CN114929457A - 用于增材制造的对象的空间布置 - Google Patents

Abstract

在示例中，一种方法包括获得补偿模型，该补偿模型表征增材制造装置的制造室内的对象的位置和要施加到所述对象的模型的几何补偿之间的关系，其中不同的几何补偿值与不同的位置相关联。在一些示例中，该方法进一步包括确定要在构建操作中生成的一组对象中的每个对象的尺寸参数的大小。该方法可以包括基于尺寸参数的大小和空间布置中的对象生成的预期位置的几何补偿值，确定要在构建体积内生成的对象的空间布置。

Description

用于增材制造的对象的空间布置

背景技术

增材制造技术可以通过例如在逐层的基础上的构建材料的固化来生成三维对象。在这样的技术的示例中，构建材料可以以逐层的方式供应，并且固化方法可以包括加热构建材料层以在选择的区域中引起熔化。在其他技术中，可以使用化学固化方法。

附图说明

现在将参考附图描述非限制性示例，其中：

图1是确定要在增材制造中生成的对象的空间布置的方法的示例的流程图；

图2A是制造室的示例构建体积（build volume）的简化示意图；

图2B是要在增材制造中生成的示例对象的简化示意图；

图2C是要在构建体积中生成的对象的空间布置的示例的简化示意图；

图3是在增材制造中确定对象的空间布置并生成对象的方法的示例的流程图；

图4是确定对象的空间布置的方法的示例的流程图；

图5是示例装置的简化示意图；

图6是用于增材制造的示例装置的简化示意图；以及

图7和图8是与处理器相关联的示例机器可读介质的简化示意图。

具体实施方式

增材制造技术可以通过构建材料的固化来生成三维对象。在一些示例中，构建材料是粉末状颗粒材料，其可以是例如塑料、陶瓷或金属粉末，并且生成的对象的属性可以取决于构建材料的类型和所使用的固化机制的类型。在一些示例中，粉末可以由短纤维形成，或者可以包括短纤维，该短纤维可以例如已经从材料的长股或线切割成短长度。构建材料可以被沉积在例如印刷床上，并且例如在制造室内逐层处理。根据一个示例，合适的构建材料可以是可从HP公司获得的商业上称为V1R10A“HP PA12”的PA12构建材料。

在一些示例中，通过定向施加能量（例如使用激光或电子束，其导致其中施加定向能量的构建材料的固化）实现选择性固化。在其他示例中，至少一种印刷剂可以被选择性地施加到构建材料，并且在施加时可以是液体。例如，熔合剂（fusing agent）（也称为“聚结剂”或“凝结剂”）可以以从表示要生成的三维对象的切片的数据导出（例如可以从结构设计数据中确定）的图案选择性地分配到构建材料层的部分上。熔合剂可以具有吸收能量的成分，使得当能量（例如，热量）被施加到层时，已将能量施加到其的构建材料变热、聚结并在冷却时固化，以根据图案形成三维对象的切片。在其他示例中，聚结可以以一些其他方式实现。

根据一个示例，合适的熔合剂可以是包括炭黑的墨水型制剂，诸如例如可从HP公司获得的商业上称为V1Q60A“HP熔合剂”的熔合剂制剂。这样的熔合剂可以包括红外光吸收剂、近红外光吸收剂、可见光吸收剂和UV光吸收剂中的任一种或任何组合。包括可见光吸收增强剂的熔合剂的示例是基于染料的彩色墨水和基于颜料的彩色墨水，诸如可从HP公司获得的商业上称为CE039A和CE042A的墨水。

除了熔合剂之外，在一些示例中，印刷剂可以包括聚结改性剂，其用于例如通过减少或增加聚结来修改熔合剂的效果，或帮助产生对象的特定饰面或外观，并且因此这样的试剂可以被称为细化剂（detailing agent）。在一些示例中，可以在被印刷对象的边缘表面附近使用细化剂来减少聚结。根据一个示例，合适的细化剂可以是可从HP公司获得的商业上称为V1Q61A“HP细化剂”的制剂。例如包括染料或染色剂的着色剂，在一些示例中可以用作熔合剂或聚结改性剂，和/或用作印刷剂，以为对象提供特定的颜色。

如上所述，增材制造系统可以基于结构设计数据来生成对象。这可能涉及设计者例如使用计算机辅助设计（CAD）应用来设计要生成的对象的三维模型。该模型可以定义对象的实体部分。为了使用增材制造系统从模型生成三维对象，模型数据可以包括或可以被处理以导出模型的切片或平行平面。每个切片可以限定要由增材制造系统固化或导致聚结的构建材料的相应层的一部分。

在通过增材制造来制造对象期间，特别是在可能对对象施加热量的情况下，可能发生变形，从而导致生成不具有预期尺寸的对象。特定的变形可以取决于诸如所使用的构建材料、增材制造的类型、对象在增材制造装置的制造室内的位置、对象体积以及诸如此类的因素中的任一个或任何组合。

例如，可能是这种情况，在包括热量的过程中生成对象的情况下，附加的构建材料可能在生成时粘附到对象。在一个示例中，熔合剂可以与层中旨在熔合的区域相关联。然而，当供应能量时，邻近区域的构建材料可能变得被加热并熔合到对象的外部（在一些示例中，被完全或部分熔化，或者作为粉末粘附到熔化的构建材料）。因此，对象的尺寸可能大于熔合剂施加到其的（一个或多个）区域。为了补偿这种影响，即，在预期对象在制造期间可能倾向于“增长”的情况下，可以减小如对象模型数据中描述的对象体积。

在其他示例中，在对象生成后，对象可能比对象模型数据中指定的更小。例如，用于生成对象的一些构建材料可能在冷却时收缩。因此，可以增加对象模型数据中的对象体积，以补偿预期的体积中的减小。

