KR102317605B1 - 3차원 물체 프린터들에 다중 노즐 압출기들의 정렬을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

3차원 물체 프린터들에 다중 노즐 압출기들의 정렬을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

다중 노즐 압출기의 배향에서 각 편차를 식별하기 위한 방법은 제 1 압출 물질 스와스를 형성하기 위해 제 1 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키는 단계와, 제 2 압출 물질 스와스를 형성하기 위해 제 1 프로세스 방향에 대향하는 제 2 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키는 단계를 포함한다. 방법은 스캐닝된 이미지 데이터로부터 스와스들의 폭 및 높이를 식별하는 단계, 제 1 스와스 폭과 제 2 스와스 폭 사이의 차이값과, 제 1 스와스 높이와 제 2 스와스 높이 사이의 다른 차이값 중 적어도 하나를 참조하여 다중 노즐 압출기에 대한 각 편차의 성분을 식별하는 단계를 더 포함한다.

Description

3차원 물체 프린터들에 다중 노즐 압출기들의 정렬을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALIGNMENT OF A MULTI-NOZZLE EXTRUDER IN THREE-DIMENSIONAL OBJECT PRINTERS}
본 개시는 3차원 물체 프린터들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 노즐들을 포함하는 압출기들의 정렬에 관한 것이다.
또한 추가 제조로서 알려진 3차원 프린팅은 사실상 임의의 형상의 디지털 모델로부터 3차원 고체 물체를 제작하는 프로세스이다. 많은 3차원 프린팅 기술들은, 추가 제조 디바이스가 이전에 증착된 층들의 상부 상에 부분의 연속 층들을 형성하는 추가 프로세스를 이용한다. 이들 기술들 중 몇몇은, 미리 결정된 패턴에서 가열된 및 연화된 ABS 플라스틱과 같이 압출기가 용융된 구축 물질을 방출하는 압출 프린팅을 이용한다. 프린터는 일반적으로 다양한 형상들 및 구조들을 갖는 3차원 프린팅된 물체를 형성하는 구축 물질의 연속 층들을 형성하기 위해 압출기를 동작한다. 많은 프린터들이 용융된 물질을 방출하기 위해 단일 노즐을 포함하는 압출기를 이용하지만, 몇몇 압출기들은 다중 노즐들을 포함한다.
3차원 물체 프린터들의 동작에 직면하는 한 가지 도전은 3차원 프린팅된 물체들을 형성하기 위해 용융된 물질을 수용하는 기저 표면과의 압출기들의 적절한 정렬을 포함한다. 많은 프린터들에서, 압출기는 용융된 구축 물질의 제 1 층을 평평한 수용 부재 상으로 방출하고, 부분적으로 완료된 3차원 물체의 외부 층 위에 구축 물질의 각 연속 층을 형성한다. 동작 동안, 압출기가 기저 수용 부재와의 평행한 배향으로부터 편이하면, 압출기의 면은 용융된 물질의 형상을 왜곡할 수 있고, 이것은 3차원 프린팅된 물체들의 품질을 감소시킬 수 있다. 노즐들의 어레이들을 갖는 더 큰 압출기 면들을 포함하는 다중 노즐 압출기들은 기저 수용 부재와의 평행함으로부터 각 편차를 특히 용이한다. 3차원 물체의 다중 층들 위에 구축 물질 화합물의 왜곡은 부적절하게 정렬된 압출기를 이용하여 3차원 물체 프린터가 형성하는 3차원 프린팅된 물체들의 품질을 감소시킬 수 있다. 따라서, 다중 노즐 압출기들에서 각 편차의 측정 및 보정을 가능하게 하는 3차원 물체 프린터들에 대한 개선은 유리하다.
일실시예에서, 다중 노즐 압출기의 각 편차를 식별하기 위해 3차원 물체 프린터를 동작하기 위한 방법이 개발되었다. 방법은 액추에이터(actuator)로 3차원 물체 프린터의 프린트 존 내에서 제 1 축을 따라 제 1 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키는 단계, 제 1 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 1 스와스(swath)를 형성하기 위해 압출 물질을 프린트 존에서의 수용 부재의 표면 상으로 방출하기 위해 다중 노즐 압출기에 복수의 노즐들에 제 1 노즐을 동작시키는 단계, 액추에이터로, 3차원 물체 프린터의 프린트 존 내에서 제 1 축을 따라 제 2 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키는 단계로서, 제 2 프로세스 방향은 제 1 프로세스 방향과 상이한, 다중 노즐 압출기를 이동시키는 단계, 제 2 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 2 스와스를 형성하기 위해 압출 물질을 프린트 존에서의 수용 부재의 표면 상으로 방출하기 위해 복수의 노즐들에서의 제 1 노즐을 동작시키는 단계, 광 센서로, 제 1 스와스 및 제 2 스와스의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하는 단계, 제어기로 스캐닝된 이미지 데이터에서 제 1 스와스의 제 1 폭 및 제 1 높이 중 적어도 하나를 식별하는 단계, 제어기로 스캐닝된 이미지 데이터에서 제 2 스와스의 제 2 폭 및 제 2 높이 중 적어도 하나를 식별하는 단계, 및 제어기로 제 1 폭과 제 2 폭 사이의 제 1 차이값과, 제 1 높이와 제 2 높이 사이의 제 2 차이값 중 적어도 하나를 참조하여 다중 노즐 압출기에 대한 제 1 각 편차 성분을 식별하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 다중 노즐 압출기의 각 편차를 식별하도록 구성되는 3차원 물체 프린터가 개발되었다. 3차원 물체 프린터는 프린트 존에 위치된 다중 노즐 압출기, 프린트 존에서 다중 노즐 압출기를 이동시키도록 구성된 액추에이터, 프린트 존의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 광 센서, 및 다중 노즐 압출기, 액추에이터, 및 광 센서에 동작 가능하게 연결된 제어기를 포함한다. 제어기는 액추에이터를 이용하여 프린트 존 내에서 제 1 축을 따라 제 1 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키고, 제 1 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제1 스와스를 형성하기 위해 프린트 존에서 수용 부재의 표면 상으로 압출 물질을 방출하기 위해 다중 노즐 압출기에 복수의 노즐들에 제 1 노즐을 동작시키고, 액추에이터를 이용하여 3차원 물체 프린터의 프린트 존 내에서 제 1 축을 따라 제 2 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기를 이동시키되, 제 2 프로세스 방향은 제 1 프로세스 방향과 상이하고, 제 2 프로세스 방향으로 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 2 스와스를 형성하기 위해 프린트 존에서 수용 부재의 표면 상으로 압출 물질을 방출하기 위해 복수의 노즐들에서의 제 1 노즐을 동작시키고, 광학 스캐너를 이용하여 제 1 스와스 및 제 2 스와스의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하고, 스캐닝된 이미지 데이터에서 제 1 스와스의 제 1 폭 및 제 2 높이 중 적어도 하나를 식별하고, 스캐닝된 이미지 데이터에서 제 2 스와스의 제 2 폭 및 제 2 높이 중 적어도 하나를 식별하고, 제 1 폭과 제 2 폭 사이의 제 1 차이값과 제 1 높이와 제 2 높이 사이의 제 2 차이값 중 적어도 하나를 참조하여 다중 노즐 압출기에 대한 제 1 각 편차 성분을 식별하도록 구성된다.
다중 노즐 압출기들을 갖는 3차원 물체 프린터들의 이전 양상들 및 다른 특징들은 첨부 도면과 연계하여 취해진 다음의 설명에서 설명된다.
도 1은 3차원 물체 프린터의 개략도.
도 2는 3차원 물체 프린터에서의 수용 부재와의 미리 결정된 배향으로부터 압출기의 각 편차를 식별하기 위한 프로세스의 블록도.
도 3은 다중 노즐 압출기의 예시적인 실시예 및 다중 노즐 압출기의 각 편차의 예에서 노즐들의 개략도.
도 4는 도 3의 다중 노즐 압출기가 도 1의 3차원 물체 프린터의 동작 동안 발생하는 미리 결정된 테스트 패턴의 개략도.
도 5는 3차원 물체 프린터에서 압출기 각 편차의 효과를 도시한 도면.
도 6은 압출 물질의 스와스들의 스캐닝된 이미지 데이터에서의 픽셀들의 기준 레벨들을 압출 물질의 상이한 스와스들의 높이들에 매핑하는 곡선을 도시한 도면.
본원에 개시된 디바이스에 대한 환경 및 디바이스에 대한 세부 사항들의 일반적인 이해를 위해, 도면이 참조된다. 도면들에서, 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "압출 물질"은 3차원 물체 프린터의 동작 동안 물체를 형성하거나 물체에 대한 구조적 지지부를 제공하는 물질의 층들을 형성하기 위해 압출기에서의 하나 이상의 노즐들이 방출하는 물질을 언급한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 프린터는, 프린터가 압출기의 배향에서 각 편차를 식별하도록 하기 위해 미리 결정된 테스트 패턴들을 형성하기 위해 다중 노즐 압출기에서의 상이한 노즐들을 이용하여 압출 물질의 미리 결정된 배열들을 형성하도록 추가로 구성된다. 압출 물질들은 3차원 프린팅된 물체의 영구 부분들을 형성하는 "구축 물질들"과, 프린팅 프로세스 동안 구축 물질의 부분들을 지지하기 위해 임시 구조들을 형성하고 그런 후에 프린팅 프로세스의 완료 후에 선택적으로 제거되는 "지지 물질들" 모두를 포함하지만, 여기에 엄격히 제한되지 않는다. 구축 물질들의 예들은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 플라스틱, 폴리락틱산(PLA), 지방족 또는 반-방향족 폴리아미드(나일론), 현가된 탄소 섬유 또는 다른 응집 물질들을 포함하는 플라스틱, 전기 전도성 폴리머, 다른 열가소성 물질, 및 내구성 3차원 프린팅된 물체를 형성하기 위해 액체 또는 반-액체 형태에서의 압출기의 노즐들을 통한 방출을 위해 그런 후에 고체화를 위해 적합한 임의의 다른 형태의 물질을 포함하지만, 여기에 제한되지 않는다. 지지 물질들의 예들은 고충격 폴리스티렌(HIPS), 폴리비닐 알코올(PVA), 및 다른 압출 가능한 물질들을 포함하지만, 여기에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, "압출기" 또는 "압출기"라는 용어는 상호 교환적으로 사용되고, 압출 물질을 용융하고 3차원 프린팅 동작 동안 압출 물질의 연장된 스와스들을 형성하기 위해 주문형 방식으로 공통 페이스플레이트(faceplate)를 공유하는 다중 노즐들에 용융된 압출 물질을 제공하는 프린터의 성분을 언급한다. 활성화될 때, 압출기에서의 각 노즐은 연속적인 방식으로 압출 물질을 압출하고, 압출 헤드는 활성화된 노즐들이 압출 물질의 연장된 스와스들을 형성하도록 하기 위해 프로세스 방향으로 이동한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 압출기에서의 밸브 조립체는, 다중 노즐들의 동시 동작이 프린팅 동작 동안 상이한 시간에 압출 물질을 압출하도록 한다. 다중 노즐 압출기들은 3차원 물체 프린팅 프로세스 동안 압출 물질을 동시에 또는 상이한 시간에 압출하는 2개 이상의 노즐들을 병합한다.
