KR101342341B1 - 3ｄ 프린터를 보수하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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윌리엄 제임스 피엔업
앤드류 에이. 버린
안드레스 토마스 헤르난데즈
조슈아 피. 킨스리
월터 에이치. 3세 젠저리
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3디 시스템즈 인코오퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 3차원 대상을 생성하기 위한 장치 및 방법과, 전술한 장치 및 방법과 관련하여 사용되는 보조 시스템에 관한 것이다. 장치 및 방법은 3D 인쇄 및 관련 3D 프린터 내에서 사용되는 장비의 보수를 포함한다.
3차원 프린터, 인쇄 헤드, 보수 스테이션, 세척 스테이션, 캡핑 스테이션, 토출 스테이션

Description

3Ｄ 프린터를 보수하기 위한 장치 및 방법 {Apparatus and Methods for Servicing 3D Printers}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2004년 9월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/612,068호 및 2004년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/000,100호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들의 개시 내용은 본 발명에서 전체적으로 참조되었다. 본 출원은 또한 2004년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 출원을 본 발명에서 전체적으로 참조했고, 미국 특허 출원 제10/999,847호와 동일하다.
본 발명은 예를 들어 3D 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하고 정렬하기 위해, 3D 프린터를 보수하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
대체로, 3D 인쇄는 액체 또는 콜로이드상 결합제 재료를 분말상 형성 재료의 층으로 송출하기 위한 잉크 제트형 인쇄 헤드의 사용을 포함한다. 인쇄 기술은 전형적으로 롤러를 사용하여, 분말상 형성 재료의 층을 표면에 도포하는 것을 포함한다. 형성 재료가 표면에 도포된 후에, 인쇄 헤드는 액체 결합제를 재료 층의 소정 영역으로 송출한다. 결합제는 재료에 침투하고 분말과 반응하여, 예를 들어 분말 내의 접착제를 활성화함으로써 층이 인쇄 영역 내에서 고화되게 한다. 결합제는 또한 아래에 놓인 층들 내로 투과되어, 층간 결합을 생성한다. 제1 단면 부분이 형성된 후에, 이전의 단계들이 반복되어, 최종 대상이 형성될 때까지 연속적인 단면 부분들을 형성한다. 예를 들어, 본 발명에서 전체적으로 참조된 미국 특허 제6,375,874호 및 제6,416,850호 참조.
3D 프린터는 분말을 고화시키기 위해 착색된 결합제 재료를 사용함으로써 착색된 부품을 생성한다. 투명한 결합제가 백색 부품 표면을 생성하도록 사용되고, 3원색이 다양한 비율로 사용되어 모든 컬러를 생성한다. 프린터는 부품 표면이 정확한 컬러가 되도록, 다양하게 착색된 결합제 액적을 정확한 위치에 도포해야 한다. 3D 프린터는 각각의 결합제 컬러를 도포하기 위해 분리된 인쇄 헤드를 사용한다. 대체로, 인쇄 헤드의 불균일성 및 인쇄 헤드 장착 특징의 기계적 변동은 특정되어 교정되어야 하는 결합제 액적의 위치 설정의 부정확성을 생성한다.
추가적으로, 3D 인쇄를 수행하기 위한 장치는 전형적으로 인쇄 헤드의 작업에 악영향을 끼칠 수 있는 먼지를 발생시킨다. 예를 들어, 먼지는 결합제 재료를 분배하는 제트 노즐을 막을 수 있고, 이는 결합제 재료가 분배되지 않거나 결합제 재료가 부정확하게 분배되게 할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 3D 프린터를 연속적이며 효율적으로 보수하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
대체로, 본 발명은 주조 코어, 완구, 병, 캔, 건축 모형, 자동차 부품, 분자 모형, 신체 모형, 이동 전화 하우징, 및 신발과 같은 3차원 대상을, 지금까지 달성 가능했던 것보다 더 신속하고 효율적으로 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 전술한 장치를 정비하고 작동시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 복수의 인쇄 헤드를 정렬하기 위한 장치 및 방법과, 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일례로, 정렬 방법은 3D 인쇄에 특히 적합한 액적 위치 설정 오차를 결정하는 자동 방법이다. 일례로, 테스트 패턴이 인쇄 헤드가 완벽하게 정렬되었다고 가정하여, 정렬되어야 하는 인쇄 헤드로 인쇄된다. 결과적인 화상은 그 다음 스캔되어, 인쇄된 화상의 완벽한 위치로부터의 편차를 결정한다. 이렇게 획득된 정보는 그 다음 식별된 오차를 교정하기 위해 이용 가능하다. 본 접근은 적어도 오정렬을 특정하기 위해 정렬 패턴을 스캔하는 것으로부터 얻어진 신호의 조파 내용의 사용에 있어서 종래 기술과 다르다. 스캔은 복수의 명목상 동일한 바아 쌍을 횡단하여, 분말로 인쇄된 화상 내의 고유한 불균일성을 평균화한다. 촬상 광학 장치는 에지 검출이 포함되지 않으므로, 필요치 않다.
일 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터의 복수의 인쇄 헤드로 테스트 패턴을 생성하는 방법에 관한 것이다. 방법은 테스트 패턴을 받기 위한 형성 표면 상의 영역을 한정하는 단계와, 높은 콘트라스트로 인쇄할 수 있는 기준 인쇄 헤드를 선택하는 단계와, 기준 인쇄 헤드로 기준 라인을 인쇄하는 단계와, 잔여 인쇄 헤드 중 적어도 하나로 기준 라인에 근접하여 테스트 라인을 인쇄하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예에서, 영역을 한정하는 단계는 형성 표면 상에 콘트라스트 향상 하부층을 생성하는 단계를 포함한다. 콘트라스트 향상 하부층은 인쇄 헤드 중 적어도 하나를 사용하여 단색의 콘트라스트가 높은 컬러로 영역을 인쇄하고, 형성 재료의 적어도 하나의 비인쇄 층으로 인쇄 영역을 중첩함으로써 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 영역은 영역을 포화시키기 위한 최대 토출 수준에서 이용 가능한 모든 인쇄 헤드로 인쇄된다.
인쇄 헤드를 선택하는 단계는 각각의 인쇄 헤드로 콘트라스트 향상 하부층 위에 목표를 인쇄하는 단계와, 어떤 목표가 비인쇄 영역에 대해 최고의 콘트라스트를 갖는지를 식별하기 위해 목표들을 비교하는 단계와, 최고 콘트라스트 목표와 관련된 인쇄 헤드를 선택하는 단계를 포함한다. 더욱이, 방법은 각각의 인쇄 단계 이전에 형성 표면 상에 형성 재료의 층을 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. 인쇄 단계는 형성 재료 상에 소정의 패턴으로 액체 결합제를 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드는 일 실시예에서, 마젠타, 옐로우, 시안, 투명, 및 검정색으로 구성된 그룹으로부터 선택된 컬러를 갖는 액체 결합제로 인쇄한다. 다른 컬러 및 컬러들의 조합이 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다.
추가적으로, 테스트 라인을 인쇄하는 단계는 잔여 인쇄 헤드 중 적어도 2개로 교대하는 컬러 바아를 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 테스트 라인을 인쇄하는 단계는 복수의 기준을 라인을 인쇄하는 단계 및 복수의 테스트 라인을 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 라인 및 테스트 라인은 복수의 통과로 인쇄될 수 있다. 복수의 라인을 인쇄하는 단계는 복수의 수평 라인 및 복수의 수직 라인을 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 기준 라인을 인쇄하는 단계는 10개의 수평 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 그에 근접하여 10개의 수직 기준 라인을 인쇄하는 단계를 포함할 수 있고, 테스트 라인을 인쇄하는 단계는 10개의 대응하는 수평 테스트 라인을 인쇄하는 단계 및 10개의 대응하는 수직 테스트 라인을 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 기준 라인이 인쇄될 수 있다. 다른 실시예에서, 20개의 기준 라인이 인쇄될 수 있다.
방법의 특정 실시예에서, 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 테스트 라인을 인쇄하는 단계는 하나의 기준 라인 및 하나의 테스트 라인을 각각 포함하는, 인쇄 헤드의 고속 축 이동에 대해 평행한 복수의 명목상 동일한 라인 쌍을 인쇄하는 단계와, 하나의 기준 라인 및 하나의 테스트 라인을 각각 포함하는, 인쇄 헤드의 고속 축 이동에 대해 직교하는 복수의 명목상 동일한 라인 쌍을 인쇄하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 복수의 라인 쌍은 동일하게 이격된 선형 어레이로서 배열된다. 각각의 테스트 라인은 일련의 테스트 바아를 포함할 수 있고, 각각의 잔여 인쇄 헤드는 기준 라인들의 공칭 어레이 간격의 ½과 동일한 대응하는 기준 라인으로부터의 거리에 명목상 위치되는 중심 테스트 바아를 인쇄한다. 일 실시예에서, 각각의 잔여 인쇄 헤드는 중심 테스트 바아 주위에 증분식으로 변위되는 복수의 추가 테스트 바아를 인쇄한다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내의 복수의 인쇄 헤드를 정렬하기 위한 테스트 패턴에 관한 것이다. 테스트 패턴은 복수의 실질적으로 균일하게 이격된 단색의 기준 라인과, 복수의 기준 라인과 교대되는 패턴으로 배치된 복수의 테스트 라인을 포함하고, 각각의 테스트 라인은 비기준 컬러의 적어도 하나의 바아를 포함한다. 일 실시예에서, 컬러들은 교대하는 패턴으로 인쇄된다. 다양한 실시예에서, 복수의 라인은 실질적으로 수직으로, 또는 특정 실시예에서 고속 축 인쇄 헤드 이동에 대해 평행하게 배향된다. 더욱이, 테스트 패턴은 제1 테스트 패턴에 근접하여 배치된 제2 테스트 패턴을 포함할 수 있다. 제2 테스트 패턴은 제2의 복수의 실질적으로 균일하게 이격된 단색의 기준 라인 및 제2의 복수의 기준 라인과 교대하는 패턴으로 배치된 제2의 복수의 테스트 라인을 포함한다. 각각의 테스트 라인은 비기준 컬러의 적어도 하나의 바아를 포함하고, 제2의 복수의 라인은 고속 축 인쇄 헤드 이동에 대해 실질적으로 직교하게 배향될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 복수의 인쇄 헤드를 정렬하기 위해 교정 인자(들)을 결정하는 방법에 관한 것이다. 인쇄 헤드들은 착색된 화상을 생성하기 위해 협동식으로 작동할 필요가 있다. 인쇄 헤드 및 장착 변동으로 인해, 인쇄 헤드들의 상대 위치가 측정될 필요가 있고, 교정은 다양한 컬러가 적절하게 정합되어 인쇄되게 하기 위해 인쇄 헤드 구동 신호에 적용될 필요가 있다. 대체로, 테스트 패턴이 인쇄 헤드들이 완벽하게 위치되었다고 가정하여, 정렬되어야 하는 인쇄 헤드로 인쇄된다. 결과적인 화상은 그 다음 스캔되어, 인쇄된 화상의 그의 완벽한 위치로부터의 편차를 결정한다. 이렇게 획득된 정보는 식별된 오차를 교정하기 위해 이용 가능하다. 본 접근은 적어도 오정렬을 특정하기 위해 정렬 패턴을 스캔하는 것으로부터 얻어진 신호의 조파 내용의 사용에 있어서 종래 기술과 다르다. 스캔은 복수의 명목상 동일한 라인 쌍을 횡단하여, 분말로 인쇄된 화상 내의 고유한 불균일성을 평균화한다. 촬상 광학 장치는 에지 검출이 포함되지 않으므로, 필요치 않다.
구체적으로, 방법은 형성 표면 상에 테스트 패턴을 인쇄하는 단계와, 테스트 패턴을 나타내는 전기 신호의 세트를 발생시키는 단계와, 전기 신호를 적어도 하나의 주파수에서 그의 조파 내용을 결정하기 위해 분석하는 단계와, 전기 신호의 조파 내용에 기초하여 교정 인자(들)을 결정하는 단계를 포함한다. 테스트 패턴은 라인 쌍 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방법은 분석을 위한 복수의 전기 신호를 발생시키는 단계와, 복수의 전기 신호의 조파 내용에 기초하여 복수의 교정 인자를 결정하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예에서, 방법은 테스트 패턴을 조사함으로써 전기 신호를 발생시키는 단계와, 소정의 위치에서 테스트 패턴의 반사율을 측정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 전기 신호를 분석하는 단계는 신호에 (예를 들어, OP-앰프를 사용하여) 아날로그 필터를 적용하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 전기 신호를 분석하는 단계는 신호를 디지털화하는 단계와, 신호에 디지털 필터(예를 들어, 고속 푸리에 변환)를 적용하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 교정 인자는 제3 조파 값의 세트로부터 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 교정 인자는 제1 조파 값의 세트로부터 결정될 수 있다. 교정 인자는 선택된 조파의 최저값이 결정되는 공칭 테스트 바아 변위에 가까울 수 있다. 교정 인자는 제3 조파 값의 세트에 맞춰져서 그를 나타내는 분석 곡선의 최소값을 구함으로써 결정될 수 있다. 방법의 일 실시예는 어레이를 가로질러 센서를 스캔함으로써 획득된 신호로부터 제3 조파 값을 추출하는 단계와, 각각의 컬러에 대해 얻어진 제3 조파 값의 세트를 비교하는 단계와, 최소의 제3 조파 값에 기초하여 교정 인자를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내의 복수의 인쇄 헤드의 보수에 관한 것이다. 대체로, 3D 인쇄 공정에서 생성되는 부품의 품질은 인쇄 헤드의 면 상에 위치된 노즐 어레이로부터의 결합제 액체의 액적의 신뢰할 수 있으며 정확한 송출에 의존한다. 고성능 표준을 유지하기 위해, 인쇄 헤드는 3D 인쇄 공정 중에 빈번하게 보수되어야 한다. 분말 베드의 표면에 대한 결합제 액체의 액적의 충돌은 분말 입자가 베드의 표면으로부터 방출되게 한다. 방출된 재료의 일부는 인쇄 헤드의 면 상에 수집되어, 결합제 액체 액적의 송출을 간섭한다. 인쇄 헤드 보수의 주요 목적은 인쇄 헤드 면으로부터 축적된 찌꺼기를 제거하는 것이다.
인쇄 헤드 보수의 일 태양은 세척 스테이션, 토출 스테이션, 및 캡핑 스테이션을 포함하는 보수 스테이션이다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드는 보수 스테이션에 대해 적어도 2개의 방향으로 이동할 수 있는 캐리지 내에 배치될 수 있다. 인쇄 헤드 보수의 다른 태양은 각각의 인쇄 헤드가 보수될 필요가 있을 때를 규정하는 소프트웨어 알고리즘이다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드는 보수 스테이션에 대해 적어도 2개의 방향으로 이동할 수 있는 캐리지 내에 배치될 수 있다.
