CN108437470B - 生成用于制作三维物体的控制数据的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了构造材料简档。本发明还描述了生成用于制作三维物体的控制数据(280)的示例。针对指示的构造材料访问构造材料简档数据(260)。给定构造材料的构造材料简档数据定义一个或多个参数值,这一个或多个参数值取决于给定构造材料的属性,并被配置为利用预定义构造属性生成三维物体。特定示例被设置为通过将构造材料简档数据应用于所接收的物体数据(230)而生成用于制作三维物体的控制数据。

Description

生成用于制作三维物体的控制数据的装置和方法
本申请是申请日为2014年9月30日、申请号为201480073349.6(国际申请号为PCT/EP2014/070968)、名称为“构造材料简档”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
逐层生成三维物体的增材制造系统已作为制作少量三维物体的潜在便捷方式被提出。这些系统通常接收采用物体模型形式的三维物体定义。该物体模型被处理以指令增材制造系统利用一种或多种构造材料制作物体。存在多种不同类型的增材制造系统。物体模型的处理可基于增材制造系统的类型而变化。
附图说明
本公开的多种特征和优点将从以下详细描述并结合附图显而易见,附图仅以示例方式与说明书一起图示本公开的特征,其中:
图1A至1C为根据一个示例的构造三维物体层的过程的示意性图示;
图2为示出根据一个示例的生成用于制作三维物体的控制数据的装置的简化示意图;
图3为示出根据一个示例的构造材料简档的结构的示意性图示;
图4为根据一个示例的增材制造系统的简化等比例图示;
图5为示出根据一个示例的生成控制数据的方法的流程图;
图6为示出根据一个示例的制作三维物体的方法的流程图;并且
图7为示出根据一个示例的示例性处理系统的示意图。
具体实施方式
在如下描述中,为说明目的,特定示例的多个特定细节被提出。说明书中引用的“示例”、“情况”或类似语言表示与示例结合描述的特定特征、结构或特性至少包括于那一个示例中或包括于该示例的至少一个可能实施方式中,但不一定包括在其它示例中或该示例的全部可能的实施方式中。
特定增材制造系统用于通过至少一个构造材料的固化生成三维物体。得到的三维物体的属性取决于所使用的构造材料及这些构造材料的属性。得到的物体属性还可能取决于诸如所使用的固化方法和外部环境与条件的附加因素。因此,这些系统可能需要仔细的校准,并且可能需要重新校准,以实现要制作的三维物体的期望属性集合。
本文描述的特定示例参考下述增材制造系统呈现,该系统使用“逐层”方法,即将构造材料沉积于平台上并且在施加下一层构造材料之前向每层施加固化过程。要创建的三维物体可在计算机辅助设计(CAD)包中设计,其为物体或物体的一部分定义物体数据。与物体或物体的一部分相关联的物体数据可包括诸如物体的总体三维形状的设计属性,还包括诸如颜色、平滑性和不透明度的表面属性。在特定情况下,物体数据还可包括要制作的物体的期望的和/或要求的材料属性,例如诸如密度、应力、强度和弹性属性之类的机械属性,导热和导电属性以及若干进一步附加的材料属性。
本文描述的特定示例提供了用于增材制造系统的构造材料简档。在这些示例中,增材过程中使用的构造材料具有其自身的参数集合,其可被用于实现最终三维物体的期望属性集合的标称值。这些参数可与接收的给定物体的物体数据一起使用,以生成用于制作物体的合适的控制数据。特定示例中,在由一种或多种构造材料简档设置的最佳控制参数下操作的增材制造系统在使用一种或多种选择的构造材料时提供稳定的构造过程。
现将参考图1A至1C描述根据一个示例的生成三维物体的过程。图1A至1C涉及使用聚结剂和聚结改性剂的示例增材制造系统。这些试剂允许三维物体具有变化的材料属性。尽管特定增材制造系统作为示例被呈现,但是如下描述的示例可应用于其他增材制造系统。这些系统包括选择性激光烧结系统、立体平版印刷系统、喷墨系统、任何三维打印系统、喷墨沉积系统及分层实体制造系统,以及其他。
在本文描述的示例中,聚结剂是被配置为需施加于构造材料的各部分并且在能量施加于所沉积的流体时使各部分聚结的任何物质。在一种情况下,聚结剂可包括能量吸收器,诸如紫外、可见光和/或红外能量吸收器。因此,聚结剂的沉积可使构造材料的特定部分从能量源吸收能量。从而可将所述部分加热至高于构造材料熔点的温度,使构造材料聚结,例如熔合。