본원에 사용된 바와 같이, "노즐"이라는 용어는 압출기와 수용 표면 사이의 상대적인 이동의 경로에 대응하는 압출 물질의 압출된 패턴들을 형성하기 위해 3차원 프린팅 동작 동안 액체 또는 반-액체 압출 물질을 압출하는 압출기에서의 오리피스(orifice)를 언급한다. 노즐 오리피스는 압출기의 외부 면과 동일 선상에 형성된다. 동작 동안, 노즐은 압출기의 프로세스 경로를 따라 용융된 물질의 실질적으로 연속적인 선형 배열을 압출한다. 압출기는, 노즐이 압출 물질을 압출하는 속도를 제어한다. 압출기는 개별적인 노즐들로부터 압출 물질의 방출을 활성화하고 비활성화하기 위한 밸브들을 포함한다. 노즐에서의 오리피스의 직경은 압출 물질의 압출된 라인의 폭에 영향을 미친다. 상이한 압출기 실시예들은 더 좁은 오리피스들이 압출 물질의 더 좁은 배열들을 발생시키는 동안 압출 물질의 더 넓은 배열들을 발생하는 더 넓은 오리피스들을 갖는 오리피스 크기의 범위를 갖는 노즐들을 포함한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 몇몇 다중 노즐 압출기 실시예들은 노즐들의 선형 1차원 또는 2차원 배열을 포함하는 플레이트 또는 다른 평평한 부재를 포함한다.
노즐들의 1차원 또는 2차원 어레이를 포함하는 다중 노즐 압출기들은 노즐들의 출구들을 포함하는 압출기의 면과 수용 부재 사이의 각 편차에 의해 영향을 받는다. 압출기의 면은 압출기에서의 개별적인 압출 노즐들에 대한 노즐 개구부들의 2차원 배열을 위한 하우징을 제공하는 평평한 영역을 포함한다. 일실시예에서, 수용 부재는 압출기에서의 노즐들로부터 압출된 물질의 배열을 수용하는, 금속 플레이트 또는 다른 적합한 부재와 같은 다른 평평한 표면이다. 완전히 정렬된 구성에서, 압출기는 수용 부재의 표면에 대해 미리 결정된 배향으로 배열되지만, 동작 동안, 압출기는 종종 미리 결정된 배향으로부터 각 편차를 경험한다. 몇몇 실시예들에서, 미리 결정된 배향은 수용 부재의 2차원 표면과의 평행한 배향으로 압출기에서의 노즐들의 2차원 배열을 위치시킨다. 예를 들어, 수용 부재가 실질적으로 평편한 평평한 표면이면, 적절히 정렬된 구성에서의 압출기의 면에서의 노즐들은 수용 부재의 표면에 의해 한ㅌ정된 다른 평면과 평행한 평면에 정렬된다. 본원에 사용된 바와 같이, "평행한"이라는 용어는 3차원 공간 내에서 서로 균일한 거리만큼 분리되는 2개의 평평한 표면들을 기재하기 위해 종래 기술에 사용된 이 용어의 일관되게 있는 그대로의 통상적인 의미로 사용된다. 하지만, 실질적인 실시예들에서, 압출기의 면과 수용 부재는 또한, 엄격히 평행한 배향으로부터의 각 편차가 3차원 물체 프린터에서의 배향에 대해 미리 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 경우 평행한 정렬을 갖는 것으로 또한 고려된다.
본원에 사용된 바와 같이, "각 편차" 또는 더 간단하게 "편차"라는 용어는 수용 부재와의 평행한 배향으로부터 압출기의 면의 각도 오정렬을 언급한다. 본원에 사용된 바와 같이, "각 편차 성분" 또는 더 간단하게 "성분"이라는 용어는 단일 축을 따라 측정되는 총 각 편차의 부분을 언급한다. 각각의 각 편차 성분은 3차원 공간에서 하나의 축에 대한 압출기의 면에 대해 평행으로부터 총 각 편차의 부분을 식별한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 3차원 물체 프린터는 각 편차의 개별적인 성분들을 식별하기 위해 압출 물질의 테스트 패턴들을 형성하기 위해 압출기를 동작한다. 단일 축에 대한 각 편차 성분의 측정은, 압출기가 상이한 축들을 따라 각 편차를 경험할 수 있더라도 단일 축에 대한 압출기의 오정렬을 식별하고 정정하는데 유용하다. 더욱이, 상이한 축들에 대한 각 편차의 2개 이상의 성분들을 측정하는 것은 3차원 공간에서 압출기와 수용 부재 사이의 평행으로부터 각 편차의 식별을 가능하게 한다.
본원에 사용된 바와 같이, "압력 챔버"라는 용어는 액화된 압출 물질의 공급을 유지하고 3차원 물체 프린팅 동작 동안 액화된 압출 물질을 압출기에서의 하나 이상의 노즐들에 공급하는 압출기의 면 내에 형성된 공동(cavity)을 언급한다. 압력 챔버는, 하나 이상의 노즐들이 압출 물질을 수용 표면 상으로 압출하는 속도를 제어하기 위해 액체 압출 물질 상의 미리 결정된 레벨의 압력을 유지하도록 추가로 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 압력 챔버의 입구에 연결되는 압출 물질에 대한 외부 공급 시스템은 압출기의 동작 동안 압력 챔버 내에서 미리 결정된 압력 레벨을 유지하기 위해 압력 하에 액화된 압출 물질을 공급한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 몇몇 압출기들이 밸브들을 이용하여 개인에 기초하여 활성화되고 비활성화되는 다중 노즐들을 포함하기 때문에, 압력 챔버는 액화된 압출 물질을 공급하여, 임의의 활성화된 노즐들은 프린팅 동작 동안 다수의 활성화된 노즐들이 변할 때조차 압출 물질을 실질적으로 일정한 속도로 압출한다.
본원에 사용된 바와 같이, "압출 물질의 배열"이라는 용어는 3차원 물체 프린팅 동작 동안 압출기가 수용 표면 상에 형성하는 압출 물질의 임의의 패턴을 언급한다. 압출 물질의 공통 배열들은 압출 물질의 일직선 선형 배열들과 압출 물질의 굴곡진 배열들을 포함한다. 3차원 물체 프린터는 압출 물질의 상이한 배열들의 조합을 이용하여 다양한 구조들을 형성한다. 추가적으로, 몇몇 구성들에서, 3차원 물체 프린터에서의 디지털 제어기는 압출기 및 압출기에서의 개별적인 노즐들을 동작시켜, 미리 결정된 구조와의 압출된 물질들의 특정한 배열들을 포함하는 미리 결정된 테스트 패턴을 형성한다. 3차원 물체 프린터는 3차원 물체 프린터의 동작 동안 압출기가 형성하는 압출 물질 스와스들의 높이 및 폭에서의 변동을 감소시키거나 제거하기 위해 적어도 하나의 축에 대한 수용 부재에 대한 압출기의 각 편차를 식별하기 위해 프린팅된 테스트 패턴의 자동화된 이미지 분석을 수행한다.
본원에 사용된 바와 같이, "스와스"라는 용어는 영역 주위에 외곽선을 형성하는 압출 물질의 경계면들 내의 수용 표면의 영역 상으로 하나 이상의 노즐들이 압출하는 압출 물질의 일직선 또는 굴곡진 배열을 언급한다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 압출기는 3차원 물체 프린팅 동작 동안 압출 물질의 하나 이상의 층들을 형성하기 위해 압출 물질의 스와스들을 형성하도록 하나 이상의 압출 노즐들을 이용한다.
본원에 사용된 바와 같이, "프로세스 방향"이라는 용어는 압출기에서의 하나 이상의 노즐들로부터 압출 물질을 수용하는 수용 표면과 압출기 사이의 상대적인 이동의 방향을 언급한다. 수용 표면은 추가적인 제조 프로세스 동안 3차원 프린팅된 물체 또는 부분적으로 형성된 3차원 물체의 표면을 유지하는 수용 부재 중 어느 하나이다. 본원에 기재된 예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 액추에이터들은 프린트 존에서 압출기를 이동시키지만, 대안적인 프린터 실시예들은 압출기가 고정적으로 남아있는 동안 프로세스 방향으로 상대적인 운동을 발생하기 위해 수용 부재를 이동한다.
본원에 사용된 바와 같이, "십자가 프로세스 방향"이라는 용어는 프로세스 방향에 수직인 축을 언급한다. 프로세스 방향 및 십자가 프로세스 방향은 압출 물질을 수용하는 표면과 압출기 사이의 상대적인 이동 경로를 언급한다. 몇몇 구성들에서, 압출기는 압출기에서의 인접한 노즐들 사이에서 십자가 프로세스 방향에서의 미리 결정된 거리를 갖는 십자가 프로세스 방향을 따라 연장하는 노즐들의 어레이를 포함한다.
