液体金属喷射器液位感测系统及其方法

在MHD打印中，液体金属通过3D打印机的喷嘴喷射到基底上或先前沉积的金属层上。在此类打印机中使用的打印头是单个喷嘴头，并且包括位于头部内的几个内部组件，这些内部组件可能需要定期更换。在一些情况下，喷嘴更换的典型周期可为8小时间隔。在液体金属打印过程期间，铝和合金，特别是含镁合金，可以在泵的内部中的熔融过程期间形成氧化物和硅酸盐。这些氧化物和硅酸盐通常被称为浮渣。浮渣的积聚是泵吞吐量的函数，并且在打印过程期间连续积聚。除了由铝和氧化镁和硅酸盐的组合构成之外，浮渣还可以包括气泡。因此，浮渣的密度可以低于液体金属打印材料的密度并且浮渣可在熔融池的顶部积聚，最终导致打印期间出现问题。某些DOD打印机使用例如非接触红色半导体激光传感器，其在660nm的近似波长下操作，用于在打印期间测量熔融池高度。这通常被称为液位传感器。打印时的浮渣积累影响液位传感器准确测量泵的熔融金属液位的能力，并且可能导致过早结束打印作业。这还可能导致泵在打印期间错误地排空，从而损坏部件。浮渣堵塞物也可能在泵内生长，导致泵动力问题，从而导致较差的喷射质量和附加的打印缺陷，诸如在打印期间卫星液滴的形成。浮渣可能会分解，并且一大块这种氧化物落入喷嘴中，导致喷嘴堵塞。当液位感测信号“滴出”时，这可能导致重大故障情况，从而导致打印机关闭，需要清除或移除浮渣塞，更换打印喷嘴，并重新开始启动程序。

因此，需要用于在金属喷头打印按需喷墨或3D打印机中进行液位感测控制的方法和设备，以提供更长的打印时间和更高的吞吐量，而不会因与浮渣积聚相关联的缺陷或缺点而中断。

发明内容

以下给出简要的发明内容，以便提供对本教导内容的一个或多个实施方案的一些方面的基本理解。这个发明内容不是全面的概述，也并不旨在标识本教导内容的关键或重要元素，也并不旨在描述本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念，作为后面所呈现的具体实施方式的前序。

本发明公开了一种打印系统，该打印系统包括金属喷射设备，该金属喷射设备能够包括限定内腔以接收金属打印材料的结构：和喷嘴孔口，该喷嘴孔口与该内腔连接并且被配置为喷射能够包含该金属打印材料的一个或多个液体金属液滴。该打印系统还包括第一打印材料馈送系统，该第一打印材料馈送系统被配置为将第一打印材料供应到该内腔中。该打印系统还包括第二打印材料馈送系统，该第二打印材料馈送系统能够包括第二打印材料，该第二打印材料被配置为测量该内腔中的金属打印材料的液位，其中该第二打印材料是线。

打印系统的具体实施可包括穿透式激光传感器，其中第二打印材料由穿透式激光传感器检测。第一打印材料可包括线。第一打印材料和第二打印材料可包含相同的组成。第一打印材料可包含铝。

公开了一种感测和控制金属喷射设备中的液位的方法。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法包括将包括线的次级打印材料的预定馈送长度推进到金属喷射设备的内腔中，其中预定馈送长度对应于金属喷射设备的内腔的目标填充液位。该方法还包括检测次级打印材料的端部的第一测量结果。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法还包括从金属喷射设备的内腔缩回次级打印材料。该方法还包括检测次级打印材料的端部的第二测量结果。该方法还包括将次级打印材料的端部的第一测量结果与次级打印材料的端部的第二测量结果进行比较以确定缩回长度。

