CN105934332B - 生成三维物体 - Google Patents

Abstract

可以生成三维物体。温度传感器可以测量递送到支撑构件的构建材料的温度分布。处理器可以基于构建材料的辐射率数据来遮蔽所测量温度分布的遮蔽区域或校正所测量温度分布。加热器可以基于所校正的或遮蔽的所测量温度分布将构建材料加热到目标温度分布。能量源可以向构建材料施加能量以使构建材料的部分聚结。

Description

生成三维物体

背景技术

作为潜在的小批量生产三维物体的便利方式，基于逐层生成三维物体的增材制造系统已被提出。

这种系统生产的物体的质量可以取决于所使用的增材制造技术的类型而广泛地改变。通常，使用成本较低的系统可生产低质量、低强度物体，而使用成本较高的系统可生产高质量、高强度物体。

附图说明

关于以下图描述了一些示例：

图1是图示出根据一些示例的生成三维物体的方法的流程图；

图2a是根据一些示例的增材制造系统的简化等距图示；

图2b是根据一些示例的用于增材制造系统的加热器的简化等距图示；

图3是图示出根据一些示例的三维物体的方法的流程图；

图4a-d示出了根据一些示例的构建材料的多个层的一系列剖面侧视图；

图5a-d示出了根据一些示例的图4a-d的构建材料的多个层的一系列俯视图；以及

图6a-d示出了根据一些示例的温度分布的一系列示意性俯视图。

具体实施方式

当被说明书或权利要求叙述时，以下术语以以下含义理解。单数形式“一”和“所述”意指“一个或多个”。术语“包括”和“具有”规定为与术语“包括”具有相同的包括性意义。

增材制造(Additive Manufacturing)技术可以通过构建材料的一个或多个连续的层的多个部分的固化生成三维物体。构建材料能够是基于粉末的，所生成的物体的属性取决于构建材料的类型和所使用的固化机理的类型。

物体属性可以取决于所使用的构建材料的性质、使构建材料固化以形成期望的三维物体的处理、以及构建材料在这种处理期间的温度。这种属性例如可以包括表面粗糙度、精度、以及强度。

聚结剂是这样的一种材料——当将适量的能量施加到构建材料和聚结剂的组合时，可以使构建材料聚结并且固化。然而，在一些示例中，由聚结剂已经被递送或已经渗透在其上的构建材料吸收的能量还可以传播到周围的构建材料中。能量可以足以使周围的构建材料加热。例如，一旦能量被施加到最新的层上，能量可以在构建材料上横向传播、在当前层下面传播、和/或传播到将来的层中。当使用可以具有相对低的导热性的构建材料时，该效应可以被加剧，这是由于在形成每个新创建的层时在其表面之下导致了储热器的形成。一旦储热器中的热量被施加在最新的层上，其则可以慢慢地在构建材料上横向传播、在最新的层下面传播、和/或传播到将来的层中。

因而，可以将构建材料加热到适于使构建材料的软化和粘合的温度。该温度可以高于或低于材料熔点。这可以导致未被规定为固化的构建材料的多个部分的并发固化，该效应在此处被称为聚结渗漏。聚结渗漏可以导致例如生成的三维物体的总精度的降低。例如，变形可以包括三维部分，诸如从物体的多个侧的横向延伸的变形，和从物体的底部向下面延伸的变形。变形还可以包括由于构建材料上的不期望的温度分布或热传导效应所造成的较小的不规则性固化。

而且，构建材料中的空间或瞬态温度渐变可以通过物体的不均匀收缩而降低物体精度，因为，例如一些构建材料可以在非常窄的温度窗口中最佳地处理。

因此，本公开允许构建材料的温度反馈以控制加热构建材料的加热器的操作。因此，可以实现优质的物体属性，以及包括变形的减少、机械属性的控制、以及构建之间的一致性的三维物体的生成的控制。在一些示例中，加热器可以包括被设计并且被空间地分布为实现构建材料所期望的加热的加热单元阵列。在一些示例中，可以通过这样的方式来设计温度传感器和控制器以生成精确的温度反馈：例如使用算法处理技术、和/或针对变化的构建材料属性导致的构建材料上的不同辐射率的校正。这可以允许构建材料具有更好地匹配预定目标温度分布的温度分布，例如均匀的或基本上均匀的温度分布。因而，由于可以容易地将构建材料维持在最佳温度窗口中，更高的物体精度可被实现。而且，因为具有针对最佳处理的窄温度窗口的多种材料可以仍然是可用的，所以可以使用更多种类的材料。

图1是图示出根据一些示例的生成三维物体的方法的流程图。在框102，可以测量递送到支撑构件的构建材料的温度分布。在框104，基于构建材料的辐射率数据，可以校正所测量温度分布或者可以遮蔽所测量温度分布的遮蔽区域。在框106，可以基于所校正的或遮蔽的所测量温度分布将构建材料加热到目标温度分布。在框108，可以向构建材料施加能量以使构建材料的部分聚结并且固化。