도 1은 3차원 프린팅된 물체들을 형성하기 위해 압출기를 동작시키도록 구성되는 3차원 물체 프린터("프린터")(100)를 도시한다. 프린터(100)는 수용 부재(102), 다중 노즐 압출기(108), 압출기 지지 아암(112), 제어기(128), 메모리(132), X/Y 액추에이터들(150), Z 액추에이터(158), 압출기 각 조정 액추에이터들(172 및 176), 카메라(160), 및 선택적 변위 센서(164)를 포함한다. 프린터(100)에서, X/Y 액추에이터들(150)은 3차원 프린팅된 물체에서 하나의 층을 형성하는 압출 물질의 패턴들을 압출하기 위해 X 및 Y 축들을 따라 압출기(108)를 2차원 평면("X-Y 평면")에서 상이한 장소들로 이동한다. 예를 들어, 도 1에서, X/Y 액추에이터들(150)은 Y 축을 따라 이동시키기 위해 가이드 레일들(113)을 따라 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 병진 이동시키는 한편, X/Y 액추에이터들(150)은 X 축을 따라 압출기를 이동시키기 위해 지지 아암(112)의 길이를 따라 압출기(108)를 병진 이동한다. 액추에이터들(150)은, 압출기(108)가 수용 부재(102)의 표면 상에 압출된 물질의 패턴들을 형성하도록 하기 위해 수용 부재(102)의 표면 위에 위치된 프린트 존(140) 내에서 상이한 프로세스 방향으로 압출기(108)를 이동한다.
지지 아암(112)은 수용 부재와, 프린팅 동작 동안 압출기(108)를 이동시키는 하나 이상의 액추에이터들을 포함한다. 프린터(100)에서, 하나 이상의 액추에이터들(150)은 프린팅 동작 동안 X 및 Y 축들을 따라 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 이동한다. 예를 들어, 액추에이터들(150) 중 하나는 Y 축을 따라 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 이동시키는 한편, 다른 액추에이터는 X 축을 따라 이동시키기 위해 지지 아암(112)의 길이를 따라 압출기(108)를 이동한다. 프린터(100)에서, X/Y 액추에이터들(150)은 일직선 또는 굴곡진 경로들을 따라 동시에 X 및 Y 축들을 따라 선택적으로 압출기(108)를 이동한다. 제어기(128)는, 압출기(108)에서의 노즐들이 압출 물질의 패턴들을 수용 부재(102) 상으로 압출하도록 하는 선형 경로들에서 압출기(108)의 이동을 제어한다. 압출 물질의 미리 결정된 테스트 패턴을 형성하기 위해, 제어기(128)는 수직 X 및 Y 축을 따라 래스터화된 프로세스 방향으로 압출기(108)를 이동한다.
프린터(100)에서, Z 액추에이터(158)는, 압출기(108)에서의 노즐들이 프린팅 프로세스 동안 압출 물질을 물체 상으로 압출하기 위해 적절한 높이에 남아 있는 것을 보장하기 위해 Z 축을 따라 압출기(108)와 수용 부재(102) 사이의 거리를 제어한다. 프린터(100)에서, X/Y 액추에이터들(150), 및 Z 액추에이터(158)는 전기 모터, 스테퍼 모터, 또는 임의의 다른 적합한 전기 기계 디바이스와 같은 전기 기계 액추에이터로서 구현된다.
수용 부재(102)는 프린터(100)의 동작 동안 3차원 프린팅된 물체의 테스트 패턴들 또는 층들을 포함하는 압출 물질의 패턴들을 수용하는, 유리 플레이트, 폴리머 플레이트, 또는 폼(foam) 표면과 같은 평평한 부재이다. 압출기(108)는 복수의 노즐들을 둘러싸는 압출기(108)의 평평한 부분으로 형성되는 압출기 면(308)을 포함한다. 압출기 면(308)은 예를 들어, 노즐들의 오리피스들을 둘러싸기 위해 구조를 형성하는 압출기의 스테인리스 스틸 또는 다른 금속 부분이다. 활성화될 때, 각 노즐은 압출 물질을 수용 부재(102)의 표면 또는 부분적으로 형성된 물체의 표면 상으로 압출한다. 압출기(108)에서의 개별적인 노즐들은 개인에 기초하여 압출기(108)에서의 노즐들을 통해 압출 물질의 흐름을 활성화하고 비활성화할 수 있는 밸브들에 각각 결합된다. 도 1의 예에서, 압출 물질 공급부(110)는 압출 물질을 압출기(108)에 공급하기 위해 스풀로부터 래핑되지 않은(unwraps) ABS 플라스틱 또는 다른 적합한 압출 물질 필라멘트의 스풀을 포함한다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 단일 압출 물질 공급부(110)는 용융된 압출 물질을 압출기(108)에서의 각 노즐들에 공급하는 압출기(108) 내의 단일 압출 챔버에 압출 물질을 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 압출 물질 공급부(110)는 압출 물질의 다중 필라멘트들을 다중 노즐 압출기에서의 상이한 노즐들에 제공한다.
프린터(100)에서, 카메라(160)는 수용 부재(102)의 표면 상에 형성되는 압출 물질의 테스트 패턴들을 포함하는 프린트 존(140)에서 수용 부재(102)의 표면의 하나 이상의 디지털 사진들을 생성한다. 각 디지털 사진은 수용 부재(102)의 표면 상의 테스트 패턴에서의 상이한 스와스들의 구조를 캡처하는 디지털 픽셀들의 형태로 스캐닝된 이미지 데이터의 2차원 어레이를 포함한다. 카메라(160)는 수용 부재(102)의 표면 상의 압출 물질로 형성된 테스트 패턴들의 디지털 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하는 광 센서의 일실시예이다. 하지만, 대안적인 실시예들에서, 프린트 존(140)에서의 선형 광 센서 어레이 또는 개별적인 센서 또는 수용 부재(102)에 걸쳐 스캐닝하는 개별적인 평상형 스캐너는 스캐닝된 이미지 데이터의 일련의 1차원 스캔선으로서 스캐닝된 이미지 데이터를 생성한다.
프린터(100)에서, 변위 센서(164)는 예를 들어, 레이저 범위 파인더, 광학 범위 파인더, 또는 변위 센서(164)의 미리 결정된 장소와 수용 부재(102)의 표면 사이의 Z 축을 따르는 거리와, 수용 부재(102) 상에 형성된 압출 물질의 임의의 패턴들을 측정하는 다른 디바이스이다. 도 1의 실시예에서, 변위 센서(164)는 수용 부재(102) 상에 형성된 압출 물질의 스와스 또는 수용 부재(102)의 작은 부분에 대응하는 높이 측정 데이터를 생성하는 단일 "지점" 변위 센서이다. 광 센서(164)는, 변위 센서(164)가 수용 부재(102)의 표면 상에 형성되는 임의의 구조에 대한 높이 프로파일 데이터를 생성하도록 하기 위해 압출기(108)의 운동과 유사한 래스터화된 운동을 가지고 X/Y 액추에이터들(150)이 수용 부재(102)의 표면에 걸쳐 변위 센서(164)를 이동시키도록 하기 위해 지지 아암 상에 장착된다. 다른 실시예에서, 변위 센서(164)는 프린트 존(140)의 선형 부분을 따라 다중 장소들의 높이를 측정하는 다중 감지 요소들을 갖는 선형 센서로서 구성된다. 아래에 더 구체적으로 기재된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 변위 센서(164)는, 제어기(128)가 Z 축을 따라 압출 물질의 상이한 패턴들의 높이를 식별하도록 하는 측정 데이터를 생성한다.
프린터(100)에서, 카메라(160) 및 변위 센서(164)는 수용 부재(102)의 표면 상에 형성되는 압출 물질의 스와스들의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하는 광 센서의 양쪽 실시예들이다. 몇몇 실시예들에서, 카메라(160) 및 변위 센서(164)는 수용 부재(102)의 표면 상에 형성되는 압출 물질의 스와스들에 대한 2차원 스캐닝된 이미지 데이터 및 높이 프로파일 데이터를 생성하는 광 센서에서의 양쪽 구성 요소들이다.
압출기(108)는 압출기(108)의 면 내의 내부 압력 챔버(미도시)에 유동적으로 결합되는 복수의 노즐들을 포함한다. 바늘 밸브들과 같은 개별적인 값들은 노즐들을 압력 챔버에 유동적으로 결합한다. 동작 동안, 밸브들은 노즐들 각각을 통해 물질의 압출을 개별적으로 제어하기 위해 가방 및 차단한다. 프린터(100)에서, 압출기(108)는 미리 결정된 패턴들에서 수용 부재(102)의 면 상으로 물질을 압출하는 한편, X/Y 액추에이터들(150)은 프린트 존(140)에서 X 및 Y 축을 따라 상이한 프로세스 방향으로 압출기(108)를 이동한다.
도 3은 도 1의 다중 노즐 압출기(108)를 더 구체적으로 도시한다. 도 3의 예시적인 실시예에서, 압출기(108)는 도 3의 예시적인 실시예에서 3x3 스태거링된 2차원 어레이인 미리 결정된 기하학적 배열에서 총 아홉 개(9) 노즐들(324A 내지 324I)을 포함한다. 압출기(108)에서의 노즐들(324A 내지 324I)은 압출기(108)의 면에서 균일한 패턴의 분리부(separations)와 배열된다. 압출기(108)는, 각 밸브가 노즐들(324A 내지 324I) 중 하나 및 압출기(108)에서의 압력 챔버에 연결되는 복수의 밸브들을 포함한다. 동작 동안, 밸브들은, 모든 노즐들 또는 노즐들의 임의의 서브셋이 수용 부재(102)의 표면 상에 압출 물질을 압출하도록 하기 위해 개방 및 차단한다.
압출기(108)의 면(308)은 노즐들(324A 내지 324I)을 포함한다. 위에 기재된 바와 같이, 몇몇 상황들에서, 압출기(108)는 프린터(100)에서의 수용 부재(102)와 같은 수용 부재의 표면이 갖는 미리 결정된 배향으로부터 각 편차를 경험한다. 각 편차의 경우에, 면(308)의 적어도 하나의 에지는, 압출기(508)가 프로세스 방향(P6)으로 진행함에 따라 면의 에지가 도 5의 예에 도시된 바와 같이 후미 에지에 있으면 노즐들(324A 내지 324I) 중 하나 이상으로부터 방출된 압출 물질을 터치한다.
