CN105965884B

CN105965884B - 用于增材制造的装置和方法

Info

Publication number: CN105965884B
Application number: CN201610135083.4A
Authority: CN
Inventors: W.维蒂托; D.马德利; T.R.菲蒂安
Original assignee: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc
Current assignee: Siemens Industry Software NV
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: EP3067184A1; EP3067184B1; US20160263833A1; US10307957B2; CN105965884A

Abstract

用于增材制造的装置和方法。一种计算机辅助制造（CAM）系统（100）的部件可以被配置成促使处理器（102）生成指定3D打印机（106）如何经由从沉积头（112）沉积材料（118）来在构建板（114）上增材式地构建物品（120）的指令（104）。3D打印机被配置成促使沉积头旋转以便选择性地改变沉积头以其来输出材料的沉积轴（128）的角度。所生成的指令指定3D打印机如何操作沉积头来在构建板上构建物品，以使得通过沉积头使其沉积轴以至少部分基于侧壁表面的角度取向（402）而确定的角度（404）取向来提供沿着物品的侧壁表面（304）沉积的材料。

Description

用于增材制造的装置和方法

技术领域

本公开总体上针对计算机辅助设计（CAD）系统、计算机辅助制造（CAM）系统、计算机辅助工程（CAE）系统、产品数据管理（PDM）系统、产品生命周期管理（“PLM”）系统以及管理用于产品和其它项目的数据的类似系统（统称产品系统）。

背景技术

增材制造（也被称为3D打印）涉及用于通过材料的递增沉积和结合来生产三维（3D）物品的过程。增材制造可以受益于改进。

发明内容

不同地公开的实施例包括用于使得CAM系统和3D打印机的用户能够经由增材制造过程来产生3D物品的方法和系统。在一个示例中，用于增材制造的装置包括至少一个处理器，其被操作性地配置成生成由3D打印机可使用以构建物品的指令，该指令指定3D打印机的沉积头在多个连续层中沉积材料以利用以至少部分基于侧壁表面的角度取向而确定的角度旋转的沉积头来形成物品的侧壁表面。

在另一示例中，一种用于增材制造的方法包括生成3D打印机可使用以构建物品的指令，该指令指定3D打印机的沉积头在多个连续层中沉积材料以利用以至少部分基于侧壁表面的角度取向而确定的角度旋转的沉积头来形成物品的侧壁表面。

另一个示例可以包括利用可执行指令（诸如存储设备上的软件部件）编码的非瞬时计算机可读介质，其当被执行时促使至少一个处理器执行此描述的方法。

前述内容已经相当广泛地概述了本公开的技术特征以使得本领域技术人员可以更好地理解下面的详细描述。将在下文中描述形成权利要求的主题的本公开的另外的特征和优点。本领域技术人员将认识到，它们可以容易地将所公开的概念和特定实施例用作修改或设计用于执行本公开的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同结构不偏离处于其最广阔形式的本公开的精神和范围。

在进行下面的具体实施方式之前，阐述可能遍及此专利文档所使用的某些词或短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及其派生词意味着包括而不是限制；术语“或”是包括性的，意味着和/或；短语“与……相关联”和“与其相关联”以及其派生词可以意味着包括、被包括在内、与……互连、包含、被包含在内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、与……可通信、与……合作、交错、并置、接近于、绑定到或与……绑定、具有、具有……的性质等等；并且术语“控制器”意味着任何设备、系统或控制至少一个操作的其一部分，无论这样的设备是以硬件、固件、软件或其中的至少两个的某一组合实施。应该注意，与任何特定控制器相关联的功能可以被集中或散布，无论是本地地还是远程地。遍及此专利文档提供用于某些词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解的是，这样的定义在许多（如果不是大多数）实例中适用于此类定义的词和短语的先前以及将来使用。虽然某些术语可以包括多种实施例，但是所附权利要求可以将这些术语明确地限制到特定实施例。

附图说明

图1图示出促进增材制造的示例系统的功能框图。

图2图示出示例3D打印机的示例沉积头的示意图。

图3图示出当构建外悬侧壁表面时材料可能如何被浪费的示例。

图4图示出当构建外悬侧壁表面时如何可以使所浪费的材料最小化的示例。

图5图示出沉积头在通用层中的第一和第二侧表面之间的示例角度过渡。

图6图示出沉积头在沿着被构建的物品的同一侧壁的不同层处的弯曲表面的不同部分之间的示例角度过渡。

图7和8图示出促进增材制造的示例方法的流程图。

图9图示出可以在其中实施一个实施例的数据处理系统的框图。

具体实施方式

现在参考附图来描述与增材制造有关的各种技术，其中相似的参数数字表示遍及全文的相似元件。下面讨论的附图、以及用来描述本专利文档中本公开的原理的各种实施例仅作为说明并且不应该以任何方式被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，可以在任何适当布置的装置中实施本公开的原理。要理解，被描述为由某些系统部件执行的功能可以由多个部件来执行。类似地，例如，部件可以被配置成执行被描述为由多个部件执行的功能。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的许多创新教导。

