CN109906136B - 用于控制增材制造的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器、其上存储有计算机可执行指令的存储器、以及处理器。处理器可以被配置为执行计算机可执行指令以使增材制造机器排出复合材料的路径，以及作出有关位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以选择性地使增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的复合材料的路径。

Description

用于控制增材制造的系统和方法
相关申请
本申请基于并要求2016年9月6日提交的序列号为62/383,801的；2016年11月4日提交的序列号为62/417,709的；2017年1月24日提交的序列号为62/449,899的；2017年2月15日提交的序列号为62/459,398的；以及2017年6月29日提交的序列号为62/526,448的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及制造控制系统，并且更具体地涉及用于控制增材制造的系统和方法。
背景技术
传统的增材制造是通过在计算机的引导控制下沉积重叠的材料层来创建三维部件的过程。增材制造的常见形式称为熔融沉积成型(FDM)。使用FDM，热塑性塑料在加热的打印头内通过并液化。当材料从打印头排出时，打印头以预定轨迹(也就是工具路径)移动，使得材料以特定图案和重叠的二维层的形状铺设。离开打印头后，材料冷却并硬化成最终形式。最终形式的强度主要是由于供给到打印头的特定热塑性塑料的性质和由二维层堆叠形成的三维形状。
对传统FDM制造最近开发的改进涉及使用嵌入从打印头排出的材料中的连续纤维。特别地，将基质供给到打印头并同时与一个或多个通过同一个头的连续纤维一起排出(例如挤出和/或拉挤)。基质可以是传统的热塑性塑料、粉末金属、液体基质(例如，UV可固化和/或双组分树脂)，或这些和任何其他已知基质的组合。在离开打印头时，启用固化增强器(例如，UV光、超声发射器、热源、催化剂供给等)以引发和/或完成基质的固化。这种固化几乎立即发生，允许在自由空间中制造无支撑结构。并且当纤维、特别是连续纤维嵌入结构内时，结构的强度可以倍增超过基质相关的强度。在2016年12月6日授予Tyler的美国专利9,511,543(“'543专利”)中公开了该技术的示例。
所公开的系统和方法涉及解决对类似于'543专利和/或本领域已知的其他系统中公开的那些增材制造系统进行控制的方式。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以使增材制造机器排出复合材料的路径，以及作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以选择性地使增材制造机器用基于该确定的可变压力压实排出之后的复合材料的路径。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径，以及作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定。所述方法可以进一步包括选择性地使增材制造机器用基于该确定的可变压力压实排除之后的复合材料的路径。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径，以及作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定。所述方法可以进一步包括选择性地使增材制造机器在复合材料的路径沿至少一侧被支撑时在通过复合材料朝向所述支撑的方向用更高的压力压实排出之后的复合材料的路径。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分地涂覆连续纤维的基质。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以在排出期间监测连续纤维内的能量水平，以基于能量水平的降低来确定连续纤维已经失去连续性，以及基于该确定选择性地中断排出。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分地涂覆连续纤维的基质。所述方法还可以包括在排出期间监测连续纤维内的能量水平，基于能量水平的降低确定连续纤维已经失去连续性，以及基于该确定选择性地中断排出。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分地涂覆连续纤维的基质。所述方法还可以包括在排出期间监测连续纤维内的能量水平，基于能量水平的降低确定连续纤维已经失去连续性，以及基于该确定选择性地中断排出。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以使增材制造机器排出复合材料的路径。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以将复合材料的路径的实际排出位置与期望排出位置进行比较，以及基于该比较选择性地使增材制造机器中止所述结构的制造或者调节排出参数。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径。所述方法还可以包括将复合材料的路径的实际排出位置与期望排出位置进行比较，并且基于该比较选择性地使增材制造机器中止所述结构的制造或者来调节排出参数。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括至少部分地被涂覆在基质中的连续纤维。所述方法还可以包括将连续纤维的轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个与期望排出位置进行比较。所述方法还可以包括：当轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个落在位于期望排出位置周围的第一公差区之外时，使增材制造机器中止所述结构的制造。所述方法可以另外包括当轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个落在位于期望排出位置周围的第二公差区之外且在第一公差区之内时使增材制造机器调节排出参数。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以作出与结构是性能关键部件相关联的确定，以及基于该确定，选择性地实施第一切片技术或第二切片技术以将结构的虚拟模型划分为多个平面。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以使增材制造机器将复合材料沉积在与多个平面相对应的层中。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括接收指示结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入，以及基于该输入作出与结构是性能关键部件相关联的确定。基于该确定所述方法可以进一步包括选择性地实施第一切片技术或第二切片技术以将结构的虚拟模型划分为多个平面，以及使增材制造机器将复合材料沉积在与多个平面相对应的层中。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括接收指示结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入，以及基于该输入作出与结构是性能关键部件相关联的确定。基于该确定，所述方法可以进一步包括选择性地实施第一切片技术以产生多个平面，该多个平面允许增材制造机器以大致平行且重叠的方式有效地沉积复合材料，以及选择性地实施第二切片技术以产生多个平面，这些平面允许增材制造机器基于预期穿过结构的力将复合材料沉积在层中。所述方法还可以包括在使用第一切片技术生成的多个平面中的每个平面上生成至少第一工具路径，在所述复合材料的排出期间增材制造机器遵循所述第一工具路径。至少第一工具路径可以从使用第一切片技术生成的多个平面中的每个平面的大致中心向外成螺旋形。所述方法可以进一步包括在使用第二切片技术生成的多个平面中的每个平面上生成至少第二工具路径，在复合材料的排出期间增材制造机器遵循所述第二工具路径。使用第二切片技术生成的至少第二工具路径大致可以基于力定向。所述方法可以另外包括使增材制造机器在与多个平面相对应的层中遵循至少第一工具路径和至少第二工具路径沉积复合材料。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以确定在制造结构期间增材制造机器所遵循的工具路径是位于自由空间中还是位于另一工具路径的顶部。当工具路径位于自由空间中时，处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以作出关于工具路径的弯曲部的确定，以及基于确定选择性地使得增材制造机器制造用于工具路径的支撑件。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括确定在制造结构期间增材制造机器所遵循的工具路径是位于自由空间中还是位于另一工具路径的顶部。当工具路径位于自由空间中时，所述方法可以进一步包括作出关于所述工具路径的弯曲部的确定以及基于该确定选择性地使增材制造机器制造用于工具路径的支撑件。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括确定在制造结构期间增材制造机器所遵循的工具路径是位于自由空间中还是位于另一工具路径的顶部。当工具路径位于自由空间中时，所述方法可以包括作出关于工具路径的弯曲部的确定以及基于该确定选择性地使增材制造机器制造用于工具路径的支撑件。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以确定在结构内生成的多个张力矢量，以及生成用于制造该结构的计划。该计划可包括工具路径，其在结构内布置连续纤维以生成多个张力矢量。处理器还可以被配置为执行指令以使增材制造机器遵循计划并制造结构。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括接收结构的性能规范，基于性能规范确定在结构内生成的多个张力矢量，以及生成用于制造该结构的计划。该计划可以包括可顺序执行的工具路径，其在结构内布置连续纤维以生成多个张力矢量。所述方法还可以包括使增材制造机器遵循该计划并在结构制造期间在连续纤维内产生残余张力。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括接收结构的性能规范，基于性能规范确定在结构内生成的多个张力矢量，以及生成用于制造该结构的计划。该计划可以包括可顺序执行的工具路径，其在结构内布置连续纤维以生成多个张力矢量。所述方法还可以包括使增材制造机器遵循该计划并在结构制造期间在连续纤维内产生残余张力。
在一个方面，本公开涉及一种用于增材制造结构的系统。所述系统可以包括增材制造机器，其上存储有计算机可执行指令的存储器，以及处理器。处理器可以被配置为执行指令以使增材制造机器确定现有点的特征，该现有点用作由增材制造机器排出的复合材料的路径的锚定点。处理器还可以被配置为执行计算机可执行指令以基于该特征选择性地使增材制造机器在的现有点处以基质与纤维的可变比例排出复合材料的路径。
在另一方面，本公开涉及一种用增材制造机器制造结构的方法。所述方法可以包括确定现有点的特征，该现有点将用作由增材制造机器排出的复合材料的路径的锚定点。所述方法还可以包括基于该特征选择性地使增材制造机器在的现有点处以基质与纤维的可变比例排出复合材料的路径。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令。所述方法可以包括使增材制造机器确定现有点的稳定性，该现有点用作由增材制造机器排出的复合材料的路径的锚定点。所述方法还可以包括选择性地使增材制造机器以现有点处基于所述稳定性的基质与纤维的可变比例排出复合材料的路径。
附图说明
图1是示例性公开的增材制造机器和可用于控制机器的相应系统的示意图；
图2是图1的控制系统的示意图；
图3至图11是表示可以由图1和图2的控制系统实现的示例性方法的流程图；以及
图12和图13是描绘通过图3至图11的方法中的步骤的进展的示意图。
具体实施方式
图1示出了示例性控制系统(“系统”)10，其可用于设计、规划、制造和/或分析具有任何期望形状、尺寸、组成和功能的结构12。系统10除其他之外可以包括增材制造机器(“机器”)14和可操作地连接到机器14的至少一个计算装置16。机器14可以配置成在计算装置16的引导控制下创建结构12，例如，通过增材制造工艺。尽管下面将描述利用一种或多种连续增强材料(例如，纤维-F)和一种或多种可固化基质(M)的增材制造工艺作为如何产生结构12的一个实例，但应注意其他本领域已知的工艺可选地可以用于此目的并且从所公开的控制系统和方法中受益。