图2a是根据一些示例的增材制造系统200的简化等距图示。如在下面参考图3的流程图所进一步描述的，可以操作系统200生成三维物体。

在一些示例中，构建材料可以是粉末基构建材料。如在此处所使用的，术语粉末基材料规定为包含干燥粉末基材料和湿粉末基材料两者的微粒材料、和颗粒材料。在一些示例中，构建材料可以包括空气和固态聚合物微粒的的混合物，例如以大约40％空气和大约60％固态聚合物为比率。一种适当的材料可以是例如可从西格玛-奥德里奇有限公司得到的尼龙12。另一种适当的尼龙12材料可以是可从电光学系统EOS GmbH得到的PA 2200。适当的构建材料的其他示例可以包括例如粉状金属材料、粉状复合材料、粉末陶瓷材料、粉状玻璃材料、粉状树脂材料、粉状聚合物材料等，以及他们的组合物。然而，应当被理解的是，在此处描述的示例不局限于粉末基材料或不局限于之上列出的任何材料。在其他示例中，构建材料可以是糊剂或凝胶。根据一个示例，适当的构建材料可以是粉状半晶体热塑性材料。一些材料可以具有导致聚结渗漏风险增加的低导热性。例如，一些尼龙可能具有在室温下大约0.1W/m K的导热性、和在其熔点下大约0.2W/m K的导热性。

增材制造系统200可以包括系统控制器210。可以在增材制造系统200和/或控制器210中实施和控制在此处公开的任何操作和方法。

控制器210可以包括用于执行诸如在此处所描述的方法中的那些指令的处理器212。处理器212可以是例如微处理器、微控制器、可编程序门阵列、专用集成电路(ASIC)、计算机处理器等。处理器212可以包括例如芯片上的多个核、多个芯片上的多个核、多个设备上的多个核、或者其组合。在一些示例中，处理器212可以包括至少一个集成电路(IC)、其他控制逻辑、其他电子电路、或者其组合。

控制器210可以支持直接用户交互。例如，增材制造系统200可以包括耦连到处理器212的用户输入设备220，诸如键盘、触摸板、按钮、小键盘、拨号盘、鼠标、跟踪球、卡片阅读机、或其他输入设备中的一个或多个。另外地，增材制造系统200可以包括耦连到处理器212的输出设备222，诸如液晶显示器(LCD)、打印机、视频监视器、触摸屏显示器、发光二极管(LED)、或其他输出设备中的一个或多个。输出设备222可以响应于指令来显示文本信息或图形数据。

处理器212可以经由通信总线214与计算机可读存贮媒介216进行通信。计算机可读存贮媒介216可以包括单个媒介或多个介质。例如，计算机可读存储媒介216可以包括ASIC的存储器和在控制器210中的独立存储器中的一个或两者。计算机可读存储媒介216可以是任何电子的、磁性的、光学的、或其他物理的存贮设备。例如，计算机可读存贮媒介216可以是例如随机存取存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器、光驱、存贮器驱动器、CD、DVD等。计算机可读存贮媒介216可以是非暂时性的。计算机可读存贮媒介216可以存储、编码、或携带计算机可执行指令218，当计算机可执行指令218由处理器212执行时，可以使处理器212执行根据不同示例在此处公开的方法或操作的任何一个或更多。

系统200可以包括制剂分配器202来选择性地向提供在支撑构件204上的构建材料的连续的层递送聚结剂。根据一个非限制性示例，适当的聚结剂可以是包括炭黑的油墨类配制剂，诸如例如可从惠普公司得到的商业上被称为CM997A的油墨配制剂。在一个示例中，这种油墨可以另外包括红外线吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外包括接近红外线吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外包括可见光吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外包括UV光吸收器。包括可见光增强剂的油墨的示例是基于染料的彩色油墨和基于颜料的彩色油墨，诸如可从惠普公司得到的商业上被称为CE039A和CE042A的油墨。

在一个示例中，支撑构件204具有在从大约10cm乘10cm到100cm乘100cm范围内的尺寸。在其他示例中，支撑构件204可以具有更大或更小的尺寸。支撑构件204可以是系统200的固定部分，或者可以不是系统200的固定部分而替代地是例如可移除的模块的部分。

控制器210根据包括制剂递送控制数据208的指令来控制将聚结剂选择性地递送至所提供的构建材料层。

制剂分配器202可以是打印头，诸如感热式打印头或压电喷墨打印头。打印头可以具有喷嘴阵列。在一个示例中，可以使用在市场上可获得的墨喷式打印机中常用的那些打印头。在其他示例中，可以通过喷射喷嘴而不通过打印头递送制剂。也可以使用其他递送机构。

制剂分配器202可以用于选择性地递送(例如，沉积)诸如液体的适当的流体形式的聚结剂。在一些示例中,制剂分配器202可以被选择为以在每英寸300至1200点数(DPI)之间的分辨率,例如600DPI来递送制剂的滴剂。在其他示例中，制剂分配器202可以被选择为以更高的或更低的分辨率递送制剂的滴剂。在一些示例中，制剂分配器202可以具有通过其制剂分配器202能够选择性地喷射流体的滴剂的喷嘴阵列。在一些示例中，每个滴剂可以约为每滴剂大约10皮升(pl),尽管在其他示例中制剂分配器202能够递送更高的或更低的滴剂大小。在一些示例中，制剂分配器202能够递送可变大小的滴剂。

