。而能代之以将材料加热到可流动的温度再局部地分撒材料并使之冷却来形成物体。
U.S.专利申请NO.08/534447是针对根据SDM/TSL原理的优选局部沉积成型(SDM)系统中应用的将3D物体数据变换成为支撑和物体数据的数据变换技术。这一参考申请还是针对后述的用于控制优选SDM/TSL系统的各种数据处理、数据控制和系统控制技术。还说明了用于SDM系统以及用于其他RP&M系统的某些替代数据操作技术和控制技术。
以上引用的U.S.专利申请NO.08/535772是针对这里所述的优选SDM/TSL系统所采用的优选材料。
U.S.专利申请NO.08/534477是针对优选SDM/TSL系统的某些细节。还谈到一些替换结构。
本申请的受让人，3D Syslems Inc，也是RP&M领域特别是该领域的光基立体平版印刷术部分中的许多其他U.S.专利申请和U.S.专利的所有者。这些专利揭示的内容可与本申请内容相结合来完善SDM物体形成技术。下列共同拥有的U.S.专利申请和U.S.专利在此如详细说明的那样结合作为参考：
申请号 主题 状态和/或专利号
08/484582 指明立体平版印刷术的基本组成 未决(4575330的D IV)
08/475715 说明SL中应用的各种重涂覆技术，包括能由许多注流孔作局部沉积的材料撒布器 未决(5358673的D IV)
08/479875 说明各种LOM型构成技术 未决(5104592的D IV)
08/486098 说明翘曲变形及各种减少此变形的技术 未决(5104592的D IV)
08/475730 说明用于取得断面数据的3D数据分片技术，该技术利用布尔层比较来定义向下、向上和连续区域。还介绍了初始CAD进行纠正宽度补偿和产生各种物体构型的技术。 未决(5192469的D IV)
08/480670 说明一早先的SL分片技术，包括向量生成和纠正宽度补偿。 未决(58430的D IV)
08/428950 说明SL中应用的各种构成技术，包括用于形成半固态和固态物体涉及的交替排序、向量交错和向量偏移的各种构成样式 未决WO 95/29053的源
08/428951 指明用于SL的多层同时纠正技术，包含在Z方向进行垂直区域比较以及纠正由于过矫正的错误的技术和执行水平比较以及水平浸蚀的技术。 未决(WO 95/29053的源)
8/405812 说明利用振动能的SL重涂覆技术 未决
08/402553 说明利用刮片和液平面控制技术的SL重涂覆技术 未决(5174931的D IV)
08/382268 说明数种SL重涂覆技术，包含为了形成下一层未凝材料利用喷墨来有选择地地撒布材料的技术 未决(PCT申请NO.US96/01451的源申请
08/148544 说明热立体平版印刷术的基本组成 5501824
07/182801 说明SL用的支撑结构 4999143
07/183015 说明为降低SL物体中的应力在物体中配置空洞 5015424
07/365444 说明集中的SL构成、净化和后期纠正技术 5143663
07/824819 说明大型SL设备的各种特点 5182715
07/605979 说明为增强SL物体表面光洁度的技术，包括采用与较厚结构层组合的薄填充层和弯月形平滑 5209878
07/929463 说明粉末涂覆技术以增强表面光洁度 5234636
07/939549 说明依靠平衡应力和皱缩区降低SL中的翘曲变形的构成技术 5238639
本发明概述
本发明实现可单独地或相组合地用来解决多个与构成和支撑利用局部沉积成型技术形成的物体有关的问题的多种技术(方法和设备)。虽然主要是针对SDM技术，但后面讨论的技术也可以不同方式(对阅读本说明的本技术领域熟悉人士将很显然)应用到上述其他的RP&M技术以提高物体准确度、表面光洁度、构成时间和/或后时处理力量和时间。而且，这里说明的技术还可被应用到采用一种或多种构成和/或支撑材料的局部沉积成型系统，其中一或多种材料被有选择地(局部地)撒布而一些其他的作非选择性撒布，以及其中可以采用或不采用升高的温度来协助所有或部分的材料的沉积。
这些技术可被应用到SDM系统，其中构成材料(例如涂料或墨水)为进行撒布而通过添加溶剂(如水、酒精、酉酮、涂料稀释液，或其它适合于特定构成的溶剂)制成可流动的，其中材料在撒布期间或之后通过去除溶剂加以凝固(例如通过加热撒布的材料、将材料撒布进部分被抽空(即真空)的构成容器内，或者简单地以足够时间使溶剂蒸发)。替换和/或附加地，构成材料(如涂料)在性质上可以是蚀变的，其中，材料上的协力的增加可被用来协助其撒布，或者此蚀变性可简单地用于协助材料在被撒布后保持其形状。替换和/或附加地，材料在性质上可以是反应性的(例如，光聚合物，热聚合物，一或二部分环氧材料，诸如前述材料之一与蜡或热塑性材料相组合的组合材料)或者至少在与其他材料(如熟石膏和水)组合时可凝固的，其中，在撒布后材料通过恰当地应用规定的激励(例如：热，EM射线(可见光、IR、UV、X射线等)，反应化学制品，二部环氧的第二部分，组合物的第二或多个部分)进行反应，从而构成材料和/或材料组合成为凝固的。当然，热立体平版印刷材料和撒布技术可单独地或与上述替代物组合利用。而且，可以采用各种不同撒布技术，例如由单个或多个喷墨装置包括但不限于热熔喷墨、泡沫喷射等，以及连续或半连续流的单个或多个孔挤压喷嘴或喷头来作撒布。
因而，本发明的第一目的是提供高精度的物体生成的方法和设备。
本发明的第二目的是提供借助控制物体形成期间的热环境来减少畸变地生成物体的方法和设备。
本发明的第三目的是提供借助控制材料如何撒布来减小畸变地生成物体的方法和设备。
本发明的第四目的是提供提高物体生成速度的方法和设备。
本发明的第五目的是提供能形成任意高度的物体支撑的支撑结构成方法和设备。
本发明的第六目的是提供能取得良好工作表面的支撑结构方法和设备。
本发明的第七目的是提供形成易于从物体的面向下的表面上去除的支撑结构的方法和设备。
本发明的第八目的是提供在从物体的面向下的表面去除时对该表面产生最小危害的支撑结构方法和设备。
本发明的第九目的是提供从物体去除支撑的方法和设备。
本发明的第十目的是提供以接近于物体的垂直建立速度的速度垂直地建立支撑的支撑结构方法和设备。
本发明的第十一目的是提供形成易于从物体的面向上的表面去除的支撑结构的方法和设备。
本发明的第十二目的是提供在从物体的面向上的表面去除时对该表面危害最小的支撑结构方法和设备。
本发明的第十三目的是提供用于生成与垂直的物体表面分离的支撑的方法和设备。
本发明的第十四目的是提供为增强物体形成可与其他RP&M技术相结合的支撑结构。
所期望的是上述目的可各自由本发明的不同方面来实现，以及本发明的另外的目的可对于上述独立的目的作各种组合以便能由组合技术得到组合的收益。
本发明的其他目的由此说明将会明了。
对附图的简要说明：
图1表明物体的面向下的表面；
图2表明支撑图1的面向下的表面的二种支撑结构；
图3为优选局部沉积成型/热立体平版印刷术系统的主功能部件图；
图4a和4b表明不同定向的扫描方向上图3的打印头的孔板；
图5为图3的平面详细图示；
图6说明孔板上的相邻喷嘴和相邻光删线间的相对空间；
图7说明定义系统数据分辨率的象素栅格；
图8说明光栅行定向的二垂直例；
图9表明副扫描方向中的沉积传播的二个示例；
图10a和10b表明主扫描方向的沉积传播的二个示例；
图11a和11b表明扫描行交错示例；
图12a和12b表明沿数扫描行的滴液地点交错的示例；
图13a和13b表明沿数扫描行的滴液地点交错的另一例；
图14表明单个的象素栅格状沉积模式；
图15表明形成一优选支撑结构的3×3柱支撑象素模式；
图16a-16d表明数种罩印方案；
图17a和17b表明在利用罩印技术时可能发生的误登记问题；
图18表明在图15的象素利用罩印方式曝光时所得到的沉积区；
图19表明柱支撑的替换象素模式；
图20表明混合支撑结构；
图21a和21b表明拱式支撑；
图22a-d说明构成物体期间沉积材料的交错实施例；
图23a-h说明采用水平和垂直象素偏移的构成实施例；
图24a-d说明降低被间隙分隔的区域发生桥接危险的沉积实施例；
图25a-e说明将物体分片、独立构成然后粘接到一起的构成技术；
图26表明优选二步光栅扫描和转位模式；
图27a-e表明工作表面与目标位置的不同组合；
图28a表示分叉支撑实施例的侧视图；
图28b表示分叉支撑另一实施例的侧视图；
图29a-e表示分叉支撑实施例的分叉层的顶视图；
图30a-m表示分叉支撑另一实施例的分叉层顶视图；
图31a-c表示分叉支撑另一实施例的分叉层的顶视图；
图32a-32d表示分叉支撑另一实施例的分叉层的顶视图。对优选实施例的描述
如前面讨论的，本申请是针对适宜于局部沉积成型(SDM)系统中所用的支撑技术和构成技术。特别是，优选的SDM系统为热立体平版印刷术(TSL)系统。此优选实施例的说明将以优选TSL系统的说明开始。此优选系统、数据操作技术、系统控制技术、材料组成和特性、和各种替换的更详细说明可见与此同时申请的先前引用和相结合的U.S专利申请NO.08/594813、08/534447、08/535722、和08/534477，以及3D大纲NOS.USA143。而且在多个前述结合引用的申请和专利中还讨论了替代系统，特别是那些引用作为可应用于SDM、TSL或熔凝沉积成型(FDM)或与其直接相关的替代系统。在这方面，后述的支撑结构和构成式样应被解释为可应用于各种SDM、TSL和FDM系统而不限于这里说明的系统例子。而且，如前指出的，这些支撑结构和构成样式在其他RP&M技术中具有实用性。
图3中说明用于执行SDM/TSL的设备的优选实施例。此设备包括撒布平台18、撒布头9(例如多孔喷墨头)，其中撒布头9被置于撒布平台18上，平面化器11和部分构成平台15。撒布平台18为一能支撑平面化器11和撒布头9的水平部件。撒布平台18通过耦合部件13可滑动地耦合到X单元12。此X单元12最好由一控制计算机或微处理器(未图示)控制，控制撒布平台18能在X方向即主扫描方向前后移动。
而且在平台18两侧安装有风扇(未示出)用于垂直向下鼓风以帮助冷却撒布材料14和部分构成平台15以便维持所希望的构成温度。其他适于安装风扇的方案和/或其他冷却系统包括(但不限于)用于将可蒸发的液体(如水、酒精、或溶剂)导向到物体表面的雾化装置，风扇安装在平面化器11与撒布头9之间的强制空冷装置，和安装在撒布平台之外的固定或移动风扇的强制空冷装置。冷却系统可包括有源或无源散热技术，它们可以是结合温度传感装置由计算机控制的，以维持早先撒布的材料在所希望的构成温度范围之内。其他的冷却措施包括(但不限于)在材料中混合有起黑体辐射器作用的物质，特别是以IR频率辐射的物质，以使得在构成过程中热易于从物体辐射。另外的措施还包括(但不限于)每隔数层对材料添加导电物质，对材料添加溶剂，构成带冷却通道的部分或带有作冷却用的埋置基片(例如交织线)，或构成在玻璃板或聚酯片上。
用于冷却材料或者至少将撒布材料维持在适宜的温度的其他实施例可以是利用在部分形成的物体上表面引导以温度调节气体(如空气这样的冷却气体)，如上面讨论的，但它们也可以附加包括从表面去除冷却空气的控制技术。这种技术可以是采用鼓吹和抽吸装置和交替放置鼓风管(气体进入管)和抽吸管(气体排出管)。这些管道使得在气体过度加热而降低有效的冷却速率之前去除冷却气体。在表面上引导的气体可被引入冷却状态，引入室温，或引入某些其他适宜温度。如作适宜地组构，这些交替的插入和去除导管使得能加快扫描速度从而能容许如支撑这样的脆弱结构的紊流或风的畸变。这些导管可被组构成提供与打印头运动相反的方向的空气流以此来降低与部分形成的物体接触的净风速。与个别管道相关连的鼓风或抽吸取决于打印头的运动方向可以被反向、开通或关断。
打印头9为市场供应的打印头被组构来喷射热熔墨水，例如热塑性的或腊状材料，和被修改用于三维成型系统，其中打印头经受前后运动和加速。打印头变型包括组构任何机载蓄能器以使得加速导致蓄能器中材料的最小位移。一优选实施例包含一96喷嘴市售打印头，型号No.HDS96i(Spectra Corporaton，Nashua，Hen Ham pshire)包含有蓄能器变型，打印头由一先前引用的U.S.专利申请No.08/534477中所述的材料封装和处理子系统(未图示)供给可流动状态的材料。在此优选实施例中，喷射头上的全部96个喷嘴在计算机控制下当各喷孔(即喷嘴)被恰当地置于撒布液滴在所希望的位置上时通过孔板10开始作局部喷射。实践中，每秒发出大约12000至16000条命令到各喷嘴，根据喷嘴位置和用于材料沉积所希望的地点有选择地命令每一喷嘴喷射(撒布液滴)或不喷射(不撒布液滴)。实践中，喷射命令还同时被发送到所有喷嘴。由于上面提到的打印头含有几乎100个喷嘴，上述喷射速率导致需要每秒发送接近1.2到1.6×106个发射命令到打印头。这样，打印头被计算机控制得使得有选择地喷射喷嘴使得它们通过孔板10中的一或多个孔同时发射出溶融材料的液滴。当然，将可看到在另一优选实施例中，可以采用具有不同数量喷嘴的打印头，可以有不同的喷射频率，以及在适当的环境下可能不同时地发射喷嘴。
为最有效地构成三维物体，首先希望所有喷嘴均是正确的。为保证所有喷嘴正确地喷射或至少要使正确地发射的喷嘴数量最大，可采用各种技术。一个这样的实施例是在每次形成薄层之后，检验喷嘴。此技术包含步骤：1)形成一薄层；2)以所有喷嘴喷射以在一张纸上打印数行测试模式来检查喷嘴；3)光学地检查(通过条码扫描等)喷嘴是否误喷射；4)清除喷嘴油污；5)去除刚撒布层的整体(例如采用后述的优选平面化器进行加工)；和6)利用包括被油污的喷嘴的所有喷嘴重新构成薄层。
第二实施例是具有下列优选步骤：1)形成一层；2)光学检查误喷射喷嘴；3)重新扫描本应由误喷射喷嘴形成的层上的行；4)在剩余的构成处理中停止使用误喷射喷嘴；和5)在弥补误喷射喷嘴同时扫描后续层(即以一工作喷嘴作额外通过以覆盖对应于误喷射喷嘴的行)。可选择地，周期检查误喷射喷嘴是否已重新开始起作用，如果是，此喷嘴即返回操作。另一选择是，使误喷射喷嘴通过再激活例行程序检查其是否能起功能作用。这可在构成处理期间或在对系统服务期间进行。作为另一替代方案，可由跟踪压电元件在发生喷射时的电气特性来确定一喷嘴是否正确喷射。
第三实施例可以是采用柔性部件从打印头底部扫清过剩的材料。这一实施例是在所有喷嘴喷射后以一被加热的橡胶(如VITON)刮板清扫孔板。最好将此刮板置于在其与孔板作相对运动相互通过时能与孔板相接触的位置，由此产生擦刮操作来从孔板上去除过剩材料而有助于复原任何不正常工作的喷嘴。另外最好将孔板和刮板配置成相互间有一角度使得每次它们相接触期间仅有孔板的一部分与擦刮相接触，由此来使得刮板加到孔板的力成为最小。
孔板10被安装在撒布平台18上使得材料液滴能从撒布平台18的下侧发射。此孔板10如图4a和4b中所示。在一优选实施例中，并如图4a中所示，孔板10(即孔的行)被安装成接近垂直于主扫描方向(X-方向)并由N＝96个可各自分别控制的孔构成(标以10(1)、10(2)、10(3)、......10(96)。每一孔设置以一压电元件，在当一电启动脉冲被加到此元件时即使得一压力波传过材料。此压力波促使从孔中发射一滴材料。此96个孔由控制计算机控制，以控制加到各个别孔的启动脉冲的速率和定时。参看图4a，此优选实施例中相邻孔间的距离“d”约为8/300英寸(约26.67m ils或O.677mm)。这样，采用96孔，孔板的有效长度“D”约为(N×8/300英寸)＝(96×8/300英寸)＝2.56英寸(65.02mm)。
为精确地构成一物体，打印头必须喷射得使液滴到达特定的“所希望的滴落地点”即液滴被指定要抵达的地点。此所希望的滴落地点按将物体描绘成一系列相互隔开的位置点的数据映象、或象素分布来确定。为使液滴到达所希望的滴落地点，打印头必须按“所希望的喷射地点”喷射液滴，或在一基于打印头至所希望的滴落地点的相对位置、打印头的速度、和被喷射后质粒的弹道特性的“所希望发射时间”喷射液滴。
实施例中，采用光栅扫描来将打印头9和孔定位在所希望的地点。各薄层的打印处理由打印头9与所希望的滴落即喷射地点之间一系列的相对运动完成。通常打印是在打印头9作主扫描方向的相对运动中进行的。随后常常是在一第二(副)扫描方向上作一很小的增量运动但不发生撒布，后面接着在主扫描方向作回程扫描同时进行撒布。此主扫描和副扫描的交替过程重复直至薄层被完全沉积。
优选实施例可以在主扫描进行期间作小的副扫描运动。因为通常在沿主和副方向的净扫描速度间存在很大差别，这种替代方案将仍然得到沿着接近与主扫描方向平行和与副扫描方向垂直的扫描线的沉积。再有的替代优选实施例可以采用向量扫描技术或向量扫描和光栅扫描技术相结合。
已发现，液滴在刚从喷嘴孔撒布出来时具有一与其宽度相比伸长的形状。此液滴长与宽之比可被定义为液滴的形态比。还看到这些液滴的形态比在离开喷嘴孔时变得较小(即它们在形状上呈更接进球面状)。
将会看到，在某些实施例中孔板10与工作表面之间的隔离最好足够大以使得由此射出的液滴当它们碰撞到工作表面时形状已成为半圆形的。另一方面还应理解，这种确定在碰撞前的打印过程期间液滴必须通过的距离的隔离应当最小以避免在行进时间增加时可能发生的准确性问题。实践中，已发现，当至少90％从孔板发射的液滴达到最好小于约1.3、更好小于约1.2、以及最好在约1.05与1.1之间的形态比(亦即由液滴宽被其长除所得的比)时这二个条件均可满意地满足。
即替代优选实施例中，打印头9可被安装在对主扫描方向的非垂直角度上。这一情形如图4b中所示，其中打印头9被安装在与主扫描方向(如“X”方向)成“α”角度。在这替换状况中，孔间的距离由d降到d’＝(d×sinα)及打印头9的有效长度降至D’＝(D×sinα)。当间距d’等于副扫描方向(接近垂直于主扫描方向的方向)上的所希望的打印分辨率时，此角度α即被作为“指导角”。
如果间距d或d’非所希望的副打印分辨率(即打印头不在指导角上)，则为了优化打印一层的效率，必须选择所希望的分辨率来使得d或d’成为所希望分辨率的整数倍。同样，在以α≠90°打印时，在主扫描方向上和在副扫描方向上一样存在喷嘴间的间距。这一间隙被定义为d”＝d×Cosα。这因此也要求将所希望的主方向打印分辨率选择为d”的整数因子时(这是假定喷射地点被定位于一矩形格中)优化打印效率。表明这一情况的另一种方法是，角度α被选择成使d’和/或d”在被适当的整数M和P除时产生所希望的主、副扫描分辨率。采用此优选打印头定向(α＝90°)的优点在于，它使得在允许主扫描方向上任何所希望的打印分辨率时均仍可维持最佳的效率。
在另外的优选实施例中，可采用端对端排列(在副扫描方向延伸)和/或背靠背地堆叠(在主扫描方向堆叠)的多个打印头。在背靠背堆叠时，打印头可在主扫描方向对准喷孔以使它们打印通过同样的行，或者将它们排成相互偏移来沿着不同的主扫描行撒布材料。特别是，可以使背靠背打印头在副扫描方向相互作所希望的光栅行间隔的位移以使得必须进行的主扫描次数最小。在其它优选实施例中，规定沉积布局的数据可以不由一矩形删格中组构的象数定位而是代之以某种其他模式(如偏移的或交错的模式)中组构的象素定位。较具体说，沉积位置可全部或部分地在层与层间改变，以便能根据欲喷射区域的细节对一整个层或一层的部分进行局部象素滴液位置的位移。
本优选打印技术具有的沉积分辨率在主扫描方向为每英寸300、600和1200滴和在副扫描方向为每英寸300滴。
参看图3和5，平面化器11包含一带纹理形(如被滚花的)表面的被加热的旋转(如2000rpm)滚柱18a。其功用是熔融、转位和去除前面撒布的材料层(薄层)，以便使之光滑，设定最后形成的层所希望的厚度，并将最后形成层的净上表面设置到所希望的水平。数码19指明由打印头刚刚沉积的材料层。旋转滚柱18a被安装在撒布平台中以使得它能从平台的下侧在Z方向上突出足够大小以便接触在所希望水平上的材料19。更重要的是此旋转滚柱18a被安装成能在被打印头或孔板的下侧清除的平面之下突出所希望的距离。在孔板自己在撒布平台18之下突出的情况中，旋转滚柱18a将在撒布平台18更下面突出。在一优选实施例中，在Z方向孔板下面的突出在0.5mm至1.0mm的范围内。滚轮伸到撒布平台18之下的范围是孔板10与工作表面之间的间距的决定因素。从而，在某些优选实施例中，最好平面化器11伸到孔板10之下的范围不与先前说明的关于液滴形态比的条件相抵触，其中在碰撞后90％的液滴已达到形态比最好小于约1.3，更好是小于1.2，而最理想的是在约1.05-1.1之间。
滚柱的旋转扫清图中以标号21指明的刚沉积的层的材料，剩留下其尾迹光滑的表面20。材料21粘接到滚柱的刻花表面并被位移直到它接触清除器22。如图示，清除器22被配置来从滚柱表面有效地“刮除”材料21。清除器最好从VTTON构成，虽然其他材料，例如能由滚柱表面刮除材料的TEFLONR也适用。最好此刮除器材料对液化的构成材料是非浸润性的并能足够耐久地接触旋转滚柱18a而不致太快地磨损。被清除的材料通过被加热的临时管道在吸力作用下被清除到残料箱(图中未表示)，在这里它或者被排除掉或者作循环使用。平面化器残料箱恒定地保持在真空之下以便不断地由平面化器滚柱清除材料。当此残料箱装满时系统自动反转真空数秒钟来将废弃材料吹出止回阀进入更大的残料槽。一旦净空后即恢复真空并继续由平面化器吸进残料。实践中，已观察到被撒布材料的接近10-15％被平面化器去除。虽然大部分优选实施例采用旋转、熔融和刮除相组合来进行平面化，但可以相信其他实施例可以利用这三部分中的任一个或它们中两个的任意组合。
在本实施方案中，滚柱18a在打印头作每一方向前后移动时单方向旋转(例如以约2000rpm)。在替代实施例中，滚柱18a可根据平台18在主扫描方向运动期间向前或向后清扫的方向作成在相对方向旋转。一些实施例可以包括滚柱18a的旋转轴是相对于打印头的定向轴为偏移轴的。在其他实施例中还可能采用多于一个的滚柱18a。例如，如果采用二滚柱，可使每一个以不同方向旋转，还可能作垂直定位以使得能在任一给定清扫期间选择一个参与平面化。
在采用单个打印头10和滚柱18a时，虽然每一次通过均发生沉积但仅在打印头每二次通过时产生一次有效的平面化(即平面化总是发生在同一方向)。在这些情况下，当扫清方向指向与一箭头由滚柱指向打印头同样的方向时发生平面化。换句话说，当清扫方向为使得在部件在主扫描方向经过该层时滚柱跟随打印头之后时即发生平面化。
其他优选实施例可利用单个滚柱，但利用位于滚柱两侧的一或多个打印头，以使得在二方向上清扫时产生有效的平面化。其他替换实施例可能解除打印头和平面化滚柱运动间的关系。这种隔离可能使平面化和撒布操作独立进行。这样的隔离可能使得打印头清扫方向(如X方向)与滚柱清扫方向(如Y方向)不同。这种隔离还可能使得在平面化步骤之间形成多层或沉积单个层的多行。
参看图3a，还表明部分构成平台15。图中以标号14指定的三维物体或部分在平台15上构成。平台15可滑动地配合到在计算机控制下可控制平台在Y方向(分度方向或副扫描方向)往复运动的Y构架16a和16b。平台15还配合到在计算机控制下能控制平台在Z方向作上下运动(通常在构成期间逐渐向下)的Z构架17。
为构成一断面、薄层、或部分层，Z构架用作使部分构成平台15对打印头9作相对运动以使部分14的最后构成断面位于打印头9的孔板10之下适当处。然后打印头9与Y构架16a、16b相结合促成对XY构成区域扫清一或多次(打印头在X方向前后清扫，而Y构架16a、16b在Y方向传送部分地形成的物体)。最后形成的断面、薄层(或物体的层)、和与之相关的任何支撑的工作表面限定了用于下一薄层的沉积的工作表面和与之相关的支撑。在XY方向传送期间，打印头9的喷嘴孔以登记方式相对早先撒布的层喷射来按所希望模式和顺序沉积材料以构成物体的下一薄层。在撒布处理中，被撒布的材料由平面化器11按上面讨论的方式去除。重复X、Y和Z运动、撒布、和平面化从而由多个局部撒布和粘结层来构成物体。而且，平台15在当撒布平台18的方向处于在完成一扫描后反向过程中时可在Y或Z方向转位。
在一优选实施例中，在形成一薄层期间沉积的材料具有等于或稍大于所希望的层厚度的厚度。如上述，沉积的过剩材料被平面化器的操作去除。在这些情况中，层间实际构成厚度不由每层所沉积的材料量确定而是由每层沉积之后平台所作的向下的垂直增量所确定。如果要求优化构成速度和/或使浪费材料量最小，则希望沉积过程中削除尽可能少的材料。材料的剔除越少，各薄层越厚而物体构成越快。另一方面如果使层厚、亦即Z增量太大，则至少与某些滴液地点相关的构成量将开始滞后于所希望的水平。这种滞后将导致实际的物理工作表面处于与所希望工作表面不同的位置，并可能导致形成不平整的工作表面。位置上的差异可能导致因飞溅时间长于预期的而引起液滴的XY错位，并进而可能导致物体外形的垂直错位这发生在实际工作表面错位时层的开始或结束。因此在某些实施例中希望优化垂直方向上层的增量。
为确定理想的Z轴增量，可采用一累加诊断部分。这一技术最好是构成逐步增大Z增量的一或多个测试部分的层，测量所形成的外形的高度，并确定怎样的Z增量能取得正确数量的形成厚度(即垂直累加)和怎样的Z增量使得形成高度滞后于所希望的量。可以预料，层增量(即Z增量)达到某一值(即最大可接受的值)将使得构成物体的水平等于层数与各层厚度的积所预定的水平。在层增量超过此最大可接受的值之后，物体的构成水平将会达不到层数与各层厚之积所预计的值。换句话说，诊断部分的上表面的平面化可能丧失(表明某些滴液地点可能接收足够的材料而其他的则不能)。检查此诊断部分，就可试验确定最大可接受的Z增量值。然后即可选择此最佳Z增量值作为这一最大可接受的值，或者可将之选择为稍低于这一最大值的某种厚度。由于知道不同的构成和支撑样式在垂直方向以不同的速率累积，可针对各个构成样式和支撑样式进行上述试验，由此而能选择对不同样式的组合的最佳Z增量，使其不厚于任一对各种样式个别地确定的最大值。
而且撒布头在跟踪一给定扫描时，可仅在通过此扫描行的一部分时保持基本恒定的速度。在扫描的其余部分，打印头9可以加速或减速。按照如何控制喷嘴的喷射，这可能或者不会引起在运动的加速和减速阶段过度构成的问题。在速度变更可能引起累积速率上的问题的情况下，可将该部分或支撑构成限定于打印头具有基本恒定速度的扫描行的部分。换言之，如对应于3D大纲No.USA143的同时递交的US专利申请中所讨论的，可采用一喷射控制方案使得能在扫描行的加速或减速部分准确的沉积。
如前面指出的，在某些优选实施例中，打印头9被指引来跟踪一光栅模式。图6中表明其一例。如图示，此光栅模式由一系列光栅行(或扫描行)R(1)、R(2)...R(N)组成，在X方向、即主扫描方向运行并沿Y方向(即转位方向或副扫描方向)布置(即隔开)。光栅行相互隔开距离dr，在一优选实施例中为1/300英寸(约3.3mils或83.8μm)。由于打印头9的孔相隔距离d，它如上面讨论的最好约26.67mils(0.6774μm)，并由于所希望的光栅行数可在转位方向延伸一大于孔板10长度的距离，约2.56英寸(65.02mm)，打印头9必须在工作表面上被通过数次以便能扫描所有所希望的光栅行。
这最好以下面的二步骤处理来完成。第一步，打印头9在主扫描方向在工作表面上通过8次，此时Y构架16a、16b在每次主扫描方向上通过一次之后即在副扫描方向上转位dr值。第二步，Y构架16a、16b转位相当于孔板10的长度(2.5600英寸+dr(0.0267英寸)＝2.5867英寸(65.70mm)的距离。然后重复此二步骤处理直到所有所希望的光栅行均被跟踪扫过为止。
在第一次通过时，例如说，打印头9可能被导向到光栅行R(1)(经由图4中的孔10(1))，R(9)(经由孔10(2))，R(17)(经由孔10(3))等等。Y构架16a、16b然后将被指引来在转位方向上移动构成平台18距离dr(一光栅行)。下一次通过时，打印头9可被导向到跟踪R(2)(经由10(1))、R(10)(经由10(2))、R(17)(经由10(3))等。再进行6次通过，每次通过之后Y构架16a、16b转位距离dr直至进行总共8次通过。
