CN107580545B - 基于温度阈值的牺牲物体 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，描述了一种包括目标引擎、热引擎和牺牲物体引擎的系统。目标引擎在目标物体所处的位置识别打印设备的构建床的目标区域。热引擎识别目标区域的温度水平。牺牲物体引擎响应于确定目标区域的温度水平不足以实现用于生产的温度阈值，识别放置牺牲物体的物体位置。

Description

基于温度阈值的牺牲物体
背景技术
三维(3D)打印可以允许在3D空间内打印物体。3D打印为一种实体自由成型生产的形式，可以能够生成包括成品、样品部分和作业工具的3D物体。根据技术及打印材料，有许多形式的3D打印。3D打印技术可以利用由材料逐层构建物体(由电子数据描述)的增材工艺。例如，物体的物体模型可以具有体素信息，并切为层以允许打印设备将物体的截面切片打印为第一层，并在第一层的顶部构建第二层，直至生产出最终物体。可以施加能量以将最终材料熔在一起，和/或可以让材料冷却或以其它方式固化以形成3D物体。
附图说明
图1A和1B为描述用于打印设备环境的温度调节的示例性系统的框图。
图2和3描述了可以实现用于打印设备环境的温度调节的各种系统的示例性环境。
图4描述了用于实现用于打印设备环境的温度调节的示例性系统的示例性模块。
图5A-D描述了在用于打印设备环境的温度调节的示例性系统的操作的示例性状态期间在示例性构建床上出现的示例性物体模型。
图6-8为描述用于打印设备环境的温度调节的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述及附图中，描述了用于打印设备环境的温度调节的装置、系统和/或方法的一些示例性实施例，以及由此类示例性实施例生产的打印物品。在本文描述的示例中，“打印设备”可以是用打印液体(例如墨水)或墨粉将内容打印在物理介质(例如，纸或一层粉末基的构建材料等)上的设备。就在粉末基构建材料层上打印而言，打印设备可以将打印液体的沉积用于逐层的增材制造工艺。打印设备可以利用适当的打印耗材，诸如墨水、墨粉、液体或粉末或用于打印的其它原材料之类。在本文描述的示例中，打印设备可以是三维(3D)物体形成设备。
本文讨论的3D打印技术描述可以是技术和/或材料类型所特有的，但仅用于提供示例，且本文的描述适用于各种3D打印技术、环境和材料。本文讨论的示例性3D打印技术可以将墨水或其它适当的聚结剂以期望的图案分发到构建材料层(例如粉末材料的基层)上，接着可以用来自诸如热源之类的材料熔源的能量使区域暴露。聚结剂中的电磁辐射吸收成分吸收并生成烧结、熔化或以其它方式聚结有图案的构建材料的热。这可以允许有图案的构建材料固化并形成想要的最终物体(例如打印的物品)的截面。例如，在选择性激光烧结(SLS)技术中，可以将构建材料限于封闭的系统(例如，以减少温度非均匀性)，并使用热源均匀地加热构建材料。固化过程期间，不均匀的温度分布或不均衡的热压力可能导致目标部分中的翘曲，这影响最终物体的尺寸精度。翘曲问题因例如难以跨整个部分维持均匀的温度而对于较大的部分可能更为严重，并且维持较大打印区域上的均匀性。
下面描述的各种示例涉及识别用于在目标物体附近放置牺牲物体的位置。通过在构建床的决策性(strategic)位置部署牺牲部分，可以将来自牺牲物体的额外的热动态地提供给目标模型几何形状，这可以例如在打印环境内增强温度均匀性并可以例如在生产期间避免目标物体的物理翘曲。
如本文所用的，术语“包括”、“具有”及其变体意指与术语“包括”或其适当的变体相同。而且，如本文所用的，术语“基于”意指“至少部分基于”。因此，被描述为基于一些刺激(stimules)的特征可以仅基于该刺激或包括该刺激的多种刺激的组合。
图1A和1B为描述用于打印设备环境的温度调节的示例性系统的框图。参见图1A，图1A的示例性系统100通常包括目标引擎102、热引擎104和牺牲物体引擎106。一般来说，牺牲物体引擎106可以基于目标引擎102及热引擎104所识别的打印设备环境的目标模型几何形状和温度，对放置牺牲物体的位置进行识别。如图1B所示，系统100还可以包括打印引擎108。
参见图1A和1B，目标引擎102表示在对打印设备的构建床的要放置目标物体的目标区域进行识别的任意电路或电路组合和可执行指令。如本文所用的，构建床指的是沉积打印材料的打印设备的区域。构建床可以指的是上面沉积了聚结剂的粉末层(即粉末床)。如本文所用的，目标区域表示将要形成目标物体的构建床的一部分。例如，目标区域可以指的是目标物体的切片或目标物体的3D体积的层信息的二维(2D)区域。如本文所用的，“目标物体”表示可由打印设备生产的可打印物体，“目标物体模型”指的是表示在构建体积内构建的3D物体以形成目标物体的数据。目标物体模型数据的示例包括打印作业中提供的3D模型数据文件，包括在执行3D模型的栅格化及切分之前的3D模型的数据以及在生产期间对目标物体进行分析的3D模型的层数据。如本文所用的，打印材料为打印设备用来形成物体的材料，诸如构建材料、打印液体或其组合之类。
