CN109318485B - 用于控制增材制造系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用增材制造系统制造部件的方法。所述方法包括在增材制造系统的控制器上提供构建文件。所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数。所述方法还包括基于所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数，生成与所述部件对应的曲线。所述方法还包括在表面上定位材料。所述方法还包括使用所述控制器确定用于所述固结装置的多个设定点。所述多个设定点沿所述曲线定位。所述方法还包括操作所述增材制造系统的固结装置以固结材料。本发明还提供一种用于使用构建文件制造部件的增材制造系统。

Description

用于控制增材制造系统的系统和方法
技术领域
本申请的领域大体上涉及增材制造系统，并且更具体地涉及用于使用包括至少一个函数的构建文件制造三维部件的系统和方法。
背景技术
使用增材制造系统和过程制造三维部件。例如，在一些增材制造过程中，逐层地凝固连续材料层以制造部件。至少一些已知的增材制造系统使用激光(或类似的能量源)和一系列透镜和反射镜在粉末状材料上方引导激光。一些已知的增材制造系统包括直接金属激光熔融(DMLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔融(SLM)和激光熔融(LaserCusing)系统。
一些已知的增材制造系统包括控制器，其接收电子文件并使用电子文件引导激光。在一些已知的增材制造系统中，电子文件包括描述一系列线性区段的坐标数据，例如矢量，以近似三维部件的各部分。然而，复杂的三维部件要求多个线性区段来近似部件的各部分。随着文件大小被增大以适应多个线性区段，控制器接收并处理电子文件所需的时间也增加。结果，增加了生产三维部件的成本。此外，电子文件限制了增材制造系统能够生产三维部件的精度。
发明内容
在一方面，提供了一种使用增材制造系统制造部件的方法。所述方法包括在增材制造系统的控制器上提供构建文件。所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数。所述方法还包括基于所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数，生成与所述部件对应的曲线。所述方法还包括在表面上定位材料。所述方法还包括使用所述控制器确定用于所述固结装置的多个设定点。所述多个设定点沿所述曲线定位。所述方法还包括操作所述增材制造系统的固结装置以固结材料。
在另一方面，提供了一种用于使用构建文件制造部件的增材制造系统。所述增材制造系统包括被配置成接收构建文件的控制器。所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数。所述增材制造系统还包括定位装置，所述定位装置被配置成在表面上定位材料。所述增材制造系统还包括固结装置，所述固结装置连接到所述控制器，且能够相对于所述表面定位。所述固结装置被配置成固结材料。所述控制器被配置成对所述固结装置确定沿由所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数限定的曲线的多个设定点。
技术方案1.一种使用增材制造系统制造部件的方法，所述方法包括：在增材制造系统的控制器上提供构建文件，其中，所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数；基于所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数，生成与所述部件对应的曲线；在表面上定位材料；使用所述控制器确定用于所述增材制造系统的固结装置的多个设定点，其中，所述多个设定点沿所述曲线定位；以及操作所述固结装置以固结材料。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，由所述控制器确定的多个设定点沿所述曲线的非线性部分定位。
技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中，在所述增材制造系统的控制器上提供构建文件包括提供包括所述至少一个生成函数的程序代码，其中，所述程序代码的至少一部分针对所述部件定制。
技术方案4.根据技术方案1所述的方法，还包括从数据库选择所述至少一个生成函数。
技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数限定B-样条曲线、希尔伯特曲线、晶格和晶胞单元中的至少一个。
技术方案6.根据技术方案1所述的方法，还包括确定所述固结装置的实际位置，并将所述实际位置与所述多个设定点进行比较。
技术方案7.根据技术方案1所述的方法，还包括将用于所述部件的构建文件传输到所述控制器。
技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数包括与所述部件的第一部分有关的第一生成函数和与所述部件的第二部分有关的第二生成函数。
技术方案9.根据技术方案8所述的方法，其中，使用所述第一生成函数形成所述部件的第一层，使用所述第二生成函数形成所述部件的第二层。
技术方案10.根据技术方案1所述的方法，还包括对所述至少一个生成函数提供至少一个用户输入，其中，所述生成函数能够执行以基于所述至少一个用户输入限定所述曲线。