参考图1，图示出促进增材制造的示例系统100。增材制造过程的示例包括融合的沉积建模、熔结丝制造、自动注浆成型（robocasting）、电子束无模成型制造、直接金属激光烧结、电子束熔化、选择性激光熔化、选择性热烧结、选择性激光烧结和立体平版印刷。这些过程中的许多涉及在选择位置中逐层地沉积和熔化/软化/结合材料来构建期望的3D物品。可以在增材制造中使用的示例材料的非详尽列表包括金属、热塑性塑料和陶瓷。

增材制造过程通常采用专门配置成执行它们的相应过程的机器，其通常被称为3D打印机或增材机器。然而，应该认识到，一些3D打印机还可以能够进行机械加工/减材过程并且与混合增材/减材机器相对应。可以用来执行这里描述的示例的混合增材/减材机器的示例包括Sauer&DMG Mori Lasertech 65。然而，应该注意的是，其它类型的3D打印机可以操作用于基于这里描述的特征/过程/指令来构建物品。如这里所使用的，能够至少进行增材过程的机器（其可以包括或可以不包括减材过程）被称为3D打印机。

在示例实施例中，系统100包括至少一个处理器102，其被操作性地配置成生成由3D打印机可使用以控制3D打印机的操作以便经由至少增材制造来构建物品的指令104。在示例实施例中，一个或多个数据处理系统108（3D打印机的外部）可以包括至少一个处理器102。例如，外部数据处理系统可以对应于具有各种软件部件（例如，程序、模块、应用程序）110的工作站。

软件部件110可以被操作性地配置成促使该至少一个处理器102执行这里描述的功能和动作以构建指令104。在示例实施例中，指令104可以具有G-代码格式或者其它数控（NC）编程语言格式。G-代码格式的示例包括符合诸如RS-274-D、ISO 6983和DIN 66025之类的标准的格式。

这里描述的示例实施例可以涉及具有沉积头112和构建板114的3D打印机。在示例实施例中，沉积头112可以包括诸如激光器（或电极）之类的集成热源116，其操作用于熔化/软化从沉积头提供的材料118，诸如粉末金属（或金属线）。

3D打印机106操作用于经由在材料118的层122的顶上的沉积层在构建方向130上从构建板114向上构建物品120。此示例中的沉积头112可以操作用于同时输出且熔化/软化结合到构建板和/或先前施加的构成物品的层的连续材料流。在此描述的示例中，材料可以对应于金属（以粉末或线的形式）。然而，应该认识到，在替代实施例中，操作用于沉积其它类型的材料（诸如热塑性塑料）的3D打印机可适于供这里描述的系统和过程使用。

在示例实施例中，3D打印机可以操作用于水平地（在X-Y方向上）和垂直地（在Z方向上）移动沉积头。在一些实施例中，该类型的3D打印机还可以被操作用于移动构建板（诸如通过关于一个或多个不同轴来旋转构建板）。

此外，示例3D打印机可以不仅仅垂直向下地（或垂直于构建板的平面）输出材料，而是可以相对于Z轴旋转沉积头112，以便以相对于垂直的一个角度（或以相对于垂直于构建板的平面的一个角度）输出材料。

因此，3D打印机可以是可操作的以使打印头和/或构建板相对于彼此移动以便以在从构建板向外（诸如在构建方向130上）或从物品的一部分向外（在可以垂直于构建板114或可以不垂直于构建板114的构建方向上）的层中构建物品或物品的一部分的模式来沉积材料的珠（bead）。例如，所生成的指令104可以指定被构建的物品旋转（经由旋转构建板）以使得物品的侧壁面朝上。在此示例中，所生成的指令可以指定在构建方向上从物品的侧壁向上构建物品的另外的部分，所述构建方向与构建板成一定的角度（诸如平行于构建板而不是垂直于构建板）。

返回参考图1，应该注意的是，基于由处理器生成的指令而沉积的层可以是平面的。然而，应该认识到层可能不是平面的而可能是弯曲的或具有其它非平面轮廓。

在一个示例实施例中，3D打印机可以包括控制器124，其被操作性地配置成致动3D打印机的硬件部件（例如，发动机、电路和其它部件），以便选择性地移动沉积头和/或构建板来以这里描述的各种模式沉积材料。

这样的控制器124可以包括至少一个处理器，其操作性地响应于存储在3D打印机中的软件和/或固件以控制3D打印机的硬件部件（例如沉积头和热源）。这样的控制器可以通过读取和解释所生成的指令104来操作用于直接控制3D打印机的硬件。

在一个示例实施例中，这样的指令可以通过网络连接被提供给控制器或者被控制器获取。在这样的示例中，控制器124可以包括操作用于接收指令的有线或无线网络接口部件。这样的指令104可以通过网络直接来自于数据处理系统108。然而，在其它示例中，指令104可以被数据处理器系统保存在3D打印机可访问的中间存储位置（例如文件服务器）上。

