阅读说明：本技术 滑架同步 (Carriage synchronization ) 是由 M·艾维 E·柯林斯 D·D·丹尼尔斯 于 2017-04-21 设计创作，主要内容包括：一种示例性三维打印系统包括第一滑架、第二滑架和同步控制器。该同步控制器被耦接到第一滑架和第二滑架,以使第一滑架和第二滑架的移动同步。该同步控制器避免第一滑架和第二滑架之间的干扰。(An exemplary three-dimensional printing system includes a first carriage, a second carriage, and a synchronization controller. The synchronization controller is coupled to the first and second carriages to synchronize movement of the first and second carriages. The synchronization controller avoids interference between the first carriage and the second carriage.)

滑架同步

背景技术

三维(3D)打印机通常利用执行各种任务的滑架来操作。例如，一个滑架可分层地沉积材料，并且另一个滑架可施加能量以选择性地熔合该材料。

具体实施方式

本文所描述的各种示例在多滑架3D打印机中提供打印机滑架同步，以提高打印速度并避免灾难性的碰撞。各种示例包括一种系统，其具有：第一滑架，其将构建材料输送到暂存区域(或中间集结区域，staging zone)；第二滑架，其将构建材料撒布在构建区域上；以及第三滑架，其将试剂施加于构建区域上的构建材料。在一些示例中，同步控制器可被直接或间接地(例如，通过滑架驱动系统)耦接到第一、第二和第三滑架，以使它们的移动同步，以便提高速度，并避免可能损坏3D打印机的高速碰撞。

在一个示例中，第二滑架和第三滑架的移动在共同的平面中是同轴的，并且第一滑架的移动处于相同的平面中并且垂直于第二滑架和第三滑架的移动。

为了简单和说明的目的，本公开通过主要参考其示例来描述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在不限于这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，一些方法和结构没有被详细地描述，以免不必要地模糊本公开。如本文所用的，术语″一″、″一个″和″一种″意在表示特定元件中的至少一个，术语″包括″意指包括但不限于，术语″包含″意指包括但不限于，并且术语“基于”意指至少部分地基于。

现在参照附图，图1图示了采用打印机滑架同步的一个示例性系统的框图。在图1的示例中，示例性三维打印系统10包括第一滑架20和第二滑架30。如下面更详细地描述的，三维打印系统的各种示例，例如图1的示例性三维打印系统10，可包括滑架以执行3D打印的各种功能。例如，第一滑架20和第二滑架30可执行各种功能，例如将构建材料输送到暂存区域，将该构建材料撒布在构建区域上，熔合该构建材料，或者将试剂施加于构建区域上的构建材料。

图1的示例性三维打印系统10还包括同步控制器40。该同步控制器40被耦接到第一滑架20和第二滑架30。在这方面，同步控制器40可控制或协调第一滑架20和第二滑架30的移动。在各种示例中，同步控制器40被设置成使第一滑架20和第二滑架30的移动同步，并且避免第一滑架20和第二滑架30之间的干扰。下面参照各个附图来描述同步控制器40的各个示例。

现在参照图2，其图示了采用打印机滑架同步的示例性系统100的框图。该示例性系统包括第一滑架101，在本文中也称为带滑架101，其操作以将“构建材料”输送到暂存区域102。在一个示例中，构建材料可以是粉末状热塑性塑料或者适合于热熔的任何其他材料。在操作中，带滑架101可被连接到构建材料的源(未示出)，并且可将构建材料带以足够的量沉积到暂存区域102，来以预定的厚度撒布在打印床103上，如下所述。如方向箭头101a所示，带滑架101的移动被限于沿两个方向穿过暂存区域102。在一个示例中，带滑架101可在一次通过中穿过暂存区域102，从而将构建材料沉积在暂存区域102中，并且随后，驻留在离开“碰撞区域”104的位置处，该碰撞区域104由第二滑架105的区域限定，该第二滑架105在本文中也称为熔合滑架105。如此称呼碰撞区域104是因为带滑架101和熔合滑架105不应同时处于该碰撞区域104中。在一个示例中，带滑架101可穿过暂存区域102，从而将构建材料沉积在暂存区域102中，并且随后，返回到其离开碰撞区域103的起始位置。

在一个示例中，在构建材料已被沉积并且带滑架101已离开碰撞区域103之后，熔合滑架104从其初始位置移动越过暂存区域102并且越过打印床103，同时将构建材料以适合于3D打印层的某一预定厚度撒布在打印床103上。熔合滑架105可包括例如刮片或辊(未示出)之类的撒布装置，以将构建材料撒布在打印床103上。该撒布装置可以是可调整的，以控制构建材料的厚度。熔合滑架105还可包括例如加热灯之类的一个或多个能量源(未示出)，该能量源具有能够加热构建材料并且熔合构建材料的可控制的强度。

