CN111356575A - 处理对象表示 - Google Patents

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CN111356575A CN201880071583.3A CN201880071583A CN111356575A CN 111356575 A CN111356575 A CN 111356575A CN 201880071583 A CN201880071583 A CN 201880071583A CN 111356575 A CN111356575 A CN 111356575A
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M·弗莱雷加尔西亚
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Abstract

一种在增材制造过程中调整要制造的对象的三维表示的方法，所述方法包括：确定要施加到对象的处理操作；以及基于与处理操作相关联的调整参数来调整对象的三维表示。

Description

处理对象表示
背景技术
诸如三维(3D)打印之类的增材制造(additive manufacturing)技术涉及用于通过增材过程根据数字3D模型制造几乎任何形状的3D对象的技术，其中3D对象在计算机控制下逐层生成。已经开发了各种各样的增材制造技术，其不同之处在于构建材料、沉积技术和通过其由构建材料形成3D对象的过程。这样的技术的范围可以从将紫外光施加到光聚合物树脂(photopolymer resin)，到熔化以粉末形式的半结晶热塑性材料，到金属粉末的电子束熔化。
增材制造过程可以以要制造的一个或多个3D对象的数字表示开始。该数字表示可以通过计算机软件被虚拟地切片(slice)成层，或者可以以预切片格式来提供。每层表示要制造的对象的横截面，并被发送到增材制造装置(也称为“3D打印机”)，在那里它被构建在先前构建的层上。重复该过程，直到完成对象，从而逐层构建对象。虽然一些可用的技术直接打印材料，但其他技术使用重涂(recoat)过程来形成连续的层，然后可以选择性地固化所述层，以便创建对象的每个横截面。
由其制造一个或多个对象的构建材料可以根据制造技术而变化，并且可以包括粉末材料、糊状材料(paste material)、浆料材料(slurry material)或液体材料。构建材料可以在源容器中提供，它需要从该源容器被转移到增材制造装置的构建区域或构建隔室(例如腔室)，实际制造在增材制造装置的构建区域或构建隔室(例如腔室)中发生。
可以在描述三维对象的对象表示中指定要制造的一个或多个对象。
附图说明
现在将参考附图通过非限制性示例的方式来描述示例，其中：
图1是说明后处理操作的示例的简化示意图；
图2是调整对象的三维表示的方法的示例的流程图；
图3是说明后处理操作的示例的简化示意图；
图4是调整对象的三维表示的方法的示例的流程图；
图5是用于处理3D模型的装置的示例的简化示意图；以及
图6是机器可读介质的示例的简化示意图。
具体实施方式
可以使用增材制造技术来生成三维对象。可以通过固化连续的构建材料的层的部分来生成对象。在一些示例中，构建材料可以是基于粉末的，并且所生成的对象的性质可以取决于构建材料的类型和固化的类型。在一些示例中，构建材料可以由短纤维形成或可以包括短纤维，短纤维可以例如已经从材料的长股或线切割成短长度。在一些示例中，构建材料可以包括一种或多种塑料、陶瓷、金属粉末和粉末状材料。
在一些示例中，使用液体固化剂(诸如例如熔合剂或粘合剂(fusing or bindingagent))来使得能够实现构建材料的固化。在另外的示例中，可以通过将能量临时施加到构建材料来使得能够实现固化。在某些示例中，将熔合剂和/或粘合剂施加到构建材料，其中熔合剂是当将合适量的能量施加到构建材料和熔合剂的组合物时使得构建材料熔合和固化的材料。在一些示例中，例如，可以将细化剂(detailing agent)施加到包含与正在被创建的对象相邻的构建材料的区域，以便抑制这些区域中的构建材料的固化，或者在一些示例中，向构建材料的某些区域提供冷却效果。在其他示例中，可以使用其他构建材料和其他固化的方法。在某些示例中，构建材料包括糊状材料、浆料材料或液体材料。