在一些示例中，特定变形可能取决于对象在增材制造装置的制造室内的位置。这可能是因为热特性贯穿制造室变化，例如在不同的位置中可能存在小的温度中的差异。在一些示例中，腔室的底部附近的对象可以比位于制造室的顶部附近的那些对象在更高的温度下保持达更长的时段，因为在腔室的底部附近生成的对象将在制造过程的开始附近产生，而顶部附近的那些对象将在过程中的后期产生。这可能导致冷却速度中的差异，其可能影响变形。可能存在其他差异，例如由于加热或冷却中的不均匀性和/或加热或冷却速率，由于加热或冷却元件的位置和/或由于与制造室的壁的接近度（其可能影响构建材料的冷却速率）导致。

特定对象可能受制于导致增长和/或收缩的机制，并且要施加的适当变换可能受到对象可能受这样的过程影响的不同程度的影响。

可以使用（一个或多个）几何变换施加这样的补偿，几何变换可以包括缩放和/或偏移。例如，几何变换可以包括至少一个缩放因子和/或至少一个偏移值，并且在一些示例中，将缩放因子和/或偏移值与三个正交轴中的至少一个轴相关联（例如，x、y和z，其中z方向在本文中被认为是垂直于沉积的构建材料层的方向，并且x和y方向在沉积层的平面中）。可以使用缩放因子来将至少一个轴的方向上的对象尺寸乘以一个值，该值可以大于1以便使（一个或多个）尺寸增加，并且该值可以小于1以使（一个或多个）尺寸减小，或者等于1以没有效果。缩放因子可以被施加到对象模型的尺寸，例如施加到对象的网格模型。

偏移可以例如通过指定的距离或定义的体素（即，3D像素）的数量来指定要添加或从对象的表面（或层内的周界）移除的量。例如，可以指定轴上的偏移距离，并且对象可以被腐蚀或者可以被扩展（dilated）（即，膨胀或放大）该距离，例如通过在对象模型是网格模型的情况下移动网格的顶点，或者在体素化模型中增加/减去多个体素，尽管在其他示例中可以使用提供偏移的其他方法。

总之，然后为了补偿预期变形，可以在开始构建过程之前修改描述要生成的对象的模型。修改可以包括缩放（由此对象沿着一个或多个轴被“拉伸”或“压缩”），和/或表面偏移操作，其包括对对象的表面施加腐蚀或扩展操作。下面阐述的方法是参考缩放和偏移来描述的，尽管这些方法可以与（一个或多个）任何其他修改操作相结合来提供变换的对象模型。

在一些示例中，当对象模型已在制造过程的空间布置中进行布置时，对对象模型施加修改，诸如缩放，例如使得可以考虑对象生成的位置（如上所述，其可以对可能看到的变形具有影响）。然而，如果对对象施加正缩放/偏移，则对象的整体大小增加，并且因此在生成对象时使用的构建材料的量可能受到影响（这又可能减少制造室中未使用的构建材料的量，否则所述构建材料将可用于回收）。也可能消耗附加的印刷剂。当缩放/偏移在z或高度维度上时，这意味着对象的生成可能使用比预期更多的构建材料层，这又可能增加生成对象时使用的时间。

图1是方法的示例，该方法可以包括用于确定要在增材制造中生成的对象的空间布置的计算机实现的方法。

该方法包括，在框102中，通过至少一个处理器获得补偿模型，该补偿模型表征增材制造装置的制造室内的对象的位置与要施加到所述对象的模型的几何补偿之间的关系，其中不同的几何补偿值与不同的位置相关联。

补偿模型可以包括描述如何补偿要生成对象的预期变形的数据，其中预期尺寸可能受其在制造室内的位置影响。例如，它可以包括表示几何变换的数据，诸如上述的偏移和/或缩放变换，以作为对象在制造室内的位置的函数而施加到要在制造室内生成的对象的模型。除了补偿模型之外，当确定要施加到对象模型的几何补偿时，还可以考虑其他因素，例如基于要生成的对象的材料、尺寸（例如对象体积）、类型或预期尺寸准确度。

在一些示例中，补偿模型可以包括描述要在制造室内多个点或节点处施加的补偿几何变换的数据。例如，制造室可以被划分为网格，该网格可以是规则间隔的网格，并且网格中的每个交叉点是可以与至少一个几何变换值相关联的节点。例如，网格中的节点可以与至少一个缩放因子、至少一个偏移值和/或任何其他要施加到在制造室中的该节点处生成的对象的修改值相关联（例如，对象可以旨在被生成为使得其质心将与节点的位置一致，或者对象的某个其他可定义点与该位置对齐）。要在节点之间的位置处生成的对象可以例如被分配最近节点的值，或者要施加的变换的值可以通过对周围节点的值进行插值或诸如此类来生成。在其他示例中，可以对与对象的预期体积范围相交的节点进行平均。

在一些示例中，可以为每个单独的增材制造装置或每个制造室确定补偿模型。在其他示例中，可以为增材制造装置或制造室的类型或类别确定补偿模型。补偿模型可以通过使用一个或多个增材制造装置生成的对象的测量或者通过使用制造室的热特性的计算机辅助建模来凭经验地确定。在一些示例中，补偿模型可以在增材制造装置的寿命内变化，并且可以贯穿装置的寿命来更新。例如，生成模型可以包括生成对象并确定对象的尺寸是否不同于预期尺寸。如果是这种情况，那么如果在生成之前施加到对象模型将已导致对象具有其预期尺寸的缩放和偏移可以例如作为平均值或使用数据拟合技术来确定。

