ES2918525T3

ES2918525T3 - Aparato y procedimiento para formar objetos tridimensionales mediante compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo

Info

Publication number: ES2918525T3
Application number: ES16783902T
Authority: ES
Inventors: Alexander Nam; Mohamad Janbain
Original assignee: Global Filtration Systems Inc
Current assignee: Global Filtration Systems Inc
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2022-07-18
Anticipated expiration: 2036-04-22
Also published as: WO2016172423A1; US20160311160A1; EP3285992A4; EP3285992A1; EP3285992B1

Abstract

Se muestra y describe un aparato y un método para hacer un objeto tridimensional a partir de un material solidificable que utiliza un dispositivo de solidificación lineal y datos de objetos sin contorno. Una matriz de vóxel se superpone sobre un modelo de objeto definido por datos de objetos tridimensionales para determinar vóxeles activos que se cruzan al menos una parte del modelo de objeto. Los vóxeles activos están relacionados con un marco de referencia de generación de ruta de un aparato para hacer un objeto tridimensional para generar datos de eventos de fuente de energía de solidificación que define las ubicaciones del eje de escaneo (y) y/o tiempos de solidificación en los que un dispositivo de solidificación lineal suministra energía de solidificación de energía a un material solidificable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y procedimiento para formar objetos tridimensionales mediante compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo

CAMPO

La divulgación se refiere a un aparato y procedimiento para fabricar objetos tridimensionales y, más específicamente, a un aparato y procedimiento para utilizar solidificación lineal con compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo para formar dichos objetos.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

El prototipado y la fabricación tridimensionales rápidos permiten una producción rápida y precisa de componentes con alta precisión. Las etapas de mecanizado pueden reducirse o eliminarse mediante dichas técnicas y determinados componentes pueden ser funcionalmente equivalentes a sus contrapartes de producción regulares dependiendo de los materiales usados para la producción.

Los componentes producidos pueden variar en tamaño de piezas pequeñas a grandes. La fabricación de piezas puede basarse en diversas tecnologías, que incluyen endurecimiento de fotopolímero utilizando procedimientos de curado con luz o láser. El curado secundario puede tener lugar con la exposición a, por ejemplo, luz ultravioleta (UV). Un proceso para convertir datos de diseño asistido por ordenador (CAD) en un modelo de datos adecuado para una fabricación rápida se puede utilizar para producir datos adecuados para construir el componente. A continuación, se puede utilizar un generador de patrones para construir la pieza. Un ejemplo de un generador de patrones puede incluir el uso de DLP (tecnología de procesamiento de luz digital) de Texas Instruments®, SXRD™ (pantalla reflectante de silicio X-tal), LCD (pantalla de cristal líquido), LCOS (cristal líquido en silicio), DMD (dispositivo de espejo digital), J-ILA de JVC, SLM (modulador de luz espacial) o cualquier tipo de sistema de modulación de luz selectiva.

Determinadas técnicas que se han propuesto para fabricar objetos tridimensionales utilizan dispositivos de solidificación lineal. Un aparato y procedimiento para fabricar un objeto tridimensional a partir de un material solidificable utilizando un dispositivo de solidificación lineal se muestra, por ejemplo, en el documento WO 2014/165643 A2. Se describen ejemplos adicionales de dichas técnicas en las solicitudes de patente estadounidense n.° 13/534.638, presentada el 27 de junio de 2012, y 13/774.355, presentada el 22 de febrero de 2013, cada una de las cuales se incorpora en su totalidad como referencia en el presente documento. De acuerdo con dichas técnicas, la energía de solidificación se escanea selectivamente en una superficie expuesta de un material solidificable a lo largo de un eje de escaneo a medida que el dispositivo de solidificación lineal se mueve a lo largo de un eje de desplazamiento. El escaneo selectivo se basa en datos de evento de fuente de energía de solidificación que se utilizan para energizar y desenergizar la fuente de energía de solidificación en el dispositivo de solidificación lineal. El dispositivo de solidificación lineal también incluye un dispositivo de escaneo que escanea la energía de solidificación recibida desde la fuente de energía de solidificación en el material solidificable a lo largo del eje de escaneo. De acuerdo con un procedimiento para fabricar objetos tridimensionales a partir de un material solidificable, los datos de evento de fuente de energía de solidificación comprenden datos de cadena en forma de una pluralidad de cadenas de datos, cada una de las cuales incluye una pluralidad de valores de tiempo. Los valores de tiempo dictaminan los momentos en que la fuente de energía de solidificación se energiza y se desenergiza. La coordinación de la energización y desenergización de la fuente de energía de solidificación con el funcionamiento del dispositivo de escaneo se utiliza para proyectar energía de solidificación a ubicaciones deseadas a lo largo del eje de escaneo.

