ES2847589T3

ES2847589T3 - Impresión en tres dimensiones utilizando una conversión rápida de archivos STL

Info

Publication number: ES2847589T3
Application number: ES15765823T
Authority: ES
Inventors: Daniel T Brunermer; Patrick Stack; Lawrence J Voss
Original assignee: ExOne Co
Current assignee: ExOne Co
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: WO2015143174A1; US10061284B2; US20170087771A1; JP2017517418A; CN106457671A; EP3119590A1; EP3119590B1; CN106457671B; KR20160136389A; JP6573335B2; KR102328851B1; EP3119590A4

Abstract

Un proceso para fabricar un artículo (100) mediante fabricación de sólidos de forma libre, en que el proceso incluye los pasos de: a) proporcionar un archivo STL que contiene un modelo del artículo (100); b) para al menos una capa de impresión del artículo (100), utilizar una interfaz de programación de la aplicación para indicar a un sistema de renderización que utilice un primer mapa de bits, BM1, como destino de renderización y i) eliminar los buffers de profundidad y color; ii) permitir pruebas de profundidad; iii) configurar una proyección ortográfica de vista superior o inferior del modelo; iv) establecer el color de fondo en un primer color, C1; v) recortar el modelo con un plano de recorte horizontal a la altura deseada, Zn, para ignorar toda la geometría del artículo por encima de Zn cuando la proyección ortográfica se estableció como una vista superior o para ignorar toda la geometría del modelo debajo de Zn cuando la proyección ortográfica se estableció para ser una vista inferior; vi) descartar las caras interiores del modelo; vii) renderizar el modelo en C1 lo que da como resultado una primera imagen (110); viii) descartar las caras exteriores del modelo; ix) renderizar el modelo en un segundo color, C2, lo que da como resultado una segunda imagen (112); y x) representar la capa en BM1 mediante una combinación "exclusiva o" de la primera y segunda imágenes (110, 112); y c) utilizar BM1 para imprimir la al menos una capa.

Description

DESCRIPCIÓN

Impresión en tres dimensiones utilizando una conversión rápida de archivos STL

Campo de la invención:

La presente invención se refiere al campo de la fabricación de sólidos en forma libre, que también se conoce como fabricación aditiva. En particular, la invención se refiere a métodos para transformar rápidamente un archivo de datos estereolitográficos (.stl) que contiene un modelo matemático tridimensional del artículo físico que se va a producir mediante fabricación de sólidos de forma libre en instrucciones para el mecanismo de impresión para la construcción por capas del artículo físico.

Antecedentes de la invención:

En los últimos años, se han desarrollado procesos de fabricación de sólidos de forma libre (también conocidos como procesos de fabricación aditiva) para producir un artículo físico directamente a partir de una representación electrónica del artículo. El término "proceso de fabricación de sólidos de forma libre" ("SFFF") tal como se utiliza en este documento se refiere a cualquier proceso que da como resultado un artículo físico tridimensional e incluye una fase de formar secuencialmente la forma del artículo en una capa a la vez a partir de una representación electrónica del artículo. Los procesos de fabricación de sólidos de formas libres también se conocen en la técnica como "procesos de fabricación por capas". A veces también se les conoce en la técnica como "procesos rápidos de creación de prototipos" cuando el proceso de construcción capa por capa se utiliza para producir una pequeña cantidad de un artículo en particular. Un proceso de fabricación de sólidos de forma libre puede incluir una o más operaciones de conformado posterior que mejoran las propiedades físicas y / o mecánicas del artículo. Los ejemplos de procesos de fabricación de sólidos de forma libre incluyen el proceso de impresión tridimensional ("3DP") y el proceso de sinterización selectiva por láser ("SLS"). Un ejemplo del proceso 3DP se puede encontrar en la patente de los Estados Unidos. 6.036.777 de Sachs, expedida el 14 de marzo de 2000. Un ejemplo del proceso SLS se puede encontrar en la Patente de Estados Unidos. 5.076.869 de Bourell et al., expedida el 31 de diciembre de 1991. Los procesos de fabricación de sólidos de forma libre de acuerdo con la presente invención pueden utilizarse para producir artículos compuestos de metal, polímero, cerámica, materiales compuestos y otros materiales. El desarrollo de procesos de fabricación de sólidos de forma libre ha producido una reducción de salto cuántico en el tiempo y los costes incurridos para pasar del concepto al artículo manufacturado al eliminar los pasos intermedios costosos y lentos que tradicionalmente eran necesarios.

