CN111581765B - 增材三维（3d）芯设计 - Google Patents
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Abstract
一种系统，其可以包括3D芯设计引擎(110)和3D芯打印引擎(112)。3D芯设计引擎(110)可以被配置以：在CAD模型(202)中确定复合零件的芯下层(210)和芯下层(210)上的芯占用空间(220)，所述芯下层(210)和芯占用空间(220)被特定用于待经由增材制造而制造以用于插入到复合零件中的增材3D芯；根据芯下层(210)和芯占用空间(220)计算增材3D芯的底部芯表面(230)；访问用于增材3D芯的芯设计参数；并基于所计算的底部芯表面(230)和芯形状参数(331、332)，在CAD模型(202)中构建增材3D芯设计(420)。3D芯打印引擎(112)可以被配置以存储增材3D芯设计(420)，从而支持经由增材制造进行增材3D芯的后续制造。
Description
背景技术
计算机系统可用于创建、使用和管理用于产品和其他项目的数据。计算机系统的示例包括计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)系统(其可能包括计算机辅助工程 (computer-aided engineering,CAE)系统、可视化和制造系统、产品数据管理(productdata management,PDM)系统、产品生命周期管理(product lifecycle management,PLM)系统等)。这些系统可以包括便于产品结构和产品制造的设计和模拟测试的部件。
发明内容
所公开的实施方式包括支持增材三维(3D)芯的设计的系统、方法、设备和逻辑。
在一个示例中，方法可以由计算系统进行、执行或以其他方式实施。该方法可以包括：在计算机辅助设计CAD模型中，确定复合零件(composite part)的芯下层(under-coreply) 和所述芯下层上的芯占用空间(core footprint)，所述芯下层和芯占用空间被特定用于待经由增材制造而制造并待插入到所述复合零件中的增材3D芯；根据所述芯下层和芯占用空间计算所述增材3D芯的底部芯表面；访问用于所述增材3D芯的芯设计参数，所述芯设计参数包括限定所述增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数；基于所计算的底部芯表面和所述芯设计参数，在所述CAD模型中构建用于所述增材3D芯的增材3D芯设计；并且存储增材3D芯设计，从而支持经由增材制造进行增材3D芯的后续制造。
在另一示例中，系统可以包括3D芯设计引擎和3D芯打印引擎。3D芯设计引擎可以被配置以：在计算机辅助设计(CAD)模型中确定复合零件的芯下层和所述芯下层上的芯占用空间，所述芯下层和芯占用空间被特定用于待经由增材制造而制造以用于插入到所述复合零件中的增材三维(3D)芯；根据所述芯下层和芯占用空间计算所述增材3D芯的底部芯表面；访问所述增材3D芯的芯设计参数，所述芯设计参数包括限定所述增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数；并且基于所计算的底部芯表面和所述芯形状参数，在所述CAD模型中构建增材3D芯设计。该3D芯打印引擎可以被配置以存储增材3D芯设计，从而支持经由增材制造进行增材3D 芯的后续制造。
在又一示例中，一种非瞬时性机器可读介质可以存储处理器可执行的指令。在执行指令时，这些指令可使处理器或计算系统：在CAD模型中确定复合零件的芯下层和所述芯下层上的芯占用空间，所述芯下层和芯占用空间被特定用于待经由增材制造而制造并待插入到所述复合零件中的增材3D芯；根据所述芯下层和芯占用空间计算所述增材3D芯的底部芯表面；访问用于所述增材3D芯的芯设计参数，所述芯设计参数包括限定所述增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数；基于所计算的底部芯表面和所述芯形状参数，在所述CAD模型中构建用于所述增材3D芯的增材3D芯设计；并且存储增材3D芯设计，以支持经由增材制造进行增材3D 芯的后续制造。
附图说明
在以下详细描述中并参考附图描述了一些示例。
图1示出了支持增材3D芯设计的计算系统的示例；
图2示出了3D芯设计引擎可以做出的用以限定增材3D芯的示例设计确定(exampledesign determinations)；
图3也示出了3D芯设计引擎可以做出的用以限定增材3D芯的示例设计确定；
图4示出了可以用于经由增材制造进行增材3D芯的物理制造的增材3D芯设计的示例结构；
