CN107303728A - 使用制好的支撑物的优化的三维打印 - Google Patents

Abstract

本申请的各实施例涉及使用制好的支撑物的优化的三维打印。公开了用于在加性制造过程中支撑待打印的物体的系统和方法。支撑物结构在打印3D物体之前被预制作和定位在3D打印设备的构建区域中。在已经打印了物体时，支撑物被去除并且可以通过将支撑物结构重新定位在加性制造设备的构建区域中而被重用以打印另一物体。

Description

使用制好的支撑物的优化的三维打印

技术领域

本申请涉及使用物体支撑物的3D打印。更具体地，本申请涉及用于设计、创建、使用和重用支撑物以使用3D打印来创建物体的系统和方法。

背景技术

在使用3D打印机来打印物体时，它们经常包括如下区域：这些区域在它们被打印时不是自支撑的。这些区域常被称为悬空物。一般而言，悬空物是物体中的那些区域，这些区域由于它们的角度而将断裂或者下垂，因为它们缺乏来自前一层的充分支撑。在当前3D打印应用中，通常在打印之前向3D模型添加支撑物，并且它们的悬空物与打印的物体一起被打印。一旦已经打印了物体和支撑物并且打印材料已经变硬或者硬化，就从物体去除或者分离支撑物。

虽然在3D打印中使用支撑物允许打印具有更复杂结构和设计的物体，但是它受某些缺点困扰。由于支撑物与物体一起被打印，所以它们往往造成在构建过程中使用大量过多材料。这一过多材料可能成本高，并且在许多情况下不能被重用或者再生。此外，在物体旁边构建支撑物也可能延长打印物体所需要的时间。在一些情况下，在构建支撑物时涉及到的时间可能超过为了实际地制造物体本身而需要的时间。因而，需要用于在加性制造期间支撑物体的改进的系统和方法。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种在加性制造过程中支撑待打印的物体的方法。该方法可以包括将预制作的支撑物定位在加性制造设备的打印区域中，其中预制做的支撑物被成形为支撑待打印的物体。该方法还可以包括在预制作的支撑物上面打印待打印的物体。然后可以从打印区域去除支撑物和打印的物体，并且可以从预制作的支撑物分离打印的物体。预制作的支撑物然后可以被重定位在制造设备的打印区域中。

在另一实施例中，提供了一种用于加性制造设备的构建平台。该构建平台可以包括多个高度可调整梁。高度可调整梁独立地可调整以大体上与物体支撑物的预定形状保形(conform to)。

