CN107567379A - 三维印刷系统 - Google Patents

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Abstract

示例涉及限定用于生成三维物体的层。在本文的示例中，获取网格以表示三维物体的层。限定表示三维物体的表面部分的、网格的边界部分。基于第一图案分配粘合剂加载量至边界部分。限定网格的内部部分。基于第二图案分配聚结剂加载量至内部部分。

Description

三维印刷系统
背景技术
基于逐层的生成三维物体的增材制造系统已经提出作为用于制造三维物体诸如定制的制造商品或原型的潜在的高效方式。由该系统所生成的物体的分辨率和材料特性可以取决于所使用的增材制造技术的类型而广泛地改变。
附图说明
以下详细说明书参考附图，其中：
图1是根据一些示例的计算装置的方框图；
图2是根据一些示例的用于生成三维物体的系统的图。
图3是根据一些示例的用于生成三维物体的方法的流程图。
图4a示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面侧视图；
图4b示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面侧视图；
图4c示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面侧视图；
图4d示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面侧视图；
图5示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面顶视图；
图6示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面顶视图；
图7示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面顶视图；
图8示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面顶视图；
图9是表示了三维物体的层的网格的示意图；以及
图10是切片为多个层的三维物体的示意图。
具体实施方式
以下术语当由说明书或权利要求所引述时应该理解为意味着以下含义。单数形式的“一”和“该”意味着“一个或多个”。
术语“包括”和“具有”意在具有与术语“包含”相同的包括性含义。
一些增材制造系统通过对诸如粉末或液体构造材料的构造材料的连续层的一部分进行固化而生成三维物体。所生成的物体的特性可以取决于构造材料的类型以及所使用固化机制的类型。
在一些示例中，可以使用聚结剂来实现固化，聚结剂是当将合适量的能量施加至构造材料与聚结剂的组合时可以使得构造材料聚结并固化的材料。聚结是当构造材料的颗粒(particle)或团块(mass)直接地相互粘结以形成更大团块时的现象，例如颗粒可以是热熔的，以使得温度上升可以直接地将颗粒熔化、烧结或熔化且烧结在一起。构造材料可以例如包括可以辅助聚结的其他组分，并且在其中构造材料是粉末状的示例中，辅助粉末流动。在这些示例中，物体可以例如实现高强度。然而，这些物体可以例如当被固化时经受内部拉张应力和/或收缩。
在一些示例中，可以使用粘结剂来实现固化，粘结剂将构造材料粘结并固化至粘结基体(binding matrix)中，粘结基体是通常由类似于粘胶的粘结剂粘附地粘结在一起的构造材料的分立颗粒或团块的混合物。在这些示例中，物体例如可以当被固化时经受膨胀和/或压缩应力，但是可以例如并未实现高强度。在一些示例中，粘结剂中的着色剂的存在可以对粘结和固化具有很小影响或者不具有影响。
进一步，如本文一些示例中所述，混合系统通过在物体的第一区域中施加聚结剂和能量并在物体的第二区域中施加粘结剂而生成三维物体。这可以例如允许很多物体特性的调整和优化。例如，第一区域中的拉张应力和收缩可以通过第二区域中的压缩应力和膨胀而弥补。这也可以例如允许呈现包括高强度的高质量特性的较大物体的生成。这也可以例如允许物体的着色而并不影响任何其他物体特性。
本文所公开的示例提供为了生成三维物体的目的而限定三维物体的层。示例性的非临时性机器可读存储介质可以包含由处理器可执行的指令以用于限定层。指令可以获取表示三维物体的层的网格，其中网格包括多个像素。指令可以限定网格的边界部分，其中边界部分表示三维物体的表面部分，并且指令可以随后基于由网格得到的第一图案而将粘结剂加载量(load)分配至边界部分。指令可以限定网格的内部部分，并且随后基于从网格得到的第二图案而将聚结剂加载量分配至内部部分。以该方式，当选择性地着色边界部分时，可以生成三维物体而并不采用额外的颜色提供工艺。
现在参照附图，图1是示出了根据一些示例的计算装置100的方框图。计算装置100可以例如是云服务器，局域网服务器，网络服务器，主机，移动计算装置，笔记本或台式计算机，智能TV，销售点装置，可穿戴装置，3D打印机，任何其他合适的电子装置，或者装置的组合，诸如执行本文所述功能的由云或互联网所连接的装置。在图1中所示的示例中，计算装置100包括处理器110以及采用指令编码以限定层的非临时性机器可读存储介质120。
处理器110可以是中央处理单元(CPUs)，基于半导体的微处理器，或适用于提取并执行存储在机器可读存储介质120中的指令的其他硬件装置。处理器110可以获取、解码并执行指令121、122、223、124、125和/或其他指令以实施本文所述的过程。作为可替代地或者除了提取并执行指令之外，处理器110可以包括一个或多个电子电路，该一个或多个电子电路包括用于执行指令121、122、123、124和125中的一个或多个的功能的电子部件。