Dichas técnicas requieren un procedimiento para convertir datos de objeto tridimensional, tal como datos STL (lenguaje de triangulación estándar) y datos CAD (por ejemplo, datos IGES y STEP), en datos de evento de fuente de energía de solidificación, tales como valores de tiempo que determinan cuándo una fuente de energía de solidificación, tal como un diodo láser UV o IR, se activa y desactiva selectivamente para transmitir energía de solidificación a un dispositivo de escaneo, tal como un espejo poligonal giratorio. El espejo poligonal giratorio incluye facetas sobre las que incide la energía de solidificación entrante proporcionada por la fuente de energía de solidificación. A medida que el espejo poligonal giratorio gira, en cualquier momento una faceta particular estará en comunicación óptica con la fuente de energía de solidificación, y la orientación angular de la faceta con respecto a un plano perpendicular al plano de rotación variará continuamente. A medida que cambia la orientación angular de cada faceta, la energía de solidificación se desvía hacia una ubicación diferente a lo largo de un eje de escaneo. Para una revolución completa del espejo poligonal giratorio, se puede generar una pluralidad de líneas de escaneo igual a la pluralidad de facetas (si la fuente de energía de solidificación permanece activa durante toda la revolución). Los datos de objeto tridimensional se pueden convertir en valores de tiempo utilizados para dictaminar la activación y desactivación de una fuente de energía de solidificación si se conocen las dimensiones deseadas del objeto y se conoce la velocidad de escaneo. Las técnicas para realizar dichas conversiones se describen en las solicitudes de patente estadounidense n.° 13/534.638 y 13/774.355, así como en la solicitud de patente estadounidense n.° 14/091.683, presentada el 27 de noviembre de 2013, cada una de las cuales se incorpora en su totalidad como referencia en el presente documento. Sin embargo, para un dispositivo de solidificación lineal dado que comprende una fuente de energía de solidificación, un espejo poligonal giratorio y elementos ópticos (lentes), la longitud de solidificación por unidad de tiempo variará con la posición a lo largo del eje de escaneo. Si no se tiene en cuenta esta variación, la parte resultante será inexacta en relación con los datos del objeto original que la definió. Una variedad de factores contribuyen a esta variación, incluidas (i) la distancia variable que la energía de solidificación recorre desde el espejo giratorio hasta el material solidificable en diferentes orientaciones angulares de una faceta particular, (ii) las variaciones en la velocidad de rotación del espejo giratorio, (iii) las variaciones en el tamaño y la geometría de la energía de solidificación incidente en el material solidificable y (iv) la diferencia en las dimensiones de una región solidificada de material solidificable con respecto a las dimensiones de la energía de solidificación incidente. Es deseable ajustar los valores de tiempo utilizados para determinar cuándo activar y desactivar una fuente de energía de solidificación para obtener las dimensiones y geometría de objeto específicas dictaminadas por los datos de objeto tridimensional originales. Por lo tanto, ha surgido la necesidad de un aparato y procedimiento para formar objetos tridimensionales que aborden las cuestiones anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación, se describirá la divulgación, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1A es una vista esquemática en elevación lateral de un primer aparato ejemplar para fabricar un objeto tridimensional utilizando solidificación lineal utilizada para ilustrar el uso de compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo de datos de evento de fuente de energía de solidificación;

la Fig. 1B es una vista esquemática en perspectiva de un segundo aparato ejemplar para fabricar un objeto tridimensional utilizando solidificación lineal utilizada para ilustrar el uso de compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo de datos de estado de energía de solidificación;

la Fig. 2A es una imagen de un modelo de un objeto tridimensional definido por datos de objeto tridimensional; la Fig. 2B es una representación de una pluralidad de fragmentos del objeto de la Fig. 2A creados mediante la fragmentación del objeto de la Fig. 2A con una pluralidad de planos de fragmentación paralelos;

la Fig. 2C es una representación gráfica de datos de contorno para uno de los fragmentos mostrados en la Fig. 2B;

la Fig. 2D es una representación gráfica de datos de tiras lineales generados a partir de los datos de contorno de la Fig. 2C utilizados para ilustrar la generación de datos de evento de fuente de energía de solidificación;

la Fig. 3A es una representación gráfica de un primer ejemplo de datos STL que comprende una pluralidad de triángulos utilizados para definir un objeto esférico;

la Fig. 3B es una representación gráfica de un segundo ejemplo de datos STL que comprende una pluralidad de triángulos utilizados para definir un objeto esférico;

la Fig. 4A es una representación gráfica de una matriz de vóxeles superpuesta sobre un modelo de un objeto tridimensional definido por datos de objeto tridimensional;

la Fig. 4B es una representación gráfica de un vóxel de la matriz de vóxeles de la Fig. 4B;

la Fig. 4C es una vista en perspectiva gráfica de vóxeles activos definidos por la intersección del modelo de objetos de la Fig. 4A y los vóxeles en una ubicación particular en el eje-z de la matriz de vóxeles de la Fig. 4A; la Fig. 4D es una vista en planta superior de los vóxeles de la Fig. 4C;

la Fig. 5A es una vista en planta superior ejemplar de una envoltura de construcción de un aparato para fabricar un objeto tridimensional;

la Fig. 5B es una vista en planta superior ejemplar de la envoltura de construcción de la Fig. 5A con las líneas de escaneo máximas de un dispositivo de solidificación lineal superpuestas a la misma para ilustrar el espacio entre líneas de escaneo dx del dispositivo de solidificación lineal;

la Fig. 5C es una tabla de datos utilizada para ilustrar datos de evento de fuente de energía de solidificación que comprenden una pluralidad de valores de tiempo en los cuales el estado de energización de una fuente de energía de solidificación cambia para una pluralidad de líneas de escaneo;

la Fig. 6 es un diagrama esquemático utilizado para ilustrar la transmisión de energía de solidificación a varios puntos en una superficie expuesta de un material solidificable a lo largo de un eje de escaneo;

