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Die digitale dreidimensionale Herstellung, auch bekannt als digitale additive Herstellung, ist ein Verfahren, um einen dreidimensionalen, festen Gegenstand aus einem digitalen Modell von nahezu jeglicher Form herzustellen. Dreidimensionales Drucken ist ein additiver Prozess, bei dem ein oder mehrere Druckköpfe aufeinanderfolgende Materialschichten auf ein Substrat in verschiedenen Formen ausstoßen. Dreidimensionales Drucken unterscheidet sich von herkömmlichen gegenstandsbildenden Techniken, die meistens auf der Entfernung von Material von einem Werkstück durch einen subtraktiven Prozess wie etwa Schneiden oder Bohren beruhen.
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Bei einer Form des Druckens eines dreidimensionalen Gegenstands stößt ein radialer Arm, an dem ein oder mehrere Druckköpfe angebracht sind, ein Bau- oder Stützmaterial auf eine sich drehende Trägerplatte oder einen sich drehenden Kegel aus, um den Gegenstand zu bilden. Die Druckköpfe stoßen das Material nach unten auf die Trägerplatte oder den Kegel aus, die/der sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω dreht. Da der äußere Umfang der sich drehenden Struktur eine größere Entfernung zurücklegt als die inneren Teile der Struktur, läuft der äußere Umfang mit einer größeren Geschwindigkeit als der innere Teil. Da die Tintenstrahlen des Druckkopfes/der Druckköpfe gleichmäßig in einem Abstand Δr entlang des radialen Arms angeordnet sind und jeder Tintenstrahl entlang des radialen Arms einen Tintentropfen mit einer Masse m zu Zeitintervallen Δt abfeuert, ist die Dichte eines festen Rings, der durch jeden Tintenstrahl erzeugt wird, eine Funktion seiner Position entlang des radialen Arms. So beträgt die Dichte des Rings ungefähr m/(r ω Δt Δr), da man annehmen kann, dass Δt und Δr verglichen mit r jeweils vergleichsweise klein sind. Die Krümmungswirkungen aus diesen Parametern sind Veränderungen zweiter Ordnung. Demzufolge variiert die Dichte des geformten festen Gegenstands hauptsächlich mit der Position des Tintenstrahls entlang des radialen Arms.
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Eine Möglichkeit, die Dichte bei allen Tintenstrahlen entlang des radialen Arms konstant zu halten, wäre, den gleichmäßigen radialen Abstand Δr beizubehalten und die äußeren Tintenstrahlen schneller abzufeuern als die inneren Tintenstrahlen. Diese Lösung wird bei den meisten Tintenstrahldruckern jedoch nicht umgesetzt, da die Tintenstrahldruckköpfe eine konstante Feuerungsfrequenz für alle Tintenstrahlen im Druckkopf benötigen. Alternativ kann eine Bildverarbeitung entworfen werden, um die unterschiedlichen radialen Positionen und die Trägerplatten- oder Kegelgeschwindigkeitsunterschiede auszugleichen, indem die Bilddaten einer Halbtonrasterung unterzogen werden, um die Dichte der durch die Tintenstrahlen gebildeten Materialringe zu egalisieren. Diese Verarbeitung verschwendet jedoch eine beträchtliche Menge der Durchsatzfähigkeit der Druckköpfe und führt zu verschiedenen Bildartefakten.
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US 2004/ 0 265 413 A1 beschreibt das Betreiben eines 3D-Druckers mit einer rotierenden Bauplattform und Anpassung der Dichte von Bindemitteltropfen mittels radiusabhängiger Betätigung von Druckdüsen.
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WO 2013/ 129 679 A1 bschreibt eine Druckvorrichtung mit rotierbarem Düsenbalken.
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US 2004/ 0 017 424 A1 beschreibt eine Druckvorrichtung mit einem Druckkopf, bei dem der Abstand zwischen benachbarten Düsen umgekehrt proportional zum Abstand zum Zentrum der relativen Drehung ist.
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Tintenstrahldrucker so zu betreiben, dass die Veränderungen in der Materialdichte des Gegenstands verringert werden, die durch Veränderungen der radialen Position der Tintenstrahlen verursacht werden, wäre daher von Nutzen.
