用于沉積液體的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于印刷系統(tǒng)的印刷頭(60)。所述印刷頭(60)包括多個(gè)隔室(62a,62b)，每個(gè)隔室具有用于沉積液體的出口端口(64)和獨(dú)立可連接至單獨(dú)液體容器的入口端口(66)。至少兩個(gè)隔室彼此可控性流體連通，所述印刷頭包括傳感器布置(84,86)，其被配置用于產(chǎn)生指示(i)每個(gè)隔室的填充狀態(tài)和(ii)所述至少兩個(gè)隔室之間的流體連通狀態(tài)的信號(hào)。
【專利說(shuō)明】用于沉積液體的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年3月4日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/606,417的優(yōu)先權(quán) 權(quán)益，該臨時(shí)專利申請(qǐng)的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0003] 和【背景技術(shù)】
[0004] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及液體沉積，更具體地但非排他地涉通過(guò) 印刷系統(tǒng)例如三維印刷系統(tǒng)進(jìn)行液體沉積。
[0005] 增材制造通常是一種利用對(duì)象的計(jì)算機(jī)模型來(lái)制造三維（3D)對(duì)象的方法。此方 法用于各種領(lǐng)域，例如用于可視化、演示和機(jī)械原型化的目的以及用于快速制造的設(shè)計(jì)相 關(guān)領(lǐng)域。
[0006] 任何增材制造系統(tǒng)的基本操作包括：將三維計(jì)算機(jī)模型切割成薄的剖面；將結(jié)果 轉(zhuǎn)換成二維位置數(shù)據(jù)；和將數(shù)據(jù)饋送至以分層方式制造三維結(jié)構(gòu)的控制設(shè)備。
[0007] 增材制造使得制造方法具有許多不同的途徑，包括三維印刷、層合對(duì)象制造、熔融 沉積造型和其它途徑。
[0008] 在三維印刷方法中，例如，構(gòu)建材料從具有一組噴嘴的印刷頭分配以在支承結(jié)構(gòu) 上形成沉積材料層。根據(jù)構(gòu)建材料，隨后可使用適合的裝置來(lái)使層固化或硬化。構(gòu)建材料 可以包括形成對(duì)象的造型材料以及在構(gòu)建對(duì)象時(shí)支承對(duì)象的支撐材料。存在各種三維印 刷技術(shù)并且這些技術(shù)公開(kāi)于例如美國(guó)專利No. 6, 259, 962、No. 6, 569, 373、No. 6, 658, 314、 No. 6, 850, 334、No. 7, 183, 3357, 209, 797、No. 7, 225, 045、No. 7, 300, 619、No. 7, 479, 510、 No. 7, 500, 846、No. 7, 658, 976、和No. 7, 962, 237中，這些專利均屬于同一受讓人，其內(nèi)容據(jù) 此以引用方式并入。
[0009] 一些三維印刷系統(tǒng)包括兩個(gè)噴墨頭，其中一個(gè)噴墨頭沉積造型材料，另一個(gè)噴墨 頭沉積支撐材料。更先進(jìn)的印刷系統(tǒng)能夠印刷由兩種或更多種造型材料制成的印刷對(duì)象。 這些系統(tǒng)包括用于沉積不同材料的兩個(gè)或更多個(gè)頭，從而允許設(shè)計(jì)者控制被印刷對(duì)象的各 個(gè)區(qū)域的機(jī)械、熱和/或美學(xué)性質(zhì)。這種類型的三維印刷系統(tǒng)公開(kāi)于已公布的美國(guó)申請(qǐng) No. 20100191360,該申請(qǐng)的內(nèi)容據(jù)此以引用方式并入。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種用于印刷系統(tǒng)的印刷頭。所述 印刷頭包括多個(gè)隔室，每個(gè)隔室具有用于沉積液體的出口端口和獨(dú)立可連接至單獨(dú)液體容 器的入口端口。根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施方案，至少兩個(gè)隔室彼此可控性流體連通，印刷 頭包括傳感器布置，其被配置用于產(chǎn)生指示（i)每個(gè)隔室的填充狀態(tài)和（ii)至少兩個(gè)隔室 之間的流體連通狀態(tài)的信號(hào)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，隔室占據(jù)室并且被至少一個(gè)分隔件分隔，其中流體 連通是經(jīng)由室中的液體通道。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，液體通道介于分隔件的上端與室的上壁之間。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，分隔件可移動(dòng)形成液體通道。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，液體通道包括可控性隔室間閥門。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，傳感器布置包括至少兩個(gè)隔室的第一隔室中的至少 一個(gè)第一傳感器、至少兩個(gè)隔室的第二隔室中的第二傳感器和液體通道中的第三傳感器。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，多個(gè)隔室包括僅兩個(gè)隔室。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，多個(gè)隔室包括至少三個(gè)隔室。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，可控性流體連通包括第一對(duì)隔室之間的至少第一流 體連通和第二對(duì)隔室之間的第二流體連通，并且其中至少第一流體連通與第二流體連通獨(dú) 立可控。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，至少三個(gè)隔室串行布置，其中每個(gè)可控性流體連通 介于每?jī)蓚€(gè)相鄰的隔室之間。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，至少三個(gè)隔室在室中串行布置并且被多個(gè)分隔件分 隔，并且其中分隔件中的至少兩個(gè)具有不同的高度。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，多個(gè)隔室包括至少四個(gè)隔室。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種印刷系統(tǒng)。所述印刷系統(tǒng)包括 如上文所述的印刷頭并且任選地如下文進(jìn)一步詳述。所述印刷系統(tǒng)還包括多個(gè)單獨(dú)液體容 器，所述容器通過(guò)其中具有可控閥門的導(dǎo)管各自獨(dú)立地連接至相應(yīng)的隔室；和被配置用于 響應(yīng)于來(lái)自傳感器的信號(hào)而控制每個(gè)導(dǎo)管的每個(gè)閥門的控制器。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述印刷系統(tǒng)包括用于根據(jù)印刷模式操作控制器的 計(jì)算機(jī)，所述印刷模式選自至少：第一印刷模式，其中至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自不同容器的 液體；第二印刷模式，其中至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自同一容器的液體；第三印刷模式，其中 至少一個(gè)隔室填充有來(lái)自一個(gè)容器的液體而至少一個(gè)隔室保持基本為空。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，在至少第一印刷模式中，控制器向閥門發(fā)出信號(hào)以 用來(lái)自不同容器的液體同時(shí)供給至少兩個(gè)隔室。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，在至少第一印刷模式中，控制器向閥門發(fā)出信號(hào)以 用來(lái)自不同容器的液體相繼供給至少兩個(gè)隔室。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，計(jì)算機(jī)被配置為用于獲得分別容納在至少兩個(gè)單獨(dú) 容器中的至少兩種不同流體之間的比率以計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述比率的至少兩種不同流體的沉 積工作周期，以及根據(jù)所計(jì)算的沉積工作周期來(lái)操作控制器以用兩種流體供給至少兩個(gè)隔 室。