感测和控制金属喷射设备中的液位的方法的具体实施可包括重复以下步骤：将次级打印材料的预定馈送长度推进到金属喷射设备的内腔中：检测次级打印材料的端部的第一测量结果：从金属喷射设备的内腔缩回次级打印材料：检测次级打印材料的端部的第二测量结果：以及将次级打印材料的端部的第一测量结果与次级打印材料的端部的第二测量结果进行比较以确定缩回长度。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法可包括在推进次级打印材料的预定馈送长度之后暂停。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法可包括在推进次级打印材料的预定馈送长度之前等待预定时间。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法可包括如果缩回长度小于或等于次级打印材料的预定馈送长度，则增加次级打印材料的预定馈送长度。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法可包括将次级打印材料的预定馈送长度减小为大于次级打印材料的缩回长度。感测和控制金属喷射设备中的液位的方法可包括调节金属喷射设备的内腔中的初级打印材料的目标填充液位。当次级打印材料的预定馈送长度小于次级打印材料的缩回长度时，可增加初级打印材料的目标填充液位。当次级打印材料的预定馈送长度大于次级打印材料的缩回长度时，可减小初级打印材料的目标填充液位。初级打印材料和次级打印材料可包含相同的组成。

本发明公开了感测和控制金属喷射设备中的液位的另一种方法，该方法包括：以初级打印材料的基于像素的馈送速率将包括线的次级打印材料的预定馈送长度推进到金属喷射设备的内腔中。该方法还包括检测次级打印材料的端部的第一测量结果。该方法还包括从金属喷射设备的内腔缩回次级打印材料。该方法还包括检测次级打印材料的端部的第二测量结果。该方法还包括将次级打印材料的端部的第一测量结果与次级打印材料的端部的第二测量结果进行比较以确定缩回长度。

感测和控制金属喷射设备中的液位的方法的具体实施可包括调节金属喷射设备的内腔的填充液位。当缩回长度大于预定馈送长度时，增加初级打印材料的基于像素的馈送速率。当缩回长度小于预定馈送长度时，减小初级打印材料的基于像素的馈送速率。初级打印材料和次级打印材料可包含相同的组成。

已经讨论的特征、功能和优点可在各种具体实施中独立地实现，或者可在其他具体实施中组合，其进一步的细节可参考以下描述而看出。

附图说明

并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本教导内容的实施方案，并且与描述一起用于说明本公开的原理。在图中：

图1描绘了根据一个实施方案的3D打印机(例如，MHD打印机和/或多喷头打印机)的单个液体金属喷射器喷头的示意性剖视图。

图2是根据一个实施方案的被浮渣污染的液体金属喷射器的侧视剖视图。

图3描绘了根据本公开的包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的总体示意图。

图4A和图4B示出了根据本公开的包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图及其放大视图。

图5示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。

图6示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。

图7示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。

图8示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的最后步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。

图9示出了根据本公开的金属喷射设备中的液位感测和控制系统的若干操作步骤的流程图。

应注意的是，附图的一些细节已被简化并被绘制为有利于理解本教导内容，而不是维持严格的结构准确性、细节和比例。

具体实施方式

现在将详细地参考本教导内容的示例性具体实施，附图中示出了这些具体实施的示例。在任何可能的地方，在整个附图中将使用相同的参考标号来指相同、类似或相似的部件。

当施加击发脉冲时，按需喷墨打印机的某些示例喷射一小滴或液滴的液体铝合金。使用该技术，可通过喷射一系列液滴来由铝合金形成3D零件，这些液滴结合在一起以形成连续零件。本公开包括在打印机中使用的打印头，该打印头是单个喷嘴头，该打印头包括位于头部内的一些内部组件，这些内部组件需要定期更换。喷嘴更换的典型周期为8小时间隔。在标准打印过程期间，铝和合金(特别是镁)可在熔融过程期间在泵的入口处形成氧化物，该氧化物通常被称为“浮渣”。在打印期间，浮渣在泵中积聚并且是金属吞吐量的函数。浮渣是诸如氧化铝、氧化镁、铝、气泡或它们的组合的材料的组合。浮渣积聚在位于喷射器泵中的熔融池的顶部中，并且导致打印期间出现问题。浮渣积累可能影响测量泵的熔融金属液位的激光液位传感器的能力。来自该激光液位传感器的错误读数可能导致泵在打印期间排空，从而损坏零件。大多数浮渣相关的液位感测故障导致机器关闭，从而需要清除或移除浮渣堵塞物、更换打印喷嘴，和/或重新开始启动。在这种情况下，由于浮渣积聚，打印机不能在例如400Hz的最大喷射频率下持续打印，该最大喷射频率在8小时打印间隔内提供两磅或更高的总铝吞吐量。

