CN107506510A - 用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置 - Google Patents

用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107506510A
CN107506510A CN201710440378.7A CN201710440378A CN107506510A CN 107506510 A CN107506510 A CN 107506510A CN 201710440378 A CN201710440378 A CN 201710440378A CN 107506510 A CN107506510 A CN 107506510A
Authority
CN
China
Prior art keywords
group
parameter value
control instruction
interaction
existing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710440378.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107506510B (zh
Inventor
D·西佩尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EOS GmbH filed Critical EOS GmbH
Publication of CN107506510A publication Critical patent/CN107506510A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107506510B publication Critical patent/CN107506510B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/50—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of still image data
    • G06F16/58—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually
    • G06F16/583—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using metadata automatically derived from the content
    • G06F16/5862—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using metadata automatically derived from the content using texture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/20—Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/18—Manufacturability analysis or optimisation for manufacturability
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Library & Information Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于提供控制指令组的控制指令的方法以及所属的装置，所述方法用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体，至少包括以下步骤：提供输入数据的步骤，所述输入数据代表要制造的物体的至少一个部分表面，其中所述部分表面具有初始表面结构，所述初始表面结构通过一组初始结构参数值定义，所述初始结构参数值表征初始表面结构的几何形状；确定一组与这组初始结构参数值不同的目标结构参数值的步骤；生成控制指令组的控制指令的步骤，通过所述控制指令，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过这组目标结构参数值定义。本发明尤其是涉及一种计算机辅助的方法以及一种所属的预处理装置。

Description

用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体的方法以及所属的装置。本发明尤其是涉及一种计算机辅助的方法以及一种所属的预处理装置，所述方法用于提供控制指令组的控制指令，以用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体。
背景技术
生成式逐层构造方法、例如激光烧结法或激光熔化法或立体光固化成型法突出地适用于原型的快速开发(“快速成型”)，因此这样的方法也最初在该领域中得到应用。
产品的开发周期通常以产品的CAD模型的第一设计开始，通过所述CAD模型来定义产品的几何形状(外部形状)。利用对产品(物体)要使用的材料的认识于是可以基于模型来仿真产品所期望的特性并且基于从仿真中得到的认识实施对CAD模型的修改。
在开发过程中，在此不仅物体的外部构型和所使用的材料对物体的特性具有作用。内部结构(例如空腔)和表面以相同的方式影响产品特性。恰恰在物体与其环境的相互作用时通常特别是取决于物体表面。例如在卫生陶瓷中人们逐渐转而给卫生陶瓷设置防污表面(“莲花效应”)。另一个示例是结构化的高尔夫球表面，所述高尔夫球表面同时影响高尔夫球的飞行特性、例如空气流阻力系数。此外在水上交通工具中、尤其是在冲浪板中，行驶特性也显著通过与水接触的表面与水的相互作用受影响。最后在抓住物体时的触感以及物体的外观(例如在光反射时)也首先受到表面的结构影响。
较近的研究结果表明，不是光滑的、而是结构化的表面能实现在流体中的优化的滑动特性。对表面的流体力学特性的要求在此存在较大范围。回到水上交通工具上的鳍体(Finnen)，例如优化的表面结构取决于使用领域。因此，波浪的频率、水的藻类含量和水流类型(强烈湍流或几乎层流)也会导致对环流性能不同的要求。另一个示例是船用螺旋桨的转子叶片，所述转子叶片应根据使用环境这样优化，使得减少噪声生成和能量需求或改善操纵性能。
在实现期望的表面结构方面的问题由此产生，即，在传统的用于制造产品的方法中、例如在使用碳纤维和玻璃纤维情况下的注塑法或层压法中，为了取得表面与其环境的期望的相互作用所需的表面结构并不总是能实现。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种方法和一种装置，借助所述方法和所述装置以简单的方式提供控制参数，以用于制造具有期望的表面相互作用特性的产品。此外，应提供一种方法和一种装置，以用于制造具有改善的表面相互作用特性的产品。
该任务通过按照权利要求1所述的用于提供控制指令组的控制指令的计算机辅助的方法、按照权利要求13所述的用于生成式逐层构造装置的预处理装置、按照权利要求14所述的用于制造三维物体的方法、按照权利要求15所述的用于实施生成式逐层构造方法的装置以及按照权利要求16所述的计算机可读存储介质解决。本发明的进一步扩展方案在从属权利要求中给出。
按照本发明的用于提供控制指令组的控制指令的计算机辅助的方法，以用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体，其至少包括以下步骤：
-提供输入数据的步骤，所述输入数据代表要制造的物体的至少一个部分表面，其中所述部分表面具有初始表面结构，所述初始表面结构通过一组初始结构参数值定义，所述初始结构参数值表征初始表面结构的几何形状；
-确定一组与这组初始结构参数值不同的目标结构参数值的步骤；以及
-生成控制指令组的控制指令的步骤，通过所述控制指令，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过这组目标结构参数值定义。
本发明的构思是，将要制造的物体的构型和表面结构彼此解耦。由此可能制造出完全新型的物体，所述物体具有迄今为止尚未已知的构型和表面结构的组合。由此可以获得如下物体，所述物体在其构型和表面结构方面理想地适配于与其环境的相互作用、例如与环流物体的流体的相互作用。
优选地，将一组优选结构参数值作为输入数据的一部分提供，所述优选结构参数值表征部分表面的优选表面结构。尤其是可以将这组优选结构参数值确定为目标结构参数值的组。由此可以有针对性地预给定用于要制造的物体的期望结构并且将该物体以用于部分表面的期望的结构进行制造。
当一组优选结构参数值作为输入数据的一部分提供时，则可以这样变型用于提供控制指令的方法，使得其具有以下步骤：
-将这组优选结构参数值与不同组现存结构参数值进行比较并且确定如下那组现存结构参数值的步骤，所述那组现存结构参数值与这组优选结构参数值具有最小偏差，