同样地,聚结改性剂是用于改变聚结剂的效果的任何物质。例如,聚结剂和聚结改性剂可被选择为使得:i)构造材料中没有聚结剂被递送到其上的各部分在能量暂时施加于其时不进行聚结;ii)构造材料中仅聚结剂被递送或渗透到其上的各部分在能量暂时施加于其时进行聚结;iii)构造材料中仅聚结改性剂被递送或渗透到其上的各部分在能量暂时施加于其时不进行聚结;并且iv)构造材料中聚结剂和聚结改性剂均被递送或渗透到其上的各部分可经受修改后的聚结度。聚结改性剂可利用不同的物理和/或化学效应来改变聚结剂的效果。聚结改性剂可依赖于所选择剂型的特性而降低聚结度或增大聚结度。
图1A至1C示出了根据一个示例的一层所选择的构造材料的截面的系列100。为简单起见,该示例结合单种构造材料描述,然而该过程可被扩展至多种构造材料。在图1A中,构造材料110的第一层被提供于合适的支撑构件(未示出)上。在一个示例,所提供的构造材料层的厚度处于约90至110微米的范围,但在其它示例中可提供更薄或更厚的构造材料层。图1A至1C的示例使用聚结剂120和聚结改性剂130,它们被选择性地递送至构造材料层110的表面的一个或多个部分。试剂120和130的选择性递送是根据该层的控制数据来执行的。该控制数据可为由下述示例生成的控制数据。选择性递送意味着聚结剂和聚结改性剂两者可以以相对独立的模式递送至构造材料表面层的所选部分。这些模式可由控制数据确定。
在一种情况下,聚结剂120可包括黑色着色剂,诸如包括碳黑的墨水型配方。聚结改性剂130可包括防止构造材料固化的任何试剂。例如,其可包括:包括固体的液体;盐溶液;呈现合适冷却效果的流体;合适的塑化剂;或表面张力改性剂。层110可包括一种或多种构造材料。这些构造材料可包括粉末半结晶热塑性材料。其还可包括金属粉末材料、复合粉末材料、陶瓷粉末材料、玻璃粉末材料、树脂粉末材料、和聚合物粉末材料,等。
图1B示出了递送至构造材料表面的试剂120和130渗透到构造材料层110中,例如位置140和150处。试剂渗透程度可在两个不同的试剂之间有所不同,或在某些示例中可基本相同。在某些示例,渗透程度可根据增材制造系统的配置而变化。
在试剂120和130渗透至层110中之后,预定义水平的能量被暂时施加。在一个示例,施加的能量为红外或近红外能量,但在其它示例,可施加其他类型的能量,诸如微波能量、紫外(UV)光、卤素光、或超声能量等。能量源被施加的时长和/或能量源的类型可根据增材制造系统的配置而变化。能量的暂时施加使构造材料中聚结剂被递送或渗透到其上的一部分,例如部分140,加热至高于构造材料的熔点并聚结。在冷却时,已聚结部分成为固态并形成所生成的三维物体的一部分。一个这种部分在图1C中被示出为部分160。在本示例,构造材料中聚结改性剂被递送或渗透到其上的部分,例如部分150,在能量源的施加之后不进行聚结。这可帮助减少侧向聚结渗出的效果。这可例如用于改进物体边缘或表面的清晰度或准确度,和/或降低表面粗糙度。在另一示例,聚结改性剂可在散布有聚结剂的情况下被递送,其可用于使物体属性发生改变。图1A至1C示出的过程可针对与三维模型(例如上述由物体数据定义的三维模型)的后续平面或纵向切片相关联的后续构造材料层进行重复。
图2示出了根据一个示例的用于生成用于制作三维物体的控制数据的装置200的示意图。在图2,装置200包括接口210以及可通信地耦接至接口210的控制器220。
接口210被设置为接收或获取要生成的三维物体的物体数据230。在图2的示例中,物体数据230至少包括物体模型数据240。物体模型数据240可定义要生成的物体的至少一部分的三维模型。该模型可以以三维坐标系统定义物体的形状和范围,例如物体的固态部分。物体模型数据240可由计算机辅助设计(CAD)应用生成。
在图2的示例中,接口210还被设置为接收或获取选择数据250,选择数据250指示用于生成三维物体的至少一种构造材料。在一种情况下,选择数据250可形成物体数据230的一部分,例如其可与物体模型数据240关联指定。在另一种情况下,选择数据250可从被设置为制作三维物体的增材制造系统接收;例如,选择数据250可表示增材制造系统可获得的一种或多种构造材料。在另一种情况下,选择数据250可从用户界面接收;例如,用户可经由用户界面选择用于制作物体的特定构造材料。在特定情况下,前述选择数据的来源可被合并;例如,用户可选择一组可用构造材料,且/或可在物体数据230中指示的一种或多种构造材料与一种或多种可用构造材料之间执行映射。
在图2的示例中,控制器220被设置为访问关于一种或多种构造材料的构造材料简档数据260。在图2,针对所接收的选择数据250中所指示的构造材料来检索构造材料简档数据260。构造材料简档数据260定义取决于给定构造材料的属性并被配置为利用预定义构造属性生成三维物体的一个或多个参数值。构造材料简档数据260可以以一个或多个计算机文件的形式访问;例如,每种可用构造材料可具有独立的包括构造材料简档数据的计算机文件。在另一种情况下,构造材料简档数据260可以以数据库(诸如远程或本地数据库)的形式获得,其中选择数据被用于检索存储在与特定构造材料记录相关联的域中的一个或多个参数值。