技术方案11.根据技术方案1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数被加密，所述方法还包括读取所述构建文件的密钥以解密所述生成函数。
技术方案12.一种用于使用构建文件制造部件的增材制造系统，所述增材制造系统包括：控制器，所述控制器被配置成接收构建文件，其中，所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数；定位装置，所述定位装置被配置成在表面上定位材料；以及固结装置，所述固结装置连接到所述控制器，且能够相对于所述表面定位，其中，所述固结装置被配置成固结材料，其中，所述控制器被配置成对所述固结装置确定沿由所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数限定的曲线的多个设定点。
技术方案13.根据技术方案12所述的增材制造系统，其中，由所述控制器确定的多个设定点沿所述曲线的非线性部分定位。
技术方案14.根据技术方案12所述的增材制造系统，其中，所述构建文件包括程序代码，所述程序代码包括所述至少一个生成函数，其中，所述程序代码的至少一部分针对所述部件定制。
技术方案15.根据技术方案12所述的增材制造系统，还包括数据库，所述数据库包括多个生成函数，其中，所述构建文件的至少一个生成函数从所述数据库中的生成函数选择。
技术方案16.根据技术方案12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数限定B-样条曲线、希尔伯特曲线、晶格和晶胞单元中的至少一个。
技术方案17.根据技术方案12所述的增材制造系统，还包括成像装置，所述成像装置被配置成提供用于确定所述固结装置的真实位置的图像，其中，所述控制器被配置成将所述真实位置与所述多个设定点进行比较。
技术方案18.根据技术方案12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数包括与部件的第一部分有关的第一生成函数和与部件的第二部分有关的第二生成函数。
技术方案19.根据技术方案12所述的增材制造系统，还包括用户输入接口，其中，所述至少一个生成函数能够执行以基于至少一个用户输入限定所述曲线。
技术方案20.根据技术方案12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数被加密，并且所述控制器被配置成读取所述构建文件的密钥以解密所述至少一个生成函数。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中相同的标号表示相同的零件，在附图中：
图1是示例性增材制造系统的示意图；
图2是用于图1所示的增材制造系统的固结装置的设定点的示意图；
图3是使用图1所示的增材制造系统生产部件的示例性方法的流程图；
图4是使用函数、函数参数的集合和种子值的集合生成的示例性曲线的图示；以及
图5是使用函数和不同输入生成的示例性曲线的图示。
除非另外指明，否则本说明书中所提供的附图用来说明本申请的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本申请的一个或多个实施例的广泛多种系统。由此，附图并非意在包括所属领域的技术人员已知的实践本说明书中所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”以及“所述”包括复数参考物。
“任选”或“视需要”意味着随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
如本说明书中在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。在此处以及贯穿本说明书和权利要求书，范围限制可进行组合和/或互换。除非上下文或措辞另外指示，否则此类范围可被识别，且包括其中包括的所有子范围。
如本说明书中所使用，术语“处理器”和“计算机”及相关术语(例如，“处理装置”、“计算装置”和“控制器”)不仅限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其它可编程电路，且这些术语在本说明书中可互换使用。在本说明书中所描述的实施例中，存储器可包括但不限于例如随机存取存储器(RAM)等计算机可读媒体和例如闪存等计算机可读非易失性媒体。或者，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。而且，在本说明书中所描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与例如鼠标和键盘等操作者接口相关联的计算机外围设备。或者，也可使用其它计算机外围设备，其可包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，额外输出通道可包括但不限于操作者接口监视器。
