CN110035901A - 增材制造 - Google Patents

Abstract

生成在增材制造中使用的工具路径数据包括：提供对象设计数据，其中至少部分的所述对象利用线和/或表面来抽象地表示(212)。接着所述线和/或表面可用于提供增材制造设备的构建层的工具路径数据(214)。所述工具路径可被重新配置成当所述增材制造设备实施所述工具路径数据时减少行进的总距离和/或行进时间。所述对象的结构特征的增材制造参数还可基于所述结构特征的几何结构进行选择且在所述工具路径数据中指定(208)。

Description

增材制造

技术领域

本发明涉及生成在增材制造中使用的工具路径数据。

背景技术

增材制造(例如，3D打印)通常通过材料的选择性沉积或凝固来进行。材料的选择性沉积或凝固通常在3D空间内的多个构建层中进行。构建层可为2D平面或3D表面。在这些布置中，待制造对象的设计数据典型地以体积表示提供，例如STL(立体平版印刷)，且接着被划分成对应于所考虑的增材制造设备的构建层的切片。切片典型地由封闭轮廓限定。接着针对每个构建层生成包括例如呈光栅图案的点或线的工具路径数据以便填充封闭轮廓内的区域。然后，每个构建层的工具路径数据之后是增材制造设备的工具(例如，激光器)以便选择性地沉积或凝固材料，以便制造对象。这典型地包括使材料的沉积或凝固的点沿着一个或多个工具路径移动。沉积或凝固典型地沿着一个或多个工具路径从一点调制到另一点(例如，激光器在特定点处操作，接着关闭，接着被移动到下一点，且接着再次操作)，或沿着一个或多个工具路径中的每一个是连续的(例如，激光器沿着每个工具路径连续地操作)。

增材制造具有以下优点：能够使用相同制造设备但利用不同工具路径数据产生各种不同物理对象。增材制造还具有以下优点：能够产生复杂对象，所述复杂对象在使用更常规的制造工艺时非常难以产生、或在一些情况下不可能产生，所述更常规的制造工艺例如减色、成形或浇铸工艺。因此强烈希望增材制造在与更常规的制造工艺相比时产生具有类似的、或在一些情况下更好的材料和/或结构性质的物理对象。

然而，生成在增材制造中使用的工具路径数据的现有过程通常计算强度极大，特别是对于具有复杂结构特征的对象。此外，生成在增材制造中使用的工具路径数据的现有过程通常无法利用所考虑的增材制造设备的全分辨率。此外，生成在增材制造中使用的工具路径数据的现有过程通常产生工具路径数据，这对于增材制造设备的实施是耗时的，且与更常规的制造工艺相比时产生具有较差的材料和/或结构性质的物理对象。

因此，申请人相信在生成在增材制造中使用的工具路径数据方面留有改进余地。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由位于第一构建层内的第一层点和位于第二构建层内的第二层点表示；

将第二层点投射到位于第一构建层内的经投射层点；以及

将第一层点连接到经投射层点以提供第一构建层的工具路径数据。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象的至少一部分还可或实际上由线表示。这些实施例可包括使线离散化以生成位于第一构建层内的第一层点和位于第二构建层内的第二层点。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由线表示；

使线离散化以生成位于第一构建层内的第一层点和位于第二构建层内的第二层点；

将第二层点投射到位于第一构建层内的经投射层点；以及

将第一层点连接到经投射层点以提供第一构建层的工具路径数据。

因此，在这些方面及其实施例中的本发明提供一种从表示对象(例如，按抽象和/或参数方式)的层点和/或线生成工具路径数据的方式，例如无需直接从对象的体积(例如，STL)表示生成封闭轮廓。这意味着生成工具路径数据的过程可能计算强度不太大。就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者，所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且在与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。

实施例可包括：在使线离散化之前，将线的末端节点移动到所述末端节点的构建层以生成末端节点层点。这些实施例可包括将线的两个末端节点移动到那些末端节点的相应构建层以生成相应末端节点层点。在实施例中，末端节点可被移动到所述末端节点的最近构建层，向下移动到所述末端节点的下一构建层，或向上移动到所述末端节点的下一构建层。在实施例中，末端节点层点可用作第一层点和/或末端节点层点可用作第二层点。

在实施例中，使线离散化可包括在线与构建层的交集处确定交集层点。在这些实施例中，使线离散化可包括在线与相应构建层的交集处确定多个交集层点。在实施例中，交集层点可用作第一层点和/或交集点可用作第二层点。

在实施例中，第二层点可向下或向上投射到第一构建层。本文或者在任何方面或实施例中所指代的向下方向和/或向上方向可相对于增材制造设备构建在使用中的对象的层的次序，其中增材制造设备渐进地远离向下方向和/或在向上方向上构建层。

在实施例中，线可具有对象设计数据中所指定的厚度。在实施例中，所指定的厚度可基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。在实施例中，厚度可在工具路径数据中指示。因此，在实施例中，对象的至少一部分可由线(例如，具有指定厚度的线)按抽象形式和/或按参数形式表示，例如而不是按体积形式表示(例如，例如在STL中通过包封体积的多边形网)。因此，在实施例中，线可不形成对象的体积(例如，STL)表示的部分。例如，在实施例中，对象的圆柱形特征可由线(例如，具有指定厚度)而不是由包封对象的圆柱形特征的体积的多边形网表示。

在实施例中，表示对象的线可为直线、折线或曲线。在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，折线可为由多条线形成的线，其可为笔直的或弯曲的。表示对象的线本身可按参数形式表示，例如，线可为样条、贝塞尔曲线等。或者，表示对象的线可表示为向量，例如，由两个点(例如，在3D空间中)、点和梯度(例如，在3D空间中)等表示。

如将了解，在实践中，类似过程可针对多对第一和第二层点中的每一对(例如，针对线)执行。

如还将了解，在实践中，对象可由多条线表示。在这些实施例中，工具路径数据针对表示对象的多条线中的每条线可按类似方式生成。

如还将了解，在实践中，特定增材制造设备可使用多个构建层。因此，工具路径数据针对用于特定增材制造设备的多个构建层中的每个构建层可按类似方式生成。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象的至少一部分还可或实际上由位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线表示。这些实施例可包括将第二层线投射到位于第一构建层内的经投射层线，且使用第一层线和经投射层线提供第一构建层的工具路径数据。此布置被认为本身是新的和有利的，且不仅在本文中所描述的其它方面和实施例的上下文中。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线表示；

将第二层线投射到位于第一构建层内的经投射层线；以及

使用第一层线和经投射层线提供第一构建层的工具路径数据。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象的至少一部分还可或实际上由表面表示。在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，表面可按任何所希望和合适的方式限定在对象设计数据中。这些实施例可包括将表面切片以生成位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由表面表示；

将表面切片以生成位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线；

将第二层线投射到位于第一构建层内的经投射层线；以及

使用第一层线和经投射层线提供第一构建层的工具路径数据。

因此，在这些方面及其实施例中的本发明提供一种从表示对象(例如，以抽象和/或参数方式)的层线和/或表面生成工具路径数据的方式，例如无需直接从对象的体积(例如，STL)表示生成封闭轮廓。这再次意味着生成工具路径数据的过程可能计算强度不太大。所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率，就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且当与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。

实施例可包括：在将表面切片之前，将表面的边缘处的边缘节点移动到构建层内的边缘节点层点。这些实施例可包括将表面的一个或多个边缘处的多个边缘节点移动到相应构建层内的边缘节点层点。在实施例中，边缘节点可被移动到所述边缘节点的最近构建层，向下移动到所述边缘节点的下一构建层，或向上移动到所述边缘节点的下一构建层。在实施例中，一个或多个边缘节点层点可用作部分的第一层线和/或第二层线。

在实施例中，将表面切片以生成第一层线和/或第二层线可包括在表面与构建层的交集处确定交集层线。在这些实施例中，将表面切片以生成第一层线和/或第二层线可包括在表面与相应构建层的交集处确定多条交集层线。在实施例中，交集层线可用作第一层线和/或交集层线可用作第二层线。

在实施例中，第二层线可向下或向上投射到第一构建层。

实施例可包括在第一层线与经投射层线之间生成(例如，内插)其它层线以提供第一构建层的工具路径数据，例如其中第一层线与经投射层线之间的间隔大于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。

实施例还可或实际上包括使用第一层线和经投射层线以生成封闭轮廓且使用封闭轮廓提供第一构建层的工具路径数据，例如其中第一层线与经投射层线之间的间隔大于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。

实施例还可或实际上包括使表面偏置或变厚以生成第一偏置面。偏置或变厚可在基本上平行于第一构建层和/或第二构建层的第一方向上。偏置或变厚可在与表面基本上正交的第一方向上。偏置或变厚可包括偏置或变厚大于或基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度和/或大于或基本上等于用于特定增材制造设备的构建层的厚度。

这些实施例可包括例如沿着第一偏置面与第一构建层的交集将第一偏置面切片以生成位于第一构建层内的第一偏置面层线。第一层线和第一偏置面层线可用于在第一构建层内生成第一封闭轮廓。或者，第一偏置面和表面可限定第一变厚表面。第一变厚表面可被切片以在第一构建层内生成第一封闭轮廓。第一封闭轮廓可包括第一层线和第一偏置面层线。

实施例还可或实际上包括使表面偏置或变厚以生成第二偏置面。偏置或变厚可在基本上平行于第一构建层和/或第二构建层的第二方向上。偏置或变厚可在与表面基本上正交的第二方向上。偏置或变厚可在与第一方向基本上相反的第二方向上。偏置或变厚可包括偏置或变厚大于或基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度和/或大于或基本上等于用于特定增材制造设备的构建层的厚度。

这些实施例可包括例如沿着第二偏置面与第二构建层的交集将第二偏置面切片以生成位于第二构建层内的第二偏置面层线。第二层线和第二偏置面层线可用于在第二构建层内生成第二封闭轮廓。或者，第二偏置面和表面可限定第二变厚表面。第二变厚表面可被切片以在第二构建层内生成第二封闭轮廓。第二封闭轮廓可包括第二层线和第二偏置面层线。

实施例可包括将第二封闭轮廓投射到位于第一构建层内的经投射封闭轮廓。在实施例中，第二封闭轮廓可向下或向上投射到第一构建层。经投射封闭轮廓可与第一封闭轮廓重叠。第一经组合封闭轮廓可从第一封闭轮廓和经投射封闭轮廓生成。第一经组合封闭轮廓可从第一封闭轮廓与经投射封闭轮廓的重叠部分例如使用布尔交集(Booleanintersection)而生成。第一经组合封闭轮廓可用于提供第一构建层的工具路径数据。

