CN101056766A - 用于维修3d打印机的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于形成三维物体的装置和方法以及与前述装置和方法结合使用的辅助系统。该装置和方法涉及到在相关3D打印机中使用的设备的3D打印和维修。提供一种维修站(16)，该维修站(16)具有排出站(22)、清洁站(29)和覆盖站(24)。还设置有可具有凹口(82)的擦拭器(544、81、86)、可喷射喷嘴板的洗涤溶液(92)、防溅罩(81)、真空源。提供确定打印头状态的方法，例如获取打印头的运行参数或者对液滴进行计数。

Description

用于维修3D打印机的装置和方法

相关申请交叉引用

本申请要求2004年9月21日提交的美国临时专利申请No.60/612,068和2004年11月30日提交的美国专利申请序列号No.10/999,847的优先权，其公开内容全文在此引入以供参考。该申请还在此引入2004年11月30日提交的美国专利申请序列号No.11/000,100以供参考。

技术领域

本发明涉及用于维修3D打印机的装置和方法，例如，用于清洗和校正3D打印机中使用的打印头。

背景技术

总体上，3D打印涉及到使用喷墨型打印头，以将液体或胶状粘合剂材料分配到粉末建筑材料层。该打印技术涉及通常使用辊子在表面上施加一层粉末建筑材料。在该建筑材料施加到表面上后，打印头将液体粘合剂施加到该材料层的预定区域。该粘合剂渗入该材料并与该粉末起反应，例如通过激活粉末中的粘结剂而使得打印区域中的层固化。该粘合剂同时渗透到下层，形成层间粘合。在形成第一横截面部分后，重复前一步骤，建造连续的横截面部分，直到形成最后的物体。例如参见US专利No.6,375,874和6,416,850，其公开内容在此全文引入以供参考。

3D打印机通过使用彩色粘合剂材料以使粉末固化而制造彩色部件。清色粘合剂被用于制造白色部件表面，改变比例使用三原色以制造一定范围的彩色。打印机必须在精确的位置处施加多种颜色的粘合剂液滴以使得部件表面具有精确的彩色。3D打印机使用单独的打印头以施加每种粘合剂颜色。通常，打印头中的非一致性和打印头安装部件中的机械变化产生粘合剂液滴的定位的不精确，必须对此进行辨别和校正。

此外，用于执行3D打印的装置通常产生灰尘，其可不利地影响打印头的运行。例如，灰尘可堵塞分配粘合剂材料的喷嘴，这可导致没有分配粘合剂材料或者不精确地分配粘合剂材料。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于连续有效地维修3D打印机的装置和方法。

通常，本发明涉及用于与迄今为止可得到的相比更为快速有效地制造三维物体的装置和方法，所述三维物体包括铸芯、玩具、瓶子、罐头、建筑模型、汽车部件、分子模型、身体部件模型、蜂窝电话外壳和鞋等。此外，本发明涉及用于维护和运行前述装置的系统和方法。

更具体地，本发明涉及用于校正多个打印头的装置和方法，以及用于清洗打印头的装置和方法。在一个实施例中，校正方法是特别适合于3D打印的确定液滴位置误差的自动方法。在一个实施例中，由待校正的打印头打印测试图案，假定它们被理想地定位。然后扫描所得到的图案，以确定打印图像与理想图像的偏离。然后这样获得的信息能够校正所识别的误差。本方法与现有技术中的不同之处在于至少使用从扫描校正图案获得的信号的谐波含量来确定未校正。扫描横穿多条名义上相同的线对(line pair)，最终得到粉末中打印的图像所固有的不匀度的平均数。不需要成像光学，因为不涉及边缘检测。

在一个方面，本发明涉及一种由三维打印机的多个打印头形成测试图案的方法。该方法包括下列步骤：在建筑表面上限定区域以用于容纳测试图案，选择能够以高对比地打印的参考打印头，由参考打印头打印参考线，和由至少其中一个剩余的打印头邻接该参考线地打印测试线。

在多个实施方式中，限定区域的步骤包括在建筑表面上形成增强对比子层。增强对比子层能够通过使用至少其中一个打印头以单一且高对比颜色打印该区域、并以建筑材料的至少一个未打印层覆盖该打印区域而形成。在一个实施方式中，该区域由所有可用的打印头以最大的排出水平来打印，以使该区域饱和。

选择打印头的步骤包括下列步骤：在高对比子层上由每个打印头打印目标，比较这些目标、以辨别相对于未打印区域哪一个目标具有最高的对比，和选定与该最高对比目标相关联的打印头。而且，该方法可包括在每个打印步骤之前在建筑表面上堆积一层建筑材料的步骤。该打印步骤可包括在建筑材料上以预定的图案堆积液体粘合剂。在一个实施方式中，打印头以具有一种颜色的液体粘合剂打印，该颜色从由品红色、黄色、青色、清色和黑色组成的一组中选择。其它颜色和颜色的组合是预期的并落入本发明的范围。

此外，打印测试线的步骤可包括由至少两个剩余的打印头打印颜色交替的条(bar)。打印参考线和打印测试线的步骤可包括打印多条参考线和打印对应的多条测试线。在一个实施方式中，参考线和测试线能够在多个行程中打印。打印多条线的步骤可包括打印多条水平线和多条竖直线。而且打印参考线的步骤可包括打印十条水平参考线和在其附近打印十条竖直参考线，打印测试线的步骤可包括打印十条相应的水平测试线和打印十条相应的竖直测试线。在一些实施方式中，可打印两条参考线。在另一些实施方式中，可打印20条参考线。

在本方法的具体实施方式中，打印参考线和打印测试线的步骤包括打印多个平行于打印头的快轴(fast-axis)行程的名义上相同的线对，每个线对包括一条参考线和一条测试线，并打印多个垂直于打印头的快轴行程的名义上相同的线对，每个线对包括一条参考线和一条测试线。在一个实施方式中，每多个线对设置成等间距的线性阵列。每条测试线可包括一系列测试条，其中每个剩余的打印头打印中央测试条，该中央测试条名义上位于与相应的参考线相距的距离等于参考线的名义阵列间距的1/2。在一个实施方式中，每个剩余的打印头打印多个附加的测试条，这些测试条被设置成绕中央测试条递增。

在另一方面，本发明涉及用于校正三维打印机中多个打印头的测试图案。该测试图案包括多条基本上均匀间隔的单色参考线(solidreference line)和与多条参考线以交替的图案设置的多条测试线，其中每条测试线包括至少一条具有非参考色的条。在一个实施方式中，以交替图案打印颜色。在多个实施方式中，多条线的方向为基本上竖直或者在具体的实施方式中平行于打印头的快轴行程。而且，该测试图案可包括设置成与该第一测试图案邻近的第二测试图案。该第二测试图案包括第二多条基本上均匀间隔的单色参考线和与第二多条参考线以交替的方式设置的第二多条测试线。每条测试线包括至少一条非参考色的条，并且第二多条线可以取向为基本上垂直于打印头的快轴行程。

在另一方面，本发明涉及一种确定用于校正多个打印头的校正系数的方法。打印头需要运行一致而形成彩色图像。由于打印头和安装的变化，需要测量打印头的相对位置，并且需要对打印头的驱动信号进行校正，以使得不同的颜色以正确的配准而打印。通常，由待校正的打印头打印测试图案，假定它们位于理想位置。接着扫描所获得的图像，以确定所打印的图像与理想位置的偏离。由此获得的信息能够校正所确定的误差。本方法与现有技术的不同在于至少使用从扫描测试图案获得的信号的谐波含量确定未校正。扫描仪横穿多条名义上相同的线对，最终得到粉末中打印图像的内在不匀度的平均数。不需要成像光学，因为不涉及边缘检测。

特别地，本方法包括下列步骤：在建筑表面打印测试图案，产生代表该测试图案的一组电信号，分析该电信号，以确定处于至少一个频率的其谐波含量，并且根据该电信号的谐波含量确定校正系数。该测试图案包括一个线对阵列。在一个实施方式中，该方法包括产生用于分析的多个电信号以及根据所述多个电信号的谐波含量确定多个校正系数。

在多个实施方式中，本方法包括通过照射测试图案并在预定位置测量该测试图案的反射率而产生电信号。在一个实施方式中，分析电信号的步骤包括：对该信号使用模拟滤波器(例如使用运算放大器)。在另一实施方式中，分析电信号的步骤包括：使该信号数字化，并对该信号使用数字滤波器(例如快速傅立叶变换)。在一个实施方式中，可从一组第三谐波值确定校正系数。在另一实施方式中，可从一组第一谐波值确定校正系数。该校正系数接近标称测试条位移，所选定的谐波的最小值由标称测试条位移确定。可通过确定与这一组第三谐波值相应的或者代表这一组第三谐波值的分析曲线的最小值而确定该校正系数。本方法的一个实施方式包括下列步骤：从通过横过阵列扫描的传感器而获得的信号抽取第三谐波值，比较从每种颜色获得的那一组第三谐波值，并且根据最小的第三谐波值确定校正系数。

在另一方面，本发明涉及维修三维打印机中的多个打印头。通常，在3D打印过程中产生的部分的质量取决于从打印头的表面上的喷嘴阵列的粘合剂液体的液滴的可靠和精确的分配。为了保持高性能标准，在3D打印过程中必须时常地维修打印头。粘合剂液体的液滴在粉末层表面上的冲击使得粉末物质从该粉末层的表面射出。射出的一些物质在打印头的表面上聚集，干扰粘合剂液体液滴的分配。打印头维修的主要目的是从打印头的表面上去除这些聚集的碎屑。

打印头维修的一个方面是维修站，其包括清洁站、排出站和覆盖(capping)站。在一个实施方式中，打印头可在至少在两个方向上相对于维修站移动的滑架内处理。打印头维修的另一方面是软件算法，其指定每个打印头何时需要维修。在一个实施方式中，打印头可在至少在两个方向上相对于维修站移动的滑架内处理。

清洁站的多个实施方式包括：至少一个容纳部，其用于容纳打印头；至少一个喷嘴，其用于朝向打印头的打印头表面(或打印表面)喷射清洁流体；和擦拭器，其可紧邻于打印头表面设置，以去除过多的清洁流体，在某些情形下不接触打印头表面。清洁站还可包括防溅罩(splash guard)，用于隔离打印头表面并防止清洁流体流到打印头表面之外。防溅罩包括打开位置和密封位置，其中防溅罩被偏压打开并且通过与打印头接触而被从打开位置驱动到密封位置。防溅罩可包括密封唇，其在密封位置时环绕打印头表面。在一个实施方式中，密封唇大致为矩形形状。擦拭器可由密封唇的一侧形成，并且可包括凹口部分，其构造成并设置成与打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止该擦拭器接触喷嘴阵列。该擦拭器能够相对于打印头运动。

