本發(fā)明一般性地涉及具有可轉(zhuǎn)動(dòng)且可滑動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的三維打印機(jī)。本發(fā)明還涉及利用具有可轉(zhuǎn)動(dòng)且可滑動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的三維打印機(jī)來(lái)打印三維對(duì)象的方法。

背景技術(shù)：

三維打印機(jī)使用增材工藝從數(shù)字模型構(gòu)建出三維實(shí)體對(duì)象。不同于通常依賴于材料的移除而生成對(duì)象的傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，增材工藝鋪設(shè)連續(xù)材料層來(lái)構(gòu)建對(duì)象。三維打印機(jī)能夠用于快速成型(rapid prototyping)、小批量生產(chǎn)、定制制造以及各種其他用途。

軟件獲取待構(gòu)建對(duì)象的虛擬模型并且將模型切片成數(shù)字橫截面。數(shù)字橫截面被供給到三維打印機(jī)，而三維打印機(jī)鋪設(shè)每個(gè)連續(xù)層，最終形成虛擬模型的完整三維對(duì)象。

三維打印機(jī)能夠使打印頭相對(duì)于構(gòu)建平臺(tái)移動(dòng)，材料以多種方式沉積或形成在該構(gòu)建平臺(tái)上。在一種方法中，打印頭隨著材料沉積在構(gòu)建平臺(tái)上而沿x、y和z方向被驅(qū)動(dòng)。在另一方法中，在構(gòu)建平臺(tái)沿z方向移動(dòng)的情況下，打印頭沿x和y方向被驅(qū)動(dòng)。在另一方法中，構(gòu)建平臺(tái)沿x和y方向移動(dòng)而打印頭沿z方向移動(dòng)。在又一方法中，構(gòu)建平臺(tái)沿x、y和z方向移動(dòng)。最后，在極坐標(biāo)系統(tǒng)中構(gòu)建平臺(tái)被轉(zhuǎn)動(dòng)并且由與預(yù)定線的角度和距固定點(diǎn)的半徑來(lái)確定用于布置材料的坐標(biāo)。

在此提出了利用轉(zhuǎn)動(dòng)的且還沿x方向平移的構(gòu)建平臺(tái)的發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及用于打印三維對(duì)象的打印機(jī)，其包括支承結(jié)構(gòu)、可滑動(dòng)地設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)上的可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)以及設(shè)置在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)之上的打印頭。

本發(fā)明還涉及用于打印三維對(duì)象的方法，其包括提供支承結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)具有中心且設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)上的構(gòu)建平臺(tái)、可滑動(dòng)地移動(dòng)設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)上的構(gòu)建平臺(tái)，和利用打印頭在構(gòu)建平臺(tái)上打印對(duì)象。

本發(fā)明還涉及控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)打印三維對(duì)象的方法，其包括提供三維打印機(jī)，所述三維打印機(jī)具有構(gòu)建平臺(tái)和用于驅(qū)動(dòng)構(gòu)建平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器；計(jì)算待在構(gòu)建平臺(tái)上打印的對(duì)象的打印過(guò)程中的第一預(yù)定時(shí)間的慣性；和根據(jù)在第一預(yù)定時(shí)間的慣性為驅(qū)動(dòng)器設(shè)置時(shí)間直到第一預(yù)定時(shí)間的驅(qū)動(dòng)電流。

附圖說(shuō)明

圖1示出構(gòu)建板在前部位置中的本發(fā)明的三維打印機(jī)的立體圖。

圖2示出構(gòu)建板在后部位置中的、圖1的三維打印機(jī)的立體圖。

圖3示出移除了構(gòu)建板框架的、圖1的三維打印機(jī)的立體圖。

圖4示出具有可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)并且移除了平臺(tái)板的、圖1的三維打印機(jī)的立體圖。