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述印刷系統(tǒng)為三維印刷系統(tǒng)，其中至少兩個(gè)液體 容器容納不同的造型材料。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，至少一個(gè)液體容器容納支撐材料。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，至少兩個(gè)液體容器容納不同的支撐材料。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述印刷系統(tǒng)包括連接至容納支撐材料的液體容器 的單獨(dú)印刷頭。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種印刷方法。所述方法包括接收 印刷數(shù)據(jù)和響應(yīng)于印刷數(shù)據(jù)而操作印刷系統(tǒng)。所述印刷系統(tǒng)可為與如上文所述的系統(tǒng)相同 的系統(tǒng)并且任選地如下文進(jìn)一步詳述。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種印刷三維對(duì)象的方法。所述方 法包括：接收三維對(duì)象的形狀，以及操作印刷系統(tǒng)以便以對(duì)應(yīng)于所述形狀的配置圖案形成 多個(gè)層。所述印刷系統(tǒng)可為與如上文所述的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)并且任選地如下文進(jìn)一步詳 述。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種印刷方法。所述方法包括將至 少一種印刷材料供給到具有多個(gè)隔室且每個(gè)隔室具有出口端口的印刷頭中，同時(shí)控制至少 兩個(gè)隔室之間的流體連通。所述方法還包括使用所述出口端口將印刷材料沉積沉積到接納 表面上。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述方法用不同的印刷材料供給至少兩個(gè)隔室。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述方法通過(guò)在至少兩個(gè)隔室之間確立印刷材料的 流動(dòng)以用相同的印刷材料來(lái)填充至少兩個(gè)隔室，從而控制流體連通。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述方法用不同的印刷材料供給至少兩個(gè)隔室。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述方法防止印刷材料流入至少一個(gè)隔室中，使得 相應(yīng)的隔室保持基本為空而至少一個(gè)其它隔室填充有印刷材料。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，所述印刷材料包括至少一種造型材料和至少一種支 撐材料，其中進(jìn)行沉積以便以對(duì)應(yīng)于三維對(duì)象形狀的配置圖案形成多個(gè)層。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，造型材料包括至少兩種造型材料，其中所述方法用 不同造型材料供給至少兩個(gè)隔室。
[0040] 除非另外定義，否則本文所用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語(yǔ)的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。盡管在本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)踐或測(cè)試中可使用 與本文所述的方法和材料相似或相同的方法和材料，但示例性方法和/或材料在下文中描 述。如有沖突，以本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)（包括定義）為準(zhǔn)。此外，所述材料、方法和實(shí)施例僅為 示例性的而無(wú)意于進(jìn)行必要的限制。
[0041] 本發(fā)明的實(shí)施方案的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施可涉及手動(dòng)、自動(dòng)或兩者結(jié)合來(lái)進(jìn)行 或完成選定任務(wù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施方案的實(shí)際儀器和設(shè)備，若干 選定任務(wù)可利用操作系統(tǒng)通過(guò)硬件、軟件或固件或其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0042] 例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于進(jìn)行選定任務(wù)的硬件可以芯片或電路來(lái)實(shí) 現(xiàn)。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的選定任務(wù)可以利用任何適合的操作系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算 機(jī)執(zhí)行的多個(gè)軟件指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，根據(jù)如本文所述的方法和/ 或系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)是通過(guò)數(shù)據(jù)處理器來(lái)進(jìn)行你，例如用于執(zhí)行多 個(gè)指令的計(jì)算平臺(tái)。任選地，數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)器和/ 或用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁性硬盤和/或可移除介質(zhì)。任選 地，還提供網(wǎng)絡(luò)連接。還任選地提供顯示器和/或諸如鍵盤或鼠標(biāo)的用戶輸入裝置。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0043] 在本文參照附圖僅通過(guò)舉例的方式描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方案。具體詳細(xì)參照 附圖，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，所示出的特定方案僅通過(guò)舉例的方式描述并且出于本發(fā)明的實(shí)施方案 的示例性討論的目的。就這一點(diǎn)而言，結(jié)合附圖進(jìn)行的描述使得如何可實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施 方案對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。
[0044] 在附圖中：
[0045] 圖1為具有多個(gè)印刷頭的三維印刷系統(tǒng)的示意圖；
[0046] 圖2A-C為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的印刷頭的示意圖；
[0047] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的采用圖2A-C的印刷頭的印刷系統(tǒng)的示意 圖；
[0048] 圖4A-B為本發(fā)明的一些實(shí)施方案的采用印刷頭的三維印刷系統(tǒng)的示意圖；
[0049] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的采用具有三個(gè)隔室的印刷頭的印刷系統(tǒng)的 示意圖；
[0050] 圖6A-F為描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有兩個(gè)隔室的印刷頭的操作的示 意圖；
[0051] 圖7A-F為描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有三個(gè)隔室的印刷頭的操作的示 意圖；和
[0052] 圖8A-C為描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有四個(gè)隔室的印刷頭的操作的示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及流體沉積，更具體地但非排他地涉通過(guò) 印刷系統(tǒng)例如三維印刷系統(tǒng)進(jìn)行流體沉積。