所述方法包括，在框104中，使用至少一个处理器来确定要在构建操作中生成的一组对象中的每个对象的尺寸参数的大小。

可以在单个制造过程中生成一个或多个对象。这样的对象在制造室内如何布置可能影响在生成对象时使用的构建材料的数量、生成对象所花费的时间以及生成对象的质量。例如，如上所述，如果对象被布置成使得更多层的构建材料被用于生成对象，则在生成对象时将使用更多的构建材料和更多的时间。此外，如果对象被布置成使得相邻的对象相互作用，那么所生成的对象的质量可能受到影响，例如，如果相邻的对象间隔得太近，一个对象的热相互作用可能不利地影响另一个对象，从而导致（一个或多个）所述对象中的变形。

尺寸参数可以是对象的宽度、长度或高度。例如，尺寸参数可以是对象的宽度、长度或高度的最大值，这可以在对象处于任意或指定方位中时确定。在一些示例中，尺寸参数可以是对象的最大宽度、长度或高度，或者在其他示例中，尺寸参数可以是对象的宽度、长度或高度中的至少两个的平均值（例如，均值）。在一些示例中，尺寸参数可以是包围该对象的边界框的尺寸，其中边界框可以是包围该对象的最小长方体，或者可以是限定其中不应生成其他对象的区域的较大长方体（例如以提供预期的最小间距并且因此控制热相互作用）。

尺寸参数的大小可以例如是预定的，和/或可以从表示要生成的对象的对象模型（例如CAD模型）中确定。

在一些示例中，在确定尺寸参数的大小之前，可以确定对象的取向。例如，如果尺寸参数是沿着制造室的x、y或z轴的尺寸，则取向可能影响参数的大小的确定。在一些示例中，对象可以随机定向，而在其他示例中，对象可以优先定向在特定方向上，例如以增加对象的包装密度（packing density），或者以减少对象的空间布置的总高度。如上所述，虽然通过在层内具有小尺寸可以节省构建材料，但是通过在垂直于层的方向上具有更小的尺寸可以节省时间和构建材料两者。因此，在一些示例中，对象可以在层的平面中以更大的（一个或多个）尺寸来定向。

在一些示例中，对象的取向可以是预定的。例如，用户可以定义要在其中生成对象使得所述对象的取向是“锚定的”的取向。在其他示例中，可以修改取向，例如以便减少所使用的构建材料的总深度。如上所述，在一些示例中，要生成的对象的模型可以描述边界框。在这样的示例中，可以改变对象的取向，使得边界框的最小尺寸（即，边界框的高度、宽度和深度的最小值）与z轴对齐，以减少在生成对象时使用的构建材料的深度（并且因此在一些示例中减少对象生成所花费的时间）。在一些这样的示例中，一旦已经确定对象沿z轴的对齐，它就可以通过以下方法保持不变。

该方法包括，在框106中，使用至少一个处理器，（至少部分地）基于尺寸参数的大小和空间布置中对象生成的预期位置的补偿参数的值，确定要在构建体积内生成的对象的空间布置。

通常，根据图1的方法，空间布置可以使得倾向于增加对象尺寸的修改最小化。特别地，对象可以被放置在对象生成的预期位置的至少一个补偿参数的值是低的地方（即，将对象的大小增加相对小的量，或减小对象的大小）。然而，特别是当考虑缩放因子时，对象所增长的量将取决于其基本（underlying）尺寸——较大的对象将与其大小成比例增长。在本文中的一些示例中，空间布置可以特别地被确定，使得在对象生成期间在z轴上具有相对大高度的对象被放置或倾向于被放置在具有相对低的正缩放因子（即，接近1的因子）或具有负缩放因子（即，小于1的因子）的（一个或多个）位置，并且反之亦然，使得在z上的缩放因子和z上的对象尺寸之间通常存在负相关性或趋势。在一些示例中，在空间布置的生成中可能存在偏差，使得导致这种关系。然而，还可能考虑附加的因素，诸如整体包装效率以及诸如此类，这可能意味着对象没有以与补偿值成反比的尺寸次序严格放置。

在一些示例中，可以选择对象的位置，使得由于对对象模型施加的补偿（如针对该位置处的补偿参数所指定的那样），因此将对象定位在特定位置中不会显著增加制造过程期间沉积的层数。这可以跨要在单个构建操作中生成的一组对象进行平衡。因此，虽然该布置可能不会针对每个单独的对象进行优化，但是作为一个整体，该布置可能倾向于在高度上低于随机布置。在一些示例中，可以评估多个空间布置，并且可以在至少一个具有较大高度的空间布置上选择具有较低高度的空间布置。

图2A示出了增材制造装置的制造室的构建体积200的横截面的示例。该图中的水平方向对应于x方向，并且垂直方向对应于z方向。y方向垂直于该图的平面。换句话说，该图示出了制造室的‘侧视图’。如上所述，构建材料可以被沉积在水平层中，即在x-y平面中，在该水平层上，熔合剂可以被选择性地分配到层的部分上，以使那些部分固化，以形成要生成的对象的切片。

构建体积200中的阴影图示了补偿参数补偿模型的值。浅色的构建体积的区域202是具有（一个或多个）低几何补偿值的区域，并且深色的构建体积的区域204是其中具有（一个或多个）高几何补偿值的区域，该几何补偿值例如可以是z轴上的缩放因子。如可以看到的那样，在该示例中，朝向构建体积200的底部和角落附近的区域比构建体积200的中心和顶部附近的那些区域具有更高的几何补偿值。

图2B示出了要在增材制造中生成的对象的示例。该图示出了对象在x-z平面（即与图2A中描绘的横截面相同的平面）中的横截面。在该示例中，有三个对象：具有三角形横截面的第一对象220、具有五边形横截面的第二对象222和具有十字形横截面的第三对象224。这些对象的尺寸参数是它们的高度，即z方向上的最大坐标和z方向上的最小坐标之间的差。如可以看到的那样，第一对象220具有最小的高度，并且第三对象224具有最大的高度。