本公开提供了一种方法和系统，其使用到喷射器的上泵的次级馈线输入，该次级馈线输入位于初级馈线输入附近。使用与初级馈线输入相同的合金的次级馈线输入可用作对泵中的液体打印材料的高度进行积极评估的方法。该次级馈线输入测量可被周期性地用于验证流体高度，例如大约每隔几分钟。在这些测量中间的间隔期间，机器可依赖于前馈控制以基于在该时间内的已知液滴使用和由喷射器输出的平均液滴质量来调节到上泵的输入线。第二馈线馈线输入可利用穿透式激光传感器，该穿透式激光传感器可在线被馈送到泵的顶部处的熔融池中之前评估或测量线的初始“端部点”，然后一旦线已经从喷射器的上泵移除，也可重新评估线的“端部点”。将线馈送到上泵中已知长度并且然后将线缩回可使得能够确定泵中的流体的已知最大高度。应注意，为了本公开的目的，术语“线”可指在结构上适于提供如本文所述的喷射器喷头中的熔融打印材料的液位的物理探针的线、杆、带或类似的可延伸结构。

以这种方式操作允许进入铝的熔融池的次级馈线输入的一部分被熔化，并且线的长度将被相应地缩短。不管线是否遇到液体、浮渣或这两者的组合，线都将在池中熔化。在将线缩回并记录新长度的测量结果时，可得出两个结论中的一个结论。在第一种情况(情况1)下，如果测量到线的长度没有改变，则可确定流体处于或低于已知的最大液位。在第二种情况(情况2)下，如果测量到缩回的线的长度比原始长度短，则流体相对于基准的精确高度是已知的。通过从要送入的线的对应于目标泵填充液位的标称长度开始，然后继续重复该过程并延长距离直到遇到第二种情况(情况2)，可确定泵中的熔融铝的精确高度。如本文所述的这种液位感测系统和方法提供了对喷射泵中的浮渣积聚以及任何相关缺陷保持不敏感的系统和方法。

图1描绘了根据一个实施方案的3D打印机(例如，MHD打印机和/或多喷头打印机)的单个液体金属喷射器喷头的示意性剖视图。图1示出了一种按需喷墨(DOD)或三维(3D)打印机100的一部分。3D打印机或液体喷射器喷头系统100可以包括外部喷射器壳体102内的喷射器(也称为主体或泵室，或“一体式”泵)104，也称为下块。喷射器104可限定内容积132(也称为内部腔体或内腔)。可将打印材料126引入到喷射器104的内容积132中。打印材料126可为或可包含金属、金属合金等。例如，打印材料126可为或可包含铝或铝合金，经由打印材料供应源116或打印材料馈线卷轴118(在这种情况下为铝线)引入。液体喷射器喷头系统100进一步包括位于泵罩或喷射器104的顶盖部分108内的第一入口120，由此打印材料馈线118被引入喷射器104的内容积132中。喷射器104进一步限定喷嘴110(也称为喷嘴孔口)、上泵122区域和下泵124区域。一个或多个加热元件112分布在泵室104周围以提供升高的温度源并在打印机操作期间将打印材料126维持在熔融状态。加热元件112被配置为加热或熔化打印材料馈线118，从而将喷射器104的内容积132内的打印材料馈线118从固态转换为液态(例如，打印材料126)。三维3D打印机100和喷射器104可进一步包括位于喷嘴110附近的空气或氩气护罩114，以及用于进一步实现喷嘴和/或喷射器104温度调节的水冷却剂源130。液体喷射器喷头系统100进一步包括液位传感器134系统，该系统被配置为通过将检测器束136朝向喷射器104内部的打印材料126的表面引导，并读取液位传感器134内部的反射检测器束136来检测喷射器104的内容积132内部的熔融打印材料126的液位。

