CN113508027B - 增材制造中的负载平衡和构建时间最小化的优化方法 - Google Patents

Abstract

根据一些实施例，提供了一种系统(100)和方法，包括：接收输入(101)，该输入(101)包括：要在构建板(102)上制造的一个或多个区域(118)的坐标，两个或更多个激光(106)中的每一个的激光边界(302)，其中激光(106)制造一个或多个区域(118)，以及每个区域(1)的处理时间(510)；导出要制造的一个或多个区域(118)的优先顺序(118)；基于所接收的坐标和所接收的激光边界(302)，确定每个区域(1)的一个或多个潜在激光(106)分配；基于所确定的潜在激光分配(514)、一个或多个区域(118)的优先顺序(118)和每个区域(1)的处理时间(510)，确定制造一个或多个区域(118)的一个或多个激光(106)的激光到区域的顺序(602)；将所确定的激光到区域的顺序(602)分配给一个或多个激光(106)以用于一个或多个区域(118)的制造。提供了许多其他方面。

Description

增材制造中的负载平衡和构建时间最小化的优化方法

背景技术

增材制造(AM)处理用于从数字模型制造精密的3维部件。此类部件是使用增材处理制造的，其中连续的材料层在构建板上一层一层地固化。一些AM系统使用激光(或类似的能量源)和一系列透镜和反射镜来以数字模型提供的图案将激光引导到粉末材料上(粉末床AM)。激光通过烧结或熔化粉末材料来固化粉末材料。为了实现高吞吐量，多个激光可以并行工作，其中每个激光都有其可在构建板上访问的限定的区域。这些限定的区域可以彼此重叠。

粉末床AM的一个挑战是多个激光不能同时工作在同一区域。为避免多个激光不同时工作在同一区域，某些激光可能在其他激光工作时处于空闲状态。零件的构建时间可能与激光必须执行大部分工作一样长。

因此，期望提供优化零件的构建时间的系统和方法。

发明内容

根据一些实施例，一种方法包括：接收输入，该输入包括：要在构建板上制造的一个或多个区域的坐标，两个或更多个激光中的每一个的激光边界，其中激光制造一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、一个或多个区域的优先顺序和每个区域的处理时间，确定制造一个或多个区域的一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给一个或多个激光以用于一个或多个区域的制造。

根据一些实施例，一种系统包括：增材制造装置，该增材制造装置能够操作以制造一个或多个区域，其中增材制造装置包括构建板和两个或更多个激光；负载平衡模块；以及存储器，该存储器与增材制造装置通信并存储程序指令，负载平衡模块能够与程序指令和增材制造装置一起操作以执行如下功能：接收输入，输入包括：要在构建板上制造的区域的坐标，一个或多个激光中的每一个的激光边界，其中激光制造一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、一个或多个区域的优先顺序和每个区域的处理时间，确定制造一个或多个区域的一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给一个或多个激光以制造一个或多个区域。

根据一些实施例，一种非暂时性计算机可读介质包括指令，当指令由计算机处理器执行时，使计算机处理器执行一种方法，该方法包括：接收输入，该输入包括：要在构建板上制造的一个或多个区域的坐标，一个或多个激光中的每一个的激光边界，其中激光制造一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、一个或多个区域的优先顺序和每个区域的处理时间，确定制造一个或多个区域的一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给一个或多个激光以用于一个或多个区域的制造。

本发明的一些实施例的技术效果是用于经由AM处理制造零件的改进的技术和系统。一些实施例提供对区域(例如，零件的组成部分)的激光束的最佳分配和顺序的确定，以最小化制造部件的总完成时间并尽可能公平地平衡不同激光之间的工作量，从而增加执行AM处理的增材机器的吞吐量。一些实施例在仅几分钟的计算时间内提供包含数百个区域的接近最优的激光到区域的分配。一些实施例的另一个技术效果是分配激光到区域的自动化方式，从而节省人工或基于简单规则的方法开发分配所花费的人力成本和时间。一些实施例的又一个技术效果是原始数据的处理以及与激光扫描场布局的精确几何形状和构建板上的粉末材料层上的区域位置相关的数据输入的传递。一些实施例的又一个技术效果是结合烟雾流动模型(即，烟雾如何行进并影响构建板上的粉末材料层上的相邻区域)。通过明确考虑烟雾滞后约束，在很大程度上避免了由于烟雾导致的零件质量下降。一些实施例的还有的又一个技术效果是能够预先选择对特定区域的激光分配或对相同段类型或零件类型执行相同激光分配。由于这个和其他优点和特征将在下文中变得明显，通过参考以下详细描述和所附附图可以获得对本发明的本质的更完整理解。