附图说明

图1A是已经在构建过程已经完成之后从常规支撑物分离的3D打印的物体的示例。

图1B是使用双喷嘴打印机来打印的3D打印的物体而它的支撑物仍然被附着的示例。

图2是根据本发明的某些实施例的预制作的支撑物如何可以用来使用加性制造来生产物体的图示。

图3是根据一个或者多个实施例的已经使用预制作的支撑物来打印的物体的图示。

图4示出了根据一个或者多个实施例的、其中分离层用来从预制作的支撑结构更容易地分离物体的示例。

图5A是根据某些实施例的使用动态梁制成的支撑物结构的示例。

图5B图示了来自图5A的预制作的支撑物如何可以用作用于由3D打印机构建的附加支撑材料的基部的示例。

图6A是在预制作的支撑物上使用平坦层来构建的三维物体的图示。

图6B是是在预制作的支撑物上使用弯曲层来构建的三维物体的图示。

图7是适合用于实施这里公开的系统和方法的3D打印环境的示例。

图8是图7中所示的计算机系统的示例。

图9是其中使用3D打印机(比如图8中所示的3D打印机)来打印物体的加性制造过程的高级图示。

图10A至图10C是根据这里公开的一个或者多个实施例的、可以用来生成3D打印的物体的加性制造设备的示例。

图11是图示了可以用来使用预制作的支撑物来制作物体的一个过程的流程图。

图12是图示了可以用来使用由可调整构建平台提供的预制作的支撑物来制造物体的一个过程的流程图。

图13是图示了根据某些实施例的可以用来使用动态支撑物梁以在打印的物体中形成物体支撑物的基础的过程的流程图。

具体实施方式

本申请的实施例涉及在3D打印中使用预制作的支撑物结构。这些支撑物可以是在基于沉积和挤出的3D打印技术中使用的全模型接触支撑物、从完成的物体被最终地去除的支撑物。在一些实施例中，支撑物可以是脚手架、格构或者轻重量结构或者在本领域中已知的其它支撑物配置。通过制造和利用预制作的支撑物结构，实现对3D打印过程的若干益处。例如，利用这里公开的预制作的支撑物造成减少或者甚至消除材料浪费。这一材料节省源于用于使用预制作的支撑物以制造多个零件而不是仅单个零件的能力。预制作的支撑物也可以提高单喷嘴3D打印机的性能和使用。这是因为使用预制作的支撑物允许单喷嘴打印机挤出用于模型和支撑物的不同材料。由于未同时打印支撑物和物体，所以可以对于每项选择适当材料。通过将不同材料用于支撑物和物体本身，无需在单个构建过程中打印支撑物和模型。由于可以在分离的构建过程中打印它们，所以可以在支撑物与模型之间插入分离层，这使得更易于在已经打印物体之后分离它们。此外，一些实施例涉及使用如下支撑物，这些支撑物形成在其上制造物体的衬底。这些衬底也可以是预制作的支撑物结构，这些支撑物结构可以是被集成到制造的物体中的材料(有别于如在传统支撑物中的情况那样被从物体分离)。

图1A和图1B提供了发明人已经认识到的在当前支撑物使用中的缺点中的一些缺点的示例。图1A是使用加性制造设备来打印的物体100的示例。在熔融沉积建模(“FDM”)过程中使用物体支撑物来打印这一特定物体100。如在本领域中已知的那样，FDM过程从3D CAD数据直接地构造三维物体。温度受控头逐层挤出热塑材料。典型FDM过程从向预处理软件中导入模型的STL文件开始。这一模型被定向和用数学分片成从+/-0.127-0.254mm厚度的水平层。基于零件的定位和几何性质在需要时创建支撑物结构。在审查路径数据并且生成工具路径之后，数据被下载到打印物体的FDM机器。

FDM打印机通常在X、Y和Z轴中操作、一次一层地绘制模型。这一过程与热胶枪如何挤出熔化的胶珠相似。向温度受控挤出头馈送被加热到半液体状态的热塑建模材料。头以超薄层中的精确度将材料挤出和指引到无夹具的基部上。固化的材料层叠到前一层的结果是一次一股地建成的塑料3D模型。一旦完成了零件，就去除支撑物列并且处理表面。

在图1A中所示的示例中，已经从物体去除了支撑物，但是支撑物的去除未完成。因此，支撑物已经留下大量残留物102，这有损完成的物体的外观和质量二者。虽然可以使用后处理(如例如沙化)来去除这一残留物，但是它在利用从与制造的物体相同的材料制成的物体支撑物时表现一个难点。此外，将相同材料用于支撑物和零件使得更难以去除支撑物。在一些情况下，支撑物可能根本不能被去除——尤其在支撑物接触区域很大和平坦时。为了避免大而平坦的接触区域以保证可以从物体去除支撑物，可以减少接触区域。但是在这些实例中，支撑的区域的表面质量经常显著地减少。

图1B是使用常规支撑物技术来构建的另一有问题的物体的示例。在这一示例中，已经使用双喷嘴设备构建了物体120。双喷嘴设备使用第一材料来构建支撑物122。使用第二材料来构建物体120。虽然使用不同材料可以使支撑物从物体的分离更容易，但是这一技术也有缺点。首先，双喷嘴打印机更昂贵并且操作更复杂。这一花费和复杂性可能使得更不娴熟的用户难以使用支撑物来打印物体。另外，材料可能如图1B中所示从一个喷嘴滴流或者渗出并且干扰从另一喷嘴挤出的材料。在这一具体示例中，用来制成支撑物的材料已经滴流到物体本身中。这一滴流的材料126负面地影响完成的物体的外观和质量。

除了如图1A和图1B中所示由发明人认识到的缺点之外，发明人还已经认识到附加不足。例如，一些支撑物生成技术寻求尽可能减少支撑物的体积以节省时间和材料。然而，支撑物的体积被减少得越多，支撑物将出故障的风险就越大，从而造成失败的构建过程。一些技术也寻求减少支撑物的密度以便节省材料和时间。减少密度也造成更弱支撑物和支撑物在如何在3D打印中使用常规支撑物的质量。认识到这些问题，发明人设想了一种用于生成和使用支撑物的新方式。

图2提供了这一新方式的高级图示。具体而言，图2示出了可以用来使用预制作的支撑物以使用加性制造来构建物体并且也在构建过程完成时从支撑物去除构建的物体的高级过程200。基于待打印的物体/模型的设计制造预制作/预定义的支撑物202。如以下将具体讨论的那样，预制作的支撑物202可以采用各种形式并且使用各种制造方法而被制造。在一些实施例中，可以使用加性制造设备(比如3D打印机)来制造预制作的支撑物202。在这些实现方式中，可以根据直接地基于待打印的物体的形状和结构而被生成的支撑物结构来制造预制作的支撑物。在其它实现方式中，可以使用常规制造方法来制造预制作的支撑物。