目标物体模型可以被目标引擎102用来识别目标物体可以在构建床上形成的位置。例如，目标物体模型的数据可以直接使用矢量信息或间接基于体素信息的分析来识别目标物体的几何形状。对于另一示例，可以在每个层识别构建床上的目标物体的轮廓，其中该轮廓与打印设备的构建床上的位置进行比较。构建床几何形状可以用作识别目标物体的边缘(或以其它方式勾画目标物体的几何形状)并识别形成目标物体的构建床的区域的参考点。图4提供了接收构建床几何形状462及目标模型数据440以比较和识别构建床上目标物体模型的几何形状的目标引擎402的示例。热引擎106接着可以用于例如将构建床的几何形状上的温度数据绘制成地图以将温度数据与目标物体的几何形状进行比较，如下面进一步讨论的。
热引擎104表示对目标区域的温度水平进行识别的任意电路或电路组合和可执行命令。如本文所用的，温度水平包括在打印设备生产目标物体期间预测的温度。预测的温度可以基于关于打印设备的打印设备环境的之前打印作业或已知的温度信息。如本文所用的，打印设备环境表示打印设备形成物体的区域的状况。例如，打印设备环境包括构建床的状况、构建床周围的温度和从打印设备的标记设备放出的打印材料的温度。打印设备环境可以在允许打印环境受外部源影响的开放系统内，或对打印环境进行密封或以其它方式限制打印环境以保护不受外部源影响的封闭系统内。
可以通过使用热模型和目标物体模型在构建床的位置确定预测的温度来在目标区域识别温度水平。例如，在将要打印目标物体的位置，可以基于目标物体的大小和/或打印材料的热属性，加上打印环境内的任意热源，诸如热灯之类，计算目标的温度值(例如使用热模型函数)。对于另一示例，可以通过使用利用热模型函数(考虑或不考虑目标物体)的建模热数据生成构建床的温度地图来识别温度水平，接着将温度地图与目标物体的几何形状进行比较。在那一示例中，可以基于构建床的热模型来识别温度水平的区域(例如温度范围)。温度地图的区域可以基于用于使用打印材料生产的温度阈值。例如，温度阈值可以包括取决于打印设备所用的打印材料的诸如熔点或结晶点之类热属性的目标温度范围，温度地图能够识别包含处于目标温度范围内的区域或部分的温度水平阈值区域的边界。温度阈值表示表示温度并指明能够适当地形成目标物体的打印设备环境的温度的任意适当值。温度阈值可以是最大温度、最小温度、温度范围或其组合，并可以限定用于打印设备环境的“甜蜜点”温度和/或温度公差，以例如形成打印作业的输入3D模型的精确表示。
热引擎104可以在生产期间测量构建床的表面区域处的实际温度数据，诸如通过使用红外(IR)传感器之类。例如，可以使用打印设备的IR摄像头来验证温度数据(诸如温度水平和温度地图之类)，且IR摄像头可以通知系统100重新计算预测的温度水平。图4描述了在对是否应该打印物体进行确定且接收用于验证温度水平正确的IR传感器数据466时接收温度阈值464的热引擎404。当在打印目标物体的任意部分之前在粉末基的水平面放置初始牺牲物体时，或当实现在生产期间识别并形成牺牲物体的系统时，这是有用的。热引擎104可以使用实际温度数据来验证建模温度数据是正确的。
随着目标物体的区域被识别以及温度水平被识别，适当地放置牺牲物体以影响目标物体处的温度水平。牺牲物体引擎106表示响应于确定目标区域的温度水平不足以达到用于生产的温度阈值(例如允许目标物体维持在目标物体模型的几何形状的温度)对放置牺牲物体的物体位置进行识别的任意电路或电路组合和可执行指令。温度阈值可以是一个值，诸如最大温度或最小温度质量，或可以是值的范围，诸如用于打印材料的适当熔合、包括根据期望的熔合温度加上或减去5度的“甜蜜点”温度之类。温度阈值与由打印设备可用的打印材料的热属性相关联。例如，第一热属性打印材料可以确定第一打印材料以慢于第二热属性打印材料的速度冷却，因而对于第一打印材料，温度阈值可以是高于第二打印材料的范围。打印材料的示例性热属性包括打印材料的熔点、打印材料的结晶点、处于放出打印材料的温度的打印材料的黏性、打印材料的热传送速率、玻变温度、分解温度等或其组合。
如本文所用的，“牺牲物体”指的是打印设备可生产的不是目标物体一部分的可打印物体，“牺牲物体模型”表示表示在构建体积内构建的3D物体以形成牺牲物体的数据。牺牲物体提供热或以其它方式改进牺牲物体所处的区域的温度水平。例如，牺牲物体可以具有与打印材料的热属性和将打印材料排到构建床上的温度相关联的散热属性，其中牺牲物体通常具有升高围绕牺牲物体的周围温度的范围。以此方式，放置牺牲物体，以使得围绕目标区域的周围温度受牺牲物体的热辐射的影响，可以例如避免因目标物体的温度水平而引起的翘曲，如果无牺牲物体，该温度水平可能低于阈值温度。
如图4所描述的，牺牲物体引擎406可以接收目标物体几何形状468和温度地图444，并可以将温度地图与目标区域进行比较并且识别牺牲物体区域。如本文所用的，牺牲物体区域为牺牲物体可能所处的构建体积的一部分。牺牲物体区域可以包括目标区域与温度阈值内的温度地图的温度水平区域之间的差。以此方式，该比较可以识别目标区域在牺牲物体区域内(例如，目标物体至少部分在低于用于生产的温度阈值的温度区域内)。可以进一步基于打印材料的特性和打印设备环境来限定牺牲物体区域。例如，牺牲物体区域的大小可以增大(例如乘以)一个环境因子，以确保目标物体足以被该区域覆盖，且因重叠距离阈值，可以从牺牲物体区域移除接近目标物体的区域。如本文所用的，重叠距离阈值可以是物体之间的确保物体不合并(基于打印材料的热属性)的最小距离。重叠距离阈值可以用于识别牺牲物体与目标物体之间的期望距离。以此方式，可以在不小于离开目标物体边缘的重叠距离阈值处，将牺牲物体模型添加到目标物体模型。