此外，如本说明书中所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本说明书中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”旨在代表在任何技术方法中实现的任何有形的基于计算机的装置，以用于诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块、或在任何装置中的其它数据的信息的短期和长期存储。因此，本说明书中所描述的方法可被编码为嵌入包括但不限于存储装置和/或存储器装置的有形的非暂时性计算机可读媒体内的可执行指令。此类指令在由处理器执行时致使处理器执行本说明书中所描述的方法的至少一部分。此外，如本说明书中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”包括所有有形的计算机可读媒体，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性媒体以及可移动和不可移动的媒体，例如固件、物理和虚拟存储、CD-ROM、DVD、和例如网络或因特网的任何其它数字源，以及尚待开发的数字化手段，唯一的例外是暂时性传播的信号。
此外，如本说明书中所使用，术语“实时”指代相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间、以及对事件和环境的系统响应的时间中的至少一个。在本说明书中所描述的实施例中，这些活动和事件基本上瞬时地发生。
如本说明书中使用的术语“函数”指包括一个或多个变量的表达式或等式。
同样，如本说明书中使用的术语“构建文件”指在制造部件中使用的部件的电子表示。
本申请的实施例提供用于使用增材制造过程制造部件的系统和方法。使用包括函数的构建文件制造部件。使用函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成曲线。在一些实施例中，曲线包括至少一个非线性部分。因此，与至少一些已知系统相比，构建文件降低了传递并处理数据的时间。此外，构建文件允许增材制造系统用提高的精度和较小的误差制造部件，原因是控制器沿使用函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成的曲线引导固结装置。
图1是示例性增材制造系统100的示意图。在示例性实施例中，增材制造系统100是直接金属激光熔融(DMLM)系统。尽管本说明书中的实施例参考DMLM系统描述，但本申请还可适用于其它类型的增材制造系统，例如，基于液体-树脂的增材制造系统(例如，立体光刻系统)或选择性激光熔融系统。
在示例性实施例中，增材制造系统100包括增材制造装置102。增材制造装置102包括在增材制造过程中用于支撑三维部件106的构建平台104、包括颗粒构建材料110的粉末床108和能量源112。能量源112发射能量束114，用以烧结、固化、硬化或另外凝固或固结粉末床108的一部分，以从多个叠置的构建层116形成三维部件106。在图1中，为了简洁，省略粉末床108的各个部分。使用增材制造系统100制造任何三维部件。在示例性实施例中，三维部件106是飞行器部件。
同样，在示例性实施例中，能量源112是激光装置。例如，在一些实施例中，能量源112是光纤激光装置或二极管激光装置。在替代实施例中，增材制造系统100包括使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何能量源112。例如，在一些实施例中，增材制造系统100包括但不限于紫外激光、气体激光(例如二氧化碳(CO2)激光)、光源和电子束发生器。在另外的实施例中，增材制造系统100包括具有相似功率或不同功率的两个或两个以上的能量源112。
而且，在示例性实施例中，颗粒构建材料110是金属粉末。更具体讲，颗粒构建材料110是气体雾化金属粉末(例如钴、铁、铝、钛和/或镍合金)，其具有在大约10和100微米范围内的平均粒度(particle size)。在可选择的实施例中，粉末床108包括使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何颗粒构建材料110。
另外，在示例性实施例中，增材制造系统100包括构建材料分配器和分配装置，其也称作涂布或定位装置124；成像装置126；和固结装置128。涂布装置124被配置成在增材制造装置102的操作中在表面例如部件106的表面上提供颗粒构建材料110的薄层。成像装置126联接到涂布装置124，并被配置成记录和/或存储每个构建层116和三维部件106的产生的表面的可见波长数据图像。
同样，在示例性实施例中，增材制造装置102包括固结装置128，其用于固结粉末床108的各部分。固结包括例如但不限于结合、集成、熔融、粘合和/或统一颗粒构建材料110。在一些实施例中，固结装置128包括例如但不限于电磁辐射源，其用于结合、集成、熔融、粘合和/或统一颗粒构建材料110。在示例性实施例中，固结装置128包括一个或多个电流计光学扫描器130和/或一个或多个电动反射镜、透镜和/或其它光学装置。固结装置128被配置成扫描粉末床108的选择性部分上方的能量束114。在可选择的实施例中，增材制造系统100包括使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何固结装置128。
在示例性实施例中，固结装置128、能量源112、成像装置126和涂布装置124与控制器132通信连接。同样，在示例性实施例中，控制器132与计算装置134通信连接。在可选择实施例中，控制器132与使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何部件通信连接。