其他实施例与存储指令的系统和/或计算机可读介质相关联，以执行本文描述的任何方法。

附图说明

图1图示了根据一些实施例的系统。

图2示出了根据一些实施例的流程图。

图3示出了根据一些实施例的具有激光边界的构建板。

图4示出了根据一些实施例的构建板。

图5示出了根据一些实施例的输入图表。

图6示出了根据一些实施例的输出图表。

图7示出了根据一些实施例的流程图。

图8示出了根据一些实施例的烟雾漂移模型输出。

图9示出了根据一些实施例的系统的框图。

具体实施方式

AM处理的示例被称为基于粉末的熔化。在这项技术中，激光束用于熔化构建板上的粉末状材料颗粒(“材料”)，以在受控的三维空间中逐层构建一个或多个零件。材料可以是例如聚合物、金属、陶瓷等。可以使用其他合适的材料。为了实现大构建区域的高吞吐量，多个激光可以并行工作。每个激光可以具有限定的扫描场边界(例如，可以暴露于激光的区域)。两个或多个激光之间的限定的扫描场边界中可能存在重叠。例如，由于不期望有两个或更多个激光接触构建板上的相同材料，当激光扫描场边界重叠时，激光可能会轮流，以便当第一激光将材料暴露于激光束时，第二激光空闲。

还应注意，在一些情况下，构建板的第一区域可具有在其上构建的许多部件，而构建板的第二区域具有显著较少的部件。通常，这种情况会导致到达第一区域的激光比到达第二区域的激光执行更多的工作。此外，在这种传统情况下，工作量最大的激光可能会决定构建零件需要多长时间。

AM处理中涉及的另一个因素是烟雾遮挡。当激光束接触粉末时，会产生烟雾。最好避免其他激光束穿过烟雾，因为可能会降低正在制造的零件的质量。当激光束穿过烟雾时，激光束的效率或甚至构建处理本身可能会由于烟雾吸收或反射部分光束能量而中断。此外，与烟雾相比，能量束以更高的速度移动，这可能会造成激光束穿过烟雾颗粒云的风险。这可能会导致跨产品几何区域或产品几何区域内的质量下降，其中可以以诸如材料孔隙率、表面粗糙度、静止产品内的机械应力等的要素为特征。在多光束处理中，烟雾问题可能更具挑战性，因为它不仅与光束强度有关，还与光束数量有关。因此，可能期望仅将构建板上的那些材料区域暴露于已避免烟雾污染的激光束。传统的AM处理可能无法解释烟雾遮挡。

实施例提供负载平衡模块以在激光之间尽可能均等地分配可由AM装置中的两个或更多个激光执行的负载(即，工作)。在确定公平分配时，负载平衡模块可以考虑处理时间、烟雾漂移、激光边界和区域大小/坐标以及其他合适的参数。实施例可以以这样的方式协调光束：除了避免它们自己的烟雾之外，光束不会干扰由其他光束产生的烟雾轨迹并且构建质量不会受到烟雾的影响。

转向图1-8，提供了根据一些实施例的系统100和操作示例的图。特别地，图2和7提供了根据一些实施例的处理200/700的流程图。处理200/700和本文描述的其他处理可以使用硬件(例如，电路)、软件或手动方式的任何合适组合来执行。在一个或多个实施例中，系统100被调节以执行处理200/700，使得该系统是被构造为执行通用计算机或装置不能执行的操作的专用元件。体现这些处理的软件可以由任何非暂时性有形介质(包括固定盘、软盘、CD、DVD、闪存驱动器或磁带)存储。下面将关于系统的实施例描述这些处理的示例，但实施例不限于此。

在处理200开始之前，提供构建板102。构建板102可以是400mm×400mm或任何其他合适的尺寸。可以在处理200开始之前将构建板面积提供给负载平衡模块104。如上所述，构建板102可以在其上包括粉末状材料颗粒(未示出)。此外，提供了两个或更多个激光106。尽管本文中在非穷尽性示例中示出和描述了四个激光106(L1、L2、L3和L4)，但是可以使用任何合适数量的激光。可以使用用于AM处理的任何合适类型的激光。如上所述，激光束可以熔化材料颗粒以制造零件的区域403的层(图4)。“区域”403可以指在构建板上的给定区域上制造的零件的组成部分。该零件可以从可以跨构建板102散布的许多(例如，数千个或任何其他合适数量)区域403制造。例如，如图4所示，构建板102上的每个阴影区域代表正在制造的独立零件401。阴影区域是通过将构建板上的材料暴露于激光而制造的零件401。需要注意的是，每个零件401可以包括一个或多个段(未示出)，并且每个段可以包括可能非常小的几个区域403。如下文进一步描述的，每个区域可以分配给一个激光。

最初，在S210处，在负载平衡模块104处接收输入101。在一个或多个实施例中，输入101可以包括构建板102上的每个区域403的第一层的坐标。坐标可以经由手动输入、文件或任何其他合适的源从用户(未示出)接收。在一个或多个实施例中，可由负载平衡模块104根据命令行界面(CLI)文件或任何其他合适的文件中的数据计算坐标。在一个或多个实施例中，坐标可以包括质心坐标502、最小X、Y坐标504和最大X、Y坐标506、总影线长度(未示出)、区域面积508和任何其他合适的坐标。需要注意的是，每对坐标都是单个点。假设区域403足够小，从而它由三对坐标(最小坐标、最大坐标和质心坐标)限定。最大(最小)坐标可以解释为区域边界框的右上(左下)坐标。