因此，实施例可包括：使表面偏置或变厚以生成第一偏置面；将第一偏置面切片以生成位于第一构建层内的第一偏置面层线；使用第一层线和第一偏置面层线作为第一构建层内的第一封闭轮廓的部分；使表面偏置或变厚以生成第二偏置面；将第二偏置面切片以生成位于第二构建层内的第二偏置面层线；使用第二层线和第二偏置面层线作为第二构建层内的第二封闭轮廓的部分；将第二封闭轮廓投射到位于第一构建层内的经投射封闭轮廓；从第一封闭轮廓与经投射封闭轮廓的重叠部分生成第一经组合封闭轮廓；且使用第一经组合封闭轮廓提供第一构建层的工具路径数据。

实施例可包括例如沿着第一偏置面与相应构建层的交集将第一偏置面切片以生成位于相应构建层内的多条第一偏置面层线。表面的多条交集层线以及多条第一偏置面层线可用于在相应构建层内生成多个第一封闭轮廓。或者，实施例可包括例如沿着第一变厚表面与相应构建层的交集将第一变厚表面切片以在相应构建层内生成多个第一封闭轮廓。

类似地，实施例可包括例如沿着第二偏置面与相应构建层的交集将第二偏置面切片以生成位于相应构建层内的多条第二偏置面层线。表面的多条交集层线以及多条第二偏置面层线可用于在相应构建层内生成多个第二封闭轮廓。或者，实施例可包括例如沿着第二变厚表面与相应构建层的交集将第二变厚表面切片以在相应构建层内生成多个第二封闭轮廓。

这些实施例可包括将多个第二封闭轮廓投射到位于相应构建层内的多个经投射第二封闭轮廓。在实施例中，多个第二封闭轮廓可向下或向上投射到相应构建层。多个经投射第二封闭轮廓中的一个或多个可与多个第一封闭轮廓中的一个或多个重叠。第一组一个或多个经组合封闭轮廓可从多个经投射第二封闭轮廓和多个第一封闭轮廓生成。第一组一个或多个经组合封闭轮廓可从多个经投射第二封闭轮廓与多个第一封闭轮廓的重叠部分生成。第一组一个或多个经组合封闭轮廓可用于提供相应构建层的工具路径数据。

类似地，这些实施例可包括将多个第一封闭轮廓投射到位于相应构建层内的多个经投射第一封闭轮廓。在实施例中，多个第一封闭轮廓可向下或向上投射到相应构建层。在实施例中，多个第一封闭轮廓可在与多个第二封闭轮廓相同的方向上投射。多个经投射第一封闭轮廓中的一个或多个可与多个第二封闭轮廓中的一个或多个重叠。第二组一个或多个经组合封闭轮廓可从多个经投射第一封闭轮廓和多个第二封闭轮廓生成。第二组一个或多个经组合封闭轮廓可从多个经投射第一封闭轮廓与多个第二封闭轮廓的重叠部分生成。第二组一个或多个经组合封闭轮廓可用于提供相应构建层的工具路径数据。

在实施例中，表面可具有对象设计数据中所指定的厚度。在实施例中，所指定的厚度可基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。在实施例中，厚度可在工具路径数据中指示。因此，在实施例中，对象的至少一部分可由表面(例如，具有指定厚度的表面)以抽象形式和/或以参数形式表示，例如而不是以体积形式表示(例如，例如在STL中通过包封体积的封闭多边形网)。因此，在实施例中，表面可不形成对象的体积(例如，STL)表示的部分。表面可例如是敞开的(即，不是封闭或自相交表面和/或不是封闭或自相交表面的部分)。例如，在实施例中，对象的(薄)壁结构特征可由表面(例如，具有指定厚度)而不是包封对象的壁结构特征的体积的多边形网表示。

在实施例中，表示对象的表面可为平面的或弯曲的。因此，在实施例中，层线可为直线、折线或曲线。表示对象的表面本身可按参数形式表示，例如，表面可为贝塞尔表面等。或者，表示对象的表面可表示为平面，例如，具有三个点(例如，在3D空间中)、两条相交或平行线(例如，在3D空间中)、点和表面法线(例如，在3D空间中)等表示。

如将了解，在实践中，类似过程可针对表面的多对第一和第二层线中的每一对执行。

如还将了解，在实践中，对象可由多个表面表示。在这些实施例中，工具路径数据针对表示对象的多个表面中的每个表面可按类似方式生成。

如还将了解，在实践中，特定增材制造设备可使用多个构建层。因此，工具路径数据针对用于特定增材制造设备的多个构建层中的每个构建层可按类似方式生成。

如还将了解，在实践中，对象可由一个或多个点和/或一条或多条线和/或一个或多个表面表示。在这些实施例中，工具路径数据针对表示对象的一个或多个点和/或线和/或表面的每个点和/或每条线和/或每个表面可按类似方式生成。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象的至少一部分还可或实际上由体积包围表面表示。本文中所使用的表达“体积包围表面”旨在涵盖基本上或完全包围或包封体积的表面。体积包围表面可因此包括敞开或封闭表面。体积包围表面可例如包括基本上圆柱形表面，例如敞开或封闭圆柱体的表面。本文中所使用的表达“基本上圆柱形表面”并不旨在仅限于圆形圆柱体(圆形横截面的圆柱体)的表面，而且还涵盖其它基本上类似的表面，例如直立或倾斜圆柱体、敞开或封闭椭圆形或卵形圆柱体(椭圆形或卵形横截面的圆柱体)等的表面。体积包围表面可包括其它类型的体积包围表面。例如，体积包围表面可包括n边形棱柱的表面(其中n为正整数)、I形梁的表面、形成螺线的表面、具有螺旋横截面的表面(例如，卷绕或盘绕表面)等。

这些实施例可包括在体积包围表面与构建层的交集处且生成(敞开或封闭)轮廓，且使用所述轮廓提供构建层的工具路径数据。此布置被认为本身是新的和有利的，且不仅在本文中所描述的其它方面和实施例的上下文中。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由体积包围表面表示；

在体积包围表面与构建层的交集处生成轮廓；且

使用轮廓提供构建层的工具路径数据。

如上文所论述，在实施例中，对象的至少一部分可由(例如，穿过构建层的)线表示，所述线例如具有大于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。这些实施例可包括围绕线生成构建层的(敞开或封闭)轮廓。在实施例中，对象的至少一部分可由一个或多个层点表示，所述一个或多个层点例如对应于表示对象的线的一系列层点(例如，线上的一系列层点)。这些实施例可包括围绕层点中的一个或多个生成构建层的(敞开或封闭)轮廓。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由线或层点表示；

围绕线或层点生成构建层的轮廓；且

使用轮廓提供构建层的工具路径数据。

这些方面和实施例可包括围绕线或层点直接生成(敞开或封闭)轮廓，例如无需围绕线或层点生成体积包围表面。或者，这些方面和实施例可包括围绕线或层点生成体积包围表面且在体积包围表面与构建层的交集处生成(敞开或封闭)轮廓。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中对象的至少一部分由线或层点表示；

围绕线或层点生成体积包围表面；

在体积包围表面与构建层的交集处生成轮廓；且

使用轮廓提供构建层的工具路径数据。

因此，在这些方面及其实施例中的本发明提供一种从用于至少部分地由体积包围表面、线或层点表示的对象的对象设计数据生成工具路径数据的方式，例如其中体积包围表面、线或层点表示的对象中的所希望结构特征的厚度可大于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。(敞开或封闭)轮廓的直径可因此基本上等于体积包围表面、线或层点表示的所希望结构特征的厚度。

实施例可包括：提供卷绕或盘绕的体积包围表面；或者围绕线或层点生成卷绕或盘绕的体积包围表面，例如其中卷绕或盘绕的体积包围表面、线或层点表示的对象中的所希望结构特征的厚度大于可由增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度许多倍。

或者，实施例可包括：提供多个体积包围表面；或者围绕线或层点生成体积包围表面，例如其中体积包围表面、线或层点表示的对象中的所希望结构特征的厚度比可由增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度大许多倍。

卷绕或盘绕的体积包围表面的表面的相对部分之间或者多个体积包围表面的相对表面之间的间隔可基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。

实施例可包括围绕线或层点(例如，对应于穿过卷绕或盘绕的体积包围表面的切片)生成螺旋轮廓和/或在卷绕或盘绕的体积包围表面与构建层的交集处生成螺旋轮廓。或者，实施例可包括围绕线或层点生成构建层的多个同心轮廓(例如，对应于穿过多个体积包围表面的切片)和/或在多个体积包围表面与构建层的相应交集处生成多个同心轮廓。

最外轮廓的螺旋的直径可因此基本上等于多个体积包围表面、线或层点表示的所希望结构特征的厚度。螺旋的线匝之间或多个同心轮廓之间的间隔还可基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。这些实施例可包括使用螺旋轮廓或者多个同心轮廓中的一个或多个提供构建层的工具路径数据。

如上文所论述，在实践中，对象可由多个体积包围表面、线或层点表示，例如，表示对象的相应特征。在这些实施例中，工具路径数据针对表示对象的多个体积包围表面、线或层点中的每个体积包围表面、线或层点可按类似方式生成。

例如，对象可由第一和第二相交体积包围表面表示。这些实施例可包括：在第一体积包围表面与构建层的交集处生成第一轮廓且在第二体积包围表面与构建层的交集处生成第二轮廓，所述第二轮廓与所述第一轮廓重叠；从第一和第二轮廓生成经组合轮廓；且使用经组合轮廓提供构建层的工具路径数据。经组合轮廓可从第一和第二轮廓的非重叠部分生成。

对于另一实例，对象可由第一和第二(例如，相交或相邻)线或层点表示。这些实施例可包括：围绕第一线或层点生成构建层的第一轮廓且围绕第二线或层点生成构建层的第二轮廓，所述第二轮廓与所述第一轮廓重叠；从第一和第二轮廓生成经组合轮廓；且使用经组合轮廓提供构建层的工具路径数据。经组合轮廓可从第一和第二轮廓的非重叠部分生成。