图5示出了逻辑的示例，系统可以实施该逻辑以支持增材3D芯的设计；
图6示出了支持增材3D芯的设计的系统的示例。
具体实施方式
计算机系统(例如CAD系统)可以支持复合零件的设计和制造。复合零件(也被称为复合层压件)可以指由多层材料(例如，层)组成的任何物体或结构。复合零件可以(通常通过使用复合零件铺层(layup)工具)通过逐层地顺序层叠以构建复合零件或复合层压件来形成。在一些示例中，复合零件也可以经历固化或其它铺层后工艺(post-layup process)来形成(例如，密封或硬化)复合零件。复合零件应用于众多行业，例如航空航天、汽车、运输、纺织等。在一些情况下，复合零件可以支持芯(也被称为芯材料)的插入，以改变复合零件的物理特性，例如，以控制厚度、刚度、转动惯量、热特性、抗冲击性、重量分布、承载能力或各种其他复合零件的特性。
针对复合零件的芯设计是繁琐的且容易出错。现有的芯设计技术涉及复合零件的物理制造，以及利用物理材料将芯手动地配合到物理复合零件中进行的试验和误差分析。对于具有复合曲率特性的复合零件，有效的芯结构越来越具有挑战性，并且简单的芯表面将不能精确地配合到该复合零件中。通过这种试验和误差分析技术设计的芯通常是不精确的，这可能会影响芯能有效地控制复合零件的物理特性的程度。
本发明可以提供用于增材3D芯的设计的系统、方法、设备和逻辑。正如本文所使用的，增材3D芯可以指复合零件的芯，其被设计用于经由增材制造的物理制造。可以通过3D打印机的使用以通过材料沉积构建物体来进行增材制造(其可以包含3D打印)。本文描述的增材 3D芯设计特征可以提供基于芯下层的特性(例如，曲率)和各种芯设计参数来限定增材3D芯的能力。这种能力可以被实施为CAD系统的一部分，由此可以在物理制造之前构建增材3D芯的设计，并且这样做具有提高的效率、准确性和有效性。具体地，本文所描述的增材3D芯设计特征可以提高3D芯可以设计用于插入复合零件的精度，并且在限定3D芯的特定特征、效果和特性时具有提高的灵活性和能力。本文更详细地描述了所公开的增材3D芯设计特征的这些及其他优点。
图1示出了支持增材3D芯设计的计算系统100的示例。计算系统100可以采用单个或多个计算设备(例如应用服务器、计算节点、台式机或笔记本计算机、智能手机或其他移动设备、平板设备、嵌入式控制器等)的形式。在一些实施方式中，计算系统100实施CAD工具或CAD程序，通过该CAD工具或程序，用户可以设计和模拟产品结构(例如复合零件和增材3D芯)的测试。
如本文更详细描述的，计算系统100支持增材3D芯的设计。具体地，计算系统100可以为CAD用户提供各种机制和能力以将增材3D芯构建为CAD模型的组成部分，从而支持在物理制造之前的增材3D芯的数字构建、分析和模拟。所提供的增材3D芯设计能力可以允许从曲率、形状特征、内部组合以及任何其他可配置的3D芯特征方面进行精确的3D芯限定。在这样做的过程中，计算系统100可以提供具有提高的精度的3D芯构建能力。例如，计算系统100可以支持精确地接触复合零件的相邻层的3D芯限定。在这方面，由计算系统100设计的增材3D芯可以具有与相邻层的曲率一致的精确曲率，然而对于经由近似和试验和误差分析(trial-and-error)物理地构建的3D芯，这种设计精度可能实际上是不可能的。其实，计算系统100可以支持具有提高的精度和准确性的增材3D芯的设计。
作为支持本文描述的增材3D芯设计特征的示例性实施方式，图1所示的计算系统100包括3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112。计算系统100可以以各种方式实施引擎110和 112(及其部件)，例如，作为硬件和编程。对引擎110和112的编程可以采用存储在非瞬时性机器可读存储介质上的处理器可执行指令的形式，并且引擎110和112的硬件可以包括用以执行这些指令的处理器。处理器可以采用单处理器或多处理器系统的形式，并且在一些示例中，计算系统100使用共同的计算系统特征或硬件部件(例如，公共处理器或公共存储介质)来实施多个引擎。
在操作中，在CAD模型中，3D芯设计引擎110可以确定复合零件的芯下层和芯下层上的芯占用空间，芯下层和芯下层上的芯占用空间被特定用于待经由增材制造而制造以用于插入到所述复合零件中的增材3D芯。3D芯设计引擎110还可以根据芯下层和芯占用空间计算增材3D芯的底部芯表面，访问增材3D芯的芯设计参数(芯设计参数包括限定该增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数)，并基于所计算的底部芯表面和芯形状参数在CAD模型中构建增材 3D芯设计。在操作中，3D芯打印引擎112可以存储增材3D芯设计，以支持经由增材制造进行增材3D芯的后续制造。在一些示例中，3D芯打印引擎112还可以将增材3D芯设计提供至打印硬件以用于经由增材制造的制造。