负载平衡模块104可以包括一个或多个处理元件108和存储器110。处理器108可以例如是常规微处理器，并且可以操作以控制负载平衡模块104的整体功能。在一个或多个实施例中，负载平衡模块104可以包括用于允许处理器108，并且因此负载平衡模块104通过数据网络与其他装置(例如，增材制造装置114和用户界面116)参与通信的通信控制器。在一个或多个实施例中，负载平衡模块104可以包括一个或多个存储器和/或数据存储装置110，其可以包括硬盘驱动器、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、闪存等中的一个或多个的任何组合。存储器/数据存储装置110可以存储对处理器108和负载平衡模块104进行编程以执行如本文所述的功能的软件。

在S210中在负载平衡模块104处接收的另一输入101是在负载平衡模块104处接收的一个或多个激光106中的每一个的激光边界302。注意，当存在两个或更多个激光时，处理200可用于平衡工作量。当平衡工作量时，总处理时间可以隐式地最小化。还应注意，当存在一个激光来处理一系列区域时，处理200还可用于最小化总处理时间。

激光边界302是构建板102上可以暴露于给定激光106的区域(例如，激光的扫描场)，并且可以被称为“扫描场区域”。如图3所示，有四个激光L1、L2、L3和L4，其中每个激光具有明确限定的扫描场区域。图3中所示的坐标表示该激光的扫描场区域的左下坐标。每个激光可以具有不同的激光边界302。例如，在图3中，L1、L2、L3和L4的激光边界302分别被标记为光学系统1、光学系统2、光学系统3和光学系统4。如本文所示，光学系统1具有大约构建板102的上半部的激光边界302-L1，并且光学系统4具有大约构建板102的下半部的激光边界302-L4。光学系统2具有与光学系统1、3和4重叠的激光边界302-L2；光学系统3具有与光学系统1、2和4重叠的激光边界302-L3。

在S210中在负载平衡模块104处接收的又一个输入101是用于制造每个区域403的处理时间510。处理时间可以从数据文件或其他合适的源接收。注意，处理时间可以是实际时间和估计时间中的一个。在一个或多个实施例中，负载平衡模块104可以接收其他输入，包括但不限于零件实例ID512、标记参数ID(段类型)(未示出)、影线坐标(未示出)、成对区域跳跃时间(未示出)、规划窗口范围、优化时间限制以及来自数据文件或任何其他合适源的任何其他合适的输入。如本文所用，“跳跃时间”是激光束穿越从一个区域到另一区域的距离所花费的时间。在一个或多个实施例中，负载平衡模块104还可以接收其他约束参数，包括但不限于为将相同激光分配给具有相同标记参数ID的区域、将相同激光分配给具有相同零件实例ID的区域、维持特定温度；维持激光接触构建板处的特定角度；限制制造区域的一个元件和相同区域的另一个元件之间的时间间隔。注意，虽然负载平衡模块104接收的输入101在本文中被描述为同时接收，但是输入101可以以任何合适的顺序依次接收。还应注意，输入101是从数据文件或其他合适的源接收的。

在一个或多个实施例中，在S212处，负载平衡模块104还可以导出用于将要暴露于激光的区域的区域的优先顺序118。该优先顺序可以基于来自数据文件或任何其他合适的源的数据导出。例如，优先顺序可以指示构建板(及其上的区域)在与烟雾流动方向相反的方向上从右到左进行处理以最小化烟雾破坏。

基于接收的区域坐标和接收的激光边界，在S214中，负载平衡模块104可以经由优化模型120确定可行解决方案，包括分配到给定区域514(图5)的全部激光，以及工作时间表(即区域被处理的顺序“激光到区域的顺序602”(图6))。如上所述，可能存在两个或更多个激光的激光边界重叠，并且期望给定区域一次暴露于一个激光。

在一个或多个实施例中，激光到区域的顺序是特定激光接触构建板的不同区域的次序。在一个或多个实施例中，激光到区域的顺序可以基于潜在的激光分配514、优先顺序118和每个区域的处理时间510。下面关于图7进一步解释激光到区域的顺序的确定。在一个或多个实施例中，对于每个激光106并且对于分配了激光的每个区域，激光到区域的顺序602可以包括：处理时间604；开始时间606，其指示激光应该何时开始接触区域；结束时间608，其指示激光应该何时停止接触区域；标记参数(即，段id)610；零件实例ID 612，其指示区域是为哪个零件制造的；空闲时间614，其指示在处理时间期间激光未接触区域的时间量；和跳跃时间616。在一个或多个实施例中，空闲时间可以指激光不处理任何区域所花费的时间，即，它可以包括跳跃时间和由于烟雾滞后引起的等待。