执行第一步之后(由8次通过构成)，如还有光栅行需要跟踪即进行第二步。第二步为使Y构架移动构成平台相当于孔板的全长10+dr，2.5867英寸(65.70mm)。如需要，执行包括第一步骤的另一组8次通过，其后跟随另一第二步骤。然后重复上述二步骤过程直至所有光栅行被扫完。
图26表明此二步骤处理的示例，其中打印头由二个喷嘴构成，此二喷嘴相互被分开8个光栅间距。以第一喷嘴被置于位置201和第二喷嘴被置于位置301开始进行断面扫描。扫描处理的第一步骤开始以分别由第一和第二喷嘴在被指定方向扫描光栅行211和311。作为第一步骤的部分，光栅行211和311的初始扫描后跟以如元件221和321指明的一光栅行宽的转位增量。继续作为第一步骤的部分，初始光栅扫描和转位增量后跟以由另6个一光栅行宽度转位增量(表明为元件对222和322、223和323、224和324、225和325、226和326、及227和327)隔开的另7个光栅扫描(表明为行对212和312、213和313、214和314、215和315、216和316、217和317、及218和318)。紧接扫描光栅行对218和318之后进行第二步骤处理，按照光栅行228和229的方向和长度将打印头作Y方向转位。此转位长度等于打印头宽度(即在此例中为8光栅行宽)再加一个光栅行的宽。在此大增量之后，重复第一步和第二步所需的次数来完成此特定的正形成中的断面的扫描。对本技术领域的熟练人员将很显然，此二步骤扫描技术也可在替代实施例中以其他方式完成。例如，第二步骤可以不由元件228和328所指明的Y中的正转位增量组成，而是由如元件330所指明的Y中的大的负增量组成(即3打印头宽减去1光栅行宽)。
此优选实施例可概括为包含以下特点：1)转位方向上相邻喷嘴间的间隔为在接近垂直于转位方向的打印方向中延伸的相邻沉积行间的所希望的间隔(dr)的整数(N)倍；2)第一步骤包括执行打印方向中的多次通过(N)，其中每一次通过在转位方向上偏移相邻沉积行间所希望的间隙(dr)；和3)第二步骤包括在转位方向使打印头9偏移一很大的量以使得喷嘴能在另外的通过中沉积材料，其中相继的通过被一光删行转位增量分隔，此后在需要时将作另一大的转位增量。在大多数优选实施例中，第二步骤的转位量将等于第一喷嘴与最后喷嘴间的间隔加相邻沉积行之间的所希望间隔之和(即N×J+dr，其中J为打印头9上的喷嘴数)。
如上例指出的，其他的第二步骤转位量也是可能的。例如，负第二步骤增量(与第一步骤中所用的转位增量的相反方向)等于打印头宽度加相继喷嘴间宽的二倍之和减一光删行间隔的宽。在另外的实施例中，可能利用改变或在正、负值间往复交替的第二步骤转位量。在这些实施例中第二步骤增量值具有共同特征，大于第一步骤中所用的个别转位量。
在其他优选实施例中可采用另外的单个或多个步骤转位模式。转位方向增量可一般作成包含具有Y轴上负的和正的移动双方。这可由扫描最初被跳越的光删行来完成。这将在涉及到被称为“隔行扫描”的技术中进一步讨论。
在某些优选实施例中，墨水喷头的喷射由保持在控制计算机或其他存贮装置中的矩形位映象、即象素位置进行控制。此位映象由一存贮器单元网格组成，其中每一存贮器单元对应于工作表面的象素，以及其中此网的行在主扫描方向(X方向)延伸而网格的列在副扫描方向(Y方向)延伸。行(沿Y方向的间隔)的宽(行间距离)可能与列(沿X方向的间隔)的宽(或长度或之间的距离)不同，要求在X和Y方向可存在不同的数据的分辨率。在其他优选实施例中，在一层中或层之间可能存在不均匀大小的象素，其中象素宽或长之一或两者随象素位置而改变。在另一些其他优选实施例中，另外的象素排列模式也可能。例如相邻行上的象素在主扫描方向可以位移象素间的间隔的部分值以使得它们的中心点不与相邻行中的象素的中心点对准。此部分值可以是1/2以便它们的中心点与相邻行的象素边界对准。它可以是1/3、1/4或一其他的值以使得能在象素模式再次在后续层上重排列之前有二个或更多的中间层。在另外的替代中，象素排列可取决于被撒布的物体或支撑结构的几何形状。例如，当在形成一被认为桥接支撑柱之间的间隙的支撑模式的部分或在当形成一物体的面向下的部分时可能希望位移象素排列。这些和其他的替换象素排列方案可通过修改象素组构、或者定义较高分辨率象素配置(在X和/或Y中)并利用不在每一象素地点喷射而是在可能按照所希望的随机的、预定的或物体偏置模式而变化的被选择的隔开的象素地点喷射来实现。
主扫描方向的数据分辨率可按主方向象素(Main DirectionPixes，MDP)定义。MDP可由象素长度或由每单位长的象素数量来描述。在一些优选实施例中，MDP＝300象素/英寸(26.67m ils/pixel或677.4μm/pixel)。在其他优选实施例中，MDP＝1200pixel/inch。当然，按照希望可采用任何其他MDP值。同样，副扫描方向中的数据分辨率可按副方向象素(Secondary D irection Pixels，SDP)定义，而SDP可由象素宽或由每单位长度象素数量描述。在某些优选实施例中SDP＝MDP＝300pixel/inch (26.67mils/pixel或677.4μm/pixel)。SDP可以等于或不等于光栅行间的间距，而MDP可以等于或不等于沿各光栅行的相继滴液地点之间的间隔。相继光栅行间的间隔可被定义为副滴液地点(Secondary Drop Location SDL)，而沿各光栅行的相继的滴液地点间的间隔可被定义为主滴液地点(MDL)。与SDP和MDP相似，SDL和MDL可按每单位长的滴液或滴液间隔定义。
如果SDP＝SDL，沿副扫描方向数据和滴液地点间存在着一一对应的关系，及象素间距等于光栅行间距。如MDP＝MDL，沿主扫描方向数据和滴液地点间存在一一对应的关系。
如果SDL和/或MDL各自大于SDP和/或MDP，则需要喷射比数据多的滴液，从而各象素将必须被用来控制多于一个液滴的喷滴。这些额外液滴的撒布可由相继象素的中心之间的中间点撒布液滴(即中间滴液“ID”)或者直接在象素中央顶部(即直接滴液，“DD”)来进行。在此二种情况下这种技术称之为“罩印”，并导致较快的材料构成并缓和包括最大扫描速度和加速度的机械设计的限制，因为在较慢地移动打印头和/或物体时能进行同样的Z向构成。图16a～16d表明ID罩印与非罩印即DD罩印中的差异。图16a表明在打印头在方向64上运动时单个液滴60被沉积而且相应的凝固区62围绕它。另一方面，图16b表明打印头在方向64上运动时同一区域被处理但是采用ID罩印技术，其中与单个数据点相关地沉积二滴液60和66。为此二滴液充满的沉积区表示为区68。图16c表示对4滴液ID罩印方案的类似情形，其中滴液被标以数码60、70、66和72，沉积区被指明为76，及其中扫描方向仍然表明为64。图16d表明对一象素行78、80、82、84、86和88的类似情况，其中数码90表明无罩印的沉积区的长度，及数码92表明当采用4个滴液ID罩印技术时的沉积区长度。以上可总括地说ID罩印将约1/2至1以下的附加象素长加到采用它的任何区域。当然，采用的罩印液滴越多，象素区的垂直生长就越多。
如果SDL和/或MDL各自低于SDP和/或MDP，滴液将在少于存在的数据的地点喷射，至少对于打印头一约定的通过。这种数据情况可被用于实现上述的位移象素和/或非均匀大小象素技术。
图7表明一N行M列的网格。如图示，网格中的行被标以R(1)、R(2)、...R(N)，而网格中的列被标以C(1)、C(2)、...C(M)。并表示由象素组成此网格。它们标以P(1、1)、P(1、2)、...P(M、N)。
为构成横断面，首先以代表所希望断面(以及希望构成的任何支撑)的数据装载位映象。假定如某些优选实施例那样，采用单一的构成和支撑材料。如果希望在一给定象素地点沉积材料，则对应于该地点的存贮器单元被适当地加以标记(例如标以二进制“1”)而如果无材料要沉积即采用相反标记(例如二进制“0”)。如采用多种材料，对应于沉积地点的单元被适当地加以标记以指明滴液位置地点以及要沉积的材料类型。为便于作数据处理，可将定义物体或支撑区域的压缩数据(例如同时提交的对应于3D系统大纲No.USA.143的U.S.专利申请No.——中说明的定义沿各光栅行的通-断位置点的RLE数据)与欲被用于特定区的一填充模式说明(例如象Docket USA 143中说明的STYLE文件信息)进行逻辑运算以推出用于使撒布喷嘴喷射的最终位映象表达式。喷嘴的实际控制可由随后被修正的位映象管理，此映象含有已作时滞的或被修改的数据以使得能使更有效的数据传递到喷射控制系统。这些内容在基于3D系统大纲号USA.143的U.S专利申请中有进一步说明。然后构成网格的光栅行以先前讨论的状态分派到各个别孔。特定的孔被引导到对应于所希望滴液地点或象素位置的喷射位置，根据位映象中对应单元如何被加以标记进行喷射或不喷射。
如以上讨论的，打印头9能以许多不同分辨率沉积液滴。在本发明的某些优选实施例中，SDP＝SDL＝300象素和滴液/英寸。在一些优选实施例中还能在MDP保持固定时使MDL能取三个不同值：1)MDL＝300滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸；2)MDL＝600滴液/英寸，和MDP＝300象素/英寸；或3)MDL＝1200滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸。当MDL与MDP之比大于1时，在象素的中心之间的中间位置进行各象素的额外滴液(ID罩印)。用当前的优选打印头和材料，各滴液的体积约为80至100微微升，这大致生成具有2mil(50.8μm)直径的滴液。以当前的优选打印头，喷射的最大频率大约为20KHz的喷射频率，在允许极限范围内。
在某些优选实施例中，构成样式分别由易于数据操作、传输和存贮器加载的物体数据定义。在这方面，如以上指出的。描述物体的数据与描述构成样式的信息逐个象素地作逻辑处理到一起(如相交叉地)，以生成任何给定地点的象素到象素的沉积模式表述。例如，如果一完整的固定模式要在二次通过中撒布(例如二步骤模式)，物体数据将首先与表示欲作滴液沉积的象素部分的第一构成样式模式作逻辑处理(如相交叉)(或者为便于术语说明，可与光基立体平版印刷术中所用的局部固化类似地称为“暴光”)。所得的修正象素数据然后即可被用来控制喷嘴喷射。接着将物体数据与互补的构成样式模式进行逻辑处理(如相交叉)，以生成用于控制喷嘴的第二喷射的修正象素数据。在另外的优选实施例中，物体数据和支撑数据可根据其偏转被直接相关化为构成样式数据。在另外的优选实施例中，构成样式信息还可能包含象素位移信息，象素大小信息，罩印信息，用于在各象素地点沉积的扫描方向优选，平面化方向和旋转优选等。这里所述的构成样式增强系统性能是因为：1)提高构成速度；2)增加所形成物体的准确性；3)增加表面光洁度；4)减少物体中的应力和/或物体的畸变；或5)这些中的一个或多个的同时组合。
局部沉积成型系统的一个重大问题是保证材料沉积的可靠性，特别是实现沉积断面的均匀厚度。另一个问题是实现所有构成样式的均匀厚度。在墨水喷嘴系统中，这一可靠性问题可能呈现误喷射或无喷射喷嘴的形式。在一多喷嘴系统中，问题还在于喷嘴喷射方向的非均匀性，喷嘴间的撒布量的非均匀性，和在较少程度上，由一单个喷嘴撒布量在时间上的非均匀性。
断面厚度的非均匀性问题也可能是上述其他现象引起的。作为一例，在一液滴离开一喷嘴时，在此液滴达到工作平面之前有一个漂落时间。当离开喷嘴时，液滴以一初始向下速度分量射离喷嘴，但由于喷嘴在主扫描方向上运动，此液滴还具有一水平速度分量。一旦液滴离开喷嘴它就经受各种外部和内部的力，包括重力、粘滞曳力和表面张力。这些初始条件和力将导致的结果是，液滴可能，而且很可能将不直接落在它被发射的位置下面的工作表面上。而是此液滴将在稍稍偏离此理论滴液点的某处着陆，通常在打印头行进的方向。换句话说，喷射地点与撞击(滴落)地点将不会有相同的XY座标，而是相互之间有位移。所发生的水平距离的位移取决于上述因素但也取决于在每一水平地点上孔板10与工作表面的垂直位置(例如“Z”位置)之间的距离(如X和/或Y位置)。如上面指出的，垂直位置的变化可能因多个原因产生。例如，变化可能因一断面的不同部分之间在几何形状上的不同而产生(多或少的材料喷撒导致沉积厚度的大或小)。另一例是，变化可能因对一给定空间模式的沉积的暂时排序而引起(先前在一相邻象素地点沉积的材料可能限制材料在该方向上的撒播)。
如前面指出的，实现本发明的优选系统利用平面化来使各个沉积的断面达到均匀厚度，其中净层厚度由二连续层的平面化水平之间的Z-水平差得到。从而，如果希望平面化步骤形成一完全平滑和均匀地平整的层，平面化之间的Z增量必须为或低于整个层上每一点的最小沉积/构成厚度。如果一喷嘴喷射很弱(或不喷射)，最小厚度构成可能导致净层厚度远小于(即接近零或为零)所希望值，并因此需要比所希望的长得多的构成时间。其他优选实施例可以是对断续的层而不是每一层作平面化。例如可以对每二个、三个或更多间隔的层作平面化。另外，可以根据物体的几何形状来确定哪一层或层的部分作平面化。漂落时间校正
如上面指出的，保证液滴达到工作表面上所希望位置的一个困难是液滴在漂落中的时间(即液滴的漂落时间)。如果此漂落时间总相同以及如果偏移的方向和偏移量总相同就不会存在漂落时间问题，因为只有喷射座标与沉积座标间的位移有用。但是，在形成三维物体时通常希望打印头在正、负主扫描方向两方行进时均喷射材料(甚至包括例如交替主和副扫描方向的定义)。这导致由于在不同方向(如相反方向)上发生相对运动而产生的扫描之间的偏移方向中的变化(如偏移方向逆转)。这一问题可容易地通过使得在打印头实际到达刚好在所希望位置地点的上方点之前发生喷射信号来解决。这种对喷射时间的校正被称为“漂落时间校正”。漂落时间可利用一应用到在各方向分别扫描的校正因子来校正，或者可采用一单个校正因子来使从一扫描方向的沉积进入以另一方向进行的未校正扫描的注册。漂落时间校正可由多种方法实现。一种途径例如是在各光栅行的开头定义初始喷射地点(X位置)，该初始喷射地点将被用来对沿此光栅行上所有其他象素设定喷射地点。
图27a～27e表明喷射地点、滴液地点、和漂落时间之间的关系，其中同样部件标以同样数码。图27a表明喷射位置404a和404b两者均与所希望的滴液位置402相一致(即不利用漂落时间校正因子)的情况。部件404a表示打印头在以部件406a表示的正X方向通过时的喷射地点，而部件404b表示打印头在以部件406b表示的负X方向通过时的喷射地点。部件408a和408b分别表示液滴离开喷射地点404a和404b后所经过的标称通路。此标称通路408a和408b指引液滴到实际滴液地点410a和410b，在此液滴撞击表面而形成撞击的液滴412a和412b。所发射液滴的交点(即焦点)在双方向扫描时被标明为号码414。由整个层的交点所定义的平面可称之为焦平面。部件416a和416b表示关于在喷射地点和所希望的滴液地点之间的X位移的漂落时间因子。实际滴液地点是否与所希望的滴液地点相符合确定校正因子的合适性。图27a中可以看到，液滴在偏离的方向移动以及撞击液滴不与工作表面重叠，导致材料在Z方向最小的构成和不准确的XY位移。图27b表示采用很小的漂落时间校正因子416a和416b的情况，导致焦点位于所希望工作表面之上并导致与图27a中所示的相比撞击液滴412a和412b相距更接近。如果漂落时间校正较大，则由于撞击液滴412a和412b重叠或叠加，Z构成将增大。图27c表示的情形是，采用的漂落时间校正因子导致撞击液滴412a和412b的最准确的位移(假定撞击液滴412a的厚度小于滴液距离418，而且不一致角度不太大)。如果最佳漂落时间校正是基于最大的Z叠积，则图27c即表明此最佳情况。图27d表示的情形是，漂落时间校正因子416a和416b稍大于图27c中所采用的那些，但仍然导致基于二液滴的重叠的Z累积。液滴的X方向位移仍然相当准确，而撒布的焦点414较低于所希望的工作表面(和实际工作表面)。图27e表示的情形是，采用更大的漂落时间校正因子使得Z累积能被降至一最小量，而此时焦点更低于所希望的工作表面。
如果忽略曳引和重力对漂落时间的作用，漂落时间校正值(时间)将等于孔距工作表面的相隔距离(长度)除以液滴撒布的向下速度(长度/时间)。但认为曳引是一重要因素。例如，在某些优选实施例中打印头扫描速度接近13英寸/秒，从孔板至工作表面的距离近似0.020英寸，并认为初始垂直喷射速度在200～360英寸/秒的范围内。如果忽略曳引或其他摩擦力，在这样的初始条件下，预计喷射地点与滴液地点之间的位移将约为0.8至1.3mils。但在这些条件下，实际上观察到的喷射地点和滴液地点间在主扫描方向上的位移约为2mils。
设法在双方向扫描时在单个X地点沉积液滴并重复以不同的校正值进行此试验直至二液滴在同一点着陆，这就能容易地试验确定合适的校正值。如以上指出的，在某些优选实施例中，最合适的漂落时间校正值是液滴击中相同位置的那一个。按照上例，如忽略曳引力，预计漂落时间校正因子接近为60～100μs。实践中发现校正因子接近于150～200μs将更合适。
在另外的优选实施例中，最佳漂落时间校正因子不是被设为产生最准确的命中目标的值(即焦点不是在工作表面上)而是代之以被设定为产生最准确地命中在实际工作表面之下某一距离(即焦点位于工作表面之下)。这些实施例可被称为“表面外命中”实施例。在这种意义上说，最准确的命中被认为是发生在垂直叠积速率最大时而且多半是在X位置被最精确地撞击时。图27d说明这些表面外命中实施例的命中示例。这些表面外命中实施例被认为是对不采用额外的用于将所希望的和实际的工作表面保持在同一水平的部件来产生构成时特别有用(例如没有平面化器或没有表面水平检测装置和调机构或配置等的附加部件)。
这些表面外命中实施例的一个特点是Z累积是自纠正的、或自补偿的。只要相继层的沉积间的Z增量在一适当的范围内，而且沉积模式使得能不仅仅垂直累积而且还能作撒布材料的水平扩散，则在一层上的过量的Z累积就会使一或多个后续层上的Z积累减少，而使得净累积将焦点保持在实际工作表面之下某处。另一方面，同样只要连续层的沉积之间的Z增量在一适当范围之内而且沉积模式使得能还仅垂直累积而且还能作撒布材料的水平扩散，则在一层上很小的Z累积造成一或多个后续层上的Z累积增加，由此使净累积将焦点保持在实际工作表之下某处。此优选的Z增量范围在下面进一步讨论。
这种自校正特性可由研究和比较图27c、27d和27e得到了解。在开始沉积时(如在平台上)选择漂落时间校正因子以使得焦点低于实际工作平面某处，如图27d中所示(亦即，应将焦点设置在一适当位置以使得图27c和图27e中所示情况不会发生)。如在形成第一层时对所采用的给定Z增量的沉积材料太少，则实际表面将低于此被改变位置的焦面(但只要Z增量不太大将仍然会高于它)。这导致在形成下一层时的更理想的聚焦沉积，这进而导致如图27c中所示的沉积厚度上的增加。如果由沉积第二层得到的净叠积依然太低(与所作的二Z增量相比)，则下一层在被沉积时将具有较原始表面更接近理想的焦平面的实际表面。这一更接近优化定位的方法导致增加的Z叠加以再次驱使净叠加的厚度朝向Z增量所需的厚度。另一方面，如果由沉积第二层得到的净叠积大于被二Z增量所要求的时，实际工作表面将进一步离开焦平面，并在形成下一层后将发生较少的Z累积，由此驱使净累积到达Z增量所要求的量。这是图27e中表明的情形。
当焦平面适当地低于实际工作平面，当Z增量值被适当地选择以适当地匹配沉积速率，并当物体/支撑被以非固体状态形成(不是全部象素位置均被直接沉积)时，系统被稳定化以及支撑及物体均能以准确的垂直尺寸形成而不明确地需要一平面化器。当然在希望时仍可利用平面化器。为最佳地运行这些实施例，最好此Z增量应被选择在最佳命中的期间每层所累积的平均量(如图27c)与在不发生重叠时累积的平均量(如图27e)之间。而且最好层的厚度要大大低于最佳聚焦平面(如图27c)与不再发生重叠处的平面(如图27d)之间的距离。
如以上指出的，在某些实施例中物体可被形成为使得材料的区域能根据命中优良水平不仅垂直累积，还作水平扩展，由此使得能作Z累积自校正。一个这样的实施例可以是将物体形成为整体层和方格盘层交替的组合。另外的这种实施例可以是形成整体面向外表面和方格盘，偏移方格盘，或内部物体区域的其他开口结构。其他的适当的构成模式可由构成和分析测试部分根据根据经验确定。
在某些这种偏移表面命中实施例中，将大多数优选初始目标表面/焦平面位置选择成接近于图27c和27e中表明的情况的中央。实现这一点的一种方法是忽略设想的焦点而集中于漂落时间值上。漂落时间校正值可选择成使它们大于最佳漂落时间校正值(如上讨论的)且低于生成紧邻但不重叠(不叠置的)撞击区的漂落时间校正值。最好此被选择的漂落时间值取接近此二极限值的平均值。
某些偏移表面命中实施例可被用来同时形成不同的物体部分和/或支撑，以使得在任一给定层形成后它们的上表面有意成为不同的高度。这些不同高度实施例可能得益于采用象SMLC技术这样的数据管理技术，如先前引用的US专利申请No.08/428981以及某些其他先前引用的US专利和申请中所讨论的。
除上面提出的漂落时间的问题外，还引起可利用修正的漂落时间校正因子进行校正的问题。例如，在利用ID罩印技术来促使更多构成时，在被作反方向扫描的扫描行上的结构细节将失去准直，因为此结构细节在一行上将向一方向延伸而在另一行上向其他方向延伸。这种情形如图17a和17b中所示。图17a说明各自属于在方向64和104上行进的扫描行的二点60和100。区域62和102分别表明与点60和100相关的沉积材料的范围。图17b表明利用4次罩印(即每象素4个液滴沉积)发生喷射处的相同点60和100。沉积的范围分别以数码76和106表示。可以看到，由于不同方向的罩印，而丧失二行上的物理细节之间的对准。上述的不对准可由试验地或者在可能时理论地确定的附加的漂落时间校正因子来加以纠正，从而使得在不同扫描行上的结构细节得到重新对准。当然，这一纠正形式没有计及沿扫描行加到物体结构细节上的任何额外的长度。
所提出的能避免这二个问题的不同校正形式是确认一给定象素不在扫描方向上那一边与也要求作材料沉积的相邻象素相邻接。根据这一确认不对这样一个非邻接的象素采用罩印。作为另一替代，额外的行长度可利用类似于光基立体平板印刷术中所用的行宽补偿的一种滴液宽补偿形式来加以补偿，如先前引用的US专利申请No.08/475730、和08/480670中所述，但仅应用于沿着表示由沉积转变到不沉积的各扫描行的点。作为一适宜的校正，这些“终端点”在它们将被采用紧邻象素的ID罩印覆盖1/2到完全覆盖的范围中时仅仅将其由沉积模式删除。另一种变体是利用改变的漂落时间校正数据来实现子象素沉积。
漂落时间校正因子也可被以变型方式用于与以上所达某种相反的目的。在这些实施例中，漂落时间校正因子可用于在中间象素(即子象素)地点沉积材料以实现增强的构成技术。这些增强的构成技术可包括有面向下的表面的形成，支撑的形成和布置，增强的垂直材料构成，改善分辨率，等。在优选实施例中，增强的物体形成可在单次通过或多次通过实现中来达到。液滴宽度补偿
在有些情况下可能希望通过液滴宽度补偿(即沉积宽度补偿)来修正物体数据。补偿(依靠向内对实体的一个或多个完全的象素宽作偏移)可被用来达到改善的准确度，如果滴液宽至少在某种程度上大于象素宽度和/或长度的话。这一技术可与上述的任一实施例或后述的任一实施例相结合应用。在液滴宽接近或超过象素宽(和/或长)的二倍，由单个或多重象素偏移能得到越来越好的准确度。液滴宽补偿可以基于US专利申请No.08/475730和08/480670中揭示的那些技术。或者它们可以是基于象素的腐蚀例程。在某些实施例中，基于象素的腐蚀可以是多次通过一位图，其中满足一定标准的“实心”象素将会变换成“空心”象素。
一些实施例可包括如下步骤，其中位映象的各个边是：1)在第一次通过此位映象时所有在其右侧与“空心”象素相邻接的“实心”象素均被变换为“空心”象素；2)在第二次通过中，所有在其左侧与一“空心”象素邻接的“实心”象素均被变换为“空心”象素；3)在第三次通过中，所有在其上侧与一“空心”象素邻接的“实心”象素均被变换为“空心”象素；和4)在第四次通过中，所有在其下侧与一“空心”象素邻接的“实心”象素均被变换成“空心”象素。其他的实施例可能改变步骤1)至4)的次序。如果需要多于一个象素腐蚀，可重复步骤1)至4)多次直到达到正确的降低量。这些实施例可以执行合理的液滴宽补偿，但他们的缺点是实心角区(不平行于X或Y轴的物体的角或物体边缘)中的象素被以比平行于X或Y轴的边缘区中象素要快的速率去除。
其他的为处理腐蚀速率中的这些差别的实施例可包括下列步骤：1)第一次通过位映象，所有在其右侧与“空心”象素邻接而在所有其它侧与“实心”象素邻接的“实心”象素均被变换为“空心”象素；2)第二次通过时所有在其左侧与“空心”象素邻接并且在所有其它侧与“实心”象素邻接的“实心”象素均被变换为“空心”象素；3)第三次通过所有至少在其上侧与“空心”象素邻接的“实心”象素均被变换成“空心”象素；和4)第四次通过所有至少在其下侧与“空心”象素相邻接的“实心”象素均被变换成“空心”象素。其他实施例可能改变步骤1)至4)的顺序或将作为变换根据的条件。如果需要作象素腐蚀的不只一个，可重复步骤1)至4)多次直到实现正确的减少量。这些实施例能有效地将角区中过分的减少降到最少。
另一些实施例可以是根据一象素是否是二、三或四个边与“空心”象素邻接来设定腐蚀条件。其他的实施例可依据已通过位映象的次数来改变腐蚀条件。另外的实施例可利用腐蚀的组合和与原始断面或其他部分补偿的位映象的逻辑比较来推演得欲曝光的象素的最终位映象表示。为在着重于减少或维持一定的物体结构细节的同时腐蚀象素的多种其他实施例和算法根据这里这些技术对本技术领域内的熟知人员将是显见的。
在X和Y象素的尺寸明显不同的情况下，仅需要沿一个轴面不是两个轴进行液滴宽补偿。在这些情况下，类似于上述这些的实施例可加以利用，其中各个腐蚀仅执行部分步骤。可以预见，带有补偿措施的沉积也可利用X和Y尺寸之一或两者中的子象素偏移量来加以应用。随机化
构成过程中可利用一被称为随机化的技术(方法和设备)。这种技术可与任一上述的或后面描述的实施例相结合使用。按照这一技术，对二个接续断面的各个地点撒布材料的方式将不同。这可达到在一层(薄层)上进行更均匀的构成，使得有可能潜在地利用较厚的层从而改善构成时间。这一技术还使得来自可能不正常喷射的单个或多个喷嘴的影响最小。可有数种方法改变沉积。例如变型的发生可由：1)相对于在紧前面层的对应部分上沉积材料的喷嘴改变对一层上的给定部分上沉积材料的喷嘴；2)相对于一层的任何其他部分改变在该层的任何给定部分上撒布的暂时次序或空间次序；和3)它们的组合，例如改变主扫描定向(方向)和/或改变副扫描定向(或方向)。层到层沉积的变化可以是完全随机地发生的，或者以周期地或安排好的状态发生。光基立体平版印刷术中已采用了类似技术，虽然是出于完全不同的目的(见先前引用的US专利请No.08/473834中的交替顺序)。
现在说明改变沉积的特定实施例。当前优选的随机化技术保持主和副扫描方向的定向但采用不同的撒布器(如喷嘴)沿两层间的对应扫描行沉积材料。换句话说，第一撒布器用来扫描第一层上的特定主扫描行，第二撒布器可用来扫描一随后层(紧靠第一层上特定扫描行的一行)上的特定的主扫描行。在某些优选实施例中，一特定扫描行利用不同的喷嘴逐行地曝光(即沉积)直至96层均被沉积和96个喷嘴的每一个均已在此特定扫描行上沉积为上，此后沉积重复。这些实施例是“全头”随机化的示例。在另一些优选实施例中，优选“半头”随机化。半头随机化可减少按照物体几何形状必须在任一断面上进行通过的次数。根据采用当前的优选96喷头的构成，半头随机化包括来自喷嘴1至48或喷嘴49至96产生的随机化撒布通过任一给定地点的扫描。