[0054] 在詳細(xì)闡述本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用未必局限 于下面的說(shuō)明中提及的和/或附圖中圖示的和/或?qū)嵤├牟考?或方法的構(gòu)造和布置 細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施方案或以多種方式實(shí)踐或?qū)嵤?br>
[0055] 可利用本發(fā)明實(shí)施方案的方法和系統(tǒng)進(jìn)行印刷。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所 述方法和系統(tǒng)通過(guò)以對(duì)應(yīng)于對(duì)象形狀的配置圖案形成多個(gè)層來(lái)以分層方式制造三維對(duì)象。 [0056] 雖然在描述以下實(shí)施方案時(shí)重點(diǎn)放在三維印刷上，但應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)三維印刷的更 詳細(xì)的提及不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0057] 印刷可通過(guò)由控制器控制的一個(gè)或多個(gè)印刷頭來(lái)進(jìn)行。印刷頭掃描二維表面且將 其圖案化。在掃描的同時(shí)，印刷頭訪問(wèn)二維層或表面上的多個(gè)目標(biāo)位置，并且控制器針對(duì)每 個(gè)目標(biāo)位置或目標(biāo)位置組判定目標(biāo)位置或目標(biāo)位置組是否要由構(gòu)建材料占據(jù)以及將何種 類型的印刷材料輸送至所述位置。根據(jù)表面的計(jì)算機(jī)圖像來(lái)進(jìn)行判定。印刷頭將印刷材料 沉積在待占據(jù)的目標(biāo)位置并且使其它目標(biāo)位置為空。
[0058] 在三維印刷中，印刷材料在文獻(xiàn)中被稱為"構(gòu)建材料"并且其沉積在支承結(jié)構(gòu)上的 層中。
[0059] 構(gòu)建材料的類型可分類成兩個(gè)主要類別：造型材料和支撐材料。支撐材料用于提 供在制造過(guò)程中支承對(duì)象或?qū)ο蟛糠值闹位w或構(gòu)造和/或其它用途，例如提供中空或 多孔對(duì)象。支承構(gòu)造可另外包括造型材料元件，例如得到更大的支承強(qiáng)度或強(qiáng)化。
[0060] 造型材料通常為組合物，其被配制用于增材制造中并且能夠靠其本身形成三維對(duì) 象，即，無(wú)需與任何其它物質(zhì)混合或組合。
[0061] 最終的三維對(duì)象是由造型材料或造型和支撐材料的組合或其改型（例如，緊接固 化）制成。所有這些操作對(duì)于固體自由形態(tài)制造領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是熟知的。
[0062] 在本發(fā)明的一些示例性的實(shí)施方案中，對(duì)象通過(guò)沉積兩種或更多種不同的造型材 料來(lái)制造。在印刷頭同次通過(guò)期間，材料任選地且優(yōu)選地沉積在層中。層內(nèi)的材料和材料 組合根據(jù)對(duì)象的所需性質(zhì)來(lái)選擇。
[0063] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"對(duì)象"是指整個(gè)對(duì)象或其部分。
[0064] 為了更好地理解本發(fā)明的一些實(shí)施方案，如附圖的圖2-8中所述，首先參考如圖1 所示的三維印刷系統(tǒng)10的構(gòu)造和操作。
[0065] 系統(tǒng)10包括具有印刷單元21的三維印刷設(shè)備14,印刷單元21包括多個(gè)印刷頭。 每個(gè)頭優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴（未示出）的陣列，液體構(gòu)建材料24通過(guò)所述陣列進(jìn)行 沉積。
[0066] 每個(gè)印刷頭經(jīng)由構(gòu)建材料貯存器供給，所述構(gòu)建材料貯存器可任選地包括溫度控 制單元（例如溫度傳感器和/或加熱裝置）和料位傳感器。為了沉積構(gòu)建材料，將電壓信 號(hào)施加到印刷頭以經(jīng)由印刷頭噴嘴選擇性地沉積材料液滴，例如，如同壓電噴墨印刷技術(shù)。 每個(gè)頭的印刷速率取決于噴嘴的數(shù)量、噴嘴的類型和所施加的電壓信號(hào)速率（頻率）。此類 印刷頭對(duì)于固體自由形態(tài)制造領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是熟知的。
[0067] 在圖1的實(shí)施例中，示出了四個(gè)印刷頭21a、21b、21c和21d。頭21a、21b、21c和 21d中的每一個(gè)均具有噴嘴陣列。頭21a和21b可被指定用于造型材料，頭21c和21d可 被指定用于支撐材料。因此，頭21a可沉積第一造型材料，頭21b可沉積第二造型材料，頭 21c和21d均可沉積支撐材料。或者，頭21c和21d可組合成單個(gè)頭，所述單個(gè)頭比頭21a 和21b中的每一個(gè)具有更多的噴嘴。
[0068] 裝置14還可包括固化單元，該固化單元可包括一個(gè)或多個(gè)輻射源26,輻射源26， 可為例如紫外燈或可見(jiàn)光燈或紅外燈，或其它電磁輻射源，或電子束源，這取決于所使用的 造型材料。輻射源26用于固化或硬化造型材料。
[0069] -個(gè)或多個(gè)印刷頭和一個(gè)或多個(gè)輻射源可安裝在框架或塊體28中，框架或塊體 28優(yōu)選地可操作以在用作工作表面的托盤30上方進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。輻射源可安裝在塊體中， 使得它們緊隨在印刷頭之后以至少部分地固化或硬化剛剛由印刷頭沉積的材料。根據(jù)常 規(guī)，托盤30設(shè)置在X-Y平面。托盤30通常被配置為垂直地（沿Z方向）移動(dòng)，例如朝下。 設(shè)備14還可包括一個(gè)或多個(gè)調(diào)平裝置32例如輥34。調(diào)平裝置32用于在新形成的層上形 成后續(xù)層之前矯直、調(diào)平和/或確立所述新形成的層的厚度。調(diào)平裝置32可包括用于收集 在調(diào)平過(guò)程中產(chǎn)生的多余材料的廢料收集裝置36。廢料收集裝置36可包括將材料輸送到 廢料罐或廢料筒中的任何機(jī)構(gòu)。
[0070] 在使用時(shí)，單元21的印刷頭沿掃描方向（本文稱為X方向）移動(dòng)，并且在其通過(guò) 托盤30上方的過(guò)程中將構(gòu)建材料選擇性地以預(yù)定配置沉積。構(gòu)建材料通常包括一種或多 種類型的造型材料和一種或多種類型的支撐材料。單元21印刷頭通過(guò)之后就通過(guò)輻射源 26進(jìn)行沉積材料的固化。在頭逆向通過(guò)時(shí)，對(duì)于剛剛沉積的層返回至其起始點(diǎn)，可根據(jù)預(yù)定 配置來(lái)實(shí)施構(gòu)建材料的附加沉積。在印刷頭正向和/或逆向通過(guò)時(shí)，這樣形成的層可通過(guò) 調(diào)平裝置調(diào)平裝置32矯直，調(diào)平裝置32矯直可沿循印刷頭在其正向和/或逆向移動(dòng)的路 徑。一旦印刷頭沿X方向返回至其起始點(diǎn)，它們就可沿標(biāo)引方向（本文稱為Y方向）移動(dòng) 至另一位置，并且通過(guò)沿X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)繼續(xù)構(gòu)建同一層?；蛘?，印刷頭可在正向移動(dòng)和 逆向移動(dòng)之間或者在超過(guò)一次正向-逆向移動(dòng)之后沿Y方向移動(dòng)。通過(guò)印刷頭所進(jìn)行的完 成單層的一系列掃描在本文中稱為單掃描周期。
[0071] 一旦完成所述層，根據(jù)隨后待印刷的層的期望厚度，托盤30沿Z方向下降至預(yù)定 Z水平。重復(fù)該工序以便以分層方式形成三維對(duì)象12。
[0072] 托盤30可替代地或附加地在層內(nèi)于單元21的印刷頭的正向通過(guò)和逆向通過(guò)之間 沿Z方向移位。進(jìn)行此Z移位以引起調(diào)平裝置沿一個(gè)方向與表面的接觸并且防止沿其它方 向的接觸。
[0073] 系統(tǒng)10還包括構(gòu)建材料供應(yīng)設(shè)備50,其包括構(gòu)建材料容器或筒并且經(jīng)由相應(yīng)的 多個(gè)供應(yīng)導(dǎo)管58將多種構(gòu)建材料供應(yīng)至制造設(shè)備14。在圖1的圖示中，示出四個(gè)供應(yīng)容 器56a、56b、56c和56d以及四個(gè)供應(yīng)導(dǎo)管58a、58b、58c和58d，以將構(gòu)建材料分別提供至頭 21a、21b、21c 和 21d。