在一个示例中，作为打印床准备过程的一部分，熔合滑架105可在打印床103上方进行数次通过，从而施加能量以将构建材料预加热到用于打印操作的适当的温度。如方向箭头105a所示，熔合滑架105的移动被限于垂直于带滑架101的移动的线性移动。

图2中还包括第三滑架106，其在本文中也称为打印滑架106。如方向箭头106a所示，该打印滑架的移动被限于垂直于带滑架101的移动并且与熔合滑架105的移动同轴的线性移动。在各种示例中，打印滑架106可包括多个喷嘴(未示出)，其能够将墨和试剂输送到构建材料，以在打印的物体中实现期望的特性。在各种示例中，墨可用于为构建材料赋予颜色和/或增加能量吸收。该打印滑架可施加多种试剂，例如熔剂、精细剂以及控制物理性质的试剂，所述物理性质例如：最终打印的部分的表面性质、半透明性、强度和刚度、导热或导电性以及弹性等。这些墨和试剂的细节超出了本公开的范围，并且因此，在这里不再详细描述。

在各种示例中，带滑架101、熔合滑架105和打印滑架106的移动由同步控制器107来控制，该同步控制器107通过伺服控制的驱动系统(图2中未示出)来操作，以独立地控制这三个滑架的移动。在一些示例中，这些驱动系统可以是轴驱动或带驱动系统。同步控制器107可以是任何类型的合适的计算装置，例如通用处理器、微控制器、专用逻辑等。在各种示例中，滑架的位置可通过位置编码器(图2中未示出)来确定。这些位置编码器可以是适合于相应的驱动机构和物理环境的任何类型的编码器。例如，这些位置编码器可以是旋转或线性的，绝对或增量的，并且编码方法可以是光学、传导、磁性、电感式、电容式的等。

如上所述，在准备打印床103之后，可开始打印过程。为清楚起见，首先以一系列操作来描述基本打印过程，而不考虑与同步或碰撞避免有关的操作的具体时间，该具体时间将在后面详细描述。在一个示例中(参照图2)，熔合滑架105移动到打印床103的最右边，与打印滑架106相邻。接下来，熔合滑架105和打印滑架106从右到左越过打印床103紧密靠近地穿过打印床103，同时熔合滑架105对构建材料施加能量以维持其适当的温度，以便与由打印滑架106(“打印穿越”)施加于构建材料的墨和试剂发生反应。

在该示例中，熔合滑架105可移动到暂存区102中并通过该暂存区102，因此打印滑架106可将其墨和试剂施加于整个打印床103。接下来，打印滑架106和熔合滑架105越过打印床103向回移动，同时该熔合滑架对构建材料施加熔合能量(“熔合穿越”)。在一个示例中，当它们一起越过打印床103移动时，打印滑架106可在熔合滑架105之前施加附加的墨和试剂。在熔合滑架105当其开始其熔合操作而越过碰撞区域104移动时，同步控制器107监测其位置，并且就在熔合滑架105离开碰撞区域104时使带滑架101移动到暂存区域102中。然后，带滑架101穿过暂存区域102，从而在返回到其起始位置之前沉积另一构建材料带(“沉积穿越”)。

继续该示例性打印过程，在打印滑架106和熔合滑架105完成其对打印床103的熔合穿越之后，打印滑架106仍然停在最右边(参照图2)，离开打印床103。然后，熔合滑架105返回到其处于图2中的最左边的起始位置。在一个示例中，熔合滑架105可在其返回到起始位置期间对构建材料施加附加的加热或熔合能量。在该示例中，在熔合滑架105穿过暂存区域102的同时，熔合滑架105中的撒布装置缩回，从而有效地“跨过”构建材料带。一旦熔合滑架105离开暂存区域102，该撒布装置就返回到其撒布位置，同时打印床103被降低，以为下一构建材料层腾出空间(“床下降”)。在打印床103被降到其新的位置之后，熔合滑架105从左到右(图2中)穿过暂存区域102和打印床，从而在新的层中撒布并且预加热构建材料(“撒布穿越”)。重复包括“打印穿越”、“熔合穿越”、“沉积穿越”、“床下降”以及“撒布穿越”的此操作序列，直到完成打印的部分。