而且，清洁站可包括流体源，用于在压力下将清洁流体提供到至少一个喷嘴。清洁流体可通过歧管提供到至少一个喷嘴。在一个实施方式中，该至少一个喷嘴包括一个喷嘴阵列。该至少一个喷嘴可设置成横过该打印头表面喷射清洁流体。在一个实施方式中，打印头可设置在滑架内，该滑架能够相对于维修站在两个方向上运动。

排出站的多个实施方式包括容纳部，其限定一个开口，该开口大致对应于打印头的打印头表面。在一个实施方式中，该容纳部限定多个相应的开口。该容纳部可包括托盘，用于得到和/或引导排出的流体。在一个实施方式中，从打印头排出的流体被引导到废液的贮液池。

覆盖站的多个实施方式包括打印头盖支架和设置在该支架上用于密封打印头的打印头表面的至少一个打印头盖。通过打印头接触支架，使得该盖在离开位置和覆盖位置之间移动。覆盖站可包括多个设置在该支架上的盖。在一个实施方式中，支架被偏压成将至少一个盖保持在离开位置。该排出站和该覆盖站可以是一组合站。在此实施方式中，从打印头的排出能够限制在由打印头表面、打印头盖和废液的贮液池所限定的腔体中。

在另一方面，本发明涉及用于清洁打印头的装置。该装置包括：至少一个喷嘴，其用于朝向打印头的打印头表面喷射清洁流体；和擦拭器，其可设置为紧邻打印头表面，用于从打印头表面去除过多的清洁流体。

在一个实施方式中，该装置包括防溅罩，该防溅罩用于隔离打印头表面，并防止清洁流体流到打印头表面之外。防溅罩可包括打开位置和密封位置，其中防溅罩通过与打印头接触而被从打开位置驱动到密封位置。此外，防溅罩可包括密封唇，该密封唇在密封位置环绕打印头表面。密封唇大致为矩形形状。在一个实施方式中，擦拭器由密封唇的一侧形成。该擦拭器可包括凹口部分，其构造成并设置成与打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止该擦拭器接触喷嘴阵列。该擦拭器可相对于打印头运动。此外，该装置可包括流体源，该流体源用于在压力下将清洁流体提供到至少一个喷嘴。该至少一个喷嘴可以是一个喷嘴阵列，并且可设置成横过整个打印头表面喷射清洁流体。

在另一方面，本发明涉及一种清洁打印头的方法。该方法包括下列步骤：相对于至少一个喷嘴定位打印头的打印头表面，操作该至少一个喷嘴以朝向该打印头表面喷射清洁流体，并且形成擦拭器和该打印头之间相对运动，以使该擦拭器经过该打印头表面的附近，以去除过多的清洁流体。该擦拭器可包括凹口部分，其构造并设置在该擦拭器上，以与打印头表面上的喷嘴阵列相对应，以防止该擦拭器接触喷嘴阵列。

在多个实施方式中，定位该打印头表面的步骤包括密封该打印头表面，以防止清洁流体流到该打印头表面之外。该操作步骤包括横过该打印头表面喷射清洁流体。此外，打印头可操作成排出在清洁期间由打印头吸入的任何清洁流体。在一个实施方式中，该至少一个喷嘴包括一个喷嘴阵列。

在另一方面，本发明涉及一种用于清洁在三维打印机中使用的打印头的装置。该装置包括：密封盖，其限定腔体并能够与打印头的打印头表面接合；清洁流体源，其与该盖连通，用于清洁打印头表面；和真空源，其与该盖连通，用于去除用过的清洁流体和碎屑。操作时，该真空源在该腔体内形成负压，该负压防止清洁流体进入喷嘴，将清洁流体从清洁流体源吸到该腔体中，和/或从喷嘴吸入粘合剂流体和碎屑中的至少一个。该装置可还包括设置成靠近该盖的擦拭器，该擦拭器设置成在该打印头与该盖脱离时接合到该打印头表面。

在另一方面，本发明涉及一种用于清洁在三维打印机中使用的打印头的方法。该方法包括下列步骤：使打印头的打印头表面与限定一腔体的密封盖接合；在该腔体中形成真空；和将清洁流体引导到该腔体中，并接触打印头表面。该方法可还包括从该腔体中去除清洁流体的步骤。在一个实施方式中，该方法包括使得该盖从打印头表面脱离的步骤和由擦拭器擦拭该打印头表面的步骤。形成真空的步骤在该腔体内形成负压，该负压将清洁流体吸入到该腔体中，防止清洁流体进入喷嘴和/或从该喷嘴吸入粘合剂流体和碎屑中的至少一个。

在另一实施方式中，本发明可包括用于清洁该打印头装置的可选的方法和装置。清洁打印头的方法可包括由包括清洁流体的辊子擦拭该打印头，拖动振动构件穿过该打印头，通过吸液芯(wick)和/或其组合体通过毛细作用而横过打印头抽吸清洁流体。此外，该方法可选地可包括向打印头施加负压以去除碎屑的步骤。用于清洁在三维打印机中使用的打印头的该装置可包括吸液芯，该吸液芯设置成与该打印头相邻，用于横过打印头抽吸清洁流体。

在另一方面，本发明涉及用于清洁在三维打印机中使用的打印头的装置。打印头内部的压力通常低于大气压力。该负压由形成于该打印头喷嘴的出口上的弯液的表面张力平衡。理想的是由清洁的清洗溶液将聚集的粉末从打印头的表面上冲掉，而不会使得该弯液被破坏时将该溶液抽吸到打印头中。该目的在该装置中通过在打印头外侧保持一环境而实现，其中压力低于打印头内的压力。此外，所引起的压力差使得粘合剂通过喷嘴从该头部流出，冲掉可能堵塞在喷嘴通道中的任何粉末。该装置包括基部、设置在该基部内的凸轮轨道、适于在该凸轮轨道内滑动地接合的盖支架和限定一腔体并设置在该支架上的密封盖。该盖可由该支架运送而与该打印头的表面接合。在多个实施方式中，该装置包括：清洁流体源，其与该盖连通，用于清洁该打印头表面；和真空源，其与该盖连通，用于去除用过的清洗流体和碎屑。

在另一实施方式中，该装置可还包括：弹簧，其连接到该支架；和基部，其将该支架偏压到容纳位置，用于容纳该打印头。在一个实施方式中，该支架包括设置在该支架远端的止挡件，用于在打印头进入到该装置时，接合该打印头。该打印头在接合到该止挡件之后，沿着该凸轮轨道向后滑动该支架，直到该打印头表面和该盖可密封地接合。在另一实施方式中，该装置包括连接到该基部的闩锁棘爪(latchpawl)，用于与该支架接合，以防止该支架和设置在该支架近端上的擦拭器向前运动，该擦拭器被设置成在该打印头退出该装置时接合到该打印头表面。

在另一方面，本发明涉及一种用于清洁在3D打印机中使用的打印头的方法。该方法包括将该打印头容纳在一装置内的步骤，该装置包括基部、设置在该基部内的凸轮轨道、与该凸轮轨道可滑动地接合的盖支架和限定一腔体并设置在该支架上的密封盖。额外的步骤包括使打印头的表面与盖接合、在腔体内抽出真空和将清洁流体引入到该腔体中并接触打印头表面。在一个实施方式中，该方法包括从该腔体去除清洁流体的步骤。该方法可还包括在打印头从该装置退出时使该盖从打印表面脱离以及由擦拭器擦拭打印表面。

在另一方面，本发明涉及一种用于清洁或检修打印头的装置。该装置包括用于朝向打印头的表面喷射洗涤溶液的喷嘴阵列和设置在打印头表面附近用于从打印头表面去除过多的洗涤溶液的毛细吸收构件。

在多个实施方式中，该喷嘴阵列包括一个或多个单独的喷嘴，该毛细吸收构件和打印头能够相对运动。流体源也可包括在该装置中，用于在压力下将洗涤溶液提供到该喷嘴阵列。在另一实施方式中，毛细吸收构件包括可渗透材料和不可渗透材料中的至少一种。

该喷嘴阵列可设置成相对于该打印头表面以一定的角度喷射洗涤溶液。在另一实施方式中，毛细吸收构件设置成靠近打印头表面，而不接触设置在打印头表面上的打印喷嘴。毛细吸收构件和打印喷嘴之间的间距可自动地保持。在一个实施方式中，通过使该毛细吸收构件的一部分在从打印喷嘴取下的位置处支承在打印头表面上而保持该间距。该装置可还包括用于收集洗涤溶液和碎屑的盆。

在另一方面，本发明涉及一种用于清洁或检修打印头的方法。该方法包括下列步骤：相对于至少一个喷嘴定位打印头的表面，和操作该至少一个喷嘴朝向该打印头表面喷射洗涤溶液。然后，通过使得毛细吸收构件经过打印头表面附近而不接触该打印头表面，以从该打印头表面去除过多的洗涤溶液。

在一个实施方式中，操作该至少一个喷嘴的步骤包括相对于该打印头表面以一定的角度喷射洗涤溶液。在另一实施方式中，该方法可包括操作打印头以排出在清洁期间由打印头吸入的洗涤溶液。该方法可包括例如通过使该毛细吸收构件的一部分在从打印喷嘴取下的位置处支承在打印头表面上自动地保持毛细吸收构件和位于打印头表面上的打印喷嘴之间的间距。

在另一方面，本发明涉及一种确定何时打印头需要维修的方法。需要进行维修以保持足够的打印头性能。然而维修是费时的工作，而且维修过程的一些方面对打印头有损害。从而希望按计划维修打印头，以平衡该过程的正面和负面影响。

识别打印头需要维修的一种方法是从正在进行的打印操作可获得的信息间接地推断打印头的状态。例如通常以基于上次维修后所经历的时间、上次维修后分配的液滴数量和上次维修后打印的层的数目间隔地执行打印头维修。当这些指标中的一个或另一个达到预定触发值时进行打印头的维修。可选地，维修触发变量可限定为两个或多个指标的权重函数。在一个实施方式中，用于一个或多个指标的触发值被调整为与正在使用的粉末和粘合剂液体材料的特性相匹配。特定的系数和相应的触发值可选择为适应具体的应用、环境和/或打印头。

特别理想的是识别正在打印的图像特性，其能够定量地表示出打印头维修的需要。这样一个系数基于在下面的前面层被打印时打印的液滴在粉末层上的冲击喷射出更少的碎屑的观察。打印在前面的层上的粘合剂容易使得粉末粘合在新的层中，使得喷射出更少的碎屑，并且相应地更少的碎屑聚集在打印头表面上。因此，在一个实施方式中，当打印在之前未打印粉末上的液滴的数目达到了预定触发值时，执行打印头维修。可选地，基于上次维修后分配的液滴数量的维修间隔可改进以考虑在之前未打印粉末上打印的液滴的比例。在另一实施方式中，若其下方或其附近的任意像素未打印时，下面的层被认为是待打印的。