在一个示例中，程序指令121、122、123、124、125和/或其他指令可以是由处理器110可执行以实施本文所述功能的安装数据包的一部分。在该情形中，存储装置120可以是安装数据包可以从其下载并安装的、诸如CD、DVD的便携式介质，或者由计算装置维持的快闪驱动或存储器。在另一示例中，程序指令可以是已经安装在运算装置100上的应用程序的一部分。
机器可读存储介质120可以是包含或存储计算装置100可访问的可执行数据的任何电子、磁性、光学或其他物理存储装置。因此，机器可读存储介质120可以例如是随机访问存储器(RAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，存储装置，光盘，等等。存储介质120可以是非临时存储介质，其中术语“非临时”并未包括临时传播信号。存储介质120可以位于计算装置100中或位于与计算装置100通信的另一装置中。如以下详细所述，机器可读存储介质120可以采用获取网格指令121、限定边界部分指令122、分配粘结剂加载量指令123、限定内部部分指令124、以及分配聚结剂加载量指令125而编码。
当由处理器110执行时，获取网格指令121可以获取表示三维物体的层的网格。网格可以包括多个像素，该多个像素可以表示层的可寻址的小部分。可以通过在三维物体的层上重叠像素的网格而获取网格。可以通过将三维物体切片成相对较薄的薄片而获取层，薄片可以例如由所描述方法而生成。图9的网格900示出了表示物体的圆形层的圆形网格。三维物体的示例包括可以由本文方法所生成的任何物体，诸如由3D打印所生成的那些。以下参照图2描述获取网格的进一步细节。
当由处理器110执行时，限定边界部分指令122可以限定网格的边界部分。边界部分可以表示三维物体的表面部分。例如，边界部分可以是描述三维物体的外部的网格的像素。
限定边界部分指令122可以通过各种技术来限定边界部分。例如，当像素面积的至少一半在网格的外侧边界之内时，可以通过包括包含网格的外侧边界的像素而限定边界部分。额外地或可替代地，边界部分可以包括邻近网格的最外侧像素的像素。换言之，这些像素可以是与包含网格的外侧边界的像素邻近的像素。例如，这些像素可以是与包含网格的外侧边界的像素分隔一个像素的像素。进一步，边界部分可以由包括以上三个示例的技术的组合而限定。图9的网格900将示例性边界部分示出为虚线像素。
当由处理器110执行时，分配粘结剂加载量指令123可以基于从网格得到的第一图案而分配粘结剂加载量至边界部分。粘结剂可以包括例如包括胶粘剂的流体。在一些示例中，粘结剂包括着色剂以在三维物体的表面上提供颜色。以下参照图2描述粘结剂的进一步细节。
在其中粘结剂包括着色剂的一些这种示例中，分配粘结剂加载量指令123可以通过确定由每个特定像素所表示的三维物体的表面部分的平均颜色而分配粘结剂加载量至边界部分的每个像素。例如，每个像素的颜色可以是基于三维物体的外表面的颜色，该外表面与该像素相邻、或者与物体的外表面正交的单元一致。
例如，可以在对层进行切片期间确定三维物体的表面的颜色。可以为网格的边界部分的特定像素分配颜色，该颜色是沿着其正交投影捕获像素的三维物体的表面的部分的颜色的平均。进一步，与表面相邻但是比该特定像素更远离表面的像素可以近似地分配相同颜色，以允许较厚的着色表面。
进一步，在一些示例中，分配粘结剂加载量指令123可以基于每个特定像素相对于三维物体的位置而分配粘结剂加载量至边界部分的每个像素。例如，如图10中所示，如本文所使用的层可以是x轴和y轴中三维物体1000的切片。每个层也可以具有相对于整个三维物体1000的z轴位置。Z轴线与网格中的特定像素的法线向量之间的角度差可以表示三维物体的外侧表面的特定部分的弯曲或角度。因此，可以因此例如基于待生成三维物体的材料的饱和速率以及粘结剂的特性而调节粘结剂加载量。
当由处理器110执行时，限定内部部分指令124可以限定网格的内部部分。网格的内部部分可以表示三维物体的内部部分或本体部分。在一些示例中，内部部分与网格的边界部分并未重叠。在这些示例中，可以在层中生成两个部分之间的清晰的边界。图9的网格900示出了示例性的内部部分。
当由处理器110执行时，分配聚结剂加载量指令125可以基于从网格得到的第二图案而分配聚结剂加载量至内部部分。根据示例，合适的聚结剂可以是印刷流体，诸如包括碳黑的墨水类型的制剂。在一些示例中，聚结剂可以包括液态载体，诸如水或任何其他合适的溶剂或分散剂。以下参照图2描述聚结剂的进一步细节。
在一些示例中，存储介质120可以进一步包括用于分配粘结剂加载量至内部部分的指令。这可以例如改变三维物体的内部部分的特性。例如，存储介质120可以具有用于基于第二图案将明确的粘结剂加载量分配至内部部分的指令。
进一步，在一些示例中，存储介质120可以进一步包括用于基于从网格得到的第三图案而将构造材料加载量分配至内部部分的指令。在一些示例中，可以选择构造材料，以促进使用聚结剂进行聚结并使用粘合剂进行粘合，以便于生成三维物体的层。在一些示例中，可以选择两个构造材料的混合物，以使得一个构造材料促进使用聚结剂进行聚结，以及另一个构造材料促进使用粘合剂进行粘合。在一些示例中构造材料可以是基于粉末的构造材料。以下参照图2描述构造材料的进一步细节。
图2是根据一些示例的用于生成三维物体的系统的图。系统20可以如以下参照图3的流程图所述而操作以生成三维物体。