一旦确定了激光到区域的顺序，在S216中经由传输将激光到区域的顺序分配给两个或更多个激光(激光分配618)，用于制造一个或多个区域403。在一个或多个实施例中，激光到区域的顺序可以输出到用户平台116(控制系统、台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理、平板电脑、智能手机等)以查看关于根据本文描述的任何实施例的激光/AM装置的信息，和/或管理根据本文描述的任何实施例的激光/AM装置。在一个或多个实施例中，用户界面可以显示构建板的视觉图形输出，包括带有时间戳的激光到区域的分配和任何其他合适信息。在一个或多个实施例中，用户平台可以显示每个激光的空闲时间百分比。当所有激光的制造跨度尽可能接近时，工作负载可以被认为是“平衡的”，其中“激光的制造跨度”是激光完成处理所分配的区域顺序中的最后一个区域所花费的时间。

在一个或多个实施例中，除了控制激光之外，来自优化模型的输出可以被适当地传输到各种用户平台或其他系统(未示出)(例如，用于向用户显示并由用户操纵)。

转向图7，提供了用于确定激光到区域的顺序602的处理700。在一个或多个实施例中，处理700可以是使用优化模型120的优化处理。在一个或多个实施例中，优化模型120可以使用k-opt本地搜索处理进行优化。优化模型120可以使用任何其他合适的优化处理。在S710中，确定两个或更多个激光的初始顺序。初始顺序可以基于区域的优先顺序118，如上所述。然后可以将初始顺序映射到可行解决方案，包括激光到区域的分配(即，哪个区域被分配给哪个激光)和工作时间表(即，处理每个区域的开始时间和结束时间)。这可以使用作为基于规则的逻辑/算法的构造启发式来完成。作为构造启发式的一个非详尽示例，假设第一区域被分配给激光L1(区域应该在L1的扫描场边界内)。然后L1在该区域的处理时间(这是给定的)内被阻止，并且然后将第二区域分配给激光L2，依此类推。负载平衡模块104然后可以基于可行解决方案确定可能希望将其最小化的相应处理时间或制造跨度值。

接下来，在S712中，可以修改初始顺序以生成第二顺序。在一个或多个实施例中，对初始顺序执行局部搜索以确定比初始顺序更好的局部搜索邻居。通常，局部搜索处理从候选解决方案开始，然后基于搜索空间中限定的邻域关系迭代地移动到邻居解决方案。因此，为了生成邻居解决方案，限定了邻域结构。在一个或多个实施例中，邻域结构是通过将原始顺序中的k个区域互换得到的顺序。作为非详尽示例，对于k＝2，局部搜索邻居(即第二顺序)是通过初始顺序中两个区域之间的简单交换获得的。对于初始顺序，负载平衡模块104可以使用第二顺序来确定区域的处理时间。例如，如果初始顺序是区域1(R1)、区域2(R2)、区域3(R3)，则第二顺序可以是R1、R3、R2。

接下来，在S714中确定第二顺序是否比初始顺序快。该确定可以基于初始顺序和第二顺序的处理时间的比较。当在S714中确定第二顺序不比初始顺序快时，可以在S716中将初始顺序指定为确定的激光到区域的顺序602(来自S214)。当在S714中确定第二顺序比初始顺序快时，可以在S718中将第二顺序指定为确定的激光到区域的顺序602(来自S214)。在S716和S718之后，可以在S720中确定是否满足局部搜索端点。在一个或多个实施例中，可以再次执行局部搜索和顺序修改以连续地生成更好的激光到区域的顺序，直到满足局部搜索端点。在一个或多个实施例中，局部搜索端点可以是预设计算时间限制(例如，处理700持续预设时间量)、预设改进时间(例如，如果处理时间在预设时间量内没有改进)或任何其他合适的端点。当在S720中满足局部搜索端点时，处理进行到S722，并且来自S716和S718中的一个的确定的顺序是处理200的S214中使用的激光到区域的顺序602。当在S720中未满足局部搜索端点时，处理700可以进行到S724并且修改来自S716或S718中的一个的确定的顺序以生成下一个顺序。如上所述，执行局部搜索以生成下一个顺序。使用下一个顺序，然后区域的处理时间由负载平衡模块104确定。然后在S726中确定下一个顺序是否比所确定的顺序快。当下一个顺序的处理时间小于所确定的顺序的处理时间时，处理进行到S728并且将下一个顺序指定为确定的激光到区域的顺序602。当下一个顺序大于(即更慢)确定的顺序时，在S730中将确定的顺序指定为确定的激光到区域的顺序602。在S728和S730之后，处理700返回到S720并且迭代直到满足端点。注意，在该处理700的运行时间期间可以生成和评估数千个顺序。

