[发明专利]在增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法

说明书

能够控制增材制造打印机上的增材制造打印过程的装置、系统和方法。所公开的实施例可以包括：多个传感器，所述多个传感器能够监视作为所述增材制造打印过程的状态的指示的打印细丝到所述打印机的打印头部的输入端和所述打印机的喷嘴的温度中的至少一者；至少一个处理器，其与至少一个控制器相关联并且能够从所述多个传感器接收关于所述监视的传感器数据，并且包括用于将所述增材制造打印过程的所述状态中的至少一个正确状态应用于所述传感器数据的非暂时性计算代码；比较器，其嵌入在所述非暂时性计算代码中，用于评估所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的顺应性的缺乏；以及所述至少一个控制器的至少一个修改的输出，用于修正所述打印过程对所述状态中的所述正确状态的所述顺应性。

本案为2018年10月03日递交的题为“在增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法”的中国发明专利申请201880071383.8的分案申请。

背景技术

技术领域

本公开涉及增材制造，并且更具体地，涉及增材制造环境中的过程监视和控制的装置、系统和方法。

背景说明

包括三维打印的增材制造已经不仅在打印技术的开发，而且例如产品研究和开发能力、原型制作能力和实验能力方面的开发构成了非常显著的进步。在可用的增材制造(统称为“3D打印”)技术中，材料熔融沉积(“FDM”)打印是已经开发的最重要类型的3D打印之一。

FDM是一种增材制造技术，其允许在逐层的基础上创建3D元件，从印刷元件的基底或底层开始，并且通过使用例如加热和将热塑性细丝挤出到连续层中来印刷到顶层或最后一层。简单地说，FDM系统包括打印头部，打印材料细丝从该打印头部被供给到加热的喷嘴；在X-Y平面中移动打印头部的X-Y平面控制模板；和打印平台，基底在该打印平台上被打印，并且该打印平台在打印连续层时在Z轴中移动打印头部，打印头部。

更特别地，FDM打印机喷嘴将从打印头部接收的热塑性打印细丝加热成半液态，并且将半液态热塑性材料沉积成沿着为构造元件的每个连续层而提供的X-Y平面挤出路径计划的可变尺寸的珠粒。印刷的珠粒/迹线尺寸可以基于部件或部件的方面而变化，然后被印刷。此外，如果需要用于部件的方面的结构支撑，则由FDM打印机打印的迹线可包括可移除的材料以充当一种脚手架来支撑需要支撑的部件的方面。因此，FDM可用于构造实验或功能部件的简单或复杂几何形状，例如用于原型制作、小批量生产、制造辅助等。

然而，由于影响FDM(特别是影响FDM工艺的打印速度、质量和效率)的多种因素，FDM在更广泛的应用(例如中等到大批量生产)中的使用受到严重限制。如所提及的，在FDM打印中，通常将加热的热塑性材料从加热喷嘴向外挤压到打印板/平台或正在生产的零件的先前层上。喷嘴根据预先输入的几何形状通过打印头部的机械的X-Y平面调节来回移动，例如所述几何形状可以被输入到处理器以控制机械的移动以形成所需的部件。

在典型的FDM打印过程中，打印是“开环”的，至少因为没有提供反馈，使得当出现瑕疵时可以正确地修改打印，或者使得当出现致命的瑕疵时可以停止打印。例如，在已知的FDM打印中，打印材料通常可能加热不足或过热，从而最终导致堵塞或滴珠，或者供给到打印头部并通过打印头部的打印材料可能歪斜，从而导致打印机堵塞或以其他方式误供给。然而，在已知技术中，在出现这种致命打印缺陷时，打印机通常将继续打印，直到例如在打印喷嘴周围形成打印材料的球，或者堵塞的喷嘴过热或遭受致命崩溃，或者打印材料以不期望的方式未缠绕。

在公知技术中可能出现许多其它显著或致命的打印缺陷，例如打印头部或喷嘴加热器不能正确关闭。由于前述打印崩溃的发生频率，通常需要大量设置来参与增材制造打印。例如，因为渗色和滴珠是频繁的，由此在印刷品构造上可能不期望地产生突起或隆起，所以通常提供无数的设置以便提供期望的印刷机开启、关闭、热量水平等。此外，可能需要与喷嘴或打印头部无关的其它设置，例如用于构造板的精细温度控制，使得构造板温度不会变得过高并因此使打印构造变形。