还应该认识到，3D打印机可以包括诸如卡读取器或USB端口之类的输入设备，其操作用于使得控制器能够读取存储在便携式介质（诸如闪速存储器卡或驱动器）上的指令。在另一示例中，3D打印机可以经由USB电缆连接到数据处理系统108，并且通过USB连接从数据处理系统接收指令104和其它通信。

而且，在一个示例实施例中，数据处理系统108可以是分布式系统，在其中一个数据处理系统和/或软件部件生成处于一种类型的格式中的第一指令，而第二数据处理系统和/或软件部件操作用于将第一指令后处理成处于诸如G-代码之类的格式或与用于生成物品的特定3D打印机兼容的其它格式中的第二指令。

在一个示例实施例中，软件110操作用于接收物品的3D模型126并且基于物品的3D模型126来生成指令104。在一个示例中，软件可以包括促进生成来自3D模型的指令104的CAM软件部件。这样的3D模型例如可以对应于处于诸如STEP或IGES之类的格式中的CAD文件。在一个示例实施例中，软件部件110可以包括应用程序的CAD/CAM/CAE的软件套件，诸如从西门子产品生命周期管理软件公司（德克萨斯州的普莱诺）可获得的NX。

除了为3D模型生成G-代码之外，示例CAM软件部件还可以被配置成促使数据处理系统基于3D模型在与处理器操作连接的显示屏上输出物品120的视觉表示。此外，CAM部件可以被配置成促使数据处理系统提供图形用户接口，以供从可用来生成用于构建物品的指令104的参数的输入设备提供输入使用。

这样的用户提供的参数可以包括：要与物品（或物品的不同部分）相关联的（多个）构建方向、被沉积材料的每个珠的厚度和宽度、沉积材料的速度、头相对于构建板行进以将材料沉积到物品的模式、以及为3D打印机的操作限定特性的任何其它参数。

现在参考图2，图示出操作用于输出熔化/软化材料所需的沉积材料202和热能204两者的沉积头112的示例配置200。在此示例中，热能204可以对应于由安装在沉积头中的激光器发射的激光。沉积头所提供的材料202可以与（经由沉积头的尖端设计）引导到流并且在期望材料的沉积层118被放置在物品120上的位置处与激光相交的粉末金属的流相对应。此外，应该注意的是，沉积头112可以操作用于提供惰性防护气体的环绕的喷口208，其将来自沉积头的馈送流中的材料的氧化最小化。

在此示例中，沉积头可以操作用于沉积厚度从0.1变动到1.5mm或更大（在构建方向上）且宽度从0.1变动到4mm或更大的材料的珠。然而，应该认识到不同的沉积头和不同的增材过程可以包括被沉积以构建物品的材料的珠的其它尺度范围。

在图2中示出的示例中，沉积头包括沉积轴128，其与激光204一致并且平行于粉末材料202从沉积头输出的整体方向。特别地，如图2中所示，应该指出粉末材料202以朝向与激光204的相交位置206的圆锥模式流动。圆锥模式的轴与粉末材料从沉积头输出的平均或整体方向相对应，并且与这里描述的沉积轴128相对应。

在其中由沉积所提供的材料是金属线（经由例如电子束熔化/软化）的替代实施例中，从沉积头馈送的金属线的纵轴与沉积轴相对应。对于输出挤压材料（extrudedmaterial）的3D打印机类似地，从沉积头输出挤压材料的方向与沉积轴相对应。

应该注意，物品的几何形状的配置可能促使3D打印机浪费从3D打印机的沉积头输出的材料中的一些。图3图示出当构建物品120的外悬侧壁表面304时材料302如何可能被浪费的示例300。

如这里所使用的，侧壁表面对应于在构建方向上沿着物品延伸的壁表面（诸如在构建板和将材料的层沉积在其上的上表面之间）。而且，如这里所使用的，外悬侧壁表面是至少部分背对构建方向（诸如朝向构建板114）的侧壁表面，并且因此与在壁表面和构建板（或者物品的另一部分）之间垂直的开放空间306相关联。

在此示例中，由在外悬侧壁表面的边缘附近的沉积头112（垂直取向）输出的材料（诸如金属粉末）可能流经顶部边缘308并且落到构建板114。在另外的情形中，来自沉积头112的激光310的部分可以熔化/软化流经边缘的粉末中的一些。这样的经过熔化/软化的材料还可以变得不期望地粘到物品的侧壁表面。

如先前所讨论的，在一个示例实施例中，3D打印机可以能够促使沉积头112旋转（远离垂直）。这可以被完成以便选择性地改变（相对于总构建方向或构建板14）沉积头以其来输出材料的沉积轴128的角度。通过选择性地调整沉积轴的角度（在3D打印机的坐标系中），示例实施例可以被操作用于防止或至少最小化材料沿着外悬侧壁表面的侧面的损失。

