[发明专利]用于操作三维打印机以补偿径向速度变化的系统和方法

说明书

本发明提供一种三维物体打印机，其配置成使得由至少一个打印头靠近平台的圆周边缘喷射到旋转平台上的材料的密度能够近似地等于靠近平台的中心喷射到旋转平台上的材料的密度。

技术领域

本公开涉及三维物体打印系统，并且更特别地，涉及用于在旋转平台或锥盘上形成三维物体的系统和方法。

背景技术

数字三维制造也称为数字增材制造，是从实质上任何形状的数字模型制造三维固体物体的过程。三维打印是增材过程，其中一个或多个打印头在衬底上以不同形状喷射材料的连续层。三维打印与主要依赖通过减材过程(如切割或钻孔)从工件去除材料的传统物体形成技术可区分。

在一种形式的三维物体打印中，一个或多个打印头安装在其上的径向臂将构建或支撑材料喷射到旋转平台或锥盘上以形成物体。打印头将材料向下喷射到以恒定角速度ω旋转的平台或锥盘上。由于旋转结构的外周边比该结构的内部分横跨更大的距离，因此外周边以比内部分更大的速度行进。由于(一个或多个)打印头中的喷墨器沿着径向臂以距离Δr相等地间隔并且沿着径向臂的每个喷墨器以时间间隔Δt喷射具有质量m的墨滴，因此由每个喷墨器形成的固体环的密度取决于其沿着径向臂的位置。因此，环的密度近似地为m/(rω Δt Δr)，原因是可以假设Δt和Δr相比于r都较小。来自这些参数的曲率效应是二阶变化。因此，正在形成的固体物体的密度主要随着沿着径向臂的喷墨器的位置而变化。

对于沿着径向臂的所有喷墨器保持密度恒定的一种方式是保持均匀的径向间隔Δr并且击发外喷墨器比击发内喷墨器更快。然而在多数喷墨打印机中不实行该解决方案，原因是对于打印头中的所有喷墨器，喷墨打印头需要恒定的击发频率。替代地，图像处理可以设计成通过半色调图像数据补偿不同的径向位置和平台或锥盘速度差异，以平衡由喷墨器形成的材料环的密度。然而该处理浪费打印头的相当大的吞吐能力并且引入各种成像伪影。

操作喷墨打印机以减小由喷墨器的径向位置的变化导致的物体材料密度的变化将是有利的。

发明内容

一种三维物体打印机配置成保持由沿着打印机中的径向臂的喷墨器喷射的材料的一致密度。所述三维物体打印机包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；径向臂，所述径向臂从邻近所述平台的中心的位置延伸到邻近所述平台的圆周边缘的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头和所述平台，所述控制器配置成旋转所述平台，当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上，并且沿着所述径向臂在邻近所述平台的中心的位置和邻近所述平台的圆周边缘的位置之间以线性速度移动所述至少一个打印头，当所述至少一个打印头在邻近所述平台的中心的位置和邻近所述平台的圆周边缘的位置之间移动时所述线性速度使得所述至少一个打印头离所述平台的中心的距离与所述平台的角速度的乘积保持恒定。

三维物体打印机的另一实施例通过减小打印机中的打印头中的喷墨器之间的距离保持平台的外部分处的密度。所述打印机包括：平台，所述平台配置成围绕中心旋转；径向臂，所述径向臂从所述平台的中心上方的位置延伸到所述平台的圆周边缘上方的位置；安装到所述径向臂的至少一个打印头，所述至少一个打印头配置成当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时将材料喷射到所述平台上，所述至少一个打印头还配置成具有喷墨器的线性阵列，当所述喷墨器的线性阵列朝着所述平台的圆周边缘延伸时所述线性阵列中的至少一些喷墨器彼此分离减小的距离；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述至少一个打印头和所述平台，所述控制器配置成旋转所述平台，并且当所述平台旋转经过所述至少一个打印头时操作所述至少一个打印头以将材料喷射到所述平台上。