CN109070481A - 3d打印 - Google Patents

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英瓦尔·罗索
若尔迪·冈萨雷斯
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Abstract

一种用于增材制造系统的控制器包括处理器，该处理器用于：接收与3D打印作业相关联的数据以使用一种或多种材料生成至少一个3D物体；基于所接收的数据，确定被所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的至少一个操作参数；基于所接收的数据，计算与所述3D打印作业相关联的至少一个几何参数的值；并且对于所述一种或多种材料中的至少一种，基于所确定的至少一个操作参数和所计算的至少一个几何参数的值，确定被增材制造系统用来完成所述3D打印作业的至少一种材料的量。

Description

3D打印
背景技术
装置，包括通常称作“3D打印机”的那些，已被提出为制造三维物体的潜在方便的方法。这些装置一般接收形式为物体模型的、三维物体的定义，或从物体模型导出的数据。此物体模型(或从其导出的数据)被处理为形成指令，其控制该装置使用制造材料生成物体。取决于3D打印机的类型，这些制造材料可以包括试剂和粉状构造材料的混合物、和/或制造材料的液态溶液。可以在逐层的基础上执行物体模型(或从其导出的数据)的处理。可能期望制造具有诸如颜色、机械和/或结构属性之类的至少一种属性的三维物体。物体模型(或从其导出的数据)的处理可以基于装置类型和/ 或实施的制造技术而变化。生成三维物体提出了二维打印装置不存在的许多挑战。
附图说明
根据下面的详细描述，结合附图考虑，本公开文件的各种特征及优点将显而易见，该详细描述及附图仅通过举例、共同说明了本公开文件的特征，其中：
图1为用于增材制造系统的示例性控制器的示意图；
图2为示例性增材制造系统的示意图；
图3为3D物体制造期间、示例性增材制造系统的示意图；
图4为3D物体制造期间、示例性增材制造系统的示意图；
图5为对用于确定增材制造系统完成3D打印作业所需的至少一种材料的数量的示例性方法进行概述的流程图；
图6为示例性计算机可读存储器的示意图。
具体实施方式
3D打印一般涉及生成要打印(即，由3D打印机制造)的至少一个物体的3D几何表示。此类3D几何表示可以称作物体模型。可以使用特定的文件格式将物体模型存储在3D数据文件内。物体模型还可以定义用于形成物体的至少一种材料。在一些示例中，物体模型可以定义用于形成一个物体的第一部分的第一材料和用于形成那个物体的第二部分的第二材料。可以将3D数据文件处理为生成3D打印系统所处理的、用于复制物体之类的指令。还有用于处理3D数据文件中的信息的各种解决方案，以便用户能够定义应该如何使用3D打印系统来制造物体。
包括至少一个3D物体的生成的3D构造作业的打印可能花若干小时。因此，有时用户可能希望在指定3D构造作业的打印的一些或全部期间、让装置无人管理。而且，不可能或不期望在打印期间、补充用于3D构造作业的制造材料的供给。因此可能期望确保在开始那一作业的打印之前，该装置有权使用制造材料的足够供给，以完成指定的3D构造作业。用于指定3D构造作业的每种类型的制造材料的数量取决于各种因素，包括要生成3D物体的打印室的容积，要生成的3D物体的尺寸及形状，制造材料的类型，熔融温度，打印模式等。下文将用于完成指定3D打印作业的材料的数量称作那一材料的“要使用的数量”。应该将一种材料的“要使用”的数量理解为在指定 3D打印作业的执行期间所消耗的那种材料的总量。
因此，在3D打印中，有对指定3D构造作业所用的可消耗材料的数量进行精确估计的挑战。
本文描述的某些示例使3D打印系统能够对用于完成指定3D打印作业的指定材料的数量进行估计。可以在开始生成与3D打印作业相关联的3D物体之前、执行此类估计，使用户能够确保给3D打印系统提供完成作业的足够材料、无需进一步的用户干预。
如本文所用的，一个物体指的是由3D打印系统单独构造或实际构造的3D物体。一个物体，如本文提到的，通过连续增加层来形成来构造，为的是形成整体件。3D模型可以包括限定物体的多边形网格。多边形网格指的是对3D模型中多面物体的形状进行定义的顶点、边及面的集合。可以将面形成为诸如、但不限于三角形之类的多边形。一个物体可以包括嵌入物体主体的虚空间。
如本文所用的，操作参数指的是定义物体如何由3D打印系统生成的参数或参数集。例如，操作参数可以包括至少之一：用于生成3D物体的粉状构造材料的类型， 3D打印系统的操作模式，生成3D物体时逐层执行的打印通过的数目，每次打印通过的打印密度，每个构造材料层的高度，用于打印头维护处理的粉状材料的体积，等等。操作参数可以包含在打印模式或打印设置中，或由打印模式或打印设置定义。打印模式可以包括或定义操作参数集。操作参数可以是用户选择的。可以在与指定3D打印作业相关联的数据中规定增材制造系统用来完成指定3D打印作业的操作参数(例如在至少一个文件头中)。
如本文所用的，几何参数指的是对3D打印系统过程生成的物体(也就是说，与指定3D打印作业相关联的物体)的几何属性(也就是说，涉及形状、尺寸和/或配置的属性)进行定义的参数或参数集。例如，几何参数可以包括至少之一：与3D打印作业相关联的边界盒的容积；与3D打印作业相关联的物体的体积；与3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积，等等。几何参数可以是可由与3D打印作业相关联的打印数据导出的。在一些示例中，几何参数可以是可由与3D打印作业相关联的3D物体模型导出的。在一些示例中，几何参数可以是可由与3D打印作业相关联的物体切片数据导出。