图4图示出其中3D打印机以这种方式来使沉积头112有角度地取向的示例400。在此示例中，沉积头被旋转以使得沉积轴128被定位成与外悬侧壁表面的角度取向402总体上有角度地对准。

如先前所讨论的，（在数据处理系统的处理器中执行的）诸如CAM软件应用程序之类的软件部件可以被配置成生成指令，该指令控制3D打印机的操作，并且特别地控制沉积头和/或构建板的相对运动以便沉积形成物品的连续材料层。

为了实现图4中示出的对准，处理器102可以操作用于（例如经由通过处理器对CAM软件部件的执行）生成这样的指令104，其另外地指定沉积头112的角度旋转以使得通过使沉积头以至少部分基于外悬侧壁表面304相对于构建板114延伸所处的角度取向402的角度404（相对于与构建板114垂直的方向或者其它参考方向）旋转来提供沿着物品120的外悬侧壁表面304从沉积头输出材料202。

在此示例中，处理器所生成的指令指定沉积头旋转成使得其沉积轴128与壁表面的角度取向402总体对准。这样的对准可以对应于与外悬侧壁表面304平行的沉积轴。然而，应该认识到，在示例实施例中，指令可以指定沉积头旋转成使得沉积轴与材料被沉积到的外悬侧壁表面基本平行。在一个示例中，基本平行或总体对准可以对应于沉积轴处于与外悬侧壁表面304平行的10度之内。然而，应该认识到，鉴于外悬侧壁表面的取向，至少部分基于物品的特定几何形状、构建板的取向以及用来沉积材料的增材系统的类型，沉积轴可以以其它角度来取向。

在图4中，外悬侧壁表面304被描绘为在从邻近沉积头（即直接在其下面）的位置到构建板的直线中延伸。因此，外悬侧壁表面的角度取向402可以对应于直的外悬侧壁表面（垂直地在沉积头112下面）通过其来相对于与构建板114垂直的方向（或其它参考方向）逐渐变细（taper）的恒定角度410。然而，应该认识到，在一些实施例中，沉积头下面的外悬侧壁表面可能不是直的，而是可能弯曲的、波浪形的或具有从物品120的顶部边缘308向内（且向外）突出的其它轮廓。

在这样的情况下，所述的外悬侧壁表面的角度取向可能对应于与向下且向内指向的壁表面中的至少一个相关联的角度和/或近似描绘外悬侧壁表面在顶部边缘308下面的整体向下且向内逐渐变细的角度。用于外悬侧壁表面的角度取向的这样的近似可以例如对应于壁表面的各部分的两个或更多角度的平均。

在其中壁表面被弯曲的另一示例中，所确定的角度取向可以对应于确定与被沉积的层的上边缘邻近的弯曲表面相切的方向的角度。然而，应该认识到，为了使所浪费的材料最小化的目的（或者诸如增强壁的平滑度之类的其它目的），替代实施例可以使用能够表示对基于角度来使沉积轴取向有用的壁表面的几何锥的任何其它计算。

图4图示出以至少部分基于外悬侧壁表面304的第一角度取向404的第一角度404使沉积轴有角度地取向的示例。然而如在图4中示出的，物品可以包括从第一外悬侧壁表面304间隔开的第二（或更多）外悬侧壁表面406，但是还处在被沉积头沉积的（多个）相同的层408中。

如图5中示出的示例500中所图示的，可以（经由处理器执行CAM软件部件）生成用于控制3D打印机的指令，以使得通过沉积头112使其沉积轴128以至少部分基于第二外悬侧壁表面406相对于构建板114延伸所处的第二角度取向502的第二角度504而有角度地取向来提供沿着物品120的第二外悬侧壁表面406沉积的材料。如图4和5中所图示的，第一和第二角度404、504不同并且并不彼此平行。

为了使得沉积头能够平滑且连续地沉积层408，可以生成（例如经由处理器执行CAM软件部件）用于控制3D打印机的指令，以使得在沉积头的沉积轴从第一角度404过渡到第二角度504的同时，对于包括第一和第二外悬侧壁表面的同一层，以及在材料被沉积在第一和第二外悬侧壁表面处的时间段之间中，由沉积头来提供在第一和第二外悬侧壁表面304、406之间沉积的材料506。

通过在连续沉积外悬侧壁表面之间的材料的同时平滑地旋转沉积头112，可以跨越第一和第二外悬侧壁表面之间的层的各部分更均匀地沉积层。此外，外悬侧壁表面之间的平滑角度过渡可以避免循环关断/开启热源和通过沉积头的材料的输出，其可以降低构建物品所必要的时间的量。

