3D打印对象的热标记的制作方法

3d打印对象的热标记
1.本公开整体涉及三维(3d)打印对象，并且更具体地涉及一种对3d打印对象进行热标记的方法。


背景技术：

2.三维打印机可用于打印3d对象。3d打印机可用于使用不同类型的材料来打印各种不同类型的对象。不同类型的工艺可用于3d打印，诸如例如挤出、粉末熔合以及喷墨打印材料的uv固化。3d打印是用于逐层打印3d对象的另选的增材式方法，其与减材法相反，减材法对材料块进行机械加工/蚀刻/砍凿以提供最终对象。
3.一种类型的增材3d打印工艺可为熔融沉积成型(fdm)，也被称为熔丝制造(fff)。fdm工艺可挤出部分熔融的材料，该部分熔融的材料以层的形式分配到平台上。挤出材料可以每层期望的形状或图案进行分配。可重复该过程以打印三维对象。


技术实现要素：

4.根据本文所示的方面，提供了一种用于标记打印对象的方法、非暂态计算机可读介质和装置。实施方案的一个公开特征是一种方法，该方法经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象，接收待标记在3d对象的表面上的期望的颜色标记，以及根据期望的颜色标记来控制点能量源以在3d对象的热处理层上发射能量。
5.实施方案的另一个公开特征是一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质上存储有多条指令，该多条指令包括在由处理器执行时使处理器执行以下操作的指令：经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象；接收待标记在3d对象的表面上的期望的颜色标记；以及根据期望的颜色标记来控制点能量源以在3d对象的热处理层上发射能量。
6.实施方案的另一个公开特征是一种装置，该装置包括处理器和存储多条指令的计算机可读介质，该多条指令在由处理器执行时使处理器执行以下操作：经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象；接收待标记在3d对象的表面上的期望的颜色标记：以及根据期望的颜色标记来控制点能量源以在3d对象的热处理层上发射能量。
附图说明
7.通过结合附图考虑以下具体实施方式可以容易地理解本公开的教学内容，在附图中：
8.图1示出了本公开的系统的框图；
9.图2示出了可如何将热处理层包括在本公开的打印对象中的不同示例的框图：
10.图3示出了利用本公开的多种颜色来标记打印对象的示例；
11.图4示出了用于标记本公开的打印对象的示例性方法的流程图；
12.图5示出了适用于执行本文所述功能的示例性计算机的高级框图。
13.为了便于理解，在可能的情况下已经使用了相同的附图标号来指定附图共有的相同元件。
具体实施方式
14.本公开广义地公开了一种对三维(3d)打印对象进行热标记的方法和装置。如上所述，可使用各种类型的3d打印机来打印3d对象。在一些情况下，可能希望向3d对象添加文字、图像或任何其他类型的标记。先前的方法可能无法提供足够的分辨率，或者可能使用可能与熔融沉积成型(fdm)或熔丝制造(fff)3d打印方法不兼容的方法。
15.例如，使用不同颜色的长丝并且设计具有不同颜色的长丝的3d对象可能是复杂、昂贵且耗时的。在其他示例中，一些方法可简单地将期望的颜色标记涂到3d打印对象上。然而，油漆可能不是非常耐用，并且/或者可能具有低分辨率。
16.本公开提供了一种方法，该方法可对用fdm打印机或fff打印机打印的3d对象上的文本、图像或任何其他类型的标记着色。该方法可使用可利用能量源进行热标记的热处理层。能量源可以是当施加到热处理层以标记打印对象时可提供高准确度和分辨率的点能量源。
17.在一个实施方案中，热处理层可以是作为挤出的长丝材料的一部分的增材物。然而，增材物可在高于长丝材料的熔融/挤出温度的温度下反应。因此，增材物在挤出期间可不改变颜色。相反，可利用点能量源经由单独标记过程来选择性地改变增材物的颜色。
18.颜色变化可以是热处理层的暴露于由能量源发射的能量的部分的物理特性的化学变化。该变化可由暴露于能量引起。因此，该颜色变化与将标记涂到3d对象上相比可更耐久且更持久。
19.在一个实施方案中，热处理层可在打印3d对象之后作为涂层添加。然后，可在期望的位置或图案处将点能量源施加到涂层，以形成标记。因此，本公开提供了一种经由热标记来提供3d打印对象的高分辨率着色的方法。
20.图1示出了本公开的示例性系统100。在一个实施方案中，系统100可包括3d打印机102、点能量源104和处理器106。尽管3d打印机102、点能量源104和处理器106被示出为单独的部件，但应当指出的是，3d打印机102、点能量源104和处理器106可为共同外壳内的单个装置的一部分。