在一些示例中，可以选择构造材料以促进使用聚结剂进行聚结并使用粘合剂进行粘合。如本文所使用，术语基于粉末的材料意在包括干式以及湿式基于粉末的材料、微粒材料以及粒状材料。在一些示例中，构造材料可以包括空气与固体聚合物微粒的混合物，例如以大约40％空气与大约60％固体聚合物微粒的比率。一个合适的粉末构造材料可以是Nylon 11(聚酰胺11)或Nylon 12(聚酰胺12)，Nylon 11或Nylon 12例如可从Sigma－Aldrich有限责任公司获得，并且可以适用于使用聚结剂进行聚结以及使用粘合剂进行粘合。另一合适的Nylon 12材料可以是可从电子光学系统股份有限公司(Electro OpticalSystems EOS GmbH获得的PA2200)获得。另一合适的粉末构造材料可以是钙半水合物，钙半水合物可以适用于使用粘合剂进行粘合。合适的构造材料的其他示例可以包括例如粉末金属材料，粉末合成材料，粉末陶瓷材料，粉末玻璃材料，粉末树脂材料，粉末聚合物材料等等，以及其组合。合适的构造材料的其他示例可以包括非晶、半晶体、单晶、和/或其组合的粉末聚合物。在一些示例中，构造材料可以包括聚合物，该聚合物包括苯基乙烯(苯乙烯)、丙烯酸酯、聚乙烯、聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚丙烯、丙烯酸类聚合物、聚芳基醚酮、各种酰胺类聚合物、各种胺类聚合物、其他合适的聚合物、和/或其组合。在一些示例中，可以使用非晶构造材料，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或聚碳酸酯。然而，应该理解的是，本文所述的示例不限于基于粉末的或者以上所列的任何材料。在其他示例中构造材料可以是形式为膏体、液体或凝胶体。根据一个示例，合适的构造材料可以是粉末半晶热塑性材料。在一些示例中，可以使用以上构造材料的任意混合物或组合。
系统200可以包括系统控制器210。可以由控制器210实施并控制本文所公开的任意操作和方法。
控制器210可以包括用于执行可以实施本文所述方法的指令的处理器212。处理器212可以例如是微处理器、微控制器、可编程门阵列、专用集成电路(ASIC)、计算机处理器等等。处理器212可以例如包括芯片上的多个内核，跨多个芯片的多个内核，跨多个装置的多个内核，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，系统200可以包括耦接至处理器212的用户输入装置220，诸如键盘、触摸垫、按钮、按键、拨号盘、鼠标、轨迹球、读卡器、或其他输入装置。额外地，系统200可以包括耦接至处理器212的输出装置222，诸如液晶显示器(LCD)、视频监控器、触摸屏显示区、发光二极管(LED)、或者其他输出装置。输出装置222可以响应于指令以显示文本信息或图形数据。
处理器212可以经由通信总线214与计算机可读存储介质216通信。计算机可读存储介质216可以包括单个介质或多个介质。例如，计算机可读存储介质216可以包括ASIC的存储器、以及控制器210中的分立存储器中的一个或两者。计算机可读存储介质216可以是任何电子、磁性、光学、或其他物理存储装置。例如，计算机可读存储介质216可以例如是随机访问存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、硬件驱动、光学驱动、存储装置驱动、CD、DVD等等。计算机可读存储介质216可以是非临时的。计算机可读存储介质216可以存储、编码或承载根据各个示例的计算机可执行指令216a-g，当由处理器212执行时，计算机可执行指令216a-g可以使得处理器212执行本文所公开的任意方法或操作。
存储介质216可以包括切片模型指令216a，重叠栅格指令216b，边界部分指令216c，粘合剂指令216d，内部部分指令216e，聚结剂指令216f，以及控制分配器指令216g。指令216c-f可以由处理器212可执行并且可以类似于图1的指令122-125。
当由处理器212执行时，切片模型指令216a可以对三维物体的三维模型进行切片以获取三维物体的层。如本文所使用，三维物体的层可以意味着三维物体的物理薄片的数字表示。例如，层可以表示整个物体的相对平坦的部分。例如，层可以在x轴和y轴上延伸物体的整个或相当大部分，但是可以在z轴上是小的。
当由处理器212执行时，重叠栅格指令216b可以在层之上重叠像素的栅格以获取表示三维物体的层的网格。如之前所述，网格的像素的栅格可以表示层的可寻址的小部分。
边界部分指令216c、粘合剂指令216d、内部部分指令216e、以及聚结剂指令216f可以分别类似于图1的限定边界部分指令122、分配粘合剂加载量指令123、限定内部部分指令124、以及分配聚结剂加载量指令125。
当由处理器212执行时，控制分配器指令216g可以控制分配器以生成三维物体，以下参照如图2中所示的构造材料分配器224以及分配器202a-g而说明。
控制分配器指令216g可以控制聚结剂分配器202a，以将聚结剂选择性地递送至提供在支撑组件204上的构造材料的连续层。根据一个非限定性示例，合适的聚结剂可以是包括碳黑的墨水型制剂，诸如例如从Hewlett-Packard公司可购得的已知为CM997A的墨水配方。在一个示例中该墨水可以额外地包括红外光吸收剂。在一个示例中，这种墨水可以额外地包括近红外光吸收剂。在一个示例中，这种墨水可以额外地包括可见光吸收剂。在一个示例中，这种墨水可以额外地包括UV光吸收剂。包括可见光吸收剂的墨水的示例是基于染料的有色墨水和基于色素的有色墨水，诸如从Hewlett-Packard公司可购得的已知为CM993A和CE042A的墨水。在一些示例中，聚结剂可以包括液态载体，诸如水或任何其他合适的溶剂或分散剂。
控制分配器指令216g可以控制试剂分配器202c-g，以将粘合剂选择性地递送至提供在支撑组件204上的构造材料的连续层。根据一个非限定性示例，合适的试剂可以包括流体(例如液体)，该流体包括例如活化剂，例如胶粘剂(adhesive)，诸如聚乙烯醇(PVOH)、聚乙酸乙烯酯(PVA)或聚合物树脂。胶粘剂可以包括试剂重量的大约百分之5至大约百分之50。粘合剂可以例如也包括非反应聚合物，该非反应聚合物可以包括试剂重量的大约百分之5至大约百分之50。粘合剂可以例如也包括诸如染料或色素的着色剂。在图2的示例中，例如，如果根据减色法模型(subtractive color model)的青绿(C)着色剂、洋红(M)着色剂、黄色(Y着色剂)和黑色(K)着色剂用于在所生成的物体的边界上提供颜色，则由各自试剂分配器202c-f所递送的每个相应的试剂中所包括的着色剂是青绿(C)着色剂、洋红(M)着色剂、黄色(Y着色剂)和黑色(K)着色剂。如果例如使用试剂以生成物体的内部的部分，则由试剂分配器202g所递送的试剂可以不包括着色剂。在一些示例中，粘合剂也可以例如各自包括液态载体，诸如水或任何其他合适的溶剂或分散剂。在一些示例中，额外的试剂分配器可以递送具有白色(W)着色剂的粘合剂。
