CN114286744A - 基于热传递熔融构建材料 - Google Patents

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Abstract

示例系统包括多个能量发射器来将能量输送到材料床以在接收能量的多个位置处熔融构建材料。该系统还包括控制器到控制器，基于指示待熔融的多个位置的数据以及基于接收能量的多个位置之间的预测热传递来确定输送到每个位置以实现熔融条件的能量的量。该控制器还将使多个能量发射器将所确定的量的能量输送到材料床的每个位置。

Description

基于热传递熔融构建材料
背景技术
增材制造是一种通过添加材料直到对象被形成来形成三维(3D)对象的技术。材料可以通过每一层堆叠在先前层的顶部以形成数层材料的方式而被添加。增材制造也被称为3D打印。3D打印的示例包括熔化细丝以形成3D对象的每一层(例如，熔融细丝制造)，固化树脂以形成3D对象的每一层(例如，立体光刻)，烧结、熔化或粘合粉末以形成3D对象的每一层(例如，选择性激光烧结或熔化、多射流熔融、金属射流熔融等)，以及粘合材料片以形成3D对象(例如，层压对象制造等)。
附图简要说明
图1是基于热传递来熔融构建材料的示例系统的框图。
图2是基于热传递来熔融构建材料的另一个示例系统的框图。
图3是基于热传递来熔融构建材料的示例方法的流程图。
图4是基于热传递来熔融构建材料的另一个示例方法的流程图。
图5是包括使处理器确定能量传递以基于热传递来熔融构建材料的指令的示例计算机可读介质的框图。
图6是包括使处理器确定能量传递以基于热传递来熔融构建材料的指令的另一个示例计算机可读介质的框图。
具体实施方式
在一些示例中，三维(3D)打印机可以包括多个能量发射器以将能量输送到用于形成3D对象的材料。例如，该材料可以是粉末，并且能量发射器可以输送烧结或熔化粉末的能量，或用粘合剂粘合粉末的能量。如本文所用，术语“熔融”是指经由烧结、熔化或用粘合剂粘合将材料块彼此附着在一起。多个能量发射器可以将能量输送到材料床上的选择性位置以在选择的位置处熔融材料而不在未选择的位置处熔融材料。例如，被输送的能量可以将材料或粘合剂的温度升高到足够高的温度以引起熔融。
在能量已经被输送到材料床之后，接收能量的位置可以将热量传递到材料床上的周围位置。热传递可能会受到许多因素的影响。例如，该位置与周围位置之间的温差可能会影响热传递的速率。此外，与由少量空气隔开的未熔融材料块之间的热传递相比，材料的熔融可以允许熔融的材料之间更有效的热传递。随着3D打印的每一层被添加，热量可能会从先前层传递到当前层。作为结果，当前层可能不具有均匀的温度状态。将相同量的能量输送到材料床的不同位置可能会在这些位置产生非常不同的温度。
材料在某个位置的熔融受该位置处的时间-温度曲线的影响。因此，热传递可能会影响3D对象的属性。例如，3D对象的边缘可能过冷或冷却过快，这可能导致高孔隙率和结构弱点或形变。3D对象的中心可能会变得过热，这可能会导致材料或粘合剂达到低粘度状态，在该状态下材料或粘合剂会从期望的位置流走。由于热传递而产生的3D对象的不同位置之间的温差可能会导致3D对象的形变。因此，使用多个能量发射器的3D打印可通过控制被输送的能量的量而被改进，以在能量被输送之前或之后说明材料床的位置之间的热传递。
图1是基于热传递来熔融构建材料的示例系统的框图。所示示例包括控制器100和能量发射器105。如本文所用，术语“控制器100”指的是硬件(例如，模拟或数字电路，处理器(例如集成电路)，或其他电路)或软件的组合(例如，诸如机器或处理器可执行指令、命令之类的编制程序，或诸如固件、设备驱动程序、编制程序、目标代码等的代码)和硬件。硬件包括没有软件元素的硬件元素，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。硬件和软件的组合包括寄存在硬件上的软件(例如，存储在处理器可读存储器(诸如随机存取存储器(RAM)、硬盘或固态驱动器、电阻式存储器或光学介质，诸如数字通用光盘(DVD))中的软件模块，和/或由处理器执行或解释的软件模块)，或寄存在硬件上的硬件和软件。