몇몇 프린터 구성들에서, 압출기(108)는 다중 운동 축들을 가로질러 각 편차 오정렬을 경험한다. 도 3에서의 뷰(350)에 도시된 바와 같이, 압출기(108)는 X 및 Y 축들 모두를 따라 수용 표면(102)과 압출 노즐들을 포함하는 압출기(308)의 면의 정렬에 영향을 미치는 각 편차를 경험한다. 일실시예에서, 축들(X 및 Y)은 프린터의 동작 동안 압출기(108)와 수용 표면(102) 사이의 상대적인 운동의 축들을 나타낸다. 프린터(100)의 예시적인 예에서, 압출기(108)는 X 축을 따라 2개의 상이한 프로세스 방향으로 이동한다. 2개의 상이한 프로세스 방향은 "대향" 방향이고, 이것은 압출기(108)가 2개의 프로세스 방향들 사이에서 180도 각도로 X 축을 따라 양쪽 방향으로 이동한다고 말할 수 있다. 더 일반적으로, 대향 프로세스 방향으로 압출기를 이동시키는 것은 축을 따라 대향 방향으로, 하지만 그 대신 축을 따라 2개의 대향 방향 중 하나로 이동할 때 주어진 운동 축을 따라 각 편차를 나타내는 압출기가 압출된 물질의 스와스들을 왜곡하도록 하는 단지 제 2 방향으로 엄밀히 180도 각도로 압출기를 이동시키는 것을 요구할 필요가 없다. 유사하게, 압출기(108)는 또한 Y 축을 따라 2개의 대향 프로세스 방향으로 이동한다. X 축을 따라 압출기(108)에 대한 각 편차는 Y 축을 따라 압출기(108)에 대한 각 편차와 상이할 수 있다.
위에 기재된 바와 같이, 압출기(108)에서의 면(308)과 수용 부재(102)의 표면 사이의 평행한 배향으로부터의 각 편차는 2개 이상의 축들을 따라 다중 각 편차 성분들을 가질 수 있다. 도 3은 2개의 각 편차 성분들의 예들로서 압출기(108)에 대한 이동의 X 및 Y 축들을 도시한다. 뷰(360)는 수용 부재(102)의 에지(332)를 따라 X 축을 따라 볼 때 압출기(108)의 간략화된 도면을 도시한다. 압출기(108)가 X 축을 따라 이동할 때, 수직 Y 축에 대응하는 각 편차 성분(θ y )는 뷰(360)에서 본 각 경사를 발생한다. 유사하게, 뷰(370)는 수용 부재(102)의 에지(334)를 따라 Y 축을 따라 볼 때 압출기(108)의 간략화된 도면을 도시한다. 압출기(108)가 Y 축을 따라 이동할 때, 수직 X 축에 대응하는 각 편차 성분(θ x )는 뷰(370)에서 본 각 경사를 발생한다. 본원에 기재된 방법들을 이용하여 2개의 각 편차 성분들(θ y 및 θ x )을 식별한 후에, 제어기(128)는 3차원 공간에서 수용 부재(102)의 표면과의 평행한 배향으로부터 압출기(308)의 전체 각 편차를 선택적으로 식별하지만, 몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는 각 편차의 개별적인 성분만을 식별한다. 도 3이 압출기(108)의 전체 각 편차를 식별하는데 필요한 최소 정보를 제공하는 2개의 각 편차 성분들을 도시하지만, 다른 실시예들에서, 압출기의 각 편차는 다중 축들에 대응하는 3개 이상의 성분들을 이용하여 식별된다.
도 3에서, 압출기(108)는 2개의 상이한 프로세스 방향 축들(X 및 Y)을 따라 프린트 존(140)에서 이동시키지만, 다른 실시예들에서, 압출기(108)는 프린터(100)에서 추가적인 제조 프로세스 동안 하나의 축 또는 2개보다 많은 축들을 따라 이동한다. 압출기(108)에서의 노즐들은, 모든 압출들이 인접한 스와스들 사이에 간격이 거의 없거나 전혀 없는 압출 물질의 평행한 인접한 스와스들을 형성하도록 하기 위해 정렬된다. 도 3은 압출된 스와스들의 패턴을 형성하기 위해 프린트 존(140)에서 대응하는 제 1 프로세스 방향(P1)으로 이동시키는 압출기(108)를 도시한다. 도 3이 다중 노즐 압출기(108)에서의 노즐들의 하나의 기하학적 배열을 도시하지만, 대안적인 다중 노즐 압출기 구성들은 2개 이상의 노즐들의 상이한 수들 및 노즐들의 기하학적 배열들을 포함한다.
도 5는 단일 축을 따라 2개의 대향 프로세스 방향들(P5 및 P6)로 압출기가 이동함에 따라 압출기(108)에 대한 각 편차의 영향을 도시한다. 도 5에서, 압출기(108)의 면은 압출기(108)가 프로세스 방향(P5)으로 이동할 때 순방향으로 각지는 압출기의 면과의 각 편차를 나타낸다. 프로세스 방향(P5)을 따라, 압출 물질(504)의 형상, 압출기에서의 상이한 위치들에서의 압출 노즐들의 높이는 압출 물질의 스와스들의 높이 및 폭에 영향을 미친ㄷ가. 특히, Z 축을 따라 수용 표면으로부터의 더 긴 거리에 위치된 노즐들은 더 큰 높이 및 더 좁은 폭을 갖는 스와스들을 발생하는 한편, 수용 표면에 더 가까운 거리에 위치된 노즐들은 더 넓은 폭과 더 낮은 높이를 갖는 압출 물질의 스와스들을 방출한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압출기(508)가 대향 프로세스 방향(P6)으로 이동할 때, 압출기의 선두 에지는 각 편차를 역방향으로 경험하고, 압출기의 면의 후미 에지는 압출 물질(512)의 높이 및 폭을 제어한다. 3차원 물체의 다중 층들에 걸친 압출 물질 형상 화합물의 차이는, 3차원 물체 프린터가 부적절하게 정렬된 압출기(108)를 이용하여 형성하는 3차원 프린팅된 물체들의 품질을 감소시킬 수 있다. 압출기(108)가 프로세스 방향(P5 및 P6)에 수직인 축에 대한 각 편차 성분을 경험할 때, 압출 물질의 형상은 압출기의 면 내의 노즐들의 배치와 방향에 따라 변한다. 도 5에 도시된 압출기 면의 평행한 배향으로부터의 각 편차는, 압출기가 상이한 프로세스 방향으로 이동할 때 압출 물질의 스와스들의 높이 및 폭에 영향을 미친다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 압출기(108)가 노즐들의 전방에서 아래로 각지는 압출기(108)의 면의 선두 에지와의 "순방향" 각 편차를 갖는 프로세스 방향(P5)으로 이동할 때, 압출된 패턴(504)은 압출기의 면의 후미 에지와 맞물리지 않는다. 하지만, 동일한 각 편차를 갖는 동일한 압출기(108)가 프로세스 방향(P5)에 180도 각도로 대향 프로세스 방향(P6)으로 이동할 때, 압출기(108)는, 면의 후미 에지가 압출 물질의 스와스들과 맞물리고 압출된 물질의 형상을 결정하는 "역방향" 각 편차를 갖는다.
다시 도 1을 참조하면, 각 조정 액추에이터들(172 및 176)은 수용 부재(102)의 표면에 대해 압출기(108)의 정렬을 조정하는 스테퍼 모터 또는 다른 적합한 디바이스와 같은 전기 기계 액추에이터들이다. 위에 기재된 바와 같이, 각각의 각 편차 성분은 압출기의 이동을 위한 주어진 프로세스 방향 축에 수직인 축에 대응한다. 제어기(128)는 압출기(108)의 면과 프린트 존(140)에서의 수용 부재(102)의 표면에서의 노즐들 사이의 미리 결정된 배향으로부터의 각 편차를 감소시키거나 제거하기 위해 각 조정 액추에이터들(172 및 176)을 동작한다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 각 조정 액추에이터(172)는, 압출기가 X 축을 따라 이동할 때 압출기(108)의 각 편차에 대응하는 Y 축에 대한 압출기(108)의 회전을 조정한다. 유사하게, 각 조정 액추에이터(176)는, 압출기가 Y 축을 따라 이동할 때 압출기(108)의 각 편차에 대응하는 X 축에 대한 압출기(108)의 회전을 조정한다. 대안적인 실시예들은 압출기에 대한 각 편차의 하나 이상의 성분들을 감소시키거나 제거하기 위해 액추에이터들의 상이한 구성을 이용한다.
프린터(100)에서, 제어기(128)는 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 전계 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 응용 특정 집적 회로(ASIC), 또는 프린터(100)를 동작시키도록 구성되는 임의의 다른 디지털 로직과 같은 디지털 로직 디바이스이다. 프린터(100)에서, 제어기(128)는 수용 부재(102) 및 지지 아암(112)의 이동을 제어하는 하나 이상의 액추에이터들에 동작 가능하게 연결된다. 제어기(128)는 압출기(108)에서의 복수의 노즐들의 동작을 제어하기 위해 압출기(108)에 동작 가능하게 연결되고, 수용 부재(102)의 표면에 대해 압출기(108)의 회전각을 조정하기 위해 각 조정 액추에이터들(172 및 176)에 동작 가능하게 연결된다. 제어기(128)는, 압출기(108)가 수용 부재(102)의 표면 상에 형성하는 미리 결정된 테스트 패턴들에서 압출 물질의 배열들의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하기 위해 카메라(160)의 동작을 제어하도록 카메라(160)에 동작 가능하게 연결된다. 제어기(128)는, 제어기(128)가 수용 부재(102)의 표면 상의 압출된 물질의 패턴들의 높이를 모니터링하도록 하기 위해 변위 센서(164)에 동자 가능하게 연결된다.