图1为用于增材制造系统(未示出)的控制器100的示意图。该控制器包括处理器110。处理器110接收与3D打印作业相关联的数据，3D打印作业使用一种以上材料生成至少一个3D物体。处理器110还基于接收的数据，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一个操作参数。处理器110还基于接收的数据，对与3D打印作业相关联的至少一个几何参数的值进行计算。对于一种以上材料的至少之一，该处理器还基于确定的至少一个操作参数和计算的、至少一个几何参数的值，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量。
在一些示例中，例如3D打印作业使用多种材料(例如，至少一种粉状构造材料和至少一种试剂)生成至少一个3D物体的示例，处理器110确定一种以上材料的每一种的、增材制造系统用来完成3D打印作业的数量。此类示例可以适于无人管理的 3D打印过程。或者，在3D打印作业使用多种材料生成至少一个3D物体的一些示例中，处理器110可以确定多种材料的至少一种、但不是全部的、增材制造系统用来完成3D打印作业的数量。例如当不可能(例如，因增材制造系统的性质)对处理器在 3D物体生成期间确定所需数量的至少一种材料的供给进行补充时，可以使用此类示例。取决于增材制造系统的性质，在3D物体生成期间可能补充一些材料的供给。
在多个3D物体与指定3D打印作业相关联的示例中，对于与3D打印作业相关联的每个3D物体，处理器110可以计算用于至少一个几何参数的值。在此类示例中，处理器110可以将计算的值相加，以生成至少一个几何参数的总值，并可以将该总值用于确定增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量。或者，对于与 3D打印作业相关联的每个单独的3D物体，处理器110可以确定至少一种材料的所需数量的个值，并可以将确定的个值相加，以生成用于至少一种材料的要使用的数量的总值。要理解在两种情况下，最终确定的用于增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量的值将是相同的。
确定的数量可以是重量、质量、体积或可用于对材料数量进行量化的任一其它度量。在处理器110确定多种不同材料的要使用的数量的示例中，对于每种不同的材料，确定的数量可以或无法包括相同的度量。例如，处理器可以确定粉状构造材料的要使用的重量或质量和试剂的要使用的体积。要理解能够基于粉状构造材料的公知密度，根据粉状材料的体积来计算粉状材料的质量。
控制器100可以用于使用至少一种材料的、用于物体的增材制造的任意系统。此类增材制造系统可以例如使用如3D模型中定义的、变为相对薄的水平截面(未示出) 的3D物体的变换，接着构建连续的层，直至复制3D物体。
图2示出增材制造系统的示例，其可以包括控制器100或控制器100可以连接到其。图2示出了布置为制造3D物体260的装置200的示例。装置200能够接收用于 3D物体的数据。在一种情况下，可以将装置200的至少一部分实现为非暂时性存储介质上存储的可执行代码，其包括指令，由至少一个处理器执行时，使得处理器执行本文描述的装置200的至少一部分的功能。为了更好地理解目前描述的示例，示出并描述了装置200；或者，不同形式和/或使用不同技术的其它装置可以用于本文描述的示例性控制器。
在图2中，装置200包括沉积控制器220和存储器225。沉积控制器220可以包括至少一个构成嵌入式计算设备一部分的部件，例如适配为用于控制增材制造系统。存储器225可以包括易失性和/或非易失性存储器，例如非暂时性存储介质，布置为以机器可读指令和/或包括用于至少一个处理器的可执行代码的形式对计算机程序代码进行存储。沉积控制器220通信地耦接到布置为构造3D物体260的装置的方面。这些包括沉积机制230。沉积机制230能够对制造材料进行沉积，以生成3D物体260。在当前情况下，沉积机制包括粉状构造材料供给机制235和试剂喷射机制240、245。在其它情况下，沉积机制230可以包括较少或额外的组件，例如可以与试剂喷射机制分离地提供粉状构造材料供给机制，或略去粉状构造材料供给机制，或粉状构造材料供给机制是其它组件。在一些示例中，略去试剂喷射机制，例如因为那些示例涉及不使用试剂的增材制造系统。
在图2的示例中，试剂喷射机制240、245包括两个组件：用于第一试剂的供给的第一组件240，用于第二试剂的供给的第二组件245。第一及第二试剂的每一种可以包括，例如助熔剂(也称作聚结剂)，修饰剂(也称作聚结改善剂)，着色剂等。根据此公开文件的需要，用于生成指定3D物体的试剂被视为可消耗材料，其特定数量用于 3D物体的生成。
粉状构造材料供给机制235能够提供至少一个粉状构造材料层，由试剂喷射机制240、245将试剂沉积到粉状构造材料层上，以生成3D物体260。根据此公开文件的需要，用于生成指定3D物体的粉状构造材料被视为可消耗材料，其特定数量用于生成那个3D物体的过程。
在图2的示例中，在构造表面250上逐层构造3D物体260。构造表面250形成了构造室251的底部。构造室251包括底部和至少一个侧壁，它们共同限定了部分封闭的构造体。在与构造表面平行的表面中，构造体的截面在构造室的高度上是基本恒定的。在图示的示例中，构造体包括立方体。图2所示的方面及组件的布置不是限制性的，每个装置的精确布置将根据实施的制造技术和装置的模型而改变。