在一些示例中，胶粘剂可以包括在构造材料中而不是粘合剂中。例如，构造材料可以包括粉末(例如聚合物粉末诸如聚酰亚胺11或12)，非晶构造材料，或者其他类型的构造材料。构造材料例如可以包括构造材料的重量的大约百分之45至大约百分之70。构造材料例如也可以包括可活化的试剂(例如胶粘剂，诸如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、或聚合物树脂)，该可活化的试剂可以包括构造材料的重量的大约百分之4至大约百分之8。构造材料例如也可以包括石膏，该石膏可以包括构造材料的重量的大约百分之25至大约百分之45。构造材料例如也可以包括加速剂，该加速剂可以包括构造材料的重量的大约百分之1至大约百分之3。包括加速剂可以例如增大粘合的速度。胶粘剂、石膏、和加速剂可以散布在粉末中，或者可以形成作为在所递送的粉末的每个层的表面上的薄反应涂层。因此，在这些示例中，粘合剂可以包括当将试剂递送至构造材料时可以活化构造材料中的胶粘剂的流体(例如水)，以使得具有胶粘剂和所递送放入粘合剂的构造材料(例如流体)粘合并固化成粘合基体。胶粘剂可以溶于粘合剂的所递送的流体中。
控制分配器指令216g可以控制粘合改性剂分配器202b以选择性地递送粘合改性剂至提供在支撑组件204上的构造材料的层。粘合改性剂可以用于修改(例如增大或减小)构造材料的、其上粘合改性剂已经递送或渗透的一部分的粘合程度。可以使用不同的物理和/或化学效应以修改粘合剂的效果。可以减小粘合程度的粘合改性剂的示例可以例如是诸如具有蜡微粒的流体的排斥剂。在一些示例中粘合改性剂可以包括液态载体，诸如水或任何其他合适的溶剂或分散剂。
在一个示例中支撑组件204具有在从大约10cm乘以10cm直至100cm乘以100cm范围的尺寸。在其他示例中，支撑组件204可以具有更大或更小的尺寸。支撑组件204可以是系统200的固定部件，或者可以不是系统200的固定部件，替代地例如是可移除模块的一部分。
试剂分配器202a-g可以是打印头，诸如热打印头或压电喷墨打印头。打印头可以具有喷嘴的阵列。在一个示例中，可以使用诸如在商业上可获得的喷墨打印机中通常使用的那些打印头。在其他示例中，可以通过喷雾喷嘴而不是通过打印头而递送试剂。也可以使用其他递送机制。
控制分配器指令216g可以控制试剂分配器202a-g以用于，当试剂是诸如液体的合适的流体形式时，选择性地递送例如沉积试剂。在一些示例中，可以选择试剂分配器202a-g以在300点每英寸(DPI)至1200点每英寸(DPI)之间(例如600DPI)的分辨率而递送试剂微滴。在其他示例中，可以选择试剂分配器202a-g以能够以更高或更低分辨率递送试剂微滴。在一些示例中，试剂分配器202a-g可以具有喷嘴的阵列，试剂分配器202a-g通过该喷嘴的阵列能够选择性地喷出流体微滴。在一些示例中，每个微滴可以是每微滴大约10微微升(pico lters)的量级，尽管在其他示例中可以使用能够递送更高或更低微滴大小的试剂分配器202a-g。在一些示例中，可以使用能够递送可变大小的微滴的试剂分配器。在一些示例中，打印头可以是按需求滴落的打印头。在其他示例中，打印头可以是连续滴落打印头。
在一些示例中，试剂分配器202a-g可以是系统200的整体部件。在一些示例中，试剂分配器202a-g可以是用户可替换的，在这种情形中，试剂分配器202a-g可以是可移除的且可插入至合适的试剂分配器接收器或系统200的接口中。
在一些示例中可以使用诸如打印头的单个试剂分配器，以选择性地递送多个试剂。例如，喷嘴不同的组可以用于递送不同试剂。
在图2中所示的示例中，试剂分配器202a-g具有使得试剂分配器202a-g以所谓的页宽阵列配置跨越支撑组件204的整个宽度的长度。在一个示例中，这通过多打印头的合适设置而实现。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喷嘴阵列跨越支撑组件204的宽度的长度。在其他示例中，试剂分配器202a-g可以具有无法使试剂分配器202a-g跨越支撑组件204的整个宽度的较短的长度。
试剂分配器202a-g可以安装在可移动支架上，以使得试剂分配器202a-g沿着所示y轴跨支撑组件204的长度而双向地移动。这使得在单个道次(pass)中能够选择性地跨支撑组件204的整个宽度和长度而递送试剂。在其他示例中试剂分配器202a-g可以被固定，而支撑组件204可以相对于试剂分配器202a-g而移动。
应该注意的是，本文所使用的术语“宽度”用于通常指示在平行于图2中所示的x轴和y轴的平面中的最短尺寸，而本文所使用的术语“长度”通常指示在该平面中最长的尺寸。然而，应该理解的是，在其他示例中，术语“宽度”可以与术语“长度”是可互换的。例如，在其他示例中试剂分配器202a-g可以具有使得试剂分配器202a-g能够跨越支撑组件204的整个长度的长度，而可移动支架可以跨支撑件204的宽度而双向地移动。
在其他示例中，试剂分配器202a-g并未具有使得试剂分配器202a-g跨越支撑组件204的整个宽度的长度，而是额外地沿所示x轴跨支撑组件204的宽度而可双向地移动。这配置使得通过多个道次能够跨支撑件204的整个宽度和长度而选择性地递送试剂。然而，其他配置，诸如页宽阵列配置，可以使三维物体能够被更快的创建。