下面将更详细地描述根据本发明的这些和其他增材3D芯设计特征。许多示例是利用3D 芯设计引擎110和3D芯打印引擎112作为示例来描述的，但其他的实施方式是可以设想的。
图2示出了3D芯设计引擎110可以做出的用以限定增材3D芯的示例设计确定。通常，3D芯设计引擎110可基于复合零件的某些层特征和芯设计参数(例如，几何形状限定、表面特征、内部组成描述等)来限定增材3D芯。
为了通过图2来说明，3D芯设计引擎110可以确定限定了增材3D芯的底部芯表面的复合零件的特性。具体地，3D芯设计引擎110可确定芯下层和(例如，投影到)芯下层上的芯占用空间。由3D芯设计引擎110确定的芯下层可以指增材3D芯将插入到其上的特定层(即层压层)。换言之，芯下层可以指在层的铺层和复合零件的构建期间的所制造的3D芯将物理地搁置在其上的特定层。芯下层确定可以在复合零件的设计期间被具体指定。例如，3D芯设计引擎110可以访问复合零件的CAD模型202以做出这种确定，从而支持增材3D芯设计。
在图2中，3D芯设计引擎110识别CAD模型202中被标记为芯下层210的特定层。在一些实施方式中，3D芯设计引擎110基于用户输入而将芯下层210识别为增材3D芯将搁置在其上的特定层。用户输入可以直接(例如，经由鼠标单击或其他层选择能力)或间接地识别芯下层210。对于间接识别，用户输入可以是将插入增材3D芯的复合零件中的具体定位、高度或位置。
在这种情况下，3D芯设计引擎110可以基于由用户输入所具体指定的特定高度或位置要求来确定芯下层210。这样，芯设计引擎110可以考虑直到所期望的增材3D芯位置的堆叠的未固化层的高度，以具体地识别芯下层210。进一步解释，复合零件可以经历固化处理，该固化处理影响层的高度、厚度和其他物理特性(例如，在固化处理期间降低堆叠的未固化层的高度)。为了获得具体针对已完成的(例如，已固化的)复合零件的期望的芯位置输入，3D 芯设计引擎110可以确定未固化的复合零件中的高度，该高度与已完成的复合零件中的特定芯位置相对应。然后，3D芯设计引擎110可以将未固化的复合零件中的该高度处的层识别为增材3D芯将搁置在其上的芯下层210。因此，3D芯设计引擎110可以将芯下层210确定为增材3D芯的特定3D芯位置(例如，在CAD模型202的坐标或参考系统内)。
3D芯设计引擎110可确定芯下层210上的芯占用空间。芯占用空间可以采用在芯下层 210上勾画出增材3D芯的任何曲线、投影或边界的形式。在图2中，3D芯设计引擎110基于点划边界线的交点来识别芯占用空间220，这可以经由用户输入来具体指定。芯占用空间220 可以勾画出增材3D芯的底表面将与芯下层210进行的物理接触，并且可以因此沿芯下层210 采用任何数量的投影、曲线或周界的形式。在图2中，箭头指向芯下层210上的芯占用空间 220的特定点，尽管芯占用空间220可以包括投影到芯下层210的整个形状轮廓。
根据芯下层210和芯占用空间220，3D芯设计引擎110可以计算增材3D芯的底部芯表面。3D芯设计引擎110可以通过沿芯占用空间220从芯下层210中提取裁切的形状来完成该计算。在图2中，3D芯设计引擎110根据芯下层210和芯占用空间220(示出为芯下层210 上的图案化区域)来计算底部芯表面230。在一些实施方式中，3D芯设计引擎110通过以下步骤来完成该计算：确定在复合零件中的直到芯下层210的未固化层厚度(uncured thicknessof plies)，并将底部芯表面230的形状设定为由芯占用空间220所勾画出的芯下层210部分的形状。
通过从芯下层210本身提取芯下表面230，3D芯设计引擎110可以以提高的精度限定增材3D芯的底部几何形状，以明显地匹配芯下层210的曲率。与在物理层上的手工或基于试验的芯构建技术相比，所计算的底部芯表面230可以更准确地反映复合零件中的芯插入位置处的芯下层210的物理结构。在一些情况下，这种在芯限定中的精确性可以允许在物理构建的复合零件中增材3D芯的几乎完美的配合。
如上所述，3D芯设计引擎110可基于复合零件中的芯下层的物理特性来限定增材3D芯 (至少其部分)。除了底部芯表面230之外，3D芯设计引擎110还可以限定增材3D芯的各种其他部分，其中的一些将在图3中结合用于增材3D芯的芯设计参数来描述。