其中，为所述现存结构参数值的各组中的每个组配设生成式逐层构造装置的一个现存控制指令组，通过所述现存控制指令组，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过所属的那组现存结构参数值定义；
-生成用于控制指令组的控制指令的步骤，方式为，将配设给在比较步骤中所确定的具有最小偏差的那组现存结构参数值的所述现存控制指令组要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于通过所确定的那组现存结构参数值表征的表面结构的几何描述的信息，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
通过该方法变型可以在还不存在用于期望结构的经验值的情况下以简单的方式保证物体以尽可能接近期望结构的结构进行制造。尤其是可以为这组优选结构参数值与不同组现存结构参数值的比较而访问数据库，在所述数据库中，每组现存结构参数值配设有一个控制指令组。数据库的内容例如是先前试验序列的结果，在这些试验序列中借助大量的试验已建立起不同组合的结构参数值和控制指令组之间的关系。通过使用数据库可以将耗时的研究、即哪些结构参数值可以利用哪个控制指令组取得，在准备阶段就已经实施。当应实际制造物体时，这导致极大地赢得时间，因为所有必需的试验序列已经完成。备选或补充于在其中存储有以上所阐述的试验结果的数据库，也可以使用提供有来自计算算法的仿真结果的数据库。
优选地，通过以下步骤确定这组目标结构参数值并且生成用于控制指令组的控制指令：
-确定一组具有多个分量的相互作用参数值的步骤，其中每个所述分量分配有针对一种相互作用参数的值并且一种相互作用参数表征要制造的物体的所述至少一个部分表面与其环境的一种相互作用；
-将这组相互作用参数值与不同组现存相互作用参数值进行比较并且确定如下那组现存相互作用参数值的步骤，所述那组现存相互作用参数值与这组相互作用参数值具有最小偏差，
其中所述现存相互作用参数值的各组中的每个组配设有一组结构参数值，
其中所述现存相互作用参数值的各组中的每个组配设有生成式逐层构造装置的一个现存控制指令组，通过所述现存控制指令组，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过配设给所述那组现存相互作用参数值的这组结构参数值定义；
-生成用于控制指令组的控制指令的步骤，方式为，将配设给在比较步骤中所确定的具有最小偏差的那组现存相互作用参数值的所述现存控制指令组要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于通过如下那组结构参数值表征的表面结构的几何描述的信息，所述那组结构参数值配设给在比较步骤中所确定的那组现存相互作用参数值，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
通过按照本发明的方法的该优选的实施方式能快速找到如下控制指令组，所述控制指令组可以实现具有如下结构的物体，所述结构在其表面相互作用特性方面尽可能与其接近，即使针对制造所述结构还没有经验值。当然作为结果也可以获得如下控制指令组，利用所述控制指令组精确实现预给定的结构。但在该情况下至少要确认，这组优选结构参数值在相互作用特性方面已经优化了。尤其是可以为这组相互作用参数值与不同组现存相互作用参数值的比较而访问数据库，在所述数据库中，每组现存相互作用参数值配设有一个控制指令组。数据库的内容是先前试验序列的结果，在这些试验序列中借助大量的试验建立起不同组合的相互作用参数值和控制指令组之间的关系。通过使用数据库可以将耗时的研究、即哪些相互作用参数值可以利用哪些控制指令组取得，在准备阶段就已经实施。当应实际制造物体时，这导致极大地赢得时间，因为所有必需的试验序列已经完成。
在所述优选的实施方式的一种变型中，在确定一组相互作用参数值的步骤中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量分配相互作用参数，所述相互作用参数优选通过仿真对于初始表面结构与其环境的相互作用确定。在所述优选的实施方式的另一种变型中，在确定一组相互作用参数值的步骤中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量分配有相互作用参数，所述相互作用参数优选通过仿真对于优选表面结构与其环境的相互作用确定。
尤其是，按照本发明并不是追求尽可能准确地复制在最初的描述(部分)表面的CAD模型中的表面结构，或并不是追求尽可能准确地复制期望结构，这可能也只能有限制地实现。更确切地说，通过按照本发明的方法能实现具有如下(部分)表面的物体，所述(部分)表面尽可能精确地具有与环境的力求的相互作用特性。即使通过所提供的控制指令组，由生成式逐层构造装置制造的物体的(部分)表面具有与所述CAD模型中的结构不同的结构，但这并没有关系。本发明的构思是，不是仅尽可能精确地建立物体的预给定的CAD模型，而是将如下步骤进一步继续并且制造物体，在该步骤中尽可能精确地实现物体的力求的特性。
在所述优选的实施方式的另一种变型中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量通过用户输入分配相互作用参数。以这种方式，用户可以详细说明其对于物体的期望特性，并且自动化地提供一组结构参数值和一个用于制造具有相应的表面结构的物体的控制指令组，所述表面结构实现期望特性。
尤其是这组相互作用参数值可以在与各组现存相互作用参数值进行比较之前经受基于用户输入的和/或自动优化算法的优化运算。
可能的是，针对初始表面结构或期望结构与其环境的相互作用而确定的相互作用参数值偏离想要的相互作用参数值。在这样的情况下现在可以再次适配相互作用参数，以便使所提供的控制指令组更好地适配于期望的相互作用特性。
进一步优选地，在确定与这组相互作用参数值具有最小偏差的那组现存相互作用参数值之后，使所确定的那组现存相互作用参数值经受基于用户输入的和/或自动优化算法的优化运算并且利用得到的这组相互作用参数值再次进行比较步骤。由此可以逐步优化要制造的物体的结构，以用于取得优化的相互作用特性。
当这组相互作用参数值和各组现存相互作用参数值具有多于一个分量时，则优选在基于一种度量的情况下确定一组现存相互作用参数值与这组相互作用参数值的偏差，所述度量通过分量的加权、尤其是通过分量的在考虑了用户输入的情况下进行的加权确定。
当两个分别具有多个参数(分量)的参数组相互比较时，可能的是，不同的参数(分量)对于期望的表面特性应具有不同的重要性(即例如可以将斥水能力视作比摩擦阻力更重要)。通过引入相应适配的度量可以有针对性地提供控制指令，所述控制指令尤其是在视作重要的相互作用特性方面导致期望的值，但在较不重要的参数方面与想要的值具有较大的偏差。当不同的相互作用参数的加权在考虑了用户输入的情况下进行时，对于用户则能特别简单地操作这样的方法。以这种方式，所述方法非常灵活并且可以对用户的预给定进行响应。
优选地，相互作用参数组的分量包含用于至少一种以下相互作用参数的值：
-一种相互作用参数，其表征表面结构与对其环流的流体、尤其是水的相互作用、优选摩擦阻力和/或斥水能力和/或噪声生成，尤其是在预给定的层流的和/或湍流的环流中；
-一种表征表面触感的相互作用参数；
-一种表征表面反射性能的相互作用参数。
表面的斥水能力或更一般地可湿润性可以通过扩展参数表征。
按照本发明的预处理装置适用于实施用于提供用于生成式逐层构造装置的控制指令的方法，所述预处理装置至少包括：
-提供单元，其构成为用于提供输入数据，所述输入数据代表要制造的物体的至少一个部分表面，其中所述部分表面具有初始表面结构，所述初始表面结构通过一组初始结构参数值定义，所述初始结构参数值表征初始表面结构的几何形状；
-确定单元，所述确定单元在运行中确定一组与这组初始结构参数值不同的目标结构参数值；
-控制指令组生成单元，其在运行中生成控制指令组的控制指令，通过所述控制指令，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过这组目标结构参数值定义。
在按照本发明地提供了控制指令组的控制指令之后，按照本发明可以利用所述控制指令来操控生成式逐层构造装置，以用于制造物体。
用于实施生成式逐层构造方法的按照本发明的装置具有按照本发明的预处理装置和/或与按照本发明的预处理装置在信号技术上连接。
按照本发明的计算机可读存储介质具有一序列的指令，以便在预处理装置和/或用于实施生成式逐层构造方法的装置中实施按照本发明的方法。
附图说明
本发明的进一步扩展方案在从属权利要求中给出。在此，来自从属权利要求的以及再后的和在前的涉及按照本发明方法的描述的特征也可以用于进一步改进按照本发明的装置或预处理装置，或反之亦然，除非这被明确排除。
图1示出以激光烧结装置为例的生成式逐层构造装置的示意图；
图2示出在本发明的范围中按照第一实施方式的在为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令时的方法的示意图；
图3示出按照本发明的第一实施方式的在为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令时方法的示意图；
图4示意性示出按照本发明的第一实施方式的预处理装置的配置；