在一个示例中，源容器中的构建材料是粉末，该粉末具有在约5和约400微米之间、在约10和约200微米之间、在约15和约120微米之间或在约20和约80微米之间的基于平均体积的横截面粒径大小。合适的基于平均体积的粒径范围的其他示例包括约5至约80微米或者约5至约35微米。在本公开中，基于体积的颗粒大小是具有与粉末颗粒相同体积的球的大小。对于“平均”，其旨在解释容器中的大多数基于体积的颗粒大小具有所提到的大小或大小范围，但是容器也可以包含直径超出所提到的范围的颗粒。例如，可以选择颗粒大小以促进分布具有在约10和约500微米之间、或在约10和约200微米之间、或在约15和约150微米之间的厚度的构建材料层。增材制造系统的一个示例可以被预先设置，以使用包含粉末的构建材料容器来分布约90微米的构建材料层，所述粉末具有在约40和约60微米之间的基于平均体积的粒径。例如，增材制造装置可以被重新设置以分布不同的层厚度。
适合于本公开的容器的基于粉末的构建材料包括聚合物、结晶塑料、半结晶塑料、聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、无定形塑料、聚乙烯醇塑料(PVA)、聚酰胺、热(固性(setting))塑料、树脂、透明粉末、有色粉末、金属粉末、陶瓷粉末(诸如例如玻璃颗粒)中的至少一种，和/或这些或其他材料中的至少两种的组合，其中这样的组合可以包括不同的颗粒，每个具有不同的材料或单个复合颗粒中的不同的材料。混合构建材料的示例包括铝化物(alumide)，其可以包括铝和聚酰胺的混合物、多色粉末和塑料/陶瓷混合物。
在增材制造的一些示例中，可能是构建材料变热的情况。例如，在施加熔合剂并使其吸收能量的情况下，这倾向于加热构建材料，特别是在已经向其施加了熔合剂的区域中。这可能导致其中已经施加熔合剂的构建材料的部分的固化。另外，一些增材制造过程可以预热构建材料，或者可以包括放热(exothermic)化学反应或者诸如此类。
在增材制造的一些示例中，可以将粘合剂施加到构建材料的层的部分。由于粘合过程，这可能使得构建材料的部分固化，并且在一些示例中，可能在没有向构建材料的层施加热量的情况下发生。替代地，粘合剂的使用还可以包括施加热量以干燥和/或固化粘合剂而不导致构建材料熔化。
诸如3D打印机之类的增材制造装置可以在3D打印任务期间在构建腔室内创建一个或多个对象。即，例如，当在装置的构建腔室中建立构建材料的层时，可以将试剂施加到所述层，以便在构建腔室中创建一个对象或多个对象。在制造操作的结束时，可以将对象(也称为零件、物品(article)或物件(item))从隔室中移除，并且也可以移除未熔合的构建材料。
已经在增材制造过程中产生的对象可能经历后处理操作，即在增材制造过程之后。例如，对象可以被处理以改变对象的一个或多个表面的性质，或者改变所有表面或暴露的表面的性质。在一些示例中，对象可以被处理以施加涂层、染料、镀层或其他材料。在一些示例中，可以改变表面粗糙度或纹理。在一些示例中，对象的表面可以例如在翻滚(tumbling)操作中被处理以变得更光滑。
在一些情况下，后处理操作可以改变对象的形状和/或尺寸。例如，在后处理操作中施加到对象的金属镀层可以具有250微米的厚度。因此，作为后处理操作的结果，对象的大小和/或形状可能超出对象所需的公差，并且因此对象可能不适合于其预期目的(例如，以与另一对象组合或接合)。
图1是图示了将涂层施加到对象100的后处理操作的示例的简化示意图。涂层102被施加到对象的表面104。结果，在施加涂层102之后，对象的表面104不再是外表面。代之以，对象100具有新的外表面106，该外表面106是涂层102的表面。涂层106的表面106覆盖对象100的表面104。因此，涂层102已经改变了对象100的大小、形状和/或尺寸。
在图1中所示的示例中，在施加涂层102之前，对象100具有L1的尺寸(例如，长度或宽度)。在施加涂层102之后，由于涂层的厚度(L2-L1)，该长度已经增加到L2。