对于另一实例，对象可由第一和第二(例如，相交或相邻)线或层点表示。这些实施例可包括：围绕第一线或层点生成第一体积包围表面且围绕第二线或层点生成第二体积包围表面；在第一体积包围表面与构建层的交集处生成第一轮廓且在第二体积包围表面与构建层的交集处生成第二轮廓，所述第二轮廓与所述第一轮廓重叠；从第一和第二轮廓生成经组合轮廓；且使用经组合轮廓提供构建层的工具路径数据。经组合轮廓可从第一和第二轮廓的非重叠部分生成。

如上文所提及，多个体积包围表面和/或多个同心轮廓可例如针对对象的一个或多个特征提供或生成。在这些实施例中，多个经组合轮廓可从多个对应(例如，就直径而言)同心轮廓生成。

如将了解，在实践中，可针对多对相交体积包围表面中的每一个和/或针对多对(例如，相交或相邻)线或层点中的每一个执行类似过程。

如还将了解，在实践中，特定增材制造设备可使用多个构建层。在这些实施例中，工具路径数据针对用于特定增材制造设备的多个构建层中的每个构建层可按类似方式生成。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，工具路径可沿着一个或每个(敞开或封闭)轮廓设置。或者，一个或多个工具路径可例如使用一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的从(敞开或封闭)轮廓生成工具路径数据的方法设置在一个或每个(敞开或封闭)轮廓内。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，一旦已提供工具路径数据，工具路径数据中的一个或多个工具路径可被重新配置成减少在实施工具路径数据时行进的总距离和/或行进时间。此布置被认为本身是新的和有利的，且不仅在本文中所描述的其它方面和实施例的上下文中。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供包括一个或多个工具路径的工具路径数据；以及

重新配置一个或多个工具路径以减少当实施工具路径数据时行进的总距离和/或行进时间。

因此，在此方面及其实施例中的本发明提供一种生成工具路径数据的方式，其例如当与现有增材制造布置相比时可便于增材制造设备更快地实施。在实施例中，当减小行进的总距离和/或行进时间时，可考虑减少一个或多个工具路径的总距离和/或减少工具路径的数目。在实施例中，还可考虑工具的动态(移动)能力以用于实施工具路径数据，例如工具的速度、使用中的质量或动量和/或当更改使用中的工具的行进位置和/或方向时可由增材制造机器施加的力或加速度。

在实施例中，提供工具路径数据可包括例如以如本文中在任何方面或实施例中所描述的方式和/或以常规方式从以下各项生成工具路径数据：一个或多个点和/或一条或多条线和/或一个或多个表面和/或一个或多个体积包围表面和/或一个或多个轮廓。

在实施例中，提供工具路径数据可包括例如在(敞开或封闭)轮廓内提供工具路径点。工具路径点可由(例如，基于轮廓的形状选择的)固定图案的点和/或规则或不规则分布和/或(例如，基于轮廓的形状提供的)统计分布提供。本文中所使用的表达“统计分布”旨在涵盖描述工具路径点相对于工具路径点的一组可能的位置存在的概率的任何函数，可根据所述函数分布点。因此，更大数目的工具路径点由于具有更高概率和/或更少数目的工具路径点而可往往设置在由统计分布指示的位置处，或没有工具路径点由于具有更低或零概率(尽管鉴于分布的统计本质，可能未必总是这种情况)而可往往设置在由统计分布指示的位置处。统计分布跨一组可能的位置可为离散的或连续的。统计分布可基于泊松分布(Poisson distribution)。统计分布可基于2D泊松圆盘分布(Poisson Disk)。

其中工具路径点可由统计分布提供的这些实施例可实现工具路径点在给定轮廓内的随机但基本上均匀的分布，且因此可容易地用于针对形状未必一致或规则的轮廓实现工具路径点的适当分布。分布可基于(敞开或封闭)轮廓的几何结构，工具路径点设置在所述轮廓内。

提供工具路径数据可包括将工具路径点连接在一起。工具路径点可与单个工具路径或多个工具路径连接在一起。将工具路径点连接在一起可包括将一组工具路径点视为整体。或者，将工具路径点连接在一起可包括嵌套过程，其中工具路径点被划分成工具路径点的子集，其中接着分开考虑工具路径点的每个集群。嵌套过程通过减少连接和/或重新配置过程的复杂性对于一组更大的工具路径点可能特别有效。

将工具路径点连接在一起可包括递归过程，所述递归过程在一个或多个起始工具路径点处开始且接着进行到一个或多个相邻工具路径点，诸如此类。工具路径点可被认为(例如，由相应算法“代理”)在多个不同起始工具路径点处开始。工具路径点可(例如，由相应算法代理)按贪婪(greedy)方式或按协同方式考虑。

将工具路径点连接在一起可包括最近邻近过程，其中(例如，每个)特定工具路径点连接到特定最近(例如，未连接)邻。最近邻近过程可包括：针对(每个)特定工具路径点，确定一个或多个相邻工具路径点的成本值；且接着将特定工具路径点连接到具有最低或相对更低成本值的特定相邻工具路径点。

特定相邻工具路径点的成本值可基于相对于特定工具路径点的特定相邻工具的一个或多个性质。特定相邻工具路径点的成本值可基于相对于特定工具路径点的特定相邻工具的性质的加权组合(例如，总和)来确定。

例如，特定相邻工具路径点的成本值可为或可基于从特定工具路径点到特定相邻工具路径点的欧几里得距离。更低欧几里得距离可对应于更低成本值和/或与更低成本值关联。这些实施例可减少工具需要行进的距离和/或工具在横跨两个经连接工具路径点时需要花费的时间。

特定相邻工具路径点的成本值还或实际上可为或可基于i)从特定工具路径点到特定相邻工具路径点的连接，与ii)从特定工具路径点到先前已连接到特定工具路径点的先前工具路径点之间的转向角。更小转向角可对应于更低成本值和/或与更低成本值关联。这些实施例可减少工具需要转向的角，且因此减少工具需要行进的距离和/或工具在横跨三个经连接工具路径点时需要花费的时间。

对于具有更大速度、使用中的质量或动量的工具和/或对于当更改使用中的施工局的位置时可施加更小力或加速度且因此更难以从给定工具路径方向偏离的增材制造机器，当确定相对于特定工具路径点的特定相邻工具的性质的加权组合(例如，总和)时，可向转向角应用更大权重。相反地，对于具有更小速度、使用中的质量或动量的工具和/或对于当更改使用中的施工局的位置时可施加更大力或加速度且因此更易于从给定工具路径方向偏离的增材制造机器，当确定相对于特定工具路径点的特定相邻工具的性质的加权组合(例如，总和)时，可向转向角应用更低权重。

因此，当连接工具路径点时，可考虑工具的动态(移动)能力以用于实施工具路径数据，例如工具的速度、使用中的质量或动量和/或当更改使用中的工具的位置时可由增材制造机器施加的力或加速度。

特定相邻工具路径点的成本值还或实际上可为或可基于从特定工具路径点到特定相邻工具路径点的非欧几里得距离和/或Dubins路径长度。更低非欧几里得距离和/或Dubins路径长度可对应于更低成本值和/或与更低成本值关联。再次，这些实施例可减少工具需要行进的距离和/或工具在横跨两个经连接工具路径点时需要花费的时间。

Dubins路径的最大曲率可小于或基本上等于工具可(例如，基于其速度、使用中的质量或动量和/或可在使用中施加的改向力或加速度)实现的最大曲率。Dubins路径的起始路径方向可为从特定工具路径点到先前已连接到特定工具路径点的先前工具路径点的连接的方向。Dubins路径的结束路径方向可为从特定相邻工具路径点到特定相邻工具路径点可连接到的下一工具路径点的方向。

因此，再次，当连接工具路径点时，可考虑工具的动态(移动)能力以用于实施工具路径数据，例如工具的速度、使用中的质量或动量和/或当更改使用中的工具的位置时可由增材制造机器施加的力或加速度。

在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括使用一个或多个工具路径的线和/或折线的空间排序。本文中所使用的表达“空间排序”旨在涵盖顺序的任何定序或重新定序，其中工具路径点被连接和/或其中工具路径将由增材制造设备基于工具路径点和/或工具路径的相对空间位置在使用中遵循。空间排序可(再次)包括最近邻近过程(最近邻近空间排序)。例如，当重新配置一个或多个工具路径时，可(再次)考虑经重新配置连接的欧几里得距离、转向角、非欧几里得距离和/或Dubins路径长度。因此，可(再次)考虑工具的动态(移动)能力以用于实施工具路径数据，例如工具的速度、使用中的质量或动量和/或当更改使用中的工具的位置时可由增材制造机器施加的力或加速度。

在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括修改(例如，移动或改变)一个或多个起始工具路径点，修改(例如，移动或改变)一个或多个中间工具路径点和/或修改(例如，移动或改变)一个或多个结束工具路径点。

在实施例中，当重新配置一个或多个工具路径时，一个或多个工具路径的特定重新配置可被选择用于当行进的总距离和/或工具路径数目和/或行进时间由于特定重新配置而减少时进一步考虑和/或使用。

在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括移除一个或多个工具路径的一条或多条重叠线和/或折线。在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括当提供用于特定工具路径点的一对连接之间的转向角大于阈值角时移除所述一对连接中的连接。阈值角可基于工具的能力。例如，具有更大速度、使用中的质量或动量和/或更小力或加速度可在使用中施加到的工具的阈值角可更低，原因是工具不太能够转向更大角，而具有更低速度、使用中的质量或动量和/或更大力或加速度可在使用中施加到的工具的阈值角可更高，原因是工具更能够转向更大角。

在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括非确定性地重新配置一个或多个工具路径。在实施例中，重新配置一个或多个工具路径可包括沿着一个或多个工具路径行走且基于一组试探法修改一个或多个工具路径。

在其它方面和实施例中，重新配置一个或多个工具路径可为任选的。因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括提供工具路径点(例如，按如本文中在任何方面或实施例中所描述的方式)且将工具路径点连接在一起(例如按如本文中在任何方面或实施例中所描述的方式)。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，工具路径数据可提供用于对象的结构特征。如将了解，在实践中，对象可包括多个结构特征。在这些实施例中，工具路径数据针对对象的多个结构特征中的每个结构特征可按类似方式生成。

工具路径数据可提供用于特定增材制造设备的构建层。如将了解，在实践中，特定增材制造设备可使用多个构建层。在这些实施例中，工具路径数据针对用于特定增材制造设备的多个构建层中的每个构建层可按类似方式生成。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象可具有结构特征。这些实施例可包括基于结构特征的几何结构选择用于对象的增材制造的一个或多个增材制造参数，且提供指定针对结构特征所选择的一个或多个增材制造参数的结构特征的工具路径数据。此布置被认为本身是新的和有利的，且不仅在本文中所描述的其它方面和实施例的上下文中。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供具有结构特征的对象的对象设计数据；