图5示出按照本发明的第二实施方式的在为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令时方法的示意图；
图6示出按照本发明的第二实施方式的用于为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令的方法的示意图；
图7示意性示出按照本发明的第二实施方式的预处理装置的配置；
图8示意性示出按照本发明的第二实施方式的确定单元的配置；
图9示出按照本发明的第二实施方式的一种变型的用于为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令的方法的示意图；
图10示出按照本发明的第二实施方式的一种变型的预处理装置的配置；
图11示意性示出按照本发明的第二实施方式的变型的确定单元的配置；
图12示出按照本发明的第四实施方式的在为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令时方法的示意图；
图13示出按照本发明的第四实施方式的用于为生成式逐层构造装置提供控制指令组的控制指令的方法的示意图；
图14示意性示出按照本发明的第四实施方式的预处理装置的配置；
图15示意性示出按照本发明的第四实施方式的确定单元的配置；
图16示意性示出按照本发明的第四实施方式的一种变型的确定单元的配置。
具体实施方式
为了描述按照本发明的方法，应首先在下面以激光烧结或熔化装置为例在参考图1的情况下描述按照本发明的生成式逐层构造装置。
为了构造物体3，激光烧结或激光熔化装置1包含具有腔壁4的处理腔或者说构造腔2。
在处理腔2中设有向上敞开的具有容器壁6的容器5。通过容器5的上面的开口定义了一个工作平面7，其中所述工作平面7的处于开口内的可以用于构造物体3的区域称为构造区8。
在容器5中设有能沿竖直方向V运动的托架10，在所述托架上安装有基板11，所述基板向下封闭容器5并且由此构成容器的底部。基板11可以是与托架10分开构成的、紧固在托架10上的板，或者所述基板可以与托架10整体地构成。根据所使用的粉末和工艺还可以在基板11上安装构造平台12作为构造底板，物体3在所述构造底板上构造。但物体3也可以构造在基板11本身上，所述基板于是用作构造底板。在图1中，所述在容器5中要在构造平台12上构成的物体3在工作平面7之下以具有多个固化层的中间状态示出，所述固化层由保持未固化的构造材料13包围。
激光烧结装置1此外包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状的构造材料15的储备容器14和能沿水平方向H运动的用于在构造区8内施加构造材料15的涂层器16。可选地，在处理腔2中设有辐射加热装置17，所述辐射加热装置用于对施加的构造材料15加热。作为辐射加热装置17例如可以设置红外线辐射器。
激光烧结装置1此外包含带有激光器21的照射装置20，所述激光器产生激光射束22，所述激光射束通过换向装置23换向并且通过聚焦装置24经由耦合窗25聚焦到工作平面7上，所述耦合窗在处理腔2的上侧面上安装在腔壁4中。
此外，激光烧结装置1包含控制机构29，通过所述控制机构以协调的方式控制所述装置1的各个组成部分，以用于实施构造过程。备选地，控制机构也可以部分地或完全地安装在所述装置外。控制机构可以包含CPU，所述CPU的运行通过计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述装置分开地存储在计算机可读存储介质上，计算机程序可以从所述计算机可读存储介质加载到所述装置、尤其是所述控制机构中。
所述控制机构29通过控制指令组操控，所述控制指令组此外包含如下数据，所述数据包含要制造的数量的物体的结构、尤其是物体的三维CAD层模型，所述CAD层模型具有关于在构造材料的每个要固化的层中物体的相应横截面的信息，并且所述控制指令组包含如下数据，所述数据确定在固化构造材料时准确的参数。尤其是所述数据包含关于在制造所述数量的物体时每个要固化的层的准确信息。控制指令组详细如何，在现有技术中已充分描述并且在这里不进一步阐述，因为这不是本发明的组成部分。
在运行中通过控制机构29，使托架10一层一层地下降，操控涂层器16以用于涂覆新的粉末层，并且操控换向装置23以及必要时甚至激光器21和/或聚焦装置24以用于借助激光器在对应于相应物体的位置上固化相应的层。
作为粉末状的构造材料可以使用所有对于激光烧结法或激光熔化法适合的粉末或粉末混合物。这样的粉末例如包括塑料粉末、如聚酰胺或聚苯乙烯、PAEK(聚芳乙醚酮)、弹性体、如PEBA(聚醚嵌段酰胺)、加塑料涂层的沙、陶瓷粉末或金属粉末、例如不锈钢粉末或其他与相应目的适配的金属粉末、尤其是合金。
按照本发明的生成式逐层构造装置附加地还包含预处理装置100，进一步在下面描述该预处理装置。该预处理装置100提供用于控制指令组的控制指令，控制机构29在实施物体的制造过程时基于所述控制指令组。
除了激光烧结之外，由本发明涵盖的生成式逐层构造方法也还包括激光熔化法、掩膜法、3D打印法、光固化立体造型法等，在所述掩膜法中掩膜用于选择性地固化材料层。如果所述方法不是激光烧结法或激光熔化法的话，以上示例性描述的生成式逐层构造装置当然具有另外的由现有技术已知的配置。同样用于激光烧结法或激光熔化法的按照本发明的生成式逐层构造装置也具有相对于以上描述的示例在设备方面的变型，只要存在进一步在下面所要描述的预处理装置100，所述预处理装置也可以是控制机构29的组成部分。
在物体逐层地由构造材料制造的生成式制造方法中，首先存在要制造的物体的计算机辅助模型(CAD模型)。该CAD模型也包含要制造的物体的表面的几何数据并且必要时也包含关于在物体内部的可能的点阵结构(Gitterstruktur)的几何信息。用于控制机构29的控制指令组给控制机构29在参考要制造的物体的计算机辅助模型(CAD模型)的情况下针对选择性要固化的层中的每个点提供如下特定信息，即，固化应如何进行。在激光烧结法或激光熔化法的情况下，这例如包含关于激光强度、激光射束直径、层的各个点的固化次序、激光射束在层的要固化的区域的轮廓上可能的偏移(激光射束偏移：beam offset)等的信息。
本发明的构思以其最一般的形式在于，不仅仅这样尽可能精确地制造预给定的物体，所述物体通过其构型以及表面结构来表征。更确切地说，与物体的构型无关地确定表面结构。如已经在开头提及的，物体表面的与其环境的相互作用特性显著依赖于表面的结构(表面构造)。按照本发明由此可能的是，通过预给定一种不同的表面结构，给物体赋予全新的、迄今为止尚未已知的特性。
第一实施例
在下面参考图2至4描述本发明的第一实施例。在这里图4示意性示出用于生成式逐层构造装置的按照本发明的预处理装置并且图3示出按照本发明的方法的流程。
如在图2中阐明的，给设计用于电子数据处理的预处理装置100传送(在示例中圆柱形的)要制造的物体的CAD数据(图3中的步骤S1)。如在图4中示出的，在预处理装置100中由提供单元101接收所述数据。必要时描述表面或仅表面一部分的CAD数据也是足够的。
所述描述物体的(部分)表面的CAD数据也包含用于描述物体的(部分)表面的初始表面结构的初始结构参数值201，即用于如下几何参数的值，借助所述几何参数来描述(部分)表面的结构。如在图2中示出的，给预处理装置100附加地还传送一组优选结构参数值202，所述优选结构参数值是如下几何参数的值，借助所述几何参数来描述物体的(部分)表面的期望结构。这组优选结构参数值例如可以由用户通过输入接口通知给预处理装置100亦或已经存储在存储器、优选数据库中，从所述存储器、优选数据库输送数据给预处理装置100。
按照第一实施例，在预处理装置100中，确定单元102为物体的(部分)表面分配这组优选结构参数值202以代替初始结构参数值，其方式为相应修改物体的CAD数据。由此所述优选结构参数值202确定为用于要制造的物体的(部分)表面的表面结构的目标结构参数值203(图3中的步骤S2)。随后，控制指令组生成单元104生成用于控制指令组的控制指令，通过所述控制指令组，物体的(部分)表面能借助生成式逐层构造装置以这组目标结构参数值203制造(图3中的步骤S4)。就此而言，生成不仅表示整个控制指令组的从头新建。更确切地说对此也指的是，利用这组目标结构参数值203对用于制造物体的已经存在的控制指令组的修改或者仅提供如下信息(控制指令)，所述信息对于以这组目标结构参数值203表征的表面结构的几何描述是必需的。
具体地在第一实施例中可设想，实现具有特地预给定的防污表面的高尔夫球，亦或为由水上运动已知的鳍体设置作为期望结构而预给定的“高尔夫球结构”，由此所述鳍体可以在飞行器中使用。
按照第一实施例的方法使得可能，可以制造具有通过一组优选结构参数值预给定的期望表面结构的物体，而不是具有初始表面结构的物体。由此可以通过预给定期望表面结构而与物体的构型和材料无关地调节物体与其环境的期望的相互作用特性。
第二实施例
在下面参考图5至8描述本发明的第二实施例。在这里图7和图8示意性示出按照第二实施例的预处理装置500和在所述预处理装置中确定单元122的配置并且图6示出按照第二实施例的方法的流程。在下面仅描述与第一实施例的区别。