제어기(128)는 또한 메모리(132)에 동작 가능하게 연결된다. 프린터(100)의 실시예에서, 메모리(132)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스와 같은 휘발성 데이터 저장 디바이스, 및 고체 상태 데이터 저장 디바이스, 자기 디스크, 광학 디스크와 같은 비 휘발성 데이터 저장 디바이스, 또는 임의의 다른 적합한 데이터 저장 디바이스를 포함한다. 메모리(132)는 프로그래밍된 지시 데이터(134) 및 테스트 패턴 이미지 데이터(136)를 저장한다. 제어기(128)는 다중 노즐 압출기(108)에서의 노즐들을 이용하여 미리 결정된 테스트 패턴들을 형성하기 위해 프린터(100)에서의 구성 요소들을 동작시키도록 저장된 프로그램 지시들(134)을 실행한다. 제어기(128)는 또한 프린트 존(140)에서 압출기(108)에 대한 하나 이상의 운동 축들을 따라 수용 부재(102)의 표면과 압출기(108) 사이의 각 편차들을 식별하기 위해, 그리고 선택적으로 각 편차를 감소시키거나 제거하기 위해 압출기(108)에 동작 가능하게 연결되는 액추에이터들을 동작시키기 위해 저장된 프로그램 지시들(134)을 실행한다. 테스트 패턴 이미지 데이터(136)는 예를 들어, 제어기(128)가 스와스들의 스캐닝된 이미지 데이터에 기초하여 적어도 하나의 운동축을 따라 압출기(108)의 각 편차를 식별하도록 하기 위해 압출기(108)에서의 노즐들이 수용 부재(102)의 표면 상에 형성하는 스와스들에 대한 패턴들의 미리 결정된 세트를 포함한다. 제어기(128)는 압출기(108)를 이동시키기 위해 액추에이터들을 동작시키고, 압출기(108)에서의 상이한 노즐들을 활성화 및 비활성화하여, 미리 결정된 테스트 패턴의 상이한 부분들에서 압출 물질의 배열들을 형성한다.
도 2는 3차원 물체 프린터의 프린트 존에서 수용 부재와 다중 노즐 압출기 사이의 미리 결정된 배향으로부터의 각 편차를 식별하기 위해 3차원 물체 프린터의 동작을 위한 프로세스(200)를 도시한다. 프로세스(200)는 예시 목적을 위해 도 1의 3차원 물체 프린터(100)와 연계하여 기재된다.
프로세스(200)는, 프린터(100)가 하나 이상의 미리 결정된 프로세스 방향으로 압출기를 이동시키고 다중 노즐 압출기에서의 노즐들을 동작시켜 수용 부재의 표면 상에 테스트 패턴을 형성할 때 시작한다(블록 204). 프린터(100)에서, 제어기(128)는 수용 부재(102)의 표면 상에 압출 물질로부터 테스트 패턴을 형성하기 위해 압출기(108)에서의 개별적인 노즐들을 활성화 및 비활성화하는 동안 적어도 하나의 프로세스 방향으로 압출기(108)를 이동시키기 위해 X/Y 액추에이터들을 동작한다. 제어기(128)는 압출 물질로부터의 미리 결정된 테스트 패턴을 형성하기 위해 압출기(108)의 이동과 압출기(108)에서의 개별적인 노즐들의 동작을 제어하기 위해 테스트 패턴 이미지 데이터(136)를 이용한다.
도 4는 테스트 패턴(400)의 예시적인 실시예를 더 구체적으로 도시한다. 테스트 패턴(400)은 4개의 상이한 부분들(404, 408, 412, 및 416)에서 압출기(108)에서의 각 노즐에 의해 형성되는 압출 물질의 스와스들을 포함한다. 테스트 패턴(400)의 각 부분은 압출기(108)에서의 노즐들의 교대로 된 세트들을 이용하여 형성되는 스와스들의 반복 패턴을 포함하여, 각 스와스의 부분은 수용 부재(102)의 표면 상의 간격만큼 이웃한 스와스로부터 반복된다. 스와스들 사이의 분리는 테스트 패턴(400)의 스캐닝된 이미지 데이터에서 압출기(108)에서의 상아힌 노즐들에 의해 발생되는 개별적인 스와스들의 식별을 가능하게 한다. 예를 들어, 테스트 패턴(404)의 부분에서, 장소들(424A 내지 424I)에서의 스와스들은 노즐들의 제 1 세트(324A, 324C, 324E, 324G, 및 324I)에 의해 또는 노즐들의 제 2 세트(324B, 324D, 324F, 및 324H)에 의해 형성되는 스와스들의 교대로 된 세트들을 가지고 압출기(108)에서 각각 노즐들(324A 내지 324I)에 의해 형성된다.
동작 동안, 제어기(128)는, 압출기(108)가 각 프로세스 방향(P1 내지 P4)으로 이동시키는 동안 테스트 패턴(400)에서의 스와스들의 교대로 된 세트들을 형성하기 위해 압출기(128)에서의 노즐들의 제 1 및 제 2 세트들을 활성화 및 비활성화하기 위해 압출기(108)를 동작한다.
테스트 패턴(400)에서, 프로세스 방향(P1 및 P3)은 Y 축을 따라 대향 프로세스 방향이고, 프로세스 방향(P2 및 P4)은 X 축을 따라 대향 프로세스 방향이다. 도 4의 실시예에서, X 및 Y 축들은 서로 직교한다(즉, 90도 각도로 배열된다). 다른 실시예들에서, 프린터(100)는 다중 축들을 따라 압출기 각 편차를 식별하기 위해 프로세스 방향 축들 사이에서 45도, 30도, 15도 등과 같은 상이한 각도만큼 분리되는 다른 프로세스 방향 축들 상에 배열된 스와스들을 포함하는 테스트 패턴들을 생성한다.
테스트 패턴(400)을 형성하기 위해, 압출기(108)는 테스트 패턴의 각 부분에서 스와스들을 형성하기 위해 2개의 상이한 수직 축들(X 및 Y)을 따라 4개의 상이한 프로세스 방향으로 이동한다. 압출기(108)는 Y 축을 따라 대향 방향으로 프로세스 방향(P1 및 P3)으로 이동시키는 한편, 노즐들의 제 1 및 제 2 세트들은 각각 부분들(404 및 412)을 형성하기 위해 활성화 및 비활성화된다. 압출기(108)는 X 축을 따라 대향 방향으로 프로세스 방향(P2 및 P4)으로 이동시키는 한편, 노즐들의 제 1 및 제 2 세트들은 각각 부분들(408 및 416)을 형성하기 위해 활성화 및 비활성화된다. 테스트 패턴(400)에서, 압출기는 테스트 패턴(400)의 각 부분에서 압출기(108)에서의 각 노즐에 대한 압출 물질의 2개의 스와스들을 형성하여, 압출기에서의 각 노즐에 대한 다중 스와스들의 분석을 가능하게 한다. 하지만, 대안적인 실시예들에서, 각 노즐은 테스트 패턴에서 압출 물질의 하나의 스와스를 방출하거나, 상이한 테스트 패턴 구성들에서 압출 물질의 다중 스와스들을 방출한다.
압출기(108)의 동작 동안, 압출기(108)에서의 활성화된 노즐들 각각은 대략 동일한 부피율로 압출 물질을 방출한다. 압출기(108)가 수용 부재(102)의 표면과 평행하게 적절히 정렬될 때, 각 스와스에서의 압출 물질의 높이 및 폭은 일반적으로 균일한 한편, 하나 이상의 축들을 따라 압출기 각 편차의 존재는 기저 수용 표면에 대한 압출기의 이동 방향에 관계없이 각 스와스에서 압출된 물질의 폭에서의 변동을 발생한다. 하지만, 압출기가 수용 표면과의 미리 결정된 평행한 배향으로부터의 편차를 경험하면, 압출기의 면은 압출된 물질 스와스들의 폭 및 높이 중 하나 또는 양쪽을 왜곡하기 위해 압출된 물질의 스와스들과 맞물린다. 본원에 사용된 바와 같이, 압출 물질의 스와스에 적용된 "폭"이라는 용어는 수용 부재의 표면을 가로질러 스와스를 형성하는 압출기의 프로세스 방향에 수직인 방향으로 스와스에서의 압출 물질의 치수를 언급한다. 예를 들어, 도 4에서, 스와스(424A)는 프로세스 방향(P1)에 수직인 치수에서의 폭(W)을 갖는다. 본원에 사용된 바와 같이, 압출 물질의 스와스에 적용된 "높이"라는 용어는 수용 부재의 표면으로부터 수직 축을 따라 연장하는 스와스에서의 압출 물질의 치수를 언급한다. 예를 들어, 도 1에서, 압출 물질의 스와스의 높이는 Z 축을 따라 수용 부재(102)의 표면으로부터 위로 연장하는 압출 물질 스와스의 치수를 언급한다.
도 4는, 압출기(108)가 X 및 Y 축에 대한 2개의 상이한 각 편차 성분들을 경험할 때 형성되는 프린팅된 테스트 패턴(400)을 도시한다. 도 4의 예시적인 예에서, 압출기(108)는, 압출기(108)가 Y 축 프로세스 방향(P1)을 따라 이동할 때 "순방향"으로 경사지고, 동일한 각 편차는 압출기(108)가 대향 프로세스 방향(P3)을 따라 이동할 때 "역방향"경사를 발생한다. 도 4에 도시된 각 편차의 성분은 압출기(108)의 이동의 Y 축에 수직인 X 축에 대한 것이다. 프로세스 방향(P3)을 따른 역방향 각 편차는 압출된 스와스들과 접촉하는 압출기(108)에서의 면(308)의 부분을 위치하고, 이것은 테스트 패턴 부분(412)에서의 스와스들에서의 압출된 물질의 형상을 변형한다. 따라서, 압출기에서의 각 편차는 테스트 패턴 부분들(404 및 412) 사이에서 압출기의 프로세스 방향에 기초하여 상이하게 테스트 패턴에서의 압출된 물질의 스와스들의 폭 및 높이에 영향을 미친다. 프로세스(200) 동안, 프린터(100)는 압출기(108)가 압출기(108)에서의 각 편차를 식별하고 정정하기 위해 하나 이상의 축들을 따라 대향 방향으로 이동할 때 형성되는 스와스들 사이에서 폭 및 높이에서의 차이값을 식별한다.