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Ein dreidimensionaler Gegenstandsdrucker wurde ausgelegt, um eine gleichbleibende Dichte bei Material aufrecht zu halten, das durch Tintenstrahlen entlang eines radialen Arms in dem Drucker ausgestoßen wird. Der dreidimensionale Gegenstandsdrucker umfasst eine Trägerplatte, die ausgelegt ist, dass sie sich um einen Mittelpunkt dreht, einen radialen Arm, der sich von einer Position neben der Mitte der Trägerplatte zu einer Position neben der umlaufenden Kante der Trägerplatte erstreckt, mindestens einen Druckkopf, der an dem radialen Arm angebracht ist, wobei der mindestens eine Druckkopf so ausgelegt ist, dass er Material auf die Trägerplatte ausstößt, während die Trägerplatte sich an dem mindestens einen Druckkopf vorbeidreht, und einen Regler, der betriebsfähig mit dem mindestens einen Druckkopf und der Trägerplatte verbunden ist, wobei der Regler so ausgelegt ist, dass er die Trägerplatte dreht, den mindestens einen Druckkopf betätigt, um Material auf die Trägerplatte auszustoßen, während sich die Trägerplatte an dem mindestens einen Druckkopf vorbeidreht, und den mindestens einen Druckkopf entlang des radialen Arms zwischen einer Position neben dem Mittelpunkt der Trägerplatte und einer Position neben der umlaufenden Kante der Trägerplatte mit einer linearen Geschwindigkeit bewegt, die einem Produkt aus einem Abstand von dem mindestens einen Druckkopf vom Mittelpunkt der Trägerplatte und der Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte erlaubt, konstant zu bleiben, wenn sich der mindestens eine Druckkopf zwischen der Position neben dem Mittelpunkt der Trägerplatte und der Position neben der umlaufenden Kante der sich drehenden Trägerplatte bewegt.
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Eine weitere Ausführungsform des dreidimensionalen Gegenstandsdruckers hält die Dichte der äußeren Teile der Trägerplatte konstant, indem er den Abstand zwischen den Tintenstrahlen in den Druckköpfen des Druckers verringert. Der Drucker umfasst eine Trägerplatte, die ausgelegt ist, dass sie sich um einen Mittelpunkt dreht, einen radialen Arm, der sich von einer Position über dem Mittelpunkt der Trägerplatte zu einer Position über der umlaufenden Kante der Trägerplatte erstreckt, mindestens einen Druckkopf, der an dem radialen Arm angebracht ist, wobei der mindestens eine Druckkopf so ausgelegt ist, dass er Material auf die Trägerplatte ausstößt, während die Trägerplatte sich an dem mindestens einen Druckkopf vorbeidreht, wobei der mindestens eine Druckkopf des Weiteren mit einer linearen Anordnung von Tintenstrahlen ausgelegt ist, wobei mindestens einige Tintenstrahlen in der linearen Anordnung durch einen abnehmenden Abstand voneinander getrennt sind, wenn sich die lineare Anordnung von Tintenstrahlen in Richtung der umlaufenden Kante der Trägerplatte erstreckt, und einen Regler, der betriebsfähig mit dem mindestens einen Druckkopf und der Trägerplatte verbunden ist, wobei der Regler so ausgelegt ist, dass er die Trägerplatte dreht und den mindestens einen Druckkopf betätigt, um Material auf die Trägerplatte auszustoßen, während sich die Trägerplatte an dem mindestens einen Druckkopf vorbeidreht.
