CN112004654A - 打包三维构建床 - Google Patents

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Abstract

一种打包三维(3D)构建床的方法，其包括：通过基于形状的打包模块进行多次迭代，从零件列表内的多个零件中选择两个零件，以及最小化包围两个零件的复合边界框的体积。该方法还可以包括：通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)，以及响应于确定BBRR低于阈值，将两个零件组合以形成复合零件。

Description

打包三维构建床
背景技术
三维(3D)打印正在极大地改变制造格局。经由3D打印，无需工厂或其他大规模生产设施的资源就可以制造物品和组件。增材制造系统通过构建材料层并使用粘合剂、加热、化学反应和其他联接工艺将这些层组合起来，从而生产三维(3D)物体。一些增材制造系统可以称为“3D打印设备”。增材制造系统使得可以将物体的计算机辅助设计(CAD)模型或其他数字表示形式转换为物理物体。数字数据被处理成切片，每个切片定义要形成到物体中的一层或多层构建材料的一部分。
附图说明
附图示出了本文描述的原理的各种示例，并且是说明书的一部分。所示的示例仅用于说明而给出，并不限制权利要求的范围。
图1是根据本文描述的原理的示例的用于打包三维(3D)构建床的计算设备的框图。
图2是根据本文描述的原理的示例的用于打包三维(3D)构建床的计算设备的框图。
图3是根据本文描述的原理的示例的零件的构建床的框图，其包括用于将零件组合在构建床内的复合边界框。
图4是根据本文描述的原理的示例的零件的构建床的框图，其包括零件之间的热裕度。
图5是示出根据本文描述的原理的示例的打包三维(3D)构建床的方法的流程图。
图6是示出根据本文描述的原理的示例的打包三维(3D)构建床的方法的流程图。
在所有附图中，相同的附图标记表示类似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且某些零件的尺寸可以被放大以更清楚地示出所示的示例。此外，附图提供与说明书一致的示例和/或实施方式；然而，说明书不限于附图中提供的示例和/或实施方式。
具体实施方式
如本文所述，在一些示例中，诸如激光设备的气体放电发光体可以非常快速且高强度地执行对材料的加热。经由气体放电发光体发生这种加热的速度可以大大减少增材制造3D物体所涉及的时间量，因为它可以允许更快地沉积连续的材料层。一些增材制造设备和系统使用被称为选择性激光熔化(SLM)的构建技术。SLM是一种增材制造技术，它使用形成材料的激光作为动力源来加热、熔化或烧结粉末状材料(诸如金属、陶瓷和其他材料)，将激光自动对准3D模型定义的空间点，将材料熔化在一起以形成固体结构。在某些示例中，SLM增材制造工艺将金属粉末熔化到高于该金属粉末的熔点的温度，以维持沿打印路径连续存在金属材料熔池，以及在熔化后使熔化的金属材料固化。熔化金属池和周围区域的过热可能会增加在3D物体中形成缺陷的可能性。
SLM作为3D金属增材制造工艺而流行，并且将形成材料的激光自动对准3D模型定义的空间点。激光将材料熔化在一起以形成固体结构，从而允许改变材料的多种不同特性(诸如纹理的大小或程度、孔隙率、刚度、柔韧性、弹性、强度、反射率、强度、电导率和色度以及形成的3D物体的其他特性)中的至少一种。此外，所述至少一种特性的改变可以包括加热、干燥、固化、熔化或熔合，以及额外的转化(诸如增塑)或其他化学变化。熔化的材料可以是任何粉末状的材料(诸如塑料或金属、携带试剂的墨水、其他材料及其组合)。
SLM增材制造工艺依赖于用聚焦激光束加热金属粉末床表面上的一小部分区域，该聚焦激光束能够将被辐照的粉末的温度提高到金属熔点以上。激光束的移动或扫描提供了加热、烧结或熔化金属池的缝合，以固化成扩展的固态金属形状。
尽管诸如SLM增材制造的增材制造工艺以较快的速度生产出可靠的零件，但是在一些示例中，这些增材制造工艺可能由于对3D打印设备的构建床的无效打包而受到阻碍或减慢。为了提高增材制造工艺(诸如HP，Inc.开发的多喷嘴熔合制造工艺)的可接受零件的吞吐量，可以优化零件在构建床内的打包。例如，可以提供高的打包密度，使得可以在利用整个构建床的单次打印作业中同时制造最大数量的零件。这增加了3D打印设备的吞吐量，或3D打印设备在单次打印作业中打印更多零件的能力。
此外，适当地打包3D打印设备的构建床包括考虑每个零件在热密集型增材制造工艺期间经历的热增加、减少和波动。解决两个打印零件之间可能存在的任何热问题(包括热串扰)有助于降低生产出具有制造缺陷的零件的可能性。因此，目的是在不牺牲打印零件的质量的情况下，在构建床中包括尽可能多的零件。
为了有效地打包3D打印设备的构建床，应该将工业规模应用的计算成本考虑在内。如果计算成本过高，那么花费过多的计算时间来更有效地打包构建床可能并不是有益的。一些构建床打包过程是基于零件的几何形状进行优化的，该零件的几何形状包括用于描述打包过程中单个物体的多个顶点。此外，工业应用可能潜在地涉及数百个要被处理以进行打包的物体。