操作中，增材制造系统100通过逐层制造过程来制造三维部件106。更具体讲，三维部件106由模型制造，所述模型包括三维部件106的三维几何形状的电子表示。例如，以计算机辅助设计(CAD)文件或类似的电子文件产生电子表示。在可选择的实施例中，电子表示是使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何电子表示。
在示例性实施例中，基于电子表示生成构建文件(或若干文件)。在一些实施例中，构建文件包括至少一个生成函数、至少一个函数参数和至少一个种子值。操作中，使用至少一个生成函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成表示三维几何形状的曲线。与至少一个生成函数和/或至少一个函数参数分开地提供至少一个种子值。例如，在一些实施例中，至少一个生成函数存储在控制器132上，至少一个种子值提供至控制器132。至少一个种子值与在控制器132上的至少一个生成函数结合，并且如果需要与至少一个函数参数结合，以完成构建文件，生成用于三维部件106的曲线。在另外的实施例中，至少一个生成函数和/或至少一个函数参数配备有至少一个种子值。在一些实施例中，曲线包括至少一个非线性区段。结果，增材制造系统100能够比至少一些已知系统更精确地产生包括复杂形状和曲线的三维部件106，所述已经系统使用矢量或线性区段近似三维部件106的弯曲部分。另外，增材制造系统100减少制造时间，原因是相比在至少一些已知系统中使用的文件，构建文件数据密集度较低。
在一些实施例中，构建文件包括代表三维部件106的不同部分的多个函数。例如，在一些实施例中，构建文件具有分层格式，所述分层格式包括用于每个构建层116的至少一个函数。对于逐层格式，三维部件106的几何形状被切分成期望厚度的二维构建层116的堆叠，使得每个构建层116的几何形状是在该特定构建层116位置通过三维部件106的横截面的轮廓。在示例性实施例中，一个或多个函数允许控制器132一次对整个三维部件106存储并处理构建文件。另外，构建文件使控制器132在增材制造系统100的操作过程中将三维部件106的不同部分比较。在可选择的实施例中，增材制造系统100使用使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何构建文件。例如，在一些实施例中，构建文件包括用于生成以下的至少一个的至少一个函数，但不限于B样条曲线、希尔伯特曲线(Hilbertcurve)、晶格(lattice)和晶胞单元(unit cell)。
在一些实施例中，构建文件包括加密密钥，其允许对构建文件的一个或多个函数加密。当构建文件被加载在控制器132和/或计算装置134上时，控制器132和/或计算装置134读取加密密钥，构建文件被解密。在可选择的实施例中，增材制造系统100使用使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何加密系统。
在示例性实施例中，增材制造系统100并不使用预先存在制品作为最终部件的前体，相反地，所述工艺由呈例如粉末状颗粒构建材料110的可配置形式的原料产生三维部件106。例如，在一些实施例中，钢合金材料是使用钢合金粉末增材制造的。在可选择实施例中，增材制造系统100从使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何材料产生三维部件106。
增材制造过程和系统包括例如但不限于光聚合固化(vatphotopolymerization)、粉末床融合、粘结剂喷射、材料喷射、片材层合、材料挤出、定向能量沉积和混合系统。这些方法和系统包括例如但不限于SLA-立体光刻；DLP-数字光处理；3SP-扫描、自旋和选择性光固化，CLIP-连续液体界面生成；SLS-选择性激光烧结；DMLS-直接金属激光烧结；SLM-选择性激光熔融；EBM-电子束熔融；SHS-选择性热烧结；MJF-多喷嘴融合；3D打印；体元喷射；聚合物喷射；SCP-平滑曲率打印；MJM-多喷嘴建模项目；LOM-分层物体制造；SDL-选择性沉积层压；UAM-超声增材制造；FFF-粘结丝制造；FDM-融合沉积建模；LMD-激光金属沉积；LENS-激光近形制造；DMD-直接金属沉积；混合系统；以及这些方法和系统的组合。这些方法和系统可使用例如但不限于所有形式的电磁辐射、加热、烧结、熔化、固化、结合、巩固、压制、嵌入和其组合。
增材制造方法和系统使用的材料包括，例如但不限于聚合物、塑料、金属、陶瓷、沙子、玻璃、蜡、纤维、生物质、复合物和这些材料的混合。这些材料可以适合特定材料和方法或系统的各种形式用在这些方法和系统中，包括例如但不限于液体、固体、粉末、板、箔、带、丝、球团、液体、浆、线、雾化、糊剂和这些形式的组合。
如本说明书中使用的术语“构建参数”指用来定义增材制造系统100的操作条件的特性，例如，增材制造系统100内的能量源112的功率输出，能量源112的固结速度，能量源112的光栅功率输出，能量源112的光栅固结速度，能量源112的光栅刀具路径和能量源112的恒值功率(contour power)输出。在一些实施例中，构建参数一开始由用户输入到计算机装置134中。构建参数代表增材制造系统100的给定的操作状态。
如本说明书中使用的术语“函数参数”指对于函数的常数的输入值。在一些实施例中，函数参数的集合与生成函数分开地被发送至控制器132。在另外的实施例中，函数参数的集合存储在控制器132上，针对一个或多个曲线选择函数参数的至少一个集合。因此，函数参数允许函数代表多个不同曲线，并减少生成曲线所需的数据。