세척 스테이션의 다양한 실시예는 인쇄 헤드를 수납하기 위한 적어도 하나의 리셉터클과, 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면 (또는 인쇄 표면)을 향해 세척 유체를 분사하기 위한 적어도 하나의 노즐과, 몇몇 경우에 인쇄 헤드 면과 접촉하지 않고서 과잉의 세척 유체를 제거하기 위해 인쇄 헤드 면에 매우 근접하여 배치될 수 있는 와이퍼를 포함한다. 세척 스테이션은 인쇄 헤드 면을 격리시키고 세척 유체가 인쇄 헤드 면을 넘어 확산되는 것을 방지하기 위한 비말 보호구를 더 포함할 수 있다. 비말 보호구는 개방 위치 및 밀봉 위치를 포함하고, 비말 보호구는 개방되도록 편의되고, 인쇄 헤드와의 접촉에 의해 개방 위치로부터 밀봉 위치로 구동된다. 비말 보호구는 밀봉 위치에 있을 때 인쇄 헤드 면을 둘러싸는 밀봉 립을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 립은 대체로 직사각형 형상이다. 와이퍼는 밀봉 립의 일 측면에 의해 형성될 수 있고, 와이퍼가 제트 노즐 어레이와 접촉하는 것을 방지하기 위해 인쇄 헤드 면 상의 제트 노즐 어레이의 위치에 대응하도록 구성되고 위치된 노치 부분을 포함할 수 있다. 와이퍼는 인쇄 헤드에 대해 이동할 수 있다.
더욱이, 세척 스테이션은 압력 하에서 적어도 하나의 노즐로 세척 유체를 제공하기 위한 유체 공급원을 포함할 수 있다. 세척 유체는 매니폴드를 거쳐 적어도 하나의 노즐로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 노즐은 노즐의 어레이를 포함한다. 적어도 하나의 노즐은 인쇄 헤드 면을 가로질러 세척 유체를 분사하도록 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드는 보수 스테이션에 대해 2개의 방향으로 이동할 수 있는 캐리지 내에 배치된다.
토출 스테이션의 다양한 실시예는 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면에 대체로 대응하는 개방부를 한정하는 리셉터클을 포함한다. 리셉터클은 일 실시예에서 복수의 대응하는 개방부를 한정한다. 리셉터클은 토출된 유체를 포착 및/또는 유도하기 위한 트레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드로부터의 토출물은 폐액의 정수지 내로 유도된다.
캡핑 스테이션의 다양한 실시예는 인쇄 헤드 캡 캐리어와, 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면을 밀봉하기 위해 캐리어 상에 배치된 적어도 하나의 인쇄 헤드 캡을 포함한다. 캡은 캐리어와 접촉하는 인쇄 헤드에 의해 오프 위치와 캡핑 위치 사이에서 이동된다. 캡핑 스테이션은 캐리어 상에 배치된 복수의 캡을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어는 적어도 하나의 캡을 오프 위치에 유지하도록 편의된다. 토출 스테이션 및 캡핑 스테이션은 조합 스테이션일 수 있다. 그러한 실시예에서, 인쇄 헤드로부터의 토출물은 인쇄 헤드 면, 인쇄 헤드 캡, 및 폐액의 정수지에 의해 한정된 공동 내에 구속될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면을 향해 세척 유체를 분사하기 위한 적어도 하나의 노즐과, 인쇄 헤드 면으로부터 과잉의 세척 유체를 제거하기 위해 인쇄 헤드 면에 매우 근접하여 배치될 수 있는 와이퍼를 포함한다.
일 실시예에서, 장치는 인쇄 헤드 면을 격리시키고 세척 유체가 인쇄 헤드 면을 넘어 확산되는 것을 방지하기 위한 비말 보호구를 포함한다. 비말 보호구는 개방 위치 및 밀봉 위치를 포함할 수 있고, 비말 보호구는 인쇄 헤드와의 접촉에 의해 개방 위치로부터 밀봉 위치로 구동된다. 또한, 비말 보호구는 밀봉 위치에 있을 때 인쇄 헤드 면을 둘러싸는 밀봉 립을 포함할 수 있다. 밀봉 립은 대체로 직사각형 형상이다. 일 실시예에서, 와이퍼는 밀봉 립의 일 측면에 의해 형성된다. 와이퍼는 와이퍼가 제트 노즐 어레이와 접촉하는 것을 방지하기 위해 인쇄 헤드 면 상의 제트 노즐 어레이의 위치에 대응하도록 구성되고 위치된 노치 부분을 포함할 수 있다. 와이퍼는 인쇄 헤드에 대해 이동할 수 있다. 추가적으로, 장치는 압력 하에서 적어도 하나의 노즐로 세척 유체를 제공하기 위한 유체 공급원을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 노즐은 노즐의 어레이를 포함할 수 있고, 인쇄 헤드 면을 가로질러 세척 유체를 분사하도록 위치될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 인쇄 헤드를 세척하는 방법에 관한 것이다. 방법은 적어도 하나의 노즐에 대해 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면을 위치시키는 단계와, 인쇄 헤드 면을 향해 세척 유체를 분사하도록 적어도 하나의 노즐을 작동시키는 단계와, 와이퍼를 인쇄 헤드 면에 매우 근접하게 통과시켜서 과잉의 세척 유체를 제거하기 위해 와이퍼와 인쇄 헤드 사이의 상대 이동을 일으키는 단계를 포함한다. 와이퍼는 와이퍼가 제트 노즐 어레이와 접촉하는 것을 방지하기 위해 인쇄 헤드 면 상의 제트 노즐 어레이에 대응하도록 와이퍼 상에 구성되고 위치된 노치를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 인쇄 헤드 면을 위치시키는 단계는 세척 유체가 인쇄 헤드 면을 넘어 확산되는 것을 방지하기 위해 인쇄 헤드 면을 밀봉하는 단계를 포함한다. 작동 단계는 인쇄 헤드 면을 가로질러 세척 유체를 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 인쇄 헤드는 세척 중에 인쇄 헤드에 의해 흡입된 임의의 세척 유체를 토출하도록 작동될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 노즐은 노즐의 어레이를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 공동을 한정하며 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면과 맞물릴 수 있는 밀봉 캡과, 인쇄 헤드 면을 세척하기 위해 캡과 연통하는 세척 유체 공급원과, 사용된 세척 유체 및 찌꺼기를 제거하기 위해 캡과 연통하는 진공원을 포함한다. 작동 시에, 진공원은 공동 내에 음압을 생성하고, 음압은 세척 유체가 제트 노즐로 진입하는 것을 방지하고, 세척 유체를 세척 유체 공급원으로부터 공동 내로 흡인하고, 그리고/또는 제트 노즐로부터 결합제 유체 및 찌꺼기 중 적어도 하나를 흡인한다. 장치는 캡에 근접하여 배치된 와이퍼를 더 포함할 수 있고, 와이퍼는 인쇄 헤드가 캡으로부터 분리될 때 인쇄 헤드 면과 맞물리도록 위치된다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하는 방법에 관한 것이다. 방법은 인쇄 헤드의 인쇄 헤드 면을 공동을 한정하는 밀봉 캡과 맞물리는 단계와, 공동 내에 진공을 흡인하는 단계와, 세척 유체를 공동 내로 그리고 인쇄 헤드 면과 접촉하도록 도입하는 단계를 포함한다. 방법은 공동으로부터 세척 유체를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방법은 인쇄 헤드 면으로부터 캡을 분리하는 단계와, 와이퍼에 의해 인쇄 헤드 면을 와이핑하는 단계를 포함한다. 진공을 흡인하는 단계는 공동 내에 음압을 생성하고, 음압은 세척 유체를 공동 내로 흡인하고, 세척 유체가 제트 노즐로 진입하는 것을 방지하고, 그리고/또는 제트 노즐로부터 결합제 유체 및 찌꺼기 중 적어도 하나를 흡인한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 인쇄 헤드 장치를 세척하기 위한 대안적인 방법 및 장치를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드를 세척하는 방법은 세척 유체를 포함하는 롤러로 인쇄 헤드를 와이핑하는 단계와, 인쇄 헤드를 가로질러 진동 부재를 당기는 단계와, 흡착물을 통한 모세관 작용에 의해 인쇄 헤드를 가로질러 세척 유체를 흡인하는 단계와, 그리고/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 방법은 찌꺼기를 제거하기 위해 인쇄 헤드에 진공을 인가하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 3D 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치는 인쇄 헤드를 가로질러 세척 유체를 흡인하기 위해 인쇄 헤드에 인접하여 배치된 흡착물을 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 3D 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치에 관한 것이다. 인쇄 헤드 내부의 압력은 전형적으로 대기압보다 낮다. 이러한 음압은 인쇄 헤드 노즐의 출구 위에 형성되는 메니스커스의 표면 장력에 의해 균형이 잡힌다. 메니스커스가 파괴될 때, 세정액이 인쇄 헤드 내로 흡입되도록 허용하지 않고서, 세척 세정액으로 인쇄 헤드의 면으로부터 축적된 분말을 세정하는 것이 바람직하다. 이러한 목적은 헤드 내부의 압력보다 낮은 압력을 갖는 인쇄 헤드 외부의 환경을 유지함으로써 이러한 장치에서 달성된다. 또한, 이러한 유도된 압력차는 결합제가 노즐을 통해 헤드 외부로 유동하게 하여, 노즐 통로 내에 박힐 수 있는 임의의 분말을 세정한다. 장치는 기부와, 기부 내에 배치된 캠 트랙과, 캠 트랙과 활주식으로 맞물리는 캡 캐리어와, 공동을 한정하며 캐리어 상에 배치된 밀봉 캡을 포함한다. 캡은 캐리어에 의해 인쇄 헤드의 면과 맞물리도록 이송될 수 있다. 다양한 실시예에서, 장치는 인쇄 헤드 면을 세척하기 위해 캡과 연통하는 세척 유체 공급원과, 사용된 세정 유체 및 찌꺼기를 제거하기 위해 캡과 연통하는 진공원을 포함한다.
다른 실시예에서, 장치는 캐리어에 결합된 스프링과, 인쇄 헤드를 수납하기 위한 수납 위치로 캐리어를 편의시키기 위한 기부를 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어는 인쇄 헤드가 장치로 진입할 때, 인쇄 헤드와 맞물리도록 캐리어의 말단 단부 상에 배치된 정지부를 포함한다. 인쇄 헤드는 정지부와 맞물린 후에 인쇄 헤드 면과 캡이 밀봉식으로 맞물릴 때까지, 캐리어를 캠 트랙을 따라 후방으로 활주시킨다. 다른 실시예에서, 장치는 캐리어의 전방 이동을 방지하기 위해 캐리어와 맞물리도록 기부에 결합된 래치 폴과, 캐리어의 기부 단부 상에 배치된 와이퍼를 포함한다. 와이퍼는 인쇄 헤드가 장치를 빠져나올 때 인쇄 헤드 면과 맞물리도록 위치된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 3D 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드를 세척하는 방법에 관한 것이다. 방법은 기부와, 기부 내에 배치된 캠 트랙과, 캠 트랙과 활주식으로 맞물리는 캡 캐리어와, 공동을 한정하며 캐리어 상에 배치된 밀봉 캡을 포함하는 장치 내에 인쇄 헤드를 수납하는 단계를 포함한다. 추가의 단계는 인쇄 헤드의 면을 캡과 맞물리는 단계와, 공동 상에 진공을 흡인하는 단계와, 세척 유체를 공동 내로 그리고 인쇄 헤드 면과 접촉하도록 도입하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 공동으로부터 세척 유체를 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 인쇄 표면으로부터 캡을 분리하는 단계와, 인쇄 헤드가 장치로부터 취출될 때 와이퍼로 인쇄 표면을 와이핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 인쇄 헤드를 세척 또는 복원하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 인쇄 헤드의 면을 향해 세정액을 분사하기 위한 노즐 어레이와, 인쇄 헤드 면으로부터 과잉의 세정액을 제거하기 위해 인쇄 헤드 면에 근접하게 배치된 흡착 부재를 포함한다.
다양한 실시예에서, 노즐 어레이는 하나 이상의 개별 노즐을 포함한다. 흡착 부재 및 인쇄 헤드는 상대 이동할 수 있다. 유체 공급원 또한 압력 하에서 노즐 어레이로 세정액을 제공하기 위해 장치 내에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 흡착 부재는 투과성 재료 및 불투과성 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
노즐 어레이는 인쇄 헤드 면에 대해 각도를 이루어 세정액을 분사하도록 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 흡착 부재는 인쇄 헤드 면 상에 위치된 인쇄 노즐과 접촉하지 않고서, 인쇄 헤드 면에 매우 근접하여 배치된다. 흡착 부재와 인쇄 노즐 사이의 간격은 자동으로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 간격은 흡착 부재의 일부가 인쇄 노즐로부터 제거된 위치에서 인쇄 헤드 면 상에 지탱되게 함으로써 유지된다. 장치는 세정액 및 찌꺼기를 수집하기 위한 용기를 또한 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 인쇄 헤드를 세척 또는 복원하는 방법에 관한 것이다. 방법은 적어도 하나의 노즐에 대해 인쇄 헤드의 면을 위치시키는 단계와, 인쇄 헤드 면을 향해 세정액을 분사하도록 적어도 하나의 노즐을 작동시키는 단계를 포함한다. 과잉의 세정액은 그 다음 흡착 부재를 인쇄 헤드 면과 접촉하지 않고서, 인쇄 헤드 면에 매우 근접하게 통과시킴으로써 인쇄 헤드 면으로부터 제거된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 노즐을 작동시키는 단계는 인쇄 헤드 면에 대해 각도를 이루어 세정액을 분사하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 방법은 세척 중에 인쇄 헤드에 의해 흡입된 세정액을 배출하도록 인쇄 헤드를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 예를 들어 흡착 부재의 일부가 인쇄 노즐로부터 제거된 위치에서 인쇄 헤드 면 상에 지탱되게 함으로써, 흡착 부재와 인쇄 헤드 면 상에 위치된 인쇄 노즐 사이의 공간을 자동으로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 인쇄 헤드가 보수될 필요가 있는 시기를 결정하는 방법에 관한 것이다. 보수는 적절한 인쇄 헤드 성능을 유지하기 위해 필요하다. 그러나, 보수는 시간이 걸리는 작업이고, 보수 공정의 몇몇 태양은 인쇄 헤드에 대해 손상을 가한다. 그러므로, 공정의 긍정적 및 부정적 영향을 균형잡는 계획에 따라 인쇄 헤드를 보수하는 것이 바람직하다.
보수가 필요한 인쇄 헤드를 식별하기 위한 하나의 접근은 진행 중인 인쇄 공정에 대해 이용 가능한 정보로부터 간접적으로 인쇄 헤드의 상태를 추정하는 것이다. 예를 들어, 최종 보수로부터 경과된 시간, 최종 보수로부터 분배된 액적의 개수, 및 최종 보수로부터 인쇄된 층의 개수에 기초한 간격으로 인쇄 헤드 보수를 수행하는 것이 일반적이다. 인쇄 헤드 보수는 임의의 이러한 표시 인자가 소정의 개시값에 도달할 때 수행된다. 대안적으로, 둘 이상의 표시 인자의 가중 함수인 보수 개시 변수가 한정될 수 있다. 일 실시예에서, 표시 인자들 중 하나 이상에 대한 개시값은 사용되는 분말 및 결합제 액체 재료의 특징과 정합되도록 조정된다. 구체적인 인자 및 대응하는 개시값은 특정 용도, 환경, 및/또는 인쇄 헤드에 적합하도록 선택될 수 있다.