la Fig. 7 es un diagrama esquemático utilizado para ilustrar el desfasamiento de valores de tiempo utilizados para activar y desactivar una fuente de energía de solidificación de dispositivo de solidificación lineal para obtener una longitud A-B deseada de material solidificado;

la Fig. 8 es un gráfico que representa una pluralidad de objetos de calibración grandes y objetos de calibración pequeños dentro de un marco de referencia de generación de trayectoria de un aparato para fabricar objetos tridimensionales utilizados para generar una función escalonada para compensar y desfasar dinámicamente datos de evento de fuente de energía de solidificación;

la Fig. 9 es un conjunto de objetos de calibración de producción determinada a partir de uno de los intervalos de eje de escaneo de la Fig. 8;

la Fig. 10A es una tabla que representa datos de evento de fuente de energía de solidificación utilizados para generar los objetos de calibración grandes y pequeños de las Figs. 8 y 9;

la Fig. 10B es una tabla que representa datos de cadena correspondientes a los datos de evento de fuente de energía de solidificación de la Fig. 10A;

la Fig. 11A es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para obtener valores de tiempo de escaneo compensados y desfasados a partir de valores de tiempo de escaneo no compensados correspondientes a una porción de un objeto tridimensional;

la Fig. 11B es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para generar una función escalonada que relaciona longitudes de solidificación depuradas y ajustadas por unidad de tiempo con valores de tiempo de escaneo;

la Fig. 12 es una tabla que ilustra una función escalonada generada utilizando el procedimiento de la Fig. 11B; la Fig. 13 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para orientar datos de objeto tridimensional con respecto a un marco de referencia de generación de trayectoria de un aparato para fabricar objetos tridimensionales para su uso en la generación de datos de evento de fuente de energía de solidificación a partir de datos de vóxel;

la Fig. 14 es una ilustración de una plataforma de construcción virtual de un aparato para fabricar un objeto tridimensional;

la Fig. 15 es una ilustración de un marco de referencia de generación de trayectoria con la plataforma de construcción virtual de la Fig. 14 mostrada en diversas posiciones dentro del bastidor de generación de trayectoria para ilustrar operaciones de centrado y desfase de plataforma de construcción virtual; y

la Fig. 16 es un gráfico que representa una pluralidad de conjuntos de objetos de calibración que definen un conjunto continuo de k intervalos de eje de escaneo desde jb hasta je utilizados para calcular un error proporcional y longitudes depuradas y ajustadas de eje de escaneo de objetos de calibración pequeños.

Los números similares se refieren a partes similares en los dibujos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Las figuras ilustran ejemplos de un aparato y procedimiento para fabricar un objeto tridimensional a partir de un material solidificable. Con base en lo anterior, debe entenderse, en general, que la nomenclatura utilizada en el presente documento es simplemente por conveniencia y los términos utilizados para describir la invención deben tener el significado más amplio para un experto en la técnica.

El aparato y los procedimientos descritos en el presente documento pueden aplicarse, en general, a la fabricación aditiva de objetos tridimensionales, tales como componentes o piezas (analizados generalmente en el presente documento como objetos), pero se pueden utilizar más allá de este alcance en aplicaciones alternativas. El sistema y los procedimientos incluyen, en general, un dispositivo de solidificación lineal que aplica energía de solidificación a un material solidificable, tal como una resina fotoendurecible. Los dispositivos de solidificación lineal aplican energía de solidificación en un patrón que es generalmente y, de manera preferente, sustancialmente lineal a través de una superficie expuesta del material solidificable, y también se mueven en una dirección diferente a la definida por la longitud del patrón lineal mientras se aplica energía de solidificación. En determinados ejemplos, el dispositivo de solidificación lineal incluye un dispositivo de escaneo que desvía la energía de solidificación recibida en un patrón de escaneo. Dichos dispositivos de escaneo incluyen, sin limitación, espejos poligonales giratorios y microespejos de escaneo lineal.

Tal como se usa en el presente documento, las expresiones "datos de objeto tridimensional" y "elementos de datos de objeto tridimensional" se refieren a datos de objeto y a elementos de datos de objeto, respectivamente, que tienen coordenadas en tres dimensiones. Sin embargo, "datos de capa" de objeto tridimensional o datos de objeto tridimensional representativos de una capa de un objeto tridimensional se refieren a datos de objeto y a elementos de datos de objeto en una ubicación fija a lo largo de una de las tres dimensiones, típicamente a lo largo del eje de construcción (z).