在另一方面，本发明涉及一种用于确定在三维打印机中使用的打印头的状况的方法。该方法包括下列步骤：获得用于打印头的至少一个运行参数的数据值，并将该数据值与阈值相比较，该数据值与该阈值的关系表示了打印头的状态。在一个实施方式中，该方法包括如果该数据值超过该阈值则启动打印头上的维修程序的步骤。运行参数可从由下列构成的一组中选择：所经历的时间、打印头所分配的液滴的数量、所打印的层的数量、在之前已打印粉末上分配的液滴、在之前未打印粉末上分配的液滴及其组合形式。此外，该数据值可在得到期间被补偿以考虑三维打印机的运行环境因素，例如温度、湿度、粘合剂材料和/或建筑材料。

在另一方面，本发明涉及一种用于确定在三维打印机中使用的打印头的状况的方法。该方法包括对由打印头分配的液滴计数和确定在之前未打印像素上分配的液滴的百分比的步骤。该方法可包括如果该百分比超过阈值则启动打印头上的维修程序的步骤。

通过参照下面的说明、附图以及权利要求，这里所公开的本发明的这些和其他目的以及优点和特性将变得更为明显。此外，需要理解的是，这里所描述的多个实施方式的特性不是彼此唯一的，其可在多个组合形式和变化形式中存在。

附图说明

在图中，类似的附图标记通常在不同视图中表示相同的部件。此外，附图不需要成比例，重要的是总体上设置为解释本发明的原理。在下面的说明中，参照下列附图描述本发明的多个实施方式，其中：

图1是根据本发明一个实施方式的三维打印机的示意性立体图；

图2是根据本发明一个实施方式的打印头滑架的示意性立体图；

图3A和3B分别是根据本发明一个实施方式的维修站的示意性立体图和示意性平面图；

图4是根据本发明一个实施方式在执行排出功能期间在滑架和维修站相互作用的示意图；

图5A-5D是根据本发明一个实施方式的打印头覆盖操作的一个实施方式的示意图；

图6A-6D是根据本发明可选实施方式的打印头排出和覆盖操作的示意图；

图7A-7D是根据本发明一个实施方式的打印头清洁站的示意图；

图8A-8H是根据本发明的打印头清洁站的可选实施方式的示意图；

图9A和9B是根据本发明的打印头清洁站的另一可选实施方式的示意图；

图10A-10D是根据本发明的打印头清洁站的另一可选实施方式的示意图；

图11A-11J是根据本发明用于清洁打印头的装置和方法的一个实施方式的示意图；

图12是图11A-11J中示出的根据本发明实施方式的清洁打印头的方法的步骤的示意图；

图13是根据本发明一个实施方式的打印操作的示意性立体图；

图14A和14B是液体粘合剂的液滴在建筑物表面上冲击的示意图；

图15是根据本发明一个实施方式的打印头校正过程的示意性立体图；

图16A和16B是根据本发明一个实施方式的对比测试目标和测试花纹校正方法的示意图；

图17A-17D是根据本发明一个实施方式的校正传感器系统及相关电子器件的示意图；

图18是根据本发明一个实施方式的用于校正彩色打印头的方法中一个步骤的示意图；

图19A和19B是根据本发明一个实施方式的测试图案的详细示意图；

图20A-20D是根据本发明一个实施方式的水平校正过程的详细的示意图；和

图21A和21B是根据本发明一个实施方式的竖直校正过程的详细的示意图。

具体实施方式

下面描述本发明的实施方式。然而，需要明确指出的是，本发明不限制于这些实施方式，而是还包括对于本领域技术人员显而易见的变化形式、改进形式及等同形式。

总体上简单地看，图1是根据本发明一个实施方式用于形成物体的3D打印机10的示意图。打印机10通过在建筑物表面165或在容器中布置交替的建筑材料层和粘合剂液体层而形成三维物体，以打印多层而最终形成三维物体。在一些实施方式中，建筑材料可包括粉末，并且粘合剂液体可结合到建筑物材料中。在一些实施方式中，打印机10可用于形成用于检查或外观审查的物理原型。在其它实施方式中，打印机10可用于形成用于铸造操作的模具或者可用于搜集对潜在产品的市场反馈的原型。

所示出的打印机10包括台架12、滑架14、维修站组件16和测试图案18。典型地，台架12可沿着X轴驱动而一层接一层地制造物体。在一些实施方式中，可将马达连接到台架12。在其它实施方式中，台架12可连接到螺钉，使得螺钉的转动沿X轴移动台架12。在一些实施方式中，台架12可沿着竖直的Z轴驱动。可按需地采用其它定位系统。

滑架14典型地包括能够分配用于形成物体所必需的粘合剂材料的打印头20(见图2)。在一些实施方式中，当台架12沿着X轴移动时，滑架14沿着Y轴来回移动。滑架14连接到台架12。从而当滑架14与台架12一起穿过打印机10移动时，粘合剂材料可在沿X轴和Y轴横过打印机10的表面行进期间布置成两维图案。然后典型地，横过打印机10的下一次通过将会是在Z轴的不同平面处，并且在Z轴上的z平面内布置的材料与前面布置的材料结合，而作为所需物体的构造的一部分。在一个实施方式中，在建筑台下方的步进马达驱动活塞提供Z轴的运动。

为了进一步提高性能，打印机10还包括维修站16。在一些实施方式中，维修站16设置在打印机10的固定点处。通常，维修站16维修由滑架14携带的打印头20。维修站16一般位于去除打印头20上或打印头20周围的碎屑或多余材料的物理位置。在一些实施方式中，过多的粘合剂材料被从滑架14去除或排出。通常，滑架14被驱动到维修站16中，以保持、存储或保存以免损坏。典型地，维修站16可位于打印机10上任意点处，其中滑架14可以被驱动，以接合维修站16。测试图案18也包括在打印机10中。在一些实施方式中，测试图案18是被打印头20忽略的测试区域，以在形成物体时改进滑架14的校正。

在一些实施方式中，滑架14可以出于诊断或维修的目的而移动。移动滑架14使得用户可以出于维护的目的而接触到打印头20，例如清洁或替换。打印头的清洁在图6A-6D、7A-7D、8A-8J、9A-9B、10A-10D、11A-11J和12中详细地示出。在一些实施方式中，打印头20可被驱动为运行打印头20的诊断程序。在可选实施方式中，滑架14可出于维修的目的而从打印机10升起。

在一个实施方式中，打印机10包括密封盖，以容纳打印操作期间所产生的任何灰尘或其它碎屑。该密封区域可被加热，以方便在建筑材料和粘合剂材料更好的反应。更好的反应包括例如更快的反应时间和改进的粘合。在一个实施方式中，通过将低速的热空气引入到该封闭区域而实现加热。空气的流动一般不指向建筑表面，以防止在喷洒后干扰建筑材料。在一个实施例中，封闭温度保持在从约90华氏度到150华氏度，优选地从110到135华氏度，更优选地约为125华氏度。

图2更详细地示出了滑架14的一个实施方式。滑架14通常包括一个或多个打印头20。典型地，打印头20是在形成物体期间通过其喷射粘合剂液体的装置。图2示出四个打印头20；然而，在其它实施方式中，可有更多或更少的打印头20。在一些实施方式中，打印头20可插入到滑架14中，使得其彼此沿着X轴线偏置。在一些实施方式中，该偏置沿着X轴线基本上偏置相同的距离。在其它实施方式中，打印头20可在滑架14内交错，使得打印头20之间的距离变化。

图3A和3B更详细地示出了维修站16的一个实施方式。维修站16典型地包括排出站22、打印头覆盖站24和打印头清洁站29。在多个实施方式中，滑架14可以以任意顺序及任意次数与排出站22、打印头覆盖站24和打印头清洁站29接合。在一些实施方式中，滑架14可连续地与同一站多次接合，例如排出站22。在其它实施方式中，滑架14可在排出站22、打印头覆盖站24和打印头清洁站29任意之间以任意顺序及任意次数重复地交替。在一些实施方式中，滑架14的打印头20与维修站16接合，以在形成物体期间对打印头20执行维护操作。

通常，排出站22包括排出开口28，打印头20可通过该排出开口排出碎屑，例如弄脏的粘合剂。排出开口28的数目可以变化。排出站22典型地是一个区域，其中打印头20可排出这些材料，从而防止污染物在打印头20中过量地堆积(这可能会影响打印质量)。典型地，容纳进入该排出站的碎屑，使得其不会弄脏打印头20、滑架14、维修站16或打印机10的任意其它部件。

在一些实施方式中，打印头20可驱动到排出开口28的正上方，其中打印头20通过该排出开口28排出过量的粘合材料或其它废弃物。通常，该废弃物收集在容纳部47中(见图4)。在一些实施方式中，滑架14被驱动到维修站16正上方的位置，打印头20在维修站16表面处位于排出开口28上方。在一些实施方式中，打印头20的底面可延伸到排出开口28的表面平面之下，其中打印头20可排出材料，以便于去除打印头20上的污染物或过量的建筑材料。然后，该材料进入容纳部47。在一个实施方式中，排出开口28位于容纳部47上方。通常，容纳部47位于排出开口28下方的位置，其中打印头20排出该材料。在一些实施方式中，容纳部47可包括用于容纳所排出的材料的贮存器。

通常，打印头覆盖站24位于打印头20由打印头盖26覆盖的区域。在一个实施方式中，每个打印头20有一个打印头盖26。通常，由于滑架14与打印头覆盖站24接合，打印头盖26被驱动到环绕打印头20的位置，使得打印头盖26形成绕打印头表面54的密封(见图5D)。打印头盖26保护打印头20大体上避免污染、碎屑以及通常由于与打印头20接触而产生的物理损坏、劣化和元件。通常，打印头覆盖站24可在任意位置相对于接合排出站22或打印头清洁站29的打印头20及时地覆盖打印头20。通常，打印头盖26环绕打印头20，以形成密封而防止例如干燥的损坏出现在打印头20上。在一些实施方式中，维护可包括在打印头20上或在打印头20周围的清洁。出于解释的目的，仅示出了单个维修站16；然而可存在多个维修站16。可选地，通过例如连续地相对维修站16定位打印头20，单个维修站16可维修多个打印头20。