인쇄 헤드 보수에 대한 필요에 대해 정량적으로 관련될 수 있는 인쇄되는 화상의 특징을 식별하는 것이 특히 바람직하다. 하나의 그러한 인자는 분말 베드 상에 인쇄되는 액적의 충돌이 아래에 놓인 이전 층이 인쇄되어 있을 때 더 적은 찌꺼기를 방출한다는 관찰에 기초한다. 이전 층 상에 인쇄된 결합제는 새로운 층 내의 분말과 결합하는 경향이 있어서, 더 적은 찌꺼기가 방출되게 하고, 대응하여 더 적은 찌꺼기가 인쇄 헤드 면 상에 축적되게 한다. 따라서, 일 실시예에서, 인쇄 헤드 보수는 앞서 인쇄되지 않은 분말 위에 인쇄된 액적의 개수가 소정의 개시값에 도달할 때 수행된다. 대안적으로, 최종 보수로부터 분배된 액적의 개수에 기초한 보수 간격은 앞서 인쇄되지 않은 분말 위에 인쇄된 액적의 비율을 고려하기 위해 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 아래에 놓인 층은 바로 아래에 놓인 화소 또는 그와 이웃하는 화소가 인쇄되지 않으면, 인쇄되지 않은 것으로 고려된다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드의 상태를 결정하는 방법에 관한 것이다. 방법은 인쇄 헤드의 적어도 하나의 작동 파라미터에 대한 데이터 값을 획득하는 단계와, 데이터 값을 임계값과 비교하는 단계를 포함하고, 임계값에 대한 데이터 값의 관계는 인쇄 헤드의 상태를 표시한다. 일 실시예에서, 방법은 데이터 값이 임계갑을 초과하면, 인쇄 헤드에 대한 보수 루틴을 개시하는 단계를 포함한다. 작동 파라미터는 경과 시간, 인쇄 헤드에 의해 분배된 액적의 개수, 인쇄된 층의 개수, 앞서 인쇄된 분말 위에 분배된 액적, 앞서 인쇄되지 않은 분말 위에 분배된 액적, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 추가적으로, 데이터 값은 예를 들어, 온도, 습도, 결합제 재료, 및/또는 형성 재료와 같은 3차원 프린터의 작동 환경 인자를 고려하기 위해 획득 중에 보상될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 3차원 프린터 내에서 사용되는 인쇄 헤드의 상태를 결정하는 방법에 관한 것이다. 방법은 인쇄 헤드에 의해 분배되는 액적을 계산하는 단계와, 앞서 인쇄되지 않은 화소 위에 분배된 액적의 백분율을 결정하는 하는 단계를 포함한다. 방법은 백분율이 임계값을 초과하면, 인쇄 헤드에 대한 보수 루틴을 개사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 본 발명의 장점 및 특징과 함께, 이러한 그리고 다른 목적은 다음의 설명, 첨부된 도면, 및 청구범위를 참조하여 명백해질 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예의 특징은 상호 배타적이 아니고, 다양한 조합 및 변형으로 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도면에서, 유사한 도면 부호는 대체로 여러 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다. 또한, 도면은 반드시 축척에 맞지는 않고, 대신에 본 발명의 원리를 도시할 때 대체로 강조된다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예가 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터의 개략적인 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드 캐리지의 개략적인 사시도이다.
도3A 및 도3B는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 보수 스테이션의 개략적인 사시도 및 개략적인 평면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 기능의 실행 중의 캐리지와 보수 스테이션 사이의 상호 작용의 개략도이다.
도5A 내지 도5D는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드 캡핑 작업의 일 실시예의 개략도이다.
도6A 내지 도6D는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 인쇄 헤드 토출 및 캡핑 작업의 개략도이다.
도7A 내지 도7D는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드 세척 스테이션의 개략도이다.
도8A 내지 도8H는 본 발명에 따른 인쇄 헤드 세척 스테이션의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도9A 및 도9B는 본 발명에 따른 인쇄 헤드 세척 스테이션의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도10A 내지 도10D는 본 발명에 따른 인쇄 헤드 세척 스테이션의 또 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도11A 내지 도11J는 본 발명에 따른 인쇄 헤드를 세척하기 위한 장치 및 방법의 일 실시예의 개략도이다.
도12는 도11A 내지 도11J에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드를 세척하는 방법의 일 단계의 개략도이다.
도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 작업의 개략적인 사시도이다.
도14A 및 도14B는 형성 표면에 대한 액체 결합제 액적의 영향의 개략도이다.
도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드 정렬 공정의 개략적인 사시도이다.
도16A 및 도16B는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 테스트 목표 및 테스트 패턴 정렬 방법의 개략도이다.
도17A 내지 도17D는 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 센서 시스템 및 관련 전자 장치의 개략도이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 인쇄 헤드를 정렬하는 방법의 일 단계의 개략도이다.
도19A 및 도19B는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 패턴의 상세도이다.
도20A 내지 도20D는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 정렬 공정의 상세도이다.
도21A 및 도21B는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 정렬 공정의 상세도이다.
본 발명의 실시예가 아래에서 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예로 제한되지 않고, 오히려 당업자에게 명백한 변경, 변형, 및 등가물도 포함되도록 의도된다는 것을 명확하게 알아야 한다.
간략하게, 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 대상을 생성하기 위한 3D 프 린터(10)의 개략도이다. 프린터(10)는 궁극적으로 3차원 대상을 형성하는 복수의 층을 인쇄하기 위해 형성 표면(165) 상에 또는 용기 내에 형성 재료 및 결합제 액체의 교대하는 층들을 적층시킴으로써 3차원 대상을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 형성 재료는 분말을 포함할 수 있고, 결합제 액체는 형성 재료 내에 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프린터(10)는 관찰 및 설계 검토를 위한 물리적 프로토타입을 생성하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 프린터(10)는 주조 작업용 주형, 또는 미래의 제품에 대한 시장 피드백을 수집하도록 사용될 수 있는 프로토타입을 생성하도록 사용될 수 있다.
도시된 프린터(10)는 갠트리(12), 캐리지(14), 보수 스테이션 조립체(16), 및 테스트 패턴(18)을 포함한다. 전형적으로, 갠트리(12)는 대상을 한 층씩 제조하기 위해 X-축을 따라 구동 가능하다. 몇몇 실시예에서, 모터가 갠트리(12)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 갠트리(12)는 스크루에 결합될 수 있어서, 스크루의 회전이 갠트리(12)를 X-축을 따라 이동시킨다. 몇몇 실시예에서, 갠트리(12)는 수직 Z-축을 따라 구동될 수 있다. 다른 위치 설정 시스템이 필요하다면 채용될 수 있다.
캐리지(14)는 전형적으로 대상을 생성하기 위해 필요한 결합제 재료를 분배할 수 있는 인쇄 헤드(20)를 포함한다 (도2 참조). 몇몇 실시예에서, 갠트리(12)가 X-축을 따라 이동할 때, 캐리지(14)는 Y-축을 따라 전후로 이동한다. 캐리지(14)는 갠트리(12)에 결합된다. 따라서, 캐리지(14)가 갠트리(12)와 함께 프린터(10)를 가로질러 이동할 때, 결합제 재료는 X-축 및 Y-축을 따른 프린터(10)의 표면을 가로지른 이동 중에 2차원 패턴으로 적층될 수 있다. 그 다음, 전형적으로, 프린터(10)를 가로지른 다음의 통과는 Z-축 내의 다른 평면에 있을 것이고, Z-축 상의 그러한 z-평면 내에 적층된 재료는 원하는 대상의 형성의 일부로서 앞서 적층된 재료와 결합할 것이다. 일 실시예에서, 형성 테이블 아래의 스텝 모터 구동식 피스톤이 Z-축 이동을 제공한다.
성능을 더욱 개선하기 위해, 프린터(10)는 보수 스테이션(16)을 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 보수 스테이션(16)은 프린터(10) 상의 고정 지점에 위치된다. 대체로, 보수 스테이션(16)은 캐리지(14)에 의해 운반된 인쇄 헤드(20)를 보수한다. 보수 스테이션(16)은 대체로 인쇄 헤드(20) 상에 또는 그 주위에 있는 찌꺼기 또는 과잉의 재료가 제거되는 물리적 위치이다. 몇몇 실시예에서, 과잉의 결합제 재료가 캐리지(14)로부터 제거 또는 토출된다. 대체로, 캐리지(14)는 정비, 보관, 또는 손상으로부터의 보존을 위해 보수 스테이션(16) 내로 구동된다. 전형적으로, 보수 스테이션(16)은 캐리지(14)가 보수 스테이션(16)과 맞물리도록 구동되는 것이 가능한 프린터(10) 상의 임의의 지점에 위치될 수 있다. 또한, 테스트 패턴(18)이 프린터(10) 내에 포함된다. 몇몇 실시예에서, 테스트 패턴(18)은 대상의 생성 시에 캐리지(14)의 정렬을 개선하기 위해 인쇄 헤드(20)에 의해 통과되는 테스트 영역이다.
몇몇 실시예에서, 캐리지(14)는 진단 또는 보수 목적으로 이동될 수 있다. 캐리지(14)를 이동시키는 것은 세척 또는 교체와 같은 정비 목적으로 인쇄 헤드(20)에 대한 접근을 사용자에게 제공한다. 인쇄 헤드 세척은 도6A 내지 도6D, 도7A 내지 도7D, 도8A 내지 도8J, 도9A 내지 도9B, 도10A 내지 도10D, 도11A 내지 도11J, 및 도12에 대해 상세하게 설명된다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드(20)의 진단 루틴을 실행하도록 구동될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 캐리지(14)는 보수 목적으로 프린터(10)로부터 상승될 수 있다.
일 실시예에서, 프린터(10)는 인쇄 작업 중에 발생된 임의의 먼지 또는 다른 찌꺼기를 담기 위한 밀폐 커버를 포함한다. 밀폐된 영역은 형성 재료와 결합제 재료 사이의 더 양호한 반응을 용이하게 하기 위해 가열될 수 있다. 더 양호한 반응은 예를 들어 더 빠른 반응 시간 및 개선된 결합을 포함한다. 일 실시예에서, 가열은 저속의 따뜻한 공기를 밀폐된 영역으로 도입함으로써 달성된다. 공기의 유동은 전형적으로 확산된 후에 형성 재료를 교란시키는 것을 방지하기 위해 형성 표면으로 유도되지 않는다. 일례로, 밀폐 온도는 약 32.2℃(90℉) 내지 약 65.6℃(150℉), 양호하게는 약 43.3℃(110℉) 내지 약 57.2℃(135℉), 더욱 양호하게는 약 51.7℃(125℉)로 유지된다.
도2는 캐리지(14)의 일 실시예를 더욱 상세하게 도시한다. 캐리지(14)는 대체로 하나 이상의 인쇄 헤드(20)를 포함한다. 전형적으로, 인쇄 헤드(20)는 결합제 액체가 대상의 생성 중에 그를 통해 방출되는 장치이다. 도2는 4개의 인쇄 헤드(20)를 도시하지만, 다른 실시예에서, 더 많거나 더 적은 인쇄 헤드(20)가 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)들은 X-축을 따라 서로 오프셋되도록 캐리지(14) 내로 삽입될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 오프셋은 X-축을 따라 실질적으로 동일한 거리이다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)들은 인쇄 헤드(20) 들 사이의 거리가 변하도록 캐리지(14) 내에서 엇갈릴 수 있다.
도3A 및 도3B는 보수 스테이션(16)의 일 실시예를 더욱 상세하게 도시한다. 보수 스테이션(16)은 전형적으로 토출 스테이션(22), 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24), 및 인쇄 헤드 세척 스테이션(29)을 포함한다. 다양한 실시예에서, 캐리지(14)는 토출 스테이션(22), 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24), 및 인쇄 헤드 세척 스테이션(29)과 임의의 순서 및 임의의 회수로 맞물릴 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)는 동일한 스테이션, 예를 들어 토출 스테이션(22)과 연속하여 복수회 맞물릴 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리지(14)는 토출 스테이션(22), 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24), 및 인쇄 헤드 세척 스테이션(29) 사이에서 임의의 순서 및 임의의 회수로 반복적으로 교대될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)의 인쇄 헤드(20)는 대상의 생성 중에 인쇄 헤드(20)에 대한 정비를 수행하기 위해 보수 스테이션(16)과 맞물린다.
대체로, 토출 스테이션(22)은 인쇄 헤드(20)가 예를 들어 오염된 결합제와 같은 찌꺼기를 토출할 수 있는 토출 개방부(28)를 포함한다. 토출 개방부(28)의 개수는 변할 수 있다. 토출 스테이션(22)은 전형적으로 인쇄 헤드(20)가 그러한 재료를 방출하여, 인쇄 품질에 영향을 미칠 수 있는 인쇄 헤드(20) 내의 오염물의 과잉 축적을 방지할 수 있는 영역이다. 전형적으로, 토출 스테이션으로 진입한 찌꺼기는 그가 인쇄 헤드(20), 캐리지(14), 보수 스테이션(16), 또는 프린터(10)의 임의의 다른 구성요소를 오염시키지 않도록 수용된다.
몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 토출 개방부(28) 바로 위의 지점으로 구 동될 수 있고, 이 때 인쇄 헤드(20)는 토출 개방부(28)를 통해 과잉의 결합 재료 또는 다른 폐기물을 토출한다. 대체로, 이러한 폐기물은 리셉터클(47) 내에 수집된다 (도4 참조). 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)는 보수 스테이션(16) 바로 위의 위치로 구동되고, 인쇄 헤드(20)는 보수 스테이션(16)의 표면에서 토출 개방부(28) 위에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)의 바닥 표면은 토출 개방부(28)의 표면의 평면 아래로 연장될 수 있고, 이 때 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드(20)에서 오염물 또는 과잉의 형성 재료를 제거하기 위해 재료를 토출할 수 있다. 이러한 재료는 그 다음 리셉터클(47)로 진입한다. 일 실시예에서, 토출 개방부(28)는 리셉터클(47) 위에 위치된다. 대체로, 리셉터클(47)은 인쇄 헤드(20)가 그의 재료를 토출하는 토출 개방부(28) 아래에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 리셉터클(47)은 토출된 재료를 담기 위한 저장소를 포함할 수 있다.
대체로, 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24)은 인쇄 헤드(20)가 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 덮이는 영역이다. 일 실시예에서, 각각의 인쇄 헤드(20)에 대해 하나의 인쇄 헤드 캡(26)이 있다. 대체로, 캐리지(14)가 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24)과 맞물린 결과로서, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20)를 둘러싸는 위치로 구동되어, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 면(54) 둘레에 시일을 형성한다 (도5D 참조). 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20)를 오염과, 찌꺼기와, 열화, 인쇄 헤드(20)와의 접촉으로부터 생성되는 물리적 손상, 및 일반적인 요소로부터 보호한다. 대체로, 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24)은 토출 스테이션(22) 또는 인쇄 헤드 세척 스테이션(29)과 맞물리는 인쇄 헤드(20)에 대해 임의의 시점에서 인쇄 헤드(20)를 덮을 수 있다. 대체로, 인쇄 헤드 캡(26)은 건조와 같은 손상이 인쇄 헤드(20)에 발생하는 것을 방지하기 위한 시일을 형성하기 위해 인쇄 헤드(20)를 밀폐한다. 몇몇 실시예에서, 정비는 인쇄 헤드(20) 상의 또는 그 주위의 세척을 포함할 수 있다. 단일 보수 스테이션(16)만이 설명의 목적으로 도시되어 있지만, 복수의 스테이션(16)이 존재할 수 있다. 대안적으로, 단일 보수 스테이션(16)은 예를 들어 인쇄 헤드(20)를 보수 스테이션(16)에 대해 연속적으로 위치시킴으로써 복수의 인쇄 헤드(20)를 보수할 수 있다.