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Es wurde ein Verfahren zum Betreiben eines dreidimensionalen Gegenstandsdrucker entwickelt, bei dem eine gleichbleibende Dichte bei Material aufrechterhalten wird, das durch Tintenstrahlen entlang eines radialen Arms in dem Drucker ausgestoßen wird. Das Verfahren umfasst das Drehen einer Trägerplatte um einen Mittelpunkt der Trägerplatte mittels eines Reglers, das Betätigen von mindestens einem Druckkopf mittels des Reglers, um Material auf die Trägerplatte auszustoßen, während die Trägerplatte sich an dem mindestens einen Druckkopf vorbeidreht, und das Bewegen des mindestens einen Druckkopfes mittels des Reglers entlang eines radialen Arms, der sich von einer Position über dem Mittelpunkt der Trägerplatte zu einer Position über der umlaufenden Kante erstreckt, wobei der Regler den mindestens einen Druckkopf entlang des radialen Arms mit einer linearen Geschwindigkeit bewegt, die einem Produkt aus einem Abstand von dem mindestens einen Druckkopf vom Mittelpunkt der Trägerplatte und der Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte erlaubt, konstant zu bleiben, wenn sich der mindestens eine Druckkopf zu der umlaufenden Kante der sich drehenden Trägerplatte bewegt.
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Die vorstehenden Aspekte und andere Merkmale eines Geräts oder Druckers, der eine gleichbleibende Dichte des Materials aufrechterhält, das durch Tintenstrahlen entlang eines radialen Arms in dem Drucker ausgestoßen wird, sind in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Abbildungen erläutert.
- 1 ist eine Darstellung eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers mit einem Druckkopf, der so ausgelegt ist, um eine gleichbleibende Dichte des Materials, das auf eine sich drehende Trägerplatte ausgestoßen wird, von deren Mittelpunkt bis zu deren umlaufenden Kante zu erzeugen.
- 2 ist eine Darstellung einer anderen Ausführungsform eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers mit einem Druckkopf, der so ausgelegt ist, um eine im Wesentlichen gleichbleibende Dichte des Materials, das auf eine sich drehende Trägerplatte ausgestoßen wird, von deren Mittelpunkt bis zu deren umlaufenden Kante zu erzeugen.
- 3 ist eine Darstellung einer anderen Ausführungsform eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers mit einem Druckkopf, der so ausgelegt ist, um den Druckkopf zwischen dem Mittelpunkt der Trägerplatte und deren umlaufenden Kante zu bewegen.
- 4 ist ein Diagramm der Positionen, an denen Tintenstrahlen in einem Druckkopf feuern würden, um Tropfen entlang eines radialen Wegs auszustoßen.
- 5 ist ein Diagramm der Positionen, an denen Tintenstrahlen in einem Druckkopf feuern würden, um die Tropfen radial auszuordnen und mehr Tropfen entlang des nachfolgenden Kurvenabschnitts bereitzustellen.
- 6 ist eine Darstellung eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers nach dem Stand der Technik, der die Faktoren erläutert, welche die Dichte des Materials verändern, das durch einen Druckkopf auf eine sich drehende Trägerplatte ausgestoßen wird.
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Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung der hier offenbarten Vorrichtung sowie der Details der Vorrichtung wird Bezug auf die Abbildungen genommen. In den Abbildungen bezeichnen gleiche Bezugsnummern gleiche Elemente.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Baumaterial“ ein Material, das in Form von flüssigen Tropfen aus einer Vielzahl von Ausstoßvorrichtungen in einem oder mehreren Druckköpfen ausgestoßen wird, um Materialschichten in einem Gegenstand zu bilden, der in einem dreidimensionalen Gegenstandsdrucker gebildet wird. Beispiele für Baumaterialien umfassen Thermoplaste, UV-härtbare Polymere und Bindemittel, die für ein Ausstoßen als flüssige Tropfen aus Ausstoßvorrichtungen in einem oder mehreren Druckköpfen verflüssigt und nachfolgend in ein festes Material, das einen Gegenstand durch einen additiven dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozess bildet, ausgehärtet werden können, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen des dreidimensionalen Gegenstandsdruckers werden mehrere Formen von Baumaterial zum Herstellen eines Gegenstands verwendet. In einigen Ausführungsformen bilden verschiedene Baumaterialien mit variierenden physikalischen oder chemischen Eigenschaften einen einzelnen Gegenstand. In anderen Ausführungsformen ist der Drucker so ausgelegt, dass er Tropfen einer einzelnen Art von Baumaterial ausstößt, die verschiedene Farben durch Farbstoffe oder andere Farbmittel einbindet, die in dem Baumaterial eingeschlossen sind. Der dreidimensionale Gegenstandsdrucker steuert das Ausstoßen von Tropfen aus Baumaterialien mit verschiedenen Farben, um Gegenstände mit unterschiedlichen Farben und gegebenenfalls mit gedrucktem Text, Graphiken oder anderen ein- oder mehrfarbigen Mustern auf der Oberfläche des Gegenstands zu bilden.