打包3D打印设备的构建床包括组合优化问题，在组合优化问题中，计算成本随着打包过程所涉及的零件的数量的增加而呈指数增加。换句话说，打包构建床可以遵循被称为非确定性多项式时间完全(NP-complete)决策过程的计算复杂度理论。尽管可以在多项式时间内快速验证NP完全问题的任何给定解，但尚无已知的有效方法来定位解；NP完全问题的最显著特征是尚无快速的解决方案。即，随着问题规模的增长，使用任何过程或算法解决问题所需的时间会非常迅速地增加。因此，在NP完全中，计算成本随着所涉及的物体的数量呈指数增长。
因此，构建床的零件打包是3D计算几何环境中的组合优化技术，并且是NP完全密集型任务(其中计算成本随着打包过程所涉及的零件的数量呈指数增长)。工业应用可能会潜在地涉及要被打包到构建床内的数百个零件，并且要花费大量的计算时间才能实现最佳的打包密度。本文描述的示例通过将零件预分组为复合零件并将复合零件布置在构建床内来解决零件打包问题。这减少了打包过程的有效零件数，并显著加快了计算。
此外，如果形成零件的每个体素都经历类似的热体验，以最小化可能导致零件部分翘曲的任何功能不规则性(诸如内置的热应力)，则可以提高生产具有期望的功能性质量的零件的能力。本文描述的示例部分地通过将类似或相同的零件组合和定向在构建床内的类似或相同位置和/或定向来维持给定零件的热环境，从而解决零件在3D打印过程期间所经受的热环境问题。
本文描述的示例提供了一种用于打包三维(3D)构建床的方法。该方法包括：通过基于形状的打包模块进行多次迭代，从零件列表内的多个零件中选择两个零件，并最小化包围两个零件的复合边界框的体积。该方法还可以包括：通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)；以及响应于确定BBRR低于阈值，将两个零件组合以形成复合零件。
该方法可以包括：响应于确定BBRR低于阈值，从零件列表中移除第一零件和第二零件，并将复合零件添加到零件列表中。该方法还可以包括：响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印。响应于确定BBRR高于阈值，该方法包括：不组合这两个零件，并将这两个零件返回到零件列表中。
该方法还可以包括：确定每个零件的热裕度(thermal margin)，该热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离；以及存储定义每个零件的热裕度的数据。最小化包围两个零件的复合边界框的体积可以基于该热裕度。多次迭代地执行该方法包括：多次迭代地执行该方法，直到零件列表为空；或者多次迭代地执行该方法，直到达到阈值时间限制。此外，该方法可以包括：基于最佳位置和定向将复合零件打包到构建床中；以及打印被打包到构建床中的零件。
本文描述的示例提供了用于打包三维(3D)构建床的计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括体现在其中的计算机可用程序代码。该计算机可用程序代码在由处理器执行时进行多次迭代，从零件列表内的多个零件中选择两个零件，最小化包围两个零件的复合边界框的体积，并确定复合边界框的边界框缩小率(BBRR)。
响应于确定BBRR低于阈值，该方法可以包括：将两个零件组合以形成复合零件，从零件列表中移除第一零件和第二零件，以及将复合零件添加到零件列表中。响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，该方法可以包括将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印；以及响应于确定BBRR高于阈值，不组合这两个零件，并将这两个零件返回到零件列表中。确定复合边界框的BBRR可以包括计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和。
计算机可用程序代码在由处理器执行时可以确定每个零件的热裕度(该热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离)，并存储定义每个零件的热裕度的数据。最小化包围两个零件的复合边界框的体积是基于该热裕度的。迭代次数可以包括直到零件列表为空的迭代次数，或者直到达到阈值时间限制的迭代次数。计算机可用程序代码在由处理器执行时可以测量零件列表内的每个零件与每个其他零件相匹配的BBRR，并确定产生最佳结果的匹配组合。
本文描述的示例提供了用于打包三维(3D)构建床的计算设备。该计算设备包括处理器，以及通信地耦合到处理器的数据存储设备。该计算设备还包括基于形状的打包模块，该基于形状的打包模块存储在数据存储设备中，并且可由处理器执行，以在由处理器执行时进行多次迭代，从零件列表内的多个零件中选择两个零件，最小化包围两个零件的复合边界框的体积，以及通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)。