3D打印机100还可包括功率源(本文未示出)和封装在泵加热器中的至少部分地包在喷射器104周围的一个或多个金属线圈106。功率源可耦接到线圈106并且被配置为向线圈106提供电流。由线圈106引起的增大的磁场可在喷射器104内引起电动势，这继而在打印材料126中引起感应电流。磁场以及打印材料126中的感应电流可在打印材料126上形成径向向内的力，称为洛伦兹力。该洛伦兹力在喷射器104的喷嘴110的入口处形成压力。该压力使打印材料126以一个或多个液滴128的形式通过喷嘴110喷射。

3D打印机100还可包括基底(本文未示出)，该基底靠近喷嘴110(例如，在其下方)定位。喷射的液滴128可落在基底上并硬化以产生3D物体。3D打印机100还可包括基底控制电机，该基底控制电机被配置为在通过喷嘴110喷出液滴128的同时或者在通过喷嘴110喷出液滴128的时间之间的暂停期间，移动基底，以导致3D物体具有期望形状和大小。基底控制电机可被配置为在一个维度上(例如，沿X轴)、在两个维度上(例如，沿X轴和Y轴)或在三个维度上(例如，沿X轴、Y轴和Z轴)移动基底。在另一个实施方案中，喷射器104和/或喷嘴110也可以或替代地被配置为在一个维度、两个维度或三个维度上移动。换句话讲，基底可以在固定喷嘴110下方移动，或者喷嘴110可以在固定基底上方移动。在又一个实施方案中，可存在喷嘴110和基底之间围绕一个或两个附加轴的相对旋转，从而存在四轴或五轴位置控制。在某些实施方案中，喷嘴110和基底两者可以移动。例如，基底可以在X和Y方向上移动，而喷嘴110在Y方向上向上移动和/或向下移动。

3D打印机100还可包括一个或多个气体控制装置，该气体控制装置可为或可包括气体源138。气体源138可被配置为引入气体。气体可为或可包含惰性气体，诸如氦气、氖气、氩气、氪气和/或氙气。在另一个实施方案中，气体可为或可包含氮气。气体可包含小于约10％的氧气、小于约5％的氧气或小于约1％的氧气。在至少一个实施方案中，可以经由气体管线142引入气体，该气体管线包括被配置为从气体源138引入到三维3D打印机100中的一种或多种气体的流量或流速的气体调节器140。例如，可以在喷嘴110和/或加热元件112上方的位置处引入气体。这可以允许气体(例如，氩气)在喷嘴110、液滴128、3D物体和/或基底周围形成护罩/护套，以减少/防止以空气护罩114的形式形成氧化物(例如，氧化铝)。控制气体的温度也可以或替代地帮助控制(例如，最小化)氧化物形成发生的速率。

液体喷射器喷头系统100还可包括限定内容积(也称为大气环境)的外壳102。在一个实施方案中，外壳102可以是气密密封的。在另一个实施方案中，外壳102可以不是气密密封的。在一个实施方案中，喷射器104、加热元件112、功率源、线圈、基底、附加系统元件或它们的组合可以至少部分地定位在外壳102内。在另一个实施方案中，喷射器104、加热元件112、功率源、线圈、基底、附加系统元件或它们的组合可以至少部分地定位在外壳102外部。虽然图1中所示的液体喷射器喷头系统100代表典型的液体喷射器喷头系统100，但是各种特征部的位置和特定配置和/或物理关系可以在另选设计实施方案中有所不同。