如图2中所示，可以在加性制造设备中形成和放置预定义的支撑物202。可以将待构建的物体制造为在支撑物202上面沉积的一系列层204。取决于使用的加性制造设备类型，可以使用挤出设备206(比如打印喷嘴)来沉积层。备选地，在加性制造设备利用粉末熔化或者液体硬化时，可以使用激光扫描仪或者其它相似技术来形成层。一旦挤出设备206已经完成了沉积层以构建完成的模型，则可以如图所示从支撑物202去除模型208。在使用常规支撑物时，在这一阶段，将通常地丢弃支撑物。根据某些实施例，支撑物202可以被重新插入到机器中并且被再次用来制造另一相同和/或相似物体。可以一次又一次地重复这一过程，每次在构建过程期间节省大量材料和时间，因为无需重新创建支撑物。

现在转向图3，示出了具有完成的物体304的静态预制作的支撑物302的示例。静态预制作的支撑物302可以一般地是能够在加性制造设备中制造物体时向它提供必需支撑的任何类型的支撑物结构。可以使用3D打印、工具加工、真空铸造注入模制或者任何其它制造技术来制造静态预制作的支撑物302。静态预制作的支撑物302可以由包括塑料、金属、木头或者其它材料的各种材料制成。

在静态预制作的支撑物302的这一示例中，支撑物已经被放置在加性制造设备的构建平台上的具体位置中。基于与待构建的物体关联的设计文件确定这一位置。一旦预制作的支撑物302已经被适当地放置在构建平台上，加性制造设备然后就可以开始沉积和/或创建物体304的层的过程，直至已经完成物体。因此，使用静态预制作的支撑物(比如支撑物302)在需要生产多个物体的情形中是有益的，但是创建模具或者铸件以使用常规制造方法来制造物体(比如objectthrough four)不切实际或者成本高昂。通过利用静态预制作的支撑物302，每当制成物体304的副本时可以节省大量时间和材料。

如以上简要地讨论的那样，使用预制作的支撑物可以提供在制造的物体与支撑物之间的改进的分离。图4示出了如何可以使用预制作的支撑物来实现这一改进的分离的示例。在这一具体示例中，分离层或者界面406被放置在预制作的支撑物402与物体404之间。更具体地，分离层406可以在开始构建过程之前被涂敷在支撑物上面。分离层406可以采用各种形式。在一些实施例中，分离层406可以是掩饰材料，如比如涂料带。在其它实施例中，分离层可以是某种形式的润滑剂，比如头发定型剂或者为物体提供充分稳定性而仍然允许容易分离的某个其它涂层。在更多其它实施例中，可以在预定义的支撑物上面打印薄的中间材料层。例如，在双喷嘴制造设备中，喷嘴之一可以挤出中间材料作为分离层406，并且然后可以使用另一喷嘴来打印物体404。当然，本领域技术人员将认识到，可以使用单个喷嘴设备来实现实施例，其中在打印分离层406之后切换材料。

虽然预制作的支撑物可以比如图3中所示在性质上是静态的，但是在一些实施例中可以利用动态预制作的支撑物。图5A和图5B提供了如何可以使用(和重用)动态预制作的支撑物以使用加性制造设备来制造物体的图示。首先参照图5A，示出了使用动态梁502的实现方式。这里在平台上组合可变高度的一系列梁以便生产支撑物的希望的形状。如图所示，动态梁502可以具有被定位为遵循待打印的物体的轮廓的可变高度。梁502可以具有方形边缘。因而，为了具有自由形式的形状支撑物，需要在动态梁502上打印附加支撑材料504以便与物体506的实际形状保形。

参照图5B，示出了如何可以创建附加支撑材料504的图示。这里，挤出喷嘴509沿着动态梁502的轮廓移动并且沉积材料层，这些材料层共同地形成可以用来支撑物体的附加支撑材料504。通常地，这一附加支撑材料将由与动态梁502不同的材料制成。利用用于附加支撑材料504的不同材料允许更容易从动态梁502分离打印的物体。附加支撑材料504也可以由与物体本身不同的材料形成以便提供更容易从制造的物体分离。然而，在某些实现方式(比如单喷嘴3D打印设备)中，附加支撑材料504可以由与打印的物体506相同的材料制成。

回到图5A，动态梁502可以是从构建平台分离并且被放置在构建平台中以便提供支撑物结构的梁集合。如果动态梁502从构建平台分离，则在加性制造设备中的构建平台可以被配置为在构建过程中接收可调整梁并且保持它们就位。在一些实施例中，3D建模软件可以被配置为指示哪些动态梁502应当被定位在构建平台的哪些位置中。构建平台可以被划分成网格式图案，从而使得3D建模软件可以输出矢量位置以指示特定高度的动态梁502应当在构建平台上放置的具体位置。备选地，梁可以是构建平台本身的部分，从而产生可调整构建平台。在这些实施例中，构建平台可以由附着到致动设备的梁网格形成，该致动设备可以根据来自控制计算机的命令升高或者降低梁。因此，在需要的支撑物由3D建模软件生成时，动态构建平台可以被配置为以与确定的支撑物结构保形这样的方式操控它的动态梁。