响应于确定BBRR低于阈值，计算设备将两个零件组合以形成复合零件，从零件列表中移除第一零件和第二零件，并将复合零件添加到零件列表中。基于形状的打包模块在由处理器执行时，响应于确定BBRR高于阈值，不组合这两个零件，并将这两个零件返回到零件列表中。响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，计算设备将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印。
基于形状的打包模块在由处理器执行时确定每个零件的热裕度(该热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离)，并且存储定义每个零件的热裕度的数据。最小化包围两个零件的复合边界框的体积可以基于该热裕度。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“零件列表”旨在被广义地理解为零件的任何集合，可以从中选择至少一个零件以通过3D打印设备进行打印。在一个示例中，用户或其他个人可以将任何零件添加到零件列表中，以预期用于零件的打印。可以选择零件列表内的零件以布置在打印床上，以便以成本有效的方式打印零件。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“边界框”旨在被广义地理解为围绕零件或复合零件的边界，该边界定义使打印床内的相邻零件在3D打印过程期间彼此粘结的可能性最小化的最小零件放置距离。在一个示例中，边界框还可以定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离。
现在转向附图，图1是根据本文描述的原理的示例的用于打包3D打印设备(150)的三维(3D)的构建床(151)的计算设备(100)的框图。计算设备(100)可以包括处理器(101)以及通信地耦合到处理器(101)的数据存储设备(102)。数据存储设备(102)可以存储可由处理器(101)执行的基于形状的打包模块(115)。当由处理器(101)执行时，基于形状的打包模块(115)进行多次迭代，从零件列表(116)内的多个零件中选择两个零件。这些零件由数据定义，并且可以以3D打印设备(150)可读和可打印的3D打印格式存储。在一个示例中，基于形状的打包模块(115)可以是由HP，Inc.开发和发行的
Figure BDA0002741865260000061
基于形状的打包模块。
基于形状的打包模块(115)还最小化包围从零件列表(116)中选择的两个零件的复合边界框的体积。边界框模块(117)也可以存储在数据存储设备(102)中，并且可由处理器(101)执行。边界框模块(117)在由处理器(101)执行时确定两个零件的边界框缩小率(BBRR)。通过计算包围两个零件的复合边界框的体积，然后用该体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的第二边界框的体积之和来确定BBRR。然后通过用户输入或通过基于形状的打包模块(115)自动地确定阈值BBRR。
在一个示例中，可以针对每个零件与每个其他零件相匹配来测量BBRR，以找到产生最佳结果的匹配组合。这是一个完全详尽的匹配过程，并且计算量很大。由于这个原因，可以调节零件列表(116)中所有零件之间的匹配的次数，以确保过程及时完成，同时仍然允许实现尝试尽可能多的零件组合的益处。
响应于确定BBRR低于阈值，将两个零件组合以形成复合零件，并且从零件列表(116)中移除第一零件和第二零件。包括第一和第二零件的新的复合零件被添加回零件列表(116)。新的复合零件可以用作零件列表(116)中的零件，其中可以将复合零件添加到零件列表(116)中的另一零件，以形成包括第一和第二零件以及新的第三零件的另一个复合零件。
该过程执行任意次数的迭代，直到将零件列表中的所有零件与至少一个其他零件组合并且零件列表为空，直到无法再将零件添加到复合零件中(因为它们的组合将不再符合构建床(151)的尺寸)，或者直到达到阈值时间限制。当零件被从零件列表中移除并组合到不再符合构建床(151)的尺寸的程度时，可以将其添加到复合零件列表(118)中，在复合零件列表中，它们等待基于构建床(151)内的最佳位置和定向被打包到构建床(151)中。在一个示例中，用户可以通过拒绝复合零件、选择要形成复合零件的两个或更多个零件或它们的组合，来撤销计算设备(100)做出的关于复合零件的复合的决定。
阈值时间限制可以由用户设置或由计算设备(100)自动选择。在一个示例中，计算设备(100)可以确定组合零件所花费的时间在计算量方面的负担过重，并且零件的组合可能遭受NP完全的缺点(其中随着零件列表(116)中零件的数量的增加，处理更多组合可能性的计算成本呈指数增长)。因此，计算设备(100)可以限制分配用于探索零件的可能组合的时间。在一个示例中，用户可以调整计算设备(100)在形成复合零件中可以花费的时间量。在该示例中，计算设备(100)可以提示用户关于计算设备(100)在计算最佳复合零件上可能花费多长时间的指示。
