CN112236289A - 用于自动工具路径生成的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于诸如通过自动工具路径生成促进零件制造的方法，可包括以下中的一项或更多项：接收虚拟零件；修改虚拟零件；和/或确定制造目标零件的工具路径。工具路径优选地界定了有序序列的增材工具路径和减材工具路径，更优选地，其中增材工具路径和减材工具路径是交错的，这可以起到实现高制造效率和/或性能的作用。该方法可以另外地或替代地包括：基于工具路径生成机器指令；基于机器指令制造目标零件；校准制造系统；和/或任何其他合适的环节。

Description

用于自动工具路径生成的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年05月22日提交的美国临时申请序列号62/675,073的权益，该临时申请通过此引用以其整体并入。
技术领域
本发明总体上涉及零件制造领域，并且更具体地涉及在零件制造领域中用于自动工具路径生成(automated toolpath generation)的新的有用的方法和系统。
背景
零件制造的工具路径的确定，特别是通过组合的增材制造技术和减材制造技术(combined additive and subtractive fabrication techniques)进行的制造，可能是一项复杂和/或耗时的任务。此外，这样的工具路径可能导致制造效率低下(例如，时间和/或材料效率低下)。因此，在零件制造领域中需要创建一种用于自动工具路径生成的新的有用的方法和系统。
附图简述
图1是方法的实施例的流程图表示。
图2是确定工具路径的实施例的流程图表示。
图3A-图3B分别描绘了用于内表面的平面减材工具路径和非平面减材工具路径的俯视图。
图4描绘了竖直表面制造的第一实施例的侧视图。
图5A-图5C分别描绘了在执行减材制造窗口之前、期间和之后的竖直表面制造的第二实施例的侧视图。
图6A描绘了目标零件的示例的侧视图。
图6B-图6C描绘了与目标零件的示例相关的示例制造计划。
图7A描绘了目标零件的垂直于零件定向向量的横截面视图。
图7B描绘了叠加在扩张零件和扩张-侵蚀零件(dilated-and-eroded part)上的图7A的目标零件的横截面视图的细节区。
优选实施例的描述
本发明的优选实施例的以下描述并不意图将本发明限于这些优选实施例，而是为了使本领域中的任何技术人员都能够制造和使用本发明。
1.综述
一种用于促进零件制造(例如，经由自动工具路径生成)的方法10优选地包括(例如，如图1所示)：接收虚拟零件S100；修改虚拟零件S200；以及确定制造目标零件的工具路径S300。方法10可以另外地或替代地包括：基于工具路径生成机器指令S400；基于机器指令制造目标零件S500；校准制造系统S600；和/或任何其他合适的环节(element)。
方法10优选地使用用于自动工具路径生成和/或零件制造的系统20来执行。系统20优选地包括计算系统和/或制造系统，并且可以另外地或替代地包括任何其他合适的元件。
然而，方法10可以另外地或替代地使用任何其他合适的系统来执行，并且系统20可以另外地或替代地用于执行任何其他合适的方法。
2.益处
方法10和/或系统20的实施例可以给予许多益处。首先，方法10和/或系统20可以用于实现改进的制造性能和/或效率(例如，时间和/或材料效率)。例如，在超出目标零件尺寸之外沉积最少的额外材料的实施例中，材料浪费得到减少，并且大部分减材制造时间直接有助于零件完成，而不是粗略的材料移除。可能需要更少的切割工具，这可以减少制造期间更换工具的时间。此外(例如，由于将减材制造技术应用于坯体而不是烧结材料或单一金属(unitary metal))，即使使用小切割工具(例如，如直径为0.010-0.050英寸的端铣刀)，也可以实现快速、高质量的材料移除。
其次，方法10和/或系统20的实施例可以实现自动化或半自动工作流程。例如，输入文件(例如，虚拟零件)可能不需要人工预处理，并且可能不需要特殊技能或训练(例如，专门针对系统的组合增材技术和减材技术)。在一些示例中，在方法10的执行期间不需要人工干预(例如，在接收到虚拟零件S100之后，可以自主地执行方法环节(例如，S200-S600中的全部或任何一个))。然而，方法10和/或系统20可以另外地或替代地给予任何其他合适的益处。
3.系统
系统20优选地包括制造系统(例如，如2017年9月15日提交的且标题为“Systemand Method for Additive Metal Manufacturing”的美国专利申请号15/705,548中所述，该申请通过此引用以其整体并入本文)，更优选地被配置为执行增材制造任务和减材制造任务两者的系统。制造系统优选地包括一个或更多个：沉积机构(例如，包括打印材料分配器(如针或其他喷嘴))、材料移除机构、和移动机构，以及可以另外地或替代地包括任何其他合适的元件。
制造系统(例如，沉积机构)优选地可操作以通过沉积前体材料(precursormaterial)(例如浆料)(例如，2017年5月12日提交的且标题为“Sinterable Metal Pastefor use in Additive Manufacturing”的美国专利申请号15/594,472所述)，优选地形成高密度坯体的无粘结剂浆料，来制造金属零件。然而，沉积机构和/或制造系统的其他元件可以另外地或替代地以任何其他合适的方式可操作地制造零件(例如，金属零件)。
材料移除机构优选地包括一个或更多个铣削工具，并且优选地被配置成在不同的铣削工具之间自动更换(例如，使用自动工具更换器)。铣削工具可以包括，例如，端铣刀(例如，方形铣刀、圆角铣刀、球铣刀、球形铣刀、键槽铣刀、倒角铣刀等)、飞刀、面切削工具(facing tools)和/或任何其他合适的铣削工具。
移动机构(例如，诸如线性致动器的平移机构、诸如旋转致动器的旋转机构等)优选地是被配置为相对于沉积机构和/或材料移除机构(例如，通过移动零件，如通过移动零件被支撑和/或零件被固定到其上的工作台；通过移动沉积机构和/或材料移除机构等)重新定位所制造的零件(例如，在制造期间)的机构。移动机构的运动优选地是电子控制的(例如，CNC移动机构)，但是可以另外地或替代地以任何其他合适的方式控制。
系统20优选地包括一个或更多个计算系统(例如，被配置为与制造系统通信和/或控制制造系统的操作等)。计算系统可以包括与制造系统、用户设备(例如，智能电话、平板电脑、膝上型电脑和/或台式电脑等)、远程服务器(例如，互联网连接的服务器，如由工具路径生成服务提供商和/或制造系统制造商托管的服务器)和/或任何其他合适的计算系统集成(例如，嵌入、直接连接等)的计算设备。
然而，系统20可以另外地或替代地包括呈任何合适布置的任何其他合适的元件。
4.方法
4.1接收虚拟零件
接收虚拟零件S100优选地用于确定要制造的零件的参数(例如，应为其生成制造工具路径)。虚拟零件优选地是物理对象的计算机表示，例如CAD文件(如，诸如STEP、STL等格式的文件)。虚拟零件优选地由计算系统接收。虚拟零件可以从另一个计算系统、从虚拟零件数据库、从用户(例如，使用运行在计算系统上的CAD应用程序)、从一组一个或更多个传感器(例如，3D扫描系统)和/或任何其他合适的实体被接收。然而，虚拟零件可以另外地或替代地以任何其他合适的方式被接收。