牺牲物体引擎106可以利用仿真来识别牺牲物体。例如，牺牲物体引擎106可以执行有限元方法(FEM)仿真和仿真退火操作的迭代来识别多个牺牲物体的位置，以覆盖足以例如提供目标物体上的温度均匀性的牺牲物体区域。在那一示例中，牺牲物体引擎106可以：接收包括多个物体几何形状的牺牲物体几何形状信息；执行FEM仿真以生成温度地图，设置用于仿真退火操作的约束，该仿真退火操作识别牺牲部分的解以在目标区域中达到温度阈值，并迭代地执行FEM仿真更新和仿真退火操作，直至牺牲物体区域中的至少一个牺牲物体区域达到温度阈值，并且多个(例如，指示迭代终止的迭代的最大次数)迭代被执行。仿真退火操作表示使用概率和/或启发式设计来确定识别的搜索空间内的解的近似仿真。关于本文描述的识别的搜索空间的示例为在系统100的边界(例如由牺牲物体区域限定)内的牺牲物体的可能物体位置的域。例如，可能的物体位置的域(例如牺牲物体区域)可以是构建床的一部分，构建床的该部分位于基于与打印材料的熔点和打印材料的结晶点相关联的熔融属性的温度水平阈值区域之外、位于距离所述目标物体的重叠距离阈值之外(该重叠距离阈值超过第一距离，其中在生产期间，牺牲物体和目标物体在该第一距离处熔在一起)、位于在允许牺牲物体的热影响目标物体模型的牺牲物体的散热范围之内。
一种示例性仿真退火操作为蒙特卡洛仿真退火操作方法，其中该方法执行对数值域的随机采样，直至实现解。在本文描述的上下文中，仿真退火操作识别牺牲物体的物体位置，FEM仿真更新基于仿真退火操作所添加的牺牲物体对温度地图进行修改。示例性的蒙特卡洛方法可以将牺牲物体区域内的位置随机选作牺牲物体的物体位置，并将牺牲物体的预定几何形状置于目标物体模型中的位置。牺牲物体几何形状的大小及形状可以是预定的。例如，多个牺牲物体几何形状可以包括条和板，条表示预定长度的一条打印材料的，板表示具有内部填充的、预定直径的圆形物体。
最终的打印的几何形状由于使用类似于重叠距离阈值的合并距离阈值而可能不同于预定的几何形状。如本文所用的，合并距离阈值表示多个物体由于如此紧挨着而被合并的距离。例如，合并距离阈值可以基于打印材料的热属性，其中，相距该距离的两个打印物体由于打印材料的热属性而易于合并。当牺牲物体之间的距离满足合并距离阈值时，牺牲物体引擎106可以将第一牺牲物体与第二牺牲物体合并，并因而可以创建例如可以与目标物体的形状匹配的动态形状。例如，可以将置于重叠距离阈值且置于合并距离阈值内的多个牺牲物体合并成一个填充的牺牲物体，其遵循包括合并的牺牲物体间的区域的部分的几何边界。图5D中描述了牺牲物体的合并的示例，并在相关联的描述中进一步讨论。代替地或另外，当达到与第二牺牲物体的合并距离时，牺牲物体引擎106可以改变第一牺牲物体的物体位置以超过与第二牺牲物体的合并距离。可以基于温度地图、目标物体模型的几何形状和/或多个牺牲物体模型的位置的比较，由牺牲物体引擎106对牺牲物体进行改变。
随着在牺牲物体的适当位置对它们进行建模并将牺牲物体添加到打印作业数据(例如添加到目标物体模型)，打印作业可以使用图1B的打印引擎108。打印引擎108表示使得打印设备打印牺牲物体层的任意电路或电路组合和可执行指令。例如，打印引擎108可以是使得将打印设备的标记设备驱动至到物体位置、使得将一定数量的打印材料置于用于形成牺牲物体的物体位置、并使得施加能量给用于创建牺牲物体的物体位置的任意电路或电路组合和可执行指令。牺牲物体可以是不同于用于打印目标物体的打印材料的打印材料，或牺牲物体可以由与用于生产目标物体相同的打印材料构成。
在一些示例中，可以结合本文关于图4-8的任一所描述的功能，提供本文关于图1-3的任一所描述的功能。
图2和图3描述了可以实现用于打印设备环境的温度调节的各种系统200和300的示例性环境290和390。图2描述了示例性系统200可以包括操作地联结到打印设备246内处理器资源222的存储器资源220。处理器资源222可以操作地联结到打印设备246的组件，诸如IR传感器224、构建床226、标记设备228和打印材料230的容器之类。例如，打印设备246可以是包括诸如存储器资源220之类的机器可读介质的3D物体形成设备，机器可读介质包括可执行指令，当由诸如处理器资源222之类的处理器资源执行时，使得打印设备246(例如打印设备246的组件)生成由打印材料形成的目标物体，并在允许牺牲物体的热影响目标物体的热背景的距离范围内生成由打印材料形成的牺牲物体。
参见图2，存储器资源220可以包含可由处理器资源222执行的指令集以及由系统200使用的任意数据。例如，存储器资源220可以包含指令集、目标物体模型240、牺牲物体模型242和温度地图244。当指令集由处理器资源222执行时，该指令集可操作以使得处理器资源222执行系统200的操作。可以将存储在存储器资源220上的指令集表示为目标模块202、热模块204、牺牲物体模块206和打印模块208。目标模块202、热模块204、牺牲物体模块206和打印模块208表示执行时分别充当图1B的目标引擎102、热引擎104、牺牲物体引擎106和打印引擎108的程序指令。处理器资源222可以实现执行模块202、204、206、208和/或系统200的模块间和/或与系统200的模块相关联的任意其它适当操作的指令集。