CN106462994B - 生成三维物体 - Google Patents

Abstract

根据一个示例，提供一种用于对由增材制造系统生成三维物体进行管理的系统。该系统包括处理器，该处理器：用于接收一个或多个虚拟物体；生成这些物体在虚拟构造体积内的空间布置；控制增材制造系统来处理虚拟构造体积；响应于请求修改虚拟构造体积；以及控制增材制造系统来处理修改后的虚拟构造体积。

Description

生成三维物体

相关申请

本申请要求于2014年8月29日递交的、题目为“修改表示三维物体的数据”的PCT申请第PCT/US2014/053405号的优先权，该申请的整体内容通过引用合并于此。

背景技术

用于逐层地生成三维物体的很多不同类型的增材制造技术已为人所知。然而，这些技术中的很多通常缓慢，并且即使要生成小物体也可花费大量时间。

附图说明

现在将参照附图仅以非限制性示例的方式描述示例，附图中：

图1是根据一示例的系统100的示意图；

图2是根据一个示例的构造体积管理器的框图；

图3是概述根据一个示例的方法的流程图；

图4是根据一个示例的构造体积的例示；

图5是根据一个示例的虚拟物体的例示；

图6是根据一个示例的虚拟构造体积的例示；以及

图7是根据一个示例的时间线的例示。

具体实施方式

一些增材制造技术在构造材料的体积(下文称为构造体积)内生成三维物体。例如，一些技术在支撑平台上形成诸如粉末或流体构造材料之类的构造材料的连续的层，然后，在形成构造材料的后续层之前，对构造材料的每一层的部分进行选择性固化。以这种方式生成三维对象的增材制造系统可包括例如选择性激光烧结(SLS)系统、光固化立体造型(SLA)系统和粉末基三维打印系统。

为了生成三维物体，可将一个或多个虚拟物体在空间上布置在虚拟构造体积内。虚拟物体例如可以是要由增材制造系统生成的物体的数字模型。

虚拟构造体积对应于给定增材制造系统的可在其中生成物体的构造体积。

增材制造系统对应于虚拟构造体积的各个切片而处理构造材料的连续层，来在构造体积内生成物体。处理可例如包括根据在虚拟构造体积的相应切片中可呈现的物体横截面，对构造材料的每一层的部分进行选择性固化。

由于这样的系统在构造体积内生成物体，所以一旦在构造体积内已经生成了全部物体，就可将所生成的物体从构造体积去除。

给定构造体积的处理根据例如所使用的增材制造系统的类型以及该构造体积的大小可能花费很多小时。相应地，一旦增材制造系统已经开始处理构造体积，则增材制造系统就非常忙，直到已经处理了整个构造体积，或除非取消构造处理。然而，取消构造体积的处理可导致时间的很大浪费，且在构造体积内未完全生成的任何物体将是不完整的。进一步，取消整个构造体积的处理可导致构造材料的很大浪费。

现在参照图1，这里示出根据一示例的系统100的示意图。系统100包括构造体积管理器102，构造体积管理器102用于对要由增材制造系统104在构造体积112内生成的物体的布置进行管理。在一个示例中，构造体积管理器102可生成可用于或直接或间接控制增材制造系统104的控制信号或数据103。

在一个示例中，如图2中所示，构造体积管理器102包括例如通过通信总线(未示出)联接至非瞬时性计算机可读存储器204的处理器202，例如微处理器或微控制器。存储器204存储构造体积管理指令206，构造体积管理指令206为当由处理器202执行时促使构造体积管理器102管理增材制造系统的构造体积的机器可读指令，如本文各种示例中所描述的。

现在将另外参照图3的流程图描述系统100的操作。

在302处，构造体积管理器102生成虚拟构造体积108。虚拟构造体积108包括要由增材制造系统104在构造体积112内生成的诸如虚拟物体106a和106b之类的一个或多个虚拟三维物体的空间布置。在一个示例中，构造体积管理器102从表示一个或多个三维物体的数据生成表示虚拟构造体积的空间布置的数据。

每个虚拟物体可例如以任何合适的数据格式，例如向量数据格式，来定义。每个虚拟三维物体可例如从合适的计算机辅助设计(CAD)应用、从三维扫描仪或从任何合适的源来生成。

在一个示例中，构造体积管理器102可以被实施为软件驱动器或其它软件应用，用户用其来发送定义要由增材制造系统生成的一个或多个物体的三维打印工作。

在一个示例中，构造体积管理器可获得要由增材制造系统104生成的多个虚拟物体，例如物体106a和106b。构造体积管理器102可基于各种标准确定所获得的虚拟物体中的一个或多个在虚拟构造体积108内的空间布置。空间布置可包括虚拟构造体积108内的每个物体的定向和位置。这样的标准可非限制地包括：物体构造期限；物体优先级；物体内部依赖关系；一部分的特定定向所需要的结构特征；一部分的特定定向的可接受的几何容差；便于后处理操作的物体的空间布置，以及构造体积的体积优化。