使用预制作的支撑物结构也可以提供与构建策略有关的益处。具体而言，在利用预制作的支撑物结构时，构建过程可以使用传统的“平坦”分层(比如融合沉积建模)，但是它也可以允许使用弯曲分层，该弯曲分层可以提供整个物体的提高的结构完整性。在一些实施例中，可以利用平坦分层和弯曲分层的混合。现在参照图6A，示出了在预制作的支撑物上面的传统的平坦分层的示例。在这一示例中，静态预制作的支撑物602已经放置在加性制造设备的构建区域中。加性制造设备在预制作的支撑物602上面沉积一系列平坦层604A。利用“平坦”构建策略，需要九个不同层以构建物体604A。利用弯曲分层，如图6B中所示，需要减少数目的层，从而产生提高的结构完整性和更短打印时间。如图6B中所示，使用仅五个弯曲层604B来打印相同物体。因此，利用预制作的支撑物602，可以首先使用平坦层并且然后使用弯曲层来生产物体，而无需改变或者生成新支撑物结构。

可以在用于设计和制造3D物体的系统中实现各种实施例。参照图7，示出了适合用于实施3D对象设计和制造的计算机环境的示例。该环境包括系统700。系统700包括一个或者多个计算机702a-702d，这些计算机可以例如是能够处理信息的任何工作站、服务器或者其它计算设备。在一些方面中，计算机702a-702d中的每个计算机可以通过任何适当通信技术(例如，网际协议)连接到网络705(例如，因特网)。因而，计算机702a-702d可以经由网络在彼此之间传输和接收信息(例如，软件、3D对象的数字表示、用于操作加性制造设备的命令或者指令等)。

系统700还包括一个或者多个加性制造设备(例如，3D打印机)706a-706b。如图所示，加性制造设备706a直接地连接到计算机702d(并且经由网络705、经过计算机702d连接到计算机702a-702c)并且加性制造设备706b经由网络705连接到计算机702a-702d。因而，本领域技术人员将理解加性制造设备706可以直接地连接到计算机702、经由网络705连接到计算机702和/或经由另一计算机702和网络705连接到计算机702。

应当注意，尽管关于网络和一个或者多个计算机描述了系统700，但是这里描述的技术也适用于可以直接地连接到加性制造设备706的单个计算机702。

图8图示了图7的计算机的一个示例的功能框图。计算机702a包括与存储器820、输入设备830和输出设备840数据通信的处理器810。在一些实施例中，处理器还与可选网络接口卡860数据通信。虽然被分离地描述，但是将认识到，关于计算机802a描述的功能块无需是分离的结构单元。例如，可以在单个芯片中体现处理器810和存储器820。

处理器810可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者被设计为执行这里描述的功能的其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件部件或者其任何适当组合。也可以将处理器实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或者多个微处理器或者任何其它这样的配置。

处理器810可以经由一个或者多个总线耦合以从存储器820读取信息或者向存储器820写入信息。处理器可以附加地或者备选地包含存储器(比如处理器寄存器)。存储器820可以包括处理器高速缓存(包括多级分级高速缓存，其中不同级别具有不同容量和存取速度)。存储器820也可以包括随机存取存储器(RAM)、其它易失性存储设备或者非易失性存储设备。存储设备可以包括硬驱动、光盘、比如紧致盘(CD)或者数字视频盘(DVD)、闪存、软盘、磁带和Zip驱动。

处理器810也可以耦合到输入设备830和输出设备840分别用于从计算机702a的用户接收输入和向该用户提供输出。适当输入设备包括但不限于键盘、按钮、键、开关、指点设备、鼠标、操纵杆、遥控器、红外线检测器、条形码读取器、扫描仪、视频相机(可能与视频处理软件耦合以例如检测手部动作或者脸部动作)、运动检测器或者麦克风(可能耦合到音频处理软件以例如检测语音命令)。适当输出设备包括但不限于可视输出设备(包括显示器和打印机)、音频输出设备(包括扬声器、麦克风、耳机和报警器)、加性制造设备和触觉输出设备。

处理器810还可以耦合到网络接口卡860。网络接口卡860预备由处理器810生成的数据以用于根据一个或者多个数据传输协议经由网络传输。网络接口卡860也解码根据一个或者多个数据传输协议经由网络接收的数据。网络接口卡860可以包括传输器、接收器或者这二者。在其它实施例中，传输器和接收器可以是两个分离的部件。网络接口卡860可以被体现为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者被设计为执行这里描述的功能的其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件部件或者其任何适当组合。