对象100可以由三维表示来表示，所述三维表示诸如例如3D制造格式(3MF)文件、任何三维对象描述格式或旨在被提供给用于创建对象的增材制造装置的格式或指令的列表。图2是调整在增材制造过程中要制造的对象的三维表示的方法200的示例的流程图。该方法包括，在框202处，确定要被施加到对象的处理操作。处理操作可以是例如用于改变对象的一个或多个表面的性质或者改变所有表面或暴露的表面的性质的操作。在一些示例中，可以对对象进行处理以施加涂层、染料、镀层或其他材料。在一些示例中，可以改变表面粗糙度或纹理。在一些示例中，对象的表面可以例如在翻滚操作中被处理以变得更光滑。在一些示例中，处理操作可以扩大对象(例如，如果将层施加到对象的外表面)或减小对象的大小或体积(例如，在翻滚操作期间)。
方法200包括，在框204中，基于与处理操作相关联的调整参数来调整对象的三维表示。在一些示例中，调整参数可以是指示处理操作的类型和/或处理操作以其来改变对象的大小、形状和/或尺寸的方式的参数。附加地或替代地，参数可以指定应该以其来调整三维表示的方式，例如可以指定要被施加到三维表示的一个或多个数学运算，或者可以指定在处理操作期间对对象的改变可以以其来被对三维表示的调整抵消(counteract)的方式。
处理操作可以是例如在创建对象的增材制造过程之后改变对象的尺寸、大小和/或形状的操作。
在一些示例中，调整参数可以提供信息，使得可以将变换(transformation)施加到对象的三维表示。该变换可以抵消由于后处理操作而导致的所创建对象的大小、形状和/或尺寸中的改变中的至少一些。图3是图示了将涂层施加到对象300的后处理操作的示例的简化示意图。对象300可以与图1中所示的对象相同，并且具有尺寸L1。处理操作可能旨在用于创建的对象100，其可以被施加到表面302。然而，该涂层可以具有将改变对象的尺寸的厚度。因此，变换可以被施加到对象的三维表示，其具有将对象的表面302移动到位置304的效果，并且因此例如将对象的尺寸减小到L3。结果，在根据变换的三维表示创建对象100的增材制造过程中创建对象100之后，可以将涂层306施加到对象的表面304。这继而可以将对象的外表面基本上移动到表面302的位置。结果，在处理操作之后的对象在大小、形状和/或尺寸上可以与在施加变换之前在三维表示中描述的对象相似或相同。
在另一示例中，参考图3，对象的预期表面可以是表面304，并且预期尺寸是L3。然而，施加到对象的处理操作可以减小尺寸L3。例如，可以对对象施加翻滚、抛光(buffing)或喷砂(blasting)操作。因此，对三维操作的调整可将表面304移动到302处的位置，使得当创建对象300并执行处理操作时，对象的表面302移动到或近似移动到位置304。
在一些示例中，调整参数可以指定要施加到三维表示的变换，该变换取决于要施加到对象的特定处理操作。在一些示例中，调整参数可以指定作为处理操作的结果而预期的对对象(或任何对象)的改变，并且因此可以允许确定针对三维表示的变换。在一些示例中，调整参数可以标识特定的处理操作，并且可以基于所标识的处理操作来获得关于处理操作可以如何影响对象的细节或者关于对象要经历处理操作的合适的表面性质的细节。例如，细节可以从存储这样的细节的数据库获得。根据这些细节，可以确定对三维表示的合适的调整。
在一些示例中，鉴于要被施加到对象的处理操作，可以调整三维表示以在某个方向上偏移表面。例如，参考图3，可以通过例如朝向质心、坐标中心、选择的点、选择的方向或其他点或方向偏移表面302来将表面302移动到304处所示的位置。在一些示例中，表面302的大小或形状也可以改变，例如，如果表面302与其他表面相邻并且其向位置304的移动将导致该表面改变大小或形状以便适合与其他表面相邻。作为表面从位置302到304的移动的结果，其他表面也可以改变大小和/或形状。
图4是调整在增材制造过程中要制造的对象的三维表示的方法400的示例的流程图。该方法包括，在框402处，确定要施加到对象的处理操作，并且在框404处，调整三维表示以补偿由于要施加到对象的处理操作而导致的对象的几何形状中的改变。在一些示例中，框404可以是基于用于要施加到对象的处理操作的调整参数来调整对象的三维表示的图2中的框204的实现。因此，例如，对象的几何形状中的任何改变(例如，对象的大小和/或形状，和/或对象的尺寸中的任何改变)可以被预先补偿，使得如果对象在对象的创建之后经历了处理操作，例如在增材制造过程中，则在处理操作之后的对象可以具有与如在其被调整之前的表示中描述的对象相似或相同的几何形状。
