CN114786927A - 用于确定多对象构建作业中打印材料粉末量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的系统和方法。接收关于以下的数据：对象的3D模型、对象的体积和表面、关于粉末的厚度的数据、构建室的特征、非构建区域的体积和净构建区域的体积、可回收间隙粉末的体积的估计、打印材料的粉末密度和固体密度以及回收率。确定以下量：对象周围的粉末层的体积、膨胀对象贡献、由于膨胀对象而使用的粉末量、非构建区域中的损失粉末量、净构建区域中的损失粉末量、膨胀对象对总损失粉末量的贡献以及所需的打印材料量。

Description

用于确定多对象构建作业中打印材料粉末量的方法和系统

技术领域

本公开内容大体上涉及计算机辅助设计、可视化和制造(“CAD”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统和管理产品和其他项目的数据的类似系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地说，本公开内容涉及与增材制造或三维(“3D”)打印相关的系统。

背景技术

在其他类型的增材制造技术中，粉末床3D打印技术通常用于生产与零件的3D模型数据不同的定制塑料零件。

粉末床3D打印技术的示例包括但不限于多射流熔融(MJF，Multi Jet Fusion)技术和选择性激光烧结(SLS，Selective Laser Sintering)技术。MJF和SLS技术用于使用优质热塑性材料制造高质量塑料零件，该优质热塑性材料通常基于聚酰胺，也称为尼龙12。这两种技术都是通过逐层对聚酰胺粉末颗粒进行热熔(也称为烧结)来发挥作用，以根据提供的3D模型获得固体零件。

MJF技术和SLS技术的主要区别在于它们的热源，MJF打印使用墨作为熔剂来促进红外光的吸收，并且SLS打印使用激光扫描和熔合每个粉末截面。

SLS打印机在封闭并且温度可控的加热构建室中打印。托盘平台(也称为床)在构建室内在垂直z轴上移动，其中材料粉末通过称为涂覆机的辊逐层沉积。室的顶部处的激光设备发射光束，通过镜子引导该光束以在粉末的顶层绘制掩模。光束施加能量并选择性地烧结粉末，或者换句话说，它通过加热颗粒将打印材料阶段从粉末改变为固体。在逐层地将每层烧结后，粉末托盘平台在z轴上略微下降，另一层粉末通过涂覆机扩散，并且然后激光束再次激活，使得在先前打印层的顶部生成额外的固体层。逐层重复该过程，直到零件完成。

利用MJF技术，将能量吸收剂选择性地施加至顶部粉末层，然后顶部粉末层的表面暴露于来自上方的热量中，使得收集热能以将打印材料阶段从粉末改变为固体。

在打印过程结束时，将装满粉末的容器从打印机中取出。打印的零件隐藏在容器内并且然后在拆包站与粉末分离。一定比率的“熟”粉末在与新鲜粉末按制造商确定的一定回收率混合后可以重复使用。例如，制造商可以推荐回收率R_recycle作为新粉末的重量与用过的粉末的重量之间的比率。

粉末床打印技术的优点是非烧结粉末用于支撑打印零件，使得与其他打印技术不同，不需要特殊的支撑结构。

与其他打印技术相比，粉末床MJF和SLS打印技术的另一个主要优势是以下能力：通过经由嵌套集将多个零件安装在打印室的边界内来在一个构建作业中制造多个零件，使得可以利用容器的整个高度。

在本领域中，确定在多零件打印作业中制造单个零件所需的3D打印材料量是重要任务。

典型地，需要用于估计用于打印单个零件的打印粉末量的这样的技术以提供足够可靠的结果，而不会导致过于复杂的数学计算。事实上，虽然关于单个给定零件的3D模型的数据可能是已知的，但通常情况下，同一构建作业中的其他零件的几何形状和数量通常还不知道。

在本领域中，用于预测用于在多零件打印作业中打印单个零件的粉末量的已知且使用的技术依赖于基于粉末密度和单个零件的体积和/或零件边界框的体积的计算。

不幸的是，这样的已知技术提供了预测结果，这样的预测结果特别地由于聚合物固体密度远高于聚合物粉末密度的事实并且还由于在一个打印作业中制造的其他若干零件通常是未知的并且可能在几何形状和尺寸上不同的事实而不可靠。