基于结构特征的几何结构选择用于对象的增材制造的一个或多个增材制造参数；以及

提供指定针对结构特征所选择的一个或多个增材制造参数的结构特征的工具路径数据。

因此，在此方面及其实施例中的本发明提供一种生成工具路径数据的方式，指定例如更适合于对象的结构特征的几何结构的一个或多个增材制造参数。这可允许增材制造设备当与现有增材制造布置相比时实施和产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。

在实施例中，选择所基于的几何结构可为以下各项中的一个或多个：结构特征的长度；结构特征的厚度；结构特征与和结构特征相交的构建层之间的角；以及邻近于结构特征的例如有待在结构特征之前被凝固的材料体积。

在实施例中，角可介于与结构特征相交的构建层的平面与轴线之间，所述轴沿着结构特征的轴向长度(例如，沿着基本上细长结构的轴向长度)或穿过结构特征的两个点(例如，穿过壁结构的表面上的两个点)。在实施例中，角可介于与结构特征相交的构建层的平面与基本上平行于结构特征的表面的平面(例如，基本上平行于壁结构的表面的平面)之间。

在实施例中，结构特征可包括以下各项中的一个或多个：两个或多于两个结构的交集；结构的相对变厚或变薄；结构的末端；基本上细长结构(例如，撑杆)；以及(例如，薄的)壁结构。

在实施例中，一个或多个增材制造参数可影响在工具路径的点处或沿着工具路径沉积或凝固的材料的量。在实施例中，一个或多个增材制造参数可影响递送到有待在工具路径的点处或沿着工具路径凝固的所述材料能量的量或从在工具路径的点处或沿着工具路径凝固的所述材料耗散的能量的量。

在实施例中，一个或多个增材制造参数可包括或控制以下各项中的一个或多个：在工具路径的点处或沿着工具路径的激光功率；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光临时切换频率；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光光点尺寸；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光停留时间；沿着工具路径的激光速度；以及沿着工具路径的凝固点的空间频率。

在实施例中，一个或多个增材制造参数还可或实际上包括或控制点沿着工具路径凝固的次序。例如，对于一些结构特征，沿着工具路径的邻近凝固点可按顺序次序凝固，例如，通过使第一凝固点沿着工具路径凝固，接着第二凝固点沿着工具路径凝固(邻近于第一点)，且接着第三凝固点沿着工具路径凝固(邻近于第二点)。然而，对于其它结构特征，沿着工具路径的邻近凝固点可按非顺序次序凝固，例如，通过使第一凝固点沿着工具路径凝固，接着第三凝固点沿着工具路径凝固(非邻近于第一点)，且接着第二凝固点沿着工具路径凝固(介于第一与第三点之间)。这些实施例可例如控制结构特征的冷却速率。例如，第一点可通过加热而凝固且接着被允许在邻近第二点被凝固的同时更缓慢地耗散热量。或者，第一点可通过加热而凝固且接着被允许在非邻近第三点被凝固的同时更迅速地耗散热量。

在实施例中，一个或多个增材制造参数还可基于构建层分辨率，或相反地，基于有待用于制造对象的特定增材制造设备的构建层厚度进行选择。在实施例中，一个或多个增材制造参数还可基于有待用于结构特征的特定材料进行选择。

一般地，更大长度、更大厚度、更大角、更大邻近凝固的材料体积、更低构建层分辨率、更大构建层厚度和/或某些材料指示使用更多凝固能量，而更小长度、更小厚度、更小角、更小邻近凝固的材料体积、更高构建层分辨率、更小构建层厚度和/或某些其它材料指示使用更少凝固能量。

已发现，例如，更大角和更大邻近凝固的材料体积往往指示使用更多凝固能量，因为邻近于有待凝固的结构特征的基本上熔融或固体或烧结或非粉末材料的导热率大体上大于邻近于有待凝固的结构特征的基本上非熔融或非固体或非烧结或粉末材料的导热率。

在实施例中，可使用存储增材制造参数和对应几何结构和/或构建层分辨率或厚度和/或材料的数据库选择一个或多个增材制造参数。

在实施例中，可使用增材制造参数与对应几何结构和/或构建层分辨率或厚度和/或材料之间的关系的模型选择一个或多个增材制造参数。

如将了解，在实践中，对象可包括多个结构特征。在这些实施例中，工具路径数据针对对象的多个结构特征中的每个结构特征可按类似方式生成。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，提供对象设计数据可包括生成对象设计数据。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，提供对象设计数据可包括导入先前已生成的对象设计数据。对象设计数据可经由有形的非暂时性介质导入，所述有形的非暂时性介质例如计算机可读介质，例如，磁盘、CD ROM、ROM、RAM、闪存存储器或硬盘。对象设计数据还可或实际上经由接口装置在有形介质(包含但不限于光学或模拟通信线)上或使用无线技术(包含但不限于微波、红外线或其它传输技术)无形地导入。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象设计数据可(例如，初始地)以第一表示提供。第一表示可包括体积(例如，计算机辅助设计(CAD)或STL)表示。第一表示可包括一组一个或多个多边形。多边形可由所述多边形的顶点的坐标表示。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象设计数据可(例如，随后)以封闭轮廓表示提供。在这些实施例中，提供对象设计数据可包括将初始对象设计数据从第一表示转换成封闭轮廓表示。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，对象设计数据可(例如，随后)以参数(例如，抽象)表示提供。参数表示接着可用于例如使用如本文中在任何方面或实施例中所描述的方法提供工具路径数据，其中对象由参数表示来表示，所述参数表示例如一条或多条线和/或一个或多个表面和/或(例如，针对线或表面指定的)一个或多个厚度。此布置被认为本身是新的和有利的，且不仅在本文中所描述的其它方面和实施例的上下文中。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

以参数表示提供对象设计数据；以及

使用参数表示提供工具路径数据。

因此，在此方面及其实施例中的本发明从对象的参数表示例如而不是从对象的体积(例如，STL)表示生成工具路径数据。这意味着生成工具路径数据的过程可能计算强度不太大。所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率，就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且当与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。

在实施例中，提供对象设计数据可包括将初始对象设计数据从第一表示(例如如上文所描述的第一表示)转换成参数表示。参数表示可包括一条或多条线和/或一个或多个表面和/或(例如，针对线或表面指定的)一个或多个厚度。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，经生成工具路径数据可根据需要与在本文中所描述的任何其它方面或实施例中生成的工具路径数据和/或与以常规方式生成的工具路径数据组合。

在本文中所描述的方面或实施例中的任一个中，构建层可为2D平面或3D表面。

任何方面或实施例的方法可根据需要在硬件(例如，处理电路)和/或软件中实施。任何方面或实施例的方法可为计算机实施的。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的数据处理系统，所述系统包括处理电路，所述处理电路被配置成执行一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的生成工具路径数据的方法。

类似地，根据本发明的另一方面，提供一种计算机程序，其包括用于当程序在数据处理系统(例如，数据处理系统的数据处理器)上运行时执行一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的生成工具路径数据的方法的计算机软件代码。

在任何方面或实施例中生成的工具路径数据可根据需要用于增材制造。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种使用增材制造设备制造物理对象的方法，所述增材制造设备例如实施已根据一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的生成工具路径数据的方法生成的工具路径数据。

类似地，根据本发明的另一方面，提供一种被配置成通过例如以下方式制造物理对象的增材制造设备：遵循已根据一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的生成工具路径数据的方法生成的工具路径数据。

类似地，根据本发明的另一方面，提供一种使用增材制造设备制造的物理对象，所述增材制造设备例如实施已根据一种如本文中在任何方面或实施例中所描述的生成工具路径数据的方法生成的工具路径数据。

物理对象可具有一个或多个材料性质，例如在具体(例如，宏观)尺度上。物理对象可包括块状材料，例如在具体(例如，宏观)尺度上。物理对象可具有一个或多个各向同性材料性质。物理对象可具有一个或多个各向异性材料性质。物理对象可具有随物理对象而变化的一个或多个材料性质。物理对象可具有随物理对象的定向而变化的一个或多个材料性质。物理对象可包括基本上多孔材料。

物理对象可具有在第一(例如，装载)状态下的第一组一个或多个材料性质以及在第二(例如，卸载)状态下的第二组一个或多个材料性质。物理对象可包括一个或多个凹入蜂窝结构。物理对象可包括以例如2D或3D阵列等阵列布置的多个凹入蜂窝结构。

物理对象可包括外表面。物理对象可包括基本上中空内部。物理对象可包括支撑外表面的晶格结构。物理对象可包括一个或多个通道和/或腔室。一个或多个通道和/或腔室可纵向地布置。晶格结构和/或一个或多个通道和/或腔室可例如经由一个或多个开口、狭槽或孔口通向物理对象的外表面以基本上防止在增材制造之后物理对象内的液体或粉末滞留。物理对象可包括机械连杆。物理对象可包括曲柄，例如自行车曲柄，或活塞杆。

物理对象可包括多个封闭环。物理对象可包括彼此附接的多个封闭环。物理对象可包括多个互连的封闭环。多个封闭环可在增材制造期间形成基本上自支撑结构。多个封闭环可基本上以封闭环的规则列和/或行布置。物理对象可包括基本上柔性结构。物理对象可包括链状或片状材料。物理对象可包括带或皮带。物理对象可包括表带。物理对象可包括带或皮带紧固件。紧固件可包括附接到带或皮带的第一末端的扣子。扣子可包括第一和第二相对区段。第一和第二相对区段可为基本上刚性的。第一和第二相对区段可为基本上平面的。第一和第二相对区段的平面可基本上彼此平行。第一和第二相对区段可沿着扣子的侧面彼此附接。第一和第二相对区段可沿着扣子的其它侧面中的一个或多个或所有(例如，沿着扣子的相反侧和/或邻近侧)彼此间隔开。第一和第二相对区段可形成基本上U形横截面。当带或皮带的第二末端被插入扣子的例如第一与第二区段之间时，扣子可能够通过过盈、摩擦或互锁配合可移除地紧固到带或皮带的第二末端。带或皮带的第二末端可能够侧向插入扣子的例如第一与第二区段之间。扣子可例如当带或皮带磨损时将带或皮带的末端纵向或周向保持在一起。