如在图5中阐明的，按照第二实施例，以与在第一实施例中相同的方式给预处理装置500传送(在示例中也是圆柱形的)要制造的物体的CAD数据(图6中的步骤S1)。以与在第一实施例中相同的方式在预处理装置500中由提供单元101接收所述数据。如在第一实施例中那样，必要时描述表面或仅表面一部分的CAD数据也是足够的。
所述描述物体的(部分)表面的CAD数据也包含用于描述物体的表面结构的初始结构参数值501，即用于如下几何参数的值，借助所述几何参数来描述(部分)表面的初始表面结构。如在图5中示出的，给预处理装置500附加地也传送一组优选结构参数值502，所述优选结构参数值是如下几何参数的值，借助所述几何参数来描述物体的(部分)表面的期望结构。这组优选结构参数值例如可以由用户通过输入接口通知给预处理装置100，亦或已经存储在存储器、优选数据库中，从所述存储器、优选数据库输送数据给预处理装置500。
不同于第一实施例，按照第二实施例，目标结构参数值的确定通过具有在图8中示出的配置的确定单元122实现。在此，所述确定单元包含数据库124，在所述数据库中不同组现存结构参数值2021分别配设有一个现存控制指令组2041，所述现存控制指令组用于生成相应组的现存结构参数值2021。
此外，确定单元122包含比较单元131，所述比较单元将这组优选结构参数值502与不同组现存结构参数值2021进行比较(图6中的步骤S31)。优选地，在此这组优选结构参数值502的优选结构参数的数量和类型与一组现存结构参数值2021的现存结构参数的数量和类型相同。通过所述比较，确定单元122确定与这组优选结构参数值502具有最小偏差的那组现存结构参数值2021，并且确定所述那组现存结构参数值2021作为目标结构参数值503的组。
在图6的步骤S40中，最后由在图7中示出的控制指令组生成单元504提供用于控制指令组的控制指令，其方式为将在数据库124中配设给这组目标结构参数值503(亦即所确定的那组现存结构参数值2021)的现存控制指令组2041要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组2041仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于以这组目标结构参数值503表征的表面结构的几何描述的信息，则提供所述那些现存控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
数据库的内容是先前试验序列的结果，其中借助多次试验建立起不同组合的结构参数组和控制指令组之间的关系。所述控制指令组在此配设给完全确定类型的生成式逐层构造装置，可能仅仅配设给确定的构造型式。在特殊情况下，数据库可以包含用于完全确定的特定的逐层构造装置的控制指令组。
按照第二实施例的方法使得可能，将通过一组优选结构参数值为物体预给定的期望结构(所述期望结构可能利用生成式逐层构造装置只能以降低的质量实现)自动地通过尽可能接近期望结构、但能以高的质量实现的结构代替。
第二实施例的变型
第二实施例的变型在下面以用于水上运动器材、例如冲浪板的要制造的鳍体为例进行描述。在这里，图10和图11示意性示出按照第二实施例的变型的预处理装置500a和确定单元122a的配置并且图9示出按照第二实施例的变型的方法的流程。
在第二实施例的变型中，用于借助生成式逐层构造装置制造物体、在这里鳍体的用于控制指令组的控制指令基于物体表面与其环境的、在这里鳍体在水中使用时与水的相互作用特性确定，其中给物体、在这里鳍体的表面的至少一部分通过一组优选结构参数值502预给定期望结构。为简单起见，在这里作为相互作用参数仅涉及摩擦阻力(剪切应力阻力)和斥水能力。在摩擦阻力中还必须添加，出于比较目的必须准确地定义在表面上发生哪种类型的流动(层流和/或湍流)。然而因为定义的类型对于本发明来说是不重要的，所以对此也不进一步研究。
首先由提供单元101在预处理装置500a中接收要制造的鳍体的CAD数据(图9中的步骤S1)。必要时描述表面的CAD数据也是足够的。
在第二实施例的变型中，预处理装置500a包含代替确定单元122的其配置在图11中示出的确定单元122a。所述确定单元122a包含相互作用参数确定单元132，所述相互作用参数确定单元这样设计，使得其为通过这组优选结构参数值502预给定的期望结构确定一组相互作用参数值，这组相互作用参数值表征期望结构与环境的相互作用、在这里鳍体与水的相互作用(图9中的步骤S21)。在本示例中，这组相互作用参数包含摩擦阻力和斥水能力。
此外，在确定单元122a中存在数据库124a，在所述数据库中不同组现存相互作用参数值2021a分别配设有一个用于生成如下表面结构的现存控制指令组2041a，所述表面结构由相应组的现存相互作用参数值2021表征。
此外，确定单元122a包含比较单元131a，所述比较单元将由相互作用参数确定单元132所确定的这组相互作用参数值与不同组现存相互作用参数值2021a进行比较(图9中的步骤S31a)。为了能使这样的比较简单，由相互作用参数确定单元132所确定的这组相互作用参数值的相互作用参数的数量和类型应优选与一组现存相互作用参数值2021a的现存相互作用参数的数量和类型相同。通过所述比较，确定单元122a确定如下那组现存相互作用参数值2021a，所述那组现存相互作用参数值与由相互作用参数确定单元132所确定的这组相互作用参数值具有最小偏差。能通过配设的现存控制指令组2041a制造的(部分)表面于是自动地具有如下表面结构，所述表面结构类似于第二实施例隐含地通过一组目标结构参数值来表征，这组目标结构参数值隐含地通过确定如下那组现存相互作用参数值2021a来确定，所述那组现存相互作用参数值与由相互作用参数确定单元132所确定的这组相互作用参数值具有最小偏差。
在图9中的步骤S41中，最后由在图10中示出的控制指令组生成单元504生成用于控制指令组的控制指令，其方式为将在数据库124a中配设给具有最小偏差的那组现存相互作用参数值2021a的现存控制指令组2041a要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组2041a仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于以这组目标结构参数值表征的表面结构的几何描述的信息，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
如刚才提及的，存储在数据库中的现存控制指令组2041a可以是用于制造物体的完整的控制指令组，亦或仅是相应的控制指令组的一部分。
数据库124a的内容是先前试验序列的结果，在这些试验序列中借助多次试验建立起不同组合的相互作用参数组和控制指令组之间的关系。所述控制指令组在此配设给完全确定类型的生成式逐层构造装置，可能仅仅配设给确定的构造型式。在特殊情况下，数据库可以包含用于完全确定的特定的逐层构造装置的控制指令组。
按照第二实施例的变型的方法使得可能将通过一组优选结构参数值为物体预给定的期望结构(所述期望结构可能利用生成式逐层构造装置只能以降低的质量实现)自动地通过就其相互作用特性方面尽可能接近期望结构、但能以高的质量实现的结构代替。
为了通过相互作用参数确定单元132给通过这组优选结构参数值502预给定的期望结构确定一组相互作用参数值，该确定单元可以基于基本的流体力学关系来实施计算、尤其是仿真，其中假定水的确定的流动性能。但同样也可能的是，将配设给一组优选结构参数值502的一组相互作用参数值连同这组优选结构参数值502一起传送给预处理装置500a。尤其是这组相互作用参数值也可以通过用户输入提供。
第三实施例
第三实施例类似于第二实施例，然而与其区别在于，仅将描述物体的(部分)表面的CAD数据输送给预处理装置，而不是一组优选结构参数值，借助所述优选结构参数值描述物体的(部分)表面的期望结构。在此，按照第三实施例的方法的流程与在图6中示出的方法流程的区别在于，在步骤S31中不发生一组优选结构参数值502与不同组现存结构参数值2021的比较，而是包含在描述物体的(部分)表面的CAD数据中的这组初始结构参数值501与不同组现存结构参数值2021的比较。
通过所述比较，确定单元122于是确定与这组初始结构参数值501具有最小偏差的那组现存结构参数值2021并且确定所述那组现存结构参数值2021作为目标结构参数值503的组。
按照第三实施例的方法使得可能将通过一组初始结构参数值为物体最初预给定的初始结构(所述初始结构可能利用生成式逐层构造装置只能以降低的质量实现)自动地通过尽可能接近初始结构、但能以高的质量实现的结构代替。
第三实施例的变型
第三实施例的变型类似于第二实施例的变型，然而与其的区别在于，仅将描述物体的(部分)表面的CAD数据输送给预处理装置，而不是一组优选结构参数值，借助所述优选结构参数值描述物体的(部分)表面的期望结构。
在第三实施例的变型中相互作用参数确定单元132这样设计，使得其为通过这组初始结构参数值501预给定的初始结构确定一组相互作用参数值，这组相互作用参数值表征初始结构与环境的相互作用。在其他方面，所述方法和所使用的装置与第二实施例的变型相同。
按照第三实施例的变型的方法使得可能将通过一组初始结构参数值为物体预给定的初始结构(所述初始结构可能利用生成式逐层构造装置只能以降低的质量实现)自动地通过在其相互作用特性方面尽可能接近初始结构、但能以高的质量实现的结构代替。