此外，指令可以操作用于促使3D打印机提供沉积头沿着不同层中的壁表面的平滑角度过渡（例如从第一层到第一层相对于构建板向外的第二（或更多）层）。例如，图6描绘了在层被连续地添加以随着时间推移构建物品时物品612的一系列视图602-610。在此示例中，视图610中的最终物品612的外侧壁614总体上是凸的，具有对应于外悬表面的下部层616（更靠近构建板），具有总体上垂直于构建板的中部层618和不倾斜但是从最终上边缘632稍微向外延伸的上部层620。

在视图602中，侧壁614的下部陡峭地倾斜。因此，被生成用来构建物品612的指令指定沉积轴具有关于构建板114的对应陡峭角622。然而，对于每个另外的层，至少部分基于所确定的凸形侧壁614的斜率变化来生成指令，以递增地改变沉积头112的沉积轴128的角度以使得与邻近沿着壁表面的当前边缘沉积的当前层的壁表面的几何形状总体上对准。因此，在视图604和606中，角度624和626按照顺序地比视图602中的角度622更不陡峭。

在这些示例中，因为侧壁614是弯曲的，所以生成指令的处理器可以插入对应的角度以至少部分基于曲线在沿着壁表面的不同位置处的斜率来旋转沉积头112的沉积轴128。而且，指令可以指挥3D打印机将沉积轴与和邻近要被沉积的层的当前边缘的壁表面的各部分相切的方向对准。

同样如视图608、610中所描绘的，示例实施例还可以操作用于继续旋转沉积头，以用于具有邻近壁表面的层，其不再倾斜而是稍微从材料被沉积的对应边缘628、632向外延伸。以这种方式对准沉积轴可以操作用于与在当从视图602到610增加层时沉积轴已经保持垂直的情况下将可实现的相比，在视图610中产生相对更平滑的壁表面。

在一个示例实施例中，为了促使沉积头旋转到特定角度，处理器102可以被配置（例如经由软件）成生成指令，其包括沉积轴取向数据连同指定沉积头相对于构建板移动的路径的特定数据。这样的沉积轴数据可以指定在与利用所生成的指令控制的3D打印机相关联的坐标系中使沉积头旋转的特定角度。如先前所讨论的，所生成的指令可以采用G-代码格式或能够被3D打印机用来控制3D打印机如何构建物品的其它格式。

在上面所图示的示例中，可以在与3D打印机分开的数据处理系统中（诸如在运行CAM软件部件的工作站中）实施示例处理器102。然而，应该注意在替代实施例中，3D打印机的控制器124可以包括生成指令的处理器。

在此替代示例中，3D打印机可以通过修改所接收到的用于生成物品的指令（在其中沉积轴的角度取向没有被指定）来生成指令（具有指定使沉积头旋转的角度的沉积轴数据）。

在此替代示例中，控制器中的处理器可以操作用于至少部分基于侧壁表面的角度取向来确定使头旋转的角度，通过分析所接收到的指令（例如，其可以采用G代码格式）来（近似）确定这样的侧壁表面的哪个角度取向。在另一替代实施例中，3D打印机可以操作用于经由光学数据（诸如来自于捕获被构建的物品的图像的照相机）或者经由提供描绘被构建物品的侧壁的几何形状的数据的其它传感器来确定侧壁表面的角度取向（以便确定如何使沉积头旋转）。

现在参考图7和8，说明和描述各种示例方法。尽管方法被描述为按序列执行的一系列动作，但是要理解方法可以不受到序列次序的限制。例如，某些动作可能按与这里所述的次序不同的次序发生。此外，一个动作可能与另一动作同时发生。此外，在一些实例中，可能不需要所有动作来实施这里描述的方法。

重要的是要注意，尽管该公开包括在完全功能系统和/或一系列动作的上下文中的描述，但是本领域技术人员将认识到本公开的机制的至少各部分和/或所述动作能够以计算机可执行指令的形式分配（该计算机可执行指令以多种形式中的任何形式被包含在非瞬时机器可用、计算机可用或计算机可读介质内），并且本公开等同地应用，而不管被用来实际执行该分配的特定类型的指令或信号承载介质或存储介质如何。非瞬时机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：ROM、EPROM、磁带、软盘、硬盘驱动器、SSD、闪速存储器、CD、DVD、和蓝光光盘。计算机可执行指令可以包括例程、子例程、程序、应用程序、模块、库、执行线程等等。仍进一步地，方法的动作的结果可以被存储在计算机可读介质中、显示在显示设备上等等。

现在参考图7，图示出一种促进增材制造的方法700。方法700在702处开始，并且在704处该方法包括接收物品的3D模型的动作。在706处，方法包括根据3D模型确定物品的侧壁表面的角度取向的动作。此外，在708处，该方法包括生成由3D打印机可使用以构建物品的指令的动作，该指令指定3D打印机的沉积头在多个连续层中沉积材料以利用以至少部分基于所确定的侧壁表面的角度取向的角度而旋转沉积头来形成物品的侧壁表面。此外，在710处，该方法包括将指令保存到存储设备的动作。在712处，该方法可以结束。