4.2修改虚拟零件
修改虚拟零件S200优选地用于使接收的虚拟零件(原始零件)适于制造。S200优选地由计算系统(和/或另一计算系统)执行，并且优选地响应于接收虚拟零件S100而执行，但是可以另外地或替代地由任何合适的实体或多个实体以任何合适的时间安排来执行。
S200任选地包括确定零件定向。该定向可以是与原始零件相关的定向，或者可以基于制造标准来确定。在第一示例中，零件的宽面被选择为底面(例如，其中竖直轴线定向被定义为垂直于底面和/或竖直位置被定义为在底面为零)，这可以有助于固定和/或粘附到制造系统工作台。在第二个示例中，凹面(concave surface)被选择作为面向上的表面(例如，其中零件的其他部分都不在凹面之上)，这可以减少悬伸特征(overhangingfeature)，从而有助于减材制造过程。但是，可以以任何合适的方式选择定向。
S200优选地包括补偿所制造的零件的收缩和/或变形(例如，由后制造工艺(如烧结)引起的)，从而基于原始零件生成目标零件(例如，在S500中要制造的目标零件)。例如，原始零件可以按比例放大(例如，均匀地(如通过预定义的因子)按比例放大；非均匀地(如基于收缩建模(shrinkage modeling))按比例放大；等等)来生成目标零件。
S200优选地包括沿着一个或更多个维度(例如，宽度、高度等)扩大零件的特征，从而生成加大尺寸的零件(oversize part)，优选地基于目标零件，但也可以替代地基于原始零件和/或任何其他合适的虚拟零件。加大尺寸的零件可以作为增材制造的目标(例如，在没有任何减材制造的情况下的制造目标)。这种扩大可以允许在减材制造期间一致的材料移除(例如，确保良好的表面光洁度(surface finish)、减少和/或消除外部空隙等)。
扩大特征可以包括，例如，在所有横向方向(例如，垂直于分层轴线(如竖直轴线)的所有方向，包含在平面(如增材切片等)内的所有方向)上扩大零件的每个特征和/或通过高度扩大常数(例如，预定常数(如5-75μm、沉积层厚度的5％-75％)等)在竖直方向上扩大零件的每个特征)。在一些示例中，一个或更多个负零件特征(例如，凹穴和/或孔(如小直径孔))可以通过这种扩大来收缩到零或接近零的尺寸；这种将要收缩到接近零的尺寸(例如，定义尺寸(如宽度或深度)低于阈值)的负特征可以任选地替代为收缩到零尺寸(例如，其中将使用另外的减材制造来实现期望的特征)。
在第一实施例中，这种扩大通过一个或更多个扩张操作来实现。扩张操作导致扩张的形状，该扩张的形状被定义为通过使扩张工具(例如，圆形、球形、圆柱形等)沿着原始形状(正被扩张的形状(如目标零件))的外表面绘制而形成的形状，其中扩张的形状等于原始形状和由扩张工具绘制的整个体积的结合。扩张工具可以具有预定的尺寸(如直径)，例如50-750μm或沉积线路宽度(deposition road width)的5-75％，可以具有动态确定的尺寸(如基于零件几何形状确定)，和/或可以具有任何其他合适的尺寸。在该实施例的一个变型中，扩张操作之后是一个或更多个侵蚀操作，其中扩张形状的外表面向内移动固定距离(优选地小于扩张工具的尺寸(如扩张工具尺寸的10％-90％))，如图7A-7B中的示例所示。在第二实施例中，这种扩大是通过在所有横向方向上以宽度扩大常数(例如，预定常数(如50-750μm、沉积线路宽度的5％-75％)等)扩大零件的每个特征来实现的。然而，该零件可以另外地或替代地以任何其他合适的方式扩大。
S200可以任选地包括向零件(例如，原始零件、目标零件、加大尺寸的零件等)添加支撑特征。支撑特征可用于支撑高纵横比(aspect ratio)和/或悬伸的零件特征、形成零件特征的模具、和/或提供任何其他合适的功能。支撑特征可以在确定制造目标零件的工具路径S300之前(例如，与S200的其他方面同时和/或紧接在S200的其他方面之后执行)确定，可以与S300同时确定(例如，与S320同时)，和/或可以在任何其他合适的时间确定。
S200可以任选地包括对可以被修改和/或将要被修改以降低其密度(例如，为了减轻零件的重量的目的)的区域(例如，体积)进行识别，例如通过以小于100％的填充分配填充区域和/或不填充这些区域。轻量化(Lightweighting)可以起到例如加快打印时间和/或节约材料的作用。这种体积可以手动地(例如，由用户和/或设计者)识别，例如在所接收的虚拟零件中指定，可以自动识别(例如，作为与表面的允许距离的函数)，和/或可以以任何其他合适的方式识别。响应于这些体积的识别，S200优选地包括修改虚拟零件，使得所有或一些识别的体积不包括填充和/或仅包括部分填充(例如，15％、25％、35％、45％、50％、55％、65％、75％、85％、0-15％、15％-40％、40％-60％、60％-85％或85％-100％的填充等)。
支撑特征优选地对应于使用不同于主要材料(例如，用于制造目标零件的材料(如金属浆料))的一种或更多种支撑材料(例如，如于2017年9月15日提交的且标题为“Systemand Method for Additive Metal Manufacturing”的美国专利申请第15/705,548号中所述，该申请通过这个引用以其整体并入本文)制造(例如，通过增材制造)的结构，例如其中，在支撑材料支撑的结构制造之后支撑材料可以被移除(例如，通过熔化、溶解、分解、蒸发、机械移除等)。然而，支撑特征可以另外地或替代地使用主要材料来制造(例如，其中支撑特征在制造支撑特征所支撑的结构之后通过减材制造技术被移除，其中支撑特征不被移除，等)。
然而，S200可以另外地或替代地包括以任何合适的方式执行的任何其他合适的环节。
4.3确定制造工具路径
确定制造目标零件的工具路径S300优选地用于为制造系统生成有效的工具路径。S300优选地包括确定增材工具路径S320以及确定和散布(intersperse)减材工具路径S330(例如，如图2所示)。S300可以任选地包括确定设置工具路径S310、确定和散布辅助工具路径S340和/或任何其他合适的环节。S300优选地在S200之后(例如，响应于S200)执行，但是可以另外地或替代地在任何其他合适的时间执行。
确定设置工具路径S310优选地用于生成与准备零件制造的制造系统工作台(例如，机床)相关的工具路径。设置工具路径可以包括：增材工具路径(例如，沉积主要材料和/或支撑材料(可以在其上制造零件)，优选地以创建平坦的水平表面用于沉积；在制造过程中沉积粘合材料以固定零件；等)；减材工具路径(例如，对工作台和/或所沉积的材料或其一部分面切削，以产生用于沉积的平坦水平表面)；和/或任何其他合适的工具路径。这些设置工具路径可以用于补偿工作台的非平面性和/或未对准、非线性和/或其他缺陷(如导致机架(gantry)精度的降低)和/或制造系统的任何其他合适的方面。
确定增材工具路径S320优选地用于生成材料沉积工具路径(例如，对应于加大尺寸的零件)。S320优选地包括确定增材体积(例如，增材切片)和确定每个体积的增材工具路径，并且可以另外地或替代地包括确定支撑材料工具路径和/或任何其他合适的环节。