打印头清洁站29一般包括可清洁打印头20的区域。在一个实施方式中，打印头20可由加压洗涤溶液92(参见图8E)清洁。在一些实施方式中，在打印头20将材料排出到容纳部47中之后，打印头20进入打印头清洁站29。在其它实施方式中，打印头20可进入打印头清洁站29而无需首先将材料排出到容纳部47中。在另外的实施方式中，打印头20可重复地或者以任意顺序进入打印头清洁站29和排出站22。典型地，清洁站29通过以这样的方式清洗打印头20而对其进行清洁：从打印头20去除任何碎屑，并且自身容纳有加压洗涤溶液92，从而其不会弄脏打印头20或打印机10的任何其它部件。例如在一个实施方式中，打印头20在密封的环境中清洁，以容纳任何碎屑和清洁材料。在另一实施方式中，打印头20在清洁期间是被保护的，使得不会有过量的碎屑或清洁材料留在打印头20上，这些物质稍后将滴落到打印机10的任意部件上，例如建筑表面165。在一个实施方式中，每次清洁一个打印头20。在另一实施方式中，可同时清洁多个打印头20。在其它实施方式中，可相对于滑架14与维修站16的任意其它部件的接合以任意顺序、在任意时间重复地清洁打印头20。在一个实施方式中，打印机10包括用于确定何时清洁打印头20的逻辑运算(logic)，这将在下面更详细地讨论。

图3B是图3A的维修站16的平面图。从立体图看出，滑架14沿X轴被驱动，使得打印头20与排出开口28对准。在一个实施方式中，当此对准完成时，打印头20通过排出开口28排出残留物或废弃材料。在一些实施方式中，该排出物可包括粘合剂材料或其它建筑材料。在一些实施方式中，在排出后，打印头20进一步沿着X轴驱动到打印头覆盖站24，其中打印头盖26形成在打印头20周围的密封。在打印头20周围由打印头盖26形成的密封总体上保护打印头20远离元件、碎屑或残留的粘合剂材料的污染，并防止打印头20干燥。

图4是本发明一个实施方式的排出功能的示意图，由此粘合剂材料和碎屑41从打印头20排出。在一些实施方式中，粘合剂碎屑41可包括过量的建筑材料。在一些实施方式中，在滑架14每次横过建筑物表面165后，执行该排出功能。在其它实施方式中，该排出功能可在滑架14任意给定数目的跨行之后周期性地进行。在其它一些实施方式中，该功能可以以固定的时间间隔进行。在此解释性的实施方式中，滑架14定位在维修站16上方，使得打印头20排成直线与孔板40形成空间的缝隙。在一些实施方式中，该孔板40包括环绕排出开口28的固体表面(见图3B)，在滑架14合适地定位之后，打印头20排出碎屑41或其它废弃物。通常，碎屑41包括污染物，例如残留在打印头20中的过量的粘合剂材料。在一个实施方式中，碎屑41进入到废液收集盘(catch tray)43中的废液42。在一些实施方式中，废液42可包括来自打印头20的之前排出物的排出物。在排出时，粘合剂液体41的液滴撞击在废液42的贮液池的表面上，使得溅射最小，并且不会产生不需要的废液浮质。溢流道44位于容纳部47底部上方一定距离处，足以保持废液42的贮液池。通常，废液42接着从溢流道44向下流动，其中其最终通过排水管45从维修站16排出。在一些实施方式中，任何溢出的废液46也通过排水管45从废液收集盘43排出，从而防止弄脏维修站16。

图5A示出了本发明的覆盖功能的一个实施方式，其中每个打印头20由一个盖密封。在一些实施方式中，这个覆盖功能可在打印机10上通过任意给定次数后进行。在另外的实施方式中，该功能可在固定的时间间隔或在完成打印后进行。在图5B中，滑架14沿着X轴驱动，并定位在维修站16上方，在此解释性的实施方式中，在打印头20和打印头盖26之间有空间缝隙。在这个位置处，打印头盖26还未覆盖住打印头20。通常，打印头盖26保持静止，直到打印头盖驱动器50接合打印头盖支架52。在一些实施方式中，滑架14已经移动到孔板40和排出开口28之外，从而在一些实施方式中，打印头20可能已经将碎屑41排出到废液收集盘43中。在一些实施方式中，滑架14可以已经驱动到打印头清洁站29上方。在一些实施方式中，当滑架14连续地沿着X轴驱动时，打印头盖驱动器50与打印头盖支架52接合。通常，打印头盖驱动器50可包括金属、塑料或具有足够刚度的橡胶附件，以使得打印头盖支架52沿着X轴与滑架14一起移动。

图5C-5D示出了该覆盖功能的完成。典型地，打印头盖支架52为固定到维修站16并具有弹性系数的金属或其它固体材料，从而滑架14和打印头盖驱动器50沿着X轴的运动使得打印头盖支架52在相同方向上沿着X轴移动。在一些实施方式中，打印头盖支架52的X轴运动又使得打印头盖26沿着Z轴运动，它们最后覆盖住打印头20。在其它实施方式中，包括打印头盖驱动器50的滑架14和打印头盖支架52在滑架运动的方向53上停止运动，并且打印头20被覆盖住。

通常，打印头盖驱动器50和打印头盖支架52接合，使得打印头盖支架52在打印头盖驱动器50运动的方向上运动。在一些实施方式中，打印头盖支架52包括弹性元件601，其中在弹性元件601压缩时，打印头盖支架将相对于维修站16的外壁枢转。该枢转使得打印头盖26朝向打印头20不均匀地驱动。因而，打印头盖26最为远离打印头盖驱动器50的边缘将开始接触到打印头20。在一些实施方式中，最初首先与打印头20接触的是最靠近打印头盖驱动器50的打印头盖26的边缘。在上述任意实施方式中，打印头盖26继续朝向打印头20驱动，直到打印头盖26下降并环绕打印头20。在一些实施方式中，打印头盖26在打印头20周围形成密封。在一个实施方式中，一个打印头20由一个打印头盖26所覆盖。在一个实施方式中，多个打印头盖26覆盖多个打印头20。通常，每个打印头20使用一个打印头盖26。通常，相对于滑架14与打印机10的任意其它部件的接合，打印头20可由打印头盖26以任意次数和任何次序覆盖。

如图5C和5D所示，打印头盖支架52包括臂600、弹性元件601和板602。通常，臂600与打印头盖驱动器50接合，并在打印头盖驱动器53运动的方向上移动。该运动使得弹性元件601压缩，从而引起枢转运动。该枢转运动使得板602朝向打印头20运动。打印头盖26典型地设置在板602的上表面上。在一个实施方式中，板602是刚性的，因而打印头盖26倾斜地靠近打印头20，使得打印头盖26的一个边缘在打印头盖26的任何其它边缘接合打印头20之前接合到打印头20。在不同的实施方式中，打印头盖26的任意边缘接合打印头20。典型地，在打印头盖26的任一边缘和打印头20之间的首次接合后，板602继续运动，直到打印头盖26环绕打印头20。特别地，板602可响应于滑架14的驱动力而弯曲或挠曲，直到板602呈现大致水平的取向。

图5C包括维修站16和滑架14的剖视截面图。在说明性实施方式中，滑架14沿着X轴在滑架运动的指示方向(箭头53)上驱动。打印头盖驱动器50将接触到打印头盖支架52，并且打印头盖驱动器50和打印头盖支架52都将沿着滑架运动的方向53运动。在说明性实施方式中，打印头盖26位于打印头盖支架52上。因而，打印头盖支架52在滑架运动方向53上的运动使得打印头盖26沿着Z轴运动。图5C包括滑架14和维修站16的剖视示意图。图5C示出了当滑架14在滑架的运动方向53上运动时打印头盖驱动器50和打印头盖支架52之间的接触点。在此实施方式中，在该位置处，在打印头20和打印头盖26之间存在一个空间缝隙，从而打印头盖26还未密封打印头20。

图5D是处于从图5C的时间向前一段时间的一个位置的滑架14和维修站16的示意图，使得打印头盖26覆盖住打印头20的打印头表面54。典型地，打印头表面54包括打印头20的底面，其包括并环绕粘合剂材料从打印头20排出的位置。在此说明性实施方式中，滑架运动53使得打印头盖驱动器50接合并在滑架运动方向53上移动该打印头盖支架52。在此实施方式中，打印头表面54具有由打印头盖26在其周围形成的保护性密封。通常，该盖或密封足以保护打印头表面54免遭损坏或弄脏，在一些实施方式中，由打印头盖形成的密封可以是气密性的。

图6A是维修站16的可选实施方式的部分截面侧视图，该维修站包括组合的排出和覆盖站。在此解释性实施方式中，滑架14在滑架运动方向53上驱动(沿着X轴)，并将自身定位在维修站16上方。在一些实施方式中，滑架14的驱动为从打印头20的排出作准备。在此解释性实施方式中，废液收集盘43包括废液42。通常，废液42由打印头20之前横过维修站16的上次排出所产生。在一些实施方式中，打印头盖60的下边缘可延伸到由废液收集盘43所限定的区域中，但是通常，打印头盖60的下边缘不接触废液收集盘43的底表面，因而废液42自由地流动并聚集在废液收集盘43中，直到废液表面61升高到溢流道44的顶部。在这样的位置，废液42接着通过溢流槽62进入废液溢流管63。通常，废液溢流管63将废液42带出维修站16。

图6B到6D更详细地示出了覆盖和排出功能。滑架14在滑架运动方向53上运动，并被定位在维修站16上方。图6B示出一种实施方式，其中打印头盖驱动器50和打印头盖支架52之间形成接触，但是打印头盖支架还未在滑架运动方向53上运动足够远，以抬起打印头盖26到其覆盖打印头20的位置。图6C示出了从图6B的时间上稍后一点的实施方式。如图6C所示，打印头盖支架52在滑架运动方向53上运动了所需的距离，以将打印头盖26抬起到其在打印头20周围形成密封的位置。该覆盖功能与图5A-5D中描述的大致类似。在一些实施方式中，打印头盖26包括限定腔64的排出柱67。打印头20通过排出柱将废液排出到废液收集盘43。如图6C所示，打印头20将碎屑41排出到废液收集盘43，其中其与任何现存的废液42混合。在一些实施方式中，在溢流废液65时，收集的废液42将经过溢流道44并向前行进通过溢流槽62且向下经过废液溢流管63，其中其最后将从维修站16排出。通常，该排出过程确保打印头20和打印头表面清洁且无阻塞，以保持三维打印机的可能最高的品质。在一些实施方式中，多个打印头20可基本上在同一时间排出材料。

再次参照图6C，在一些实施方式中，密封可形成于由排出腔64限定的区域中。通常，腔64在顶部由打印头20和打印头盖26限制，在底部由废液表面61限制，侧部由排出柱67限制。在一个实施方式中，废液收集盘43中废液61的表面的液面高度足够高，以淹没排出柱67的底部。排出柱67的底部的最低点位于溢流道44的最低点之下，这防止废液42在排出柱的最低点下方滴落。在此情形下，当打印头盖26抵靠着打印头20的打印头表面54密封时，腔64是气密的，从而防止打印头表面54干躁。在此实施方式中，排出物41被阻止在除了通过废液溢流管63的其它任意方向从腔64溢出，这里排出物41无害地离开维修站16。该示例性实施方式使得排出物41弄脏打印机10的任意部件的危险最小。