图3示出了3D芯设计引擎110可以做出的用以限定增材3D芯的各种示例设计确定。在 CAD模型中限定增材3D芯时，3D芯设计引擎110可以访问不同的芯设计参数。芯设计参数可以指具体指定增材3D芯的特性的任何配置或参数。在一些实施方式中，芯设计参数是预先确定的，例如，以实施特定的芯形状、芯物理特性或对相应复合零件行为的改变。附加地或可替代性地，芯设计参数可以经由用户输入而获得，无论是在经由CAD工具的复合零件设计期间，作为单独芯部设计处理的一部分，还是其组合。在图3中呈现了芯设计参数的一些示例。
作为示例芯设计参数，3D芯设计引擎110可以访问芯厚度参数。芯厚度参数可具体指定增材3D芯的具体厚度(例如，高度)。芯厚度参数可以是均匀的，例如，具体指定增材3D芯的均匀高度，将其表示为与底部芯表面230的偏离值(offset value)。在这种情况下，增材3D芯的顶表面可以与底部芯表面230的曲率平行(例如，镜像)。在其他情况下，芯厚度参数可以在增材3D芯的不同点上变化。例如，用户输入可以具体指定沿底部芯表面230的不同点处的变化的芯高度。在图3所示的特定示例中，3D芯设计引擎110访问芯厚度参数311、312和313，每个芯厚度参数特定于底部芯表面230的不同点(拐角)，并在相应点处具体指定3D增材芯的不同高度值。芯厚度参数311、312和313被描绘为能指示在底部芯表面230 中的不同点处的增材3D芯的特定高度的虚线箭头。
3D芯设计引擎110可以通过根据芯厚度参数偏离所计算的底部芯表面来计算增材3D芯的顶部芯表面。在图3中，3D芯设计引擎110以芯厚度参数311、312和313(和其他未示出的芯厚度参数)偏离底部芯表面230，以形成顶部芯表面320(被示出为与所描绘的芯厚度参数311、312和313相邻的图案化形状)。因此，芯厚度参数实际上可以具体指定增材3D芯的顶部芯表面320的形状。在其他实施方式中，可以直接限定增材3D芯的顶部芯表面的特征 (例如，通过用户输入或根据预先限定的芯设计)。在这种情况下，芯厚度参数可能是不必要的或可以从所提供的顶部芯表面隐含地确定。
作为芯设计参数的另一示例，3D芯设计引擎110可以访问芯形状参数。芯形状参数可以指限定了增材3D芯的外部形状的任何参数或配置。在这方面，芯下层210的曲率可以(至少隐含地)被视为限定3D中的底部芯表面230的几何曲率的芯形状参数。以类似的方式，3D芯设计引擎110可以访问明确地指定顶部芯表面的曲率的芯形状参数(例如，作为芯厚度参数的替代)。
芯形状参数可以附加地或可替代性地包括斜角、下降半径以及限定增材3D芯的侧表面的其他参量或几何参数。根据底部芯表面230突出超过顶部芯表面320或者反之亦然(例如，当增材3D芯是梯形或倒梯形形状时)的程度，则芯形状参数可以具体指定侧表面弯折、弯曲或挤压的角度或程度，以连接顶部和底部芯表面。在图3中，3D芯设计引擎110访问芯形状参数331和332，该芯形状参数331和332可以在不同点处限定底部芯表面230和顶部芯表面320之间的芯侧的形状。
3D芯设计引擎110可以通过应用芯形状参数以限定例如在所计算的增材3D芯的顶部和底部芯表面之间的侧面芯表面，来计算增材3D芯的任何数量的芯侧表面。在图3中，3D芯设计引擎110计算被标记为341和342的侧面芯表面，其被示出为与顶部芯表面320毗邻的图案化表面。
作为芯设计参数的又一示例，3D芯设计引擎110可以访问增材3D芯的芯表面特征。芯表面特征可以指对增材3D芯的任何特定于表面(surface-specific)的修改。芯表面特征的示例可以包括对插入孔、安装点、传感器插入点、连接楔的表面修改，或根据任何数量的设计目的的任何其他芯表面修改。芯表面特征可以取决于增材3D芯的特定用途，不同工业应用可能需要增材3D芯具有不同的芯表面特征。
3D芯设计引擎110可以修改增材3D芯的表面以实现由芯表面特征具体指定的修改。在图3中，3D芯设计引擎110分别访问芯表面特征351和352并将其添加到侧面芯表面341和 342。如图3所示，芯表面特征351和352可以具体指定不同的孔(例如，安装位置)，并且被描绘为侧面芯表面341和342上的图案化椭圆形。通过3D芯设计引擎110所实现的芯表面特征可以沿增材3D芯的表面和内部来创建空间(例如，孔、附接缝隙)，或从表面插入突起物(例如，钩安装附接件)。
这样，3D芯设计引擎110可以经由芯设计参数来限定增材3D芯的各种特性。尽管芯设计参数的一些示例在图3中示出，但在此设想了各种其他芯设计参数，并且其中一些设计参数在图4中被进一步描述。
图4示出了可以用于经由增材制造进行增材3D芯的物理制造的增材3D芯设计的示例结构。图4还呈现了内部组成参数作为由3D芯设计引擎110支持的芯设计参数的又一示例。