인쇄 헤드 세척 스테이션(29)은 대체로 인쇄 헤드(20)가 세척될 수 있는 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 가압 세정액(92)으로 세척될 수 있다 (도8E 참조). 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드(20)가 재료를 리셉터클(47) 내로 토출한 후에 인쇄 헤드 세척 스테이션(29)으로 진입한다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 재료를 먼저 리셉터클(47) 내로 토출하지 않고서 인쇄 헤드 세척 스테이션(29)으로 진입할 수 있다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 세척 스테이션(29) 및 토출 스테이션(22)으로 반복적으로 임의의 순서로 진입할 수 있다. 전형적으로, 세척 스테이션(29)은 임의의 찌꺼기가 인쇄 헤드(20)로부터 제거되고, 가압 세정액(92) 자체가 수용되어 인쇄 헤드(20) 또는 프린터(10)의 임의의 다른 부품을 오염시키지 않는 방식으로 인쇄 헤드를 세정함으로써 인쇄 헤드(20)를 세척한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 임의의 찌꺼기 및 세척 재료를 수용하기 위한 밀봉된 환경 내에서 세척된다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 이후에 프린터(10)의 임의의 구성요소, 예를 들어 형성 표면(165) 상으로 낙하될 수 있는 과잉의 찌꺼기 또는 세척 재료가 인쇄 헤드(20) 상에 남지 않도록, 세척 중에 보호된다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 한번에 하나씩 세척된다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)들은 동시에 세척될 수 있다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)(들)은 임의의 순서로 그리고 캐리어(14)의 보수 스테이션(16)의 임의의 다른 구성요소와의 맞물림에 대한 임의의 시점에서, 반복적으로 세척될 수 있다. 일 실시예에서, 프린터(10)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 인쇄 헤드(20)를 세척할 시기를 결정하기 위한 로직을 포함한다.
도3B는 도3A의 보수 스테이션(16)의 평면도이다. 이러한 관점으로부터, 캐리지(14)는 인쇄 헤드(20)가 토출 개방부(28)와 정렬되도록 X-축을 따라 구동된다. 일 실시예에서, 이러한 정렬의 완료 시에, 인쇄 헤드(20)는 토출 개방부(28)를 통해 잔류물 또는 폐재료를 토출한다. 몇몇 실시예에서, 토출물은 결합제 재료 또는 다른 형성 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 토출 후에, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 캡핑 스테이션(24)으로 X-축을 따라 추가로 구동되어, 인쇄 헤드 캡(26)이 인쇄 헤드(20) 둘레에 시일을 형성한다. 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 인쇄 헤드(20) 둘레에 형성된 시일은 대체로 인쇄 헤드(20)를 요소, 찌꺼기로부터의 오염 또는 남겨진 결합 재료로부터 보호하고, 인쇄 헤드(20)가 건조되는 것을 방지한다.
도4는 결합제 재료 및 찌꺼기(41)가 인쇄 헤드(20)로부터 토출되는, 본 발명의 일 실시예의 토출 기능의 모식도이다. 몇몇 실시예에서, 결합제 찌꺼기(41)는 과잉의 형성 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 토출 기능은 형성 표면(165)을 가로지른 캐리지(14)의 각각의 통과 후에 수행된다. 다른 실시예에 서, 토출 기능은 캐리지(14)의 임의의 주어진 회수의 통과 후에 주기적으로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이러한 기능은 고정된 시간 간격으로 수행될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 캐리지(14)는 인쇄 헤드(20)가 개구 플레이트(40) 사이의 공간적 갭 위에 정렬되도록 보수 스테이션(16) 위에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 개구 플레이트(40)는 토출 개방부(28)를 둘러싸는 고체 표면을 포함한다 (도3B 참조). 캐리지(14)의 적절한 위치 설정 후에, 인쇄 헤드(20)는 찌꺼기(41) 또는 다른 폐기물을 토출한다. 대체로, 이러한 찌꺼기(41)는 예를 들어 인쇄 헤드(20) 내에 남아있는 과잉의 결합제 재료와 같은 오염물을 포함한다. 일 실시예에서, 찌꺼기(41)는 폐액 포착 트레이(43) 내에서 폐액(42)과 결합한다. 몇몇 실시예에서, 폐액(42)은 인쇄 헤드(20)의 이전의 토출로부터의 토출물을 포함할 수 있다. 토출 시에, 결합제 액체(41)의 액적이 폐액(42)의 정수지의 표면 상에 충돌하여, 비말 및 결과적인 바람직하지 않은 폐액 에어로졸의 발생을 최소화한다. 유출로(44)가 리셉터클(47)의 바닥 위에서 폐액(42)의 정수지를 유지하기에 충분한 거리에 위치된다. 대체로, 폐액(42)은 그 다음 유출로(44) 아래로 진행하여, 결국 배수구(45)를 거쳐 보수 스테이션(16)을 빠져나간다. 몇몇 실시예에서, 범람한 폐액(46) 또한 배수구(45)를 거쳐 폐액 포착 트레이(43)를 빠져나가서, 보수 스테이션(16)에 대한 오염을 방지한다.
도5A는 각각의 인쇄 헤드(20)가 캡에 의해 밀봉되는, 본 발명의 캡핑 기능의 일 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 이러한 캡핑 기능은 임의의 주어진 회수의 프린터(10)를 가로지른 통과 후에 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이러 한 기능은 고정된 시간 간격으로 또는 인쇄의 완료 후에 수행될 수 있다. 도5B에서, 캐리지(14)는 X-축을 따라 구동되어, 보수 스테이션(16) 위에 위치된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 인쇄 헤드(20)와 인쇄 헤드 캡(26) 사이에 공간적 갭이 있다. 이러한 지점에서, 인쇄 헤드 캡(26)은 아직 인쇄 헤드(20)를 덮지 않았다. 대체로, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 캡 구동기(50)가 인쇄 헤드 캐리어(52)와 맞물릴 때까지 고정되어 유지된다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)는 이미 개구 플레이트(40) 및 토출 개방부(28)를 넘어 이동되었고, 따라서, 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 이미 찌꺼기(41)를 폐액 포착 트레이(43) 내로 배출했을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)는 이미 인쇄 헤드 세척 스테이션(29) 위로 구동되었을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)가 X-축을 따른 구동을 계속할 때, 인쇄 헤드 캡 구동기(50)는 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)와 맞물린다. 대체로, 인쇄 헤드 캡 구동기(50)는 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)를 캐리지(14)와 함께 X-축을 따라 이동시키기에 충분한 강성의 금속, 플라스틱, 또는 고무 부속품을 포함할 수 있다.
도5C 내지 도5D는 캡핑 기능의 완료를 도시한다. 전형적으로, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)는 보수 스테이션(16)에 고정되고, 캐리지(14) 및 인쇄 헤드 캡 구동기(50)의 X-축을 따른 이동이 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)가 이러한 동일한 방향으로 X-축을 따라 이동하게 하도록 스프링 계수를 포함하는 금속 또는 다른 고체 재료이다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)의 이러한 X-축 이동은 그 다음 인쇄 헤드 캡(26)이 Z-축을 따라 이동하여 결국 인쇄 헤드(20)를 덮게 한다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드 캡 구동기(50) 및 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)를 포함하는 캐 리지(14)는 캐리지 이동 방향(53)으로의 이동을 멈추고, 인쇄 헤드(20)가 덮인다.
대체로, 인쇄 헤드 캡 구동기(50)는 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)와 맞물려서, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)가 인쇄 헤드 캡 구동기(50) 이동 방향으로 이동하게 한다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)는 스프링 요소(601)를 포함하고, 인쇄 헤드 캡 캐리어는 스프링 요소(601)가 압축될 때 보수 스테이션(16)의 외벽에 대해 피벗할 것이다. 이러한 피벗은 인쇄 헤드(20)를 향한 인쇄 헤드 캡(26)의 불균일한 구동을 생성한다. 결과적으로, 인쇄 헤드 캡 구동기(50)로부터 가장 먼 인쇄 헤드 캡(26)의 모서리가 인쇄 헤드(20)와의 접촉을 개시할 것이다. 다른 실시예에서, 인쇄 헤드(20)와 처음으로 초기에 접촉하는 것은 인쇄 헤드 캡 구동기(50)에 가장 가까이 위치된 인쇄 헤드 캡(26)의 모서리이다. 상기 예시적인 실시예들 중 하나에서, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 캡(26)이 인쇄 헤드(20)와 동일 높이가 되어 그를 둘러쌀 때까지 인쇄 헤드(20)를 향한 구동을 계속한다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20) 둘레에 시일을 형성한다. 일 실시예에서, 하나의 인쇄 헤드(20)는 하나의 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 덮인다. 일 실시예에서, 복수의 인쇄 헤드 캡(26)이 복수의 인쇄 헤드(20)를 덮는다. 대체로, 각각의 인쇄 헤드(20)에 대해 사용되는 하나의 인쇄 헤드 캡(26)이 있다. 대체로, 인쇄 헤드(20)는 임의의 회수로 그리고 캐리지(14)의 프린터(10)의 임의의 다른 구성요소와의 맞물림에 대한 임의의 순서로 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 덮일 수 있다.
도5C 및 도5D에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)는 아암(600)과, 스프링 요소(601)와, 플레이트(602)를 포함한다. 대체로, 아암(600)은 인쇄 헤드 캡 구동기(50)에 의해 맞물리고, 인쇄 헤드 캡 구동기의 이동 방향(53)으로 이동된다. 이러한 이동은 스프링 요소(601)가 압축되게 하여, 피벗 이동을 생성한다. 이러한 피벗 이동은 플레이트(602)가 인쇄 헤드(20)를 향해 이동하게 한다. 인쇄 헤드 캡(26)은 전형적으로 플레이트(602)의 상부 표면 상에 배치된다. 일 실시예에서, 플레이트(602)는 강성이고, 따라서 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20)에 경사져서 접근하여, 인쇄 헤드 캡(26)의 하나의 모서리는 인쇄 헤드 캡(26)의 임의의 다른 모서리가 인쇄 헤드(20)와 맞물리기 전에 인쇄 헤드(20)와 맞물린다. 다양한 실시예에서, 인쇄 헤드(26)의 임의의 모서리가 먼저 인쇄 헤드(20)와 맞물릴 수 있다. 전형적으로, 인쇄 헤드 캡(26)의 임의의 모서리와 인쇄 헤드(20) 사이의 최초 맞물림 후에, 플레이트(602)는 인쇄 헤드 캡(26)이 인쇄 헤드(20)를 둘러쌀 때까지 그의 이동을 계속한다. 구체적으로, 플레이트(602)는 플레이트(602)가 실질적인 수평 배향을 채택할 때까지 캐리지(14)의 구동력에 응답하여 구부러지거나 휘어진다.
도5C는 보수 스테이션(16) 및 캐리지(14)의 절결된 단면도를 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 캐리지(14)는 표시된 캐리지 이동 방향(화살표 53)으로 X-축을 따라 구동된다. 인쇄 헤드 캡 구동기(50)는 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)와 접촉할 것이고, 인쇄 헤드 캡 구동기(50) 및 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)는 캐리지 이동 방향(53)으로 이동할 것이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 캡 캐리어(52) 상에 위치된다. 따라서, 캐리지 이동 방향(53)으로의 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)의 이동은 인쇄 헤드 캡(26)이 Z-축을 따라 이동하게 한다. 도5C는 캐리지(14) 및 보수 스테이션(16)의 절결된 모식도를 포함한다. 도5C는 캐리지(14)가 캐리지 이동 방향(53)으로 이동할 때의 인쇄 헤드 캡 구동기(50)와 인쇄 헤드 캡 캐리어(52) 사이의 접촉 지점을 도시한다. 이러한 실시예에서, 이러한 지점에서, 인쇄 헤드(20)와 인쇄 헤드 캡(26) 사이에 공간적 갭이 있고, 그러므로 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20)를 밀봉하지 않는다.
도5D는 도5C 이후의 시점에서의 캐리지(14) 및 보수 스테이션(16)의 모식도이고, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드(20)의 인쇄 헤드 면(54)을 덮는다. 전형적으로, 인쇄 헤드 면(54)은 결합제 재료가 인쇄 헤드(20)로부터 배출되는 지점을 포함하며 둘러싸는 인쇄 헤드(20)의 바닥면을 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 캐리지 이동(53)은 인쇄 헤드 캡 구동기(50)가 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)와 맞물려서 이를 캐리지 이동 방향(53)으로 이동시키게 했다. 이러한 실시예에서, 인쇄 헤드 면(54)은 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 그의 둘레에 형성된 보호 시일을 갖는다. 대체로, 캡 또는 시일은 인쇄 헤드 면(54)을 손상 또는 오염으로부터 보호하기에 충분하다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡에 의해 형성된 시일은 기밀식일 수 있다.
도6A는 조합된 토출 및 캡핑 스테이션을 포함하는 보수 스테이션(16)의 대안적인 실시예의 부분 측단면도이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 캐리지(14)는 (X-축을 따라) 캐리지 이동 방향(53)으로 구동되어, 보수 스테이션(16) 위에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 캐리지(14)의 이러한 구동은 인쇄 헤드(20)로부터의 토출을 위해 준비될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 폐액 포착 트레이(43)는 폐액(42)을 포함한다. 대체로, 이러한 폐액(42)은 보수 스테이션(16) 위에서의 인쇄 헤드(20)의 전회 통과로부터의 이전의 토출에 의해 생성되었다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡(60)의 하부 모서리는 폐액 포착 트레이(43)에 의해 한정된 영역 내로 연장될 수 있지만, 대체로 인쇄 헤드 캡(60)의 하부 모서리는 폐액 포착 트레이(43)의 바닥 표면과 접촉하지 않고, 따라서 폐액(42)은 폐액 표면(61)이 유출로(44)의 상부로 상승할 때까지, 자유롭게 유동하며 폐액 포착 트레이(43) 내에 수집된다. 이러한 지점에서, 폐액(42)은 그 다음 오버플로우 슬롯(62)을 거쳐 폐액 오버플로우 튜브(63)로 진입한다. 대체로, 폐액 오버플로우 튜브(63)는 폐액(42)을 보수 스테이션(16)의 외부로 운반한다.
도6B 내지 도6D는 캡핑 및 토출 기능을 더욱 상세하게 도시한다. 캐리지(14)는 캐리지 이동 방향(53)으로 이동하며, 보수 스테이션(16) 위에 위치된다. 도6B는 인쇄 헤드 캡 구동기(50)와 인쇄 헤드 캡 캐리어(52) 사이에 접촉이 이루어졌지만, 인쇄 헤드 캡 캐리어가 인쇄 헤드 캡(26)을 인쇄 헤드(20)를 덮는 위치로 상승시키기에 충분히 멀리 캐리지 이동 방향(53)으로 아직 이동되지 않은 실시예를 도시한다. 도6C는 도6B 이후의 시점의 실시예를 도시한다. 도6C에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드 캡 캐리어(52)는 인쇄 헤드 캡(26)을 인쇄 헤드(20) 둘레에 시일을 형성하는 지점으로 상승시키는데 필요한 거리를 캐리지 이동 방향(53)으로 이동했다. 캡핑 기능은 도5A 내지 도5D에 대해 설명된 것과 실질적으로 유사하다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 캡(26)은 공동(64)을 한정하는 토출 칼럼(67)을 포함한다. 인쇄 헤드(20)는 토출 칼럼을 통해 폐액 포착 트레이(43)로 토출한다. 도6C 에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(20)는 찌꺼기(41)를 폐액 포착 트레이(43) 내로 배출하고, 이 때 찌꺼기는 기존의 폐액(42)과 혼합된다. 몇몇 실시예에서, 폐액(42)의 수집은 유출로(44)를 가로질러, 오버플로우 슬롯(62)을 통해 오버플로우 폐액(65)으로서 폐액 오버플로우 튜브(63) 아래로 이동하도록 진행하여, 결국 보수 스테이션(16)으로부터 배출된다. 대체로, 이러한 토출 절차는 최고의 가능한 품질의 3차원 인쇄를 유지하기 위한 깨끗하고 막힘이 없는 인쇄 헤드(20) 및 인쇄 헤드 면(54)을 보장한다. 몇몇 실시예에서, 복수의 인쇄 헤드(20)가 실질적으로 동시에 재료를 토출할 수 있다.