确定增材体积优选地包括：对零件(例如，加大尺寸的零件)水平地切片，但是可以另外地或替代地包括对零件竖直地和/或以倾斜的角度(例如，相对于竖直轴线)切片；界定具有非平面边界的体积；和/或将零件分成任何其他合适的体积(优选地，共同跨越整个零件的一组体积，更优选地大体上相互不重叠)。这些体积优选地彼此平行(例如，并且规则地间隔开)，但是替代地可以具有任何合适的相对定向。每个体积优选地对应于单个沉积层，但也可以替代地对应多个沉积层。切片优选地具有相等的厚度(例如，等于沉积层厚度，优选地沉积层中的可以通过减材加工移除的额外的材料(如额外的5-150μm)也计入)，但是切片厚度也可以另外地或替代地动态确定(例如，与切片和/或切片组的最低侧壁斜率成比例的厚度，被改变以补偿悬伸特征的厚度等)。例如，对于包括打印悬伸部(printingoverhangs)(例如，其中沉积层的一条或更多条线路包括不完全由下面的沉积层支撑的打印材料)的切片，可以减小切片厚度(和/或沉积层厚度)，这可以帮助实现更高的打印保真度(例如，避免打印材料由于表面张力效应而变形，如打印的材料远离悬伸边缘移动)。在具体示例中，沉积层厚度和/或切片厚度可以是5、10、20、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、100、105、110、120、150、3-10、10-30、30-60、60-75、75-100、100-130和/或130-200μm，但是另外地或替代地包括任何其他合适的厚度。
为每个体积(例如，切片)确定增材工具路径优选地用于确定路径(例如，横向和/或大体上横向的路径)，以用沉积材料的相邻线路(例如，宽度大体相等的线路，例如0.5-2mm宽)填充期望的区域。
在一个实施例中，用于体积的增材工具路径包括填充区段，该填充区段为特征的内部提供覆盖(例如，遵循直线模式，如螺旋式、牛耕式等)，后面和/或前面有一个或更多个(例如，几个，如2个、3个、4至6个等)周边，通常从填充区段向外同心地打印(例如，沿着与加大尺寸的零件中的特征的周边相关的路径)，覆盖特征的剩余部分。然而，当实施工具路径时，这种方法可能导致一个或更多个不利影响(例如，对打印层和/或零件的损害)。例如，由于突然的方向变化(例如，在直线图案的拐角处，在与非矩形特征横截面的凹部相关的间隙处等)，填充部的一些部分可能会表现出较高的厚度和/或边缘粗糙度(例如，与打印材料的大部分相比)。随后的周边线可能在这些粗糙的界面处形成空隙，这可能导致较差的材料性能，特别是对于在大体相同的横向位置(例如，在填充部-周边接合处)都显示出这种空隙的多个连续层。另外地或替代地，沉积材料的收缩，例如由于浆料或其他沉积材料的变干(例如，由于变干的材料的增加的材料压紧(material packing))，会降低打印切片的尺寸精度(例如，特别是由于来自多条线路的收缩的叠加，由于一些或所有沉积材料的部分变干导致的不一致收缩等)。沉积材料(例如，未变干的材料)的变形，例如由于与材料(例如，相邻的打印线路的材料)接触沉积的额外材料所施加的机械力所造成的变形，也会降低尺寸精度。然而，可以实施该实施例的一个或更多个变型，这可以减轻或消除这种不利影响。
在第一变型中，在填充部沉积和周边沉积之间可以包括一种或更多种减材制造技术，例如外形修整(如填充部侧壁外形修整)和/或面切削。这种外形修整可以提供邻接周边线路的平坦表面，从而减少填充部-周边连接处空隙的产生。以这种方式的面切削能够控制填充部突变处(infill turnarounds)的高度(例如，在沉积突然改变方向的地方，如在沉积区域的边缘)，这能够便于周边沉积(例如，通过使沉积针能够在不撞击填充部突变处的凸起区段的情况下打印周边)。
在第二种变型中，对于不同的切片(例如，在两个不同的接合位置之间交替)，填充部-周边接合的位置(例如，相对于期望的外表面)可以改变。例如，第一切片可以包括在标准位置界定填充部-周边接合的工具路径(例如，包括围绕填充部的1、2或3条周边线路等)，第二切片(例如，邻近第一切片)可以界定稍微更小的填充区域(例如，与第一切片相比包括1-3个额外的周边线路)，第三切片(例如，邻近第二切片)可以使用与第一切片相同的接合位置，第四切片(例如，邻近第三切片)可以使用与第二切片相同的接合位置，依此类推。
在第三种变型中，在沉积另外的(例如，相邻的和/或接触的)材料之前，可以对一些沉积材料干燥，优选地完全干燥，或干燥成使得大体上所有的收缩都已经发生(例如，使用如下所述的辅助工具路径，等待，直到已经过了阈值干燥时间间隔等)。例如，用于打印一组周边的有序序列(ordered series)的工具路径可以包括：用于打印内周边的工具路径，随后是用于干燥内周边的材料的干燥工具路径(例如，与一个或更多个干燥工具(如灯和/或风扇)相关)，随后是用于打印与内周边接触的外周边(例如，界定扩大零件的外表面的一部分的外周边)的工具路径。
第四种变型包括使用上述变型中的两种或更多种，例如：使用减材制造技术(例如，面切削和/或填充部侧壁外形修整)和填充部-周边接合位置交替。然而，不利影响可以可选地以任何其他合适的方式来减轻。
增材工具路径可以任选地包括不同的沉积参数，例如基于制造零件的特定区域所需的沉积细节确定的沉积参数。沉积参数可包括，例如，喷嘴-表面竖直间距、挤出比(定义为挤出机移动量与喷嘴-表面行程的函数)和/或任何其他合适的参数。在第一个示例中，使用大的竖直间距和快速挤出速度(例如，高挤出比)来实现高液体速度(例如，沉积材料的相应高剪切)，这可以导致快速沉降到最终层厚度。这些条件可用于帮助避免喷嘴与先前沉积的材料碰撞，并且优选地用于制造零件的更宽的区域和/或更低的细节特征。在第二个示例中，使用小的竖直间距和慢的挤出速度来实现低的液体速度(例如，和较低的剪切流)，这可以减少沉积材料的滑塌和/或沉降，从而能够实现更精细的特征的增材制造(因此优选地用于这种特征)。然而，增材工具路径可以另外地或替代地包括任何其他合适的沉积参数。
优选地，沉积参数在每个工具路径中动态变化，更优选地每个参数在沿工具路径的任意点处可独立地控制(例如，进给速率作为以下项的函数来自动控制：线路长度、相对于前一条线路和/或后一条线路的线路角度、当前是否沉积周边或填充部、与理想工具路径的容许距离误差等)，但也可以替代地在单个增材路径、工具路径、切片和/或制造零件内是固定的(例如，且在不同的增材路径、工具路径、切片和/或制造零件之间是可变的)。在沉积参数以较低粒度(granularity)改变的变化中(例如，对于整个线路是固定的)，参数优选地被设置为实现所需细节所需的最保守的值，但是替代地可以被设置为不太保守的值(例如，牺牲一些更精细的细节以实现更快的打印速度)和/或任何其他合适的值。
增材工具路径可以任选地包括高度调节，以实现期望的针-工件竖直间距(例如，以保持恒定的间距，以控制如上所述的间距等)。在一些实施例中，对竖直间距的严格控制对于实现材料沉积的良好控制可能是重要的。高度调节可以例如基于校准信息来确定，并且优选地用于补偿对应于制造系统方面的变化例如横向位置(例如，工件和/或沉积机构)、温度和/或负载的变化而改变的高度。这种高度调节可以另外地或替代地在S500期间(例如，如下面进一步详细描述的)和/或在任何其他合适的时间确定。
增材工具路径可以任选地包括(例如，对于小特征(如界定小于阈值尺寸的一个或更多个维度的特征))扩张增材工具路径中的特征的方面(例如，以实现最小打印特征尺寸)。在这种情况下，可以使用减材制造技术(例如，铣削)来实现目标零件的期望特征。这种方法可以用来减少与非常小的特征的沉积相关的制造误差。采用该方法的特征优选地被包含在单个窗口(例如，增材窗口和/或减材窗口)内，但是可以另外地或替代地包括跨越多个窗口的特征和/或任何其他合适的特征。
