CN107399082B - 用于将涂层涂覆到3d打印物体的方法和*** - Google Patents

Abstract

3D物体打印机改变打印物体的暴露表面中的涂层。所述打印机包含：控制器，其可操作地连接到至少两个喷射器头、调平装置、固化装置；以及致动器，其可操作地连接到所述至少两个喷射器头、所述调平装置和所述固化装置安装到的部件。所述控制器被配置成在形成暴露表面之前检测待形成的下一层是否在预定数目的层内，以修改用于从呈现数据源接收的所述预定数目的层内的所述层的呈现数据，并且根据所述修改后呈现数据操作所述至少两个喷射器头中的多个喷射器以将涂层涂覆到所述暴露表面。

Description

用于将涂层涂覆到3D打印物体的方法和***

技术领域

本文档中揭示的装置涉及产生3D物体的打印机，且更具体地说，涉及此类物体的表面涂层。

背景技术

数字3D物体制造(也称为数字增材制造)是根据数字模型制造3D实心物体的过程。3D物体打印是其中连续材料层形成于不同形状的衬底上的加法过程。可以通过喷射粘合剂材料、定向能量沉积、挤压材料、喷射材料、融合粉末层、层压片材或将液体感光聚合物材料暴露于固化辐射来形成层。层形成于其上的衬底支撑在可以通过可操作地连接到平台的致动器的操作三维地移动的平台上，或材料沉积装置可操作地连接到用于控制所述沉积装置的运动的一个或多个致动器，以产生形成物体的层。3D物体打印区别于传统的物体形成技术，所述传统的物体形成技术主要依赖于通过减法过程(例如，切割或钻孔)从工作零件中移除材料。

通常在形成打印物体的过程中，物体层至少部分固化且随后与从所述层移除材料的装置齐平。在清除在由装置界定的预定水平面上方延伸的材料时，通常通过在水平方向上跨越层移动的装置来执行此调平。每隔几层执行调平以确保用于未来调平的水平基础。如果不执行此调平，则产生不均匀表面的较小不规则性将继续放大，直到物体的表面显著地为波形。

然而，表面的调平在物体各处产生均质涂层。此涂层在本质上为相对镜面。一些物体需要形成有较少反射表面，以防止眩光或在物体上提供抓取面。因此，可以改变打印物体上的表面涂层，而不产生显著波形表面的3D物体打印机将是非常有用的。

发明内容

可以改变3D打印物体上的表面涂层的3D物体打印机包含：压板；至少两个喷射器头，每个喷射器头具有流体地连接到材料的供应器以使所述喷射器能够朝向所述压板喷射材料的多个喷射器；调平装置；固化装置；至少一个部件，所述至少两个喷射器头、所述调平装置和所述固化装置安装到所述至少一个部件；致动器，其可操作地连接到所述至少一个部件；呈现数据源，其对应于通过从所述喷射器头喷射的所述材料形成的物体层；以及控制器，其可操作地连接到至少两个打印头、所述调平装置、所述固化装置、所述呈现数据源以及所述致动器，所述控制器被配置成操作所述致动器以移动所述至少一个部件，从而根据所述压板定位所述至少两个打印头、所述调平装置和所述固化装置，以操作所述至少两个打印头中的每一个中的所述多个喷射器，从而形成由所述压板支撑的物体层的部分；在形成暴露表面之前，响应于所述控制器检测待形成的下一层是否在预定数目的层内而暂停所述调平装置的操作；以及根据所述呈现数据操作所述至少两个喷射器头中的所述多个喷射器以形成所述预定数目的层，而不需要调平。

用于操作可以改变3D打印物体上的表面的3D打印机的方法包含：用控制器操作致动器以移动至少一个部件，从而根据压板定位至少两个打印头、调平设备和固化装置；用所述控制器操作所述至少两个打印头中的每一个中的多个喷射器，以形成由所述压板支撑的物体层的部分；在形成暴露表面之前，响应于所述控制器检测待形成的下一层是否在预定数目的层内而暂停所述调平装置的操作；以及使用对应于所述预定数目的层的呈现数据用所述控制器操作至少两个喷射器头中的所述多个喷射器，以形成所述预定数目的层，而不需要调平。