图2是根据一个实施方案的被浮渣污染的液体金属喷射器的侧视剖视图。示出了喷射器200，其进一步限定喷射器的腔或外壁202、上泵区域204、下泵区域206和出口喷嘴208。在喷射器200的内腔202内进一步示出了熔融打印材料212和在打印材料212内部和顶部积聚的浮渣210的示意图。在某些实施方案中，并且取决于打印系统中使用的是哪种打印材料，浮渣210是氧化铝、氧化镁和硅酸盐的组合。浮渣210还可包含气泡。在某些实施方案中，浮渣210可以包括附加材料或污染物，诸如铝(A1)、钙(Ca)、镁(Mg)、硅(Si)、铁(Fe)或可能的气泡或其他含有钠(Na)、钾(K)、硫(S)、氯(C1)、碳(C)或它们的组合的污染物的氧化物和硅酸盐。浮渣210通常朝向在喷射器200中的上泵区域204附近的熔融池的顶部积聚，并且可能潜在地引起打印期间的问题。浮渣210积累可能潜在地影响上述液位传感器测量喷射器200内部的熔融金属液位的能力。液位传感器系统的错误信号可能会导致泵在打印期间排空，这可能导致损坏正在打印的部件。一个或多个浮渣210“堵塞物”也可以具有在泵内生长的倾向，这继而可能导致泵动力学问题。泵动力学中的中断或问题可能进一步导致在打印期间喷头质量差和卫星液滴的形成。卫星液滴可以指仅在主液滴的喷射期间可以无意地形成的主液滴的容积的一部分的液滴。例如，喷嘴处的物理阻塞是导致形成卫星液滴的一个潜在原因。在某些实施方案中或在某些情况下，浮渣210也可能会分解，并且该碎片化浮渣或氧化物的一部分可以落入喷嘴208中，从而导致喷嘴208堵塞。由浮渣210积累产生的任何故障都具有灾难性的趋势，这可能导致需要关闭打印机、必须清理或清除浮渣210堵塞物、更换打印喷嘴、重新启动，或它们的组合。应注意，为了清楚起见，未在图2中描绘打印机或喷射器系统的附加特征部或元件。

图3描绘了根据本公开的包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的总体示意图。在图3中，液位感测和控制系统300的部分包括用于液体金属喷射打印系统的喷射器的上泵302。次级馈线系统304示出了保留或容纳熔融或液体打印材料308的内腔或贮存器。液体打印材料308在上泵302内被填充到由系统设置、软件、由打印系统执行的特定打印作业或它们的组合确定的填充管线。从初级馈线系统306或初级打印材料馈送系统进入上泵302的内腔的是初级线306A或初级打印材料，在示例性示例中，初级线或初级打印材料具有与已经驻留在上泵302中的熔融或液体打印材料308相同的组成。从次级馈线系统304或次级线输入系统进入上泵302的内腔的是次级线304A，在示例性示例中，次级线具有与初级线306A和驻留在液位感测和控制系统300的部分的上泵302中的熔融或液体打印材料308相同的组成。初级线306A可替代地被称为初级打印材料或库存打印材料。次级线304A将被用作对上泵302中的液体打印材料308的填充液位310高度进行积极评估的方式。该次级馈线304输入测量将被周期性地用于验证流体填充液位310高度，在示例性示例中为大约两分钟至三分钟。应注意，本公开的感测和验证方法的间隔可在更长或更短的时间尺度上发生，这可取决于多个系统参数，诸如初级馈线吞吐量、作业设计复杂性或其他因素。

图4A和图4B示出了根据本公开的包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图及其放大视图。图4A和图4B示出了在本公开的液位感测过程的多个部分期间具有初级馈线和次级馈线的上泵以及用于测量线的长度的激光传感器的视图。图4A描绘了关于图3描述的主要特征，包括放大区域的指示，其特征关于图4B更详细地描述。图4B描绘了液位感测和控制系统400的一部分的顶视图。包括次级馈线系统404和次级线404A以及初级馈线系统406或初级打印材料馈送系统；初级线406A，两者都被配置为提供次级线404A或初级线406A以进入上泵402。还示出了利用上泵402保留到打印材料目标填充液位410的熔融或液体打印材料408。应注意，当进入上泵402并且在打印材料目标填充液位410处接触熔融或液体打印材料408的表面时，次级线404A或初级线406A都将熔化。次级馈线输入404将利用穿透式激光传感器(包括穿透式传感器激光发射器412和穿透式传感器激光检测器414)，该穿透式激光传感器可在次级线404A被馈送到上泵402的顶部处的熔融铝液体打印材料408之前评估该次级线的初始端部点“A”418，然后一旦次级线404已经从上泵402移除，也可重新评估该次级线的端部点“B”420。在这些测量中间的时间期间，打印机将依赖于前馈控制来调节初级馈线系统406的输入，以基于在该时间内的已知液滴使用和由喷射器输出的平均液滴质量将初级线406A馈送到上泵402中。