图2C示出了构建体积200内的对象220、222、224的空间布置。对象已经（至少部分地）基于它们的尺寸参数和基于补偿模型来布置。在该示例中，尺寸参数是对象的高度，并且对象被布置成使得具有最大高度的对象（第三对象224）位于具有低几何补偿的位置202中，并且具有最小高度的对象（第一对象220）位于具有较高几何补偿的位置204中。

在其中几何补偿是在z方向上施加的正缩放操作的示例中，以这种方式布置对象，其中在相对低几何缩放的区域中具有“更高”对象（即对象生成的取向上的高度）相对于在放置对象时不考虑补偿模型的空间布置，将减少在生成对象时使用的构建材料的层数。这是因为当高对象位于较高缩放的区域中时，其尺寸将比位于相同区域中的较小对象增加得更多。例如，考虑其中施加了+10%正缩放（例如，缩放因子值为1.1）的区域和具有10cm的高度的对象。该对象将被缩放，使得其在制造期间具有11cm的高度（其中预期该对象将收缩，例如在冷却时，收缩至10cm）。相比之下，当位于相同区域中时，具有1cm的高度的对象将被缩放到1.1cm。因此，如果要生成这两个对象，将10cm的对象定位在该区域中将导致所用构建材料的深度方面增加1cm，而如果将1cm的对象定位在该区域中，这将导致所用构建材料的深度方面增加0.1cm。因此，相对于其中不考虑几何补偿和尺寸的空间布置，通过考虑几何补偿和要生成的对象的尺寸，空间布置的整体高度可以减小。

在示例中，将生成具有380mm的高度的对象。当这样的对象位于具有5% z缩放（缩放因子值为1.05）的区域中时，将生成具有399mm的高度的对象。在具有80微米的层厚度的示例增材制造装置中，这样的对象将包括4988层。相比之下，如果相同的对象位于具有2.5%的z缩放（缩放因子值为1.025）的区域中，则将生成具有389.5mm的高度的对象，这在相同的增材制造装置中将包括4869层。因此，与替代示例相比，通过将对象定位在具有较低z缩放的区域中，在生成对象时使用的层数可以减少119层。

图3是方法的示例，该方法可以包括用于在增材制造中选择和确定对象的空间布置并生成对象的计算机实现的方法。

框302包括在至少一个处理器处获得补偿模型，其中要施加的几何补偿包括缩放操作。缩放操作可以被定义为与制造室内的多个点（或节点）中的每个相关联的单个数值，例如，点可以与1.01、1.02或1.05的缩放相关联，这将导致如果要在该点处生成对象的话，对象模型在每个方向上被放大+1%、+2%或+5%（其中不同的点可以与不同的缩放因子值相关联）。在其他示例中，可以在不同的方向上施加不同的缩放因子。例如，每个点可以与描述要在x方向上施加的缩放的x缩放因子值、描述要在y方向上施加的缩放的y缩放因子值以及描述要在z方向上施加的缩放的z缩放因子值相关联。这样的缩放因子可以被写成（s_x，s_y，s_z），其中s_x是在该点处施加到x方向上的缩放，s_y是在该点处施加到y方向上的缩放，并且s_z是在该点处施加到z方向上的缩放。例如，在该符号中，（1.01，1.02，1.03）表示x方向上的缩放为+1%，y方向上的缩放为+2%，并且z方向上的缩放为+3%。

例如，如果要在制造室内的第一位置处生成对象，则可以将该位置映射为几何变换，该几何变换包括一个或多个偏移和/或缩放值，所述偏移和/或缩放值旨在补偿与预期尺寸的预期偏差。然而，如果要在制造室内的第二位置处生成相同的对象，则该第二位置可以被映射到包括一个或多个不同偏移和/或缩放值的不同几何变换。因此，所施加的特定几何变换可以在不同位置之间变化，并且可以基于预定的映射或诸如此类。

在其他示例中，补偿模型可以包括至少一个添加和/或不同类型的几何变换，例如，其可以包括要作为对象在制造室内的位置的函数而施加到要生成的对象的偏移、剪切操作或扭曲操作。

指定这样的参数的（一个或多个）几何变换参数值和/或（一个或多个）几何补偿模型可以例如被存储在存储器中，例如实现为（一个或多个）映射资源，诸如查找表以及诸如此类，或可以实现为一种或多种算法，例如将对象生成位置（以及在一些示例中，其他因素，诸如体积、表面积、包装密度、环境条件、对象生成装置、对象生成材料成分、对象冷却曲线（profile）或印刷模式或诸如此类的任一个或任何组合）与要施加到对象模型数据的补偿相关联。

在一些示例中，几何补偿是缩放操作，并且缩放操作用于在垂直于构建操作期间沉积的构建材料层的方向上修改对象的模型的几何形状。例如，缩放操作可以是如关于图2C所描述的缩放操作，其中缩放是在z方向上的缩放。可以考虑在z方向上缩放，因为这将对要生成的对象的高度有影响，并且因此将影响生成对象时使用的层数。

在其他示例中，缩放操作可以例如在x方向或y方向上平行于层。在这样的示例中，考虑在层的平面中的缩放操作可以导致较少的构建材料被固化，并且因此更多的构建材料可用于在后续的构建操作中再循环。替代地或附加地，在一些示例中，例如通过将具有大水平尺寸的对象定位在具有低水平缩放因子的位置中，这可以允许在水平方向内生成更高密度的对象包装。

框304包括在至少一个处理器处确定尺寸参数的大小，其中尺寸参数是对象在垂直于构建操作期间沉积的构建材料层的方向上的最大尺寸。换句话说，尺寸参数可以是对象在预期的对象生成取向上的最大高度。例如，在图2B的第一对象220的示例中，高度是从三角形的底边到三角形的顶点垂直测量的距离。