增材工具路径可以任选地包括支撑材料工具路径。与工具路径相关的支撑材料可用于，例如：支撑随后沉积的零件特征，例如高纵横比和/或悬伸的特征；为随后沉积的特征形成模具；和/或保护先前沉积和/或精加工的表面(finished surfaces)(例如，通过铣削精加工的表面)。支撑材料工具路径优选地对应于不同于主要材料的支撑材料的沉积，但是可以另外地或替代地包括主要材料的沉积。支撑材料工具路径可遵循用于零件沉积的相同的沉积机构和/或不同的沉积机构。
S320的全部或一部分(例如，增材切片确定、增材工具路径生成等)可以任选地使用标准熔融沉积建模(FDM)软件工具(例如，Slic3r、Prusa等)、其修改版本和/或任何其他合适的软件工具来执行。S320可以另外地或替代地包括以任何其他合适的方式确定增材工具路径。
确定和散布减材工具路径S330优选地用于生成用于制造目标零件的减材工具路径(例如，从加大尺寸的零件或其部分，与增材工具路径协作等)。减材工具路径可以包括对应于内部零件表面(例如，最终制造零件的界面，如两个相邻增材层之间的界面)、外部零件表面(例如，最终制造零件的暴露表面)的工具路径和/或任何其他合适的减材工具路径。
对应于内部零件表面的减材工具路径(例如，接触内部零件表面(如将通过进一步的增材步骤封装在零件内的表面)的工具路径)优选地包括面切削工具路径(例如，对临时顶部表面(如最近沉积的增材层的暴露顶部表面)的面切削)。这种面切削可以起到为后续添加剂层的沉积提供平坦表面的作用。相对于其他减材工具路径(如外表面精加工工具路径)，这些面切削工具路径优选地是快速和/或粗糙的，并且优选地使用大型切割工具(端铣刀、端面铣刀、其它面切削工具(如飞刀)等)。
面切削表面优选地包括制造件的当前顶部，例如最近沉积的增材切片的顶部，但是可以另外地或替代地包括任何其他合适的表面。面切削的表面优选大体上是水平的，但是可以另外地或替代地包括任何其他合适定向的表面。
每个增材层优选地被面切削，但是替代地，只有增材层的子集可以被面切削(例如，每组层数为如2、3、4、5、6-10等；在阈值沉积厚度之后(如，0.05、0.1、0.2、0.5、1或2mm等；仅在需要面切削和/或预期面切削有利于零件制造时，如响应于确定了表面平面度、粗糙度和/或误差(例如相对于标称高度和/或目标高度的误差)差于阈值；等)。
尽管被称为面切削工具路径，但本领域技术人员应认识到，这种工具路径可以另外地或替代地包括内表面的非平面加工(例如，为后续沉积准备表面)。例如，这种非平面表面可以起到补偿随后的非均匀厚度沉积的作用。在一个实施例(例如，其中沉积机构包括具有锥形焦点和大沉积半径的喷射工具的实施例)中，其中增材工具路径在层的边缘附近产生比在层的内部更薄的沉积，加工的内表面可以从边缘附近的平面向上偏离(例如，从大体上水平的平面向上弯曲)，从而补偿在边缘处减少的材料沉积(例如，如图3B所示，例如与图3A相反，在图3A中描绘了平面面切削工具路径)。该种偏差可以包括每个边缘处的固定偏差(例如，曲率)，可以动态地确定(例如，基于以下增材工具路径(如通过对工具路径的预期层厚度建模并相应地确定轮廓)，优选地以在打印后获得大体平坦的表面)，和/或可以以任何其他合适的方式确定。然而，减材工具路径可以另外地或替代地包括用于以任何其他合适的方式加工内表面的工具路径。
对应于外部零件表面的减材工具路径优选地包括精加工工具路径。这种工具路径优选地用于在具有所需零件尺寸(例如，对应于目标零件)的零件中有效地实现高质量表面光洁度。工具路径可以另外地或替代地包括粗加工工具路径，但是增材工艺优选地产生不需要粗加工(例如，对于该结构，可以在沉积材料上直接进行精加工，而不需要介入减材技术)的结构(例如，加大尺寸的零件的结构)。确定和散布外表面工具路径(例如，精加工工具路径)优选地包括：确定一个或更多个切割工具；确定减材体积；确定增材窗口和减材窗口；在每个减材窗口内，对潜在的工具路径段进行分组；对于每个组，选择切割工具并确定工具路径；和/或组合工具路径。
确定一个或更多个切割工具优选地用于确定能够或将要用于执行减材工具路径的一组切割工具(例如，制造系统中可用的切割工具、在确定减材工具路径时要考虑的切割工具等)。切割工具可以包括端铣刀(例如，方形端部、圆角端部、球形端部等)、键槽铣刀、端面铣刀、飞刀和/或任何其他合适的切割工具，优选地包括多种尺寸(例如半径、长度等)的切割工具。然而，切割工具可以另外地或替代地包括任何其他合适的工具。
减材体积(例如，减材切片)优选地是水平切片和/或平行于增材切片的切片，但是替代地可以包括任何其他合适的切片和/或其他体积(例如，如上文关于S320所述的体积)。减材体积可以与增材体积相同或不同。减材体积优选地是一组共同跨越整个零件和/或整个零件的表面(例如，目标零件、加大尺寸的零件等的整个表面)的体积。减材体积可以是相互不重叠或大体上相互不重叠的，可以有一些重叠(例如，以提供体积之间的平滑过渡，以确保由减材工具路径完全覆盖制造的零件表面等)。在一些实施例中，所有或一些减材体积可以被交织成增材体积(例如，通过采用工具避免技术(tool avoidance techniques))。减材体积可以任选地基于切割工具和/或零件几何形状来界定(例如，其中减材体积对应于水线轮廓路径的单个切割工具道次(cutting tool pass))，但是可以另外地或替代地基于任何其他合适的信息来确定。
确定增材窗口和减材窗口优选地用于确定连续增材制造和减材制造的组(例如，不掺入减材制造的增材窗口，不掺入增材制造的减材窗口)。窗口优选地是体积组(例如，增材窗口的增材体积，减材窗口的减材体积)，更优选地是相邻的体积。确定窗口优选地包括确定窗口排序。
窗口(及其排序)优选地基于以下标准中的一个或更多个来确定。首先，切割工具(例如，端铣刀)可以优选地到达减材窗口的所有表面(例如，要铣削的表面)，而工具不会碰撞(例如，进入部分制造的零件)，优选地基于来自所考虑的减材窗口之前的所有窗口的制造进度来确定。零件的顶部表面、侧面和/或任何其他部分可能会发生工具碰撞。同时加工高角度区域(例如，竖直侧壁和/或接近竖直的侧壁、悬伸部下方的特征等)，可以选择小的减材窗口、底切工具(例如，底切端铣刀(如球端铣刀、键槽铣刀等))可用于窗口内的减材铣削，和/或可采用任何其他合适的预防措施(例如，来避免工具碰撞)。
第二，随后的增材窗口和减材窗口优选地不损坏已经精加工的零件的部分(例如，表面)。例如，如上所述，增材层优选地打印有比目标零件大的材料(例如，对应于加大尺寸的零件)，这使得随后的减材制造能够实现具有目标零件维度的高质量的表面光洁度。然而，打印在已经精加工的表面顶部上(例如，悬伸)的材料可能滴落和/或塌陷到精加工的表面上，从而损坏它。因此，优选地确定窗口及其顺序以避免这种损坏。
在第一变型中，其中精加工一组表面的减材窗口优选地不被安排在包括打印到该组的任何表面上(和/或邻近于该组的任何表面(如足够近以至于打印材料可以扩散到其上))的增材窗口之前(例如，从而避免打印到精加工的表面上)。在一个示例中(例如，其中目标零件包括高的竖直表面或接近竖直的表面(如比可用于精加工该表面的最长切割工具的切割区域长度高的表面))，该表面可以在一系列交替的增材窗口和减材窗口上制造，包括(例如，如图4所示)：在第一增材窗口中，沉积第一组层；在第一减材窗口中，使用底切工具来精加工第一组层的竖直表面部分，除了顶部部分(例如，顶层或层、顶层的顶部部分等)；在第二增材窗口中，在顶部部分的顶部上沉积第二组层(例如，其中这些层被沉积到未精加工的表面上，但不沉积到下面的精加工的表面上)；在第二减材窗口中，使用底切工具(例如，相同的底切工具、不同的工具等)精加工第二组层的竖直表面部分(连同第一组层的未精加工部分)；以此类推，直到最后一个减材窗口，其中整个剩余的未精加工的竖直表面优选地被精加工(例如，使用标准的非底切工具；使用底切工具；等等)。