Muchos procesos de fabricación de sólidos de forma libre consisten en los pasos básicos de: (1) aplicar y alisar una primera capa de un material de construcción, por ejemplo, un polvo, sobre una placa de construcción indexable verticalmente; (2) escanear la capa de material de construcción con el mecanismo de impresión para impartirle la imagen de la capa bidimensional relevante del artículo que se está construyendo; (3) bajar la placa para recibir otra capa de material de construcción; y (4) repetir los pasos (1) a (3) hasta que se complete el artículo. La construcción capa por capa da como resultado la formación del artículo físico deseado. A menudo se emplea un procesamiento posterior para mejorar las propiedades físicas del artículo físico construido.

El término "mecanismo de impresión" tal como se utiliza en este documento se refiere genéricamente al componente del sistema de fabricación de sólidos de forma libre que (1) imparte físicamente la imagen de la capa bidimensional relevante del artículo que se está construyendo sobre un material de construcción que se encuentra sobre la placa sobre la que se está construyendo el artículo, y / o (2) deposita una capa de un material de construcción en la imagen de dicha capa bidimensional sobre la placa o una capa anterior. Por ejemplo, en el proceso 3DP, el mecanismo de impresión es un cabezal de impresión que comprende uno o más chorros de impresión y mecanismos de control y escaneo asociados que rocían gotas de un fluido aglutinante sobre una capa de polvo para formar la imagen de la capa bidimensional relevante del artículo físico. En el proceso SLS, el mecanismo de impresión es un láser y los mecanismos de control y escaneo asociados que escanean un rayo láser a través de una capa de polvo para fusionar el polvo sobre la misma en la forma de la imagen de la capa bidimensional relevante del artículo físico.

Un artículo físico que se va a construir mediante fabricación de sólidos de forma libre se representa primero electrónicamente como un modelo tridimensional. Normalmente, el modelo tridimensional se almacena en formato de archivo litográfico estéreo o archivo. stl. Los archivos en este formato se denominan en el presente documento "archivos STL. "Un archivo STL normalmente se compone de una colección de triángulos que dibujan las superficies exterior e interior del artículo físico. Las características como por ejemplo las normales de superficie, es decir, un rayo corto que apunta perpendicularmente desde una cara del triángulo, están asociadas con los triángulos para indicar qué superficie del triángulo está mirando hacia afuera desde el objeto físico. La superficie que mira hacia afuera se denomina a veces una cara "exterior" o "frontal" y la superficie que mira hacia adentro a veces se denomina cara "interior" o "trasera".

Convencionalmente, en la fabricación de sólidos de forma libre, un archivo STL es operado por un programa que se denomina en el presente documento "programa de laminado". "Un programa de laminado lamina el modelo que está en formato de archivo STL a lo largo de uno de los tres ejes mutuamente ortogonales, por ejemplo, el eje Z de un conjunto de ejes XYZ, para crear una pila de capas bidimensionales de un espesor de capa especificado, es decir, láminas. Dentro de cada sector, la parte relevante del modelo está representada por un conjunto de polígonos cerrados bidimensionales.

El programa de laminado es normalmente un programa separado, por ejemplo, el programa Magics RP que está disponible en Materialise NV, Lovaina, Bélgica. Sin embargo, un programa de corte también puede ser un subconjunto de un programa más grande que procesa el archivo STL o un archivo funcionalmente similar en instrucciones para que una máquina de fabricación de sólidos de forma libre construya el artículo físico. En cualquier caso, la aplicación del programa de laminado da como resultado un archivo binario que comprende una pila de láminas bidimensionales en el que cada capa bidimensional está representada por un conjunto de polígonos cerrados bidimensionales. Dichos archivos binarios se denominan en el presente documento "archivos de pila de láminas."

Tradicionalmente, el software de control de la máquina de fabricación de sólidos de forma libre utiliza un archivo de pila de láminas para fabricar el artículo físico capa por capa. Normalmente, el software de control de la máquina de fabricación de sólidos de forma libre transforma cada capa de modelo representada en el archivo de pila de láminas en un conjunto de instrucciones para controlar el mecanismo de impresión en la creación de la capa física correspondiente del artículo físico. Estas instrucciones le indican al mecanismo de impresión dónde hacer que el material de construcción sea (1) unido, por ejemplo, mediante la aplicación de energía de un dispositivo láser o de haz de electrones o mediante el chorro de un aglutinante desde un cabezal de impresión por chorro, y / o (2) depositado. Esta operación del mecanismo de impresión se denomina aquí genéricamente "impresión" y estas instrucciones se denominan aquí genéricamente "instrucciones de impresión", independientemente del tipo de mecanismo de impresión que se emplee realmente.