다시 도6C를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 시일이 토출 공동(64)에 의해 한정된 영역 내에 형성될 수 있다. 대체로, 공동(64)은 인쇄 헤드(20) 및 인쇄 헤드 캡(26)에 의해 상부에서, 폐액 표면(61)에 의해 바닥에서, 그리고 토출 칼럼(67)에 의해 측면에서 한정된다. 일 실시예에서, 폐액 포착 트레이(43) 내의 폐액(61)의 표면 수준은 토출 칼럼(67)의 바닥 부분을 침지시키기에 충분히 높다. 토출 칼럼(67)의 바닥 부분은 유출로(44)의 최저 지점 아래에서 최저 지점을 갖고, 이는 폐액(42)이 토출 칼럼의 최저 부분 아래로 적하되는 것을 방지한다. 그러한 경우에, 그리고 인쇄 헤드 캡(26)이 인쇄 헤드(20)의 인쇄 헤드 면(54)에 대해 밀봉되는 경우에, 공동(64)은 기밀식이어서, 인쇄 헤드 면(54)이 건조되는 것을 방지한다. 이러한 실시예에서, 토출물(41)은 폐액 오버플로우 튜브(63)를 통하는 것 이외의 임의의 방향으로 공동(64)을 탈출하는 것이 방지되어, 보수 스테이션(16)을 무해하게 빠져나간다. 이러한 예시적인 실시예는 토출물(41)에 의한 프린터(10)의 임의의 구성요소의 오염 위험을 최소화한다.
도7A 내지 도7D는 본 발명에 따른 인쇄 헤드 세척 스테이션(500)의 일 실시예를 도시한다. 인쇄 헤드 세척 스테이션(500) 또한 보수 스테이션(16) 내에 장착될 수 있다. 인쇄 헤드 세척 스테이션(500)은 세정액(543)을 담는 저장소(542)와, 세정액(543)을 압력 하에서 적어도 하나의 노즐(540), 양호하게는 노즐(540)의 어레이로 송출하는 펌프(545)를 포함한다. 노즐(540)은 세정액(543)의 고속 스트림을 생성할 수 있다. 작동 시에, 노즐(540)은 인쇄 헤드(520)의 인쇄 헤드 면(577)으로 지향된다. 인쇄 헤드 면(577) 상으로 지향될 때, 세정액(543)은 인쇄 헤드 면(577)으로부터 형성 재료 및 결합 재료와 같은 오염물을 완화시켜서 제거한다. 노즐(540)의 배향은 유체 유동이 인쇄 헤드 면(577)의 평면을 가로질러 유도되도록, 인쇄 헤드 면(577)에 대해 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 세정액은 노즐(540)에 가장 가까운 측면에서 인쇄 헤드(520)와 접촉하고, 노즐(540)로부터 가장 먼 인쇄 헤드(520)의 측면으로부터 배수될 수 있다. 이러한 접근은 인쇄 헤드 면(577) 상의 세정액의 축적 및 노즐(540) 부근에서 배수되어 이와 간섭하는 세정액(543) 및 찌꺼기의 양을 감소시킴으로써 세정액(543)의 스트림의 효율을 개선한다. 비말 보호구 또한 액체 세정액(543)의 스트림으로부터 생성되는 비말을 수용하기 위해 인쇄 헤드 세척 스테이션(500) 내에 포함될 수 있다.
노즐(540)의 작업이 완료된 후에 인쇄 헤드 면(577) 상에 잔류하는 세정액(543)의 많은 부분을 제거하는 것이 바람직하다. 이는 종래에는 와이핑 요소를 인쇄 헤드 면(577)을 가로질러 당김으로써 달성된다. 이러한 접근의 단점은 와이 핑 요소와 인쇄 헤드 면(577) 사이의 접촉이 예를 들어 잉크 제트 노즐 오리피스의 모서리를 손상시킴으로써 인쇄 헤드(520)의 성능을 열화시킬 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 잉크 제트 노즐 둘레의 정교한 영역과 접촉하지 않고서, 인쇄 헤드 면(577)으로부터 축적된 세정액을 제거하는 수단을 제공하는 것이다. 일 실시예에서, 흡착 부재(544)가 인쇄 헤드 면(577)이 그의 상부 표면(546) 위로 접촉하지 않고서 매우 근접하여 1회 이상 통과하여, 모세관력이 인쇄 헤드 면(577)으로부터 축적된 세정액(543)을 흡인하게 허용할 수 있도록, 배치될 수 있다. 흡착 부재(544)는 강성, 반강성, 또는 유연한 재료로부터 만들어질 수 있고, 흡수성 또는 불투과성 특징, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
흡착 부재(544)가 인쇄 헤드 면(577)으로부터 축적된 세정액(543)을 효과적을 제거하도록, 흡착 부재(544)의 상부 표면(546)과 인쇄 헤드 면(577) 사이의 갭은 작아야 하고, 바람직한 범위는 약 0 인치 내지 약 0.03 인치 사이이다. 본 발명의 다른 목적은 정밀하고 강성이며 고가인 구성요소에 의존하지 않고서 갭을 이러한 범위 내에 유지하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
다른 실시예에서, 흡착 부재(544)는 흡착 부재(544)와 인쇄 헤드(520) 사이의 상대 이동(547)의 방향에 대해 대체로 직각으로 배향된 유연한 고무 시트로 구성될 수 있고, 그의 상부 표면(546)의 일부는 인쇄 헤드 노즐 오리피스로부터 먼 중요하지 않은 영역 내에서만 인쇄 헤드 면(577)과 약간 접촉하거나 간섭하도록 배치된다. 흡착 부재(544)의 상부 표면(546)은 흡착 부재(544)가 인쇄 헤드 면(577)의 정교한 구성요소와 접촉할 수 있는 위치에서 하나 이상의 노치(548)를 포함할 수 있다. 시스템 치수는 흡착 부재(544)가 인쇄 헤드(520) 및 인쇄 헤드 세척 스테이션(500)의 상대 위치의 예상되는 변동과 독립적으로, 인쇄 헤드 면(577)과 항상 접촉하고, 인쇄 헤드(520)가 그 위로 통과할 때 변형되도록 선택된다. 따라서, 상부 표면(546)은 확대하면 인쇄 헤드 면(577)과 절제된 표면 노치(548) 사이에 실질적으로 일정한 공간을 유지하면서, 인쇄 헤드 면(577)의 위치를 따른다. 인쇄 헤드(520)의 수명을 더욱 연장시키기 위해, 흡착 부재(544)의 굽힘 구역은 흡착 부재(544)의 상부 표면(546)의 변형이 거의 없이 신뢰할 수 있는 굽힘 거동을 제공하도록 단면이 감소될 수 있다.
도7B 내지 도7D는 본 발명에 따른 복원 사이클을 도시한다. 도7B는 화살표(547)에 의해 표시된 경로를 따라 인쇄 헤드 세척 스테이션(500)에 접근하는 인쇄 헤드(520)를 도시한다. 인쇄 헤드(520)가 흡착 부재(544)와 약간 접촉할 때, 도7C에 도시된 바와 같이, 경로(547)를 따른 이동이 정지되고, 세정액(543)은 노즐 어레이(540)에 의해 인쇄 헤드 면(577)으로 지향된다. 분사 작업이 완료되면, 인쇄 헤드(520)는 도7D에 도시된 바와 같이, 경로(547)를 따라 이동을 계속한다. 흡착 부재(544)는 인쇄 헤드(520)의 통과를 허용하도록 더욱 변형되고, 축적된 세정액(543)이 인쇄 헤드 면(577)으로부터 흡착된다. 분사되고 와이핑된 후에, 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드(520)는 복원 공정 중에 흡입되었을 수 있는 임의의 세정액을 방출하기 위해 복수의 액적을 인쇄할 수 있다.
세정 유체의 저장소 내에서 회전함으로써 세척 및 보습되는 원통형 "페인트 롤러"에 의해 인쇄 헤드 면(577)을 와이핑하는 것과 같은 추가의 세척 방법이 고려 된다. 다른 실시예에서, 세척 시스템은 세정 유체를 인쇄 헤드 면(577)으로 운반하고 찌꺼기를 섬프(sump)로 운반하는 연속 필라멘트를 포함할 수 있다. 시스템은 축적된 찌꺼기를 제거하기 위해 필라멘트 위에서 이동할 수 있는 소형 스크레이퍼를 포함할 수 있다.
도8A는 본 발명에 따른 세척 스테이션(529)의 대안적인 실시예를 도시한다. 대체로, 프린터(10)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 보수 스테이션(16)을 거쳐 인쇄 헤드(20)를 세척할 시기를 결정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 인쇄 헤드(20)만이 보수 스테이션(16)에 의해 세척된다. 다른 실시예에서, 복수의 인쇄 헤드(20)가 세척된다. 몇몇 실시예에서, 보수 스테이션(16)은 노즐 매니폴드(80)를 포함한다. 대체로, 노즐 매니폴드(80)는 적어도 하나의 노즐(540), 양호하게는 노즐(540)의 어레이를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 보수 스테이션(16)은 비말 보호구(81)를 포함한다. 대체로, 비말 보호구(81)는 세정액(543)의 스트림으로부터 생성된 비말을 수용하기 위해 인쇄 헤드 세척 스테이션(529) 내에 포함된다. 전형적으로, 비말 보호구(81)는 세정액(543)을 수용함으로써 분말 또는 결합 재료의 오염을 방지한다. 대체로, 세척 스테이션(529)은 매니폴드(80) 및 비말 보호구(81)의 추가를 제외하고는, 도7A 내지 도7D에 대해 설명된 세척 스테이션(500)과 동일하게 작동한다.
도8B는 인쇄 헤드 세척 스테이션(529) 내에 위치된 비말 보호구(81)의 모식도이다. 비말 보호구(81)는 대체로 노치(82), 배수 개구(83), 구동면(89), 휨점(85), 및 밀봉 립(86)을 포함한다. 도8C 내지 도8H는 세척 스테이션(529)의 작 동을 도시한다. 전형적으로, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 면(54)이 노치(82)의 표면과 접촉하지 않고서 노치(82) 바로 위로 통과하도록 구동된다. 전형적으로, 인쇄 헤드 면(54)과 노치(82) 사이의 접촉을 피하는 것은 인쇄 헤드 면(54) 상의 제트 노즐의 궤적을 손상시키거나 변경하는 것을 방지한다. 일 실시예에서, 밀봉 립(86)은 인쇄 헤드 면(54) 자체와 접촉하지 않고서 인쇄 헤드 면(54)에 인접하여 인쇄 헤드(20)와 접촉하는 와이퍼로서 작용할 수 있다. 인쇄 헤드(20)가 노치(82)를 지나면, 이는 배수 개구(83) 바로 위의 공간으로 진입한다. 대체로, 배수 개구(83)는 세정액(543)을 통과시키기 위한 것이다. 인쇄 헤드(20)가 대체로 배수 개구(83) 위에 위치되면, 인쇄 헤드(20)는 구동면(89)과 맞물린다. 전형적으로, 인쇄 헤드(20)는 비말 보호구(81)가 휨점(85)을 따라 휘어지게 하는 방식으로 구동면(89)과 맞물린다. 몇몇 실시예에서, 휨점(85)은 노치(82), 배수 개구(83), 구동면(89), 및 밀봉 립(86)을 포함한 비말 보호구(81)의 적어도 일부가 인쇄 헤드(20)의 구동 방향으로 피벗하도록 허용하는 피벗점을 포함한다. 대체로, 휨점(85)에서의 이러한 피벗은 배수 개구(83)를 인쇄 헤드(20)로 상승시켜서, 밀봉 립(86)이 인쇄 헤드(20)와 접촉한다. 대체로, 밀봉 립(86)은 인쇄 헤드 면(54) 둘레에 시일을 형성하는 위치로 구동된다. 전형적으로, 밀봉 립(86)에 의해 형성된 시일은 방수성이고, 따라서 세정액(543)이 프린터(10)를 오염시키는 것을 방지한다. 대체로, 사용된 세정액(543)에 대해 이용 가능한 출구는 배수 개구(83)를 통하는 것뿐이다.
도8C는 보수 스테이션(16)에 접근할 때의 인쇄 헤드(20)의 다른 사시도를 포함한다. 도8C는 대체로 보수 스테이션(16)에 의해 수행되는 세척 작업의 시작 위 치를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 면(54)이 보수 스테이션(16) 위로 이동되도록 인쇄 헤드 이동 방향(87)으로 구동된다. 인쇄 헤드(20)가 구동되고 있을 때, 인쇄 헤드 측면(88)은 비말 보호구(81)의 구동면(89)과 맞물린다. 이러한 맞물림 후에, 인쇄 헤드(20)는 밀봉 립(86)이 인쇄 헤드 면(54) 둘레에 시일을 형성하도록 구동면(89)을 이동시킨다 (도8D 참조). 몇몇 실시예에서, 구동면(89)은 휨점(85)에서 피벗한다. 몇몇 실시예에서, 휨점(85)은 스프링 요소를 포함할 수 있다. 대체로, 이러한 절차는 인쇄 헤드 면(54)에 인접하여 인쇄 헤드(20)의 저면 둘레에서 비말 보호구(81)에 의해 방수 시일을 형성한다.
도8D는 보수 스테이션(16) 위의 원하는 위치로 이동된 인쇄 헤드(20)를 도시한다. 대체로, 이는 보수 스테이션(16)이 인쇄 헤드(20)를 세척하는 지점이다. 도8D에 도시된 바와 같이, 구동면(89)은 인쇄 헤드 면(54)의 부분 둘레에서 인쇄 헤드(20)를 밀봉한다. 시일은 비말 보호 립(86)에 의해 인쇄 헤드 면(54) 둘레에서 완성된다. 대체로, 비말 보호 립(86)은 비말 보호구(81)의 일부이다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)가 구동면(89)과의 접촉을 거쳐 비말 보호구(81)를 구동할 때, 비말 보호구(81)의 결과적인 이동은 또한 밀봉 립(86)을 인쇄 헤드(20)의 바닥에 대한 인쇄 헤드 면(54)을 따른 위치로 이동시킨다. 몇몇 실시예에서, 밀봉 립(86)은 인쇄 헤드 면(54)에 대해 인쇄 헤드(20)의 저면에 대해 놓이게 된다. 대체로, 인쇄 헤드(20)의 저면 상에서 인쇄 헤드(54) 둘레에 시일을 형성하는 것은 인쇄 헤드 측면(88)을 따른 것과 반대로, 인쇄 헤드 측면(88) 또는 인쇄 헤드(20) 의 임의의 다른 측면의 오염을 방지하므로 필요하다. 예를 들어, 인쇄 헤드(20) 상에 남아있는 세정액은 인쇄 중에 적하되어, 인쇄 품질에 영향을 끼칠 수 있다.