3D芯设计引擎110可以通过内部组成参数来限定增材3D芯的内部组成。内部组成参数可以具体指定增材3D芯内部的任何类型的3D形状或设计。在这方面，内部组成参数可以引导3D芯设计引擎110以特定的方式填充增材3D芯。增材3D芯的特定内部组成可以基于芯的特定功能而变化，无论是否调整重量、强度、刚度或其他与复合零件的特性有关的性能。
如此，3D芯设计引擎110可以选择和应用与增材3D芯的期望性能特性相关的内部组成参数。在一些实施方式中，内部组成参数采用用于限定增材3D芯的内部组成的3D单元形状、单元材料、单元尺寸和单元取向参数的形式。例如，这些单元参数可以被存储在单元库(cell library)410中，3D芯设计引擎110可以远程访问或自身实施该单元库410。不同的单元设计可以在结构上变化，以表现出不同的性能特性，并且示例的单元设计包括格子结构、蜂窝结构等。单元库410可存储任意数量的预先限定的单元设计，例如图4所示的单元设计411，其中3D芯设计引擎110可以将其应用至增材3D芯的设计。
通过选择和应用单元设计，3D芯设计引擎110可以定制增材3D芯以改变对应的复合零件的特定物理特性。特定单元设计411可以为增材3D芯而特定地配置(包括材料、取向、单元形状和尺寸)。示例芯材料包括软木、无烟泡沫材料、铝蜂窝芯材等。示例单元形状包括蜂窝结构和格子结构。增材制造技术支持具有特定内部组成的物体的物理构建，并且3D芯设计引擎110可以利用增材制造的灵活性，来具体指定具有提高的特性、细节和精度的芯内部组成。尽管本文提供了一些示例单元特征，但单元库410可以存储不同单元设计的近乎无限的变化，每一种变化以不同的方式(例如，在重量容量、承载特性、抗冲击或热阻等方面)改变复合零件的物理特征。
作为另一实施特征，3D芯设计引擎110可以在确定的单元取向上应用所选择的单元设计、形状和尺寸。在一些情况下，单元取向可以是增材3D芯的底部芯表面230的法线(例如，垂直)。其他单元取向是可以考虑的，并且可以根据增材3D芯和复合零件的所期望的物理特性而变化。为了应用所选择的单元设计，3D芯设计引擎110可以使用具有由所选择的单元设计的单元参数所具体指定的单元形状、尺寸、取向和材料的3D单元结构，来填充(例如，填入) 由所计算的芯表面(包括表面特征)约束的增材3D芯的内部空间。在这样做的过程中，3D芯设计引擎110可以考虑增材3D芯的任何特定内部属性。例如，芯表面特征351和352可以具体指定在侧表面341和342中的孔的插入，但芯表面特征也可具体指定应用至增材3D芯的内部的孔深度或孔形状。3D芯设计引擎110可以以保持为增材3D芯具体指定的特定芯表面特征(或其他芯设计特征)的方式，以所选择的单元设计(和其他单元参数)来填充增材3D芯。
如本文所述，3D芯设计引擎110可以限定增材3D芯的任何数量的几何、物理、参数和形状特性。根据这些所限定的特性，3D芯设计引擎110可以构建增材3D芯设计。增材3D芯设计可以是由3D芯设计引擎110以本文所描述的各种方式的任意组合而限定的增材3D芯的实际3D表示(representation)。在图4中，3D芯设计引擎110构建增材3D芯设计420，其可以包括顶部芯表面320、侧面芯表面341和342(由芯表面特征351和352所修改)、根据芯下层210和芯占用空间220计算的底部芯表面230、以及具有经由来自单元库410中的选定单元设计限定的内部组成(如图4中的蜂窝单元结构所示)。在这方面，3D芯设计420 可以包括必要的细节和数据，以根据复合零件的层特性和所访问的芯设计参数来(例如，整体地)限定增材3D芯。
3D芯设计引擎110可以将增材3D芯设计420构建为CAD模型(例如，CAD模型202)的一部分，这可以将增材3D芯的3D表示提供成为复合零件设计的一部分。如此，3D芯设计引擎110可以支持具有提高的精度和能力的增材3D芯的设计，例如，允许增材3D芯的任何预期的方面的基于CAD的精确限定，使得增材3D芯设计420可以精确地配合至复合零件。在一些实施方式中，由3D芯设计引擎110构建的增材3D芯设计420被表示为边界表示(boundaryrepresentation,B-Rep)、表面网格、刻面表面(faceted surface)或任何其他3D表示。
在构建时，3D芯打印引擎112可以存储增材3D芯设计420，用于经由增材制造进行增材 3D芯的后续制造。为此，3D芯打印引擎112可以以3D打印文件430或其他合适的格式存储所构建的增材3D芯设计。增材3D芯设计420的这种存储可以位于CAD工具或CAD系统的本地存储器中，或者位于远程存储系统(例如云存储或外部文件存储库)中。所存储的增材3D芯设计420可以随后被访问以用于增材3D芯的物理制造。