Un ejemplo de datos de objeto tridimensional son los datos STL. Un conjunto de datos STL define un modelo de objeto tridimensional mediante el uso de elementos de datos de objeto tridimensional que comprenden conjuntos de datos de polígono, donde cada conjunto de datos de polígono define un polígono en tres dimensiones. En los datos STL, el polígono es típicamente un triángulo. Cada triángulo es tridimensional y comprende vértices con coordenadas xyz, así como una normal de faceta, que es un vector perpendicular a la faceta de triángulo con una longitud unitaria de 1,0. La normal de faceta tiene tres coordenadas que definen su ubicación en la faceta del triángulo. Las Figs. 3A y 3B representan gráficamente un modelo de una esfera definida por datos STL. El modelo de esfera 83 de la Fig. 3^acomprende una pluralidad de triángulos, a cada uno de los cuales se le puede asignar un "índice de datos de objeto" u "ODI" para identificarlo de forma única. En el ejemplo de la Fig. 3A, los triángulos 85 tienen valores de ODI que varían de 1 a ODI^max, donde ODI^maxes el valor de índice de datos de objeto más grande para cualquiera de los triángulos 85. De manera correspondiente, el modelo de esfera 81 comprende triángulos 89 que también tienen valores de ODI que varían de 1 a ODI^max. Como indican las figuras, aumentar el número de triángulos (y por lo tanto, el valor de ODI^max) produce un modelo de esfera con mayor resolución y que representa con mayor precisión una esfera real. Como se ilustrará y explicará más adelante, los datos de objeto para una capa dada de un objeto tridimensional se pueden definir mediante una pluralidad de conjuntos de datos de cadena, donde cada conjunto de datos de cadena comprende una pluralidad de valores de tiempo, cada uno de los cuales define un momento en el cual se produce un evento de fuente de energía de solidificación (por ejemplo, activar o desactivar un diodo láser). Esta forma de datos es particularmente adecuada para su uso con dispositivos de solidificación lineal en los que la energía de solidificación se escanea a lo largo de una superficie expuesta de un material solidificable en patrones lineales a lo largo de un eje de escaneo mientras el dispositivo de solidificación lineal se desplaza a lo largo de un eje de desplazamiento.

La Fig. 1A representa una vista simplificada y esquemática de un sistema 40 para fabricar un objeto tridimensional 59 a partir de un material solidificable 50. El sistema 40 utiliza un dispositivo de solidificación lineal 42 para solidificar selectivamente secciones de un material solidificable a lo largo de un eje de escaneo (y) a medida que el dispositivo de solidificación lineal 42 se mueve a lo largo de un eje de desplazamiento (x) (no mostrado en la Fig. 1A, pero que sería ortogonal a la página) y es un ejemplo de un sistema que puede utilizar la compensación y desfasamiento dinámico de eje de escaneo de las técnicas de datos de evento de fuente de energía de solidificación descritas en el presente documento para guiar el proceso de solidificación selectiva. El sistema 40 de la Fig. 1A utiliza un proceso de construcción "al revés" en el que el objeto 59 se suspende de la plataforma de construcción 44 y crece en el sentido negativo del eje de construcción (z) mientras que la plataforma de construcción se mueve en el sentido positivo del eje de construcción (z), de modo que la parte superior del objeto se orienta debajo de la base del objeto (que es la plataforma de construcción 44 cercana).

El sistema 40 incluye un alojamiento 54 utilizado para sostener un recipiente para material solidificable 48, un dispositivo de solidificación lineal 42 y una plataforma de construcción 44. El recipiente para material solidificable 48 comprende paredes laterales 62 y un fondo que comprende un sustrato de solidificación rígido o semirrígido 52 que es transparente y/o translúcido con un recubrimiento de película 55 adherido a su superficie superior. La Fig. 1A se proporciona para ilustrar la disposición básica y la relación del dispositivo de solidificación lineal 42, el alojamiento 54, el recipiente para material solidificable 48 y la plataforma de construcción 44. En la FIG. 1A, el objeto 59 incluye una superficie de contacto con plataforma de construcción 60 que se adhiere a la plataforma de construcción 44.

El sustrato de solidificación 52 se mantiene en secciones de armazón 67a y 67b para colocarse sobre una abertura 56 en la superficie superior 51 del alojamiento 54. Durante un proceso de construcción de objeto, una superficie expuesta 64 del objeto tridimensional parcialmente completado 59 se sumerge en material solidificable 50 de modo que se proporcione un espesor de capa deseado de material solidificable entre la superficie de objeto expuesta 64 y la película 55 dispuesta sobre el sustrato de solidificación 52. La energía de solidificación (por ejemplo, luz UV o visible) se proyecta hacia arriba a lo largo de la dirección del eje de construcción (z) a través del sustrato de solidificación 52 y la película 55 para solidificar el espesor de capa deseado de material solidificable en contacto con la película 55.

El sistema 40 incluye un motor (no mostrado) y un ensamblado de traslación para trasladar el dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de desplazamiento (x), así como un motor y un ensamblado de traslación para trasladar la plataforma de construcción 44 y el soporte de plataforma de construcción 46 a lo largo del eje de construcción (z). Ensamblados de traslación adecuados se muestran en las Figs. 19 y 20A y se describen en los párrafos 0141-0143 y 0153 de la solicitud de patente estadounidense n.° 13/534.638, presentada el 27 de junio de 2012, cuya totalidad se incorpora como referencia en el presente documento. Se proporcionan uno o más controladores y/o microcontroladores (no mostrados) para activar de forma selectiva los motores y para escanear de forma selectiva energía de solidificación a lo largo del eje de escaneo (y) en base a datos de evento de fuente de energía de solidificación, como se describe adicionalmente más adelante. En ejemplos preferentes, los datos de evento de fuente de energía de solidificación se generan realizando un proceso de voxelización en un modelo del objeto tridimensional 59 y convirtiendo los datos de vóxel en valores de tiempo (por ejemplo, valores de pulsos de CPU).