因此，期望改进技术。

发明内容

各种公开的实施方式包括用于确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的方法、系统和计算机可读介质。该方法包括接收关于对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定对象的体积和表面的数据。该方法还包括接收关于在打印期间粘附在对象周围的粉末层的厚度的数据。被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象。该方法还包括接收关于构建室的特征的数据。室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据。该方法还包括接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据。该方法还包括接收关于粉末的回收率的数据。该方法还包括基于对象3D模型数据和粉末层厚度数据来确定对象周围的粉末层的体积。该方法还包括基于膨胀对象的体积与净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献。该方法还包括基于固体密度、对象体积、粉末密度和粉末层体积来确定由于膨胀对象而使用的粉末量。该方法还包括基于回收率、粉末密度和非构建区域的体积来确定非构建区域中的损失粉末量。该方法还包括基于回收率、粉末密度和可回收间隙粉末的体积来确定净构建区域中的损失粉末量。该方法还包括基于膨胀对象贡献以及非构建区域和净构建区域两者中的损失粉末量来确定膨胀对象对总损失粉末量的贡献。该方法还包括基于由于膨胀对象而使用的粉末量以及膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印对象所需的打印材料量。

前述内容已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域的技术人员可以更好地理解下面的详细描述。下文将描述形成权利要求的主题的本公开内容的附加特征和优点。本领域的技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为修改或设计用于实现本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还将认识到，这样的等效结构不会脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围。

在进行以下具体实施方式之前，阐述本专利文件中各处使用的某些词或短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及它们的派生词意指包括但不限于；术语“或”是包容性的，意指和/或；短语“相关联”和“与之相关联”以及它们的派生词可以意指包括、被包括在内、相互连接、包含、被包含在内、连接到或与之相连、耦接到或与之耦接、可与之通信、与之合作、交错、并列、接近、绑定到或与之绑定、具有、具有……的属性等；以及术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，无论这样的设备是以硬件、固件、软件或它们的至少两个的某种组合来实现的。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。本专利文件中各处提供了某些词和短语的定义，并且本领域的普通技术人员将理解，这样的定义在许多(如果不是大多数)实例中适用于这样定义的词和短语的先前以及未来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但所附权利要求可以明确地将这些术语限制到特定的实施方式。

附图说明

为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在参照以下结合附图的描述，其中，相同的附图标记指示相同的对象，并且在附图中：

图1示出了其中可以实现实施方式的数据处理系统的框图；

图2是示意性地示出了要被3D打印的零件及其相关边界框的示例的图；

图3是示意性地示出了具有两个零件的构建室的示例的图；

图4是示意性地示出了具有多个零件的构建室的另一示例的图；

图5示出了根据公开的实施方式的用于确定用于在多对象打印作业中3D打印对象的打印材料粉末量的流程图。

具体实施方式

下面讨论的图1至图5以及本专利文件中用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅作为说明，并且不应以任何方式解释为限制本公开内容的范围。本领域的技术人员将理解，本公开内容的原理可以在任何适当布置的设备中实现。将参考示例性非限制性实施方式来描述本申请的许多创新教导。

用于确定用于在多对象构建作业中3D打印对象的粉末量的先前技术可能需要很多时间、很多精力和/或可能不可靠。本文中公开的实施方式提供了许多技术益处，包括但不限于以下示例。

实施方式可以有利地实现可靠地计算零件对多零件构建室中所需打印粉末量的相对贡献。

实施方式可以方便地基于单个零件表面的数据和单个零件体积的数据来实现在多零件构建作业中打印单个零件所需粉末量的可靠计算。

实施方式可以有利地基于单个零件表面的数据和单个零件体积的数据来实现在多零件作业中3D打印单个零件的可靠成本计算。

图1示出了其中可以实现实施方式的数据处理系统100的框图，例如，作为特别地通过软件或以其他方式被配置成执行如本文中所描述的过程的PDM系统，并且特别地作为如本文中所描述的多个互连且通信的系统中的每一个。所示的数据处理系统100可以包括连接到二级缓存/网桥104的处理器102，该二级缓存/网桥104又连接到本地系统总线106。例如，本地系统总线106可以是外设部件互连(PCI)架构总线。在所示的示例中，主存储器108和图形适配器110也连接到本地系统总线。图形适配器110可以连接到显示器111。

其他外围设备诸如局域网(LAN)/广域网/无线(例如WiFi)适配器112也可以连接到本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接到输入/输出(I/O)总线116。I/O总线116连接到键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和I/O适配器122。磁盘控制器120可以连接到存储装置126，存储装置126可以是任何合适的可用机器或机器可读存储介质，包括但不限于非易失性、硬编码类型的介质诸如只读存储器(ROM)或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁带存储装置和用户可记录类型介质诸如软盘、硬盘驱动器和致密盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能磁盘(DVD)以及其他已知的光、电或磁存储设备。