在一个或多个实施例中，负载平衡模块104还可以使用烟雾漂移模型112作为在S214中确定激光到区域的顺序602的输入。烟雾漂移模型112可以说明烟雾浓度随距离和时间的减少，以及烟雾漂移如何影响相邻区域的处理。如上所述，当激光束接触粉末时，会生成烟雾。期望避免其他激光束穿过烟雾，因为它可能会降低正在制造的零件的质量。当激光束穿过烟雾时，这可能会影响激光的效率并破坏构建处理，如上所述。因此，一个或多个实施例以每个激光避免其自身的烟雾并且不干扰由其他激光束生成的烟雾轨迹的方式提供激光到区域的顺序602中的激光的协调。例如，在处理区域R1的结束时间和处理下一个区域R2的开始时间之间可能存在一定的等待时间。如果区域R2在R1的烟雾影响区域内，则这是烟雾(由处理R1生成)通过R2所需的时间。取决于两个区域的距离和烟雾流动方向，一个或多个实施例可通过使用烟雾漂移模型112输出两个区域的处理之间的最小等待时间段(例如，滞后时间804-图8)来防止材料质量下降。例如，对于两个给定的区域(区域A和区域B)，一旦区域A中的制造完成，区域B就无法在指定时间(例如250毫秒)内工作，因为区域B处于激光制造区域A所产生的烟雾中。因此，在该示例中，烟雾漂移模型基于来自区域A中的激光的烟雾消散的时间，输出区域B上的激光激活的滞后时间(250毫秒)。烟雾漂移模型112的输出800可以基于先前的实验数据或其他合适的数据。值得注意的是，烟雾参数(下游距离、作为距离函数的横向扩散等)可能取决于属性，包括但不限于激光功率、光斑尺寸、粉末材料、横流速度等。作为非详尽示例，图8提供了可以包括烟雾漂移模型112的输入和输出的图表800。最小烟雾滞后804可以是基于两个区域之间的距离和烟雾速度的输入，因为它与具有ID1的第一区域806和具有ID2的第二区域808相关。实际滞后时间810可以是烟雾漂移模型112的输出。如果实际滞后大于最小值，则遵守烟雾滞后约束。在这种情况下，标志812(违反了某些约束？)为“假”，因此也是输出的一部分。需要注意的是，当来自烟雾漂移模型的输出用于确定激光到区域的顺序时，可能存在比没有使用烟雾漂移模型更长的处理时间，因为滞后时间被考虑在内。但是，使用滞后时间可能会产生更好的产品质量。

注意，本文描述的实施例可以使用任何数量的不同硬件构造来实施。例如，图9图示了可以例如与图1的系统100相关联的负载平衡处理平台900。负载平衡处理平台900包括联接到通信装置920的负载平衡处理器910(“处理器”)，例如一个或多个单片微处理器形式的商用中央处理单元(CPU)，该通信装置920被构造为经由通信网络(图9中未示出)通信。通信装置920可用于例如与一个或多个用户通信。负载平衡处理平台900还包括输入装置940(例如，输入关于零件的信息的鼠标和/或键盘)和输出装置950(例如，以输出和显示数据和/或推荐)。

处理器910还与存储器/存储装置930通信。存储装置930可以包括任何适当的信息存储装置，包括磁存储装置(例如，硬盘驱动器)、光存储装置、移动电话和/或半导体存储器装置的组合。存储装置930可以存储用于控制处理器910的程序912和/或负载平衡处理逻辑914。处理器910执行程序912、914的指令，从而根据本文描述的任何实施例进行操作。例如，处理器910可以接收输入并且然后可以经由程序912、914的指令应用负载平衡模块104，从而生成激光到区域的顺序以分配给用于制造零件的一个或多个区域的两个或更多个激光。

程序912、914可以以压缩的、未编译的和/或加密的格式存储。程序912、914还可以包括其他程序元素，例如操作系统、数据库管理系统和/或处理器910用来与外围装置接口的装置驱动程序。

如本文所用，信息可以被例如：(i)来自另一装置的平台900；或(ii)来自另一软件应用、模块或任何其他源的平台900内的软件应用或模块“接收”或“传输”到其。

如本领域技术人员将理解的，本发明的方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的方面可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些软件和硬件方面通常都可以在本文中被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的方面可以采用体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。

附图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或代码的一部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实施方式中，框中标注的功能可以不按照图中标注的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还将注意到，框图和/或流程图说明的每个框，以及框图和/或流程图说明中的框的组合，可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实施。

应当注意，本文描述的任何方法可以包括提供系统的附加步骤，该系统包括体现在计算机可读存储介质上的不同软件模块；模块可以包括例如在框图中描绘和/或本文描述的任何或所有元件；作为示例而非限制，负载平衡模块。然后可以使用系统的不同软件模块和/或子模块来执行方法步骤，如上所述，在一个或多个硬件处理器910(图9)上执行。此外，计算机程序产品可以包括具有代码的计算机可读存储介质，该代码适于被实施以执行本文描述的一个或多个方法步骤，包括为系统提供不同的软件模块。