[0074] 控制單元52控制制造設(shè)備14和供應(yīng)設(shè)備50。控制單元52可與計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處 理器54通信，數(shù)據(jù)處理器54發(fā)送與基于計(jì)算機(jī)對(duì)象數(shù)據(jù)的制造指令有關(guān)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，例如 發(fā)送與基于計(jì)算機(jī)對(duì)象數(shù)據(jù)的制造指令有關(guān)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，例如，在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上表示 的標(biāo)準(zhǔn)鑲嵌語(yǔ)言（STL)格式等形式的CAD配置。通常，控制單元52控制施加至每個(gè)印刷頭 或噴嘴陣列的電壓以及各印刷頭中的構(gòu)建材料的溫度。
[0075] -旦制造數(shù)據(jù)被加載到控制單元52,控制單元52就可在用戶不干預(yù)的情況下進(jìn) 行操作。然而，控制單元52可接收來(lái)自操作員例如使用數(shù)據(jù)處理器54或使用與單元52通 信的用戶接口 16的附加輸入。用戶接口 16可為本領(lǐng)域已知的任何類型，例如但不限于鍵 盤、觸摸屏等。例如，控制單元52可接收作為附加輸入的一種或多種構(gòu)建材料類型和/或 屬性，例如但不限于顏色、特性失真和/或過(guò)渡溫度、粘度、電性質(zhì)、磁性質(zhì)。還構(gòu)思了其它 屬性和屬性組。
[0076] 系統(tǒng)10可通過(guò)從不同的印刷頭沉積不同的材料來(lái)制造對(duì)象。這提供了從給定數(shù) 量的材料選擇材料并且限定所選材料及其性質(zhì)的所需組合的能力。層內(nèi)每種材料沉積的空 間位置被限定為實(shí)現(xiàn)由不同材料占據(jù)不同的三維空間位置，或者實(shí)現(xiàn)由兩種或更多種不同 的材料占據(jù)基本相同的三維位置或相鄰的三維位置，以允許層內(nèi)材料的沉積后空間組合， 從而在相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)位置處形成復(fù)合材料。
[0077] 構(gòu)思了造型材料的任何沉積后組合或混合。例如，例如，一旦某些材料被沉積，則 其可保留其原始性質(zhì)。然而，當(dāng)其與另一種造型材料同時(shí)沉積或與沉積在相同或附近位置 處的其它沉積材料同時(shí)沉積時(shí)，可形成與沉積材料不同的一種或多種性質(zhì)復(fù)合材料。
[0078] 系統(tǒng)10因此提供了根據(jù)期望表征對(duì)象的每個(gè)部分的性質(zhì)來(lái)沉積多種材料組合的 能力，以及在對(duì)象的不同部分中可由多種不同材料組合構(gòu)成的對(duì)象的制造。
[0079] 諸如系統(tǒng)10的三維印刷系統(tǒng)的原理和操作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可見(jiàn)于已公布的美國(guó)申 請(qǐng)No. 20100191360,該申請(qǐng)的內(nèi)容據(jù)此以引用方式并入。
[0080] 雖然系統(tǒng)10被設(shè)計(jì)為用于通過(guò)若干印刷材料來(lái)印刷對(duì)象，但用戶可決定用較少 數(shù)量的材料來(lái)印刷對(duì)象。例如，可期望的是僅用一種造型材料來(lái)印刷對(duì)象。在這種情況下， 對(duì)于較快的印刷，多個(gè)頭可用于印刷相同的材料，從而提供高速印刷模式。
[0081] 當(dāng)希望使用印刷頭來(lái)印刷與先前通過(guò)同一印刷頭沉積的材料不同的材料時(shí)，通常 需要沖洗印刷頭和相應(yīng)的供應(yīng)管道，直至先前沉積的材料被除去和/或被完全替換。發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)此操作會(huì)產(chǎn)生大量的廢料。該問(wèn)題在多個(gè)頭均用于沉積相同的材料時(shí)更為嚴(yán)重，因 為在此場(chǎng)景中，廢料的量與待沖洗的頭的數(shù)量呈線性關(guān)系增長(zhǎng)。
[0082] 所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題導(dǎo)致高速印刷的優(yōu)點(diǎn)與廢料量增加的缺點(diǎn)之間的沖突。
[0083] 在尋找該問(wèn)題的解決方案的過(guò)程中，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種印刷頭，其提供高速印刷 模式同時(shí)保持低量的廢料。
[0084] 現(xiàn)參考圖2A-C，其為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的印刷頭60的示意圖。印刷頭 60可用于印刷系統(tǒng)中，例如但不限于如下文進(jìn)一步詳述的三維印刷系統(tǒng)。
[0085] 印刷頭60可包括多個(gè)隔室62,每個(gè)隔室具有用于沉積液體（優(yōu)選但未必印刷液體 形式的材料）的出口端口 64和入口端口 66。圖2A-C中示出兩個(gè)隔室62a和62b在，具有 相應(yīng)的兩個(gè)入口端口 66a和66b和相應(yīng)的兩個(gè)出口端口 64a和64b，但是超過(guò)兩個(gè)隔室并不 排除在本發(fā)明的范圍之外。下文描述具有三個(gè)隔室和四個(gè)隔室的構(gòu)造。隔室62任選且優(yōu) 選地占據(jù)腔室68并且被至少一個(gè)分隔件70分隔。
[0086] 在本發(fā)明的各示例性實(shí)施方案中，每個(gè)隔室的每個(gè)入口端口獨(dú)立可連接至單獨(dú)液 體容器（未示出，參見(jiàn)圖3-5)，并且至少兩個(gè)隔室彼此可控性流體連通。
[0087] 在印刷頭60外部進(jìn)行操作或不進(jìn)行操作可確立或解除相應(yīng)兩個(gè)隔室之間的流體 連通，在這個(gè)意義上而言流體連通是"可控的"。
[0088] 本發(fā)明的實(shí)施方案構(gòu)思了不止一種控制流體連通的構(gòu)造。下述圖2A-C中示出適 于本發(fā)明的一些實(shí)施方案的三種代表性構(gòu)造，但其它構(gòu)造并不排除在本發(fā)明的范圍之外。
[0089] 圖2A示意性地示出一種構(gòu)造，其中存在液體通道72,其形式為分隔件70的上端 與腔室68的上壁78之間的間隙。在此實(shí)施方案中，分隔件70的高度h p小于腔室的高度 hc并且其設(shè)置在腔室68的底部76。流體連通可通過(guò)控制腔室68中的液位來(lái)確立或解除。 具體而言，當(dāng)液位低于h p時(shí)，隔室之間無(wú)流體連通，而當(dāng)液位高于hp時(shí)，隔室之間的流體連 通得以確立。
[0090] 圖2B示出一種構(gòu)造，其中分隔件70或其部分可移動(dòng)或可調(diào)整尺寸以形成液體通 道72,并且流體連通通過(guò)控制分隔件70的狀態(tài)來(lái)確立和解除。在示出的實(shí)施方案中，分隔 件70的下部可旋轉(zhuǎn)以使得液體通道72形成于分隔件70的下端與腔室68的底部76之間 的間隙中。用于可移動(dòng)或可改變尺寸的分隔件的其它構(gòu)造，分隔件并不排除在本發(fā)明的范 圍之外。
[0091] 圖2C示出一種構(gòu)造，其中液體通道72包括可控性隔室間閥門80,其具有至少打開(kāi) 狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)。在此實(shí)施方案中，液體通道72可呈使兩個(gè)隔室（在本實(shí)例總為隔室62a 和62b)互連的導(dǎo)管82的形式，其中隔室間閥門80配合設(shè)置在導(dǎo)管82中。在這些實(shí)施方 案中，流體連通通過(guò)控制閥門80的狀態(tài)（打開(kāi)/關(guān)閉）來(lái)確立和解除。
[0092] 當(dāng)印刷頭包括兩個(gè)以上的隔室時(shí)，可任選且優(yōu)選地存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的可控性 流體連通。例如，印刷頭可在第一對(duì)隔室之間具有第一流體連通，在第二對(duì)隔室之間具有第 二流體連通。在這些實(shí)施方案中，至少第一流體連通與第二流體連通獨(dú)立可控。