因此，计算设备(100)从零件列表(116)中选择零件，以形成多个零件组(在本文中称为复合零件)。对于每个复合零件，执行初步打包过程，以形成作为单个复合零件的输出打包解决方案。3D打印设备(150)的构建床(151)的最终打包可以用所得的一套复合零件来执行。以这种方式，可以显著降低计算成本，因为计算成本是复合零件的总数的函数。此外，由于复合物体内的零件是固定的，因此它们的相对距离和定向是固定的，因此零件在3D打印过程期间可能会经受的热环境相对于相邻零件是恒定的。这提高了零件在打印期间的热参数的一致性。
图2是根据本文描述的原理的示例的用于打包三维(3D)构建床(151)的计算设备(200)的框图。图2中存在的几个元件在图1中也存在，并且结合图1提供了它们的描述。计算设备(200)可以在电子设备中实现。电子设备的示例包括服务器、台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、移动设备、智能手机、游戏系统和平板电脑，以及其他电子设备。计算设备(200)耦合到3D打印设备(150)。在一个示例中，计算设备(200)和3D打印设备(150)或它们的元件可以被集成在一起作为单个电子设备。
计算设备(200)可以在任何数据处理场景(包括独立硬件、移动应用程序、通过计算网络或其组合)中使用。此外，计算设备(200)可以用在计算网络、公共云网络、私有云网络、混合云网络、其他形式的网络或其组合中。在一个示例中，由计算设备(200)提供的方法由例如第三方作为网络上的服务来提供。在该示例中，该服务可以包括例如以下内容：托管多个应用程序的软件即服务(SaaS)；托管包括例如操作系统、硬件和存储器以及其它元件的计算平台的平台即服务(PaaS)；托管例如服务器、存储组件、网络和组件等装备的基础设施即服务(IaaS)；应用程序接口(API)即服务(APIaaS)，其他形式的网络服务或其组合。本系统可以在一个或多个硬件平台上实现，其中系统中的模块可以在一个平台上执行或跨多个平台执行。这些模块可以在各种形式的云技术和混合云技术上运行，也可以作为能够在云上或在云外实施的SaaS(软件即服务)提供。在另一示例中，由计算设备(200)提供的方法由本地管理员执行。
为了实现其期望的功能，计算设备(200)包括各种硬件组件。这些硬件组件可以是多个处理器(101)、多个数据存储设备(102)、多个外围设备适配器(103)和多个网络适配器(104)。这些硬件组件可以通过使用多个总线和/或网络连接(例如，总线(105))来互连。
处理器(101)可以包括从数据存储设备(102)检索可执行代码以及执行该可执行代码的硬件架构。可执行代码可以在由处理器(101)执行时使处理器(101)至少实现如下功能：从零件列表内的多个零件中选择零件，最小化包围所选择的零件的复合边界框的体积，确定边界框缩小率(BBRR)，基于BBRR将零件组合以形成复合零件，从零件列表中移除零件，将复合零件添加到零件列表中，将复合零件添加到复合零件列表中，确定每个零件的热裕度，存储定义每个零件的热裕度的数据，基于最佳位置和定向将复合零件打包到3D打印设备(150)的构建床(151)中，打印被打包到构建床(151)中的零件，以及根据本文描述的本说明书的方法的其他过程。在执行代码的过程中，处理器(101)可以从多个剩余的硬件单元接收输入并向其提供输出。
数据存储设备(102)可以存储诸如由处理器(101)或其他处理设备执行的可执行程序代码的数据。如将要讨论的，数据存储设备(102)可以具体地存储代表处理器(101)执行以至少实现本文描述的功能的多个应用程序的计算机代码。数据存储设备(102)可以包括各种类型的内存模块(包括易失性和非易失性内存)。例如，本示例的数据存储设备(102)包括随机存取内存(RAM)(106)、只读内存(ROM)(107)和硬盘驱动器(HDD)内存(108)。也可以利用许多其他类型的内存，并且本说明书考虑了在数据存储设备(102)中使用可以适用于本文描述的原理的特定应用的许多不同类型的内存。在某些示例中，数据存储设备(102)中的不同类型的内存可以用于不同的数据存储需求。例如，在某些示例中，处理器(101)可以从只读内存(ROM)(107)装入操作系统，在硬盘驱动器(HDD)内存(108)中维护非易失性存储器，以及执行存储在随机存取内存(RAM)(106)中的程序代码。