在一个示例中，构造体积管理器102可通过确定虚拟构造体积108的体积优化来确定空间布置。例如，构造体积管理器102可执行物体的诸如旋转、平移等的一种或多种几何操作，来获得有效的空间布置，同时遵循适当的标准，例如，非限制性的：最小的物体间间隔；适当的热间隔(依据所采用的增材制造技术)；以及期望的强度轴。构造体积管理器102可例如使用有限元分析(FEA)来辅助一部分的定向的确定，以例如满足期望的物体强度特征。

在一个示例中，构造体积管理器102确定何时控制增材制造系统104开始处理虚拟构造体积108以生成构造体积112。在另一示例中，用户可确定构造体积管理器102何时开始处理虚拟构造体积108以生成构造体积112。

在框304处，构造体积管理器102控制增材制造系统104开始在虚拟构造体积108内生成虚拟物体106a和106b。在一个示例中，增材制造系统104对应于虚拟构造体积108的切片而处理构造材料的连续层。

在一个示例中，构造体积管理器102处理虚拟构造体积108，并将对应的控制数据103发送至增材制造系统104。

在一个示例中，构造体积管理器102可生成并发送表示虚拟构造体积108的独立切片110a至110n的数据，这里每个切片对应于要由增材制造系统104在构造体积112内处理的构造材料的层114a至114n。在一个示例中，每个切片110a至110n对应于构造材料114a至114n的单个层。在其它示例中，多个切片可对应于构造材料的单个层。

在一个示例中，构造体积管理器102可生成并向增材制造系统104发送表示虚拟构造体积108的所有切片110a至110n的数据。在另一示例中，构造体积管理器102可生成并发送表示虚拟构造体积108的单个切片的数据，并可在增材制造系统102请求时，发送表示虚拟构造体积108的后续切片的数据。

在一个示例中，控制数据103可由构造体积管理器102基于增材制造系统104的特征来调整。

在框306处，构造体积管理器102等待接收或者获得修改虚拟构造体积108的请求。如果例如通过向构造体积管理器102的合适的输入而接收到这样的请求，则在框308处，构造体积管理器102确定能否满足该请求。

修改虚拟构造体积108的请求可采用不同的形式，并可非限制地包括以下中的一个或多个：取消生成物体的请求；添加新物体的请求；使物体移位的请求；用一个物体代替另一物体的请求；复制物体的请求；以及修改诸如颜色特征的特征或者诸如强度特征、光滑度特征等等之类的物体特性特征的请求。

构造体积管理器102的关于可否满足修改虚拟构造体积108的请求的确定可依据请求的类型，并可还依据构造体积112的已经由增材制造系统104处理的层的数目。

例如，为了满足向虚拟构造体积108中添加新物体的请求，构造体积管理器102要确定在构造体积112的未处理部分中是否有足够的空间来容纳新物体。例如，为了满足取消构造体积112中的物体的生成、移动物体或修改物体特征的请求，构造体积管理器102要确定构造体积112内，物体是否已经生成，或至少部分地生成。

在一个示例中，构造体积管理器102从增材制造系统104确定构造体积112的当前正被处理的层。这使得构造体积管理器102能确定已由增材制造系统104处理的层的数目。然而，在其他示例中，构造体积管理器102可从增材制造系统104获得当前层之外的层，例如处理过的最后完整层、要处理的下一层或任何其它合适的层。该层也可称为z-计数，因为其表示被处理的构造材料的当前层在z轴上的偏移。

通过知晓构造体积112的已由增材制造系统104处理的层的数目，使得构造体积管理器102能确定能否满足一请求。

图4例示构造体积112，构造体积112的包括构造材料的层116a至116e的部分402已由增材制造系统104处理。可以看出，已经在构造体积112内生成与虚拟物体106a对应的物体406的部分，而还没有生成与虚拟物体106b对应的物体。还可以看出，构造体积112的部分404还未被处理。

相应地，如果请求是要修改物体406，则该请求不能得到满足。然而，如果请求是要取消虚拟物体106b的生成，则该请求能得到满足。类似地，通过知晓每层的高度和构造体积112的最大高度，或通过知晓构造体积112内的构造材料的层的数目，构造体积管理器102能够确定构造体积112中的可用空间的量，在可用空间内可对物体的空间布置进行修改。

例如，可接收到要取消虚拟物体106b的生成的请求，以及要生成如图5中所示新物体502的请求。

构造体积管理器102确定(框308)虚拟物体106b还没有生成或部分生成，因此可通过合适地修改(框312)虚拟构造体积108来满足要取消其生成的请求。构造体积管理器102还确定(框308)可在构造体积112的未处理的部分404中生成新的虚拟物体502，因此修改(框312)与构造体积112的部分404对应的虚拟构造体积108，如图6中所示。由于虚拟物体106a在构造体积中仅部分地生成，因此在虚拟构造体积108中不对其进行修改。