第四实施例
在下面参考图12至15描述本发明的第四实施例。在这里，图14和图15示意性示出按照第四实施例的预处理装置600和确定单元122b的配置并且图13示出按照第四实施例的方法的流程。在下面仅描述与第二实施例的变型的区别。
如在图12中阐明的，按照第四实施例，以与在第二实施例的变型中相同的方式给预处理装置600传送(在示例中也是圆柱形的)要制造的物体的CAD数据(图13中的步骤S1)，所述CAD数据也包含一组结构参数值601，所述结构参数值描述初始表面结构。以与在第二实施例的变型中相同的方式，在预处理装置600中由提供单元101接收所述数据。如在第二实施例的变型中，必要时描述表面或仅表面一部分的CAD数据也是足够的。
不同于第二实施例的变型，在第四实施例中给预处理装置不是传送一组优选结构参数值502，所述优选结构参数值是几何参数的值，借助所述几何参数描述物体的(部分)表面的期望结构。取而代之给预处理装置输送一组优选相互作用参数值605，这组优选相互作用参数值表征物体的通过CAD数据描述的(部分)表面与环境的期望的相互作用。这组优选相互作用参数值605例如可以由用户通过输入接口通知给预处理装置600，亦或已经存储在存储器、优选数据库中，从所述存储器、优选数据库中给预处理装置600输送数据。
在第四实施例中，预处理装置600包含代替确定单元122a的其配置在图15中示出的确定单元122b。确定单元122b不包含相互作用参数确定单元132。代替比较单元131a，确定单元122b包含如下比较单元131b，该比较单元将这组优选相互作用参数值605与存储在数据库124a中的不同组现存相互作用参数值2021a进行比较(图13中的步骤S31b)，所述确定单元在其他方面具有与第二实施例的变型中相同的配置。通过所述比较，确定单元122b确定与这组优选相互作用参数值605具有最小偏差的那组现存相互作用参数值2021a。能通过配设的现存控制指令组2041a制造的(部分)表面于是自动地具有如下目标结构参数值603，对于所述目标结构参数值，(部分)表面与环境的相互作用特性尽可能接近通过这组优选相互作用参数值605预给定的相互作用特性。
在图13的步骤S41中，最后由在图14中示出的控制指令组生成单元504生成用于控制指令组的控制指令，其方式为将在数据库124a中配设给具有最小偏差的那组现存相互作用参数值2021a的现存控制指令组2041a要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组2041a仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于以这组目标结构参数值表征的表面结构的几何描述的信息，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
因此所述存储在数据库中的现存控制指令组2041a又可以是用于制造物体的完整的控制指令组，亦或仅是相应的控制指令组的一部分。
按照第四实施例的方法使得可能预给定物体与其环境的相互作用特性并且这样实现物体，使得其具有这些相互作用特性。
第四实施例的变型
在第四实施例的变型中，确定单元122c具有在图16中示出的配置。确定单元122c包含结构参数确定单元132c，所述结构参数确定单元为这组优选相互作用参数值605确定一组结构参数值，这组结构参数值具有如下表面，所述表面具有通过这组优选相互作用参数值605详细说明的相互作用特性。在此，所述确定单元包含数据库124，在所述数据库中不同组现存结构参数值2021分别配设有一个现存控制指令组2041，所述现存控制指令组2041用于生成相应组的现存结构参数值2021。
此外，确定单元122c包含比较单元131c，所述比较单元将由结构参数确定单元132c所确定的这组结构参数值与不同组现存结构参数值2021进行比较。优选地，在此现存结构参数的数量和类型与由结构参数确定单元132c所确定的结构参数的数量和类型相同。通过所述比较，确定单元122c确定与由结构参数确定单元132c所确定的这组结构参数值具有最小偏差的那组现存结构参数值2021，并且确定所述那组现存结构参数值2021作为目标结构参数值的组。
除了在上述的实施例连同变型中已经提及的摩擦阻力(剪切应力阻力)和斥水能力之外，还可能是其他相互作用参数，所述其他相互作用参数表征表面结构与对其环流的流体的相互作用、例如在物体的预给定的环流条件下出现的噪声生成。但相互作用参数此外也可以涉及其他类型的与环境的相互作用。
不同的表面结构导致在接触相应的表面时不同的触觉感受。因此可以引入触觉的相互作用参数，所述相互作用参数相应地可以具有用于特性、如“软”、“粗糙”、“有沟纹”等的值，其方式为对于各个参数(柔软度、粗糙度等)的区别度的大小引入数值尺度，通过所述数值尺度能进行比较。另一个示例是不同的表面结构的光学性能、尤其是光反射的类型以及方式。在这里也可以定义用于相互作用参数的相应的值。
还应提及，在本发明中从如下事实出发，即，每个物体表面具有某一种类型的结构。如果没有通过明确地给定一组结构参数值来描述表面，则一组结构参数值也可以隐含地包含在描述物体表面的CAD数据中。
在所有描述的实施例连同变型中，提供通过预处理装置所提供的用于控制指令组的控制指令(所述控制指令组也可以是存在的控制指令组的变型)，以用于在利用生成式逐层构造装置实施生成式逐层构造方法时使用。当由预处理装置没有提供完整的控制指令组，而是仅提供其的一部分时，基于所述部分产生控制指令组对于本领域技术人员是熟悉的并且因此不进一步阐述。
此外，在所有实施方式和其变型中，可以将描述物体的(部分)表面并且例如来源于CAD设计系统的数据要么通过网络输送给预处理装置、要么通过移动数据载体读入预处理装置中。尤其是预处理装置也可以是CAD设计系统的组成部分。在后一种情况下，预处理装置于是可以简单地访问设计系统内的数据的存储空间。
在以上的实施例和其变型中提及的数据库124和124a分别可以是存储装置和/或存储器访问系统，所述存储器访问系统管理数据库记录，所述数据库记录存在于一个或多个存储装置上，所述存储装置也可以物理上与相应的确定单元分开(例如仅与相应的确定单元在信号技术上连接、尤其是通过网络连接)。
在描述的实施例和其变型中，将所述参数组相互比较，以便确定两个参数组的偏差(差别)U。当分别具有多于一个分量K的两个参数组相互比较时，原则上不同的处理方式是可能的，以便定义两个参数组的相似性的大小。一种可能性是，将两个参数组的差别U通过如下方程式定义：
其中ΔK1，ΔKj和ΔKn给出第一和第二参数组之间的第一、第j个或第n个分量之间的区别(其中假定，参数组分别具有n个分量(即相互作用参数)，因此在上述总和中j取2和n-1之间的值。
因此在具有两个相互作用参数的示例情况下
但同样好地，两个参数组之间的差别也可以简单地通过各个分量的差别的绝对值的总和以如下意义进行定义：
U＝|ΔKl|+...+|ΔKj|+...+|ΔKn| (2)。
但详细地选择参数组之间的距离定义的类型对于本发明的构思不重要。
两个参数组的比较的类型和方式可以大体借助矢量空间来定义。如果将第一参数组P1和第二参数组P2i分别视为矢量空间中的参数矢量，其中矢量空间的维度相当于参数矢量的分量的数量，则第一参数组P1相对于第二参数组P2i的差别相当于在矢量空间中所述两个参数矢量P1和P2i之间的距离。现在怎样定义两个参数矢量或参数组的距离，取决于分别所基于的度量，借助所述度量来定义在矢量空间中的距离或差别。为了确定度量在此存在多种可能性，其中方程式(1)和(2)仅描述了特殊情况。
上述的矢量空间概念就其一般性方面可以特别好地按照软件实现并且允许以简单的方式修改两个参数组的差别确定的类型和方式，其方式为简单地基于期望的矢量空间度量。
在确定参数组或参数矢量之间的差别时可能出现如下情况，即尽可能好的一致性在一些分量中比在其他分量中更重要。然而为了使比较成为可能，可以为各个分量定义加权因子Wj。上述的方程式(1)和(2)于是得出如下方程式：
或
U＝w1·|DK1|+...+wj·|ΔKj|+...+Wn·|ΔKn| (2′)。
因此，如果例如在方程式(1')中并且n相当于2的情况下第二分量K2(例如斥水能力)较不重要，则例如明显较大地选择加权因子W1、例如选择为0.9，而加权因子W2选择为明显小于加权因子W1、例如选择为0.1。在矢量空间模型中会将加权因子引入到所基于的度量的定义中。用于各个相互作用参数的加权因子可以要么存储在预处理装置中，要么也可以直接由用户在输入端上详细说明。
在第二和第三实施例的上述变型的一种特别的实施方式中，确定单元在对各现存相互作用参数值进行比较之前实施由相互作用参数确定单元所确定的这组相互作用参数的至少一些相互作用参数(即分量)的优化。在此，一些或所有相互作用参数修改成较优选的值。对于所述修改，确定单元可以采用用户输入，通过所述用户输入给至少一些相互作用参数预给定明确的值。备选地，确定单元可以基于自动优化算法实施对所确定的相互作用参数的修改。
对于自动优化运算首先需要定义，应以何种方式优化。例如可以预给定，一些相互作用参数应倾向于放大或减小(例如较大的摩擦阻力和较小的斥水能力)。但对于自动优化适合的是，在优化时按照如下进行：