例如，处理器资源222可以执行指令集，以在打印设备的构建床的表面区域测量温度数据，根据包含与表示取决于打印材料属性的温度的温度阈值相关联的温度水平阈值区域的温度数据来生成温度地图，识别覆盖包含在温度水平阈值区域之外的目标物体模型的一部分的牺牲物体区域，限定牺牲物体区域内可能的物体位置的域，基于牺牲物体区域的边界和打印设备可用的牺牲部分几何形状对牺牲物体进行建模，在切分目标物体模型以预备打印目标物体之前将牺牲物体模型数据添加到目标物体模型数据，并使得形成的打印制品具有温度水平阈值区域之外、并且与目标物体的距离大于重叠距离阈值且小于散热阈值的牺牲物体部分。对于另一示例，处理器资源222可以执行指令集，以将达到合并距离阈值的多个牺牲物体模型中的任意牺牲物体模型进行合并，或当达到合并距离阈值时改变牺牲物体的物体位置。
尽管关于图2和其它示例性实施例图示并讨论了这些特定模块和各种其它模块，但可以在其它实施例内包括模块的其它组合或子组合。换言之，尽管图2图示且其它示例性实施例所讨论的模块执行本文讨论的示例中的具体功能，但可以在不同模块或在不同组合的模块完成、实施或实现这些和其它功能。例如，可以将图示和/或讨论为分离的两个以上模块合并为执行关于两个模块所讨论的功能的一个模块。作为另一示例，如关于这些示例所讨论的在一个模块执行的功能，可以在一个不同的模块或多个不同的模块执行。图4描述了如何可以将功能组织成引擎和/或模块的另一示例。
处理器资源222为能够处理指令(诸如计算指令)的任意适当电路，诸如一个或多个能够从存储器资源220检索指令、执行那些指令的处理元件之类。例如，处理器资源222可以是使得能够由取出、解码及执行模块202、204、206和208进行打印设备的温度调节的中央处理单元(CPU)。示例性处理器资源222包括至少一个CPU、基于半导体的微处理器、可编程逻辑设备(PLD)等。示例性PLD包括特定用途的集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)和可擦除可编程逻辑设备(EPLD)。处理器资源222可以包括集成在一个设备或跨设备分布的多个处理元件。处理器资源222可以串行、并行或部分并行地处理指令。
存储器资源220表示存储系统200所使用和/或生成的数据的介质。该介质为能够对诸如系统200的模块和/或系统200所用的数据之类的数据进行电子存储的任意非暂时性介质或非暂时性介质的组合。例如，该介质可以是不同于诸如信号之类的暂时性传输介质的存储介质。该介质可以是机器可读的，诸如计算机可读之类。该介质可以是电子、磁、光或能够包含(即存储)可执行指令的其它物理存储设备。存储器资源220据称可以存储程序指令，其由处理器资源222执行时，使得处理器资源222实现图2的系统200的功能。存储器资源220可以集成在与处理器资源222相同的设备，或它可以是分离的，但那一设备和处理器资源222可访问。存储器资源220可以跨设备分布。存储器资源220可以包括上面提及的数据和/或信息的表示。
在本文的讨论中，图1A和图1B的引擎102、104、106及108和图2的模块202、204、206和208被描述为电路或电路组合和可执行指令。此类组件可以以若干形式实现。参见图2，可执行指令可以是处理器可执行的指令，诸如存储在作为有形的非暂时性计算机可读存储介质的存储器资源220上的程序指令之类，且电路可以是用于执行那些指令的电子电路，诸如处理器资源222之类。驻于存储器资源220上的指令可以包括由处理器资源222直接(诸如机器代码之类)或间接(诸如脚本之类)执行的任意指令集。
在一些示例中，系统200包括可以作为安装包一部分的可执行指令，安装包被安装时可以由处理器资源222执行以执行系统200的操作，诸如关于图6-8描述的方法之类。在那一示例中，存储器资源220可以是诸如光盘、数字视频盘、闪存驱动之类的可携介质，或是诸如图3服务设备334之类的计算机设备所维护的存储器，可以从该存储器下载并安装安装包的服务设备334。在另一示例中，可执行指令可以是已经安装的一个应用或多个应用的一部分。存储器资源220可以是诸如只读存储器(ROM)之类的非易失性存储器资源、诸如随机存取存储器(RAM)之类的易失性存储器资源、存储设备或其组合。存储器资源220的示例性形式包括静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存等等。存储器资源220可以包括诸如硬盘驱动(HD)、固态驱动(SSD)或光驱动之类的集成存储器。
图3描述了可以实现用于打印设备的温度调节的各种示例性系统300的示例性计算设备390。系统300(本文关于图1A、1B和2所描述的)通常可以表示通过使用牺牲物体对打印设备环境的温度进行调节的任意电路或电路组合和可执行指令。系统300可以包括分别与图1B的目标引擎102、热引擎104、牺牲物体引擎106和打印引擎108相同的目标引擎302、热引擎304、牺牲物体引擎306和打印引擎308，且为简便起见不重复相关联的描述。如图2所示，引擎202、204、206和208可以集成到诸如图3的打印设备346或服务设备334之类的计算设备中，或如图3所示，可以集成在可以远离打印设备346或以其它方式与打印设备346分散、用于打印设备环境的温度调节的示例性系统300。例如，数据存储310可以包含与系统300的引擎302-308分离的网络330上的目标物体模型340、牺牲物体模型342和温度地图344。引擎302、304、306和308可以经电路集成、或作为安装的指令集成在计算设备的存储器资源。