在一些实施方式中，3D芯打印引擎112可以将增材3D芯设计420提供至打印硬件，以用于经由增材制造进行增材3D芯的制造。在图4中，3D芯打印引擎112将3D打印文件430(其包括增材3D芯设计420)提供至以3D打印机440形式的打印硬件，并且3D打印机440 可以用特定设计、参数和特征来物理地构建增材3D核心，如同在由3D芯设计引擎110构建增材3D芯设计420中所体现的那样。3D打印机440可以包括控制器和其他逻辑以解释和构建增材3D芯设计420。尽管单独地说明，但在一些示例中，3D芯打印引擎112本身可以包括 3D打印机440。
在本文描述的任何一种方式中，3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112可以支持增材 3D芯设计。在这样做的过程中，3D芯设计引擎110可以提供独特的能力，以基于通过芯设计参数具体指定的层曲率和特定芯特征来限定增材3D芯的3D芯形状。通过基于芯下层来限定芯，3D芯设计引擎110可以提高增材3D芯在复合零件中的配合精度和准确性，特别是与只能有限程度地近似芯形状的物理试验和误差分析技术相比。通过经由大量设想的设计参数提供强大的芯限定能力，3D芯设计引擎110可以提高灵活性和可行性，通过该灵活性和可行性，增材3D芯设计可以被设计成满足特定物理属性(例如，以提高的精度来改变对应复合零件的物理行为)。
图5示出了逻辑500的示例，系统可以实施该逻辑以支持增材3D芯的设计。例如，计算系统100可以将逻辑500实施为硬件、存储在机器可读介质上的可执行指令或其二者的组合。计算系统100可以经由3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112来实施该逻辑500，由此，计算系统100可以将逻辑500进行或执行为一种设计增材3D芯的方法。以下的关于逻辑500 的描述是使用3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112作为示例来提供的。然而，计算机系统100的各种其他实施选项是可能的。
在实施逻辑500时，3D芯设计引擎110可以在CAD模型中确定复合零件的芯下层和芯下层上的芯占用空间(502)。正如本文所指出的，芯下层和芯占用空间可被具体指定为待经由增材制造而制造并待插入到复合零件中的增材3D芯的参数。3D芯设计引擎110还可以根据芯下层和芯占用空间来计算增材3D芯的底部芯表面(504)，并访问增材3D芯的芯设计参数 (506)。芯设计参数可以包括限定增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数。此外，3D芯设计引擎110还可以基于所计算的底部芯表面和芯设计参数，在CAD模型中构建增材3D芯设计(508)。在实施逻辑500的过程中，3D芯打印引擎112可以存储增材3D芯设计，以用于经由增材制造进行增材3D芯的后续制造(510)。在一些实施方式中，3D芯打印引擎112还可以将增材3D芯设计提供至打印硬件(例如，3D打印机)，以用于经由增材制造进行增材3D 芯的制造。
图5中所示的逻辑500仅提供了计算系统100通过该逻辑500可以支持附加3D芯设计的一个示例。本例中设想了逻辑500中的附加的或可替代的步骤，包括根据针对3D芯设计引擎110、3D芯打印引擎112或其任何组合所描述的任何特征。
图6示出了支持增材3D芯设计的系统600的示例。系统600可以包括处理器610，其可以采用单处理器或多处理器的形式。一个或多个处理器610可以包括中央处理单元(CPU)、微处理器或适于执行存储在机器可读介质上的指令的任何硬件设备。系统600可包括机器可读介质620。机器可读介质620可以采用存储可执行指令(例如，图6所示的3D芯设计指令 622和3D芯打印指令624)的任何非瞬时性电子、磁性、光学或其他物理存储设备的形式。因此，机器可读介质620可以是，例如，随机存取存储器(RAM)(例如动态RAM(DRAM))、闪速存储器、自旋转移扭矩存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储驱动器、光盘等。
系统600可以通过处理器610执行存储在机器可读介质620上的指令。执行这些指令(例如，3D芯设计指令622和/或3D芯打印指令624)可以使系统600(或任何其他计算系统)执行本文所述的任何增材3D芯设计特征，包括根据与3D芯设计引擎110、3D芯打印引擎112或二者的组合相关的任何特征。