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Stützmaterial“ ein anderes Material, das während eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozesses aus den Druckköpfen ausgestoßen werden kann, um den Gegenstand, der aus dem Baumaterial gebildet wird, zu stabilisieren. Wenn der dreidimensionale Gegenstandsdrucker zum Beispiel Schichten des Baumaterials aufbringt, um den Gegenstand zu bilden, stößt mindestens ein Druckkopf in dem Drucker auch Schichten des Stützmaterials aus, die mit Teilen des Gegenstands eingreifen. Das Stützmaterial hält die vorher gebildete Schicht des Baumaterials an Ort und Stelle, verhindert ein Brechen von neu gebildeten Strukturen bevor ausreichend Baumaterial vorhanden ist, um den Gegenstand zusammenzuhalten, und verhindert, dass Teile des Baumaterials, die noch nicht vollständig verfestigt sind, von der Position wegfließen, solange der Härtungsprozess nicht abgeschlossen ist. Beispiele für Stützmaterial umfassen wachsartige Materialien, die dem Gegenstand während des Druckprozesses eine Stütze bieten und die ohne Weiteres nach dem Abschluss des Druckprozesses von dem Gegenstand entfernt werden können, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Prozessrichtung“ eine Richtung einer Bewegung einer Trägerplatte während des dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozesses an einem oder mehreren Druckköpfen vorbei. Die Trägerplatte hält den dreidimensionalen Gegenstand und das zugehörige Stützmaterial während des Druckprozesses. In einigen Ausführungsformen ist die Trägerplatte ein ebenes Element oder ein kegelförmiges Element, das sich neben oder unter einem oder mehreren Druckköpfen auf einem radialen Arm dreht, um die Bildung eines Gegenstands während des dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozesses zu unterstützen.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „prozessquerende Richtung“ eine Richtung, die senkrecht zur Prozessrichtung und im Wesentlichen parallel zu der Anordnung von mindestens einigen der Druckköpfe verläuft, die Tropfen von Baumaterial und Stützmaterial zum Bilden des Gegenstands ausstoßen. Die Ausstoßvorrichtungen in zwei oder mehr Druckköpfen werden in der prozessquerenden Richtung ausgerichtet, um einer Druckkopfanordnung zu gestatten, gedruckte Muster aus Baumaterial und Stützmaterial über einem ebenen, zweidimensionalen Bereich zu bilden. Während eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozesses bilden aufeinanderfolgende Schichten aus Baumaterial und Stützmaterial, die aus den ausgerichteten Druckköpfen gebildet werden, einen dreidimensionalen Gegenstand.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „z-Richtung“ eine Richtung eines Abstands zwischen den Druckköpfen in dem dreidimensionalen Gegenstandsdrucker und dem Gegenstand und dem Stützmaterial, die auf dem Stützelement gebildet werden. Zu Beginn des dreidimensionalen Gegenstandsdruckprozesses bezeichnet die z-Richtung einen Trennungsabstand zwischen dem Stützelement und den Druckköpfen, die die Schichten aus Baumaterial und Stützmaterial bilden. Mit jeder Schicht Baumaterial und Stützmaterial aus den Ausstoßvorrichtungen der Druckköpfe nimmt der Abstand in z-Richtung zwischen den Druckköpfen und der obersten Schicht ab. In vielen Ausführungsformen eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers wird der Abstand in z-Richtung zwischen den Druckköpfen und der obersten Schicht des gedruckten Materials innerhalb vergleichsweise enger Toleranzen aufrechterhalten, um ein konsistentes Setzen und eine konsistente Steuerung der ausgestoßenen Tropfen aus Baumaterial und Stützmaterial zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen bewegt sich das Stützelement während des Druckbetriebs von den Druckköpfen weg, um den Abstand in z-Richtung aufrechtzuerhalten, während die Druckköpfe in anderen Ausführungsformen von dem teilweise gedruckten Gegenstand und dem Stützelement wegbewegt werden, um den Abstand in z-Richtung aufrechtzuerhalten.