La FIG. 1 presenta una representación de diagrama de flujo de un proceso convencional para crear un artículo físico mediante fabricación de sólidos de forma libre. En el proceso convencional ejemplar 10, los datos de archivo STL 12 para un modelo del artículo físico que se va a construir se introducen en un programa de corte 14. También se introduce en el programa de laminado 14 el valor de separación de capa seleccionado 16 que se aplicará a todo el modelo. El programa de laminado 14 utiliza esta entrada para crear un archivo de pila de láminas 18. Cada corte plano se separa de la lámina siguiente por el valor de separación de capa 16 seleccionado. Los datos del archivo de pila de láminas 18 se introducen a continuación en un dispositivo de almacenamiento 20. Posteriormente, los datos del archivo de pila de láminas 18 se envían desde el dispositivo de almacenamiento 20 al software de control 22 de una máquina de fabricación de sólidos de forma libre. El software de control 22 procesa los datos del archivo de pila de láminas 18 para crear instrucciones de impresión 24 con el fin de hacer que el mecanismo de impresión 26 imprima cada capa 28 hasta la finalización del artículo físico 30.

Existen varios inconvenientes del método convencional. Entre estos se encuentran los costes ocasionados por la necesidad de utilizar un programa de laminado. Estos costes incluyen el coste de comprar o desarrollar, implementar y / o mantener el programa de laminado. También incluyen los costes del hardware que deben asignarse al funcionamiento y el almacenamiento del programa de laminado y los archivos de pila de láminas resultantes. Además, incluyen los costes computacionales de utilizar el programa de laminado y a continuación utilizar los archivos de pila de láminas. Además, existe el coste del tiempo necesario para utilizar el programa de corte con el fin de crear los archivos de pila de láminas.

Otro inconveniente es la pérdida de detalles y otra información del modelo tridimensional original del artículo físico. Cada vez que se transforma un conjunto de datos que representa el modelo, se pierden algunos detalles e información sobre el modelo. Los programas de laminado intentan representar los modelos sobre los que están operando en términos de planos de lámina particulares. Por lo tanto, el programa de laminado no captura toda la información del modelo original sobre los detalles que existen entre los planos de laminado y, por lo tanto, se pierde. Esto significa que el modelo original no está disponible en el archivo de pila de láminas para ver, mover, escalar u otras operaciones. Esto también significa que el archivo de pila de láminas solo puede ser utilizado por una máquina de fabricación de sólidos de forma libre que sea capaz de utilizar el grosor de laminado particular que se seleccionó al crear el archivo de pila de láminas y que sea capaz de utilizar los mismos pasos de indexación del dispositivo de impresión y otros parámetros. Esto limita la portabilidad del archivo de pila de láminas de una máquina de fabricación de sólidos de forma libre a otra.

Hace unos años, uno de los inventores de la presente invención, describió en la publicación de solicitud de patente de EE. UU. US 2010/0168890 A1 métodos que utilizan fundición de rayos para convertir archivos STL sin la utilización de un programa de laminado en instrucciones para el mecanismo de impresión para la construcción capa por capa del artículo físico. Aunque esos métodos eran superiores en muchos aspectos a otros métodos de conversión de STL convencionales, implicaban cálculos extensos y podían dar como resultado una cierta pérdida de resolución. A partir de, por ejemplo, el documento US 6 165 406 A se conoce un proceso para fabricar un artículo mediante fabricación de sólidos de forma libre.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un proceso para fabricar un artículo mediante la fabricación de sólidos de forma libre de acuerdo con la reivindicación 1. Otras formas de realización del proceso se describen en las reivindicaciones dependientes. La presente invención supera al menos algunos de los problemas anteriormente mencionados asociados con la técnica anterior al proporcionar métodos para convertir de manera rápida y eficiente, en términos de recursos computacionales, archivos STL que representan un artículo o artículos para ser construidos por SFFF sin la utilización de un programa de laminado convencional. La presente invención logra esto utilizando una interfaz de programa de aplicación ("API") para generar un mapa de bits correspondiente a cada capa particular del artículo que se va a imprimir directamente desde el archivo STL del artículo. Preferentemente, esta conversión se realiza esencialmente en tiempo real inmediatamente antes de que se imprima la capa en particular, aunque también está dentro del alcance de la presente invención almacenar los resultados de la conversión de una o más, o incluso de todas, las capas para su uso posterior. Una vez generado, el mapa de bits se puede utilizar para configurar las instrucciones de impresión con el fin de que el mecanismo de impresión imprima esa capa en particular. En procesos SFFF que utilizan un mecanismo de impresión rasterizado, por ejemplo, un cabezal de impresión del tipo de chorro de tinta, una fuente de radiación de exploración o una fuente de exposición a la radiación enmascarada de forma selectiva, el mapa de bits se puede utilizar para indicar directamente las ubicaciones de los píxeles que se van a imprimir. En procesos SFFF que se basan en instrucciones vectorizadas para imprimir, como por ejemplo en un proceso SLS, un proceso de haz de electrones o un proceso de deposición fundida, el mapa de bits se puede utilizar en la creación de los vectores utilizados en la impresión.