机器14可以包括可控制的组件，以逐层和/或在自由空间中创建结构12(例如，没有下层的支撑)。这些组件除其他之外可以包括支撑件18和连接到支撑件18并由支撑件18驱动的任何数量的头部20。在图1所公开的实施例中，支撑件18是在结构12的制造期间能够在多个方向上移动头部20的机器人臂。应该注意，如果需要，能够以相同或不同的方式移动头部20的任何其他类型的支撑件(例如，高架门架，臂/门架组合等)也可以被使用。
每个头部20(为了清楚起见，图1中仅示出一个)可以被配置成至少排出可固化的基质(例如，液体树脂，诸如零挥发性有机化合物树脂；粉末金属等)。示例性可固化基质包括热固性材料、单组分或多组分环氧树脂、聚酯树脂、阳离子环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、氨基甲酸酯、酯、热塑性塑料、光聚合物、聚环氧化物、硫醇、烯烃、硫醇-烯等。在一个实施例中，每个头部20内的基质可以被加压，例如通过外部装置(例如，挤出机或其他类型的泵-未示出)加压，所述外部装置经由相应的导管(未示出)流体连接到头部20。然而，在另一个实施例中，压力可以通过类似类型的装置完全在头部20内部产生。在其他实施方案中，基质可以通过重力进料和/或在头部20内混合。在一些情况下，头部20内的基质可能需要保持冷却和/或黑暗以抑制过早固化；而在其他情况下，由于同样的原因，基质可能需要保持温暖。在任一种情况下，头部20可以是特殊配置的(例如，绝缘的，冷却的和/或加温的)以满足这些需求。
在一些实施方案中，基质可与一种或多种纤维混合，包含一种或多种纤维或以其他方式涂覆一种或多种纤维(例如，各根纤维、丝束、粗纱、套管、带和/或材料片)，并与纤维一起构成结构12的至少一部分(例如，壁)。纤维可以存储在(例如，在单独的内部线轴上-未示出)头部20或以其他方式(例如，从外部线轴供给)穿过头部20。当同时使用多根纤维时，纤维可以是相同类型并且具有相同的直径和横截面形状(例如，圆形、方形、扁平等)，或具有不同直径和/或不同类型截面形状。纤维可包括例如碳纤维、植物纤维、木纤维、矿物纤维、玻璃纤维、金属丝、光学管等。应当注意，术语“纤维”意味着包围结构和非结构类型的连续增强件，其可以至少部分地包裹在从头部20排出的基质中。
当纤维在头部以内，当纤维被传递到头部20，和/或根据需要当纤维从头部20排出时，纤维可以暴露于(例如，涂覆)基质。基质、干纤维和/或已经暴露于基质的纤维(例如，湿润的纤维)可以以本领域技术人员显而易见的任何方式输送到头部20中。
支撑件18可以在特定轨迹中移动头部20(例如，对应于结构12的预期形状、尺寸和/或功能的轨迹)，同时基质涂覆的纤维从头部20排出，使得沿着轨迹形成基质涂覆的(一根或多根)纤维的连续路径。每个路径可以具有任何横截面形状、直径和/或纤维和基质密度，并且纤维可以与基质径向分散，位于其大致中心，或仅位于周边。
一个或多个固化增强器(例如，UV光、超声发射器、激光器、加热器、催化剂分配器等)22可安装在头部20附近(例如，在头部20内或之上)并且被配置为增强从头部20排出的基质的固化速度和/或品质。在结构12的形成过程中，可以调节固化增强器22以选择性地将结构12的表面暴露于能量(例如，UV光、电磁辐射、振动、热、化学催化剂或硬化剂等)。能量可以增加基质内发生的化学反应的速度，烧结基质，硬化基质，或者当基质从头部20排出时使基质固化。在所描绘的实施例中，固化增强器22包括围绕头部20的中心轴线均匀分布的多个LED。然而，可以预期任何数量的LED或其他能量源可以可替代地用于所公开的目的和/或以另一个方式布置(例如，不均匀分布，排成一排等)。例如，如果需要，固化增强器22可以位于头部20后面的臂(未示出)上。固化增强器22产生的能量的量可足以在结构12远离头部20轴向生长超过预定长度之前固化基质。在一个实施例中，结构12在轴向生长长度变得等于基质涂覆的增强材料的外直径之前完全固化。
在图1的实施例中，头部20是模块化的。例如，头部20可包括基质储存器26和可移除地连接到基质储存器26的喷嘴模块24(例如，通过一个或多个螺纹紧固件、扣钩或其他硬件-未示出)。在该示例中，喷嘴模块24是单轨喷嘴模块24A，其被配置成排出具有大致圆形横截面的复合材料。然而，头部20的构造可允许喷嘴模块24A被换成另一个喷嘴模块(例如，模块24B、模块24C等)，其排出具有不同形状的复合材料(例如，管状横截面、带状或片状横截面等)。在该交换期间，基质储存器26可保持连接到支撑件18，并且可能对基质储存器26需要进行很少(如果有的话)修改。
在一个实施例中，喷嘴模块24也可以或可替代地被选择性地换成加工模块28。例如，如果需要，具有一个或多个精加工工具(例如，钻头、铣刀、叶片、研磨机、喷漆器、涂覆器、清洁装置等)的模块可以选择性地连接到基质存储器26(或直接连接到支撑件18的一端)。该配置可允许由机器14制造更大范围的结构14。
在一些实施例中，固化增强器22(一个或多个)可以安装到喷嘴模块24的下表面。利用这种结构，固化增强器22(一个或多个)可以以最适合从喷嘴模块24排出的材料的形状、大小和/或类型的配置位于喷嘴尖端周围。在所公开的实施例中，固化增强器22(一个或多个)以相对于喷嘴模块24的轴线具有一定角度安装，使得来自固化增强器22(一个或多个)的能量指向从喷嘴模块24排出的材料。在一些应用中可以使用能量阻断器30和/或光学器件31，以在喷嘴模块24的出口处选择性地阻挡、聚焦和/或瞄准来自固化增强器22的能量。这可能影响从喷嘴模块24排出的材料的固化速度和/或固化位置。如果需要，可以想到能量阻断器30和/或光学器件31可以是可调节的(例如，可通过未示出的定位螺钉手动调节，或通过未示出的致动器自动调节)。
基质和纤维可以通过至少两种不同的操作模式从头部20排出。在第一操作模式中，当头部20由支撑件18移动以形成结构12的形状时，基质和纤维从头部20挤出(例如，在压力和/或机械力下被推出)。在第二操作模式中，至少(一根或多根)纤维从头部20被拉出，使得在排出期间在纤维中产生拉伸应力，该拉伸应力在基质固化之后保留。在这种操作模式中，基质可以粘附到纤维上，从而也可以与纤维一起从头部20拉出，和/或基质可以在压力下与被拉出的纤维一起从头部20中排出。在第二操作模式中，纤维从头部20被拉出，纤维中产生的残余张力可以增加结构12的强度，同时还允许更长的无支撑材料具有更直的轨迹(即，残余张力可以抵抗重力作用以为结构12提供独立支撑)。
由于头部20远离锚定点32移动，可以从头部20拉出纤维。例如，在结构形成开始时，一段长度的基质浸渍的纤维可以从头部20被拉出和/或被推出，沉积到锚定点32上，并固化，使得排出的材料粘附到锚定点32。此后，头部20可以远离锚定点32移动，并且相对移动可以导致纤维从头部20拉出。应该注意，如果需要，可以辅助(例如，通过内部进给机构)纤维通过头部20的运动。然而，来自头部20的纤维的排出速度可主要是头部20和锚定点32之间的相对运动的结果，使得在纤维内产生张力。可以想到，替代头部20远离锚定点32移动或除了头部20远离锚定点32移动之外，锚定点32可以远离头部20移动。
如下面将更详细描述的，已经确定与由头部20排出的每个连续纤维相关联的张力矢量可以有助于结构12的特性(例如，刚度和/或强度)。例如，结构12的刚度和/或强度在每根纤维的轴向方向上通常可以更大，并且大于与该纤维中的残余张力水平相关的量。因此，在制造结构12的预处理(例如，设计)阶段和/或处理阶段期间，在固化之前和/或期间，可以注意提供与特定轨迹对准的特定纤维的期望量、尺寸和/或形状和/或在每根纤维内产生期望的张力水平，使得结构12根据所需的规格执行。
可以使用任何数量的单独的计算装置16来设计和/或控制结构12内的纤维的放置和残余张力和/或分析结构12在形成之前和/或之后的性能特征(例如，刚度和强度，和/或诸如连续性的其他特性)。计算装置16除其他之外可以包括显示器34、一个或多个处理器36、任意数量的输入/输出(“I/O”)装置38、任意数量的周边设备40、以及用于存储程序44和数据46的一个或多个存储器42。程序44可以包括，例如，任意数量的设计和/或打印应用程序48和操作系统50。
计算装置16的显示器34可以包括液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)屏幕、有机发光二极管(OLED)屏幕和/或其他已知的显示装置。显示器34可用于在处理器36的控制下呈现数据。
处理器36可以是配置有虚拟处理技术的单核或多核处理器，并且使用逻辑运算来同时执行和控制任何数量的操作。处理器36可以被配置为实现虚拟机或其他已知技术以执行、控制、运行、操纵和存储任何数量的软件模块、应用程序、程序等。此外，在一些实施例中，处理器36可以包括一个或多个专门配置有特定电路、指令、算法和/或数据的专用硬件、软件和/或固件模块(未示出)，以执行所公开方法的功能。应当理解，可以实施提供本文公开的能力的其他类型的处理器布置。
存储器42可以是易失性或非易失性、磁性、半导体、磁带、光学、可移动、不可移动或其他类型的存储装置或有形和/或非暂时性计算机可读介质，其存储一个或多个可执行程序44，诸如分析和/或打印应用程序48和操作系统50。常规形式的非暂时性介质包括例如闪存驱动器、软盘、硬盘、固态驱动器、磁带或其他磁数据存储介质、CD-ROM或其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM或其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器或其他内存芯片或盒式磁带、以及相同的网络版本。
存储器42可以存储使处理器36能够执行一个或多个应用程序的指令，例如设计和/或制造应用程序48、操作系统50、以及已知在计算机系统上可用的任何其他类型的应用程序或软件。可替代地或另外地，指令、应用程序等可以存储在与计算装置16直接通信的内部和/或外部数据库(例如，云存储系统-未示出)中，诸如可通过一个或多个网络(未示出)访问的一个或多个数据库或者存储器。存储器42可以包括一个或多个存储器装置，其存储用于执行所公开实施例的一个或多个特征的数据和指令。存储器42还可以包括由存储器控制器装置(例如，服务器等)或软件控制的一个或多个数据库的任何组合，诸如文档管理系统、Microsoft SQL数据库、SharePoint数据库、OracleTM数据库、Sybase TM数据库或其他关系数据库。
在一些实施例中，计算装置16通过网络(未示出)可通信地连接到一个或多个远程存储器装置(例如，远程数据库-未示出)。远程存储器装置可以被配置为存储计算装置16可以访问和/或管理的信息。举例来说，远程存储器装置可以是文档管理系统、Microsoft SQL数据库、SharePoint数据库、Oracle TM数据库、Sybase TM数据库、Cassandra、HBase或其他关系或非关系数据库或常规文件。然而，与所公开的实施例一致的系统和方法不限于单独的数据库或甚至不限于数据库的使用。
程序44可以包括一个或多个软件或固件模块，使得处理器36执行所公开实施例的一个或多个功能。此外，处理器36可以执行远离计算装置16定位的一个或多个程序。例如，计算装置16可以访问一个或多个远程程序，该远程程序在被执行时实行与所公开的实施例相关的功能。在一些实施例中，存储在存储器42中并由处理器36执行的程序44可以包括设计、制造和/或分析应用程序48和操作系统50中的一个或多个。应用程序48可以使处理器36执行所公开的方法的一个或多个功能。
当由诸如处理器36的一个或多个处理器执行时，操作系统50可以执行已知的操作系统功能。举例来说，操作系统50可以包括Microsoft Windows TM、Unix TM、Linux TM、OSX TM和IOS TM操作系统、AndroidTM操作系统、或其他类型的操作系统50。因此，所公开的实施例可以与运行任何类型的操作系统50的计算机系统一起操作和运行。
I/O装置38可以包括一个或多个接口，其用于接收来自用户和/或机器14的信号或输入，并用于向机器14提供允许打印结构12的信号或输出。例如，计算装置16可以包括用于与一个或多个输入装置(例如，一个或多个键盘、鼠标装置等)接口的接口组件，其使计算装置16能够从用户接收输入。
周边设备40可以是独立装置或嵌入在机器14内或以其他方式与机器14相关联的装置并在结构12的制造期间使用。如图2所示，周边设备40可以体现为输入装置(例如，一个或多个传感器，诸如张力传感器、位置传感器、压力传感器、温度传感器、流量传感器、连续性传感器、湿度传感器、旋转编码器和本领域已知的其他传感器)40A和/或输出装置(例如，一个或多个致动器，诸如基质供给、纤维供给、冷却风扇、泵、固化增强器22、定位电机、切割器、拼接器、编织机构、纤维导向器、混合器、进给辊、摩擦张紧器等)40B。在一些实施例中，周边设备40本身可以包括一个或多个处理器、存储器和/或收发器。当周边设备40配备有专用处理器和存储器时，专用处理器可以被配置为执行存储在存储器上的指令以从处理器36接收与视频、音频、其他传感数据、控制数据、位置数据相关联的命令等等，包括捕获命令、处理命令、运动命令和/或传输命令。收发器可以包括能够向系统10中的一个或多个其他组件传输数据的有线或无线通信装置。在一些实施例中，收发器可以从处理器36接收数据，包括用于传感器和/或致动器激活以及用于通过收发器传输数据的指令。响应于所接收的指令，收发器可以在处理器36和其他组件之间打包和传输数据。