如本说明书中使用的术语“种子值”指对于函数的变量的输入值。在示例性实施例中，与生成函数和函数参数分开地提供种子值的集合。基于部件的特定曲线确定种子值。因为构建文件包括函数和函数参数，所以与在至少一些已知系统中使用坐标点或矢量的列表近似曲线相比，降低生成曲线所需的种子值的集合。在可选择实施例中，构建文件包括使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何值。
在增材制造系统100操作期间，涂布装置124邻近构建平台104定位。涂布装置124在横向维度上跨越粉末床108延伸，并在再涂布过程中在纵向维度上平移。当涂布装置124沿纵向方向移动时，涂布装置124在构建平台104上沉积并分配一层颗粒构建材料110，形成构建层116。在形成构建层116之后，能量源112通过固结装置128用通道传送能量束114，以沿扫描路径在构建层116的选择部分上方引导能量束114。例如，固结装置128的电流计130在构建层116的选择性部分上方引导能量束114，形成三维部件106的新部分。然后对多个构建层116重复此过程，以形成三维部件106。与沿粉末床108移动的涂布装置124一起，成像装置126用来记录和/或存储每个构建层116和三维部件106的产生的表面的可见波长数据图像。生成的图像然后与电子计算机构建文件比较，以验证制造过程。
在示例性实施例中，构建平台104、能量源112、涂布装置124、成像装置126和固结装置128由控制器132可操作地控制。控制器132为使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何控制器。在示例性实施例中，控制器132可操作地联接到计算装置134。在一些实施例中，控制器132是计算机系统，其包括至少一个处理器和至少一个存储器装置。
同样，在示例性实施例中，计算装置134包括至少一个存储器装置144和联接到存储器装置144的至少一个处理器146。在一些实施例中，处理器146包括一个或多个处理单元，例如但不限于多核配置。在示例性实施例中，处理器146包括现场可编程门阵列(FPGA)。在一些实施例中，可执行指令存储于存储器装置144中。举例来说，在一些实施例中，通过将操作编码为一个或多个可执行指令并提供存储器装置144中的可执行指令来编程处理器146。在示例性实施例中，存储器装置144包括实现对例如可执行指令和/或其它数据的信息的存储和检索的一个或多个装置。在一些实施例中，存储器装置144包括一个或多个计算机可读媒体，例如但不限于随机存取存储器(RAM)、动态RAM、静态RAM、固态磁盘、硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。在替代实施例中，增材制造系统100包括使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何计算装置134。
此外，在一些实施例中，存储器装置144被配置成存储数据，例如用来引导固结装置128的构建文件和由成像装置126生成的图像。在可选择实施例中，存储器装置144存储使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何数据。在一些实施例中，处理器146基于数据的年限而去除或“净化”来自存储器装置144的数据。举例来说，处理器146可改写与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。在另外的实施例中，处理器146去除超过预定时间间隔的数据。另外，存储器装置144包括但不限于足够数据、算法和命令以促进监视和测量通过增材制造系统100制造的三维部件106的构建参数和几何条件。
而且，在示例性实施例中，计算装置134包括连接到处理器146的呈现接口148。呈现接口148给用户呈现信息，例如，由成像装置126生成的图像。在一个实施例中，呈现接口148包括连接到例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器或“电子墨水”显示器等显示装置(未示出)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，呈现接口148包括一个或多个显示装置。在一些实施例中，呈现接口148包括音频输出装置(未示出)，例如但不限于音频适配器或扬声器(未示出)。
同样，在示例性实施例中，计算装置134包括用户输入接口150。在示例性实施例中，用户输入接口150联接到处理器146且接收来自用户的输入。在一些实施例中，用户输入接口150包括例如但不限于键盘；指示装置；鼠标；手写笔；触敏面板，例如但不限于触摸垫或触摸屏；和/或音频输入接口，例如但不限于麦克风。在另外的实施例中，例如触摸屏等单个部件可充当呈现接口148和用户输入接口150两者的显示装置。
另外，在示例性实施例中，通信接口152联接到处理器146且被配置成与例如控制器132等一个或多个其它装置通信联接，且在作为输入通道执行的同时执行关于此类装置的输入和输出操作。举例来说，在一些实施例中，通信接口152包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口152从一个或多个远程装置接收数据信号或将数据信号发射到一个或多个远程装置。
呈现接口148和通信接口152都能够提供适合于供本说明书中所描述的方法使用的信息，例如将信息提供到用户或处理器146。因此，呈现接口148和通信接口152可被称为输出装置。类似地，用户输入接口150和通信接口152能够接收适合与本说明书中所描述的方法一起使用的信息，且各自被称为输入装置。