Un sistema alternativo 43 para fabricar un objeto tridimensional a partir de un material solidificable se representa en la Fig. 1B. El sistema 43 utiliza un proceso de construcción "ascendente en el lado derecho" en el que el objeto tridimensional 59 se construye progresivamente en sentido positivo a lo largo del eje de construcción (z) a medida que la plataforma de construcción 70 se mueve en sentido negativo a lo largo del eje de construcción (z), de modo que la parte superior del objeto 66 está por encima de la parte inferior del objeto 68, que es la plataforma de construcción 70 cercana. Al igual que con el sistema 40, el sistema 43 incluye un dispositivo de solidificación lineal 42 que escanea de forma selectiva la energía de solidificación a lo largo de un eje de escaneo (y) mientras se desplaza a lo largo de un eje de desplazamiento (x). El objeto tridimensional 59 se construye en la plataforma de construcción 70, que se mueve progresivamente hacia abajo a lo largo del eje de construcción (z) durante un proceso de construcción de objeto. El objeto tridimensional 59 se construye progresivamente solidificando sucesivamente una serie de capas de material solidificable 50. Después de la solidificación de cada capa, la plataforma de construcción 70 desciende a lo largo del eje de construcción (z) una cantidad de espesor de capa dz para permitir que el material fresco no solidificado llene el espacio entre la porción más alta 66 del objeto parcialmente formado 59 y un sustrato de solidificación 52. El sustrato de solidificación 52 es una estructura rígida o semirrígida que es generalmente plana y que es transparente y/o translúcida a la energía de solidificación transmitida por el dispositivo de solidificación lineal 42. La energía de solidificación del dispositivo de solidificación lineal 42 se desplaza a través del sustrato de solidificación 52 y entra en contacto con el material solidificable 50, lo que hace que se solidifique en un patrón dictaminado por el patrón en el que el dispositivo de solidificación lineal 42 escanea de forma selectiva la energía de solidificación a lo largo del eje de escaneo (y) mientras se desplaza a lo largo del eje de desplazamiento (x).

La plataforma de construcción 70 incluye una superficie orientada hacia arriba 72 opuesta a una superficie orientada hacia abajo del sustrato de solidificación 52. La plataforma de construcción 70 también incluye una superficie orientada hacia abajo 74 opuesta a la superficie orientada hacia arriba 72. La parte inferior 68 del objeto 59 (o soportes extraíbles unidos a la parte inferior del objeto) descansa y se adhiere a la superficie de plataforma de construcción orientada hacia arriba 72. Un árbol de plataforma de construcción 76 está conectado de forma operativa a un motor y a un ensamblado de traslación (no mostrado) que mueve el árbol de plataforma de construcción 76 y la plataforma de construcción 70 a lo largo del eje de construcción (z).

El material solidificable 50 está contenido en un recipiente 65 en el que la plataforma de construcción 70 está dispuesta de forma móvil. El dispositivo de solidificación lineal 42 está conectado de forma operativa a un motor y a un ensamblado de traslación (no mostrado) que traslada el dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de desplazamiento (x). Ensamblados de motor y traslación adecuados se ilustran y describen en la solicitud de patente estadounidense n.°13/534.638, por ejemplo, en las Figs. 3-4, 7-8 y los párrafos correspondientes a las mismas.

Uno o más controladores o microcontroladores (no mostrados) activan de forma selectiva los motores y también proporcionan de forma selectiva energía de solidificación del dispositivo de solidificación lineal 42 al material solidificable a lo largo del eje de escaneo (y) en base a datos de evento de fuente de energía de solidificación generados mediante la voxelización de datos de objeto tridimensional representativos del objeto 59. Las plataformas de construcción 44 y 70 son generalmente planas y solo se pueden mover a lo largo del eje de construcción (z). Sin embargo, se pueden utilizar otras plataformas de construcción. La solicitud de patente estadounidense n.° 14/051.801, presentada el 11 de octubre de 2013, describe una plataforma de construcción curvada a lo largo de la dirección del eje de desplazamiento (x) y que se mueve en patrones trocoidales a lo largo de los ejes de desplazamiento (x) y de construcción (z) mientras gira alrededor de un eje de rotación paralelo al eje de escaneo (y). Los aparatos para fabricar objetos tridimensionales descritos en la solicitud de patente estadounidense n.° 14/051.801 también se pueden utilizar de acuerdo con la presente divulgación, y la totalidad del contenido de la solicitud se incorpora como referencia en el presente documento.

Tal como se indicó anteriormente, en determinados ejemplos, el material solidificable 50, tal como una resina fotoendurecible, se proporciona bajo (o sobre) un sustrato sustancialmente rígido o semirrígido 52 para recibir energía de solidificación transmitida a través del sustrato 52. El sustrato de solidificación 52 es generalmente rígido o semirrígido y transparente y/o translúcido. El sustrato de solidificación 52 también es sustancialmente permeable a la energía suministrada por el dispositivo de solidificación lineal 42. En determinados ejemplos, se prefiere que la energía del dispositivo de solidificación lineal 42 pase a través del sustrato de solidificación 52 sin una disminución significativa de la energía transmitida o una alteración significativa del espectro de energía transmitido al material de solidificación con respecto al espectro que incide en la superficie superior del sustrato de solidificación 52. En caso de que la energía de la fuente de energía de solidificación 126 sea luz (incluida luz no visible, tal como luz UV), el sustrato de solidificación 52 es, de manera preferente, sustancialmente transparente y/o translúcido a la(s) longitud(es) de onda de luz suministrada(s) por el dispositivo de solidificación lineal 42.