在第二种变型中，悬伸控制优选用于到精加工的表面上的增材制造和/或邻近精加工的表面的增材制造。为了在将悬伸层沉积到已经精加工的表面上时实现这种控制，增材窗口内的每个后续层可能会过量填充(例如，悬伸在精加工的表面上，超过目标零件尺寸等)增加的量(例如，达到最大过量填充)，从而在精加工的表面上产生受控的悬伸。在一个示例中(例如，如图5A-图5C所示)，增材窗口的第一沉积层可以悬伸第一量(例如，小于由加大尺寸的零件扩张的量，但大于由目标零件扩张的量)，例如10-25、10-50或10-100μm，并且增材窗口的所有后续沉积层可以悬伸第二量(例如，由加大尺寸的零件扩张)，例如25-50、25-100或25-150μm。在这个示例中，然后可以在单个减材窗口中精加工所有悬伸层，然后可以在它们的顶部上沉积额外悬伸层(例如，使用悬伸控制，如本示例中所述)并随后完成。另外地或替代地，当沉积到精加工的表面上和/或邻近精加工的表面沉积时，可以降低打印速度，这可以降低沉积材料扩散到精加工的表面上和/或损坏精加工的表面的风险。然而，对精加工的表面的损坏可以另外地或替代地以任何其他合适的方式减轻和/或防止。
第三，增材窗口优选地尽可能大(例如，尽可能多的切片、尽可能高的高度等)而不违反第一标准和第二标准。然而，增材窗口和/或减材窗口及其排序可以另外地或替代地以任何其他合适的方式来确定。
在每个减材窗口内，潜在的工具路径段(例如，沿着表面的单个工具道次、体积的单个表面部分等)优选地按表面分组。该分组优选地用于确定工具路径组(例如，对于随后的工具路径确定，其可以任选地被视为不可分割的单元)。每个潜在工具路径段不一定对应于真实工具路径的段，但是可以另外地或替代地指一个或更多个表面的任何合适的部分。
在一些实施例中，可以基于这样的表面(例如，基于表面的形状、尺寸、位置和/或任何其他合适的特征)来确定减材体积和/或减材窗口。在一个这样的实施例中，待制造的零件以重叠(例如，交错)的高度(例如，沿着垂直于水平面、垂直于零件的支撑和/或沉积平面等界定的零件定向向量)界定多个表面(和/或表面特征)，例如在图6A中作为示例示出的。对于这样的零件，如果减材体积和/或减材窗口由平行的平面切片(例如，水平切片)界定，它们将在多个体积上分离一个或更多个这样的表面(这可能对零件制造质量、减材加工效率等有害)，或者单个减材体积将包含重叠高度的所有表面(这可能不可行，可能无法实现高效的工具路径集等)。相反，通过使用非平行和/或非平面边界来界定减材体积和/或窗口，表面可以各自包含在可行尺寸的单个体积和/或窗口内(例如，如图6C所示)。因此，可以在与表面相关的单个窗口中对每个表面(或其子集)执行进行加工。优选地，以这种方式确定的工具路径导致，对于与这些表面中的一个相关(例如，界定这些表面中的一个)的每个特征，在加工与该特征相关的表面之前(通过减材工具路径)，沉积整个特征(通过增材工具路径)，如图6B-图6C中的示例所示。
确定工具路径组优选地包括按表面类型对潜在的工具路径段进行分类。这种表面类型可以包括，例如：被指示(例如，在接收的虚拟零件中)为不重要的表面(例如，可接受差的公差和/或表面光洁度的表面)；悬伸部下方的表面(例如，基于如上所述的窗口排序，考虑当前窗口执行时存在的特征；不考虑沉积在后续窗口中的特征)；水平面；和/或所有其他表面。
一些或所有表面(例如，扩大表面，例如大于阈值面积或大于总表面积的阈值分数的表面；具有高度不均匀特征复杂性和/或尺寸的表面；等等)可以任选地进一步分成子表面。例如，可以分离表面，使得每个子表面组对于使用单个切割工具的减材制造来说是最佳的和/或可接受的(例如，基于特征尺寸、表面梯度等来确定)。
一些(或全部)工具路径组可以任选地跨窗口延伸(例如，相同的多窗口跨越表面的段可以被组合和处理，就如同它们都是同一窗口的一部分一样)。例如，竖直表面(或者，对于具有多于3轴线控制的制造系统，任何其他合适的平坦表面(如可以平行于切割工具定向的表面))可以跨减材窗口分组，例如通过将表面的较低段推迟到稍后(较高)的窗口。在该示例中，可以使用单个精加工道次(例如，使用长切割工具)来一起精加工所有表面段，而不是对每个段使用单独的道次(例如，使用较短的切割工具)。然而，可以另外地或替代地以任何其他合适的方式确定工具路径组。
优选地，为每个工具路径组(例如，减材窗口内的每个工具路径组)选择切割工具。切割工具优选地基于以下标准中的一个或更多个来选择。第一，可以获得可接受结果(例如，可接受的表面光洁度；与规定尺寸的偏差最小(如低于阈值的偏差等))的最大可用工具优选地被选择用于工具路径组。第二，执行工具更换所花费的次数和/或时间优选地被最小化。当这些标准冲突时，一个可以优先于另一个，或者可以使用两者之间的最佳平衡(例如，基于目标函数)。例如，执行减材窗口的所有工具路径所需的总时间(例如，包括加工时间，如基于所选工具的可接受进给速度和路径长度确定的加工时间；工具更换时间；辅助工具路径时间等)可以最小化。切割工具的选择可以另外地或替代地包括试图减少(例如，最小化)所使用的工具的总数(例如，用于零件或一组零件)，这可以降低执行该方法所需的制造系统的复杂性，和/或试图优化任何其他合适的参数。
对于根据表面类型分类的工具路径组，分类可用于确定或帮助确定切割工具选择。在一个实施例中，可以基于如下所述的工具路径组分类来选择切割工具。
可以忽略不重要的组(例如，没有选择切割工具，不包括减材工具路径)。悬伸部下方的表面可以忽略(例如，如果制造系统不能按要求加工它们)，或者可以与底切工具(例如，键槽铣刀、球端大于半球的球端铣刀(如270°球端等))相关。在一个示例中，悬伸部下方的下表面被外形修整(例如，通过底切工具)，且较高的表面(例如，由于在打印额外悬伸层之后进入表面区域的水平孔的尺寸减小，底切工具无法到达的表面)被忽略。水平表面优选地与面切削工具(例如方形或方形圆角端铣刀、端面铣刀、飞刀等)相关，更优选的是大直径面切削工具。竖直表面优选地与长(和/或大直径)铣削工具相关，尤其是在该组跨越多个减材窗口的情况下。在竖直表面与水平表面相交(例如，在相交处没有圆角)的示例中，竖直表面可以与方形端铣刀相关，其中竖直表面和水平表面(例如，在与竖直表面的相交处附近)的铣削可以任选地由相同的方形端铣刀执行(例如，同时地)。
所有其他表面(例如，需要3D外形修整的表面)优选地与球端铣刀(例如，半球形端铣刀)相关。这些表面优选地与最大的工具相关，该最大的工具与所需的特征相兼容。在一个示例中，通过确定(例如，计算)工具所需的生成工具路径(例如，如下所述确定)和切片的期望边缘之间的误差来确定工具兼容性。如果误差超过阈值，则优选地选择较小的工具(例如，按照直径递减的顺序计算与工具相关的误差，一旦发现达到可接受误差的工具就停止)。
基于工具选择，可以确定工具路径组的执行顺序，优选地使得工具改变和/或总执行时间最小化。然而，切割工具和/或工具路径组排序可以另外地或替代地以任何其他合适的方式来确定。