数据存储设备(102)可以包括计算机可读介质、计算机可读存储介质或非暂时性计算机可读介质及其他。例如，数据存储设备(102)可以是但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例可以包括例如以下：具有多条电线的电连接，便携式计算机软盘，硬盘，随机存取内存(RAM)，只读内存(ROM)，可擦可编程只读内存(EPROM或闪存)，便携式光盘只读内存(CD-ROM)，光存储设备，磁存储设备或前述的任何合适组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的计算机可用程序代码的任何有形介质。在另一示例中，计算机可读存储介质可以是包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何非暂时性介质。
计算设备(200)中的硬件适配器(103、104)使处理器(101)能够与计算设备(200)外部和内部的各种其他硬件元件接合。例如，外围设备适配器(103)可以提供到输入/输出设备(例如3D打印设备(150)，显示设备(109)，鼠标或键盘以及其他外围设备)的接口。外围设备适配器(103)还可以提供到其他外部设备(诸如外部存储设备，多个网络设备(诸如服务器、交换机和路由器)、客户端设备、其他类型的计算设备及其组合)的入口。
可以提供显示设备(109)以允许计算设备(200)的用户与计算设备(200)和3D打印设备(150)交互并实现其功能。外围设备适配器(103)还可以在处理器(101)和显示设备(109)、打印机或其他媒体输出设备之间创建接口。网络适配器(104)可以提供到例如网络内的其他计算设备地接口，从而使得能够在计算设备(200)与位于网络内的其他设备(包括3D打印设备(150))之间进行数据传输。
计算设备(200)的显示设备(109)在由处理器(101)执行时可以显示与表示存储在数据存储设备(102)上的应用程序的数量的可执行程序代码相关联的图形用户界面(GUI)的数量。GUI可以包括可执行代码的各方面，该可执行代码的各方面包括向用户显示正在被组合到复合零件中的零件，复合零件被打包到构建床(151)中的方式，以及本文描述的方法的其他图形表示。显示设备(109)的示例包括计算机屏幕、膝上型计算机屏幕、移动设备屏幕、个人数字助理(PDA)屏幕和平板电脑屏幕以及其他显示设备(106)。
计算设备(200)还包括在本文描述的过程和方法的实施方式中使用的多个模块。计算设备(200)内的各种模块包括可以单独执行的可执行程序代码。在该示例中，各种模块可以被存储为单独的计算机程序产品。在另一示例中，计算设备(200)内的各种模块可以被组合在多个计算机程序产品内；每个计算机程序产品包括多个模块。计算设备(200)可以包括本文结合图1描述的基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)。
现在将结合图3和图4描述基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)的形式。图3是根据本文描述的原理的示例的零件(301-1、301-2、301-3、301-4，在本文中统称为301)的构建床(151)的框图，其包括用于将零件(301)组合在构建床(151)内的复合边界框(303-1、303-2，在本文中统称为303)。图4是根据本文描述的原理的示例的零件(301)的构建床(151)的框图，其包括零件(301)之间的热裕度(401-1、401-2、401-3、401-4，在本文中统称为401)。
包括在零件列表(116)中的零件(301)可以包括任何类型的具有功能特性或美学特性的零件。为简单起见，附图中描绘的零件(301)是简单的小雕像，其包括挖掘机(301-1)、起重机(301-2)、卡车(301-3)和计算机鼠标(301-4)。零件(301)可以由基于形状的打包模块(115)选择，以组合成复合零件(302-1、302-2、303-3，在本文中统称为302)。可以将复合零件(302)移回到零件列表(116)中，以允许将更多零件(301)添加到那些复合零件(302)中，直到将两个或更多个零件(301)包围在复合零件(302)内的复合零件(302)边界框(303)。边界框模块(117)在由处理器(101)执行时，确定组成复合零件(302)的零件(301)的组合的边界框缩小率(BBRR)。随着零件(301)被组合到复合零件(302)中，复合零件(302)可以在零件列表(116)和复合零件列表(118)之间移动，以将零件(301)添加到复合零件(302)中，直到零件列表(116)上的所有零件(301)或复合零件(302)都为空，直到达到阈值时间限制，直到复合零件(302)内的零件(301)的数量超过复合零件(302)内允许的零件的阈值数量，直到边界框(303)的尺寸超过构建床(151)的尺寸(就像边界框(303-1)的情况那样)，或其组合。