现在参照图3，其图示了具有非暂时性计算机可读存储介质的示例性系统的框图，该非暂时性计算机可读存储介质包括可通过处理器执行的用于打印机滑架同步的指令。示例性系统200包括与非易失性计算机可读存储介质210和数据存储215耦接的处理器205。非暂时性计算机可读存储介质202包括可通过处理器205执行以执行本文所述的各种功能的示例性指令220、225、230和235。数据存储215可包含与3D打印部分的构建相对应的数据文件。

在各种示例中，非暂时性计算机可读存储介质210和数据存储215可以是多种存储装置中的任何一种，包括但不限于随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可擦除PROM(EEPROM)等。在各种示例中，处理器205可以是通用处理器、专用逻辑等。

系统200还可包括与带滑架101相关联的带滑架驱动器240和带滑架位置编码器245、与熔合滑架105相关联的熔合滑架驱动器250和熔合滑架位置编码器255以及与打印滑架106相关联的打印滑架驱动器260和打印滑架位置编码器265，它们全都耦接到处理器205并由处理器205控制。在各种示例中，位置编码器245、255和265可以是高速四态编码器，其能够每秒进行数百次测量，该处理器可使用这些测量来实时确定位置、速度和加速度。

如上所述，示例性3D打印过程在带滑架101、熔合滑架105和打印滑架106的移动之间使用协调。在各种示例中，为了在滑架之间没有碰撞的情况下以高速执行打印，处理器执行：指令220，用于使带滑架的移动同步；指令225，用于避免带滑架和熔合滑架之间的干扰；指令230，用于使熔合滑架和打印滑架的移动同步；以及指令235，用于避免熔合滑架和打印滑架之间的干扰。

在一些示例中，如上所述，在各种操作期间，带滑架101和熔合滑架105可处于碰撞区域104附近。在一些示例中，处理器205执行：指令220，以执行在正常操作期间使带滑架101和熔合滑架105的移动同步的操作；以及指令225，以避免在异常或反常状况下带滑架101和熔合滑架105之间的干扰。

图4是图示了由处理器205通过执行指令220和225来执行的示例性过程300的流程图。在指令220下，该过程开始于操作302处，此时开始熔合滑架的运动。在操作304处，处理器继续使熔合滑架101移动，并使用熔合滑架位置编码器255(位置编码器255)来监测熔合滑架105的位置。然后，在操作306处，处理器确定熔合滑架101是否处于碰撞区域102中。如果熔合滑架不在碰撞区域102中，则过程循环回到操作304。如果熔合滑架处于碰撞区域中，则处理器在操作308处基于其从位置编码器255的读数以及带滑架101及其驱动系统240的已知动态来执行计算。在一个示例中，来自位置编码器255的读数可用于确定熔合滑架105的速度，并预测何时它将离开碰撞区域102。带滑架101及其驱动系统240的动态的数据可驻留在数据存储215中，作为关于带滑架101的加速度和转换速率(slew rate)的校准数据。在操作308中，处理器确定熔合滑架105离开碰撞区域102的时间是否小于带滑架101进入碰撞区域102的时间。如果操作308处的确定为否，则带滑架101的移动被延迟，并且过程返回到操作304，在那里熔合滑架105的移动继续。如果操作308处的确定为是，则处理器在操作310处启动带滑架101的移动，使得带滑架101正好在熔合滑架105离开碰撞区域102之后进入碰撞区域102。

在图5中以图形方式图示了该示例性过程，其中通过碰撞区域102的熔合滑架105的后缘的轨迹被绘制为线401。线401的斜率表示熔合滑架105的速度，并且可由处理器205使用来自位置编码器255的数据来计算，如上所述。带滑架101的位置和轨迹由曲线402表示。从图5中将显而易见的是，带滑架101的运动在时间t0之后开始，以避免在t1之前与熔合滑架105碰撞。

用于执行操作302-310的指令220处理带滑架101和熔合滑架105的正常或预期功能。然而，如果熔合滑架105未能如处理器205命令的动作，则可使用附加的操作来避免带滑架101与熔合滑架105之间的碰撞。在一个示例中，当熔合滑架105仍处于碰撞区域102中时，熔合滑架驱动器250可能发生故障。指令225解决这样的异常状况。

现在返回到图4，在指令225下，过程300在操作312处继续，其中处理器205通过读取带滑架101和熔合滑架105的相应位置编码器245和255来持续地测量它们的位置。在操作314处，处理器205基于带滑架101的速度和其驱动系统的动态来确定带滑架101是否已到达“触发点”，该触发点定义为如下点：如果超过该点，则带滑架101无法被保持在碰撞区域102之外。如果确定为否，则所述过程返回到操作312，其中，持续地测量带滑架101和熔合滑架102的位置。如果确定为是，则所述过程在操作316处继续，其中，处理器105通过读取熔合滑架105的位置编码器255来确定熔合滑架105是否已离开碰撞区域。如果确定为是，则在操作318处完成带滑架进入到碰撞区域102中的运动。如果确定为否，则在可调用错误处理机制时，在操作320中在没有达到碰撞区域的情况下停止带滑架。