图5示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。液位感测和控制系统500的一部分的视图包括上泵502的一部分、具有次级线504A的次级馈线系统504以及具有初级线506A的初级馈线系统506或初级打印材料馈送系统。图5示出了本文所述的过程中的初始步骤，该步骤是建立和确定线的当前“端部”点或线点“B”520。算法将使用来自次级馈线504电机和编码器的输入来确定相对于该点“B”520已经从次级馈线系统504馈送的次级线504A的量。次级线504A将继续朝向上泵502馈送，直到从穿透式传感器激光发射器512朝向穿透式传感器激光检测器514发射的激光516由于次级线504A的继续馈送而中断。将次级线504A馈送到上泵502中已知长度并且然后将其缩回将显示泵中的流体的已知“最大”高度，该高度是打印材料目标填充液位510。这是因为进入熔融池或液体打印材料508的次级馈线504输入的任何部分将被熔化，并且线的长度将被相应地缩短。如果线遇到液体铝、浮渣或这两者的组合，则次级线504A将在液体打印材料508的池中熔化，这种情况在图2中示出。次级线504A的缩回和新长度的测量结果的记录可得出两个结论中的一个结论。第一种情况(情况1)：如果发现次级线504A的长度没有改变，则可确定流体处于或低于已知的“最大”液位；或第二种情况(情况2)：如果发现次级线504A的长度返回得比其原始长度短，则可确定流体相对于基准(即激光传感器)的精确高度是已知的。

图6示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。液位感测和控制系统600的一部分的视图包括上泵602的一部分、具有次级线604A的次级馈线系统604以及具有初级线506A的初级馈线系统606或初级打印材料馈送系统。图6示出了用于感测喷射器喷头中的液位的过程的下一步骤，该步骤将以已知长度“C”622从次级馈线系统604馈送次级线604A，这将在次级线604A上的点“B”620放置在上泵602的打印材料目标填充液位610处。再次，该算法将使用来自次级馈线系统604电机和编码器的输入来确定次级线604A的正确长度以馈送到熔融或液体打印材料608的池中以实现这一点。在该步骤期间，次级线604A在线点“A”618处中断从穿透式传感器激光发射器612朝向穿透式传感器激光检测器614发射的激光616。线长度“C”622可通过计算线点“A”618与线点“B”620之间的差值来确定。

图7示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。液位感测和控制系统700的一部分的视图包括上泵702的一部分、具有次级线704A的次级馈线系统704以及具有初级线706A的初级馈线系统706或初级打印材料馈送系统。图7示出了用于感测喷射器喷头中的液位的过程的步骤，其中次级线704A被缩回直到向穿透式传感器激光检测器714发送激光716的穿透式传感器激光发射器712检测到次级线704A的端部处的线点“B”720的端部，从而导致如本文所述的情况1。在这种情况下，缩回的结果显示次级线704A的长度没有改变。换句话讲，算法保留对应于线长度“C”722的被送出的次级线704A的量的记录值，并且当该次级线被缩回时，相同线长度“C”722在激光716检测到次级线704A的端部处的线点“B”720时被缩回。在这种情况下，由于线的长度没有改变，因此可确定熔融或液体打印材料708处于或低于上泵702中的“最大”打印材料目标填充液位710。