方法400的框406包括将变薄(thinning)操作施加到对象的三维表示。在一些示例中，这可以是基于用于要施加到对象的处理操作的调整参数来调整对象的三维表示的图2中的框204的实现。因此，例如，可以调整对象的三维表示，以补偿处理操作期间对象中的预期改变，其中处理操作将涂层施加到对象。该涂层可以是例如染料、涂料、电镀、耐水层或任何其他涂层和/或多个涂层。
方法400的框408包括将表面纹理施加到对象的三维表示的表面。在一些示例中，这可以是基于用于要施加到对象的处理操作的调整参数来调整对象的三维表示的图2中的框204的实现。因此，例如，可以准备对象的表面，使得其可以更适合于处理操作。例如，表面纹理可以包括粗糙的纹理，当与涂层对没有纹理的表面的粘附相比时，该粗糙的纹理允许在处理操作期间施加的涂层对对象的表面的更大的粘附。
在一些示例中，鉴于要施加到对象的处理操作，可以对对象的三维表示进行其他结构改变。例如，可以引入孔以用于插入电极以进行电镀过程。在另一个示例中，可以将小孔或增加的孔隙率施加到表面，以为将染料施加到表面的处理操作做准备，使得染料可以渗透表面。
图5是用于处理3D模型的装置500的示例的简化示意图。装置500包括处理模块502，用于处理3D模型以产生修正的3D模型，其中，该处理基于要对对象执行的处理。3D模型可以例如描述对象，并且可以例如是3MF文件或任何其他合适的3D对象描述格式。要对对象执行的处理可以旨在在例如在增材制造或3D打印过程中产生对象之后执行。该处理可以改变对象的性质，诸如例如对象的形状、大小和/或几何形状，和/或对象的尺寸。该处理可以改变对象的外观、颜色、纹理或任何其他性质。
装置500还包括发送模块504，用于将修正的3D模型发送到增材制造装置以根据修正的3D模型创建对象。装置500可以是例如由用户用来准备增材制造任务并将其提交给增材制造装置的计算装置。替代地，装置500可以是例如增材制造或3D打印设备的部分，其接受描述对象的数据(例如3D模型)并鉴于对对象中的一个或多个的预期处理而处理该数据。
在一些示例中，要对对象执行的处理修改第一对象的尺寸，并且其中处理模块502用于通过修改3D模型的尺寸以抵消尺寸的修改来处理3D模型以产生修正的3D模型。因此，根据修正的3D模型产生并随后经历处理的对象可以具有与未修正的3D模型中的对象的尺寸相似或相等的尺寸。例如，在处理期间通过材料的层对对象的表面修改尺寸的情况下，在处理之后的修改的尺寸可以等于或基本上等于未修正的3D模型的尺寸。
在一些示例中，处理模块502用于通过基于要对对象执行的处理腐蚀3D模型的表面来处理3D模型。这样的过程可能具有将材料的层施加到对象的外表面的相反效果，使得一旦在处理期间施加该层，最终对象就具有与在未修正的3D模型中最初描述的对象中的形状、大小、几何形状和/或尺寸相似或相同的形状、大小、几何形状和/或尺寸。
在一些示例中，处理模块502用于通过基于要对对象执行的处理将结构修改施加到3D模型来处理3D模型。这可能是为了抵消几何形状或大小改变，如上所述，但也可能是出于其他目的。例如，鉴于要施加到表面或对象的处理，可以将表面孔隙率或粗糙度的增加施加到表面，或者可以将用于引流(drainage)或插入电极的孔添加到3D模型，以产生修正的3D模型。
在一些示例中，处理模块502用于接收3D模型，并接收要施加到3D模型以产生修正的3D模型的过程的指示。要施加的过程的指示可以是例如要施加到3D模型的变换的指示，或者可以指示可以从其导出用于3D模型的变换的要施加的处理的性质。
图6是包括指令602的机器可读介质600的示例的简化示意图。当由处理器604执行时，指令602使得处理器604基于表面修改参数来处理第一对象描述以产生第二对象描述，其中第二对象描述描述对象，并且其中表面修改参数基于在用于创建对象的增材制造过程之后要对对象执行的表面修改。
因此，在一些示例中，从第二对象描述产生(例如，通过增材制造过程)并且然后通过表面修改来修改的对象可以具有与如果该对象从第一对象描述产生时该对象将具有的性质相似或相同的性质。该性质可以是例如几何形状、大小、形状、尺寸和/或其他性质。附加地或替代地，对第一对象描述的处理可以修改第二对象描述表面中的对象的表面，以为表面修改做准备。例如，该过程可以添加表面纹理、孔隙率、孔和/或其他性质。