控制分配器指令216g可以进一步控制构造材料分配器224以在支撑组件204上提供例，如递送或形成，构造材料的连续层。合适的构造材料分配器224可以包括例如刮片和辊轴。构造材料可以从送料斗或构造材料储存器提供至构造材料分配器224。在所示的示例中，构造材料分配器224跨越支撑组件204的长度(y轴)而移动以沉积构造材料的层。如之前所述，构造材料的层将被沉积在支撑组件204上，而构造材料的后续层将被沉积在构造材料的之前所沉积的层上。构造材料分配器224可以是系统200的固定部件，或者可以不是系统200的固定部件，替代地例如是可移除模块的一部分。在一些示例中，构造材料分配器224可以安装在支架上。
在一些示例中，构造材料分配器224可以用于提供具有厚度在大约20至大约200微米、或大约50至大约300微米、或大约90至大约110微米、或大约25微米、或大约50微米、或大约75微米、或大约100微米、或大约250微米范围内的构造材料的层，尽管在其他示例中可以提供更薄或更厚的构造材料的层。可以由控制器210例如基于指令218而控制厚度，指令218包括例如限定待生成的三维物体的物体设计数据。
在一些示例中，相对于图2中所示的分配器，可以存在任意数目的额外的试剂分配器以及构造材料分配器。在一些示例中，系统200的分配器可以位于相同的支架上，相互相邻或者以短距离而分隔。在其他示例中，两个或更多支架可以各自包含分配器。例如，每个分配器可以位于其自己的分立的支架中。任何额外的分配器可以具有与参照试剂分配器202a-g在之前所述的那些类似的特征。
在所示的示例中，支撑组件204在z轴上可移动，以使得当沉积构造材料的新层时，在构造材料的最近已沉积的层的表面与试剂分配器202a-g的下表面之间维持预定的间隙。然而，在其他示例中，支撑组件204可以在z轴上不可移动，并且试剂分配器202a-g可以在z轴上可移动。
系统200可以额外地包括能量源226。能量源226可以施加能量至构造材料，以使得构造材料的一部分根据聚结剂已经递送或已经渗透的位置而固化。在一些示例中，具有粘合剂的构造材料的一部分可以是可固化的，以响应于能量(例如紫外(UV)能量)的施加而形成粘合基体。然而，在其他示例中，具有粘合剂的部分可以固化为粘合基体而没有施加用于固化或干燥的能量。在其中具有粘合剂的部分是可固化的示例中，能量源226也可以固化或干燥具有粘合剂的部分，以将该部分固化成粘合基体。
在一些示例中，能量源226是红外(IR)辐射源，近红外辐射源，可见光源，微波能量源，紫外(UV)辐射源，卤素辐射源，或发光二极管。在一些示例中，能量源226可以是能够均匀地提供能量至沉积在支撑件204上的构造材料的单个能量源。在一些示例中，能量源226可以包括能量源的阵列。
在一些示例中，能量源226可以是能够均匀地提供能量至构造材料的单个能量源。在一些示例中，能量源226可以包括能量源的阵列。在一些示例中，能量源226可以包括：用于施加合适的能量以使得构造材料的一部分根据聚结剂已经递送或渗透的位置而固化的第一能量源，以及用于施加合适的能量(例如UV能量)以将具有粘合剂的部分固化或干燥成凝固的粘合基体的第二能量源。
在一些示例中，能量源226被配置为以基本上均匀的方式施加能量至构造材料的层的整个表面。在这种示例中，能量源226可以称作非聚焦的能量源。在这种示例中，整个层可以具有同时施加的能量，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施加能量至构造材料的层的整个表面的一部分。例如，能量源226可以被配置为施加能量至构造材料的层的整个表面的条带。在这种示例中，能量源可以跨构造材料的层移动或扫描，以使得最终跨构造材料层的整个表面施加基本上相等量的能量。
在一些示例中，控制器210可以控制能量源，以施加能量至构造材料上已经施加了聚结剂的部分、和/或已经具有粘合剂的一部分，但是不施加能量至没有施加聚结剂、或者不具有粘合剂的那些部分。
在其他示例中，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，以跨越构造材料层的整个或一部分进行扫描。在这些示例中，可以控制激光束以根据试剂递送控制数据跨越构造材料的层进行扫描。例如，可以控制激光束，以施加能量至层的部分，在该部分上递送了聚结剂和/或该部分具有粘合剂。
可以选择所提供的能量、构造材料、以及聚结剂、粘合改性剂、以及粘合剂的组合，以使得：i)当被临时地施加能量时，构造材料的未被递送聚结剂的部分没有聚结；ii)构造材料的不具有粘合剂的部分没有形成粘合基体；iii)随着固化能量的施加或者不施加固化能量，构造材料的具有粘合剂但是没有粘合改性剂的部分固化成粘合基体，是否施加固化能量取决于构造材料的具有粘合剂的部分是否使用固化来凝固；iv)，构造材料的具有聚结剂和粘合剂但是不具有粘合改性剂的部分当施加有能量时聚结，并且随着固化能量的施加或者不施加固化能量也粘合成粘合基体，是否施加固化能量取决于构造材料的具有粘合剂的部分是否使用固化来凝固；v)当被临时地施加能量时，构造材料的具有粘合改性剂但是不具有聚结剂或粘合剂的部分没有聚结或粘合；vi)构造材料的具有粘合剂和粘合改性剂两者的部分可以经受改性，例如增大或减小粘合程度，例如以调节(modulate)或调整(tune)这些部分的机械特性。
在一些示例中，系统200可以额外地包括预加热器以将沉积在支撑组件204上的构造材料维持在预定的温度范围内。预加热器的使用可以帮助减少能量源226施加的能量的量，该能量源226施加的能量使得已经递送了或已经渗透了聚结剂的构造材料的聚结和后续固化。
图3是示出了根据一些示例的生成三维物体的方法300的流程图。方法的方面可以是计算机实施的。在一些示例中，可以改变所示的顺序，一些要素可以同时地出现，一些要素可以添加，和/或一些要素可以省略。在描述图3时，将参照图2、图4a-4d、以及图5。图4a-d示出了根据一些示例的构造材料的层的一系列剖面侧视图。图5－8示出了根据一些示例的构造材料的层的剖面顶视图。