附图说明

在结合附图的以下描述中说明可以改变3D打印物体上的表面涂层的设备和方法的上述方面和其它特征。

图1描绘被配置成改变3D打印物体的涂层的打印***。

图2描绘用于操作图1的打印***以改变3D打印物体的涂层的方法。

图3说明具有变化的表面涂层的3D打印物体的俯视图。

图4说明具有其它变化的表面涂层的3D打印物体的俯视图。

图5是可以如图所示组合以产生预定表面涂层的两个单独屏幕的说明。

图6是用于产生和组合图5的两个屏幕以产生用于操作打印头中的喷射器，从而在打印物体的特定区域中产生预定涂层的数据的***的框图。

图7是形成于打印物体的凹进区域中的预定涂层的说明。

具体实施方式

为了大体上理解本文中所揭示的装置和方法的环境以及设备和方法的细节，参考图式。图式中相同的参考标号表示相同的元件。

图1示出3D物体打印机或增材制造***10，其喷射至少两种不同材料以在形成的物体层内形成区域。打印机10包括压板14，***在所述压板上形成物体或部分44。打印机还包含一对喷射器头22、24、固化装置28和调平器32，所有这些都安装到部件18。部件18可操作地连接到一个或多个致动器36。控制器40可操作地连接到一个或多个致动器36，以在平行于压板14的表面的平面中的过程方向P上移动部件18以及安装到所述部件的组件。控制器40还操作一个或多个致动器36以在构建部分44时在垂直方向V上移动部件18，从而改变组件与部分44的顶部表面之间的距离。每个喷射器头22和24具有多个喷射器，所述喷射器被配置成朝向压板14的表面喷射材料液滴，以在3D物体层内形成区域，例如部分44。如本领域中已知，还可以用其它材料形成这些层内的支撑区域，以实现部分特征形成。尽管将***10描述为被配置成通过一个喷射器头喷射第一材料以及通过另一喷射器头喷射另一材料，但是喷射器头可以配置有多组喷射器，其中一些喷射一种材料且其中一些喷射另一材料。尽管图1的***10被展示为具有单个部件18，但是调平器32、固化装置28以及喷射器头22和24可以安装到可操作地连接到多个致动器的不同部件，所述致动器被配置成由控制器40控制。

打印机10的控制器40可操作地连接到至少两个喷射器头22、24、固化装置28和调平器32。控制器40被配置成参考物体图像数据操作喷射器头22、24，所述物体图像数据已呈现到在压板14上形成3D物体，例如部分44的层中。可以从远程数据源，例如CAD/CAM***，或从其中存储此数据的存储器接收呈现数据48。为了形成3D物体的每一层，在将材料的液滴喷射到压板14上或先前形成的层上时，控制器40操作打印机10以在过程方向P上一次或多次地扫描喷射器头22和24。在形成每一层之后，喷射器头在垂直方向V上远离压板14而移动到适合于打印下一层的位置。控制器40可以操作一个或多个致动器36以将调平器32定位到预定平面，并且随后操作致动器36和调平器32以清除在预定平面上方延伸的材料。控制器40还操作一个或多个致动器36以在打印层上方移动固化装置28，从而至少部分固化打印层。在已调平且至少部分固化部分44的顶部层之后，下一层可以形成于部分44上。

在先前已知的打印***中，在完成部分44之前，继续执行最近打印层的层形成、调平和固化。然而，在图1的***中，控制器40改变在形成部分44的暴露表面的最后几层时执行的操作，以改变所述部分的所述暴露表面的涂层。具体来说，打印机10中的控制器40终止最近打印层的调平并且修改物体图像数据，以使控制器44能够以在部分44的暴露表面处涂覆一个或多个预定涂层的方式操作喷射器头22和24。

图2中所示的过程200用于操作***10，以改变物体的暴露表面的涂层。所述过程正执行一些任务或功能的陈述是指控制器或通用处理器执行存储于可操作地连接到控制器或处理器的非暂时性计算机可读存储媒体中的经编程指令，以控制数据且操作***中的一个或多个组件来执行所述任务或功能。上述打印机10的控制器40可以配置有组件和经编程指令以提供执行过程200的控制器或处理器。或者，可以使用多于一个处理器以及相关联电路和组件来实施控制器，其中的每一个被配置成形成本文所描述的一个或多个任务或功能。