为更详细解释全头随机化实施例，参看图4a和图6。对一特定层，可用孔10(1)跟踪扫描行R(1)-R(8)；孔10(2)-行R(9)-R(16)；孔10(3)-行R(17)-R(25)；孔10(4)-行R(26)-R(33)等。但在下一层，这些配置被改变来使得一给定孔不跟踪下一层的相同扫描行。例如可作下面新的安排：孔10(1)-行R(257)-R(264)；孔10(2)-行R(265)-R(272)；孔10(3)-行R(273)-R(280)，等。
另外的实施例是在二层的沉积之间旋转部分形成的物体和/或打印头某种大小(如30°、60°或90°)，以使得主、副扫描定向从其前面的定向改变。这导致由任一喷嘴在当前层(即薄层)上的材料沉积基本上发生在先前层上由其他喷嘴沉积的材料之上。这如图8中所示，其中与第一层相关的扫描行被标明为行R1(1)，R1(2)，R1(3)，R1(4)...R1(N-3)，R1(N-2)，R1(N-1)，R1(N)，而与后续层相关的扫描行被表明为R2(1)、R2(2)、R2(3)...R2(N-2)，R2(N-1)，R2(N)，它们被相对于第一层的扫描行作90°旋转。旋转量在后续层之间可以改变或者为一恒定值。角度可这样选择，即如果对一足够大数量的层连续旋转，同等的喷嘴将在前面层上发生沉积的相同的扫描行上沉积材料。或者，角度也可选择成不致发生相同喷嘴作扫描行沉积。
另外的实施例可以包括改变从一扫描行到另一行前进的次序(在副扫描方向)。这在图9说明，其中对第一层主扫描行上的材料沉积次序以在最高扫描行R3(1)开始，前进到扫描行R3(2)、R3(3)...R3(N-2)、R3(N-1)并以最低扫描行R3(N)结束。扫描行前进的次序以箭头R3p表示。对随后层扫描行上的材料沉积以最低扫描行R4(1)开始，前进到扫描行R4(2)、R4(3)...R4(N-2)、R4(N-1)，并以最高扫描行R4(N)结束。在这一后续层上扫描行的前进次序与第一层上行的前进次序为反方向，以箭头R4p表明。
图10a、10b中表明另外的实施例，其中沿对应扫描行的扫描方向在二相继层间被反向。图10a表明第一层上扫描行的扫描方向，其中扫描R5(1)和R5(3)被由左向右扫描，而扫描行R5(2)被由右到左扫描。图10b表明在一后续层上扫描方向被反转，其中扫描行R5(1)、R5(2)和R5(3)分别叠加R5(1)、R5(2)和R5(3)，以及其中扫描行R6(1)和R6(3)被由右向左扫描而扫描行R6(2)被由左向右扫描。
许多其他随机化模式也可能包括上述技术的组合。取决于所选择的随机化技术，随机化过程可造成层沉积时间的整体增加，因为它可能导致需要进行附加的主扫描过程。但这一可能的缺点被认为是被均匀层构成的增强所克服的。另外，因为在利用提高撒布温度(如被用于使材料能流动)时热消散是一重大问题，这些额外的通过可被有效地用于使得能在沉积随后层之前进行附加的冷却。滴液地点偏移
如以上指出的，某些构成技术可由偏移扫描行和/或沿扫描行的滴液地点的偏移来增加。这些偏移技术可与上面提到的随机化技术相结合应用，虽然应当理解的是相继层上的对应行和滴液地点可相互偏移。这些技术也可与此前或以后所揭示的其他实施例结合应用。某些优选实施例中，这种偏移可达1/2行间隔或滴液间隔。偏移象素的一个应用是在一断面的面向下部分沉积材料以便有助于桥接相邻支撑部件间的间隙。事实上，面向下的区域可在多次通过中处置，其中相继通过之间的前进的或交替的偏移被用来桥接支撑部件间的宽间隙。在这些实施例中，断面的任一非面向下的部分可利用一次或多次沉积和偏移或非偏移象素来曝光，而任何面向下部分中的沉积可由象素区部分重叠的多次沉积(即曝光)来产生。优选实施例中整个的沉积高度可由平面化来修整到适当的水平以实现一致化。
在某些实施例中，在为增强拱状支撑、桥路、分叉支撑(如树枝状)的形成的支撑结构形成期间可能发生象素的偏移以及因而滴液地点的偏移。某些实施例中，在物体形成期间可能发生象素偏移以增强突出到紧前面的物体薄层的边界后一限定量的物体部分构成。突出的支撑和物体部分可不用偏移象素来形成，但据信，偏移象素可有助于很少材料能陷入被撒布的层水平之下的区域这样的结构的形成。
实施例可能包括每一层上象素的偏移或者可能是仅不间隔的层上象素的偏移。在此最后的替代方案中，材料按照对多层的同样的象素位置沉积。按照些替代方案，依靠在试图形成随后的悬垂部分之前在起始悬垂部分上构成多个层，可以提高悬垂区的稳定性。
象素的偏移，例如构成分叉支撑或呈尖形向外的物体结构，达到经过空间距离向外伸出的结构的形成。这种伸出的程度被限制为低于每层一液滴宽。不管是每层伸进其紧前面层的边界，还是在另一个后随以周期伸进紧前面层的边界的层上构成多个层，可以根据通过多层的平均伸出量确定一伸出角。最大伸出角部分地取决于材料接近和在伸出部分凝固的速度，这进而取决于接近并在伸出部分中所撒布的材料量。可以以任何角度构成层，其中材料凝固足够快能支撑下一层材料。在某些优选实施例中，伸出角度已实现接近30°。相信伸出角接近或是超过45°是可能的。
由于材料冷却速率，最好悬垂的固体物体部分的形成在多次通过中达到。在一实施例中，伸出区在一或多次初始通过中被沉积，而整个支撑的区域在一个或多个随后的通过中曝光。这一实施例使伸出区中的材料能在没有可能与从撒布在内部区材料吸热有关的附加延迟的情况下冷却和凝固。在另一优选实施例中，层内部最初被曝光，而伸出区在一或多个连续通过中曝光。这一实施例使得内部区的材料冷却的时间能稍前于撒布伸出区，由此来减少伸出材料保持可流动太长时间的危险。对给定组的构成参量，可由构成和检验测试部分试验确定可用的伸出角。
象素偏移可与多次通过一层的给定部分相结合应用来使得能以预定的次序和偏移模式围绕给定的几何形状细节作材料构成。例如，要在一结构的一侧产生偏移使得象素在位置上的位移的一部分离开此结构的该侧面，而同时可利用不同的偏移使能在结构的相对侧上相反方向中得到同样部分的位移。
偏移象素的一替代方案是直接利用高分辨率数据和相应的构成模式即样式来构成物体，它生成可能低于数据本来提供的，但仍然能为成固体结构或其它所希望结构的形式的所希望的滴液密度。扫描行交错
交错是可用来加强物体的形成的另一种技术。如在这里所揭示的所有其他实施例中那样，本节的实施例也可与这里所揭示的其他实施例相结合。如前面讨论的，如果喷射头未定向于指导角，喷嘴之间的间距就不等于所希望的分辨率因而不等于主扫描，即光栅行的所希望的间距。这按其性质说，如果确实要求沿所有主扫描行沉积材料，就必须采用一种主扫描行交错的形式。但是，由于多个原因(例如加强层冷却和/或材料构成)可以进行附加的交错。
可以采用多种隔行扫描模式，而不管打印头是否被定向于主导角，不管是否采用优选的光栅扫描技术，不管是否利用向量扫描技术，不管是否利用某些其他的扫描技术或组合技术。
在一实施例中，如前述，头定向于垂直于主扫描方向并采用每英寸300扫描行的分辨率。这种结构中连续的喷嘴相隔8/300英寸。头被作成进行8次主扫描，其中前7个后跟以宽度等于光栅行间的间距(光栅宽)的副扫描，而第8个后跟以宽度等于有效头宽加光栅宽的副扫描，重复进行上述扫描模式直至副扫描方向增量的宽等于或超过构成区域的宽。
替换实施例将主扫描的X范围限制为足以有效地包含为下列所要求的工作区：物体、被扫描的特定物体断面，用于进行8个接近地间隔开的主扫描所需的物体长度的各段、或导致扫描时间减少的其他方案。同样，沿副扫描轴的布置同样被限制到物体的宽和位置、被扫描的断面、被扫描的断面的特定部分，等等。在优选实施例中，随机化的应用可能增加必须执行的转位量，而使得适当喷嘴可跟踪适当的主扫描行。其他实施例可将主扫描限制到实际包括有效滴液地点的通路。
作为第一个优选替代交错技术，在至少第一次通过后非邻接的扫描行将保持不加曝光，然后在一或多个后续的通过中，中间的行将被曝光。在另外的优选实施例中，希望在沉积材料到任一相邻光栅行之前或在沉积材料到二相邻行之后作出中间光栅行。图11a、11b、和22a～22d中表明这类实施例的示例。图11a、11b表明在第一次通过时每隔一行被跳越的情况。图11a表明4个扫描行，其中2个在第一次通过中要被曝光(即要采用的滴液地点)。图11b表明相同的4个扫描行，其中另2行要在第二次通过中曝光(即要被应用的滴液地点)。图22a～22d中还表示交错模式示例。这些图中，双向箭头30表示主扫描方向，间隔dr表示相继的光栅行间的间距，而为清楚起见行的起点和终点被表示为偏移的，虽然实际上这些行将具有同样的起点和终点。图22a表明一系列要在主扫描方向上扫描的光栅行。图22b表明按照图11a和11b的示例的要在第一次通过中曝光的第一光栅行32和要在第二次通过形成的第二光栅行34。图22c表明分别要在第一、第二、第三和第四次通过中曝光的光栅行32、34、36和38。图22d表明分别要在第一、二、三、四、五和六次通过中曝光的光栅行32、34、36、38、40和42。在图22d的示例中，也可采用其他的光栅行次序而仍然保证在中间行被沉积时它们或者不邻接到先前沉积的光栅行的任一侧或者邻接到其两侧。例如，其他可用的扫描次序可以是32、34、38、36、40和42；32、36、34、40、38和42等。
在一优选实施例中，为采用最小的通过次数来以概括化的方式完全地实现这些实施例，在由一喷嘴(例如第一喷嘴)扫描的行与由相邻喷嘴(如第二喷嘴)扫描的行之间必须存在有奇数的光栅行。换句话说，相邻喷嘴之间的间距d的数量必须为偶数，由此要求必须将二相邻喷嘴分布成能扫描光栅行M和M+N，这里M和N为整数而N为偶数。在喷嘴间的间距不适当(如不为偶数)的情况下，总可能在第一次通过中仅扫描合适的光栅行(例如与每隔一喷嘴相关的那些)，然后在一或多次随后的通过中曝光其余的光栅行。在沉积宽度可能大大宽于扫描行间距时，其他优选实施例可不根据第一次通过时每隔一扫描行跳越而是根据在第一次通过中为沉积(即曝光)选择扫描行以使得沉积材料的行不直接相互接触然后在一或多个后续曝光填充任何被跳越的行。
此第一替换交错技术即使在相邻喷嘴被作不适应于所希望扫描行分辨率地布置时也能完全地或接近地实现(即喷嘴和扫描行分辨率使得由一个喷嘴扫描的行与相邻喷嘴扫描的行之间存在偶数的光栅行)。这可由至少三种途径完成：1)各喷嘴被用于在其初始位置与由相邻喷嘴起初形成的行的位置之间作每隔一光栅行扫描，除非要被各喷嘴扫描的至少二相邻光栅行在至少第二次通过剩余光栅行被曝光之前保持不被曝光；2)各喷嘴在其还扫描邻接到由相邻喷嘴扫描的第一行的光栅行之前被用来作每隔一光栅行的扫描，然后剩余的未曝光行将在第二次通过中作有选择的曝光；和/或3)仅每隔一喷嘴被用于扫描过程中，由此保证任意二个相邻喷嘴之间存在奇数的光栅行。在这些以及前面的实施例中，最好在开始第二次通过曝光中间行之前对所有层曝光交替的行，但有可能在即使作第一次通过层的其他部分之前完成某些或所有相邻喷嘴的起点之间所有扫描行的曝光。
许多其他交错实施例对研究过本发明的本技术领域中的普通熟练人员将是很显见的。例如具有较高数量通过的交错可被用于在第一次通过中曝光的行间发生某种接触的交错。当然也能采用交错与前述随机化技术的结合。后续层的进一步曝光还可改变扫描各种组的行的次序和/或行本身的扫描方向(例如倒转第一、第二、和更高组序的扫描次序)。实施例还可以是对第一层完成交错曝光同时在形成一或多个接续层期间曝光区域。滴液地点交错
如同采用扫描行交错那样，物体形成可利用沿个别扫描行作滴液地点交错。在这种情况中，各扫描行将由至少二次通过曝光，其中第一通过将曝光许多滴液，然后在一或更多的后续的通过中，其余滴液地点被曝光。作为二步骤(即通过)示例，在第一次通过中对每隔一滴液曝光而在第二次通过则对中间滴液位置曝光。此情形如图12a和12b中所示。图12a表明各带9个滴液地点的4扫描行，其中在第一次通过中要曝光每隔一滴液地点，而图12b表明同一行和地点但在第二通过中仅要曝光互补滴液地点。作为第二个二步骤示例，在第一次通过中每三个位置曝光一次，而第二次通过中，它们之间的二个中间位置被曝光。作为三步骤示例，第一次通过以第一位置起始每五个位置曝光一个，而后在第二次通过中以第三位置起始每五个位置曝光一个，最后在第三次通过中以第二位置起始每隔一位置曝光一次。
如这里揭示的所有其他实施例那样，本节的实施也可与所揭示的其他实施例相结合。
在这些交错技术中，相继的扫描行可采用不同的或经位移的交错模式曝光，以便得能实现二维交错模式(也可采用偏移象素)。例如，可对各扫描行采用二步骤交错模式，其中相继行的起点移位一象素来形成盘格式的第一次通过模式。用13a、13b说明此例。图13a表明第一次通过盘格模式而图13b则表明在第二次通过曝光的互补盘格模式。
如扫描行交错那样，滴液地点交错可在曝光随后行之前完成对单个行的全部通过，虽然最好是在起始对部分地曝光的行的后续通过之前由各次通过曝光所有的行。而且，对单个行的部分的所有通过的完成可在对这些行的其他部分起始曝光之前实现。
第三种交错技术是对结构细节敏感的交错。在此技术中给定滴液位置被曝光的次序取决于直接的断面单独的几何形状或者多个断面几何形状。结构细节敏感交错可以是扫描行交错和/或滴液地点交错。例如，在一单层实施例中可以确定断面的边界区并保证此边界区在第一次通过中被曝光。断面的某些内部区域也可在第一次通过中曝光或者也可将所有内部的曝光延迟直到进行了一或多个后续的通过。例如，内部区可在第一次通过中与也在第一次通过中被曝光的所有边界区相结合地采用盘格式交错来加以曝光。而后在第二次通过中将其余的内部区曝光。也有可能对第一次通过中的曝光定义很宽的边界宽度以使得能在进行随后的通过之前将大于一滴液位置宽度的边界布置到断面周围。这种宽边界区可利用上述关于液滴宽补偿那样的腐蚀例程来实现。另一替换方案，保证在第一次通过时仅一个扫描行边界位置或滴液地点边界位置(沿副扫描方向的边界)被曝光。再一个替代方案是，内部区域可在边界区撒布材料之前整体地或部分地曝光。可以相信，首先撒布边界区可导致在垂直方向上改善构成以及最后曝光边界区可导致改善物体的水平准确性。再一个替代方案可以是首先撒布接近边界区，随后撒布断面的较深的内部区，以及最后撒布外断面边界本身。
多断面结构细节敏感交错技术的示例可以是首先曝光那些形成当前断面的部分但却是前面的断面上的边界或实体内部物体区的地点。前面断面上的边界和实体内部区可包括支撑结构以及物体结构的边界区和实体内部区。在采用这一实施例时，至少关建的(即重要的)面向下物体区中的沉积不发生在第一通过中，除非这些面向下的区域由某些性质的支撑实际支撑着(例如下面直接有支柱)。在一次或多次随后的曝光中，材料被撒布来形成无支撑的面向下结构细节。由于沉积宽通常宽于象素宽度，多半是与连续向下落到在预期的以下的断面相反地，被撒布着陆在该断面上与前面撒布的材料相邻接的一象素地点的液滴，此液滴将击中并有希望粘接到相邻的沉积材料上。而且由于优选实施例中支撑结构相距通常不大于一个象素，当发生无支撑的面向下区域的曝光时，与被夹在撒布在前面层上的材料之间相反，被撒布的材料很可能将被嵌在已撒布在当前层上的材料之间。但由于液滴直径通常小于沉积直径(亦撞击的液滴直径)并且因为它可能小于象素宽，沉积在相邻象素地点的材料可能不足以伸进下落液滴的通路中来保证质粒的触及和停止。
在另一优选实施例中，滴液地点在撒布无支撑的面向下区域和最好是相邻区域时沿主和/或副扫描方向(最好两者)将位移象素宽度的一部分(最好接近一象素宽的1/2)，这样液滴很可能至少部分地由前面撒布的材料所支撑而不是将液滴完全对准地沉积。最好在部分地未支撑区域上的液滴在一随后的通过中由那些已撒布的完全支撑的区域进行撒布。但是有可能在保证在部分地未被支撑区域中液滴的合理的垂直位移时仅依靠与前面的断面的叠合(而不涉及到与前面撒布在给定断面上的材料粘合的任何附加得益)。在此实施例中至少当前层的支撑区(如柱)不会被位移。这就保证了层到层的登记。更理想的是，宽的间隙利用在断面上的多次通过间隙从被支撑边向内逐渐操作沉积地点(即多级的)来闭合，其中每次通过由紧前面的通过部分地偏移以保证液滴的合适的重叠从而能限制任何超过所要求的垂直水平的材料位移。而且，在一优选实施例中采用如US专利申请N0.08/428951中所述的同时多层处置技术(Sinultaneous MultipleLayer Curing Techniques)来向上偏移关键的面向下数据一或数层以便能在沉积后形成面向下层的材料将被分配到正确的水平。
图23a～23h中表示采用1/2象素水平偏移和1层厚垂直偏移的这种多级水平和垂直偏移实施例的举例。图23a表明欲形成的物体120的侧视图。图23b表明在正常分为层122、124、126、128和130时的物体120。图2 3c表明将被分成层122、124、126、128’和130’时的物体120。层128’与128的不同在于层的面向下部分已被去掉，如预料中的它在利用一系列连续地偏移曝光在下一层上沉积材料期间将被产生。层130’类似于层130，除了在其形成中可利用不同的沉积模式。图23d再次表明层122、124、126和128’，但另外还表明在形成层130’期间可沉积材料的沉积地点、即象素位置132～137。图23e类似于图23d，除了未表示滴液地点132～137，而表示出滴液地点140～146。如从滴液地点的相对位置可看到的，地点132～137与140～146相互偏移1/2象素宽。图23f表明在形成层130’中由打印头的第一次通过形成的沉积模式。液滴150、151、152和153分别被沉积在滴液地点141、145、142和144。可看出液滴152和153仅被层128’部分地支撑，结果可认为它们将部分地伸入(如图示)原先属于层128的区域。图23g表明在形成层130’中由第一次通过得到的沉积模式，以及在第二次通过中沉积的附加材料。区域160和162在第一次通过中被沉积，在图23f中被表示为区域150、152、151和153。按照图23d中所示的象素配置进行第二次通过的沉积。液滴155和156被沉积在滴液地点132和137。实践中，液滴的155和156的撒布最初将导致被施加到区域160和162的一部分的过剩材料，但这种过剩在平面化过程中将被修整掉。液滴157和158被沉积在滴液地点134和135，但由于这些地点并未从下面与前面沉积的材料完全粘合，所以认为所撒布材料的一部分将向下延伸进原先为层128的部分的区域。撒布液滴152、153、157和158的偏移导致已从层128’去消的层128的面向下部分的形成。在第三和最后通过中，液滴164被沉积到滴液地点143上完成层130’的形成。
在其他的优选实施例中，可改变上例中的各种不同方面。例如，材料伸进下面层区域(假定液滴即滴液地点仅部分地被支撑)可取不是上述的1层厚度伸长的值。此伸长可以小于1层厚或者至少与整数层厚不同。也许此伸长将为层厚的整数倍(例如2至5层厚或更多)。在这种情况下，为进行最准确的形成，将希望使最初的物体表述被变换成一修正的表述，如US专利申请No.08/428951中所述(在产生断面数据之前或之后)，以便在材料按此修正的表述撒布时，面向下的结构细节能恰当地定位。其他的变体可以采用在多次通过中结合不同的偏移值如1/4象素(从而3/4的滴液区为未被支撑的)或3/4象素(从而仅1/4滴液地点为未加支撑的)的基于几何形状的沉积。这些不同的偏移量可以对延伸进前面的层区域中的量进行更多的控制。其他的变体可采用不同的沉积次序，不同的罩印量，或者甚至是每个液滴的沉积量。再有的变体可不采用偏移象素而代之以采用更高分辨率的象素，也有可能与生成正确液滴密度的沉积模式相结合。
另外的交错技术结合：1)结构细节敏感度；和2)曝光物体细节时的选择扫描方向。在此实施例中，来自当前层的断面几何形状(如断面边界信息)和可能的来自紧前面层的断面几何形状(如断面边界信息)将被用来确定在断面的不同区域曝光时应取的扫描方向。例如，当曝光一断面的实体区的最左部分时，如果希望液滴不桥接或不部分地桥接任何小间隙则使头(即用于曝光欲形成的行的喷嘴)由左向右扫描可能是有利的。另一方面，如果希望产生某种桥接，则保证反方向上的扫描可能有利。同样，在曝光断面的实体区的最右部分时则自右向左(不发生桥接)或从左向右(用于桥接)进行扫描可能是有利的。通过控制沉积边界区时的扫描方向能保证液滴的水平动量不至于加剧桥接间隙，或者增强间隙的桥接。
图24a～24d表示非桥接技术示例。图24a～d为正被形成的并在XZ平面作切面的侧视图。Z方向垂直于断面的平面，而X方向为主扫描方向。标号108指正被形成的断面，标号100、102、104和106是指前面形成的断面。图24a用一虚线表明尚未发生材料沉积的断面108。图24b指明扫描方向110向右和液滴112在第一次通过中被沉积在各列的最左边上。图24c表明扫描方向向左和液滴114在第二次通过中被沉积在各列的最右边上。图24d指明扫描在双方向126上发生和液滴116、118、120和122在第三次通过中被沉积来完成断面的形成。与此所说明的三次通过实施例相反，可采用二通过实施是，其中液滴116、118、120和122在液滴112和114已被沉积时在第一或第二通过的一个或二者中应被沉积到它们各自的地点。
可以预见，可将物体针对打印头(即喷嘴)的相对扫描方向作相对的再定向(如围绕垂直轴作一次或多次旋转)，以便使任何所希望的断面细节的边缘能被曝光同时在所希望的方向上相对地移动打印头来增强或减少桥接小间隙的概率。
如上面指出的，如果孔板至工作面的距离太小，液滴在击中工作表面时将具有拉长的形状(即大的形态比)。在由拉长的液滴构成的情况中，可预见到对在物体细节的边缘上沉积的以上指出的扫描方向可能产生与上面指出的那些相反的结果。其他的交错技术可以是相邻光栅行成非相邻光栅行的双向打印。
上述的构成技术可被应用到形成实体物体或与其他技术相结合来形成部分空心的、或半实体的物体。在一物体的原始设计中，物体的部分被假定为实心的(即由凝固的材料形成)以及部分假定为空心的(即空的区域)。实际上这些有意的空心(空虚的)区域没有被看作是物体的部分，因为按定义只要有物体就认为是材料的。在本发明的上下文中，非实心、空心、或半实心的物体是按照某些优选实施例的内容构成的或欲加构成的物体，其中应为实心物体的部分已被去掉。其典型例子可以是挖空、部分地挖空、或将原先为物体的实心结构作成蜂窝状。这些原始的实体结构有时被称为物体壁而不管它们的空间定向。某些优选构成样成形成完整实心物体，而其他构式样式则形成物体的实心表面区但挖空或部分地挖空内部区域。例如，一物体的内部区域可被形成为一盘格的、截面线的、六方晶的、空心的、或作成蜂窝状的(这引起和其他构成样式在此是很有用的，如在光基立体平版印刷术中实现的，如上面引用的专利和申请中介绍的)。上述非实心沉积模式可被看作是内部物体支撑结构。这样，这里说明的其他支撑结构也可被用作为内部物体支撑结构。这样的非实心物体重量将比实心物体较轻，它们将利用较少材料，取决于特殊的构成参数的细节甚至可被形成得更快，以及它们可能形成而较少碰到散热问题，因为在它们的形成期间所沉积的加热材料少得多。这些物体可用于作熔模铸造样式，因为铸模破裂的可能性降低。温度控制
另外的物体形成实施例是形成物体时将部分地形成的物体维持在它被形成时的希望的温度范围内，或者至少被维持成使穿过部分的温度差(即温差梯度)很小。如果在物体形成期间，物体的不同部分能处在不同的温度，物体在其被冷却到室温或者在其被带进其使用温度(将被投入应用时的温度)时将经受不同的收缩量。收缩中的这一差异可导致物体内部产生应力和的变型或甚至物体的破裂。最好温差维持不能有效维持物体变型在合理限度内的范围内。穿过物体的温差最好维持在20(C的范围内，更好在10(C的范围内，再好点在5(C的范围内最好在3(C的范围内。不管如何，可由改虑材料的热膨胀系数和在将所形成的物体冷却(或加热)到均匀温度时将发生的收缩(或膨胀)差来估算所希望的温度。如果收缩中的差异导致超过所希望的允许范围之外的误差时，可调整上面说的温度范围。
在物体形成中，初始物体数据可被定标来考虑在物体从其喷射温度(在此优选实施例中约130℃)冷却到其凝固温度(在峰值DSC能量传送温度约为56℃时约50℃～80℃)到其构成温度(约40℃～45℃)和最后到其应用温度(例如室温约25℃)将发生的物体尺寸的变化。此定标因子可被用来由一适当的热收缩补偿因子扩展初始物体设计以使之能在其应用温度时被适当地定大小。还可预料到，一个或多个随几何形状或至少随轴而定的收缩因子可被用来在构成期间针对预期的物体温度中的变化至少部分地补偿物体的关键区域。
前面形成的薄层的温度和正在形成中的薄层的冷却速率已被发现为具有减低的畸变特别是降低的翘曲畸变来形成物体的重要参数。当前优选材料在从它们的凝固温度冷却到室温时承受约15％的收缩。这种收缩产生巨大的激发力引起翘曲畸变，构成内应力，以及相应的后期处理畸变(在上述引用的专利和申请中对这些畸变就光基立体平版印刷术方面进行了说明，其中许多被说明的构成技术根据在申请中提出的能被有效地用于SDM和TSL的实践中)。已看到，如果物体构成温度和特别是如果最后形成的层的温度在构成过程中被维持在室温以上的温度时，翘曲畸变就会减少。最好整个部分地形成的物体的温度被维持在室温之上，而尤其是，其温度保持在鉴于上面讨论的差分收缩原因的严格的容许范围内。
为有效地形成物体，很显然部分地形成的物体的构成温度必须维持低于材料的熔点。另外，构成温度必须维持在低于使凝固的材料能具有足够的剪切和压缩强度和甚至张力的温度特别是如果采用侧向或颠倒物体形成实施例的话)以便使物体能被准确地形成同时经受典型的与构成过程相关的力(例如，与物体将经受的加速度相关的内力，与接触或靠紧地通过物体的平面化器和打印头相关的曳力或真空力，与任何用于冷却物体的气流相关的空气压力，和因其自重产生的物体上的重力)。其中某些力依赖于物体的质量并随进入部分的深度增加。这样，由较高到较低层的稍许负的温度梯度(即由最近形成的层至最早形成的层的温度中的降低)可在必须的区域中提供增长的强度，而同时使最近形成的层能在足够高的温度中而导致最小的翘曲和其他畸变。可以对该部分中的一个或多个位置采用与惯性力计算作总和的简单重力计算(根据此部分的质量和它所经受的Y方向加速度)作为凝固的材料所需的最小剪切强度的近似。这与材料剪切应力随温度变化的试验确定相结合可被用于对物体中任一位置作近似的构成温度上限进行估算。当然最好另外专门考虑到接近物体的最近形成的薄层，因为在部分形成的物体与正被撒布的材料的接触处发生动态热效应，这涉及到取决于物体的几何参数、温差、和冷却技术的再熔化现象和热容量现象。因此，实际上整个的最大构成温度多半低于以上的估算值。
另一方向，如上面指出的，通过在升高的温度中构成可大大降低翘曲和其他畸变，此时温度越高畸变越小。认为这种畸变的减少是由材料的被增大的能在提高的温度下流动的能力与其能支持剪切负荷的较低的能力相结合取得的，这使得某些材料能发生再分布由此而降低造成畸变的强度。还认为，在接近、处于、或最好高于任何固态相变化温度(如晶化温度或玻璃的临界温度)操作将导致应力和畸变的最快的和可能是最重大的降低。由于这些相变化通常在一很广的范围发生，认为各种不同水平的效益将取决于工作温度在这些范围中的位置和可能的处理时间。熔融温度和/或凝固温度及固态临界温度可利用差分扫描热量计(Differential Scanning Calorim etry，DSC)技术确定，然后它再被用于确定适当的构成温度范围。另外，适当构成温度范围也可作试验确定。已经肯定，依靠在室温以上任何温度操作能获得某些收益，并预计移动到越接近于熔融温度和/或凝固温度，收益越大。这样，工作温度范围就可被设定为沿室温与熔融或凝固温度、或室温与估算的最小剪切强度的温度之间的距离的百分数。或者，可将工作温度选择为材料具有其室温剪切强度的某一百分数时的温度。例如可希望将工作(构成)温度设定成使剪切强度成为其最大室温值的75％、50％、25％、或甚至为10％。增加表面光洁度