图9图示了用于制造3D对象或者设备的过程900。如图所示，在步骤905处，使用计算机(比如计算机702a)来设计对象的数字表示。例如，可以向计算机702a输入2D或者3D数据以用于辅助设计3D对象的数字表示。在步骤910处继续，从计算机702a向加性制造设备(比如加性制造设备706)发送信息，并且设备706根据接收的信息开始制造过程。在步骤915处，加性制造设备706继续使用适当材料(比如液体树脂(例如，用于光固化立体造型术应用)、粉末(用于烧结应用)、热塑(用于熔融沉积建模)或者某个其它适当3D打印材料)来制造3D对象。另外，在步骤920处，生成3D对象。

这些适当材料可以包括但不限于光聚合物树脂、聚亚安酯、methyl methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene共聚物、可再吸收材料(比如聚合物-陶瓷合成物)。商用材料的示例是：来自DSM Somos的DSM 系列材料7100、8100、9100、9420、10100、11100、12110、14120和15100；来自Stratasys的ABSplus-P430、ABSi、ABS-ESD7、ABS-M30、ABS-M30i、PC-ABS、PC ISO、PC、ULTEM9085、PPSF和PPSU材料；来自3D-Systems的Accura Plastic、DuraForm、CastForm、Laserform和VisiJet线的材料；来自EOS GmbH的PA线的材料、PrimeCast和PrimePart材料以及Alumide和CarbonMide。来自3-Systems的VisiJet线的材料可以包括Visijet Flex、Visijet Tough、Visijet Clear、Visijet HiTemp、Visijet e-stone、VisijetBlack、Visijet Jewel、Visijet FTI等。其它材料的示例可以包括Objet材料、比如Objet Fullcure、Objet Veroclear、Objet Digital材料、ObjetDuruswhite、Objet Tangoblack、Objet Tangoplus、Objet Tangoblackplus等。材料的另一示例可以包括来自Renshape 5000和7800系列的材料。

可以使用熔融沉积建模(“FDM”)设备来实施以上描述的实施例。图10A是提供了可以结合一个或者多个实施例使用的FDM设备1000的示例的框图。如图所示，FDM设备100包括可以由Z轴马达(未示出)驱动、沿着Z轴可移动的构建平台1002。FDM设备1000也可以包括具有一个或者多个挤出喷嘴1006的液化器头1004。在这一示例中，液化器头1004包括两个挤出喷嘴1006。挤出喷嘴1006可以被配置为挤出不同材料——例如，构建材料和支撑材料。不同挤出喷嘴也可以被配置为挤出两个不同构建材料。一些FDM设备1000可以包括多于两个挤出喷嘴1006。液化器头1004从一个或者多个线轴1010接收构建和/或支撑材料1008。如以上指出的那样，材料可以是热塑材料。材料被缠绕到液化器头1004中，其中它被加热成液体或者部分液体形式并且经过挤出喷嘴1006被挤出。

挤出喷嘴可以由一个或者多个马达(未示出)沿着X轴和Y轴驱动。因此，挤出喷嘴1006可以被移到在构建平台之上的适当位置以根据待打印的零件的设计在适当位置中沉积构建和/或支撑材料1008。在一些实现方式中，液化器头可以被配置为也沿着Z轴移动，其中构建平台在构建过程期间保持静止。FDM设备1000也可以包括在开始构建过程之前被放置在构建平台上面的泡沫板1012或者某个其它基材。泡沫板通常地用来将物体稳固地保持在它正在被打印的地方。如在图10A的示例中所示，FDM设备可以打印包括支撑物1016的零件1014。可以使用构建材料线轴来从一个喷嘴1006打印零件1014，而可以使用支撑材料线轴来从另一喷嘴1006打印支撑物1016。

虽然一般地在熔融沉积建模打印情境中描述以上描述的实施例，但是本领域技术人员将认识到，其它类型的3D打印设备可以用来实施以上描述的本发明。例如，可以使用光固化立体造型术来实现各种实施例。图10B图示了用于生成三维(3D)对象的示例光固化立体造型术制造装置1020。光固化立体造型术装置1020包括可以保持液体体积(比如用来构建3D物体的树脂)的贮存器1022。光固化立体造型术装置1020还包括可以用来从贮存器1022向物体涂覆器头1026传送液体的传送系统1024。传送系统可以包括被配置为从贮存器1022传送液体的一个或者多个管子、管道或者软管。在一些实施例中，传送系统404可以包括金属或者塑料材料(比如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯酸酯(PA)、聚氯乙烯(PVC)或者任何其它适当材料)。虽然这一具体示例向光固化立体造型术装置提供传送系统，但是本领域技术人员将认识到，其它类型的光固化立体造型术装置可以不使用传送系统以向构建平台传送树脂。实际上，构建平台可以代之以被配置为在构建过程期间沉入贮存器中。