方法200开始于在形成物体的暴露表面之前检测形成的下一层是否在预定数目的层内(框204)。如果下一层不在预定数目的层内，则在必要时如前一层那样形成、调平和固化所述层(框208)。在过程200的最简单版本中，在形成暴露表面之前检测下一层是否在预定数目的层内之后，所述过程继续操作喷射器头以喷射用于下一层的一种或多种材料(框216)并且至少部分固化所述层(框220)。对于在预定数目的层内的每一层(包含暴露层)重复层的至少部分固化(块220)，而不需要调平(框224)。执行暴露层的固化操作以完全固化预定数目的层，并且做出检查以确定是否仍形成物体的其它区域(框228)。如果是，则在接近另一表面区域(框212至220)之前形成那些层(框208)。否则，过程停止。通过停止执行调平操作以及继续操作喷射器和固化装置以形成最后几层(框216和220)，液滴部分保持半球面形状并且液滴线形成为半球体。在调平层之后，与其余平滑表面相比，这些微观表面纹理更扩散地反射光。光反射越扩散，则表面越不光亮。

通过添加框212的处理，使得过程200可以通过更高可变性和预定特征产生表面涂层来改进过程200。过程如上所述操作，直到到达框212。如下文更全面地描述，框212的处理修改在所形成物体的至少一部分中的预定数目的层中的呈现数据。修改后数据用于操作喷射器头以喷射用于下一层的一种或多种材料(框216)并且至少部分固化所述层(框220)。对于在预定数目的层内的每一层(包含暴露层)重复呈现数据的修改(框212)、使用修改后数据来喷射一种或多种材料(框216)以及层的至少部分固化(框220)，而不需要调平(框224)。执行暴露层的固化操作以完全固化形成有修改后呈现数据的预定数目的层，并且做出检查以确定是否仍形成物体的其它区域(框228)。如果是，则在接近另一表面区域(框212至220)之前形成那些层(框208)。否则，过程停止。

可以通过多种方式执行呈现数据的修改。在一个实施例中，修改呈现数据以在预定方向上对准喷射的液滴。例如，可以修改呈现数据以在引起撞击层的光的各向同性散射的层中产生分离液滴，如图3中所示。这种类型的呈现数据修改包含呈现数据的半色调。如本文档中所使用，“半色调”是指将掩模施加到呈现数据以消除在用于操作喷射器头的情况下将产生一滴材料的一些呈现数据。在通过数据产生的液滴数从稀少液滴数增加时，反射光的散射增加且更加扩散。光的此散射增加到液滴开始彼此聚合的点。当发生此现象时，镜面反射增加，使得涂层变得更光滑。从稀少配置进行到光滑配置的半色调结构增强形成暴露表面的层的纹理或粗糙度，使得表面产生更少的镜面反射。

在另一实施例中，修改呈现数据以形成在预定方向上定向的半球体，如图4所示。此结构在暴露的表面涂层中产生定向光泽。在一些实施例中，还修改呈现数据以对应于由包含在***10的喷射器头22或24中的一个或另一喷射器头喷射的干净材料。干净材料使涂层不会干扰在物体中形成的前一层的颜色。

图5描绘可以通过使用在此文档中描述的过程和***产生的预定表面涂层500。屏幕1(参考标号510)和屏幕2(参考标号520)是单独屏幕，所述单独屏幕具有产生彼此成直角的打印特征的数据。圆501提供为跨越图像屏幕500、510和520的视觉辅助。所需表面涂层用于RIPed图像500中间的区域502。屏幕1(510)提供右对角线定向的各向异性结构的场并且屏幕520提供左对角线定向的各向异性结构的球形区域。场和球形区域合并以产生预定表面涂层500。如本文档中所使用，“各向异性”是指取决于光撞击结构或查看结构的角度而以不同方式反射光的结构。