Breve Descripción de los Dibujos

La criticidad de las características y las ventajas de la presente invención se comprenderán mejor con referencia a los dibujos adjuntos. Debe entenderse, sin embargo, que los dibujos están diseñados únicamente con fines ilustrativos y no como una definición de los límites de la presente invención.

La FIG. 1 es un diagrama de flujo de un proceso de la técnica anterior para producir un artículo físico mediante fabricación de sólidos de forma libre.

La FIG. 2 es una vista esquemática en perspectiva de un toroide orientado verticalmente en una caja de impresión.

La FIG. 3 es una vista esquemática en perspectiva de una parte del toroide de la FIG. 2 que muestra triángulos teselados de archivos STL en su lado orientado al espectador.

La FIG. 4 es una vista esquemática en perspectiva de la mitad inferior del toroide de la FIG. 1.

La FIG. 5 es una proyección ortográfica esquemática de una vista superior del toroide de la FIG. 4.

La FIG. 6 es una representación esquemática de los resultados de reproducir la proyección de la FIG. 5 después del descarte de caras interiores.

La FIG. 7 es una representación esquemática de los resultados de renderizar la proyección de la FIG. 5 después del descarte de caras exteriores.

La FIG. 8 es una vista superior esquemática de una capa de construcción después de que la finalización de la escena haya combinado de forma “exclusiva o” las representaciones mostradas en las FIG. 6 y 7.

Descripción de Formas de Realización Preferentes

En esta sección, algunas formas de realización preferentes de la presente invención se describen con suficiente detalle para que un experto en la técnica ponga en práctica la presente invención sin experimentación indebida. Debe entenderse, sin embargo, que el hecho de que se describan aquí un número limitado de formas de realización preferentes no limita en modo alguno el alcance de la presente invención tal como se establece en las reivindicaciones. Debe entenderse que siempre que se describe un intervalo de valores en el presente documento o en las reivindicaciones, el intervalo incluye los puntos finales y todos los puntos intermedios como si todos y cada uno de dichos puntos se hubieran descrito expresamente. A menos que se indique lo contrario, la palabra "aproximadamente" tal como se utiliza en este documento y en las reivindicaciones debe interpretarse en el sentido de las limitaciones normales de medición y / o fabricación relacionadas con el valor que modifica la palabra "aproximadamente". A menos que se indique expresamente lo contrario, el término "forma de realización" se utiliza en este documento para significar una forma de realización de la presente invención.

La parte o las partes volumétricas del aparato SFFF (fabricación de sólidos de forma libre) en las que se fabricarán el artículo o artículos se denominan en este documento caja de impresión, ya sea que el aparato SFFF esté configurado para procesamiento por lotes o procesamiento continuo. En aras de la eficiencia de la producción, es común utilizar tanto volumen de la caja de impresión como sea posible en cada ciclo de construcción del aparato SFFF haciendo múltiples artículos y / o copias múltiples de un solo artículo durante cada ciclo de construcción del aparato SFFF. En las formas de realización, cada uno de los uno o más artículos que se van a fabricar mediante un proceso SFFF se representa primero mediante un archivo STL. El archivo STL contiene la información necesaria para describir la geometría de su artículo correspondiente. En aras de la simplicidad, el proceso general utilizado en las formas de realización en las que se va a fabricar un solo artículo se describe primero a continuación.

Las formas de realización utilizan una API (interfaz de programa de aplicación) para convertir un archivo STL de un artículo en mapas de bits individuales, cada uno de los cuales corresponde a una de las capas de impresión del proceso SFFF para fabricar el artículo. Debe entenderse que la palabra "convertir" y sus diversas inflexiones se utilizan aquí para significar que el archivo STL se utiliza como un punto de inicio desde el cual parte el proceso inventivo en su camino para llegar a los mapas de bits de la capa de impresión individual. El archivo STL en sí no se convierte en otra cosa mediante el proceso inventivo, sino que se deja intacto para su reutilización.

La conversión se realiza preferentemente para cada capa de impresión en particular esencialmente en tiempo real inmediatamente antes de que se imprima la capa en particular, aunque también está dentro del alcance de la presente invención almacenar los resultados de la conversión de una o más de - o incluso todas - las capas para su uso posterior.

En algunas formas de realización, para al menos una capa (y preferentemente todas las capas) de un artículo que se va a imprimir en tres dimensiones, la API se utiliza para hacer lo siguiente utilizando el archivo STL que contiene una representación geométrica, es decir, un modelo, del artículo:

1. Configurar el contexto de renderización en términos de tamaño de bits y el número de bits que deben representar cada píxel creando un primer mapa de bits, BM1, que tiene está dimensionado (a) para representar el tamaño físico del área de impresión deseada, y (b) de acuerdo con la resolución de la impresora.

