CN1780726A - 制造三维物体的设备与方法 - Google Patents

Abstract

从在制造方向(2003)上大致连续接收的可变形材料(2002)制造三维物体(2004)，并且通过大致在制造方向上的变形过程制造所述物体。可旋转装置(1903至1908)布置成使可变形材料的相应部分变形，其中对这些可旋转装置中的至少一个可旋转装置进行成形，使得对在可变形材料在制造方向上通过时周期性施加在可变形材料上的变形的程度进行改变。

Description

制造三维物体的设备与方法

发明背景

本发明涉及从可变形材料制造三维物体。

已知从可变形材料制造三维物体的技术。已知将液体形式的可变形材料注入模具并允许液体形式的可变形材料凝固的模制过程。然后必须将物体从模具中去除以用于进行随后的处理。因此，这类模制基本上是需要有限时间用于完成操作的批量处理。模制倾向于作为单独的过程进行，而将模制物体暂时容纳在存储器中，或将模制物体从一个位置运送至另一位置。

制造三维物体的一种替换技术是压延。压延允许以大致连续的方式制造物体，并促进对物体在需要它们的位置处进行制造。然而，给定压延过程制造恒定横截面的三维物体，已知压延技术的问题在于形状可以改变的程度多少受到限制。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供用于从可变形材料制造三维物体的设备，该设备包括变形装置，该变形装置设置成在制造方向上大致连续地接收可变形材料，并设置成大致在所述制造方向上制造三维变形的制品，其中所述变形装置包括多个可旋转装置，这些可旋转装置中的每一个可旋转装置布置成使可变形材料的一部分变形，而且对所述多个可旋转装置中的至少一个可旋转装置进行成形，使得对在所述可变形材料通过变形装置时周期性施加在可变形材料上的变形的程度进行改变。

可以采用该设备以从许多不同类型的材料制造许多不同类型的物体。在优选实施例中，物体是新奇物体或装饰性物体，而且可变形材料可以是糖果材料。因此，可以将可食用可变形材料形成为用于应用至蛋糕和其它糖果的形状如动物形状。

存在的可旋转装置的数量是可变的，而且例如能在三至十二中变化。在优选应用中，提供六个可旋转装置。

本发明的一个优点在于它允许在连续的模制过程中形成有可变横截面的整个三维物体。因此，在优选实施例中，将可旋转装置中的每一个可旋转装置成形为使得该可旋转装置能够在所述材料的大致整体上施加变形，从而使材料变形使得材料具有可变截面。

在优选实施例中，这些可旋转装置中的每一个可旋转装置具有双锥体形状，而每一锥体形成圆形底部、斜边和顶点。因此由从共用底部延伸并从而形成大致圆形的边缘的两个锥体设计该双锥体形状。优选地，从这一边缘去除材料从而形成变化的变形表面。

在优选实施例中，在支架内支撑所述多个变形双锥体可旋转装置以相互作用。可以由协作齿轮齿的存在而加强该相互作用，而且相互作用的齿轮齿的性质可以在装置之间变化以阻止这些装置在支架内的不正确的排列。

根据本发明的第二个方面，提供一种在对可变形材料进行成形的设备内使用的可旋转装置，该可旋转装置包括：第一个大致锥形的表面，该第一个大致锥形的表面用于与第二个类似的可旋转装置的类似的协作表面接合；第二个大致锥形的表面，该第二个大致锥形的表面用于与第三个类似的装置的类似的协作表面接合；以及变形边缘，该变形边缘在可变形状的所述第一个表面和所述第二个表面之间，其中所述变形边缘布置成在被旋转的同时使材料变形。

优选地，由对双锥体毛坯进行加工操作而制造变形边缘的可变形状。

根据本发明的第三个方面，提供一种制造三维物体的方法，该方法包括步骤：定义三维数据模型；将所述数据模型分割成多个数据模型片段；对所述模型片段中的每一个模型片段制造具有变形表面的可旋转装置；以协作的结构布置所述可旋转装置以形成制造方向；以及在所述制造方向上传送可变形材料以通过变化的横截面制造三维物体。