光固化立体造型术装置1020还可以包括贮存器1022中的、被配置为引导液体从贮存器1022流向传送系统1024的引导结构。例如，该结构可以包括被放置成按策略指引液体流向传送系统1024的一系列管子或者板。装置1020也可以包括液体树脂被沉积的构建区域。构建区域通常地包括3D对象被构建在其上的构建区域支撑物。

光固化立体造型术装置1020还包括光源。通常地包括光源以用于聚合液体以形成3D对象的目的。光源可以采用各种形式。在一些实施例中，光源可以是电磁光源(比如紫外线(UV)光源、红外线(IR)光源)。一般而言，光源可以是能够固化液体的任何类型的激光束。

在一些实施例中，光固化立体造型术装置1020可以包括用来从贮存器1022向对象涂覆器头1026抽运液体的至少一个泵。例如，可以使用正移位泵和/或离心型泵。在一些实施例中，泵可以包括用于在液体树脂被沉积到构建区域之前向液体树脂添加进一步过滤的过滤器单元。在一些方面中，泵可以提供可以经由有源反馈回路固定或者调节的定义的流速(例如，0.5-40升/分钟)。例如，反馈回路可以直接地基于流速测量。作为另一示例，反馈可以间接地使用在加性制造过程中沉积的层的厚度的测量。

光固化立体造型术装置1020可以用来逐层生成一个或者多个3D物体。光固化立体造型术1020例如可以利用液体树脂(例如，光聚合物树脂)以比如通过以帘的形式从物体涂覆器头1026沉积树脂来一次一层地构建物体。在这些实现方式中，物体涂覆器头1026可以沉积液体树脂的连续层以形成物体。初始地，物体涂覆器头1026可以在构建区域支撑物上沉积3D物体的层。然后可以在3D物体的前一层上沉积后续层。

在沉积每层时，如以上讨论的那样可以由计算机控制的光源可以在液体树脂的表面上描绘(trace)具体图案以形成3D物体的尺度。暴露于光源聚合、硬化(cure)或者固化在树脂上描绘的图案并且将它粘附到层下。在已经聚合了涂层之后，构建区域支撑物可以下降单层厚度并且后续层图案被描绘和粘附到前一层。构建过程在3D物体通过沉积3D物体的所有层而被形成时完成。

现在参照图10C，提供了加性制造装置的另一示例。在这一示例中，加性制造装置是激光烧结设备1040。类似于FDM设备1000和光固化立体造型术设备1020，激光烧结设备1040允许逐层构建3D物体。层由粉末(比如图10C中所示粉末表面1044)形成。后续粉末层例如使用均涂鼓1052来展开在彼此上面。在沉积之后，计算机控制的CO2激光束扫描表面并且将产物的对应横截面的粉末粒子有选择地键合在一起。在这一示例中，激光源1042是X-Y可移动红外线激光源。这样，可以沿着X轴和沿着Y轴移动激光源以便将它的光束引向最上粉末层的具体位置。在一些实施例中，激光烧结设备还可以包括激光扫描仪(在图10C中未示出)，该激光扫描仪从静止激光源接收激光束并且在可移动镜之上偏转它以将光束引向设备的工作区域中的指定的位置。在激光曝光期间，粉末温度上升至玻璃转变点，相邻粒子在该玻璃转变点之后流动到一起以创建3D物体。设备1040也可以包括辐射加热器和空气控制设备1046。辐射加热器可以用来在扫描粉末层时在记录比该层更晚的新粉末层之间预热粉末。空气控制设备可以在整个过程中用来避免不希望的场景，如比如粉末氧化。

在一些实施例中，可以使用将粉末从粉末容器1058A和1058B推入保持形成的物体1054的贮存器1056中的一个或者多个可移动活塞1048A和1048B来分布粉末。贮存器的深度转而也由可移动活塞1050控制，活塞1050在附加粉末从粉末容器1058A和1058B被移入贮存器1056时经由向下移动增加贮存器1056的深度。

本领域技术人员将认识到，除了在以上图10A-图10C中描述的加性制造技术之外，还可以结合这里公开的支撑物和衬底利用其它沉积和基于喷嘴的加性制造技术。例如，可以结合激光包覆或者激光沉积设备来使用这里描述的支撑物和衬底，其中粉末的流在聚焦的激光束跨目标表面被扫描时被馈送到激光束中，从而留下材料的沉积涂层。也可以在涉及到有大悬空物和跨越区域的物体的直接墨写入构建过程中实施本发明的实施例。