尺寸参数可以随对象的取向而变化。例如，第一对象220在图2B中时的取向上的高度小于如果对象被旋转90°使得三角形的底边垂直定向时将是的高度。在一些示例中，在确定空间布置之前，确定要生成的对象的取向。例如，一些增材制造装置在一个轴上比在另一个轴上具有更高的分辨率。例如，z轴上可实现的分辨率由要沉积的层的厚度设置，而平行于层的分辨率可以更大，因为它不受层的厚度约束。因此，在一些示例中，对象可以被定向使得具有较低公差的尺寸（即，旨在精确的尺寸）处于其中装置以较高分辨率操作的方向上。因此，可以基于这样的考虑来预先确定取向。

在一些示例中，要生成的对象可以定向在任何取向上。在这样的示例中，对象可以旋转，使得它们的较小尺寸在制造室内是垂直的，以保持较低的层数。在这些示例中，尺寸参数可以是在执行这样的旋转之后在z方向上定向的尺寸。

在一些示例中，可以旨在生成多个对象，其中的一些可以在如所述的预定取向上“锚定”，而其他（或在一些情况下，所有）对象可以在任何取向上生成。在这样的示例中，当确定空间布置时，锚定的对象可以被平移，但是不旋转，而其他对象可以被旋转和/或平移。

框306包括在至少一个处理器处，（至少部分地）基于尺寸参数的大小和空间布置中对象生成的预期位置的补偿参数的值，确定要在构建体积内生成的对象的空间布置，并且对应于图1的框106。可以生成空间布置以例如考虑对象之间的最小间距。例如，可以通过按高度的次序分配对象来生成布置，使得最高的对象被分配给具有最低缩放因子的位置，然后下一个最高的对象被分配给具有最低缩放因子的剩余可用位置的位置。在其他示例中，可以基于缩放因子值的范围来定义区域，并且从最高的对象开始可以被分配给与缩放因子值的最低范围相关联的区域中的位置，并且一旦该区域充满了较高的对象，下一个区域就可以用对象填充。这可以允许对象的放置中的一些自由度（这可以导致整体改进的解决方案，例如允许更好地包装对象）。在其他示例中，可以使用权重来放置对象，该权重惩罚在与高缩放因子相关联的位置中放置高对象。这可以使用成本函数或诸如此类来评估。在一些示例中，可以通过应用图4中所示的方法的一个或多个框来获得对象的空间布置。

框308包括在至少一个处理器处确定将在生成要在该空间布置中生成的对象时使用的构建材料的高度。构建材料的高度将与要生成的对象的空间布置的总高度相关，并且可以包括要施加到表示要生成的对象的对象模型的任何缩放、偏移或其他几何补偿。此外，构建材料的高度可以例如在要生成的对象之上或之下包括附加层。当使用更高高度的构建材料时，由于使用附加的材料，生成对象的成本增加。此外，生成对象所花费的时间增加。在一些增材制造装置中，生成对象所花费的时间基本上与构建对象时沉积的层数成比例。每层可以具有恒定的标称厚度，因此层数与构建材料的高度成正比，并且因此构建材料的高度越大，导致层数越多，并且生成对象所花费的时间越长。构建材料的高度也可能影响对象冷却所花费的时间。较高高度的构建材料可以存储更多的热能，并且因此可能比相对较小高度的构建材料花费更长时间来冷却，从而再次增加了生成对象时所花费的时间。因此，当确定或选择在生成对象时使用的空间布置时，可以考虑构建材料的确定高度。

在一些示例中，所确定的构建材料的高度可以在确定布置的“分数”时使用，这可以考虑诸如布置中包含多少对象（例如，与对象的目标数量相比）之类的因素。

例如，可以使用如下面阐述的等式来评估候选虚拟构建体积：

其中：

ρ=与目标相比，从候选虚拟构建体积中省略的对象的数量

Z=从构建体积的底部测量的构建体积中的每个对象的高度

ϑ=构建体积的可用高度

α=分配的平均高度的重要性

β=分配的最大高度的重要性

n=对象的数量

在该等式中，max（Z）是确定的高度。

在框308之后，该方法返回到框306，如由箭头310所表示的那样，以便确定要在构建体积内生成的对象的多个空间布置，每个空间布置（至少部分地）基于尺寸参数的大小和该空间布置中对象生成的预期位置的补偿参数的值。以与第一空间布置类似的方式确定每个空间布置，例如在有利于将较高的对象放置在具有较低缩放因子的（一个或多个）位置的规则内改变初始放置。在一些示例中，空间布置可以基于第一空间布置，例如包括包含对象的平移和/或旋转的“随机”混洗（shuffling）。在一些情况下，移动可以是这样的，使得迭代变化通常可以至少部分地保持高对象在与低缩放因子相关联的（一个或多个）位置中的初始趋势。因此，（至少部分地）在将大型对象放置在它们可以相对少量增长的地方的基础上导出的初始布置，可以针对这样的迭代过程提供有希望的起点。多个空间布置可以是多个候选空间布置，从所述候选空间布置中选择一个空间布置用于在生成对象时使用。该方法可以在前进到框312之前多次完成由箭头310表示的循环。执行循环的次数可以是预定的，例如，可以重复框306、308，直到获得预定数量的空间布置。在其他示例中，该方法可以在继续到框312之前运行达预定长度的时间。在其他示例中，用户可以控制获得的时间的长度或空间布置的数量。在其他示例中，可以评估空间布置，并且当生成满足标准（例如构建材料的高度低于阈值或分数，或者当对于该布置实现了来自成本函数的目标成本时）的空间布置时，该方法可以继续到框312。在一些示例中，可以在确定每个空间布置时执行确定每个空间布置的高度，而在其他示例中，可以在确定多个空间布置之后确定每个空间布置的高度。