示例性计算设备390可以包括诸如服务设备334和用户设备336之类的计算设备。服务设备334通常表示对从用户设备336接收的网络请求进行响应的任意计算设备，无论该用户设备336是虚拟的还是真实的。例如，服务设备334可以对电路组合和可执行指令进行操作以响应于对应用的页面或功能的请求提供网络包。用户设备336通常表示传递网络请求并接收和/或处理对应的响应的任意计算设备。例如，浏览器应用可以安装在用户设备336上，以从服务设备334接收网络包并将该包的有效负载用于经浏览器应用显示页面元素。
计算设备可以位于分离的网络330上，或是同一网络330的一部分。示例性计算环境390可以包括任意适当数目的网络330，任意数目的网络330可以包括云计算环境。云计算环境可以包括计算资源的虚拟共享池。例如，网络330可以是包括虚拟计算资源的分布式网络。系统300和计算设备的任意适当组合可以是虚拟共享资源池的资源的虚拟实例。本文系统300的引擎和/或模块可以位于“云上”和/或“在云上”执行(例如驻于虚拟资源共享池上和/或在虚拟资源共享池上执行)。
链路338通常表示电缆、无线连接、光纤连接或经电信链路、红外链路、射频链路或提供电子通信的系统的任意其它连接器的远程连接之一或组合。链路338还可以包括中间代理、路由器、开关、负载均衡器等。
参考图1-3，图1A和图1B的引擎102、104、106和108和/或图2的模块202、204、206和208可以跨设备334、336或其组合分布。引擎和/或模块可以在描述另一引擎和/或模块时完成或辅助完成执行的操作。因此，尽管将各种引擎和模块示为图1A、1B和2的分离引擎，但在其它实施例中，可以将多个引擎和/或模块的功能实现为一个引擎和/或模块，或划分为各种引擎和/或模块。在一些示例中，系统300的引擎可以执行关于图4、6-8所描述的示例性方法。
无论集成到一个设备还是跨设备分布，系统100、200、300的组件可以以类似的方式操作或交互。图4描述了用于实现用于打印设备环境的温度调节的示例性系统400的示例性操作。参考图4，图4的示例性引擎通常包括可以表示例如图1B的目标引擎102、热引擎104、牺牲物体引擎106和打印引擎108的目标引擎402、热引擎404、牺牲物体引擎406和打印引擎408。图4的示例性引擎可以在计算设备上实现，诸如图2的打印设备246、图3的服务设备或计算设备的组合之类。
例如，响应于打印作业请求460，目标引擎402可以接收构建床几何形状462和目标物体模型440，并当目标物体模型440的几何形状置于打印设备的构建床上时可以对它进行识别，本文将它作为目标区域来讨论。而且响应于打印作业请求460，热引擎404可以接收温度阈值464，并对温度地图444建模以识别低于温度阈值464的构建床的区域。例如，热引擎404可以包括程序指令，诸如水平模块456和地图生成器模块458之类，其由处理器资源执行时，分别使得处理器资源识别处于目标区域的阈值水平、生成温度地图444。在打印设备的摄像设备包括IR传感器的情况下，可以由热引擎404用从该摄像设备接收的IR传感器数据466对建模温度数据进行验证。
牺牲物体引擎406可以包括程序指令，诸如覆盖模块448和比较模块450之类，其由处理器资源执行时，使得处理器资源通过以下方式来促进识别牺牲物体区域：在目标物体几何形状468上覆盖温度地图444和执行温度阈值464与目标区域的比较以识别牺牲物体区域及牺牲物体区域内的物体位置。牺牲物体引擎406还可以包括程序指令，诸如部分几何形状模块452和聚合模块454之类，其由处理器资源执行时，使得处理器资源通过以下方式来促进添加牺牲物体：从多个牺牲物体几何形状470选择牺牲物体几何形状以放在牺牲物体区域内，以及将牺牲物体模型与目标物体模型合并以预备栅格化及层切分。打印引擎408可以使得更新后的模型472(或生产期间添加牺牲物体时多个更新后的模型)由使用打印操作474的打印设备打印。
图5A-5D将示例性物体模型描述为在用于打印设备环境的温度调节的示例性系统的示例性操作状态期间出现在示例性的构建床上。图5A和图5B描述了添加牺牲物体的过程期间系统的示例性状态502-506，图5A描述了将牺牲物体添加到模型数据前后状态的俯视图，图5B描述了将牺牲物体添加到模型数据前后状态的透视图。状态502描述了位于构建床512上的目标物体模型514，该构建床512覆盖有具有温度水平阈值区域516的温度地图，温度水平阈值区域516显示了至少为本文讨论的温度阈值的温度的构建床的区域。状态504描述了包括温度地图的温度水平阈值区域516之外的目标物体514的一部分的目标区域518的识别。状态506描述了将处于牺牲物体区域的物体520聚合到打印作业，并且描述了牺牲物体520周围温度水平阈值区域516的变化。