设计、制造和/或分析应用程序48可以使计算装置16执行如下方法，所述方法涉及与机器14的操作以及相应的结构12的设计/制造/分析相关联的数据的生成、接收、处理、分析、存储和/或传输。例如，应用程序48可以能够配置计算装置16以执行操作，包括：在显示器34上显示图形用户界面(GUI)，用于从机器14的操作者接收设计/控制指令和信息；捕获与机器14相关的传感数据(例如，通过周边设备40A)；通过I/O装置38和/或用户界面接收关于结构化的规范、期望特性和/或期望性能的指令；处理控制指令；产生一个或多个可能的制造结构12的设计和/或计划；分析和/或优化设计和/或计划；提供一个或多个设计和/或计划的推荐；控制机器14以通过推荐和/或选择的计划制造推荐和/或选择的设计；分析所述制造；和/或向机器14提供反馈和调整以改进未来的制造。
图3至图11是描绘可以由机器14在结构12的设计、制造和/或分析期间由计算装置16实现的示例性方法的流程图。将在以下部分中详细讨论图3至图11以进一步说明所公开的构思。
工业适用性
所公开的系统可用于连续制造具有任何期望横截面形状、长度、密度、刚度、强度和/或其他特性的复合结构。复合结构可包括相同或不同类型、直径、形状、构造和组成的任何数量的不同增强件，和/或任何数量的不同基质。现在将参考图3至图11的流程图详细描述系统10的操作。
从图3的流程图中可以看出，结构12的创建通常可以分为四个不同的阶段，包括：预处理、处理、后处理和分析。预处理阶段通常可以与结构12的定义相关联。处理阶段通常可以与结构12的至少基部的形成相关联。后处理阶段通常可以与结构12的基部的最终完成相关联。分析阶段通常可以与结构12的预处理定义与结构12的物理实施例的观察结果的比较相关联，以及基于比较来迭代调整先前阶段。
结构创建的预处理阶段可以从处理器36(例如，通过I/O装置38)接收来自系统用户的规范开始(步骤300)。这些规范除其他之外可以包括结构12的物理包络(例如，结构12的外表面定义和/或结构12将驻留和运行的空间的定义)、预期的操作条件(例如，力载荷、偏转载荷、振动载荷、热载荷、环境载荷等)、期望特性(例如，硬度、重量、浮力等)和/或期望性能(例如，针对特定参数，例如电导、刚度、强度等的最小值、最大值和/或可接受范围)。例如，系统10的用户可以输入结构12应当在相关联的组件中遵守的配合接口定义(例如，在图1描绘的涡轮机叶轮应在其上旋转的键控轴的端部的形状、尺寸、位置和方向)，结构12可以占据的最大体积(例如，轴向和/或径向尺寸限制)，预期在特定方向上穿过结构12的力的水平(例如，径向地进入涡轮机叶轮并且轴向地离开涡轮机叶轮气体的流速和密度和/或轴内预期的阻力扭矩)，以及结构12应该如何响应力(例如，涡轮机叶轮内由气体应该产生的扭矩量/或最大刚度量和/或由于施加的扭矩而允许在涡轮机叶轮的每个叶片内允许的偏转量)。
然后可以将在步骤300处接收的规范输入到一个或多个CAD模块中(步骤302)，这将在下面更详细地讨论。只要一个或多个设计对应给定的规范是可能的，CAD模块可以基于所接收的规范返回结构12的一个或多个可能的设计(例如，形状、材料、纤维轨迹、纤维张力水平、密度等)。如果计算装置16确定存在与设计相关联的错误(步骤304)，则可以向系统10的用户显示错误，以及显示修改所提供的规范的提示(步骤306)。然后，控制可以从步骤306返回到步骤300。
一旦CAD模块成功返回结构12的任何可能设计，计算装置16就可以从用户接收打印信息包(“PIP”)(步骤308)。PIP可以包含可以影响结构12的制造的系统10的值。这些值例如可以包括机器14的当前配置(例如，连接到机器14和/或可与机器14一起使用的特定喷嘴模块24的类型和/或条件)，当前装入机器14的材料(例如，基质和/或纤维)的类型和/或数量，连接到头部20的支撑件18的类型和/或能力等。例如，用户可指示喷嘴模块24A当前连接到机器14，50m的4,000丝束碳纤维可供使用并装入头部20，该基质存储器26供给有6.2L特定的UV可固化树脂，并且该支撑件18是具有特定运动范围、力和/或速度的6轴机器人臂。可以想到，在一些实施例中，如果需要，该信息可以由计算装置16自动检测和/或可跟踪(例如，通过一个或多个周边设备40)。在这些实施例中，可以省略步骤308。
可以将PIP和一个或多个可能的设计传递到路径模块(步骤310)，这将在下面更详细地讨论。只要一个或多个计划对于给定的PIP是可能的，路径模块可以返回一个或多个可能的计划(例如，顺序工具路径的集合)，用于基于所接收的PIP来制造结构12的一个或多个设计。如果计算装置16确定存在与计划相关联的错误(步骤312)，则可以向系统10的用户显示错误以及显示修改所提供的PIP的提示(步骤314)。然后，控制可以从步骤314返回到步骤308。
在完成步骤302至312期间的任何时间，可以选择由CAD和/或路径模块生成的一个或多个可能的设计和/或计划用于制造结构12(步骤315)。该选择可以由系统10的用户手动完成(例如，通过I/O装置38)，或者由处理器36自动完成(例如，基于存储在存储器42中的指令，基于在步骤300接收到的规范的优先级，基于对设计和/或计划的分析，和/或使用应用程序48的一个或多个可用优化算法)。当在步骤310之前选择特定设计时，可以仅针对所选择的设计完成步骤310。在一些情况下，在优化和/或选择之前，每个可能的设计可能需要与一个或多个计划配对。
在完成步骤314之后，控制可以进行到系统检查模块(步骤316)，其可以负责检查系统10的操作准备就绪(例如，经由周边设备40)。系统检查模块将在下面更详细地描述。如果处理器36确定存在与系统检查相关联的错误(步骤318)，则可以向系统10的用户显示错误以及显示修改系统参数的提示(步骤320)。然后，控制可以从步骤320返回到步骤316。
一旦系统10的准备就绪检查成功完成，就可以将所选择的结构12的设计、所选择的制造计划和PIP提供给设置模块(步骤324)，并且可以开始结构制造的处理阶段。设置模块可以负责设置机器14以遵循所选择的计划并在PIP的参数内生产所选择的结构12的设计。下面将更详细地描述设置模块。
如果处理器36(通过路径模块)确定需要任何临时支持或支撑，则处理器36可以生成指向机器14的命令，该命令使机器14在机器14已经被正确设置之后(例如，在完成步骤324之后)制造临时支持或支撑(步骤326)。例如，处理器36可以产生命令，该命令使周边设备40B的至少第一输出装置(例如，纤维供给)禁止从头部20排出纤维；使周边设备40B的至少第二输出装置(例如，基质供给)允许仅排出临时基质(例如，可用水、空气或其他溶剂冲洗掉的基质)；使周边设备40B的至少第三输出装置(例如，与支撑件18相关联的定位电机)将头部20移动到与所需支持或支撑位置相对应的位置；并且使得周边设备40B的至少第四输出装置(例如，固化增强器22)在头部20在临时支持或支撑件的包络内移动期间激活和固化从头部20排出的临时基质。
然后，控制可以进行到锚定模块(步骤328)，其可以调节基质涂覆的纤维锚定到锚定点32(参见图1)，以在排出模块控制下(步骤330)准备下一个材料路径的排出。下面将更详细地解释锚定和排出模块以及品质控制模块可以在每个工具路径完成期间实施子程序，以确保已经根据计划排出基质涂覆的纤维(步骤332)。
处理器36可以被配置为连续监测来自头部20的材料排出，不仅用于品质控制目的，而且还用于根据所选择的计划跟踪进度。例如，可以基于从周边设备40A的一个或多个输入装置接收的信号来完成该监测。处理器36可以确定计划中的当前工具路径何时完成(例如，通过将头部20的当前位置与工具路径中的结束位置进行比较-步骤334)，然后确定是否需要切断和/或拼接任何从头部20延伸的纤维(步骤336)。当结构12的计划中的下一个工具路径不在当前工具路径的终止点处开始时，可能需要切断纤维。例如，如果在进一步排出附加材料之前必须移动头部20，则处理器36可以确定需要切断。如果下一个工具路径中的纤维与当前工具路径中的纤维不同，则可能需要拼接纤维。
当需要切断和/或拼接时，控制可以进行到切断/拼接模块(步骤338)，之后处理器36可以确定是否需要任何附加的工具路径来完成结构12的制造(步骤340)。如果不需要切断或拼接，则控制可以直接从步骤336前进到步骤340。处理器36可以确定需要附加的工具路径，例如，基于任何完成的工具路径与结构12的制造计划中包括的工具路径的数量和/或标识的比较。当需要附加的工具路径时，控制可以从步骤340返回到步骤324。否则，可以认为处理阶段完成。
后处理阶段可以从处理器36确定结构12的制造计划是否需要任何后处理活动(例如，涂覆、烧结、机加工、模板化、电子拾取/放置等)开始。当在结构12的制造计划中指定任何这些活动时，控制可以从步骤342前进到步骤344，然后完成活动。当不需要后处理活动时，或者在完成任何必要的活动后，可以开始分析阶段。
分析阶段可以从刚刚制造的结构12的测试开始(步骤346)。测试可以对应于在步骤300处接收的规范，并且包括例如硬度测试、应变测试、连续性测试、重量测试、浮力测试等。然后可以将测试结果与规范进行比较(步骤348)以确定结构12是否满足相应的要求。如果没有充分满足要求，则可以拒绝结构12(步骤350)，可以更新CAD模块(步骤352)，并且控制可以返回到步骤302。更新CAD模块可以除其他之外包括存储在存储器42中并且由应用程序48依赖于生成可能的设计，生成可能的计划，和/或优化设计和计划的数据46和/或相关的地图/算法的调整(例如，硬度关系、拉伸关系、密度关系、材料类型关系、处理参数关系等的调整)。当已经证明满足结构12的要求时，可以接受结构12并且可以重复该过程以制造结构12的另一单元。
返回到图4中所示的CAD模块，处理器36可以在多个不同步骤中生成结构12的可能设计，其中一些步骤可以以任何顺序执行。这些步骤之一(即，步骤400)可以包括，例如，至少部分地基于用户在步骤300提供的包络限制来生成结构12的边界(例如，外表面)(参见图3)。在所提供的涡轮机叶轮的示例中(参见图1)，包络限制可以包括界定标记限制的轴向平面，超过该限制，涡轮机叶轮不能沿轴向方向延伸；内径向限制(例如，上述轴接口)；和外径向限制(例如，相关护罩的内表面，包括用于期望环形气流间隙的空间)。然后，处理器36可以在这些边界限制下生成虚拟表面，并创建具有虚拟表面的迭代设计，所述虚拟表面以与这些限制相减的增量偏移间隔开。还可以想到，虚拟表面可以替代地在最内边界限制处创建，并且如果需要，通过增加增量偏移来迭代地向外移动。然后可以在这些虚拟表面内形成结构12的详细特征(例如，涡轮机叶轮的叶片)，并且可以递增地改变特征之间的数量和间隔以产生一系列不同的空间布局。例如，涡轮机叶轮可以设计成具有更多或更少数量的更厚或更薄的叶片，其间具有更大或更小的径向间隙。
结合在步骤400处创建的结构12的不同空间布局，处理器36可确定可用于制造不同设计的任何数量的不同基质、纤维和/或纤维密度，同时仍提供由用户在步骤300处指定的特性。例如，对于在步骤400生成的任何给定的空间布局，可以存在一个或多个基质，一根或多根纤维，和/或一个或多个密度，其允许给定的空间布局在重量指导范围内，提供期望水平的电绝缘或导电性，提供期望的浮力等。这些基质、纤维和/或密度的窗口可以与每个不同的空间布局配对。
然后，处理器36可以确定先前确定为每个空间布局可用的一种或多种纤维类型的轨迹，以及应当存在于每根纤维内的残余张力水平(步骤420)。例如，可以至少部分地基于在步骤300中指定的负载条件和/或期望性能来进行该确定。例如，为了在涡轮机叶轮的叶片内提供期望的刚度、强度、振动响应等的水平，特定数量/密度的第一纤维可能需要在第一位置设置有第一拉伸矢量，以便提供期望的性能；同时特定数量/密度的第二纤维可能需要在第二位置设置第二拉伸矢量，以便提供相同的性能。对于每个可能的空间布局内的每个基质/纤维组合，这些参数可以由处理器36确定。例如，可以通过迭代使用有限元分析算法(例如，通过应用程序48)来确定纤维参数。
在一些情况下，特定纤维内的张力水平可能不太重要。在这些情况下，拉伸矢量仍然可以指定恰好高于最小水平(例如，恰好高于零)的正值。
在一些实施例中，然后可以由处理器36实现一个或多个优化例程以缩小不同设计组合的范围和/或向用户提供特定设计的推荐(步骤430)。例如，可以基于给定规范的用户定义的优先级来执行优化。例如，在一些情况下，结构12的占地面积可能是最重要的，其次是重量，然后是性能，然后是成本；而在其他情况下，成本可能比占地面积更重要，而重量最不重要。处理器36可以被配置为选择性地实现优化例程(例如，使用应用程序48)，并将结果提供给用户以便最终选择特定设计(例如，通过显示器34)。在一些情况下，处理器36可以自动选择最符合所需规范的设计。
在一些情况下，可能无法生成满足所有用户指定要求的设计。在这些情况下，处理器36可以返回随后在步骤306(参考图3)处在显示器34上显示的错误(参考图1)。还可以想到处理器36可能无法自动设计结构12的所有特征。例如，用户可能需要手动生成和/或细化一些特征。进一步考虑处理器36可以不实现任何类型的设计/选择/优化/推荐过程，并且PIP可以简单地包括产生结构12的特定设计所需的所有信息。