能量发射器105可以将能量输送到材料床以在接收能量的多个位置处熔融构建材料。在一些示例中，一组能量发射器105包括一维(1D)或二维(2D)激光器阵列、用于将来自能量发射器(例如，闪光灯)的能量反射向材料床的反射镜阵列、或类似物。例如，1D或2D激光器阵列可以扫描(scan)通过材料床(例如，平行于材料床的表面移动)并且在扫描时将能量输送到材料床的位置。在一些示例中，多个能量发射器105可以相对于材料床是固定的。激光器可以被打开或被关闭，或者功率量可以基于激光器相对于材料床的位置而变化。1D或2D激光器阵列可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。在包括反射镜阵列的示例中，反射镜可以是微型反射镜，其可以在朝向材料床反射能量的位置或取向与将能量反射离开材料床的位置或取向之间转换。能量发射器105或单独的能量发射器可用于加热材料床的不会熔融的区域中的材料。例如，能量发射器105或单独的能量发射器可以预热材料床，可以加热未熔融的区域以减小相对于正在熔融的区域的热梯度(例如，以减少热传递或防止形变)或类似的。
控制器100可以基于指示待熔融的多个位置的数据以及基于接收能量的多个位置之间的预测热传递来确定要输送到每个位置以实现熔融条件的能量的量。如本文所用，术语“熔融条件”是指将引起材料熔融的温度或者温度和时间。例如，熔融条件可以包括超过材料的再结晶温度、超过再结晶温度预定的温度、持续预定的时间、或根据满足预定条件的温度和时间的组合。可以选择熔融条件以包括足够高的温度或足够长的时间以避免熔融位置中的高孔隙率或结构弱点。
控制器100可以为构建材料床的一组位置中的每一个位置计算要从构建材料床的其他位置接收的能量的量。控制器100可以接收指示待熔融的多个位置的数据。控制器100可以计算要使用一组能量发射器105输送到每个位置的能量的量，以在待熔融的位置处实现熔融条件。控制器100可以基于要从其他位置接收的能量的量来计算要输送以实现熔断条件的能量的量。例如，控制器100可以确定从构建材料床的周围位置接收大量能量的位置应该从能量发射器105接收较少能量，反之亦然。控制器100可以确定使用一组能量发射器105要输送到每个位置的能量的量，以确保在不要被熔融的位置处不会出现熔融条件。例如，控制器100可以确定能量的量以确保不要被熔融的位置的条件至少低于熔融条件预定偏移。
控制器100可以通过生成热图来计算要从构建材料床的其他位置接收的能量的量。如本文所用，术语“热图”是指对应于构建材料床上的位置的潜在热状态的值的阵列。控制器100可以基于指示构建材料床的待熔融位置的数据以及基于待熔融位置之间的预测热传递确定热图。构建材料床的待熔融位置可以是将从能量发射器105接收能量并且因此将热量传递到周围位置的位置。因此，控制器100可以确定在每个位置处将接收的来自从能量发射器105接收能量的位置的能量的量。控制器100还可以(或替代地)确定由于转移到其它附近位置而将从该位置损失的能量的量。控制器100可以基于已经从一组能量发射器105接收能量的构建材料床的先前层的热状态、构建材料的当前层的预测热状态、或构建材料的未来层的预测热状态来计算在每个位置处要接收的能量的量。如本文所用，术语“当前层”是指3D对象的正在形成或将要形成的层。术语“先前层”是指3D对象的已经形成的层。术语“未来层”是指3D对象的除当前层之外的尚未形成的层。
控制器100可通过将内核与3D模型或3D模型的一部分(例如，3D模型的一个切片或多个切片)进行卷积来确定热图。与内核进行卷积可以对构建材料床的位置之间的热传递进行建模。3D模型可以表示将被熔融的位置。换言之，指示构建材料床的待熔融位置的数据可以包括3D模型的切片。3D模型的每个切片可以被表示为值的阵列(例如，指示该位置是否要被熔融的值)，并且该值的阵列可以与内核进行卷积。内核可以是模糊核，例如高斯核、非高斯模糊核等。内核可以是2D内核、3D内核等。例如，控制器100可将2D内核与切片进行卷积、将3D内核与多个切片(例如，切片可包括先前切片、当前要被打印的切片或未来切片)进行卷积等。在一个示例中，控制器100可以将每个切片与内核进行卷积，并且可以对结果进行加权并且求和以说明层之间的热传递。因此，当确定当前切片的热图时，控制器100可以将2D或3D内核与先前或未来切片进行卷积以说明构建材料床的层之间的热传递。在一些示例中，控制器100可以使用机器学习模型来生成内核，或者控制器100可以使用机器学习模型来从指示构建材料床的待熔融位置的数据中预测热图。
控制器100还可以基于热图和指示构建材料床的待熔融位置的数据确定要输送到构建材料床的每个位置的能量的量。理解热图的一种方式是将其理解为如果构建材料床在构建材料床的待熔融位置处接收到预定量的能量的均匀输送时将产生的温度的指示(例如，作为对均匀输送引起的热传递的预测)。控制器100可以基于热图调整输送到每个位置的能量的量，以确保在待熔融位置处满足熔融条件，在不要被熔融的位置处不满足熔融条件，或者在待熔融位置处不出现过热条件。如本文所用，术语“过热条件”是指导致3D对象形变或导致不希望的材料流动或导致粘合剂处于低粘度状态的温度或者温度和时间。例如，控制器100可以相对于预定的能量的量减少要输送到热图指示将经历过热条件的位置的能量的量。对于预期将经历熔融条件的不要被熔融的位置，控制器100可以相对于预定的能量的量减少要输送到附近位置的能量的量。控制器100可以相对于预定的能量的量增加要输送到待熔融但热图指示将不会经历熔融条件的位置的能量的量。