Un ejemplo de un sustrato de solidificación rígido o semirrígido 52 es un vidrio flotado translúcido. Otro ejemplo es un plástico translúcido. Se puede utilizar una variedad de vidrios y plásticos flotados diferentes. Plásticos ejemplares que se pueden utilizar incluyen plásticos acrílicos transparentes suministrados por Evonik bajo el nombre de Acrylite®. El término "translúcido" pretende indicar que el sustrato 52 es capaz de transmitir las longitudes de onda de luz (incluida luz no visible, tal como luz UV) necesarias para solidificar el material solidificable y que la intensidad de dichas longitudes de onda no varía significativamente a medida que la luz pasa a través del sustrato 52. En el caso de fotopolímeros, se proporciona comúnmente un fotoiniciador para iniciar el proceso de polimerización/reticulación. Los fotoiniciadores tendrán un espectro de absorción basado en su concentración en el fotopolímero. Ese espectro corresponde a las longitudes de onda que deben pasar a través del sustrato de solidificación 52 y que deben ser absorbidas por el fotoiniciador para iniciar la solidificación. En un ejemplo en el que el dispositivo de solidificación lineal suministra energía de solidificación de diodo láser azul, se pueden utilizar preferentemente fotoiniciadores Irgacure 819 e Irgacure 714.

A medida que se le suministra energía de solidificación, la superficie expuesta del material solidificable se solidificará de acuerdo con un patrón generalmente y, de manera preferente, sustancialmente lineal a lo largo del eje de escaneo (y) (o un eje de escaneo que se inclina con respecto al eje-y dependiendo de la velocidad relativa de escaneo y del movimiento del dispositivo de solidificación lineal a lo largo del eje de desplazamiento (x)), creando una región lineal delgada de material que se adhiere al sustrato de solidificación 52. Como se indicó anteriormente, el movimiento de la plataforma de construcción 44, 70 a lo largo del eje de construcción (z) puede hacer que el objeto 59 se rompa o se distorsione si permanece adherido al sustrato de solidificación 52. En determinados ejemplos, la superficie del sustrato de solidificación rígido o semirrígido 52 que entra en contacto con el material solidificable se recubre con un material 55 (Fig. 1A) utilizado para reducir la adhesión del material solidificado al sustrato 52. Agentes reductores de adhesión adecuados incluyen recubrimientos de Teflon®. También se pueden utilizar recubrimientos antiadherentes tales como nanorecubrimientos.

Tal como se analiza en el presente documento, un material solidificable es un material que, cuando se somete a energía, se endurece total o parcialmente. Esta reacción a la solidificación o solidificación parcial se puede utilizar como base para construir el objeto tridimensional. Ejemplos de un material solidificable pueden incluir un material polimerizable o reticulable, un fotopolímero, fotopolvo, fotopasta o un compuesto fotosensible que contenga cualquier tipo de polvo de base cerámica, tal como óxido de aluminio u óxido de circonio u óxido de circonio estabilizado con itera, una composición de silicona curable, nanopartículas o nanocompuestos de base silícea. El material solidificable puede incluir, además, rellenos. Además, el material solidificable puede adoptar una forma final (por ejemplo, después de la exposición a la radiación electromagnética) que puede variar de semisólidos, sólidos, ceras y sólidos cristalinos. En una forma de realización de un material solidificable de pasta de fotopolímero, se prefiere una viscosidad de entre 10000 cp (centipoises) y 150000 cp.

Cuando se habla de un material fotopolimerizable, fotocurable o solidificable, se entiende cualquier material, que comprende posiblemente una resina y opcionalmente componentes adicionales, que puede solidificarse suministrándose una energía estimulante, tal como radiación electromagnética. De manera adecuada, un material que es polimerizable y/o reticulable (es decir, curable) mediante radiación electromagnética (las longitudes de onda más comunes en la actualidad incluyen radiación UV y/o luz visible) se puede utilizar como dicho material. En un ejemplo, se puede utilizar un material que comprende una resina formada a partir de al menos un compuesto etilénicamente insaturado (incluyendo, pero sin limitarse a, monómeros y polímeros de (met)acrilato) y/o al menos un compuesto que contiene un grupo epoxi. Otros componentes adecuados del material solidificable incluyen, por ejemplo, rellenos inorgánicos y/u orgánicos, sustancias colorantes, agentes controladores de viscosidad, etc., pero no se limitan a esto.