2. Indicar al sistema de renderización que utilice BM1 como destino de renderización.

3. Indicar al sistema de renderización que haga lo siguiente:

a) eliminar los buffers de profundidad y color;

b) habilitar las pruebas de profundidad;

c) configurar una proyección ortográfica de vista superior (o inferior);

d) establecer el color de fondo en un primer color, C1;

e) recortar el modelo de archivo STL del artículo con un plano de recorte horizontal a la altura deseada, Zn, para ignorar toda la geometría del modelo por encima de Zn (o para ignorar toda la geometría del modelo por debajo de Zn cuando la proyección ortográfica se estableció como una vista inferior);

f) descartar las caras interiores (traseras) del modelo;

g) renderizar el modelo en el color C1;

h) descartar las caras exteriores (frontales) del modelo;

i) renderizar el modelo en un segundo color, C2, (que es diferente de C1); y

j) finalizar la escena en BM1, es decir, finalizar la escena en el mapa de bits de destino, BM1.

4. Utilizar BM1 para imprimir la capa.

En la fase de utilizar el mapa de bits creado para imprimir la capa, se accede al mapa de bits con el fin de crear las instrucciones de impresión para el mecanismo de impresión del SFFF. Por ejemplo, cuando el mecanismo de impresión incluye un cabezal de impresión similar a un chorro de tinta, el mapa de bits se puede utilizar para indicar al cabezal de impresión exactamente dónde depositar un fluido aglutinante en la capa de superficie de la caja de impresión en ese momento o relativamente dónde realizar dichos depósitos después de tener en cuenta las compensaciones deseadas. Como otro ejemplo, en procesos SFFF que se basan en instrucciones vectorizadas para imprimir, como por ejemplo en un proceso SLS, un proceso de haz de electrones o un proceso de deposición fundida, el mapa de bits se puede utilizar en la creación de los vectores utilizados en la impresión.

Las FIG. 2 a 8 proporcionan una descripción general del proceso descrito anteriormente para crear un único caso de toroide sólido, artículo 100, mediante un proceso SFFF. En esta representación, el Paso 3 (c) del proceso utilizará una proyección ortográfica de vista superior. En referencia a la FIG. 2, el marcador de dirección 102 muestra que, para el propósito de esta descripción, el artículo 100 está orientado verticalmente en la caja de impresión del aparato SFFF con su eje central 104 paralelo a la dirección X de la caja de impresión. La capa de construcción inicial para hacer el artículo 100 se cruza con el plano X-Y de la caja de impresión. Cada una de las otras capas de construcción que se utilizarán para fabricar el artículo 100 en el aparato SFFF es paralela al plano X-Y de la caja de impresión.

La FIG. 3 da una sugerencia de cómo se vería una parte 106 del artículo 100 cuando se dibujara con los triángulos teselados de un modelo de archivo STL mostrando los triángulos teselados en la superficie del artículo 100 que mira hacia el espectador. La inclusión de la superficie orientada al espectador del artículo 100 en esta representación evita la confusión que surge cuando los triángulos teselados tanto en la superficie orientada al espectador como en su anverso se ven tal como se produce en un dibujo no mejorado de un modelo de archivo STL.

A continuación, se elegirá una capa de construcción seleccionada a una altura Z^0.5, que está a la mitad de la altura del eje Z del artículo 100, por motivos de ilustración. La FIG. 4 muestra una vista en perspectiva del artículo 100 desde su parte inferior hasta esta capa de construcción, que es esencialmente lo que queda del artículo 100 cuando el modelo de archivo STL del artículo 100 se recorta con un plano horizontal a esta altura, Z^0,5. A esta altura de la capa de construcción, el artículo 100 tiene dos superficies de sección transversal idénticas, 108a, 108b. La FIG. 5 muestra la proyección ortográfica de la vista superior del artículo 100 a esta altura de la capa de construcción, con las dos superficies de sección transversal 108a, 108b, mostradas en este dibujo con un sombreado inclinado hacia la derecha para mayor claridad.

La FIG. 6 muestra el resultado, la primera imagen 110, de la fase de renderización 3 (g) después del descarte de las caras interiores (traseras) del modelo. El rayado inclinado a la derecha se utiliza para representar el color C1.

La FIG. 7 muestra el resultado, la segunda imagen 112, de la fase de renderización 3 (i) después del descarte de las caras exteriores (frontales) del modelo. El rayado vertical se utiliza para representar el color C2.

La FIG. 8 muestra la capa de construcción tal como se representaría en el mapa de bits BM1 después de la finalización de la escena del Paso 3 (j). La finalización de la escena combina efectivamente la primera y la segunda imágenes 110, 112 de una manera "exclusiva o". Las dos áreas 114a, 114b están formadas por los píxeles que se van a imprimir en el aparato SFFF para la capa de impresión. Estas dos capas 114a, 114b, corresponden a las dos superficies en sección transversal 108a, 108b de la FIG. 5.