圖5示出圖1的三維打印機(jī)的打印頭的側(cè)視圖。

圖6示出正由三維打印機(jī)打印的對(duì)象的放大圖。

圖7示出可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)。

圖8示出具有著色裝置的本發(fā)明的三維打印機(jī)的立體圖。

圖9A示出圖8的著色裝置的放大圖。

圖9B示出圖8和圖9A的著色裝置的噴頭的放大圖。

圖10示出具有齒條和小齒輪驅(qū)動(dòng)器的、本發(fā)明的三維打印機(jī)的立體圖。

圖11示出具有齒條和小齒輪驅(qū)動(dòng)器的、本發(fā)明的三維打印機(jī)的另一實(shí)施例的立體圖。

具體實(shí)施方式

圖1中示出包括支承結(jié)構(gòu)10的三維打印機(jī)裝置2，所述支承結(jié)構(gòu)具有水平部段12和垂直部段14?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102可滑動(dòng)地設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)10上。打印頭202設(shè)置在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102之上。支承結(jié)構(gòu)10的水平部段12具有用于可滑動(dòng)地支承可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的線性引導(dǎo)軸16、18。

圖4示出齒輪104，其由電機(jī)106驅(qū)動(dòng)并且可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102位于該齒輪上。分別如箭頭108和110所示，電機(jī)106使可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)通常是精密電機(jī)，例如步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，其動(dòng)作能夠被精確控制，通常被控制到通常為0.1125至0.05625度的分辨率。電機(jī)106固定到框架112，而框架112安裝到騎坐在線性引導(dǎo)軸16上的線性軸承114和116和騎坐在線性引導(dǎo)軸18上的線性軸承118和120。線性軸承114和116以及引導(dǎo)軸16和線性軸承118和120以及引導(dǎo)軸18通常是被加工到0.008至0.016mm的容差的高精密元件，以確保可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的定位的可重復(fù)性。圖1示出可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102在前部位置中的三維打印機(jī)，并且圖2示出可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102在后部位置中的三維打印機(jī)。

電機(jī)102通常具有每轉(zhuǎn)200機(jī)械步。通過(guò)軟件控制，電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)3200步以更精確地控制。通常，步進(jìn)電機(jī)在無(wú)堵轉(zhuǎn)的情況下以工作所需的最小電流來(lái)運(yùn)行，從而降低噪音和在電機(jī)中積聚的熱量。由過(guò)量電流導(dǎo)致的在電機(jī)中的熱量積聚會(huì)造成運(yùn)行問(wèn)題，并且如果熱量積聚過(guò)多會(huì)使電機(jī)關(guān)閉。

可以加熱可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102以提高產(chǎn)品質(zhì)量。加熱的構(gòu)建平臺(tái)通過(guò)有助于防止翹曲(warp)而改善打印質(zhì)量。由于被擠壓出的塑料冷卻，其會(huì)輕微收縮。當(dāng)該收縮過(guò)程非均勻地出現(xiàn)在整個(gè)打印部分中時(shí)，其結(jié)果是翹曲的對(duì)象。這種翹曲通常表現(xiàn)為拐角抬離于構(gòu)建平臺(tái)。在加熱的構(gòu)建平臺(tái)上進(jìn)行打印允許被打印的對(duì)象在打印過(guò)程期間保持溫暖，并且允許在其冷卻到低于熔點(diǎn)時(shí)塑料更加均勻地收縮。加熱的構(gòu)建平臺(tái)通常在材料如ABS和PLA的情況下產(chǎn)生更高品質(zhì)的成品。加熱的構(gòu)建平臺(tái)還能夠幫助用戶進(jìn)行無(wú)筏基打印。

線性驅(qū)動(dòng)器122，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)或線性驅(qū)動(dòng)器，被固定到支承結(jié)構(gòu)10和框架112。線性驅(qū)動(dòng)器122使框架112、以及因此的電機(jī)106和可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102分別沿箭頭124和126的方向移動(dòng)。線性驅(qū)動(dòng)器122通常是精密驅(qū)動(dòng)器，其動(dòng)作能夠被精確控制，通常控制到0.002毫米到0.004毫米的分辨率。替代地，如圖10所示，齒條和小齒輪系統(tǒng)550可以被使用來(lái)使框架112沿箭頭124和126的方向移動(dòng)。齒條和小齒輪系統(tǒng)550包括由電機(jī)556驅(qū)動(dòng)的齒條552和小齒輪554。電機(jī)556通常為精密電機(jī)，如步進(jìn)電機(jī)。在圖10中，齒條552附接到框架112，而電機(jī)556附接到支承結(jié)構(gòu)10。這樣，電機(jī)556保持靜止，而齒條552隨框架112移動(dòng)。在圖11中所示的另一實(shí)施例中，齒條和小齒輪系統(tǒng)550具有電機(jī)568，其中小齒輪554固定到框架112，而齒條552附接到支承結(jié)構(gòu)10。這樣，齒條552保持靜止，而電機(jī)568與小齒輪560隨框架112移動(dòng)。