在一些示例中，控制器100可以在将能量输送到当前层之前计算未来层的预测热状态。控制器100可以基于未来层的预测热状态调整计算的要输送到当前层的每个位置的能量的量。例如，控制器100可以减少要输送到当前层的位置的能量的量，如果该能量可能导致在不要被熔融的位置处出现熔融条件或导致在未来层中出现过热条件。如果在未来层中待熔融的位置处不会出现熔融条件，则控制器100可以类似地增加要输送到当前层的位置的能量的量。
控制器100可以确定一组能量发射器105的参数以输送确定的量的能量。在一些示例中，控制器100可以使多个能量发射器105通过基于要输送的能量的量调整由每个发射器输送的功率或每个发射器的激发(fire)时间来把确定的量的能量输送到每个位置。因此，控制器100可以基于所确定的对于每个位置的能量的量来确定激发时间或功率。控制器100可以确定要输送到每个位置的能量的量的能量曲线。例如，能量曲线可以指示在一段时间内的每个时间点输送的功率以实现所确定的能量的量。能量可以以多次爆发的形式被输送，并且能量曲线可以相应地指示能量发射器105被开启和被关闭的时间。在具有固定能量发射器的示例中，单个发射器的能量曲线可以指示随时间被输送到单个位置的功率。在具有扫描能量发射器的示例中，沿扫描路径的多个位置的能量曲线可被用于控制沿该扫描路径移动的能量发射器，例如，通过连接或组合沿扫描路径的位置的能量曲线，以创建该能量发射器的整体能量曲线。控制器100可以确定能量曲线，该能量曲线确保在能量发射器105的扫描期间沿扫描路径的每个位置接收由控制器100确定的量的能量。
在一些示例中，多个能量发射器105可以将能量输送到材料床上的相同位置。例如，第一能量发射器可以将第一量的能量输送到第一位置，并且第二能量发射器可以将第二量的能量输送到该第一位置。第一能量发射器和第二能量发射器可以具有重叠或相邻的扫描路径。第一量的能量和第二量的能量的总和可以大约等于确定的量的能量。如本文所用，术语“约”是指在指定值的预定阈值内的值(例如，在1％、2％、5％、10％等内)。例如，该总和可能与确定的值略有不同，以说明由于使用多个能量爆发而不是单个爆发而导致的能量吸收或热传递的差异。
当确定一组能量发射器105的参数时，例如，控制器100可以确定用于激发每个待激发的能量发射器的时间。例如，控制器100可以在可能的范围内首先或最后向边缘输送能量，首先或最后向精细特征输送能量等等。在一些示例中，利用多个能量发射器将能量输送到同一位置，控制器100可以确定每个能量发射器应该何时将能量输送到那个位置。在一些示例中，激发时间可以由能量曲线来指定，该能量曲线可以相对于预定的时间参考点(例如，当能量发射器105的扫描开始时)来被定义。
控制器100可以使多个能量发射器105将确定的量的能量输送到材料床的每个位置。在一些示例中，控制器100可以使能量发射器105根据由控制器100确定的能量曲线来输送确定的量的能量。能量发射器105可以输送确定的量的能量以在构建材料床的待熔融位置处熔融构建材料，从而生成3D对象的层。控制器100和能量发射器105可以继续确定能量输送的量，继续确定能量曲线，或继续将能量输送到材料床以形成附加层，直到整个3D对象已经被打印。
图2是基于热传递来熔融构建材料的另一个示例系统的框图。所示示例包括控制器200、激光器205、试剂输送系统210和热像仪215。控制器200可以是参考图1所描述的控制器100的示例或包括参考图1所描述的控制器100的方面。类似地，激光器205可以是参考图1所描述的能量发射器105的示例或包括参考图1所描述的能量发射器105的方面。例如，激光器205可以是扫描的或固定的VCSEL。尽管这个示例描述了激光器205与试剂输送系统210和热像仪215相组合，但是设想了这样的示例，其中其他能量发射器与试剂输送系统210和热像仪215组合使用，或者包括试剂输送系统210或热像仪215中的一个，但不包括另一个。