关于复合零件(302)内允许的零件(301)的阈值数量，给定复合零件(302)的最大允许零件(301)数可以是最佳打包密度和计算速度之间的调整参数，并且可以由用户使用在显示设备(109)上显示的GUI进行定义或调整。如果允许复合零件(302)具有许多单独的零件(301)，则计算速度可以快很多，但是零件(301)的打包密度可能不是最佳的。如果零件(301)不类似或者零件列表(116)中的零件(301)更多样化并且不包括相同零件(301)，则可能尤其是这种情况。在图3的情况下，零件列表(116)中许多挖掘机(301-1)的存在导致一整排挖掘机(301-1)被收集到装配在边界框(303-1)中的复合零件(302)中，边界框(303-1)跨越构建框(151)整个长度。在其他情况下，诸如边界框(303-2)内的复合零件(302)具有更大的零件(301)多样性，并且可能不是形成复合零件(302)的最佳方式。在这种情况下，计算设备(200)可能要花费更多时间来更好地将零件(301)收集到具有更高密度的复合零件(302)中。
参考图4，可以在复合零件(302)中的每一个的周围定义热裕度(401)。这些热裕度(401)对于每个独立的零件(401)是唯一的，如标号401-1、401-2、401-3和401-4所示。该热裕度(401)可以帮助确定将零件(301)收集在一起以形成复合零件(302)的方式。例如，基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)在形成复合零件(302)时可以考虑热裕度(401)。热裕度(401)是零件(301)的隔热衬垫，其定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离。在打印期间允许构建床(151)内的形成零件之间的过多的热串扰可能会导致零件出现热缺陷。因此，基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)可以确定每个零件(301)的热裕度(401)，并且零件(301)可以至少部分地基于热裕度(401)被组合到复合零件(302)中。在一个示例中，基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)可以确定每个零件(301)的热裕度(401)，并且替换定义零件列表(116)中的零件(301)的数据，以使其包括零件(301)的定义以及它们的热裕度(401)。
在图4的示例中，计算机鼠标(301-4)的热裕度(401-4)与起重机(301-2)的热裕度(401-2)在点405处重叠。确定的热裕度(401-2、401-4)的这种重叠可能会导致计算机鼠标(301-4)和起重机(301-2)中的一个或两个中的内置热应力。在这种情况下，基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)阻止了计算机鼠标(301-4)和起重机(301-2)被布置得彼此这么靠近或被布置成这种状态，并且可以至少将计算机鼠标(301-4)和起重机(301-2)移回零件列表(116)，以考虑在随后组合到不同的复合零件(302)中。
一旦通过执行基于形状的打包模块(115)和边界框模块(117)将零件(301)布置到复合零件(302)中，就可以将复合零件(302)以最佳的位置和定向打包到构建床(151)中。一旦复合零件(302)已被打包到构建床(151)中，计算设备(200)就可以发送定义所有零件(301)、其热裕度(401)、复合零件(302)、打包在构建箱(151)中的复合零件(302)的布置的数据到3D打印设备(150)，并且定义零件(301)的构建的打印数据可以被发送到3D打印设备(150)。3D打印设备(150)可以基于其从计算设备(200)接收的数据来打印零件。
图5是示出根据本文描述的原理的示例的打包三维(3D)构建床(151)的方法(500)的流程图。该方法可以包括：通过基于形状的打包模块(115)进行多次迭代，从零件列表(116)内的多个零件(301)中选择(框501)两个零件(301)。边界框模块(117)可以由处理器(101)与基于形状的打包模块(115)一起执行，以最小化(框502)包围两个零件(301)的复合边界框(303)的体积。
该方法还可以包括：通过计算复合边界框(303)的体积除以可以包围两个零件中的第一零件(301)的第一边界框(304-1)和可以包围两个零件中的第二零件(301)的第二边界框(304-2)的体积之和(如图3所示)来确定(框503)边界框缩小率(BBRR)。响应于确定BBRR低于阈值，方法(500)可以包括将两个零件(301)组合(框505)以形成复合零件(302)。方法(500)还可以包括从零件列表(116)中移除第一零件(301)和第二零件(301)，并且可以将得到的复合零件(302)添加到零件列表(116)中。
图6是示出根据本文描述的原理的示例的打包三维(3D)构建床(151)的方法(600)的流程图。方法(600)可以包括：通过基于形状的打包模块(115)进行多次迭代，从零件列表(116)内的多个零件(301)中选择(框601)两个零件(301)，并最小化包围两个零件(301)的复合边界框(303)的体积。