在图2的示例中，沉积控制220配置为处理和/或以其它方式使用打印数据210来控制沉积机制230的至少一个组件。沉积控制器220可以控制粉状构造材料供给机制 235和试剂喷射机制240、245的至少之一。例如，打印数据210(或其中包括的指令) 可以被沉积控制器220用来对来自试剂喷射机制内的喷嘴的可打印试剂的喷射进行控制。在一个实施例中，装置200可以被布置为使用分别由试剂喷射机制240、245提供的助熔剂和修饰剂。这些试剂使得能够精确生成3D物体，并可以允许3D物体具有变化的材料属性。可以通过至少在形成z平面切片的粉状构造材料层上沉积助熔剂的图案，构建生成的物体，随后施加能量以将粉状构造材料粘合，例如红外或紫外光。
粉状构造材料供给机制235和试剂喷射机制240、245的至少之一可以是例如在x、y及z方向至少之一(其中对于图2，y轴入纸)、相对构造表面250可移动的。为了实现此，受控于沉积控制器220，粉状构造材料供给机制235、试剂喷射机制240、245 和构造表面250的至少之一可以是可移动的。在其它实施例中，除其它外，该装置还可以包括选择性激光烧结系统、立体光刻系统、熔融沉积建模系统、任意3D打印系统、喷墨式沉积系统和层压物体制造系统的一部分。这些包括直接沉积材料的装置，而不是描述的、使用各种试剂的那些。
在一些示例中，可以将控制器100和沉积控制器的功能组合在一个嵌入式系统中。此可以是用于能够例如通过物理传输和/或在网络上接收数据、并制造物体的“独立” 3D打印装置的情况。例如，此类独立装置可以通信地耦接到能够以二维打印机的方式将3D打印作业发送给该装置的计算机设备。在一些此类示例种，增材制造系统200 可以包括用于便于与用户交互的用户控制台。或者，可以将控制器100提供为通信地耦接到增材制造系统200的分离装置。
图3示出了生成3D物体310后(将3D物体从构造室移除之前)、增材制造系统 (例如增材制造系统200)的构造室300的侧视截面。构造室300用于例如以上面描述的方式、使用粉状构造材料、例如连同助熔剂和修饰剂来生成3D物体。关于上面讨论的构造室251，构造室300包括底部和至少一个侧壁，其共同限定了部分封闭的构造体。构造室被3D物体310(包括熔化或固化的粉状构造材料)和由未熔融或未固化的粉状材料320填至高度h。
由增材制造系统(即，包括构造室300的增材制造系统)执行的指定3D打印作业将与边界盒相关联，其对一完成3D打印作业、就将充满粉状构造材料的体进行了限定。在图示的示例中，边界盒具有与构造室的内部相同的截面和高度h，在此示例中高度h等于物体310的高度。在其它示例中，例如因为在物体310之下或之上沉积了至少一层粉状构造材料，边界盒的高度可能不等于物体310的高度。物体310具有体积和容积的表面面积，其可以各自被视为与3D打印作业相关联的几何参数。边界盒的容积还可以被视为与3D打印作业相关联的几何参数。
在例如可回收粉状构造材料用于生成3D物体的一些示例中，对用于生成指定3D物体的粉状构造材料有多少将可用于回收进行估计可能是有用的。在图3的示例中，通过从边界盒的体积减去物体310的体积，能够计算未熔融的粉状构造材料的体积。
返回控制器100，在一些示例中，处理器110计算的至少一个几何参数包括与3D 打印作业相关联的边界盒的容积；与3D打印作业相关联的物体的体积；与3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积。在此类示例中，对于一种以上材料的第一材料，处理器可以基于计算的、与3D打印作业相关联的边界盒的容积的值，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的第一材料的数量。第一材料可以例如为粉状构造材料， 3D打印作业一完成，粉状构造材料就对边界盒的整个容积进行填充。
对于一种以上材料的第二材料，处理器110可以进一步基于计算的、与3D打印作业相关联的物体的体积的值，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的第二材料的数量。第二材料可以例如为助熔剂。基于物体的每个切片/层的截面，将助熔剂按图案选择性地沉积在每个粉状构造材料层的区域上。因此，用于完成3D打印作业的助熔剂的数量将与3D物体的体积成比例。
对于一种以上材料的第三材料，处理器110可以进一步基于计算的、与3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积的值，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的第三材料的数量。第三材料可以例如为修饰剂。在与3D物体的边相对应的每个粉状构造材料层的线性区域上对修饰剂进行沉积，因此用于完成3D打印作业的修饰剂的数量将与3D物体的容积的表面面积近似成比例。沉积修饰剂的线性区域可以具有厚度(即，它们可以从3D物体的外表面外延和/或内延一段距离，这可能取决于诸如粉状构造材料的类型和3D物体的形状之类的因素)。对于指定3D物体的不同部件，线性区域的厚度可能不同。线性区域的厚度可以在0-2毫米范围内。例如，与3D物体的相对厚的部件的边相邻的线性区域可以具有1.5毫米的厚度，同时与3D物体的相对薄的部件的边相邻的线性区域可以具有较小的厚度。线性区域的厚度因而可能取决于与线性区域相邻的3D物体的部件的形状。