本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：

1.一种方法，包括：接收输入，所述输入包括：要在构建板上制造的一个或多个区域的坐标，两个或更多个激光中的每一个的激光边界，其中所述激光制造所述一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的所述一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、所述一个或多个区域的所述优先顺序和每个区域的所述处理时间，确定制造所述一个或多个区域的所述一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给所述一个或多个激光以用于所述一个或多个区域的制造。

2.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：接收烟雾漂移模型；并且其中，确定所述激光到区域的顺序基于所接收的烟雾漂移模型的执行。

3.根据任何前述条项所述的方法，其中所述烟雾漂移模型基于来自第一激光的烟雾消散的时间输出用于激活第二激光的滞后时间。

4.根据任何前述条项所述的方法，其中所述一个或多个区域的制造经由来自所述至少一个激光的激光束与所述区域之间的接触。

5.根据任何前述条项所述的方法，其中所述激光到区域的顺序包括所述激光束与所述区域的每个接触的处理开始时间和处理结束时间。

6.根据任何前述条项所述的方法，其中每个激光的所述激光边界是所述构建板上的能够由所述激光访问的区域。

7.根据任何前述条项所述的方法，其中确定所述激光到区域的顺序进一步包括：确定所述一个或多个激光的初始顺序，所述初始顺序具有初始处理时间；修改所述初始顺序以生成用于所述一个或多个激光的第二顺序，所述第二顺序具有第二处理时间；以及确定所述第二处理时间是否小于所述初始处理时间。

8.根据任何前述条项所述的方法，其中当所述第二处理时间小于所述初始处理时间时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序，并且其中当所述初始处理时间小于所述第二处理时间时，所述初始顺序是所确定的激光到区域的顺序。

9.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：确定是否满足局部搜索端点；当不满足所述局部搜索端点并且当所述第二处理时间小于所述初始处理时间时，修改所述第二顺序以生成第三顺序，所述第三顺序具有第三处理时间；确定所述第三处理时间是否小于所述第二处理时间；并且其中当所述第三处理时间小于所述第二处理时间时，所述第三顺序是所确定的激光到区域的顺序，并且其中，当所述第二处理时间小于所述第三处理时间时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序。

10.一种系统，包括：增材制造装置，所述增材制造装置能够操作以制造一个或多个区域，其中所述增材制造装置包括构建板和两个或更多个激光；负载平衡模块；以及存储器，所述存储器与所述增材制造装置通信并存储程序指令，所述负载平衡模块能够与所述程序指令和所述增材制造装置一起操作以执行如下功能：接收输入，所述输入包括：要在构建板上制造的区域的坐标，一个或多个激光中的每一个的激光边界，其中所述激光制造所述一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的所述一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、所述一个或多个区域的所述优先顺序和每个区域的所述处理时间，确定制造所述一个或多个区域的所述一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给所述一个或多个激光以制造所述一个或多个区域。

11.根据任何前述条项所述的系统，进一步包括程序指令以执行如下功能：接收烟雾漂移模型；并且其中，确定所述激光到区域的顺序基于所接收的烟雾漂移模型的执行。

12.根据任何前述条项所述的系统，其中所述烟雾漂移模型基于来自第一激光的烟雾消散的时间输出用于激活第二激光的滞后时间。

13.根据任何前述条项所述的系统，其中所述一个或多个区域的制造经由来自所述激光中的至少一个的激光束与所述区域之间的接触。

14.根据任何前述条项所述的系统，其中所述激光到区域的顺序包括所述激光束与所述区域的每个接触的处理开始时间和处理结束时间。

15.根据任何前述条项所述的系统，其中确定所述激光到区域的顺序进一步包括程序指令以执行如下功能：确定所述一个或多个激光的初始顺序，所述初始顺序具有初始处理时间；修改所述初始顺序以生成所述一个或多个激光的第二顺序，所述第二顺序具有第二处理时间；以及确定所述第二处理时间是否小于所述初始处理时间。

16.根据任何前述条项所述的系统，其中当所述第二处理时间小于所述初始处理时间时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序，并且其中当所述初始处理时间小于所述第二处理时间时，所述初始顺序是所确定的激光到区域的顺序。

17.根据任何前述条项所述的系统，进一步包括程序指令以执行如下功能：确定是否满足局部搜索端点；当不满足所述局部搜索端点并且当所述第二处理时间小于所述初始处理时间时，修改所述第二顺序以生成第三顺序，所述第三顺序具有第三处理时间；确定所述第三处理时间是否小于所述第二处理时间；并且其中当所述第三处理时间小于所述第二处理时间时，所述第三顺序是所确定的激光到区域的顺序，并且其中，当所述第二处理时间小于所述第三处理时间时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序。

18.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由计算机处理器执行时，使所述计算机处理器执行一种方法，所述方法包括：接收输入，所述输入包括：要在构建板上制造的一个或多个区域的坐标，一个或多个激光中的每一个的激光边界，其中所述激光制造所述一个或多个区域，以及每个区域的处理时间；导出要制造的所述一个或多个区域的优先顺序；基于所接收的坐标和所接收的激光边界，确定每个区域的一个或多个潜在激光分配；基于所确定的潜在激光分配、所述一个或多个区域的所述优先顺序和每个区域的所述处理时间，确定制造所述一个或多个区域的所述一个或多个激光的激光到区域的顺序；将所确定的激光到区域的顺序分配给所述一个或多个激光以用于所述一个或多个区域的制造。