物理对象可包括一个或多个(例如，薄)壁。一个或多个壁可在对象设计数据中由一个或多个表面表示，例如如本文中在任何方面或实施例中所描述。物理对象可包括蜂窝结构、泡沫结构、敞开或封闭细胞结构(例如，骨移植)或者包括一个或多个翅片或分区的结构(例如，用于结构支撑或增加表面积)。

本发明可用于所有形式的增材制造，例如包括材料的选择性沉积和/或材料的选择性凝固的增材制造。凝固可包括熔融、熔化、凝结、结合和/或固化。有待选择性地沉积和/或凝固的材料可为液体或粉末。有待选择性地沉积和/或凝固的材料可包括金属、塑料和/或树脂材料。

在一些实施例中，数据处理系统和/或增材制造设备包括和/或与存储如本文中所描述的对象设计数据和/或工具路径数据和/或存储用于执行如本文中所描述的方法的软件代码的一个或多个存储器和/或存储器装置通信。数据处理系统可与生成和/或提供对象设计数据的计算机系统通信和/或可与增材制造设备通信。工具路径数据可经由有形的非暂时性介质提供给增材制造设备，所述有形的非暂时性介质例如计算机可读介质，例如，磁盘、CD ROM、ROM、RAM、闪存存储器或硬盘。工具路径数据还可或实际上经由接口装置在有形介质(包含但不限于光学或模拟通信线)上或使用无线技术(包含但不限于微波、红外线或其它传输技术)无形地提供给增材制造设备。

本发明可在任何合适的数据处理系统中实施，例如合适配置的基于计算机和/或处理器的系统。本发明的各种功能可按任何所需的和合适的方式进行。例如，本发明的功能可根据需要在硬件或软件中实施。因此，例如，除非另外指明，否则本发明的各种功能元件和“手段”可包括可操作以执行各种功能等的一个或多个合适的处理器、一个或多个控制器、功能单元、电路、处理逻辑、微处理器布置等，例如适当地专用硬件元件(处理电路)和/或可编程以按所需方式操作的可编程硬件元件(处理电路)。

根据本发明的方法可至少部分地使用硬件和/或计算机程序来实施，例如，CAD软件和/或软件插件。因此，本发明的其它实施例包括：计算机软件，其当安装在数据处理器上时专门适用于进行如本文中所描述的方法；计算机程序元件，其包括用于当软件元件在数据处理器上运行时执行如本文中所描述的方法的计算机软件代码部分；以及计算机程序，其包括适用于当程序在数据处理器上运行时执行如本文中所描述的方法的所有步骤的代码。

本发明还延伸到计算机软件载体，其包括当用于操作包括数据处理器的数据处理系统时使结合所述系统的所述数据处理器进行如本文中所描述的方法的步骤的此类软件。这种计算机软件载体可为物理存储介质，例如ROM芯片、CD ROM、RAM、闪存存储器或磁盘，或可为信号，例如电线上的电信号、例如去往卫星的光信号或无线电信号等。

将进一步了解，并非本发明的方法的所有步骤需要由计算机软件进行且因此本发明的其它实施例包括计算机软件和安装在计算机软件载体上以用于进行如本文中所描述的方法步骤中的至少一个的此类软件。

本发明可因此合适地体现为用于与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这种实施方式可包括固定在有形的非暂时性介质上的一系列计算机可读指令，所述有形的非暂时性介质例如计算机可读介质，例如，磁盘、CD ROM、ROM、RAM、闪存存储器或硬盘。这种实施方式还可包括一系列计算机可读指令，所述一系列计算机可读指令可经由调制解调器或其它接口装置在有形介质(包含但不限于光学或模拟通信线)上或使用无线技术(包含但不限于微波、红外线或其它传输技术)无形地传输到计算机系统。一系列计算机可读指令使本文中所描述的功能中的所有或部分实现。

本领域的技术人员将了解，可用多个编程语言编写此类计算机可读指令，以与许多计算机架构或操作系统一起使用。此外，此类指令可使用现有或将来的任何存储器技术(包含但不限于半导体、磁性的或光学的)进行存储或使用现有或将来的任何通信技术(包含但不限于光学的、红外线或微波)进行传输。构想的是，这种计算机程序产品可被分发作为附有打印文档或电子文档(例如，压缩打包软件)的可移除的介质，通过计算机系统预装到例如在系统ROM或固定磁盘上，或者通过网络(例如，因特网或万维网)从服务器或电子公告板进行分发。

本领域的技术人员还将了解，本发明的所有描述的实施例可(且在实施例中的确)视情况包含本文中所描述的特征中的一个或多个或所有。

附图说明

现在将仅以举例的方式并参考附图描述本发明的各种实施例，其中：

图1示出生成和使用工具路径数据的常规方法；

图2示出根据本发明的实施例的生成和使用工具路径数据的方法；

图3说明根据本发明的实施例的从线生成工具路径数据的方法；

图4说明根据本发明的实施例的从表面生成工具路径数据的方法；

图5说明根据本发明的实施例的从表面生成工具路径数据的方法；

图6说明根据本发明的实施例的从相交线生成工具路径数据的方法；

图7说明根据本发明的实施例的生成和重新配置工具路径数据的方法；

图8说明根据本发明的实施例的生成和重新配置工具路径数据的另一方法；

图9示出根据本发明的实施例的当生成工具路径数据时可加以考虑的结构特征的几何性质；

图10说明根据本发明的实施例的基于结构特征的几何性质生成工具路径数据的方法；

图11示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的凹入的蜂窝结构；

图12示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的机械连杆；

图13示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的自行车曲柄；

图14示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的活塞杆；

图15示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的带；以及

图16示出根据本发明的实施例的使用增材制造而制造的表带。

具体实施方式

图1示出生成在增材制造中使用的工具路径数据和使用工具路径数据制造物理对象的常规方法。

方法100在步骤102处开始。在步骤102中，使用常规CAD(计算机辅助设计)软件根据设计概念形成对象设计数据。对象设计数据可包括对象的体积表示，所述体积表示包括形成对象的多边形的顶点。因此，在步骤104中，修改和定向对象设计数据以实现增材制造，且在增材制造必要时使用例如常规CAD软件或Materialise Magics等软件添加支持。接着，在步骤106中，使用用于增材制造设备的通用软件或专用软件从由对象设计数据导出的封闭轮廓生成工具路径数据。可使用工具路径点的光栅图案导出工具路径数据。接着，在步骤108中，数据库提供有待用于增材制造的材料特有的增材制造参数，例如激光功率。接着，在步骤110中，增材制造设备解译工具路径数据且使用正使用的材料的经指定增材制造参数构建对象。

图2示出根据本发明的实施例的生成在增材制造中使用的工具路径数据和使用工具路径数据制造物理对象的方法。

方法200在步骤202处开始。在步骤202中，再次使用常规CAD软件根据设计概念形成对象设计数据。对象设计数据可包括对象的体积表示，所述体积表示包括形成对象的多边形的顶点。因此，在步骤204中，修改和定向用于任何填充几何结构的对象设计数据以实现增材制造，且在增材制造必要时使用例如常规CAD软件或Materialise Magics等软件添加支持。接着，在步骤206中，使用用于增材制造设备的通用软件或专用软件从由针对任何填充几何结构的对象设计数据导出的封闭轮廓生成工具路径数据。可使用工具路径点的光栅图案导出工具路径数据。

还在此实施例中，在步骤212中，使用合适的软件将用于任何非填充几何结构的对象设计数据自动转换成包括参数表示的对象设计数据，所述合适的软件例如用于其它常规CAD软件的插件。参数表示限定具有指定厚度的非填充几何结构的线和/或表面。接着，在步骤214中，使用合适的软件从用于非填充几何结构的经转换对象设计数据自动生成工具路径数据。以下将参考图3、4、5和6更详细地描述此步骤。而且，在步骤216中，使用合适的软件从用于任何填充几何结构的对象设计数据的封闭轮廓自动生成工具路径数据且将其重新配置成减少工具路径行进距离和行进时间。以下将参考图7和8更详细地描述此步骤。接着，在步骤208中，数据库基于对象内的结构特征以及有待用于增材制造的材料的几何结构而提供增材制造参数，例如激光功率。以下将参考图9和10更详细地描述此步骤。接着，在步骤218中，合并各组工具路径数据。接着，在步骤210中，增材制造设备解译经合并工具路径数据且使用所述对象的结构特征以及正使用的材料的几何结构的经指定增材制造参数构建对象。以下将参考图11、12、13、14、15和16更详细地描述可使用图2的方法200制造的各种对象。

图3说明根据本发明的实施例的从线生成工具路径数据的方法。

方法300在阶段1处开始。在此实施例中，对象在对象设计数据中由第一线304和第二线306表示。第一线304和第二线306相对于用于增材制造设备的多个构建层302示出，所述增材制造设备将用于制造对象。在此实施例中，第一线304和第二线306具有指定厚度，所述指定厚度等于增材制造设备可利用单个工具路径产生的最小厚度。第一线304具有第一末端节点308和第二末端节点310。第二线306具有类似末端节点，所述类似末端节点在图中未标记。

接着，在阶段2中，使线的末端节点向上或向下移动到其最近构建层以生成末端节点层点。例如，使第一线304的末端节点310移动到最近构建层为止以生成末端节点层点312。

接着，在阶段3中，通过确定线与构建层之间的相交层点而使线离散化。例如，确定第一线与构建层之间的相交层点314。还确定其它相交层点但在图中未标记。

接着，在阶段4中，将末端层点和相交层点向下投射到下方的构建层上的经投射层点。例如，将末端节点层点312向下投射到下方的层上的经投射层点316。还确定其它经投射层点但在图中未标记。接着连接构建层内的层点以提供构建层的工具路径数据。例如，将相交层点314连接到经投射层点316以提供工具路径318。还确定其它工具路径但在图中未标记。

因此，图3的方法300提供一种生成工具路径数据的替代方式，即，除了直接从对象的体积表示生成封闭轮廓外。生成工具路径数据的此过程可能计算强度不太大。所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率，就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且当与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。在实施例中，已实现<500微米、且甚至100微米的可行的结构特征厚度。

尽管图3的方法300涉及提供一维工具路径的二维线，但将了解，线将大体上以三维限定和处理且因此工具路径线将大体上以其相应构建层的二维限定。

图4说明根据本发明的实施例的从表面生成工具路径数据的方法。

方法400在阶段1处开始。在此实施例中，对象在对象设计数据中由表面404表示。表面404相对于用于增材制造设备的多个构建层402示出，所述增材制造设备将用于制造对象。在此实施例中，表面404具有指定厚度，所述指定厚度等于增材制造设备可利用单个工具路径产生的最小厚度。