图8示出了根据本公开的在液位感测和控制过程的最后步骤期间包括金属喷射设备中的液位感测和控制系统的打印系统的一部分的示意图。液位感测和控制系统800的一部分的视图包括上泵802的一部分、具有次级线804A的次级馈线系统804以及具有初级线806A的初级馈线系统806或初级打印材料馈送系统。图8示出了用于感测喷射器喷头中的液位的过程的步骤，其中次级线804A被缩回并且被发现比“起始”长度短，从而导致如本文所述的情况2。示出了当次级线804A从上泵802的内腔缩回时遇到情况2。在这种情况下，确定次级线804A的长度返回得比其原始长度短。这指示上泵802中的熔融或液体打印材料808的精确高度相对于将激光816发送到穿透式传感器激光检测器814激光检测器的穿透式传感器激光发射器812的高度是已知的。在上泵802中的液体打印材料808中熔化的次级线804A的量等于线点“B”818减去线点“D”824。以这种方式，次级馈线系统804将次级线804A馈送到激光传感器812、814、816，识别次级线804A的端部位置，推进到上泵802中已知量，并且确定情况1或情况2是否发生。如果情况1发生，则不知道流体表面的顶部的精确位置。因此，线馈送的下一次迭代将推进长度“C”加上附加增量，这将在设定的迭代次数内达到情况2。然后，流体表面828的实际高度是已知的，并且将相应地调节对初级馈线系统806馈送的“开环”控制。如果测量的表面高度828低于打印材料目标填充液位810，则初级馈线系统806将被逐渐更快地调节，并且如果测量的表面高度828高于打印材料目标填充液位810，则该初级馈线系统将被逐渐更慢地调节。通过从要送入的次级线804A的对应于打印材料目标填充液位810的标称长度开始，然后继续重复该过程并且延长距离直到遇到情况2，可确定上泵802中的熔融或液体打印材料808的精确高度828。次级馈线系统804的“送入”长度的起始点将使得次级线804A的端部将名义上地终止于打印材料目标填充液位810处。

图9示出了根据本公开的金属喷射设备中的液位感测和控制系统的若干操作步骤的流程图。图9示出了所提出的操作过程，展示了用于液位感测的方法和系统的各种控制特征以及系统将如何根据不同的液体池高度情形进行以将必要的缩放调节适当地反馈到前馈“初级”馈线。以这种方式，与可被喷射器喷头的内腔中的熔融池的表面上的污染物的存在而中断的当前系统相比，液体池高度被更可靠地控制。示出了感测和控制金属喷射设备900中的液位的方法，该方法从以下步骤开始：次级线被缩回直到激光传感器在点“B”处检测到线902的端部以确定次级线的初始长度。接下来，将馈送长度设定为长度“C”，该长度将线点“B”的理论端部放置于目标填充液位904处。

接下来，将线馈送到喷射器的泵中所要求的“馈送长度”906，线被缩回直到线的端部到达激光传感器908，光束离开激光传感器，或者激光传感器中的光束从断开变为未断开，接下来确定与“馈送长度”相比线的“缩回长度”是多少910。在步骤904中确定“馈送长度”。基于在前述步骤中确定的信息，到达第一判定点。如果缩回长度等于馈送长度912，则系统将向“馈送长度”添加增量长度量914，并且根据需要重复步骤906、908和910。在步骤910后，可到达第二判定点。如果发现缩回长度小于当前“馈送长度”916，则确定与“长度C”相比“缩回长度”是多少918。如果缩回长度大于“长度C”920A，则实际流体液位低于目标液位922A，并且根据基于像素的馈送速率来增加初级打印材料馈送的前馈算法924A。如果发现缩回长度小于“长度C”920B，则实际流体液位高于目标液位922B：并且因此，根据基于像素的速率来减少或减小初级打印材料馈送的前馈算法924B。最后，指示打印机等待设定时间926。该预定时间间隔可为1分钟至约10分钟，或约1分钟至约5分钟，或约1分钟至约2分钟。金属喷射设备中的液位感测和控制系统的这些操作步骤可包括：将包括线的次级打印材料的预定馈送长度推进到金属喷射设备的内腔中，其中预定馈送长度对应于金属喷射设备的内腔的目标填充液位：检测次级打印材料的端部的第一测量结果：从金属喷射设备的内腔缩回次级打印材料：检测次级打印材料的端部的第二测量结果；以及将次级打印材料的端部的第一测量结果与次级打印材料的端部的第二测量结果进行比较以确定缩回长度。