在一些示例中，聚结剂可以包括诸如水的液态载体或任何其它适当的溶剂或分散剂，以使得其能够经由打印头被递送。

在一些示例中，打印头可以是按需喷墨打印头。在其他示例中，打印头可以是连续喷墨打印头。

在一些示例中，制剂分配器202可以是系统200的组成部分。在一些示例中，制剂分配器202可以是用户可更换的，在这种情况下，它们可以被可移除地插入到适当的制剂分配器接收器或者系统200的接口模块中。

在图2a中图示出的示例中，制剂分配器202可以在被称作页面宽度阵列的配置中具有使得其能够跨越支撑构件204的整体宽度的长度。在一个示例中，可以通过适当布置多个打印头来实现这一点。在其他示例中，可以使用具有喷嘴阵列的单个打印头，该喷嘴阵列具有使得它们能够跨越支撑构件204的宽度的长度。在其他示例中，制剂分配器202可以具有使得其不能够跨越支撑构件204的整体宽度的更短长度。

制剂分配器202可以被安装在可移动托架上以使得其能够沿着所图示的y轴在支撑构件204的长度上双向地移动。这可以使得在单路径中在支撑构件204的整体宽度和长度上选择性地递送聚结剂。在其他示例中，制剂分配器202可以是固定的，并且支撑构件204相对于制剂分配器202移动。

应当注意到的是，在此处使用的术语‘宽度’用于大体上表示在与图2a中图示出的x轴和y轴平行的平面中的最短尺寸，而在此处使用的术语‘长度’用于大体上表示在该平面中的最长尺寸。然而，将被理解的是，在其他示例中，术语‘宽度’可以是与术语‘长度’可互换的。例如，在其他示例中，制剂分配器202可以具有使得它们能够在可移动托架可以在支撑构件204的宽度上双向地移动时跨越支撑构件204的全长的长度。

在另一个示例中，制剂分配器202不具有使得其能够跨越支撑构件的整体宽度的长度，但是另外地在所图示的x轴上在支撑构件204的宽度上双向可移动。该配置使用多路径使得在支撑构件204的整体宽度和长度上选择性地递送聚结剂得以实现。然而，诸如页面宽度阵列配置的其他配置可以使得三维物体能够更快地被创建。

制剂分配器202可以包括聚结剂的供给器或者可以是可连接到独立的聚结剂供给器。

系统200进一步包括构建材料分配器224以在支撑构件204上提供，例如，递送和/或沉积构建材料的连续的层。适当的构建材料分配器224可以包括例如刮水片和滚子。可以从漏斗或构建材料存储器向构建材料分配器224供给构建材料。在示出的示例中，构建材料分配器224在支撑构件204的长度(y轴)上移动以沉积构建材料层。如先前描述的，构建材料层将被沉积在支撑构件204上，而后续的构建材料层将被沉积在先前沉积的构建材料层上。构建材料分配器224可以是系统200的固定部分，或者可以不是系统200的固定部分，而替代地是例如可移除的模块的部分。

在一些示例中，可以存在附加的聚结剂分配器，诸如附加制剂分配器206。在一些示例中，系统200的多个分配器可以位于相同的托架上，彼此相邻或短距离地分离。在其他示例中，两个或更多托架每个均可以包含一个或多个分配器。例如，每个分配器可以位于其自己的独立的托架中。任何附加的分配器可以具有与较早参考制剂分配器202所讨论的那些相类似的特征。然而，在一些示例中，例如，不同的制剂分配器可以递送不同的聚结剂。

在示出的示例中，支撑构件204在z轴上可移动，使得随着新的构建材料层被沉积，在构建材料的最近沉积的层的表面与制剂分配器202的下表面之间维持预定的空隙。然而，在其他示例中，支撑构件204可能在z轴上不可移动，并且制剂分配器202可以在z轴上可移动。

系统200可以另外包括能量源226来向构建材料施加能量以根据聚结剂已经被递送或已经渗透的地方引起构建材料的多个部分的固化。在一些示例中，能量源226是红外线(IR)辐射源、接近红外线辐射源、卤素辐射源，或者发光二极管。在一些示例中，能量源226可以是能够向沉积在支撑构件204上的构建材料均匀地施加能量的单个能量源。在一些示例中，能量源226可以包括能量源阵列。

在一些示例中，能量源226被配置为以基本上均匀的方式向构建材料层的整体表面施加能量。在这些示例中，能量源226可以说是未聚焦的能量源。在这些示例中，整个层可以具有同时地施加到其的能量，这可以帮助提高可以生成三维物体的速度。

在其他示例中，能量源226被配置为以基本上均匀的方式向构建材料层的整体表面的部分施加能量。例如，能量源226可以被配置为向构建材料层的整体表面的条带施加能量。在这些示例中，可以在构建材料层上移动或扫描能量源，使得最终将基本上相等量的能量施加到在构建材料层上的整体表面。

在一些示例中，可以将能量源226安装在可移动托架上。

在其他示例中，能量源226可以例如根据制剂递送控制数据208在其在构建材料层上移动时施加可变量的能量。例如，控制器210可以控制能量源仅向在其上已经施加聚结剂的构建材料的部分施加能量。