一旦选择了特定设计(例如，由用户经由I/O装置38手动选择或由处理器36自动选择)，处理器36可确定制造所选设计所需的机器14的特定设置。例如，处理器36可以确定产生设计所需的最小纤维数量(例如，比设计规定的数量多至少25％)；最小体积的基质(例如，比设计规定的数量多至少25％)；必须连接到头部20的特定喷嘴模块24(例如，基于特定增强件中的多个纤维、纤维直径、纤维形状、纤维类型、基质粘度、基质流速等等)；固化增强器20的所需排列(例如，数量、取向、强度等)；需要使用能量阻断器30和/或光学器件31；来自支撑件18的所需运动范围、速度和/或力；等等。该信息(可以作为基本操作信息打包在一起-“BOI”)可以稍后在步骤324被输入设置模块(参见图3)。
返回到图5中所示的路径模块，处理器36可以生成用于制造结构12的所选设计的任何数量的可能计划。每个计划可以除其他之外包括一起形成结构12的多个单独工具路径，以及每个路径的序列和/或定时。处理器36遵循类似于上面关于可能设计所描述的优化和/或选择过程(例如，基于时间、材料使用、成本、外观等)，以便提供推荐和/或自动选择一个执行计划。
为了生成每个计划，处理器36可以通过执行图5中所示的路径模块开始。例如，处理器36可以确定结构12是否是性能关键部件(步骤500)。特别地，一些结构12可能不具有强度、刚度、连续性和/或其他类似的规范，在这些实施例中，纤维的位置和/或制造结构12的方式可能不太重要，并且结构12可以被认为不是性能关键部件。在其他实施例中，可以存在强度、刚度、连续性等的规范，但是这些值可以低于建立的阈值(例如，与所选择的基质、纤维、密度和/或形状相关联的值)，还允许处理器36考虑相应的结构而不是性能关键部件。在这些实施例中，处理器36可以将结构12的虚拟模型切片成具有促进制造效率的任何取向的任何数量的可顺序执行平面(步骤502)。例如，处理器36可以将虚拟模型切片成水平、平行和重叠的层。出于本公开的目的，术语“可顺序执行平面”可以指结构12的一组平面或层，其可以按顺序制造而不禁止进入序列中更下方的另一平面。
对于这些层中的每一层(例如，P1-参见图13)，处理器36可以生成一组关键点(例如，CP1-1、CP1-2；CP2-1、CP2-2、CP2-3、CP2-4-参见图13)，基于结构12的包络(例如，所需的形状和/或尺寸)和包络的指定公差区(步骤504)。当材料必须穿过这些点(并且在点之间的特定轨迹中)以便在指定的公差区内制造所需的结构12的形状时，包括在该组内的点可以被认为是关键的。例如，在结构12内沿着表面壁或边缘的材料的直的工具路径(例如，TP1-参见图13)可能需要两个关键点(例如，起点和终点)，而弯曲的工具路径(例如，TP2-参见图13)可能需要三个或多个关键点。通常，更严格的公差可能需要更多数量的关键点来定义结构12的形状。
一旦生成了结构12的每个层内的一组点，处理器36就可以生成连接该组中的不同点的一个或多个工具路径(步骤506)。通常，工具路径可以被认为是点之间的连续轨道，其不需要喷嘴模块24在不排出材料的情况下移动(例如，为了下一次排出事件而重新定位)。在一个实施例中，工具路径可以以中间向外排列的方式组织。例如，工具路径可以在给定平面的大致中心处开始，沿第一方向移动直到工具路径穿过结构12的边缘或表面处的第一关键点，在指定方向(例如，顺时针方向)上转过指定角度(例如，约90°)，并沿第二方向移动，直到工具路径穿过结构12的另一边缘或表面处的第二关键点。可以重复该过程，直到给定平面中的所有关键点已被该平面的相关工具路径消耗。在一些情况下，不是在90°拐角处彼此连接的线性段，而是路径可以替代地或附加地包括以向外成螺旋形图案布置的弓形段。每次喷嘴模块24需要移动而不排出材料时，可以终止当前工具路径并启动新路径。
每个工具路径或工具路径的区段可以位于另一工具路径或同一工具路径的另一区段附近，并且彼此径向间隔指定距离。该距离可以是，例如，纤维尺寸(例如，直径或其他横截面距离)的函数、机器分辨率(例如，径向方向上的最小步长)的函数，和/或通过实验室测试确定的恒定值。例如，距离可以测量为相邻工具路径的中心之间的直线。
返回步骤500，当处理器36确定要制造的结构12是性能关键部件时，处理器36可以实现与上述不同的切片技术。例如，处理器36可以将结构12切片成一个或多个可顺序执行的平面(例如，P1、P2、P3等-参见图12)，这些平面不必彼此平行、水平或重叠。相反，处理器36可以将结构12切片成一个或多个平面，每个平面由上述两个或多个张力矢量(例如，T1、T2等-参见图12)形成(例如，通过相邻的张力矢量和/或通过彼此大致平行且接近阈值距离的张力矢量)(步骤508)。
在一些情况下，在步骤508处生成的可顺序执行平面可能不在机器14制造的能力范围内。例如，平面可以是支撑件18不可实现的角度和/或在对于喷嘴模块24太小的空间内。因此，处理器36可以被配置为将在步骤508生成的每个平面的参数与机器14的已知能力进行比较(步骤510)，并且拒绝超过机器14的能力的任何平面。例如，当处理器36确定任何先前生成的平面落在机器14的能力之外时，控制可以从步骤510返回到步骤508以生成替换平面。在步骤510之后，可以完成与步骤504基本相同的步骤512。
一旦为结构12的每个平面或层生成了一组关键点，处理器36就可以为消耗关键点的每个平面生成一个或多个工具路径(步骤514)。与上述步骤506相反，处理器36可以在步骤514不是主要基于效率而是更多地基于上述张力矢量生成工具路径。特别地，张力矢量通常可以沿着包含在每个路径内的纤维的轴线和/或是两个或多个共同定位的纤维(例如，相同路径内的纤维，相邻工具路径内的纤维，同一平面内的纤维和/或相邻平面内的纤维)的合成。以这种方式，可以通过在步骤512处生成的工具路径来创建所需的张力矢量。在大多数实施例中，在步骤514处生成的工具路径将不遵循上述的以中间向外的方法。
在为给定结构12的平面或层创建工具路径之后(例如，在完成步骤506和/或514之后)，处理器36可确定该平面中的所有关键点是否已被消耗(例如，包括在路径中)(步骤516)。特别地，可能存在包含一个或多个离群关键点(例如，CPo-参见图13)的平面，其难以包括在延伸通过另一个非离群关键点的现有工具路径中。在这些情况下，必须生成附加的工具路径(TPo-参见图13)，其消耗离群关键点并将这些点连接到结构12的其余部分。为了生成这些附加工具路径，处理器36必须首先确定纤维切割是否是允许的(例如，基于性能规范，连续性规范等)(步骤518)。如果不允许切割，则喷嘴模块24可能无法从现有工具路径的端部移动到附加工具路径的开始，而不在移动期间排出材料。在这种情况下，处理器36可以在显示器34上显示错误消息，并且当前的制造过程可以结束。
然而，当处理器36确定允许切割时，处理器36可以生成用于现有工具路径的终止的切割代码，生成用于开始附加工具路径的锚定代码，并生成用于在现有工具路径和附加工具路径之间(步骤522)转换的移动代码。附加路径可以在最接近(例如，开始于)现有路径上的离群关键点的位置处锚定。应当注意，在步骤522，处理器36还可以在现有路径(即，不包括离群关键点的路径)之间转换期间生成切割、锚定和移动代码。
返回到步骤516，当处理器36确定在路径生成期间没有丢失关键点时，处理器36可以生成用于给定结构12的平面或层内的最终路径的端部的切割代码，生成用于在新平面中第一路径的开始锚定代码，并生成用于在最终路径和第一路径之间转换的移动代码(步骤526)。
一旦已经生成了结构12的每个平面或层中的所有路径，处理器36可以为为每个路径的每个区段(步骤524)，和/或为上述每个转换运动每个路径分配打印速度和固化参数(例如，固化增强器22的操作参数，诸如角度、强度、波长等)。这些分配例如可以基于所需的基质-纤维比、所需的密度、所需的结构12的固化量或硬度规范和/或所需的制造时间来进行。
在生成所有所需的路径之后，处理器36可确定路径是否在自由空间中形成(步骤528)。出于本公开的目的，当路径的至少一部分不直接位于先前排出的材料路径的顶部(例如，重叠)时，认为路径形成在自由空间中。当在自由空间中形成路径时，在一些情况下，可能需要支持或支撑路径以抑制在固化期间偏离期望位置。
当处理器36确定路径在自由空间中形成时，处理器36可确定该路径是否包括具有小于最小阈值的半径的曲线(步骤530)。已经确定给定路径内的平缓曲线(例如，半径大于最小阈值的曲线)在固化期间和/或在喷嘴模块24的后续移动期间(例如，当纤维被喷嘴模块24拉动远离自由空间路径的未支撑区段时)不易于偏离其期望位置。在这些情况下，处理器36可能不总是生成用于支持或支撑件制造的代码。相反，处理器36可以确定弯曲路径的未支撑区段是否要压实(步骤532)，然后估计这种压实是否可能导致不期望的偏差。例如，当为自由空间路径的未支撑和弯曲区段指定特定级别的压实时，处理器36可估计该区段的刚度和/或强度(例如，基于该区段的有效弹性模量Eavg计算面积惯性矩Iy和最小面积惯性矩Imin-步骤534)，然后将刚度和/或强度与抵抗在压实期间偏离计划位置所需的刚度和/或强度进行比较(步骤536)。例如，当最小面积惯性矩小于或等于面积惯性矩时，可以确定结构12足够坚硬和/或坚固，并且不需要用于自由空间路径的支持或支撑。然而，当最小面积惯性矩大于面积惯性矩时，处理器36可以产生与自由空间路径的未支撑区段相关联的支持或支撑制造代码(步骤538)。返回步骤530，在给定路径的曲率半径小于最小阈值的任何时间，控制可以直接进行到步骤538以生成支持或支撑制造代码。
在一些实施例中，在上述步骤506、508和/或522处生成的路径可能需要使用多个不同的喷嘴模块24。例如，较大的平面可包括使用带状材料制造的单个路径，而同一计划中较小的平面和/或路径可能需要单轨材料。在这些情况下，喷嘴模块24B(参见图1)可能需要换出喷嘴模块24A，以便按计划制造路径。在该示例中，处理器36可以被配置为确定交换喷嘴模块24的需要(例如，基于计划路径的尺寸、位置、取向、纤维类型等与喷嘴模块24的已知能力的比较)(步骤540)，并且选择性地生成用于交换的相应代码(例如，用于自动交换和/或用于暂停和允许手动交换-步骤542)。
还可以想到，不是将一个喷嘴模块24交换为连接到同一支撑件18的另一个喷嘴模块24，而是可以同时使用多个喷嘴模块24。例如，处理器36可以连接到多个机器14，而不是要求喷嘴模块交换以制造结构12的不同路径和/或层，处理器36可以替代地选择性地分配不同的机器14以制造同一结构12的特定路径和/或层。在该示例中，处理器36可以跟踪每个喷嘴模块24的操作(例如，位置)，并且协调操作以避免冲突和/或协作地完成特定特征的制造。在这种协同制造期间，各种机器14可以是相同的；具有不同的支撑件18、头部20和/或喷嘴模块24；和/或具有不同的目的和分配的任务。例如，第一机器14可以是主路径生成机器，而第二机器14可以是离群关键点机器，而第三机器14可以是修理或拼接机器，而第四机器14可以是后处理机器，等等。其他机器配置也是可能的，并且相同的处理器36或通信耦合的处理器36可用于控制不同的机器14。
当处理器36确定针对任何路径的给定区段指定压实、超声或另一辅助制造过程时，处理器36可在执行路径模块期间的任何时间生成对应代码(步骤544和546)。类似地，当处理器36确定为任何路径的给定区段指定了后处理(例如，机加工、涂覆、喷涂、清洁等)时，处理器36可以在执行路径模块期间的任何时间生成相应的代码(步骤548和550)。
返回到图6中所示的系统检查模块，处理器36可以实施过程以帮助确保机器14准备好执行所选择的计划并且制造所选择的结构12的设计。该过程可以包括多个不同的步骤，其可以以任何所需的顺序实现。这些步骤之一可以包括确定生产设计所需的特定喷嘴模块24当前是否连接到头部20(步骤600)。在一个实施例中，该确定例如可以至少部分地基于来自用户的输入来进行，该输入指示所连接的喷嘴模块24的标识。在另一个实施例中，处理器36可以自动检测(例如，基于由周边设备40A的一个或多个输入装置产生的捕获的图像、信号、设置、检测的参数等)当前连接的喷嘴模块24并将检测到的喷嘴模块24与所需的喷嘴模块24进行比较。如果当前连接的喷嘴模块24不是所需的喷嘴模块24，处理器36可以向用户显示错误信号(例如，通过显示器34)，从而提示用户将当前的喷嘴模块24交换为正确的喷嘴模块24(步骤605)。可替代地，处理器36可以自动换出当前喷嘴模块24。这可以例如通过命令支撑件18(即，通过命令致动器、电机和/或与支撑件18相关联的周边设备40B的其他输出装置)将头部20移动到下落位置，命令释放当前连接的喷嘴模块24，命令支撑件18将头部20移动到拾取位置，并命令支撑件18与所需的喷嘴模块24接合来实现。当处理器36在步骤600确定正确的喷嘴模块24连接到头部20时，则可以省略步骤605。