试剂输送系统210可以将试剂施加到材料床上的附加位置。该附加位置可以与激光器205向其输送能量的位置相同、重叠(例如，不相互排斥)、相互排斥、是其子集或超集。在一些示例中，试剂输送系统210可以输送促进构建材料熔融的试剂、冷却剂、抑制构建材料熔融的试剂、粘合剂、改变视觉属性(例如颜色、不透明度)的试剂、改变物理属性(例如，除了视觉属性之外的属性，例如强度、弹性等)的试剂等。控制器200可以确定要输送到构建材料床的每个位置的试剂的量，例如，以实现指定的属性、以控制熔融行为等。当确定要输送到每个位置的能量的量时，控制器200可以基于为每个位置所确定的试剂的量或类型(作为对热力图和指示构建材料床的待熔融位置的数据的补充或替代)来确定要输送到每个位置的能量的量。例如，接收试剂以将该位置变成黄色的位置可能比接收试剂将该位置变成洋红色的位置更差地吸收能量。因此，在两个位置从周围位置接收相似量的能量的情况下，控制器200可以确定黄色位置应该相比洋红色位置接收更多的能量。
一些试剂可能影响从激光器205吸收多少能量，但不影响从周围位置接收多少能量，一些试剂可能影响从周围位置接收多少能量，但不影响从激光器205吸收多少能量，一些试剂可能会同时影响接收多少能量和吸收多少能量，有些试剂可能对两者都没有影响。控制器200可以确定试剂将具有什么影响并相应地调整计算。对于影响从周围位置接收多少能量的试剂，控制器200可以调整由位置从相邻位置接收多少能量的确定，例如，通过基于要输送到该位置的试剂的量来调整热图的该位置。对于影响从激光器205吸收能量的试剂，控制器200可以例如基于要输送到位置的试剂的量来调整要输送到该位置的能量的量的确定。试剂输送系统210可以在能量被输送到构建材料床之前或之后施加试剂，这可能对构建材料床的热属性具有不同的影响。因此，控制器200可以根据试剂是在能量之前还是之后被输送来进行不同的调整。
热像仪215可以捕获处于各种状态中的任何一种状态下的每一层的图像，例如在将试剂输送到构建材料床之前或之后、在将能量输送到构建材料床之前或之后等。控制器200可以基于由热像仪215捕获的图像来调整它确定的输送到构建材料床的能量的量或调整输送到构建材料床的能量的量的计算。例如，控制器200可以基于先前层的热图像计算先前层的热状态。计算的热状态可以指示构建材料床的位置比基于先前输送的能量的量或先前确定的位置之间的能量传递所预测的更热或更冷。在一些示例中，当将3D模型的切片与内核进行卷积时，控制器200可以调整3D模型的先前层，例如，以具有基于来自热图像的温度值的值而不是基于二进制值的值。先前层也可以(或替代地)基于模型、先前的能量输送等进行调整。例如，先前层的热值可以由模型预测并基于来自热像仪215的热图像进行调整。
图3是基于热传递来熔融构建材料的示例方法的流程图。在一些示例中，这些操作可以由包括执行一组指令以控制装置的功能元件的处理器的系统执行。另外地或替代地，可以使用专用硬件来执行这些过程。通常，这些操作可以根据根据本公开的方面描述的方法和过程来执行。例如，这些操作可以由各种子操作组成，或者可以与本文描述的其他操作结合执行。
在操作300，系统基于指示构建材料床的待熔融位置的数据以及基于待熔融位置之间的预测热传递确定热图。例如，操作300可以包括确定输送到待熔融位置的能量将如何被传递到构建材料床的周围位置。热图可以表示能量向周围位置的传递的结果。在某些情况下，该操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作305，系统基于热图和指示构建材料床的待熔融位置的数据确定要输送到构建材料床的每个位置的能量的量。例如，操作305可以包括确定将在构建材料床的位置处实现或避免特定条件(例如，熔融条件、过热条件等)的能量的量。可以基于指示构建材料床的待熔融位置的数据来确定每个位置的特定条件。可以基于热图确定将实现或避免每个条件的能量的量。在一些情况下，这个操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作310，系统使用一组能量发射器输送确定的量的能量以在构建材料床的待熔融位置处熔融构建材料。例如，在操作305确定要输送的能量的量可以包括确定用于一组能量发射器的控制参数以实现确定的量的能量的输送。输送确定的量的能量可以包括根据确定的控制参数操作该组能量发射器。在一些情况下，该操作可以涉及参考图1所描述的能量发射器或参考图2所描述的激光器，或由它们执行。
图4是基于热传递来熔融构建材料的另一个示例方法的流程图。在一些示例中，这些操作可以由包括执行一组指令以控制装置的功能元件的处理器的系统执行。另外地或替代地，可以使用专用硬件来执行这些过程。通常，这些操作可以根据根据本公开的方面描述的方法和过程来执行。例如，这些操作可以由各种子操作组成，或者可以与本文描述的其他操作结合执行。