在另外的示例中，能量源226可以是聚焦能量源，诸如激光束。在该示例中，可以控制激光束来在构建材料层上的整体或者部分进行扫描。在这些示例中，可以控制激光束根据制剂递送控制数据在构建材料层上进行扫描。例如，可以控制激光束向在其上的层的那些被递送聚结剂的部分施加能量。

系统200可以另外包括加热器230来发射热量以将沉积在支撑构件204上的构建材料维持在预定的温度范围内。加热器230可以具有任何适当的配置。在图2b中示出一个示例，其是根据一些示例的用于增材制造系统的加热器230的简化等距图示。如所示的，加热器230可以具有加热元件232的阵列。加热单元232可以每个均是任何适当的加热单元，例如诸如红外线灯的加热灯。加热单元232可以具有适当的形状或配置，诸如图2b中所示出的矩形。在其他示例中，例如，它们可以是圆形的、棒状的，或球状的。该配置可以被优化为朝着构建材料所在的区域提供均匀的热分布。每个加热单元232或加热单元232的组可以具有可变地控制施加到构建材料表面的局部能量的密度的可调整的电流或电压。

每个加热单元232可以对应于其自己的构建材料的相应的区域，使得每个加热单元232可以基本上朝着其自己的区域而不朝着由其他加热单元232所覆盖的区域发射热量。例如，图2b中的十六个加热单元232中的每一个可以对构建材料的十六个不同的区域之一进行加热，其中十六个区域共同地覆盖构建材料的整个区域。然而，在一些示例中，每个加热单元232还可以发射较小程度地影响相邻区域的一些热。

系统200可以另外包括温度传感器228，例如无触点温度传感器，诸如一个或多个热电偶或一个或多个热电堆，或诸如热成像摄像机。温度传感器228可以捕捉表示由支撑构件204上的构建材料所在的区域上的构建材料的每个点所发射的辐射分布的温度值或图像。温度传感器228可以向控制器210输出辐射分布，该控制器210可以基于在用作为构建材料的材料的温度和辐射强度之间的已知的关系(诸如黑体分布)来确定在构建材料上的温度分布。例如，辐射分布的辐射频率可以在红外线(IR)范围中的特定值具有它们的最高的强度。这可以用于确定包括在构建材料上的多个温度的温度分布。

热成像摄像机228可以被定向为大体上中央地且大体上直接地面向构建材料，使得摄像机的光轴以支撑构件204的中心线为目标，以允许对大体上对称地捕捉来自构建材料的辐射。这可以最小化构建材料表面的透视失真，因此将对校正的需要最小化，并且降低测量的温度值与真实温度值之间的误差。另外地，热成像摄像机228可以能够(1)例如通过使用适当的放大来在覆盖构建材料的整个层的宽的区域上捕捉图像、(2)捕捉稍后被平均的整个层的一系列图像、和(3)捕捉其每一个覆盖该层的部分、合起来覆盖整个该层的一系列图像。在一些示例中，热成像摄像机228可以处于相对于支撑构件204的固定位置，在其他示例中，如果其他组件在移动时破坏摄像机228与支撑构件204之间的视线，热成像摄像机228可以是可移动的。

尽管图2a将温度传感器228图示为热成像摄像机，在其他示例中，温度传感器228可以包括固定位置高温计的阵列，该固定位置高温计的每一个均捕捉来自单个区域的辐射，每个区域与由大体上被加热器230的加热单元232之一加热的区域相对应。在其他示例中，温度传感器228可以是可以操作为在构建材料的整个区域上掠过或扫描的单个高温计。

尽管在图2a中在高于支撑构件204的特定位置中示出了能量源226、加热器230、和热成像摄像机228，但它们每一个可以被放置在高于支撑构件204或在其周围的任何适当的位置中。

图3是图示出根据一些示例生成三维物体的方法300的流程图。该方法可以是计算机实施的。在一些示例中，示出的排序可以变化，使得一些步骤可以同时地发生、可以添加一些步骤、以及可以省略一些步骤。

在描述图3时，将参考图2、4a-d、5a-d，和6a-d。图4a-d示出根据一些示例的构建材料层的一系列剖面侧视图。图5a-d示出根据一些示例的图4a-d的构建材料层的一系列俯视图。图6a-d示出根据一些示例的温度分布的一系列示意俯视图。方法300可以允许在处理每个层、层的每个组--诸如每隔一个层或每隔两个层期间、或作为单个初始的校准步骤进行基于温度反馈的加热。

转向302，控制器210可以获取制剂递送控制数据208。制剂递送控制数据208可以针对每片将被生成的三维物体来定义聚结剂将被递送到的在构建材料上的部分或位置(如果有的话)。

可以通过例如适当的三维物体处理系统导出制剂递送控制数据208。在一些示例中，三维物体处理系统可以被包含在增材制造系统200内。例如，指令218可以另外包括当由处理器212执行时，使处理器212作为如在此处所描述的三维物体处理系统进行操作的指令。在其他示例中，三维物体处理系统可以在增材制造系统400外部。例如，三维物体处理系统可以是软件应用、或软件应用的部分、可在与系统200分开的计算设备上执行。

在一些示例中，可以基于表示将被生成的物体的三维模型的物体设计数据和/或根据表示物体的属性的物体设计数据来生成制剂递送控制数据208。模型可以限定物体的固体部分，并且可以由三维物体处理系统来处理以生成模型的平行平面的片。每个片可以限定构建材料的相应层的将被增材制造系统固化的部分。物体属性数据可以限定物体的属性，诸如密度、表面粗糙度、强度等。