另外的有利于加强物体表面光洁度的构成实施例是利用由优选SDM技术的实践取得的美观的面向上表面。在这些实施例中有效地面向上的表面(如整个区域)的数量增加而有效面向下的表面的数量则由原先的物体设计所定义的减少。这在于将物体分成为二个或更多个部分并改变被分开的部分的定向，以使得能将尽可能多的关键表面作成而向上的表面、垂直表面或组合的面向上/垂直表面，而没有真实外表面或仅仅很少关键表面保留作为面向下表面。这些分开的物体组成然后被相互独立地构成，各自取合适的定向。然后去除支撑并将最后得的部件由粘接等组合，以使得一完整的物体主要由面向上的和垂直表面区域形成。如果希望粗糙的表面而不是光滑表面，则上述技术可以用来保证关键表面被形成为面向下的表面。作为一替换方案，欲作成粗糙的面向上表面可简单地通过从其伸出的支撑形成。
图25a～e说明这种构成技术的举例。图25a表明欲采用SDM形成的物体60的结构(即所希望的物体设计)。如果物体直接由此设计形成，物体将由面向上表面即表面(50、52和54)和面向下表面即表面(56和58)双方形成。如前面讨论的，面向下的结构细节的形成要求先形成一支撑结构，它将用作为形成此面向下细节的材料撒布在其上面的工作表面。在物体形成并去掉支撑后，发现留下的面向下表面具有粗糙和不规则的表面光洁度。如果希望此面向下的表面平滑，此物体就必须经受可能需要仔细地喷砂或填充的附加的后处理。
图25b表明实施上述技术的第一步骤。此第一步是将原始的即所希望的物体设计分成为二个或更多部分。此分开的执行要使得物体的所有关键细节能被形成为垂直表面或面向上表面(最好作为面向上表面而更好的是作为其上面没有面向下表面的面向上表面，以使得将不必形成从此面向上表面开始并损伤它的支撑)。关于支撑形成的其它细节和与之相关的间距将在后面作进一步讨论。本例中，所有表面50、52、54、56和58均被看作为关键的而应被形成为面向上的表面。
图25b表明被分成为二部分62和64的物体60。部分62包含原始面向外细节50、52和54和新的即临时的面向外细节72和74。部分64包含原始的即所希望的面向外细节56和58以及新的即临时的面向外细节72’和74’。
图25c表明形成期间部分62的优选定向(正面向上)，以使得表面50、52和54能被形成为面向上细节。图25d表明形成期间部分64的优选定向(颠倒)以使表面56和58能形成为面向上细节。在形成各部分62和64之后，去除支撑和准备临时表面对72和72’，及74和74’进行配合。图25e表明部分62和64连接形成物体60，其中所有关键面向外部分(即原始表面50、52、54、56和58)均具有良好的表面光洁度。附加构成样式
其他构成样式包含以下之一或多个：1)采用较高分辨率在扫描方向撒布；2)在形成面向下表面中采用高于形成物体内部区域中的单位面积滴液密度；3)采用延伸至可在面向下表面之上N层(如5～10)的面向下表层区；4)在形成面向上表面时采用高于形成物体内部区时的单位面积滴液密度；5)采用延伸在面向上表面之下至少N层(如5～10)的面向上表层区；6)在形成物体的边缘区时采用高于在形成内部区时的单位面积的滴液密度，此边缘区延伸进物体内部至少L滴液宽(如2～4)；和7)通过光栅扫描形成物体的内部区和通过向量扫描形成边缘区。支撑样式
本申请的下一部分主要针对支撑的形成。但应理解，因为支撑是由沉积的材料形成的，所以所有前述构成技术均适用于支撑构成过程。而且如将理解的，支撑构成过程的所有方面也均适用于物体构成。
支撑结构必须满足数种可能是对立的需要：1)它们最好形成用于在其上面构成物体薄层和甚至接续的支撑薄层的良好工作面；2)它们最好易于从它们支撑的面向下的表面上去除；3)如果它们由物体的面向上表面开始，它们最好易于从其去除；4)在去除时，支撑最好对面向上表面和面向下表面仅造成最小的危害，以及最好在这些表面上具有至少可容许的至良好的表面光洁度；5)它们最好在垂直方向(如Z方向)上以各断面合理的速率构成；6)它们最好利用每层最小的通过数量来形成；和7)它们的形成最好是可靠的。已开发或建议能在这些需求间达至不同的平衡的许多不同支撑样式。
为优化构成速度，垂直累积很重要，因而希望支撑的构成能与物体接近相同的速率。特别是，最好支撑的垂直累积(如由每层的单次通过)至少与平面化器的应用所设定的所希望层厚一样大。支撑累积越接近物体的累积，可用的层越厚和平面化期间将被去除的材料越少，因而提高构成过程的效率。对于一给定材料和设备，由不同的支撑和构成样式进行的材料垂直构成可试验确定，如前所述，依靠采用不同层厚(水平化等级)构成各沉积样式或模式的测试部分，然后测量这些部分以确定材料的构成何时滞后于由所沉积的层数所要求的预计厚度和所期望的层厚。由这种信息可对所希望的构成和支撑样式的组合将层厚(水平化等级)设定到适当的值，或者可设定为达到所希望的层厚所需的支撑和构成样式。
某些优选的支撑样式实施例着重于形成速度，维持去除的容易性，但在被去除支撑的区域留下粗糙的表面光洁度。这些支撑样式包括形成被小间隙隔开的实心柱。特别是，在一优选系统中，数据在X和Y双方向上以每英寸300象素地提供，和物体及支撑利用4次ID罩印在X方向(主扫描方向)形成。每一支撑层包含3×3象素区，其中支撑材料要以多个柱来撒布，这些柱被在主扫描方向(X方向)上以二个无象素定义的沉积的象素区和在副扫描方向(Y方向)上以一个无象素定义的沉积的象素区分开。定义这些象素区的数据情况如图15a中所示。图中的“X”表明含有液滴数据的象素，而图中“O”指含“无液滴”数据的象素。方框50围绕“X”区以便突出沉积区的形状。但由于X方向的ID罩印，在发生实际沉积时二象素间隙实际上被相当的变窄(几乎一个象素宽)。这样实际得到的沉积模式更接近4×3象素宽（12～14mils×9～10mils)柱，虽然带有圆角，这些柱在X和Y双方向以一象素宽的间隙(3.3mils)分开。此情形大致如图18所示。
在构成物体的实践中已看到，上述构成的支撑以接近与物体相同的速率累积，因而可利用对各滴液地点单次通过来形成各层上的支撑和物体。还发现上述支撑结构易于从物体分开但造成很差的面向下的表面的光洁度。因此，就构成速度说上述样式是优越的，但以表面光洁度看，还有要改善的很大余地。
一种变体是采用撒布头的多次通过以形成断面的支撑部分。另一替代方案是周期地撒布一额外的支撑断面以便能均衡支撑与物体间的垂直材料累积。
另一种变体是使支撑形成能滞后物体的形成一或多层，以便消除或减少在构成脆弱支撑时可能发生的平面化问题。此问题在于，如果一断面的支持部分在与该断面的对应物体部分相同的通过期间被撒布的话，平面化器就能使这些支撑发生畸变。借助使能发生一或多层的滞后，能避免支撑与平面化器间过量的接触。而能预见最后得到的支撑畸变将为最小。
另外的柱状支撑结构也是可能的，包括不同尺寸或形状的柱。例如，可将数据格式与罩印技术相结合来生成实际柱的大小接近于：3×3象素(9～10mils×9～10mils)、2×3或3×2象素(这些可导致垂直累积减少)、2×2象素(6～7mils×6～7mils)(在垂直累积速度上可能有损失)、4×4象素(12～14mils×12～14mils)(可能较难去除并使得进一步危及物体表面)、或者更大的尺寸。也可采用其他断面形的柱。这些可包括作成更接近圆形形状的结构(例如八角形或六角形)、十字形结构、具有不同的长与宽的形状比的结构，或者可加以混合的结构的组合。
另外的替代方案包括在主、副扫描方向之一或双方偏移交替的支撑柱，例如在副扫描方向每隔一支撑柱偏移柱间间隔的1/2。这如图19中所示。有可能支撑柱的间距较宽，特别是如果某种技术例如采用拱形或分叉支撑来在碰到物体的面向下的表面之前减小支撑柱之间的间隙。图21a和21b表明二个拱形支撑的示例，其中采用的象素偏移量(或至少滴液位移控制)不同。分叉支撑
如上面数个地点所说明的，一些优选实施例采用可作为分叉支撑说明的支撑。上面讨论的拱式支撑为分叉支撑的一种类型的示例。分叉的或分叉式支撑是这样构成的支撑结构，即某些薄层的部分以悬臂状态从紧前面的薄层上的已凝固区向外伸出。这些向外伸出可以层与层间相同(即固定)的象素位置为依据。或者说，这些向外伸出可以某些或全部层间的象素位置中的分段象素宽位移作为依据。现一种替换方案可以是以改变某些或全部层间的象素模式为依据。某些分叉支撑实施例产生较之在一较低层分叉支撑所起源的支撑结构的数量更多的要被支撑表面的个别的支撑结构。
除前面揭示的各种实施例(基本上可看作为分叉支撑)之外，图28a、28b、29a～e、30a～m、31a～c、32a～d表明另外的优选分叉支撑结构示例。图28a表示以表面500开始的柱支撑504、506、和508的侧视图和工作向上表面502。这些柱支撑由分叉部件510、512、514和516相互连接。图28b表示从表面500向表面502向上工作的分叉式支撑例的侧视图。表明支撑每两层分叉。在此二维空间视图中，某些分叉表现为二路叉状模式而其它的分叉仅沿一单路分枝出。图28b中所示同一支撑结构在图31a～e和32a～d中由不同视角观察。
图29a～e中例示另外的优选分叉模式。图29a～e表示一单个支撑树的连续分叉断面的顶视图，这是采用仅只X和仅只Y的分叉和由单个支撑主干得到总共4个支撑分叉。图29a表明一将被分叉成多个结构的单个支撑结构。此单个支撑结构可被称为支撑树或结构的“主干”。如下面将会清楚的，为易于数据管理，可将此主干看作是由4个分开的但是相同的、维持它们独立个体的元件组成，它们可以一起作逻辑处理来为任一给定层生成扫描模式。当然，实践中要加以支撑的现实区域可能需要多个相互间适当地隔开的这种主干元件。
图29b表明X方向的第一分叉。如下面其他图中那样，图示阴影实线区表示当前断面的沉积区，而以虚线表示的区代表紧前面的分叉。这种表明沉积区的方法是为了使分叉间的登记清楚。此第一分叉可发生在形成一或多个主干层之后。如有关此图和后面的图在下面将说明的其他分叉那样，分叉可使撒布的材料从被支撑的区伸出一象素的部分、整个象素、或多个象素，这取决于所采用的拉延次序、与滴液宽相比的象素宽度、先前层以上要形成的同样层的数量(可补偿当前层的不足)、被部分地不加支撑的材料的能力等等。如后面要讨论的某些其他分叉那样，这一分叉可看成是二路分叉(即正X方向中一路和负X方向中的另一路)或看成是二或更多个最初重叠的成分的单路分叉。如将由后面的说明看到的，此第一分叉可被认为是4个最初部件的一单路分叉，其中二个部件跟随各分叉方向。由这4个部件作的实际的材料沉积可依据这些部件的逻辑相加，以使得避免在重叠区上的多重沉积。
图29c表明树的下一分叉，其中这一分叉可在图29b中表明的分叉后的一或多层发生。物体部件的这种分叉以与图29b中看到的同样方向发生。
图29d表明图29c所示二分叉的每一个的Y方向中的二个分叉。原理上这仍可被看作为独立部件的Y方向上的单个分叉。图29d中所示分叉是开始所有4个成分的分开过程的第一分叉。
图29e表明此实施例的一最后分叉，其中作各成分的附加的Y方向分叉。这些最后的分叉可在适宜时被用来支撑物体表面。如果物体表面被置于这些最后的分叉之上数层，即可延伸图29e的结构(如柱)直至达到物体表面。如果所有4个分叉的物体表面不是在同一水平，则各别柱或柱的部分在需要时可延伸。这种支撑高度延伸类似于这里讨论的其他优选柱支撑实施例，而可包括桥层等的应用。当然，如果希望此四柱分叉的支撑有不同的结构(例如形状、位置等)，可对所说明的实施例作变型(如改变分叉次序、分叉方向、延伸量、分叉之向的层数、等等)而这对本技术熟练人员根据这里的指导将是显见的。图29a中所示支撑主干可最初形成在一前面的物体断面或初始衬基上。或者，此主干可在另一支撑结构如图28a中所示的顶部开始。而且如欲采用多个树，树的分叉可在也可不在同一层上开始，并可能也可能不导致在相同层数之后形成各个分叉。选样何处开始分叉和其后何时作后续分叉，可根据欲形成物体的几何形状。有可能希望对一特定的树在最初碰到一欲予支撑的表面(如面向下物体表面)之前数层实现最终的分叉模式。
与图29a～29e中说明的实施例相关执行的分叉例程可概括于下表中：
组成#1 组成#2 组成#3 组成#4
无分叉地构成所希望的层数(图29a)
(在+X方向分 (在+X方向分 (在-X方向分 (在-X方向分叉
叉所希望的量A(图29b) 叉所希望的量A(图29b) 叉所希望的量A(图29b) 所希望的量A(图29b)
无分叉地构成所希望的层数
(在+X方向分叉所希望的量A(图29c) 在+X方向分叉所希望的量A(图29c) (在-X方向分叉所希望的量A(图29c) (在-X方向分叉所希望的量A(图29c)
无分叉地构成所希望的层数
(在+Y方向分叉所希望的量A(图29d) 在-Y方向分叉所希望的量A(图29d) 在+Y方向分叉所希望的量A(图29d) (在-Y方向分叉所希望的量A(图29d)
无分叉地构成所希望层数
(在+Y方向分叉所希望的量 在-Y方向分叉所希望的量A 在+Y方向分叉所希望的量A (在-Y方向分叉所希望的量A
无分叉地构成直至实现一新的支撑样式或直至碰到物体的一表面
按照希望，上表中概括的各个参数可加修改。例如，这里取量“A”作为分叉量。如合适，此量可随不同的分叉级改变，或者甚至可在同一分叉级对不同组成改变。
图30a～30m表明类似于图29a～29e的分叉支撑实施例，不同处是图30a中所示的单一主干将产生如图30m中指明的16个分叉。为便于理解和有可能实现，图30a中所示主干可被认为是由16个各别的但相同的部件组成。在对一给定组成作分叉操作期间仅沿X或Y方向中一个进行偏移。图29a～e的说明中指出的上述所有考虑均可在应用于这些图中例示的实施例以及随后的实施例。
图31a～C表明另一实施例，其中如图31a所示单个主干被分叉成图31c中所示的4个元件。这一实施例与图29a～29c中的不同处是，分叉同时发生在X和Y两个方向。如所说明的，分叉范围在X和Y两个方向是相同的，但分叉范围可在这些方向之间改变。
图32a～32d继续图31a～31c中说明的实施例以生成16个独立的分叉支撑。这些图还说明图28b中的结构，其中说明每一分叉的二层。
在其他优选实施例中也可能有其他分叉模式。例如，取代如上述例中表明那样的从个别主干生成被分叉的支撑的矩形阵列，可以形成六角形阵列、三角形阵列、半圆形阵列、等等。如果所得到的模式不能满意地配合，可能希望采用混合模式，它以适宜的型式相交替来得到最后支撑结构的良好的配合或啮合，以使得面向下的表面能被合适地支撑。其他的优选实施例可能采用多个主干来支撑单个组的分叉支撑。
可以预见到这些分叉支撑实施例可能产生较之采用某些其他实施例所能达到的更好的面向下的表面，因为可以相信接触到物体的最终支撑结构将被更均匀地隔开。如上面指出的，这里说明的分叉的支撑实施例可以是一更大支撑结构或混合支撑结构的一部分。对以上实施例的其他变型对研究这里揭示内容的本技术领域的熟练人员将是很显见的。
如果采用上述的几何形状和方向敏感的交错技术，就可能构成较小直径和/或较接近地隔开的结构以提供更好的工作表面，同时仍然具有合理的垂直叠积速率。
在此优选实施例中，沉积的滴液直径大致与优选的象素直径(约2.9～3.4mils)相同。但一般支撑间的象素分隔(例如支撑柱间的分隔)较之有关落下的液滴直径(如2mils)和撞击的(即沉积的)滴液直径的分隔较不关键。最好支撑间(和支撑柱)的水平间距要小于包含要被支撑的面向下表面的层的紧前面的层上的6个滴液直径，更好的是，此间距小于3个落下液滴直径，而最好此间距小于1到2个落下滴液直径。
已发现，在支撑柱之间包含有间断的桥接元件有利于在它们高度增长时限制它们从所希望的XY位置位移的能力。通常支撑柱的直径越小，就越经常需要桥接元件和层。这些桥接元件在高度上可延伸一或多层。在此优选实施例中，已发现一单层(1～2mils)的桥接元件是不完全有效的，而多于5层(5～10mils)则使整个支撑结构太硬。这样，在采用优选的3×3象素支撑时，桥接层理想的是高度在2层(2～4mils)与5层(5～10mils)之间，而最理想的是高度在3层(3～6mils)。而且还发现，桥接层最好每75mils到2英寸重复，更理想的是每100至300mils，最好为每100到200mils。为利用其他材料、构成参数、或构成条件，可利用测试部分的形成和分析来确定有效的桥接厚度和隔离厚度。
在桥接层被断续地应用时它们可将所有支撑柱粘结到一起或者仅将它们的一部分粘结到一起，其中，其他柱固定作前面的桥接应用或被固定作随后的桥接应用。换句话说，桥接元件可形成沉积材料的固体平面，或者它们可仅形成部分固体平面(如盘格模式)，它将某些柱连接到一起。支撑柱在形成桥接层之后再开始时可能从或不从它们先前的XY位置移动。
另一称为盘格式支撑的优选支撑结构着重于易于去除和对物体生成速度的良好的面向下表面的光洁度。图14中表示此支撑结构的断面组成。沿各光栅行利用每隔一象素(300象素/英寸)发生沉积，而在相邻光栅行中沉积象素被沿着该行作一象素宽位移。此支撑的一个优选方案不应用ID罩印而能采用DD罩印或多次曝光以每层增加沉积。无DD罩印或多重曝光，层厚在采用此优选实施例中的这种形式的支撑时限制到0.4至0.5mils之下，而不是由前述某些优选实施例可得到的接近1.3mils。不采用这些结构的DD罩印或多次曝光，有可能不利用物体的优选ID罩印，而在较薄的层(例如每层0.3至0.5mils)中沉积材料。无需利用物体的罩印因为额外的材料仅需在平面化期间被去除。由于采用光栅扫描和由于形成一层的速度与或不与罩印相同，所以按照这些技术的构成样式低于采用4次罩印的相当的构成样式3～4倍。虽然在构成时间上有明显增加但表面光洁度的改善可保证它在一定情况下的应用。
在构成盘格式支撑时，桥接层的正常应用被优先(例如Z高度的每30至100mils)来保证柱的完整性。桥接层应包括足够数量的层以保证其有效性(例如约为上面讨论的桥接层的同样厚度)。滴液通/滴液断模式(按滴液宽)为，凝固的元件是1滴液宽(沉积宽)，而相继元件的中心点间的间距大于1滴液宽但小于2滴液宽。
行支撑(按滴液宽)包括宽度接近一撞击液滴直径的行元件，其中与行的方位相切的元件之间的间距小于1滴液宽(即重叠)，而垂直于行方位的元件间的间距大于1滴液宽。最好垂直于行方位的元件间的间距也小于2滴液宽。
N×N柱支撑(按象素)在主方向上为N-通，最好1或2-断，而在转位方向上为N-通，最好1-断。柱的宽和其间的间距可根据对象素的间距、滴液直径和所用的任一罩印的情报进行计算。相邻柱中沉积的材料间的优选间距在一或二液滴直径之下。
另一可能的支撑样式是采用整体的或间断的虚线，其最好小于3象素宽(小于10mils)而更理想的是宽度为1～2象素或更小(小于3.3～6.6mils)，及被分隔以1到2象素或更小的未沉积的材料(小于3.3～6.6mils)。这些支撑可沿主扫描方向、副扫描方向，或其他方向运行。另一种形式的支撑是跟随物体边缘的曲线支撑。或者，此支撑模式在断面的不同区域可不同。它也可能在扫描方向从物体的边缘位移N象素(或滴液宽)，或在转位方向位移M象素(或滴液宽)。
某些其他替代方案包括由与形成物体的表面或边缘区所用材料不同的材料构成支撑。另外的替代方案可仅在一或多个邻接到物体的层上采用不同的支撑材料。混合支撑
再有的可用于局部沉积成型的支撑结构类型为混合支撑。在最简单的意义上，混合支撑是一种至少包括有两种不同类型支撑结构的支撑结构。最好，混合支撑中所采用的结构按支撑的高度改变，而更具体地说，在任何给定点的结构可随从该点至物体的一面向上和/或面向下表面的距离而定。换句话说，支撑结构根据对物体的距离修整为最合适的结构。在一典型实施例中，当点位于一面向下的表面之下预定层数(如4～9)时改变支撑模式。另一个中，支撑的单位面积的滴液密度即滴液密度比(被定义为每单位面积的滴液与非滴液之比)在接近面向下表面时减少。在这些实施例的一变体中当从较高的向较低的滴液密度比支撑结构过渡时采用一个或多个倾斜(中间)层的层。
在再一个典型实施例中，在离开一面向上的表面(例如离开一面向上表面4或更多层)时滴液密度比增加。这一实施例的可选变体中，在由较低的向较高的滴液密度比支撑结构过渡时利用一或多层的倾斜(中间)层。也可取的是，支撑结构不只是根据到物体的垂直距离同样也根据水平距离改变。例如当水平地邻近此物体时不同类型的支撑可能比离开物体某一距离更有用。
图20中也表明一混合支撑示例。如图示，此结构从可能是构成平台、或者可能是正构成的物体的一面向上表面的表面23伸出以支撑面向下的表面24。图中表明，此支撑结构由5个部件组成：(1)接触表面23的细纤维状柱25(如果表面23不是物体的面向上表面，支撑结构的这一部件可省略)；(2)设置在纤维状柱25顶部的较粗大的柱26；(3)中间层27(即最终桥接层)；(4)设置在中间层顶部的直接接触面向下表面24的细纤维状柱28；和(5)用于将二个或更多的粗柱熔化到一起并分布在柱26中各个地点的桥接层29。
细柱25和28两者断面均为1象素(3.3×3.3mils)并形成如图14a中所示的“棋盘”模式。结果得到距相邻柱1象素并易于从表面23和24分离的一系列细的纤维状柱。这些相当于上面讨论的盘格式支撑。根据一象素通、一象素断的这些支撑的沉积模式，滴液密度比接近于1。如果支撑不是在物体的面向上表面上开始，则柱25可跳除。
柱25和28的高度应在3mils与15mils之间而最好为约4～6mils。此高度应保持为最小，因为希望这些支撑与正以4次ID罩印形成的物体相结合利用，以及因为在对这些支撑结构采用单次通过不作罩印时它们将以远低于物体的速率累积。另一方面，还希望这些支撑具有某种高度，针状元件在物体的面向下表面被撒布时倾向于熔化到它们上面。
柱26横断面为3×3象素(9.9mils×9.9mils)，并在扫描方向上距相邻柱2个象素，在转位方向上距相邻柱1个象素。这些柱支撑相当于上面讨论的最佳支撑。如上述，主扫描方向上额外空间的主要原因是在于这些支撑将接收4次罩印。由这些柱形成的断面模式如图15和18中所示。所得结果为一系列粗于纤维状柱25与28的柱。
这些柱与其他的不同，可为随意的高。原因是这些柱的较大的断面使得柱能与该部分本身同样的速率生长(约1.3mils/层)。如前面讨论的，最好利用桥接29将相邻的柱26间断地熔结到一起以防止在构成某一距离后一可能发生这些柱的“漂移”。桥接的间距最好在先前讨论的范围内。
中间层27代表可起柱26与柱28之间的过渡作用的可选桥接最终层。速度层有用的理由是，柱28为约与柱26间的间距相同或较小的大小，结果会是如无此过渡层，柱28就可能落在这些间距中间。在一优选办法中，不利用作为一整体的中间层而是在柱26的顶部仔细地放置柱28或者仅利用中间层27的必要部分。
最好是，如果被采用，这些中间层就与前面讨论的桥接层为同样的厚度。
应当理解，在柱25与柱26之间是无需中间层的，因为柱26在断面上大于柱25之间的间距。因而，这些柱能直接建立在较小柱的顶部而无需中间层。
其他可能的混合结构是采取另外的与前述支撑元件的组合。混合和其他支撑结构也可被用来形成物体的内部部分。
为构成支撑还存在另外的替代方案。例如，也可能由与用于构成该部分的材料不同的材料来构成支撑。另一种可能性是在上述支撑结构的间隔中加以流体例如水以便提供附加支撑而且也有助于散热。在这样的措施中，采用一种较构成材料具有更大密度的流体是有益的。这将给予落在柱的间隔间的构成材料的滴液以浮力。此材料还应被选择成使其表面能量与构成材料的相组配以便能防止在流体与柱之间形成凹凸面。这样一种材料的例子是表面活化剂。
另一种可能是在柱的间隔之间向上喷射空气流。在这一方法中能取得散热效果和浮力。另一可能是以质粒填满降低数量的柱支撑的间隔(如间隔为0.1至1英寸或更多的柱)。而这样的质粒可由构成材料形成，这一点可通过促使液滴能在它们到达工作表面之前凝固(例如通过增加撒布头与工作表面之间的距离)，或者通过在液滴以升华的、亦即直接由固态进入气态的材料着陆之前涂覆它们来完成。
支撑最好将物体从构成平台的表面隔开50至300mils。或者，物体可直接构成到平台上。在此替代方案中，平台可覆盖以一柔性片材，这将使物体能易于从硬平台分离然后再从此片材分离。电切割器可被用来将支撑从平台分离，在这种情况下最好将物体置于平台表面之上150至300mils。已发现一种带长齿的细梳状装置对从平台去除支撑很有效。在这种情况下，装置的厚度要求物体与平台间所需的间距一般在50至200mils之间。支撑从物体去除可借助轻轻擦净、刷除，或者依靠利用小的探测装置如牙科器具。
另一种变体是将本实施例结合进一包括自动部件去除的能力和一冷却台的综合系统中，另一些替代方案则是采用低熔点材料作为构成材料，一材料过滤器，或不同光栅行或滴液地点上的不同的材料。
再一些替代方案是对支撑构成采用大于部分构成的滴液。另一替代方案是采用如上述那样的使液滴能在它们抵达工作表面之前凝固来成形的粉末化支撑。
其他实施例可根据不同的主扫描方向定位(如Y或Z)、另外的副扫描方向定位(如X或Z)和另外的堆积定位(如X或Y)。其他的实施例可利用另外的绝对运动方案来实现物体与打印头间所希望的相对运动。例如在某些实施例中打印头的绝对运动发生在所有三个方向上，而在其他实施例中绝对物体运动可存在于所有三个方向。在再一些其他的实施例中可采用打印头或物体的非笛卡尔运动以及逐层地或层的逐个部分地改变喷射方向。
虽然某些实施例是在被插在说明书中的标题下说明的，但这些实施例不能被认为仅适用于标题所指明的主题。而且虽然标题作用来提高此说明书的可读性，但有关标题所叙述的特定主题的所有揭示不应被认为局限于这些单个章节之内。这里揭示的所有实施例均可分开地或与所揭示的其他实施例相结合地应用。
虽然已表示和说明了本发明的实施例和应用，但对本技术领域中的熟练人士将很显然，不背离本发明的原理可作出许多修正。因此本发明除所附权利中的精神实质外不受其他限制。
附录A    表I-III详列某些优选实施例中所用的优选材料
表1说明组成配方
   组成
    A 石蜡，熔点60℃
    B 包括α甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的共聚物的纯单体烃树脂：粘度l000cps@130℃；软化点78-95℃
    C 中等硬度微晶脂化石蜡：粘度16cps@100℃；熔点78-86℃；渗透1.7mm@25℃
    D 硬微晶石蜡：粘度16cps@100℃；熔点93℃；渗透0.55mm@25℃
    E 软微晶石蜡：粘度13cps@100℃；熔点69℃；渗透2.9mm@25℃
    F 乙烯-乙烯基醋酸共聚物：粘度575cps@140℃；熔点92°C
    G 四[亚甲(3.5双特丁基4羟基)]甲烷，抗氧化剂：熔点110-125℃
    H 二甲酸(DOD)，增塑剂
    I 二辛基对酞酸盐(DOPT)，增塑剂
J 2.6一双特丁基-4-甲基苯，抗氧化剂
K 二异壬对酞酸盐(DINP)，增塑剂
L 着色或染色化合物
M 以丙烯酸酯终止的聚苯乙烯
N 自由基光激发剂
O 聚乙烯氧化物，平均分子量2000
P 线性酚醛齐聚物
Q 阳离子光激发剂
R 多功能丙烯酸盐表II-A和II-B表示由组成指定某些优选实施例中所应用的优选材料配方
表II-A
                              重量％
组成 Ex.1 Ex.2 Ex.3 Ex.4 Ex.5 Ex.6
A 21 21 44 25 20 20
B 49 49 25 20 25 50
C 12 12 12 - - 12
D 55 5 6 10 5 55
E 5 5 6 20 20 5
F 4 4 2.3 20 25 4
G 2 2 - - - -
H - 2 - - - -
I - - 2.3 2 2.5 2
J - - 2.3 3 2.5 2
K 2 - - - - -
性质
粘度 @ 130℃ cps/℃ 22 22 7 20 28 24