图6中示出产生预定表面涂层500的实施例。接收呈现图像600作为打印头驱动器610的屏幕1缓冲器650的输入数据。仅当产生涂层区域时，控制器40将从存储于存储器670中的那些图像数据产生的对应于预定涂层的图像数据提供到屏幕2缓冲器660。假设涂层数据未存储于屏幕2缓冲器660中，则呈现数据穿过驱动器610而无需修改，并且用于操作打印头630中的喷射器。当控制器40停止调平表面附近的预定数目的层内的部分固化层时，控制器还将涂层数据输入到涂层图像缓冲器620中，所述涂层图像缓冲器在合适位置将数据存储于屏幕2缓冲器660中。屏幕2缓冲器660中的涂层图像数据用于覆盖从屏幕1缓冲器650输出的呈现图像数据的部分，以修改用于驱动器打印头630的呈现图像数据。以此方式，预定涂层图案的叠加嵌入到呈现图像数据中，以使打印头能够从表面打印预定数目的层内的区域，从而提供预定表面涂层。叠加数据可以是与其余呈现数据中的各向异性结构的定向类型不同的一种定向类型的各向异性结构。如本文档中所使用的“定向类型”是指形成各向异性结构的角度。如在图7中所示，过程200和图6的***可以用于在凹进区域504以及表面区域508中产生涂层。这些不同区域中的涂层可以不同。

Claims (10)

1.一种打印机，其包括：

压板；

至少两个喷射器头，每个喷射器头具有流体地连接到材料的供应器以使所述喷射器能够朝向所述压板喷射材料的多个喷射器；

调平装置；

固化装置；

至少一个部件，所述至少两个喷射器头、所述调平装置和所述固化装置安装到所述至少一个部件；

致动器，其可操作地连接到所述至少一个部件；

呈现数据源，其对应于通过从所述喷射器头喷射的所述材料形成的物体层；以及

控制器，其可操作地连接到至少两个打印头、所述调平装置、所述固化装置、所述呈现数据源以及所述致动器，所述控制器被配置成操作所述致动器以移动所述至少一个部件，从而根据所述压板定位所述至少两个打印头、所述调平装置和所述固化装置，以操作所述至少两个打印头中的每一个中的所述多个喷射器，从而形成由所述压板支撑的物体层的部分；在形成暴露表面之前，响应于所述控制器检测待形成的下一层是否在预定数目的层内而暂停所述调平装置的操作；以及根据呈现数据操作所述至少两个喷射器头中的所述多个喷射器以形成所述预定数目的层，而不需要调平。

2.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器进一步被配置成：

在形成所述预定数目的层之后操作所述固化装置，以固化所述预定数目的层。

3.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器进一步被配置成：

修改用于从所述呈现数据源接收的所述预定数目的层内的所述层的所述呈现数据；以及

使用所述修改后呈现数据来形成所述预定数目的层，而不需要调平。

4.根据权利要求1所述的打印机，所述控制器进一步被配置成：

通过半色调用于所述待形成的下一层的所述呈现数据来修改所述呈现数据。

5.根据权利要求3所述的打印机，所述控制器进一步被配置成：

修改所述呈现数据以在所述待形成的下一层中产生材料的半球体。

6.一种操作打印机的方法，其包括：

用控制器操作致动器以移动至少一个部件，从而根据压板定位至少两个打印头、调平装置和固化装置；

用所述控制器操作所述至少两个打印头中的每一个中的多个喷射器，以形成由所述压板支撑的物体层的部分；

在形成暴露表面之前，响应于所述控制器检测待形成的下一层是否在预定数目的层内而暂停所述调平装置的操作；以及

使用对应于所述预定数目的层的呈现数据用所述控制器操作至少两个喷射器头中的所述多个喷射器，以形成所述预定数目的层，而不需要调平。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：

在形成所述预定数目的层之后操作所述固化装置，以固化所述预定数目的层。

8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：

修改用于所述预定数目的层内的所述层的所述呈现数据；以及

使用所述修改后呈现数据来形成所述预定数目的层，而不需要调平。

9.根据权利要求8所述的方法，所述呈现数据的所述修改进一步包括：

半色调所述呈现数据。

10.根据权利要求9所述的方法，所述呈现数据的所述修改进一步包括：

修改所述呈现数据以在所述待形成的下一层中产生材料的半球体。

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