可以迭代执行操作305至操作355的以生成三维物体，如将描述的。可以执行操作305至操作330以限定三维物体的层。可以执行操作335至操作355以物理地生成三维物体的层。
操作305至330可以针对将要生成的三维物体的每个切片限定在构造材料上的、(如果有的话)要被递送各种试剂的部分或位置，由此限定层。例如，可以由图2的指令216a执行操作305，可以由指令216b执行操作310，可以由指令216c执行操作315，可以由指令216d执行操作320，可以由指令216e执行操作325，以及可以由指令216f执行操作330。进一步，作为另一示例，可以由图1的指令121执行操作305和310。
在一些示例中，可以基于表示将要生成的物体的三维模型的物体设计数据或者从表示物体的特性的物体设计数据而限定层。例如，图10中所示的三维模型可以表示物体。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处理以生成模型的平行面的切片，在图10中由虚水平线表示。每个切片可以限定将要由制造系统固化的构造材料的各自层的一部分。物体特性数据可以限定物体的特性，诸如密度、表面粗糙度、强度等等。
物体设计数据和物体特性数据可以例如经由输入装置220作为来自用户的输入从用户接收，从软件驱动器接收，从诸如计算机辅助设计(CAD)应用程序的软件应用程序接收，或者可以从存储默认或用户限定的物体设计数据以及物体特性数据的存储器获取。
可以通过针对待处理的构造材料的每个层描述构造材料上的将要由试剂分配器202a-g递送各种试剂的位置或部分而限定诸如图9中所表示的层。在一个示例中，经由各自图案限定构造材料的将要被递送试剂的位置或部分。如图9中所示，将层的边界部分示出为虚线像素，而内部部分由虚线内的空白像素示出，虚线表示切片的外侧边界。
进一步，图5是由构造材料分配器224所提供的、并通过施加试剂和能量已经被固化的构造材料的层402a的剖面顶视图，如参照图2所述。图4a表示沿图5的4a-4a截取的剖面。在图4a至4d以及图5中，以及在图6至8中所示的其他示例中，标注“B”的部分412b、512和712b是构造材料的已经接收了不含着色剂的粘合剂406b的部分，标注“C”的部分410、510、610和710是那些已经接收了聚结剂404的部分，并且标注“C/B”的部分714是那些已经接收了聚结剂404和不含着色剂的粘合剂406b两者的部分。图4a中“B”和“C”部分因此是图5的“B”和“C”部分的剖面示意图。在图4a至d以及图5中，部分412a是构造材料的已经接收具有着色剂的粘合剂406a的部分。构造材料的部分也可以接收粘合改性剂408，如图4a-d和图5中所示。
在图5中，其中一个包含“B”而另一个包含“C”的相邻部分是被分别递送粘合剂或聚结剂的非重叠部分。“B”和“C”部分之间的线条可以表示零宽度或者可以具有有限宽度的区域。在有限宽度的示例中，每个线条可以表示构造材料的没有被递送粘合剂或聚结剂的薄部分，或者可以替代地是其中均被递送聚结剂和粘合剂的“C/B”部分，以使得在粘合剂和聚结剂之间存在一些重叠。
在335处，可以提供构造材料层402b，如图4a和图5中所示。例如，控制器210可以控制构造材料分配器224，以通过使构造材料分配器224如之前所述沿着y轴移动而在支撑组件204上的之前已完成的层402a上提供层402b。已完成的层402a，如图4a和图5中所示，可以包括已固化部分410、412a和412b的图案。内部已固化部分410(采用“C”标注)可以是其上被施加聚结剂和能量以聚结并固化该部分的部分。外部已固化部分412a(采用“B”标注)可以是其上被施加具有着色剂的粘合剂(例如来自试剂分配器202c-202f的一个、两个、三个和四个CMYK粘合剂的任意组合)以将该部分粘合并固化成在物体的外部提供颜色的粘合基体的部分。内部已固化部分412b可以是其上被施加不含着色剂的例如来自试剂分配器202g的粘合剂以将该部分粘合并固化成在物体的内部的粘合基体的部分。
如所示，使用粘合剂固化的部分412b可以来自内部中单个邻近的填充区域。相反，使用聚结剂固化的部分410可以是在部分412b所限定的单个邻近的填充区域内的多个离散区域。在其他示例中，使用聚结剂固化的部分可以代替地形成邻近的填充区(fill)，并且使用粘合剂固化的部分可以是使用聚结剂固化的部分的邻近填充区内的离散区域。
尽管图4a-图4d中为了示意说明目的示出了已完成的层402a，应该理解的是操作335至355可以初始地被应用以生成层402a。此外，尽管未示出，可以在层402a之前生成额外的层，该额外的层包括限定使用CMYK粘合剂生成的物体的底部外侧边界的层。
在操作340至操作350处，如图4b中所示，可以选择性地递送聚结剂404、具有着色剂的粘合剂406a(例如一个、两个、三个和四个CMYK粘合剂的任意组合)、不含着色剂的粘合剂406b、以及粘合改性剂408至层402b的一部分的表面。如之前所述，可以由试剂分配器202a-g递送试剂，例如以流体诸如液态微滴的形式。如之前所述，粘合剂406a-b可以包括胶粘剂，或替代地，构造材料可以包括胶粘剂。
聚结剂404、粘合剂406a-b、以及粘合改性剂408可以被递送到层402b的部分上的图案中，试剂递送控制数据208可以限定层402b的部分上的图案成为固体以形成正生成的三维物体的一部分。试剂递送控制数据208可以从待生成的三维物体的模型得到。“选择性地递送”意味着可以以各种图案将试剂递送至构造材料的表面层的所选择部分。
在一些示例中，可以根据第一图案将聚结剂404选择性地递送至构造材料的一部分，可以根据第二图案将粘合剂406a选择性地递送至构造材料的一部分，可以根据第三图案将粘合剂406b选择性地递送至构造材料的一部分，以及可以根据第四图案将粘合改性剂408选择性地递送至构造材料的一部分。在图4a-d以及图5的示例中，层402b中的图案与层402a中的图案相同，然而在其他示例中层402b中的图案与层402a中的图案可以逐层地改变。