21.在一个实施方案中，处理器106可通信地耦接到3d打印机102和点能量源104。处理器106可控制3d打印机102和点能量源104的操作。
22.在一个实施方案中，系统100可包括计算设备118。计算设备118可为可经由计算机辅助绘图(cad)程序创建3d打印对象110的设计的计算机。计算设备118还可经由cad程序形成期望的标记120。
23.在一个实施方案中，期望的标记120和对象设计122可由计算设备118生成并传输到处理器106。对象设计122可为能够由3d打印机102使用的格式(例如，.dxf文件、.stl文件等)。期望的标记120可包括能够标记在被打印的对象110上的图像、文本、图像和文本的组合等。
24.处理器106可根据对象设计122来控制3d打印机102以打印对象110。在一个实施方案中，3d打印机102可为熔融沉积成型(fdm)或熔丝制造(fff)打印机。应当指出的是，为了便于解释，3d打印机102已被简化，并且可包括未示出的附加部件(例如，用于熔融的热源、用于分配长丝材料108的打印头、可移动平台等)。
25.fff打印机可将长丝材料108逐层挤出到平台上，以打印对象110。长丝材料108可
通过打印头进料，该打印头加热长丝材料108以将长丝材料108熔融或几乎熔融。打印头可随后根据对象设计122分配熔融的长丝材料108。
26.在打印对象110之后，点能量源104可将能量源发射到对象110的表面112上的位置114上。处理器106可根据期望的标记120来控制点能量源104以发射能量。
27.在一个实施方案中，点能量源104可为能够以良好限定的窄能量束发射能量的能量源。例如，点能量源104可为激光器。在一个实施方案中，可以具有足够能量密度的功率水平为激光器供电，以将对象110的表面112的温度升高到足以形成期望的标记120。功率水平可为扫描速度的函数。例如，在较慢的扫描速度下，可使用较低的能量水平。在较高的扫描速度下，可使用较高的能量水平。在一个实施方案中，激光器可为能够发射介于5瓦(w)至50w之间的能量的二氧化碳激光器。
28.由于由点能量源104发射的能量的量所产生的温度高于长丝材料108的挤出温度，因此点能量源104可发射短脉冲或短时间(例如，几秒)的能量以标记对象110的表面112。短脉冲或短时间可防止点能量源104使对象110的表面112变形、损坏或熔融。在一个实施方案中，点能量源104可使用短脉冲或短时间在表面112上的位置114上方经过若干次以对位置114进行热标记。
29.在一个实施方案中，点能量源104可在长丝材料108沉积后不久将能量源发射到对象110的表面112上的位置114上。例如，在沉积一层长丝材料108之后，长丝材料108可能仍然是热的。因此，较低功率的点能量源104可用于给对象110的表面112的位置114着色。换句话讲，相对于等待直到整个对象110被打印和冷却，在沉积长丝材料108之后立即使用较低功率的能量源可实现一些能量节省。在一个示例中，当在沉积长丝材料108的每个层之后立即使用时，点能量源可为1w至10w的能量。
30.在一个实施方案中，点能量源104可发射不同水平的能量。例如，不同水平的能量可对应于能够用于对对象110进行热标记的不同温度。如下面进一步详细讨论，可用不同的颜色对对象110进行热标记。可通过施加不同的能量水平来转换或激活对象110的表面112上的不同增材物，从而形成不同颜色。
31.在一个实施方案中，可旋转和/或移动对象110以对对象110的不同侧面进行热标记。点能量源104可随后对对象110的侧面进行热标记以在对象110上形成图像116。
32.在一个实施方案中，对象110的表面112可包括热处理层。热处理层可包含可在特定温度下反应以改变颜色或产生期望的颜色的增材物。换句话讲，点能量源104可在位置114处施加局部量的能量，以经由热处理层中的增材物的性质的物理变化使热处理层的一部分着色。
33.在一个实施方案中，热处理层可包含在特定温度下改变颜色的增材物。增材物可在基质中包含隐色染料和酸性显色剂。隐色染料可包括结晶紫内酯、三芳基甲烷、硫化染料、还原染料、荧烷染料等中的至少一者。酸性显色剂的示例可包括联苯酚、水杨酸衍生物、十八烷基膦酸等。基质还可包括金属盐活化剂和/或抑制剂。金属盐活化剂可包括芳族羧酸的锌盐。抑制剂可包括2-羟基-1-氨基丙醇、丁胺以及它们的混合物。
34.在另一个示例中，增材物可为不可逆材料。不可逆材料可包括不可逆无机热致变色材料。不可逆无机热致变色材料的示例可包括碘化亚铜、偏钒酸铵、锰紫(mn(nh4)2p
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)等。