可以确定(框602)每个零件(301)的热裕度(401)，该热裕度(401)定义最小化与相邻零件(301)的热串扰的最小零件放置距离，并且可以将定义每个零件(301)的热裕度(401)的数据存储(框603)在数据存储设备(102)中。在一个示例中，可以将定义每个零件(301)的热裕度(401)的数据存储为定义零件(103)的附加数据，或者可以替换定义零件(301)的数据，以使其包括定义零件(301)及其相应的热裕度(401)的数据。
方法(600)还可以包括：通过基于形状的打包模块(115)进行多次迭代，基于热裕度(401)最小化(框604)包围两个零件的复合边界框(303)的体积。热裕度(401)定义在零件(301)被打印时不产生热缺陷的情况下复合零件(302)内的零件(301)可以彼此靠近的程度。
该方法还可以包括通过计算复合边界框(303)的体积除以可以包围两个零件中的第一零件(301)的第一边界框(304-1)和可以包围两个零件中的第二零件(301)的第二边界框(304-2)的体积之和(如图3所示)来确定(框605)边界框缩小率(BBRR)。然后，该方法可以确定(框607)BBRR是否低于阈值(607)。响应于确定BBRR不低于阈值(框607，确定为否)，然后，在框606处，两个或更多个零件(301)不被组合，并且这些零件被返回到零件列表(116)中，以与其他零件(301)组合或以其他方式组合。然后，方法(600)可以循环回到框601，在框601处，可以如结合601至607所描述地对零件(301)进行寻址。
响应于确定BBRR低于阈值(框607，确定为是)，然后，该方法可以进行到框608，在框608处，将两个或更多个零件(301)组合以形成复合零件(302)。从零件列表(116)中移除(框609)第一零件(301)和第二零件(302)，并将复合零件(302)添加到零件列表(116)中。
方法(600)还可以包括确定(框611)复合零件内的零件的数量是否超过复合阈值。复合阈值可以包括将零件(301)添加到复合零件(302)，直到零件列表(116)上的所有零件(301)或复合零件(302)都为空，直到达到阈值时间限制，直到复合零件(302)内的零件(301)的数量超过复合零件(302)内允许的零件的阈值数量，直到边界框(303)的尺寸超过构建床(151)的尺寸(就像边界框(303-1)的情况那样)，或其组合。
如果复合零件(302)内的零件(301)的数量未超过复合阈值(框611，确定为否)，则方法(600)可循环回到框610，以允许更多的零件(301)被添加到复合零件(302)。如果复合零件(302)内的零件(301)的数量确实超过了组合阈值(框611，确定为是)，则可以将复合零件(302)添加(框612)到复合零件列表(118)中，以准备用于打印。基于构建床(151)内的最佳位置和定向，用复合零件(302)打包(框613)打印床(151)，并且零件(301)被打印(框614)。
在本文中参考根据本文描述的原理的示例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本系统和方法的各方面。流程图图示和框图的每个框，以及流程图图示和框图中的框的组合，可以由计算机可用程序代码来实现。可以将计算机可用程序代码提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，从而使得计算机可用程序代码在经由例如计算设备(200)或其他可编程数据处理装置的处理器(101)执行时实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或动作。在一个示例中，计算机可用程序代码可以被体现在计算机可读存储介质内；计算机可读存储介质是计算机程序产品的一部分。在一个示例中，计算机可读存储介质是非暂时性计算机可读介质。
说明书和附图描述了用于打包三维(3D)构建床的方法和系统。该方法包括：通过基于形状的打包模块进行多次迭代，从零件列表内的多个零件中选择两个零件，并最小化包围两个零件的复合边界框的体积。该方法还可以包括：通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)；以及响应于确定BBRR低于阈值，将两个零件组合以形成复合零件。
本文描述的系统和方法提供了在构建床上的零件的更快、加速的自动打包，以实现高的打包密度以及提高产量。通过使用本文描述的示例，给定的零件将始终具有相同位置和/或定向的相同的相邻零件，其中该零件的热环境在不同的构建中得以维持。零件热环境的这种维持改善了该零件在打印期间所经历的热方面的一致性。
已经给出了前面的描述以说明和描述所描述的原理的示例。该描述并非旨在穷举或将这些原理限制为所公开的任何精确形式。根据以上教导，许多修改和变型都是可能的。

Claims (15)

1.一种打包三维(3D)构建床的方法，包括：
通过基于形状的打包模块进行多次迭代：
从零件列表内的多个零件中选择两个零件；以及
最小化包围两个零件的复合边界框的体积；