图7A-7D示出了根据本发明的打印头清洁站500的一个实施方式。打印头清洁站500还可安装在维修站16中。打印头清洁站500包括保存洗涤溶液543的贮存器542和在压力下将洗涤溶液543分配到至少一个喷嘴540和优选一组喷嘴540的泵545。喷嘴540能够产生洗涤溶液543的高速流。运行时，喷嘴540指向到打印头520的打印头表面577。当指向到打印头表面577时，清洁溶液543散开并从打印头表面577去除污染物例如建筑物材料和粘合材料。喷嘴540的方位可相对于打印头表面577成角度，使得流体流动沿着打印头表面577的平面引入。例如洗涤溶液可在最靠近喷嘴540的侧部接触打印头520，并从最远离喷嘴540的打印头520的侧部排出。该方法通过减小洗涤溶液在打印头表面577上的聚集以及洗涤溶液543和碎屑的量而起到改进洗涤溶液543流的功效，否则该碎屑将在喷嘴540附近排出并干涉喷嘴540。防溅罩还可包括在打印头清洁站500中，以容纳液体洗涤溶液543流产生的溅射。

在喷嘴540的操作完成后，希望去除残留在打印头表面577上的大部分洗涤溶液543。这在传统上通过拖动擦拭元件横过打印头表面577而实现。该方法的缺点在于擦拭元件和打印头表面577之间的接触可能由于例如损坏喷墨喷嘴孔的边缘而降低打印头520的性能。因此，本发明的目的是提供一种从打印头表面577去除聚集的洗涤溶液的装置，而不接触喷墨喷嘴附近的精细的区域。在一个实施方式中，毛细吸收构件544可设置为使得打印头表面577可在其上表面546上方非常接近的位置通过一次或多次，而不发生接触。允许毛细吸力将聚集的洗涤溶液543从打印头表面577抽走。毛细吸收构件544可由刚性的、半刚性的或者适应(compliant)材料制成，并且可具有吸收或不可渗透的特性，或者其任意的组合形式。

对于毛细吸收构件544，为了有效地从打印头表面577去除聚集的洗涤溶液543，毛细吸收构件544的上表面546和打印头表面577之间的缝隙必需要小，期望范围介于约0英寸到约0.03英寸之间。本发明的另一目的是提供一种装置，用于将该缝隙保持在该范围内，而不用求助于精细的、刚性的和昂贵的部件。

在另一实施方式中，毛细吸收构件544可由适应的橡胶片构成，该橡胶片的方向与毛细吸收构件544和打印头520之间的相对运动的方向547大致垂直，并且毛细吸收构件544的一部分上表面546设置成其仅在远离打印头喷嘴孔的非重要区域内轻轻地接触或干涉打印头表面577。毛细吸收构件544的上表面546在一些位置可包括一个或多个凹口548，在这些位置处毛细吸收构件544不然将接触到打印头表面577的精密部件。选择系统尺寸使得毛细吸收构件544总是接触打印头表面577，并且在打印头520穿过该毛细吸收构件时其弯折，这与打印头520和打印头清洁站500的相对位置中的期望变化无关。因此上表面546随着打印头表面577的位置而移动，通过在打印头表面577和下降表面凹口548之间延伸的一个基本上恒定的空间而保持。为了进一步延长打印头520的寿命，毛细吸收构件544的弯曲区域可以具有减小的截面，以提供更可靠的弯曲行为，并且毛细吸收构件544的上表面546具有较小的变形。

图7B-7D示出了根据本发明的修复循环。图7B示出打印头520沿着箭头547所指示的路径接近打印头清洁站500。当打印头520轻轻地接触毛细吸收构件544时，如图7C所示，沿着路径547的运动停止，并且洗涤溶液543由喷嘴阵列540导引到打印头表面577。当喷射操作完成时，打印头520继续沿着路径547行进，如图7D所示。毛细吸收构件544进一步变形为允许打印头520通过，并且聚集的洗涤溶液543由毛细作用从打印头表面577带走。在喷射和擦拭之后，在一些实施方式中，打印头520可打印大量液滴，以喷出可能在修复过程期间已经吸入的任何洗涤溶液。

预期有另外的清洁方法，例如由圆柱形的“漆辊”擦拭打印头表面577，该漆辊通过在洗涤流体的容器中滚动而使自身清洁并保持潮湿。在另一实施方式中，清洁系统可包括连续的细丝，其将洗涤流体向上带到打印头表面577，并将碎屑带到贮槽中。该系统可包括能在细丝上运行的小刮刀，以去除内在的碎屑。

图8A示出根据本发明的清洁站529的可选实施方式。通常，打印机10能够确定何时通过维修站16清洁打印头20，这将在下面更详细地描述。在一些实施方式中，只有单个打印头20由维修站16清洁。在其它实施方式中，清洁多个打印头20。在一些实施方式中，维修站16包括喷嘴歧管80。通常，喷嘴歧管80包括至少一个喷嘴540，并优选地一组喷嘴540。在一些实施方式中，维修站16包括防溅罩81。通常，防溅罩81被包括在打印头清洁站529中，以容纳由洗涤溶液543流产生的飞溅。典型地，防溅罩81通过容纳洗涤溶液543防止粉末或粘合材料而污染。通常，除了增加歧管80和防溅罩81之外，清洁站529与参照图7A-7D描述的清洁站500一样运行。

图8B是位于打印头清洁站529内的防溅罩81的示意图。防溅罩81通常包括凹口82、排出孔83、驱动表面89、弯曲点85和密封唇86。图8C-8H示出清洁站529的运行。典型地，打印头20被这样驱动：打印头表面54在凹口82正上方经过，而没有接触凹口82的表面。典型地，避免在打印头表面54和凹口82之间的接触防止破坏或改变打印头表面54上的喷嘴的轨迹。在一个实施方式中，密封唇86可用作擦拭器，在打印头表面54附近接触打印头20，而不接触打印头表面54自身。一旦打印头20已经清洁了凹口82，它们进入排出孔83正上方的空间内。通常，排出孔83用于洗涤溶液543流过。一旦打印头20设置为大致位于排出孔83上方，打印头20接合到驱动表面89。典型地，打印头20接合到驱动表面89，从而使得防溅罩81沿着弯曲点85弯曲。在一些实施方式中，弯曲点85包括枢转点，该枢转点允许包括凹口82、排出孔83、驱动表面89和密封唇86的防溅罩81的至少一部分在驱动打印头20的方向上枢转。通常，在弯曲点85处的这种枢转将排出孔83抬高到打印头20，使得密封唇86接触打印头20。通常，密封唇86被驱动到一个位置，其中密封唇形成在打印头表面54周围的密封。典型地，由密封唇86形成的密封是不漏水的，从而防止洗涤溶液543弄脏打印机10。通常，用于已用过的洗涤溶液543的唯一可用的出口是通过排出孔83。

图8C包括打印头20在其接近维修站16时的另一个立体图。图8C大致示出由维修站16执行的清洁操作的开始位置。在说明性的实施方式中，打印头20在打印头运动的方向87上驱动，使得打印头表面54被带到维修站16上方。当打印头20正在被驱动时，打印头侧部88将接合防溅罩81的驱动表面89。在此接合后，打印头20移动驱动表面89，使得密封唇86在打印头表面54周围形成密封(见图8D)。在一些实施方式中，驱动表面89在枢转点85处枢转。在一些实施方式中，弯曲连接部85可包括弹性元件。通常，该过程使得由防溅罩81在打印头20的邻近于打印头表面54的下侧周围形成不渗水的密封。

图8D示出打印头20移动到其在维修站16上方的期望位置。通常，这是维修站16将要清洁打印头20的位置。如图8D所示，驱动表面89在打印头表面54的一部分周围密封打印头20。该密封由防溅唇86在打印头表面54周围完成。通常，防溅唇86是防溅罩81的一部分。在一个实施方式中，当打印头210正在通过其接触驱动表面89而驱动防溅罩81时，由此产生的防溅罩81的运动还将密封唇86移动到抵靠住打印头20底部并沿着打印头表面54的位置。在一些实施方式中，密封唇86处于抵靠着打印头20的底面而抵靠着打印头表面54。通常，与沿着打印头侧部88相对的，在打印头20的底面上形成围绕打印头表面54的密封是所希望的，因为其防止弄脏打印头侧部88或打印头20的任何其它侧。例如，残留在打印头20上的洗涤溶液可能在打印期间滴落，从而影响打印质量。

图8E是根据本发明一个实施方式在由维修站16清洁打印头20的期间维修站16的局部剖开的侧视图。在打印头表面54周围形成密封后，喷嘴歧管80喷射洗涤溶液射流91。通常，喷嘴歧管80包括加压洗涤溶液92。在一个实施方式中，加压洗涤溶液92以单个射流91喷射到打印头表面54。在其他实施方式中，有洗涤溶液92的多个射流91。运行时，洗涤溶液射流91朝向到打印头20的打印头表面54。当朝向到打印头表面54上时，洗涤溶液射流91从打印头表面54疏松并去除污染物，例如粘合材料。洗涤溶液射流91的取向可相对于打印头表面54倾斜，使得流体流动被引导到打印头表面54的平面上。例如，在一个实施方式中，洗涤溶液射流91可在最靠近喷嘴歧管80的一侧接触到打印头20，并从打印头20的最远离喷嘴歧管80的一侧排出。这种方法通过减少洗涤溶液92在打印头表面54上的聚集以及加压洗涤溶液92和碎屑的量而改进了洗涤溶液射流91的效率，否则它们将在喷嘴歧管80附近排出并与喷嘴歧管80干涉。图8F是图8E中示出的发明的另一部分剖视图。打印头表面54位于用于清洁的合适位置。密封唇86在打印头表面54周围形成的密封，从而保护打印头20的其余部分免遭污染。

图8G示出在清洁操作完成后，打印头20从维修站16出来的运动。打印头20目前在打印头运动方向93上运动远离维修站16。这与进入维修站16时使用的滑架运动方向53基本上相同。当打印头20被从维修站16向外驱动时，打印头表面54被带到密封唇86和凹口82上方。在一些实施方式中，密封唇86可用作擦拭器并从打印头20的底部靠近打印头表面54的区域上带走碎屑和洗涤溶液92；然而，凹口82阻止密封唇86和打印头表面54在对应于喷嘴的位置的区域接触。密封唇86和打印头表面54之间的接触可通过例如损坏打印头表面54上的喷嘴孔的边缘而降低打印头20的性能。然而，在喷嘴歧管80的操作完成后，仍然希望去除残留在打印头表面54上的大部分洗涤溶液92。因此，本发明的目的是提供一种用于从打印头表面54上去除聚集的洗涤溶液的装置，并且不接触打印头表面54上喷嘴周围的精密区域。因为在一个实施方式中，凹口82阻止密封唇86和打印头表面54之间直接接触，毛细吸收构件544(如上所述)可设置为使得打印头表面54可非常接近地一次或多次在毛细吸收构件544上方通过，而没有接触，允许毛细吸力将聚集的洗涤溶液92从打印头表面54抽走。图8H示出了图8A的维修站16的部分剖开的仰视立体图。这里可见到在清洁后打印头20被驱动远离维修站16时打印头表面54的敏感部分通过凹口82上方。通常，打印头54的敏感部分包括打印头喷嘴阵列。