一旦正确的喷嘴模块24连接到头部20，处理器36可以确定相应的喷嘴尖端是否没有障碍物(步骤610)。例如，这可以通过接收用户的可视化确认，通过自动可视化或振动确认(例如，通过周边设备40A的一个或多个输入装置)和/或通过实施特定的喷嘴尖端测试来实现。喷嘴尖端测试可以包括命令从喷嘴尖端排出的测试量的基质(例如，通过使头部20远离锚定点32移动特定距离)，监测相应的基质流速(例如，储存器26中基质的水平变化)，并将监测的流速与预期的流速(即，以命令移动距离、已知的喷嘴开口面积、相关纤维的横截面积、以及已知的基质粘度的函数计算的速度)进行比较。如果监测的速度显著小于(例如，90％或更低)预期的流速，则可以认为喷嘴尖端至少部分地堵塞。当这发生时，处理器36可以向用户显示错误信号(例如，通过显示器34)，从而提示用户将当前喷嘴模块24换成另一个类似的喷嘴模块24和/或实施清除过程(步骤615)。如果需要，处理器36可以替代地自动实现交换和/或清除过程。当处理器36确定喷嘴尖端完全没有障碍物时，可以省略步骤615。
由系统检查模块执行的过程中的另一步骤可以包括确定当前是否向头部20提供了足够的基质和/或纤维供给(步骤620)。在一个实施例中，该确定可以例如至少部分地基于来自用户的输入来进行，该输入指示在头部20中的基质和/或纤维的量，在头部20上的基质和/或纤维的量或以其他方式传递到头部20的基质和/或纤维的量。具体地，处理器36可以将该量与步骤302中规定的量进行比较，以确定比制造结构12所需多至少25％的量是当前可用的。可以想到，处理器36可以附加地或可替代地跟踪基质和/或纤维的供给和使用(例如，经由周边设备40的一个或多个输入和/或输出装置)，并且将消耗的量与供给的量和需要的量进行比较以确定是否比制造结构12所需多至少25％的量是当前可用的。当当前可用小于基质和/或纤维的所需量的125％时，处理器36可以向用户显示错误信号(例如，通过显示器34)，从而提示用户重新填充相应的基质和/或纤维供给(步骤625)。如果需要，处理器36可以替代地实现自动补充过程。当处理器36确定有足够的材料可用时，可以省略步骤625。
可以想到，在一些实施例中，自动补充过程可能不仅仅涉及向头部20提供附加的材料。例如，可能存在大量可用于头部20的纤维但仍然不够完成结构12的情况。在这些情况下，处理器36不可以简单地向头部20提供更多纤维。相反，步骤625可以另外包括在结构12内的特定进展点处拼接位置的计划(例如，在特征或轨迹变化处)，此后(例如，在完成步骤336和338期间-参考图3)选择性地激活周边设备40A的输入装置(例如，拼接器)以利用同一或不同纤维的替换供给动态地交换第一纤维供给。
由系统检查模块执行的过程中的另一步骤可以包括确定与预期使用的基质、纤维和/或喷嘴模块24相关联的环境因素是否在对应的公差窗口内(步骤630)。在一个实施例中，该确定可以例如至少部分地基于来自用户的输入来进行，该输入指示正在使用什么基质、纤维和/或喷嘴模块24和/或与这些元素相关联应该使用什么环境因素。具体地，处理器36可以将该信息与监测的条件(例如，温度、湿度、构建区域气体成分等-通过周边设备40A的一个或多个输入装置监测)进行比较，以确定机器14的环境是否有利于结构制造。可以想到，处理器36可以附加地或可替代地将不同基质、纤维和/或喷嘴模块24之间的关系存储在存储器中，并且在上述比较期间自动地参考该信息。当当前环境因素不在用于利用特定基质、纤维和/或喷嘴模块24生产给定设计结构12的可接受范围内时，处理器36可向用户显示错误信号(例如，经由显示器34)，从而提示用户调整环境因素(步骤635)。如果需要，处理器36可以可替代地实现自动调整过程。当处理器36确定环境因素是可接受的时，可以省略步骤635。
系统检查模块执行的过程中的另一步骤可以包括确定周边设备40的输出装置(例如，固化增强器22、光学器件31、支撑致动器、传感器、致动器、电机等)是否完全起作用并且是否在期望的操作范围内(步骤640)。在一个实施例中，该确定可以例如至少部分地基于来自用户的输入来进行，该输入指示特定组件的已知功能。可以想到，处理器36可以附加地或可替代地将特定组件的操作状态和/或可接受的操作范围存储在存储器中，并且在通过周边设备40提供的传感数据和/或反馈内自动参考该信息。当机器14的一个或多个组件不能在可接受的范围内充分起作用时，处理器36可以向用户显示错误信号(例如，经由显示器34)，从而提示用户调整(例如，维修或替换)相应的组件(步骤645)。如果需要，处理器36可以可替代地实现自动调整过程。当处理器36确定机器14的所有组件都完全起作用时，可以省略步骤645。
返回到图7中所示的设置模块，处理器36可以根据所选择的用于制造结构12的所选设计的计划来实现设置机器14的过程。该过程可以包括许多不同的步骤，所述步骤可以以任何期望的顺序实现。这些步骤之一可以包括确定所选择的计划是否使用单轨材料(例如，具有一个或多个具有大致圆形横截面和闭合中心的连续纤维的材料)，带状材料或片状材料(例如，具有一个或多个具有大致矩形横截面的连续纤维的材料)或管状材料(例如，具有一个或多个具有大致圆形横截面和开放中心的连续纤维的材料)(步骤700)。当制造计划要求使用单轨材料时，处理器36可以实现为喷嘴模块24的自动纤维穿线或允许手动纤维穿线(步骤705)。例如，可以通过处理器36选择性地激活一个或多个周边设备40以使一定量的涂覆增强材料被供给到喷嘴模块24中，至少部分地硬化(例如，通过一个或多个内部固化增强器22)和/或成形(例如，通过针形模具)，然后前进至通过喷嘴模块24的尖端来实现自动穿线。一旦所需的纤维穿过喷嘴模块24，处理器36可以选择性地激活在材料排出期间需要的周边设备40B的任何其他输出装置(步骤710)。这些周边设备40B可包括例如与支撑件18、固化增强器22、光学器件31等的移动相关的基质供给喷头、致动器和/或电机。
返回步骤700，当处理器36确定制造计划要求使用管状材料时，处理器36可确定材料是否是预制的(例如，在引入头部20之前预先编织成管状结构)或是将原位编织的(步骤715)。当管状材料预制时，处理器36可以实现头部20的自动纤维加载或允许手动纤维加载(步骤720)。例如，可以通过处理器36选择性地激活周边设备40B的一个或多个输出装置以在将喷嘴模块24附接到基质存储器26之前使一定量的预制材料被拉出或推出(例如，通过一个或多个进给辊)到基质存储器26中穿过中心设置的导杆(未示出)并轴向压实来实现自动加载。此时材料的下端可以突出穿过喷嘴模块24。一旦所需的纤维穿过喷嘴模块24，控制就可以进行到上述步骤710。
当管状材料要原位编织时，处理器36可以在头部20内实现任何数量的可移动(例如，振荡和/或旋转)纤维导向器的自动纤维穿线，或者允许导向器手动纤维穿线(步骤725)。自动穿线可以与上面关于步骤710描述的方式大致相同的方式实施，然后可以围绕位于喷嘴模块24的开口处的转向器径向向外推动纤维。一旦所需的纤维穿过纤维导向器并且在转向器周围，可以启动纤维导向器的移动以开始纤维的编织(步骤730)，并且控制可以进行到上述步骤710。
返回步骤700，当处理器36确定制造计划要求使用带状或片状材料时，处理器36可确定材料是否是预制的(例如，在引入头部20之前预编织成矩形结构)或是将原位编织的(步骤735)。当预制矩形材料时，处理器36可以实现喷嘴模块24的自动纤维穿线或允许手动纤维穿线(步骤740)。例如，可以通过处理器36选择性地激活周边设备40B的一个或多个输出装置以使得预制材料的供给被拉出或推出(例如，通过一个或多个进给辊响应于来自一个或多个旋转编码器的反馈)穿过基质存储器26并向外穿过喷嘴模块24的尖端，来实现自动穿线。此时材料的下端可以突出穿过喷嘴模块24的尖端。一旦所需的纤维穿过喷嘴模块24，控制就可以进行到上述步骤710。
当管状材料要原位编织时，处理器36可以在头部20内实现任意数量的可移动(例如，振荡和/或旋转)纤维导向器的自动纤维穿线，或者允许导向器手动纤维穿线(步骤745)。自动穿线可以与上面关于步骤710描述的方式大致相同的方式实施，然后可以轴向推动纤维穿过位于喷嘴模块24的口处的一个或多个相邻通道。一旦所需的纤维穿过在纤维导向器和穿出喷嘴模块24，可以启动纤维导向器的移动以开始编织纤维(步骤750)，并且控制可以进行到上述步骤710。
作为设置机器14以排出复合材料的一部分，处理器36可确定在排出之后材料的压实是否有益(步骤755)。可以以任何的多种不同方式进行该确定。例如，可以基于满足相关强度或刚度要求所需的制造计划的规定来进行确定。可替代地，步骤755的确定可以基于其他制造条件(例如，重叠层之间的步长、材料密度、材料类型、固化水平等)与存储在存储器中的一个或多个条件的比较来进行。在又一个实施例中，可以基于排出材料的观察(例如，基于经由周边设备40A的一个或多个输入装置生成的与粗糙表面对应的扫描图像)来进行确定。
无论如何进行步骤755的确定，处理器36可能需要确定应如何在结构14的任何给定位置处施加压实。例如，处理器36可确定排出到自由空间中的材料层或仅与另一层重叠的层(例如，先前排出的层，锚定表面等)是否需要压实(步骤760)。例如，可以基于制造计划的规定和/或显示包括或缺少支撑的排出材料的扫描图像来进行该确定。当需要压实的材料被排出到自由空间中时，处理器36可以实现较低水平的压实(例如，通过选择性地激活周边设备40B的一个或多个输出装置)(步骤765)。在一个实施例中，该较低水平的压实可以是提供所需压实而不会导致材料偏离期望轨迹的水平。例如，这种较低的压实水平可以是约0-1psi。当需要压实的材料在另一层的顶部排出时，处理器36可以实现更高水平的压实(步骤770)。在一个实施例中，这种较高水平的压实可以是约1psi或更大，并且在穿过材料的方向上朝向位于材料的相对侧的支撑件定向。
在所公开的实施例中，可以通过选择性地调节周边设备40B的相关输出装置推入复合材料的排出路径的负偏移距离来提供变化的压实水平。在其他实施例中，可以通过调节周边设备40B的相关输出装置的力(例如，通过调节提供给输出装置的电力或液压功率的水平)来提供变化的压实水平。在其他实施例中，周边设备40B的第一输出装置可以被选择性地激活以提供较低水平的压实，而周边设备40B的第二输出装置可以被选择性地激活以提供更高水平的压实。在一些实施例中，例如当被压实的材料层是非平面(例如，弯曲)时，处理器36可能需要调整相关压实装置(例如，辊子或块体(shoe)，通过选择性地激活周边设备40B的一个或者多个输出装置)的运动或多个来遵循表面拓扑。
在设置模块的操作期间的任何时刻，处理器36可以确定超声(即，在头部20内引起的超声振动)是否有益(步骤775)。该确定可以以任何数量的不同方式进行。例如，可以基于制造计划的规定进行确定。可替代地，步骤775的确定可以基于其他制造条件(例如，重叠层之间的步长、材料密度和/或粘度、材料类型、固化水平等)与存储在存储器中的一个或多个条件的比较来进行。在又一个实施例中，可以基于排出材料的观察(例如，扫描图像)进行确定。超声的使用可以改善纤维与纤维的粘合，减少基质内的气泡形成，和/或改善纤维浸渍。当处理器36确定超声可能是有益的时，处理器36可以选择性地激活周边设备40B的一个或多个输出装置，以在复合材料的排出期间在头部20内产生相应的超声振动。
返回到图8中所示的锚定模块，处理器36可以实施过程在使得根据所选择的用于制造结构12的所选设计的计划，从喷嘴模块24拉出材料之前，使机器14将第一材料路径的起始端固定到锚定点32(参见图1)。该过程可包括许多不同的步骤，这些步骤可以以任何所需的顺序实现。这些步骤之一可以包括确定锚定点32是否存在以及确定任何存在的锚定点32的位置(例如，坐标)(步骤800)。在一些实施例中，如果不存在预先存在的锚定点32，则处理器36可能需要首先创建锚定点32。处理器36可以基于手动输入，基于制造计划和/或基于打印区域的扫描(例如，经由一个或多个周边设备40A)来确定是否存在任何锚定点32。
当存在一个或多个锚定点32时(并且当需要锚定时)，处理器36可以确定喷嘴模块24是否处于锚定点位置(步骤810)。如果需要，处理器36可以选择性地激活周边设备40B的一个或多个输出装置以将喷嘴模块24移动到锚定点位置(步骤820)。一旦确定喷嘴模块24处于锚定点位置，处理器36可确定相应的锚定点32是否是硬表面(例如，完全固化或以其他方式稳定的表面)或先前排出的(并且仍在固化或不稳定的)表面(步骤830)。例如，可以基于从制造锚定点24开始所经过的跟踪时间量来作出该确定。当锚定点32是先前排出的表面时，处理器36可以引起在锚定点位置处排出的基质与纤维的正常或基准比例(步骤840)。该比例可以通过以正常速度或基准速度移动喷嘴模块24的尖端穿过锚定点32的表面来实现，使得沉积在锚定点32上的基质与从喷嘴模块24拉出的纤维量成比例。然而，当锚定点32是硬表面时，处理器36可以使得在锚定点位置处被排出的基质与纤维的较高比例(步骤850)。该比例可以通过喷嘴模块24的尖端在锚定点32处停留一段时间和/或以较慢的速度在锚定点32上移动尖端来实现，使得更大量的基质被推出、泄漏或以其他方式从尖端排出用于拉出给定长度的纤维。增加的基质量可以改善对硬表面的粘附。在步骤840和850的完成期间，处理器36可以选择性地激活固化增强器22。
在一些实施例中，硬表面型锚定点32可配备有一个或多个嵌入式电子机构(例如，能量源、压实源、振动源、磁性排斥或吸引源，和/或周边设备40B的其他输出装置)。在这些实施例中，在锚固到硬表面型锚定点32期间，处理器36可以配置成选择性地使这些电子机构激活以改善锚定。