在优选实施例中，由圆柱坐标系统定义该三维数据模型。

优选地，可旋转装置是双锥体的并形成边缘。优选地，从该边缘去除材料而形成可变形表面。

在优选实施例中，可旋转装置以相互协作的结构而一起旋转。

根据本发明的第四个方面，提供一种对用于制造三维物体的三维数据进行处理的方法，包括步骤：定义三维数据模型，在该三维数据模型中多个三维点定义表面；识别生成轴线；将所述数据点重新布置为由相对于所述生成轴线的圆柱坐标定义的良序点；对所述重新布置的数据点进行分割以生成沿所述生成轴线相互分开的多个数据模型片段数据；以及对所述数据模型片段数据进行平移以生成用于生产机器的控制指令。

优选地，由对实体物体以螺旋路径进行扫描而生成所述三维数据，而且所述重新布置步骤将所述螺旋定位的点重新布置成圆柱定位的点。

优选地，良序点形成多个横截面轮廓，在每一横截面轮廓上具有相同数目的点，而第一横截面轮廓上的点与相邻横截面轮廓上的类似点大致对准。

附图说明

图1示出了制造三维物体的环境；

图2示出了可旋转成形装置的示意图；

图3示出了在图1的环境内进行的过程；

图4示出了由方形底座402支撑的以粘土模制的猫物体401；

图5示出了在箭头502的方向上绕中心轴线501旋转猫的同时被扫描的粘土猫401；

图6示出了包括处理系统601的扫描系统；

图7示出了用于处理三维物体数据以生成机器控制数据的过程的细节；

图8示出了在处理步骤302期间测量其位置的大量数据点；

图9示出了由处理步骤701在图8的螺旋线802上产生的点；

图10示出了由在步骤702中产生的设置在沿z轴线501等距分开的平面如平面1002上的大量点；

图11示出了处理步骤704，而且示出了从平面1002、1012和1022的三个平面中选择的数据点片段；

图12示出了处理步骤705，而且示出了图11的切片1122，但z轴线501从纸面向上延伸；

图13示出了将在正表面上的点平移为在负表面上的点的处理步骤706；

图14示出了在1450处将负表面绕轴线包络的处理步骤707；

图15示出了产生全局笛卡儿坐标的处理步骤708；

图16示出了从其余五个片段1602中选择的第一片段1601；

图17示出了步骤707，在该步骤707中通过绕轴线包络对片段1601的数据点进行变换；

图18示出了加工之前的第一双锥体1801和加工步骤304之后的第二双锥体1802；

图19示出了用于从可变形材料制造三维物体的部分地装配了的设备1901；而

图20示出了处于操作中的用于从可变形材料制造三维物体的整个设备2001。

实施本发明最佳模式的描述

图1

图1中示出了在其内从可变形材料制造三维物体的环境。由工厂场所101进行变形处理，而且可以认识到许多这一类型的工厂场所可以操作此处描述的过程。

在工厂场所101内提供包括可旋转装置的变形站，这些可旋转装置布置用于使大致可变形的材料变形。将这些可旋转装置成形为使得在材料馈送通过时对施加在可变形材料上的变形的程度进行周期性改变。

工厂场所101接收原材料102，原材料102能够包括任何在热或化学处理以后大致可顺从或可变形的材料，并需要从原材料102制造单独三维物体。因此，原材料能够包括工业类材料，而工厂场所101设置成生产工程制品用于随后装配。在为此处描述的实施例的一个实例提供基础的另一可选应用中，原材料102包括食品材料，而且工厂场所101涉及生产糖果制品。在此处随后公开的仅提供应用实例的过程中，工厂101将从可食用材料如甘草生产以动物或玩具为形式成形的特别在本实例中以猫为形式成形的三维物体。这样，工厂场所101生产产品(甘草猫或包括甘草猫的制品)，这些产品随后作为成品供应给零售连锁店或零售店103。

工厂场所101包括变形站，这些变形站又包括以用于制造所需形状的三维物体的方式成形的可旋转装置。在图1示出的实施例中，假定可能需要新形状或可能需要替换磨损的装置，从布置成定制制造可旋转装置的精密工程设施104中接收这些可旋转装置。这些可旋转装置本身具有大致为双锥体的构造，并在此处称为“双锥体”。