在一些示例中，如上所述，在各种操作期间(例如，在如先前所述的打印穿越和熔合穿越期间)，打印滑架106和熔合滑架105可紧密靠近，或者熔合滑架105可正朝向静止的打印滑架106移动(例如，在如先前所述的床准备或撒布穿越期间)。在各种示例中，处理器205执行：指令230，以执行在正常操作期间使打印滑架106和熔合滑架105的移动同步的操作；以及指令235，以避免在异常或反常状况下打印滑架106和熔合滑架105之间的干扰。

图6是图示了由处理器205通过执行指令230和235来执行的示例性过程400的流程图。在指令230下，该过程开始于操作402处，此时开始熔合滑架的运动。在操作404处，处理器继续使熔合滑架105移动，并通过读取熔合滑架位置编码器255(位置编码器255)来监测熔合滑架105的位置。在操作406处，处理器通过读取打印滑架位置编码器265(位置编码器265)来测量打印滑架106的位置，并且确定熔合滑架105和打印滑架106之间的距离是否小于阈值距离，其中，该阈值距离是给予供打印滑架移动到安全位置的时间的距离。在一个示例中，该安全位置可以是为打印滑架保留的指定服务区域或停靠区域。

如果确定为否，则所述过程返回到操作404，并且熔合滑架的移动继续。如果确定为是，则处理器执行操作408以将打印滑架移动到安全位置。

用于执行操作402-408的指令230处理打印滑架106和熔合滑架105的正常或预期功能。然而，如果打印滑架106或熔合滑架105未能如处理器205命令的动作，则可使用附加的操作来避免打印滑架106与熔合滑架105之间的碰撞。指令235解决这样的异常状况。

现在返回到图6，在指令235下，过程400在操作410处继续，其中处理器205通过读取打印滑架106和熔合滑架105的相应位置编码器265和255来持续地测量它们的位置。在操作412处，处理器205确定熔合滑架105和打印滑架106之间的距离是否小于安全停止的最小距离。例如，如果打印机滑架在穿越打印床103期间停止移动，则可能出现这样的状况。如果确定为否，则所述过程循环回到操作410，其中，持续地监测滑架的位置。如果确定为是，则处理器执行操作414，以启动打印滑架106朝向安全位置移动。在操作416处，处理器确定打印滑架是否已开始到安全位置的移动。如果确定为是，则在操作418处由处理器完成该移动。如果确定为否，则在可调用其他错误处理动作时，处理器在操作420处停止所有滑架运动。

现在参照图7，流程图图示了用于打印机滑架同步的示例性方法500。该示例性方法500可以多种方式来实施，例如在图2的示例性系统100中的同步控制器107中或在图3的示例性系统200中的处理器205中实施。

示例性方法500可包括用于使带滑架101和熔合滑架105的移动同步的操作(框502)，如先前关于图3的示例性系统200和图4的示例性过程300的操作302-310所描述的。示例性方法500还可包括用于避免带滑架101和熔合滑架105之间的干扰的操作(框504)，如先前关于图3的示例性系统200和图4的示例性过程300的操作312-320所描述的。

示例性方法500还可包括用于使打印滑架106和熔合滑架105的移动同步的操作(框506)，如先前关于图3的示例性系统200和图6的示例性过程400的操作402-408所描述的。示例性方法500还可包括用于避免打印滑架106和熔合滑架105之间的干扰的操作(框508)，如先前关于图3的示例性系统200和图6的示例性过程400的操作410-420所描述的。

已经出于说明和描述的目的而呈现了各种示例的前述描述。前述描述并非意在是详尽无遗的或限于所公开的示例，并且修改和变型鉴于上面的教导是可能的，或者可从各种示例的实践中获得。选择和描述本文所论述的示例是为了解释本公开的各种示例的原理和性质以及其实际应用，以使本领域技术人员能够在各种示例中并且以适合于预期的特定用途的各种修改来利用本公开。本文所描述的示例的特征可按照方法、设备、模块、系统和计算机程序产品的所有可能的组合来组合。

在本文中还要注意的是，虽然上面描述了示例，但是这些描述不应以限制性的意义来看待。相反，存在多种变型和修改，这些变型和修改可在不脱离如所附权利要求中限定的范围的情况下作出。