如先前所讨论的，这样的动作可以由至少一个处理器来执行。这样的处理器可以被包括在例如执行操作用于促使这些动作被至少一个处理器执行的软件部件的数据处理系统中。

参考图8，图示出促进增材制造的另一方法800。该方法800在802处开始，并在804处该方法包括利用与3D打印机相关联的控制器来接收指令的动作，其中该指令与先前描述的方法800中生成或保存的指令相对应（例如，该指令指定基于沉积轴取向数据来构建物品，该沉积轴取向数据是基于物品的侧壁表面的角度取向而确定的）。在806处，该方法包括通过控制器响应于指令的操作促使沉积头至少部分基于沉积轴取向数据来旋转的动作，以便在沉积头的沉积轴与侧壁表面的角度取向有角度地对准或基本上有角度地对准的同时提供邻近物品的侧壁表面的材料。在808处，该方法可以结束。

如先前所讨论的，这样的动作可以由控制器中的至少一个处理器来执行。这样的处理器例如可以执行操作用于促使由3D打印机来执行这些动作的软件部件。

图9图示出数据处理系统900（也被称为计算机系统）的框图，在其中可以实施例如作为由软件或以其它方式操作配置的产品系统的一部分以执行如这里所述的过程，以及特别地作为如这里所述的多个互连和通信系统中的每一个的实施例。所描绘的数据处理系统包括可以连接到一个或多个桥/控制器/总线904（例如北桥、南桥）的至少一个处理器902（例如CPU）。总线904中的一个例如可以包括一个或多个I/O总线（诸如PCI Express端口总线）。在所描绘的示例中还被连接到各种总线的可以包括主存储器906（RAM）和图形控制器908。图形控制器908可以被连接到一个或多个显示器910。还应该注意，在一些实施例中，一个或多个控制器（例如图形、南桥）可以与（同一芯片或管芯上的）CPU集成。CPU架构的示例包括IA-32、x86-64和ARM处理器架构。

连接到一个或多个总线的其它外围设备可以包括操作用于连接到局域网（LAN）、广域网（WAN）、蜂窝网络和/或其它有线或无线网络914或通信设备的通信控制器912（以太网控制器、WiFi控制器、蜂窝控制器）。

连接到各种总线的另外的部件可以包括一个或多个I/O控制器912，诸如USB控制器、蓝牙控制器和/或（连接到扬声器和/或麦克风的）专用音频控制器。还应该认识到，各种外围设备可以（经由各种USB端口）连接到USB控制器，其包括输入设备918（例如键盘、鼠标、触摸屏、轨迹球、照相机、麦克风、扫描仪）、输出设备920（例如打印机、扬声器）或操作用于提供输入或从数据处理系统接收输出的任何其它类型的设备。还应该认识到，被称为输入设备或输出设备的许多设备可以提供与数据处理器系统通信的输入和接收与数据处理器系统通信的输出两者。还应该认识到，连接到I/O控制器914的其它外围硬件922可以包括任何类型的设备、机器或配置成与数据处理系统通信的部件。

连接到各种总线的另外的部件可以包括一个或多个存储控制器924。存储控制器可以被连接到一个或多个存储驱动器、设备和/或任何相关联的可移动式介质926，其可以是任何适当的机器可用或机器可读存储介质。示例包括非易失性设备、易失性设备、只读设备、可写入设备、ROM、EPROM、磁带存储装置、软盘驱动器、硬盘驱动器、固态驱动器（SSD）、闪速存储器、光盘驱动器（CD、DVD、蓝光）、以及其它已知光、电或磁存储设备驱动器和介质。

而且，根据本公开的一个实施例的数据处理系统可以包括操作系统、软件、固件、和/或其它数据928（其可以被存储在存储设备926上）。这样的操作系统可以采用命令行接口（CLI）外壳和/或图形用户接口（GUI）外壳。该GUI外壳允许多个显示窗口同时呈现在图形用户接口中，其中每个显示窗口将接口提供给不同应用程序或者同一应用程序的不同实例。图形用户接口中的光标或指针可以由用户通过定点设备来操控。光标/指针的位置可以改变和/或诸如点击鼠标按钮之类的事件可以被生成以致动期望的响应。可用在数据处理系统中的操作系统的示例可以包括Microsoft Windows、Linux、UNIX、iOS和Android操作系统。

通信控制器912可以被连接到网络914（不是数据处理系统900的一部分），如本领域技术人员已知的那样，其可以是任何公用或私有数据处理系统网络或包括因特网的网络的组合。数据处理系统900可以通过网络914与诸如服务器930（也不是数据处理系统900的一部分）之类的一个或多个其它数据处理系统通信。因此，所述数据处理系统可以被实施为分布式系统的一部分，其中与若干个设备相关联的处理器可以通过网络连接来通信并且可以共同执行被描述为由单个数据处理系统执行的任务。要理解，当参考数据处理系统时，这样的系统可以跨在扰动系统中组织的彼此经由网络来通信的若干个数据处理系统来实施。