精密工程设施响应用于对计算机数字控制的铣床、立体光刻机或类似机器进行操作的数字指令而制造双锥体。在这一实施例中，如方框106所示从设计室105接收用于操作CNC机器的数字指令，但是设计室可以是精密工程设施的一部分。这些又可以是工厂场所的一部分，并且最终所有设施能在零售连锁店的控制之下。然而，设计室105、精密工程设施104和工厂场所101还可能是完全独立的。从而，零售连锁店103可以向设计室105作出请求，如线107所示，以便要求以特定的材料制成特定的物体形状。类似地，工厂101也可以如线108所示作出类似的请求。来自零售连锁店103或工厂101的请求可以采取完全指定的三维数据模型的形式，或者可替代地，该请求可以采取较少详细指定的形式如“我们要甘草制成的猫”。

因此，在这些情形下，设计室将有必要可能通过采用粘土或类似材料对实体物体进行仿制以识别合适的实体模型。这样能够导致制造一些实体模型以向零售连锁店或工厂进行展示以用于型式认可。其后，随着认可一种粘土模型，进行扫描操作和数据处理操作以生成可以向精密工程设施104提供的数据，如直线109所示的那样。

精密工程设施104响应从设计室105接收的数字指令制造双锥体并如箭头110所示的那样将这些双锥体供应至工厂场所101。如果响应增加的需求或者作为替换而需要另外的一组锥体，则回过来向精密工程设施作出请求，如线111所示的那样。如以上描述的那样，如果工厂场所101需要用于不同物体的已加工的双锥体，则将这一性质的请求如线108所示提供至设计室105。因此，随着双锥体的到位，工厂场所101能够生产将作为成品制件向零售连锁店103供应的物体。

图2

在变形站提供如图2示意性示出的可旋转装置。在这一实例中，提供六个可旋转装置201至206。在这一实施例中，因为每一装置例如装置201都包括具有圆形底部的第一锥形207以及又具有圆形底部的第二锥形208，所以已经将旋转装置的形状描述成双锥体形；这两个圆形底部彼此连接。这些底部的连接呈现圆形边缘209，而且正是这一如在双锥体204的210处所示的加工除去的边缘提供随之在可变形材料通过时对施加在可变形材料上的变形的程度进行改变的形状。

双锥体201至206共同相互作用使得一个双锥体的旋转将引起所有双锥体的旋转。加工除去的边缘如边缘210等组合地呈现出孔，可变形材料可以在制造方向上以大致压延状的方式通过该孔。然而，与压延过程不同的是，该孔的剖面随双锥体的旋转而改变，使得从该过程出现的物体可以具有完全成形的三维形状。因此，这些双锥体组合地提供可以认为是可变截面的压延状孔。通过这一方式，只要存在对反映原始设计形状的数字数据进行响应而加工双锥体毛坯的能力，许多形状是可行的。而且，需要机械构造以支撑和驱动这些锥体，并且此处公开了已设计的示例实施例。

图3

图3示出了在如图1中所示的环境中采用图2示意性示出的技术而执行的过程。

在步骤301中，从将要制成的产品中识别三维物体。因此，如这里所采用的那样，“物体”指考虑中的特定形状，而体现物体形状的产品将称为“制件”。

在步骤302中，生成代表步骤301中识别的物体形状的三维数据。可以用许多形式展现这一三维数据，但经常是通过对体现物体形状的实体模型进行扫描而产生该三维数据，其中根据物体形状生成物体数据。

在步骤303中，对步骤302中生成的三维数据进行处理，以生成机器控制数据，如对计算机数字控制机器、立体光刻机或类似装置进行操作所需的数据。可以认识到为了采用关于图2示出的技术，需要大量的数据处理以将三维物体数据转换为能够用来加工单独双锥体毛坯的数据。

在步骤304中，加工双锥体，使得它们可以然后作为已加工的产品供应给工厂场所，如场所101。

在步骤306中，由工厂101生产制件，使得它们可以然后如步骤307所示供应给零售连锁店103。

注意到双锥体将出现磨损，从而可能需要得到新的双锥体，如在步骤308中的问题示出的那样，该问题在肯定回答时将导致在步骤304中加工新的双锥体。或者，可以优选地生产体现不同物体的制件，从而对步骤309中所提问的问题的肯定性回答将导致在步骤301中识别另一三维物体。或者，在步骤306中生产类似制件。

图4

如图3所识别的那样，步骤301包括识别三维物体。在这一实例中，仅为了说明的目的，已经选择猫的形状作为三维物体。因此，以粘土对猫物体401进行模制，并示出猫物体401由方形底座402支撑。已经认可粘土模型，而现在需要生成如在步骤302中所识别的三维物体数据。