优选地，为减材窗口内的每个工具路径组确定工具路径(例如，遵循和/或同时选择切割工具)。确定工具路径优选地包括基于以下项来确定进给和/或速度：所选择的切割工具、期望的精加工质量、结构脆性(例如，降低脆性特征附近的进给速率，如高纵横比特征、尖角和/或边缘等)，和/或任何其他合适的信息。
对于水平表面，工具路径优选是从表面的周边开始并向内螺旋的面切削工具路径，但是可以另外地或替代地包括任何合适的面切削工具路径。对于竖直表面，工具路径优选地是侧铣工具路径，更优选地是在单个道次内铣削完表面的工具路径。对于其他表面，工具路径可以包括：水线轮廓工具路径(waterline contour toolpaths)，优选地从顶部开始，但是任选地从底部或任何其他合适的高度开始；使切割工具路径下降(例如，其中任一横向轴线(例如，X轴线或Y轴线)保持不变而另一横向轴线和竖直轴线(例如，Z轴线)变化以界定所需的形貌(例如以遵循给定的表面)的工具路径；其中工具遵循预定的横向模式(例如，直线螺旋式或牛耕式)而竖直轴线变化以界定所需的形貌的工具路径；复制铣削工具路径；等)；和/或任何其他合适的工具路径。在第一个示例中，所有这样的表面都使用水线轮廓工具路径进行铣削。在第二个示例中，所有这样的表面都是使用下降切割工具路径铣削的。在第三个示例中，具有足够浅的梯度(例如，低于阈值)的表面使用下降切割工具路径进行铣削，并且所有其他表面使用水线轮廓工具路径进行铣削。
一些或所有表面可以任选地重新定向并相应地处理(例如，当使用具有多于3个控制轴线的制造系统时，当采用手动零件重新定向和重新固定时，等等)。这种重新定向能够实现更有效的加工技术(例如，使用大直径面切削工具进行面切削)，能够使用更少的窗口和/或工具更换总数，能够使切割工具接近否则难以和/或不可能到达的零件区域(例如，在悬伸部下方)，和/或能够具有任何其他合适的功能。在一个示例中，平坦的表面可以被重新定向到水平定向，然后被面切削，或者可以被重新定向到竖直定向，然后被侧铣。
确定工具路径(和/或该方法的任何其他合适的部分)可以任选地包括将线性运动转换成弧形运动(arcuate motion)。例如，将线性运动转换成弧形运动可以包括：识别由线性段连接的一系列点对应于零件中的期望弧形(例如，基于数学条件(如阈值数量的连续段之间的角度界定彼此的阈值量内的二阶导数))；确定适合该系列点的平滑弧形运动；并用弧形运动代替直线运动。
减材工具路径可以任选地包括用于加工支撑材料的工具路径。这种支撑材料加工工具路径可以任选地包括精加工支撑材料表面(例如，如上文关于精加工所述的)，这可以提高沉积到支撑材料上的材料(例如，主要材料)的质量(例如，表面光洁度)。这种加工可以另外地或替代地包括为后续沉积(例如，主要材料的沉积)界定模具。这些模具可以例如便于易碎特征的沉积(如高的和/或薄的特征)(例如，在期望的特征对于可靠的加工来说太易碎的情况下，不需要后续加工来界定特征等)，和/或可以实现对随后沉积的材料的图案化(例如，压花和/或反向压花等)。
工具路径优选地允许沉积材料的干燥(例如，使得仅干燥的材料被铣削)，例如通过在材料沉积和随后的铣削之间施加延迟时间。替代地，工具路径可以忽略考虑材料干燥，可以有意地包括铣削未干燥的材料，和/或可以以任何其他合适的方式处理沉积材料干燥。对材料干燥可以任选地包括规定的等待时间、热循环和/或质量传递。在一个示例中，干燥材料包括包括所有三种(例如，等待、加热、吹气、等待、冷却)的模式。对材料干燥的目的可以是从沉积的材料中移除一种或更多种成分，使得材料从软变硬，从而能够容易地加工，同时材料大体上保持其形状(例如，在0.001英寸内)。在一些实施例中，干燥材料导致层厚度减小(例如，由于干燥材料的材料压紧增加)。
S330的全部或一部分(例如，减材工具路径生成)可以任选地使用标准的CAM软件工具(例如，Freesteel、MasterCAM、CAMWorks等)、其修改版本、和/或任何其他合适的软件工具来执行。S330可以另外地或替代地包括以任何其他合适的方式确定和/或散布减材工具路径。
S300可以任选地包括确定和散布辅助工具路径S340。这种辅助工具路径可以包括，例如：干燥和/或固化工具路径(例如，用于诸如灯和/或鼓风机的干燥致动器；用于诸如温度和/或溶剂传感器的传感器；等等)；工具维护工具路径，如刀尖清洗、工具更换和/或工具设置(例如，自动检查喷嘴-铣刀偏移，例如在竖直方向和/或任何其他合适的方向)；灰尘和/或碎片移除工具路径(例如，采用真空罩，如上文关于系统所述)；工件检查工具路径；温度测量和/或映射工具路径；能够与加大尺寸的零件、目标零件和/或其他虚拟零件进行比较(例如，光学比较)的工具路径；压实工具路径(例如，包括对工件施加压实压力)；和/或任何其他合适的工具路径。
干燥和/或固化工具路径可以遵循沉积机构路径，可以沿着牛耕式沉积机构路径的慢轴线移动，和/或可以包括任何其他合适的路径。干燥和/或固化工具路径可以任选地包括闭环控制，其中干燥致动器工具路径可以被修改(例如，改变移动速率和/或停留时间、添加和/或移除路径点等)响应由传感器采样的测量值。灰尘和/或碎屑移除工具路径可以包括，例如：遵循切割工具；当切割工具在使用中时激活真空和/或在其他时间停用真空；将护罩移离切割工具(例如，打开护罩)以准备更换工具，然后在更换后将护罩移回新工具；和/或任何其他合适的工具路径。工件检查工具路径可以包括，例如，控制一个或更多个传感器(例如，表面质量传感器)以对工件的测量进行采样，并且任选地自动校正由传感器检测到的缺陷(例如，表面空隙)(例如，将材料沉积到空隙中，允许材料干燥，然后加工沉积的材料以获得期望的尺寸和/或表面光洁度；通过移除有缺陷的层(或其一部分)(例如通过面切削)来重置该层，然后重新制造移除的部分，例如通过重复与该层相关的增材工具路径和/或减材工具路径；等等)。然而，S340可以另外地或替代地包括以任何合适的方式确定任何其他合适的辅助工具路径。
所确定的工具路径(例如，来自所有窗口的)优选地被组合成组合工具路径。组合工具路径优选地包括内表面工具路径(例如，面切削工具路径)、精加工工具路径、增材工具路径和任何其他合适的工具路径。优选地，基于窗口、工具路径组、工具路径组排序和/或所确定的工具路径本身来组合工具路径，但是可以另外地或替代地基于任何其他合适的信息来组合工具路径。然而，S300可以另外地或替代地包括以任何合适的方式确定任何其他合适的工具路径。
4.4生成机器指令
基于工具路径生成机器指令S400优选地用于生成可由制造系统执行的指令(例如，导致目标零件的制造)。S400可以是S300的一部分和/或与S300同时执行(例如，其中工具路径被直接生成为G-代码表示和/或其他机器指令)，在S300执行之后(例如，响应于S300的执行)执行(例如，基于S300中确定的工具路径生成机器指令(如G-代码))，和/或以任何其他合适的时间安排来执行。然而，机器指令可以另外地或替代地以任何其他合适的方式生成。
4.5制造零件
基于机器指令制造目标零件S500优选地包括基于指令控制制造系统。例如，S500优选地包括向制造系统提供机器指令。S500优选地在S400之后执行(例如，响应S400；在S400之后并且响应于触发，例如零件制造请求；等等)但是可以另外地或替代地用任何其他合适的时间安排来执行。S500可以包括使用一个或更多个制造系统制造目标零件的一个或更多个副本(copies)。