在图2的示例中,构造材料简档数据260从储存设备270访问。在一个示例中,储存设备270本地耦接至控制器220,例如其可包括控制器220可访问的存储器或硬盘驱动。在其它示例,构造材料简档数据260可例如通过网络远程访问。在这种情况下,远程应用编程接口可用于响应于远程请求而返回一个或多个参数值,其中远程请求包括给定构造材料(例如选择数据250内的构造材料)的标识符。构造材料简档数据260可由增材制造系统的厂商和/或一个或多个构造材料供应商提供。在一种情况下,构造材料简档数据260是可编辑的,例如技术人员可基于特定增材制造系统的配置而编辑给定构造材料的参数值。
在图2,控制器220被设置为通过将所访问的构造材料简档数据260应用于所接收的物体数据230而生成用于制作三维物体的控制数据280。这可包括基于所访问的构造材料简档数据260和所接收的物体数据230中的一个或多个来确定图像和/或层处理技术。例如,所选构造材料的层厚参数值可从构造材料简档数据260检索,并用于构建物体模型数据240的合适的z轴切片。类似地,当使用图1A至1C图示的过程时,关于聚结剂和聚结改性剂中的一种或多种的量的参数值可从所选构造材料的构造材料简档数据260检索,并结合来自物体模型数据240的一个或多个z轴切片而使用,以生成用于在构造材料的一个或多个层上沉积所述试剂的指令。在一个示例,构造材料简档数据260可提供用于配置增材制造系统以生成三维物体的参数值;例如,其可提供用于设置操作温度、施加的能量、熔化能量和(例如构造材料和试剂中的一种或多种的)沉积速度以及其他中的一个或多个的参数值。增材制造系统的这种配置可由控制数据280指令。给定增材制造系统可被设置为接收控制数据280并对系统进行自动配置用于制作物体。
当图2的装置用于生成控制数据280以指令图1A至1C示出的过程时,所选构造材料的构造材料简档数据260可包括关于聚结改性剂和所选构造材料的相互作用的至少一个参数值,该聚结改性剂用于改变三维物体制作中所选构造材料的聚结。例如,参数值可涉及以下一个或多个:需用于所选构造材料的单位体积的聚结改性剂的量;需用于所选构造材料的聚结改性剂的半径;需应用于聚结改性剂的半径的梯度简档;在所选构造材料的构造材料混合中需使用的未聚结构造材料的量;用于分配所选构造材料层的至少聚结改性剂的多个通道;以及需施加于所选构造材料层的一个或多个未聚结区域的温度。在一种情况下,一个或多个参数值可包括需用于所选构造材料的单位体积(例如需用于每物体部分单位体积)的聚结剂的量,以及需用于所选构造材料的单位体积(例如用于每物体部分单位体积)的聚结改性剂的量。一个或多个参数值还可用于配置增材制造系统的熔化和结晶温度。这些值可针对不同的材料而不同。
由于触发给定构造材料的相变例如以使能聚结所需要的能量可在材料之间不同,所以使用构造材料简档数据260来设置增材制造系统的操作配置使得能够经由控制数据280自动设置合适的参数,这导向成功的物体制作。还可生成满足一个或多个预定物体属性(例如一个或多个设计、机械和/或表面属性)的三维物体。例如,聚结改性剂和给定构造材料之间的相互作用可被测量并用于确定所选增材制造系统的导致生成满足一个或多个预定物体属性的三维物体的一个或多个操作参数值。例如,期望的构造稳定性和/或部分属性可得到保证,例如如卷曲、弯曲和/或不完善的层沉积等的缺陷可被避免和/或减少至可接受的阈值。
在一种情况下,增材制造系统可具有多个操作模式。在这种情况下,给定构造材料的构造材料简档数据可包括被选择用于特定操作模式的参数值集合。例如,操作模式可定义为优化所生成物体的外观、所生成物体的尺寸精确度和增材制造系统的产量(例如在给定时间段可制作的物体的数量)中的一个或多个。在这些情况下,构造材料简档数据可包括分别针对外观、尺寸精确度和产量进行优化的参数值集合。当例如由用户或基于制作参数自动地选择操作模式时,用于该模式的合适的参数值可从构造材料简档数据中检索,并被应用以配置增材制造系统。因此,增材制造系统可利用给定构造材料以多种方式制作物体,其中在每种情况下,配置所需要的数据由构造材料简档数据提供。
根据一个示例,构造材料可被再利用。例如,不形成图1C中的聚结部分160的一部分的构造材料170可被收集并用于形成后续构造材料层。在这些情况下,未使用的构造材料可包括一定量的聚结改性剂,例如部分170先前吸收了聚结改性剂,如图1B的部分150所示。部分170还包括构造材料中没有试剂被沉积的部分,无论该试剂为聚结剂还是聚结改性剂。因此,在利用多层聚结和未聚结的构造材料(例如类似于图1C示出的层)制作三维物体之后,未聚结的构造材料可被移除以离开具有三维物体形式的聚结的构造材料。在这些情况下,未聚结的构造材料,其可包括没有试剂被沉积的构造材料和聚结改性剂被沉积的构造材料中的一种或多种,可被收集以再次用作后续物体生成中的构造材料。
例如,未聚结构造材料可与“纯净的”或“新的”构造材料混合,以形成构造材料混合物。该构造材料混合物可用作后续物体生成中的构造材料。在该情况下,最终的构造材料组合物可具有不同的属性。为保证不存在构造质量下降,控制器220可被设置为基于未使用与使用的构造材料的比例,即构造材料混合物中“新的”与“回收的”构造材料的比例,来配置后续构造的控制数据280。例如,来自构造材料简档数据260的参数值可被修改为考虑构造材料的再利用,例如设置可基于再利用的构造材料的量而配置。用于修改参数值的函数可由控制器220存储和/或在构造材料简档数据260中定义。可替代地,可在构造材料简档数据260中提供与构造材料混合物中再利用的构造材料的一个或多个比例相关联的一个或多个参数值的集合。在一种情况下,可基于反馈和构造材料简档数据260至少修改用于物体的后续层的聚结剂的量和聚结改性剂的量。
图3示出了从可结合图2的控制器220使用的独立构造材料简档的文件树300选择构造材料简档数据340的示例。构造材料简档数据340可包括可方便地存储于储存设备270上的多个独立的参数。例如,与构造材料简档数据340对应的构造材料可从共享共同参数的构造材料简档330的子分类330(诸如“塑料”或“金属”)选择,共同参数本身可从构造材料简档的子分类320选择。分类320可例如是构造材料的厂商引入的构造材料的子分类,且/或涉及在子分类的构造材料的集合之间恒定的参数值。分类320本身可包括“构造材料简档”的子分类310。
在一个示例中,文件树可由第三方提供商远程更新和维护,或可本地维护,例如相对于控制器220和使用控制数据280的增材制造系统中的一个或多个的本地维护。在进一步的示例中,对构造材料简档数据的独立分类的访问可作为计算机文件或在增材制造系统的嵌入式存储器中远程和本地提供。在一种情况下,装置200可形成增材制造系统的一部分;在另一种情况下,其可独立地提供,例如其可由计算机设备中的制作驱动器实现。构造材料简档可由诸如图2示出的控制器220自动选择,或可由用户选择。一旦简档数据340被访问,控制器220就可继续生成控制数据280而不需要进一步的用户干预。
在特定示例中,所选择的构造材料的构造材料简档数据包括如下参数中的一个或多个的参数值:要在一个或多个层中使用的所选构造材料的预热温度;所选构造材料层的每单位面积需递送的熔化能量,例如其可提供为能量源的施加功率和速度的组合;所选构造材料需要的加热时间;所选构造材料的层厚;所选构造材料层的分配速度,以及其他。参数值还可涉及中间色策略,其可针对要生成的物体的不同区域,例如针对内部主体和外壳区域,而有所不同。
图4示出了根据一个示例的增材制造系统400的简化等比例图示。该系统400可用于应用图1A至1C示出的过程,并可被设置为接收由图2的装置200生成的控制数据280。
系统400包括系统控制器410,其控制增材制造系统400的总体操作。在该示例中,系统控制器410被设置为接收控制数据415。其可包括来自图2的控制数据280。可替代地,系统控制器410可包含图2的控制器220,在这种情况下其还可包括接口210并被设置为接收物体数据。例如,如果增材制造系统为独立系统,则情况就是如此。
在图4,系统控制器410被设置为控制构造材料分配器420、聚结剂分配器430和聚结改性剂分配器440中的一个或多个的动作。合适的构造材料分配器可包括例如刮片和滚轮。一个或多个附加的材料和/或试剂分配器也可被提供。通过这些分配器的控制,至少一种或多种构造材料和一种或多种试剂可沉积在支撑结构450上或先前沉积的构造材料层上。在图4,构造材料层460被示出为具有小于支撑结构的面积;这是为了便于说明,而在实现中,一层可具有任意面积直到等于支撑结构450的面积。类似于图1C,三维物体的先前沉积的层通常包括未聚结的构造材料部分和聚结的构造材料部分465。聚结和未聚结构造材料的相对比例取决于正在生成的物体。在特定情况下,任何给定层中未聚结的构造材料部分为后续构造材料层提供支撑,例如由构造材料分配器420分配。例如,在制作期间,每个层可具有共同的面积,以使物体在立方体内构造。在制作结束后,未聚结的构造材料可被例如人工或机械地移除,以展现形成物体的聚结的构造材料部分。
例如,聚结剂分配器430可被设置为从系统控制器410接收指令,并根据控制数据415将聚结剂选择性地递送到至少一种构造材料的层的部分上。类似地,聚结改性剂分配器440可被设置为从系统控制器410接收指令,并根据控制数据415将聚结改性剂选择性地递送到至少一种构造材料的层的部分上。构造材料分配器420可被设置为提供至少一种构造材料的第一层,并在先前提供的层上提供至少一种构造材料的后续层。如上所述,每个层可具有共同的面积和定义的厚度。构造材料的后续层因此可沉积在先前层上,其中两层具有相同的厚度和面积。厚度可在构造材料简档中定义。能量源470也被提供为将能量施加于支撑结构450上的沉积层460。能量源可将均匀水平的能量施加至沉积层460,和/或可包括可寻址和/或可定向的能量源,诸如激光器。因此,当三维物体制作期间能量源470根据控制数据415施加于至少一个构造材料层时,聚结剂和聚结改性剂提供了构造材料的选择性聚结。
在一种情况下,至少试剂分配器430和440可包括打印头,诸如热打印头或压电喷墨打印头。支撑结构450和分配器420至440中的一个或多个可被设置为在一个或多个维度移动。因此构造材料和/或试剂可应用于三维可寻址位置。在一个实现中,构造材料分配器420可被设置为提供具有约90至110微米范围内的层厚的构造材料层,并且其中试剂分配器可被设置为提供每滴约为10L/106的试剂滴。
在特定实现中,构造材料供给器可邻近于支撑结构450而提供。该构造材料供给器可移动以显露构造材料空间。该构造材料空间则可借助于构造材料分配器420跨支撑结构450分布;例如若构造材料分配器420为刮片,则可跨支撑结构450划过构造材料空间,以形成构造材料层。
在一种情况下,构造材料供给器可包括储存介质,其被配置为存储用于标识由构造材料供给器提供的构造材料的数据。例如,构造材料供给器可包括用于存储构造材料标识符的电子电路或芯片。该构造材料标识符可通过有线和无线传输中的一个或多个传输至图2的接口250和图4的系统控制器410中的一个或多个。例如,在这种情况下,选择数据250可例如借助于所传输的构造材料标识符来表示经由构造材料供给器可获得的构造材料。以这种方式,控制器220或410可被设置为自动检索构造材料供给器中的可用构造材料的构造材料简档数据。在另一情况下,构造材料简档数据可直接存储于可由增材制造系统读取的电路或芯片上。
在特定情况下,构造材料简档数据中的一个或多个参数包括,针对给定构造材料,由构造材料分配器进行分配的未聚结构造材料的比例的指示。例如,仅当不高于30%的回收构造材料被使用时,给定构造材料才可提供满意的物体属性。这可能是因为聚结改性剂的污染会改变所使用的构造材料(例如在图1的部分170中发现的材料)的化学属性。这种污染可在超过30%的比例时阻止聚结。根据所选构造材料的构造材料简档数据生成的控制数据,诸如图2示出的控制数据280,可因此限制与“新的”构造材料相混合的回收构造材料的量。
在一种情况下,构造材料可在混合站混合。在这种情况下,混合可独立于三维物体的制作而执行。例如,混合站可访问来自系统400的使用的或回收的构造材料的量,以及“新的”或新鲜的构造材料的量。然后混合站可控制使用的和新的构造材料的选择性供给,来生成预定义比例的构造材料混合物,用作以上所述的构造材料。在一种情况下,混合站可耦接至系统400,以便供应构造材料混合物;例如,构造材料混合物可经由构造材料供给器供应。与构造材料供给器关联的储存介质,例如先前讨论的电子电路或芯片,可包括表示使用的和新的构造材料的比例的数据,例如还包括构造材料标识符。该比例可用于从构造材料简档检索和/或调整合适的构造材料参数值。
图5示出了根据一个示例的方法500,用于生成控制数据以制作三维物体,其可结合图4的示例性系统使用。
在框510,获取表示要生成的三维物体的物体数据。在一种情况下,物体数据包括关于物体设计的诸如物体的形状和大小的一个或多个参数。在特定情况下,物体数据还可包括关于物体的一个或多个属性的物体属性数据,例如一个或多个指定的材料属性。
在框520,确定用于生成物体的构造材料。构造材料可自动确定或可由用户选择。在一种情况下,物体可包括用于物体不同部分的独立的构造材料。构造材料可在物体数据中指示和/或可由参考图2描述的选择数据指示。
在框530,获取在框520确定的每个构造材料的构造材料简档数据。这可包括从图3示出的树中访问简档数据、访问用于存储一种或多种构造材料的构造材料简档的一个或多个文件和/或从本地或远程数据库检索构造材料简档数据,以及其他。在特定情况下,框530可包括生成新构造材料的新构造材料简档,例如,提供新构造材料文件或录入构造材料简档数据以生成新构造材料简档。在特定情况下,构造材料简档数据可基于从增材制造系统,例如从可移除地安装在系统中的一个或多个构造材料容器,检索的一个或多个构造材料标识符,从储存设备或供给服务请求。
在框530获取的构造材料简档数据定义了一个或多个参数值,其取决于给定构造材料的属性,并且被配置为利用例如标称或最小结构属性之类的预定义构造属性生成三维物体。在一种情况下,至少一个参数值涉及聚结改性剂与给定构造材料的相互作用,该聚结改性剂用于在如结合图1A至1C和图4描述的三维物体制作中改变给定构造材料的聚结。在一种情况下,这一个或多个参数值至少包括需用于给定构造材料的单位体积的聚结剂的量和需用于给定构造材料的单位体积的聚结改性剂的量。
在框540,根据获取的物体数据和获取的构造材料简档数据生成用于控制增材制造系统的控制数据。其可包括将来自一个或多个构造材料简档文件的数据应用于来自物体文件的数据,以确定增材制造系统的配置参数。该数据可由控制器(诸如图2和图4中的一个或多个中示出的那些)生成。控制数据可进一步包括例如根据物体数据所定义的物体的尺寸和获取的构造材料简档数据所定义的一种或多种构造材料的属性来定义在构造材料区域处使用聚结剂和聚结改性剂的图形的数据。生成的控制数据还可进一步包括诸如时序和构造材料层上的各试剂的量的参数值,以在制作的三维物体中实现期望属性的集合。控制数据可被存储供增材制造系统例如在稍后的时间点后续使用,或可被传递至增材制造系统用于物体的制作。
图6示出了根据一个示例的用于生成三维物体的方法600。该方法使用由图5的方法500生成的控制数据。方法600可利用图4的系统400而应用。
图6的方法600开始于阶段605。在特定情况下,阶段605等同于图5的阶段550,即方法600表示图5的延续。在其它情况下,方法600可使用来自图5的控制数据,但可在稍后的时间点例如基于存储的和/或接收的控制数据而应用。
在框610,形成构造材料层。在框620,根据控制数据在一个或多个构造材料的各区域上选择性地沉积聚结剂和聚结改性剂。在框630,向该层的各区域施加能量。这在已沉积聚结剂的构造材料部分上导致材料聚结。例如,如参考图1A至1C的描述,构造材料可固化以根据聚结剂和聚结改性剂被沉积的位置而形成三维物体的一部分。在本方法的多个示例中,施加的能量可为红外源、可见光源或紫外光源。在图6,框610至630可重复,如由其中的箭头指示,以重复地在聚结和未聚结的构造材料中一个或多个的层的上方施加后续层。该方法可被重复直到生成该物体或物体的一部分。
在特定示例,来自先前层的构造材料可由于缺少沉积的聚结剂和/或出现沉积的聚结改性剂而不进行聚结。在这些情况下,一定量的聚结改性剂可出现在残留的构造材料中,诸如在图1的部分170中。可能期望例如在一个或多个增材制造系统中进行的后续制作中再利用该残留的构造材料。如先前描述,为了再利用构造材料,在特定情况下有必要校准系统并且因此基于构造材料的组合生成一层的控制数据以获得物体的期望构造质量。例如,关于每部分单位体积的聚结剂和聚结改性剂的量的参数值可由控制器(诸如图4示出的控制器440)修改,以考虑再利用的构造材料。其优点为在整个制造过程中保持构造质量。在一个示例中,该过程可在每个制作周期重复。
在特定示例,构造材料简档数据的一个或多个参数可包括,针对给定构造材料,用于与新的构造材料混合以形成构造材料混合物的未聚结的构造材料的比例的指示。在这种情况下,方法600可包括根据构造材料简档混合未聚结的构造材料和新的构造材料以形成构造材料混合物,并沉积构造材料混合物的层例如作为构造材料的后续层。在一种情况下,这种混合可例如独立于进行中的任一个特定制作而离线执行。
类似地,这一个或多个参数值可包括需用于给定构造材料的单位体积的聚结改性剂的最大量。在这种情况下,方法600可包括确定给定构造材料混合物中再利用构造材料的比例,确定已施加于再利用构造材料的聚结改性剂的量,并根据再利用构造材料的比例、已施加于再利用构造材料的聚结改性剂的量以及要使用的聚结改性剂的最大量来调整控制数据中的需用于给定构造材料的单位体积的聚结改性剂的指示量。
本文描述的特定示例可用于增材制造系统中,其使用喷墨打印头在粉末构造材料上沉积一种或多种试剂以利用逐层构造方法生成三维物体。尽管该特定增材制造系统作为示例被呈现,但上述示例可应用于其他增材制造系统,包括选择性激光烧结系统、立体平版印刷系统、喷墨系统、任何三维打印系统、喷墨沉积系统和分层实体制造系统,以及其他。
特定示例在构造材料简档中存储构造材料属性,构造材料简档使得根据要使用的一种或多种构造材料来配置和/或预配置增材制造系统。该材料简档描述了利用一种或多种可用原材料正确制作三维物体所需要的一组参数。构造材料简档可包括诸如构造材料熔点或构造材料的聚结属性的数据值。尽管特定参数被描述为本文的示例,但其并非意图提供可形成构造材料简档的一部分的参数的穷举列表。因此,存储为材料简档的一部分的参数值可依赖于所应用的增材制造系统的细节而变化。通过使用构造材料简档,正确和/或最佳的参数值可应用于每一种构造材料。
在一种情况下,物体属性数据可提供为物体数据230和/或框510获取的物体数据的一部分。该物体属性数据可定义要生成的三维物体的一个或多个期望物体属性。在一种情况下,物体属性数据180可包括要生成的物体的至少一部分的期望材料属性。物体属性数据180可例如针对整个要生成的物体来定义,例如全局属性数据,或针对要生成的物体的一个或多个部分来定义,例如本地属性数据。物体属性数据180还可用于定义物体的一个或多个部分的多个物体属性。物体属性可包括例如柔韧性、弹性、刚性、表面粗糙度、孔隙度、层间强度和密度等,并且可取决于用于生成物体的构造材料或试剂的类型。给定该物体属性数据,诸如控制器220或410的控制器可对构造材料简档数据和物体模型数据进行处理,以在生成的三维物体中实现指定的物体属性。例如,控制器可应用函数来修改和/或选择来自构造材料简档数据的特定参数值以实现指定的物体属性。
本文描述的特定示例可使图像处理和/或制作参数中的一组并且在特定情况下是全部合并在单个文件中。在这种情况下,图像处理参数可涉及中间色参数。在一种情况下,材料简档可由增材制造系统例如基于可用构造材料自动选择。在另一种情况下,用户可选择特定构造材料、构造材料的特定量和/或再利用构造材料的期望比例,并且合适的参数值可基于对应构造材料简档数据而应用。
根据本文描述的特定示例,构造材料简档的集合可由增材制造系统厂商和/或构造材料供应商提供。如果希望使用新的原材料,则用户可在可用于本文描述的装置和方法的定制构造材料简档中生成新的一组参数值。构造材料简档还可在增材制造系统之间传送,例如在一组制作机器之间共享给定简档和/或共享已在特定增材制造系统上配置和测试的定制简档。在特定情况下,材料简档还可通过诸如互联网的网络传送。
本文描述的特定方法和系统可由处理器实现,处理器处理从非暂时性储存介质中获得的程序代码。例如,这可用于至少实现控制器220或控制器410。图7示出了包括耦接至处理器720的机器可读储存介质740的设备的示例700。该设备可包括计算机和/或增材制造设备。机器可读介质740可为可包含、存储或保持由指令执行系统使用或结合指令执行系统使用的程序和数据的任意介质。机器可读介质可包括诸多物理介质中的任一种,诸如,例如电子、磁、光、电磁或半导体介质。合适的机器可读介质的更具体示例包括但不限于,硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器或便携式磁盘。在图7的示例中,机器可读储存介质包括用于实现本文描述的前述示例的控制器750的程序代码,和表示一个或多个构造材料简档数据760的数据。在其它示例中,构造材料简档数据760可存储于独立的储存介质中,例如如参考图2描述的。
类似地,应当理解,控制器在实践中可由单个芯片或集成电路或多个芯片或集成电路提供,可选地可被提供为芯片组、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。例如,这可适用于控制器或其他控制电路的全部或部分。一个或多个芯片可包括用于实施以上所述的可配置为根据所述示例操作的至少数据处理器或多个处理器的电路(以及可能的固件)。就这一点来说,所描述的示例可至少部分地由存储于(非暂时性)存储器中、且可由处理器、或硬件、或有形的存储代码和硬件(以及有形的存储固件)的组合执行的计算机程序代码来实现。
前述描述被呈现以说明和描述所述原理的示例。该描述并非意图穷举或将这些原理限制为所公开的任何精确形式。根据以上教导,多种改变和变型也是可能的。

Claims (19)

1.一种生成用于制作三维物体的控制数据的装置,包括:
控制器,被设置为访问用于生成所述三维物体的至少一种构造材料的构造材料简档数据,所述构造材料通过能量被施加于施加至所述构造材料的聚结剂而可聚结,
其中所述构造材料的构造材料简档数据包括关于聚结改性剂和所述构造材料的相互作用的至少一个参数值,所述聚结改性剂被用于在制作所述三维物体时改变所述构造材料由于所述聚结剂的聚结效果,并且
其中所述聚结剂和所述聚结改性剂在所述三维物体根据所述控制数据的制作期间,在能量源施加于所述构造材料的层时,提供选择性聚结;
其中所述控制器被设置为通过将所访问的所述构造材料简档数据应用于所述三维物体的物体数据而生成用于制作所述三维物体的控制数据。
2.根据权利要求1所述的装置,进一步包括被设置为接收所述物体数据和选择数据的接口,所述选择数据标识用于生成所述三维物体的所述构造材料。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述参数值取决于所述构造材料的属性,并且被配置为利用预定义构造属性生成三维物体。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述构造材料包括构造材料混合物,所述构造材料混合物包括一部分先前使用的未聚结的构造材料和一部分新的构造材料,并且所述构造材料简档数据指示用于利用所述构造材料混合物制作三维物体的参数值,所述参数值不同于针对新的构造材料的参数值。
5.根据权利要求3所述的装置,其中所述参数值包括需用于所述构造材料的单位体积的聚结剂的量和需用于所述构造材料的单位体积的聚结改性剂的量。
6.根据权利要求5所述的装置,包括:
第一试剂分配器,被设置为从所述控制器接收所述控制数据,并根据所述控制数据选择性地将所述聚结剂递送到所述构造材料的层的部分上;
第二试剂分配器,被设置为从所述控制器接收所述控制数据,并根据所述控制数据选择性地将所述聚结改性剂递送到所述构造材料的层的部分上;以及
构造材料分配器,被设置为提供所述构造材料的第一层,并在先前提供的层上提供所述构造材料的后续层。
7.根据权利要求6所述的装置,包括:
构造材料供给器,被设置为供应供所述构造材料分配器分配的所述构造材料,
其中所述选择数据指示由所述构造材料供给器供应的所述构造材料。
8.根据权利要求7所述的装置,其中所述构造材料供给器与储存介质相联,所述储存介质被配置为存储标识用于生成所述三维物体的所述构造材料的所述选择数据。
9.根据权利要求3所述的装置,其中所述参数包括针对所述构造材料的以下一个或多个:
需用于所述构造材料的单位体积的聚结改性剂的量;
需用于所述构造材料的聚结改性剂的半径;
在所述构造材料的构造材料混合物中使用的未聚结构造材料的量;
用于分配用于所述构造材料的层的至少所述聚结改性剂的多个通道;以及
需施加于所述构造材料的层的一个或多个未聚结区域的温度。
10.根据权利要求9所述的装置,其中所述参数进一步包括针对所述构造材料的以下一个或多个:
需在一个或多个层中使用的所述构造材料的预热温度;
所述构造材料的层的每单位面积需递送的熔化能量;
所述构造材料需要的再加热时间;
所述构造材料的层厚;以及
针对所述构造材料的层的分配速度。
11.一种生成用于制作三维物体的控制数据的方法,包括:
获取用于生成所述三维物体的构造材料的构造材料简档数据,所述构造材料通过能量被施加于施加至所述构造材料的聚结剂而可聚结;以及
通过将所述构造材料简档数据应用于所述三维物体的物体数据,为增材制造系统生成用于制作所述三维物体的控制数据,
其中所述构造材料简档数据包括关于聚结改性剂和所述构造材料的相互作用的至少一个参数值,并且所述聚结改性剂在制作所述三维物体时改变所述构造材料由于所述聚结剂的聚结效果,
其中所述聚结剂和所述聚结改性剂在所述三维物体根据所述控制数据的制作期间,在能量源施加于所述构造材料的层时,提供选择性聚结。
12.根据权利要求11所述的方法,其中生成控制数据包括:
确定所述增材制造系统的配置;以及
从所述构造材料简档数据获取与所述增材制造系统的所述配置一起使用的一组参数值,所述参数值被配置为利用预定义构造属性生成所述三维物体。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述控制数据被用于指示聚结改性剂在所述构造材料的至少一层上的沉积。
14.根据权利要求13所述的方法,其中:
所述构造材料包括构造材料混合物,所述构造材料混合物包括一部分先前使用的未聚结的构造材料和一部分新的构造材料,
确定所述增材制造系统的配置包括:确定所述构造材料混合物中的所述先前使用的未聚结的构造材料的比例,并且
从所述构造材料简档数据获取一组参数值包括:利用所述构造材料简档数据确定针对所述构造材料混合物中的所述先前使用的未聚结的构造材料的比例而配置的控制数据。
15.根据权利要求11所述的方法,其中所述参数值至少包括需用于所述构造材料的单位体积的聚结剂的量和需用于所述构造材料的单位体积的聚结改性剂的量。
16.根据权利要求15所述的方法,进一步包括:
沉积所述构造材料的层;
根据所述控制数据,在所述层上选择性地沉积所述聚结剂和所述聚结改性剂中的一种或多种;以及
施加能量至所述层,以使所述构造材料的部分进行聚结并固化,以根据所述聚结剂和所述聚结改性剂所沉积的位置而形成所述三维物体的一部分。
17.根据权利要求11所述的方法,其中所述构造材料为给定构造材料类型,并且所述参数值指示所述给定构造材料类型的化学属性和物理属性中的一个或多个。
18.根据权利要求11所述的方法,进一步包括:
从与构造材料供给器相联的储存介质读取标识所述构造材料的构造材料标识符,
所述构造材料标识符被用于访问所述构造材料简档数据。
19.一种用于制作三维物体的增材制造系统,包括:
根据权利要求1至10中任一项所述的装置。
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