接着，在阶段2中，使表面的末端节点406向上或向下移动到其最近构建层。还移动其它末端阶段但在图中未标记。

接着，在阶段3中，将表面404切片以生成层线，例如层线408。还生成其它层线但在图中未标记。

接着，在阶段4中，将层线向下投射到下方的构建层上的经投射层线。例如，从上方的构建层中的层线导出经投射层线410。还投射其它层线但在图中未标记。还在层线之间导出其它经内插层线。例如，在层线408与410之间导出经内插层线412。还生成其它经内插层线但在图中未标记。接着提供层线和任何经内插层线作为工具路径数据。或者，层线408和410可用于限定封闭轮廓，所述封闭轮廓接着可填充有工具路径。

因此，图4的方法400再次提供一种生成工具路径数据的替代方式，即，除了直接从对象的体积表示生成封闭轮廓外。再次，生成工具路径数据的此过程可能计算强度不太大。所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率，就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且当与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。如上文所论述，在实施例中，已实现<500微米、且甚至100微米的可行的结构特征厚度。

图5说明根据本发明的实施例的从表面生成工具路径数据的其它方法。

如所示，方法500在阶段1处开始。在此实施例中，对象在对象设计数据中由表面502表示。

接着，在阶段2中，通过使表面502在基本上与表面502正交且基本上平行于用于增材制造设备的水平构建层(未示出)的第一方向上偏置或变厚而生成第一变厚表面的第一偏置面504，所述增材制造设备将用于制造对象。还通过使表面502在基本上与表面502正交且基本上平行于构建层的第二方向上偏置或变厚而生成第二变厚表面的第二偏置面506。在此实例中，所使用的偏置既大于或基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度，又大于或基本上等于构建层的厚度。

接着，在阶段3中，在构建层处将表面502切片以生成多条相交层线，在构建层处将第一偏置面504切片以生成多条第一偏置面层线，且在构建层处将第二偏置面506切片以生成多条第二偏置面层线。用于表面502的多条相交层线以及第一变厚表面的多条第一偏置面层线在相应构建层内形成多个第一封闭轮廓508的部分。类似地，用于表面502的多条相交层线以及第二变厚表面的多条第二偏置面层线在相应构建层内形成多个第二封闭轮廓510的部分。

接着，在阶段4A中，将阶段3的多个第二封闭轮廓510向下投射以在下方的构建层上生成多个经投射第二封闭轮廓512。这样做的话，多个经投射第二封闭轮廓512中的一个或多个与下方的构建层上的多个第一封闭轮廓508中的一个或多个重叠。接着使用布尔交集从多个经投射第二封闭轮廓512与多个第一封闭轮廓508的任何重叠部分生成第一组一个或多个经组合封闭轮廓。

而且，在阶段4B中，将阶段3的多个第一封闭轮廓508向下投射以在下方的构建层上生成多个经投射第一封闭轮廓514。这样做的话，多个经投射第一封闭轮廓514中的一个或多个与下方的构建层上的多个第二封闭轮廓510中的一个或多个重叠。接着使用布尔交集从多个经投射第一封闭轮廓514与多个第二封闭轮廓510的任何重叠部分生成第二组一个或多个经组合封闭轮廓。

接着，在阶段5中，将第一和第二组经组合封闭轮廓合并以得到一组经合并经组合封闭轮廓516。如将了解，一组经合并经组合封闭轮廓516包括由以下各项形成的构建层的封闭轮廓的至少一个实例：i)已经位于构建层内的表面502的层线；和ii)通过将表面502的层线投射到所述构建层上生成的经投射层线。一组经合并经组合封闭轮廓516接着用作工具路径和/或接着填充有工具路径。

因此，图5的方法500再次提供一种生成工具路径数据的替代方式，即，除了直接从对象的体积表示生成封闭轮廓外。再次，生成工具路径数据的此过程可能计算强度不太大。所得工具路径数据还可更接近有待用于制成对象的特定增材制造设备的分辨率，就由所述增材制造设备使用的构建层的厚度而言和就可由所述增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度而言两者。工具路径数据还可便于增材制造设备更快实施且当与现有增材制造布置相比时产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。如上文所论述，在实施例中，已实现<500微米、且甚至100微米的可行的结构特征厚度。

图6说明根据本发明的实施例的从相交线生成工具路径数据的方法。

方法600在阶段1处开始。在此实施例中，对象在对象设计数据中由四条相交线表示，包含第一线604和第二线606。第三和第四线被示出但在图中未标记。线相对于用于增材制造设备的多个构建层602示出，所述增材制造设备将用于制造对象。

在此实施例中，线具有指定厚度，所述指定厚度基本上等于增材制造设备可利用单个工具路径产生的最大厚度的三倍。因此，在阶段2中，围绕每条线设置呈基本上圆柱形表面形式的一组体积包围表面。例如，围绕第一线604设置第一组三个基本上圆柱形表面608且围绕第二线606设置第二组三个基本上圆柱形表面610。提供其它组基本上圆柱形表面但在图中未标记。在此实施例中，每组的基本上圆柱形表面之间的间隔基本上等于增材制造设备可利用单个工具路径产生的厚度。

接着，在阶段3中，生成遵循基本上圆柱形表面与构建层的交集的同心封闭轮廓。例如，提供用于第一线604的第一组三个基本上圆柱形表面608的第一组三个同心封闭轮廓612，且提供用于第二线606的第二组三个基本上圆柱形表面610的第二组三个同心封闭轮廓614。提供其它组同心封闭轮廓但在图中未标记。

接着，在阶段4中，从重叠的对应封闭轮廓的非重叠部分生成经组合封闭轮廓，例如经组合封闭轮廓616。

在此实施例中，每组的封闭轮廓之间的间隔基本上等于增材制造设备可利用单个工具路径产生的厚度。封闭轮廓接着可用作构建层的工具路径。然而，在其它实施例中，可能有必要在封闭轮廓内提供其它工具路径。

因此，图6的方法600提供一种从用于由线表示的对象的对象设计数据生成工具路径数据的方式，所述线表示具有比可通过特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度更大的厚度的结构。

图7说明根据本发明的实施例的生成和重新配置工具路径数据的方法。

方法700在阶段1中开始，其示出表示特定构建层702的对象的线704的平面视图。接着，在阶段2中，提供构建层702的包括八个工具路径的工具路径数据704。工具路径次序由数字1到8指示。利用此工具路径次序，从每个工具路径的末端到下一工具路径的起点存在显著浪费的工具行进。接着，在阶段3中，自动重新配置工具路径次序以减少工具路径行进。在实施例中，可通过沿着工具路径行走以及基于一组试探法修改工具路径而重新配置工具路径。利用此重新配置的工具路径次序，从每个工具路径的末端到下一工具路径的起点没有浪费的工具行进。

因此，图7的方法提供一种生成工具路径数据的方式，其当与现有增材制造布置相比时可便于增材制造设备更快地实施。在实施例中，可实现大约快10倍的制造时间。

图8说明根据本发明的实施例的生成和重新配置工具路径数据的另一方法。

方法800在阶段1中开始，其以平面视图示出用于特定构建层的对象的结构特征的外轮廓802。在阶段1中，使用统计分布基于2D泊松分布将轮廓802填充有工具路径点804，所述2D泊松分布基于轮廓802的几何结构而变化。接着，在阶段2中，将工具路径工具路径点804连同单个工具路径806连接在一起。在其它实施例中，多个相应工具路径可由贪婪的或协同的算法代理连接在一起。

在任一情况下，使用递归的最近邻近过程将工具路径点连接在一起，其中第一工具路径点连接到第二未连接工具路径点，所述第二未连接工具路径点基于从第一工具路径点与第二工具路径点的欧几里得距离被确定为第一工具路径点的最近邻近。接着将第二工具路径点连接到基于成本值确定为第二工具路径点的最近邻近的第三未连接工具路径点，所述成本值包括从第二工具路径点到第三工具路径点的欧几里得距离的加权和以及从第二工具路径点到第三工具路径点的连接与从第一工具路径点到第二工具路径点的先前连接之间的转向角。欧几里得距离和转向角的相对权重基于所考虑的工具的动态移动能力进行选择，其中当工具更难以在使用中重新定向时向角赋予更大权重。接着重复此最近邻近过程，直到所有工具路径点连接在一起为止。在其它实施例中，最近邻近还可或实际上基于工具路径点之间的最短Dubins路径进行选择。

接着，在阶段3中，可通过使用最近邻近排序对工具路径的线和折线进行空间排序而重新配置工具路径806。在实施例中，可通过沿着工具路径行走以及基于一组试探法修改工具路径而重新配置工具路径。接着，在阶段4中，通过移除工具路径的线与折线之间的重叠部分进一步重新配置工具路径。利用此经重新配置工具路径数据，减少了工具路径数据的工具行进和行进时间。

因此，图8的方法800提供一种生成封闭轮廓的工具路径数据的方式，其当与现有增材制造布置相比时可便于增材制造设备更快地实施。如上文所论述，在实施例中，可实现大约快10倍的制造时间。

图9示出根据本发明的实施例的当生成工具路径数据时可加以考虑的结构特征的几何性质。

图9示出对象的结构特征904的一组几何性质900。在此实施例中，结构特征904包括撑杆。几何性质900包含结构特征904的长度L、结构特征904的厚度T、结构特征904的纵向轴线与构建层902的平面进行的角α、以及将邻近于结构特征904的凝固材料906的体积V。还可对构建层厚度，或相反地，构建层分辨率，以及材料的类型加以考虑。

图10说明根据本发明的实施例的基于结构特征的几何结构生成工具路径数据的方法。

方法1000在阶段1中开始，其以平面视图示出特定构建层1009的对象的既定几何结构1004。接着，在阶段2中，识别结构特征。这些结构特征包含交集1006、末端1008和相对变厚部分1010。接着，在阶段3中，基于结构特征的几何结构选择增材制造参数。在此实施例中，增材制造参数影响通过使沿着工具路径递送到材料的能量的量凝结而沿着工具路径凝固的材料的量。具体地，在此实施例中，工具路径点的空间频率在相对变厚部分1010的区域1012中增加。接着，在阶段4中，基于结构特征的几何结构生成工具路径。