19.根据任何前述条项所述的介质，进一步包括：接收烟雾漂移模型；并且其中确定所述激光到区域的顺序基于所接收的烟雾漂移模型的执行。

20.根据任何前述条项所述的介质，其中所述烟雾漂移模型基于来自第一激光的烟雾消散的时间输出用于激活第二激光的滞后时间。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及每个这样的方面的其他已知等效物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本申请的原理构造附加的实施例和技术。

本领域技术人员将理解，可以在不脱离权利要求的范围和精神的情况下构造上述实施例的各种改编和修改。因此，应当理解，权利要求可以以不同于本文具体描述的方式来实践。

Claims (12)

1.一种增材制造中的负载平衡和构建时间最小化的方法，其特征在于，包括：

接收输入（101），所述输入（101）包括：要在构建板（102）上制造的两个或更多个区域（118）的坐标；两个或更多个激光（106）中的每一个的激光边界（302），其中所述激光（106）制造所述两个或更多个区域（118）；每个区域（1）的处理时间（510）；以及烟雾漂移模型；

导出要制造的所述两个或更多个区域（118）的优先顺序（118）；

基于所接收的坐标和所接收的激光边界（302），确定每个区域（1）的一个或多个潜在激光（106）分配；

确定制造所述两个或更多个区域（118）的所述两个或更多个激光（106）的激光到区域的顺序（602），所述激光到区域的顺序（602）基于1.所确定的潜在激光分配（514）、2.所述两个或更多个区域（118）的所述优先顺序（118）、3.每个区域（1）的所述处理时间（510）和4.基于来自所述两个或更多个激光中的一个激光的烟雾消散的时间由所述烟雾漂移模型输出的用于激活所述两个或更多个激光中的另一个激光的滞后时间，其中，所述激光到区域的顺序（602）是针对所述两个或更多个区域（118）的计划处理顺序，包括针对两个或更多个激光（106）中的第一激光和第二激光中的每个激光处理两个或更多个区域（118）的处理开始时间（606）的计划分配，其中，所述激光到区域的顺序（602）优化了所述两个或更多个激光（106）的制造跨度，并避免了所述第一激光与所述第一激光产生的烟雾以及所述两个或更多个激光（106）中的所述第二激光产生的烟雾轨迹接触，并且所述激光到区域的顺序（602）的确定在所述两个或更多个区域（118）的处理之前；

将所确定的激光到区域的顺序（602）分配给所述两个或更多个激光（106）以用于所述两个或更多个区域（118）的制造。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述两个或更多个区域（118）的制造经由来自所述至少两个激光（106）的激光（106）束与所述区域（1）之间的接触。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述激光到区域的顺序（602）包括所述激光（106）束与所述区域（1）的每个接触的处理结束时间（608）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中每个激光（106）的所述激光边界（302）是所述构建板（102）上的能够由所述激光（106）访问的区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中确定所述激光到区域的顺序（602）进一步包括：

确定所述两个或更多个激光（106）的初始顺序，所述初始顺序具有初始处理时间（510）；

修改所述初始顺序以生成用于所述两个或更多个激光（106）的第二顺序，所述第二顺序具有第二处理时间（510）；以及

确定所述第二处理时间（510）是否小于所述初始处理时间（510）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中当所述第二处理时间（510）小于所述初始处理时间（510）时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序（602），并且其中当所述初始处理时间（510）小于所述第二处理时间（510）时，所述初始顺序是所确定的激光到区域的顺序（602）。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

确定是否满足局部搜索端点；

当不满足所述局部搜索端点并且当所述第二处理时间（510）小于所述初始处理时间（510）时，修改所述第二顺序以生成第三顺序，所述第三顺序具有第三处理时间（510）；

确定所述第三处理时间（510）是否小于所述第二处理时间（510）；并且

其中当所述第三处理时间（510）小于所述第二处理时间（510）时，所述第三顺序是所确定的激光到区域的顺序（602），并且其中，当所述第二处理时间（510）小于所述第三处理时间（510）时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序（602）。

8.一种增材制造中的负载平衡和构建时间最小化的优化系统（100），其特征在于，包括：

增材制造装置（114），所述增材制造装置（114）能够操作以制造两个或更多个区域（118），其中所述增材制造装置（114）包括构建板（102）和两个或更多个激光（106）；

负载平衡模块（104）；以及

存储器（110），所述存储器（110）与所述增材制造装置（114）通信并存储程序（912）指令，所述负载平衡模块（104）能够与所述程序（912）指令和所述增材制造装置（114）一起操作以执行如下功能：