在所示的示例中，音频适配器124也连接到I/O总线116，扬声器(未示出)可以连接到该音频适配器用于播放声音。键盘/鼠标适配器118为点击设备(未示出)诸如鼠标、轨迹球、轨迹指针、触摸屏等提供连接。

本领域的普通技术人员将理解，图1中所示的硬件可以针对特定实现方式而变化。例如，除了所述硬件之外或代替所示硬件还可以使用其他外围设备诸如光盘驱动器等。所示示例仅出于说明的目的而提供，并不意在暗示针对本公开内容的架构限制。

根据本公开内容的实施方式的数据处理系统可以包括使用图形用户界面的操作系统。操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，其中每个显示窗口为不同的应用或同一应用的不同实例提供界面。图形用户界面中的光标可以由用户通过点击设备来操纵。可以改变光标的位置和/或生成事件诸如点击鼠标按钮以致动期望的响应。

如果适当地修改，可以使用各种商业操作系统之一诸如Microsoft Windows^TM的版本，它是位于华盛顿州雷德蒙德(Redmond,Wash)的微软公司的产品。如所描述的，根据本公开内容修改或创建操作系统。

LAN/WAN/无线适配器112可以连接到网络130(不是数据处理系统100的一部分)，如本领域的技术人员已知的，网络130可以是包括因特网的任何公共或私有数据处理系统网络或网络的组合。数据处理系统100可以通过网络130与服务器系统140通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，但是可以例如实现为单独的数据处理系统100。

图2是示意性地示出了要被3D打印的零件及其相关边界框的示例的图。

在图2中示出了零件P 201。如本文中所使用的，术语零件和对象是指具有对应3D模型并将通过粉末床3D打印技术定制制造的主体。在实施方式中，零件的3D模型通常可以是由请求定制3D打印作业的用户提供的CAD模型。

零件P 201具有它自己的体积Vp和表面积Ap。在实施方式中，零件P 201的零件体积Vp和表面积Ap可从所提供的零件201的3D模型确定，典型地可通过3D软件工具计算。示出了在零件201的边界处绘制的边界框BB 203。零件边界框203的尺寸204、205、206是XBB、YBB、ZBB。在零件P周围示出了在零件周围绘制的零件的粉末层202，本文中简单地被表示为粉末层。粉末层是在粉末床打印过程期间粘附在零件周围并在其过程结束时被移除的层。该层的粉末被认为是损失的粉末，因为它在打印后处理期间被浪费并且因为它通常无法回收。粉末层具有一定的厚度207，该厚度207在本文中也被表示为零件表面偏移的长度或简单地表示为表面偏移L_offset。表面偏移L_offset典型地取决于材料粉末特征和打印机的型号。在实施方式中，表面偏移L_offset的值估计可以例如由制造商或管理员提供。被其粘附粉末层包围的零件或对象在本文中被称为“膨胀零件”或“膨胀对象”。

图3是示意性地示出了具有两个零件的构建室的示例的图。

在图3中，示出了打印机构建室301及其底座平台308。打印机构建室T也被称为构建托盘、构建、打印室或托盘。托盘底座308具有尺寸XT、YT，分别是托盘底座308的宽度304和长度305。托盘301的体积VT通过计算室的三个尺寸值的乘积XT*YT*ZT来确定，其中ZT表示托盘301的高度306。

在托盘301内部，示出了若干非构建区域307、309、310。非构建区域是打印室301内的不能用于构建零件303的粉末区域。在净构建室302或在本文中简单地被表示为净构建Net_B 302中制造零件303。非构建区域可以是侧向区域，例如托盘的侧面的间隙307；或者可以是垂直区域，例如两个垂直的顶部垫309和底部垫310。典型地，非构建区域的空间可以用作零件303的支撑材料，或用作特殊局部区域来测量室的温度，例如针对某些SLS打印室。

图4是示意性地示出了具有多个零件的构建室的另一示例的图。

在图4中，示出了具有嵌套在一起的多个打印零件407的3D打印室401的另一示例。在打印室401中，示出了三个非构建区域402、405、406：构建平台404顶部的底部非构建区域402、顶部非构建区域406和与室401的净构建区域403具有相同高度的局部非构建区域405。