结合以上描述的加性制造设备使用以上讨论的预制作的支撑物结构，可以实现用于使用加性制造设备来生产物体的各种方法。图11是图示了可以用来使用预制作的支撑物来制造物体的一个过程的流程图。该过程始于块1102，其中接收物体设计。物体设计可以是3D打印文件(比如STL文件或者某个其它适当文件格式)。接着，该过程移向块1104，其中设计文件由3D建模软件处理以确定为了使用加性制造设备来成功地打印物体而需要的支撑物结构。也可以使用其它更低效率的支撑物生成技术，因为预制作的支撑物将一般地可重用。

该过程然后移向块1106，其中制造支撑物结构。如以上讨论的那样，可以使用包括3D打印、铸造、模制、碾磨等的多种制造技术来制造支撑物结构。一旦已经制造了支撑物，该过程就移向块1108。其中制造的支撑物结构被移入加性制造设备的构建平台上的位置。一旦预制作的支撑物被定位在打印区域中，该过程就移向块1110，其中使用预制作的支撑物来打印物体以支撑物体设计中的悬空物。

在结合图11提供的示例中，将支撑物结构形成为被放置到打印机的构建区域中的分离的物体。在某些实施例中，构建平台可以由可以用来支撑正在平台上制造的物体的可移动结构组成。图12是图示了可以用来使用由可调整构建平台提供的预制作的支撑物来制造物体的一个过程的流程图。该过程始于块1201，其中用于待制造的物体设计被接收到加性制造系统中。接着，该过程移向块1203，其中确定需要的支撑物结构。一旦已经确定了支撑物结构，就在块1205处调整可调整构建平台以大体上与确定的支撑物结构保形。如先前讨论的那样，构建平台可以由附着到致动设备的梁网格形成，该致动设备可以根据来自控制计算机的命令升高或者降低梁。因此，基于需要的支撑物结构，可以是升高构建平台中的各种梁以符合设计。一旦已经定位了可调整构建平台中的项目，该过程然后就可以移向块1207。其中可以在调整的构建平台上面打印支撑物结构的其余部分。在一些实施例中，3D打印的支撑物结构的其余部分由与待打印的物体不同的材料制成。在其它实施例中，可以使用相同材料。一旦已经在调整的构建平台之上层化了支撑物结构的其余部分，该过程就移向块1209。其中在支撑物结构之上打印物体。

在一些实施例中，可以在常规构建区域中放置动态梁以形成支撑物结构的基本形状。图13是图示了可以用来在打印物体时使用动态支撑梁的过程的流程图。该过程始于块1302，其中物体设计由加性制造系统接收。该过程然后移向块1304，其中该系统确定必需支撑物结构。接着，该过程移向块1306。其中基于在构建平台的每个区域中需要的支撑物的高度选择和在平台上定位动态支撑梁。一旦动态梁已经被定位在构建平台上，该过程就移向块1308，其中在定位的动态支撑梁之上打印支撑结构的其余部分。一旦完成了支撑物结构的其余部分，该过程就移向块1310，其中使用支撑物结构来打印物体以支撑物体设计中的悬空物。

这里公开的各种实施例提供对计算机控制系统的使用。本领域技术人员将容易地认识到，可以使用包括通用和/或专用计算系统环境二者的许多不同类型的计算设备来实施这些实施例。可以适合用于结合这里阐述的实施例使用的熟知的计算系统、环境和/或配置的示例可以包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或者膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程消费者电子装置、网络PC小型计算机、主机计算机、包括以上系统或者设备中的任何系统或者设备的分布式计算环境等。这些设备可以包括存储的指令，这些指令在由计算设备中的微处理器执行时使得计算设备执行指定的动作以实现指令。如这里所用，指令是指用于处理系统中的信息的由计算机实施的步骤。指令可以在软件、固件或者硬件中被实施并且包括由系统的部件采取的任何类型的编程的步骤。

微处理器可以是任何常规通用单或者多芯片微处理器，比如处理器、 Pro处理器、8051处理器、处理器Power 处理器或者处理器。此外，微处理器还可以是任何常规专用微处理器，比如数字信号处理器或者图形处理器。微处理器通常地具有常规地址线、常规数据线和一个或者多个常规控制线。

可以使用标准编程或者工程技术以提供软件、固件、硬件或者其任何组合来实施这里公开的发明的方面和实施例作为方法、装置或者制造品。如这里所用的术语“制造品”是指在硬件或者非瞬态计算机可读介质(比如光存储设备和易失性或者非易失性存储器设备)或者瞬态计算机可读介质(比如信号、载波等)中实施的代码或者逻辑。这样的硬件可以包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、微处理器或者其它相似处理设备。