接收输入（101），所述输入（101）包括：要在所述构建板（102）上制造的每个区域（1）的坐标；两个或更多个激光（106）中的每一个的激光边界（302），其中所述激光（106）制造所述两个或更多个区域（118）；每个区域（1）的处理时间（510）；以及烟雾漂移模型；

导出要制造的所述两个或更多个区域（118）的优先顺序（118）；

基于所接收的坐标和所接收的激光边界（302），确定每个区域（1）的一个或多个潜在激光分配（514）；

确定制造所述两个或更多个区域（118）的所述两个或更多个激光（106）的激光到区域的顺序（602），所述激光到区域的顺序（602）基于1.所确定的潜在激光分配（514）、2.所述两个或更多个区域（118）的所述优先顺序（118）、3.每个区域（1）的所述处理时间（510）和4.基于来自所述两个或更多个激光中的一个激光的烟雾消散的时间由所述烟雾漂移模型输出的用于激活所述两个或更多个激光中的另一个激光的滞后时间，其中，所述激光到区域的顺序（602）是针对所述两个或更多个区域（118）的计划处理顺序，包括针对两个或更多个激光（106）中的第一激光和第二激光中的每个激光处理两个或更多个区域（118）的处理开始时间（606）的计划分配，其中，所述激光到区域的顺序（602）优化了所述两个或更多个激光（106）的制造跨度，并避免了所述第一激光与所述第一激光产生的烟雾以及所述两个或更多个激光（106）中的所述第二激光产生的烟雾轨迹接触，并且所述激光到区域的顺序（602）的确定在所述两个或更多个区域（118）的处理之前；

将所确定的激光到区域的顺序（602）分配给所述两个或更多个激光（106）以制造所述两个或更多个区域（118）。

9.根据权利要求8所述的系统（100），其特征在于，其中所述两个或更多个区域（118）的制造经由来自所述激光（106）中的至少一个的激光（106）束与所述区域（1）之间的接触。

10.根据权利要求8所述的系统（100），其特征在于，其中确定所述激光到区域的顺序（602）进一步包括程序（912）指令以执行如下功能：

确定所述两个或更多个激光（106）的初始顺序，所述初始顺序具有初始处理时间（510）；

修改所述初始顺序以生成所述两个或更多个激光（106）的第二顺序，所述第二顺序具有第二处理时间（510）；以及

确定所述第二处理时间（510）是否小于所述初始处理时间（510）。

11.根据权利要求10所述的系统（100），其特征在于，进一步包括程序（912）指令以执行如下功能：

确定是否满足局部搜索端点；

当不满足所述局部搜索端点并且当所述第二处理时间（510）小于所述初始处理时间（510）时，修改所述第二顺序以生成第三顺序，所述第三顺序具有第三处理时间（510）；

确定所述第三处理时间（510）是否小于所述第二处理时间（510）；并且

其中当所述第三处理时间（510）小于所述第二处理时间（510）时，所述第三顺序是所确定的激光到区域的顺序（602），并且其中，当所述第二处理时间（510）小于所述第三处理时间（510）时，所述第二顺序是所确定的激光到区域的顺序（602）。

12.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，当所述指令由计算机处理器（108）执行时，使所述计算机处理器（108）执行一种方法，所述方法包括：

接收输入（101），所述输入（101）包括：要在构建板（102）上制造的两个或更多个区域（118）的坐标；两个或更多个激光（106）中的每一个的激光边界（302），其中所述激光（106）制造所述两个或更多个区域（118）；每个区域（1）的处理时间（510）；以及烟雾漂移模型；

导出要制造的所述两个或更多个区域（118）的优先顺序（118）；

基于所接收的坐标和所接收的激光边界（302），确定每个区域（1）的一个或多个潜在激光（106）分配；

确定制造所述两个或更多个区域（118）的所述两个或更多个激光（106）的激光到区域的顺序（602），所述激光到区域的顺序（602）基于1.所确定的潜在激光分配（514）、2.所述两个或更多个区域（118）的所述优先顺序（118）、3.每个区域（1）的所述处理时间（510）和4.基于来自所述两个或更多个激光中的一个激光的烟雾消散的时间由所述烟雾漂移模型输出的用于激活所述两个或更多个激光中的另一个激光的滞后时间，其中，所述激光到区域的顺序（602）是针对所述两个或更多个区域（118）的计划处理顺序，包括针对两个或更多个激光（106）中的第一激光和第二激光中的每个激光处理两个或更多个区域（118）的处理开始时间（606）的计划分配，其中，所述激光到区域的顺序（602）优化了所述两个或更多个激光（106）的制造跨度，并避免了所述第一激光与所述第一激光产生的烟雾以及所述两个或更多个激光（106）中的所述第二激光产生的烟雾轨迹接触，并且所述激光到区域的顺序（602）的确定在所述两个或更多个区域（118）的处理之前；

将所确定的激光到区域的顺序（602）分配给所述两个或多更个激光（106）以用于所述两个或更多个区域（118）的制造。