S500可以可选地包括基于校准信息(例如，在S600中确定的信息等)调整制造系统操作和/或传感器测量。例如，沉积机构和/或切割工具的竖直位置和/或横向位置(例如，相对于工件)可以基于校准信息和/或传感器测量而改变(例如，以补偿由制造系统缺陷引起的不期望的变化)。传感器测量可以包括与以下项相关的测量：制造系统状态(例如，与校准信息相关的信息(如温度、负载、力等))；直接校准测量，例如激光测量设备和/或监控制造系统的锚定点位置的其他传感器，浆料沉积测量，例如重量和/或视觉测量；等等)、零件状态(例如，零件质量检查，如上所述)、和/或任何其他合适的信息。然而，S500可以另外地或替代地包括以任何其他合适的方式制造目标零件。
4.6校准制造系统
校准制造系统S600优选地用于确定与制造系统相关的校准信息。校准信息可以包括例如在各种条件下制造系统的元件的实际位置和/或元件之间的距离，例如不同的温度、负载、力、受控元件位置(例如，标称位置、由诸如编码器等传感器测量的位置等)和/或任何其他合适的参数。S600优选地在S500之前执行(例如，在初始制造系统调试时)，但是可以另外地或替代地大体上与S500同时执行和/或以任何其他合适的时间安排执行。
在一个示例中，校准制造系统S600包括测量已知的平坦表面(例如，花岗岩块、薄精密金属板等)，例如使用接触和/或非接触计量工具，在一组代表性的机器状态(例如，温度、负载、力、受控位置等)上来确定补偿信息。在零件制造期间，测量的校准信息可以被内插(和/或外推)以确定实际(例如，测量的)制造系统条件的校准信息。然而，S600可以另外地或替代地包括以任何其他合适的方式校准制造系统，并且该方法可以另外地或替代地包括任何其他合适的方法环节。
虽然为了简洁被省略，但是优选实施例包括各种系统部件和各种方法过程的每个组合和置换。此外，优选方法的各种过程可以以配置成接收存储计算机可读指令的计算机可读介质的机器来至少部分地实施和/或实现。指令优选地由优选地与系统集成在一起的计算机可执行零件执行。计算机可读介质可被存储在任何适当的计算机可读介质(例如RAM、ROM、闪存、EEPROM、光学设备(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何适当的设备)上。优选地，计算机可执行部件是通用的或专用应用处理子系统，但是任何合适的专用硬件设备或硬件/固件组合设备可以另外地或替代地执行指令。
附图展示了根据优选的实施例、示例配置及其变化形式的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施的架构、功能和操作。在这方面，在流程图或框图中的每个框可以代表模块、段(segment)、步骤或一部分代码，所述一部分代码包括用于实施指定的逻辑功能的一个或更多个可执行的指令。还应当注意，在某些可选择的实施方式中，在框中提到的功能可以不按照附图中提到的顺序发生。例如，连续示出的两个框事实上可以被大体上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。还将注意的是，框图和/或流程示意图的每个框以及框图和/或流程示意图中的框的组合可以由进行指定的功能或动作的基于硬件的专用目的系统或专用目的硬件和计算机指令的组合来实施。
如本领域中的技术人员从前面的详细描述和从附图和权利要求中将认识到的，可对本发明的优选实施例进行修改和变化而不偏离在所附的权利要求中界定的本发明的范围。

Claims (22)

1.一种用于促进零件制造的方法，包括，基于虚拟零件模型，确定有序序列的工具路径，所述有序序列包括：
·第一增材工具路径，所述第一增材工具路径用于沉积零件的第一层；
·第二增材工具路径，所述第二增材工具路径用于在沉积所述第一层之后将零件的第二层沉积至所述第一层上；
·第一减材工具路径，所述第一减材工具路径用于在沉积所述第二层之后移除所述第一层的第一部分；
·第三增材工具路径，所述第三增材工具路径用于在移除所述第一部分之后将零件的第三层沉积到所述第二层上；和
·第二减材工具路径，所述第二减材工具路径用于在沉积所述第三层之后移除所述第二层的第二部分。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括，基于所述有序序列，生成用于混合制造系统的机器指令。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括，在所述混合制造系统处，基于所述机器指令制造零件，包括：
·使用所述混合制造系统的材料沉积工具，大体上遵循所述第一增材工具路径、所述第二增材工具路径和所述第三增材工具路径；和
·使用所述混合制造系统的一组切割工具，大体上遵循所述第一减材工具路径和所述第二减材工具路径。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
·所述材料沉积工具是金属浆料打印工具；
·大体上遵循所述第一增材工具路径、所述第二增材工具路径和所述第三增材工具路径包括大体上沿着所述第一增材工具路径、所述第二增材工具路径和所述第三增材工具路径沉积金属浆料；
·所述方法还包括，在沉积所述金属浆料之后，干燥所述金属浆料以形成坯体；
·大体上遵循所述第一减材工具路径和所述第二减材工具路径包括大体上沿着所述第一减材工具路径和所述第二减材工具路径切割所述坯体；并且
·所述方法还包括，在切割所述坯体之后，烧结所述坯体。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括，在所述混合制造系统处，基于所述机器指令制造零件，包括：
·在第一时间之前，沉积所述第一层，包括沉积材料的第一部分，其中所述材料与最小干燥时间间隔相关；
·在所述第一时间之后和第二时间之前，沉积所述第二层，包括沉积所述材料的第二部分；和
·在所述第二时间时，移除所述第一部分的材料；
其中：
·所述第二时间是在所述第一时间之后；
·从所述第一时间到所述第二时间的时间间隔等于最小干燥时间间隔；并且
·基于所述最小干燥时间间隔来执行确定所述有序序列的工具路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
·所述第一增材工具路径、所述第二增材工具路径和所述第三增材工具路径与材料沉积工具相关；
·所述第一减材工具路径与第一铣削工具相关；并且
·所述第二减材工具路径与不同于所述第一铣削工具的第二铣削工具相关。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：
·所述第一层界定表面，所述表面界定参考平面和外部周边；
·所述第二增材工具路径与将所述第二层沉积到所述表面上相关；并且
·所述第二层在所述参考平面上的正交投影包括在所述外部周边之外的点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
·所述第一层界定第一表面和垂直于所述第一表面的轴线；
·所述第二层界定大体上平行于所述第一表面的第二表面，其中所述第二表面跨过所述第二层与所述第一表面相对；
·所述第二增材工具路径与将所述第二层沉积到所述第一表面上相关；
·所述第一减材工具路径与所述第二层的第三部分的移除相关，其中所述轴线与所述第一部分和所述第三部分相交；并且