在一些示例中，指令602包括如下指令，在由处理器604执行时，该指令使得处理器604通过变更第一对象描述以平衡(counterbalance)由于要对对象执行的表面修改而导致的对对象的形状的估计改变，来处理第一对象描述以产生第二对象描述。在示例中，在表面修改是诸如施加到表面的涂料、电镀、耐水涂层或其他涂层之类的涂层的情况下，可以以与通过表面修改所进行的方式相反的方式变更第一对象描述中的对象，使得从第二对象描述产生并且然后修改的对象可以具有与第一对象描述中的对象相同或相似的形状。
在一些示例中，指令602包括在由处理器604执行时使得处理器604将第二对象描述提供给增材制造设备以创建对象的指令。从第二对象描述产生的对象然后可以经历表面修改(modificqatio)。
在一些示例中，指令602包括在由处理器604执行时使得处理器604接收要对对象执行的表面修改的通知的指令。处理器可以相应地使用该信息来产生第二对象描述。在一些示例中，该通知可以标识要施加到第一对象描述以产生第二对象描述的变换或其他过程。在一些示例中，该通知可以标识表面修改，或者可以标识表面修改的性质，从而允许计算表面修改对对象的影响。由此，处理器602可以计算用于第一对象描述的变换以产生第二对象描述。
在一些示例中，指令602包括如下指令，在由处理器604执行时，该指令使得处理器604基于表面修改参数来修改第一对象描述的表面性质，从而创建第二对象描述。表面性质可以是例如尺寸、大小、羞耻(shame)和/或几何形状。表面性质可以附加地或替代地是被修改的表面的孔隙率、纹理和/或其他结构特征。
在一些示例中，可以对对象的多个表面之一、对象的表面的一部分或者对对象的所有表面、外表面或可见表面进行在表示、描述或模型中指定的对对象的表面的任何改变或修改。在表示、描述或模型指定多个对象的情况下，可以对一个、多于一个或所有的对象的一个或多个表面或部分表面进行修改。
一些示例以这样的方式修改在表示、描述或模型中指定的对象，使得然后经历后处理操作(例如，在增材制造过程中创建之后)的根据表示、描述或模型产生的对象保持在对象的所需的公差内。例如，对象可以在最初的、未修改的表示、描述或模型中指定的对象的公差内。
本公开中的示例可以作为方法、系统或机器可读指令(诸如软件、硬件、固件或者诸如此类的任何组合)来提供。这样的机器可读指令可以被包括在其中或其上具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储设备、CD-ROM、光学存储设备等)上。
参考根据本公开的示例的方法、设备和系统的流程图和/或框图描述了本公开。尽管上面描述的流程图示出了具体的执行的次序，但是执行的次序可以与所描绘的次序不同。关于一个流程图描述的框可以与另一流程图的那些框组合。应当理解，流程图和/或框图中的每个流程和/或框以及流程图和/或框图中的流程和/或图的组合可以通过机器可读指令来实现。
机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器执行，以实现在描述和图中描述的功能。特别地，处理器或处理装置可以执行机器可读指令。因此，装置和设备的功能模块可以由执行存储在存储器中的机器可读指令的处理器实现，或者由根据嵌入逻辑电路中的指令操作的处理器实现。术语‘处理器’将被广义地解释为包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元或可编程门阵列等。方法和功能模块可以全部由单个处理器执行或在若干个处理器之中划分。
这样的机器可读指令也可以被存储在计算机可读存储设备中，其可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以具体模式操作。
这样的机器可读指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程数据处理设备执行一系列操作以产生计算机实现的处理，因此在计算机或其他可编程设备上执行的指令实现由流程图中的(一个或多个)流程和/或框图中的(一个或多个)框指定的功能。