在操作400，系统将内核与3D模型的切片进行卷积以确定热图。例如，切片可以指示构建材料床的哪些位置待熔融以形成3D模型。将内核与3D模型的切片进行卷积可以近似估计在将能量输送到待熔融位置之后能量将如何在位置之间被传递。内核可以与对应于3D对象的先前层、当前层或未来层的切片进行卷积以确定热图。内核可以被选择以生成热图，该热图指示由输送预定量的能量所引起的热传递。在某些情况下，该操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作405，系统确定要输送到构建材料床的每个位置的试剂的量。例如，用户可能已经指定了构建材料的位置的属性(例如，视觉属性、非视觉属性、物理属性等)。该系统可以确定要输送的试剂的量以实现该属性。在一些示例中，试剂可以帮助实现热条件，并且系统可以确定要输送的试剂的量以实现该热条件。在某些情况下，该操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作410，系统确定要输送到构建材料床的每个位置的能量的量。该能量的量可以基于热图、指示位置是否要被熔融的数据以及输送的试剂的量来被确定。例如，系统可以基于指示该位置是否要被熔融的数据来确定在每个位置实现或避免熔融条件。系统可以基于热图确定由传递预定的量的能量而引起的热状态，该热图可以指示位置之间的预测热传递，以及被输送的试剂的量，这可能会影响多少能量将在该位置被吸收。系统可以确定热状态是否与要实现或避免的条件(例如，熔融条件、过热条件等)一致。如果该位置或附近位置的热状态与在该位置要实现或避免的条件不一致，系统可以调整要输送的能量的量。在某些情况下，该操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作415，系统确定要输送到每个位置的能量的量的能量曲线。该系统可以确定输送确定的量的能量的能量曲线。例如，系统可以确定激发时间或激发功率以输送确定的量的能量。在一些示例中，能量发射器可以扫描通过构建材料床。系统可以确定如下的能量曲线，该能量曲线将使能量发射器在它们扫描通过构建材料床时将正确量的能量输送到正确的位置。在某些情况下，该操作可以涉及参考图1和图2所描述的控制器或由其执行。
在操作420，系统使用第一能量发射器将第一量的能量输送到第一位置。例如，操作415可以包括确定在操作410确定的能量的量应该在第一能量发射器和第二能量发射器之间分配并由第一能量发射器和第二能量发射器输送而不是单个能量发射器。操作415还可以包括基于在每个能量发射器的扫描路径中的每个位置的能量曲线确定可扫描通过多个位置的第一和第二能量发射器的总体能量曲线。操作420可以包括基于第一能量发射器的能量曲线来激发第一能量发射器。在操作425，系统使用第二能量发射器将第二量的能量输送到第一位置。例如，操作425可以包括基于第二能量发射器的能量曲线来激发第二能量发射器。在一些情况下，操作420和425可以涉及或由参考图1所描述的能量发射器或参考图2所描述的激光器执行。
图5是包括指令的示例计算机可读介质505的框图，该指令当由处理器500执行时，使处理器500基于热传递确定能量输送以熔融构建材料。所示示例包括处理器500和计算机可读介质505。计算机可读介质505可以是非暂态计算机可读介质，例如易失性计算机可读介质(例如，易失性RAM、处理器高速缓存、处理器寄存器等)、非易失性计算机可读介质(例如，磁存储设备、光存储设备、纸质存储设备、闪存、只读存储器、非易失性RAM等)，和/或类似的。处理器500可以是通用处理器或专用逻辑，例如微处理器(例如中央处理单元、图形处理单元等)、数字信号处理器、微控制器、ASIC、FPGA、可编程阵列逻辑(PAL)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程逻辑器件(PLD)等。
计算机可读介质505可以包括能量传递模块510、能量输送模块515和参数模块520。如本文所用，“模块”(在一些示例中被称为“软件模块”)是一组指令，该一组指令当由处理器500执行或解释或被存储在处理器可读介质处时，实现组件或执行方法。能量传递模块510包括指令，该指令在被执行时，使处理器500为构建材料床的多个位置中的每一个位置计算要从构建材料床的其他位置接收的能量的量。例如，能量传递模块510可以使过程500计算在能量被输送到构建材料床之后由于热传递而将被接收的能量的量。
能量输送模块515可以使处理器500基于要从其他位置接收的能量的量来计算使用多个能量发射器输送到每个位置的能量的量以实现熔融条件。例如，对于每个待熔融位置，能量输送模块515可以使处理器500计算超出从其他位置接收到的能量的量，这些能量应该被输送到该位置以达到熔融条件。