35.在一个实施方案中，不同隐色染料可在热处理层中混合在一起以形成不同颜色。例如，不同隐色染料可在不同温度下改变颜色。点能量源104可以第一瓦特数发射能量，以将热处理层加热到第一温度，从而将第一隐色染料转换成第一颜色。点能量源104可随后以第二瓦特数发射能量，以将热处理层加热到第二温度，从而将第二隐色染料转换成第二颜色。对于可在热处理层内的不同温度下变化的任何数量的不同隐色染料，可重复该过程。
36.图2示出了可如何将热处理层包括在本公开的打印对象110中的不同示例的框图。示例202示出了固体填充物。例如，热处理层可与长丝材料108混合。热处理层和长丝材料108的组合可形成为卷，以便进料到3d打印机102并挤出。热处理层中的增材物可在高于长丝材料108的挤出温度的温度下改变颜色。因此，当暴露于在挤出期间使长丝材料108熔融的挤出温度时，增材物可能不反应以改变颜色。3d打印对象110可随后包括热处理层，该热处理层混合在整个打印对象110中。
37.示例204示出了打印壳体206。例如，可利用长丝材料108打印对象110。然后，可由3d打印机102挤出具有热处理层的第二长丝材料以形成围绕对象110的打印壳体206。在一个实施方案中，3d打印机102可在长丝材料108和与热处理层混合的长丝材料之间切换，以逐层打印具有内部部分的外部壳体206。
38.示例208示出了喷涂。例如，热处理层可储存在喷雾罐210或分配器中。在用3d打印机102打印对象110之后，可用喷雾罐210将热处理层喷涂到对象110上。热处理层可涂覆在对象110的期望部分上或涂覆在对象110的整个外表面上。
39.可允许在对象110上干燥热处理层。在热处理层干燥之后，点能量源104可对热处理层进行热标记，以利用图像116标记对象110。
40.示例212示出了浸涂。例如，热处理层216可储存在容器214中。在用3d打印机102打印对象110之后，可将对象110浸渍到热处理层216中。可将对象110的期望部分浸渍在热处理层216中，或者可将整个对象110浸没在热处理层中以涂覆对象110的整个外表面。
41.可允许在对象110上干燥热处理层216。在热处理层216干燥之后，点能量源104可对热处理层216进行热标记，以利用图像116标记对象110。
42.图3示出了利用本公开的多种颜色来标记打印对象110的示例。图3示出了具有两种不同颜色的示例。如上所述，具有不同颜色变化温度的不同增材物可用于利用不同颜色来标记对象110。
43.在一个实施方案中，可用两种不同颜色302和304来标记对象110。例如，热处理层可包含在第一温度下改变颜色的第一增材物或隐色染料，以及在第二温度下改变颜色的第二增材物或隐色染料。第一增材物和第二增材物可在热处理层中混合在一起，或者可作为单独的热处理层施加到对象110的不同部分。
44.第一增材物可对应于颜色302，并且第二增材物可对应于颜色304。在一个实施方案中，点能量源104可以第一能量水平将能量发射到对象110的表面上。第一能量水平可将对象110的表面加热到使第一增材物改变为颜色302的第一温度。
45.在用第一颜色302标记对象的表面的期望部分之后，点能量源104可以第二能量水平将能量发射到对象110的表面上。第二能量水平可将对象110的表面加热到使第二增材物改变为第二颜色304的第二温度。例如，可使用高于长丝材料108的挤出温度的任何两个温度(例如，高于160摄氏度(℃)的温度)。例如，250℃的第一温度可用于改变第一颜色302，并
且400℃的温度可用于改变第二颜色304。也可使用其他示例性温度。对于具有较高熔融温度的材料，可使用较高的温度来改变颜色302和304。
46.尽管在图3中以举例的方式示出了两种不同的颜色302和304，但应当指出的是，可产生任何数量的不同颜色。不同颜色的数量可对应于具有不同非重叠温度的不同增材物的数量，以激活包含在热处理层中的相应增材物的颜色变化。
47.图4示出了用于标记本公开的打印对象的示例性方法400的流程图。在一个实施方案中，方法400的一个或多个框可由系统100或控制系统100的操作的计算机/处理器执行，如图5所示和下文所讨论。
48.在框402处，方法400开始。在框404处，方法400经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象。例如，fff打印机或fdm打印机可逐层挤出长丝材料以打印3d对象。可根据由与3d打印机通信的计算设备生成的对象设计来打印对象。
49.在框406处，方法400接收待标记在3d对象的表面上的期望的颜色标记。颜色标记可为由计算设备生成的设计。期望的颜色标记可以是文本、图像、图形或它们的任何组合。