图5

可以借助许多过程用于如步骤302所需的三维物体数据的生成。在本实例中，通过绕中心轴线501支撑粘土猫401使得猫可以在箭头502的方向上旋转而对猫进行扫描。在发生这一旋转时，可能以机械探头为形式或以光学装置为形式的扫描装置在箭头503的方向上垂直横越。在已知位置处每隔一定间隔对表面的尺寸进行测量，使得能够记录代表模型401的表面上的点的三维位置。这样，以螺旋状的方式对模型401进行有效地扫描，如螺旋扫描线504所表示的那样。

图6

如图6所示，在计算机的控制之下进行扫描操作。在本实施例中，提供具有系统总线602的处理系统601，该系统总线602提供在中央处理单元603、随机存取存储器装置604、硬盘存储器605及接口电路之间的通信。这些接口电路包括用于向监视器607提供图形用户界面并用于从键盘608和鼠标609接收手动输入指令的电路606。提供用于计算机可读介质的读/写器如DVD读/写器610。DVD读取器610设置成接收DVD如包括用于在硬盘605上安装的程序指令的DVD611。装置610还布置成提供对输出数据的记录，使得可以将机器可读控制数据写入并提供到DVD或类似装置上。

可替换地，网络接口电路612通过网络电缆613提供在网络上的通信。因此，可以通过网络将控制数据供应到本地，或者可以通过因特网将控制数据供应至任何位置。

输出控制器614向转盘615和垂直扫描驱动系统616提供输出驱动信号。光学扫描装置617向输入电路618提供信号。因此，在扫描装置617在箭头618的方向上上升的同时，转盘615旋转。通过这一方式，如图5所示，生成位于螺旋扫描上的数据点。

进行螺旋扫描后，将位置点保留在存储器604内，每一点代表从扫描装置617到正被扫描的物体表面的距离。通过从偏移值减去每一个值将这些点转化为径向测量值，该偏移值代表从扫描装置到旋转轴线501的距离d。

已经生成三维物体数据并将这一数据存储在存储器604内后，可以将数据存储至磁盘605、通过610写入外部存储器或通过网络连接613传输。而且，处理系统601还可以设置成处理三维物体数据以生成机器控制数据，如步骤303识别的那样。

图7、8、9和10

图7中详述了用于处理三维物体数据以生成机器控制数据的过程。用圆柱坐标定义物体的数据点。感兴趣的值是物体表面离开中心轴线501的径向距离r。

然后这一表面的位置以如下形式即该位置沿轴线501的纵向或垂直位移z和该位置与任意定义的垂直轴线的旋转角度进行定义。

在步骤701中，对r值进行插值以计算在周向排列的位置处的新r值。通过这一方式，产生对物体的每一旋转而排列的点，而且还考虑了将有必要沿从轴线501延伸的径向平面对物体进行分割的事实。因此，周向位置应识别相交平面的优选位置，而且还应确保在每一部分内提供合适数量的点。通常将以比最终工具中所需的要高的精确度对物体进行扫描，因此在插值过程中可以发生一定程度的数据丢失，从而产生具有优选数量指定点的数据集。

由图8和9示出处理步骤701。图8示出大量数据点，在处理步骤302期间测量了这些数据点的位置。因此这些数据点如点801位于与图5的螺旋扫描线504的一部分对应的螺旋线802上。每一点具有由其沿z轴线501的位置、其距离z轴线的垂直距离r以及在任意定义的轴线803与连接该点和z轴线的直线804之间的旋转角度定义的位置。

该线上的点在周向上分开一定的量，该一定的量由被扫描的物体的旋转和用来测量位置的频率所确定。因此，从螺旋802的一个环到下一个环，这些点并非一定垂直排列。因此，例如连接点801和z轴线的直线804与连接其它点和z轴线的任何其它直线不在同一平面内。

在步骤701中，进行数据点的插值以计算具有角排列的点的坐标。例如，如果需要在位于相邻的点801和805之间的垂直平面上产生新的数据点，可以采用点801和805的r值以及点801和805离开该平面的距离的比值而进行线性插值，以产生该平面上的新点的r值。类似地，可以采用线性插值以确定新点的z坐标。