可以经由例如输入设备220从用户、从软件驱动器、从诸如计算机辅助设计(CAD)应用之类的软件应用来接收物体设计数据和物体属性数据作为来自用户的输入，或可以从存储默认的或用户定义的物体设计数据和物体属性数据的存储器获取物体设计数据和物体属性数据。

在一些示例中，物体处理系统可以获取关于增材制造系统200的特性的数据。这种特性例如可以包括构建材料层厚度、聚结剂的属性、构建材料的属性，和能量源226的属性、加热器230的属性、和温度传感器228的属性。

制剂递送控制数据208可以针对将被处理的构建材料的每个层描述构建材料上聚结剂将被递送到的位置或部分。在一个示例中，通过相应的图案来限定构建材料的聚结剂将被递送到的位置或部分。

取决于在以上描述的特性，聚结剂的递送密度可以变化。例如，当聚结剂已经被递送或已经渗透在其上的构建材料的部分接收施加的能量时，由那些部分吸收的能量传播到其他周围的区域。在一个示例中，可以选择聚结剂的属性和被递送的聚结剂的量以使得能量在大约1.5倍于层厚范围的球形内传播。这可以有助于不仅确保层间的充分粘合，而且也确保构建材料的横向相邻部分之间的充分粘合。如将参考框310讨论的，该密度也可以被变化以调节构建材料的温度。

以这种方式，物体处理系统可以确定例如在物体的强度仍然可以充分保证的同时，可以增加的相邻滴剂之间的横向间距。这样做可以降低向构建材料层递送聚结剂的平均密度，并且由此减小聚结剂的消耗，但是不影响物体的强度。

在304，如图4a和5a中所示，可以提供构建材料层402b。例如，如较早地讨论的，控制器210可以通过使构建材料分配器224沿着y轴移动来控制构建材料分配器224在支撑构件204上的先前完成的层402a上提供层402b。完成的层402a可以包括已固化部分408。尽管在图4a-d中为了说明性目的而示出了完成的层402a，但应当理解的，可以初始地应用步骤304至326以生成第一层402a。

在一些示例中，所提供的构建材料层402b的厚度可以具有从在大约50至大约300微米、和大约90至大约110微米或大约250微米之间的范围中选择的值，尽管在其他示例中可以提供更薄或更厚的构建材料层。例如可以由控制器基于制剂递送控制数据208来控制厚度。

在306，可以确定构建材料的温度分布。例如，诸如热成像摄像机228的温度传感器可以例如通过捕捉表示构建材料的辐射分布的图像来获取温度反馈。如较早地讨论的，在其他示例中，可以采取一系列图像来生成表示辐射分布的合成图像或平均图像。在摄像机中可以由控制器210或由处理器使用辐射分布基于构建材料的材料温度和辐射强度之间的已知的关系(诸如黑体分布)确定构建材料的温度分布。已知的关系例如可以呈现从辐射强度至温度的固定转换。可以在将被讨论的框310校正该近似值。

在框308，坐标变换算法可以用于将所测量温度分布的坐标映射至材料层402b的空间坐标。可以将这些坐标之间的已知的关系存储在控制器210的存储器中。如果传感器228和支撑构件204相互之间可移动，那么可以针对传感器228和支撑构件204的每个可能的相对空间配置存储多个相互关系。坐标变换算法可以校正透视误差并且可以包括所测量分布的像素距离与沿构建材料的现实世界长度之间的标度因子转换。在一些示例中，映射的附加的微调可以包括基于可由传感器228检测的在构建材料中提供的图案的校准。例如，可以利用诸如格栅或干涉图案的图案、和/或利用不同的有色构建材料的递送将构建区域提供于例如构建区域的角落等的位置中，以允许由允许所测量温度分布与层402b之间的后续映射摄像机进行检测。

在310框，可以使用控制器210基于制剂控制递送数据208将温度分布数据细分并且分组到具有恒定的或大体上恒定的辐射率的多个区域中。材料的辐射率是其表面发射能量的相对能力。辐射率的范围可以是高达100％的任何百分比。50％的辐射率对应于这样的材料：具有给定温度并且在该相同的温度发射理想黑体发射的能量的一半的量。辐射率例如可以取决于材料的类型、材料的化学成分、诸如粗糙度的表面特征、诸如材料层的厚度材料几何形态、和其他因素。

如较早地讨论的，制剂控制递送数据208可以限定这样的区域：制剂递送到的、构建材料被期望于在此被递送制剂和/或固化的位置。因此，可以基于这些制剂控制递送数据208并且基于所使用的材料已知的属性、以及这些材料的例如已固化、非固化、加热、熔化和非熔化区域的属性、以及这些材料的结果得到的表面特征、递送的层的几何形态等来确定温度分布数据中的辐射率区域的分组。可以将所有以上数据视为辐射率数据。因此，例如在图4a中，例如(1)由于来自下面的已完成的层402a的热传导，以及(2)由于构建材料的光学深度大于构建材料的每一层的厚度，意味着层402a的已固化区域408可以对温度传感器228是可见的，进而影响辐射率，因此，可以预计层402a的中心已固化区域408使层402b的表面的中心与层402b的外表面区域相比具有不同的辐射率。在一些示例中，如较早地讨论的，可以在框306之前执行制剂404的递送。在此种情况中，可以预计层402b中的制剂404本身另外影响层402b的中心区域中的辐射率。总体上，当确定顶层的表面的辐射率时，可以给定每个构建材料层以权重。例如，层越接近当前顶层，就可以对该层给出更大权重。