硬度 肖氏硬度 28 26
撞击能量 KJ/m2 1.4 2.2
表明II-B
   组成     Ex.7    Ex.8    Ex.9
    A     21
    M     51
    C     12
    D     5
    E     5
    F     5
    N     1     1
    O     77     77
    P     22
    Q     1
    R     22
表III
   组成    名称                   提供者
    A    石蜡     Allied Signal Inc.，Morristown，NJ
    B    ″PICOTEXLO″     Hercules，Inc.，W ilm ing ton，DE
    C    ″X-22″     Hoechst Celanese Corp.，Som erville，NJ
    D    “C-700”     Petrolite Corp.，Tulsa，OK
    E    “ULTRAFLEX”     Petrolite Corp.，Tulsa.OK
    F    “AC-400”     Alied Signal Inc.，Morristown，NJ
    G    “IRGANOX1010”     Ciba-Geigy Corp.，Haw thome，NY
    H     DOTP     Aldrich Chem ical Co.，Inc.，M ilw aukee，WI
    I     DOP     Aldrich Chem ical Co.，Inc.，M ilw aukee，WI
    J    “BHT”     Aldrich Chem ical Co.，Inc.，M ilw aukee，WI
    K     DIDP     Aristech Chem ical Corp.，Cleveland.OH
    M    “13K-RC”     Sartom er Co.，West Chester.PA
    N    “IRGACURE184”     Ciba-Geigy Corp.，Haw thome，NY
    O     聚乙烯氧化物     Dow Chem icals.Midland，MI
    P    “DEN 438”     Dow Chem icals.Midland，MI
    Q     “UVI6974” Union Carbide Chem ica ls，Danbury，CT
    R     “SR399” Sartomer CO.，W est Chester.PA
局部沉积成型系统中的数据操作和系统控制的方法和设备
本发明是US专利申请No.08/534447(96.9.27)的继续部分。
本发明领域
本发明是关于用于形成三维(3D)物体的数据操作和构成控制的技术，较具体说是关于快速成原型和加工(Rapid Pro to typing&Manufacturing，RP&M)系统中应用的技术，以及最具体地说是关于热立体平版印刷术(TSL)系统、熔融沉积成型(FDM)系统、或其他局部沉积成型(SDM)系统中所用的数据操作和构成控制方法和设备。
背景技术
近年来已可采用各种不同措施来实现自动或半自动三维物体产生、即快速成源型和加工(RP&M)，其特点在于每一种措施均以描述由多个形成和粘附的薄层以层叠状态形成的物体的3D计算机数据着手进行3D物体的建立。这些薄层有时被称为物体的断面、结构的层、物体层、物体的层或者简单地称做层(如果上下文清楚表明它是指适当形状的凝固结构。)每一薄层表示此三维物体的一个断面。通常薄层被形成和粘结到一叠先前形成和粘结的薄层上。在某些PR&M工艺中，已提出的技术不同于严格地一层一层的构成过程，而是仅形成一初始薄层的一部分并在此初始层的其余部分形成之前至少一后续薄层至少部分地被形成。
按照一个这样的措施，三维物体的构成是将未凝结的、可流动材料的相继续的层施加到工作表面，然后以所希望的图案使这些层局部地经受协合激励，以使得这些层局部地凝固成粘结到早先形成的物体薄层上的物体薄层。在这一措施中，材料被加在工作表面上的将不会成为物体薄层部分的区域和将成为物体薄层的部分的区域。这种措施的代表是立体平版印刷术(SL)，如US专利No.4575330(Hull)中所述。按照立体平版印刷的一实施例，此协合激励是来自UV激光的射线，而材料是光聚合物。这一措施的另一例是局部激光烧结(SLS)，如US专利No.4863538(Deckard)中所述，其中协合激励为来自CO2激光的IR射线而材料为可烧结的粉末。第三例是三维印刷(3DP)和直接壳体形成铸塑(DSPC)，如US专利No.5340656和5204055(Sachs等)中所说明的，其中协合激励是化学粘合剂，而材料是由局部施加化学粘合剂粘合到一起的颗粒组成的粉末。
按照第二个这种措施，通过从材料板上顺序地切割出具有所希望形状和尺寸的断面形成物体薄层来形成物体。通常在实践中，纸板在被切割之前被堆叠和粘结到先前被切割的纸板上，但也可能在堆叠和粘结之前加以切割。这一措施的代表是分层物体加工(LOM)，如US专利No.4752352(Feygin)中所述，其中材料为纸，将纸板切割成所希望形状和大小的手段是CO2激光。US专利No.5015312(Kinzie)也是针对LOM。
按照第三个这种措施，物体的薄层的形成是将未凝固的、可流动的材料以所希望的布局有选择地沉积在工作表面上将成为物体薄层的部分的区域。在有选择地沉积期间或沉积之后，将此作选择性沉积的材料固化以形成粘结到前面形成和叠置的物体薄层上的后续物体薄层。然后重复这些步骤一层一层地连续构成物体。这种物体形成技术可被称为局部(有选择地)沉积成型(SDM)。这一措施与第一措施之间的主要区别在于材料仅被有选择地沉积在那些将成为物体薄层部分的区域。这一措施的代表是熔凝沉积成型(FDM)，如US专利No.5121329和5340433(Crump)中所述，其中材料以可流动状态撒布进处于温度低于此材料的可流动温度的环境中，而后再使之冷却后硬化。US专利No.5260009(Penn)介绍了此工艺的第二例。第三个是喷射颗粒加工(Ballistic Particle Manufacturing，BPM)，如US专利No.4665492、5134569和5216616(Masters)中所说明的，其中颗粒被定向到特定地点来形成物体的断面。第四例是US专利No.5141680(A lm quist等)中描述的热立体平版印刷术(TSL。)
在应用SDM(以及其他RP&M构成技术)时，用于生成实用的物体的各种不同方法和设备的适合程度取决于很多因素。由于这些因素一般不能同时均理想，所以选择适当的构成技术及与之相关的方法和设备要牵涉到取决于特定需要和环境的折衷。一些应考虑的因素包括：1)设备成本，2)运行成本，3)生产速度，4)物体的精确度，5)物体表面光洁度，6)形成物体的材料性质，7)物体的预期应用，8)为获得不同的材料性质作二次处理的可能性，9)应用的简易性和操作人员制约，10)所需的或所希望的运行环境，11)安全性，和12)后期处理时间和力量。
在这方面为更有效地构成三维物体早就出现有必要能同时尽可能多地优化这些参数。作为第一个例子，当采用如上述的局部沉积成型技术(SDM)(例如立体热平版印刷术)来构成物体时，需要增加物体生产速度并减低装备时间及文件准备时间而同时能维持或降低设备成本。这方面的一个关键问题是要求有生成和处理构成数据的高效技术。另一个关键问题是需要生成适于在成型期间支撑物体的支撑数据的高效技术。另外的问题还涉及到软件控制的存在，该软件应能实时处理海量数据，能补偿喷嘴的熄火或故障，能调整数据使之能按所需顺序访问，以及能有效地提供对几何形状敏感的构成样式和沉积技术。用于需要数据生成技术的SDM中的适当的构成样式和支撑结构在US专利申请No.08/534813中有介绍。
因而，存在着长期感到但却未能满足的对能获得数据并控制SDM系统以克服现有技术中的缺点的方法和设备的需要。
本说明书这一节所引用的所有专利均在此结合作为详细描述中的参考。
相关专利申请
下列申请在此结合作为在作完整说明中的参考：
    申请日期       申请号               题目 状态
    95.9.27  08/534,813 用于形成三维物体和支撑的局部沉积成型方法和设备 未决
    95.9.27  08/534,447 局部沉积成型系统中用于数据操作和系统控制的方法和设备 未决
    95.9.27  08/535,772 局部沉积成型材料和方法 未决
    95.9.27  08/534,477 局部沉积成型方法和系统 未决
本申请的受让人，3D系统Lnc，与下面的相关申请(在作详细说明中结合作为参考)同时递交本申请。
  大纲号  申请日期  申请号 题目 状态
USA.142  与此同时  未知 用于形成三维物体和支撑的局部沉积成型方法和设备 未决
按照热立体平版印刷术和某些熔融沉积成型技术，三维物体由被加热至可流动而后用撒布器分撒的材料逐层地建立。此材料可作为半连续的材料流由撒布器分撒或者也可作为单个的液滴进行分撒。在材料作为半连续流体分撒的情况中，可以理解能容许较不严格的工作表面标准。US专利No.5141680中介绍了早期的热立体平版印刷的实施方案，在此用作为参考。热立体平版印刷术因其能够采用不起反应的、无毒的材料特别适用于办公室的环境中。而且，利用这些材料形成物体的处理无需涉及应用射线(如UV射线、IR射线、可见光、和/或激光射线)，将材料加热到易燃温度(如某些LOM技术中的沿断面边界燃烧材料)，活性化学制品(如单聚物、光聚物)或有毒化学制品(如溶剂)，复杂的切割机械，等等可能产生噪音或在误操作时造成严重危害的因素。而能代之以通过将材料加热到可流动的温度再有选择地分撒并使之冷却来形成物体。
US专利申请No.08/534813主要针对能根据TSL原理被应用于一优选的局部沉积成型(SDM)系统的构成和支撑样式和结构。也叙述了用于其他SDM系统的以及用于其他RP&M系统的替换的构成和支撑方式。
US专利申请No.08/535772针对后述优选的SDM/TSL系统所应用的优选材料。还讨论了一些替代材料和方法。
US专利申请No.08/534447是本申请的源申请，针对用于将3D物体数据变换成根据TSL(热立体平版印刷术)原理的优选局部沉积成型(SDM)系统中所应用的支撑和物体数据的数据变换技术。这一被加以引用的申请是针对用于控制后述的优选的SDM/TSL系统的各种数据处理、数据控制和系统控制技术。还介绍了供SDM系统中应用以及供其他RP&M系统中应用的替换数据操作技术和控制技术。
本申请的受让人，3D系统公司，也是RP&M领域特别是该领域的立体平版印刷术部分中的其他US专利申请和US专利的所有人。下列共同拥有的US专利申请和US专利在此作详细说明中被应用作为参考：
申请号 主题 状态和/或专利号
08/148544 说明热立体平版印刷术的基本组成 5501824
08/484582 指明立体平版印刷术的基本组成 未决
08/475715 说明SL中应用的各种记录技术，包括能从许多孔作局部沉积的材料撒布器 未决
08/479875 说明各种LOM型构成技术 未决
08/486098 说明翘曲变形以及各种减少这种变形的技术 未决
08/475730 说明用于取得断面数据的3D数据分片技术，利用逻辑层比较来定义向下、向上和连续区域。还介绍了用于相对一初始CAD设计进行校正宽补偿和生成各种物体构型的技术。 未决
08/480670 说明一早先的SL分片技术，包括向量生成和校正宽度补偿 未决
08/428950 说明SL中应用的各种构成技术，包括用于形成半固态和固态物体涉及的交替排序、向量交错和向量偏移的各种构成样式 未决
08/428951 指明用于SL的多层同时校正技术，包括在Z 未决    (No.95/29053的源)
方向进行垂直区域比较以及纠正由于过校正的错误的技术。在另外的水平比较中讨论了包括利用浸蚀程序确定水平分离区域的技术。
08/405812 说明利用振动能的SL重涂覆技术 未决
08/402553 说明利用刮片和液平面控制技术的SL重涂覆技术 未决
08/382268 说明数种SL重涂覆技术，包含为形成下一层未凝结材料利用喷墨来有选择地撒布材料所涉及的技术 未决
07/182801 说明SL用的支撑结构 4999143
07/183015 说明用于降低SL物体中的应力在物体中配置空洞 5015424
07/365444 说明集中的SL构成、净化和后期纠正技术 5143663
07/824819 说明大型SL设备的各种特点 5182715
07/605979 说明用于增强SL物体表面光洁度的技术，包括采用与较厚结构层组合的薄填充层和曲面形平滑 5209878
07/929463 说明粉末涂覆技术以增强表面光洁度 5234636
07/939549 依靠平衡应力和收缩区降低SL中的翘曲变形的构成技术 5238639
本发明概述
本发明实现多种能单独或组合地解决与由局部沉积成型来形成3D物体中所用的数据产生、数据管理和系统控制相关的许多问题的技术(方法和设备)。尽管主要是针对SDM技术，后面讨论的技术也可以多种不同方式应用于上述其他RP&M技术以便能由先进的数据操作和生成技术来增强系统的处理能力。而且这里说明的技术还能被应用于采用一种或多种构成和/或支撑材料的SDM系统，其中一或多种材料被有选择地撒布，而其他的可作非选择性撒布，以及其中对全部的或部分的材料可以采用或可不采用提高的温度来协助它们作有选择地(局部地)沉积。
这些技术可被应用到SDM系统，其中为了进行撒布而向构成材料(例如涂料或墨水)添加溶剂(如水、酒精、丙酮、涂料稀释剂，或其他适合于特定构成材料的溶剂)以使其成为可流动的，这些材料在撒布之后可通过去除溶剂而加以固化(例如，将被撒布的材料加热，将材料撒布进部分被抽空(即真空)的构成室内，或者仅仅以足够时间将溶剂蒸发)。替换和/或另外地，构成材料(如涂料)在性质上也可以是蚀变的，其中，材料上的剪切力的增加可被用来协助其撒布，或者此蚀变性可仅仅用于协助材料在被撒布后保持其形状。替换和/或另外地，材料在性质上也可以是反应性的(例如，光聚合物，热聚合物，一或二部分环氧材料，诸如前述材料之一与蜡或热塑性材料相组合的组合材料)，或者至少在与其他材料(如熟石膏和水)组合时是可凝固的，其中，在撒布后材料通过恰当地应用规定的激励(例如，热，EM射线(可见光、IR、UV、X射线等)，反应化学制品，二部分环氧的第二部分，一组合的第二或多个部分)进行反应，在此，构成材料和/或材料组合成为凝固的。当然，热立体平版印刷材料和撒布技术可单独地或与上述替代物组合利用。而且可以采用各种不同的撒布技术，例如由单个或多个喷墨装置包括热熔喷墨、泡沫喷射等，以及连续或半连续流的单个或多孔挤压喷嘴或喷头来进行撒布。
本发明的第一目的是提供用于将三维物体数据变换成断面数据的方法和设备。
本发明的第二目的是提供包含用于将三维物体数据变换成断面数据的方法和设备的生成物体的方法和设备。
本发明的第三目的是提供从三维物体数据取得支撑数据的方法和设备。
本发明的第四目的是提供包含用于获得支撑数据并在物体形成期间利用此支撑数据的方法和设备的的生成物体的方法和设备。
所期望的是上述目的可分别由本发明的不同方面来实现，而本发明的附加目的将涉及上述独立目的的各种不同的组合以使得能由组合技术取得组合的收益。
本发明的其他目的按此说明书将会明了。
附图的简要说明
图1为一优选热立体平版印刷系统的图示；
图2a和2b以两个不同角度说明图1的打印头的孔板；
图3为图1的平面化器的较详细图示；
图4说明孔板上的相邻喷嘴和相邻光栅行之间的相对间距；
图5表明定义系统的数据分辨率的象素网格；
图6a-6d说明数种罩印方案；
图7表明本发明的第一实施例；
图8a-8b表明STL文件与分片平面的相交；
图9说明布尔提取操作的效果；
图10说明本发明的第二实施例；
图11a说明Z方向上的三角形排列；
图11b-11c说明有效三角形的选择；
图12a、12b和12c说明表示断面数据的替换形式；
图13a-13c说明变迁数据在与不同扫描行相关的表中的布置；
图14-15更详细说明布尔提取操作；
图16-17说明布尔加、减、和相交操作；
图18-21说明采用中间层生成支撑的二级处理；
图22说明生成支撑的三级处理；
图23-26说明将起始/停止数据存贮进相关字的方法；
图27a-27b，28a-28b，29a-29b和30a-30b说明分配存贮器给表示起始/停止变迁的表数据的方法；
图31说明由相同的变迁数来表示相继的扫描行的特点；
图32表明由起始/停止数据象素化所引起的量化误差；
图33表明RLE数据到转换数据的转换；
图34a-34c表明用于构成支撑的数据；
图35a说明本发明的优选实施例中所作的关于部分倾斜的假设；
图36a-36c说明本发明的当前的实施中所用的环形缓存器；
图37说明混合支撑结构；
图38a，38b说明二采样样式类型；
图39a、39b和39c说明有时发生的部分/支撑的遭遇；
图40a-40c表示如何采用样式文件示例；
图41a-41f表示另外的样式类型；
图42a-42e说明错位；
图43说明编码器行的规定序列；
图44说明仅通过一喷射计数器可能发生的分辨率问题；
图45a-45b说明用于通过采用二计数器增加扫描方向的分辨率的算法；
图46a表明含有间隙以及假想水平和可将其作为形成不同的支撑结构的基础的区域的物体的侧试图；
图46b表明图46a中的物体的侧试图，其中间隙被各种型式的支撑结构填满；和
图47表明.RLE文件的概念格式。
对优选实施例的描述
如前面讨论的，本申请是针对用于实现适用于局部沉积成型(SDM)系统的支撑技术和构成技术的数据操作技术和系统控制技术。特别是优选的SDM系统为一热立体平版印刷(TSL)系统。本发明优选实施方案的详细说明将以对优选TSL系统的说明开始，其中将适当地描述实施例的细节。对优选构成和支撑技术、优选材料的成份和特性、优选系统和各种替代方案的更详细说明见前面结合引用的US专利申请No.08/534447、08/535772和08/534477。在前面结合引用的多个申请和专利中，尤其是那些被认为直接有关于或适用于SDM、TSL或FDM的申请和专利中还讨论了替换系统。这样，后面的数据操作技术和系统控制技术就应看作是能适用于各种SDM、TSL和FDM系统而不是仅限于与这里所述的示例相结合。
图1中说明执行SDM/TSL的优选设备。此设备具有一其上设置撒布头9(例如多孔喷墨喷射头)和平面化器11的撒布平台18。此撒布平台通过部件13可滑动地耦合到X构架12。X构架12可控制地在X方向、亦称之为主扫描方向前后移动撒布平台18。X构架的运动是在一控制计算机或微处理机(未图示)的控制之下。而且，在平台18的任一侧和/或在平面化器11与撒布头9之间安装有用于垂直向下鼓风用的风扇(未图示)以有助于冷却撒布材料和衬基而能保持所希望的构成温度。当然其他的风扇和/或其他冷却系统的安装方案也是可行的，包括采用喷雾装置直接将可汽化的液体(如水、酒精、或溶剂)喷到物体的表面上。冷却系统可以涉及用于散热的有源或无源技术，并可以是与温度传感装置相结合的能由计算机控制的以将撒布材料维持在所希望的构成温度范围内。
撒布头(即打印头)9为被组构成用于喷射热熔墨水(如热塑料或蜡状材料)的市售打印头，并被修改用于三维成型系统，其中打印头经受往复运动和加速度。此打印头修改包括组构任一机载蓄积机构以使得加速度能对此蓄积机构中的材料位移最小。在一优选实施例中，此头为包含有蓄积机构修改的市售96喷嘴打印头，Model No.HDS96i，由Spectra Corp(Nashua，Hen Ham pshire)提供。由一MaterialPackaging&Handling Subsystem(材料封装和控制系统，图中未示)以可流动状态向打印头9提供材料。此材料封装和控制系统在前面引用的US专利申请No.08/534477中有说明。在一优选实施例中，此头上的全部96个喷嘴被计算机控制成当各孔(即喷嘴)被恰当地定位时通过孔板10有选择地喷射液滴以将液滴撒布到所希望地点。实践中，最好每秒对各喷嘴发送约12000到16000个命令，根据喷嘴位置和希望沉积材料的位置有选择地命令各喷嘴喷射(撒布液滴)或不喷射(不撒布液滴)。实践中喷射命令也最好同时发送到所有喷嘴。这样，在一优选实施例中，头被计算机控制以便有选择地启动喷嘴以便能同时通过孔板10中的一个或多个孔射出熔融材料的液滴。当然将会理解，在替代实施方案中可以采用不同数量的喷嘴，可以有不同的喷射频率，而且在合适环境下也可以不同时启动喷射。
孔板10安装在撒布平台18上以使材料液滴能从撒布平台的下方喷射。图2a和2b中说明孔板10。在一优选实施例中，如图2a中所示，孔板(即孔的行)被安装成近似垂直于主扫描方向(如X方向)并被组构成带有N＝96个可各别控制的孔(标以10(1)、10(2)、……10(96))。每一撒布器(如喷嘴)均设置有一压电元件，在当一电启动脉冲被加到此元件时即促使一压力波通过材料传播。此压力波使得从孔中发射一滴材料液。此96个撒布器由控制计算机控制，后者控制被加到各撒布器的启动脉冲的速率和定时并由此控制从孔发射的液滴的速率和定时。参看图2a，一优选实施例中的孔间的距离“d”约为8/300英寸(约26.67mils或0.677mm)，这样，在96个孔时孔板的有效长“D”约为(N×8/300英寸)＝(96×8/300英寸)＝2.56英寸(65.02mm)。一优选实施例利用光栅扫描来定位打印头和孔以将材料撒布在所希望的滴液地点。各层的打印处理由打印头与所希望的滴液地点间的一系列相对运动来完成。打印一般在打印头作主扫描方向的相对运动时发生。随后跟着在副扫描方向作通常较小地运动增量而不进行撒布，接着是主扫描方向上的反向扫描再次进行撒布。重复这种主扫描和副扫描的交替过程直到完成薄层的沉积。替代实施例可在进行主扫描同时作很小的副扫描运动。因为沿主和副方向的净扫描速度间通常有很大差异，所以这样的替代方案仍然是使得沿在接近垂直的主扫描行上沉积(即主扫描和副扫描方向基本保持垂直)。另外的替代实施方案可采用向量扫描技术或向量扫描与光栅扫描的组合。另外的替代实施例可采用不垂直的主和副扫描方向同时利用使得液滴作适当位移的算法。
在替换实施例中，打印头可被安装成对主扫描方向呈非垂直角度。这种情形如图2b中所示，这里打印头被安装成与主扫描方向成角度“α”。在此替代方案情况中，孔间的分开距离从d减少到d′＝(d×sinα)而打印头的有效长度降低到D′＝(D×sinα)。当间距d等于副扫描方向(垂直于主扫描方向的方向)上的所希望的打印分辨率时，此角度α被认为是“主导角(saborangle)”。
如果间距d(如在采用一优选实施例时)或d′(如在采用某些替代实施例时)不是所希望的副打印分辨率(即打印头不处于主导角)，就必须选择所希望分辨率以使得d或d′为所希望分辨率的整数倍。同样，当以α≠90°打印时，在主扫描方向象在副扫描方向一样，相邻喷嘴间均存在间距。此间距由d″＝d×cosα确定。主扫描方向上的这一间距d″则在所希望的主打印分辨率被选择为d″的整数倍(假定喷射地点被分配在一矩形的网格中)时还要求具有优化的打印效率。这可以换句话来说成是，角度α被选择成能使d′和/或d″(最好是双方)在被适当的整数M和P除时能产生所希望的主和副扫描分辨率。采用优选的打印头定向(α＝90°)的优点是能在主扫描方向具有任何所希望的分辨率而同时仍然维持最佳效率。
在另外的替代实施例中可利用多个打印头，它们端对端地布置(在副扫描方向伸展)和/或背靠背地堆叠(主扫描方向叠置)。当背靠背叠置时打印头可使孔在主扫描方向对齐以使它们在同一行上打印，或者使它们相互偏移以便沿不同的主扫描行撒布材料。特别是可能希望使背靠背打印头在副扫描方向相互偏移所希望的光栅行间距，以使必须进行的主扫描通过次数成为最少。在其他的替代实施例中，确定沉积地点的数据可不由确定一矩形网格的象素定位，而由按某一其他模式布置的象素定位(例如偏移或错列的模式)。更具体说，沉积位置可完全或部分地作层到层的改变以便能根据欲加喷射的区域的特点对一整个层或一层的部分进行部分象素滴液位置的偏移。
当前优选的打印技术是在主扫描方向每英寸沉积300、600和1200滴液而在副扫描方向每英寸沉积300滴液。
参看图1和3，平面化器11是一带作成纹理的(例如滚花的)表面的被加热的旋转滚柱18a。其功用是熔化、运送和去除前面撒布层的材料的部分以便使之平滑，将最后形成的层设置到所希望的厚度，并将最后形成层的净上表面设置到所希望的水平(即用于形成物体的下一薄层的所希望的工作表面即工作水平)。数码19指明刚由打印头沉积的一层材料。旋转滚柱18a被安装到撒布平台使之能从平台的下方在Z方向突出足够的量以便能接触到孔板下面所希望水平处的材料19。在一优选实施例中，这个量被设定在0.5-1.0mm的范围内。滚柱18a的旋转从刚沉积的层扫清在图中以数字21指明的材料，余留下它的尾流平滑的表面20。材料21粘结到此滚柱的滚花表面，直到它接触到清扫器22时被去除。如所示，清扫器22被设置来从滚柱表面有效地“刮除”材料21。因为这一材料仍然是可流动的，则被US专利申请NO.08/534477中所说的材料封装和处理子系统所取得，由此或者被去除或者被作再循环。
参看图1，还设置有部分构成平台15。在此平台15上构成在图中以参考号14指明的三维物体或部分。这一平台15可滑动地耦合到Y构架16a和16b，后者在计算机的控制下可控制平台15在Y方向(即转位方向或副扫描方向)往复运动。此平台还耦合到在计算机控制下可控制平台在Z方向作上下运动(在构成处理期间通常是逐步地向下)的Z构架17。
为构成一部分的断面，Z构架被指示使部分构成平台15相对于打印头9运动，以便将部分14的最后构成的(即被撒布的和可能经过平整的)断面置于打印头的孔板10之下适当的量。然后使打印头结合Y构架在XY构成区域上面扫除一或多次(打印头在X方向来回扫除，而Y构架在Y方向平移此部分地形成的物体)。物体的最后形成的层与任一与其相关连的支撑的结合确定用于沉积下一薄层及与之相关的任何支撑的工作表面。当在XY方向平移时打印头的喷嘴以与前面撒布的层相应的状态喷射以按所希望的模式和序列沉积材料以构成物体的下一薄层。在撒布处理期间，被撒布的材料的一部分被平面化器以上面讨论的状态去除。重复X、Y和Z运动、撒布和平面化处理，来由多个有选择地撒布和粘结的层构成物体。在一替换实施例中，平面化步骤可独立于撒布步骤进行。在另外的实施例中，平面化器不对所有的层应用而可能仅用于被选择的或间隔的层。
如前指出的，在一优选实施例中，指示打印头遵循一光栅模式。图4中表明其一例。如图示，光栅模式由一系列在X方向即主扫描方向运行并沿Y方向(即转位方向或副扫描方向)排列的光栅行R(1)、R(2)、...R(N)组成。光栅行相互隔开距离dr，在一优选实施例中，为1/300寸(约3.3mils或约83.8μm)。由于打印头的孔相隔距离d，如所讨论的约为26.67mils(0.6774mm)和由于所希望数量的光栅行可能在转位方向伸展大于孔板长度的距离，约2.562寸(65.02mm)，打印头必须经过多次通过来扫掠工作表面以便能扫描所有所希望的行。