图2是用于增材制造系统100(图1中示出)的固结装置128的设定点154的示意图。设定点154沿使用函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成的曲线156定位。曲线156包括非线性区段158。在示例性实施例中，非线性区段158是圆润的(rounded)，且具有凹形和凸形。在可选择实施例中，曲线156具有使得增材制造系统100(图1中示出)能够如本说明书中所描述而操作的任何形状。
在一些实施例中，曲线156对应于电子模型。具体地，在一些实施例中，控制器132将电子模型直接转换成曲线156。结果，曲线156使固结装置128(图1中示出)精确地形成三维部件106(图1中示出)。另外，曲线156减少延迟，例如，由于在近似曲线的线性区段之间的节点的方向上的变化产生的延迟。在可选择实施例中，设定点154沿使得增材制造系统100(图1中示出)能够如本说明书中所描述而操作的任何曲线定位。
在示例性实施例中，设定点154间隔开距离160，使得设定点154形成用于固结装置128的一系列步长。在一些实施例中，距离160由固结装置128(图1中示出)的分辨率确定。控制器132使得以固结装置128(图1中示出)的最大分辨率生产三维部件106(图1中示出)，原因是设定点154沿曲线156而不是沿近似曲线的线性区段直接定位。最大分辨率由控制器132上的距离限制或时间限制确定。因此，在一些实施例中，设定点154之间的时间由固结装置128(图1中示出)的分辨率确定。在可选择实施例中，固结装置128具有使得增材制造系统100(图1中示出)能够如本说明书中所描述而操作的任何分辨率。
图3是使用增材制造系统100(图1中示出)制造部件106(图1中示出)的示例性方法200的流程图。参照图1和图2，方法200大体上包括提供202包括函数、种子值和函数参数的构建文件。以使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何方式提供202函数。例如，在一些实施例中，提供202包括从存储在数据库中存储的函数选择与模型的部分对应的一个或多个函数。在一些实施例中，数据库包括与适用于多个三维部件106的曲线有关的函数。因此，在一些实施例中，生成函数用于多个部件106，针对每个部件106，提供函数参数和/或种子值。在另外的实施例中，针对特定的三维部件106定制至少一个函数。在替代实施例中，增材制造系统100使用使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何函数。
在一些实施例中，函数体现在程序代码中。程序代码包括计算机可读指令，其允许控制器引导固结装置。在一些实施例中，编写与特定部件相关联的程序代码。在另外的实施例中，程序代码被用于多个部件。
同样，在一些实施例中，使用信号，构建文件和函数被发送至控制器132。在另外的实施例中，在控制器132上生成和/或存储构建文件的至少一部分。在可选择实施例中，以使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何方式提供构建文件。
此外，在示例性实施例中，方法200包括生成204与三维部件106的模型对应的曲线。使用至少一个函数、至少一个种子值和至少一个函数参数限定该曲线。
而且，在示例性实施例中，方法200包括将材料110沉积或定位206在表面上。在一些实施例中，材料110以逐层构建过程被沉积到连续构建层116上，且被叠置的构建层116形成三维部件106。在可选择实施例中，材料110以使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何方式沉积。
同样，在一些实施例中，方法200包括确定208沿由函数定义的曲线的固结装置128的设定点154(图2中示出)。在示例性实施例中，固结装置128的每个设定点154直接在曲线上。结果，增材制造系统100能够利用固结装置128的全分辨率，原因是固结装置128沿与三维部件106的模型直接对应的曲线被引导。另外，方法200减小生成三维部件106的误差，原因是增材制造系统100不需要线性区段来近似曲线。在一些实施例中，将固结装置128的真实位置与设定点154比较。
此外，在示例性实施例中，方法200包括操作210固结装置128以沿扫描路径固结材料110。具体讲，控制器132沿由构建文件的函数定义的曲线引导固结装置128。当沿曲线引导控制器时，固结装置128沿扫描路径固结材料110以形成构建层116。在可选择实施例中，增材制造系统100以使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何方式固结材料110。
图4是使用函数、函数参数的集合和种子值的集合生成的示例性曲线300的图示。在示例性实施例中，曲线300是B样条曲线，且包括非线性部分302。在替代实施例中，增材制造系统100(图1中示出)生成使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而操作的任何曲线300。
在一些实施例中，函数被包括在例如以下的程序代码中：
//Marking a B-Spline Curve
jump_abs(x0,y0)；
bspline_abs(5,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4,x5,y5)；
where x and y are variables.