当已生成多个空间布置时，所述方法继续至框312，其包括，在至少一个处理器处，基于所确定的高度，选择用于在生成对象时使用的空间布置。选择对象的空间布置可以通过比较空间布置或者通过根据一些标准对空间布置进行评分来执行，例如如上面所阐述的那样。这样的标准可以包括如下各项中的任一个或任何组合：在该空间布置中生成对象时使用的构建材料的高度、由该空间布置生成的对象的数量或质量、对于该空间布置固化的构建材料相对于未固化的构建材料的密度、以及是否所有要生成的对象都可以装入制造室中，以及如果它们不能装入，则有多少对象不能装入制造室中。

框314包括在选择的空间布置中生成对象。为了在选择的空间布置中生成对象，可以生成对象生成指令以用于在增材制造装置中使用。然后，增材制造装置可以执行所述指令，以便在选择的空间布置中生成对象。

在一些示例中，在选择的空间布置中生成对象可以包括：形成构建材料层，例如通过使用至少一个印刷剂施加器，在对应于该层的对象模型切片的对象模型数据中指定的位置中使用“喷墨”液体分配技术施加（一种或多种）印刷剂，并向该层施加能量（例如热量）。一些技术例如通过使用根据二维印刷的喷墨原理操作的印刷头来施加印刷剂而允许在构建材料上准确放置印刷剂，在一些示例中，可以控制印刷头以施加具有约600dpi或1200dpi的分辨率的印刷剂。然后可以形成构建材料的另外的层，并且例如使用下一个切片的对象模型数据重复该过程。

图4是确定对象的空间布置的方法的示例并且可以是图3的框306的方法的示例。

框402包括，在至少一个处理器处，优先将具有较大尺寸参数的对象定位在具有较低补偿参数的值（诸如较低的缩放因子）的位置处。例如，可以以根据对象的最大尺寸（本文中称为“最大尺寸”）的次序来考虑对象，其中对象以从最大的最大尺寸到最小的最大尺寸的次序放置，并且从与如由至少一个几何补偿值（例如，至少一个尺寸中的最小缩放因子）指定的最小对象增长相关联的位置/区域开始，向最大对象增长分配位置。在一些示例中，通过考虑考虑对象的尺寸、它们的位置和补偿参数的成本函数，较大尺寸参数的对象可以优先定位在具有较低补偿参数的值的位置处。在其他示例中，可以迭代地得到解决方案。例如，可以获得对象的初始或“种子”布置，例如通过在虚拟制造室内随机定位对象，并迭代地改变对象的位置以找到降低的成本函数值。可以使用迭代过程，诸如元试探法、GRASP（贪婪随机自适应搜索过程）、蚁群算法或遗传过程。

在一些示例中，补偿参数是缩放，如上所述。缩放因子可以增加或减少对象的尺寸。当将大于1的缩放因子施加到对象模型时，从该模型生成的对象相对较大，而当将小于1的缩放因子施加到对象模型时，从该对象模型生成的对象相对较小。较低的补偿参数的值（或较低的几何补偿值）可以指将对象的大小增加相对较小的量或将对象的大小减少较大的量的参数。例如，1.10的缩放因子被认为低于1.15的缩放因子，并且0.95的缩放因子被认为低于1.05的缩放因子。如先前所述，具有较大尺寸的对象的尺寸中的绝对变化大于相对较小的对象中的变化。因此，通过将具有较大尺寸参数的对象定位在具有较低的补偿参数的值的位置处，减小了它们尺寸中的变化。相对于其中不考虑补偿参数的值的空间布置，这可能导致在z方向上具有整体更小尺寸的空间布置。

框404包括，在至少一个处理器处，将随机化对象旋转和随机化对象平移中的至少一个施加到第一空间布置，以确定第二空间布置。当生成每个空间布置时，在该布置内的对象的定位可能存在随机化方面。在一些示例中，可以生成大量的空间布置，并且从大量的空间布置中选择空间布置，因此通过施加随机化对象旋转和/或随机化对象平移来获得每个布置，生成的空间布置中的每个可以彼此显著不同。尽管对象旋转和平移是随机化的，但是可以存在基于尺寸参数的大小和补偿参数的值的一些权重，例如用以增加施加平移和/或旋转的概率，这将导致相对大（或高）的对象被定位在具有相对小的补偿参数（诸如z缩放因子）的位置。例如，当对象被平移和/或旋转时，权重可以基于在构建空间布置中使用的层数中的增加或减少。这样的权重可以是缩放因子、对象尺寸和表面偏移以及要施加的任何其他尺寸修改的函数。层数中的变化可以通过将z方向上的尺寸中的变化除以层高（例如80μm）来确定。

在一些示例中，每个后续空间布置可以从先前生成的空间布置获得。这样的方法可以被称为“混洗”方法，其中通过对在先的空间布置的对象模型施加随机化的平移和/或旋转，从先前的布置获得后续的空间布置。

因此，“混洗”可能被相对约束，使得后续布置可以包含先前布置的特征，诸如将较高对象放置在具有相对低的缩放因子的（一个或多个）位置中的趋势。

图5示出了包括处理电路502的装置500的示例。处理电路502包括权重模块504和布置模块506。

在装置500的使用中，布置模块506获得要在其中生成对象的增材制造装置的构建室的几何补偿曲线，其中几何补偿曲线为构建室内不同的预期对象生成位置指定不同的几何补偿。几何补偿曲线可以是如先前所述的几何补偿模型，例如，它可以描述作为对象在制造室内的位置的函数而施加到对象的缩放。