参数模块520可以使处理器500确定多个能量发射器的参数以输送计算的量的能量。例如，参数模块520可以使处理器500为每个能量发射器确定一个或多个参数，当多个能量发射器根据所确定的参数操作时，这些参数将使计算的量的能量被输送到每个位置。参数可以是控制或影响从多个能量发射器输送到构建材料床的能量的量的参数。在示例中，当由处理器500执行时，能量传递模块510、能量输送模块515或参数模块520可以实现如参考图1和图2所描述的控制器。
图6是包括指令的另一个示例计算机可读介质605的框图，该指令当由处理器600执行时，使处理器600基于热传递确定能量输送以熔融构建材料。所示示例包括处理器600和计算机可读介质605。处理器600可以是参考图5所描述的一个或多个对应元件的示例或包括参考图5所描述的一个或多个对应元件的方面。计算机可读介质605可以是参考图5所描述的一个或多个对应元件的示例或包括参考图5所描述的一个或多个对应元件的方面。
计算机可读介质605可以包括能量传递模块610、能量输送模块625和参数模块630。能量传递模块610可以是参考图5所描述的一个或多个对应元件的示例或包括参考图5所描述的一个或多个对应元件的方面；能量输送模块625可以是参考图5描述的一个或多个对应元件的示例或包括参考图5所描述的一个或多个对应元件的方面；以及参数模块630可以是参考图5所描述的一个或多个对应元件的示例或包括参考图5所描述的一个或多个对应元件的方面。
能量传递模块610可以包括先前状态模块615和未来状态模块620。能量传递模块610可以包括使处理器600基于构建材料的当前层的预测热状态来计算在每个位置处接收的能量的量的指令。先前状态模块615可以使处理器600基于已经从多个能量发射器接收到能量的构建材料床的先前层的热状态来计算要在每个位置处接收的能量的量。先前状态模块615可以使处理器600基于模型、输送到先前层的能量的量、先前层的热图像等来计算先前层的热状态。例如，热图像可以指示在热图像被拍摄时构建材料床上各个位置的温度。
未来状态模块620可以使处理器600计算未来层的预测热状态。例如，未来状态模块620可使处理器600利用模型来预测热状态，基于预测的到未来层的能量输送(例如，基于针对未来层的来自3D模型的切片)来预测热状态或类似的。能量传递模块610可以使处理器600基于从先前层接收的能量的量、从当前层接收的能量的量以及从未来层接收的能量的量来计算在每个位置处接收到的能量的量。能量输送模块625可以基于先前层的热状态，或当前层或未来层的预测热状态来调整计算的要输送到每个位置的能量的量。例如，能量输送模块625可以调整计算的能量的量以实现或避免熔融条件或过热条件。
参数模块630可以包括定时模块635。定时模块635可以使处理器600确定用于激发每个待激发的能量发射器的时间。在具有扫描能量发射器的示例中，定时模块635可以使处理器600通过确定何时激发每个能量发射器以将计算的量的能量输送到构建材料床上的正确位置来确定时间。在一些示例中，定时模块635可以使处理器600确定在向具有第二组特征(例如，在对象的主体之前或之后的边缘或精细特征)的位置输送能量之前向具有第一组特征的位置输送能量。在示例中，当由处理器600执行时，能量传递模块610、先前状态模块615、未来状态模块620、能量输送模块625、参数模块630或定时模块635可以实现如参照图1和图2所描述的控制器。
在本公开和以下的权利要求中，词语“或”指示包含性列表，例如，X、Y或Z的列表表示X或Y或Z或XY或XZ或YZ或XYZ。在描述中，元素可以包括X、Y或Z的陈述不排除该元素不包括X、Y和Z中的任何一个的其他示例。此外，短语“基于”不用于表示封闭的条件集。例如，被描述为“基于条件A”的步骤可以基于条件A和条件B两者。换言之，短语“基于”应解释为表示“至少部分地基于”。
以上描述是对本公开的各种原理和实施方式的说明。设想了对本文所描述的示例的各种变型和修改。因此，本申请的范围应仅由以下的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
多个能量发射器，所述多个能量发射器用于将能量输送到材料床，以在接收所述能量的多个位置处熔融构建材料；和
控制器，所述控制器用于：
基于指示待熔融的所述多个位置的数据以及基于接收所述能量的所述多个位置之间的预测热传递，确定要输送到每个位置以实现熔融条件的能量的量，以及