·所述第二减材工具路径与所述第一层的材料的移除无关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
·所述第一部分和所述第三部分共同地界定平行于所述轴线的第三表面；并且
·所述第一减材工具路径包括沿着用于切割工具的所述第三表面的路径，所述路径界定了平行于所述轴线的长形轴线，其中所述路径与同时切割所述第一层和所述第二层两者相关。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
·所述第二部分是非平面的；并且
·所述第二减材工具路径与球端切割工具相关。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第三表面是非平面的。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一减材工具路径与所述第二层的材料的移除无关。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二减材工具路径与所述第一层的材料的移除无关。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
·基于所述虚拟零件模型，确定零件定向轴线；和
·基于所述虚拟零件模型和所述零件定向轴线，确定加大尺寸的零件模型，包括在垂直于所述零件定向轴线的所有方向上扩大所述虚拟零件模型；
其中确定所述有序序列的工具路径包括：
·基于所述加大尺寸的零件，沿着所述零件定向轴线确定一组增材窗口，其中所述一组增材窗口不重叠并且沿着所述零件定向轴线跨越所述加大尺寸的零件模型的整个长度；
·基于所述一组增材窗口，确定包括所述第一增材工具路径、所述第二增材工具路径和所述第三增材工具路径的有序序列的增材工具路径，其中与所述有序序列的增材工具路径的每个增材工具路径相关的相应增材体积被限制在所述一组增材窗口的相应增材窗口内；
·基于所述有序序列的增材工具路径，确定一组减材窗口，其中所述一组减材窗口不同于所述一组增材窗口；
·确定包括所述第一减材工具路径和所述第二减材工具路径的一组减材工具路径，其中确定所述一组减材工具路径包括，对于所述一组减材窗口中的每个减材窗口，确定与限制在所述减材窗口内的相应减材体积相关的相应减材工具路径；和
·通过将所述一组减材工具路径中的每个减材工具路径插入到所述所述有序序列的增材工具路径中，生成所述有序序列的工具路径。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
·所述虚拟零件模型和所述加大尺寸的零件模型之间的差异界定了减材部分；
·与所述第一增材工具路径相关的增材体积在所述第一增材窗口内；
·与所述第一减材工具路径相关的减材体积在第一减材窗口内；并且
·所述第一部分由所述减材部分、所述第一增材窗口和所述第一减材窗口的相交部界定。
16.根据权利要求14所述的方法，其中：
·所述虚拟零件模型界定了平行于所述零件定向轴线的竖直平面和垂直于所述零件定向轴线的水平平面；
·所述一组减材窗口包括第一减材窗口和第二减材窗口；
·所述第一减材窗口和所述第二减材窗口各自与所述水平平面相交；并且
·所述第一减材窗口在所述竖直平面上与所述第二减材窗口相对。
17.一种用于促进零件制造的方法，包括，基于虚拟零件模型，确定有序序列的工具路径，所述有序序列包括：
·与第一增材窗口相关的第一工具路径集，所述第一工具路径集包括：
·第一增材工具路径，所述第一增材工具路径用于沉积零件的第一层；和
·第一面切削工具路径，所述第一面切削工具路径用于面切削所述第一层的第一表面；
·在所述第一工具路径集之后，第二工具路径集与第二增材窗口相关，所述第二增材窗口不与所述第一增材窗口相交，所述第二工具路径集包括：
·第二增材工具路径，所述第二增材工具路径用于沉积所述零件的第二层；和
·第二面切削工具路径，所述第二面切削工具路径用于面切削所述第二层的第二表面；和
·在所述第二工具路径集之后，第三工具路径集与减材窗口相关，所述减材窗口与所述第一增材窗口重叠而不与所述第二增材窗口重叠，所述第二工具路径集包括用于移除所述第一层的一部分的减材工具路径。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
·所述第二层界定了垂直于所述第二表面的中心轴线；
·所述第二增材工具路径包括：
·第一周边子路径，所述第一周边子路径围绕所述中心轴线，所述第一周边子路径界定第一周边；
·在所述第一周边子路径之后，第二周边子路径围绕所述中心轴线，所述第二周边子路径大体上遵循所述第二层的周边，所述第二周边子路径大体上平行于所述第一周边子路径，其中所述第一周边布置在所述中心轴线和所述第二周边子路径之间；和
·填充子路径，所述填充子路径在所述第一周边内，所述填充子路径大体上界定了螺旋式和牛耕式中的至少一个；并且
·所述第二工具路径集还包括在所述第二周边子路径之前的用于沿着所述第一周边干燥材料的干燥工具路径，所述干燥工具路径与灯和风扇中的至少一个相关。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二工具路径集还包括，在所述第二面切削工具路径之后，用于沉积所述零件的第三层的第三增材工具路径，所述第三增材工具路径包括：
·第三周边子路径，所述第三周边子路径围绕所述中心轴线；
·在所述第三周边子路径之后的第四周边子路径，其中：
·所述第四周边子路径大体上平行于所述第三周边子路径；
·所述第三周边子路径布置在所述中心轴线和所述第四周边子路径之间；并且
·所述第四周边子路径在所述第二表面上的正交投影与大体上沿着所述第一周边的整个长度的所述第一周边重叠；
·在所述第四周边子路径之后，大体平行于第四周边子路径的第五周边子路径，其中所述第四周边子路径布置在所述中心轴线和所述第五周边子路径之间；和
·在所述第三周边子路径内的第二填充子路径。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述填充子路径在所述第一周边子路径之后并且在所述第二周边子路径之前。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括：
·确定所述虚拟零件模型的中心向量；和
·基于所述虚拟零件模型和所述中心向量，确定加大尺寸的零件模型；
其中：
·基于所述加大尺寸的零件模型确定所述第一增材工具路径和所述第二增材工具路径；
·所述加大尺寸的零件模型和所述虚拟零件模型之间的差异界定了减材部分；并且
·所述部分由所述减材部分和所述减材窗口的相交部界定。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
·所述第二层邻近所述第一表面；
·所述第二表面沿着所述中心向量在正方向上从所述第一表面移位；
·由所述虚拟零件模型界定的精加工的外表面平行于所述中心向量；并且
·由所述加大尺寸的零件模型界定的初始外表面包括：
·由所述第一层界定的第一子表面，所述第一子表面从所述精加工的表面向外移位第一距离；和
·由所述第二层界定的第二子表面，所述第二子表面从所述精加工的表面向外移位第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
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