返回到图9的排出模块，在锚定材料路径之后，处理器36可以使材料从喷嘴模块24排出(拉出和/或推出)(步骤900)。这除其他之外可以涉及激活与支撑件18相关联的周边设备40B的输出装置以沿着路径的轨迹以指定速度移动喷嘴模块24，以及调节喷嘴模块24(例如，在喷嘴模块24的内部的周边设备40B的一个或多个输出装置)以释放具有特定张力的相关纤维。另外，处理器36可以选择性地激活周边设备40B的输出装置以压实排出材料、照射排出材料、和/或根据为在路径内给定位置指定的参数振动喷嘴模块24和/或排出材料。
在从喷嘴模块24排出材料期间，可以监测路径制造的进度(步骤905)。该监测可以包括，例如，检测喷嘴模块24的当前位置，以及将当前位置与为路径规划的轨迹变化进行比较(步骤910)。当处理器36确定针对当前路径计划没有显著轨迹变化(例如，大于阈值角速度的角速度变化)时，处理器36可以确定当前路径是否完成(步骤915)并且循环回到步骤900-915直到路径完成。
然而，当处理器36在步骤910确定针对当前路径计划了显著轨迹变化(例如，拐角)时，处理器36可确定喷嘴模块24的当前位置(例如，喷嘴模块24的尖端)到轨迹变化位置的接近程度(步骤920)。例如，处理器36可以确定从喷嘴尖端的当前位置到轨迹变化的距离是否大约等于从喷嘴尖端到能量区域(由固化增强器22产生的照射的区域)的前缘的距离，能量区域至少部分地围绕喷嘴尖端。当这些距离不是大约相等时(例如，当喷嘴尖端尚未充分靠近拐角位置时)，控制可以返回到步骤900。
然而，当喷嘴模块24的尖端接近拐角位置时(例如，当从喷嘴尖端的当前位置到轨迹变化的距离大约等于从喷嘴尖端到能量区域的前缘的距离时)，处理器36可以确定拐角是否是尖角(例如，轨迹变化的角速度是否大于阈值速度)(步骤925)。当处理器36确定轨迹变化不是尖角(例如，当轨迹变化的角速度小于阈值速度时)，处理器36可以停用固化增强器22，使得随后排出的材料的固化暂时禁止(或至少不增强)(步骤930)。
然后，处理器36可以控制支撑件18和/或头部20(例如，与支撑件18和/或头部20相关联的周边设备40B的一个或多个输出装置)以继续将材料排出经过轨迹变化位置(例如，继续原始轨迹)，直到从喷嘴模块24拉出期望长度的材料(步骤935)。该期望长度可以是，例如，大约等于从喷嘴模块24的尖端到能量区域的后缘的距离。在一个实施例中，处理器36可以在排出期望长度的材料期间实现喷嘴行进速度的下降(步骤940)。
在沿着原始轨迹排出期望长度的材料之后，处理器36可以使支撑件18将头部20和喷嘴模块24移动通过轨迹变化到新的轨迹(例如，枢转喷嘴模块24绕拐角通过特定角度，如果需要，旋转喷嘴模块24以保持纤维完整性)，在喷嘴模块24后面将所需长度的未固化材料拖拽通过圆弧(步骤945)。然后，处理器36可以重新激活固化增强器22，以沿着新轨迹在其新位置处固化所需长度的排出材料(步骤950)，然后将喷嘴行进速度回升到先前为给定材料路径计划的速度(步骤955)。在一些实施例中，处理器36可以在固化增强器2被激活之后立即暂时提高喷嘴模块24的速度(例如，在返回到计划水平之前达到高于计划的水平)以在材料上产生小的拖曳，其用于抛弃多余基质和/或释放在轨迹转换期间可能已创建的任何障碍。然后，控制可以进行到上述步骤915。
返回到步骤925，当处理器36确定轨迹变化是尖角时，处理器36可以停用固化增强器22(步骤960)并且降低进入拐角的行进速度(步骤965)。处理器36然后可以使支撑件18移动喷嘴模块24通过轨迹变化的第一部分(例如，第一个1/2)，在移动期间旋转喷嘴模块24以便维持纤维完整性(如果需要)(步骤970)。应该注意，这种轨迹变化通常可以在同一总平面内完成。然后，处理器36可以使支撑件18使喷嘴模块24相对于轨迹变化的平面向正法线方向移动一步(步骤975)，然后是向负法线方向移动一步(步骤980)。这些运动可以起到在相关纤维中产生松弛的作用，从而减少已经至少部分固化的路径的预拐角区段上的阻碍和/或过大的力。然后，处理器36可以使支撑件18再次降低喷嘴模块24的行进速度(步骤985)，然后使支撑件18将喷嘴模块24移动通过轨迹变化的其余部分(例如，第二个1/2)(步骤990)。然后，控制可以通过上述步骤950、955和915。
在从喷嘴模块24排出材料期间的任何时刻，处理器36可以执行图10中所示的品质控制模块。这除其他之外可以包括处理器36监测(例如，通过周边设备40A的输入装置中的任何一个或多个)从喷嘴模块24排出材料(步骤1000)，并将排出材料的位置和/或取向与计划位置和/或取向进行比较(步骤1005)。例如，处理器36可以将位置和/或取向与位于计划位置和/或取向周围的第一或更宽公差区进行比较。当确定排出的材料落在第一公差区之外时，处理器36可能使错误显示在显示器34上(参见图1)，并提示手动中断或自动中断当前的制造过程(步骤1010)。在这种情况下，结构12的制造可能已经失败。
然而，当处理器36在步骤1005确定排出的材料在第一公差区内时，处理器36可以将排出的材料的位置和/或取向与位于计划位置和/或取向周围的第二或更窄的公差区进行比较(步骤1015)。在这种情况下，即使可能发生了一些位置偏差，该偏差仍然可以接受并且可以被纠正。因此，处理器36可以自动调节喷嘴模块24的轨迹(例如，通过激活与支撑件18和/或头部20相关联的周边设备40B的一个或多个输出装置，例如以将相邻路径压得更靠近一起和/或构建在偏差附近)(步骤1020)，并且控制可以返回到步骤1000。
在执行路径模块期间的任何时刻，处理器36可以将排出路径的纤维的当前张力与路径计划中指定的张力进行比较(步骤1025)。当当前张力与指定张力显著不同时(例如，相差至少一阈值量)，处理器36可以确定一根或多根纤维是否已经断裂(步骤1030)。在一个实施例中，可以通过周边设备40A的一个或多个输入装置测量的纤维张力的显著和/或突然下降表现出纤维的断裂。在另一个实施例中，可以通过比较喷嘴模块24的行进距离(例如，通过周边设备40A的一个或多个输入装置、例如位于喷嘴模块24的尖端处的旋转编码器所展示)和供给到喷嘴模块24的纤维长度(例如，如通过周边设备40A的一个或多个输入装置、例如位于喷嘴模块24的纤维入口处的进给辊所展示)来确定纤维的断裂。当行进距离显著大于所提供的纤维长度时，处理器36可以认为纤维已经断裂。
当处理器36确定当前路径中的纤维未断裂，并且仅纤维中的张力水平不在制造计划的规格内时，处理器36可以自动调节张力水平(步骤1035)。纤维中的张力水平可以以任何数量的不同方式调节。例如，对于给定的纤维供给速度，可增加喷嘴模块24的行进速度以增加张力水平，反之亦然。在另一个示例中，供给速度可以相对于给定的行进速度减慢。一个或多个摩擦致动器(例如，头部20内的辊)或周边设备40B的其他输出装置也可以或可替代地被选择性地调节，从而调节纤维的张力水平。控制可以从步骤1035返回到步骤1000。
当处理器36确定当前路径中的一个或多个纤维已经断裂时，处理器36可以使错误显示在显示器34上(参见图1)，并提示手动中断或自动中断当前的制造过程(步骤1040)。在这种情况下，结构12的制造可能已经失败。
在执行路径模块期间的任何时刻，处理器36可以将排出路径的纤维(例如，电引线、光纤、气体管线等)的能量连续性(例如，拉伸连续性、电连续性、光学连续性、内部压力连续性等)与制造计划中指定的连续性相比较(步骤1045)。例如，处理器36可以选择性地激活位于当前路径一端(例如，在锚定点32处-参考图1)的周边设备40B的能量源或其他输出装置，而同时监测由位于当前路径的相反端(例如，在纤维线轴处)的相应连续性传感器或周边设备40A的其他输入装置产生的信号。任何连续性的失去(例如，由于纤维裂缝或断裂)都可以以低张力、高电阻、低透光率、低压等形式表现出来。当发生这种情况时，处理器36可能使错误在显示器34上显示(参见图1)，以及提示手动中断或自动中断当前制造过程(步骤1050)。在这种情况下，结构12的制造可能已经失败。
在机器14的一些配置中(例如，在纤维进给配置中)，纤维可能聚集在头部20的内部以及堵塞头部20。处理器36可以通过比较纤维进给速度和纤维排出速度(例如，到喷嘴模块24的行进速度)来监测这种情况(步骤1055)。当进给速度超过排出速度一阈值量时，处理器36可能使错误显示在显示器34上(参见图1)，并提示手动中断或自动中断当前制造过程(步骤1060)。在这种情况下，结构12的制造可能已经失败。
在从喷嘴模块24排出材料期间的任何时刻，处理器36可以执行图11中所示的拼接/切断模块。例如，该模块可以在顺序路径的制造之间，顺序层的制造之间，在交换喷嘴模块24和/或纤维期间，当纤维断裂或以其他方式确定为不连续时等执行。在执行该模块期间，处理器36可使支撑件18将头部20移动到所需拼接和/或切断的位置(如果头部20尚未在所需位置)(步骤1100)。然后，处理器36可以确定是否需要拼接或切断(步骤1105)。这可以以任何数量的不同方式确定，例如基于制造计划和当前路径的进度、基于错误代码、基于手动输入等。当需要拼接时，处理器36可以激活周边设备40B的一个或者多个输出装置以推进切割器并切断通过喷嘴模块24的任何现有纤维(步骤1110)，然后激活周边设备40B的一个或多个其他输出装置以使替换纤维的端部与切断纤维的端部重叠(步骤1115)。在一些实施方案中，两个端部可以已经用拼接基质浸渍。然而，在其他实施例中，待拼接的纤维端部可以在步骤1115用拼接基质浸渍，例如通过周边设备40B的一个或多个输出装置。此后，处理器36可以激活周边设备40B的一个或多个其他输出装置，以使模具在浸渍的纤维端部上向下夹紧，将端部压在一起(1120)。然后可以激活内部固化增强器(或周边设备40B的其他输出装置)以固化拼接基质，从而将端部彼此结合(步骤1125)。一旦处理器36确定步骤1125的固化完成(例如，基于经过的时间段、温度等)，处理器36可以使周边设备40B的相应输出装置打开模具并释放结合的端部。
返回到步骤1105，当需要切断时，处理器36可以确定在切断之前是否需要抓住从喷嘴模块24的尖端拖尾的纤维(步骤1140)。该确定除其他之外可以基于纤维的特性、基质的特性和切割器的特性等进行。例如，当用激光型切割器切割时，可能不需要抓住完全包裹在脆性基质中的较小纤维。然而，在通过枢转叶片切割之前，可能需要抓住包裹在更柔软的基质中的较大纤维。当需要抓住时，处理器36可以对周边设备40B的相应输出装置供能(步骤1145)，并选择性地激活相应的切割器(例如，将超声切割器供能到期望的频率，将激光器供能到期望的强度，和/或延伸或旋转叶片(步骤1150)。处理器36可以监测切断(例如，通过周边设备40A的一个或多个输入装置)，并循环回到步骤1150，直到切断完成。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的系统和方法进行各种修改和变化。考虑到所公开的系统和方法的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和示例旨在仅被视为示例性的，真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (82)

1.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：
使所述增材制造机器排出复合材料的路径；
作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及
选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径不受支撑时以更低的压力以及在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以更高的压力压实排出之后的所述复合材料的路径。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器在穿过所述复合材料朝向所述支撑的方向上压实所述复合材料的路径。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器：
在所述复合材料的路径不受支撑时以低于1psi的压力压实所述复合材料的路径；以及
在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以大于1psi的压力压实所述复合材料的路径。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以仅在所述结构的制造计划规定压实时使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于相邻路径之间的步长、所述复合材料的密度、所述复合材料的类型、以及所述复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于所述复合材料的路径的扫描图像选择性地使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于规定使用支撑的所述结构的制造计划和显示支撑的所述复合材料的路径的扫描图像中的至少一个来作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定。