在此实施例中，使用存储所考虑的材料的对应厚度的空间频率的数据库选择空间频率。可根据需要选择其它参数，例如激光功率、激光临时切换频率、激光光点尺寸、激光停留时间、激光速度等。经选择参数还可基于其它几何性质，如图8所示。例如，在此实施例中，与构建层的更大角和更大邻近经凝固体积将导致选择递送更多凝固能量的参数，原因是在构建过程期间在下方的构建层中将存在具有更大导热率的更大量的下层基本上固体材料。

因此，图10的方法1000提供一种生成工具路径数据的方式，所述工具路径数据指定更适合于对象的结构特征的几何结构的增材制造参数。这可允许增材制造设备当与现有增材制造布置相比时实施和产生具有更精细细节和/或优质材料和/或结构性质的对象。如上文所论述，在实施例中，已实现<500微米、且甚至100微米的可行的结构特征厚度。

现在将描述可使用本文中所描述的方法制造的各种物理对象。

图11示出使用增材制造而制造的凹入蜂窝结构1100。结构1100被示出在未装载状态1和装载状态2下。结构1100初始地在负载下容易变形且接着变得难以变形。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造此类结构1100变得可行，即使对于规模非常小的结构也同样如此。宏观对象可包括这些结构1100中的许多结构的阵列。

图12示出穿过使用增材制造而制造的机械连杆1200的横截面。机械连杆1200具有外表面1202和中空内表面1204。通道1204减少了连杆1200的材料的量和重量，而不会不利地影响连杆1200的强度。通道1204具有防止增材制造之后的粉末滞留的开口1206。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造这种连杆1200变得可行，即使在大规模生产的情况下也同样如此。

图13示出使用增材制造而制造的自行车曲柄1300。提供自上而下的平面视图。自行车曲柄1300具有外表面1302和支撑外表面1302的中空晶格结构1304。中空晶格结构1304减少了自行车曲柄1300的材料的量和重量，而不会不利地影响自行车曲柄1300的强度。中空晶格结构1304的通道具有防止增材制造之后的粉末滞留的开口1306。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造这种自行车曲柄1300变得可行，即使在大规模生产的情况下也同样如此。

图14示出穿过使用增材制造而制造的活塞杆1400的横截面。提供两个透视图。活塞杆1400具有外表面1402、中空内表面1404和中空内部腔室1406。通道1404和腔室1406减少了活塞杆1400的材料的量和重量，而不会不利地影响活塞杆1400的强度。通道1404和腔室1406具有防止增材制造之后的粉末滞留的开口1408。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造这种活塞杆1400变得可行，即使在大规模生产的情况下也同样如此。

图15示出使用增材制造而制造的柔性带1500。带1500包括多个封闭环1502。带1500包括附接封闭环列1502和互连封闭环行1502。环列1502以交替阴影示出以更好地示出带1500的结构。图15还示出，带1500的右边是隔离的两个环列1502，且两个环列1502的右边是隔离的单个环列1502以更好地示出环1502的结构。图15还示出，在带1500下方是表面1504的带的端视图以便示出环1502在增材制造期间的自支撑性质。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造这种复杂带1500变得可行，即使在大规模生产的情况下也同样如此。

图16示出使用增材制造而制造的表带1600。提供表带1600的两个透视图。以与图15的带1500类似的方式，图16的表带1600包括多个封闭环1602。表带1600进一步包括扣子1604，所述扣子1604用于当表带1600被磨损时将表带1600的末端纵向或周向紧固在一起。扣子1604包括彼此相对且形成U形横截面的第一刚性区段1610和第二刚性区段1612。扣子1604附接到表带1600的第一末端1606且当表带1600的第二末端1606如箭头所示侧向插入扣子1604的第一区段1610与第二区段1612之间时能够通过过盈配合可移除地紧固到表带1600的第二末端1606。本文中所描述的方法使用增材制造而使制造这种复杂表带1600变得可行，即使在大规模生产的情况下也同样如此。

现在将描述若干更具体的实例。

在第一实例中，使用径向渐变的bcc晶格设计大型复杂径向滤色片组件。由于将结构表示为线—其否则在CAD中不可能的，因此结构在基于NURBS的CAD建模环境中成功地进行建模。使用根据本发明的实施例的已建立的外轮廓填充方法和投射方法两者生成基于EOS M280激光粉末床熔化的机器。通过使用投射方法，部分的曝光工具行进距离从44.3km减少到8.0km，从而使构建时间减少超过50％。此产生时间减少显著减少了部分的成本，因此实现经济产量。

在另一实例中，使用根据本发明的实施例的已建立的外轮廓填充方法和投射方法两者在Renishaw AM250上产生随机化晶格结构(21x13 dia mm)的样品。接着对这些样品进行CT扫描以确定结构的基础金属孔隙率。已发现投射方法可基本上相对于形成轮廓方法改进基础金属孔隙率。

在另一实例中，根据本发明的实施例，使用投射方法在Renishaw AM250上产生薄的光束。通过修改参数，可能以非常接近于1:1、大致<100um的激光的光斑尺寸构造撑杆。

在另一实例中，设计随机的随机化晶格，其产生撑杆在所有方向上的均匀分布。使用根据本发明的实施例的投射方法生成CAM数据，单组处理参数、激光速度和激光功率的应用产生了不同厚度的撑杆。此厚度是撑杆的角与递送到粉末床的能量之间的关系。当熔融时，所需能量不仅与粉末的特性(其吸收率和扩散率和电导率)相关，而且与下方(Z轴)和围绕粉末(X&Y轴)的材料的状况相关。就撑杆而言，粉末的状况可能会受到撑杆下方的材料的状况的显著影响且由撑杆的角驱动。当撑杆的角更接近构建平面时，撑杆下方的材料的状况大部分是未烧结的粉末。当撑杆接近垂直时，下方的材料由更大比例的经熔融材料组成。经熔融材料的导热率比未烧结粉末显著更高。因此，垂直于构建层平面的角可能需要递送更多能量以确保层被正确地熔融。

通过分析角α、长度L和层厚度，有可能以经验方式确定有待应用以实现具体厚度的正确的激光性质。通过以经验方式测试，此方法可用于构建模型或数据库，使得通过分析撑杆的角α和长度L，正确曝光参数(激光功率、激光速度)可被确定以便实现目标厚度T。

在另一实例中，设计随机的随机化晶格，其产生撑杆在所有方向上的均匀分布。单组参数的应用导致撑杆直径由于不均匀角而变化。实际上，这些撑杆接着根据角、长度和目标厚度进行排序，且与一组激光和投射参数匹配。所得数据使得所产生结构在所有元件中维持其厚度，而不管撑杆的定向。

此额外分辨能力对于生产可被归类为处于特定(宏观)规模的材料的结构可能是重要的，原因是可实现的最小分辨率限定所述结构充当材料的最小规模。在增材制造过程内显现材料的能力使得能够形成空间上可变的块状材料性质。这实现增材制造过程，其仅能够一次处理单一输入材料以在空间上产生具有材料性质变化的部分，例如机械、热、电磁和化学性质。作为实例，此过程可用于形成与周围骨骼具有更大机械兼容的矫形植入物，同时仍由例如Cobalt Chrome或Ti6Al4V等已建立材料制造。在另一实例中，由铬镍铁合金制成的喷气式发动机的涡轮叶片可使其质心移动以减少向心力且改进耐蠕变/耐疲劳。在另一实例中，可动态地修改由弹性或织物基质构造的车辆制成的表层以改变表面上方的气流特性。

应注意，以上效率和质量改进两者已跨多个系统建立，包含多个粉末床熔化系统。具体地，工具路径的优化在一些情况下导致工具路径时间在一些情况下减少超过90％。

尽管已参考各种实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。

Claims (78)

1.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中所述对象的至少一部分由线表示；

使所述线离散化以生成位于第一构建层内的第一层点和位于第二构建层内的第二层点；

将所述第二层点投射到位于所述第一构建层内的经投射层点；以及

将所述第一层点连接到所述经投射层点以提供所述第一构建层的工具路径数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括：在使所述线离散化之前，将所述线的末端节点移动到所述末端节点的构建层以生成末端节点层点。

3.根据权利要求2所述的方法，其包括：将所述线的两个末端节点移动到所述两个末端节点的相应构建层以生成相应末端节点层点。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中末端节点被移动到所述末端节点的最近构建层，向下移动到所述末端节点的下一构建层，或向上移动到所述末端节点的下一构建层。

5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中末端节点层点用作所述第一层点和/或末端节点层点用作所述第二层点。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述线离散化包括：在所述线与构建层的交集处确定交集层点。

7.根据权利要求6所述的方法，其中使所述线离散化包括：在所述线与相应构建层的所述交集处确定多个交集层点。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中交集层点用作所述第一层点和/或交集点用作所述第二层点。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二层点被向下或向上投射到所述第一构建层。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述线具有在所述对象设计数据中所指定的厚度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所指定的厚度基本上等于能够由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中表示所述对象的所述线是直线、折线或曲线。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述对象的至少一部分由表面表示，所述方法进一步包括：

将所述表面切片以生成位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线；

将所述第二层线投射到位于所述第一构建层内的经投射层线；以及

使用所述第一层线和经投射层线提供所述第一构建层的工具路径数据。

14.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中所述对象的至少一部分由表面表示；

将所述表面切片以生成位于第一构建层内的第一层线和位于第二构建层内的第二层线；

将所述第二层线投射到位于所述第一构建层内的经投射层线；且

使用所述第一层线和经投射层线提供所述第一构建层的工具路径数据。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其包括：在将所述表面切片之前，将所述表面的边缘处的边缘节点移动到构建层内的边缘节点层点。

16.根据权利要求15所述的方法，其包括：将所述表面的一个或多个边缘处的多个边缘节点移动到相应构建层内的边缘节点层点。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中边缘节点被移动到所述边缘节点的最近构建层，向下移动到所述边缘节点的下一构建层，或向上移动到所述边缘节点的下一构建层。

18.根据权利要求15、16或17所述的方法，其中一个或多个边缘节点层点用作部分的所述第一层线和/或部分的第二层线。

19.根据权利要求13到18中任一项所述的方法，其中将所述表面切片包括在所述表面与构建层的交集处确定交集层线。

20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述表面切片包括在所述表面与相应构建层的交集处确定多条交集层线。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中交集层线用作所述第一层线和/或交集层线用作所述第二层线。