在一些示例中，修饰剂可以在3D物体的体内沉积，以及以上面描述的方式在边附近沉积。例如，修饰剂可以用于辅助3D物体内某些区域的冷却，以确保3D物体生成期间、3D物体内均匀的温度分布。在此类示例中，处理器110可以基于计算的、与 3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积的值，且基于计算的、与与3D打印作业相关联的物体相关联的体积，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的第三材料的数量。例如，计算的体积可以是3D物体内、在3D物体生成期间期望变得较热的区域的体积。此类区域的大小及位置可以是基于与3D打印作业相关联的数据、且基于增材制造系统用于完成3D打印作业的至少一个操作参数、可由例如控制器110确定的。
处理器100计算几何参数的特定方式可能取决于与3D打印作业相关联的数据的格式。例如，对于3D基于“栅格”的格式(例如系列体素、八叉树、四叉树等)的数据，计算几何参数可以包括对3D物体或3D物体表面的体素(或八叉树、四叉树等) 的数目进行计数。对于3D矢量图形格式(例如三角网格)的数据，能够直接使用各种公知技术的任一对3D物体的体积及容积的表面面积进行计算。对于2D矢量图形格式(例如多边形切片堆)的数据，计算3D物体的体积可以包括计算每个多边形切片的体积(例如，通过将切片的面积与切片厚度相乘)、并将所有个体的切片体积相加。能够使用任意适当的公知技术，诸如鞋带公式之类，来计算多边形切片的面积。对于 2D矢量图形格式(例如多边形切片堆)的数据，计算3D物体的容积的表面面积可以包括(a)计算用于每个切片的容积的表面面积(例如通过将切片的周长与切片厚度相乘)，并将所有个体的切片表面积相加，(b)对于每个切片，计算那个切片的面积与直接下面的切片的面积之差；(c)将(a)和(b)的结果相加。在所有情况下，能够通过将增材制造系统的构造室的截面面积和与3D打印作业相关联的至少一个3D物体的高度相乘，计算边界盒的容积。
在一些示例中，处理器110可以通过确定用于至少一个几何参数的每单元至少一种材料的要使用的数量的值、将确定的值与计算的、至少一个几何参数的值相乘，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量。例如，为了确定粉状构造材料的要使用的数量，处理器110可以确定用于边界盒的每单元容积的粉状构造材料的要使用的重量的值，接着将此确定的重量和计算的、与3D打印作业相关联的特定边界盒的容积相乘。为了确定助熔剂的要使用的数量，处理器110可以确定用于 3D物体的每单位体积的助熔剂的要使用的体积，接着将此确定的体积值和计算的、与 3D打印作业相关联的特定3D物体的体积相乘。为了确定修饰剂的要使用的数量，处理器110可以确定用于3D物体的每单位容积的表面面积的修饰剂的要使用的体积的值，接着将此确定的体积值和计算的、与3D打印作业相关联的特定3D物体的容积的表面面积相乘。在一些示例中，为了确定修饰剂的要使用的数量，处理器110可以确定用于3D物体内、要沉积修饰剂(例如如上讨论的，期望的热区)的3D区域的每单位体积的修饰剂的要使用的体积，并可以确定3D物体内此类3D区域的体积。处理器 110接着可以将确定的体积值与确定的3D区域的体积相乘，以确定要在3D物体的体内沉积的修饰剂的“物体内”数量。接着，可以将确定的物体内数量加到由基于容积的表面面积的确定所生成的“边”数量，以生成修饰剂的要使用的总量。
至少一个几何参数的每单元的、增材制造系统用来完成3D打印作业的材料的数量可能取决于材料的属性(例如密度、收缩因子(即，固化期间材料收缩了多少)等)。就试剂而言，材料的每单元要使用的数量还可能取决于增材制造系统用来完成3D打印作业的操作参数。能够影响试剂的每单元要使用的数量的操作参数包括每粉状构造材料层的打印通过数(即，在沉积下层粉状构造材料之前，试剂沉积机制在每个沉积的粉状构造材料层上通过的次数)、用于每次通过的试剂的密度和粉状构造材料的融化行为。
在一些示例中，可以将用于材料属性和操作参数的各种组合的每一种的每单元要使用的数量存储在处理器110可访问的存储器，例如控制器100的存储器。例如，对于增材制造系统可能可用于生成3D物体的材料和操作参数的每种可能组合，可以存储每单元要使用的数量值。因此，在一些示例中，处理器110可以通过从控制器的存储器检索值，确定用于至少一个几何参数的每单元至少一种材料的要使用的数量。
在一些示例中，可以用来完成指定3D打印作业的指定材料多于基于与3D打印作业相关联的3D物体的几何属性、而非基于涉及增材制造系统的用来执行3D打印作业的操作的因子所确定的那一材料的数量。这是因为可以将增材制造系统配置为在生成 3D物体之前、期间和/或之后执行一个以上检修过程，执行此类检修过程可能需要的指定材料的数量超过用来生成3D物体的那一材料的数量。
此类检修过程的属性可以与增材制造系统的一个以上操作参数相关联。例如，至少在一些操作模式中，增材制造系统可以对3D物体所包括的第一层下面的一个以上粉状构造材料的“检修”层进行沉积。此类层可以用于加热或以其它方式准备增材制造系统的沉积机制。类似地，增材制造系统可以对3D物体所包含的最终层上面的一个以上粉状构造材料的检修层进行沉积。此类层可以例如用来将与3D打印作业相关联的第一3D物体和与同一3D打印作业相关联的另一3D物体分离，和/或降低3D物体的冷却速率(例如，以实现3D物体的退火)。另外或替代地，增材制造系统可以将试剂沉积在3D物体未包含的层的一个以上“检修”区内。此类检修区可以与3D物体包含的层的区相邻。此类检修区可以用来加热或以其它方式预备增材制造系统的试剂沉积机制。图4图示了可以与各个可能的维修过程相关联的层及区。