图9示出了由处理步骤701在图8的螺旋线802上产生的点。处理步骤701为与任意轴线803成预定角度的点计算r值。因此如图9所示，螺旋线802上的每一点与z轴线和螺旋的其它环的每一环上的一个点共同位于同一垂直平面。例如，产生的点901与z轴线501和点902和903在同一平面内。

在图9示出的实例中，所述预定角度为20度，从而在螺旋线的每一环上正好存在18个点。因为18是6即双锥体的所需数目的倍数，这使得以后的处理步骤703得以简化。应指出在实践中为了提供足够的精确度，每一环上的点的数目应比这里示出的多很多。

在步骤702中，对在步骤701中计算的值进行插值，以计算轴向排列点的位置。因此，针对沿z轴线的预定值处的点计算新r值。例如，如果需要在位于点901和902之间的平面上产生点，可以采用点901和902的r值以及点901和902离开该平面的距离的比值而进行线性插值。

图10示出了步骤702中产生的点。如图10所示，这些新产生的点如点1001位于沿z轴线501等距分开的平面如平面1002上。而且，由于插值步骤701，每一点与z轴线和其它每一平面内的一个点位于同一平面内。例如，点1001与z轴线和分别在平面1012和1022内的点1011和1021位于一个垂直平面内。

因此步骤702具有以离散操作对在箭头616的方向上的垂直运动(产生螺旋扫描)的连续性质进行替代的作用，从而在z方向上的指定距离处形成水平平面的集合。这又代表制件在制造方向上的纵向定义。

在步骤703中，将由图10内的数据点示出的数据体分成片段，而且在本实施例中，与用于生成六个双锥体的需求对应，将该数据体分成总共六个片段。

在步骤704中选择一个片段，而且在步骤705中将用圆柱坐标表示的数据点转换为局部笛卡儿坐标。

在步骤705中产生的笛卡儿坐标定义物体的正形状，从而在步骤706中进行平移以定义负表面。

在步骤706中定义的负表面仍代表物体的线性部分，从而在步骤707中，将该负表面绕一个轴线包络以定义双锥体的被加工边缘的表面，如图2的被加工边缘210。

在处理步骤707之后，由每个都以局部坐标系统形式定义的点定义该负表面。因此，在步骤708中，针对该片段内的每一个点计算全局笛卡儿坐标。

在步骤709中，提问以确定是否要选择和处理另一个片段。如果回答为是，则针对下一个片段重复步骤704至708。因此，过程绕步骤704至709循环直到已经处理所有的片段，在这一情形下为六个片段。

如果步骤709中问题的回答为否，则执行步骤710，在该步骤710中，将在步骤708中产生的数据点写入文件中。这可以存储在CD-ROM、DVD、硬盘驱动器或其它存储装置上。

一旦完成步骤710，就完成了步骤303并可以执行步骤304。

图11

图11示出处理步骤704，该图11示出了从平面1002、1012和1022的三个平面中选择的数据点片段。为简洁起见，在图11中仅示出了三个平面，而且在平面的每一切片上仅示出了四个点。然而，应理解在实践中会采用那些数目的许多倍以为物体提供足够的精确度。

为了描述的目的，每一平面的由数据点以及从z轴线向最外面的数据点引出的垂直线定义的区域将称为切片。例如由数据点1101、1102、1103、1104和从z轴线501分别向最外面的点1101和1104引出的直线1105、1106定义切片1122。

为了完全由六个片段定义物体的表面，在两个选择的片段内采用最外面的数据点如1101和1104。因此，在本实例中，每一切片具有四个数据点，这四个数据点中的两个数据点也包括在相邻的片段中。因此将理解，在一个切片中的数据点的数目等于在一个平面内的数据点的数目除以所需双锥体的数目后加上一。

图12

图12示出处理步骤705。在执行处理步骤705之前，在步骤702中产生的每一个点由三个圆柱坐标定义，即离开z轴线501的径向距离r、该点沿z轴线的距离z以及该点绕任意轴线803的称为θ的角位置。处理步骤705针对每一点从该点的圆柱坐标(r，z，θ)计算局部三维笛卡儿坐标(x，y，z)。