[0093] 當(dāng)通過(guò)移動(dòng)或調(diào)整分隔件70(圖2B)的尺寸或經(jīng)由隔室間閥門80(圖2C)來(lái)確立 流體連通時(shí)，對(duì)流體連通的獨(dú)立控制可通過(guò)對(duì)每對(duì)隔室之間的分隔件或閥門進(jìn)行獨(dú)立控制 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0094] 當(dāng)通過(guò)控制腔室68 (圖2A)中的液位來(lái)確立流體連通時(shí)，可使用具有不同高度的 分隔件分隔不同的隔室對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體連通的獨(dú)立控制。此類獨(dú)立控制的代表性實(shí)例在下 文的實(shí)施例章節(jié)中提供。
[0095] 將隔室連接至單獨(dú)液體容器同時(shí)保持確立隔室間流體連通的能力的優(yōu)點(diǎn)在于可 顯著減少?gòu)牟煌羰页练e相同材料時(shí)的廢料量。在諸如以上系統(tǒng)1〇的常規(guī)系統(tǒng)中，兩個(gè)印 刷頭僅在相應(yīng)的供應(yīng)容器和相應(yīng)的供應(yīng)導(dǎo)管填充有相同的材料時(shí)才可沉積相同的材料，因 為在各印刷頭之間沒(méi)有流體連通。在印刷頭60中，同一供應(yīng)容器和同一供應(yīng)管道可用于供 給兩個(gè)隔室。例如，印刷頭60可具有這樣的印刷模式，其中在隔室62a和62b之間確立流 體連通，使得連接至例如入口端口 66a的特定供應(yīng)容器（未示出，參見(jiàn)圖3-5)可同時(shí)供給 隔室62a和62b。在此印刷模式中，任選且優(yōu)選地不存在經(jīng)由入口端口 66b的液體供應(yīng)。這 種和其它印刷模式的更詳細(xì)的描述下文的實(shí)施例章節(jié)中提供（參見(jiàn)實(shí)施例2-4)。
[0096] 將隔室連接至單獨(dú)液體容器同時(shí)保持確立隔室間流體連通的能力的優(yōu)點(diǎn)在于其 允許不同材料之間的頭內(nèi)混合。例如，印刷頭60可具有這樣的印刷模式，其中在隔室62a 和62b之間確立流體連通，同時(shí)保持第一材料經(jīng)由入口端口 66a供應(yīng)到隔室62a中并且第 二材料經(jīng)由入口端口 66b供應(yīng)到隔室62b中。第一材料和第二材料優(yōu)選地彼此不同并且由 分別連接至端口 66a和66b的兩個(gè)單獨(dú)的供應(yīng)容器來(lái)供應(yīng)。因此在此印刷模式中，隔室62a 和62b之間存在流體連通，隔室62a和62b中的材料可在印刷頭60內(nèi)混合以提供構(gòu)建材料 混合物，該混合物隨后可從沉積出印刷頭60,優(yōu)選地在混合之后立即沉積出。此印刷模式在 希望沉積各個(gè)材料的混合物時(shí)特別有用，其中所述各個(gè)材料中至少一者的儲(chǔ)存壽命相對(duì)較 長(zhǎng)，但所述混合物的儲(chǔ)存壽命相對(duì)較短（比所述各個(gè)材料中至少一者的儲(chǔ)存壽命短）。代表 性實(shí)例為將具有短儲(chǔ)存壽命的添加劑（例如著色劑、固化劑如引發(fā)劑、傳導(dǎo)性控制劑、電荷 控制劑、磁性添加劑等）加入造型材料中，其中混合物的壽命因此短于造型材料的儲(chǔ)存壽 命。
[0097] 在本發(fā)明的各示例性實(shí)施方案中，印刷頭60包括被配置用于產(chǎn)生信號(hào)的傳感器 布置，所述信號(hào)同時(shí)指示每個(gè)隔室的填充狀態(tài)和隔室間的流體連通狀態(tài)。
[0098] 如本文所用，"填充狀態(tài)"是指至少指示隔室是否容納有液體的信息。在本發(fā)明的 一些實(shí)施方案中，"填充狀態(tài)"是指指示隔室是否完全填充有液體的信息，而在本發(fā)明的一 些實(shí)施方案中，"填充狀態(tài)"是指與隔室中液體的量有關(guān)的信息。
[0099] 如本文所用，"流體連通狀態(tài)"是指至少指示兩個(gè)隔室之間是否有液體流動(dòng)的信 息。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，"流體連通狀態(tài)"是指與隔室之間的液體流動(dòng)量和速率有 關(guān)的彳目息。
[0100] 傳感器可以不止一種方式實(shí)現(xiàn)。通常，液位傳感器用于提供與隔室的填充狀態(tài)有 關(guān)的信息。因此，液位傳感器任選且優(yōu)選地設(shè)置在每個(gè)單獨(dú)隔室的至少頂部，以在隔室中的 液位達(dá)到隔室頂部時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。感測(cè)隔室62a和62b中液位的液位傳感器分別在84a和 84b示出。
[0101] 在其中隔室間的液體通道72位于腔室68的上部的構(gòu)造（例如圖2A中示出的構(gòu) 造）中，液位傳感器86還可任選且優(yōu)選地用于產(chǎn)生指示隔室間流體連通狀態(tài)的信號(hào)。在此 實(shí)施方案中，傳感器86設(shè)置在液體通道72中超過(guò)在腔室68的底部76以上的h p的垂直位 置處，以在腔室68中的液位超出hp時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。此信號(hào)指示流體連通，因此當(dāng)液位高至超 出h p時(shí)，液體會(huì)溢流出分隔件70,從一個(gè)隔室到另一個(gè)隔室。
[0102] 當(dāng)通過(guò)可移動(dòng)或可改變尺寸的分隔件（圖2B)來(lái)控制隔室間的流體連通時(shí)，可將 傳感器88安裝在分隔件70上以提供關(guān)于分隔狀態(tài)的指示。例如，傳感器88可為位置傳感 器或加速計(jì)，其在分隔件70或其部分移位、旋轉(zhuǎn)或改變尺寸或其部分可旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。 當(dāng)隔室間的流體連通通過(guò)隔室間閥門來(lái)控制控制時(shí)，隔室間閥門還可使傳感器指示具有指 示閥門狀態(tài)（打開(kāi)/關(guān)閉）的功能。
[0103] 印刷頭60可用于如下印刷方法中，所述印刷方法包括將一種或多種印刷材料供 給到印刷頭60中，同時(shí)控制兩個(gè)或更多個(gè)隔室間的流體連通，以及使用出口端口將印刷材 料沉積到接納表面上。
[0104] 現(xiàn)參考圖3,其為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的印刷系統(tǒng)90的示意圖。系統(tǒng)90可 為二維或三維印刷系統(tǒng)。圖4A-B中提供其中系統(tǒng)90為三維印刷系統(tǒng)的實(shí)施方案中的系統(tǒng) 90的更詳細(xì)的圖示。
[0105] 系統(tǒng)90通常包括上文進(jìn)一步詳述的印刷頭60和多個(gè)單獨(dú)液體容器56,多個(gè)單獨(dú) 液體容器56各自獨(dú)立地通過(guò)供應(yīng)導(dǎo)管58的連接至印刷頭60的相應(yīng)隔室（未具體示出，參 見(jiàn)圖2A-C)。在圖3的示意圖中，示出兩個(gè)單獨(dú)液體容器56a和56b和兩個(gè)相應(yīng)的導(dǎo)管58a 和58b。導(dǎo)管58a和58b經(jīng)由入口端口 66a和66b連接至隔室。各導(dǎo)管具有可控閥門92， 可控閥門92具有液體在相應(yīng)的導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的打開(kāi)狀態(tài)和防止液體流動(dòng)的關(guān)閉狀態(tài)。導(dǎo)管 58a和58b的閥門分別指定為92a和92b。
[0106] 在圖4A的不意圖中，不出四個(gè)單獨(dú)容器56a、56b、56c和56d。相應(yīng)的導(dǎo)管被指定 為58a、58b、58c和58d，相應(yīng)的閥門被指定為92a、92b、92c和92d。導(dǎo)管58a-d經(jīng)由相應(yīng)的 入口端口連接至印刷頭60中的四個(gè)隔室（隔室和端口未具體示出）。容器56a-d中的一個(gè) 或多個(gè)任選且優(yōu)選地容納支撐材料和其它容器容納造型材料。
[0107] 圖4B的示意圖與圖4A中的示意圖大致相同，不同的是除了印刷頭60之外還存在 附加的單獨(dú)印刷頭61。頭61的原理和操作可與頭60的原理和操作相同?；蛘?，頭61可為 如本領(lǐng)域所已知的單室印刷頭。供應(yīng)容器中的一個(gè)或多個(gè)可連接至頭60,其它容器可連接 至頭61。例如，容器56a-c可連接至頭60,容器56d可連接至頭61。通常但非必然地，連接 至頭60的容器容納造型材料，連接至頭61的容器容納支撐材料。
[0108] 應(yīng)當(dāng)理解，圖3、4A和4B中的圖僅為了進(jìn)行示意性的說(shuō)明并且系統(tǒng)90可包括任何 數(shù)量的供應(yīng)容器、供應(yīng)導(dǎo)管和隔室。