더 구체적으로, 테스트 패턴(400)의 부분(404)에서의 스와스들은, 압출기(108)가 Y 축의 대향 방향을 따라 이동할 때 테스트 패턴(400)의 부분(412)에서의 대응하는 스와스들과 상이한 폭 및 높이를 갖는다. 압출기(108)의 각 편차는 테스트 패턴(400)의 부분(412)에서의 프로세스 방향(P3)을 따라 압출된 물질과 접촉하는 면(308)의 부분을 위치하고,이것은 스와스들의 형상을 왜곡한다. 부분(412)에서의 스와스들은 부분(404)에서의 스와스들에 비해 더 넓은 폭 및 감소된 높이를 갖는다. 도 4에서, 뷰(444)는 각각 부분들(404 및 412)로부터 대응하는 스와스들(436 및 440)을 도시한다. 압출기(108)에서의 단일 노즐은 양쪽 스와스들을 형성하지만, 뷰(444)에 도시된 바와 같이, 스와스(436)의 폭(W P1 )은, 압출기 면(308)이 프로세스 방향(P3)을 따라 발생하는 왜곡으로 인해 스와스(440)의 폭(W P3 )보다 더 좁다. 도 4에 명백히 도시되지 않았지만, 스와스(436)의 높이는 또한 압출기 각 편차에 의해 발생된 왜곡으로 인해 스와스(440)의 높이보다 더 크다.
도 4에서, 압출기(108)는 또한 X 축을 따라 연장하는 스와스들의 폭 및 높이에 영향을 미치는 Y 축에 대한 각 편차를 경험한다. 테스트 패턴(400)의 부분(408)에서의 스와스들은, 압출기(108)가 X 축의 대향 방향을 따라 이동할 때 테스트 패턴(400)의 부분(416)에서의 대응하는 스와스들과 상이한 폭 및 높이를 갖는다. 압출기(108)의 각 편차는 프로세스 방향(P2)을 따라 압출된 물질과 접촉하는 면(308)의 부분을 위치하고, 이것은 스와스들의 형상을 왜곡한다. 부분(408)에서의 스와스들은 부분(416)에서의 스와스들에 비해 더 넓은 폭 및 감소된 높이를 갖는다. 도 4에서, 뷰(454)는 각각 부분들(408 및 416)로부터 대응하는 스와스들(448 및 452)을 도시한다. 압출기(108)에서의 단일 노즐은 양쪽 스와스들을 형성하지만, 뷰(454)에 도시된 바와 같이, 스와스(448)의 폭(W P2 )은 스와스(452)의 폭(W P4 )보다 넓은데, 이는 압출기 면(308)의 후미 에지가 프로세스 방향(P2)을 따라 압출 물질의 스와스들과 맞물리기 때문이다. 도 4에 명백히 도시되지 않았지만, 스와스(452)의 높이는 압출기 각 편차에 의해 발생된 왜곡으로 인해 스와스(448)의 높이보다 더 크다.
다시 도 2를 참조하면, 프로세스(200)는 프린터(100)가 광 센서를 이용하여 테스트 패턴의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성할 때 계속된다(블록 212). 도 1의 예시적인 실시예에서, 카메라(160)는 도 4의 테스트 패턴(400) 또는 다른 적합한 테스트 패턴과 같이 압출 물질로부터 형성된 테스트 패턴을 포함하는 수용 부재(102)의 표면의 영역의 하나 이상의 디지털 이미지들을 생성한다. 다른 실시예에서, 깊이 센서(164)는 프린트 존(140)에서의 다중 장소들에 생성된 높이 프로파일에 대응하는 스캐닝된 이미지 데이터를 생성한다. 예를 들어, 일실시예에서, 제어기(128)는 수용 부재(102)의 표면 상에 테스트 패턴을 형성하는 스와스들의 2차원 높이 프로파일을 생성하기 위해 수용 부재(102)에 걸쳐 래스터화된 경로에서 깊이 센서(164)를 이동시키기 위해 X/Y 액추에이터들(150)을 동작한다.
프로세스(200)는, 제어기(128)가 압출기에서 2개 이상의 노즐들에 대한 테스트 패턴에서의 압출된 물질의 스와스들의 폭, 높이, 또는 폭과 높이 모두를 식별할 때 계속된다(블록 216). 프린터(100)에서, 제어기(128)는 예를 들어, 에지-발견 알고리즘, 자동화 이미지 회전, 임계화, 프로파일 설치(profile fitting), 등을 포함하는 종래 기술에 알려진 이미지 처리 기술들을 이용하여 상이한 스와스들의 폭을 식별한다. 추가적으로, 몇몇 실시예들에서, 카메라(160)는 수용 부재(102)의 표면 상의 테스트 패턴에서의 스와스들의 전체-컬러 이미지 데이터를 생성하고, 제어기(128)는 테스트 패턴에서의 상이한 스와스들의 에지 및 폭을 식별하기 위해 압출 물질과 수용 부재(102)의 표면 사이의 컬러 콘트라스트에 기초하여 상이한 스와스들의 폭을 식별한다. 제어기(128)는 또한 미리 결정된 테스트 패턴의 전체 구조에 기초하여 각 스와스를 발생하는 개별적인 노즐들을 식별한다.
예를 들어, 테스트 패턴(400)에서, 제어기(128)는 스와스(424A)에 대한 제 1 폭, 스와스(424C)에 대한 제 2 폭, 스와스(424E)에 대한 제 3 폭 등을 식별하고, 제어기(128)는 프로세스(200)의 몇몇 실시예들에서 압출기에서의 각 노즐에 대한 적어도 하나의 스와스의 폭을 식별한다. 스와스들 사이의 간격은, 제어기(128)가 2개의 스와스들을 고의적이 아니게 조합하지 않고도 스캐닝된 이미지 데이터에서의 개별적인 스와스들의 에지 및 폭을 식별하도록 한다. 위에 기재된 바와 같이, 테스트 패턴(400)에서, 프린터(100)는 상이한 프로세스 방향들(P1 내지 P4)로 압출기(108)를 이동시키는 동안 각 노즐을 이용하여 다중 스와스들을 형성한다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는, 개별적인 스와스에서의 압출 물질의 폭에서의 랜덤한 변동의 효과를 감소시키기 위해 개별적인 노즐이 테스트 패턴의 각 부분에서 발생하는 모든 스와스들에 대한 평균값을 이용하여 노즐에 대한 평균 스와스를 식별한다.
다른 실시예에서, 3차원 물체 프린터(100)는 스와스들의 폭을 식별하는 대신에 또는 스와스들의 폭을 측정하는 것 외에도 테스트 패턴에서의 스와스들의 높이를 식별한다. 제어기(128)는 각 스와스에 수직인 방향으로 테스트 패턴에서 물질의 프린팅된 스와스들에 걸쳐 변위 센서(164)를 통과하기 위해 X/Y 액추에이터들(150)을 동작한다. 변위 센서(164)는 스와스의 측방 에지 및 스와스의 중심에 또는 중심 근처에 위치된 피크 모두를 포함하는 각 스와스의 높이 프로파일에 대한 복수의 높이 측정치를 생성한다. 스와스의 측방 에지는 스와스의 길이를 따라 연장하는 에지를 언급하고, 스와스의 길이에 수직인 방향으로 각 스와스의 2개의 측방 에지 사이의 거리는 스와스의 폭에 대응한다. 스와스의 에지에서, 스와스는 기저 수용 부재(102)의 높이에 매칭하거나 이와 매우 유사산 높이를 갖는다. 높이는 스와스의 중심쪽으로 증가하고, 이것은 제어기(128)가 스와스의 2개의 측방 에지의 장소들을 식별하도록 하고, 스와스의 폭의 대응하는 측정치를 생성하도록 한다. 제어기(128)는 높이 프로파일 측정 데이터의 적어도 하나의 세트를 이용하고, 몇몇 실시예들에서, 각 스와스의 측방 에지의 장소를 식별하기 위해 높이 프로파일 측정 데이터의 다중 세트들의 평균을 이용한다. 제어기(128)는 각 스와스의 측방 에지의 장소들을 분리하는 거리에 기초하여 각 스와스의 폭을 식별하고, 여기서 거리는 스와스의 길이에 수직인 축을 따라 식별된다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는, 개별적인 스와스에서 압출 물질의 높이에서의 랜덤한 변동의 효과를 감소시키기 위해 개별적인 노즐이 테스트 패턴에서 발생하는 모든 스와스들에 대한 평균값을 이용하여 노즐에 대한 평균 스와스 높이를 식별한다.
프로세스(200)의 다른 실시예에서, 제어기(128)는 스와스(424A)의 제 1 높이, 스와스(424C)에 대한 제 2 높이, 스와스(424E)에 대한 제 3 높이 등을 식별하는 것과 같이 테스트 패턴에서의 각 스와스의 높이를 측정하기 위해 변위 센서(164)를 이용한다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는 각 스와스 상의 상이한 장소들에서 변위 센서(164)로부터 다중 변위 값들을 수신한다. 제어기(128)는 변위 센서로의 국부-최소 거리를 갖는 적어도 하나의 장소를 식별하고, 이것은 압출 물질의 각 스와스의 높이로서 국부-최대 높이를 갖는 스와스 상의 장소에 대응한다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는 각 스와스의 높이의 측정에서 압출 물질의 구조에서의 랜덤한 변동의 영향을 감소시키기 위해 스와스 상의 상이한 장소들에서 생성되는 2개 이상의 높이 측정치들로부터 평균값으로서 각 스와스의 높이를 식별한다.
다른 실시예에서, 제어기(128)는 테스트 패턴의 스캐닝된 이미지 데이터에서의 스와스들의 광학 레벨에 기초하여 테스트 패턴에서의 상이한 스와스들의 상대 높이를 식별한다. 프린터(100)의 실시예에서, 수용 부재(102)의 표면은 압출된 물질과의 높은 레벨의 광학 콘트라스트를 갖는 컬러를 갖는 부재로부터 형성된다. 프린터(100)에서, 압출기(108)가 압출기에서의 각 편차로 인해 압출기 면(308)에 의해 왜곡되지 않는 압출 물질의 스와스를 형성하면, 스와스에서의 압출 물질은 압출기(108)에서의 각 노즐의 부피 출력에 기초하여 높이를 포함하는 미리 결정된 형상을 갖는다. 왜곡되지 않은 스와스에서의 압출 물질은, 압출기(108)가 각 편차를 경험하고 압출 물질을 왜곡할 때 발생하는 압출기(108)에서의 면(308)과의 접촉으로 인해 왜곡되는 다른 스와스들보다 더 높은 광 불투명도를 갖는다. 왜곡된 스와스에서, 압출 물질은 감소된 높이를 갖는다. 따라서, 왜곡된 스와스에서의 압출 물질은 동일한 노즐로부터의 동일한 압출 물질의 비-왜곡된 스와스에 비해 낮은 광 불투명도 및 대응하여 높은 반사도 레벨을 갖는다.