22.根据权利要求13到21中任一项所述的方法，其中所述第二层线被向下或向上投射到所述第一构建层。

23.根据权利要求13到22中任一项所述的方法，其包括：在所述第一层线与所述经投射层线之间生成其它层线以生成所述第一构建层的工具路径数据。

24.根据权利要求13到23中任一项所述的方法，其包括：使用所述第一层线和所述经投射层线生成封闭轮廓，并且使用所述封闭轮廓提供所述第一构建层的工具路径数据。

25.根据权利要求13到24中任一项所述的方法，其包括：

使所述表面偏置或变厚以生成第一偏置面；

将所述第一偏置面切片以生成位于所述第一构建层内的第一偏置面层线；

使用所述第一层线和所述第一偏置面层线作为所述第一构建层内的第一封闭轮廓的部分；

使所述表面偏置或变厚以生成第二偏置面；

将所述第二偏置面切片以生成位于所述第二构建层内的第二偏置面层线；

使用所述第二层线和所述第二偏置面层线作为所述第二构建层内的部分的第二封闭轮廓；

将所述第二封闭轮廓投射到位于所述第一构建层内的经投射封闭轮廓；

从所述第一封闭轮廓与所述经投射封闭轮廓的重叠部分生成第一经组合封闭轮廓；以及

使用所述第一经组合封闭轮廓提供所述第一构建层的工具路径数据。

26.根据权利要求13到25中任一项所述的方法，其中所述表面具有在所述对象设计数据中所指定的厚度。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所指定的厚度基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的材料的厚度。

28.根据权利要求13到27中任一项所述的方法，其中表示所述对象的所述表面是平面的或弯曲的。

29.根据权利要求13到28中任一项所述的方法，其中层线是直线、折线或曲线。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少部分的所述对象由线或层点表示，所述方法进一步包括：

围绕所述线或层点生成构建层的轮廓；以及

使用所述轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

31.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中至少部分的所述对象由线或层点表示；

围绕所述线或层点生成构建层的轮廓；以及

使用所述轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少部分的所述对象由线或层点表示，所述方法进一步包括：

围绕所述线或层点生成体积包围表面；

在所述体积包围表面与构建层的所述交集处生成轮廓；以及

使用所述轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

33.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供对象设计数据，其中至少部分的所述对象由线或层点表示；

围绕所述线或层点生成体积包围表面；

在所述体积包围表面与构建层的所述交集处生成轮廓；以及

使用所述轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

34.根据权利要求30到33中任一项所述的方法，其中所述轮廓的直径基本上等于所述线或层点表示的所希望结构特征的厚度。

35.根据权利要求30到34中任一项所述的方法，其包括：围绕所述线或层点生成卷绕或盘绕的体积包围表面或者生成多个体积包围表面。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述卷绕或盘绕的体积包围表面的所述表面的相对部分之间的间隔或者所述多个体积包围表面的相对表面之间的间隔基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。

37.根据权利要求30到36中任一项所述的方法，其包括：围绕所述线或层点生成螺旋轮廓或者围绕所述线或层点生成多个同心轮廓。

38.根据权利要求37所述的方法，其中螺旋或最外轮廓的直径基本上等于所述线或层点表示的所希望结构特征的所述厚度。

39.根据权利要求37或38所述的方法，其中所述螺旋的线匝之间或所述多个同心轮廓之间的间隔基本上等于可由特定增材制造设备使用单一工具路径线实现的固体材料的厚度。

40.根据权利要求37、38或39所述的方法，其包括使用所述螺旋轮廓或者所述多个同心轮廓中的一个或多个提供所述构建层的工具路径数据。

41.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述对象由第一线或层点和第二线或层点表示，所述方法进一步包括：

围绕所述第一线或层点生成所述构建层的第一轮廓，且围绕所述第二线或层点生成所述构建层的第二轮廓，所述第二轮廓与所述第一轮廓重叠；

从所述第一轮廓和所述第二轮廓生成经组合轮廓；且

使用所述经组合轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

42.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述对象由第一线或层点和第二线或层点表示，所述方法进一步包括：

围绕所述第一线或层点生成第一体积包围表面且围绕所述第二线或层点生成第二体积包围表面；

在所述第一体积包围表面与构建层的交集处生成第一轮廓，且在所述第二体积包围表面与所述构建层的交集处生成第二轮廓，所述第二轮廓与所述第一轮廓重叠；

从所述第一轮廓和所述第二轮廓生成经组合轮廓；且

使用所述经组合轮廓提供所述构建层的工具路径数据。

43.根据权利要求41或42所述的方法，其中所述经组合轮廓从所述第一轮廓和所述第二轮廓的非重叠部分生成。

44.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括：一旦已经提供所述工具路径数据，就重新配置所述工具路径数据中的一个或多个工具路径以减少在实施所述工具路径数据时行进的总距离和/或行进时间。

45.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供包括一个或多个工具路径的工具路径数据；以及

重新配置所述一个或多个工具路径以减少当实施所述工具路径数据时行进的总距离和/或行进时间。

46.根据权利要求44或45所述的方法，其中提供所述工具路径数据包括提供工具路径点。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述工具路径点由点的固定图案和/或规则或不规则分布和/或统计分布提供。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述统计分布基于泊松分布。

49.根据权利要求47或48所述的方法，其中所述统计分布基于2D泊松圆盘分布。

50.根据权利要求47、48或49所述的方法，其中所述分布基于其中提供所述工具路径点的轮廓的几何结构。

51.根据权利要求46到50中任一项所述的方法，其中提供所述工具路径数据包括将所述工具路径点连接在一起。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述工具路径点与单个工具路径或多个工具路径连接在一起。

53.根据权利要求51或52所述的方法，其中将所述工具路径点连接在一起包括最近邻近过程，在所述最近邻近过程中特定工具路径点连接到具有最低或相对更低成本值的特定最近邻近工具路径点。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述成本值基于以下各项中的一个或多个：从所述特定工具路径点到特定邻近工具路径点的欧几里得距离；在i)从所述特定工具路径点到所述特定邻近工具路径点的连接与ii)从所述特定工具路径点到先前已连接到所述特定工具路径点的先前工具路径点的连接之间的转向角；以及从所述特定工具路径点到所述特定邻近工具路径点的非欧几里得距离和/或Dubins路径长度。

55.根据权利要求44到54中任一项所述的方法，其中重新配置所述一个或多个工具路径包括使用所述一个或多个工具路径的线或折线的空间排序。

56.根据权利要求55所述的方法，其中所述空间排序包括最近邻近空间排序。

57.根据权利要求44到56中任一项所述的方法，其中重新配置所述一个或多个工具路径包括移除所述第一个或多个工具路径的一条或多条重叠线或折线。

58.根据权利要求44到57中任一项所述的方法，其中重新配置所述一个或多个工具路径包括非确定性地重新配置所述一个或多个工具路径。

59.根据权利要求44到58中任一项所述的方法，其中重新配置所述一个或多个工具路径包括沿着所述一个或多个工具路径行走以及基于一组试探法修改所述一个或多个工具路径。

60.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述对象具有结构特征，所述方法进一步包括：

基于所述结构特征的所述几何结构选择用于所述对象的所述增材制造的一个或多个增材制造参数；以及

提供指定针对所述结构特征所选择的一个或多个增材制造参数的所述结构特征的工具路径数据。

61.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

提供具有结构特征的对象的对象设计数据；

基于所述结构特征的所述几何结构选择用于所述对象的所述增材制造的一个或多个增材制造参数；以及

提供指定针对所述结构特征所选择的一个或多个增材制造参数的所述结构特征的工具路径数据。

62.根据权利要求60或61所述的方法，其中做出选择所基于的所述几何结构为以下各项中的一个或多个：所述结构特征的长度；所述结构特征的厚度；所述结构特征与和所述结构特征相交的构建层之间的角；以及邻近于所述结构特征的材料体积。

63.根据权利要求62所述的方法，其中所述角在构建层的平面与轴线之间，所述构建层为与所述结构特征相交的构建层，所述轴线或者沿着所述结构特征的轴线长度或者穿过所述结构特征的两个点。

64.根据权利要求60到63中任一项所述的方法，其中所述结构特征包括以下各项中的一个或多个：两个或多于两个的结构的交集；结构的相对变厚或变薄；结构的末端；基本上细长结构；以及壁结构。

65.根据权利要求60到64中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数影响在工具路径的点处或沿着工具路径沉积或凝固的材料的量。

66.根据权利要求60到65中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数影响递送到在工具路径的点处或沿着工具路径凝固的所述材料能量的量或从在工具路径的点处或沿着工具路径凝固的所述材料耗散的能量的量。

67.根据权利要求60到66中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数包括或控制以下各项中的一个或多个：在工具路径的点处或沿着工具路径的激光功率；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光临时切换频率；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光光点尺寸；在工具路径的点处或沿着工具路径的激光停留时间；沿着工具路径的激光速度；以及沿着工具路径的凝固点的空间频率。

68.根据权利要求60到67中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数包括或控制点沿着工具路径凝固的次序。

69.根据权利要求60到68中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数还基于特定增材制造设备的所述构建层分辨率或构建层厚度进行选择。

70.根据权利要求60到69中任一项所述的方法，其中所述一个或多个增材制造参数还基于待用于所述结构特征的特定材料进行选择。

71.根据权利要求60到70中任一项所述的方法，其中使用存储增材制造参数和对应几何结构和/或构建层分辨率或厚度和/或材料的数据库选择所述一个或多个增材制造参数。

72.根据权利要求60到71中任一项所述的方法，其中使用增材制造参数和对应几何结构和/或构建层分辨率或厚度和/或材料之间的关系模型选择所述一个或多个增材制造参数。

73.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述对象设计数据以参数表示提供。

74.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的方法，所述方法包括：

以参数表示提供对象设计数据；以及

使用所述参数表示以提供工具路径数据。

75.根据权利要求73或74所述的方法，其中提供所述对象设计数据包括将初始对象设计数据从第一表示转换成所述参数表示。

76.根据权利要求73、74或75所述的方法，其中所述参数表示包括一条或多条线和/或一个或多个表面和/或一个或多个厚度。

77.一种生成在增材制造中使用的工具路径数据的数据处理系统，所述系统包括处理电路，所述处理电路被配置成执行根据权利要求1到76中任一项所述的生成工具路径数据的方法。

78.一种计算机程序，其包括计算机软件代码，所述计算机软件代码用于当所述程序在数据处理系统上运行时执行根据权利要求1到76中任一项所述的生成工具路径数据的方法。