图9A和9B示出了图8B的防溅罩81的可选实施方式。在此实施方式中，防溅罩81包括锥形密封表面94。通常，锥形密封表面94形成为使得其在由打印头边缘95所形成的角落周围形成密封。从而，在此实施方式中的密封通过锥形的密封表面94而形成，密封表面94接触打印头20的打印头表面54以及打印头侧部88。从而，由这种实施方式形成的密封包在打印头20的边缘周围，以在清洁操作期间容纳洗涤溶液92。图9A和9B的可选防溅罩81及其相关部件的操作与上所述的大致类似。

图10A-10D示出了图8B的防溅罩81的另一可选实施方式。在此实施方式中，防溅罩81再次由防溅密封唇86形成密封；然而，在此实施方式中，防溅罩81由防溅罩支撑弹簧102驱动到在打印头表面54周围的密封位置。该过程与覆盖操作中覆盖打印头20所使用的过程类似。通常，打印头20在打印头运动的第一方向(箭头100)上被带到维修站16上方。一旦大致位于排出孔83上方，打印头运动方向改变为与打印头运动大致垂直的方向(箭头101)。在一些实施方式中，打印头运动方向101与上述打印头运动方向100垂直。现在打印头20在打印头运动的第二方向101上前进，直到打印头侧部88接合到防溅支撑弹簧102(见图10B)。如图10C所示，防溅罩支撑弹簧102在打印头运动的第二方向101上前进。该运动将防溅罩81接合到打印头表面54。

一旦如上所述执行清洁操作，打印头20在打印头运动的第三方向(箭头103)上运动远离维修站16。通常，当打印头20与维修站16脱开时，打印头运动的第三方向103与打印头运动的第一方向100相对。该脱开打破了由防溅密封唇86所形成的密封，并且打印头表面54被带到密封唇86上方，在那里可执行擦拭件操作，以从打印头表面54上去除碎屑或洗涤溶液92。如上所述，还可执行吸液操作。

图11A-11J示出了用于清洁打印头20的可选系统146。该系统146位于维修站16中(图1)。在一个实施方式中，系统146包括清洁站148，该清洁站大体上由闩锁棘爪152、弹簧154、擦拭件156、打印头盖158、盖支架192、第二弹簧162和凸轮轨道164组成。为了解释的目的，图中仅示出了一个清洁站148。然而，也可将多个站148设置在维修站16中。可选地，通过例如相对于清洁站148连续地定位打印头20，单个清洁站148可用于多个打印头20。

图11A表示了清洁系统146的开始位置。如图11B所示，打印头20靠近清洁站148并接合闩锁棘爪152。当打印头20经过闩锁棘爪152时，闩锁棘爪152被驱动。打印头20继续移动经过闩锁棘爪152并接合擦拭件156(图11C)。打印头20经过擦拭件156。如图11D所示，打印头20接触盖支架192，该盖支架192沿着凸轮轨道164被驱动并挤压弹簧162。打印头盖26设置为抵靠打印头表面54(图11E和11F)。如图11F所示，打印头盖26密封住打印头表面54，同时该表面54由洗涤溶液92冲洗(见图11F)。

在打印头表面54清洁后，打印头20开始移出维修站16(图11G)。闩锁棘爪152接合盖支架192并使其运动停止。如图11H所示，打印头20接合擦拭印头表面54的擦拭件156。在可选实施方式中，擦拭件156振动以进一步清洁打印头表面54。在可选实施方式中，擦拭件156可在与喷嘴位置相对应的区域开凹口，从而防止擦拭件156和打印头表面54之间接触。打印头20继续向前运动，驱动闩锁棘爪152(图11I)，该闩锁棘爪152又释放盖支架192(图11J)。盖支架192急速返回其开始位置。在打印头表面54清洁后，打印头20开始移出维修站16(图11G)。系统146现在准备清洁另一打印头20。

图12示出了用于清洁打印头20的系统146。(图12还更详细地示出了图11F)打印头20设置成由打印头表面54抵靠着打印头盖26，该打印头盖在此实施方式中由橡胶制成。该盖包括密封唇172，用于绕打印头表面54密封。维修站16通过供应管184连接到洗涤流体供应容器182，并通过回收管188连接到洗涤流体回收容器186。洗涤流体回收容器186通过真空管190与真空源180(在此情况下为真空泵)连通。此外，阀178位于回收管188中。阀178可由手动或自动驱动。

运行时，真空源180在打印头盖54的腔体174内形成真空。该真空通过供应管184从供应容器182抽出洗涤流体。该洗涤流体如喷雾176那样进入腔体174打在打印头表面54上。喷雾176从打印头表面54洗掉碎屑，例如过多的建筑材料和干燥的粘合剂。使用过的洗涤流体和碎屑由真空源180从腔体174中抽出并通过回收管188进入到回收容器186中。此外，在腔体174内由真空源180形成的负压防止洗涤流体进入喷嘴，并且实际上可能使得少量的粘合剂流出喷嘴，以从喷嘴冲出任意的粉末建筑材料。喷嘴中的阻塞物或障碍物可使得在错误的方向上开始喷射。一旦操作完成，系统146移动到图11G示出的步骤。在可选实施方式中，打印头20设置在维修站16上方。密封唇86被驱动为与打印头20对齐，并且打印头20被从下方擦拭并润滑，以去除任何聚集的碎粒并提高粘合材料流出打印头20的流动性。特别地，润滑器将润滑剂施加到打印头表面20上，以使打印头表面54上的任何碎屑潮湿。然后，打印头20移动并使打印头表面54穿过密封唇86，该密封唇用作擦拭器并将打印头表面54擦拭干净。

图13示出了根据本发明3D打印机的典型的打印操作。为了清楚起见，仅示出了一个打印头220。打印头220在粉末层200上方移动，该粉末层200已经在3D打印机的建筑表面上铺开(例如如图1所示)。如前所述，打印头220可沿着X轴和Y轴方向移动。在所述操作中，打印头220在单一方向(箭头202)上移动。当打印头220在粉末层200上方行进时，打印头220由以下方式执行打印操作：通过以预定的方式将液体粘合剂的液滴212附着到粉末层200上，从而在粉末层200上形成打印部分204和未打印部分206。

在粉末层200上打印后，新一层粉末在粉末层200上铺开，以准备容纳新的打印体218。当打印头220将液滴212附着到粉末层200上时，粉末的颗粒210由液滴212的冲击喷出在粉末层200上(见图14A和14B)。这些颗粒210可最终接触并粘附到打印头220。因而碎屑216通过例如与打印头喷嘴208发生干涉而降低打印质量。所喷出的颗粒210的量将部分地取决于粉末为“湿的”或是“干的”。若下层是之前打印的，则粉末将是湿的(见图14B)。若下层是在之前未打印的，则粉末将是干的(见图14A)。

如图14A所示，打印头220将液滴212附着到干燥的粉末层200上。当液滴212冲击在粉末层200上时，相对大体积的颗粒210移动，并且在粉末层200中形成凹坑214。颗粒210被向上朝向打印头220喷出，它们可能作为碎屑216而聚集在打印头220的表面上。

如图14B所示，打印头220将液滴212附着到湿的粉末层200上。当液滴212冲击粉末层200时，相对小体积的颗粒210移动，并且在粉末层200中形成相对小的凹坑214。打印在前一层上的粘合剂会粘合新层中的粉末，从而形成较少的颗粒被喷出，因此在打印头表面上聚集较少的碎屑。

3D打印机包括用于监视打印头220状况的逻辑电路，其至少部分地基于上次清洁后在前一打印和/或未打印粉末层上打印的液滴的数量。其它系数包括：例如使用时间、分配的液滴数量以及所打印的层的数量。3D打印机可根据达到设定阈值的前述系数中的任意一个或者各个系数的组合来确定任意所需的清洁程序的频率和期间。例如，打印头220可在每使用5分钟后进行清洁。任何具体系数的阈值可根据所使用的液体粘合剂和粉末材料的种类以及其它可能影响打印头状态的操作性的环境因素(例如温度和湿度)而变化。

此外或者可选地，3D打印机可使用用于监视和维护打印头220的清洁度的其它系统和方法。例如，在一个实施方式中，3D打印机可包括用于检查打印头表面的成像系统。用户可手动地确定打印头220需要清洁，或者3D打印机可包括用于自动地确定需要清洁的成像系统。在手动系统中，打印头表面的图像向用户显示在例如视频监视器上，并且如果认为需要的话，用户可启动清洁程序。在自动系统的一个实施例中，服务中打印头表面的实际图像被传送到处理器，用于与清洁打印头表面的图像(即测试图像)相比较。在一个实施方式中，打印头表面颜色较暗而粉末颜色较亮。若打印头表面的大部分由碎屑所覆盖，实际图像和测试图像之间将会存在对比的差别。若对比的差别达到预定阈值，该系统启动清洁程序。

在一些实施方式中，可通过使用气帘或静电荷来保持打印头表面的清洁度。该系统可在打印头表面上提供低压气帘，其将减少或阻止碎屑聚集在打印头表面上。可选地，打印头表面可具有位于在其上的静电荷，该静电荷与施加到粉末的电荷相同，从而使得粉末颗粒与打印头表面互相排斥。

图15是根据本发明一个实施方式的打印头对准操作的示意图。特别地，上面描述的打印头滑架14被示出与校正的测试图案129相关。测试图案129被打印在三维打印系统10的建筑表面165上(见图1)。测试图案129包括增强对比子层130，其限定了一个区域，该区域中打印有X轴校正图案133和Y轴校正图案134。X轴和Y轴校正图案133、134是由交替的参考线135和测试线136组成的线对阵列。在子层130上还包括对比优化的图案131，稍后将参照16A和16B对其进行更详细的介绍。滑架14包括用于扫描测试图案129的对准传感器系统132。稍后将参照17A-17D对该系统132进行更详细的介绍。