所确定的这组相互作用参数视为在与这组相互作用参数的分量的数量相同维度的矢量空间中的参数矢量。在该矢量空间中确定优先标准，所述优先标准确定参数矢量的长度。所述长度于是相当于优先因子。优化算法现在可以这样改变所确定的这组相互作用参数的分量，使得产生较高的优先因子。
可以通过在确定优先标准时所考虑的加权因子来考虑不同的相互作用参数的不同的重要性。所述加权因子(例如参数矢量的各个分量要与所述加权因子相乘)可以通过用户输入确定，亦或用户甚至可以输入：优化算法应基于哪个(必要时提前定义的)优先标准。
所述的处理方式以数学上一般的方式描述，可以如何自动优化一组相互作用参数。所描述的借助矢量空间中的参数矢量的处理方式不局限于，明确地定义参数矢量和矢量空间。一种方法——其中仅使各个相互作用参数最大化或最小化——也最终隐含地与在矢量空间中标准的确定没有不同。如果例如应使剪切应力阻力最小化并且使斥水能力最大化，则会设置相应的标准，即，单独斥水能力的值的大小确定优先因子并且由此确定矢量空间中的参数矢量的长度。
相互作用参数的优化可以不仅在确定控制指令组之前，而且附加或备选地也在确定控制指令组之后发生。当实际上利用所选择的控制指令组可实现的相互作用参数与力求的相互作用参数偏离时，则预处理装置例如可以检测，配设给所选择的控制指令组的一组相互作用参数的(一个、多个或所有)分量的参数值是处于还是不处于接受范围内。如果不处于接受范围内，则可以实施优化过程，通过所述优化过程再次稍微地修改参数值并且使所述参数值作为这组相互作用参数的分量再次经受比较和确定步骤。
备选和/或附加地，配设给首先所选择的控制指令组的这组相互作用参数的分量(参数值)为用户显示在显示装置上，紧接着所述用户可以决定，所述参数值是可接受的还是应实施如上所述的优化。
已经在一些地方提及的加权因子原则上也可以取值为零，以便表达：哪些相互作用参数是不相关的。
尽管以上经常提到一个物体的制造，但所有表达以相同的方式也适用于在生成式逐层构造装置中多个物体的并行制造。尤其是提及的(部分)表面可以包含多个物体的(部分)表面。
最后还应提及，预处理装置的各个组件101至104或可以借助硬件实现或可以作为单纯的软件模块或作为硬件和软件的混合体存在。此外，预处理装置的各个组件也可以空间上彼此分开地存在，只要所述组件之间的数据交换是可能的。尤其是接口不是必须强制性地构成为硬件组件，而是也可以实现为软件模块，例如当由此所输入的或输出的数据可以由已经在相同的设备上实现的其他组件承担或只能按照软件传送到其他组件上时。同样地，接口可以包括硬件和软件组件、例如标准硬件接口，所述标准硬件接口通过针对具体的使用目的的软件专门配置。此外，多个接口也可以组合在共同的接口、例如输入-输出-接口中。

Claims (16)

1.一种计算机辅助的方法，所述方法用于提供控制指令组的控制指令，以用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体，至少包括以下步骤：
-提供输入数据的步骤(S1)，所述输入数据代表要制造的物体的至少一个部分表面，其中所述部分表面具有初始表面结构，所述初始表面结构通过一组初始结构参数值(201、501、601)定义，所述初始结构参数值表征初始表面结构的几何形状；
-确定一组与这组初始结构参数值不同的目标结构参数值(203、503、603)的步骤(S2、S31、S31a、S31b)；以及
-生成控制指令组的控制指令的步骤(S4、S40、S41)，通过所述控制指令，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过这组目标结构参数值(203、503、603)定义。
2.按照权利要求1所述的计算机辅助的方法，其中，将一组优选结构参数值(202、502)作为输入数据的一部分提供，所述优选结构参数值表征部分表面的优选表面结构。
3.按照权利要求2所述的计算机辅助的方法，其中，将这组优选结构参数值(202)确定为目标结构参数值(203)的组。
4.按照权利要求2所述的计算机辅助的方法，包括：
-将这组优选结构参数值(502)与不同组现存结构参数值(2021)进行比较并且确定与这组优选结构参数值(502)具有最小偏差的那组现存结构参数值(2021)的步骤(S31)，
其中为所述现存结构参数值(2021)的各组中的每个组配设生成式逐层构造装置的一个现存控制指令组(2041)，通过所述现存控制指令组，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过所属的那组现存结构参数值(2021)定义；
-生成用于控制指令组的控制指令的步骤(S40)，其方式为，将配设给在比较步骤(S31)中所确定的具有最小偏差的那组现存结构参数值(2021)的所述现存控制指令组(2041)要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组(2041)仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于通过所确定的那组现存结构参数值(2021)表征的表面结构的几何描述的信息，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
5.按照权利要求1或2所述的计算机辅助的方法，其中，通过如下步骤确定这组目标结构参数值(503)并且生成用于控制指令组的控制指令：
-确定一组具有多个分量的相互作用参数值的步骤(S21)，其中每个所述分量分配有针对一种相互作用参数的值并且一种相互作用参数表征要制造的物体的所述至少一个部分表面与其环境的一种相互作用；
-将这组相互作用参数值与不同组现存相互作用参数值(2021a)进行比较并且确定与这组相互作用参数值具有最小偏差的那组现存相互作用参数值(2021a)的步骤(S31a)，
其中所述现存相互作用参数值(2021a)的各组中的每个组配设有一组结构参数值，
其中所述现存相互作用参数值(2021a)的各组中的每个组配设有生成式逐层构造装置的一个现存控制指令组(2041a)，通过所述现存控制指令组，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过配设给所述那组现存相互作用参数值(2021a)的这组结构参数值定义；
-生成用于控制指令组的控制指令的步骤(S41)，其方式为，将配设给在比较步骤(S31a)中所确定的具有最小偏差的那组现存相互作用参数值(2021a)的所述现存控制指令组(2041a)要么确定为用于制造物体的控制指令组，要么如果所述现存控制指令组(2041a)仅包含如下那些控制指令，所述那些控制指令包含关于通过如下那组结构参数值表征的表面结构的几何描述的信息，所述那组结构参数值配设给在比较步骤(S31a)中所确定的那组现存相互作用参数值(2021a)，则提供所述那些控制指令用于集成到完整的控制指令组中。
6.按照权利要求5所述的计算机辅助的方法，其中，在确定一组相互作用参数值的步骤(S21)中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量分配相互作用参数，所述相互作用参数优选通过仿真对于初始表面结构与其环境的相互作用确定。
7.按照权利要求5所述的计算机辅助的方法，其中，在确定一组相互作用参数值的步骤(S21)中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量分配相互作用参数，所述相互作用参数优选通过仿真对于优选表面结构与其环境的相互作用确定。
8.按照权利要求5所述的计算机辅助的方法，其中，为这组相互作用参数值的分量、优选所有分量通过用户输入分配相互作用参数(605)。
9.按照权利要求5至8之一所述的计算机辅助的方法，其中，这组相互作用参数值在与各组现存相互作用参数值(2021a)进行比较之前经受基于用户输入的和/或自动优化算法的优化运算。
10.按照权利要求5至9之一所述的计算机辅助的方法，其中，在确定与这组相互作用参数值具有最小偏差的那组现存相互作用参数值(2021a)之后，使所确定的那组现存相互作用参数值(2021a)经受基于用户输入的和/或自动优化算法的优化运算并且利用得到的这组相互作用参数值再次进行比较步骤(S31a)。
11.按照权利要求5至10之一所述的计算机辅助的方法，其中，这组相互作用参数值和各组现存相互作用参数值具有多于一个分量并且在基于一种度量的情况下确定一组现存相互作用参数值与这组相互作用参数值的偏差，所述度量通过分量的加权、尤其是通过分量的在考虑了用户输入的情况下进行的加权确定。
12.按照权利要求5至11之一所述的计算机辅助的方法，其中，相互作用参数组的分量包含用于至少一种以下相互作用参数的值：
-一种相互作用参数，所述相互作用参数表征表面结构与对其环流的流体、尤其是水的相互作用、优选摩擦阻力和/或斥水能力和/或噪声生成，尤其是在预给定的层流的和/或湍流的环流中，
-一种表征表面触感的相互作用参数，
-一种表征表面反射性能的相互作用参数。
13.预处理装置，所述预处理装置适用于实施用于提供用于生成式逐层构造装置的控制指令的方法，至少包括：