50.在框408处，方法400根据期望的颜色标记来控制点能量源，以在3d对象的热处理层上发射能量。在一个实施方案中，热处理层可与挤出的长丝材料混合。因此，长丝材料可在热处理层混合在整个长丝材料中的情况下形成。
51.在一个实施方案中，3d对象可打印有包括热处理层的外部壳体。例如，长丝材料可用于打印3d对象。然后可挤出与热处理层混合的长丝材料以形成外部壳体。
52.在一个实施方案中，可将热处理层喷涂或浸涂到对象上。例如，可打印3d对象。在打印3d对象之后，可将热处理层施加到3d对象的整个外表面或3d对象的外表面的期望部分。
53.在一个实施方案中，热处理层可包含在暴露于特定温度时可改变颜色的增材物。该增材物可在基质中包含隐色染料和酸性显色剂。可使用的隐色染料的示例可包括结晶紫内酯、三芳基甲烷、硫化染料、还原染料、荧烷染料等。
54.在一个实施方案中，可将不同的增材物混合在一起以在3d对象上生成不同颜色的标记。例如，可使用具有不同不重叠颜色变化温度的不同增材物来生成不同颜色的标记。点能量源可施加第一能量水平以在第一温度下加热热处理层。增材物中的一种增材物可在第一温度下反应并变成第一颜色。点能量源可施加第二能量水平以在第二温度下加热热处理层。增材物中的另一种增材物可在第二温度下反应并变成第二颜色。
55.因此，方法400可提供用于对3d打印对象进行热标记以在3d打印对象的表面上形成颜色标记的有效非接触方法。因此，采用本公开的实施方案可避免使用油墨或油漆或增材材料进行的直接着色。在框410处，方法400结束。
56.图5示出了专用于执行本文所述功能的计算机的高级框图。如图5中所示，计算机500包括：一个或多个硬件处理器元件502(例如，中央处理单元(cpu)、微处理器或多核处理器)；存储器504，例如，随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom)；用于标记打印对象的模块505；以及各种输入/输出设备506(例如，存储设备，包括但不限于带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或致密盘驱动器、接收器、发射器、扬声器、显示器、语音合成器、输出端口、输入端口和用户输入设备(诸如键盘、小键盘、鼠标、麦克风等))。尽管仅示出了一个处理器元件，但应当指出的是，计算机可采用多个处理器元件。
57.应当指出的是，本公开可在软件和/或软件和硬件的组合中实现，例如，使用专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列(pla)、包括现场可编程门阵列(fpga)、或部署在硬件设备上的状态机，计算机或任何其他硬件等同物，例如，有关上述方法的计算机只读指令可用于配置硬件处理器以执行上述公开方法的步骤、功能和/或操作。在一个实施方案中，用于标记打印对象的本模块或过程505的指令和数据(例如，包括计算机可执行指令的软件程序)可被加载到存储器504中并由硬件处理器元件502执行，以实现上文结合示例性方法400讨论的步骤、功能或操作。此外，当硬件处理器执行用于执行“操作”的指令时，这可包括直接执行操作和/或促进、引导或与另一硬件设备或组件(例如，协处理器等)进行协作以执行操作的硬件处理器。
58.执行与上述方法相关的计算机可读指令或软件指令的处理器可被感知为编程处理器或专用处理器。因此，本公开的用于标记打印对象的本模块505(包括相关联的数据结构)可存储在有形或物理(广义上非暂态)计算机可读存储设备或介质上，例如易失性存储器、非易失性存储器、rom存储器、ram存储器、磁性或光盘驱动器、设备或软盘等。更具体地，计算机可读存储设备可包括任何物理设备，这些物理设备提供存储诸如数据和/或指令的信息的能力以被处理器或计算设备诸如计算机或应用服务器访问。
59.应当理解的是，以上公开的和其他的特征和功能的变型或其另选方案可以被组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域的技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替换、修改、变化或改进，这些也旨在被所附权利要求书所涵盖。

技术特征：