首先在建筑表面165上铺一层建筑材料而形成图案129。然后打印头20被用于在建筑材料粉末层上打印增强对比子层130。通常，增强对比子层130提供参考背景，以在已打印层及其环境之间形成对比。通常，希望通过使用与在稍后打印三维部分所使用的相同的粘合剂溶液执行校正操作(例如形成测试图案129)。透明粘合剂具有一个特殊的问题，即由透明粘合剂在粉末上打印的图像难以从未打印环境中区分。该问题可通过打印增强对比子层130来解决，尽管这不是必需的。

增强对比子层130被打印在尺寸足以布置整个校正图案目标(例如X轴校正图案133、Y轴校正图案134、对比优化图案131)的建筑表面165上。在一些实施方式中，可使用例如品红或青色的暗色。可在该区域上进行一次以上的打印，以提高该颜色的暗度。然后，一层新的粉末在子层130上铺开，使该暗色模糊。当接着在该新层上用透明粘合剂打印图像时，已打印区域中的粉末是潮湿的，并且变得有点透明，露出子层130的暗色。在一些实施方式中，增强对比子层130及在其上铺开的粉末可共同被称为增强对比子层130。然后已打印区域将与其环境对比更为明显，以更容易由校正传感器系统检测。

接下来在增强对比子层130上打印对比优化图案131。在一些实施方式中，对比优化图案131包括由每个打印头20打印的已打印区域或目标143-146(见图16A)。接着校正传感器系统132确定共同形成对比优化图案131的已打印目标143-146和增强对比子层130之间对比最大的区域，以确定对比优化图案131的目标143-146中的哪一个(及其相应的打印头)相对于增强对比子层130的未打印区域141(见图16A)具有最大的对比。

整个操作中采用四种颜色的其中一种作为参考标准，并突出其它颜色相对于参考颜色的位置误差。在一个实施方式中，这四种颜色包括清色(已打印区域143)、黄色(已打印区域144)、品红色(已打印区域145)和青色(已打印区域146)。理想的是采用与未打印背景具有对比最大的颜色作为参考。为此，用每种颜色打印目标，随后由校正传感器系统132检查。可选择产生最小光电传感器输出的颜色。

图16A和16B更详细地示出了对比优化图案131。图16A是包括前述目标142-146的对比优化图案131的示意图。图16B示出了光源电流和光电传感器输出之间的关系(例如校正传感器电流)。当在照射在光电传感器上的光线增加时，其最终将达到一个水平，其中传感器输出接近最大值并变得不敏感以进一步增大光输入。这种不敏感的状态通常被称为饱和，并且由图16B中的饱和区域147所表示。传感器输出的成比例区域由图16B中的成比例区域148所表示。为了使传感器输出信号的信息内容最大化，理想的是在正常操作状态下避免使传感器饱和。在3D打印机中使用的粉末在折射率方面可大范围地变化，在最大传感器照度上产生大的变化。为了补偿这种效应，校正传感器组件被定位在建筑表面上的未打印区域142上方，并且感应未打印区域142(见图16A)。通过光源的输出电流逐渐增加，直到传感器输出减小指示饱和。然后光源电流减小，以在成比例区域148内提供安全运行界线。可选地，该光源电流可逐渐增加，直到达到预定的安全光电传感器输出。

再参照图15，设置成彼此基本上成直角的两个基本上相同的线对阵列由X轴校正测试图案133和Y轴校正测试图案134组成。在一个实施方式中，其中一个测试图案代表三维打印机10的慢轴打印体，而另一个测试图案代表三维打印机10的快轴打印体。通常，X轴校正测试图案133和Y轴校正测试图案134被依次处理，并且处理过程是相同的。通常，X轴校正测试图案133和Y轴校正测试图案134包括参考线135和测试线136。在一个实施方式中，参考线135由打印头20形成，其被确定为相对于增强对比子层130具有最大对比。下面参照图18、19A、19B和21A对这些线对进行更详细的讨论。

在一些实施方式中，为了确定对比优化图案131和增强对比子层130之间的最大对比，滑架14可包括例如发光二极管(LED)的光源137，其产生一束锥形光138。可选地，该光源可以是激光器或灯，并且可使用多个光源。LED光源137照亮正检查的整个区域。在一些实施方式中，LED光源137是蓝绿色，以在已打印和未打印区域之间形成高水平对比。光学滤波器仅在包括LED输出的狭窄的波长窗口内使光透过。周围空间的光线具有较少的由滤波器透过的波长的光线，使得到达光电传感器的大部分光线由光源产生。因而，该系统对周围空间光线的变化相对不敏感。

在另一实施方式中，通过将光源137的输出调制到比所关心的信号的频率高得多而实现周围环境光线的不敏感性。对光电传感器的输出电子地滤波，以仅通过调制光线的频率。这增强了系统对低亮度级的敏感性。一种可选的透镜能够增强该系统对低亮度级的敏感性。

图17A-17D更详细地示出了校正传感器系统132。在具体的实施方式中，系统132通常为打印头滑架14的一部分。在具体的实施方式中，系统132安装在印刷电路板160上，该印刷电路板例如包括用于引导滑架14、使打印头20喷射并操作校正传感器系统132的逻辑电路。系统132通常包括光源137、光学传感器162、光线入口162、光电传感器163和光学透镜164。光源137用于照亮测试图案129上的一个斑点，该斑点的直径与正在扫描的彩色线条的宽度大致相同。光源137和光电传感器163可以都是聚焦或者未聚焦的。图17C-17D示出了校正传感器系统132的不同运行状态。图17C示出了在建筑表面上由锥形光138照亮的区域166。在一个实施方式中，光源用光照亮所关心的区域。图17D中被照亮的建筑表面165上的感应区域142将光反射回光电传感器163。典型地，感应区域142相当于打印目标142-146或参考线135及测试线136的一部分，并小于被照亮区域166的面积。管状光线入口通道162将光电传感器的视野限制到小于被照亮区域的斑点上。在一些实施方式中，光电传感器163可包括从打印表面的被照亮区域166检测表面光电压的能力。在其它实施方式中，系统132可包括光学透镜164，以将反射光汇聚在传感器163上。

图18示出了图15的X轴校正图案133。X轴校正图案133和Y轴校正图案134基本上相同，除了这两个线对的取向基本上垂直以外，然而可选构造是预料到的，并且被认为落入本发明的范围中。如前所述，X轴校正图案133包括一系列参考线135和测试线136。通常，每条参考线135以与增强对比子层130相比具有最大对比的方式由打印头20打印，并且每条测试线136由剩余的三个打印头20的至少一个以相对较小对比的方式以交替的图案打印。由于在不同的实施方式中打印头的数目可以发生变化，在每条测试线136中相应的彩色条的数目也可发生变化。在一个示例性的实施方式中，参考线135可由透明的堆积材料形成，并且测试线136可以是依次重复的黄色、品红色和青色堆积体(deposit)。典型地，测试图案129由打印头20打印，以确定打印头20是否正确地校正。假定打印头20理想地定位，打印测试图案129。一旦测试图案129打印完，滑架14在测试图案129的表面上方驱动，并且校正传感器系统132扫描测试图案129的至少一部分，以确定测试线136与理想位置的偏差。然后扫描结果被用于校正任何识别到的误差。

图19A-19B示出了通过测试图案的扫描斑点行进路径171。图19A示出了标称的X轴校正图案170。当感应区域142在线对重复方向173的方向上经过已打印线条时，光电传感器163接收到由光源137发出的反射光。彩色条的反射系数与未打印背景(在一个实施例中未打印背景是白色的)的不同，并且各个颜色的反射系数彼此也不同。如图19B所示，目标的基本单元是线对，例如线对174，其包括单色参考线135和测试线136，测试线136包括由对称变化的短条191构成的阵列181，该条191包括第一彩色条176、第二彩色条177和第三彩色条178。可选实施方式可具有更多或更少的彩色条。总体上而言，彩色条176、177和178是测试线条136的组成部分。该线对174在所示方向上周期性地重复，并且在例如参考线135的接连参考线之间具有恒定的间距(“P”)197。在图19B示出的实施方式中，线对174重复11次；然而，线对的数目将变化以适应具体的应用和/或所希望的精确度。

在一个实施方式中，扫描斑点沿着垂直于参考线135的行进路径横过线对174的阵列。在图19B示出的实施方式中，完成目标检查需要33个扫描斑点经过。示出了三个典型的扫描路径行进路径171(见图19A)。在一个实施方式中，彩色条176、177和178的宽度、条之间所预期的最小间距和扫描斑点的大小应该基本上相等。图19B中示出的彩色条176、177和178在等于参考线节距P197的0.5倍的间距左右对称地变化。示例性的短条被标为短条191。在一个实施方式中，变化增量(“δ”)可典型地为300dpi或0.007英寸的两个像素。三个短条的彩色条176、177和178的最上部一组的位置被名义上等间距地打印在两条参考线135之间。随着阵列向下，三个彩色条176、177和178的组从中央位置以增加的量分开，例如+/-nδ，其中n为整数(例如1δ、2δ、3δ等)。参考线135和测试线136的宽度和节距被选择为使信号对比最优。这里所给定的尺寸仅为解释性的目的，而决不认为是限制性的目的。

图20A-20D示出了相对于单个扫描斑点行进路径171的校正操作的一个实施方式。图20A和20B示出了单个扫描斑点行进路径171在滑架运动方向193上经过参考线135和测试线136。当扫描斑点经过已打印的彩色条时，光电传感器接收到由光源137发出的反射光。彩色条的反射系数与未打印背景的不同，并且各个颜色的反射系数也不同。图20C示出了传感器输出信号，其表示出与彩色条间距相关的强周期性和由于不同颜色反射系数的峰值变化。

如图20D所示，任意信号可以表示为任意大量的正弦曲线的和，每个正弦曲线相对于固定标准具有恒定的离散频率、恒定的幅度和恒定的相位关系。取出信号的正弦成分的方法被称为傅立叶分析，通常的实际方法是使信号数字化，然后采用计算算法例如快速傅立叶变换(“FFT”)。图20D示出在图20C中示出的信号的主要谐波成分。这些成分的频率由布置在测试图案129上的几何约束所固定。每个成分的大小由颜色反射系数的不同以及可调节的彩色条相对于其中央位置的位移(“E”)183(见图20B)所影响。频率为参考条频率的三倍的谐波成分的大小增加了彩色测试条与理想校正位置的位移，并可用于确定位移的大小。图20D是传感器输出的示意图，表示了空间频率和第一谐波峰值185、第二谐波峰值186、第三谐波峰值187、第五谐波峰值188。第一谐波峰值185还可用于表示未校正的指示器。