这由下面的二步骤处理来完成。第一步，在工作表面上通过8次，每当在主扫描方向通过一次Y构架即转位量dr。在第二步，Y构架转位等于孔板长度的距离(2.5600寸+dr(0.0267寸)＝2.5867寸(65.70mm)。然后重复此二步处理直到所有所希望的光栅行均被扫描为止。换句话说，一优选的二步骤处理包括第一步骤，其中主扫描方向上的通过与副扫描方向上的等于所希望的光栅行分辨率的移动相交替，直至由二相邻喷咀嘴撒布的初始行间的所有光栅行被扫描为止。然后，第二步是作很大的转位方向增量。此大的转位方向增量等于打印头第一和最后孔间的间距加一个光栅行间距。第一和第二步骤被加以重复直到转位方向增量和被扫描的行足以在形成物体断面所需的所有光栅行上沉积材料(包括用于形成后续断面的任何所需的支撑)。
例如，在第一次通过中，打印头被指示扫描光栅行R(1)(通过图2a中的孔10(1))、R(9)(通过孔10(2))、R(17)(通过孔10(3))等。然后指示Y构架在转位方向上将构成平台移动距离dr(一光栅行)。在下一通过中，打印头可被指示扫描R(2)(通过10(1))、R(10)(通过10(2))、R(18)(通过10(3))等。然后再进行6次通过，Y构架在每次通过后转位距离dr，直至完成总共8次扫描。
此时，如有更多的扫描行要加以扫描，则将指示Y构架将构成平台移动一等于孔板的全长+dr，2.5867英寸(65.70mm)的量。然后重复上述的此二步骤处理直至所有光栅行均被扫描完。在替代实施例中，可作另外的Y增量，包括沿Y轴作负向和正向运动增量。这可以用于扫描最初被跳越的光栅行。这将与被称为“交错”的技术相关连地作进一步说明。
喷墨孔的喷射由被保持在控制计算机或其他存贮器装置中的矩形位映象控制。此位映象由一存贮器单元网格组成，其中每一存贮器单元对应于工作表面的一象素，其中网格的行在主扫描方向(X方向)延伸而网格的列在副扫描方向(Y方向)延伸。行(在Y方向上被间隔开)的宽(或其间的距离)可能与列(在X方向上间隔开)的宽(或长度即其间的距离)不同，要求在X和Y方向存在不同的数据分辨率。在替代实施例中，一层或层之间可能有不均匀的象素大小，其中象素宽和/或长随象素位置变化。在另一些替代方案中，也可能存在其他象素对准模式。例如，相邻行上的象素可在主扫描方向上偏移主扫描方向的象素间的间距的一部分，以使得它们的中心点不与相邻行中象素的中心点对准。这一部分值可以是1/2以使得它们的中心点能与相邻行的象素边缘对准。它可以是1/3或某种其他值以使二个或更多中间行象素被布置在象素在主扫描方向被重新对准的行之间。在再一些替代方案中，象素排列可取决于被撒布中的物体或支撑结构的几何形状。例如，在形成一预定要桥接支撑柱之间的间隙的支撑模式的一部分时，可能希望位移象素排列。这些以及其他的象素排列方案的实现可以借助修改象素组构或者定义较高分辨率的象素配置(在X和/或Y上)和采用不对每一象素地点喷射而是对可按照所希望的随机的、预定的或基于物体的模式改变的有选择的间隔的象素地点喷射的象素喷射模式。
可以按主方向象素(Main Direction Pixels，MDP)来确定主扫描方向中的数据分辨率。MDP可由象素长或由每单位长的象素数来描述。在一优选实施例中，MDP＝300象素/英寸(26.67mils/象素或677.4μm/象素)。在其它实施例中，MDP＝1200象素/英寸。同样可以副方向象素(SDP)定义副扫描方向中的数据分辨率，而SDP以象素宽或以单位长的象素数量描述。在一优选实施例中SDP＝MDP＝300象素/英寸(26.67mils/象素，或677.4μm/象素)。SDP可以等于或不等于光栅行间的间距以及MDP可以等于或不等于沿各扫描行的相继滴液地点之间的间距。相继光栅行间的间距可被定义为副滴液地点(Secondary Drop Locations，SDL)，而沿各光栅行的相继的滴液地点之间的间距可被定义为主滴液地点(Main DropLocations，MDL)。类似于SDP和MDP，SDL和MDL可以每单位长的滴液或滴液间距定义。
如果SDP＝SDL，在副扫描方向上数据和滴液地点之间具有一一对应的关系，以及象素间距等于光栅行的间距。如果MDP＝MDL则在主扫描方向上数据与滴液地点之间具有一一对应的关系。
如果SDL和/或MDL各自大于SDP和MDP，则需要喷射多于数据的滴液，从而各象素将需要被用于使多于一个液滴被撒布。可采用两种方式撒布这些额外液滴，或者在相连续的液滴的中心之间的中间点撒布液滴，(即中间滴液“ID”)，或者直接在象素中心的顶部撒布(即直接滴液“DD”)。在这二种情况下，这种技术被叫做“罩印”并导致更快的材料构成并缓解涉及最大扫描速度和加速率的机械设计的制约，因为缓慢移动打印头和/或物体的同时仍能取得同样的Z构成。图6a至6d表明ID罩印与非罩印、即DD罩印之间的差异。图6a表明打印头在方向64上移动时正被沉积的单个滴液60和围绕它的一相应凝固区62。另一方面，图6b表明被处理中的同一区域，但采用ID罩印技术，此时打印头在方向64上移动时与单个的数据点相关联地沉积二滴液60和66。被此二滴液填满的沉积区被表示为区68。图6c表示对一四滴液ID罩印方案的类似情形，其中滴液由数字60、70、66和72指明且沉积区由76表示，而扫描方向仍以64表明。图6d表明对一行象素78、80、82、84、86和88的类似情形，其中数字90表明无罩印的沉积区长度以及数字92表明在采用一四滴液ID罩印技术时的沉积区长度。以上可总括地说，ID罩印对其被应用的区域增加约从1/2到接近1个附加象素长。当然，被利用的罩印滴液越多，象素区的垂直生长将越多。
如果SDL和/或MDL各自小于SDP和/或MDP，至少对于打印头的一给定通过滴液将在小于数据的地点喷射。这种数据情况可被用来实现上面讨论的偏移象素和/或非均匀大小的象素技术。
图5表明一N行×M列的网格。如图示，网格中的行被标以R(1)、R(2)...R(N)，而网格中的列则标以C(1)、C(2)...C(M)。还表明构成网格的象素。这些被标为P(1，1)，P(1，2)...P(M，N)。
为构成一断面，首先以表示所希望的断面(以及任何所希望构成的支撑)的数据装载位映象，假定如优选实施例一样，采用单一的构成和支撑材料，如果希望在一给定象素地点沉积材料，则对应于该地点的存贮器单元就被加以相应的标记(例如装载以二进制“1”)而如果不想沉积材料则利用相反的标记(例如二进制“0”)。如采用多种材料，对应于沉积位置的单元则被加以适当的标记来不仅指明滴液地点位置还指明欲被沉积的材料型式。为便于作数据处理，可将定义一物体或支撑区的压缩数据(例如沿各扫描行的通-断位置点)与要被用于特定区域的填充模式表述作逻辑处理来推演出用于喷射撒布喷嘴的最终位映象表示。构成网格的光栅行以早先说明的方式被分派到各个别孔。然后，一特定孔依据其在位映象中的对应单元所加标记的情况被指示对一象素进行喷射或者不喷射。
如上面讨论的，打印头能以许多不同分辨率沉积液滴。在本发明的优选实施例中，SDP＝SDL＝300象素和滴液/英寸。但MDP在此优选实施例中可取三个值：1)MDL＝300滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸；2)MDL＝600滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸；或3)MDL＝1200滴液/英寸和MDP＝300象素/英寸。当MDL对MDP的比大于1时，每象素的额外滴液在象素中心之间的中间地点(ID罩印)发生。以当前的优选打印头和材料，每滴液体积约为100微微升，生成约具有2mil(50.8μm)直径的滴液。以当前优选的打印头，最大喷射频率约为20KHZ。通过比较，在13ips时的喷射速率1200dpi其频率为16KHg，在允许极限之内。
图7中说明用于产生适用于局部沉积成型系统(例如热立体平版印刷系统)中的部分构成的数据、包括生成代表支撑的数据的第一优选实施例。如图示，此方法以利用布尔层分片(Boolean Layer Slice)处理(以组件31表示)将.STL文件30变换成.SLI文件32开始。此布尔层分片处理以及.STL和.SLI格式在上面引用的US专利及申请(如US专利申请No.08/475730(以后记作′730))中有说明。
然后将.SLI文件输入到以.SLI格式产生支撑数据的组件33。以数字34标示的表征支撑的.SLI数据在组件35中与标以数字32的表征物体的.SLI数据会聚。结果得出表征物体和支撑边缘的.PFF文件36。
.PFF文件在组件37中按照样式文件38所确定的样式利用前述
′730申请中描述的加断面线技术被“加断面线”。断面线与物体和支撑边缘的交点被用来准备.RLE文件39。
与此实施例相关的问题是速度。如图8a-8b中所示，此过程涉及使.STL文件46与分片平面(如图8a中由数字47所标明的)相交来对各断面产生段表，如图8b中以数字48标明的。然后将段排序，去除内部段，将适当的端点连接到一起以形成多边形。例如在图9中，对段48如上述方式进行处理形成多边形49。
此处理很费时，因为为了作段排序必须进行的比较的数量，和对多边形作布尔运算所需的时间。例如对一N段的表，排序步骤需要N2次比较。而且对一包括N段的多边形作布尔运算的处理也需要N2次运算。由于这二个原因，形成构成数据的处理可能极其长，通常数个小时。但此种措施的一个优点是因为边缘段被排序成复式表，所以能以类似于′730申请中提出的补偿例程的方式来对这些边缘进行滴液宽度补偿。
为克服这些问题的第二个优选实施例如图10中所示。如图示，.STL文件40首先通过组件41被压缩成.CTL文件42。将.STL文件压缩成.CTL文件的处理在前述US专利申请No.08/428951中说介绍。其次，根据在组件44中作为输入提供的样式信息43，按类似于′730申请中说明的方式将.CTL文件分片，不同的是仅将断面线或表层式数据输出到RLE(即经编码的运行长度)文件。
首先，如图11a中所述，构成.STL文件的三角形被在Z方向作由上向下的分类。特别是，如标号50指出的，三角形按各三角形的最大Z值的下降次序分类。如图示，三角形的顺序是A、B、C、D。
所要求的由上向下的分类是与由下向上的如图11a中标号51指明的分类不同的，其中三角形按三角形的最大Z值的上升次序分类。如所示所得的顺序为B、C、A、D。
对各分片级(水平)，通过利用当前级指示器和一转位指针来确定一有效三角形表。转位指针通过对一给定级的三角形表前进，而任何完全高于当前级的三角形不加改虑。如果三角形与当前级指示器相交，就被加入该表。继续此处理直到转位指针指到一完全低于当前级的三角形。在这时，该级的有效三角形表即完成。然后级指示器被改变成指示下一较低的级并继续处理。
图11b说明当前级指示器在级52a时的处理。转位指针53从左向右前进，而与当前级相交的在图中标示以54a的两个三角形被加到有效三角形表。然后继续此过程至转位指针指到三角形55a。由于该三角形完全在当前级之下，在转位指针53指向三角形55a时处理停止。
图11c说明级指示器前进到级52b时的处理。转位指针被复位到零，然后由左向右前进。此级以上的各三角形被忽略，而与此级相交的各三角形被加到有效三角形表。图中，这些三角形以标号54b指明。当转位指针指到三角形55b时处理完成，因为它是碰到的完全位于此级以下的第一个三角形。
对每一分片级(水平)的有效三角形与该级相交形成一组X-Y平面中的段。由于三角形界定实体并被定向为面向此实体区外(如在此结合作为参考的US专利No.5059359、5137662、5321622和5345391中说明的)，结果得到的段也具有定向。由这些段，不必将它们排序成边界环路，就可利用与′730申请中描述相同的划断面线算法得到表征物体断面的.RLE数据。
图12a说明一断面的多角形表述(段被排序以形成边界环)，而图12b说明同一断面的.RLE(经编码的运行长)表述，为生成数据，多角形表述被覆盖以多个光栅、即象素扫描行，然后在光栅即象素行与多角形表述相交的点上产生起始/停止对表，每一相交点与通/断指示器相关连。对一给定光栅行，相交点的通/断指示器在通和断之间交替以指明此扫描行是进入还是退出一实体。图12b中，例如相继扫描行的“on”部分被标以数字56(1)、56(2)、56(3)...和56(11)。
此.RLE格式与图12c中表示的象素格式不同，图12C中，实体内的各点以分开的数据点表示。与这种形式的数据表述有关的问题是大小。例如，在300 DPI(每英寸滴液)的情况下一10英寸的断面需要9×106位的信息。
为物体断面生成.RLE数据的处理在图13a-13c中说明。如图13a中所示，对每一断面，例如图中被标以号57的断面，产生一标以数58的表阵列，其中，阵列中的每个表对应于一在一给定Y水平沿X方向伸展的扫描行。然后，再考虑断面中的各段，注明各段与扫描行之间的相交，并将代表这些相交的数据加到阵列中各自的表。例如图13b表明通过考虑一个段而对表的增加，图中以数字59标明。
为每一“Y”地点加到表的特定数据项包含两部分信息：定量体积(QV)值，和相交的X地点。段在Y方向增加处的相交具有QV为2。段在Y方向减少处的相交具有QV为-2。如果段在一扫描行处起始或结束，相交看作为“半命中”，即相关的QV取决于段在Y方向为增加还是减少或者为1或者为-1。例如图13b中，段1在Y方向增加。因而与这一段与相继扫描行相交相关的QV值分别为1、2、2、2和2(假定此扫描行未达到段1的端点)。而段1与相继扫描行间相交的X地点分别为126、124、122、120和118。如图示，被加到此阵列的数即结合这些值。
图13c说明通过考虑段2所作的对阵列的增加。此段在Y方向增长，并在二相继扫描行开始和结束。第一扫描行相交的X地点为144，而第二扫描行为126。结合这些值对此阵列的两个相加以数字60(1)和60(2)标明。
通过对图14的考虑可理解半命中的目的。如图示每一扫描行均与一运行中的QV总和相关联，每次扫描行穿过一段时，利用相应于与该段的相交点的QV值来更新运行中的QV总和。如果扫描行在实体内部，运行QV值为2，而如它在实体之外，QV值为0。这样，当扫描行在实体之外并穿过边界时，必然的蕴涵就是扫描行现在在实体之内。运行QV总和就应当以2的值来更新以指明它现在是在实体内。相反，如果扫描行在实体之内，并穿过边界，则必然的蕴涵是该扫描行现在在实体之外或者已经进入与第一物体重叠的第二实体物体中。而后应将-2或2的值加到运行总和以指明此变迁。
如果扫描行穿过一顶点，如在图14中的点A所指出的，在进入实体时扫描行实际与两段相交。因而每段仅对运行QV总和增加一个1的值。这就是与这些顶点相关的QV值保持为1或-1的原因。
应指出，也有可能扫描行穿过一顶点而不改变运行中QV值的状态。如图14的点B的表明的，形成顶点的段分别在相交点具有QV值-1和1。结果与此扫描行相关的运行QV总和不变。关于定量体积(QV)的另外的信息可见前面引用的′730US专利申请。
在对所有段的扫描行相交已被加到表中后，即将各扫描行的表按上升的X顺序存贮。然后应用布尔提取例程来提取各扫描行的正确的经布尔运算后的段。
优选的提取例程是维持一运行QV数，其中，表中各相继数据点的QV值被加到运行总和。在运行QV总和为0(即由0变迁到2)时任何具有QV为2的数据点，即“起始”点，和在运行总和为2(即由2变迁到0)时任何具有QV为-2的数据点，即“停止”点，均被保存。此处理在图15中说明，其中，以号码61-67标明其相连的步骤。图中标以数字68的当前项指针被用来指定原始表中的相继项。图中标以数70的“Kept”表还被用来保存满足上述条件的起始和停止点。如图示，通过此处理，仅保存有第一起始点，即(Start20)，和最后的停止点，即(Stop89)。结果得到表述一物体的断面行的.RLE数据。将此技术应用到所有断面的所有行就得到对物体的.RLE表述。
应当理解的是，为了形成物体断面的多角形表述无需将由三角形与分片平面相交所形成的段分类成多重表(如′622专利中所说明的)。如所讨论的，将段分类成多重表是很费时的。而且还应理解，所形成的.RLE数据是在甚至当.STL文件未被恰当地结合或分离(即此.STL文件含有重叠的物体部件)时成功结合的。
.RLE表述胜过多角形表述的好处是布尔运算简单而且迅速得多。已经讨论过布尔提取算法。其他几个还有布尔加、减和相交运算。
为最有效地进行这些运算，以绝对条件表示.RLE数据较之以相对条件表示有利。例如，一在X位置100开始和继续停留30个象素的行应以一对起始/停止点来表示，其中，在位置100开始和在位置130停止。这样，参看图16，对于图中标以数71的行A的.RLE数据和图中标以数72的行B的.RLE数据将被表示如下：A＝[(Start20)、(Stop48)、(Start60)、(Stop89)]，B＝[(Start37)，(Stop78)]。
计算此二行的布尔加是合并此二组数据，同时保持在X方向分类的合并表。结果是[(start20)，(start37)，(stop48)，(star60)，(stop78)，(stop89)]。然后此合并表经受前面讨论的布尔提取算法，其中，例如，起始地点被指配QV值为2和停止地点被指配为QV值为-2，而仅那些导致QV由0变换为2(start)或由2变换为0(stop)的地点被保持。结果是图16中标以数73的表示布尔加A+B的数据对[(start20)，(stop89)]。
计算二行的布尔减与上面讨论的有关布尔加运算为同样步骤，不同的是在二个表被合并前，被减的表的QV值的符号被反相使得起始变迁成为停止变迁以及相反。A-B的运算结果在图16中标以数74。
计算二行的布尔相交为与加法运算同样的步骤，不同的是提取例程以-2的初始QV值开始执行。A与B间的相交在图16中标以数75。
二维布尔运算也易于进行。对二维区域，每一个均由多个最好以绝对条件表达的.RLE行表述。布尔运算由对各区域中各相继对的对应行进行相继的布尔行运算来进行。图17说明此过程。被标以数字76的一组行代表区A，而标以数77的一组行代表区B。此二区域的布尔加A+B被标以数字78而此二区的布尔减A-B被标以数字79。
另一方面，采用与多角形数据相关的.RLE数据的缺点是所需存贮器的量。为以高分辨率的.RLE形式存贮每一层，对一典型部分可能需要超过100MB的存贮容量。这对主存来说是太大了，而即使需要存贮这样大的文件在磁盘上也是成问题的。此问题被由下向上前进的部分构成的顺序和后述的由上向下进行的构成支撑结构的顺序之间分歧复杂化。
如后面讨论的，为构成支撑需要一输出文件，其中，对各断面，一.RLE说明被用于该断面，以及在当前断面之上的每一断面的布尔和。基本上，此技术是计算断面的.RLE说明和对该断面的“当前总和”的.RLE表述之间的布尔减，亦即当前层之上的所有层的布尔和。图18中表示这一基本技术的伪码，其中：get-part(Level)指提供规定级的断面的.RLE表述的函数；Boolean-Subtract(current-total＝area A，Part-for-layer＝area B)指提供从区B作布尔减区A的结果的函数；和boolean-add(areaA，areaB)指提供区B与区A间的布尔加的函数。
现在说明用于执行使得能构成支撑而无需部分的整体性和使得当前的总和数据能同时被存贮进存贮器的存贮器管理的算法。此优选算法分两阶段进行。
在第一阶段，从部分的顶部起始逐次考虑部分的层，同时维持部分的层的布尔和的运行总和。在碰到一层后，通过计算先前层的运行总和的区域与当前层的区域之间的布尔加来计算层的当前总和(即被更新的运行总和)。但是不存贮对所有层的当前总和数据，而是仅存贮对中间层的当前的总和数据，即每第N层，这里N可以是100。舍弃其余的当前总和数据。
图19中说明针对部分80和图中标以数字81的相关支撑的该第一阶段。对各个别层的当前总和的由上向下的生成被标以数82，以及这些层的中间层被标以数字83。图20说明用于此第一阶段的伪码，其中：get-part函数是先前有关图18中说明过的，而boolean-addition函数是前面讨论布尔运算中说明过的。
第二阶段是选择一中间层并以前面说明的方式对该中间层与下一中间层之间的所有层进行当前总和的由上向下的计算。由对每一层的部分和当前总和数据组成的数据则由下向上输出。在完成此处理时，即可去除当前的中间层和在它与下一较低的中间层之间的数据，并对下一较高的中间层重复此处理。
图21中说明这一第二阶段，其中与图19比较，相同元件采用相同标号。图中示出表明此第二阶段的被标以数84-87的4个步骤。在步骤84，对中间层14与15(例如部分或物体的底)之间的所有层的当前总和(在图中被标以数字88)进行确定和存贮。接着在步骤85，利用后述方法确定用于这些层的支撑，再输出。而后去除14与15间的部分和总和数据。在步骤86，确定并存贮在13和14之间的每一层的部分和总和数据(图中标以数89)。最后在步骤87，对这些层确定支撑并输出用于构成。然后去消这些层的数据。对每一中间层重复此过程。
应理解，这一算法极大地降低用于支撑生成过程所需的存贮器。如果N是二相继中间层之间的层数，则一次被存贮的层数将等于中间层数加2N(因为需要部分和总和)。如果T为层的总和数，被存贮层数就等于T/N+2N。当N＝(T/2)的平方根时就得到最佳存贮器应用。这样，对一5000层的总和，最佳中间层数N为50。任何时刻必须存贮的总层数即为200。
通过将前述算法扩展到二级(level)的中间层能进一步降低存贮器需求。如图22中所示，算法以图中标号90、91和92所指明的三个阶段进行。在第一阶段(标明为90)，确定中间层的第一级。在第二阶段(以91指明)，在两个第一中间级之间确定第二中间级。然后在第三阶段(图中标以92)，确定并存贮二相继的第二中间级之间的所有层的当前总和。在计算用于这些层的支撑后，废弃数据，对下一第二中间级重复此处理。当与当前第一中间级相关的所有第二中间级均处理完时，即处理下一第一中间级。
如果第一中间级数为N，以及第二中间级数为M，则为此三阶段处理的存贮器需求为(T/N)+(N/N)+2M。如果T＝5000，N＝288，和M＝14，则一次必须存贮的层数为66。由于此三阶段处理增加计算时间，所以最好采用二阶段处理除非涉及到非常薄的层或很大数量的层，在这种情况下三阶段处理可能是理想的。
如所讨论的，对一给定层的.RLE数据由一组起始和停止变迁组成，一X地点关连到每一变迁。例如图23中说明的数据对应于如下的起始和停止地点和光栅行：分别以参考号102、104、106、和108指定的光栅行A＝[(Start20)，(Stop48)，(Start60)，(Stop89)]；和以参考号112和114指明的光栅行B＝[(Start35)，(Stop72)]。用于存贮这种数据的方法由起始/停止变迁的链接表组成，如图24中的伪码所表明的。与一阵列相比，链接表较优越，因为它在每行所需的变迁数上容易实现灵活性和变通性。问题在于它导致要应用很大数量的动态分配的小存贮器块，这由于至少三个明显的原因会大大地使性能恶化。首先，动态存贮器分配很费时因为它要求系统调用。其次，各动态存贮器块具有与用于分类记录相关的存贮器过载的隐患。第三，逻辑上相接近的信息单元被布置在非邻接的存贮器中造成大量的快速缓存失误。
为解决这些问题，最好采用另一种数据结构形式。在分辨率为1200 DPI时，一典型部分中的变迁可以18比特表征。这样，一32比特的字(带2备用比特)可用来表示一起始/停止对。这种数据结构在图25中以伪码表明。“Last”(最后)标记用来指明此起始/停止对是否是该组用于特定扫描行中的最后一个。如果是，此“Last”比特被设置为逻辑“1”。如果不是，此比特被设置为逻辑“0”。在此情况下，序列中的下一起始/停止对被存贮进紧相邻的存贮器单元。这种方案使得大量的变迁点存贮在相邻的存贮器块中，每一变迁可有2个字节。图26给出这一方案的示例，其中相同元件被标以与图23中所用同样代号。如图示，行A由二变迁对组成：[(Start20)，(Stop48)]和[(Start60)，(Stop89)]，分别为元件102、104、106和108，如图示被存贮在相邻的32比特字中。第一字中的“Last”比特122被复位到逻辑“0”以指明后跟有用于此扫描行的附加数据，同时第二字的“Last”比特124被置位为逻辑“1”以指明无附加数据跟在后面。行B仅由一对起始/停止地点组成，指明为：[(Start37)，(Stop78)]分别标以数字112和114，其中最后比特126被设置为逻辑1以便指明没有跟随行B的附加数据。标号132、134和136指与各32比特字相连的其他应用比特。
此.RLE数据初始并不是以上述的合并格式生成，而是如关于图13a-13c中讨论的，起始被生成为非合并的格式，然后再被变换成合并的格式。
总的说，一存贮器块被分配用于存贮变迁。多个指针用于指明与各光栅行相关的数据在何处起始(“当前光栅行”指针或“当前表”指针)和一指针指明未被分配的存贮器在何处开始(“下一可用地点“或”下一空闲地点指针”)。在此存贮器块中的各4字节(32比特)字被定义为：最先的15比特用于存贮变迁的X地点，而第二个15比特用来存贮变迁的qV。第31比特被用于定义一指明此字是否已被分配和应用的“被用”标记。第32比特用于定义一指明该字中的事项是否是该字与之相关的给定扫描行的最后一变迁事项。起初各光栅行可为存贮数据被分配一或多个字。在对各边缘段的变迁进入存贮器块时，它们被加到与它们被推演得的光栅行相关的表。
在将各新的变迁点加到光栅行表中时，可能遇到数种情况。首先，如果在与一给定光栅行相关的存贮器块中不存在变迁数据，就将变迁数据加到与该光栅行的“当前表指针”相关的字。第二，如果变迁数据存在于与给定光栅行的当前表指针相关的字，则检验跟随该扫描行的最后记录的变迁点(即对该当前表指针)的字(即“后随字”)看其是否已被利用。如未被利用，即在此输入新的变迁数据。第三，如果此“后随字”已被占用，则检验此当前表指针之前的字(即“先前字”)看其是否被利用。如没有，则将当前表指针和所有被记录的变迁数据(对该光栅行)移位一个字并将新的变迁点数据加到被位移的表的末端。第四，如果“先前字”被占用，将对此光栅行的所有变迁数据(包括对该行的当前表指针)移动到由“下一可能地点”指针标明的字，新的变迁数据被加上，变迁的原始字地点被标明可用于加入新数据，和“下一可行地点”指针移动到跟随刚移动的字和被加的字之后的地点。
对上面描绘的过程可作各种变型。例如，可采用各种大小的字，可改变比特配置，可改变对各光栅行的初始分配置，可避免对各光栅行的初始分配而为完全地处理输入段需要分配作为附加光栅行的存贮器单元，可增加附加步骤来改善控制存贮器的应用，等等。
上述处理在以下的说明和相关图中作出示例。图27a&b是根据图13中所得的相同数据，其中相同部件采用相同标号说明此处理。很大区域的存贮器93被分配以保存.RLE变迁，而指针101被用于指明下一可用的存贮器字(32比特)。在此例中，字格式包括如下的比特分配：最先的15比特142记录用于存放变迁的X位置的值，第二个15比特144记录变迁的qV值。第31比特146为指时字是否已被分配和应用的“被应用”标记。第32比特148为指明变迁是否是光栅行的最后记录的变迁的最后标记、即“结束”标记。
图27a说明在将任一变迁数据加到存贮器93之前的情况。为程序性的原因，如后面将会清楚的，图示的区域93中的第一字被注明为已利用。此“下一空闲地点”指针101指向该区中的第二字。接着，建立指针阵列58，其中所有指针均被初始化为使其“被应用”比特设定到零。如上面讨论的，每一指针与一扫描行相关连并被用于对与该扫描行相关的第一字(即对第一个变迁)分配存贮器地点。这一指针被称为“当前表”指针，因为它指向与正考虑中的当前扫描行相关的变迁表中的第一字。为了将一特定扫描行的变迁加到阵列，如果阵列中的指针在一带有“被应用”比特被设置到逻辑0的字上时，指针的地点即被看作是空闲的而将变迁分配到该存贮器字。图27b表明第一变迁已被输入进同于5个扫描行的存贮器的情况。