-提供单元(101)，其构成为用于提供输入数据，所述输入数据代表要制造的物体的至少一个部分表面，其中所述部分表面具有初始表面结构，所述初始表面结构通过一组初始结构参数值(201、501、601)定义，所述初始结构参数值表征初始表面结构的几何形状；
-确定单元(102、122、122a、122b、122c)，所述确定单元在运行中确定一组与这组初始结构参数值不同的目标结构参数值(203、503、603)；
-控制指令组生成单元(104、504)，其在运行中生成控制指令组的控制指令，通过所述控制指令，所述部分表面能借助生成式逐层构造装置制造成具有如下表面结构，所述表面结构通过这组目标结构参数值(203、503、603)定义。
14.用于借助生成式逐层构造装置制造三维物体的方法，至少包括以下步骤：
-利用按照权利要求1至12之一所述的方法提供控制指令组的控制指令并且
-在基于所提供的控制指令的情况下借助生成式逐层构造装置制造三维物体。
15.用于实施生成式逐层构造方法的装置，所述装置具有按照权利要求13所述的预处理装置和/或与按照权利要求13所述的预处理装置在信号技术上连接。
16.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有一序列的指令，以便在按照权利要求13所述的预处理装置和/或在按照权利要求15所述的装置中实施按照权利要求1至12之一所述的方法。
CN201710440378.7A 2016-06-14 2017-06-13 用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置 Active CN107506510B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016210538.8 2016-06-14
DE102016210538.8A DE102016210538A1 (de) 2016-06-14 2016-06-14 Verfahren und Vorrichtung zum Fertigen von Objekten mit verbesserter Oberflächenbeschaffenheit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107506510A true CN107506510A (zh) 2017-12-22
CN107506510B CN107506510B (zh) 2023-06-30

Family

ID=59070476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710440378.7A Active CN107506510B (zh) 2016-06-14 2017-06-13 用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10671664B2 (zh)
EP (1) EP3257606B1 (zh)
CN (1) CN107506510B (zh)
DE (1) DE102016210538A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112512729A (zh) * 2018-06-12 2021-03-16 西门子股份公司 用于确定针对增材制造方法的构造规范的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11079739B2 (en) * 2019-02-25 2021-08-03 General Electric Company Transfer learning/dictionary generation and usage for tailored part parameter generation from coupon builds

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120053716A1 (en) * 2010-02-24 2012-03-01 Disney Enterprises, Inc. Design and fabrication of materials with desired characteristics from base materials having determined characteristics
US20140255647A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-11 Stratasys, Inc. Three-dimensional parts having interconnected hollow patterns, and method for generating and printing thereof
US20140279177A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Fathom, Inc. Systems and methods for providing price quotes for 3d objects
CN104754972A (zh) * 2012-10-22 2015-07-01 奥斯塔尔公司 定制的鞋纹理和鞋部分
US20150324490A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Autodesk, Inc. User specific design customization for 3d printing
CN105431791A (zh) * 2013-07-01 2016-03-23 Eos有限公司电镀光纤系统 用于制造三维物体的方法
US20160096318A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 Disney Enterprises, Inc. Three dimensional (3d) printer system and method for printing 3d objects with user-defined material parameters
US20160133049A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 Autodesk, Inc. Generative modeling framework for deferred geometry generation

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100501818B1 (ko) * 2000-10-19 2005-07-20 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 아연도금 강판 및 그 제조방법과 프레스 성형품의 제조방법
GB0208909D0 (en) * 2002-04-18 2002-05-29 Canon Europa Nv Three-dimensional computer modelling
KR20090037967A (ko) * 2004-03-03 2009-04-16 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 자세 추정 방법 및 시스템, 자세 추정 및 대조 방법 및 시스템, 물체 자세 조명 추정 방법 및 시스템, 물체 조명 추정 방법 및 시스템, 대조 시스템, 물체 상위도 계산 방법, 물체 대조 방법, 및 이들을 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체
US8433128B2 (en) * 2008-11-04 2013-04-30 Omron Corporation Method of creating three-dimensional model and object recognizing device
US20130053995A1 (en) * 2011-08-25 2013-02-28 Konica Minolta Business Technologies, Inc. Three-dimensional object molding apparatus and control program
WO2013148369A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Erdman Arthur G Virtual design
US9626142B2 (en) * 2013-08-05 2017-04-18 Makerbot Industries, Llc Automated model selection
US9873229B2 (en) * 2013-11-21 2018-01-23 Hankookin, Inc. Three-dimensional object development