用于确定打印单个零件所需粉末量的示例性实施方式

在两个示例性实施方式中，针对MJF和SLS示例描述了用于确定在多零件打印作业中制造单个零件所需的打印粉末量的计算。

出于说明目的，假设这两个示例性实施方式涉及图2至图4的场景之一，其中示出了零件和两个不同的多零件室。在其他实施方式(未示出)中，单个零件可以具有与同一多零件构建作业中的其他零件的任何形状不同的形状。

假设设计工程师(本文中被表示为用户)提供关于单个零件P的3D模型的数据作为输入数据，从该数据可以确定零件表面的面积Ap和零件的体积Vp。在其他实施方式中，可以直接提供零件表面的面积Ap和零件的体积Vp。

例如从制造公司的管理员接收关于特定打印过程的其他数据作为预定义数据或作为输入数据，并且这样的特定数据在本文中被表示为制造商数据。

制造商数据的示例包括但不限于关于打印材料的特征的数据例如固体打印材料的密度ρ_solid和材料粉末的密度ρ_powder、关于打印室T的特征的数据例如其尺寸和非构建区域的尺寸、关于零件粉末层的厚度的估计L_offset的数据和其他相关数据。制造商数据的其他示例包括但不限于关于推荐的回收粉末比率R_recycle和作业的典型零件堆积密度R_job-packing的数据。制造商数据的其他示例包括但不限于用于成本计算的参数，例如每Kg的粉末成本c_powder和试剂成本c_agent以及打印机速度v_printing和每小时打印机成本c_printing。

在示例实施方式中，提供用户和制造商数据作为输入，如以下示例中所列出的。

用户输入数据：

-Ap其中Ap表示零件P的表面的面积，例如以cm²为单位测量；

-Vp其中Vp表示零件P的体积，例如，以cm³为单位测量；

制造商输入数据：

-L_offset其中L_offset表示表面偏移或零件粉末层的厚度的估计，例如以cm为单位测量；

-ρ_solid其中ρ_solid表示固体打印材料的密度，例如以g/cm³为单位测量；

-ρ_powder其中ρ_powder表示打印粉末的密度，例如以g/cm³为单位测量；

-XT，YT，ZT其中XT，YT，ZT表示托盘T的宽度、长度、高度，例如以cm为单位测量；

-X_NB-side，Y_NB-side，Z_NB-bottom，Z_NB-top，X_loc，Y_loc其中，X_NB-side，Y_NB-side，X_loc，Y_loc，Z_NB-bottom，Z_NB-top表示非构建区域(侧面非构建区域、局部非构建区域和垂直非构建区域)的尺寸；

-R_recycle其中R_recycle表示新粉末回收重量比率，其是制造商推荐的新粉末重量与用过的粉末重量之间的比率；

-R_job-packing其中R_job-packing表示在净构建区域中的作业的平均零件堆积密度，例如作为膨胀零件的体积与净构建的体积之间的比率的估计。

在示例实施方式中，用于打印单个零件的打印粉末量通过针对MJF打印示例的下式(m1)-(m16)以及通过针对SLS打印示例的下式(s1)-(s16)来确定。

式(m7)、(s7)是可以如何基于层厚度和零件表面积(例如，通过将层厚度与零件表面的面积相乘)来确定粘附在零件P周围的粉末层的体积V_offset的示例。在其他实施方式中，可以根据一个或更多个层厚度的数据和零件的3D表面模型的数据来确定粉末层的体积。

式(m13)、(s13)是可以如何将净构建区域中膨胀对象的相对贡献R_P-tot确定为膨胀零件的体积与净构建的体积之间的比率的示例。

式(m10)、(s10)是可以如何基于固体密度、零件体积、粉末密度和粉末层体积来确定由于膨胀零件而使用的粉末量的示例。

式(m14)、(s14)、(m11)、(s11)是可以如何基于回收率、粉末密度和非构建区域的体积来确定非构建区域中的损失粉末量的示例。

式(m14)、(s14)、(m12)、(s12)是可以如何基于回收率、粉末密度和多对象净构建中的可回收间隙粉末的体积来确定净构建区域中的损失粉末量的示例。

式(m14)、(s14)是可以如何基于膨胀零件的贡献以及非构建区域和净构建区域两者中的损失粉末重量来确定膨胀对象对总损失粉末的重量的贡献的示例。

式(m16)、(s16)是可以如何基于由于膨胀零件而使用的粉末的重量以及零件对象对总损失粉末的重量的贡献来确定3D打印零件所需的打印材料量的贡献的示例。

针对MJF打印实施方式示例的粉末量计算

(m1)W_P＝V_P*ρ_solid

其中W_P表示零件P的重量。

(m2)V_NB-side＝X_T*Y_T-(X_T-X_NB-side)*(Y_T-Y_{NB_side})*(Z_T-Z_NB-top-Z_NB-bottom)