[0109] 系統(tǒng)90任選且優(yōu)選地包括控制器94,控制器94接收來(lái)自印刷頭60的傳感器（圖 3中未示出，參見(jiàn)圖2A-C)的信號(hào)并且響應(yīng)于接受到的信號(hào)而控制各閥門92。在其中通過(guò) 使分隔件（參見(jiàn)圖2B)移動(dòng)或改變尺寸或通過(guò)隔室間閥門（參見(jiàn)圖2C)來(lái)確立或解除隔室 間流體連通的實(shí)施方案中，控制器94優(yōu)選地控制分隔件或隔室間閥門。
[0110] 在本發(fā)明的各示例性實(shí)施方案中，系統(tǒng)90包括被配置用于根據(jù)系統(tǒng)90的印刷模 式來(lái)操作控制器94的數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)54。本發(fā)明的實(shí)施方案構(gòu)思了若干種印刷模式。
[0111] 在第一印刷模式中，至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自不同容器的液體。此模式可通過(guò)使 兩個(gè)隔室經(jīng)由其入口端口進(jìn)行供給以及防止這些隔室間的流體連通來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0112] 在第二印刷模式中，至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自同一容器的液體。此模式可通過(guò)使 兩個(gè)隔室中的僅一者經(jīng)由其入口端口進(jìn)行供給以及確立這些隔室間的流體連通來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0113] 在第三印刷模式中，至少一個(gè)隔室填充有來(lái)自一個(gè)容器的液體并且至少一個(gè)其它 隔室保持基本為空。此模式可通過(guò)使至少一個(gè)隔室經(jīng)由其入口端口進(jìn)行供給以及防止與未 經(jīng)由其入口端口進(jìn)行供給的至少一個(gè)隔室的流體連通。
[0114] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的印刷模式的更詳細(xì)的描述在下文的實(shí)施例章節(jié)中 提供（參見(jiàn)實(shí)施例2-4)。
[0115] 可由計(jì)算機(jī)54例如基于印刷方法所需的印刷材料來(lái)自動(dòng)選擇。通常，計(jì)算機(jī)54 從印刷模式的預(yù)定列表中選擇印刷模式，所述列表包括至少上述第一模式、第二模式和第 三模式。
[0116] 印刷模式可替代地由系統(tǒng)90的操作員例如經(jīng)由可與控制器94直接通信的用戶接 口 16或經(jīng)由計(jì)算機(jī)54的用戶接口來(lái)進(jìn)行選擇。
[0117] 當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)隔室填充有來(lái)自不同容器的液體時(shí)（例如，在第一印刷模式中）， 控制器94可向閥門92發(fā)出信號(hào)以用來(lái)自不同容器的液體同時(shí)供給兩個(gè)或更多個(gè)隔室?；?者，控制器94可向閥門92發(fā)出信號(hào)以用來(lái)自不同容器的液體相繼供給兩個(gè)或更多個(gè)隔室。 還構(gòu)思了其中將同時(shí)供給和相繼供給進(jìn)行組合的實(shí)施方案。這些實(shí)施方案在存在三個(gè)或更 多個(gè)隔室時(shí)特別有用。例如，對(duì)于一對(duì)隔室，控制器可向閥門發(fā)出信號(hào)以同時(shí)供給所述成對(duì) 的兩個(gè)隔室；而對(duì)于另一對(duì)隔室，控制器可向閥門發(fā)出信號(hào)以相繼供給所述兩個(gè)隔室。
[0118] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)54被配置為用于獲得分別容納在兩個(gè)或更 多個(gè)單獨(dú)容器中的兩種或更多種不同流體間的比率。計(jì)算機(jī)54可隨后計(jì)算對(duì)應(yīng)于所得比 率的沉積工作周期，并且根據(jù)所計(jì)算的沉積工作周期來(lái)操作控制器94以用兩種流體供給 相應(yīng)的隔室。例如，當(dāng)使用容器56a和56b時(shí)間，計(jì)算機(jī)54可獲得比率A:B，該比率限定了 在容器56a中具有A體積份的液體并且在容器56b中具有B體積份的液體的組合。計(jì)算機(jī) 54可隨后計(jì)算對(duì)應(yīng)于比率A:B的沉積工作周期。
[0119] 例如，所計(jì)算的沉積工作周期可與比率A:B相同，其中對(duì)于從容器56a供給到隔室 62a中的A體積份的液體而言，B體積份的液體是從容器56b供給到隔室62b中。計(jì)算機(jī)54 隨后根據(jù)沉積工作周期來(lái)操作控制器94,使得頭60基本上同時(shí)沉積來(lái)自容器56a的A體積 份的液體和來(lái)自容器56b的B體積份的液體。此類方法可用于在沉積過(guò)程中原位組合流體 以獲得所需的液體組合物。
[0120] 原位混合在系統(tǒng)90為三維印刷系統(tǒng)時(shí)特別有用，在所述三維印刷系統(tǒng)中，流體為 可固化的構(gòu)建材料，其可在固化之前于工作表面上進(jìn)行組合。
[0121] 系統(tǒng)90的其它部件的原理和操作大致如本領(lǐng)域中所已知。因此，根據(jù)本發(fā)明的一 些實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種印刷方法。所述方法包括接收印刷數(shù)據(jù)和響應(yīng)于印刷數(shù) 據(jù)而操作系統(tǒng)90。所述方法可印刷三維對(duì)象。在這些實(shí)施方案中，可獲得三維對(duì)象的形狀， 并且系統(tǒng)90可操作以便以對(duì)應(yīng)于所述形狀的配置圖案形成多個(gè)層。例如，可操作框架28、 調(diào)平裝置32、輻射源26和托盤30以構(gòu)建以上關(guān)于系統(tǒng)50所述的三維對(duì)象12,不同的是至 少一種構(gòu)建材料從印刷頭60沉積，如下文進(jìn)一步詳述。
[0122] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"約"是指±10%。
[0123] 詞語(yǔ)"示例性的"在本文中用于表示"用作實(shí)施例，實(shí)例或示例"描述為"示例性 的"任何實(shí)施方案不一定解釋為對(duì)于其它實(shí)施方案是優(yōu)選的或有利的和/或從其它實(shí)施方 案中排除特征的合并。
[0124] 詞語(yǔ)"任選地"在本文中用于指"在一些實(shí)施方案中提供而在其它實(shí)施方案中不提 供"。本發(fā)明的任何特定實(shí)施方案可包括多個(gè)"任選的"特征，除非此類特征沖突。
[0125] 術(shù)語(yǔ)"包含"、"包括"、"具有"及其同根詞是指"包括但不限于"。
[0126] 術(shù)語(yǔ)"由.......組成"是指"包括且限于"。
[0127] 術(shù)語(yǔ)"主要由.......組成"是指組成、方法或結(jié)構(gòu)可包括附加成分、步驟和/或 部件，但是僅在附加成分、步驟和/或部件在材料上不改變要求保護(hù)的組成、方法或結(jié)構(gòu)的 基本的和新穎的特性的情況下。
[0128] 除非上下文另外清楚地規(guī)定，否則如本文中所用，單數(shù)形式"一個(gè)""一種"和"所 述"包括復(fù)數(shù)個(gè)指示物。例如，術(shù)語(yǔ)"化合物"或"至少一種化合物"可包括多種化合物，包 括其混合物。
[0129] 在本申請(qǐng)通篇中，本發(fā)明的各實(shí)施方案可以范圍的形式呈現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，范圍形式 的說(shuō)明僅為了方便和簡(jiǎn)要，而不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍的硬性限制。因此，范圍的描述應(yīng) 視為已具體地公開(kāi)了所有可能的子范圍以及在該范圍內(nèi)的各個(gè)數(shù)值。例如，例如從1至6 的范圍的描述應(yīng)視為已具體地公開(kāi)了例如從1至3、從1至4、從1至5、從2至4、從2至6、 從3至6等子范圍，以及在該范圍內(nèi)的各個(gè)數(shù)字，例如1、2、3、4、5和6。無(wú)論范圍的寬度如 何，這都適用。