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6 zeigt einen dreidimensionalen Gegenstandsdrucker 100 nach dem Stand der Technik, der eine nicht gleichbleibende Dichte zeigt, die aus der Konfiguration der Druckköpfe am radialen Arm resultiert. Der Drucker 100 umfasst eine sich drehende Trägerplatte 102 und einen oder mehrere Druckköpfe 112, die an einem radialen Arm 108 angebracht sind, der eine lineare Anordnung von Tintenstrahlen 104 bildet. Die Tintenstrahlen in dem Druckkopf 112 haben den gleichen Abstand voneinander. Ein Regler 130 ist betriebsfähig mit einem Antriebselement 134 verbunden, um die Trägerplatte 102 mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit ω zu drehen. Wie in 1 gezeigt, sind Materialtropfen 116, die durch die Tintenstrahlen 104 näher am äußeren Ende des Arms 108 ausgestoßen werden, durch einen größeren Abstand getrennt als die Materialtropfen 116, die von den Tintenstrahlen näher am Ursprung des radialen Arms in der Mitte der Trägerplatte 102 ausgestoßen werden. Je länger der radiale Arm ist, desto größer ist der Unterschied in der Dichte der durch die Tintenstrahlen entlang der Länge des radialen Arms 108 gebildeten Linien. So ist die Größe von Gegenständen, die durch den Drucker 100 gebildet werden können, durch die Toleranz für den Dichteunterschied des Materials in dem Gegenstand von dessen Mitte bis zu dessen Peripherie begrenzt.
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Die Ausführungsform eines in 1 gezeigten Tintenstrahldruckers löst das Problem der Dichteschwankungen, das in 6 gezeigt ist. Wiederum betreibt ein Regler 130 das Antriebselement 134, um die Trägerplatte 102 mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit ω zu drehen. In dieser Ausführungsform hat der Abstand zwischen den Tintenstrahlen 104 in der linearen Anordnung von Tintenstrahlen, die durch den einen oder die mehreren am radialen Arm 108 angebrachten Druckköpfe 112 gebildet werden, nicht die gleiche Größe. Stattdessen sind die Tintenstrahlen, die sich näher am äußeren Ende des radialen Arms befinden, näher zueinander positioniert als die Tintenstrahlen näher am Mittelpunkt der Trägerplatte. Diese Veränderung des Abstands zwischen den Tintenstrahlen ermöglicht es, dass die Tropfen aus den Tintenstrahlen entlang eines Radial wie in 4 gezeigt angeordnet bleiben. In einer Ausführungsform sind die Tintenstrahlen entlang der inneren Hälfte des radialen Arms durch einen Abstand getrennt, der 300 dpi entspricht, während die Tintenstrahlen entlang der äußeren Hälfte des radialen Arms durch einen Abstand getrennt sind, der 600 dpi entspricht. In einer anderen Ausführungsform variiert der Abstand zwischen jedem Tintenstrahl, wobei jeder Tintenstrahl seinem nächsten Nachbarn in Richtung des äußeren Endes des radialen Arms näher ist als seinem nächsten Nachbarn in Richtung des inneren Endes des radialen Arms.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform betreibt der Regler 130 das Antriebselement 134, um die Trägerplatte 102 mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit ω zu drehen. Ein innerer Druckkopf 120 ist so positioniert, dass er sich radial entlang des Arms 108 erstreckt und ein äußerer Druckkopf 124 ist mit einem Winkel bezogen auf den Arm 108 geneigt. Die Tintenstrahlen 104 beider Druckköpfe sind in prozessquerender Richtung über die Breite der Druckköpfe durch den gleichen Abstand getrennt. Durch das Neigen des Druckkopfes 124 in Bezug auf den radialen Arm 108 stoßen die Tintenstrahlen des Druckkopfes 124 jedoch Materialtropfen näher zueinander aus, als wenn der Druckkopf 124 radial zum Arm 108 ausgerichtet wäre.