도8E는 본 발명의 일 실시예에 따른 보수 스테이션(16)에 의한 인쇄 헤드(20)의 세척 중의 보수 스테이션(16)의 부분 측단면도이다. 인쇄 헤드 면(54) 둘레에 시일을 형성한 이후에, 노즐 매니폴드(80)는 세정액 스트림(91)을 분사한다. 대체로, 노즐 매니폴드(80)는 가압 세정액(92)을 포함한다. 일 실시예에서, 가압 세정액(92)은 단일 스트림(91)으로 인쇄 헤드 면(54) 상으로 분사된다. 다른 실시예에서, 가압 세정액(92)의 복수의 스트림(91)이 있다. 작동 시에, 세정액 스트림(91)은 인쇄 헤드(20)의 인쇄 헤드 면(54)으로 지향된다. 인쇄 헤드 면(54) 상으로 지향될 때, 세정액 스트림(91)은 인쇄 헤드 면(54)으로부터 결합제 재료와 같은 오염물을 완화시켜서 제거한다. 세정액 스트림(91)의 배향은 유체 유동이 인쇄 헤드 면(54)의 평면을 가로질러 유도되도록, 인쇄 헤드 면(54)에 대해 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 세정액 스트림(91)은 노즐 매니폴드(80)에 가장 가까운 측면의 인쇄 헤드(20)와 접촉하고, 노즐 매니폴드(80)로부터 가장 먼 인쇄 헤드(20)의 측면으로부터 배수될 수 있다. 이러한 접근은 인쇄 헤드 면(54) 상의 세정액(92)의 축적 및 노즐 매니폴드(80) 부근에서 배수되어 이와 간섭하는 가압 세정액(92) 및 찌꺼기의 양을 감소시킴으로써 세정액 스트림(91)의 효과를 개선한다. 도8F는 도8E에 도시된 본 발명의 다른 부분 단면도이다. 인쇄 헤드 면(54)은 세척을 위한 적절한 위치에 있다. 밀봉 립(86)은 인쇄 헤드 면(54) 둘레에 시일을 형성하여, 인쇄 헤드(20)의 잔여부를 오염으로부터 보호한다.
도8G는 세척 작업이 수행된 후의 보수 스테이션(16) 외부로의 인쇄 헤드(20)의 이동을 도시한다. 인쇄 헤드(20)는 이제 보수 스테이션(16)으로부터 멀리 인쇄 헤드 이동 방향(93)으로 이동한다. 이는 보수 스테이션(16)으로 진입하도록 사용되었던 캐리지 이동 방향(53)과 대체로 동일하다. 인쇄 헤드(20)가 보수 스테이션(16) 외부로 구동될 때, 인쇄 헤드 면(54)은 밀봉 립(86) 및 노치(82) 위로 운반된다. 몇몇 실시예에서, 밀봉 립(86)은 와이퍼로서 작용하여, 인쇄 헤드 면(54)에 인접한 인쇄 헤드(20)의 바닥 상의 영역으로부터 찌꺼기 및 세정액(92)을 제거할 수 있지만, 노치(82)는 제트 노즐의 위치에 대응하는 영역 내에서 밀봉 립(86)과 인쇄 헤드 면(54) 사이의 접촉을 방지한다. 밀봉 립(86)과 인쇄 헤드 면(54) 사이의 접촉은 예를 들어 인쇄 헤드 면(54) 상의 잉크 제트 노즐 오리피스의 모서리를 손상시킴으로써 인쇄 헤드(20)의 성능을 열화시킬 수 있다. 그러나, 노즐 매니폴드(80)의 작업이 완료된 후에 인쇄 헤드 면(54) 상에 잔류하는 세정액(92)의 많은 부분을 제거하는 것이 여전히 바람직하다. 따라서, 본 발명의 목적은 인쇄 헤드 면(54) 상의 제트 노즐 둘레의 정교한 영역과 접촉하지 않고서, 인쇄 헤드 면(54)으로부터 축적된 세정액을 제거하는 수단을 제공하는 것이다. 노치(82)가 밀봉 립(86)과 인쇄 헤드 면(54) 사이의 직접적인 접촉을 방지하기 때문에, 일 실시예에서, (전술한 바와 같은) 흡착 부재(544)는 인쇄 헤드 면(54)이 흡착 부재(544) 위로 접촉이 없이 매우 근접하여 1회 이상 통과할 수 있도록 배치될 수 있어서, 모세관력이 인쇄 헤드 면(54)으로부터 멀리 축적된 가압 세정액(92)을 흡인하도록 허용한다. 도8H는 도8A의 보수 스테이션(16)의 부분 단면의 저면 사시도를 도시한다. 여기서, 인쇄 헤드 면(54)의 민감한 부분은 인쇄 헤드(20)가 세척 후에 보수 스테이션(16)으로부터 멀리 구동될 때 노치(82) 위로 통과한다는 것을 알 수 있다. 대체로, 인쇄 헤드 면(54)의 민감한 부분은 인쇄 헤드 제트 노즐 어레이를 포함한다.
도9A 및 도9B는 도8B의 비말 보호구(81)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 비말 보호구(81)는 테이퍼진 밀봉 표면(94)을 포함한다. 대체로, 테이퍼진 밀봉 표면(94)은 인쇄 헤드 모서리(95)에 의해 형성된 코너 둘레에 시일을 형성하도록 성형된다. 따라서, 이러한 실시예의 시일은 인쇄 헤드(20)의 인쇄 헤드 면(54) 및 인쇄 헤드 측면(88)과 접촉하는 테이퍼진 밀봉 표면(94)에 의해 형성된다. 따라서, 이러한 실시예에 의해 형성된 시일은 인쇄 헤드(20)의 모서리 둘레를 감싸서, 세척 작업 중에 세정액(92)을 수용한다. 도9A 및 도9B의 대안적인 비말 보호구(81) 및 관련 세척 구성요소의 작동은 전술한 것과 실질적으로 유사하다.
도10A 내지 도10D는 도8B의 비말 보호구(81)의 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 비말 보호구(81)는 다시 비말 보호구 밀봉 립(86)과 시일을 형성하지만, 이러한 실시예에서, 비말 보호구(81)는 비말 보호구 지지 스프링(102)에 의해 인쇄 헤드 면(54) 둘레의 밀봉 위치로 구동된다. 이러한 절차는 캡핑 작업 시에 인쇄 헤드(20)를 덮도록 사용되는 절차와 유사하다. 대체로, 인쇄 헤드(20)는 제1 인쇄 헤드 이동 방향(화살표 100)으로 보수 스테이션(16) 위로 운반된다. 대체로 배수 개구(83) 위에 위치되면, 인쇄 헤드 이동 방향은 실질적으로 직교하는 인쇄 헤드 이동(화살표 101)으로 방향을 바꾼다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 이동 방향(101)은 이전의 인쇄 헤드 이동 방향(100)에 대해 직각이다. 인쇄 헤드(20)는 이제 인쇄 헤드 측면(88)이 비말 보호구 지지 스프링(102)과 맞물릴 때까지 제2 인쇄 헤드 이동 방향(101)으로 진행한다 (도10B 참조). 도10C가 도시하는 바와 같이, 비말 보호구 지지 스프링(102)은 제2 인쇄 헤드 이동 방향(101)으로 이동한다. 이러한 이동은 비말 보호구(81)를 인쇄 헤드 면(54)과 맞물린다.
세척 작업이 전술한 바와 같이 수행되면, 인쇄 헤드(20)는 보수 스테이션(16)으로부터 멀리 제3 인쇄 헤드 이동 방향(화살표 103)으로 이동한다. 대체로, 제3 인쇄 헤드 이동 방향(103)은 인쇄 헤드(20)가 보수 스테이션(16)으로부터 분리되므로, 제1 인쇄 헤드 이동 방향(100)과 반대이다. 이러한 분리는 비말 보호구 밀봉 립(86)에 의해 형성된 시일을 파괴하고, 인쇄 헤드 면(54)은 밀봉 립(86) 위로 운반되어, 와이퍼 작업이 인쇄 헤드 면(54)으로부터 찌꺼기 또는 세정액(92)을 제거하도록 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 흡착 작업 또한 수행될 수 있다.
도11A 내지 도11J는 인쇄 헤드(20)를 세척하기 위한 대안적인 시스템(146)을 도시한다. 시스템(146)은 보수 스테이션(16; 도1) 내에 위치된다. 일 실시예에서, 시스템(146)은 대체로 래치 폴(152), 스프링(154), 와이퍼(156), 인쇄 헤드 캡(158), 캡 캐리어(192), 제2 스프링(162), 및 캠 트랙(164)으로 구성된 세척 스테이션(148)을 포함한다. 단일 세척 스테이션(148)만이 설명을 목적으로 도시되어 있지만, 복수의 스테이션(148)이 보수 스테이션(16) 내에 배치될 수 있다. 대안적으로, 단일 세척 스테이션(148)은 예를 들어 세척 스테이션(148)에 대해 인쇄 헤 드(20)를 연속적으로 위치시킴으로써 복수의 인쇄 헤드(20)를 보수할 수 있다.
도11A는 세척 시스템(146)의 시작 위치를 나타낸다. 도11B에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(20)는 세척 스테이션(148)에 접근하여 래치 폴(152)과 맞물린다. 래치 폴(152)은 인쇄 헤드(20)가 래치 폴(152) 위로 통과할 때 구동된다. 인쇄 헤드(20)는 래치 폴(152)을 지나서 이동을 계속하여, 와이퍼(156)와 맞물린다 (도11C). 인쇄 헤드(20)는 와이퍼(156) 위로 통과한다. 도11D에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(20)는 캠 트랙(164)을 따라 구동되어 스프링(162)을 압축하는 캡 캐리어(192)와 접촉한다. 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 면(54)에 대해 위치된다 (도11E 및 도11F). 도11F에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드 캡(26)은 인쇄 헤드 면(54)에 대해 밀봉하며, 면(54)은 세정액(92)으로 헹궈진다 (도11F 참조).
인쇄 헤드 면(54)이 세척된 후에, 인쇄 헤드(20)는 보수 스테이션(16) 외부로 이동하기 시작한다 (도11G). 래치 폴(152)은 캡 캐리어(192)와 맞물려서, 그의 이동을 중지시킨다. 도11H에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 면(54)을 와이핑하는 와이퍼(156)와 맞물린다. 대안적인 실시예에서, 와이퍼(156)는 인쇄 헤드 면(54)을 추가로 세척하기 위해 진동한다. 대안적인 실시예에서, 와이퍼(156)는 제트 노즐의 위치에 대응하는 영역 내에서 노치가 형성되어, 와이퍼(156)와 인쇄 헤드 면(54) 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 인쇄 헤드(20)는 그의 전방 이동을 계속하여, 래치 폴(152)을 구동하고 (도11I), 이는 결국 캡 캐리어(192)를 해제한다 (도11J). 캡 캐리어(192)는 다시 시작 위치로 스냅핑된다. 인쇄 헤드 면(54)이 세척된 후에, 인쇄 헤드(20)는 보수 스테이션(16) 외부로 이동 하기 시작한다 (도11G). 시스템(146)은 이제 다른 인쇄 헤드(20)를 세척할 준비가 된다.
도12는 인쇄 헤드(20)를 세척하기 위한 시스템(146)을 도시한다 (도12는 또한 도11을 더욱 상세하게 도시한다). 인쇄 헤드(20)는 인쇄 헤드 면(54)에서, 이러한 실시예에서 고무로 만들어진 인쇄 헤드 캡(26)에 대해 위치된다. 캡은 인쇄 헤드 면(54) 둘레를 밀봉하기 위한 밀봉 립(172)을 포함한다. 보수 스테이션(16)은 공급 덕트(184)를 거쳐 세정 유체 공급 용기(182)에 그리고 복귀 덕트(188)를 거쳐 세정 유체 복귀 용기(186)에 결합된다. 세정 유체 복귀 용기(186)는 진공 덕트(190)를 거쳐 진공원(180), 이러한 경우에 진공 펌프와 연통한다. 추가적으로, 밸브(178)가 복귀 덕트(188) 내에 위치된다. 밸브(178)는 수동 또는 자동으로 구동될 수 있다.
작동 시에, 진공원(180)은 인쇄 헤드 캡(54) 내의 공동(174) 내에 진공을 생성한다. 진공은 세정 유체를 공급 용기(182)로부터 공급 덕트(184)를 통해 당긴다. 세정 유체는 인쇄 헤드 면(54)에 대한 스프레이(176)로서 공동(174)으로 진입한다. 스프레이(176)는 인쇄 헤드 면(54)으로부터 과잉의 형성 재료 및 건조된 결합제와 같은 찌꺼기를 세정한다. 사용된 세정 유체 및 찌꺼기는 진공원(180)에 의해 공동(174) 외부로 복귀 덕트(188)를 거쳐 복귀 용기(186) 내로 흡인된다. 추가적으로, 진공원(180)에 의해 공동(174) 내에 생성된 음압은 세정 유체가 제트 노즐로 진입하는 것을 방지하고, 사실상 소량의 결합제가 노즐 외부로 유동하게 하여 임의의 분말상 형성 재료를 노즐 외부로 세정할 수 있다. 제트 노즐의 차단 또는 폐색은 제트가 잘못된 방향으로 분출되게 할 수 있다. 작업이 완료되면, 시스템(146)은 도11에 도시된 단계로 이동한다. 대안적인 실시예에서, 인쇄 헤드(20)(들)은 보수 스테이션(16) 위에 배치된다. 밀봉 립(186)은 인쇄 헤드(20)와 정렬되도록 구동되고, 인쇄 헤드(20)는 아래로부터 와이핑되고 윤활되어, 임의의 축적된 가루를 제거하고 인쇄 헤드(20) 외부로의 결합 재료의 유동을 개선한다. 구체적으로, 윤활 장치가 인쇄 헤드 면(20)에 윤활제를 도포하여, 인쇄 헤드 면(54) 상의 임의의 찌꺼기를 습윤한다. 그 다음, 인쇄 헤드(20)는 와이퍼로서 작용하며 인쇄 헤드 면(54)을 깨끗하게 와이핑하는 밀봉 립(186) 위로 인쇄 헤드 면(54)을 통과시키도록 이동된다.
도13은 본 발명에 따른 3D 프린터에 의한 전형적인 인쇄 작업을 도시한다. 명확하게 하기 위해, 하나의 인쇄 헤드(220)만이 도시되어 있다. 인쇄 헤드(220)는 3D 프린터의 형성 표면 위에 전개된 분말 베드(200) 위에서 이동한다 (예를 들어, 도1 참조). 전술한 바와 같이, 인쇄 헤드(220)는 X-축 및 Y-축을 따라 이동할 수 있다. 도시된 작업에서, 인쇄 헤드(220)는 단방향(화살표 202)으로 이동하고 있다. 인쇄 헤드(220)가 분말 베드(200) 위에서 이동할 때, 인쇄 헤드(220)는 소정의 방식으로 분말 베드(200) 상에 액체 결합제의 액적(212)을 적층시킴으로써 인쇄 작업을 수행하고, 이에 의해 분말 베드(200) 내에 인쇄 섹션(204) 및 비인쇄 섹션(206)을 생성한다.
분말 베드(200) 상에 인쇄한 후에, 새로운 분말 층이 새로운 인쇄(218)를 받기 위한 준비로 분말 베드(200) 위에 전개된다. 인쇄 헤드(220)가 분말 베드(200) 상으로 액적(212)을 적층시킬 때, 분말의 입자(210)가 분말 베드(200) 상에서의 액적(212)의 충돌에 의해 방출된다 (도14A 및 도14B 참조). 이러한 입자(210)는 결국 인쇄 헤드(220)와 접촉하여 그에 부착된다. 결과적인 찌꺼기(216)는 예를 들어 인쇄 헤드 노즐(208)과 간섭함으로써 인쇄 품질을 열화시킨다. 방출되는 입자(210)의 양은 분말이 "습윤"되어 있는지 또는 "건조"되어 있는지의 여부에 부분적으로 의존할 것이다. 분말은 아래에 놓인 층이 앞서 인쇄되었으면, 습윤되어 있다 (도14B 참조). 분말은 아래에 놓인 층이 앞서 인쇄되지 않았으면, 건조되어 있다 (도14A 참조).