图28a、b说明在“当前表”指针94的位置上具有非零的“被应用”标记的扫描行的变迁的加入处理。图28a表明二个已被输入作为属于与当前表指针94相关的扫描行的字150和160。字150包含具有与图27b的比特142、144、146和148相关的同样定义的比特分配150、154、156和158。同样，字160包含比特分配162、164、166和168。元件156和166给出“被应用”标记的值。元件158和168指明字(即变迁)是否是当前表中到目前所记录的最后变迁。可看出，元件158指明该字150不是最后字，而168指明160是当前表中最后所用的字。首先，检验在当前变迁表结束后的下一个字170中的“被应用”标记(在图28a中被标以数字96)以弄清此字是否可利用。如果此“被应用”标记被设定为逻辑0，此字即可用于存贮新的变迁细节。如果被设置到逻辑1则此字不可用。如果如图28a中所示为可用，则可将新的变迁细节置入这一字。图28b中表明当前表被加入新的变迁的修正。图28b中，新的变迁细节97被加到字170，“结束”标记元件168的值由“1”变成为“0”而字170的结束标记元件178被给予值“1”，因为170现在是当前表的结束字。
如果当前变迁表的结束之后的下一字不可用，则检查当前变迁表的起始之前紧接的前面字的可用性。这一检验通过评估此紧接前面字的“被应用”标记的值进行。如果可用(由“0”值指明)，则整个表向后移动一个字，而新的变迁被置于刚被清除的字的位置。此过程如图29a，29b所示，其中与图28a、28b相同的元件标明相同标号。如图29a中所示，“当前表”指针与字150相关连，此表以字160结束，当前表的结尾之后的下一字(图中标以数170)为不可用(因为元件176中的值“1”)，而紧接表的起始之前的字(标以数字180)为可用(因为元件186中的“0”值)。这些评估的结果如图29b所示，其中先前与字150和160相关的变迁值被位移来分别与字180和150相关连。“当前表”指针也移位到字180以及新的变迁信息被加到现在可用的字160。作为另一结果，“结束”标记维持与字160相关，虽然它已不再与X值60的变迁相关(早先的元件162，新的元件152)而是与X值12的变迁相关(早先的元件172，新的元件162)。换句话说，整个当前表后移一个字，新的变迁97被存贮在被清除的地点。
如果当前变迁表之前或之后无空间(即当前表指针的紧前面的字和含有表标记的真正结尾的字后面紧随的字)，整个当前表即被复制进以由“下一可用地点”指针指定的字起始的空间，新的变迁被加到被复制表的末尾。然后，存放表的原先存贮器字的“被应用”标记被复位来指明这些原先的存贮器字现在可能由紧接前面的和紧后随这些原先地点的扫描行表所应用。图30a-30b说明这一过程，其中相对图28a、b，29a、b同样的元件采用相同的标号。
图30a说明当前表的结束160之后的字170以及含有当前表指针的字150前面的字180，由于“被应用”标记176和186被设定为“1”两者均不能利用。图30a还说明发现“下一可用地点”指针的字200。字200跟随已为所有扫描行输入的变迁点。结果对当前扫描行没有新的变迁能被在连续的存贮器单元中输入到已经包有与该扫描行相关的变迁的这些地点150和160。如图30b中所示，整个当前表(原先被分配到字150和160中的变迁)被复制进以由下一空闲地点指针101所指定的字200起始的区域中。老存贮器中的“被应用”标记(图30b中以数100标明)被复位以指明此存贮器现在可被利用。当前表指针94被更新来指向字200，新的变迁97被加到表的末尾字220。“下一可用地点”指针(标以数101)被更新来指向紧随含有最后输入的变迁97(即表的末尾)的字220的字230。当然，如果希望的话，可以在字220最后输入的变迁97与由“下一可用地点”指针指向的字之间保留一个或多个空白字。
鉴于.RLE数据的性质此方案特别有效。因为数据被用来说明实心几何物体，在一特定扫描行上的变迁数常常与一相邻行上的变迁数相同。这一特点如图31中所示。自顶部开始表示一物体断面，其中表示有间隔的光栅即扫描行。在每一扫描行的右边示出与该扫描行相关的变迁数。这样，如果希望将一变迁加到一特定的扫描行，很可能一变迁现被加到相邻扫描行。当一存贮器区空闲时，如图30a、30b以及伴随的正文中所说明的那样，则很可能相邻表将具有能被存贮在该区域中的变迁，如图28a、b和29a、b及相应正文中所说明的。这样，很大的存贮器阵列形成少于采用随机数据时将产生的间隙。而且也将会使来自存贮在高速缓冲存贮器中的数据的失误较少。
在所有段均被处理时，将所得的表作X方向存放。然后按前述方式提取作正确布尔处理的行，并以前述的合并格式存放所提取的行。
这一实施方案直接对.STL文件操作而无需将角变换成分片平面，这样至少能避免某些量化误差。但通过产生.RLE数据。由于分片平面将仅以不同水平分布在垂直方向和因为水平变迁将被限于象素边缘，而会导入某些垂直和水平量化误差。图32中表明这些问题的示例，表明与表示光栅行302、304、306、308、310、312和314的通/断变迁点322、324、326、328、330、332和334相关的量化确定。各光栅行的中心线由与穿过多个象素的边缘段300相关的各自的虚线表明。图中线右边区被认为是物体之内而左边区被看作是在物体之外。对各光栅行仅一单个变迁象素可被选择来表示物体的边，而不管该线上有多少象素被边缘相交。虽然为确定哪些象素将形成物体的边缘有许多途径，所述的方法对一给定光栅行选择边缘象素作为含有光栅行的线段和中心线的象素。在光栅行的中心线严格地交会二象素之间的边界的情况中，确定是否着重于物体(即实体)还是非物体(即空洞)。如对光栅行302、306、310和314所表示的，作决定着重空间。
存在有许多变迁选择替代方案。例如，可通过选择发生变迁使得行通过的任何象素均被当作物体的部分来选择着重于实体。相反，可通过选择发生变迁使得仅那些完全在物体边界之内的象素被看作实体区的部分来选择着重于空洞。作为一中间替代方案，可以取从前面二替代方案得到变迁的平均。用于确定变迁地点的另外的方案可以是对边界区象素确定实体空洞的面积百分数等。利用先前引用的专利和申请特别是那些涉及分片技术的专利和申请中所述的技术有助于实现某些这类技术。作为最后一例，一替代方案可以是对象素作细分割和基于对段是否相交一个或多个子象素的确定。但不管采用什么方法，总希望用于部分和支撑双方的方法相一致。
数据补偿技术
通过将变迁的端点移进或移出同时保证来自相邻段的端点不应交叉就能容易地进行补偿。例如，为避免一支撑触及一部分，此部分的.RLE数据可被扩展，而后从当前的总和数据作布尔减来得到描述支撑区的.RLE数据。另外，可将当前总和数据加以扩展，而计算支撑数据作为被扩展的当前总和数据和部分数据之间的布尔差。或者，可对支撑数据进行计算作为当前总和数据与部分数据之间的布尔差。然后，将支撑数据扩展，而实际支撑数据被计算作为被扩展的支撑数据与原始部分数据的布尔差。
对沿扫描方向的滴液尺寸作调整的补偿容易地进行，只要DPI为大于滴液直径的较高分辨率。Y方向上的补偿较困难，但也可以由小于300 DPI的增量分步来完成。
能将.RLE数据变换成向量数据是有用的。如图33中所示，此技术是连接二连续的“on(通)”点或连续的“off(断)”点来形成向量，除非两者之间存在中间点(此情况下不允许连接)。例如在图33中，允许连接点a和点a′但不允许连接点a到点c。原因是点b位在二点之间。
支撑数据产生
现在说明生成用于支撑结构的数据的优选处理。此处理由上述的数据操作技术所提供的数据开始。如上述，数据操作子系统提供对各层的物体(即部分)数据和“总和”数据。一给定层的部分数据是定义该层的部分的XY地点的相邻光栅行中的一系列的起始和停止点。一给定层的“总和”数据是定义该层的部分和该层的任一所希望支撑的XY位置之间的布尔和的相邻光栅行中的一系列起始和停止点。
这些数据如图34a-34c中所示。图34a说明对一浮现在Z-X平面中的“花生”状部分的各层(即断面，薄层)1到10各自的部分数据P[1]至P[0]。图34a中仅示出对各断面P[1]至P[10]的一单个PLE行。起始变迁被标以“ ”符号，而停止变迁则标明“
Figure A9619824901402
”符号。可看出，部分数据循着部分的边界(即范围)。
图34b说明对该部分的各层1至10的各自的“总和”数据T[1]至T[10]。它也以起始和停止变迁定义。但与部分数据不同，它不一定遵循部分的边界。如以上讨论的，对一给定层的“总和”数据是对在给定层以上的所有层的部分数据的布尔和。
图34c说明对一给定层的部分和总和数据两者的断面视图(在X-Y平面中)。此数据分别标以P[i]和T[i]，包括沿X-Y平面中的不规则线H[i]排列的多个起始和停止变迁。在一优选实施例中，此不规则线将被定向为平行于X轴。但如所示的其他不规则线定向也是可能的。
在一优选实施例中，采用组合的物体和总和数据来一次一层地为支撑确定起始和停止变迁。如果在所有需要支撑的区中采用单一形式的支撑，可定义一单一的支撑形式，它能应用到该区域中每一层，定义为一层的总和数据和该层的部分数据之间的差。另一方面，如US专利中请No.08/534813中讨论的，按照物体的任一面向上和/或面向下表面的接近或远离程度对不同地点采用不同形式的支撑结构可能是有利的。而且，按照在同一层上区域离开物体边界多远而采用不同的支撑样式也可能是有利的。在可应于本发明来协助定义支撑区的前面引用的US专利中请No.08/428951中介绍了用于进行水平比较的技术。例如，采用二种不同的支撑样式，一个在区域低于面向下的表面数层的时应用而一个用于其他。另一方面，可将二个实际支撑样式与第三个“无支撑”样式结合，其中，无支撑样式可应用到处于部分的边界区的1或2个象素之内的区域，或者其中，物体以上的部分表面作为大于某一临界角的垂直线的法线。可以有许多另外的采用多个支撑样式的实施方案，它们按照这里结合用作参考的揭示内容(特别定US专利申请No.08/475730，08/480670，08/428951和08/428950)能容易地实现。另外，这里揭示的内容也可应用于内部物体支撑，其中，在形成物体的内部部分的处理中可以采用单一的或多种支撑样式。这样的技术，例如在为作成腊模浇型模式的立体平版印刷术中应用的，在先前引用的US专利申请No 08/428950中有介绍。
为进一步解释如何能对不同的支撑区定义数据给出如下的示例，它对应于US专利申请No 08/534813中说明的混合支撑例。按照此例，可看到三种类型支撑：(1)按棋盘模式分隔的细纤维状柱；(2)较坚实的3×3象素柱式支撑；和(3)中间或过渡层。
假定层“n”要被构成，此技术就是确定层“n”的各部分与物体的一面向上和/或面向下的表面有多接近。在本实施例中，如果层“n”的一部分在一面向下表面的“r”层(例如5-10层)之内或在一面向上表面的“U”层(例如5-10层)之内，则要为该部分建立棋盘类的支撑；如果距面向下表面在“S”(S＝r+1)与“t”层之间(例如6-10或11-15层)以及距一面向上表面大于“U”层(例如5-10层)，则要构成中间即桥式类支撑；而如果距一面向上表面大于“U”层(例如5-10层)以及距一面向下表面大于“t”层(例如10-15层)则要构成3×3柱式支撑。
图46a-46a说明上述例，表明在物体的一面向上表面与一面向下表面之间具有一间隙的物体的相同的侧视图。图46a表示沿假想水平的侧视图和在其上形成不同支撑结构的区域。图46b表明按照图46a的假想水平和区域的布局的间隙被以不同型式支撑结构填充时的侧视图。
较具体说，图46a表明由包括区域404、410、408和406的间距分开的面向下物体表面402和面向上物体表面400。区域404位于面向上表面400的“U”层之内，区域406位于面向下表面402的“r”层之内。区域408位于距面向下表面402“r”与“t”层之间，并同时位于距面向上表面400大于“u”层。区域410同时位于距面向上表面400大于“u”层和距面向下表面402大于“t”层。区域404和406要被形成以棋盘式支撑，区域408要被形成过渡式支撑(例如完全固化的)和区域410要被形成以3×3柱式支撑。层414、412、424和416被表示各自完全在区域404、406、408和410之内。这些层将被在其整个面积上形成单一式的支撑结构。另一方面，层418、420和422被表明分别部分位于区404与410、410与408，和408与406之中。因此，这些层将根据层的各部分的XY位置被形成以不同型式的支撑结构。
图46b表明分别在面向下表面402和面向下表面400之上和之下的实体物体区432和430。区404和406被指明为以棋盘(一象素通，一象素断)支撑填充。区410被指明由3×3柱式支撑(3象素通，3象素断)填充。区408被指明由支撑的实体区所填充。
这一实施例可由方程式形式表示。在表述这些方程中采用下列术语：
Cn(D)：层n的面积元素，其上按由面向下表面确定时应建立“棋盘式”类别的支撑；
Cn(U)：层n的面积元素，其上按由面向上表面确定时应建立“棋盘式”类别的支撑；
Bn(D)：层n的面积元素，其上按由面向下表面确定时应建立“桥接”类别的支撑；
Sn：层n的面积要素，其上应建立3×3象素柱类别的支撑：
P1：部分在断面“1”的面积元素；
Pn：部分在断面“n”的面积元素；
Tn：总和数据在断面“n”的面积元素；
∑：面积元素的布尔求和；
+：面积元素的布尔加；
-面积元素的布尔差；
∩：面积元素的布尔相交；
r：以棋盘式支撑形成的面向下结构细节以下的层数；
u：以棋盘式支撑形成的面向上结构细节以上的层数；
s：过渡式支撑终止处的面向下表面以下的层数＝r+1；
t：过渡式支撑开始处的面向下表面以下的层数。
依据这些术语的涵义，下列方程式定义按照本实施例的为层“n”确定支撑的优选方法： ( 1 ) C n ( D ) = Σ r = n - 1 n - p P 1 - P n ( 2 ) C n ( U ) = Σ r = n - 1 n - u ( P 1 - P n ) ∩ T n ( 3 ) B n ( D ) = Σ r = n - s n - r P 1 - C n ( D ) - P n - C n ( U )
        (4)Sn＝Tn-Pn-Cn(D)-Cn(U)-Bn(D)
方程式(1)表明，其上应建立由面向下的表面确定的棋盘式类别支撑的层“n”的面积，由取层“n”以上“r”层的部分数据的布尔加，然后计算表示这一相加面积的数据与层“n”的部分数据之间的布尔差来进行计算。
方程式(2)表明，其上应建立由面向上表面确定的棋盘式类别支撑的层“n”的面积，由取层“n”之下“u”层的部分数据的布尔加，计算表示这一相加面积的数据与层“n”的部分数据的布尔差，而后再计算这一数据与对层“n”的总和数据间的交来进行计算。这一最后的计算的目的是为在事实上在层“n”之上无部分层时避免建立支撑。
方程式(3)表明，其上应建立由面向下表面确定的桥接支撑的层“n”上的面积，由1)取在层“n”之上从层“s”至“t”的部分数据的布尔和；2)由步骤1的求和数据差分表示在层n上将对其建立棋盘式支撑的面积的数据(在面向下表面之下和面向上表面以上)和表示层“n”上将建立部分本身的面积的数据。主要是，此等式确定桥接式与棋盘式支撑间的优先级。它要求，在面向上表面的“u”层之内和在面向下表面的“s”至“t”之内的面积中(例如一连续地弯曲的表面的面积)，该优先级将给予棋盘式支撑的建立。
最好，方程(4)为，层“n”上要建立3×3象素柱形支撑的面积通过取对层“n”的总和数据和确定这一数据与1)对层“n”的部分数据、2)表示层“n”上要建立棋盘式支撑的面积的数据、和3)表示其上欲建立桥接式支撑的层“n”的面积的数据之间的布尔差来确定。
由上面的讨论很显见，可对要求形成不同类型支撑结构的各个不同区域来定义方程式。图37表明一要求在逐渐接近面向下表面24时有不同的构成模式的拱式支撑结构。如指出过的，此拱式支撑以表面23开始，这可以是一构成(建立)平台的表面，物体的面向上表面，或与先前形成的支撑相关的一表面。这里这一支撑结构为带有为其形成所需的许多(例如10个或更多)不同的支撑样式的混合支撑。当然，也可能在些拱的顶部与被支撑的面向下表面之间增加多层的棋盘式支撑。
一旦数据被确定，处理中的下一步是形成为输出到控制计算机的格式的数据。如讨论过的，控制计算机将装载这一数据以及物体数据在位映象中以驱动打印头以及X、Y和Z构架。
为此目的采用多种样式(style)文件，每一个针对每一类别的物体结构和支撑结构。对一给定物体或支撑型式的样式文件是在要建立物体或支撑类别的整个面积中重复的核心模式。Style文件被用来调制与一给定区相关的构成模式。这种数据调制技术简化了数据操作和存贮器需求。例如本实施例中的与“棋盘式”类别支撑相关的Style文件为图38a中所示的2×2象素模式。作为一第二示例，与在此最理想的实施方案中的3×3象素柱式支撑相关的Style文件是图38b中所示的4×5象素模式。当然，许多其他Style模式也是可能的。这些Style模式一个接一个地重复，通常以(x、y)地点(o，o)开始以便确定XY空间的重复模式。这一全面的模式与对物体和支撑区对应的起始和停止变迁数据相关连。Style文件信息与物体信息的组合可发生在数据传送到控制计算机之前也可发生在传送之后。一般，物体和样式信息在两者均被传送到控制计算机之后被组合成一单个的数据组。现在，与此部分相关的优选Style文件仅为一1×1实体象素模式，指明此部分的内部总是实心的。
目前，模式的最理想的复制被固定在X-Y平面内。关于最优3×3支撑模式，结果是某些3×3象素柱在部分边界减弱。这种效果如图39a中所示。如图示，3×3象素柱的部分30和31因为它们接近部分边界32而未被建立。结果此二支撑具有减小的表面面积。如果这些柱未从部分边界撤回则问题不大因为此部分的信息将形成每一局部地形成的柱的其他部分。但是，构成与这部分相接触的支撑倾向于损坏物体表面光洁度，由此引起其他问题。
在支撑从此部分缩回的情况下，解决此问题的办法是使复制的模式能改变来使3×3支撑能遵循此部分边界。这种措施如图39b中所表明的。支撑柱位置的逐渐改变可采用如US专利申请08/534813中说明的偏移象素模式来实现。
如上面提到的，有时会发生的另一问题是3×3支撑柱有时被构成与此部分直接接触。图39c中说明这一问题。如图示，支撑33被建立成直接与部分33接触(以剖视图表示的支撑34在部分的下方，仅仅是为完整性目的说明)。对此问题的解决是将这些支撑移后1象素或更多来将支撑从此部分隔开。这仅仅需要对该支撑调整起始和停止变迁数据即可完成。在本实施例中，鉴于要取折衰这种调整是供选择的：将支撑退回一象素，柱的表面面积将减少，可能引起累积问题。
关于进行布尔计算的优选方法有必要作几点说明。如已讨论过的，在这些计算中涉及的数据被格式化成为一系列的起始和停止变迁。已看到，这种格式因使它们能作一系列算术计算而有利于布尔计算。例如，为在两组变迁数据中进行布尔差运算，仅需将对应的起始和停止变迁相互作算术减运算。结果大大改善计算速度。其原因是，根据多角形数据的涉及N个数据点的布尔运算基本上为N2次运算，而利用起始和停止变迁数据的算术运算则基本上正比于N。
另一点是，对层“n”计算的中间布尔加数据，亦即层“n”之上和以下的“r”和“u”层，和层“n”以上的“s”与“t”层之间的部分数据的布尔加不能用于任何随后的处理中。原因是缺乏与布尔加运算相关的存贮器，如下式所表明的： ( 5 ) Σ n n - L 1 = L ( arithmetic ) ( 6 ) Σ n n - L = 1 ( Boolean )
如表明的，采用算术运算，全和中的第n项对在对下一层进行计算时可能被减除掉的最终的总和有作用。另一方面，采用布尔运算，则第n项不一定具有任何影响。这样，在对下层进行计算时这一项的作用不一定能被减除掉。
虽然上面的方程式(1)到(4)产生准确结果，但它们可能带来过大的计算时间。这样，在某些情况下，可能希望采用能得出近似结果但仅需较少计算的方程式。依靠假设在给定数量的层(例如10层，约10-20mils)中一部分的表面的斜度不改变符号，或者方向的任何变化均表示断面位置中可忽略的变量，即可避免过量的计算。换句话说，此假定是部分表面不作迅速的或急剧的变化。这一点在图35a、b中说明。图35a表明一与此假设一致的部分。可看出，图中标明为S的部分表面的斜度经过一给定层数例如10层不改变符号、即方向。另一方面，图35b表明一与表面斜度的方向不改变符号的假设不一致的部分。但，取决于表面的XY位置中的变化量，方向上的改变可能导致断面位置中可忽略的变化。如可看出的，图中标以S′的部分表面的斜度通过例如10层改变符号。对一给定层数，层越薄此假设越可能维持。
如作出上述假设，就可利用以下公式来降低所需的数学计算：
             (7)Cn＝(Pn-t-Pn-s-Pn)∩Tn
             (8)Bn＝Pn-t-Pn-s-Cn-Pn
             (9)Sn＝Tn-Pn-Cn-Bn
取代原先的方程(1)至(4)中那样的依据一区域内的每一断面的面积的布尔求和，这些方程式利用仅仅取自此区域的上部和下部断面的断面信息。如果此假设总保持为正确，这些公式就产生准确结果。实际上在任何情况下它们均呈现出非常好的近似。
应当理解，为进行上述计算，需要能同时应用取自(t+u+1)层的数据(例如当t=10，u＝5时，即需要16层的数据)。这是因为对层“n”的支撑数据取决于对层“n+1”至“n+t”、层“n-1”至“n-u”，
为保持这些数据为可立即存取的形式，采用环形缓存器是有利的。如图36中所示，环形缓存器是其中存贮t+u+1层(例如16层)的部分和总和数据的循环缓存器。图36a说明在对层n的计算将要进行时以16层(t=10，u＝5)为例的缓冲器的状态。图中标以PTR的指针被用来指向正讨论中的当前层。如所指出的，对层“n+1”至“n+10”、“n”、和“n-1”至“n-5”的数据被存贮在缓存器中。图中标以LAST的第二指针被用于指向缓存器中的最后项，在这里是对层n-5的项。
在完成对层“n”的计算之后，需要更新缓存器为对层“n+1”的计算作准备。为完成这一点，首先将PTR更新为使其指向用于层“n+1”的数据。然后，LAST所指向的数据被用于下一层的欲被加到缓存器的数据改写，在这里为层“n+11”。最后，LAST被更新来指向现在成为缓存器中的最后项的数据，这里此数据为用于层“n-4”。图36b中说明此三个计算的结果。图36c说明将要对层n+2进行计算时刻的缓存器的状态。然后重复此处理直至完成对所有层的计算。
许多替换实施方案可能用于操作3D对象数据成为能有用于运转SDM设备的数据。例如，在一替代实施方案中，利用对多角形数据的布尔运算来进行前述计算，而不采用变迁数据。另外，将该部分对所有层的数据同时存贮进一存贮器中而不是环形缓存器中。再一个是，可以采用打印头的多次通过来均衡细纤维状支撑和部分的累积速率。
还应理解，有可能由面向上表面来计算桥接数据即过渡支撑数据，即Bn(U)。这一数据可被用来在物体一面向上表面起始的细纤维状柱支撑与设定在其上的3×3柱式支撑之间形成过渡支撑。而且也应当理解，如果对两者的Style文件相同就不必与Cn(D)数据分开地计算Cn(U)数据。当然如果此二Style文件趋向于不同，则要保持两类别的数据。
这应理解，利用本发明替代已讨论的三个有可能在一给定层上建立任何数量的支撑型式或类别。这可通过仅仅增加附加的Style文件和用于确定要在其上建立新类别支撑的面积的方程式来完成。
构成样式和支撑样式
为进行最佳数据处理，最好不将正常的模式组成嵌入RLE数据，因为这会使RLE文件过大而使数据处理在时间方面是不现实的。这里有利的是维持物体和支撑断面信息与精确的曝光模式(即沉积模式)无关直至发生层打印。如上述，在适当的时间将断面数据(例如以RLE信息的形式)与适当的构成样式模式作布尔相交以确定将被用来定义沉积细节的准确模式。
例如，这可用来快速地产生棋盘式模式。图40a-40c说明其一例，其中相同元件被加以相同标号。图40a说明要打印的所希望的图象28。如图示，此所希望图象由二部分组成。第一部分标以数29为一实体。第二部分标以数30希望被形成为断一通棋盘式模式。由于讨论过的原因，为将图象30逐个象素地变换成蜂窝式模式可能会造成无法容忍的慢和存贮器的紧张。对图象30作数据的进一步操作可能因将其过早地置入蜂窝式模式变得过度复杂和缓慢。将数传送到存贮装置(即硬盘或磁带驱动器)也可能因将其保持为这样的详细的格式而过度地拖累。因此，如图40b中所示，两种模式的数据为作进一步操作而被维持或被变换成实体形式(最小的变迁)然后它被传送到用于控制喷射和X、Y、Z运动的数字信号处理器。然后，如图40c中所示，成为实体形式的与部件30相关的数据31与蜂窝式/棋盘式模式32作逻辑“与”(即布尔相交)以便将实体数据改变成为表示欲加以发射的经调制的断面模式的所希望的受调制形式。在成为这一最后的受调制形式后，最好不再作进一步的数据存贮而是被用来做或不做进一步操作地控制喷嘴的喷射。在此例中，用于部件29和30的数据现在必须被“或”处理到一起以生成包含整个所希望的数据组的单一的位映象。正是这一组合的数据然后被用来驱动打印头的喷射。
对模型机提供的RLE文件的数据包含为作如以上讨论那样应用的构成/支撑模式样式信息。如上面讨论的，RLE数据与调制数据的关系通过应用每一个均存贮有特定的“样式”即构成模式的Style文件来完成。图41a-41c表示构成模式的示例。图41a说明适用于构成一种如US专利申请08/534813中描述的类别的支撑的棋盘式构成模式。图41b说明适用于构成如也是US专利申请08/534813中所述的第二类别支撑的模式。图41c说明指定构成实体的模式。
还可以有许多其他构成样式，包括多重曝光构成样式。如图41d中所表明的，其中，在相继的通过中固化交替间隔的扫描行。在此例中模式56在第一通过期间被曝光，模式57在第二通过期间曝光。图41e中表明另一例，其中在逐次通过后交替间隔的柱被固化。在此例中模式58在第一通过期间被曝光，模式59在第二通过期间被曝光。图41f说明第三例，其中，在逐次通过后重叠的棋盘式模式被固化。模式60在第一通过中被曝光，模式61在第二通过中被曝光。
为将不同的样式文件与不同的物体和支撑区域相关连，将.RLE格式作成为包含对每一不同组的被传送到模型器的光栅行变迁信息的构成模式分派。图47表明.RLE文件的概念式格式。
通过这一文件格式，用户可对一给定对变迁点实际指定任何构成模式。
数据偏置
在提供含有用于控制喷嘴的喷射的正确象素信息的位映象外，数据必须能易于从位映象提取和以正确的次序提供到喷射机构。这种将数据置于一可提取的形式的需要涉及到数据操作处理的下一步骤。这下一步骤被称之为偏置，例如，可对数据加以处理以使得必须信息可用于虽然相邻喷嘴可能不位于相邻光栅行上或者甚至同时位于同一X座标之上它们各自的Y光栅行上时，仍能使喷嘴同时喷射。偏置本身是指一数据重新排列处理，需要它是例如当扫描头被置于与扫描方向成一角度(如图2b中所示)时，当采用多个扫描头而要同时或顺序喷射时，或者仅仅是由于喷嘴不是相隔相邻光栅行。
图2b中，例如孔10(3)和10(4)，它们在图2a中是对准的，在此成为在扫描方向上位移了一距离d″，而扫描头相对于扫描方向具有一角度。但在对于图2a的组构所用的数据要求喷嘴10(3)和10(4)同时喷射以命中同一X位置。而在图2b的组构，采用这样的数据将造成畸变。因而在此例中必须对数据作偏置来校正这种相对位移。
问题在于所涉及的数据量相当大，而偏置必须实时进行。例如，一典型组构中的喷墨嘴通过一给定象素可能仅需500ns。这样，任何对个别象素运行的偏置处理为能与数据耗取速率相一致不能长于这一每一象素的时间(平均)。
一典型的以40MHZ运行的数字信号处理器，例如一C31处理器，具有50ns级的周期时间。因此，如果通过任一象素地点的时间在500ns的级别时，就仅有10个周期可用于对一给定象素操作。另一方面每一处理器指令需要最小1个周期。经常是为应付总线冲突，流水线冲突、和存贮器的等待状态而需要数个周期。这样各指令可能实际需要2-4周期。这样，实际上仅约3个指令可被用于各象素。