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In der Druckerkonfiguration von 3 ist der Druckkopf 120 am radialen Arm 108 angebracht und betriebsfähig mit einem Antriebselement 138 verbunden, das betriebsfähig mit dem Regler 130 verbunden ist, um dem Regler 130 zu erlauben, den Druckkopf 120 radial entlang des Arms 108 zwischen dem Mittelpunkt der Trägerplatte 102 und seiner umlaufenden Kante zu bewegen. Wieder betreibt der Regler 130 das Antriebselement 134, um die Trägerplatte 102 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω in Bezug auf ein elektrisches Signal zu drehen, das durch den Regler 130 erzeugt wird. Wie im Folgenden erläutert, ist der Regler ausgelegt, um (1) die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte zu verändern, wenn sich der Druckkopf 120 zwischen dem Mittelpunkt der Trägerplatte und der umlaufenden Kante der Trägerplatte bewegt, (2) die lineare Geschwindigkeit des Druckkopfes entlang des radialen Arms zu verändern oder (3) die Neigung des Druckkopfes zu ändern, wenn er sich entlang des radialen Arms bewegt. Alternativ kann der Regler 130 ausgelegt sein, um einige Kombinationen dieser Betätigungen durchzuführen, um dabei zu helfen, die Dichte von gebildeten Materialringen aufrechtzuerhalten, bis die Gegenstandsbildung abgeschlossen ist.
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Bei der ersten Art von Betätigung bewegt der Regler 130 den Druckkopf, indem er das Antriebselement 138 betätigt, und wenn sich die Druckkopfposition ändert, betätigt der Regler das Antriebselement 134, um die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Trägerplatte 102 in Bezug auf die Position des Druckkopfes zu ändern. Diese Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte 102 erlaubt, dass die Dichte des durch den Druckkopf 120 ausgestoßenen Materials annähernd konstant bleibt. Ein Weg zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Dichte ist, das Produkt der radialen Position r des Druckkopfes entlang des Arms 108 und der Winkelgeschwindigkeit ω der Trägerplatte konstant zu halten. So verringert der Regler die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte, wenn r durch die nach außen gerichtete Bewegung des Druckkopfes 120 entlang des radialen Arms 108 zunimmt, sodass das Produkt aus der neuen radialen Position und der neuen Winkelgeschwindigkeit ungefähr gleich dem Produkt der radialen Position an der vorherigen Position und der vorherigen Winkelgeschwindigkeit ist.
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Wie in diesem Dokument in Bezug auf das obengenannte Produkt verwendet, bedeutet der Begriff „konstant“, dass das Produkt nicht von einem Druckkopfort zu einem anderen um einen Betrag abweicht, der größer ist als das Verhältnis der Radien nahe an der umlaufenden Kante und nahe am Mittelpunkt der Trägerplatte. Dieser zulässige Bereich der Dichte kommt daher, dass der Druckkopf in radialer Richtung eine Länge aufweist. Wenn der Abstand zwischen den Tintenstrahlen der Gleiche ist und der Druckkopf an einem bestimmten Ort gehalten wird, läuft die Trägerplatte an dem Ende des Druckkopfes, das der umlaufenden Kante näher liegt, mit größerer Geschwindigkeit vorbei als der Trägerplattenteil, der das näher am Mittelpunkt der Trägerplatte liegende Ende passiert. Daher bezieht sich ein „konstant“ gehaltenes Produkt auf das Produkt aus radialem Abstand und Winkelgeschwindigkeit, das so ist, dass die Dichte des Materials, das an dem Ende des Druckkopfes an der umlaufenden Kante der Trägerplatte ausgestoßen wird, in etwa die Dichte des Materials ist, das an dem Ende des Druckkopfes nahe dem Mittelpunkt der Trägerplatte ausgestoßen wird. Diese ungefähre Dichte, welche nicht das Verhältnis der Radien zwischen dem inneren Teil des Druckkopfes nahe dem Mittelpunkt der Trägerplatte und dem äußeren Teil des Druckkopfes nahe der umlaufenden Kante überschreitet, kann ausgedrückt werden als [(Außenradius/Innenradius) + 1]/2. Wie in dieser Definition verwendet, bezeichnet innerer Teil einen Bereich näher am Mittelpunkt als der äußere Teil. Das heißt, dass der „innere“ Teil nicht notwendigerweise nahe am Mittelpunkt sein muss und der „äußere“ Teil nicht unbedingt nahe der umlaufenden Kante sein muss. Stattdessen ist ein Bereich vergleichsweise näher am Mittelpunkt als der andere Bereich. So kann das Verhältnis von Außenradius zum Innenradius annähernd 1 betragen.