Cuando se utilizan fotopolímeros como el material solidificable, se proporciona típicamente un fotoiniciador. El fotoiniciador absorbe luz y genera radicales libres que inician el proceso de polimerización y/o reticulación. Tipos adecuados de fotoiniciadores incluyen metalocenos, 1,2 di-cetonas, óxidos de acilfosfina, cetales de bencildimetilo, cetonas a-amino y cetonas a-hidroxi. Ejemplos de metalocenos adecuados incluyen Bis (eta 5-2, 4-ciclopenadien-1-il) Bis [2,6-difluoro-3-(1 H-pirrol-1 -il) fenil] titanio, tal como Irgacure 784, suministrado por Ciba Specialty Chemicals. Ejemplos de 1,2 di-cetonas adecuadas incluyen quinonas tales como canforquinona. Ejemplos de óxidos de acilfosfina adecuados incluyen óxido de bis-acilfosfina (BAPO), que se suministra con el nombre Irgacure 819, y óxido de mono-acilfosfina (MAPO), que se suministra con el nombre Darocur® TPO. Tanto Irgacure 819 como Darocur® TPO son suministrados por Ciba Specialty Chemicals. Ejemplos de cetales de bencildimetilo adecuados incluyen alfa, alfa-dimetoxi-alfa-fenilacetofenona, que se suministra con el nombre Irgacure 651. Cetonas a-amino adecuadas incluyen 2-bencil-2-(dimetilamino)-1-[4-(4-morfolinil) fenil]-1-butanona, que se suministra con el nombre Irgacure 369. Cetonas a-hidroxi adecuadas incluyen 1-hidroxi-ciclohexil-fenil-cetona, que se suministra con el nombre Irgacure 184 y una mezcla 50-50 (en peso) de 1-hidroxi-ciclohexil-fenil-cetona y benzofenona, que se suministra con el nombre Irgacure 500.

El dispositivo de solidificación lineal 42 se puede configurar de varias maneras. En determinados ejemplos, el dispositivo de solidificación lineal 42 expone progresivamente porciones del material solidificable 50 a energía de solidificación a lo largo de un eje (un eje de escaneo) a medida que el dispositivo de solidificación lineal 42 se mueve a lo largo de otro eje (un eje de desplazamiento). La energía de solidificación puede comprender radiación electromagnética. La radiación electromagnética puede incluir luz actínica, luz visible o invisible, radiación UV, radiación IR, radiación de haces de electrones, radiación de rayos X, radiación láser o similares. Además, mientras que cada tipo de radiación electromagnética en el espectro electromagnético se puede analizar en términos generales, la divulgación no se limita a los ejemplos específicos proporcionados. Los expertos en la técnica son conscientes de que las variaciones en el tipo de radiación electromagnética y los procedimientos para generar la radiación electromagnética pueden determinarse en función de las necesidades de la aplicación. Ejemplos adecuados de dispositivos de solidificación lineal incluyen los mostrados en las Figs. 5A-5D de la solicitud de patente estadounidense n.° 13/534.638 y en los párrafos correspondientes de la misma.

Las técnicas para generar datos de evento de fuente de energía de solidificación a partir de datos de objeto tridimensional incluyen técnicas de fragmentación de datos y las técnicas de datos de objeto sin contorno descritas en la solicitud de patente estadounidense n.° 14/091.683, presentada el 27 de noviembre de 2013, cuya totalidad se incorpora como referencia en el presente documento.

Con referencia a las Figs. 2A-2D, se ilustra una técnica de fragmentación de datos. En la FIG. 2A se representa una imagen de un modelo de un objeto 78. El objeto tiene la forma de una pirámide con cuatro lados triangulares y una base cuadrada. El objeto 78 se puede representar usando datos de objeto tridimensional que comprenden una pluralidad de elementos de datos de objeto, tales como triángulos STL u otros elementos de datos de objeto poligonal. En las técnicas que utilizan datos de contorno, una operación de fragmentación se realiza determinando de forma matemática las intersecciones entre una pluralidad de planos paralelos a un eje definido (el eje-z en las figuras) y el modelo de objeto 78. El resultado de este proceso es una pluralidad de fragmentos de datos que se ilustran gráficamente como fragmentos 82 en la Fig. 2B. El proceso de fragmentación produce una pluralidad de conjuntos de datos bidimensionales a partir de una representación de objeto tridimensional. Los lugares geométricos de los puntos definidos por la intersección de la superficie externa del modelo de objeto y cada plano de fragmentación comprenden un polígono cerrado, cuyo ejemplo se muestra en la Fig. 2C. El fragmento en 2C comprende cuatro líneas que definen la forma de un cuadrado y que comprenden datos de contorno 84. Por lo tanto, el proceso de generación de datos de contorno implica calcular las coordenadas de las líneas que definen los contornos de polígono cerrados y bidimensionales resultantes de un proceso de fragmentación.

Para obtener datos de evento de fuente de energía de solidificación, cada conjunto de datos de contorno 84 se subdivide en una pluralidad 86 de tiras lineales adyacentes 88¹a 88^nmaxcomo se muestra en la Fig. 2D. Cada tira tiene una longitud correspondiente a la longitud de un eje de escaneo (y) a lo largo del cual un dispositivo de solidificación lineal, tal como un dispositivo 42, proyecta selectivamente energía de solidificación. Cada tira 88¹a 88^nmaxdefine ubicaciones en el eje de escaneo (y) en las que cambia el estado de energización del dispositivo de solidificación lineal 42. En el ejemplo específico de la Fig. 2D, la capa de objeto particular está definida por una serie de tiras adyacentes continuas de longitudes variables. Un extremo de cada tira representa una ubicación en el eje de escaneo (y) en la que comienza la solidificación para una ubicación particular en el eje de desplazamiento (x), y el otro extremo de cada tira representa una ubicación de eje de escaneo en la que termina la solidificación para una ubicación particular en el eje de desplazamiento (x). Estas ubicaciones se pueden convertir, en algunos sistemas, en valores de tiempo que dictaminan cuándo se activa o desactiva una fuente de energía de solidificación, como se describe en los párrafos 164-181 y en las figuras 16(c)-16(g) de la solicitud de patente estadounidense n.° 13/534.638. Un ejemplo de los datos de cadena resultantes se ilustra en las Figs. 16(d), 16(f) y 16(g) de la solicitud de patente estadounidense n.° 13/534.638. Los datos de cadena incluyen una pluralidad de cadenas de datos, cada una de las cuales incluye datos de evento de fuente de energía de solidificación en forma de valores de tiempo consecutivos. Cada valor de tiempo corresponde a un cambio del estado de energización de un dispositivo de solidificación lineal. Por lo tanto, en el ejemplo de la Fig. 2D, cada tira corresponde a dos valores de tiempo, un primer tiempo en el que se una fuente de energía de solidificación está activada y un segundo tiempo en el que la fuente de energía de solidificación está desactivada.