在其他示例中，诸如如果可以在递送构建材料的第一层之前执行框306至322的基于反馈的加热，如将讨论的，那么可以确定支撑构件204的辐射率或者支撑构件204上的校准片的辐射率。

因此，可以生成辐射率大体上恒定的一个或多个分组，其中，在图4a的示例中，可以生成基于辐射率数据的两个分组。

在一些示例中，基于分组，可以基于分组和辐射率数据来校正可以最初在框306已经基于从辐射强度至温度的固定转换的假定所生成的温度分布数据。

在其他示例中，可以选择一个或多个分组用作反馈，并且一个或多个其他分组可以不用作反馈，它们可以被遮蔽。在一些示例中，可以将传感器228编程为递送仅预期或期望地具有恒定辐射率的预定分组中的图像。例如，可以基于定义预期聚结剂将在其中不被递送的区域的制剂递送控制数据208进行预定。

在框312，可以对温度分布数据的数据像素进行插值以提高温度分布数据的分辨率，使得其具有更多数据像素。插值是确定已知数据点的集合之间的新的数据点的方法。例如，可以由控制器210应用插值算法以使具有X和Y坐标的数据像素的平面集合成三角形以确定对温度分布中的插值后的温度值进行表示的插值后的数据像素的规则格栅。插值算法可以使用例如线性或平滑多项式插值法。在一些示例中，诸如如果温度传感器228未足够地捕捉构建材料的外部区域的图像，那么可以将三角测量区域外部的格栅点外插。

在此阶段，取决于是否分别对于校正措施或对于遮蔽确定分组，温度分布可以出现为图6a的温度分布500a或图6c的温度分布500c，如较早在以上关于框310所讨论的。图6a示出区域502可以具有基准温度，并且区域506可以具有比基准温度大的相应的温度。这些非均匀性可能由例如在框312的能量施加期间的先前沉积的层的多个部分的聚结和固化所引起。在先前的层402a的创建期间聚结剂404已经被递送的区域可以具有基本上大于基准温度的温度，如图6a中所示。另外，区域504可以具有低于区域502的基准温度的温度。除区域506是遮蔽区域510外，图6c类似于图6a。

在框314，可以由控制器210分别将温度分布500a或500c与存储在控制器210的存储器中的图6b的预定的目标温度分布500b或图6d的500d进行比较。图6b对应于未遮蔽的分布，并且图6d对应于遮蔽的分布，其中给予后者与测量的遮蔽温度分布500c相同的遮蔽。除图6d包括遮蔽区域510外，图6d类似于图6b。

每个目标温度分布500b和500d可以具有均匀的或基本上均匀的温度区域508。在其他示例中，目标温度分布替代地可以是定制非均匀温度分布。总体上，选择目标温度分布使得以其为目标可以允许实现期望的物体属性和变形的适当减少的充分的温度调节。

在一些示例中，分布的比较可以包括确定温度分布500a和目标温度分布500b的每个对应的像素之间的差，或在示例中，包括温度分布500c和目标温度分布500d的遮蔽。

在判定框316，如果温度分布500a或500c基本上类似于其目标温度分布500b或500d，或者与目标温度分布的偏离小于预定的程度，那么方法300可以进行到框324。如果温度分布500a或500c基本上不类似于其目标温度分布500b或500d，或者与目标温度分布的偏离大于预定的程度，那么方法300可以进行到框324。

在框318，基于温度分布500a与目标温度分布500b或500d之间的差，可以针对加热单元232中的每一个生成温度补偿信号。每个补偿信号可以例如表示将被提供给相应的加热单元232的电压或电流。每个加热单元232可以对应于包括同样地对应于构建材料的表面上的空间区域的温度分布500a中的像素的格栅的像素的区域。

在一些示例中，可以通过对所测量温度分布500a和目标温度分布的对应的区域中的像素之间的差求平均值来执行补偿信号的生成。

在一些示例中，可以基于热过程模型来执行生成补偿信号，该热过程模型基于制剂递送控制数据208对热扩散进行数学建模。模型可以包括使用有限元分析求解热力方程，或可以包括任何其它适当的方法。

在一些示例中，补偿信号的生成可以包括以下处理。可以定义用于从加热器230到构建材料的辐射递送的物理模型。可以在数学上将物理模型表示为目标函数。物理模型例如可以是射线跟踪模型，其例如可以合并已知的输入参数，包括诸如加热器230和支撑构件204和构建材料的几何形态的物理因素以及影响辐射轨迹的任何其他物理因素。射线跟踪模型还可以合并包括例如定义将被提供给加热单元232中的每一个的电压或电流的补偿信号的未知的输入参数。基于已知的和未知的输入参数，射线跟踪模型可以输出构建材料上的模型温度分布。