此外，本文中的教导可以以计算机软件产品的形式来实现，该计算机软件产品被存储在存储介质中并且包括用于使计算机设备实现本公开的示例中叙述的方法的多个指令。
尽管已经参考某些示例描述了方法、装置和相关方面，但是在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种修改、改变、省略和代替。因此，旨在该方法、装置和相关方面仅受以下权利要求及其等同物的范围限制。应该注意的是，上面提到的示例说明而不是限制本文中描述的内容，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代的实现。
词“包括”不排除权利要求中列出的那些元件之外的元件的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现权利要求中叙述的若干个单元的功能。
任何从属权利要求的特征可以与独立权利要求或其他从属权利要求中的任一个的特征组合。

Claims (15)

1.一种在增材制造过程中调整要制造的对象的三维表示的方法，所述方法包括：
确定要施加到对象的处理操作；以及
基于与处理操作相关联的调整参数来调整对象的三维表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整对象的三维表示包括：调整三维表示以补偿由于要施加到对象的处理操作而导致的对象的几何形状中的改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整对象的三维表示包括：将变薄操作施加到对象的三维表示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，调整对象的三维表示包括：将表面纹理施加到对象的三维表示的表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，要施加到对象的处理操作包括用于将涂层、镀层、涂料或染料施加到对象的操作。
6.用于处理3D模型的装置，所述装置包括：
处理模块，用于处理3D模型以产生修正的3D模型，其中，所述处理基于要对对象执行的处理；以及
发送模块，用于将修正的3D模型发送到增材制造装置，以根据修正的3D模型创建对象。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，要对对象执行的处理修改第一对象的尺寸，并且其中，处理模块用于通过修改3D模型的尺寸以抵消尺寸的修改来处理3D模型。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，处理模块用于通过基于要对对象执行的处理来腐蚀3D模型的表面来处理3D模型。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，处理模块用于通过基于要对对象执行的处理将结构修改施加到3D模型来处理3D模型。
10.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：接收3D模型，以及接收要施加到对象的处理的指示。
11.一种包括指令的机器可读介质，当由处理器执行时，所述指令使得处理器：
基于表面修改参数来处理第一对象描述以产生第二对象描述，其中第二对象描述描述对象，并且其中表面修改参数基于在用于创建对象的增材制造过程之后要对对象执行的表面修改。
12.根据权利要求11所述的机器可读介质，进一步包括指令，当由处理器执行时，所述指令使得处理器通过变更第一对象描述以平衡由于要对对象执行的表面修改而导致的对对象的形状的估计改变，来处理第一对象描述以产生第二对象描述。
13.根据权利要求11所述的机器可读介质，其包括指令，当由处理器执行时，所述指令使得处理器将第二对象描述提供给增材制造设备以创建对象。
14.根据权利要求11所述的机器可读介质，其包括指令，当由处理器执行时，所述指令使得处理器接收要对对象执行的表面修改的通知。
15.根据权利要求11所述的机器可读介质，其包括指令，当由处理器执行时，所述指令使得处理器基于表面修改参数来修改第一对象描述的表面性质。
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