例如，由处理器610执行3D芯设计指令622可以使系统600：在CAD模型中确定复合零件的芯下层和芯下层上的芯占用空间，芯下层和芯占用空间被特定用于待经由增材制造而制造并待插入到所述复合零件中的增材3D芯；根据芯下层和芯占用空间计算增材3D芯的底部芯表面；访问用于增材3D芯的芯设计参数，芯设计参数包括限定增材3D芯的芯厚度参数和芯形状参数；并基于所计算的底部芯表面和芯形状参数，在CAD模型中构建用于增材3D芯的增材3D芯设计。处理器610执行3D芯打印指令624可以使系统600存储增材3D芯设计，以用于经由增材制造进行增材3D芯的后续制造。
如本文所述的任何附加的或可替代的特征可以经由3D芯设计指令622、3D芯打印指令 624或二者的组合来实施。
上述包括3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112的系统、方法、设备和逻辑，可以以多种不同的方式实施在硬件、逻辑、电路和存储在机器可读介质上的可执行指令的多种不同组合中。例如，3D芯设计引擎110、3D芯打印引擎112或其组合可以包括：控制器、微处理器或应用专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)中的电路，或可由离散逻辑或元件，或组合在单个集成电路上或分布在多个集成电路中的其他类型的模拟或数字电路的组合来实施。一种产品，如计算机程序产品，可以包括存储介质和存储在该介质上的机器可读指令，当该指令在终端、计算机系统或其他设备中执行时，使该设备执行根据(包括根据3D芯设计引擎110、3D芯打印引擎112或其组合的任何特征的)上述描述的任何操作。
本文描述的系统、设备和引擎(包括3D芯设计引擎110和3D芯打印引擎112)的处理能力，可以分布在多个系统部件之中，例如在多个处理器和存储器之中，可选地包括多个分布式处理系统或云/网络元件。参数、数据库和其他数据结构可以被单独存储和管理，可以被结合到单个存储器或数据库中，可以以许多不同的方式逻辑和物理地组织，以及可以以许多方式(包括数据结构，如链接列表、哈希表(hash tables)或隐式存储机制)实施。程序可以是分布在多个存储器和处理器中的单个程序、单独程序的部分(例如，子例程)，或者以许多不同的方式实施，例如在库中(例如，共享库)。
虽然上文已经描述了各种示例，但是更多的实施方式是可能的。
Claims (15)
1.一种用于增材三维芯的设计的方法，包括：
通过计算系统(100、600)：
在计算机辅助设计模型(202)中确定(502)复合零件的芯下层(210)和所述芯下层(210)上的芯占用空间(220)，所述芯下层(210)和所述芯占用空间(220)被特定用于待经由增材制造而制造并待插入到所述复合零件中的增材三维芯，其中所述芯下层包括弯曲表面并且其中所述芯占用空间包括投影到所述芯下层的周界，并且所述周界的任何部分都没有超出所述芯下层的边界；
根据所述芯下层(210)和所述芯占用空间(220)生成(504)所述增材三维芯的底部芯表面(230)，包括通过沿所述芯占用空间从所述芯下层中提取所述底部芯表面作为裁切的形状，所述裁切的形状与所述芯下层的所述弯曲表面的曲率相匹配；
访问(506)所述增材三维芯的芯设计参数，所述芯设计参数包括限定所述增材三维芯的芯厚度参数(311、312、313)和芯形状参数(331、332)；
基于所生成的所述底部芯表面(230)和所述芯设计参数，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建(508)用于所述增材三维芯的增材三维芯设计(420)；和
存储(510)所述增材三维芯设计(420)，以支持经由增材制造进行所述增材三维芯的后续制造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成(504)所述增材三维芯的底部芯表面(230)包括确定在所述复合零件中直到所述芯下层(210)的未固化层厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建(508)所述增材三维芯设计(420)包括：通过根据所述芯厚度参数(311、312、313)偏离所生成的底部芯表面(230)，来计算顶部芯表面(320)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述芯形状参数(331、332)包括：限定所述增材三维芯的侧表面的参量或几何参数；并且