其中V_NB-side表示侧壁的非构建区域的体积，并且其中X_NB-side、Y_NB-side是侧间隙的宽度。

(m3)V_NB-vertic＝X_T*Y_T*(Z_NB-top+Z_NB-bottom)

其中V_NB-vertic表示打印室顶部和底部处的非构建区域的体积。

(m4)V_NB-tot＝V_NB-side+V_NB-vertic)

其中V_NB-tot是总非构建区域NB-tot的体积。

(m5)W_{powder in NB-tot}＝V_NB-tot*ρ_powder

其中W_{powder in NB_tot}是总非构建区域中的粉末的重量。

(m6)V_net-B＝X_T*Y_T*Z_T-V_NB

其中V_net-B是托盘T内的净构建区域的体积。

(m7)V_offset＝L_offset*A_P

其中V_offset是粉末层的体积。

(m8)V_P-tot＝V_P+V_offset

其中V_P-tot是“总零件”(其是零件及其粉末层一起)的体积，总零件在本文中被表示为“膨胀零件”。

(m9)W_offset＝ρ_powder*V_offset

其中W_offset是零件粉末层的重量。

(m10)W_P-tot＝W_P+W_offset

其中W_P-tot是膨胀零件的重量。该粉末量W_P-tot是损失粉末，因为它是不可回收的粉末。

(m11)W_NBpowder＝ρ_powder*V_NB-tot

其中W_{NB powder}是非构建区域中所需的固定粉末量。该粉末量是可回收粉末，其损失粉末量取决于回收率。

(m12)W_{interst.powder}＝ρ_powder*(1-R_job-packing)*V_net-B

其中W_{interst.powder}是净构建区域中膨胀打印零件之间的间隙区域中可回收粉末总量的估计。

(m13)R_P-tot＝V_P-tot/V_net-B

其中R_P-tot是膨胀的单个零件的体积与净构建区域的体积之间的比率，因此表示净构建内膨胀的单个零件P的体积贡献的比率，在下文中称为膨胀零件贡献率。

(m14)W_NB，P＝R_P-tot*R_recycle*W_NBpowder

其中W_NB,P是膨胀零件对非构建区域的损失粉末的贡献。

(m15)W_interst.，P＝R_P-tot*R_recycle*W_{inters.powder}

其中W_interst.,P是膨胀零件对净构建中间隙区域的损失粉末的贡献。

(m16)W_{lost powder，P}＝W_P-tot+W_NB，P+W_interst.，P

其中W_{lost powder,P}是由于打印零件P而损失的总粉末的重量。

针对SLS打印实施方式示例的粉末量计算

(s1)W_P＝V_P*ρ_solid

其中W_P是零件P的重量。

(s2)V_NB-side＝X_T*Y_T-(X_T-X_NB-side)*(Y_T-Y_{NB_side})*(Z_T-Z_NB-top-Z_NB-bottom)

其中V_NB-side表示侧壁的非构建区域的体积，并且其中X_NB-side、Y_NB-side是侧间隙的宽度。

(s2.1)V_NB-loc＝(X_T*Y_T)*(Z_T-Z_NB-top-Z_NB-bottom)

其中V V_NB-loc是特殊局部非构建区域的体积。

(s3)V_NB-vertic＝X_T*Y_T*(Z_NB-top+Z_NB-bottom)