[0130] 每當(dāng)在本文中指示數(shù)值范圍時(shí)，意在將任何所體積的數(shù)字（分?jǐn)?shù)或整數(shù)）包括在 所述指示范圍內(nèi)。短語(yǔ)在第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字"之間取范圍/之間的范圍"以及 從第一指示數(shù)字"至"第二指示數(shù)字"取范圍/的范圍"在本文中可互換使用，并且意在包 括第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字以及它們之間的所有的分?jǐn)?shù)數(shù)字和整數(shù)數(shù)字。
[0131] 應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見(jiàn)，本發(fā)明的某些特征描述于多個(gè)單獨(dú)實(shí)施方案的背景下， 也可以組合的方式提供于單個(gè)實(shí)施方案中。相反，為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，描述于單個(gè)實(shí)施方案背景 下的本發(fā)明的某些特征也可單獨(dú)或以任何合適的分組合提供或者適當(dāng)?shù)靥峁┰诒景l(fā)明的 任何其它所述的實(shí)施方案中。在各個(gè)實(shí)施方案的背景下描述的一些特征不應(yīng)視為那些實(shí)施 方案的必要特征，除非在不具有所述要素的情況下所述實(shí)施方案不可操作。
[0132] 如上文所述的和權(quán)利要求書(shū)章節(jié)所要求保護(hù)的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案和方面可 得到下文實(shí)施例的支持。
[0133] 實(shí)施例
[0134] 現(xiàn)參考以下實(shí)施例，這些實(shí)施例與以上描述一起以非限制性方式闡述本發(fā)明的一 些實(shí)施方案。
[0135] 實(shí)施例1
[0136] 具有三隔室印刷頭的示例性印刷系統(tǒng)
[0137] 圖5為本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中的具有印刷頭60的印刷系統(tǒng)90的示意圖，其 中印刷頭60具有三個(gè)隔室46A、46B和46C。系統(tǒng)90還包括單獨(dú)的印刷頭61。印刷頭60 可用于沉積造型材料，印刷頭61可用于沉積支撐材料。隔室46A通過(guò)分隔件46AB與隔室 46B，隔室46B和隔室46C通過(guò)分隔件46BC分隔。示出在頭60內(nèi)的五個(gè)傳感器84。這些傳 感器通過(guò)控制單元94來(lái)使用，其與管道58、與容器56A-C相連的閥門92協(xié)作來(lái)確定頭60 的三個(gè)噴嘴中的每一個(gè)實(shí)際上沉積了材料A、B或C中的哪一種。為了清楚呈現(xiàn)，通過(guò)附圖 標(biāo)號(hào)來(lái)指定傳感器84A、管道58A和閥門92A。
[0138] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的印刷頭的示例性操作在下面的實(shí)施例中進(jìn)行更詳 細(xì)地描述。
[0139] 實(shí)施例2
[0140] 兩隔室印刷頭的示例性操作
[0141] 圖6A-6F為描述具有兩個(gè)隔室的印刷頭的示例性操作模式的示意圖。圖6A示出 分成兩個(gè)隔室且針對(duì)材料A和/或B具有兩種供給選擇的室。圖6B示出室110,其被分成 通過(guò)分隔件114AB分隔的兩個(gè)隔室110A和110B?？沙蕠娮煨问降某隹?126A和出口 126B 適于可控制地沉積來(lái)自它們的相應(yīng)隔室的材料。供給器122A和122B代表將材料可控地加 入相應(yīng)隔室的供應(yīng)容器。傳感器118A和118B分別設(shè)置在隔室110A和110B內(nèi)，在分隔件 114AB的頂部下方，而傳感器118AB設(shè)置在室110內(nèi)，在分隔件114AB的頂部上方。
[0142] 控制器（圖6A-F中未示出，參見(jiàn)例如圖5)進(jìn)行操作所根據(jù)的各印刷模式在圖 6C-F中示出。
[0143] 圖6C示出一種印刷模式，其中控制器僅啟動(dòng)供給器122A以填充隔室110A，直至接 收來(lái)自傳感器118A的信號(hào)。在圖6C中，供給器122B被打叉以指示在此印刷模式中，供給 器122B保持未啟動(dòng)（例如，通過(guò)將相應(yīng)供應(yīng)導(dǎo)管的閥門切換至其關(guān)閉狀態(tài)）。因此，在圖 6C的場(chǎng)景下，僅材料A可用于經(jīng)由出口 126A進(jìn)行印刷，而隔室110B和出口 126B保持有效 未啟動(dòng)。
[0144] 圖6D示出一種印刷模式其中，控制器啟動(dòng)供給器122A以用材料A填充隔室110A 直至接收來(lái)自傳感器118A的信號(hào)，而供給器122B被啟動(dòng)以用材料B填充隔室110B直至接 收來(lái)自傳感器118B的信號(hào)。結(jié)果是材料A和材料B均可用于分別經(jīng)由出口 126A和出口 126B進(jìn)行印刷。
[0145] 圖6E示出一種印刷模式，其中控制器僅啟動(dòng)供給器122A以供應(yīng)材料A直至接收 來(lái)自傳感器118AB的信號(hào)。由于傳感器118AB設(shè)置在分隔件114AB的頂部上方，因此最初 僅供應(yīng)至隔室110A的材料A會(huì)溢流分隔件114AB的頂部而也填充隔室110B。在圖6E中， 供給器122B被打叉以指示在此印刷模式中，供給器122B保持未啟動(dòng)。圖6E的場(chǎng)景結(jié)束于 可用于經(jīng)由出口 126A和126B進(jìn)行印刷的材料，從而使得供給器122B、傳感器118A和傳感 器118B有效未啟動(dòng)。
[0146] 圖6F示出一種印刷模式，其中控制器僅啟動(dòng)供給器122B以供應(yīng)材料B直至接收 來(lái)自傳感器118AB的信號(hào)。由于傳感器118AB設(shè)置在分隔件114AB的頂部上方，因此最初 僅供應(yīng)至隔室110B的材料B會(huì)溢流分隔件114AB的頂部而也填充隔室110A。在圖6F中， 供給器122A被打叉以指示在此印刷模式中，供給器122A保持未啟動(dòng)。圖6F的場(chǎng)景結(jié)束于 可用于經(jīng)由出口 126A和126B進(jìn)行印刷的材料，從而使得供給器122A、傳感器118A和傳感 器118B有效未啟動(dòng)。
[0147] 應(yīng)當(dāng)理解，在圖6E和6F的場(chǎng)景中，印刷材料（分別為A或B)可用于從兩個(gè)出口 進(jìn)行印刷，而僅使用單個(gè)供給器（分別為122A或122B)，從而減少材料A或B分別需要用另 一種材料替換時(shí)所需的廢料量，從而減少?gòu)U料的量。
[0148] 下表1為關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的兩隔室印刷頭的操作原理的簡(jiǎn)化查 找表。參照?qǐng)D6B的部件可更好地理解表1，其中"隔室A"簡(jiǎn)寫(xiě)為隔室110A，"隔室B"簡(jiǎn)寫(xiě) 為隔室110B，"供給器A"簡(jiǎn)寫(xiě)為供給器122A，"供給器B"簡(jiǎn)寫(xiě)為供給器122B，"傳感器A"簡(jiǎn) 寫(xiě)為傳感器118A，"傳感器B"簡(jiǎn)寫(xiě)為傳感器118B以及"傳感器AB"簡(jiǎn)寫(xiě)為傳感器118AB。
[0149] 在表1中，"供給器A+B"是指其中供給器122A和122B兩者均啟動(dòng)的印刷模式， "傳感器A+B"是指獨(dú)立地從傳感器118A和118B接收的信號(hào)。
[0150] 例如，表1的第1行是關(guān)于圖6C中示出的印刷模式，其中僅材料A從隔室110A沉 積而未填充隔室110B。表1定義此印刷模式包括響應(yīng)于僅接收自傳感器118A的信號(hào)而啟 動(dòng)供給器122A。
[0151] 表 1