En algunas formas de realización preferentes, el proceso descrito anteriormente se modifica para disminuir el efecto de píxeles perdidos o que faltan en el mapa de bits, que pueden ser el resultado de inexactitudes de punto flotante que pueden surgir de la representación de los triángulos del archivo STL. En estas formas de realización, se crea un segundo mapa de bits, BM2, además del mapa de bits BM1, y a continuación se comparan los dos mapas de bits para crear un tercer mapa de bits, BM3, que a continuación se utiliza para imprimir la capa. El mapa de bits BM2 se crea utilizando la proyección ortográfica de la vista opuesta del modelo STL del artículo al que se utilizó para crear el mapa de bits BM1 y ajustando el recorte en consecuencia. Por lo tanto, si BM1 se crea utilizando una proyección ortográfica de vista superior y un recorte que ignora toda la geometría del modelo por encima de la altura Zn, entonces BM2 se crea utilizando una proyección ortográfica de la vista inferior y un recorte que ignora toda la geometría del modelo por debajo de la altura Zn. A continuación, se proporciona una reformulación del proceso para incluir esta modificación para al menos una capa de impresión del artículo:

1. Configurar el contexto de renderización en términos de tamaño de bits y la cantidad de bits que deben representar cada píxel creando un primer mapa de bits, BM1, un segundo mapa de bits, BM2 y un tercer mapa de bits BM3, que tienen el tamaño (a) para representar el tamaño físico del área de impresión deseada, y (b) de acuerdo con la resolución de la impresora.

2. Indicar al sistema de renderizado que utilice BM1 como primer objetivo de renderizado.

3. Indicar al sistema de renderizado que haga lo siguiente:

a) eliminar los buffers de profundidad y color;

b) habilitar las pruebas de profundidad;

c) configurar una proyección ortográfica de vista superior;

d) establecer el color de fondo en un primer color, C1;

e) recortar el modelo con un plano de recorte horizontal a la altura deseada, Zn, para ignorar toda la geometría del modelo por encima de Zn;

f) descartar las caras interiores (traseras) del modelo;

g) renderizar el modelo en el color C1;

h) descartar las caras exteriores (frontales) del modelo;

i) renderizar el modelo en un segundo color, C2, (que es diferente de C1); y

j) finalización de la escena en BM1.

4. Indicar al sistema de renderizado que utilice BM2 como segundo objetivo de renderizado.

5. Indicar al sistema de renderizado que haga lo siguiente:

a) eliminar los buffers de profundidad y color;

b) habilitar las pruebas de profundidad;

c) configurar una proyección ortográfica de vista inferior;

d) establecer el color de fondo en C1;

e) recortar el modelo con un plano de recorte horizontal a la altura deseada, Zn, para ignorar toda la geometría del modelo por debajo de Zn;

f) descartar las caras interiores (traseras) del modelo;

g) renderizar el modelo en el color C1;

h) descartar las caras exteriores (frontales) del modelo;

i) renderizar el modelo en C2; y

j) finalización de la escena en BM2.

6. Invertir horizontalmente BM2.

7. Comparar BM1 con BM2 píxel a píxel para determinar si el valor del píxel BM1 (xi, y¡) es igual o diferente del valor del píxel BM2 correspondiente (xi, yj) y, a continuación:

a) cuando los valores son los mismos, establecer el valor del píxel BM1 (xi, yj) como el valor de un píxel correspondiente de BM3; o

b) cuando los valores son diferentes, entonces el valor del píxel BM1 (xi, yj) se compara con los valores de sus ocho píxeles adyacentes, es decir, los píxeles BM1 (x¡-i, yj ¹), BM1 (xi, yj ¹), BM1 (xi i, yj ¹), BM1 (x¡-i , yj), BM1 (x ¡ i, yj), BM1 (x¡-i , y^), BM1 (x ¡, y^) , BM1 (x ¡ i, y^), con el fin de determinar el valor que tiene la mayoría de casos entre los nueve píxeles comparados, y a continuación el valor mayoritario debe establecerse como el valor de un píxel correspondiente de BM3.

8. Utilizar BM3 para imprimir la capa.

Debe entenderse que el Paso 1 en el proceso modificado indica la creación de los tres mapas de bits al mismo tiempo solo por conveniencia y que cada uno de ellos puede crearse en cualquier momento deseado. También debe entenderse que BM1 y BM2 deben ser del mismo tamaño para que puedan compararse píxel a píxel. BM3 puede tener el mismo tamaño que los otros dos mapas de bits, o puede ser más grande que ellos, por ejemplo, para adaptarse a las compensaciones de impresión.