도14A에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(220)는 건조 분말 베드(200) 상으로 액적(212)을 적층시킨다. 액적(212)이 분말 베드(200)와 충돌할 때, 비교적 큰 체적의 입자(210)가 변위되고, 크레이터(214)가 분말 베드(200) 내에 생성된다. 입자(210)는 인쇄 헤드(220)를 향해 상방으로 방출되어, 인쇄 헤드(220)의 면 상에 찌꺼기(216)로서 수집될 수 있다.
도14B에 도시된 바와 같이, 인쇄 헤드(220)는 습윤 분말 베드(200) 상으로 액적(212)을 적층시킨다. 액적(212)이 분말 베드(200)와 충돌할 때, 비교적 작은 체적의 입자(210)가 변위되고, 비교적 작은 크레이터(214)가 분말 베드(200) 내에 생성된다. 이전의 층 상에 인쇄된 결합제는 새로운 층 내의 분말과 결합하는 경향이 있고, 이에 의해 더 적은 입자를 방출시키고, 대응하여 인쇄 헤드 면 상에 더 적은 찌꺼기를 축적시킨다.
3D 프린터는 최종 세척으로부터, 앞서 인쇄되고 그리고/또는 인쇄되지 않은 분말 위에 인쇄된 액적의 개수에 적어도 부분적으로 기초하여 인쇄 헤드(220)의 상태를 모니터링하기 위한 로직을 포함한다. 다른 인자는 예를 들어 사용 시간, 분배되는 액적의 개수, 및 인쇄된 층의 개수를 포함한다. 3D 프린터는 설정된 임계값에 도달하는 전술한 인자들 중 하나 또는 인자들의 조합에 기초하여, 임의의 필요한 세척 루틴의 빈도 및 지속 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 헤드(220)는 5분의 연속 사용 후마다 세척될 수 있다. 임의의 특정 인자의 임계값은 사용되는 액체 결합제 및 분말 재료의 유형과, 인쇄 헤드 상태에 영향을 끼칠 수 있는 온도 및 습도와 같은 다른 작동 환경 인자에 의존하여 변경될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 3D 프린터는 인쇄 헤드(220)의 청결도를 모니터링하고 유지하기 위한 다른 시스템 및 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 3D 프린터는 인쇄 헤드 면을 보기 위한 촬상 시스템을 포함할 수 있다. 사용자가 인쇄 헤드(220)가 세척을 요구한다는 것을 수동으로 결정할 수 있거나, 3D 프린터가 세척에 대한 필요성을 자동을 결정하기 위한 촬상 시스템을 포함할 수 있다. 수동 시스템에서, 인쇄 헤드 면의 영상이 예를 들어 비디오 모니터 상에서 사용자에게 표시되고, 사용자는 필요하다고 생각되면 세척 루틴을 개시할 수 있다. 자동 시스템의 일례에서, 사용되는 인쇄 헤드의 면의 실제 영상이 깨끗한 인쇄 헤드 면의 영상 (즉, 테스트 영상)과의 비교를 위해 프로세서로 보내진다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드 면은 어둡고, 분말은 비교적 밝은 컬러이다. 인쇄 헤드 면의 상당 부분이 찌꺼기로 덮이면, 실제 영상과 테스트 영상 사이에 콘트라스트 차이가 있을 것이다. 콘트라스트의 차이가 소정의 임계값에 도달하면, 시스템은 세척 루틴을 개시한다.
몇몇 실시예에서, 인쇄 헤드 면의 청결도는 에어 커튼 또는 정전기 전하의 사용에 의해 유지될 수 있다. 시스템은 찌꺼기가 인쇄 헤드 면 상에 수집되는 것을 감소시키거나 방지하는 인쇄 헤드 면을 가로지른 저압 에어 커튼을 공급할 수 있다. 대안적으로, 인쇄 헤드 면은 분말에 인가되는 동일한 전하인 정전기 전하를 그 위에 위치시킬 수 있고, 이에 의해 분말 입자가 인쇄 헤드 면으로부터 반발하게 할 수 있다.
도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 헤드 정렬 공정의 개략도이다. 구체적으로, 전술한 인쇄 헤드 캐리지(14)는 정렬 테스트 패턴(129)과 관련하여 도시되어 있다. 테스트 패턴(129)은 3차원 인쇄 시스템(10)의 형성 표면(165) 상에 인쇄된다 (도1 참조). 테스트 패턴(129)은 X-축 정렬 패턴(133) 및 Y-축 정렬 패턴(134)이 인쇄되어 있는 영역을 한정하는 콘트라스트 향상 하부층(130)을 포함한다. X 및 Y-축 정렬 패턴(133, 134)은 교대하는 기준 라인(135) 및 테스트 라인(136)으로 구성된 라인 쌍 어레이이다. 또한, 하부층(130) 상에, 도16A 및 도16B에 대해 더욱 상세하게 설명되는 콘트라스트 최적화 패턴(131)이 포함된다. 캐리지(14)는 테스트 패턴(129)을 스캔하도록 사용되는 정렬 센서 시스템(132)을 포함한다. 시스템(132)은 도17A 내지 도17D에 대해 더욱 상세하게 설명된다.
패턴(129)은 먼저 형성 표면(165) 상에 형성 재료의 층을 전개함으로써 생성된다. 인쇄 헤드(20)는 그 다음 형성 재료 분말의 층 상에 콘트라스트 향상 하부층(130)을 인쇄하도록 사용된다. 대체로, 콘트라스트 향상 하부층(130)은 인쇄된 층과 그의 주위 사이에 콘트라스트를 생성하기 위한 배경 기준을 제공한다. 대체로, 이후에 3차원 부품을 인쇄하도록 사용될 동일한 결합제 용액을 사용하여 정렬 공정을 수행하는 것 (예를 들어, 테스트 패턴(129)을 생성하는 것)이 바람직하다. 투명한 결합제는 투명한 결합제로 분말 상에 인쇄된 화상이 그의 인쇄되지 않은 주위로부터 구별되기 어려운 점에서, 특별한 문제점을 제시할 수 있다. 이러한 문제점은 콘트라스트 향상 하부층(130)을 인쇄함으로써 해결될 수 있지만, 이는 요구되는 것은 아니다.
콘트라스트 향상 하부층(130)은 정렬 패턴 대상의 전체 어레이(예를 들어, X-축 정렬 패턴(133), Y-축 정렬 패턴(134), 및 콘트라스트 최적화 패턴(131))의 아래에 놓이기에 충분한 치수의 형성 표면(165) 상에 인쇄된다. 몇몇 실시예에서, 마젠타 또는 시안과 같은 어두운 컬러가 사용될 수 있다. 영역은 컬러의 어두움을 증가시키기 위해 한번 이상 인쇄될 수 있다. 새로운 분말의 층이 그 다음 이러한 하부층(13) 위에 전개되어, 어두운 컬러를 숨긴다. 화상이 그 다음 투명한 결합제와 함께 새로운 층 상에 인쇄될 때, 분말은 인쇄된 영역 내에서 습윤되고, 어느 정도 투명해져서, 하부층(130)의 어두운 컬러를 드러낸다. 몇몇 실시예에서, 콘트라스트 향상 하부층(130) 및 그 위에 전개된 분말은 총괄하여 콘트라스트 향상 하부층(130)으로 지칭될 수 있다. 인쇄된 영역은 그 다음 그의 주위와 더욱 명확하게 대조를 이루어, 정렬 센서 시스템에 의해 더 쉽게 검출된다.
다음으로, 콘트라스트 최적화 패턴(131)이 콘트라스트 향상 하부층(130) 상에 인쇄된다. 몇몇 실시예에서, 콘트라스트 최적화 패턴(131)은 각각의 인쇄 헤 드(20)로부터 인쇄된 영역 또는 목표(143 내지 146; 도16A 참조)를 포함한다. 정렬 센서 시스템(132)은 그 다음 콘트라스트 최적화 패턴(131)의 어떤 목표(143 내지 146) (및 그의 대응하는 인쇄 헤드(20))가 콘트라스트 향상 하부층(130)의 비인쇄 영역(141; 도16A 참조)에 대해 가장 큰 콘트라스트를 갖는지를 결정하기 위해 콘트라스트 향상 하부층(130)과 함께 집합적으로 콘트라스트 최적화 패턴(131)을 형성하는 인쇄된 목표(143 내지 146)들 사이에서 최고 콘트라스트 영역을 결정한다.
일반적인 절차는 기준 표준으로서 4가지 컬러 중 하나를 채택하고 기준 컬러에 대한 다른 컬러의 위치 오차를 기술하는 것이다. 일 실시예에서, 4가지 컬러는 투명(인쇄 영역 143), 옐로우(인쇄 영역 144), 마젠타(인쇄 영역 145), 및 시안(인쇄 영역 146)을 포함한다. 비인쇄 배경과 가장 대조를 이루는 컬러를 기준으로서 채택하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적으로, 목표가 각각의 컬러로 인쇄되고, 그 다음 정렬 센서 시스템(132)에 의해 검사된다. 최소 광 센서 출력을 생성하는 컬러가 선택될 수 있다.
도16A 및 도16B는 콘트라스트 최적화 패턴(131)을 더욱 상세하게 설명한다. 도16A는 전술한 목표(142 내지 146)를 포함한 콘트라스트 최적화 패턴(131)의 그래프이다. 도16B는 광원 전류와 광 센서 출력(예를 들어, 정렬 센서 전류) 사이의 관계를 도시한다. 광 센서 상에 충돌하는 광이 증가함에 따라, 이는 결국 센서 출력이 최대치에 도달하여 비감응성이 되는 수준에 도달하여, 광 입력을 더욱 증가시킬 것이다. 이러한 비감응성 상태는 일반적으로 포화로 불리고, 도16B에서 포화 영역(147)에 의해 표시된다. 센서 출력의 비례 영역은 도16B에서 비례 영역(148)에 의해 표시된다. 센서 출력 신호의 정보량을 최대화하기 위해, 정상 작동 상태 하에서 센서를 포화시키는 것을 피하는 것이 바람직하다. 3D 프린터 내에서 사용되는 분말은 반사율에 있어서 크게 변할 수 있어서, 최대 센서 조도의 큰 변동을 생성한다. 이러한 효과를 보상하기 위해, 정렬 센서 조립체는 형성 표면 위의 비인쇄 영역(142) 위에 위치되고, 비인쇄 영역(142)을 감지한다 (도16A 참조). 광원을 통한 입력 전류는 감소하는 센서 출력이 포화를 표시할 때까지 점진적으로 증가된다. 광원 전류는 그 다음 비례 영역(148) 내에서 안전 작동 여유를 제공하도록 감소된다. 대안적으로, 광원 전류는 소정의 안전 광 센서 출력이 도달될 때까지 점진적으로 증가될 수 있다.
다시 도15를 참조하면, 서로에 대해 실질적으로 직각으로 배치된 라인 쌍의 2개의 실질적으로 동일한 어레이가 X-축 정렬 테스트 패턴(133) 및 Y-축 정렬 테스트 패턴(134)을 구성한다. 일 실시예에서, 테스트 패턴들 중 하나는 저속 축 인쇄를 표현하고, 다른 테스트 패턴은 3차원 프린터(10)의 고속 축 인쇄를 표현한다. 대체로, X-축 정렬 테스트 패턴(133) 및 Y-축 정렬 테스트 패턴(134)은 순차적으로 처리되고, 처리는 동일하다. 대체로, X-축 정렬 패턴(133) 및 Y-축 정렬 패턴(134)은 기준 라인(135) 및 테스트 라인(136)을 포함한다. 일 실시예에서, 기준 라인(135)은 콘트라스트 향상 하부층(130)에 대한 가장 큰 콘트라스트를 갖도록 결정된 인쇄 헤드(20)에 의해 생성된다. 라인 쌍은 도18, 도19A, 도19B, 및 도21A에 대해 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
몇몇 실시예에서, 콘트라스트 최적화 패턴(131)과 콘트라스트 향상 하부층(130) 사이의 최고 콘트라스트를 결정하기 위해, 캐리지(14)는 광의 원추(138)를 생성하는 광원(137), 예를 들어 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 광원은 레이저 또는 램프일 수 있고, 복수의 광원이 이용될 수 있다. LED 광원(137)은 검사되는 전체 영역을 조사한다. 몇몇 실시예에서, LED 광원(137)은 인쇄 및 비인쇄 영역들 사이에 높은 수준의 콘트라스트를 생성하기 위한 청록색이다. 광학 필터가 LED 출력을 포함하는 좁은 파장 창 내에서만 광을 통과시킨다. 주변광은 필터에 의해 통과되는 파장의 비교적 적은 광을 포함하여, 광 센서에 도달하는 광의 대부분은 광원으로부터 유래한다. 결과적으로, 시스템은 주변광 변동에 대해 비교적 비감응성이다.
다른 실시예에서, 주변광 비감응성은 관심있는 신호보다 훨씬 더 높은 주파수에서 광원(137) 출력을 변조함으로써 달성된다. 광 센서 출력은 변조된 광의 주파수만을 통과시키도록 전자식으로 필터링된다. 이는 광 수준을 낮추기 위해 시스템의 감도를 증가시킨다. 선택적인 렌즈가 광 수준을 낮추기 위해 시스템의 감도를 증가시킬 수 있다.
도17A 내지 도17D는 정렬 센서 시스템(132)을 더욱 상세하게 도시한다. 시스템(132)은 전형적으로 인쇄 헤드 캐리지(14)의 일부이다. 구체적인 실시예에서, 시스템(132)은 예를 들어 캐리지(14)를 유도하고, 인쇄 헤드(20)를 분출시키고, 정렬 센서 시스템(132)을 작동시키기 위한 로직을 포함하는 인쇄 회로 기판(160) 상에 장착된다. 시스템(132)은 대체로 광원(137), 광학 필터(161), 광 진입부(162), 광 센서(163), 및 선택적인 렌즈(164)를 포함한다. 광원(137)은 스캔되는 착색된 라인의 폭과 대체로 동일한 직경인 테스트 패턴(129) 상의 스폿을 조사하도록 사용된다. 광원(137) 및 광 센서(163)는 각각 포커싱되거나 포커싱되지 않을 수 있다. 도17C 내지 도17D는 정렬 센서 시스템(132)의 상이한 작동 상태를 도시한다. 도17C는 광 원추(138)에 의한 형성 표면 상의 조사 영역(166)의 조사를 도시한다. 일 실시예에서, 광원은 관심있는 영역을 광으로 충전시킨다. 도17D에서, 조사된 형성 표면(165) 상의 감지 영역(142)은 광을 다시 광 센서(163)로 반사시킨다. 전형적으로, 감지 영역(142)은 인쇄 목표(142 내지 146) 또는 기준 라인(135)의 일부 또는 테스트 라인(136)에 대응하고, 조사되는 영역(166)보다 면적이 더 작다. 튜브형 광 진입 채널(162)은 광 센서의 시야를 조사되는 영역에 대한 작은 스폿으로 제한한다. 몇몇 실시예에서, 광 센서(163)는 인쇄 표면의 조사되는 영역(166)으로부터 표면 광전압을 검출하는 능력을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(132)은 반사된 광을 센서(163) 상에 포커싱하기 위한 선택적인 렌즈(164)를 포함할 수 있다.