问题是为进行一典型的操作，例如设置一个别象素为逻辑“1”，需要约6个指令。这样就难以做到以逐个象素为基础来进行操作。而是要求一次对多个象素，例如32象素执行的操作。一些典型的操作可包括，清除图象，移动图象，输出图象，对二图象进行“与”，或对二图象进行“异或”操作。这类型式的指令一般需要较少的指令(2或3而不是6)，并一次对32象素运行。总的说，它们的操作比对个别象素的操作快约100倍。
如以上讨论的，控制计算机执行分片.STL或.CTL文件和为各不同断面计算.RLE数据的功能。耦合到打印头的数字信号处理器(DSP)必须取此.RLE数据，将其去压缩，按照喷嘴配置偏置数据，而后将数据输出到喷嘴。如讨论过的，“偏置”是指对图象数据进行操作以补偿喷嘴的配置以及可能其他因素的处理。由于数据被去压缩后可能无法足够快地加以处理，所以最好能在数据仍处于压缩形式时对之进行处理(例如当它仍然是.RLE格式时)。另一个关键的省时选择是，使数据在存贮器中的存放应为2字节或4字节字含有各自希望能同时输出的象素。
这样数据的偏置处理就仅仅是在扫描方向位移起始和停止变迁适当的量而同时保持与欲同时输出的象素相关的数据在同一字中。而后数据被去压缩，和在交会到X方向上的适当地点时将各个别的字发送到打印头。
图42a、42b、42c、42d和42e说明这一技术，其中相同元件被加以同样的标号。图42a说明原始断面的象素化图象。图42b说明.RLE格式中的这一数据。如图示，图中被标以数25(1)、25(2)、25(3)...25(10)的各个别扫描行的数据已被压缩成表示起始和停止变迁的数据。图42c说明为对相对扫描方向具有角度的打印头加以调整而使此数据偏移的处理。此图中假定打印头有5个喷嘴，而偏角使得各个别喷嘴从相接续的喷嘴作相对位移一象素。这样，扫描行25(2)的数据相对扫描行25(1)位移1象素，扫描行25(3)的数据相对扫描行25(2)位移1象素，等等。此处理继续到碰到扫描行25(6)。由于它是第6扫描行而将不在与第5行同一次通过上被扫描，所以该行不相对其他行作位移。而是扫描25(7)相对扫描行25(6)位移1象素。扫描行25(8)相对扫描行25(7)位移1象素。扫描行25(9)相对扫描行25(8)位移1象素。
在这种处理期间，经偏置的数据被“打捆”以使要同时发生的喷射相关的数据被集合成一单个字。这一数据然后逐个一次一捆地去压缩。图42d中说明此处理。每一列27(1)、27(2)、27(3)...27(12)中象素的数据，各自代表要同时喷射的数据。因而，每个这些列的数据被存放进可个别地访问的字，因此而能同时访问。一分捆标志26被保持来一次一列地逐步通过数据。在碰到各列时即依次去压缩(即各变迁被变换到一通/断比特，例如一次32比特)。参看图42d，例如，分捆标志位于列27(8)。因而如图示该列中的数据被去压缩。列27(9)至27(12)中的其余数据仍然为压缩格式。但是如讨论过的，数据将在其碰到分捆标志时去压缩。
接着数据一次一列地依次输出到打印头。图42e说明此过程。如图示，分捆标志被复位后被再次用于依次逐步通过列27(1)-27(12)。如图示此标志当前被置于列27(5)。因而该列的数据被输出到打印头。其余列27(6)-27(12)中的数据将被依次输出。
漂落和喷嘴喷射时间
在以上生成的数据导致在所希望地点沉积材料液滴之前还有一关键功能要进行。在数据被装载进喷墨头用于喷射时，系统必须确定何时喷墨头已到达为滴材料液的例行地点。此合适的喷射时间，如前面引用的US专利申请08/534813中说明的，实际上有时发生在头被置于合适的沉积地点上之前。这一提前喷射补偿被称为漂落时间校正。然而，系统依然必须确定何时它处于应发出此提前喷射信号的适当地点。下面给出这一确定处理细节。
为能以所希望的扫描分辨率构成，重要的是要能在沿扫描方向上任何所希望位置使喷嘴喷射。这在采用一编码器来指示实际的X位置时可能是有问题的，此时此编码器可能在所需位置没有触发信号。事实上此编码器可能是低于打印所需分辨率的。因为较高分辨率编码器较贵而希望有较低的设备成本，并因为限制为一单个分辨率或作为栅间距的倍数的分辨率是不利的。希望有其他措施用来确定正确的喷射位置。如以下说明的准确喷射位置由根据一计算得的平均速度和一自最后栅行通过后经过的一已知时间在栅行之间进行距离插入来确定。然后喷射地点即利用此已知的所希望的喷射点和实际位置的插入估算确定。
X构架12(见图1)与之相关连地有一编码器用于确定X方向上打印头的位置以使对打印头的喷射脉冲能在适当时间启动。在一优选实施例中，为实现这一功能，利用一在图43中被标以号34的玻璃板，在它上向刻有相互间距离10μm的行33。并利用一种光线和光二极管检测器(图中未示)来确定何时这些线通过并在每次打印头通过这些线之一时中断DSP。还采用一对检测器(未图示)来指示打印头在左移还是右移。为避免因振动产生的信号干扰DSP，利用一数字迟滞电路(未图示)来防护DSP不受因振动引起的伪中断的影响。由此电路，DSP能确定打印头在10μm之内的位置，还能确定运动的方向。
为了能以细于10μm的分辨率打印，在DSP内设置一计数器在每当DSP通过上述线之一时开始计数。当计数器到达某一定值时，DSP就促使产生一喷射信号来触发打印头。
还设置一第二计数器来处理图44中说明的情况。被标以数35的信号T0-T4表示由编码器在打印头通过图43中所示的线33时所产生的信号。相反，标以数36的线指明所希望的喷射位置。对于信号T0′-T3′，这些信号全都各自跟随信号T0-T3。这样，一单个计数器能被用于以所述方式生成这些信号。所产生的问题由信号T4和T4′来说明。因为T4′实际在其对应信号T4之前，必须设置一第二计数器来响应信号T3的发生产生这一信号。
图45a、b中说明为产生喷射信号的算法。如图示，在打印头通过编码线之一时产生图12a甲标以数57的中断。然后在步骤38，读取一编码器定时器(未图示)并将其与打印头位置相关连。这一步骤通过数编码器线进行。将所得数据加以存贮。
在步骤39，从所存贮的数据通过将位置上的变化除以通过规定的编码器线的时间上的变化计算打印头的平均速度。在步骤40确定下一喷射地点与最后的编码器线之间的距离ΔD。在步骤41，此值被用来计算考虑到左/右补偿和漂落时间补偿时的自最后编码器线直到下一喷射地点的时间差Δt(1)。
然后在步骤42中，此值被装载进一第一喷射定时器，如讨论过的，此定时器在该值过去后启动一喷射脉冲。在步骤43(图45b)，能按针对Δt(1)描述的方式对下一喷射位置计算时间差Δt(2)。在步骤44，检验此值以查清下一喷射位置是否位于下一编码器线之后。如果是，则该喷射脉冲可被在下一编码器线外启动。如果不是，在步骤45，该值被装载进第二喷射定时器。在步骤46起动从中断的返回。
替代实施方案可被用来将编码器位置与喷射命令的发出相链接。一个这样的替代方案采用多编码器栅地点时间信号来驱动扫描头的平均速度的更准确的表述。在此优选实施例中，最后的8编码器栅地点时间信号被加以平均以产生一能与第四编码器栅背面的位置相关的时间信号。前面8编码器栅地点时间信号被平均来产生一能与第12编码器栅背面相关连的时间信号。此二平均时间信号被用来推导用于扫描打印头的平均速度值。由确定第4编码器栅背面与下一喷射地点之间的距离、平均速度、自第4编码器栅背面被穿过后过去的时间估算喷嘴将到达正确喷射地点的时间，利用此被估算的时间起始一定时器，和在此时间间隔过去后喷射喷嘴。
这里完成了基本喷射位置增强算法的讨论。应当理解，有各种不同的增强和修改是可行的，包括根据打印头的加速度的补偿，或利用多于一个的喷射计数器来相对通过二计数器可达到的增长进一步增加打印分辨率。
虽然已经表现和说明了本发明的实施例和应用，但对熟悉本技术领域的人员应很显见，不背离这里的发明观念可能有许多另外的变型。因此本发明除所列的权利要求的精神实质外不应有其他限制。

Claims (110)

1.快速成原型设备，包括：
撒布器，用于可控制地撒布在被撒布后可凝固的可流动材料；
平台，用于支撑三维物体的断面并提供用于构成下一物体断面的工作表面；
至少一个转位器，耦合到撒布器和平台，用于至少在包括一扫描方向和一转位方向的二维上相对位移撒布器和工作表面；和
控制器，耦合到转位器和撒布器，用于使材料按照一被选取的样式撒布在工作表面上。
2.权利要求1所述设备，其特征是该设备是局部沉积成型设备以及撒布器被组构成按照被选择的样式局部地撒布材料。
3.权利要求2所述设备，其特征是控制器被组构来提供作为一构成样式的所述样式。
4.权利要求2所述设备，其特征是控制器被组构来提供作为一支撑样式的所述样式。
5.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构来提供指定在扫描方向作罩印的所述构成样式。
6.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构来提供指定扫描方向上比转位方向上有更高分辨率的所述构成样式。
7.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构来提供指定对面向下的表面有比物体内部区域更高的滴液密度比的所述构成样式。
8.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将一面向下的表层区域在一面向下的表面之上伸展多层的所述构成样式。
9.权利要求8所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述面向下的表层区域在所述面向下的表面之上伸展5层的所述构成样式。
10.权利要求8所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述面向下的表层区域在所述面向下的表面之上伸展10层的所述构成样式。
11.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定为形成面向上的表面比为物体的内部高的滴液密度比的所述构成样式。
12.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将一面向上的表层区域在一面向上的表面之下伸展多层的所述构成样式。
13.权利要求12所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述面向上的表层区在所述面向上的表面之下伸展5层的所述构成样式。
14.权利要求12所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述面向上的表层区域在所述面向上的表面之下伸展10层的所述构成样式。
15.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定对形成物体边界区采用较对形成物体内部区更高的滴液密度比的所述构成样式。
16.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将边界区伸展进入物体的内部多个液滴宽度的所述构成样式。
17.权利要求16所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述边界区伸展进入物体的内部至少2液滴宽的所述构成样式。
18.权利要求16所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将所述边界区伸展进入物体的内部至少4液滴宽的所述构成样式。
19.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定以棋盘式支撑形成物体的内部区的所述构成样式。
20.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定以行支撑形成物体的内部区的所述构成样式。
21.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定以柱支撑形成物体的内部区的所述构成样式。
22.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定以拱式支撑形成物体的内部区的所述构成样式。
23.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定改变二层间的扫描方向的所述构成样式。
24.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在二层间倒转扫描方向的所述构成样式。
25.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在二层间倒转转位方向的所述构成样式。
26.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在二层间变更扫描和转位方向的所述构成样式。
27.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在二层间倒转扫描和转位方向的所述构成样式。
28.权利要求3所述设备，其特征是撒布器包括至少一个多喷嘴喷墨式的撒布头。
29.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定通过光栅扫描形成物体的构成样式。
30.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定通过长度和宽度限定到形成一层所需的撒布区的光栅扫描形成物体的所述构成样式。
31.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定通过向量扫描形成物体的所述构成样式。
32.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定通过光栅扫描形成物体的内部区，而通过向量扫描形成物体的边界区的所述构成样式。
33.权利要求28所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定对在任意XY位置上撒布的喷嘴作层到层的随机化的所述构成样式。
34.权利要求28所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定利用所有喷嘴打印一测试模式并按其检查哪一喷嘴未适当地喷射的所述构成样式。
35.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将物体的温度维持在一最小温度之上以减少翘曲变型的所述构成样式。
36.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定分别形成物体的不同组成部分以使得在部分构成期间能使物体表面再定向作为面向上的表面，然后将分别形成的组成部分加以组合的所述构成样式。
37.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定棋盘式支撑的所述支撑样式。
38.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定为了形成支撑采用多于形成物体的每层的通过数目的所述支撑样式。
39.权利要求4所述设备。其特征是控制器被组构成提供指定滴液通/滴液断的棋盘式支撑的所述支撑样式。
40.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定行支撑的所述支撑样式。
41.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定直行支撑的所述支撑样式。
42.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定弯曲线支撑的所述支撑样式。
43.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定断续线支撑的所述支撑样式。
44.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定层的至少部分上带有斜坡的支撑的所述支撑样式。
45.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在斜坡以上的层上偏移支撑的所述支撑样式。
46.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在小于10个连续层上的斜坡的所述支撑样式。
47.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在小于5个连续层上的斜坡的所述支撑样式。
48.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在一整个第一层上的斜坡的所述支撑样式。
49.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定前面的层中不倾斜的X-Y区中的斜坡的所述支撑样式。
50.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定后续层上的互补斜坡的所述支撑样式。
51.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定柱支撑的所述支撑样式。
52.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定带斜坡的柱支撑的所述支撑样式。
53.权利要求4所述设备，其特征是控制器组构成提供指定偏移柱支撑的所述支撑样式。
54.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定按滴液宽度定义的N×N柱支撑的所述支撑样式。
55.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定按象素定义的N×N柱支撑的所述支撑样式。
56.权利要求55所述设备，其特征是N为2。
57.权利要求55所述设备，其特征是N为3。
58.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在面向下的表面之下至少N层的区域内改变支撑模式的所述支撑样式。
59.权利要求58所述设备，其特征是N为4。
60.权利要求58所述设备，其特征是N为9。
61.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在临近面向下的表面的区域内降低滴液密度比的所述支撑样式。
62.权利要求61所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在过渡到较低滴液密度比支撑时利用至少一层斜坡。
63.权利要求61所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在临近面向下的表面时区域内从柱支撑转换成棋盘式支撑。
64.权利要求4所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在面向上的表面以上大于一预定层数的区域改变支撑模式。
65.权利要求64所述设备，其特征是该预定数为4。
66.权利要求64所述设备，其特征是该预定数为9。
67.权利要求64所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在离开面向上的表面之后的区域内降低滴液密度比。
68.权利要求67所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在从较高的向较低的滴液密度比支撑过渡中利用至少一层斜坡。
69.权利要求68所述设备，其特征是所述支撑样式还指定在离开面向上的表面之后从柱支撑向棋盘式支撑转换。
70.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定拱式支撑的所述支撑样式。
71.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定气压支撑的所述支撑样式。
72.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在一断面的不同区域使支撑模式不同的所述支撑样式。
73.权利要求所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定将支撑结构从物体的边界在扫描方向上位移第一预定数目的象素和在转位方向上位移第二预定数目的象素的所述支撑样式。
74.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定以与用于形成物体的表面和边界区不同的材料构成支撑的所述支撑样式。
75.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定在用于形成物体的材料被局部撒布后在各层上大量撒布支撑的所述支撑样式。
76.权利要求4所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定采用能溶于水的材料构成支撑的所述支撑样式。
77.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定均匀温度构成的所述构成样式。
78.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定子象素喷射的所述构成样式。
79.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定副光栅行喷射的所述构成样式。
80.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定采用附加有黑体辐射器的材料的所述构成样式。
81.权利要求78所述设备，其特征是所述构成样式还指定通过改变的漂落时间数据进行子象素化。
82.权利要求4所述设备，其特征是所述支撑样式指定用于支撑的比用于物体更大的液滴。
83.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式还指定具有被插入的交织的热导体的材料。
84.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式还指定物体敏感的交织。
85.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式还指定滴液宽度补偿。
86.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式还指定罩印宽度补偿。
87.权利要求3所述设备，其特征是控制器被组构成提供指定撒布器的孔与工作表面之间的足够大的间距使得液滴在碰撞后能形成半球形滴液的所述构成样式。
88.权利要求4所述设备，其特征是所述支撑样式指定将支撑构成在部分构成之后滞后至少一层以避免由平面化引起的支撑的畸变。
89.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式指定单独通过融熔的平面化。
90.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式指定通过与刮除相结合的融熔的平面化。
91.权利要求3所述设备，其特征是所述构成样式指定通过与刮除和旋转相结合的融熔的平面化。
92.一种快速成原型的方法，包括：
可控制地撒布在被撒布后可凝固的可流动材料；
支撑三维物体的一个断面并提供用于构成下一物体断面的工作表面；
在包括扫描方向和转位方向的至少二维中相对地位移撒布器和工作表面；和
按照所选择的样式在工作表面上撒布材料。
93.权利要求92所述方法，其特征是还包括按照所选择样式在工作表面上有选择地撒布材料。
94.权利要求93所述方法，其特征是所述样式为一构成样式。
95.权利要求93所述方法，其特征是所述样式为一支撑样式。
96.权利要求1所述设备，其特征是还包括用于形成分叉出撒布在一紧前面薄层上的材料之外的支撑结构的装置，其中，此分叉导致接触一面向下的物体表面的支撑结构多于分叉所起始的支撑结构数目。
97.权利要求92所述方法，其特征是还包括形成分叉出撒布在一紧前面薄层上的材料的支撑结构的步骤，其中，此分叉导致接触一面向下的物体表面的支撑结构多于分叉起始的支撑结构的数目。
98.权利要求1所述设备，其特征是还包括将液滴导向在一实际工作表面的水平之下的焦平面的装置，用于实现在垂直于断面的平面的方向上的自校正积累。
99.权利要求92所述方法，其特征是还包括将液滴导向在一实际工作平面的水平之下的焦平面的步骤，用于实现在垂直于断面的平面的方向上的自校正积累。
100.权利要求1所述设备，其特征是还包括用于将冷却气体导向部分地形成的物体的表面上的装置和用于从所述表面之上的区域去除冷却气体的装置。
101.权利要求92所述方法，其特征是还包括将冷却气体导向部分地形成的物体的表面上的步骤和从所述表面之上的区域去除冷却气体的步骤。
102.一快速成原型系统中生成表示物体断面的起始/停止变迁数据的方法，包括步骤：
接收作为输入的表示物体的三维数据；
将分片层与物体断面相关；
对各分片层将三维数据表述与多个象素扫描行相交；和
对一断面在扫描行与三维物体表述间的相交点产生变迁数据。
103.权利要求1所述方法，其特征是快速成原型系统是一局部沉积成型系统。
104.一快速成原型系统中对物体的一给定层生成描述一支撑区的数据的方法，包括步骤：
确定由此给定层以上所有层的组合所包括的总和区；
取给定层的一个区域与总和区之间的布尔差；以及利用此差作为对此给定层的支撑区。
105.权利要求3所述方法，其特征是快速成原型系统为一局部沉积成型系统。
106.一快速成原型和加工系统中用于增加打印头在扫描方向上的分辨率的方法，包括步骤：
设置一处理器；
设置第一和第二定时器，该定时器被装载后将向下计数在时间耗尽时启动喷射脉冲；
当打印头通过规定的编码器线序列时中断处理器；
计算打印头通过数个编码器线的平均速度；
利用所述平均速度计算表示从一编码器线至下一喷射地点的时间中的变化的第一值；
将所述值装载进所述第一定时器；
利用所述平均速度计算表示从一编码器线至跟随该下一喷射地点之后的第二喷射地点的时间中的变化的第二值；和
如果所述第二喷射地点在下一编码器线之前将所述第二值装载到所述第二定时器。
107.权利要求5所述方法，其特征是快速成原型系统是一局部沉积成型系统。
108.一快速成原型和加工系统中分配构成模式到欲加固化的断面的不同部分的方法，包括步骤：
将欲加固化的断面的部分表示作为起始和停止变迁数据对；
分配给一对所述数据调制实际起始和停止地点以得到调制数据的构成模式；以及
按照所述被调制数据撒布材料以便构成所述断面。
109.权利要求5所述方法，其特征是快速成原型系统是一局部沉积成型系统。
110.一快速成原型和加工系统中增加转位方向上的分辨率的方法，其特征是依靠偏置所述数据。
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