其中，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建(508)所述增材三维芯设计(420)包括：通过应用所述芯形状参数(331、332)以限定所述增材三维芯的所计算的顶部芯表面和底部芯表面(230、320)之间的侧表面，来计算芯的侧表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建的所述增材三维芯设计(420)被表示为边界表示(B-Rep)、表面网格、刻面表面或其任意组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述增材三维芯设计(420)提供至印刷硬件之前，还包括：
限定所述增材三维芯的内部组成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，限定所述内部组成包括：
从三维单元库(410)中识别单元形状和单元尺寸，所述单元形状和所述单元尺寸被选择以满足所述增材三维芯的预定性能能力；和
根据所述单元形状和所述单元尺寸来限定增材三维芯的内部组成。
8.一种用于增材三维芯的设计的系统，包括：
三维(三维)芯设计引擎(110)，其被配置以：
在计算机辅助设计模型(202)中确定复合零件的芯下层(210)和所述芯下层(210)上的芯占用空间(220)，所述芯下层(210)和所述芯占用空间(220)被特定用于待经由增材制造而制造以用于插入到所述复合零件中的增材三维(三维)芯，其中所述芯下层包括弯曲表面并且其中所述芯占用空间包括投影到所述芯下层的周界，并且所述周界的任何部分都没有超出所述芯下层的边界；
根据所述芯下层(210)和所述芯占用空间(220)生成所述增材三维芯的底部芯表面(230)，包括通过沿所述芯占用空间从所述芯下层中提取所述底部芯表面作为裁切的形状，所述裁切的形状与所述芯下层的所述弯曲表面的曲率相匹配；
访问用于所述增材三维芯的芯设计参数，所述芯设计参数包括限定所述增材三维芯的芯厚度参数(311、312、313)和芯形状参数(331、332)；和
基于所计算的底部芯表面(230)和所述芯形状参数(331、332)，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建增材三维芯设计(420)；和
三维芯打印引擎(112)，其被配置以存储所述增材三维芯设计(420)，以支持经由增材制造进行所述增材三维芯的后续制造。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述三维芯设计引擎(110)被配置以通过以下步骤生成所述增材三维芯的所述底部芯表面(230)：
确定所述复合零件中直到所述芯下层(210)的未固化层厚度。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述三维芯设计引擎(110)被配置以通过以下方式在计算机辅助设计模型(202)中构建所述增材三维芯设计(420)：
通过根据所述芯厚度参数(311、312、313)偏离所生成的底部芯表面(230)，来计算顶部芯表面(320)。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述芯形状参数(331、332)包括：限定所述增材三维芯的侧表面的参量或几何参数；其中，所述三维芯设计引擎(110)被配置以通过以下方式在计算机辅助设计模型(202)中构建增材三维芯设计(420)：
通过应用所述芯形状参数(331、332)以限定所述增材三维芯的所计算的顶部芯表面(320)和底部芯表面(230)之间的侧表面，来计算芯的侧表面。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，在所述计算机辅助设计模型(202)中构建的所述增材三维芯设计(420)被表示为边界表示(B-Rep)、表面网格、刻面表面或其任意组合。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述三维芯设计引擎(110)还被配置以限定所述增材三维芯的内部组成。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述三维芯设计引擎(110)被配置以通过以下方式限定所述内部组成：
从三维单元库(410)中识别单元形状和单元尺寸，所述单元形状和所述单元尺寸被选择为满足所述增材三维芯的预定性能能力；和
根据所述单元形状和所述单元尺寸来限定所述增材三维芯的所述内部组成。
15.一种非瞬时性机器可读介质(620)，其包括指令(622、624)，当由处理器(610)执行所述指令时，所述指令使计算系统(600)执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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