根据本公开的用于金属喷射器喷头和打印系统的液位感测的方法和设备提供次级馈线输入，该次级馈线输入使用与初级馈线输入相同的铝合金或打印材料，该次级馈线输入可用作对泵中的液体铝的高度进行积极评估的手段。该次级馈线输入测量可被周期性地用于在预定时间、大约每隔几分钟或根据需要的其他间隔验证喷射器喷头的内腔中的熔融池中的流体高度。在这些测量之间的间隔期间，机器可依赖于前馈控制以基于在该时间内的已知液滴使用和平均液滴质量来调节到上泵的输入线。第二馈线馈线输入可利用穿透式激光传感器，该穿透式激光传感器可在线被馈送到泵的顶部处的熔融铝池中之前评估线的初始“端部点”，并且然后一旦线已经从上泵移除或缩回，也可重新评估线的“端部点”。通过从要送入的线的对应于目标泵填充液位的标称长度开始，然后继续重复该过程并延长距离直到遇到线的长度现在被缩短的情况2，可确定泵中的熔融铝的精确高度。如本文所述的这种方法和系统提供了可在计划外关闭之前增加的有利的打印运行时间，这通过允许更大尺寸的零件构建和提高的总生产率而为打印系统提供了益处。该方法和系统进一步用于提高上泵的寿命，因为来自较长运行的浮渣积聚可能对上泵的操作有害。还已知的是，陈化的或用过的上泵具有提高的持续喷射性能。液位感测的系统和方法还可提高打印系统测量和控制喷射器的内腔中的熔融池高度的液位的能力，并且在某些情况下，可使得能够在较高泵温度下操作以提高喷射质量。

这种用于液位感测的打印系统和方法和设备可用来代替现有的液位检测系统或作为现有的液位检测系统的补充。应注意，第二馈送并不旨在是材料供应，而是用作探测液位感测，该第二馈送可在打印操作期间或在打印操作之间(即在打印操作暂停期间)被采用。当测量或执行如本文所述的方法时，不必停止打印。因此，虽然可能所关注的是在次级馈送系统中使用与打印材料类似的线材料，但该线材料不一定需要是相同的。本文所述的方法不依赖于从熔融池的表面反射的激光，该激光可被污染物(诸如浮渣)阻止。即使第二馈线接触熔融池的表面处的浮渣，该第二馈线仍将熔化，从而仍能够实现有效的液位感测和确定。

虽然已经相对于一个或多个具体实施示出了本教导内容，但是可以对所示示例做出改变和/或修改，而不脱离所附权利要求的精神和范围。例如，应当理解，虽然所述过程被描述为一系列动作或事件，但本教导内容不受此类动作或事件的排序的限制。一些动作可按不同顺序发生和/或与除本文所述的那些以外的其他动作或事件同时发生。另外，不需要所有的过程阶段来实现根据本教导内容的一个或多个方面或实施方案的方法。应当理解，可添加结构物体和/或处理级，或者可以移除或修改现有的结构物体和/或处理级。此外，本文所描绘的动作中的一者或多者可在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。此外，如果术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”或其变体用于具体实施方式和权利要求中，则此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式呈包括性。术语“……中的至少一者”用来指可选择所列项目中的一者或多者。此外，在本文的讨论和权利要求中，相对于一者在另一者“上”的两个材料使用的术语“在……上”意指这两个材料之间的至少一些接触，而“在……上方”意指这两个材料接近，但可能有一个或多个附加居间材料，使得接触是可能的但非必需。“在……上”和“在……上方”均不暗示如本文所用的任何方向性。术语“保形的”描述了底层材料的角度因保形材料而得以保留的涂层材料。术语“约”指示可略微改变所列的值，只要所述改变不会导致所述过程或结构与所示的实施方案不符即可。术语“耦接”、“连接”和“与……连接”是指“与……直接连接”或“经由一个或多个中间元件或构件与……连接”。最后，术语“示例性”或“例示性”指示所述描述用作示例，而非暗示其是理想的。通过考虑本说明书并实践本文公开内容，本教导内容的其他实施方案对于本领域技术人员可以是显而易见的。旨在仅将本说明书和示例视为示例性的，而本教导内容的真实范围和精神由以下权利要求指示。

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