图4示出了生成3D物体410后(从构造室移除3D物体前)、增材制造系统(例如增材制造系统200)的构造室400。构造室400可以具有如上所述的构造室300的任一特征。构造室由3D物体410(包括熔融的粉状构造材料)、由围绕3D物体410的未熔融的粉状构造材料420、并由3D物体410上下的检修层440a及440b的集填到高度h。然而，在特定示例中，检修层440a、440b的每个集包括多个未熔融的粉状构造材料层；在其它示例中，检修层集可以包括单个粉状构造材料层，其可以是未熔融、熔融或部分熔融的。
如上所述，将构造室400中的粉状构造材料沉积为多个层，每个层具有增材制造系统的操作参数所设置的预定高度。图4上突出了一个此类层450，但要理解在突出的层450的上下存在多个其它层。另外的层的每一层可以具有层450的一些或全部特征。层450包括两个检修区460a和460b，其相对增材制造系统的试剂沉积机制的移动方向、位于3D物体410中包含的区的直接上游和直接下游。在其它示例中，指定层中可以包括单个检修层。此类单个检修区可以位于3D物体中包含的区的上游，例如假如单个检修区在将试剂沉积在3D物体中要包含的区之前、加热或以其它方式预备试剂沉积机制。包括3D物体中所包含的区的每个粉状构造材料层可以包括检修区。或者，包括3D物体中所包含的区的、至少一个但不是全部的粉状构造材料层可以包括检修区。可以将助熔剂、修饰剂和任意其它类型试剂的任一或全部沉积在指定检修区。
因此，用来完成3D打印作业的材料的总量可能取决于检修相关的操作参数，包括：用于3D打印作业的检修层的集中所包括的层数；用于3D打印作业的检修层的集的数目；用于3D打印作业的层内检修区的数目及配置。对于一些检修过程(例如，在生成3D物体前或后、而不是期间所执行的检修过程)，用于执行检修过程的材料的数量可以独立于与3D打印作业相关联的3D物体的任意特定细节。对于其它检修过程 (例如生成3D物体期间所执行的检修过程)，用于执行检修过程的材料的数量可能取决于与3D打印作业相关联的3D物体的特定细节(诸如形状、大小、颜色等)。例如，对每个沉积层所执行的层内检修过程将使用与3D物体的高度成比例的材料数量。
因此，在一些示例中，控制器100配置为在确定增材制造系统用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量时对检修过程进行说明。在一些此类示例中，控制器100 的处理器110通过确定用于每单元与3D打印作业相关联的3D物体的体积或容积的表面面积的指定材料(例如试剂)的要使用的数量的第一值、并将确定的第一值与计算的、3D物体的体积或容积的表面面积(适当时，取决于材料)相乘以生成第一数量(即，指定材料的)，确定增材制造系统用来完成3D打印作业的该指定材料的数量。假如增材制造系统在完成3D打印作业期间不执行检修过程，第一数量可以是用于生成3D物体的指定材料的数量，。
在一些示例中，处理器110可以进一步确定用于每单元要生成的3D物体的高度的指定材料的要使用的数量的第二值，并将确定的第二值与计算的、与3D打印作业相关联的3D物体的高度相乘，以生成第二数量(即，指定材料的)。第二数量可以是用于增材制造系统在生成3D物体期间所执行的层内检修过程的指定材料的数量。处理器110可以进一步将第一数量和第二数量相加。此加的结果可以在一些情况下(例如不执行开始或结束的检修过程)表示增材制造系统用来完成3D打印作业的指定材料的总量。
在一些示例中，处理器110可以确定关于指定材料的第三数量。第三数量可以是用于增材制造系统在生成3D物体前和/或后所执行的、作为完成3D打印作业的一部分的检修过程的指定材料的数量。第三数量可以基于增材制造系统用于完成3D打印作业的至少一个操作参数来确定。可以独立于与3D打印作业相关联的任意几何参数来确定第三数量。处理器110可以进一步将第一数量和第二数量相加。在一些情况下 (例如不执行层内检修过程的情况)，第一及第三数量的和可以表示增材制造系统用来完成3D打印作业的指定材料的总量。处理器110可以将第一数量、第二数量和第三数量相加。在一些情况下(例如执行开始/结束的检修过程和层内检修过程的情况)，第一、第二及第三数量之和可以表示增材制造系统用来完成3D打印作业的指定材料的总量。
在一种或多种材料包括可回收粉状构造材料的一些示例中，处理器110可以计算与3D打印作业相关联的边界盒的容积和与3D打印作业相关联的物体的体积。处理器可以确定增材制造系统用来完成3D打印作业的可回收粉状构造材料的数量(例如，基于边界盒的容积，以上面描述的方式)，并可以进一步基于确定的可回收粉状构造材料的要使用的数量、且基于计算的与3D打印作业相关联的物体的体积的值，进一步确定完成3D打印作业后可用于回收的可回收粉状构造材料的数量。例如，处理器110 可以基于计算的、至少一个3D物体的体积的值，确定至少一个3D物体所包含的可回收粉状构造材料的数量，并从确定的可回收粉状构造材料的要使用的数量减去该结果。
在被确定了要使用的数量的一种以上材料包括粉状构造材料、助熔剂和修饰剂的特定示例中，下面的参数可以被处理器110用来确定每种材料的要使用的数量：
-FusingProportional：每单位体积的助熔剂要使用的数量。
-FusingByHeight：(与打印作业相关联的至少一个3D物体的)高度依赖的、说明用于层内检修过程的助熔剂的数量的修正因子。