图5C描述了目标区域处的状态506和确定牺牲物体的位置时涉及的距离。重叠距离522描述了可以放置物体520而不影响目标物体514的几何形状的最小距离。示例性重叠距离阈值522可以为约.5毫米，取决于打印材料。散热距离524描述了牺牲物体520发出可能影响牺牲物体周围温度的热528的距离。合并距离526描述了牺牲物体520之间的牺牲物体应该合并及视为一个牺牲物体的最大距离。例如，合并距离阈值可以约为.3毫米，取决于打印材料。与距离522、524和526相关联的阈值基于打印设备使用的打印材料的热属性。
图5D描述了因满足合并距离阈值而将两个牺牲物体合并为一个牺牲物体520的状态508。状态508作为目标物体和牺牲物体的模型数据被讨论，且还表示一个物体如何由打印设备打印。例如，打印的物品可以包括在状态506中描述的物体，其包括由打印设备所用的打印材料形成的目标物体和由同一打印材料形成的牺牲物体，其中牺牲物体由打印设备在与目标物体的第一距离和与目标物体的第二距离之间的距离范围内打印，第一距离基于打印材料的熔点和打印材料的结晶点，第二距离在由打印设备打印时具有生产温度的牺牲物体的散热范围内。散热范围包括处于生产温度的打印材料散发的热量(例如热传递)影响目标物体的热背景的距离，该热量在图5C中描述为热528。热背景包括目标物体周围的打印设备环境。打印的物品可以由诸如3D物体形成设备之类的打印设备形成。
图6-8为描述用于打印设备环境的温度调节的示例性方法的流程图。参考图6，用于打印设备环境的温度调节的示例性方法可以通常包括执行第一温度地图和目标物体模型的几何形状的比较，基于第一温度地图识别低于温度阈值的目标物体模型的几何形状的目标区域，识别放置牺牲物体模型的位置，其中该位置与目标物体模型的几何形状的距离至少为重叠阈值距离，并基于第一温度地图和处于该位置的牺牲物体模型的热模型生成第二温度地图。图6的方法可以由用于打印设备环境的温度调节的系统执行。例如，牺牲物体引擎106可以执行比较，识别低于温度阈值的目标区域，并识别放置牺牲物体的位置，热引擎104可以生成第一温度地图和第二温度地图。
在框602，第一温度地图与目标物体模型的几何形状的比较由处理器资源执行，诸如打印设备的牺牲物体引擎的处理器资源之类，诸如执行图2的牺牲物体模型206时的处理器资源222。目标物体模型，如本文讨论的，包括表示在构建体积内构建3D物体以形成目标物体的数据。
在框604，基于在框602的比较，使用第一温度地图来识别目标物体模型的几何形状的目标区域。在框604识别的目标区域低于由打印材料的热属性确定的允许目标物体适当冷却的温度阈值。在框606，识别放置牺牲物体模型的位置。该位置由诸如图1A和图1B的牺牲物体引擎106之类的牺牲物体引擎确定为距离目标物体模型的几何形状的距离至少为重叠阈值距离。如本文讨论的，牺牲物体模型包括表示在构建体积内构建的3D物体以形成与目标物体分离的牺牲物体的数据。
在框608，生成第二温度地图。第二温度地图可以由诸如图1A和图1B的热引擎104之类的热引擎基于第一温度地图和处于该位置的牺牲物体模型的热模型而生成。以此方式，可以在栅格化和切分3D模型数据之前的模型阶段对牺牲物体提供的额外的热进行预测，为的是允许将牺牲物体模型添加到打印作业，诸如通过将牺牲物体模型数据添加到目标物体模型数据。第二温度地图接着可以用于验证打印环境的温度足够均匀以继续打印作业或是否添加额外的牺牲物体以改进构建床的热环境。
图7包括类似于图6的框的框，并提供额外的框及细节。尤其是，图7描述了大体关于识别目标几何形状、检索构建床的温度数据、确定牺牲物体模型的几何形状并将牺牲物体模型添加到目标物体模型的额外的框及细节。框708、710、712和716类似于图6的框602、604、606和608，且为简便起见，整体上不重复它们各自的描述。类似于图6，图7的方法可以由用于打印设备环境的温度调节的系统执行。
在框704，识别目标物体几何形状。例如，由诸如图1的目标引擎之类的目标引擎使用目标物体模型以及构建床上模型的位置来对目标物体的几何形状进行识别。在框706，诸如由图1A和图1B的热引擎104之类检索构建床的温度数据，以验证第一温度地图的比较。
在框712，确定牺牲物体的几何形状。可以经由牺牲物体引擎(诸如图1A和1B的牺牲物体引擎106之类)通过进行以下项的至少一项来确定牺牲物体模型的几何形状：选择多个预定几何形状中的随机预定的几何形状，和识别牺牲物体区域的边缘，该牺牲物体区域包括包含目标物体模型的一部分的区域，该目标物体模型的一部分处于温度地图上温度阈值之外、处于距离目标物体模型的散热阈值距离内。例如，该几何形状可以是围绕牺牲物体区域的打印材料的矩形，其可以可放置在低于构建的目标物体的任意层和/或在构建的目标物体的任意层之前的粉基层上。在那一示例中，目标物体几何形状和物体几何形状中的重叠可以允许在x轴或y轴上，只要目标物体和牺牲物体之间的距离满足z轴上的重叠距离阈值。在框714，将牺牲物体模型添加到处于所识别的位置处的目标物体模型。将牺牲物体模型添加到目标物体模型可以由诸如图1A和图1B的物体引擎106之类的物体引擎执行，并包括诸如将数据插入包含目标物体数据表示的电子文件、将额外的电子文件与目标物体数据文件相包含、给打印作业提供插入元数据、或数据的一些其它形式的聚合或其组合之类的操作。