在具有从纸面向上延伸的z轴线501的图12中示出了切片1122。y轴线定义如下，即y轴线与z轴线垂直地延伸，并对限定切片1122的边缘的直线1105和1106所形成的角进行平分。该y轴线从而选择成与任意轴线803成角S。应理解其余片段(在这一情形中为五个)中的每个片段类似地具有它们自己的局部定义的y轴线，而且这些轴线绕y轴线1201以六十度的倍数即360度除以所需双锥体的数目后的倍数呈角度地分开。

还对与y和z轴线垂直地延伸的局部x轴线1202进行定义。

如图12所示，在1203处，针对每一点如点1103，通过从角θ中减去角S计算绕y轴线1201的角α。然后如1204处所示的那样，通过将点的径向距离r乘以角α的正弦计算x值。类似地如1205处所示的那样，将r乘以角α的余弦以计算y值。将理解新笛卡儿坐标z值完全等于圆柱坐标z值。

图13

由图13示出了将正表面上的点平移为负表面上的点的处理步骤706。在实践中，这一步骤只用具有轴线x′、y′和z′的新笛卡儿坐标系统定义每一数据点，使得：z′轴线与z轴线平行并以与双锥体的半径相等的距离D分开；x′轴线从z′轴线延伸且与x轴线平行，而且y′轴线与y轴线共线但在相反的方向上延伸。

因此，如图13所示，在新笛卡儿坐标系统中通过坐标(x′，y′，z′)对每一点如点1103进行重新定义，其中x′等于-x(如1301处所示)，y′等于距离D减去y(如1302处所示)而且z′等于z(如1303处所示)。

图14

在图14中的1401处示出步骤706的效果。

如上所述，在用x、y、z轴线定义数据点时，这些数据点能够被认为是对片段的切片如切片1102、1112和1122进行定义；该片段具有形成物体表面的一部分的外表面。既然用新轴线x′、y′、z′定义这些点，它们可以被认为对新切片如切片1402、1412和1422进行定义，定义具有负外表面的片段。

例如，如图14所示，由点1101、1102、1103、1104和从z轴向最外面的点1101和1104延伸的直线1105、1106定义切片1122，而且类似地，在新坐标系统中，由点1101、1102、1103、1104和从z′轴向最外面的点1101和1104延伸的直线1405、1406定义新切片1422。

图14中还示出了将负表面绕轴线包络的处理步骤707，如在1450处示出的那样。通过对每一个点计算角度使得该角度与该点的z′值直接成比例，而实现步骤707。因此，在本实例中，计算为点的z′值与常数k的乘积的角度kz′。(选择k的值使得在这些切片上的数据点以所需角度绕整个圆延伸。)

然后可以认为将这些切片绕具有轴线X、Y、Z的新笛卡儿坐标系统的X轴线定位，使得它们的局部y′轴线与新YZ平面共面，而且每一新切片与XY平面的角度为所计算的角度kz′。

例如，如图14所示，可以将新切片1402、1412和1422分开角度k地绕新X轴线布置。

图15

图15示出了产生全局笛卡儿坐标的处理步骤708。对于在绕新X轴线包络的切片上的每一个点，如在新切片1422上的点1102′，计算新笛卡儿坐标(X，Y，Z)。如对每个点将从图15显而易见的是：Y值是y′值与角度kz′的余弦的乘积；Z值是y′值与角度kz′的正弦的乘积；而X值等于x′值。

图16和17

图16和17提供如何对步骤302内得到的数据点进行处理以产生步骤708的数据点的简化说明。

图16中示出了选择片段的步骤704。因此，图16示出了从其余片段1602中选择的第一片段1601。片段1601具有与物体401的原始轴线501即在本实施例中扫描过程的旋转轴线对应的直边缘1603。

如图17所展示的那样，随后通过在步骤707中对片段1601的数据点绕轴线进行包络来对这些数据点进行变换。因此可认为将片段1601变形以产生变形的片段1702，使得边缘1603形成为在圆中心具有轴线1701的圆1704的弧1703。因此，对形成原始物体401表面、具有相对于轴线(501)定义的位置的数据点经过变换，使得将该轴线变换到圆(1704)的弧上。

然后在步骤304中采用对片段1702的变形的表面1705进行定义的数据点以加工双锥体。

图18

在图18中示出了加工之前的第一双锥体1801和加工步骤304后的第二双锥体1802。因此，已经绕双锥体1802的边缘1803的一部分对双锥体1802进行加工以制造被加工表面1804。构造这一表面使得该表面是图17的变形的表面1705的负值，即在加工过程中从双锥体1802去除的体积与变形的片段1702的形状和大小相同。