También debe entenderse que el método para determinar qué valor dar a un píxel en el Paso 7 (b) puede modificarse para utilizar más o menos píxeles circundantes para la comparación. Por ejemplo, la comparación puede ser solamente con los píxeles que son contiguos con el píxel probado en una diagonal, una columna o una fila.

También debe entenderse que la inversión del mapa de bits BM2 en el Paso 6 se realiza de modo que las ubicaciones representadas por los píxeles del mapa de bits BM2 se correlacionan exactamente con las representadas por el mapa de bits BM1. Pueden utilizarse otros medios para llegar a esta correlación. Por ejemplo, la comparación realizada en el Paso 7 se puede realizar utilizando un mapa de bits BM2 no invertido si las direcciones para la selección de píxeles de los mapas de bits BM1 y BM2 se eligen para tener en cuenta que los mapas de bits BM1 y BM2 son esencialmente imágenes especulares entre sí. Como otro ejemplo, el llenado del mapa de bits BM2 (o del mapa de bits BM1) se puede realizar de una manera que también evita la necesidad de realizar un paso de inversión separado del mapa de bits BM2 (o del mapa de bits BM1).

También debe entenderse que, aunque es preferible, no es necesario utilizar un tercer mapa de bits, por ejemplo, BM3, para almacenar los resultados de la comparación de BM1 y BM2 siempre que los resultados se almacenen como un mapa de bits. Por ejemplo, uno de ellos o tanto BM1 como BM2 se pueden volver a llenar con los resultados de la comparación y a continuación el mapa de bits o los mapas de bits que contienen los resultados pueden ser utilizados en lugar de BM3 en el Paso 8 anterior.

Los procesos inventivos descritos anteriormente se pueden aplicar para hacer múltiples artículos y / o múltiples copias de un solo artículo durante un ciclo de construcción de un aparato SFFF. En los casos en los que se vayan a fabricar artículos geométricamente diferentes en el mismo lecho de impresión, el proceso inventivo seleccionado se aplica al archivo STL de cada artículo y los resultados de los procesos se combinan en un solo mapa de bits que a continuación se utiliza para imprimir la capa. También se haría lo mismo cuando se vayan a hacer varias copias del mismo artículo en la misma plataforma de impresión, pero están orientadas de manera diferente en la plataforma de impresión y / o están ubicadas a diferentes alturas en la plataforma de impresión. En el caso de que se hagan varias copias del mismo artículo, el proceso inventivo seleccionado debe aplicarse solo una vez al archivo STL del artículo y se deben almacenar los resultados, y a continuación se completa el mapa de bits que se utilizará para imprimir la capa con múltiples copias de los resultados almacenados en los espacios deseados en la capa.

Pueden practicarse formas de realización con cualquier API que sea capaz de renderizar gráficos vectoriales tridimensionales. Los ejemplos de dichas API incluyen OpenGL de Khronos Group y Direct3D de Microsoft. Debe tenerse en cuenta que los procesos de la invención se pueden utilizar con hardware de procesamiento de computadora ordinario o junto con hardware de gráficos especializado para un aumento adicional de la velocidad de cálculo.

Debe entenderse que los procesos inventivos pueden utilizarse en la fabricación de una o más capas de un artículo en la caja de impresión de cualquier aparato SFFF, independientemente de si el aparato SFFF está configurado para procesamiento por lotes o procesamiento continuo.

Aunque sólo se han mostrado y descrito unas pocas formas de realización de la presente invención, será obvio para los expertos en la técnica que se pueden realizar muchos cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención, tal como se describe en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para fabricar un artículo (100) mediante fabricación de sólidos de forma libre, en que el proceso incluye los pasos de:

a) proporcionar un archivo STL que contiene un modelo del artículo (100);

b) para al menos una capa de impresión del artículo (100), utilizar una interfaz de programación de la aplicación para indicar a un sistema de renderización que utilice un primer mapa de bits, BM1, como destino de renderización y

i) eliminar los buffers de profundidad y color;

ii) permitir pruebas de profundidad;

iii) configurar una proyección ortográfica de vista superior o inferior del modelo;

iv) establecer el color de fondo en un primer color, C1;

v) recortar el modelo con un plano de recorte horizontal a la altura deseada, Zn, para ignorar toda la geometría del artículo por encima de Zn cuando la proyección ortográfica se estableció como una vista superior o para ignorar toda la geometría del modelo debajo de Zn cuando la proyección ortográfica se estableció para ser una vista inferior;

vi) descartar las caras interiores del modelo;

vii) renderizar el modelo en C1 lo que da como resultado una primera imagen (110);

viii) descartar las caras exteriores del modelo;

ix) renderizar el modelo en un segundo color, C2, lo que da como resultado una segunda imagen (112); y

x) representar la capa en BM1 mediante una combinación "exclusiva o" de la primera y segunda imágenes (110, 112); y

c) utilizar BM1 para imprimir la al menos una capa.