-FusingFixed：说明用于开始/结束的检修过程的助熔剂的数量的固定(即，独立于要生成的3D物体的任意几何细节)修正因子。
-DetailingProportional：每单位容积的表面面积的修饰剂的要使用的数量。
-DetailingByHeight：说明用于层内检修过程的修饰剂的数量的、高度依赖的修正因子。
-Detailing Fixed：说明用于开始/结束的检修过程的修饰剂的数量的固定修正因子。
-PowderByHeight：每单元(与3D打印作业相关联的至少一个3D物体的)高度的粉状构造材料的要使用的数量。
-PowderFixed-：说明用于开始/结束的检修过程的粉状构造材料的数量的固定修正因子。
如上讨论的，这些参数的每一个的值可能取决于增材制造系统的操作参数。这些参数的每一个的值因此可能是指定3D打印作业所特有的。
在特定示例中，处理器110可以使用以下来确定每种材料的要使用的数量R：
Rfusing agent＝(3D物体体积x FusingProportional)+ (3D物体高度xFusingByHeight)+FusingFixed (方程1)
Rdetailing agent＝(3D物体容积的表面面积x DetailingProportional)+ (3D物体高度x DetailingByHeight)+DetailingFixed (方程2)
Rbuild material＝(3D物体高度x PowderByHeight)+PowderFixed (方程3)
图5为实现用于对增材制造系统(例如增材制造系统200)用来完成3D打印作业的至少一种材料的数量进行确定的方法500的示例的流程图。方法500可以例如由此公开文件的控制器(例如控制器100)执行。在一些示例中，可以将方法500的至少一个框编码为此公开文件的控制器可访问的、存储器上存储的一个或多个机器可读指令。讨论图5时，参考图1-4来提供上下文示例。然而，实施方式不限于那些示例。
方法500包括接收与3D打印作业相关联的数据(框510)。该数据可以具有上面关于与控制器100的操作所描述的任一特征，并可以以任意适当方式接收。例如，该数据可以包括至少一个3MF包文件。该方法进一步包括基于接收的数据生成(例如由处理器110)中间二进制文件(框520)。在一些示例中，生成中间二进制文件可以包括对至少一个文件(例如接收的数据中所包含的3MF包文件)进行解析，以提取与 3D打印作业相关联的该或每个3D物体的切片堆表示。生成中间二进制文件可以包括将提取的切片堆表示保存为二进制文件。在一些示例中，生成中间二进制文件可以包括将3D物体模型(例如，包括多边形网格)保存为二进制文件。在一些示例中，可以在生成中间二进制文件后、对该数据进行进一步处理，例如以生成用于增材制造系统的沉积机制的控制数据。此类处理可以包括至少一个3D物体的体渲染。生成的控制数据可以存储在例如增材制造系统的存储器内，直至开始生成至少一个3D物体。
方法500还包括基于接收的数据，计算与3D打印作业相关联的至少一个几何参数的值(框530)。至少一个几何参数可以具有上面描述的任一特征，并可以以上面关于控制器100的操作所描述的的任一方式计算。框530可以同时与框520执行。或者，框530可以在框520之后执行。
方法500还包括对于用于完成3D打印作业的至少一种材料，对增材制造系统用来完成3D打印作业的该至少一种材料的数量进行确定(框540)。该确定可以基于增材制造系统用于完成3D打印作业的操作参数，并基于与3D打印作业相关联的至少一个几何参数的值，可以如上关于控制器100的操作所描述的、对该值进行计算/确定。可以以上面关于控制器100的操作所描述的任一方式来执行对至少一种材料的要使用的数量进行确定。
在一些示例中，方法500还可以包括框550，其中确定至少一种材料的、增材制造系统可用来完成3D打印作业的数量是否足够。执行框550可以包括以任意适当的方式确定增材制造系统可用的材料的数量。执行框550可以进一步包括以任意适当的方式确定所确定的、增材制造系统可用的至少一种材料的数量是否少于增材制造系统所确定的、用于完成3D打印作业的至少一种材料的数量。
假如在框550确定所确定的、增材制造系统可用的材料的数量不少于增材制造系统所确定的、用来完成3D打印作业的那一材料的数量，那么在框560，可以生成至少一个3D物体。执行框560可以包括控制器100使得(例如通过发送控制信息给沉积机制)增材制造系统生成至少一个3D物体。执行框560可以包括用户启动至少一个 3D物体的生成。
假如在框550确定所确定的、增材制造系统可用的材料的数量少于增材制造系统所确定的、用来完成3D打印作业的那一材料的数量，那么在框570，生成警告。该警告可以包括例如在增材制造系统的用户界面上显示的警示消息。生成警告可用包括触发视觉或听觉警报，诸如警示声或光。
在对其执行框540中确定的材料为粉状构造材料的一些示例(未示出)中，方法500可以进一步包括控制构造材料处理站将所确定的、粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统。将所确定的、粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统可以包括将粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统的粉状构造材料供给机制。在一些示例中，将所确定的、粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统可以包括构造材料处理站将粉状构造材料的数量提供给可以在构造材料处理站和增材制造系统之间可移动的中间组件，诸如推车之类。