图8表示用于使用牺牲物体对打印设备环境的温度进行调节的方法的另一示例。图8包括类似于图6及7的框的框，并提供额外的框及细节。尤其是，图8描述了大体涉及放置初始牺牲物体模型、生成温度地图、迭代地添加牺牲物体、合并或改变物体位置和打印更新后的目标物体模型的额外的框及细节。框802和804类似于图7的框702-708，框806类似于图6的框606，为简便起见，整体上不重复它们各自的描述。类似于图6和7，图8的方法可以由用于打印设备环境的温度调节的系统执行。
在框808，将初始牺牲物体置于目标物体模型中。如本文讨论的，由牺牲物体引擎将初始牺牲物体置于初始层，例如在具有目标物体模型的一部分的任意层之前。以此类方式，基础层可以用于将初始牺牲物体置于物体区域之内和/或周围，而除添加额外层之外不影响目标物体模型层信息。在框810重新生成温度地图，重新检查目标物体模型的几何形状以确定任意目标物体模型是否在如诸如FEM仿真模型之类的热模型所识别的阈值温度水平之外。温度地图的重新生成可以由诸如图1A和1B的热引擎104之类的热引擎执行，重新检查(即验证操作)可以由诸如图1A和1B的牺牲物体引擎106之类的物体引擎执行。
在框812，确定是否对于目标物体有足够的温度覆盖。该确定可以由热引擎、牺牲物体引擎或其组合执行。假如在目标物体模型上无足够的温度覆盖，那么开始放置补充的牺牲物体模型的迭代过程，直至目标物体模型完全在温度地图的温度阈值水平内(或执行最大数目的迭代)。在框814，该迭代过程可以始于对用于牺牲物体的牺牲物体区域内的随机位置进行识别，诸如使用蒙特卡洛采样技术。在框816确定牺牲物体的几何形状，在框818将牺牲物体模型添加到目标物体模型。
在框820，确定是否满足合并阈值。假如满足合并阈值(例如，多个物体彼此太近)，在框822，对牺牲物体的位置进行改变，或将第一牺牲物体与第二牺牲物体合并。可以基于温度地图、目标物体模型的几何形状和多个牺牲物体模型的位置的比较来确定改变位置或合并牺牲物体，诸如通过确定哪里的牺牲物体相对目标物体模型的集中度较低以及温度地图的变化。
在框824，重新生成温度地图，再次检查目标物体模型以识别是否应该继续迭代。一旦在框812识别足够的温度覆盖(或执行最大数目的迭代)，在框826由打印设备打印更新后的目标物体模型。本文讨论的迭代过程可以由诸如图1A和图1B的牺牲物体引擎106之类的牺牲物体引擎执行。在考虑补充的牺牲物体模型的厚度和补充的牺牲物体模型和目标模型之间最小距离的情况下，本文讨论的迭代过程可以基于补充的牺牲物体模型与目标物体模型之间平均距离的目标优化。生产期间，目标优化函数的平均距离与补充的牺牲物体模型的能量生产水平相关联，其受到打印材料的属性和生产期间放出打印材料的温度的影响。
尽管图4和图6-8的流程图图示了具体的执行次序，但执行次序可以不同于所图示的。例如，可以相对所示的次序打乱框的执行次序。而且，可以并发或部分并发地执行连续显示的框。所有此类变化都在本说明书的范畴内。
此规范中公开的所有特征(包括任意所附的权利要求、摘要及图)和/或如此公开的任意方法或过程的元件，可以以任意组合方式组合，除了至少一些此类特征和/或元件互斥的组合方式。
参考前述的示例，示出并描述了本说明书。然而，要理解可以有其它形式、细节和示例，而不背离后面的权利要求的精神及范畴。权利要求中词“第一”、“第二”或相关术语的使用不用于将请求保护的元件限于次序或位置，而仅用于区分分离的请求保护的元件。

Claims (15)

1.一种用于形成三维物体的设备，包括：
目标引擎，用于在对打印设备的构建床的要放置目标物体的目标区域进行识别；
热引擎，用于识别所述目标区域的温度水平，所述温度水平包括由所述打印设备生产所述目标物体期间的预测的温度；以及
牺牲物体引擎，用于响应于确定所述目标区域的所述温度水平不足以达到用于生产的温度阈值，识别放置牺牲物体的物体位置，所述温度阈值与由所述打印设备可用的打印材料的热属性相关联，其中所述牺牲物体用于提供额外的热以增强打印环境内的温度均匀性。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述温度阈值包括取决于所述打印材料的熔点和所述打印材料的结晶点的目标温度范围；
所述热引擎使用来自热模型函数的温度数据生成所述构建床的温度地图，其中所述温度数据包括所述构建床的预测的表面温度；并且
所述牺牲物体引擎：
将所述温度地图与所述目标区域进行比较；
识别牺牲物体区域，所述牺牲物体区域包括所述目标区域与所述温度阈值内的所述温度地图的温度水平区域之间的差，所述目标区域处于所述牺牲物体区域内；并且
通过环境因子增大所述牺牲物体区域。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述牺牲物体引擎：
接收包括多个物体几何形状的牺牲物体几何信息；
执行有限元方法仿真以生成所述温度地图；
设置用于仿真退火操作的约束，所述仿真退火操作识别牺牲部分的解以达到所述目标区域中的所述温度阈值；并且
迭代地执行有限元方法仿真更新和仿真退火操作，直至所述牺牲物体区域中的至少一个牺牲物体区域达到所述温度阈值并且多个迭代被执行，所述仿真退火操作用于识别牺牲物体的物体位置，并且所述有限元方法仿真更新基于由所述仿真退火操作添加的牺牲物体来修改所述温度地图。
4.根据权利要求3所述的设备，其中：
所述物体位置为在所述牺牲物体区域内随机选择的位置；并且