使得所述多个能量发射器将所确定的量的能量输送到所述材料床的每个位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个能量发射器包括二维激光器阵列。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器用于通过调整每个激光器的激光器功率或每个激光器的激发时间来使得所述二维激光器阵列将所确定的量的能量输送到每个位置。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括将试剂施加到所述材料床上的附加位置的试剂输送系统。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括热像仪，其中，所述控制器用于基于由所述热像仪捕获的图像来调整能量的所确定的量。
6.一种方法，包括：
基于指示构建材料床的待熔融位置的数据以及基于所述待熔融位置之间的预测热传递确定热图；
基于所述热图和指示所述构建材料床的所述待熔融位置的所述数据确定要输送到所述构建材料床的每个位置的能量的量；以及
使用多个能量发射器输送所确定的量的能量以在所述构建材料床的所述待熔融位置处熔融构建材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述热图包括：将内核与三维模型的切片进行卷积，其中，指示所述构建材料床的所述待熔融位置的所述数据包括所述三维模型的所述切片。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，使用所述多个能量发射器输送所确定的量的能量包括：使用第一能量发射器将第一量的能量输送到第一位置以及使用所述第二能量发射器将第二量的能量输送到所述第一位置。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括确定要输送到所述建造材料床的每个位置的试剂的量，其中，确定要输送到每个位置的能量的量包括：基于所述热图、指示所述构建材料床的所述待熔融位置的所述数据以及针对每个位置确定的试剂的量来确定要输送到每个位置的能量的量。
10.根据权利要求6所述的方法，还包括确定要输送到每个位置的能量的量的能量曲线，其中，所述多个能量发射器相对于所述构建材料床进行扫描，并且其中，输送所确定的量的能量包括：在扫描所述多个能量发射器的同时根据所述能量曲线输送所确定的量的能量。
11.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括指令，所述指令当由处理器执行时，使得所述处理器执行以下操作：
对于构建材料床的多个位置中的每个位置，计算要从所述构建材料床的其他位置接收的能量的量；
基于从所述其他位置接收的能量的量，计算使用多个能量发射器要输送到每个位置以实现熔融条件的能量的量；以及
确定所述多个能量发射器的参数以输送所计算的量的能量。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，所述指令使得所述处理器基于所述构建材料床的已经从所述多个能量发射器接收能量的先前层的热状态和所述构建材料的当前层的预测热状态来计算在每个位置处要接收的能量的量。
13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，还包括指令，所述指令使得所述处理器基于所述先前层的热图像计算所述先前层的所述热状态。
14.根据权利要求11所述的计算机可读介质，还包括指令，所述指令使得所述处理器计算未来层的预测热状态并且基于所述未来层的所述预测热状态调整要输送到每个位置的能量的所计算的量。
15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中使得所述处理器确定所述多个能量发射器的所述参数的所述指令包括：确定用于激发每个待激发的能量发射器的时间的指令。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220395701A1 (en) 2021-06-10 2022-12-15 Alpha Tau Medical Ltd. Diffusing alpha-emitter radiation therapy for pancreatic cancer

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103338880A (zh) * 2011-01-28 2013-10-02 阿卡姆股份有限公司 三维物体生产方法
CN107580545A (zh) * 2015-06-02 2018-01-12 惠普发展公司，有限责任合伙企业 基于温度阈值的牺牲物体
CN108290180A (zh) * 2015-10-30 2018-07-17 速尔特技术有限公司 增材制造系统和方法