其中V_NB-vertic表示打印室顶部和底部处的非构建区域的体积。

(s4.1)V_NB-tot＝V_NB-side+V_NB-vertic+V_NB-loc

其中V_NB-tot是总非构建区域NB-tot的体积。

(s5)W_{powder in NB-tot}＝V_NB-tot*ρ_powder

其中W_{powder in NB_tot}是总非构建区域中粉末的重量。

(s6)V_net-B＝X_T*Y_T*Z_T-V_NB

其中V_net-B是托盘T内的净构建区域的体积。

(s7)V_offset＝L_offset*A_P

其中V_offset是粉末层的体积。

(s8)V_P-tot＝V_P+V_offset

其中V_P-tot是“总零件”(其是零件及其粉末层一体)的体积，总零件在本文中被表示为“膨胀零件”。

(s9)W_offset＝ρ_powder*V_offset

其中W_offset是零件粉末层的重量。

(s10)W_P-tot＝W_P+W_offset

其中W_P-tot是膨胀零件的重量。该粉末量W_P-tot是损失粉末，因为它是不可回收的。

(s11)W_{NB powder}＝ρ_powder*V_NB-tot

其中W_{NB powder}是非构建区域中所需的固定粉末量。该粉末量是可回收粉末，其损失粉末量取决于提供的推荐回收率。

(s12)W_{interst.powder}＝ρ_powder*(1-R_job-packing)*V_net-B

其中W_{interst.powder}是净构建区域中膨胀打印零件之间的间隙区域中的可回收粉末总量的估计。

(s13)R_P-tot＝V_P-tot/V_net-B

其中R_P-tot是膨胀的单个零件的体积与净构建区域的体积之间的比率，因此表示净构建内膨胀的单个零件P的体积贡献的比率，在下文中称为膨胀零件贡献率。

(s14)W_NB，P＝R_P-tot*R_recycle*W_{NB powder}

其中W_NB,P是膨胀零件对非构建区域的损失粉末的贡献。

(s15)W_interst.，P＝R_P-tot*R_recycle*W_{inters.powder}

其中W_interst.,P是膨胀零件对净构建中间隙区域的损失粉末的贡献。

(s16)W_{lost powder，P}＝W_P-tot+W_NB，P+W_interst.，P

其中W_{lost powder,P}是由于打印零件P而损失的总粉末的重量。

用于确定在多零件室中打印单个零件的成本的示例性实施方式

上面计算的打印材料量是用于3D打印单个零件所消耗的粉末的重量，并且在实施方式中，例如当给出每重量的粉末成本时，该打印材料量可以用于确定3D打印单个零件的成本。在实施方式中，还可以有利地给出每重量的试剂粉末成本，例如作为制造商输入数据接收每重量的试剂粉末成本。3D打印单个零件的成本可以方便地根据打印材料重量及其成本来确定。

在示例实施方式中，基于附加的制造商输入数据，通过针对MJF打印示例的下式(m17)-(m21.1)以及通过针对SLS打印的下式(s17)-(s21.2)来确定打印单个零件的成本。在下面示出的示例中，除了如打印粉末和试剂的消耗品的成本外，还考虑了关于打印成本和利润率的其他参数。

附加的制造商输入数据：

-c_printing其中c_printing是每小时的打印成本，例如以$/小时为单位测量；

-v_printing其中v_printing是3D打印机在z轴上的速度；

-Mg用于设定客户价格的成本利润率；

-c_powder其中c_powder是每Kg的粉末成本，例如以$/Kg为单位测量；

-U_agent其中U_agent是要在零件粉末内使用的试剂量的百分比；例如粉末的2％(仅对于MJF打印)；

-c_agent其中c_agent是每Kg的试剂成本，例如以$/Kg为单位测量(仅对于MJF打印)。

针对MJF打印实施方式示例的成本计算(m17)V_{printing per hour}＝v_printing*X_T*Y_T

其中V_{printing per}是在一小时内3D打印机的平均打印体积，例如以cm³/小时为单位测量；

(m18)t_P＝V_P-tot/V_{printing per hour}

其中t_P是对零件P的打印时间的贡献，例如以小时为单位测量；

(m19)C_printing，P＝t_P*c_printing

其中C_printing,P是由于零件P而引起的打印成本，例如以$为单位测量；

(m20)C_powder，P＝C_powder*W_{lost powder，P}/1000

其中C_powder,P是由于零件P而引起的粉末的成本；

(m20.1)C_agent，P＝(U_agent*W_P)*1000*c_agent

其中C_agent,P是用于零件P的试剂的成本；

(m21.1)P_P＝(C_powder，P+C_agent，P+C_{printing per P})*Mg

其中P_P是基于消耗品和打印小时费率来向客户提供的零件P的价格。

针对SLS打印实施方式示例的成本计算

(s17)V_{printing per hour}＝v_printing*X_T*Y_T

其中V_{printing per}是在一小时内3D打印机的平均打印体积，例如以cm³/小时为单位测量；

(s18)t_P＝V_P-tot/V_{printing per hour}

其中t_P是对零件P的打印时间的贡献，例如以小时为单位测量；

(s19)C_printing，P＝t_P*c_printing

其中C_printing,P是由于零件P而引起的打印成本，例如以$为单位测量；

(s20)C_powder，P＝C_powder*W_{lost pow der，P}/1000

其中C_powder,P是由于零件P而引起的粉末的成本；

(s21.2)P_P＝(C_{powder，P P}+C_{printing per P})*Mg

其中P_P是基于消耗品和打印小时费率来向客户提供的零件P的价格。

图5示出了根据公开的实施方式的方法的流程图500，该方法用于通过数据处理系统确定用于通过经由烧结将打印材料从粉末状态变换为固体来在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料量。例如，这样的方法可以通过由以上描述的图1的系统100来执行，但是以下过程中的“系统”可以是被配置成执行如所描述的过程的任何装置。