在一些此类示例中，控制构造材料处理站将所确定的、粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统可以包括确定增材制造系统可用的粉状构造材料的数量、并计算粉状构造材料的可用数量和所确定的、粉状构造材料的要使用的数量之间的差。计算的差可以与粉状构造材料的不足之量相对应。在此类示例中，控制构造材料处理站将所确定的、粉状构造材料的要使用的数量提供给增材制造系统可以包括控制构造材料处理站将大于或等于所计算的不足之量的、粉状构造材料的数量递送给增材制造系统。
可以对用于执行指定3D打印作业的一种、一些或全部材料执行方法500。在对多于一种的材料执行方法500的示例中，可以同时为两种以上材料执行方法500，或可以顺序执行(即这样它可以对第一材料执行，接着对第二材料执行)。
如上提及的，在一些示例中，可以将此公开文件的方法的至少一部分编码为此公开文件的打印设备的控制器可访问的、存储器上存储的一个或多个机器可读指令。图 6示出了用例如处理器100的处理器可执行的指令编码的示例性非暂时性机器可读存储介质600。机器可读存储介质600包括指令610，使得增材制造系统处理与3D打印作业相关联的数据，以确定：增材制造系统用于完成3D打印作业的一个以上操作参数；由3D打印作业生成的3D物体的一个以上几何属性。机器可读存储介质600进一步包括指令620，使得增材制造系统对于用来完成3D打印作业的一种以上可消耗材料，计算预期由增材制造系统完成3D打印作业所消耗的可消耗材料的数量。在一些示例中，机器可读存储介质600可以进一步包括指令，使得增材制造系统确定该一种以上可消耗材料的、增材制造系统完成3D打印作业可用的数量是否足够。
在一个示例中，用于基于打印数据、使用制造物质(可以例如为粉状构造材料、助熔剂、修饰剂、着色剂等)生成3D物体的增材制造系统包括处理单元(可以是控制器100或处理器110)。该处理单元接收与要生成的3D物体相关联的打印数据，打印数据包括与3D物体的属性相关的信息和与用于生成3D物体的打印模式相关的信息。处理单元进一步基于与3D物体的属性相关的信息，计算一个以上：3D物体的体积和3D物体的容积的表面面积。处理单元进一步基于计算的体积或容积的表面面积、且基于与打印模式相关的信息，计算用于生成3D物体的制造物质的数量。
本文描述的示例可以提供有利的效果。本文描述的某些示例使得能够在开始生成3D物体之前、对指定3D打印作业所用的可消耗材料的数量进行估计。这可以便于例如无人管理的3D打印。而且，在一些示例中，可以与对与3D打印作业相关联的数据执行的其它处理并行地执行该估计，为的是启动3D物体的生成，这样通过该估计、不会产生额外的时间开销。
在前面的描述中，记载了若干细节，以提供对本文公开的示例的理解。然而，要理解没有这些细节也可以实现示例。尽管公开了有限数量的示例，但设想了来自其的若干更改和变化。旨在所附的权利要求涵盖此类更改和变化。记载了相对特定元件的“一个”或“一”的权利要求考虑并入至少一个此类元件，既不需要也不排除两个以上此类原件。进一步地，术语“包括”和“包含”用作开放式过渡。

Claims (15)

1.一种用于增材制造系统的控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器用于：
接收与3D打印作业相关联的数据，所述3D打印作业用于使用一种或多种材料生成至少一个3D物体；
基于所接收的数据，确定被所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的至少一个操作参数；
基于所接收的数据，计算与所述3D打印作业相关联的至少一个几何参数的值；并且
对于所述一种或多种材料中的至少一种，基于所确定的至少一个操作参数和所计算的所述至少一个几何参数的值，确定被所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的量。
2.根据权利要求1所述的控制器：
所述至少一个几何参数包括与所述3D打印作业相关联的边界盒的容积、与所述3D打印作业相关联的物体的体积和与所述3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积中的至少一个；
所述至少一个操作参数包括构造材料类型、操作模式、层的通过数、用于每次通过的指定材料的密度、层高度与打印头维护相关联的体积中的至少一个；
所述至少一种材料包括粉状构造材料、助熔剂、修饰剂、着色剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的控制器，所述处理器用于确定被所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述一种或多种材料中的每一种的量。
4.根据权利要求1所述的控制器，所述处理器进一步用于：
确定所述增材制造系统可用的用于执行3D打印作业的所述至少一种材料的量；
确定是否所确定的所述增材制造系统可用的所述至少一种材料的量少于被确定为所述增材制造系统完成所述3D打印作业所需的所述至少一种材料的量；
如果所确定的所述增材制造系统可用的所述至少一种材料的量少于被确定为所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的量，生成警告。