8.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：
使所述增材制造机器排出复合材料的路径；
作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；
选择性地使所述增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的所述复合材料的路径；
当所述复合材料的路径不受支撑时，激活所述增材制造机器的第一压实机；以及
当所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时，激活所述增材制造机器的第二压实机。
9.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：
使增材制造机器排出复合材料的路径；
作出有关位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及
选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径不受支撑时以更低的压力以及在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以更高的压力压实排出之后的所述复合材料的路径。
10.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器在通过所述复合材料朝向所述支撑的方向上压实所述复合材料的路径。
11.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器：
在所述复合材料的路径不受支撑时以低于1psi的压力压实所述复合材料的路径；以及
在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以大于1psi的压力压实所述复合材料的路径。
12.根据权利要求9所述的方法，选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器仅在所述结构的制造计划规定压实时压实所述复合材料的路径。
13.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于相邻路径之间的步长、复合材料的密度、复合材料的类型和复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。
14.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于所述复合材料的路径的扫描图像选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。
15.根据权利要求9所述的方法，其中作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定包括基于规定使用支撑的所述结构的制造计划和显示支撑的所述复合材料的路径的扫描图像中的至少一个来作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定。
16.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：
使所述增材制造机器排出复合材料的路径；
作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；
选择性地使所述增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的所述复合材料的路径；
当所述复合材料的路径不被支撑时，选择性地激活所述增材制造机器的第一压实机；以及
当所述复合材料的路径沿着至少一侧被支撑时，选择性地激活所述增材制造机器的第二压实机。
17.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：
使增材制造机器排出复合材料的路径；
作出有关位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及
选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径未受支撑时用更低的压力以及在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时用更高的压力在通过所述复合材料朝向所述支撑的方向压实排出之后的所述复合材料的路径。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于相邻路径之间的步长、复合材料的密度、复合材料的类型和复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。
19.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器；
能量监测周边装置；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：
使所述增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分涂覆所述连续纤维的基质；
在排出期间用所述能量监测周边装置监测所述连续纤维内的能量水平；
基于能量水平的降低，作出所述连续纤维已失去连续性的确定；以及
基于所述确定选择性地中断排出。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的电流。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的光。
22.根据权利要求19所述的系统，还包括：
输出装置，其位于所述复合材料的路径的锚定处以及所述连续纤维的供给处的至少之一处，
其中
所述能量监测周边装置位于所述锚定处和所述连续纤维的供给处的至少之一的另一个处；并且
所述处理器还被配置为执行计算机可执行指令以：
使输出装置生成能量水平；以及
使能量监测周边装置测量能量水平。
23.根据权利要求19所述的系统，其中所述能量水平与所述连续纤维中的张力水平相关联。
24.根据权利要求23所述的系统，其中：
所述增材制造机器包括喷嘴，所述喷嘴被配置成在所述复合材料的路径的排出期间以多个维度移动；
所述系统还包括：
第一输入装置，其被配置成跟踪喷嘴移动的距离；以及
第二输入装置，其被配置成跟踪供给到所述喷嘴的连续纤维的长度；并且
处理器还被配置为执行计算机可执行指令以基于由所述喷嘴移动的距离与供给到所述喷嘴的连续纤维的长度之间的差异来确定所述能量水平的降低。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述喷嘴移动的距离大于供给到所述喷嘴的连续纤维的长度至少一个阈值量时确定所述连续纤维已断开。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述喷嘴移动的距离小于供给到所述喷嘴的连续纤维的长度至少一个阈值量时确定所述连续纤维在所述喷嘴内聚集。
27.根据权利要求23所述的系统，其中当所述处理器确定所述连续纤维内的张力减小已经发生且小于与所述连续纤维的断开相关联的阈值量时，所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器增加连续纤维中的张力。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器通过增加喷嘴行进速度来增加所述连续纤维中的张力。
29.根据权利要求19所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述处理器确定所述连续纤维中的连续性失去已经发生时使所述增材制造机器实施所述连续纤维的修复。
30.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器，其被配置为排出复合材料，所述复合材料包含至少部分地涂覆有基质的连续增强件；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：
作出与所述结构是性能关键部件相关联的确定；
基于所述确定，选择性地实施第一切片技术和第二切片技术，以将所述结构的虚拟模型划分为多个层；以及
使所述增材制造机器将所述复合材料对应于所述多个层沉积；
其中：
所述第一切片技术与基于效率排出所述复合材料相关联；
所述第二切片技术与基于结构的预期负载排出材料相关联；以及
所述处理器被进一步配置为执行计算机可执行指令以在使用所述第二切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述工具路径，所述至少一个工具路径将所述连续增强件与穿过所述结构的负载矢量对齐。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
接收指示所述结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入；以及
基于所述输入作出所述确定。
32.根据权利要求30所述的系统，其中使用所述第一切片技术生成的所述多个层是平行的和重叠的。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在使用所述第一切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述工具路径，所述至少一个工具路径从使用所述第一切片技术生成的多个层中的每个层的中心向外成螺旋形。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以按照顺序组织所述多个层和所述至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述顺序。
35.根据权利要求30所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述增材制造机器不能将所述复合材料与使用第二切片技术生成的多个层之一相对应地沉积时，选择性地使用所述第二切片技术来生成新的层。
36.根据权利要求30所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
确定所述多个层中的每个层上的一组点，复合材料必须排出通过这些点以提供所述结构的指定形状；以及
生成至少一个工具路径，所述工具路径延伸通过每组点的至少两个点，在所述复合材料的排出过程中，所述增材制造机器遵循所述工具路径。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以基于用于所述结构的指定形状的指定公差来确定该组点。
38.根据权利要求36所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
确定该组点中的离群点是否未被所述至少一个工具路径消耗；以及
生成从至少一个工具路径的最近部分延伸通过离群点的附加工具路径，在复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述附加工具路径。
39.根据权利要求36所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以基于所需的基质与增强件的比例和固化特性的至少一个向所述增材制造机器分配用于完成所述至少一个工具路径中的每一个的打印速度。
40.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：
接收指示所述结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入；
基于所述输入作出与所述结构是性能关键部件相关联的确定；
基于所述确定，选择性地实施第一切片技术，以将所述结构的虚拟模型划分为多个重叠层，以及实施第二切片技术，以将所述结构的虚拟模型划分为多个层，所述多个层中的至少一个层未受支撑；
使所述增材制造机器将复合材料对应于所述多个层沉积；
在使用所述第一切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少第一工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述第一工具路径，所述至少第一工具路径从使用所述第一切片技术生成的多个层中的每个层的中心向外成螺旋形；以及
在使用所述第二切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少第二工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述第二工具路径，使用所述第二切片技术生成的至少第二工具路径基于预期穿过所述结构的力定向。