[0152]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于印刷系統(tǒng)的印刷頭，其包括： 多個(gè)隔室，每個(gè)隔室具有出口端口和入口端口，出口端口用于沉積液體，入口端口可單 獨(dú)連接至獨(dú)立的液體容器；其中至少兩個(gè)所述隔室為彼此可控性流體連通；和 傳感器布置，其被配置用于產(chǎn)生信號(hào)以指示（i)每個(gè)隔室的填充狀態(tài)和（ii)所述至少 兩個(gè)隔室之間的流體連通狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷頭，其中所述至少兩個(gè)隔室占據(jù)腔室并且被至少一個(gè)分 隔件分隔，并且其中所述流體連通是經(jīng)由所述腔室中的液體通道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷頭，其中所述液體通道是在所述分隔件的上端與所述腔 室的上壁之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷頭，其中所述分隔件為可移動(dòng)的，以形成所述液體通道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷頭，其中所述液體通道包括可控性隔室間閥門。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述傳感器布置至少包括：在所述 至少兩個(gè)隔室的第一隔室中的第一傳感器、在所述至少兩個(gè)隔室的第二隔室中的第二傳感 器、和在所述液體通道中的第三傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述多個(gè)隔室僅包括兩個(gè)隔室。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述多個(gè)隔室包括至少三個(gè)隔室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的印刷頭，其中所述可控性流體連通至少包括：第一對(duì)隔室之 間的第一流體連通、和第二對(duì)隔室之間的第二流體連通，并且其中至少所述第一流體連通 獨(dú)立于所述第二流體連通而可控。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8和9中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述至少三個(gè)隔室串行布置，并 且其中每個(gè)所述可控性流體連通是在每?jī)蓚€(gè)相鄰的隔室之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8和10中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述至少三個(gè)隔室在室中串行 布置并且被多個(gè)分隔件分開(kāi)，并且其中至少兩個(gè)所述分隔件具有不同的高度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的印刷頭，其中所述多個(gè)隔室包括至少四個(gè)隔 室。
13. -種印刷系統(tǒng)，其包括： 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的印刷頭； 多個(gè)單獨(dú)液體容器，每個(gè)單獨(dú)液體容器通過(guò)其中具有可控閥門的導(dǎo)管各自獨(dú)立地連接 至相應(yīng)的隔室；和 控制器，其被配置用于響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的信號(hào)而控制每個(gè)導(dǎo)管的每個(gè)閥門。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的印刷系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)選 自以下的印刷模式而操作所述控制器： 第一印刷模式，其中至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自不同容器的液體； 第二印刷模式，其中至少兩個(gè)隔室填充有來(lái)自同一容器的液體；和 第三印刷模式，其中至少一個(gè)隔室填充有來(lái)自一個(gè)容器的液體并且至少一個(gè)隔室保持 為空。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的印刷系統(tǒng)，其中在至少所述第一印刷模式中，所述控制器 向所述閥門發(fā)出信號(hào)以用來(lái)自不同容器的液體同時(shí)供給所述隔室中的至少兩個(gè)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的印刷系統(tǒng)，其中在至少所述第一印刷模式中，所述控制器 向所述閥門發(fā)出信號(hào)以用來(lái)自不同容器的液體順次供給所述隔室中的至少兩個(gè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的印刷系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被配置為用于獲得分別容納在 至少兩個(gè)單獨(dú)容器中的至少兩種不同液體之間的比率以計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述比率的所述至少 兩種不同流體的沉積工作周期，以及根據(jù)所計(jì)算的沉積工作周期來(lái)操作所述控制器以用所 述兩種流體供給至少兩個(gè)所述隔室。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13-17中任一項(xiàng)所述的印刷系統(tǒng)，其為三維印刷系統(tǒng)，其中至少兩個(gè) 液體容器容納不同造型材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的印刷系統(tǒng)，其中所述液體容器中的至少一個(gè)容納支撐材 料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的印刷系統(tǒng)，其中所述液體容器中的至少兩個(gè)容納不同的支 撐材料。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的印刷系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括單獨(dú)印刷頭，其連接至容納有支 撐材料的液體容器。
22. -種印刷方法，其包括：接收印刷數(shù)據(jù)和響應(yīng)于所述印刷數(shù)據(jù)而操作根據(jù)權(quán)利要 求13-21中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)。
23. -種印刷三維對(duì)象的方法，其包括：接收所述三維對(duì)象的形狀，和操作根據(jù)權(quán)利要 求18-21中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)來(lái)形成與所述形狀相對(duì)應(yīng)的呈配置圖案的多個(gè)層。
24. -種印刷方法，其包括：將至少一種印刷材料供給到具有多個(gè)隔室且每個(gè)隔室具 有出口端口的印刷頭中，同時(shí)控制至少兩個(gè)所述隔室之間的流體連通；和 使用所述出口端口將所述至少一種印刷材料沉積到接納表面上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述供給包括用不同的印刷材料供給至少兩個(gè) 隔室。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24和25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述的控制所述流體連通包括確 立所述至少兩個(gè)隔室之間的印刷材料的流動(dòng)，以用相同的印刷材料來(lái)填充所述至少兩個(gè)隔 室。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24-26中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述供給包括用不同的印刷材料 供給至少兩個(gè)隔室。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24-27中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述供給和所述控制包括防止印 刷材料流入至少一個(gè)隔室中，使得所述至少一個(gè)隔室保持為空而至少一個(gè)其它隔室填充有 所述印刷材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24-28中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一種印刷材料包括至少 一種造型材料和至少一種支撐材料，并且其中所述沉積被執(zhí)行來(lái)形成與對(duì)象的三維形狀相 對(duì)應(yīng)的呈配置圖案的多個(gè)層。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述至少一種造型材料包括至少兩種造型材 料，并且其中所述供給包括用不同的造型材料供給至少兩個(gè)隔室。
【文檔編號(hào)】B41J2/14GK104254446SQ201380019977
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月4日
【發(fā)明者】亞伯拉罕·泰肯, 摩西·阿克南, 格雷戈里·布魯西洛夫斯基 申請(qǐng)人:斯特拉特西斯有限公司