US10022915B2 (en) * 2015-03-16 2018-07-17 International Business Machines Corporation Establishing surface parameters while printing a three-dimensional object from a digital model

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120053716A1 (en) * 2010-02-24 2012-03-01 Disney Enterprises, Inc. Design and fabrication of materials with desired characteristics from base materials having determined characteristics
CN104754972A (zh) * 2012-10-22 2015-07-01 奥斯塔尔公司 定制的鞋纹理和鞋部分
US20140255647A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-11 Stratasys, Inc. Three-dimensional parts having interconnected hollow patterns, and method for generating and printing thereof
US20140279177A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Fathom, Inc. Systems and methods for providing price quotes for 3d objects
CN105431791A (zh) * 2013-07-01 2016-03-23 Eos有限公司电镀光纤系统 用于制造三维物体的方法
US20150324490A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Autodesk, Inc. User specific design customization for 3d printing
US20160096318A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 Disney Enterprises, Inc. Three dimensional (3d) printer system and method for printing 3d objects with user-defined material parameters
US20160133049A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 Autodesk, Inc. Generative modeling framework for deferred geometry generation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112512729A (zh) * 2018-06-12 2021-03-16 西门子股份公司 用于确定针对增材制造方法的构造规范的方法
US11733678B2 (en) 2018-06-12 2023-08-22 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining building instructions for an additive manufacturing method, method for generating a database with correction measures for controlling the process of an additive manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
EP3257606A1 (de) 2017-12-20
US20170357671A1 (en) 2017-12-14
CN107506510B (zh) 2023-06-30
US10671664B2 (en) 2020-06-02
EP3257606B1 (de) 2021-09-15
DE102016210538A1 (de) 2017-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vaneker et al. Design for additive manufacturing: Framework and methodology
Guo et al. Model building and slicing in food 3D printing processes: a review
Zhang et al. Additive manufacturing of functionally graded material objects: a review
JP6730440B2 (ja) ３ｄ距離フィールドを用いる３ｄ印刷のためのｇｐｕ材料指定
CN105711102B (zh) 一种基于费马尔螺旋线的3d打印路径规划方法
KR101196087B1 (ko) ３차원 객체 생성을 위한 트랜잭션 방법
Zhou et al. Modeling and processing of functionally graded materials for rapid prototyping
WO2018213334A1 (en) Systems and methods for determining tool paths in three-dimensional printing
JP2004506515A (ja) 鋳造／成形課程用の熱流れシミュレーション
EP3246107A1 (en) Method of investment casting using additive manufacturing
CN107506510A (zh) 用于制造具有改善的表面特性的物体的方法和装置
CN107211071A (zh) 在三维物体中组合结构
CN107530973A (zh) 用于三维对象的处理对象部件数据
Ullah et al. A system for designing and 3D printing of porous structures
Grigolato et al. Design and manufacturing of graded density components by material extrusion technologies
Chen A process modelling and parameters optimization and recommendation system for binder jetting additive manufacturing process
Huang Alternate slicing and deposition strategies for Fused Deposition Modelling
CN106414042A (zh) 用于创建三维物体的增材制造设备及相关方法
Dong et al. Finite element analysis of temperature and density distributions in selective laser sintering process
Khorram Niaki et al. What is additive manufacturing? Additive systems, processes and materials
Chourasia et al. Analysis and review of rapid prototyping technology & study of material used in process of 3d printing
Chen Investigation of fem numerical simulation for the process of metal additive manufacturing in macro scale
Efthimiou et al. Liquid rock-Agent based modeling for concrete printing.
Giller et al. 3D printing: opportunities and challenges
Teixeira et al. Computational modeling of resin infusion process applied to small vessel hulls

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant