CN109070479B - 3d打印部件的材料处理单元 - Google Patents

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Abstract

根据一个方面，提供了一种用于从清洁站中的构造单元(114)提取3D打印部件的装置和方法，包括：获得表示构造单元(114)中包含的打印作业的内容的数据，并且部分地基于所获得的数据并且部分地基于与清洁站执行的操作有关的数据来生成构造单元(114)的内容的可视化。

Description

3D打印部件的材料处理单元
背景技术
增材制造(更通常称为3D打印)使3D物体能够基于要构造的一个或多个物体的3D物体模型逐层构造。存在许多不同类型的3D打印技术。一种类型的3D打印涉及形成连续的构造材料(例如粉末构造材料)的层，并选择性地固化每个构造材料的层的部分，以形成正在生成的一个或多个物体的每个层。3D物体的生成可以在诸如构造单元的外壳中进行。
附图说明
现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述示例，附图中：
图1是根据一个示例的材料处理单元的简化框图；
图2是根据一个示例的构造单元的简化框图；
图3是概述根据一个示例的操作材料处理单元的示例方法的流程图；
图4是根据一个示例的构造单元的内容的图示；
图5a和图5b是根据一些示例的可视化的图示；
图6是概述根据一个示例的操作材料处理单元的示例方法的流程图；
图7是根据一个示例的可视化的图示；
图8是根据一个示例的材料处理单元的简化框图；和
图9是根据一个示例的可视化的图示。
具体实施方式
如上所述，一种类型的3D打印涉及形成连续的构造材料(例如粉末构造材料)的层，并选择性地固化每个构造材料的层的部分，以形成正在生成的一个或多个物体的每个层。构造材料的层可以在可移动支撑平台上的构造单元内形成，该可移动支撑平台被降低以使得每个构造材料的层能够在其上形成并且选择性地固化。在处理3D打印作业之后，构造单元包含支撑在支撑平台上的一定量的固化和未固化的构造材料。生成的物体通常由固化的构造材料形成，但是在一些情况下，在3D打印作业的处理期间，可能生成了不形成正在生成的3D物体的一部分的部分固化的构造材料(这些部分可以包括例如用于当产生一个或多个物体时提供特定的热特性的所谓的牺牲部分或使用的部分)。必须通常通过手动或半自动过程从未固化的构造材料中移走生成的物体。
构造材料本质上通常是不透明的，这意味着在已经进行打印作业之后，构造单元内形成的生成物体被未固化的构造材料隐藏而不可见。因此，在构造单元内恢复特定生成的物体通常是困难的，尤其是在其中在已经进行3D打印作业之后，处理构造单元的材料处理单元的操作者不知道在构造单元内生成的生成物体的性质的情况下。在使用多个构造单元的3D打印环境中，这种困难可能会进一步恶化。
现在参考图1，示出了材料处理单元100的简化框图。材料处理系统100包括材料处理模块102。模块102可以包括例如适合于从构造单元或其它合适的构造材料容器中提取未熔合的构造材料(例如粉末化构造材料)的未熔合构造材料提取系统(例如真空或气动提取系统)。材料处理模块102可以例如包括真空泵或发生器，其可连接到真空软管(未示出)，该真空软管可用于例如在操作人员的控制下从已经进行了3D打印作业的构造单元中吸出未固化的构造材料。
为了便于移走生成的物体和未固化的构造材料，可以例如在操作员的控制下，缓慢地升高材料处理单元100中正在处理的构造单元的支撑平台。这使操作员能够从生成的物体移除未固化的构造材料，移除未覆盖的物体，然后继续从构造单元中移除更低级别的未固化构造材料和其它生成的物体。
模块102还可以例如包括其中可以存储回收的未熔化的构造材料的未熔化构造材料储存罐(未示出)。
材料处理单元100还包括可视化模块104，如下面将更详细描述地，其使得能够将构造单元的内容的图形可视化显示给用户。
材料处理单元100由控制器106控制。控制器106包括处理器108，例如微处理器或微控制器。处理器108经由合适的总线(未示出)耦接到存储器110。存储器110存储处理器可理解的材料处理单元控制指令112，其在由处理器108执行时，控制如本文所述的材料处理单元100。
在一个示例中，可视化模块104可以通过存储器110中存储的可视化模块处理器可理解指令来实现。
3D打印环境可以另外包括至少一个3D打印机，例如以虚线示出的3D打印机116。3D打印机116可以是任何合适的基于粉末的构造材料3D打印机。
可以在打印环境中使用至少一个移动构造单元114。图2中示出了示例构造单元114的简化图示。构造单元114包括外壳202，在外壳202内，由壳体206的内部基座和垂直可移动的支撑平台208的底部形成封闭的构造材料存储空间204。空间(volume)204可以用于存储由3D打印机用来生成3D物体的构造材料206。可以在构造空间210内的支撑平台208上形成构造材料的层并选择性地固化构造材料的层。当形成并选择性地固化每个构造材料的层时，支撑平台208可以向下移动以使得能够形成和处理新的构造材料的层。如下面进一步描述地，构造单元114还包括用于存储与构造单元114有关的数据的存储器212。虽然未示出，但是构造单元114可以包括(例如在外壳202的壁内的)构造材料供给机构，用于使得构造材料206能够从空间204移动以使得构造材料的层能够形成在支撑平台208上。构造单元114进一步包括接口214(例如电接口)，用于使得构造单元所插入的单元(例如3D打印机和材料处理单元)能够控制支撑平台208的高度。接口214还可以用于允许对存储器212的数据访问。
空的构造单元114可以连接到材料处理单元100，以将合适的构造材料装入其中。然后可以将构造单元114插入到进行打印作业的3D打印机116中，从而使得生成由打印作业定义的3D打印物体。在打印之后，构造单元114可以返回到材料处理单元100，在材料处理单元100处，可以移除任何未熔化的构造材料，使得能够从构造单元114恢复任何3D打印的物体。
另外参考图3的流程图，现在将描述操作材料处理单元100以处理其中已生成3D物体的构造单元的示例方法。
在302处，处理器108执行材料处理单元控制指令112以使控制器106获得表示材料处理单元100将要处理的构造单元114的内容的数据。在一个示例中，构造单元可以插入到材料处理单元100中或以其它方式耦接到材料处理单元100。
在304处，控制器106从附接到构造单元114的存储器212获得表示构造单元114的内容的数据。在该示例中，表示构造单元114的内容的数据可能已经由3D打印机116(在3D打印机116中处理了该数据)存储在存储器212中。在一个示例中，表示构造单元114的内容的数据可以从打印作业数据导出，但是在另一个示例中，表示构造单元114的内容的数据可以是打印作业数据。
在另一示例中，控制器106从远程数据存储存器获得表示构造单元114的内容的数据。构造单元114的存储器212可以存储构造单元标识符，并且3D打印机116可以在远程或联网的数据储存器中存储构造单元114的标识符和表示构造单元114的内容的关联数据。以这种方式，控制器106可以获得构造单元114的构造单元标识符，并且可以从远程数据储存器获得表示构造单元114的内容的数据。在其它示例中，可以采用获得表示构造单元114的内容的数据的其它方法。
表示构造单元114的内容的数据可以为任何合适的格式，例如3MF文件格式、STL(立体光刻)文件格式等。数据可以适合于允许生成可视化模块104的视觉显示器上的三维视觉表示或可视化。可视化模块104可以另外包括用户界面，诸如触摸屏、虚拟现实耳机、增强现实显示器等。可视化模块104还可以包括用于使得能够调整视角和缩放级别的键盘、鼠标、操纵杆等，例如以使得用户能够使用户能够旋转构造空间302的表示，从而使得从一侧观察时隐藏而不可见的物体变得可见。
在304处，处理器108执行材料处理单元控制指令112以使控制器106确定构造单元114的状态。在一个示例中，确定的构造单元114的状态是构造单元的构造平台208的构造单元114内的高度或位置。知道构造单元114内的构造平台208的位置允许确定构造单元114的顶部与构造平台208之间的距离。
如前所述，可以在构造单元114正在由材料处理单元100处理的同时，升高构造单元114的构造平台的高度，以使得能够从任何未固化的构造材料中提取构造单元114内的物体。
图4中示出了构造单元114的内容的示例表示400。表示400是构造空间(buildvolume)402内的物体404的三维表示，但是在其它示例中，可以使用二维表示。表示400示出了构造空间402，其可以对应于例如可以在构造单元114内处理的构造材料的体积的大小和形状。在构造空间402内示出了多个3D物体404a至404n。物体304的数量、大小和形状可以变化。
在306处，处理器108执行材料处理单元控制指令112以基于获得的3D数据和确定的构造平台208的位置，来控制可视化模块104以生成构造单元的内容的可视化。
在图5a中示出由可视化模块104生成的示例可视化。构造空间的外部边界显示为虚线502，而在构造空间内显示其中生成的物体。构造单元的顶部在504处示出。在506处示出了构造单元504的顶部与支撑平台208之间的距离。
在图5a中所示的可视化中，如阴影所示，在构造单元504的顶部的预定距离内的任何物体被突出显示。这使得操作者能够例如在真空软管的帮助下手动提取物体，以能够识别构造单元114内的那些物体的位置。
如图5b所示，随着支撑平台208的高度升高，可视化模块104更新生成的可视化。在图5b中，可以看到支撑平台208已经升高，因此可视化模块104已经确定了预期仍然存在于构造单元114中的那些物体。例如，可视化模块104假设已经移除了构造单元114的顶部504上方的那些物体。同样，可视化模块114突出显示距构造单元114的顶部504预定距离内的那些物体。在一个示例中，预定距离可以在约0到2cm的范围内，但是在其它示例中，可以使用其它合适的预定距离。
在一个示例中，物体404中的至少一些可以与物体元数据相关联。物体元数据可以定义物体的性质或特征。例如，物体元数据可以定义，例如，物体是否易碎、具有高递送紧急性，是否是一组其它物体的一部分等。标签数据还可以指示例如用于允许同一客户的构造单元内的物体被相应地容易地识别和分类的客户标识符。物体元数据可以是表示构造单元的内容的数据的一部分，并且可以例如从打印作业数据中提取或者由操作人员添加。
参考图6的流程图描述另一示例。
如上所述，在302处，处理器108执行材料处理单元控制指令112以使控制器106获得表示材料处理单元100将要处理的构造单元114的内容的数据。在304处，控制器106从附接到构造单元114的存储器212获得表示构造单元114的内容的数据。
在602处，控制器106获得构造单元114内的物体的标签数据或元数据。
在604处，控制器106基于获得的3D数据、确定的构造平台208的位置和任何获得的标签数据，来控制可视化模块104以生成构造单元的内容的可视化。在图7中示出示例可视化。如上所述，可视化突出显示在构造单元114的顶部504的预定距离内的任何物体。另外，可视化模块104可以基于获得的标签数据来突出显示物体。例如，可以以一种方式突出显示物体702以指示例如物体具有紧急递送期限，而可以突出显示物体704以指示它是易碎的并且可能必须小心地提取。其它标签数据可以用于指示使用材料处理单元100处理构造单元114的操作员可以使用的任何其它合适的性质。
在另一示例中，如图8所示，材料处理单元100包括真空软管802，加速度计传感器804在其自由端附近连接到真空软管802。来自加速度计传感器804的数据可以由可视化模块104处理，以使得能够确定真空软管的端部的空间位置。可视化模块104可以使用真空软管的端部的空间位置来增强生成的可视化，例如，如在图9中的902处所示，在可视化上显示确定的真空软管802的端部的位置。例如，当真空软管的端部的位置对应于构造单元的位置时，真空软管的端部可以例如以任何合适的方式覆盖在生成的可视化上。生成的可视化可以帮助操作员确定靠近真空软管的端部的物体的性质，这在操作者想要提取特定物体或特别小的物体时，可能是特别有益的。
在又一个示例中，可视化模块104可以生成用于在确定的真空软管802的端部在具有预定标签的物体的预定距离内时，警告操作员的视觉、听觉或触觉警报。例如，当真空软管802的端部靠近标记为易碎物体的物体时，可视化模块104可以生成警报。这可以允许当使用真空软管802从物体周围移除未固化的构造材料时，操作者进行额外的小心。
在又一个示例中，可视化模块104可以基于确定的真空软管的端部与标记物体的靠近，来修改材料处理单元100的操作参数。例如，当可视化模块104确定真空软管的端部接近标记为易碎的物体时，它可以控制材料处理单元100以减少真空的气流、降低真空软管802的端部上的任何旋转刷的速度等。以这种方式，可视化模块可以帮助防止对易碎物体的无意损坏。类似地，当真空软管的端部远离标记为易碎的物体移动时，可视化模块104可以增加真空的气流。
尽管上述示例描述了构造单元的内容的三维表示，但是也可以生成其它类型的可视化。例如，可视化模块104可以使用二维图像显示可视化。
应当理解，本文描述的示例可以以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现。任何这样的软件可以以无论是否可擦除或可重写的、易失性或非易失性储存器(例如，诸如ROM的存储设备)的形式，或者以存储器(例如，RAM、存储芯片、设备或集成电路)的形式，或者在光学或磁性可读介质(例如CD、DVD、磁盘或磁带)上，进行存储。应当理解，存储设备和存储介质是机器可读存储器的示例，其适合于存储当执行时，实现本文描述的示例的一个或多个程序。因此，一些示例提供了一种程序和存储这种程序的机器可读存储器，该程序包括用于实现如前述任一权利要求所述的系统或方法的代码。更进一步地，一些示例可以经由诸如通过有线或无线连接承载的通信信号的任何介质以电子方式传送。
本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以被组合进除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合的、任何组合中。
除非另有明确说明，否则本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的可替代的特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等效或类似特征的一个示例。

Claims (14)

1.一种材料处理单元，包括：
控制器，用于：
获得表示要处理的构造单元的内容的数据，所述构造单元的内容包括在支撑平台上的生成的物体和未固化的构造材料；
在为了便于移走所述构造单元的所述内容所述支撑平台升高时，确定所述构造单元内所述支撑平台的高度；和
基于所获得的数据和所确定的高度来生成所述构造单元的内容的视觉表示。
2.根据权利要求1所述的材料处理单元，其中所述控制器从所述构造单元上的存储器或远程数据储存器获得表示构造单元的内容的数据。
3.根据权利要求1所述的材料处理单元，其中所述控制器生成基于所述高度支撑平台显示所述构造单元内生成的3D物体的视觉表示。
4.根据权利要求3所述的材料处理单元，其中所述控制器生成突出显示距所述构造单元的顶部预定距离内的生成物体的视觉表示。
5.根据权利要求1所述的材料处理单元，其中所述控制器获得与至少一些物体有关的元数据，并且其中所述控制器生成基于所获得的物体元数据突出显示所述视觉表示中显示的所述物体中的至少一些物体的视觉表示。
6.根据权利要求1所述的材料处理单元，进一步包括：
真空发生器；
真空软管；和
靠近所述真空软管的自由端部的加速度计。
7.根据权利要求6所述的材料处理单元，其中所述控制器根据所述加速度计确定所述真空软管的所述端部的空间位置，并将所述真空软管的所述端部的位置覆盖在所述视觉表示上。
8.根据权利要求7所述的材料处理单元，其中当所述控制器确定所述真空软管的所述端部紧密靠近具有预定相关元数据的物体时，所述控制器生成警报。
9.根据权利要求7所述的材料处理单元，其中所述控制器基于所确定的所述真空软管的所述端部与具有相关元数据的物体的靠近来调节由所述真空发生器产生的真空力。
10.一种3D打印清洁站中的方法，包括：
获得表示构造单元中包含的打印作业的内容的数据，所述内容包括在支撑平台上的生成的物体和未固化的构造材料；
部分地基于所获得的数据、部分地基于与所述清洁站进行的操作有关的数据并部分地基于在为了便于移走所述构造单元中包含的所述打印作业所述支撑平台升高时所述构造单元的所述支撑平台的高度，来生成所述构造单元的所述内容的可视化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中获得数据包括：从与所述构造单元相关联的存储器获得数据。
12.根据权利要求10所述的方法，其中获得数据包括：从与所述构造单元相关联的存储器获得构造单元标识符，并利用所获得的构造单元标识符，从远程数据储存器获得表示打印作业的内容的数据。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：确定真空软管的端部的位置，以从所述构造单元移除未固化的构造材料，并基于所确定的位置生成所述可视化。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：基于所确定的所述真空软管的所述端部的位置来控制所述打印清洁站的操作。
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