如先前所提到的，构造体积管理器102可对新的虚拟物体502执行一个或多个几何操作，或对还未被处理的其它虚拟物体执行任何操作，例如物体的旋转、平移等，来获得有效的空间布置，同时遵循任何合适的标准，例如先前提到的那些标准，来确定可否满足该请求。例如，构造体积管理器102可尝试确定物体在虚拟构造体积108内的新的空间布置，这种新的空间布置会允许新的虚拟物体包括在虚拟构造体积108中。与要取消物体的生成不同，已经被部分处理的任何物体(例如物体106a)可无法被修改。

在框304处，构造体积管理器102控制增材制造系统104，例如通过向其发送合适的数据或控制信号，来处理修改后的虚拟构造体积108。

在一个示例中，构造体积管理器102指令增材制造系统104不理会任何先前接收的控制数据，并指令增材制造系统104来处理表示虚拟构造体积108的未处理的部分604的新数据。

在一个示例中，构造体积管理器102可发送表示与虚拟构造体积108的未处理的部分604对应的所有切片的数据至增材制造系统104。

在另一示例中，构造体积管理器102可发送表示虚拟构造体积108的单个切片的数据，并可在增材制造系统102请求时，发送表示虚拟构造体积108的后续切片的数据。

在又一示例中，构造体积管理器102可发送表示只是那个物体的切片，例如连同在构造体积内的偏移。

一些增材制造技术，例如选择性激光烧结和粉末基三维打印系统，可对构造材料的连续层的处理之间引入的延迟敏感。例如，层间物体强度可与构造材料的各层或构造材料的层的不同部分被维持所处的温度相关。相应地，在一个示例中，构造体积管理器102不中断由增材制造系统104对构造体积112的层的处理，直至其确定能否满足修改构造体积112的请求以及已经后续生成了新的控制数据或信号来控制增材制造系统104。

如果用来处理该请求所花费的时间大于增材制造系统104处理构造体积112中的构造材料的层的时间，则当构造体积管理器102在处理该请求时，被处理的构造材料的任何层都可能需要被考虑在内。例如如果请求涉及添加新的物体或修改构造体积内的物体的空间布置，就可能是这种情况。

根据一个示例，构造体积管理器102可用作增材制造系统的动态物体队列管理器。

以下将另外参照图7描述示例场景。

在时间t0，构造体积管理器102接收构造虚拟物体702和虚拟物体704的请求。虚拟物体702具有与虚拟物体702相关联的指示需要时间rt1的数据，并且虚拟物体704具有与虚拟物体704相关联的指示需要时间rt3的数据。

在时间t1处，构造体积管理器102生成包括虚拟物体702和704的虚拟构造体积706，并且在时间t2处，发送表示虚拟构造体积706的至少一部分的数据至增材制造系统104。在时间t3处，增材制造系统104开始处理构造体积。

在时间t4处，构造体积管理器102接收构造又一物体708的请求。虚拟物体702具有与虚拟物体702相关联的指示需要时间rt2的数据。

构造体积管理器102确定通过将虚拟物体704从虚拟构造体积706移除，并将物体708添加到虚拟构造体积706，可满足该请求。

在时间t5处，构造体积管理器102修改虚拟构造体积的还未被增材制造系统104处理的部分，来生成修改后的虚拟构造体积710。

在时间t6处，构造体积管理器102将表示修改后的虚拟构造体积710的至少一部分的数据发送至增材制造系统104。

在时间t7处，增材制造系统104完成构造体积的处理，因此所生成的与虚拟物体702和708对应的物体可从处理的构造体积去除。

在时间t8处，构造体积管理器102可生成包含虚拟物体704的新的虚拟构造体积，使得虚拟物体704可由增材制造系统104在虚拟物体704所需的时间rt3内生成。

显而易见的是，本文描述的构造体积管理器可以多种方式使用，并可在以由增材制造系统以动态方式管理物体的生成方面尤其有用。由于使得能够基本实时地修改增材制造系统处理的构造体积，而不需要等待整个构造体积被处理，因此这可以是特别方便的。

在所示的示例中，构造体积管理器102与增材制造系统104分离。在一个示例中，构造体积管理器102可以是在本地或远程连接的处理设备(例如计算机服务器上)运行的应用。