当第一牺牲物体与第二牺牲物体之间的距离满足合并距离阈值时，将第一牺牲物体与第二牺牲物体合并，所述合并距离阈值表示合并多个物体的第一距离。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述物体位置距离所述目标物体的距离为满足重叠距离阈值的第二距离，所述重叠距离阈值是不基于所述打印材料的熔点合并所述牺牲物体和所述目标物体的所述牺牲物体和所述目标物体之间的最小距离。
6.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多个几何形状包括条和板，所述条表示预定长度的打印材料的线，所述板表示内部填充的具有预定直径的圆形物体。
7.根据权利要求1所述的设备，包括：
打印引擎，用于：
使得所述打印设备的标记设备驱动至所述物体位置；
使得在所述物体位置处放置一定数量的所述打印材料，以形成所述牺牲物体；并且
使得对所述物体位置施加能量以创建所述牺牲物体，所述牺牲物体由与所述目标物体相同的打印材料制成。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述热引擎使用红外传感器测量在所述构建床的表面区域处的实际温度数据，以验证用于预测所述温度水平的建模温度数据；
在切分所述目标物体模型以预备打印所述目标物体之前，所述牺牲物体引擎将牺牲物体模型数据添加到目标物体模型数据；并且
所述打印引擎使得打印物品：
基于与所述打印材料的熔点和所述打印材料的结晶点相关联的熔融属性，形成在温度水平阈值区域外部；
形成在距离所述目标物体的重叠距离阈值之外，所述重叠距离阈值超过第一距离，其中在生产期间，所述牺牲物体和所述目标物体在所述第一距离处熔在一起；并且
形成在牺牲物体的散热范围之内，其中在所述散热范围之内允许所述牺牲物体的热量影响所述目标物体模型的温度。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述牺牲物体引擎：
限定可能的物体位置的域；并且进行以下操作中的至少一个操作：
将达到合并距离阈值的多个牺牲物体模型中的任意牺牲物体模型合并；以及
在达到合并距离阈值时改变所述牺牲物体的物体位置。
10.一种三维(3D)物体形成设备，包括：
包括可执行指令的机器可读介质，当所述可执行指令由所述3D物体形成设备的处理器资源执行时，使得所述3D物体形成设备：
生成由所述3D物体形成设备的打印材料形成的目标物体；并且
在距离所述目标物体的第一距离与距离所述目标物体的第二距离之间的距离范围内生成由所述打印材料形成的牺牲物体，其中所述第一距离基于所述打印材料的熔点和所述打印材料的结晶点并且其中所述牺牲物体和所述目标物体在所述第一距离处合并；并且其中所述第二距离处于所述牺牲物体的散热范围内，所述牺牲物体在由所述3D物体形成设备打印时具有生产温度，所述散热范围包括处于生产温度的所述打印材料散热以影响所述目标物体的热背景的距离，所述热背景包括所述目标物体周围的打印设备环境，其中所述第二距离是不基于所述打印材料的熔点合并所述牺牲物体和所述目标物体的所述牺牲物体和所述目标物体之间的最小距离。
11.一种用于打印设备环境的温度调节的方法，包括：
使用处理器资源执行第一温度地图与目标物体模型的几何形状的比较，所述目标物体模型包括表示要在构建体积内构建以形成目标物体的第一三维(3D)物体的第一数据；
基于所述比较，识别所述目标物体模型的所述几何形状的目标区域，所述目标区域低于基于所述第一温度地图的温度阈值；
识别用于放置牺牲物体模型的位置，所述位置至少距离所述目标物体模型的所述几何形状一重叠阈值距离，所述牺牲物体模型包括表示要在所述构建体积内构建以形成与所述目标物体分离的牺牲物体的第二3D物体的第二数据，其中所述牺牲物体用于提供额外的热以增强打印环境内的温度均匀性；并且
基于所述第一温度地图和处于所述位置处的所述牺牲物体模型的热模型，生成第二温度地图。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：
通过以下项中的至少一项确定所述牺牲物体模型的几何形状：
选择多个预定几何形状中的随机预定的几何形状；和
在距离所述目标物体模型的散热阈值距离内识别牺牲物体区域的边缘，所述牺牲物体区域包括包含所述目标物体模型的一部分的区域，所述目标物体模型的一部分处于所述温度地图上的所述温度阈值之外。
13.根据权利要求11所述的方法，包括：
将初始牺牲物体模型放置于所述第一数据内；并且
迭代地将补充的牺牲物体模型放置于所述牺牲物体区域内，直至所述目标物体模型完全在所述温度地图的温度阈值水平内或执行最大数目的迭代。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
迭代地放置补充的牺牲物体模型基于：所述补充的牺牲物体模型和所述目标物体模型之间的平均距离的目标优化，所述补充的牺牲物体模型的厚度，以及所述补充的牺牲物体模型与所述目标物体模型之间的最小距离，其中所述平均距离与生产期间的所述补充的牺牲物体模型的能量生产水平相关联。
15.根据权利要求11所述的方法，包括：
基于所述温度地图、所述目标物体模型的所述几何形状、和第二牺牲物体模型的位置的比较，改变多个牺牲物体中的第一牺牲物体的位置。
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