도18은 도15의 X-축 정렬 패턴(133)을 도시한다. X-축 정렬 패턴(133) 및 Y-축 정렬 패턴(134)은 라인 쌍들이 실질적으로 직교하게 배향되는 것을 제외하고는 실질적으로 동일하지만, 대안적인 구성이 본 발명의 범주 내에서 숙고되고 고려된다. 전술한 바와 같이, X-축 정렬 패턴(133)은 일련의 기준 라인(135) 및 테스트 라인(136)을 포함한다. 대체로, 각각의 기준 라인(135)은 콘트라스트 향상 하부층(130)에 대한 최고의 콘트라스트로 인쇄 헤드(20)에 의해 인쇄되고, 각각의 테 스트 라인(136)은 더 낮은 상대 콘트라스트로 3개의 잔여 인쇄 헤드(20) 중 적어도 하나에 의해 교대하는 패턴으로 인쇄된다. 인쇄 헤드의 개수가 상이한 실시예에서 변할 수 있으므로, 각각의 테스트 라인(136) 내의 대응하는 컬러 바아의 개수 또한 변할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 기준 라인(135)은 투명한 적층 재료로 만들어질 수 있고, 테스트 라인(136)은 순차적으로 반복되는 옐로우, 마젠타, 및 시안 컬러 적층물일 수 있다. 전형적으로, 테스트 패턴(129)은 인쇄 헤드(20)가 적절하게 정렬되었는지를 결정하기 위해 인쇄 헤드(20)에 의해 인쇄된다. 테스트 패턴(129)은 인쇄 헤드(20)가 완벽하게 위치되었다고 가정하여 인쇄된다. 테스트 패턴(129)이 인쇄되면, 캐리지(14)는 테스트 패턴(129)의 표면 위로 구동되고, 정렬 센서 시스템(132)은 테스트 라인(136)의 완벽한 위치로부터의 편차를 결정하기 위해 테스트 패턴(129)의 적어도 일부를 스캔한다. 스캔 결과는 그 다음 임의의 식별된 오차를 교정하기 위해 사용된다.
도19A 내지 도19B는 테스트 패턴을 가로지른 스캔 스폿 이동 경로(171)를 도시한다. 도19A는 공칭 X-축 정렬 패턴(170)을 도시한다. 감지 영역(142)이 라인 쌍 복제 방향(173)의 방향으로 인쇄된 라인 위로 통과할 때, 광 센서(163)는 광원(137)으로부터 유래한 반사광을 수신한다. 컬러 바아의 반사율은 비인쇄 배경(일례로, 비인쇄 배경은 백색임)과 다르고, 컬러들의 반사율은 서로 다르다. 도19B에 의해 도시된 바와 같이, 목표의 기본 단위는 단색의 기준 라인(135)과, 제1 컬러 바아(176), 제2 컬러 바아(177), 및 제3 컬러 바아(178)를 포함하는 조직적으로 변하는 짧은 바아(191)의 어레이(181)를 포함하는 테스트 라인(136)을 포함하는 라인 쌍(174)과 같은 라인 쌍이다. 대안적인 실시예는 더 많거나 더 적은 컬러 바아를 가질 수 있다. 총괄하여, 컬러 바아(176, 177, 178)는 테스트 라인(136)의 구성요소이다. 이러한 라인 쌍(174)은 연속적인 기준 라인들, 예를 들어 기준 라인(135)들 사이에서 일정한 피치(197; "P")로 도시된 방향으로 주기적으로 반복된다. 도19B의 예시적인 실시예에서, 라인 쌍(174)은 11회 반복되지만, 라인 쌍의 개수는 특정 용도 및/또는 원하는 수준의 정확성에 적합하게 변할 것이다.
일 실시예에서, 스캔 스폿은 기준 라인(135)에 대해 직교하는 이동 경로를 따라 라인 쌍(174)의 어레이를 횡단한다. 도19B에 의해 도시된 실시예에서, 목표의 완전한 검사는 33회의 스캔 스폿 통과를 요구한다. 3개의 전형적인 스캔 경로 이동 경로(171)가 표시되어 있다 (도19A 참조). 일 실시예에서, 컬러 바아(176, 177, 178)의 폭, 바아들 사이의 최소 예상 공간, 및 스캔 스폿의 크기는 실질적으로 동일해야 한다. 도19B에 도시된 컬러 바아(176, 177, 178)는 기준 라인 피치(197; P)의 약 절반과 대체로 동일한 간격으로 조직적으로 변한다. 예시적인 짧은 바아는 짧은 바아(191)로서 식별된다. 일 실시예에서, 변동의 증분("δ")은 전형적으로 300 dpi 또는 0.007 인치에서 2 픽셀일 수 있다. 컬러 바아(176, 177, 178)의 3개의 짧은 바아의 최상부 그룹의 위치는 명목상 2개의 기준 라인(135)들 사이에서 등거리에 인쇄된다. 어레이 아래로 진행하면서, 3개의 컬러 바아(176, 177, 178)의 그룹은 증가하는 양, 예를 들어 +/- nδ만큼 중심 위치로부터 벗어나고, 여기서 "n"은 정수이다 (예를 들어, 1δ, 2δ, 3δ 등). 기준 라인(135) 및 테스트 라인(136)의 폭 및 피치는 신호 콘트라스트를 최적화하도록 선택된다. 본 명세서에서 주어지는 치수는 단지 예시적인 목적이고, 제한적으로 고려되지 않아야 한다.
도20A 내지 도20D는 단일 스캔 스폿 이동 경로(171)에 대한 정렬 공정의 일 실시예를 도시한다. 도20A 및 도20B는 기준 라인(135) 및 테스트 라인(136)을 가로지른 캐리지 이동 방향(193)으로의 단일 스캔 스폿 통과 이동 경로(171)를 도시한다. 스캣 스폿이 인쇄된 컬러 바아 위로 통과할 때, 광 센서는 광원(137)으로부터 유래한 반사광을 수신한다. 컬러 바아의 반사율은 비인쇄 배경과 다르고, 컬러들의 반사율은 서로 다르다. 도20C는 컬러 바아 간격에 관련된 강한 주기성 및 상이한 컬러 반사율로 인한 피크 진폭 변동을 나타내는 센서 출력 신호를 도시한다.
도20D에 도시된 바와 같이, 임의의 신호는 일정한 이산 주파수, 일정한 진폭, 및 고정된 표준에 대한 일정한 위상 관계를 각각 갖는 임의의 복수의 사인파의 합으로서 표현될 수 있다. 신호의 사인파 성분을 추출하는 공정은 푸리에 분석으로 불린다. 통상의 실질적인 접근은 신호를 디지털화하고, 그 다음 고속 푸리에 변환("FFT")과 같은 계산 알고리즘을 채용하는 것이다. 도20D는 도20C에 도시된 신호의 기본 조파 성분을 도시한다. 이러한 성분의 주파수는 테스트 패턴(129)에 대해 부가된 기하학적 구속에 의해 고정된다. 각각의 성분의 크기는 컬러 반사율의 차이에 의해 그리고 조정 가능한 컬러 바아의 그의 중심 위치에 대한 변위(183; "E", 도20B 참조)에 의해 영향을 받는다. 주파수가 기준 바아 주파수의 3배인 조파 성분의 크기는 완벽한 정렬로부터의 컬러 테스트 바아 변위와 함께 증가하고, 변위의 크기를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 도20D는 공간 주파수를 표시하는 센서 출력과, 제1 조파 값(185), 제2 조파 값(186), 제3 조파 값(187), 및 제5 조파 값(188)의 그래프이다. 제1 조파 값(185)은 오정렬의 표시로서 사용될 수도 있다.
도21A 및 도21B는 본 발명에 따른 테스트 패턴의 일 실시예의 오정렬을 도시하는 정렬 패턴을 도시한다. 전술한 바와 같이, 도19A의 정렬 패턴은 완벽한 정렬 시에 인쇄 헤드(20)에 의해 인쇄되는 바와 같이 도시되어 있다. 도21A는 오정렬된 인쇄 헤드(20)에 의해 인쇄된 정렬 패턴을 도시한다. 제2 컬러 바아(192)를 포함하는 각각의 조정 가능한 컬러 바아는 그의 공칭 정위치로부터 변위된 위치에서 실제로 인쇄된다. 이러한 정렬 패턴을 사용하여 각각의 컬러의 위치 오차(183)를 결정하기 위해, 이러한 패턴을 가로지른 총 11회의 스캔이 도시된 바와 같이, 필요하다. 각각의 스캔은 도20C에 도시된 종류의 신호를 생성할 것이다. 이들 각각의 신호에 대해, 제3 조파의 크기는 디지털 FFT 또는 아날로그 필터링에 의해 추출될 수 있다. 제3 조파의 크기가 오정렬과 함께 신뢰할 수 있게 증가하지만, 오정렬은 조파의 크기 중 단지 하나의 성분이다. 피크의 일부는 일정하고, 라인 폭/공간 비율에 의존한다. 피크의 일부는 가변적이고, 컬러 바아들이 기준 라인(135)들 사이에서 얼마나 잘 중심 설정되는지에 의존한다.
제3 조파의 크기가 어떤 공칭 컬러 바아 변위에서 최소화되는지를 결정하는 것은 이러한 다른 성분을 제외시킨다. 각각의 스캔에 대해 관심있는 조파, 예를 들어 제3 조파의 최대값이 수집된다. 이러한 데이터 지점들의 곡선을 맞추고 이렇게 맞춰진 곡선의 최소점을 결정함으로써 (도21B 참조), 오정렬을 오정렬 패턴 단 차 해상도의 분획 내로 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 검사되는 인쇄 헤드가 완벽하게 정렬되었으면, 맞춰진 곡선의 최소점은 0의 공칭 컬러 바아 변위(175)와 일치한다.
최소 위치는 정확한 교정 인자를 산출한다. 일 실시예에서, 교정 인자는 인쇄 헤드에 대한 분출 신호의 타이밍을 변경하도록 사용되고, 이에 의해 인쇄 헤드 출력의 위치를 변경한다. 구체적으로, 이러한 실제 측정된 오정렬은 기계적 오정렬이 인쇄 중에 자동으로 보상될 수 있도록, 인쇄 헤드(20)가 일찍 또는 늦게 "분출"하게 하는 교정용 기하학적 오프셋으로서 사용될 수 있다. 결과적으로, 매우 높은 수준의 인쇄 정확성이 달성될 수 있어서, 복수의 인쇄 헤드를 채용할 때에도 치수가 정확한 3차원 물품을 생성한다. 일 실시예에서, 정렬 공정은 임의의 3차원 부품을 인쇄하기 전에 그리고/또는 인쇄 헤드가 교체된 후에 수행된다.
본 발명의 특정 실시예를 설명했지만, 본 명세서에서 개시된 개념을 포함하는 다른 실시예가 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않고서 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 설명된 실시예는 모든 측면에서, 단지 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다.

Claims (19)

  1. 3차원 프린터의 복수의 인쇄 헤드로 테스트 패턴을 생성하는 방법이며,
    테스트 패턴을 수용하기 위한 형성 표면 상의 영역을 한정하는 단계와,
    기준 인쇄 헤드를 선택하는 단계와,
    기준 인쇄 헤드로 기준 라인을 인쇄하는 단계와,
    잔여 인쇄 헤드 중 적어도 하나로 기준 라인에 근접하여 테스트 라인을 인쇄하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 영역을 한정하는 단계는 형성 표면 상에 콘트라스트 향상 하부층을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 콘트라스트 향상 하부층을 생성하는 단계는,
    적어도 하나의 인쇄 헤드를 사용하여 단색의 컬러로 영역을 인쇄하는 단계와,
    형성 재료의 적어도 하나의 비인쇄 층으로 인쇄 영역을 중첩하는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 인쇄 헤드를 선택하는 단계는,
    각각의 인쇄 헤드로 콘트라스트 향상 하부층 위에 목표를 인쇄하는 단계와,
    어떤 목표가 비인쇄 영역에 대해 최고의 콘트라스트를 갖는지를 식별하기 위해 목표들을 비교하는 단계와,
    최고 콘트라스트 목표와 관련된 인쇄 헤드를 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 인쇄 헤드는 마젠타, 옐로우, 시안, 투명, 및 검정색으로 구성된 그룹으로부터 선택된 컬러를 갖는 액체 결합제로 인쇄하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 테스트 라인을 인쇄하는 단계는 복수의 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 대응하는 복수의 테스트 라인을 인쇄하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 기준 라인을 인쇄하는 단계 및 테스트 라인을 인쇄하는 단계는,
    하나의 기준 라인 및 하나의 테스트 라인을 각각 포함하는, 인쇄 헤드의 고속 축 이동에 대해 평행한 복수의 명목상 동일한 라인 쌍을 인쇄하는 단계와,
    하나의 기준 라인 및 하나의 테스트 라인을 각각 포함하는, 인쇄 헤드의 고속 축 이동에 대해 직교하는 복수의 명목상 동일한 라인 쌍을 인쇄하는 단계
    를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 복수의 라인 쌍은 동일하게 이격된 선형 어레이로서 배열되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 테스트 라인은 일련의 테스트 바아를 포함하고, 각각의 잔여 인쇄 헤드는 기준 라인들의 공칭 어레이 간격의 ½과 동일한 대응하는 기준 라인으로부터의 거리에 명목상 위치되는 중심 테스트 바아를 인쇄하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 잔여 인쇄 헤드는 중심 테스트 바아 주위에 증분식으로 변위되는 복수의 추가의 테스트 바아를 인쇄하는 방법.
  11. 3차원 프린터 내의 복수의 인쇄 헤드를 정렬하기 위한 테스트 패턴이며,
    복수의 균일하게 이격된 단색의 기준 라인과,
    복수의 기준 라인과 교대하는 패턴으로 배치된 복수의 테스트 라인
    을 포함하고,
    각각의 테스트 라인은 비기준 컬러의 적어도 하나의 바아를 포함하는 테스트 패턴.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 라인은 고속 축 인쇄 헤드 이동에 대해 평행하게 배향되고, 제2의 복수의 라인은 고속 축 인쇄 헤드 이동에 대해 직교하게 배향되는 테스트 패턴.
  13. 복수의 인쇄 헤드를 정렬하기 위해 교정 인자를 결정하는 방법이며,
    형성 표면 상에 테스트 패턴을 인쇄하는 단계와,
    테스트 패턴을 나타내는 전기 신호의 세트를 발생시키는 단계와,
    전기 신호를 적어도 하나의 주파수에서 그의 조파 내용을 결정하기 위해 분석하는 단계와,
    전기 신호의 조파 내용에 기초하여 교정 인자를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 전기 신호를 발생시키는 단계는,
    테스트 패턴을 조사하는 단계와,
    소정의 위치에서 테스트 패턴의 반사율을 측정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 전기 신호를 분석하는 단계는 아날로그 필터 및 디지털 필터 중 적어도 하나의 적용에 의해 소정의 주파수에서 신호의 조파 내용을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 교정 인자는 선택된 조파의 최저값이 결정되는 변위의 크기에 의해 산출되는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 교정 인자는, 주파수가 상기 테스트 패턴을 이루는 기준 라인 사이의 피치의 역수에 해당하는 기준 주파수의 정수배인 조파값의 세트에 맞춰지고 상기 조파값의 세트를 나타내는 분석 곡선의 최소값을 구함으로써 결정되는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 교정 인자는, 주파수가 상기 테스트 패턴을 이루는 기준 라인 사이의 피치의 역수에 해당하는 기준 주파수의 3배인 제3 조파값의 세트로부터 결정되는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 교정 인자는, 주파수가 상기 테스트 패턴을 이루는 기준 라인 사이의 피치의 역수에 해당하는 기준 주파수의 1배인 제1 조파값의 세트로부터 결정되는 방법.
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