在装置500的使用中，权重模块504基于对象的尺寸针对要由增材制造装置生成的多个对象中的每个确定权重。例如，较小的对象可能比较大的对象具有较低的权重。

布置模块506根据几何补偿曲线，通过优先将具有对应于较大尺寸的权重（如由权重模块504确定）的对象定位在具有较小几何补偿的位置中，来确定构建室内的对象的布置。例如，如上面所讨论的那样，可以按照大小的次序通过对象的权重来标识对象，并且相应地放置对象，其中较大的对象被分配给与较低缩放因子相关联的位置/区域。在另一个示例中，每个对象放置可以产生成本函数的分量，该分量可以将与对象相关联的权重与几何变换的值相结合。在简单的示例中，较大的对象具有较高的权重。对于给定位置，对象权重可以乘以缩放因子，并且结果在该组对象上求和以提供成本函数的值。较小的成本函数表示较大的对象被放置在与较低的缩放因子相关联的位置中。通过将较大尺寸的对象定位在其中施加较小几何补偿的位置这，可以减小施加到对象的补偿的大小。

图6示出了装置600的示例，其包括图5的处理电路502。装置600进一步包括增材制造装置602，以根据所选择的空间布置来生成对象。

增材制造装置602可以进一步包括印刷指令模块，其在增材制造装置的使用中确定用于生成具有选择的空间布置的对象的印刷指令。

印刷指令（或对象生成指令）可以在其使用中控制增材制造装置602以生成对象的多层中的每层。例如，这可以包括针对印刷剂（诸如熔合剂、染色剂、细化剂以及诸如此类）指定（一个或多个）区域覆盖。在一些示例中，对象生成参数与对象模型子体积（体素或像素）相关联。在一些示例中，印刷指令包括与子体积相关联的印刷剂量。在一些示例中，可以指定其他参数，诸如加热温度、构建材料选择、印刷模式的意图以及诸如此类中的任一个或任何组合。在一些示例中，可以应用半色调来确定要在哪里放置熔合剂或诸如此类。

增材制造装置602可以在其使用中根据印刷指令在多个层（其可以对应于对象模型的相应切片）中生成对象。例如，这可以包括通过选择性地固化构建材料层的部分，以逐层的方式生成至少一个对象。在一些示例中，选择性固化可以通过选择性地施加印刷剂（例如通过使用“喷墨”液体分配技术）并向该层施加能量（例如热量）来实现。增材制造装置602可以包括本文中未示出的附加部件，例如制造室、印刷床、用于分配印刷剂的（一个或多个）印刷头、用于提供构建材料层的构建材料分配系统、能量源（诸如加热灯以及诸如此类）中的任一个或任何组合。

图7示出了与处理器704相关联的机器可读介质702。机器可读介质702包括指令，当由处理器704执行时，所述指令使得处理器704执行任务。

在该示例中，指令706包括指令708以使处理器704针对多个对象获得对象尺寸大小的指示。多个对象可以是要在增材制造中生成的对象，并且对象尺寸可以是指示对象的大小的测量值，例如每个对象的宽度、深度或高度或对象的边界框。这样的尺寸可以从表示对象的模型（诸如CAD模型）中获得。

指令706进一步包括指令710，用于获得增材制造装置的构建室的几何补偿模型，其中几何补偿模型指定几何补偿以补偿对象生成期间的预期变形，并且几何补偿模型指定构建室内不同位置的不同大小的几何补偿。预期的变形可能是由于贯穿构建过程在构建材料和生成的对象中的尺寸中的变化导致，例如由于温度中的变化和差异导致。例如，制造室内的热梯度可能导致对象的不同部分以不同的速率固化，从而导致对象的变形。几何补偿可以解释这样的变形，使得生成的对象在完成并在生成后冷却时在尺寸上是准确的。

指令706进一步包括指令712，用于确定要在增材制造装置中生成的对象的空间布置，以提供对象尺寸大小和几何补偿大小之间的负相关性。换句话说，对象被布置成使得至少在某种程度上，具有较大对象尺寸大小的对象位于具有较小几何补偿大小的区域中，并且被布置成使得具有较小对象尺寸大小的对象位于具有较大几何补偿大小的区域中。

图8示出了与处理器704相关联的机器可读介质802。机器可读介质802包括指令，当由处理器704执行时，所述指令使得处理器704执行指令806。指令806包括如关于图7描述的指令708、710、712。

指令806进一步包括指令808，用于确定要在增材制造装置中生成的对象的多种不同空间布置，从而在对象尺寸大小和几何补偿大小之间具有负相关性。可以以与由指令712确定的空间布置类似的方式来确定另外的空间布置中的每个。在一些示例中，另外的空间布置中的每个可以例如使用先前描述的“混洗”方法从先前的空间布置中获得。

指令806进一步包括指令810，用于基于布置的高度来选择多个空间布置中的空间布置。所选择的空间布置可以基于先前描述的标准中的任何标准来选择。例如，选择空间布置可以基于以下各项中的至少一个：避免制造室内的对象之间的碰撞、适合空间布置的制造室内的对象的数量、每个空间布置中的制造室内的对象的数量、对象的高度和/或用于在每个空间布置中的构建对象的构建材料的深度。在一些示例中，选择空间布置可以考虑硬件约束，例如，如果空间布置导致特定对象或对象部分位于构建体积内已知将产生不准确尺寸的位置中，则可以不选择该空间布置。例如，可以选择允许在单个增材制造过程中生成所有或尽可能多的对象的空间布置，而不是不适合单个构建体积中的所有对象的空间布置。在一些示例中，该选择可能有利于通过选择具有低构建材料的深度的空间布置来减少构建材料的使用的空间布置。

指令806进一步包括指令814，用于确定用于在确定的空间布置中生成对象的对象生成指令。在一些示例中，针对确定的空间布置中的每个确定对象生成指令，而在其他示例中，针对选择的空间布置确定对象生成指令。对象生成指令可以是可由增材制造装置执行的，并且当由增材制造装置执行时，使增材制造装置在确定的空间布置中生成对象。