此外，应该认识到数据处理系统可以被实施为虚拟机器架构或云环境中的虚拟机。例如，处理器902以及相关联的部件可以与在一个或多个服务器的虚拟机环境中执行的虚拟机相对应。虚拟机架构的示例包括VMware ESCi、Microsoft Hyper-V、Xen和KVM。

本领域普通技术人员将认识到，针对数据处理系统而描绘的硬件可能针对特定实施方式而改变。例如，该示例中的数据处理系统900可以对应于桌上型PC、工作站和/或服务器。然而，应该认识到，数据处理系统的替代实施例可以被配置有对应或替代的部件，诸如采用移动电话、平板电脑、控制器板或操作用于处理数据且执行与这里所讨论的数据处理系统、计算机、处理器和/或控制器的操作相关联的这里所述的特征和功能的任何其它系统的形式。仅为了解释的目的来提供所描绘的示例并且该描绘的示例不意图暗示关于本公开的架构限制。

如这里所使用的，术语“部件”和“系统”意图包含硬件、软件或硬件和软件的组合。因此，例如系统或部件可以是过程、处理器上执行的过程或处理器。另外，部件或系统可以被定位在单个设备上或者跨若干个设备来分布。

而且，如这里所使用的，处理器对应于经由硬件电路、软件和/或固件配置的任何电子设备以处理数据。例如，这里所述的处理器可以对应于CPU、FPGA、ASIC或者任何其它集成电路（IC）或能够在数据处理系统中处理数据的其它类型的电路（其可能具有控制器板、计算机、服务器、移动电话和/或任何其它类型的电子设备的形式）的一个或多个（或者组合）。

本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，并未在这里描绘或描述适合于与本公开一起使用的所有数据处理系统的完整结构和操作。替代地，仅描绘和描述了本公开所独有的，或者对理解本公开是必要的如此之多的数据处理系统。数据处理系统900的结构和操作的剩余部分可能符合本领域已知的各种当前实施方式和实践中的任何一个。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在不偏离处于其最广阔形式的本公开的精神和范围的情况下进行这里公开的各种改变、替换、变化以及改进。

本申请中没有任何描述应该被解读为暗示任何特定元件、步骤、动作或功能是必须包括在权利要求范围中的必要元素：专利主题的范围仅由所允许的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于增材制造的装置，包括：

至少一个处理器（102），其被操作性地配置成生成由3D打印机（106）可使用以构建物品（102）的指令（104），该指令（104）指定3D打印机的沉积头（112）在多个连续层（122）中沉积材料（118）以利用以至少部分基于侧壁表面的角度取向（402）而确定的角度（404）而旋转的沉积头来形成物品的侧壁表面（304），

其中由至少一个处理器生成的指令指定3D打印机如何操作沉积头来构建物品：

以使得通过沉积头使其沉积轴以至少部分基于第一侧壁表面的第一角度取向（402）而确定的第一角度（404）有角度地取向来提供沿着物品的第一侧壁表面（304）沉积的材料；

以使得通过沉积头使其沉积轴以至少部分基于第二侧壁表面的第二角度取向（502）的第二角度（504）有角度地取向来提供沿着物品的第二侧壁表面（406）沉积的材料，其中第一和第二角度是不同的；

以使得在沉积头的沉积轴从第一角度过渡到第二角度的同时，由沉积头提供在材料被沉积在第一和第二侧壁表面处的时间段之间在第一和第二侧壁表面之间沉积的材料（506）；并且

以使得由沉积头通过以中间角度旋转沉积轴来提供在材料被沉积在第一和第二侧壁表面处的时间段之间在第一和第二侧壁表面之间沉积的材料，所述中间角度由至少一个处理器通过沿着第一和第二侧壁表面之间的沉积路径在第一和第二角度之间插值来确定。

2.根据权利要求1所述的装置，其中3D打印机被配置成促使沉积头旋转以便选择性地改变沉积头以其来输出材料的沉积轴（128）的角度，还包括至少一个数据处理系统（108），其包括至少一个处理器，其中该至少一个数据处理系统在3D打印机外部并且包括在至少一个处理器中执行且促使至少一个处理器至少部分基于物品的3D模型（126）来生成指令的至少一个软件部件（110），其中至少一个软件部件促使该至少一个处理器根据3D模型确定侧壁表面的角度取向，其中该至少一个软件部件促使该至少一个处理器至少部分基于所确定的角度取向来在指令中提供沉积轴取向数据，其中该指令指定当提供邻近侧壁表面的材料时3D打印机至少部分基于沉积轴取向数据来旋转沉积头。