在动作505处，接收关于对象的3D模型的数据。3D模型数据至少包括用于确定对象的体积和表面的数据。在实施方式中，3D模型数据可以是对象的CAD模型、关于对象的体积和表面的数据或用于确定对象的体积和表面的任何其他数据。

在动作510处，接收关于粘附在对象周围的粉末层的厚度的数据。被其粉末层包围的被打印对象在本文中被称为膨胀对象。

在动作515处，接收关于室的特征的数据。室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积的数据、用于确定净构建区域的体积的数据以及用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据。术语间隙粉末，意指对象之间的间隙空间中的粉末。在实施方式中，堆积密度数据的示例可以包括但不限于净构建区域中作业的平均对象堆积密度的估计，例如，作为对象(膨胀或未膨胀)的体积与净构建的体积之间的比率的估计。

在动作520处，接收关于打印材料的粉末密度的数据和关于打印材料的固体密度的数据。

在动作525处，接收关于打印材料粉末的回收率的数据。

在动作530处，基于对象3D模型数据和粉末层厚度数据来确定对象周围的粉末层的体积。在实施方式中，通过计算对象表面积与粉末层的厚度之间的乘积来确定对象周围的粉末层的体积。

在动作535处，基于膨胀对象的体积与净构建的体积之间的比率来确定在净构建区域中膨胀对象的相对体积贡献。该相对体积贡献在下文中称为膨胀对象贡献。

在动作540处，基于固体密度、对象体积、粉末密度和粉末层体积来确定由于膨胀对象而使用的粉末量。

在动作545处，基于回收率、粉末密度和非构建区域的体积来确定非构建区域中的损失粉末量。

在动作550处，基于回收率、粉末密度和多对象净构建中的可回收间隙粉末的体积来确定净构建区域中的损失粉末量。

在动作555处，基于膨胀对象贡献以及非构建区域和净构建区域两者中的损失粉末量来确定膨胀对象对总损失粉末量的贡献；

在动作560处，基于由于膨胀对象而使用的粉末量以及膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印对象所需的打印材料量。在实施方式中，打印对象的成本可以优选地基于所确定的3D打印对象所需的打印材料量来确定。

在实施方式中，打印对象的成本基于所确定的3D打印对象所需的打印材料量来方便地确定。在实施方式中，3D打印技术可以方便地基于MJF技术或SLS技术。在其他实施方式中，可以有利地使用其他不同的粉末床3D打印技术。

当然，本领域的技术人员将认识到，除非操作序列特别指示或要求，否则上述过程中的某些步骤可以省略、同时执行或顺序执行，或以不同的顺序执行。

本领域的技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，适合与本公开内容一起使用的所有数据处理系统的完整结构和操作在本文中没有进行说明或描述。相反，仅说明和描述了对于本公开内容而言是独特的或理解本公开内容所必需的数据处理系统。数据处理系统100的其余结构和操作可以符合本领域已知的各种当前实现方式和实践中的任何一种。

重要的是要注意，虽然本公开内容包括在全功能系统的上下文中的描述，但本领域的技术人员将理解，本公开内容的至少部分能够以包含在各种形式的机器可用、计算机可用或计算机可读介质内的指令的形式分发，并且，无论用于实际执行分发的特定类型的指令或信号承载介质或存储介质如何，本公开内容都同样适用。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性、硬编码型的介质诸如只读存储器(ROM)或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)以及用户可记录类型介质诸如软盘、硬盘驱动器和致密盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)。

尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施方式，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围的情况下，可以进行本文中公开的各种更改、替换、变化和改进。

本申请中的任何描述都不应当被理解为暗示任何特定元素、步骤或功能是必须包括在权利要求范围(专利主题的范围仅由允许的权利要求限定)内的基本元素。

Claims (12)