5.根据权利要求4所述的控制器，所述处理器进一步用于：
如果所确定的所述增材制造系统可用的所述至少一种材料的量不少于被确定为所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的量，使所述增材制造系统生成所述至少一个3D物体。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述至少一种材料包括多种材料，并且其中所述至少一个几何参数包括与所述3D打印作业相关联的边界盒的容积、与所述3D打印作业相关联的物体的体积、与所述3D打印作业相关联的物体的容积的表面面积，所述处理器用于：
对于所述多种材料中的第一材料，基于所计算的与所述3D打印作业相关联的所述边界盒的容积的值，确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述第一材料的量；
对于所述多种材料中的第二材料，基于所计算的与所述3D打印作业相关联的所述物体的体积的值，确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述第二材料的量；
对于所述多种材料中的第三材料，基于所计算的与所述3D打印作业相关联的所述物体的容积的表面面积，确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述第三材料的量。
7.根据权利要求6所述的控制器，所述第一材料为粉状构造材料，所述第二材料为助熔剂并且所述第三材料为修饰剂。
8.根据权利要求1所述的控制器，所述处理器用于通过确定所述至少一个几何参数的每单元至少一种材料的要使用的量的值，确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的“要使用”的量。
9.根据权利要求8所述的控制器，所述处理器用于通过从所述控制器的存储器获取所述至少一个几何参数的每单元至少一种材料的要使用的数量的值，来确定所述值。
10.根据权利要求1所述的控制器，其中所述至少一个几何参数包括第一几何参数和第二几何参数，所述第一几何参数包括与所述打印作业相关联的物体的体积或与所述打印作业相关联的物体的容积的表面面积，并且所述第二几何参数包括与所述打印作业相关联的物体的高度，所述处理器用于通过以下方式确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的“要使用”的量：
确定所述第一几何参数的每单位至少一种材料的要使用的量的第一值，并将所确定的第一值与所计算的所述第一几何参数的值相乘，以生成第一量；
确定所述第二几何参数的每单元至少一种材料的要使用的量的第二值，并将所确定的第二值与所计算的所述第二几何参数的值相乘，以生成第二量；
将所述第一量和所述第二量相加。
11.根据权利要求10所述的控制器，所述处理器用于通过以下方式确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述至少一种材料的要使用的量：
确定所述至少一种材料的第三量；并且
将所述第一量、所述第二量和所述第三量相加。
12.根据权利要求10所述的控制器，所述第一量为在所述增材制造系统完成所述3D打印作业期间不执行检修过程的情况下将用于生成所述至少一个3D物体的至少一种材料的量，所述第二量为所述增材制造系统在生成所述3D物体期间用于执行层内检修过程的至少一种材料的量，并且所述第三量为所述增材制造系统在所述至少一个3D物体的生成之前和/或之后执行的用于作为完成所述3D作业的一部分的检修过程的至少一种材料的量。
13.根据权利要求1所述的控制器，其中所述至少一个几何参数包括与所述3D打印作业相关联的边界盒的容积和与所述3D打印作业相关联的物体的体积，且其中所述一种或多种材料包括可回收的粉状构造材料，所述处理器用于：
基于所计算的与所述3D打印作业相关联的所述边界盒的容积的值，确定所述增材制造系统用来完成所述3D打印作业的所述可回收粉状构造材料的“要使用”的量；
基于所确定的所述可回收粉状材料的要使用的量且基于所计算的与所述3D打印作业相关联的所述物体的体积的值，确定在完成所述3D打印作业后可用于回收的所述可回收粉状构造材料的量。
14.一种用于基于打印数据使用制造物质生成3D物体的增材制造系统，所述增材制造系统包括处理单元，所述处理单元用于：
接收与要生成的3D物体相关联的打印数据，所述打印数据包括与所述3D物体的属性相关的信息和与用于生成所述3D物体的打印模式相关的信息；
基于所述与所述3D物体的属性相关的信息，计算所述3D物体的体积和所述3D物体的容积的表面面积中的一个或多个；
基于所计算的体积或容积的表面面积且基于所述与打印模式相关的信息，计算用于生成所述3D物体的所述制造物质的量。
15.一种用指令编码的计算机可读存储器，所述指令使增材制造系统：
处理与3D打印作业相关联的数据，以确定所述增材制造系统用于完成所述3D打印作业的一个或多个操作参数和所述3D打印作业要生成的3D物体的一个或多个几何属性；
对于用来完成所述3D打印作业的一种或多种可消耗材料，计算由所述增材制造系统完成所述3D打印作业预期要消耗的所述可消耗材料的量。
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Application publication date: 20181221

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