在本实例中，以食品级的聚合物对双锥体如双锥体1801进行模制并然后加工双锥体以制造变形表面1804。然而，在替换实施例中，通过采用用于从三维坐标数据形成三维物体的立体光刻术或类似技术，该双锥体形成有变形表面。

在一个实施例中，双锥体由金属形成而且采用电火花腐蚀产生变形表面。

在本实例中，变形表面1804仅部分地绕双锥体1802的边缘延伸。能够依比例决定随着例如步骤302、701、702或705定义为数据点的物体。因此，能够布置该变形表面以完全地绕双锥体的边缘延伸。可替换地，如图18所示，变形表面可以仅绕边缘路径的一小部分延伸。这允许在单独一个双锥体上形成多于一个的变形表面。因此，如果在用于制造制件的设备(如图20所示)中采用绕双锥体的边缘具有N个变形表面的双锥体，那么双锥体的单独一转制造N个制件。

而且，通过这一方式能够具有绕单独一个双锥体的两个或更多个不同成形的变形表面，从而能够顺次制造不同形状的制件，如交替的猫、狗和老鼠形状。

图19

图19示出了用于从可变形材料制造三维物体的部分地装配了的设备1901。整个设备包括具有上下半部的框架、以及六个位于框架内的双锥体。然而为了图示的目的，图19只示出了框架1902的下半部和位于所述下半部内的五个双锥体1903、1904、1905、1906和1907。

框架1902的下半部具有六对锥形支承面1918，每一对支承面构造成容纳双锥体如双锥体1904的两个顶点。双锥体一旦位于支承面1918内，双锥体就可以旋转，但是另外仍保持在合适位置。

这些双锥体在与它们的轴线同心的锥形表面的每一个锥形表面上设有齿轮。这些齿轮具有设置成与相邻双锥体的齿轮的齿啮合的齿。因此，双锥体1904具有与双锥体1903的齿轮1910啮合的齿轮1909、以及与双锥体1905的齿轮1912啮合的第二齿轮1911。通过这些齿轮，每一个双锥体的旋转与其它每一个双锥体的旋转同步。

该设备设有位于外壳1913内的电动马达和传动机构。驱动轴1914从传动机构延伸并终止在构造成对双锥体1903的齿轮1910进行驱动的驱动齿轮1915处。由于双锥体的齿轮之间的相互啮合，电动马达通过驱动轴1914驱动所有六个双锥体。

在本实施例中，这些双锥体一般由聚合物制成，但是以结合在锥形表面上的内凹内的合适金属形成这些齿轮。

图20

图20内示出了处于操作中的、用于从可变形材料制造三维物体的整个设备2001。因此，上半部2002位于框架的下半部1902之上，而且所有六个双锥体1903至1908位于框架内。

将在本实例中为甘草的可变形材料2002的圆柱形棒下降至六个双锥体的中部内。由外壳1913内的电动马达驱动这些双锥体，使得它们的边缘倾向于在箭头2003的方向上拉动可变形材料通过。在材料2002通过双锥体之间时，双锥体在材料2002的表面上滚转并将材料压缩成猫物体401的形状以制造制件2004。

由于物体401的变化的横截面积，应将材料2002馈送通过双锥体的速率变化着。在本实施例中，通过重力与由双锥体施加的拉力的协作而将甘草馈送至双锥体内。然而，在替换实施例中，控制馈送机构以受控速率将材料2002馈送至设备2001内，使得该速率与正在形成的物体的横截面积成反比。即在形成物体的具有较小的横截面积的一部分时，减小材料馈送速率，而在形成具有较大的横截面积的一部分时，增加馈送速率。

在以上描述的实施例中，设备包括六个双锥体，但是也设想了包括三至十二个之间的双锥体的设备。选择这些双锥体的锥角，如同以上的那些双锥体一样，使得它们的锥形表面允许所有的双锥体在360度周围配合并在它们的边缘处与相邻的双锥体接触。

在以上的实施例中，用通过螺旋扫描过程得到的数据点的形式对物体进行定义。然而，在替换实施例中，存在允许随后的数据处理步骤得以减少的其它扫描方式。例如，在一个实施例中，将扫描设备构造成逐平面扫描，使得不需要插值步骤702。