1.一种用于通过数据处理系统确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的方法；所述方法包括以下步骤：

a)接收关于所述对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定所述对象的体积和表面的数据；

b)接收关于在打印期间粘附在所述对象周围的粉末层的厚度的数据；其中，被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象；

c)接收关于所述构建室的特征的数据；其中，室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据；

d)接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据；

e)接收关于所述粉末的回收率的数据；

f)基于所述对象的3D模型数据和所述粉末层的厚度数据来确定所述对象周围的所述粉末层的体积；

g)基于所述膨胀对象的体积与所述净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献；

h)基于所述固体密度、所述对象的体积、所述粉末密度和所述粉末层的体积来确定由于所述膨胀对象而使用的粉末量；

i)基于所述回收率、所述粉末密度和所述非构建区域的体积来确定所述非构建区域中的损失粉末量；

j)基于所述回收率、所述粉末密度和所述可回收间隙粉末的体积来确定所述净构建区域中的损失粉末量；

k)基于所述膨胀对象贡献以及所述非构建区域和所述净构建区域两者中的损失粉末量来确定所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献；

l)基于由于所述膨胀对象而使用的粉末量以及所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印所述对象所需的打印材料量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤f)中，通过计算所述对象的表面积与所述粉末层的厚度之间的乘积来确定所述对象周围的所述粉末层的体积。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：基于所确定的3D打印所述对象所需的打印材料量来确定打印所述对象的成本。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，3D打印基于MJF技术或SLS技术。

5.一种数据处理系统，所述数据处理系统包括：

处理器；以及

可访问存储器，所述数据处理系统特别地被配置成：

a)接收关于所述对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定所述对象的体积和表面的数据；

b)接收关于在打印期间粘附在所述对象周围的粉末层的厚度的数据；其中，被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象；

c)接收关于所述构建室的特征的数据；其中，室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据；

d)接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据；

e)接收关于所述粉末的回收率的数据；

f)基于所述对象的3D模型数据和所述粉末层的厚度数据来确定所述对象周围的所述粉末层的体积；

g)基于所述膨胀对象的体积与所述净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献；

h)基于所述固体密度、所述对象的体积、所述粉末密度和所述粉末层的体积来确定由于所述膨胀对象而使用的粉末量；

i)基于所述回收率、所述粉末密度和所述非构建区域的体积来确定所述非构建区域中的损失粉末量；

j)基于所述回收率、所述粉末密度和所述可回收间隙粉末的体积来确定所述净构建区域中的损失粉末量；

k)基于所述膨胀对象贡献以及所述非构建区域和所述净构建区域两者中的损失粉末量来确定所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献；

l)基于由于所述膨胀对象而使用的粉末量以及所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印所述对象所需的打印材料量。

6.根据权利要求5所述的数据处理系统，其中，通过计算所述对象的表面积与所述粉末层的厚度之间的乘积来确定所述对象周围的所述粉末层的体积。

7.根据权利要求5所述的数据处理系统，还被配置成基于所确定的3D打印所述对象所需的打印材料量来确定打印所述对象的成本。

8.根据权利要求5所述的数据处理系统，其中，3D打印基于MJF技术或SLS技术。

9.一种编码有可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述可执行指令在被执行时使一个或更多个数据处理系统：

a)接收关于所述对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定所述对象的体积和表面的数据；

b)接收关于在打印期间粘附在所述对象周围的粉末层的厚度的数据；其中，被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象；

c)接收关于所述构建室的特征的数据；其中，室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据；

d)接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据；

e)接收关于所述粉末的回收率的数据；

f)基于所述对象的3D模型数据和所述粉末层的厚度数据来确定所述对象周围的所述粉末层的体积；

g)基于所述膨胀对象的体积与所述净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献；

h)基于所述固体密度、所述对象的体积、所述粉末密度和所述粉末层的体积来确定由于所述膨胀对象而使用的粉末量；

i)基于所述回收率、所述粉末密度和所述非构建区域的体积来确定所述非构建区域中的损失粉末量；

j)基于所述回收率、所述粉末密度和所述可回收间隙粉末的体积来确定所述净构建区域中的损失粉末量；

k)基于所述膨胀对象贡献以及所述非构建区域和所述净构建区域两者中的损失粉末量来确定所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献；

l)基于由于所述膨胀对象而使用的粉末量以及所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印所述对象所需的打印材料量。

10.根据权利要求9所述的非暂态计算机可读介质，其中，通过计算所述对象的表面积与所述粉末层的厚度之间的乘积来确定所述对象周围的所述粉末层的体积。

11.根据权利要求9所述的非暂态计算机可读介质，还被配置成基于所确定的3D打印所述对象所需的打印材料量来确定打印所述对象的成本。

12.根据权利要求9所述的非暂态计算机可读介质，其中，3D打印基于MJF技术或SLS技术。

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