在一些示例中，图7或图8的机器可读介质702、802或另一机器可读介质可以配备有指令，以使处理器704执行图1或图4的框中的任何框，或图3的框302至312中的任何框。在一些示例中，图7或图8的机器可读介质702、802或另一机器可读介质可以包括指令，用于提供权重模块504和/或布置模块506。

本公开中的示例可以作为方法、系统或机器可读指令（诸如软件、硬件、固件或诸如此类的任何组合）来提供。这样的机器可读指令可以被包括在其中或其上具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质（包括但不限于盘存储装置、CD-ROM、光存储装置等）上。

参考根据本公开的示例的方法、设备和系统的流程图和/或框图来描述本公开。尽管上述流程图示出了特定的执行的次序，但是执行的次序可以不同于所描绘的次序。关于一个流程图描述的框可以与另一个流程图的那些框相结合。应当理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过机器可读指令来实现。

机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器执行以实现说明书和图中描述的功能。特别地，处理器或处理装置可以执行机器可读指令。因此，装置和设备的功能模块（例如，权重模块504和/或布置模块506）可以由执行存储在存储器中的机器可读指令的处理器或者根据嵌入逻辑电路中的指令操作的处理器来实现。术语“处理器”要被广义地解释为包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元或可编程门阵列等。所述方法和功能模块可以全部由单个处理器执行，或者在几个处理器之间划分。

这样的机器可读指令也可以被存储在计算机可读存储装置中，其可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定模式操作。

这样的机器可读指令也可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程数据处理设备执行一系列操作，以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令实现由流程图和/或框图中的（一个或多个）框指定的功能。

此外，本文中的教导可以以计算机软件产品的形式实现，所述计算机软件产品被存储在存储介质中，并包括用于使计算机设备实现本公开的示例中列举的方法的多个指令。

虽然已参考某些示例对方法、装置和相关方面进行了描述，但在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种修改、改变、省略和替换。因此，旨在方法、装置和相关方面仅受下面的权利要求及其等同物的范围限制。应当注意，上面提到的示例说明而不是限制本文中描述的内容，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实现。

词语“包括”不排除权利要求中列出的那些元素以外的元素的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的几个单元的功能。

任何从属权利要求的特征可以与独立权利要求或其他从属权利要求中的任一个的特征相结合。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

由处理器获得补偿模型，所述补偿模型表征增材制造装置的制造室内的对象的位置和要施加到所述对象的模型的几何补偿之间的关系，其中不同的几何补偿值与不同的位置相关联；

由处理器确定要在构建操作中生成的一组对象中的每个对象的尺寸参数的大小；以及

由处理器基于尺寸参数的大小和空间布置中的对象生成的预期位置的几何补偿值，确定要在构建体积内生成的对象的空间布置。

2.如权利要求1中所述的方法，其中要施加的几何补偿包括缩放操作和/或表面偏移操作。

3.如权利要求2中所述的方法，其中，缩放操作是在垂直于构建操作期间沉积的构建材料层的方向上修改对象的模型的几何形状。

4.如权利要求1中所述的方法，其中确定对象的空间布置包括：

优先将具有较大尺寸参数的对象定位在具有较低几何补偿值的位置处。

5.如权利要求1中所述的方法，其中尺寸参数是在垂直于构建操作期间沉积的构建材料层的方向上的对象的最大尺寸。

6.如权利要求1中所述的方法，其中确定空间布置包括：

确定要在构建体积内生成的对象的多个空间布置，每个空间布置基于对象的尺寸参数的大小和在该空间布置中的对象生成的预期位置的几何补偿值。

7.如权利要求6中所述的方法，其中确定每个空间布置进一步包括：

将随机化对象旋转和随机化对象平移中的至少一个施加到第一空间布置，以确定第二空间布置。

8.如权利要求6中所述的方法，进一步包括，对于每个空间布置：

由处理器确定将在生成要在该空间布置中生成的对象时使用的构建材料的高度。

9.如权利要求8中所述的方法，进一步包括：

由处理器基于确定的高度来选择用于在生成对象时使用的空间布置。

10.如权利要求9中所述的方法，进一步包括在选择的空间布置中生成对象。

11.一种包括处理电路的装置，所述处理电路包括：

权重模块，用于针对要由增材制造装置生成的多个对象中的每个，基于对象的尺寸来确定权重；以及

布置模块，用于：

获得要在其中生成对象的增材制造装置的构建室的几何补偿曲线，所述几何补偿曲线为构建室内的不同的预期对象生成位置指定不同的几何补偿，以及

根据几何补偿曲线，通过优先将具有对应于较大尺寸的权重的对象定位在具有较小几何补偿的位置中来确定构建室内的对象的布置。

12.如权利要求11中所述的装置，进一步包括：

增材制造装置，用于根据选择的空间布置来生成对象。

13.一种包括指令的机器可读介质，当由处理器执行时，所述指令使处理器：

对于多个对象，获得对象尺寸大小的指示；

获得增材制造装置的构建室的几何补偿模型，其中所述几何补偿模型指定几何补偿以补偿对象生成期间的预期变形，并且几何补偿模型指定构建室内的不同位置的不同大小的几何补偿；以及

确定要在增材制造装置中生成的对象的空间布置，以提供对象尺寸大小和几何补偿大小之间的负相关性。

14.如权利要求13中所述的机器可读介质，进一步包括指令，用于：

确定用于在确定的空间布置中生成对象的对象生成指令。

15.如权利要求14中所述的机器可读介质，进一步包括指令，用于：

确定要在增材制造装置中生成的对象的多个不同的空间布置，从而在对象尺寸大小和几何补偿大小之间具有负相关性；以及

基于布置的高度来选择多个空间布置中的空间布置。

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