通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)；以及
响应于确定BBRR低于阈值，将两个零件组合以形成复合零件。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：响应于确定BBRR低于阈值：
从零件列表中移除第一零件和第二零件；以及
将复合零件添加到零件列表中。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：响应于确定BBRR高于阈值，不组合这两个零件并将这两个零件返回到零件列表中。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：
确定每个零件的热裕度，所述热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离；以及
存储定义每个零件的热裕度的数据；
其中最小化包围两个零件的复合边界框的体积是基于所述热裕度的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，多次迭代地执行所述方法包括：多次迭代地执行所述方法，直到零件列表为空；或者多次迭代地执行所述方法，直到达到阈值时间限制。
7.根据权利要求1所述的方法，包括：
基于最佳位置和定向将复合零件打包到构建床中；以及
打印被打包到构建床中的零件。
8.一种用于打包三维(3D)构建床的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
计算机可读存储介质，其包括体现在其中的计算机可用程序代码，所述计算机可用程序代码在由处理器执行时进行多次迭代，以：
从零件列表内的多个零件中选择两个零件；
最小化包围两个零件的复合边界框的体积；
确定复合边界框的边界框缩小率(BBRR)；
响应于确定BBRR低于阈值：
将这两个零件组合以形成复合零件；
从零件列表中移除第一零件和第二零件；以及
将复合零件添加到零件列表中；
响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印；以及
响应于确定BBRR高于阈值，不组合这两个零件，并将这两个零件返回到零件列表中。
9.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其中，确定复合边界框的BBRR包括：计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和。
10.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其包括计算机可用程序代码，所述计算机可用程序代码在由处理器执行时：
确定每个零件的热裕度，所述热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离；以及
存储定义每个零件的热裕度的数据，
其中最小化包围两个零件的复合边界框的体积是基于所述热裕度的。
11.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其中，迭代次数包括直到零件列表为空的迭代次数，或者直到达到阈值时间限制的迭代次数。
12.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其包括计算机可用程序代码，所述计算机可用程序代码在由处理器执行时：
测量零件列表内的每个零件与每个其他零件相匹配的BBRR；以及
确定产生最佳结果的匹配组合。
13.一种用于打包三维(3D)构建床的计算设备，包括：
处理器；
通信地耦合到处理器的数据存储设备；
基于形状的打包模块，其存储在数据存储设备中且可由处理器执行，以在由处理器执行时：
进行多次迭代：
从零件列表内的多个零件中选择两个零件；
最小化包围两个零件的复合边界框的体积；
通过计算复合边界框的体积除以包围两个零件中的第一零件的第一边界框和包围两个零件中的第二零件的第二边界框的体积之和来确定边界框缩小率(BBRR)；以及
响应于确定BBRR低于阈值：
将两个零件组合以形成复合零件；
从零件列表中移除第一零件和第二零件；以及
将复合零件添加到零件列表中。
14.根据权利要求13所述的计算设备，其中，基于形状的打包模块在由处理器执行时：
响应于确定BBRR高于阈值，不组合这两个零件，并将这两个零件返回到零件列表中；以及
响应于确定复合零件内的零件的数量超过复合阈值，将复合零件添加到复合零件列表中以用于打印。
15.根据权利要求13所述的计算设备，其中，基于形状的打包模块在由处理器执行时：
确定每个零件的热裕度，所述热裕度定义最小化与相邻零件的热串扰的最小零件放置距离；以及
存储定义每个零件的热裕度的数据，
其中最小化包围两个零件的复合边界框的体积是基于所述热裕度的。
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