41.根据权利要求40所述的方法，其中：
选择性地实施第一切片技术包括选择性地实施第一切片技术以生成所述多个层，所述多个层允许所述增材制造机器基于效率以平行和重叠的方式沉积所述复合材料；以及
选择性地实施第二切片技术包括选择性地实施第二切片技术以生成所述多个层，所述多个层允许所述增材制造机器基于预期穿过所述结构的所述力将所述复合材料沉积在层中。
42.根据权利要求41所述的方法，还包括在所述增材制造机器不能将所述复合材料对应于使用第二切片技术生成的多个层之一沉积时，选择性地使用所述第二切片技术来生成新的层。
43.根据权利要求41所述的方法，还包括：
确定所述多个层中的每个层上的一组点，复合材料必须排出通过这些点以提供所述结构的指定形状；以及
生成至少一个工具路径，所述工具路径延伸通过每组点中的至少两个点，在所述复合材料的排出期间，所述增材制造机器遵循所述工具路径。
44.根据权利要求43所述的方法，还包括：
确定该组点中的离群点是否未被所述至少一个工具路径消耗；以及
生成从所述至少一个工具路径的最近部分延伸通过离群点的附加工具路径，在复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述附加工具路径。
45.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：
接收指示所述结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入；
基于所述输入作出与所述结构是性能关键部件相关联的确定；
基于所述确定，
选择性地实施第一切片技术以生成多个层，所述多个层允许增材制造机器基于效率以平行和重叠的方式沉积复合材料；以及
选择性地实施第二切片技术以生成所述多个层，所述多个层允许所述增材制造机器基于预期穿过所述结构的力将所述复合材料沉积，其中经由所述第二切片技术生成的所述多个层中的至少一个层未受支撑；
在使用所述第一切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少第一工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述第一工具路径，所述至少第一工具路径从使用所述第一切片技术生成的多个层中的每个层的中心向外成螺旋形；
在使用所述第二切片技术生成的所述多个层中的每个层上生成至少第二工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述第二工具路径，使用所述第二切片技术生成的至少第二工具路径与穿过结构的负载矢量对齐；以及
使所述增材制造机器将复合材料遵循至少第一工具路径和至少第二工具路径对应于所述多个层沉积。
46.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器，其被配置为排出润湿有基质的连续增强件并且包括至少一个固化增强器，所述固化增强器被配置为在排出时使基质暴露至固化能量，所述固化能量使所述基质硬化；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：
使所述连续增强件在沿着自由空间中弯曲工具路径的张力作用下从增材制造机器排出；
使所述至少一个固化增强器在排出期间将基质硬化并且保持连续增强件以内的张力；以及
仅当在张力下排出将使弯曲工具路径偏离于期望位置时，选择性地使所述增材制造机器制造用于所述连续增强件的支撑件。
47.根据权利要求46所述的系统，其中：
所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器仅使用基质制造支撑件。
48.根据权利要求46所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述工具路径的弯曲部具有小于阈值半径的半径时确定在张力下排出将使所述弯曲工具路径偏离于期望位置。
49.根据权利要求46所述的系统，其中，所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
确定是否对所述工具路径指定压实；以及
使所述增材制造机器仅在指定压实时制造用于所述工具路径的支撑件。
50.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：
在沿着自由空间中弯曲工具路径的张力作用下排出连续增强件，所述连续增强件润湿有基质；
在排出时使基质暴露至固化能量，所述固化能量使基质硬化；以及
仅当在张力下排出将使弯曲工具路径偏离于期望位置时，选择性地使所述增材制造机器制造用于所述连续增强件的支撑件。
51.根据权利要求50所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器制造支撑件包括使所述增材制造机器仅使用基质制造所述支撑件。
52.根据权利要求50所述的方法，还包括当所述工具路径的弯曲部具有小于阈值半径的半径时确定在张力下排出将使弯曲工具路径偏离于期望位置。
53.根据权利要求50所述的方法，还包括：
确定是否对所述工具路径指定压实；以及
选择性地使所述增材制造机器制造支撑件包括使所述增材制造机器仅在指定压实时制造所述支撑件。
54.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：
在沿着自由空间中弯曲工具路径的张力作用下排出连续增强件，所述连续增强件润湿有基质；
在排出时使基质暴露至固化能量，所述固化能量使基质硬化；以及
仅当在张力下排出将使弯曲工具路径偏离于期望位置时，选择性地使增材制造机器制造用于所述连续增强件的支撑件。
55.根据权利要求54所述的非暂时性计算机可读介质，其中选择性地使所述增材制造机器制造支撑件包括使所述增材制造机器仅使用基质制造所述支撑件。
56.根据权利要求54所述的非暂时性计算机可读介质，当所述工具路径的弯曲部具有小于阈值半径的半径时确定在张力下排出将使弯曲工具路径偏离于期望位置。
57.根据权利要求54所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
确定是否对所述工具路径指定压实；以及
选择性地使所述增材制造机器制造支撑件包括使所述增材制造机器仅在指定压实时制造所述支撑件。
58.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：
接收针对结构的预期负载的虚拟模型；
基于所述结构的预期负载在虚拟模型内生成多个张力矢量；
生成用于制造所述结构的计划，所述计划包括工具路径，所述工具路径将所述结构中的连续纤维与所述虚拟模型中的多个张力矢量对齐；以及
使所述增材制造机器遵循所述计划并制造所述结构。
59.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
接收所述结构的性能规范；
进一步基于所述性能规范在所述虚拟模型内生成多个张力矢量。
60.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为执行所述计算机可执行指令以将所述工具路径布置在所述计划内用于由所述增材制造机器顺序执行。
61.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以将所述结构的虚拟模型切片成多个平面，每个平面包含所述工具路径中的至少一个。
62.根据权利要求61所述的系统，其中所述多个平面中的每个平面至少部分地由所述多个张力矢量中的至少两个限定。
63.根据权利要求61所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以限定一组关键点，所述工具路径必须在所述多个平面中的每个平面内通过所述关键点。
64.根据权利要求63所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以至少部分地基于所述结构的物理包络来限定该组关键点。
65.根据权利要求64所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以进一步基于位于所述结构的物理包络周围的公差区来限定该组关键点。
66.根据权利要求63所述的系统，其中：
所述工具路径在该组的相邻关键点之间延伸；以及
所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
限定未被所述工具路径消耗的离群关键点；以及
生成从最近的工具路径延伸到离群关键点的附加路径。
67.根据权利要求61所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
作出与所述增材制造机器在多个平面中的每个平面内遵循工具路径的能力相关的确定；以及
基于所述确定选择性地生成替换平面。
68.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器在所述连续纤维内生成张力，所述张力在涂覆所述连续纤维的基质的固化通过安装在制造机器上的源而暴露至固化能量之后保留。
69.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以至少部分地基于所述连续纤维的直径和所述增材制造机器的分辨率来确定相邻工具路径之间的径向间距。
70.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以生成在第一工具路径的终止和第二工具路径的开始之间布置的切割代码、锚定代码和移动代码中的至少一个。
71.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令，以至少部分地基于所需的基质和连续纤维的比例和所需的基质固化特性为所述增材制造机器分配针对所述工具路径中每一个工具路径的行进速度。
72.根据权利要求58所述的系统，其中：
所述增材制造机器包括头部，所述头部可移除地连接有多个不同喷嘴模块；以及
所述处理器还被配置为执行计算机可执行指令以至少部分地基于每个工具路径的横截面将每个工具路径分配给多个不同喷嘴模块中的特定一个用于制造。
73.一种用于增材制造结构的系统，包括：
增材制造机器；
存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及
处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：
基于从所述增材制造机器的一个或多个周边设备接收的输入确定现有点的特征，该现有点用作由所述增材制造机器排出的复合材料的路径的锚定点；以及
选择性地使所述增材制造机器以现有点处基于所述特征的在运动时基质和纤维的第一比例或第二比例排出复合材料的路径。
74.根据权利要求73所述的系统，其中所述特征是现有点的稳定性。
75.根据权利要求74所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令，以基于自所述现有点的制造起所经过的时间量来确定所述现有点的稳定性。
76.根据权利要求75所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
确定用复合材料制造所述结构的计划；
确定现有点的位置；以及
当所述现有点与所述计划不对应时，选择性地使所述增材制造机器在排出路径之前制造所述现有点。
77.根据权利要求74所述的系统，其中：
当所述现有点不完全固化时，所述处理器被配置为执行计算机可执行指令以使所述增材制造机器以基准的基质与纤维比例排出复合材料的路径；以及
当所述现有点完全固化时，所述处理器被配置为执行计算机可执行指令以使所述增材制造机器以更大的基质与纤维比例排出复合材料的路径。
78.根据权利要求77所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以通过使所述增材制造机器在所述现有点处的喷嘴运动暂停或减缓中的至少一个而使所述增材制造机器以更大的基质与纤维比例排出复合材料的路径。
79.根据权利要求78所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：
确定所述复合材料何时结合到所述现有点；以及
响应地使所述增材制造机器的喷嘴远离所述现有点运动。
80.根据权利要求79所述的系统，其中所述喷嘴远离所述现有点的运动使得所述复合材料从所述喷嘴被拉出。
81.根据权利要求79所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以基于所述增材制造机器中包括的固化增强器的数量、固化增强器产生的固化能量的强度以及复合材料对固化能量的暴露时间中的至少之一来确定所述复合材料与所述现有点的结合。
82.根据权利要求81所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述复合材料被排出到所述现有点上时选择性地激活所述固化增强器。
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