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Bei einer zweiten Art von Betätigung ist der Regler 130 so ausgelegt, dass er eine Geschwindigkeit des Druckkopfes 120 variiert, wenn er sich kontinuierlich entlang des radialen Arms 108 bewegt. In dieser Ausführungsform betätigt der Regler 130 das Antriebselement 138, um die lineare Geschwindigkeit des Druckkopfes 120 entlang des radialen Arms 108 zu verändern, wenn sich der Druckkopf zwischen einer Position nahe am Mittelpunkt der Trägerplatte zu einer Position nahe an der umlaufenden Kante entlang des radialen Arms bewegt. Zusätzlich betätigt der Regler 130 auch das Antriebselement 134, um die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Trägerplatte 102 bei der gleichen Geschwindigkeit zu halten. Um diesen Ansatz umzusetzen, werden die Bilddaten für den durch den dreidimensionalen Gegenstandsdrucker zu druckenden Gegenstand auf eine bekannte Weise in konzentrische Zylinder umgerechnet. Die Breite von jedem Zylinder und die Anzahl von Punkten pro Inch, die im Umfang des Zylinders zu drucken sind, sind eine Funktion der radialen Position des Druckkopfes in Bezug auf den Mittelpunkt der Trägerplatte und der Printerarchitektur. In einer Variation dieser Ausführungsform werden Daten zum Betreiben von mindestens einem Druckkopf erzeugt, um zu gewährleisten, dass ein Produkt aus einer radialen Position eines Umfangs von jedem Zylinder und eine Veränderung des Umfangs zwischen einem vorherigen Zylinder und einem aktuellen Zylinder konstant bleibt. Die Breite von zylindrischen Ringen nimmt linear als Funktion der radialen Position des Druckkopfes ab, wie in dem Fall, in dem ein einzelner Druckkopf den Druckbereich vom Mittelpunkt der Trägerplatte bis zu ihrer Außenkante überspannt. Bei einem Drucker mit einem einzelnen Druckkopf, der den Druckbereich über der Trägerplatte 102 nicht überspannt und der sich nach außen bewegt, um Material an Positionen auszustoßen, um eine Verschränkung der Materialtropfen zu ermöglichen, wird die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte zusätzlich zur radialen Geschwindigkeit des Druckkopfes verändert, indem eine mittlere Breite für alle konzentrischen Ringe verwendet wird. In 5 ist ein Diagramm gezeigt, das diesen Zusammenhang in dieser Ausführungsform eines dreidimensionalen Gegenstandsdruckers wiedergibt. Wie in dieser Figur gezeigt, werden nicht nur die Tintentropfen radial angeordnet, wie im Falle von 4, sondern es werden mehr Tropfen entlang von jedem nachfolgenden Kurvenabschnitt bereitgestellt.
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Bei der dritten Art von Betätigung ist der Regler so ausgelegt, dass er das Antriebselement 138 betätigt, um den Druckkopf 120 zu neigen, wenn der Regler den Druckkopf entlang des radialen Arms 108 bewegt, um den effektiven Abstand zwischen den durch den Druckkopf ausgestoßenen Tropfen zu verändern. Wie bereits in Bezug auf die Ausführungsform von 1 gesagt, erlaubt diese Neigung des Druckkopfes, dass Material von dem Druckkopf mit einer höheren Auflösung ausgestoßen wird, als wenn der Druckkopf zum radialen Arm ausgerichtet ist.