在示例性实施例中，通过对x变量和y变量的至少一个输入值，生成曲线300。因此，相比由坐标和/或矢量的列表定义的类似曲线，曲线300需要生成较少的数据。结果，包括此函数的构建文件使得从相比包括坐标数据的综合列表的电子文件具有较小大小的电子文件生成复杂曲线。
图5是使用函数和不同输入生成的示例性曲线400、402的图示。在示例性实施例中，曲线400和曲线402是希尔伯特曲线。在可选择实施例中，函数限定使得增材制造系统100(图1中示出)能够如本说明书中所描述而操作的任何曲线400、402。
在一些实施例中，函数被包括在例如以下的程序代码中：
Figure BDA0001745935660000191
其中，x0,y0,xi,yi,yj,Z和n是变量。在示例性实施例中，程序代码是递归函数。函数允许通过输入不同变量生成不同曲线。例如，通过改变输入变量，改变曲线400、402的维度和间距。
在操作中，调用被输入以使程序代码运行并生成曲线400、402。对程序代码的实施例调用包括：
Hilbert(startX,startY,1.0,0.0,0.0,1.0,0.01,nDimensions,sizeMode1X,sizeMode1Y)
其中，startX,startY,1.0,0.0,0.0,1.0,0.01,nDimensions,sizeMode1X和sizeMode1Y是输入变量。
在示例性实施例中，通过对nDimensions变量输将不同值输入到函数中，生成曲线400和曲线402。在一些实施例中，任一变量被改变以生成不同于曲线400和曲线402的曲线。因此，函数允许更简单地改变构建文件，原因是曲线是通过改变函数的一个或多个值而不是改变一系列坐标数据来定制的。在可选择实施例中，对变量提供使得增材制造系统100(图1中示出)如本说明书中所描述而操作的任何值。例如，在一些实施例中，函数和函数参数提供晶胞单元。在另外的实施例中，函数的至少一个变量被改变以提供包括期望数目的晶胞单元的曲线。如本说明书中使用的术语“晶胞单元(unit cell)”指重复模式的重复单元。
上述的实施例提供了用于使用增材制造过程制造部件的系统和方法。使用包括函数的构建文件制造部件。使用函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成曲线。在一些实施例中，曲线包括至少一个非线性部分。因此，与至少一些已知系统相比，构建文件降低了传递并处理数据的时间。此外，构建文件允许增材制造系统用提高的精度和较小的误差制造部件，原因是控制器沿使用函数、至少一个函数参数和至少一个种子值生成的曲线引导固结装置。
本说明书中所描述的系统和方法的示例性技术效果包括以下各项中的至少一个：(a)减小用在生成三维部件中的电子文件的处理和/或传递时间；(b)降低使用增材制造系统组装三维部件的成本；(c)提高产生三维部件的精度；以及(d)提高增材制造系统与建模软件的兼容性。
在上文详细描述了用于增材制造的系统和方法的示例性实施例。所述方法和系统不限于本说明书所描述的具体实施例，但相反地，系统的部件和/或方法的步骤可以独立地且与本说明书所描述的其它部件或步骤分开地使用。举例来说，所述方法也可与其它系统组合使用，且不限于仅用如本说明书中所描述的增材制造系统来实践。相反，示例性实施例可结合许多其它应用来实施和利用。
尽管可能在一些图式中示出本发明的各种实施例的具体特征，而在其它图式中未示出，但这仅是为方便起见。根据本申请的实施例的原理，图式的任何特征可结合任何其它图式的任何特征被引用和/或要求保护。
一些实施例包括使用一个或多个电子装置或计算装置。此类装置通常包括处理器、处理装置或控制器，例如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本说明书中所描述的功能的任何其它电路或处理装置。本说明书中所描述的方法可被编码为在非限制性地包括存储装置和/或存储器装置的计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令当由处理装置执行时使处理装置进行本说明书中所描述的方法的至少一部分。以上实施例仅为示例性的，且因此不希望以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
本书面描述用实施例来公开包括最佳模式的本申请的实施例，且还使所属领域的技术人员能够实践本申请的实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本说明书中所描述的实施例的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种使用增材制造系统制造部件的方法，所述方法包括：
在增材制造系统的控制器上提供构建文件，其中，所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数；