프린터(100)에서, 카메라(160)는 수용 부재(102)의 기저 표면뿐 아니라 테스트 패턴(400)에서의 스와스들의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성한다. 스캐닝된 이미지 데이터에서의 각 픽셀은 수용 부재(102)의 표면 및 테스트 패턴(400)의 스와스들에서의 물질 모두를 포함하는 프린트 존(140)에서의 특정 장소로부터 수신된 반사된 광의 레벨에 대응하는 반사도 값을 포함한다. 제어기(128)는 선택적으로 적어도 하나의 픽셀의 반사도 레벨, 및 몇몇 실시예들에서, 메모리(132)에서의 프로그램 지시 데이터(134)와 함께 저장되는 미리 결정된 반사도 데이터 곡선 및 각 스와스에 대응하는 카메라(160)로부터의 이미지 데이터의 다중 픽셀들의 평균 반사도 레벨에 기초하여 테스트 패턴(400)에서의 물질의 상이한 스와스들의 높이를 식별한다. 메모리(132)는 프린터(100)에 사용되는 압출 물질의 상이한 유형의 광 특성에 대응하는 반사도 곡선 데이터를 저장한다. 예를 들어, 검은색 압출 물질은 백색 압출 물질보다 훨씬 더 낮은 레벨의 반사도를 갖는다. 상이한 높이를 갖는 압출 물질의 상이한 유형에 대한 개별적인 곡선은 경험적으로 결정되고, 프린터(100)의 메모리(132)에 저장된다. 몇몇 실시예들에서, 단일 물질은 압출기의 정렬에 사용되고, 그러한 하나의 물질에 대한 곡선은 상이한 높이를 결정하기 위해 사용을 위해 교정되고 저장된다.
도 6은, 프린터(100)가 카메라(160)를 이용하여 생성하는 스캐닝된 이미지 데이터에서의 압출 물질의 스와스들의 복수의 높이에 복수의 반사도 레벨 매핑을 도시하는 곡선(604)을 갖는 그래프(600)를 도시한다. 그래프(600)에서, 반사도 레벨은 8 비트 반사도 값에 대해 0 내지 255와 같이 미리 결정된 수치 범위에 있지만, 다른 실시예들은 반사도 값에 대해 상이한 수치 범위를 이용한다. 도 6에서의 반사도 레벨은 테스트 패턴에서의 각 스와스의 스캐닝된 이미지 데이터의 다중 픽셀들의 개별적인 반사도 레벨에 기초하여 스와스에 대한 평균 반사도 레벨을 도시한다. 낮은 반사도 값은, 스와스에 입사하는 광의 작은 부분이 카메라(160)에 의해 반사되고 수신된다는 것을 나타내는 한편, 높은 반사도 값은, 스와스에 입사하는 광의 더 큰 부분이 카메라(160)에 의해 반사되고 수신된다는 것을 나타낸다. 도 6에서, 곡선(604)은 상이한 스와스들의 높이와 스와스들의 반사도 레벨 사이의 역관계를 도시하며, 더 큰 높이의 스와스들은 낮은 반사도 레벨을 갖는 한편, 낮은 높이를 갖는 스와스들은 더 큰 반사도 값을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 메모리(132)는, 제어기(128)가 스와스들에 대한 스캐닝된 이미지 데이터 픽셀들의 반사도 레벨과, 메모리(132)에 저장된 스와스 높이에 대한 반사도 레벨의 미리 결정된 매핑에 기초하여 테스트 패턴에서의 물질의 상이한 스와스들의 높이를 식별하도록 하기 위해 곡선(604) 또는 룩업 테이블과 같은 등가 데이터 구조를 저장한다. 따라서, 제어기(128)는 테스트 패턴(400)에서 상이한 스와스들의 높이의 간접적인 측정치를 생성하기 위해 각 스와스에 대한 스캐닝된 이미지 데이터의 픽셀들에서의 광의 반사된 레벨 및 곡선(604)을 이용한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기(128)는 위에 기재된 기술들을 이용하여 압출 물질들의 스와스들의 폭 및 높이 모두를 식별한다. 프로세스(200) 동안, 압출기(108)는 각 스와스에서의 압출 물질의 실질적으로 동일한 부피를 이용하여 테스트 패턴에서의 압출 물질의 스와스를 방출한다. 그러므로, 위에 기재된 바와 같이, 압출 물질의 높이 및 폭에서의 변동은 모두 압출기(108)에서의 각 노즐과 수용 부재(102)의 표면 사이의 거리에 관련된다.
프로세스(200)는, 제어기(128)가 프린트 존(140) 내에서 대향 프로세스 방향으로 발생하는 적어도 2개의 상이한 통과 동안 압출기가 형성하는 압출된 스와스들의 폭, 높이, 또는 폭과 높이 모두에서의 상대적인 차이값에 기초하여 수용 표면에 대해 평행한 배향으로부터 압출기의 하나 이상의 각 편차 성분들을 식별할 때 계속된다(블록 220). 제어기(128)는 테스트 패턴에서의 스와스들의 각 세트를 발생하기 위해 압출기의 이동축에 수직인 축에 대한 압출기에 대한 각 편차 성분을 식별한다. 예로서 도 4의 테스트 패턴을 이용하여, 제어기(128)는 수직 Y 축을 따라 연장하는, 스와스들(404 및 412)의 폭 및/또는 높이에 기초하여 X 축에 대한 제 1 각 편차 성분을 식별한다. 제어기는 수직 X 축을 따라 연장하는, 스와스들(408 및 416)의 폭 및/또는 높이에 기초하여 Y 축에 대한 제 2 각 편차 성분을 식별한다. 아래에 기재된 바와 같이, 각 편차 성분의 식별은, 압출기가 압출기에 대한 동작 범위 외부에 있는 각 편차를 나타내면 주어진 축에 대한 압출기에 대한 각 편차의 방향의 식별을 포함한다.
예로서 도 4에서의 X 축을 따라 배열되는 테스트 패턴 부분들(408 및 416)을 이용하여, 제어기(128)는 각각의 2개의 부분들(404 및 416)에 대해 압출기(108)에서의 모든 노즐들에 의해 형성되는 압출된 스와스들에 대한 평균 폭, 높이, 또는 폭과 높이의 조합을 식별한다. 다른 실시예에서, 제어기(128)는 압출기에서의 모든 노즐들을 이용하는 것 대신에 적어도 하나의 노즐에 대한 평균 폭 및 높이 값을 식별한다. 프로세스(200) 동안, 제어기(128)는 2개의 미리 결정된 프로세스 방향과 각 방향에서의 스와스들의 폭, 높이, 또는 높이와 폭의 식별에 기초하여 프로세스 방향에 수직인 축에 대한 각 편차 성분{예를 들어, X 축을 따라 형성되는 테스트 패턴 스와스들(408 및 416)에 대한 Y 축에 대한 각 편차}의 방향을 식별한다.
예로서 도 4를 이용하여, 제어기(128)는, Y 축에 대한 압출기(108)의 각 편차 성분이 X 축의 좌측 상의 Z 축을 따라 감소된 높이에서 그리고 X 축의 우측 상의 대응하는 증가된 높이에서 압출기의 면을 위치한다는 것을 식별한다. 제어기는 각 편차 성분의 이러한 방향을 식별하는데, 이는 압출기 면의 후미 에지가 테스트 패턴(416)의 부분에서의 대응하는 스와스들에 비해 더 넓은 폭 및 더 낮은 높이를 갖는 테스트 패턴(408)의 부분에서 스와스들을 발생하기 위해 압출 물질과 맞물리기 때문이다. 압출기(108)가 대향 프로세스 방향(P4)으로 이동할 때, 압출기(108)의 후미 에지는 Z 축에서 상승된 높이에 위치되고, 압출기(108)의 면은 제 2 부분(416)에서 스와스들의 폭 및 높이에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 제어기(128)는 테스트 패턴 부분들(408 및 416)에서 스와스들을 형성하는 압출기에 대한 수직 운동축을 따라 압출기(108)의 면의 2개의 측면들의 식별된 상대 높이에 기초하여 단일 축에 대한 각 편차의 방향을 식별한다. 제어기(128)는 테스트 패턴 부분들(404 및 412)에서 스와스들의 상대 폭 및 높이에 기초하여 X 축에 대한 각 편차 성분을 식별하기 위해 유사한 프로세스를 수행한다.
도 4는, 압출기(108)가 프린터(100)의 동작에 악영향을 미치는 X 및 Y 축들에 대한 각 편차 성분을 나타내는 시나리오를 도시한다. 하지만, 압출기(108)가 어느 한 축을 따라 적절한 각 편차 정렬을 가지면, 주어진 축을 따라 형성되는 테스트 패턴의 2개의 부분들 사이의 스와스 폭 및 높이는 최소 편차를 나타내고, 제어기(128)는 압출기(108)가 축을 따라 적절히 정렬되는 지를 식별한다.
다시 도 2를 참조하면, 제어기(128)가 압출기(108)의 각 편차 성분들이 수용 부재(102)의 표면과의 미리 결정된 배향에 대해 미리 결정된 동작 범위내에 있다는 것을 식별하면(블록 224), 프린터(100)는 적절히 정렬된 다중 노즐 압출기(108)를 이용하여 3차원 물체들의 형성을 계속한다(블록 228). 압출기(108)가 동작 범위 내에 있을 때, 압출기(108)에서의 노즐들은 주어진 축을 따라 대향 프로세스 방향들 중 어느 하나에서 미리 결정된 예측된 가변 범위 내에서 실질적으로 동일한 폭 및 높이를 갖는 압출 물질의 스와스들을 형성한다.