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Bei diesen drei Arten von Betätigungen, die den Druckkopf entlang des radialen Arms bewegen, kann der Regler den Druckkopf auf eine diskontinuierliche Weise, eine kontinuierliche Weise oder einer Kombination dieser beiden Bewegungen bewegen. Des Weiteren kann der Regler 130, wie bereits angemerkt, so ausgelegt sein, dass er eine Kombination dieser drei Arten von Betätigungen zum Bewegen des Druckkopfes entlang des radialen Arms durchführt. Außerdem kann der Regler des Weiteren so ausgelegt sein, dass er die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte während dieser drei Arten von Betätigungen oder jeglicher Kombination daraus verändert, um damit das Aufrechterhalten einer gleichbleibenden Dichte des ausgestoßenen Materials ungeachtet des Orts des Materials auf der Trägerplatte zu unterstützen.
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In einigen Ausführungsformen ist der Regler 130 so ausgelegt, dass er die Trägerplatte und den Druckkopf auf eine verschränkte Weise betätigt, und in anderen Ausführungsformen ist der Regler 130 so ausgelegt, dass er die Trägerplatte in einem Singlepass-Modus betreibt. Im verschränkten Modus betätigt der Regler 130 das Antriebselement 138, um den Druckkopf 120 bis zum Abschluss von jeder Trägerplattenumdrehung schrittweise zu bewegen, sodass jede bestimmte Position auf der Trägerplatte den Druckkopf mehr als einmal passieren kann. Dieser verschränkte Modus ermöglicht eine höhere Auflösung der Materialtropfen auf der Trägerplatte, als aus dem Tintenstrahlabstand im Druckkopf allein möglich wäre. Im Singlepass-Modus betätigt der Regler 130 das Antriebselement 138, um den Druckkopf 120 so zu bewegen, dass jede Position auf der Trägerplatte den Druckkopf nur einmal passiert.
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Das Funktionieren des Druckers wurde oben in Bezug auf den Druckkopf beschrieben, der zwischen einer Position neben dem Mittelpunkt der Trägerplatte und einer Position neben einer umlaufenden Kante der Trägerplatte bewegt wird. Der Leser sollte sich klar machen, dass der Regler 130 für eine bidirektionale Bewegung des Druckkopfes ausgelegt sein kann. Im Allgemeinen verringert der Regler die Geschwindigkeit des Druckkopfes und/oder die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte, wenn der Druckkopf vom Mittelpunkt nach außen läuft, und der Regler erhöht die Geschwindigkeit des Druckkopfes und/oder die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte, wenn der Druckkopf nach innen zum Mittelpunkt der Trägerplatte läuft. So ist der Regler 130 ausgelegt, um den Druckkopf zu bewegen und die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte und die lineare Geschwindigkeit des Druckkopfes zu steuern, wenn der Druckkopf zwischen der Position neben dem Mittelpunkt der Trägerplatte und der Position neben einer umlaufenden Kante der Trägerplatte läuft, ungeachtet der Richtung, in der sich der Druckkopf bewegt. Außerdem kann der Regler die Neigung des Druckkopfes variieren, um die Auflösung der ausgestoßenen Tropfen zu erhöhen, wenn sich die Druckköpfe nach außen bewegen, und um die Auflösung zu verringern, wenn sich der Druckkopf nach innen bewegt.
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Auch wenn die oben beschriebenen Druckerkonfigurationen den Dichteunterschied zwischen Tintentropfen, die nahe dem inneren Ende des radialen Arms ausgestoßen werden, und denen, die näher an der umlaufenden Kante ausgestoßen werden, verringern kann, können andere Techniken bei der Verarbeitung der Bilddaten diese Wirkung weiter verstärken. Zum Beispiel können die übertragenen Bilddaten, wie etwa Halbtondaten, die zum Betreiben des Druckkopfes/der Druckköpfe an dem radialen Arm verwendet werden, manipuliert werden, um den Dichteunterschied des Materials auf der Trägerplatte zwischen den inneren und äußeren Bereichen unter dem radialen Arm zu verringern. Ebenso kann eine andere Verarbeitung der übertragenen Bilddaten verwendet werden, um einen Vorteil aus den oben beschriebenen strukturellen Konfigurationen zu ziehen.