基于所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数，生成与所述部件对应的曲线；
在表面上定位材料；
使用所述控制器确定用于所述增材制造系统的固结装置的多个设定点，其中，所述多个设定点沿所述曲线定位以形成用于所述固结装置的一系列等距步长，并且其中，所述多个设定点间隔开基于所述固结装置的分辨率确定的距离；以及
操作所述固结装置以固结材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述控制器确定的多个设定点沿所述曲线的非线性部分定位。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述增材制造系统的控制器上提供构建文件包括提供包括所述至少一个生成函数的程序代码，其中，所述程序代码的至少一部分针对所述部件定制。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括从数据库选择所述至少一个生成函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数限定B-样条曲线、希尔伯特曲线、晶格和晶胞单元中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述固结装置的实际位置，并将所述实际位置与所述多个设定点进行比较。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将用于所述部件的构建文件传输到所述控制器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数包括与所述部件的第一部分有关的第一生成函数和与所述部件的第二部分有关的第二生成函数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用所述第一生成函数形成所述部件的第一层，使用所述第二生成函数形成所述部件的第二层。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述至少一个生成函数提供至少一个用户输入，其中，所述生成函数能够执行以基于所述至少一个用户输入限定所述曲线。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个生成函数被加密，所述方法还包括读取所述构建文件的密钥以解密所述生成函数。
12.一种用于使用构建文件制造部件的增材制造系统，所述增材制造系统包括：
控制器，所述控制器被配置成接收构建文件，其中，所述构建文件包括至少一个生成函数、至少一个种子值和至少一个函数参数；
定位装置，所述定位装置被配置成在表面上定位材料；以及
固结装置，所述固结装置连接到所述控制器，且能够相对于所述表面定位，其中，所述固结装置被配置成固结材料，其中，所述控制器被配置成对所述固结装置确定沿由所述至少一个生成函数、所述至少一个种子值和所述至少一个函数参数限定的曲线的多个设定点，其中，所述多个设定点沿所述曲线定位以形成用于所述固结装置的一系列等距步长，并且其中，所述多个设定点间隔开基于所述固结装置的分辨率确定的距离。
13.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，由所述控制器确定的多个设定点沿所述曲线的非线性部分定位。
14.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述构建文件包括程序代码，所述程序代码包括所述至少一个生成函数，其中，所述程序代码的至少一部分针对所述部件定制。
15.根据权利要求12所述的增材制造系统，还包括数据库，所述数据库包括多个生成函数，其中，所述构建文件的至少一个生成函数从所述数据库中的生成函数选择。
16.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数限定B-样条曲线、希尔伯特曲线、晶格和晶胞单元中的至少一个。
17.根据权利要求12所述的增材制造系统，还包括成像装置，所述成像装置被配置成提供用于确定所述固结装置的真实位置的图像，其中，所述控制器被配置成将所述真实位置与所述多个设定点进行比较。
18.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数包括与部件的第一部分有关的第一生成函数和与部件的第二部分有关的第二生成函数。
19.根据权利要求12所述的增材制造系统，还包括用户输入接口，其中，所述至少一个生成函数能够执行以基于至少一个用户输入限定所述曲线。
20.根据权利要求12所述的增材制造系统，其中，所述至少一个生成函数被加密，并且所述控制器被配置成读取所述构建文件的密钥以解密所述至少一个生成函数。
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