在另一示例中，构造体积管理器102可与增材制造系统104集成。

可想到，本文所描述的示例可以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式来实现。任何这样的软件可以以易失性或非易失性储存器的形式存储，例如，诸如像ROM的储存设备，不管是否是可擦除的或可重写的，或者以诸如例如RAM之类的存储芯片、器件或集成电路之类的存储器的形式存储，或者可存储在光学或磁可读介质，例如诸如CD、DVD、磁盘或磁带上。可以想到，储存设备和储存介质是适于存储当被执行时刻实施本文描述的示例的程序的机器可读储存器。相应地，一些示例提供用于实施本文描述的系统或方法的包括编码的程序，以及存储这样程序的机器可读储存器。

在本申请文件(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有的特征，和/或如此公开的任何方法或处理的所有步骤，可以以任何组合方式被组合，除非这些特征和/或步骤中的至少一些的组合彼此排斥。

本申请文件(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中所公开的每个特征，可由充当相同、等同或类似目的的替代特征取代，除非另有明确说明。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅为等同或类似特征的通用系列的一个示例。

Claims (14)

1.一种用于对由增材制造系统生成三维物体进行管理的方法，包括：

生成虚拟物体在虚拟构造体积内的空间布置；

控制所述增材制造系统对应于所述虚拟构造体积处理构造材料的连续层；

接收修改所述虚拟构造体积的请求；

基于所述虚拟构造体积的还未被所述增材制造系统处理的部分，来确定能否接受所述请求，并且如果确定能接受，则修改所述虚拟构造体积；以及

控制所述增材制造系统基于修改后的虚拟构造体积继续处理所述构造材料的层。

2.如权利要求1所述的方法，其中接收请求包括接收以下中的一种或多种：取消物体的生成的请求；添加新的物体的请求；使物体移位的请求；用一个物体替换另一物体的请求；复制物体的请求；以及修改物体特征的请求。

3.如权利要求1所述的方法，其中确定能否接受所述请求包括：确定构造材料的已被所述增材制造系统处理的层的数目。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括从所确定的层的数目确定所述虚拟构造体积的还未被所述增材制造系统处理的所述部分。

5.如权利要求3所述的方法，进一步包括：当所接收的请求是添加新的物体的请求时，确定在所述构造体积的未处理的部分中是否有足够的空间来容纳所述新的物体。

6.如权利要求3所述的方法，进一步包括：当所接收的请求是移动或取消物体的请求时，确定该物体的一部分是否已由所述增材制造系统生成。

7.如权利要求1所述的方法，其中确定能否接受所述请求是基于与物体相关联的数据的。

8.如权利要求1所述的方法，其中确定能否接受所述请求基于：对新的虚拟物体或所述虚拟构造体积内的任何其它虚拟物体执行一种或多种几何操作，以确定所述虚拟构造体积内的物体的新的空间布置，所述新的空间布置允许所述新的虚拟物体被包括在所述新的空间布置中。

9.如权利要求1所述的方法，其中控制所述增材制造系统包括：生成并发送表示所述虚拟构造体积的切片的数据至所述增材制造系统，并且进一步，其中当确定能接受所述请求时，根据所述请求修改所述虚拟构造体积，并生成和发送表示修改后的虚拟构造体积的切片的修改后的数据至所述增材制造系统。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括将修改后的数据发送至所述增材制造系统，而不中断对层构造材料进行的处理。

11.一种用于管理三维物体的生成的系统，所述系统包括处理器，所述处理器用于：

获得一个或多个虚拟物体；

生成这些虚拟物体在虚拟构造体积内的空间布置；

控制增材制造系统对应于所述虚拟构造体积处理构造材料的连续层；

接收修改所述虚拟构造体积的请求；

基于所述虚拟构造体积的还未被所述增材制造系统处理的部分，来确定能否接受所述请求，并且如果确定能接受，则修改所述虚拟构造体积；以及

控制所述增材制造系统基于修改后的虚拟构造体积继续处理所述构造材料的层。

12.如权利要求11所述的系统，其中接收请求包括接收以下中的一种或多种：取消物体的生成的请求；添加新的物体的请求；使物体移位的请求；用一个物体替换另一物体的请求；复制物体的请求；以及修改物体特征的请求。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述处理器用于生成并发送表示所述虚拟构造体积的切片的数据至所述增材制造系统，并且当确定能接受所述请求时，根据所述请求修改所述虚拟构造体积，并生成和发送表示修改后的虚拟构造体积的切片的修改后的数据至所述增材制造系统。

14.一种计算机可读介质，其上存储有处理器可理解的指令，所述指令当由处理器执行时：

生成虚拟物体在虚拟构造体积内的布置；

控制增材制造系统处理所述虚拟构造体积的连续切片；

接收修改所述虚拟构造体积的请求；

基于所述虚拟构造体积的还未被所述增材制造系统处理的部分，来确定能否接受所述请求，并且如果确定能接受，则修改所述虚拟构造体积；以及

控制所述增材制造系统处理虚拟构造体积的连续切片。