可以通过向目标函数应用最小化算法以最小化模型温度分布和已知的目标温度分布之间的差来确定例如诸如电压或电流之类的补偿信号的未知的输入参数。可以使用任何适当的最小化算法，例如诸如通过使用莱文贝格-马夸特算法的最小二乘方拟合。因而，确定的补偿信号可以用于将构建材料加热到目标温度分布。

在一些示例中，神经网络模型可以替代地用于基于已知的参数来确定未知的输入参数，例如，诸如电压或电流之类的补偿信号。在一些示例中，神经网络模型可以自适应地指定包括该加热器230和支撑构件204的系统200的特定特征。

在一些示例中，可以基于定义不同三维物体的热扩散特性的存储的查找表来执行补偿信号的生成。因而，控制器210可以将制剂递送控制数据208与适当的查找表相匹配以调整补偿信号。查阅表可以已经例如使用诸如物理模型、神经网络模型，或热过程模型之类的以上任何模型预先进行了计算。

在一些示例中，可以在确定补偿信号中使用以上方法的任何组合。

在320，可以由加热器230对构建材料进行加热以将构建材料加热至在图6b中示出的如同具有均匀温度分布的单个区域508的目标温度分布500b或500d。在包括遮蔽的示例中，覆盖与遮蔽区域510相对应的构建材料区域的加热单元232可以不被用于加热。尽管为了说明性目的示出了达到目标温度分布500b或500d，但在一些示例中可以多次反复执行框306至322，直到充分到达目标温度分布500b或500d。每个加热单元232可以基于它们的相应的补偿信号来加热构建材料中与它们的空间区域相对应的区域，以便实现目标温度分布500b或500d。

在一些示例中，加热器230的使用可以帮助降低用于引起聚结剂已经被递送或已经渗透在其上的构建材料的聚结和后续的固化而需要由能量源226在326框施加的能量的量。然而，可以将目标温度分布500b或500d的温度设置为低于在存在聚结剂404时构建材料将经历粘合的温度。例如，取决于所使用的构建材料的属性，目标温度可以在大约155和大约160摄氏度的范围之间，或以大约160摄氏度为中心。预热可以帮助降低用于引起聚结剂已经被递送或已经渗透在其上的构建材料的聚结和后续的固化而需要由能量源226施加的能量的量。

然而，在其他示例中，可以不期望预热。然而，在该示例中，目标温度分布可以同样地低于在存在聚结剂404时构建材料将经历粘合的温度。

在判定框322，可以确定是否可以执行基于温度反馈的加热的附加反复以使温度分布接近于目标温度分布。该确定可以基于在314框在当前反复中所确定的温度分布500a或500c与目标温度分布500b或500d之间的差。如果差低于阈值，那么可以推测加热器230已经将目标分布500b或500d完成到充分的程度，并且方法300可以进行到框324。否则，方法可以进行到框308。

在324，可以选择性地将聚结剂404递送到构建材料层402b的表面的一个或多个部分，如图4b和5b中所示。如较早地讨论的，可以由制剂分配器202例如以诸如液滴的流体的形式来递送制剂404。

可以在制剂递送控制数据208可以限定的变为形成被生成的三维物体的部分的固体的层402b的多个部分上的图案中执行制剂404的选择性递送。“选择性递送”意指聚结剂可以各种图案被递送到构建材料的表面层的所选择的部分。可以通过制剂递送控制数据208来限定图案。

图4c和5c示出了已经基本上完全地渗透到构建材料层402b中的聚结剂404，但是在其他示例中，渗透的程度可以小于100％。渗透的程度可以例如取决于所递送的制剂的量、取决于构建材料的性质、取决于制剂的性质等。图6c示出了构建材料可以仍然具有基本上均匀的温度分布500c，该基本上均匀的温度分布500c具有均匀的区域508。

在326，可以暂时地向构建材料层402b施加预定水平的能量。在不同示例中，所施加的能量可以是红外线或接近红外线能量、微波能量、紫外线(UV)光、卤素光、超声能等。施加能量的时间长度或能量暴露时间例如可以取决于以下一个或多个：能量源的特性；构建材料的特性；以及聚结剂的特性。所使用的能量源的类型可以取决于以下中的一个或多个：构建材料的特性；和聚结剂的特性。在一个示例中，可以以预定长度的时间施加能量。

能量的暂时施加可以使聚结剂404已经被递送或已经渗透在其上的构建材料的多个部分加热直至高于构建材料的熔点并且聚结。例如，层402b的温度可以达到大约220摄氏度。一旦冷却，已经聚结的多个部分变为固体并且形成被生成的三维物体的部分。如较早地讨论的，可以已经在先前的反复中生成一个这样的部分408。在能量施加期间吸收的热可能传播到先前已固化部分408以使部分408的部分加热直至高于其熔点。该效应有助于在已固化构建材料的相邻层之间创建具有坚固的层间粘合的部分410，如图4d中所示。

在一些示例中，能量施加可能造成新的温度非均匀性出现，例如类似于但是不需要相同于图6a中的非均匀性。因而，在后续的层的处置期间，可以将新近的非均匀温度分布过度到目标温度分布。