图4c示出了已经渗透至构造材料的层402b的一部分中的试剂404、406a-b、以及408。在不同的试剂之间，试剂渗透的程度可以不同，或者可以基本上相同。图4c示出了已经基本上完全渗透至构造材料的层402b的一部分中的试剂404、406a-b、和408，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试剂的量，构造材料的特性，试剂的特性等。
尽管为了示意说明目的，每个试剂的递送和渗透示出为基本上发生在类似的时间，在其他示例中可以以任何其他顺序递送试剂，包括但不限于：(i)406a，接着406b，然后404，接着408；(ii)406a，接着406b，然后408，接着404；(iii)404，接着406a，然后406b，接着408；(iv)404，接着408，然后406a，接着406b；(v)408，接着404，然后406a，接着406b，或者(vi)408，接着406a，然后406b，接着404。
在355处，可以临时地施加预定水平的能量至构造材料的层402b。在各个示例中，所施加的能量可以是红外或近红外能量，可见光，微波能量，紫外(UV)光，卤素光，超声能量等等。能量的临时施加可以使构造材料的被递送了聚结剂404的一部分加热升温至构造材料的熔点之上并且聚结。在一些示例中，能量源可以是聚焦的。在其他示例中，能量源可以是未聚焦的，并且能量的临时施加可以使构造材料的已经递送了或已经渗透了聚结剂的一部分加热升温至构造材料的熔点之上并聚结。例如，层402b的一些或全部的温度可以实现大约220摄氏度。一旦冷却，具有聚结剂404的部分可以变为固态并且形成正生成的三维物体的一部分，如图4d中所示。
在一些示例中，能量(例如UV光)的临时施加可以使其上存在粘合剂406a-b的构造材料的一部分被固化或干燥成粘合基体，如之前所述。这可以使用与使具有聚结剂的部分聚结所使用的能量源相同或不同的能量源来完成。用于固化或干燥所施加的能量可以在用于聚结所施加的能量之前施加、或者之后施加、或者同时施加。
然而，在其他示例中，其上递送并渗透了粘合剂406a-b的构造材料的部分可以粘合并固化成粘合基体而没有施加任何能量。
在一些示例中，在称作“渗流(bleed)”的效应中，粘合剂406a的一些胶粘剂可以向外传播至构造材料中以固化未打算被固化的部分。通过在粘合剂406a所限定的边界的外部周围施加粘合改性剂408，可以减小或防止在这些不希望区域中的粘合，因此在物体上提供更高的精确度和优良的外部表面特性。
如之前所述，在方法300的之前的迭代中已经生成了包括部分410和412a-b的已固化部分。在能量的施加期间被吸收的热量可以传播至之前已固化的部分410，使得部分410的一部分加热升温至部分410的一部分的熔点之上。额外地，在层402a中具有粘合基体的部分412a-b可以与层402b中新形成的粘合基体粘合以形成固化的部分416a-b。这些效应帮助在已固化构造材料的相邻层之间形成具有强层间粘合的已固化部分，如图4d中所示。
在如上所述处理构造材料的层之后，可以在构造材料的之前已处理的层的顶部上提供构造材料的新层。以该方式，构造材料的之前已处理的层用作构造材料的后续层的支撑。随后可以重复方法300以逐层地生成三维物体。
使用方法300生成的三维物体可以例如允许物体特性的调节和优化。在一些示例中，使用聚结剂的已固化的部分414可以用作可以遍布物体的三维内部缠绕的增强纤维，但是已固化的部分414可以体积上受限并且可以相互隔离，以便于避免物体收缩和拉张应力。同时，部分412a-b的膨胀和压缩应力可以补偿部分414中的收缩，并且当生成大型物体时可以允许更大的精确度。方法300还可以例如在例如物体的边界上允许高品质颜色，而不影响其他物体特性。在一些示例中，物体的不同部分中的弹性系数可以可控地可变，以使得不同部分可以具有不同的弹性系数。
图6示出了与图4a至d以及图5中所示的物体类似的物体的剖面。例如，物体包括使用不含着色剂的粘合剂406b固化的部分512，以及使用聚结剂404固化的部分510。然而，在该示例中，具有着色剂的粘合剂406a并未施加至物体的外部边界，例如因为不需要有色物体。试剂404和406b可以被递送到层的部分上的图案中，该图案由试剂递送控制数据208限定为成为固态以形成正生成的三维物体的一部分。
图7示出了与图4a至d以及图5中所示的物体类似的物体的剖面。例如，物体包括使用具有着色剂的粘合剂406a固化的部分612，以及使用聚结剂404固化的部分610。然而，在该示例中，部分610包括整个物体内部，因此在物体内部没有使用粘合剂406b。试剂404和406a可以被递送到层的部分上的图案中，该图案由试剂递送控制数据208限定为成为固态以形成正生成的三维物体的一部分。
图8示出了与图4a至d以及图5中所示的物体类似的物体的剖面。例如，物体包括使用没有着色剂的粘合剂406b固化的内部部分712b，使用具有着色剂的粘合剂406a固化的外部边界部分712a，以及使用聚结剂404固化的部分710。然而，在该示例中，存在使用粘合剂406b和聚结剂404固化的额外部分714，以使得部分714通过聚结以及粘合成粘合基体的组合而经受固化。试剂404和406a-b可以被递送到层的部分上的图案中，该图案由试剂递送控制数据208限定为成为固态以形成正生成的三维物体的一部分。