하지만, 압출기(108)의 각 편차가 미리 결정된 동작 범위 밖에 있으면(블록 224), 제어기(128)는 X 축에 대한 식별되는 제 1 각 편차를 감소시키거나 제거하기 위해 압출기(108)의 회전각을 조정하기 위해 각 조정 액추에이터(172)를 선택적으로 이용하고, 압출기(108)에 대해 Y 방향에 대해 식별되는 제 2 각 편차를 감소시키거나 제거하기 위해 액추에이터(176)를 이용한다(블록 232). 프로세스(200)는 재정렬된 압출기(108)를 이용하여 추가 테스트 패턴을 형성하기 위해 블록(204)을 참조하여 위에 기재된 처리로의 복귀를 가지고 선택적으로 반복한다. 프로세스(200)는, 압출기(108)의 각 편차가 압출기(108)의 면과 수용 부재(102)의 표면 사이의 평행한 배향에 대해 미리 결정된 동작 범위 내에 있을 때까지 반복된다.
각 조정 액추에이터들(172 및 176)을 포함하지 않는 3차원 물체 프린터들의 실시예들에서, 제어기(128)는 예를 들어, 압출기(108)에 대한 편차의 식별된 각도를 표시하기 위해 시각 디스플레이 디바이스 또는 네트워크 디바이스를 이용하여 출력을 생성한다. 이 실시예에서, 프로세스(200)는 압출기(108)에 대한 요구된 수동 조정을 표시하기 위해 자동화 출력을 제공한다. 위에 기재된 프로세스(200)의 실시예가 프린트 존(140)에서의 X 및 Y 축들과 같이 2개의 실질적으로 직교 축들을 따라 압출기 각 편차를 식별하고 정정하지만, 다른 실시예들에서, 프린터(100)는 적어도 하나의 축에 대한 압출기 각 편차를 식별하고 완화하기 위해 하나의 축 또는 2개보다 많은 축들을 따라 테스트 패턴들을 발생한다. 추가적으로, 압출기의 후속 동작 동안, 프린터는 선택적으로 압출기의 각 편차를 식별 및 정정하는데 사용되는 프로세스 방향들 이외의 프로세스 방향들로 압출기를 이동한다. 예를 들어, 하나의 구성에서, 프린터(100)는, 압출기(108)가 프로세스(200) 동안 굴곡진 경로에서 진행하지 않더라도 압출 물질의 선택된 패턴들을 형성하기 위해 X 또는 Y 축들 이외의 다른 선형 프로세스 방향으로 또는 굴곡진 프로세스 방향으로 압출기(108)를 이동한다.
위에 개시된 및 다른 특징들 및 기능들의 변경들, 또는 그 대안들이 많은 다른 상이한 시스템들, 응용들 또는 방법들과 바람직하게 조합될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 다양하게 현재 예측되거나 예상되지 않은 대안, 변형, 변경 또는 개선은 다음의 청구항에 의해 포함되는 것으로 또한 의도되는 당업자에 의해 후속적으로 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 3차원 물체 프린터로서,
    프린트 존에 위치된 다중 노즐 압출기;
    상기 프린트 존에 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록 구성된 액추에이터;
    상기 프린트 존의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 광 센서; 및
    상기 다중 노즐 압출기, 상기 액추에이터, 및 상기 광 센서에 동작 가능하게 연결된 제어기로서, 상기 제어기는,
    상기 액추에이터를 이용하여 상기 프린트 존 내에서 제 1 축을 따라 제 1 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록;
    상기 제 1 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 1 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에서 수용 부재의 표면 상으로 압출 물질을 방출하기 위해 상기 다중 노즐 압출기에서 복수의 노즐들에 제 1 노즐을 동작시키도록;
    상기 액추에이터를 이용하여 상기 3차원 물체 프린터의 상기 프린트 존 내에서 상기 제 1 축을 따라 상기 제 1 프로세스 방향과 상이한 제 2 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록;
    상기 제 2 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 2 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에 상기 수용 부재의 표면 상으로 상기 압출 물질을 방출하기 위해 상기 복수의 노즐들에 상기 제 1 노즐을 동작시키도록;
    상기 광학 스캐너를 이용하여 상기 제 1 스와스 및 상기 제 2 스와스의 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 1 스와스의 제 1 폭 및 제 1 높이 중 적어도 하나를 식별하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 2 스와스의 제 2 폭 및 제 2 높이 중 적어도 하나를 식별하도록;
    상기 제 1 폭과 상기 제 2 폭 사이의 제 1 차이값과, 상기 제 1 높이와 상기 제 2 높이 사이의 제 2 차이값 중 적어도 하나를 사용하여 상기 제 1 축에 수직인 제 2 축에 대한 상기 다중 노즐 압출기에 제 1 각 편차 성분을 식별하도록,
    상기 제 2 스와스의 상기 제 2 폭보다 큰 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 폭과, 상기 제 2 스와스의 상기 제 2 높이보다 작은 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 높이 중 적어도 하나에 응답하여 상기 제 2 축에 대한 상기 제 1 각 편차의 제 1 방향을 식별하도록; 그리고
    상기 제 2 스와스의 상기 제 2 폭보다 작은 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 폭과, 상기 제 2 스와스의 상기 제 2 높이보다 큰 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 높이 중 적어도 하나에 응답하여 상기 제 2 축에 대한 상기 제 1 각 편차의 제 2 방향을 식별하도록 구성되는, 상기 제어기
    를 포함하는, 3차원 물체 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 광 센서로, 상기 제 1 스와스 및 상기 제 2 스와스에 대응하는 높이 프로파일 데이터를 포함하는, 상기 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록;
    상기 제 1 스와스의 제 1 측방 에지의 제 1 장소 및 상기 제 1 스와스의 제 2 측방 에지의 제 2 장소를 식별하도록;
    상기 제 1 스와스의 길이에 수직인 방향에서 상기 제 1 장소와 상기 제 2 장소 사이의 차이값을 참조하여 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 폭을 식별하도록;
    상기 제 2 스와스의 제 1 측방 에지의 제 3 장소, 및 상기 제 2 스와스의 제 2 측방 에지의 제 4 장소를 식별하도록; 그리고
    상기 제 2 스와스의 길이에 수직인 방향으로 상기 제 3 장소와 상기 제 4 장소 사이의 차이값을 참조하여 상기 제 2 스와스의 상기 제 2 폭을 식별하도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    메모리를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 메모리에 동작 가능하게 연결되고, 그리고
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 1 스와스에 대응하는 적어도 하나의 픽셀의 반사도 레벨을 식별하도록; 그리고
    상기 압출 물질의 스와스들의 복수의 높이들에 대한 복수의 반사도 레벨들의 매핑을 포함하는, 상기 적어도 하나의 픽셀의 상기 반사도 레벨 및 상기 메모리에 저장된 미리 결정된 곡선을 참조하여 상기 제 1 스와스의 상기 제 1 높이를 식별하도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 액추에이터를 이용하여 상기 제 1 프로세스 방향으로부터 180도의 각도에서 상기 제 1 축을 따라 상기 제 2 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 노즐 압출기에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 각 조정 액추에이터로서, 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터는 상기 프린트 존에 상기 다중 노즐 압출기의 회전각을 조정하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터에 동작 가능하게 연결되고,
    상기 다중 노즐 압출기의 상기 제 1 각 편차 성분을 감소시키거나 제거하기 위해 상기 적어도 하나의 액추에이터를 동작시키도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 액추에이터를 이용하여 상기 3차원 물체 프린터의 상기 프린트 존 내에서 상기 제 2 축을 따라 제 3 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록;
    상기 제 3 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 3 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에 상기 수용 부재의 표면 상으로 상기 압출 물질을 방출하기 위해 상기 다중 노즐 압출기에서 상기 복수의 노즐들에 상기 제 1 노즐을 동작시키도록;
    상기 액추에이터를 이용하여 상기 3차원 물체 프린터의 상기 프린트 존 내에서 상기 제 2 축을 따라 상기 제 3 프로세스 방향과 상이한 제 4 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기를 이동시키도록;
    상기 제 4 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 4 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에 상기 수용 부재의 표면 상으로 상기 압출 물질을 방출하기 위해 상기 복수의 노즐들에 상기 제 1 노즐을 동작시키도록;
    상기 광 센서를 이용하여 상기 제 3 스와스 및 상기 제 4 스와스의 상기 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 3 스와스의 제 3 폭 및 제 3 높이 중 적어도 하나를 식별하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 4 스와스의 제 4 폭 및 제 4 높이 중 적어도 하나를 식별하도록; 그리고
    상기 제 3 폭과 상기 제 4 폭 사이의 제 3 차이값과, 상기 제 3 높이와 상기 제 4 높이 사이의 제 4 차이값 중 적어도 하나를 참조하여 상기 제 1 축에 대한 상기 다중 노즐 압출기에 제 2 각 편차 성분을 식별하도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다중 노즐 압출기에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 각 조정 액추에이터로서, 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터는 상기 프린트 존에서 상기 다중 노즐 압출기의 회전각을 조정하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터에 동작 가능하게 연결되고, 그리고
    상기 제 2 각 편차 성분을 감소시키거나 제거하기 위해 상기 적어도 하나의 각 조정 액추에이터를 동작시키도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제 1 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 3 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에 상기 수용 부재의 표면 상으로 상기 압출 물질을 방출하기 위해 상기 다중 노즐 압출기에 상기 복수의 노즐들에 제 2 노즐을 동작시키도록;
    상기 제 2 프로세스 방향으로 상기 다중 노즐 압출기의 이동 동안 제 4 스와스를 형성하기 위해 상기 프린트 존에 상기 수용 부재의 표면 상으로 상기 압출 물질을 방출하기 위해 상기 복수의 노즐들에서 상기 제 2 노즐을 동작시키도록;
    상기 광 센서를 이용하여 상기 제 1 스와스, 상기 제 2 스와스, 상기 제 3 스와스, 및 상기 제 4 스와스의 상기 스캐닝된 이미지 데이터를 생성하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 3 스와스의 제 3 폭 및 제 3 높이 중 적어도 하나를 식별하도록;
    상기 스캐닝된 이미지 데이터에서 상기 제 4 스와스의 제 4 폭 및 제 4 높이 중 적어도 하나를 식별하도록; 그리고
    상기 제 3 폭과 상기 제 4 폭 사이의 제 3 차이값과, 상기 제 3 높이와 상기 제 4 높이 사이의 제 4 차이값 중 적어도 하나를 사용하여 상기 제 1 축에 수직인 상기 제 2 축에 대한 상기 다중 노즐 압출기에 상기 제 1 각 편차 성분을 식별하도록 추가로 구성되는, 3차원 물체 프린터.
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