打印頭202安裝到滑動(dòng)支架204，所述滑動(dòng)支架沿如箭頭206和208所描繪的垂直方向上下移動(dòng)打印頭。至少一個(gè)垂直引導(dǎo)軸210安裝到支承結(jié)構(gòu)10的垂直部段14。替代地，至少一個(gè)垂直引導(dǎo)軸210可以安裝到支承結(jié)構(gòu)10，從而消除對(duì)垂直部段14的需求。也可以使用第二垂直引導(dǎo)軸212。驅(qū)動(dòng)器232使滑動(dòng)支架204與打印頭202一起沿箭頭206和208的方向上下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器232可以是固定到支承結(jié)構(gòu)10和滑動(dòng)支架204的步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)或線性驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器232通常是精密驅(qū)動(dòng)器，其動(dòng)作能夠被精確控制，通?？刂频?.002毫米到0.004毫米的分辨率。在此，驅(qū)動(dòng)器232是使螺桿234轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。螺桿234穿過(guò)互補(bǔ)的螺母236以使滑動(dòng)支架204沿箭頭206和208的方向移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器通常能夠以0.05毫米到0.35毫米的增量移動(dòng)支架。在小增量移動(dòng)的情況下，以較低的速度產(chǎn)生較高分辨率的部分；而在大增量移動(dòng)的情況下，以較高的速度產(chǎn)生較低分辨率的部分。這里所示的是具有一個(gè)打印頭202的打印機(jī)，也可以使用多個(gè)打印頭。

滑動(dòng)支架204具有騎坐在垂直引導(dǎo)軸210上的線性軸承214和216和騎坐在垂直引導(dǎo)軸212上的線性軸承218和220。線性軸承214和216以及引導(dǎo)軸210和線性軸承218和220以及引導(dǎo)軸212通常是加工到0.008至0.016mm的容差的高精密元件，以確保可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的定位的可重復(fù)性。

參照?qǐng)D5，打印頭202具有對(duì)絲材222進(jìn)行加熱并且接通和斷開熔融塑料流的噴嘴224。塑料被鋪設(shè)在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)上以構(gòu)建元件。也可以使用其他類型的材料和打印頭。例如，打印頭可以利用激光，通過(guò)使用選擇性激光燒結(jié)而燒結(jié)放置在構(gòu)建平臺(tái)上的顆粒材料以創(chuàng)建元件，或者通過(guò)使用選擇性激光熔融而熔融構(gòu)建平臺(tái)上的顆粒材料以創(chuàng)建元件。另外，打印頭可以包括電子束，通過(guò)使用電子束熔煉而熔融構(gòu)建平臺(tái)上的顆粒材料以創(chuàng)建元件。替代地，打印頭可以是噴墨系統(tǒng)，其在構(gòu)建平臺(tái)上的顆粒材料上打印粘結(jié)劑來(lái)創(chuàng)建元件。

在工作中，塑料絲材222裝入打印頭202中。通常，該絲材存儲(chǔ)在輥上，并且隨著被打印頭消耗，該絲材被從輥拉出。打印頭的尖端226布置在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102之上約0.25毫米處。塑料絲材222被位于打印頭的模塊230內(nèi)部的加熱器228熔融。熔融的塑料通常以每分鐘30毫米至60毫米的速率從位于打印頭的尖端中的、直徑為0.2毫米至0.5毫米的孔中被擠壓出。塑料被擠壓出的速率取決于許多因素，包括但不限于成品的期望分辨率、成品的復(fù)雜度和使用的塑料的類型?？梢允褂貌煌募舛?，每個(gè)都具有不同尺寸的孔徑以變化到被擠壓出的熔融塑料的尺寸。如果期望具有較高分辨率的更加細(xì)化的產(chǎn)品，那么就使用具有更小孔徑的尖端。如果生產(chǎn)速度比分辨率或細(xì)化更重要，則使用具有較大孔徑的尖端。

當(dāng)打印頭擠壓出塑料時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102沿箭頭108和110的方向被電機(jī)104移動(dòng)并且沿箭頭124和126的x方向移動(dòng)以適當(dāng)布置被擠壓出的塑料?？梢允箻?gòu)建平臺(tái)102轉(zhuǎn)動(dòng)并同時(shí)沿x方向移動(dòng)，或者可以在構(gòu)建平臺(tái)在x方向保持固定時(shí)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，或者可以使其沿x方向移動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)102上沉積出第一層，驅(qū)動(dòng)器232就使打印頭202沿箭頭206的方向向上移動(dòng)。取決于期望的分辨率，打印頭通常向上移動(dòng)0.05毫米至0.35毫米。然后重復(fù)該過(guò)程以在第一層上構(gòu)建另外的層。重復(fù)該過(guò)程直至完成所期望的對(duì)象。

圖6示出正用于構(gòu)建對(duì)象302的典型三維打印增材法，為清楚起見(jiàn)將所述對(duì)象放大。具有尖端226的噴嘴224將熔融塑料312擠壓出到構(gòu)建平臺(tái)304上。一旦第一層314被沉積，打印頭就沿箭頭320的方向向上移動(dòng)，通常大約移動(dòng)約等于由打印頭308鋪設(shè)的熔融塑料312的直徑324的距離322。然后打印第二層316。一旦打印出第二層316，打印頭308再次沿箭頭320的方向向上移動(dòng)，并且開始第三層317。重復(fù)該過(guò)程直到完成對(duì)象所需的所有層都被打印。

通常由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的相對(duì)輥將絲材供給到打印頭的噴嘴224中。為了防止在打印停止時(shí)絲材堵塞在打印頭中，將絲材從打印頭退出。將絲材從打印頭退出使其從打印頭的加熱區(qū)移除，并且防止絲材變得太熱和堵塞。為了使絲材退出，沿供給方向的相反方向驅(qū)動(dòng)輥。

計(jì)算機(jī)操作的專用軟件驅(qū)動(dòng)三維打印機(jī)。當(dāng)計(jì)算待打印的對(duì)象的位置和為了在可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)上生成對(duì)象的位置的待打印位置時(shí)，采用極坐標(biāo)系。專用軟件優(yōu)化打印頭202和構(gòu)建平臺(tái)102的操作和動(dòng)作。優(yōu)化使打印過(guò)程的速度和精度提高。圖7示出構(gòu)建平臺(tái)102的示圖，該構(gòu)件平臺(tái)具有尺寸326的半徑R。通常，構(gòu)建平臺(tái)應(yīng)在打印頭沉積熔融塑料的點(diǎn)之間移動(dòng)的距離為大約0.002”。正如從圖7中會(huì)領(lǐng)會(huì)的，與在距中心324的距離為R處測(cè)量等于0.002”的距離328相比，在距中心324的距離(332)為1/2R處測(cè)量等于0.002”的距離330時(shí)，構(gòu)建平臺(tái)304需要轉(zhuǎn)動(dòng)更多來(lái)使構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)0.002”。換言之，要移動(dòng)0.002”的給定距離，對(duì)象距構(gòu)建平臺(tái)的中心334越近，構(gòu)建平臺(tái)就必須轉(zhuǎn)動(dòng)更多。步進(jìn)電機(jī)允許三維打印機(jī)獲知在任意給定時(shí)間構(gòu)建平臺(tái)的中心相對(duì)于打印頭所處的位置。當(dāng)確定構(gòu)建平臺(tái)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)為多大時(shí)，算法所考慮的一個(gè)變量是在給定時(shí)間構(gòu)建平臺(tái)的中心到打印頭的已知距離。通過(guò)獲知該距離，電機(jī)能夠步進(jìn)適量的步距以轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)建平臺(tái)，使得無(wú)論打印頭位于距中心1/4半徑處、距中心1/2半徑處、距中心3/4半徑處、距中心基本上一個(gè)半徑處或其間的任何距離處，構(gòu)建平臺(tái)都相對(duì)于打印頭轉(zhuǎn)動(dòng)0.002”。

作為用于操作三維打印機(jī)的典型計(jì)算機(jī)的替代，三維打印機(jī)可以包括機(jī)載微處理器來(lái)驅(qū)動(dòng)它，例如Raspberry Pi^TM微處理器。利用機(jī)載微處理器，用戶能夠通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接或通過(guò)集成到三維打印機(jī)中的USB端口來(lái)裝載打印文件。

優(yōu)化構(gòu)建平臺(tái)的動(dòng)作的另一種方法是固定當(dāng)打印對(duì)象時(shí)構(gòu)建平臺(tái)102將轉(zhuǎn)動(dòng)的初始最小角度，例如1角分(minute)。舉例而言，1角分的最小角度是基于所需的分辨率來(lái)確定的，比方說(shuō)在等于構(gòu)建平臺(tái)的半徑R的距離處的0.002”。雖然本示例使用0.002”，但是可以選擇其它距離，這部分地取決于所期望的分辨率和打印速度。在打印時(shí)，軟件評(píng)估從中心328到噴嘴224的尖端226的距離，并且確定如果構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)1角分，當(dāng)在噴嘴的尖端測(cè)量時(shí)構(gòu)建平臺(tái)將會(huì)移動(dòng)的距離。如果距離小于0.002”，那么軟件跳過(guò)構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)1角分的點(diǎn)處的打印。然后，軟件執(zhí)行上述計(jì)算來(lái)評(píng)估，如果構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)2角分，該距離是否將小于0.002”。如果該距離小于0.002”，那么軟件跳過(guò)構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)2角分的點(diǎn)處的打印，并且對(duì)構(gòu)建平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)3角分鐘執(zhí)行相同的計(jì)算。替代地，如果該距離大于0.002”，則進(jìn)行打印。迭代過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行直到距離大于0.002”，這時(shí)進(jìn)行打印。正如通過(guò)此示例所示，越靠近中心打印對(duì)象，那么將跳過(guò)的轉(zhuǎn)動(dòng)步距就越多以便維持所期望的0.002”分辨率。如果當(dāng)距離小于0.002”時(shí)未跳過(guò)打印，那么對(duì)象的分辨率將難以保持，這是因?yàn)橥ǔ９潭康牟牧箱佋O(shè)在每個(gè)點(diǎn)上。這樣，就會(huì)鋪設(shè)超過(guò)針對(duì)0.002”的分辨率所需的量的材料，導(dǎo)致具有減小的分辨率的斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。

為了控制電流，通常使用電位計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)提供給電機(jī)的電流。替代地，為了允許電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以使用也稱為數(shù)字電位器的數(shù)字電位計(jì)。數(shù)字電位器能夠被計(jì)算機(jī)控制。

如果使用過(guò)小的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建平臺(tái)，那么轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的慣性能夠?qū)е聵?gòu)建平臺(tái)跳過(guò)電機(jī)的步距。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)基于構(gòu)建平臺(tái)的慣性來(lái)調(diào)節(jié)電流以優(yōu)化電流，當(dāng)慣性較小時(shí)使用較小的電流并且當(dāng)慣性較大時(shí)使用較大的電流。

在確定構(gòu)建過(guò)程期間構(gòu)建平臺(tái)的慣性時(shí)應(yīng)考慮的要素中包括構(gòu)建平臺(tái)的質(zhì)量、在構(gòu)建平臺(tái)上正打印的物體的位置、正在構(gòu)建的物體的總質(zhì)量和在構(gòu)建過(guò)程期間的特定時(shí)間處正構(gòu)建的物體的質(zhì)量。舉例而言，具有質(zhì)量為M的對(duì)象，當(dāng)位于距中心334等于二分之一半徑R(1/2R)處的距離332時(shí)，其在構(gòu)建平臺(tái)中所產(chǎn)生的慣性將小于位于距中心334等于半徑R的距離326處的相同質(zhì)量的對(duì)象所產(chǎn)生的慣性(圖7)。并且，當(dāng)每個(gè)都位于距中心334的相同距離處時(shí)，具有兩倍質(zhì)量(2M)的對(duì)象所產(chǎn)生的慣性將大于具有質(zhì)量(M)的另一對(duì)象所產(chǎn)生的慣性。

為了優(yōu)化所需電流，算法確定將要構(gòu)建對(duì)象的位置和構(gòu)建過(guò)程期間在不同的時(shí)間處部分構(gòu)建的對(duì)象的質(zhì)量。通常，用構(gòu)建對(duì)象所需的總持續(xù)時(shí)間除以預(yù)定數(shù)、例如10。但是也可以使用其它預(yù)定數(shù)，使用更大的數(shù)通常比更小的數(shù)提供更大的優(yōu)化程度。返回到該示例，如果總構(gòu)建時(shí)間為60分鐘，那么就將該時(shí)間除以10。對(duì)于每個(gè)預(yù)定的6分鐘的周期，使用在該6分鐘的周期期間沉積的材料的總質(zhì)量、構(gòu)建平臺(tái)的質(zhì)量和構(gòu)建對(duì)象的位置來(lái)計(jì)算最大慣性。算法計(jì)算在第一個(gè)6分鐘的周期期間發(fā)生的構(gòu)建平臺(tái)的最大慣性，并且計(jì)算在該第一個(gè)6分鐘的周期期間防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)(stall)所需的最小電流?？刂破鬏敵鰧?duì)數(shù)字電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)以便以該第一時(shí)間周期期間所需的最小電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)106。隨著對(duì)象的質(zhì)量在第二和每個(gè)后續(xù)的預(yù)定時(shí)間周期期間增加，慣性的力矩增大，因此電流需求增大。因此，在計(jì)算第二時(shí)間周期所需的最小電流時(shí)，使用第二時(shí)間周期結(jié)束時(shí)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。并且在計(jì)算每個(gè)后續(xù)的時(shí)間周期結(jié)束時(shí)所需的最小電流時(shí)，使用該后續(xù)的時(shí)間周期結(jié)束時(shí)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

算法可以在開始打印操作之前為周期中的每個(gè)計(jì)算電流需求，或者算法可以計(jì)算第一時(shí)間周期的電流需求，開始打印，在第一時(shí)間周期期間進(jìn)行打印的同時(shí)為第二和后續(xù)時(shí)間周期計(jì)算電流需求。

雖然在上述實(shí)施例中基于慣性計(jì)算的優(yōu)化涉及可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)，但是也可以與其它打印機(jī)應(yīng)用相關(guān)。例如，部分基于正打印的對(duì)象的質(zhì)量進(jìn)行的慣性計(jì)算還能夠被用于優(yōu)化x-y移動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)的動(dòng)作。此外，部分基于打印頭的質(zhì)量進(jìn)行的慣性計(jì)算能夠被用于優(yōu)化沿x、x-y、或x-y-z方向移動(dòng)的打印頭的動(dòng)作。

可滑動(dòng)且可轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)也可以與其他裝置一起使用。例如，可以用掃描儀代替打印頭。在一個(gè)實(shí)施例中，可以不插入打印頭并且可以裝入掃描頭來(lái)代替打印頭。在另一個(gè)實(shí)施例中，掃描頭可以位于打印頭上、與打印頭一起或挨著打印頭，使得無(wú)需物理地移除打印頭和安裝掃描頭。掃描頭可以用來(lái)掃描和存儲(chǔ)待復(fù)制的對(duì)象的幾何形狀。為了復(fù)制對(duì)象，掃描儀掃描對(duì)象的幾何形狀，并且該信息被下載到計(jì)算機(jī)。然后，計(jì)算機(jī)生成對(duì)象的虛擬模型，創(chuàng)建用于打印對(duì)象的復(fù)制品的必要文件。此外，掃描頭可以用來(lái)驗(yàn)證對(duì)象是否已被精確地打印。為了驗(yàn)證精確度，掃描頭能夠掃描所打印的對(duì)象的幾何形狀并且將信息下載到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將所打印的對(duì)象的幾何形狀與用于打印對(duì)象的虛擬模型進(jìn)行比較以檢查錯(cuò)誤。

圖8中描繪一種實(shí)施例，其中著色裝置502固定到滑動(dòng)支架204。著色裝置502能夠用于對(duì)三維對(duì)象進(jìn)行涂色或者著色。通常，在噴涂對(duì)象時(shí)使用吸收型絲材，使得油墨被吸收到并且集成到三維對(duì)象中。通常，著色裝置502包括具有至少一個(gè)噴嘴504的噴頭503并且是多色的著色裝置。著色裝置502可以是噴墨型著色裝置，或者它可以是能夠?qū)㈩伾┘拥酱蛴?duì)象的任意其它類型的著色裝置。如果它是噴墨型噴涂器，那么可以使用傳統(tǒng)噴墨盒、例如在噴墨打印機(jī)中使用的那些。噴頭503可以包括任意數(shù)量的噴嘴，典型噴墨噴涂器通常具有80到120個(gè)噴嘴。如圖8中所示，噴嘴通常呈近似45度的角度，以便在大約處于打印頭的正下方的位置對(duì)打印對(duì)象進(jìn)行噴涂。還可以使用具有至少一個(gè)噴嘴508的第二著色裝置506。

為了控制噴涂的精確度，可以一起地或者分開地使用不同方法。如圖9A中所示，控制精確度的一種方法是，僅使用噴嘴中的某些來(lái)保持噴嘴出口510和正被噴涂的三維對(duì)象512之間的特定距離。圖9B示出具有第一噴嘴514、第二噴嘴516、第三噴嘴518、第四噴嘴520和第五噴嘴522的噴頭511的放大圖。三維對(duì)象512具有彎曲表面513。由于噴頭511的面528不垂直于彎曲表面513，所以第一噴嘴514和彎曲表面513之間的距離524小于第五噴嘴526和彎曲表面513之間的距離526。這樣，當(dāng)從第一噴嘴514對(duì)對(duì)象進(jìn)行噴涂時(shí)，會(huì)在彎曲表面513上產(chǎn)生相對(duì)緊密的噴涂圖案，從第五噴嘴522對(duì)對(duì)象進(jìn)行噴涂會(huì)導(dǎo)致彎曲表面513的上部部分530上的過(guò)噴。這樣，通常會(huì)希望使用基本上垂直于對(duì)象的彎曲表面513的噴嘴來(lái)噴涂三維對(duì)象。

利用打印三維對(duì)象所需的信息對(duì)驅(qū)動(dòng)三維打印機(jī)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，并且所述計(jì)算機(jī)了解在打印過(guò)程中著色裝置502相對(duì)于三維對(duì)象的位置，這是由于著色裝置固定到也保持打印頭202的滑動(dòng)支架204。這樣，計(jì)算機(jī)可以只選擇基本上垂直于三維對(duì)象的表面513的那些噴嘴來(lái)噴涂。對(duì)于在使用典型的噴墨打印機(jī)在紙張上進(jìn)行打印時(shí)通常使用的噴墨盒來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)能夠控制特定噴嘴。

著色裝置502可以用于在打印三維對(duì)象時(shí)對(duì)其進(jìn)行噴涂，或者可以用于在三維對(duì)象已經(jīng)被打印之后對(duì)其進(jìn)行噴涂。在打印三維對(duì)象時(shí)對(duì)其進(jìn)行噴涂時(shí)，著色裝置或多個(gè)著色裝置能夠在打印頭202打印層時(shí)、在打印頭剛剛打印出層后、或者在打印頭打印出許多層、例如2、3、4或任意其他數(shù)量的層時(shí)對(duì)對(duì)象進(jìn)行噴涂。

在另一方法中，已完成的三維對(duì)象能夠放置在構(gòu)建平臺(tái)上，然后使用連接到計(jì)算機(jī)的三維掃描儀對(duì)其進(jìn)行掃描。然后，掃描圖像顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上，并且用戶能夠?qū)ζ聊簧系膶?duì)象“涂色”，進(jìn)行修改直到用戶對(duì)彩色圖案滿意。然后，著色裝置可以用于根據(jù)涂在屏幕上的對(duì)象上的顏色來(lái)對(duì)對(duì)象涂色。

雖然已描述的是本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是在本公開的精神和范圍內(nèi)能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步修改。因此，本申請(qǐng)旨在使用本發(fā)明的一般原理來(lái)涵蓋本發(fā)明的任意變化、使用或改動(dòng)。此外，本申請(qǐng)旨在涵蓋與本公開的變型，只要其屬于本發(fā)明所屬和所附權(quán)利要求所落入的、本領(lǐng)域中已知或通常的實(shí)踐的范圍。