在示例中，可以使用诸如图2中所示的系统，除了系统可以不包括粘合改性剂分配器202b之外。聚结剂可以包括红外(IR)光吸收剂。粘合剂可以各自包括水溶液流体(aqueous fluids)，该水溶液流体包括聚乙酸乙烯酯(PVA)胶粘剂或聚乙烯醇(PVOH)胶粘剂。构造材料可以包括热可熔微粒的粉末聚酰胺12，和/或诸如石膏微粒的粘合促进剂以及可以促进PVA与粉末微粒粘合的加速剂微粒。粘合剂可以例如也分别包括可以是黑色(K)、白色(W)、青绿(C)、黄色(Y)、洋红(M)中的一个的着色剂，包括具有不同颜色的着色剂，或者不包括着色剂。粘合剂可以是或不是UV可固化的。在其中粘合剂没有采用UV能量实现粘合的示例中，能量源可以包括IR能量源以使得具有聚结剂的部分聚结。在其中粘合剂是UV可固化的示例中，能量源可以包括用于聚结剂的IR能量源以及用于粘合剂的UV能量源。粉末的每一层的厚度可以在大约50至大约150微米的范围内。可以使用图3的方法300对层进行固化。例如，可以在物体的外部上提供具有着色剂的粘合剂。额外地，物体的一些层可以在如图4a至图4d和图5中所示的内部中的非重叠部分中包括粘合剂(不具有着色剂)以及聚结剂，而物体的其他层在内部可以包括粘合剂(不含着色剂)但是没有聚结剂，以及物体另外的其他层在内部可以包括聚结剂但是没有粘合剂(不含着色剂)。在一些示例中，在一些内部部分中可以存在重叠，以使得一部分可以接收聚结剂和粘合剂(不含着色剂)两者。得到的物体可以在三维中具有非重叠部分的设置，在该非重叠部分中粉末微粒聚结(例如直接熔合在一起)，或粘合(例如间接地熔合在一起)。试剂的递送可以是基于试剂递送控制数据的。
在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征，和/或公开的任何方法或进程的所有要素，可以以任何组合而合并，除了其中这些特征和/或要素的至少一些相互排斥的组合之外。
在之前说明书中，阐述数个细节以提供对于本文所公开主题的理解。然而，可以不采用这些细节的一些或全部而实施示例。其他示例可以包括从以上所讨论细节的修改和变形。有意设计的是所附权利要求覆盖这些修改和变形。

Claims (15)

1.一种三维印刷系统，包括采用由处理器可执行的指令进行编码的非临时性机器可读存储介质，所述非临时存储介质包括指令以用于：
获取表示三维物体的层的网格，其中所述网格包括多个像素；
限定所述网格的边界部分，其中所述边界部分表示所述三维物体的表面部分；
基于从所述网格得到的第一图案，将粘合剂加载量分配至所述边界部分；
限定所述网格的内部部分；并且
基于从所述网格得到的第二图案，将聚结剂加载量分配至所述内部部分。
2.根据权利要求1所述的三维印刷系统，所述非临时存储介质进一步包括指令以用于：
对三维模型进行切片以获取所述三维物体的所述层；并且
在所述层之上重叠像素的栅格以获取所述网格。
3.根据权利要求1所述的三维印刷系统，所述非临时存储介质进一步包括指令以用于基于从所述网格得到的第三图案将构造材料加载量分配至所述内部部分。
4.根据权利要求1所述的三维印刷系统，所述非临时存储介质进一步包括指令以用于基于所述第二图案将粘合剂加载量分配至所述内部部分。
5.根据权利要求1所述的三维印刷系统，其中，所述边界部分的一部分不与所述内部部分重叠，并且所述内部部分的一部分不与所述边界部分重叠。
6.根据权利要求1所述的三维印刷系统，其中，所述边界部分由以下中的至少一个限定：
当所述像素的面积的至少一半在外侧边界内时，包含所述网格的所述外侧边界的像素；
与所述网格的最外侧像素相邻的像素；以及
距所述网格的最外侧像素一个像素以内的像素。
7.根据权利要求1所述的三维印刷系统，其中，所述粘合剂包括着色剂，以在所述三维物体的表面上提供颜色。
8.根据权利要求7所述的三维印刷系统，其中，通过确定所述像素表示的所述三维物体的表面部分的平均颜色，将所述粘合剂加载量分配至所述边界部分的每个像素。
9.根据权利要求7所述的三维印刷系统，其中，基于所述像素相对于所述三维物体的位置，将所述粘合剂加载量分配至每个像素。
10.一种三维印刷系统，包括处理器和非临时性机器可读存储介质，所述非临时存储介质包括指令以用于：
对三维物体的三维模型进行切片，以获取所述三维物体的层；
在所述层之上重叠像素的栅格，以获取包括多个像素的网格；
限定所述网格的边界部分，其中所述边界部分表示所述三维物体的表面部分；
基于从所述网格得到的第一图案，将粘合剂加载量分配至所述边界部分；
限定所述网格的内部部分；并且
基于从所述网格得到的第二图案，将聚结剂加载量分配至所述内部部分。
11.根据权利要求10所述的三维印刷系统，进一步包括：
粘合剂分配器和聚结剂分配器，并且
其中所述非临时性机器可读存储介质进一步包括指令以用于：控制所述粘合剂分配器和所述聚结剂分配器，以将粘合剂和聚结剂分别递送至在所述网格所限定的图案和加载量中的构造材料的层上。
12.根据权利要求10所述的三维印刷系统，其中，所述边界部分由以下中的至少一个限定：
当所述像素的面积的至少一半在外侧边界内时，包含所述网格的所述外侧边界的像素；
与所述网格的最外侧像素相邻的像素；以及
距所述网格的最外侧像素一个像素以内的像素。
13.根据权利要求12所述的三维印刷系统，其中，所述粘合剂包括着色剂，以在所述三维物体的表面上提供颜色。
14.一种方法，包括：
对三维物体的三维模型进行切片，以获取所述三维物体的层；
在所述层之上重叠像素的栅格以获取包括多个像素的网格；
限定所述网格的边界部分，其中所述边界部分表示所述三维物体的表面部分；
基于从所述网格得到的第一图案，将粘合剂加载量分配至所述边界部分；
限定所述网格的内部部分；并且
基于从所述网格得到的第二图案，将聚结剂加载量分配至所述内部部分。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
基于所述三维物体的层，提供构造材料的层；
将所述网格与所述构造材料的层匹配；
基于所述粘合剂加载量和所述第一图案，在所述边界部分上分配粘合剂；
基于所述聚结剂加载量和所述第二图案，在所述内部部分上分配聚结剂；并且
施加能量至所述构造材料的层，以使得所述构造材料的层的内部部分聚结。
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