1.一种方法，包括：经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象；接收待标记在所述3d对象的表面上的期望的颜色标记；以及根据所述期望的颜色标记来控制点能量源以在所述3d对象的热处理层上发射能量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述3d对象的所述热处理层经由增材物形成，所述增材物与长丝材料混合，所述长丝材料由所述fff打印机挤出以打印所述3d对象。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述热处理层被打印为所述3d对象的外部壳体。4.根据权利要求1所述的方法，其中在打印所述3d对象之后，将所述热处理层作为涂层施加。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述热处理层经由浸渍工艺或喷涂工艺施加。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述热处理层包含增材物，所述增材物在高于由所述fff打印机挤出的长丝材料的挤出温度的温度下改变颜色。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述增材物在基质中包含隐色染料和酸性显色剂。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述隐色染料包括以下中的至少一者：结晶紫内酯、三芳基甲烷、硫化染料、还原染料或荧烷染料。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的颜色标记包括多种颜色。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述热处理层包含不同的增材物，其中所述不同的增材物中的每一者在不同温度下改变颜色，以在所述热处理层中产生所述多种颜色。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述点能量源包括发射介于5瓦至50瓦之间的能量的激光器。12.一种存储多条指令的非暂态计算机可读介质，所述多条指令在由处理器执行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象；接收待标记在所述3d对象的表面上的期望的颜色标记；以及根据所述期望的颜色标记来控制点能量源以在所述3d对象的热处理层上发射能量。13.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中所述3d对象的所述热处理层经由增材物形成，所述增材物与长丝材料混合，所述长丝材料由所述fff打印机挤出以打印所述3d对象。14.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中在打印所述3d对象之后，将所述热处理层作为涂层施加。15.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中所述热处理层包含增材物，所述增材物在高于由所述fff打印机挤出的长丝材料的挤出温度的温度下改变颜色。16.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中所述增材物在基质中包含隐色染料和酸性显色剂。17.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中所述隐色染料包括以下中的至少一者：结晶紫内酯、三芳基甲烷、硫化染料、还原染料或荧烷染料。18.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中所述期望的颜色标记包括多种颜色。19.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，其中所述热处理层包含不同的增
材物，其中所述不同的增材物中的每一者在不同温度下改变颜色，以在所述热处理层中产生所述多种颜色。20.一种方法，包括：经由熔丝制造(fff)打印机打印三维(3d)对象，所述熔丝制造(fff)打印机逐层挤出长丝材料以打印所述3d对象；接收待标记在所述3d对象的表面上的期望的颜色标记；用在基质中包含隐色染料和酸性显色剂的热处理层涂覆所述3d对象，其中所述热处理层的暴露于预定义温度的部分改变颜色；干燥所述热处理层；以及根据所述期望的颜色标记来控制激光器以在所述3d对象的所述热处理层上发射能量。

技术总结
本发明公开了一种用于标记打印对象的方法。例如，该方法包括：经由熔丝制造(FFF)打印机打印三维(3D)对象；接收待标记在3D对象的表面上的期望的颜色标记；以及根据期望的颜色标记来控制点能量源以在3D对象的热处理层上发射能量。射能量。射能量。


技术研发人员：N
受保护的技术使用者：施乐公司
技术研发日：2021.08.04
技术公布日：2022/3/8