而且，在替换实施例中，不通过扫描生成定义物体的数据点，而是采用计算机辅助设计(CAD)软件人工生成这些数据点。由CAD软件产生的数据点然后经过插值以生成具有轴向和角排列的数据点，如在步骤702中生成的那样。

Claims (21)

1.一种用于从可变形材料制造三维物体的设备，包括：

变形装置，该变形装置设置成在制造方向上大致连续地接收可变形材料，并设置成大致在所述制造方向上制造三维变形制品，其中

所述变形装置包括多个可旋转装置，这些可旋转装置中的每一个可旋转装置布置成使可变形材料的一部分变形，而且

对所述多个可旋转装置中的至少一个可旋转装置进行成形，使得对在所述可变形材料通过变形装置时周期性施加在可变形材料上的变形的程度进行改变。

2.根据权利要求1的设备，其中所述物体是新奇物体或装饰性物体。

3.根据权利要求1的设备，其中所述可变形材料是糖果材料。

4.根据权利要求1的设备，其中存在三至十二个之间的可旋转装置。

5.根据权利要求4的设备，其中存在六个可旋转装置。

6.根据权利要求1的设备，其中将所述可旋转装置中的每一个可旋转装置成形为使得该可旋转装置能够在所述材料的大致整体上施加变形，以便产生具有可变截面的三维制件。

7.根据权利要求1的设备，其中所述可旋转装置中的每一个可旋转装置具有一对从共用底部延伸并从而形成大致圆形的边缘的锥形表面，其中从所述边缘去除材料以形成变化的变形表面。

8.根据权利要求7的设备，其中在支架内支撑所述多个变形双锥体可旋转装置以相互作用。

9.根据权利要求8的设备，其中所述可旋转装置由于协作齿轮齿的存在而相互作用。

10.根据权利要求9的设备，其中所述相互作用的齿轮齿的性质在装置之间变化以阻止所述装置在所述支架内的不正确的排列。

11.一种在对可变形材料进行成形的设备内使用的可旋转装置，包括：

第一个大致锥形的表面，该第一个大致锥形的表面用于与第二个类似的可旋转装置的类似的协作表面接合；

第二个大致锥形的表面，该第二个大致锥形的表面用于与第三个类似的装置的类似的协作表面接合；以及

变形边缘，该变形边缘在可变形状的所述第一个表面和所述第二个表面之间，其中

所述变形边缘布置成在被旋转的同时使材料变形。

12.根据权利要求11的可旋转装置，其中由对双锥体毛坯进行加工操作而制造所述变形边缘的可变形状。

13.一种制造三维物体的方法，包括步骤：

定义三维数据模型；

将所述数据模型分割成多个数据模型片段；

对所述模型片段中的每一个模型片段制造具有变形表面的可旋转装置；

以协作的结构布置所述可旋转装置以形成制造方向；以及

在所述制造方向上传送可变形材料以通过变化截面的孔制造三维物体。

14.根据权利要求13的方法，其中由圆柱坐标系统定义所述三维数据模型。

15.根据权利要求13的方法，其中所述可旋转装置是双锥体的并形成边缘。

16.根据权利要求15的方法，其中通过从所述边缘去除材料而形成所述可变形表面。

17.根据权利要求13的方法，其中所述可旋转装置以相互协作的结构而一起旋转。

18.一种对用于制造三维物体的三维数据进行处理的方法，包括步骤：

定义三维数据模型，在该三维数据模型中多个三维点定义表面；

识别生成轴线；

将所述数据点重新布置为由相对于所述生成轴线的圆柱坐标定义的点；

对所述重新布置的数据点进行分割以生成沿所述生成轴线相互分开的多个数据模型片段数据；以及

对所述数据模型片段数据进行平移以生成用于生产机器的控制指令。

19.根据权利要求18的方法，其中由对实体物体进行扫描而产生三维数据模型以生成所述三维数据模型。

20.根据权利要求18的方法，其中由对实体物体以螺旋路径进行扫描而生成所述三维数据模型，而且所述重新布置步骤将所述螺旋定位的点重新布置成圆柱定位的点。

21.根据权利要求18的方法，其中良序点形成多个横截面轮廓，在每一横截面轮廓上具有相同数目的点，而第一横截面轮廓上的点与相邻横截面轮廓上的类似点大致对准。

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