2. El proceso de la reivindicación 1, en que el Paso b) se realiza para cada capa de impresión del artículo (100).

3. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además el paso de seleccionar la interfaz de programación de aplicaciones para que sea OpenGL.

4. El proceso de la reivindicación 1 que además comprende los pasos de:

b1) para la al menos una capa, utilizar la interfaz de programación de la aplicación para indicar al sistema de renderización que utilice un segundo mapa de bits, BM2, como segundo objetivo de renderización y

i) eliminar los buffers de profundidad y color;

ii) permitir pruebas de profundidad;

iii) configurar una proyección ortográfica de vista opuesta del modelo, desde la vista configurada en el primer mapa de bits BM1;

iv) establecer el color de fondo en un primer color, C1;

v) recortar el modelo con un plano de recorte horizontal en Zn para ignorar toda la geometría del modelo por debajo de Zn cuando la proyección ortográfica se configuró para ser una vista inferior o para ignorar toda la geometría del modelo por encima de Zn cuando la proyección ortográfica se configuró como una vista superior;

vi) descartar las caras interiores del modelo;

vii) renderizar el modelo en C1 lo que da como resultado una primera imagen (110); viii) descartar las caras exteriores del modelo;

x) representar la capa en BM2 mediante una combinación "exclusiva o" de la primera y segunda imágenes (110, 112);

en que el Paso b) v) incluye configurar la proyección ortográfica para que sea una vista superior, y el Paso c) incluye

(i) para la al menos una capa, comparar BM1 con BM2 píxel a píxel; y

(ii) para la al menos una capa, utilizar los resultados de la comparación en (i) para imprimir la capa.

5. El proceso de la reivindicación 4, en que los Pasos b) a c) se realizan para cada capa de impresión del artículo (100).

6. El proceso de la reivindicación 4, en que la comparación en el Paso c) (i) comprende comparar BM1 con BM2 píxel a píxel para determinar si el valor del píxel BM1 (xi, y¡) es el mismo o diferente del valor del píxel BM2 correspondiente (xi, y¡), y a continuación:

i) cuando los valores son los mismos, seleccionar el valor del píxel BM1 (xi, y¡) para que sea el valor que se utilizará como parte de los resultados en el Paso c) (ii); o

ii) cuando los valores son diferentes, el valor del píxel BM1 (xi, y¡) se compara con los valores de sus ocho píxeles adyacentes, es decir, los píxeles BM1 (x¡-¹, y¡ ¹), BM1 (xi, y¡ ¹), BM1 (xi ¹, y¡ ¹), BM1 (x¡-¹, y¡), BM1 (xi ¹, y¡), BM1 (xi-¹, y¡-¹), BM1 (xi, y¡-¹) , BM1 (xi ¹, y¡-¹), para determinar el valor que tiene la mayoría de casos entre los nueve píxeles comparados, y a continuación seleccionar el valor mayoritario como el valor que se utilizará como parte de los resultados en el Paso c) (ii).

7. El proceso de la reivindicación 4, en que la comparación en el Paso c) (i) se almacena en un tercer mapa de bits, BM3, y el Paso c) (i) comprende comparar BM1 con BM2 píxel a píxel para determinar si el valor del píxel BM1 (x¡, y¡) es el mismo o es distinto del valor del píxel BM2 correspondiente (x ¡, y¡), y a continuación:

i) cuando los valores son los mismos, establecer el valor del píxel BM1 (x¡, y¡) para que sea el valor de un píxel correspondiente de BM3; o

ii) cuando los valores son diferentes, el valor del píxel BM1 (x¡, y¡) se compara con los valores de sus ocho píxeles adyacentes, es decir, los píxeles BM1 (x¡-¹, y¡ ¹), BM1 (x¡, y¡ ¹), BM1 (x¡ ¹, y¡ ¹), BM1 (x¡-¹, y¡), BM1 (x¡ ¹, y¡), BM1 (x¡-¹, y¡-¹), BM1 (x¡, y¡-¹) , BM1 (x¡ ¹, y¡-¹), para determinar el valor que tiene una mayoría de casos entre los nueve píxeles comparados, y a continuación el valor mayoritario debe establecerse como el valor de un píxel correspondiente de BM3.

8. El proceso de la reivindicación 4, que comprende además el paso de seleccionar la interfaz de programación de la aplicación para que sea OpenGL.

9. El proceso de la reivindicación 1, en que los pasos a) y b) se realizan en tiempo real.

10. El proceso de la reivindicación 4, en que los pasos a) a c) (i) se realizan en tiempo real.