3.根据权利要求1或2所述的装置，还包括3D打印机，其中该3D打印机包括沉积头、构建板（114）和控制器（124），该控制器（124）操作用于响应于指令来选择性地移动和旋转沉积头，其中该控制器被操作性地配置成促使沉积头至少部分基于沉积轴取向数据来旋转以便在沉积头的沉积轴与侧壁表面的角度取向有角度地对准的同时提供邻近侧壁表面的材料，其中所述材料是粉末金属、金属线或其组合中的至少一个，其中3D打印机包括经由激光、电子束或其组合中的至少一个将所沉积的材料结合在一起的至少一个热源。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述3D打印机被配置成促使沉积头旋转以便选择性地改变沉积头以其来输出材料的沉积轴（128）的角度（404），其中由至少一个处理器生成的指令指定3D打印机如何操作沉积头来在构建板上构建物品，以使得通过沉积头使其沉积轴以至少部分基于侧壁表面的角度取向而确定的角度取向来提供沿着物品的侧壁表面沉积的材料，其中侧壁表面是外悬侧壁表面。

5.一种用于增材制造的方法，包括：

通过至少一个处理器（102）的操作来生成由3D打印机（106）可使用以构建物品（120）的指令，该指令指定3D打印机的沉积头（112）在多个连续层（122）中沉积材料（118）以利用以至少部分基于侧壁表面的角度取向（402）的角度（404）而旋转的沉积头来形成物品的侧壁表面（304），

其中侧壁表面对应于第一侧壁表面（304），其中角度对应于第一角度（404），其中所确定的角度取向对应于第一角度取向（402），其中至少一个处理器至少部分基于所确定的第一角度取向来在指令中提供第一沉积轴取向数据，其中该指令指定当提供邻近第一侧壁表面的材料时，3D打印机至少部分基于第一沉积轴取向数据来旋转沉积头，还包括：

在生成指令之前，通过至少一个处理器的操作来根据3D模型确定第二侧（406）壁表面的第二角度取向（502），

其中生成指令包括至少部分基于所确定的第二角度取向来在指令中提供第二沉积轴取向数据，其中该指令指定当提供邻近第二侧壁表面的材料时，3D打印机至少部分基于第二沉积轴取向数据将沉积头旋转到第二角度（504），

在生成指令之前，通过至少一个处理器的操作来经由插值确定中间沉积轴取向数据，以用于以沿着第一和第二侧壁表面之间的沉积路径的位置（506）的第一角度和第二角度之间的中间角度旋转沉积头，

其中生成指令包括在指令中提供中间沉积轴取向数据，其中该指令指定3D打印机至少部分基于中间沉积轴取向数据来使沉积头旋转通过中间角度，以使得在沉积头的沉积轴从第一角度过渡到第二角度的同时，由沉积头来提供在材料被沉积在第一和第二侧壁表面处的时间段之间在沿着沉积路径的第一和第二侧壁表面之间沉积的材料。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

在生成指令之前：

接收物品的3D模型（126），

通过至少一个处理器的操作来根据3D模型确定侧壁的角度取向，

将指令保存到与至少一个处理器操作连接的存储设备（926）。

7.根据权利要求5或6所述的方法，还包括：

利用与3D打印机相关联的控制器来接收指令，其中该3D打印机包括沉积头以及物品被构建在其上的构建板（114）；

通过控制器响应于指令的操作来促使沉积头旋转以便在沉积头的沉积轴（128）与侧壁表面的角度取向有角度地对准的同时提供邻近侧壁表面的材料。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其中该3D打印机被配置成促使沉积头旋转以便选择性地改变沉积头以其来输出材料的沉积轴的角度（404），其中由至少一个处理器生成的指令指定3D打印机如何操作沉积头来在构建板上构建物品，以使得通过沉积头使其沉积轴以至少部分基于侧壁表面的角度取向而确定的角度取向来提供沿着物品的侧壁表面沉积的材料，其中侧壁表面是外悬侧壁表面。

9.根据权利要求1所述的装置或者根据权利要求5所述的方法，其中由至少一个处理器生成的指令指定材料被施加以构建物品所针对的多个连续层（122），其中第一侧壁表面被定位在与第二侧壁表面相同的层（408）中。

10.根据权利要求1所述的装置或者根据权利要求5所述的方法，其中由至少一个处理器生成的指令指定材料被施加以构建物品所针对的多个连续层（122），其中第一侧壁表面被定位在第一层（616）中并且第二侧壁表面被定位在第一层相对于构建板向外定位的第二层（618）中。

11.根据权利要求1或2中的任何一个所述的装置或者根据权利要求5-6中的任何一个所述的方法，其中由至少一个处理器生成的指令指定3D打印机如何操作沉积头来构建物品以使得通过沉积头使其沉积轴平行于侧壁表面或在平行于侧壁表面的10度之内取向来提供沿着物品的侧壁表面沉积的材料。

12.根据权利要求1或2中的任何一个所述的装置或者根据权利要求5-6中的任何一个所述的方法，其中以G-代码格式来生成指令。