可以选择所提供的能量、构建材料和聚结剂404的组合，使得除了任何聚结渗漏的效应之外，还有以下：i)当其被暂时地施加能量时，没有聚结剂404已经被递送在其上的构建材料的多个部分不聚结；以及ii)当其被暂时地施加能量时，仅聚结剂404已经被递送或已经渗透在其上的构建材料的多个部分聚结。

构建材料层经历上述处理之后，可以在先前处理的构建材料层上提供新的构建材料层。以这种方式，先前处理的构建材料层充当后续的构建材料层的支撑件。然后可以重复框304至326的处理以逐层生成三维物体。

如之前提到的，方法300可以允许对于每个层或对于层的每个组，诸如每隔一个层或每隔两个层进行基于温度反馈的加热。例如，如以上详细描述的方法300描述的：在框304递送构建材料之后，在框306至322期间进行基于温度反馈的加热。在其他示例中，可以在框304和306之间执行包括递送制剂的框324，以使如果未进行校准，框316进行到框326。在这种示例中，在框306至322的基于温度反馈的加热之前，执行构建材料和制剂两者的递送。然而，该示例仍然允许对于每个层或层的组进行基于反馈的加热。

然而，在其他示例中，可以初始地执行基于反馈的加热以作为单个校准步骤。例如，除可以仅针对已经被提供有任何制剂的第一层执行框306至322外，方法300可以如所示进行。在其他示例中，框304可以发生在框322之后，以使如果未进行校准，则框316进行到框304。在此种情况中，可以在递送第一层构建材料之前执行框306至322的基于反馈的加热。在又一些其他示例中，当诸如测得的变形的质量度量超过阈值时，或如果用户激活反馈系统，则可以执行框306至322的基于反馈的加热。

可以在任何组合中组合在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或处理的所有步骤，除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥。

在以上描述中，阐述了许多细节以提供在此处公开的内容的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些或所有的情况下实践示例。其他示例可以包括来自以上讨论的细节的修改和变化。兹规定为所附权利要求覆盖这种修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于生成三维物体的装置，所述装置包括：

温度传感器，测量递送到支撑构件的构建材料的温度分布；

处理器，基于所述构建材料的辐射率数据遮蔽所测量温度分布的遮蔽区域或者校正所测量温度分布；

加热器，基于所校正的或遮蔽的所测量温度分布将所述构建材料加热到目标温度分布；以及

能量源，向所述构建材料施加能量以使所述构建材料的部分聚结并且固化。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括制剂分配器，所述制剂分配器向所述构建材料的所述部分选择性地递送聚结剂以在施加所述能量时使所述部分聚结。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热器包括加热单元阵列，所述加热单元阵列基于所校正的或遮蔽的所测量温度分布将所述构建材料加热到所述目标温度分布。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所测量温度分布是基于所述辐射率数据来校正的。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述处理器通过以下来校正所测量温度分布：

将所测量温度分布分组到辐射率大体上恒定的区域中；且

基于所述区域中的至少一个区域的辐射率校正该至少一个区域的温度。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述遮蔽区域是基于所述辐射率数据遮蔽的。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，在与所测量温度分布的所述遮蔽区域对应的图像区域中遮蔽所述目标温度分布的遮蔽区域，使得所述加热器加热与所测量温度分布的非遮蔽区域相对应的所述构建材料的部分。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述目标温度分布是基本上均匀的温度分布。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述目标温度分布是不均匀的温度分布。

10.一种用于生成三维物体的方法，包括：

测量由递送到支撑构件的构建材料所发射的温度分布；

基于所述构建材料的辐射率数据来遮蔽或校正所测量温度分布；

由多个加热单元基于所校正的或遮蔽的所测量温度分布将所述构建材料加热到目标温度分布；以及

向所述构建材料施加能量以使所述构建材料的部分聚结并且固化。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括向所述构建材料的所述部分选择性地递送聚结剂以在施加所述能量时使所述部分聚结。

12.一种非暂时性计算机可读存储媒介，包括这样的可执行指令：当由处理器执行时使处理器用于：

使构建材料层被递送；

接收递送到支撑构件的所述构建材料的测量温度分布；

基于所述构建材料的区域中的辐射率的差来遮蔽所述测量温度分布的遮蔽区域或校正所述测量温度分布；

使所述构建材料从所校正的测量温度分布加热至目标温度分布。

13.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储媒介，进一步包括可执行指令，当所述可执行指令由处理器执行时，使所述处理器在加热所述构建材料之前对所述测量温度分布进行插值。

14.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储媒介，进一步包括可执行指令，当所述可执行指令由处理器执行时，使所述处理器生成用于使加热单元将所述构建材料的区域加热到所述目标温度分布的补偿信号，所述补偿信号是基于热过程模型或查找表中的一个或多个生成的。

15.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读存储媒介，进一步包括可执行指令，当所述可执行指令由处理器执行时，使所述处理器生成用于使加热单元将所述构建材料的区域加热到所述目标温度分布的补偿信号，所述补偿信号基于具有输入参数的射线跟踪模型被确定，所述输入参数包括所述补偿信号和所述支撑构件、加热单元、以及所述构建材料的已知的物理因素，所述射线跟踪模型输出模型温度分布，其中，所述补偿信号通过最小化所述目标温度分布与所述模型温度分布之间的差确定。