图21A和21B示出了一个校正图案，其示出了在根据本发明测试图案的一个实施方式中的未校正。如上所述，图19A的校正图案被示出为其将由理想地校正的打印头20所打印。图21A示出由未校正打印头20打印的校正图案。每个可调节彩色条(包括第二彩色条192)实际上被打印在偏离其名义上真实位置的位置。为了使用这种校正图案来确定每个颜色的位置误差183，总共需要11个横过该图案的扫描，如图所示。每个扫描将产生如图20C所示的种类的信号。对于这些信号中的每个，第三谐波的大小可从数字FFT或模拟滤波中取出。尽管第三谐波的大小随着该未校正而确实地增加，该未校正只是该谐波的大小的一个组成部分。一部分峰值是恒定的，并且取决于线宽/间距比。一部分峰值是可变的，并且取决于颜色条在参考线135之间是否良好地居中。

在第三谐波的大小最小的标称颜色条位移处确定能够提出这些其它组成部分。采集对于每个扫描所感兴趣谐波的最大值，例如第三谐波。通过将这些数据点的曲线拟合并确定该拟合曲线的最小点(见图21B)，可以确定该未校正是校正图案步进分辨率(step resolution)的一部分。例如如果所检查的打印头被理想地校正，拟合曲线的最小值将与零点的标称彩色条位移175一致。

最小值的位置产生准确的校正系数。在一个实施方式中，该校正系数用于改变打印头喷射信号的计时，从而改变打印头输出的位置。特别地，该精确测量的未校正能够用作校正的几何偏移，使得打印头20或早或晚地“喷射”，使得机械未校正能够在打印期间自动地补偿。因而，能够实现非常高水平的打印精度，导致生产出尺寸精确的三维物体，即使使用多个打印头。在一个实施方式中，在打印任何三维部件之前和/或在打印头替换之后进行该校正步骤。

已经描述了本发明的某些实施方式，对本领域技术人员而言，很显然，在没有偏离本发明的精神和范围的情况下，可以使用结合这里所披露的原理的其它实施方式。所描述的实施方式在任何方面都应该是仅是解释性的，而不是限制性的。

Claims (54)

1.一种用于维护三维打印机中的多个打印头的维修站，该维修站包括：

清洁站；

排出站；和

覆盖站。

2.如权利要求1所述的维修站，其中该清洁站包括：

至少一个容纳部，其用于容纳打印头；

至少一个喷嘴，其用于朝向所述打印头的打印头表面喷射清洁流体；和

擦拭器，其设置为紧邻所述打印头表面，以去除过多的清洁流体。

3.如权利要求2所述的维修站，其中所述清洁站还包括防溅罩，所述防溅罩用于隔离该打印头表面并防止所述清洁流体流到所述打印头表面之外。

4.如权利要求3所述的维修站，其中所述防溅罩包括打开位置和密封位置，其中所述防溅罩被偏压打开并且通过与打印头接触而从所述打开位置驱动到所述密封位置。

5.如权利要求4所述的维修站，其中所述防溅罩包括密封唇，所述密封唇在所述密封位置时环绕所述打印头表面。

6.如权利要求5所述的维修站，其中所述密封唇大致为矩形形状。

7.如权利要求6所述的维修站，其中所述擦拭器由所述密封唇的一侧形成。

8.如权利要求7所述的维修站，其中所述擦拭器包括凹口部分，所述凹口部分被构造成并定位成与所述打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止所述擦拭器接触所述喷嘴阵列。

9.如权利要求2所述的维修站，其中所述擦拭器能相对于打印头运动。

10.如权利要求2所述的维修站，还包括流体源，该流体源用于在压力下将所述清洁流体提供到所述至少一个喷嘴。

11.如权利要求2所述的维修站，其中所述清洁流体通过歧管提供到所述至少一个喷嘴。

12.如权利要求2所述的维修站，其中所述至少一个喷嘴包括一个喷嘴阵列。

13.如权利要求2所述的维修站，其中所述至少一个喷嘴被设置成横跨所述打印头表面喷射所述清洁流体。

14.如权利要求1所述的维修站，其中所述打印头被设置在滑架内，该滑架能够相对于所述维修站在至少两个方向上运动。

15.如权利要求1所述的维修站，其中所述排出站包括容纳部，该容纳部限定一个开口，该开口大致对应于打印头的打印头表面。

16.如权利要求15所述的维修站，其中所述容纳部限定多个相应的开口。

17.如权利要求15所述的维修站，其中该容纳部包括用于进行收集和引导排出流体中的至少一个的托盘。

18.如权利要求17所述的维修站，其中从所述打印头排出的流体被引导到废液的贮液池。

19.如权利要求1所述的维修站，其中所述覆盖站包括：

打印头盖支架；和

至少一个打印头盖，其设置在所述支架上，用于密封打印头的打印头表面，其中通过所述打印头与所述支架接触而使得所述盖在离开位置和覆盖位置之间移动。

20.如权利要求19所述的维修站，其中所述覆盖站包括多个设置在所述支架上的盖。

21.如权利要求19所述的维修站，其中所述支架被偏压成将所述至少一个盖保持在离开位置。

22.如权利要求1所述的维修站，其中所述排出站和所述覆盖站结合。

23.如权利要求22所述的维修站，其中来自于所述打印头的排出物被引导到废液的贮液池。

24.如权利要求23所述的维修站，其中来自于所述打印头的排出物被限制在由打印头表面、打印头盖和废液的所述贮液池所限定的腔体中。

25.一种用于清洁打印头的装置，该装置包括：

至少一个喷嘴，其用于朝向所述打印头的打印头表面喷射清洁流体；和

擦拭器，其适于设置为紧邻所述打印头表面，用于从所述打印头表面上去除过多的清洁流体。

26.如权利要求25所述的装置，其中所述清洁站还包括防溅罩，所述防溅罩用于隔离打印头表面并且防止清洁流体流到所述打印头表面之外。

27.如权利要求26所述的装置，其中所述防溅罩包括打开位置和密封位置，其中所述防溅罩通过与所述打印头接触被从所述打开位置驱动到所述密封位置。

28.如权利要求27所述的装置，其中所述防溅罩包括密封唇，所述密封唇在处于所述密封位置时环绕所述打印头表面。

29.如权利要求28所述的装置，其中所述密封唇大致为矩形形状。

30.如权利要求29所述的装置，其中所述擦拭器由所述密封唇的一侧形成，所述擦拭器包括凹口部分，该凹口部分被构造成并位于与所述打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止所述擦拭器接触所述喷嘴阵列。

31.如权利要求25所述的装置，其中所述擦拭器能相对于打印头运动。

32.如权利要求25所述的装置，还包括流体源，该流体源用于在压力下将清洁流体提供到所述至少一个喷嘴。

33.如权利要求25所述的装置，其中所述至少一个喷嘴包括一个喷嘴阵列。

34.如权利要求25所述的装置，其中所述至少一个喷嘴设置成横跨所述打印头表面喷射清洁流体。

35.一种用于清洁打印头的方法，该方法包括下列步骤：

相对于至少一个喷嘴定位所述打印头的打印头表面；

操作所述至少一个喷嘴以朝向所述打印头表面喷射清洁流体；和

形成擦拭器和所述打印头之间相对运动，以使所述擦拭器紧邻地经过所述打印头表面，以去除过多的清洁流体，其中所述擦拭器限定凹口部分，该凹口部分被构造并位于所述擦拭器上，以与所述打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止所述擦拭器接触所述喷嘴阵列。

36.如权利要求35所述的方法，其中定位所述打印头表面的步骤包括密封所述打印头表面，以防止清洁流体流到所述打印头表面之外。

37.如权利要求35所述的方法，其中该操作步骤包括横跨所述打印头表面喷射所述清洁流体。

38.如权利要求35所述的方法，还包括操作所述打印头以排出由所述打印头在清洁期间吸入的清洁流体的步骤。

39.如权利要求35所述的方法，其中所述至少一个喷嘴包括一个喷嘴阵列。

40.一种装置，其用于清洁在三维打印机中所使用的打印头，该装置包括：

密封盖，其限定一个腔体并能够与所述打印头的打印头表面接合；

清洁流体源，其与所述盖连通，用于清洁所述打印头表面；和

真空源，其与该盖连通，用于去除用过的清洁流体和碎屑。

41.如权利要求40所述的装置，其中所述真空源在所述腔体内形成负压，该负压用于下列目的中的至少之一：

将所述清洁流体从所述清洁流体源吸到该腔体中；

防止所述清洁流体进入喷嘴；和

从所述喷嘴抽吸粘合剂流体和碎屑中的至少一个。

42.如权利要求40所述的装置，还包括邻近所述盖设置的擦拭器，所述擦拭器设置成在所述打印头与该盖脱离时与所述打印头表面接合。

43.如权利要求42所述的装置，其中所述擦拭器限定凹口，该凹口被构造并定位在所述擦拭器上，以与所述打印头表面上的喷嘴阵列的位置相对应，以防止所述擦拭器接触所述喷嘴阵列。

44.一种方法，其用于清洁在三维打印机中所使用的打印头，该方法包括下列步骤：

使所述打印头的打印头表面与限定一腔体的密封盖接合；

在所述腔体中形成真空；和

将清洁流体引导到所述腔体中，并接触所述打印头表面。

45.如权利要求44所述的方法，还包括从所述腔体去除所述清洁流体的步骤。

46.如权利要求45所述的方法，还包括下列步骤：

使得所述盖从该打印头表面脱离；和

用擦拭器从所述打印头表面去除过多的清洁流体。

47.如权利要求44所述的方法，其中抽出真空的步骤在所述腔体内形成负压，所述负压用于下列目的中的至少一个：

将所述清洁流体吸入到所述腔体中；

防止所述清洁流体进入喷嘴；和

从所述喷嘴吸入粘合剂流体和碎屑中的至少一个。

48.一种方法，用于确定在三维打印机中所使用的打印头的状态，该方法包括下列步骤：

获取所述打印头的至少一个运行参数的数据值；和

将所述数据值与阈值相比较，所述数据值和阈值的关系指示所述打印头的状态。

49.如权利要求48所述的方法，还包括如果所述数据值超过所述阈值则启动所述打印头的维修程序的步骤。

50.如权利要求48所述的方法，其中所述运行参数从由下列构成的一组参数中选择：所经历的时间、打印头所分配的液滴的数量、所打印的层的数量、在之前已打印粉末上分配的液滴、在之前未打印粉末上分配的液滴、及它们的组合。

51.如权利要求48所述的方法，其中所述数据值在获得期间被补偿以考虑三维打印机的运行环境因素。

52.如权利要求51所述的方法，其中所述运行环境因素从下列构成的一组中选择：温度，湿度，粘合剂材料和建筑材料。

53.一种方法，用于确定在三维打印机中使用的打印头的状态，该方法包括下列步骤：

对由打印头分配的液滴计数；和

确定在之前未打印像素上分配的液滴的百分比。

54.如权利要求53所述的方法，还包括如果该百分比超过阈值则启动打印头的维修程序的步骤。

Images