通过利用以上描述的预制作的支撑物结构，实现了3D打印的物体的效率和物体质量的显著提高。使用预制作的支撑物结构造成减少或者甚至消除材料浪费，因为预制作的支撑物可重用。使用预制作的支撑物也允许更有效地使用单喷嘴3D打印机，因为单喷嘴打印机可以被配置为挤出用于模型和支撑物的不同材料。由于未同时打印支撑物和物体，所以可以对于每个选择最适当材料，并且减少对于材料选择折衷的需要。另外，通过将不同材料用于支撑物和物体本身，无需在单个构建过程中打印支撑物和模型。由于可以在分离构建过程中打印它们，所以可以在支撑物与模型之间插入分离层，这使得更易于在已经打印物体之后分离它们。通过使从模型分离物体更容易，打印的物体具有更少表面缺陷并且减少对于后处理的需要。

Claims (25)

1.一种在加性制造过程中支撑待打印的物体的方法，所述方法包括：

将预制作的支撑物定位在加性制造设备的打印区域中，其中所述预制作的支撑物被成形为支撑待打印的所述物体；

在所述预制作的支撑物上面打印待打印的所述物体的第一实例；

从所述打印区域去除所述支撑物和打印的所述物体；

从所述预制作的支撑物分离打印的所述物体；以及

将所述预制作的支撑物重新定位在所述加性制造设备的所述打印区域中。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在重新定位的所述预制作的支撑物上面打印待打印的所述物体的第二实例。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述预制作的支撑物上面添加分离材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离材料包括至少一种掩饰材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述掩饰材料是涂料带。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述分离材料包括润滑剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述润滑剂是头发定型剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预制作的支撑物包括第一材料，并且其中待打印的所述物体的打印的第一版本包括不同的第二材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中从熔融沉积建模设备的第一挤出器挤出所述第一材料，并且其中从所述熔融沉积建模设备的第二挤出器挤出所述第二材料。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将物体设计接收到存储器中；

确定用于所述物体设计的必需支撑物结构；以及

制作所述预制作的支撑物。

11.根据权利要求10所述的方法，其中制作所述预制作的支撑物包括使用非加性制造过程来制造所述预制作的支撑物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述非加性制造过程包括铸造、模制或者碾磨中的至少一种。

13.根据权利要求10所述的方法，其中制作所述预制作的支撑物包括使用加性制造过程来制造所述预制作的支撑物。

14.根据权利要求13所述的方法，其中用来制造所述预制作的支撑物的所述加性制造过程作为与所述制造待打印的所述物体的所述第一实例和第二实例分离的构建过程被执行。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述预制作的支撑物包括多个动态梁，并且其中所述多个动态梁大体上与用于待打印的所述物体的必需支撑物结构保形，并且其中所述动态梁包括所述必需支撑物结构的大量部分。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述动态梁之上打印所述必需支撑物结构的其余部分。

17.根据权利要求16所述的方法，其中使用弯曲层来打印所述必需支撑物结构的所述其余部分的至少一些。

18.一种用于加性制造设备的构建平台，包括多个高度可调整梁，其中所述高度可调整梁独立地可调整以大体上与物体支撑物的预定形状保形。

19.根据权利要求18所述的构建平台，其中所述高度可调整梁操作地耦合到控制它们的相对移动的致动马达。

20.根据权利要求19所述的构建平台，其中所述高度可调整梁的所述相对移动在加性制造过程期间沿着与所述构建平台的移动轴相同的轴。

21.根据权利要求20所述的构建平台，其中所述致动马达被配置为从控制计算机接收控制信号，并且其中所述控制信号包括来自所述控制计算机的用于独立地调整所述高度可调整梁中的一个或者多个高度可调整梁的指令。

22.根据权利要求21所述的构建平台，其中基于所述物体支撑物的所述预定形状的形状生成来自所述控制计算机的所述指令。

23.根据权利要求18所述的构建平台，其中所述加性制造设备是基于挤出的加性制造设备。

24.根据权利要求23所述的构建平台，其中所述基于挤出的加性制造设备是熔融沉积建模设备、激光包覆设备或者直接墨水写入设备之一。

25.一种在加性制造过程中在衬底上面制造物体的方法，所述方法包括：

将预制作的衬底定位在加性制造设备的打印区域中，其中所述预制作的衬底被预形成为包括待打印的所述物体的一部分；

在所述预制作的衬底上面打印待打印的所述物体的其余部分，从而使得所述物体的所述其余部分被集成到所述预制作的衬底中；

从所述打印区域去除打印的所述物体，其中去除打印的所述物体包括去除所述预制作的衬底和所述物体的集成的所述其余部分；以及

将另一预制作的衬底定位在所述加性制造设备的所述打印区域中。