CN108885643A (zh) * 2016-03-18 2018-11-23 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于增材制造的修改数据
US20190001557A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 3D Systems, Inc. Three dimensional printer for fusing powders with surface coloration using a vcsel array
US20190047226A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 David Masayuki ISHIKAWA Temperature control for additive manufacturing
CN109937387A (zh) * 2012-11-08 2019-06-25 Ddm系统有限责任公司 金属部件的增材制造及维修

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006177B4 (de) * 2014-01-16 2023-08-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Erzeugen dreidimensionaler Objekte
US10953600B2 (en) * 2015-01-30 2021-03-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating 3D objects
CN107530967B (zh) * 2015-08-20 2020-01-07 惠普发展公司有限责任合伙企业 过滤构建材料的温度分布数据
US11701819B2 (en) * 2016-01-28 2023-07-18 Seurat Technologies, Inc. Additive manufacturing, spatial heat treating system and method
EP3995277A1 (en) * 2016-01-29 2022-05-11 Seurat Technologies, Inc. System for additive manufacturing
US10434573B2 (en) * 2016-02-18 2019-10-08 Velo3D, Inc. Accurate three-dimensional printing
JP7136811B2 (ja) * 2017-05-11 2022-09-13 シューラット テクノロジーズ，インク． 付加製造のためのパターン化された光の開閉所ビーム・ルーティング

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103338880A (zh) * 2011-01-28 2013-10-02 阿卡姆股份有限公司 三维物体生产方法
CN109937387A (zh) * 2012-11-08 2019-06-25 Ddm系统有限责任公司 金属部件的增材制造及维修
CN107580545A (zh) * 2015-06-02 2018-01-12 惠普发展公司，有限责任合伙企业 基于温度阈值的牺牲物体
CN108290180A (zh) * 2015-10-30 2018-07-17 速尔特技术有限公司 增材制造系统和方法
CN108885643A (zh) * 2016-03-18 2018-11-23 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于增材制造的修改数据
US20190001557A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 3D Systems, Inc. Three dimensional printer for fusing powders with surface coloration using a vcsel array
US20190047226A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 David Masayuki ISHIKAWA Temperature control for additive manufacturing

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