A diferencia de la técnica ilustrada en las Figs. 2A-2D, también se pueden utilizar datos de objeto sin contorno para generar datos de evento de fuente de energía de solidificación. Con referencia a la Fig. 4A se muestra una matriz de vóxeles 87 y se define con respecto a un sistema de coordenadas de referencia con ejes xyz. La matriz de vóxeles 87 comprende una pluralidad de píxeles volumétricos tridimensionales 90 ("vóxeles" para abreviar). Cada vóxel 90 tiene índices i, j y k, que definen, respectivamente, su ubicación dentro de la matriz de vóxeles 87 y a lo largo de los ejes xyz. Además, cada vóxel 90 tiene una longitud dx a lo largo del eje-x, una anchura dy a lo largo del eje-y y una altura dz a lo largo del eje-z, como se muestra en la Fig. 4B. Los vóxeles definen conjuntamente una estructura de cubo con i^max vóxeles a lo largo del eje-x, j^max vóxeles a lo largo del eje-y y k^max vóxeles a lo largo del eje-z. El valor de índice i^max es el valor máximo de índice del eje-x, el valor de índice j^max es el valor máximo de índice del eje-y, y el valor de índice k^maxes el valor máximo de índice del eje-z. Aunque el vóxel se ilustra gráficamente, en ejemplos preferentes, se define mediante ecuaciones matemáticas cuando se usa para generar datos de vóxel.

En la FIG. 4A se muestra una imagen de un objeto tridimensional de modelo 78 colocado en el mismo sistema de coordenadas de referencia que la matriz de vóxeles 87, superponiendo así la matriz de vóxeles sobre el modelo de objeto 78. En determinados ejemplos preferidos, el modelo del objeto tridimensional se define mediante datos de objeto tridimensional que comprenden una pluralidad de elementos de datos de objeto tridimensional del tipo descrito anteriormente. La superposición de la matriz de vóxeles sobre el modelo de objeto 78 se lleva a cabo preferentemente usando ecuaciones matemáticas, pero se representa gráficamente en la Fig. 4A para facilitar su entendimiento. El proceso de superposición proporciona datos de vóxel representativos del objeto tridimensional. Los datos de vóxel comprenden conjuntos de vóxeles activos que se definen por su intersección total o parcial con el modelo de objeto 78. Los datos de vóxel se utilizan a continuación para generar datos de evento de fuente de energía de solidificación que determinan el patrón de energía de solidificación suministrada por el dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de escaneo (y) a medida que se mueve a lo largo del eje de desplazamiento (x).

Las Figs. 4C y 4D ilustran la intersección de vóxeles activos en una ubicación particular en el eje-z (z(k)) con el modelo de objeto 78. En el ejemplo ilustrado, hay 8 vóxeles (i=1 a 8) a lo largo del eje-x y 6 vóxeles (j=1 a 6) a lo largo del eje-y. La Fig. 4C es una vista en perspectiva que muestra los vóxeles activos 92 (en negro) que intersecan la matriz de vóxeles 87 en z=z(k), así como los vóxeles inactivos 94 en z=z(k). En el ejemplo ilustrado, los vóxeles activos 92 son aquellos vóxeles que tienen cualquier parte de su volumen interior ocupada por el modelo de objeto 78. En otros ejemplos, se pueden utilizar otras técnicas para definir los vóxeles activos. Por ejemplo, un porcentaje umbral del volumen de vóxel ocupado por el modelo de objeto 78 se puede establecer de modo que los vóxeles activos sean aquellos que superen el porcentaje umbral. De acuerdo con el ejemplo de las Figs. 4C y 4D, en determinadas formas de realización, cada vóxel 90 de la matriz de vóxeles 87 se puede evaluar para ver si alguna parte de su volumen interior interseca el modelo de objeto 78. Este proceso produce un conjunto de vóxeles activos, cada uno con coordenadas xyz definidas y valores de índice correspondientes, i, j y k. Los vóxeles activos se pueden utilizar entonces para definir datos de evento de fuente de energía de solidificación. Por ejemplo, con referencia a la Fig. 4D hay dos vóxeles activos en el índice i=1 del eje-x, que tienen valores de índice de eje de escaneo de 3 y 4. El vóxel en j=3 define una ubicación en la que se suministra primero energía de solidificación al material solidificable. El vóxel en j=4 define una ubicación en la que se interrumpe el suministro de energía de solidificación (de modo que no se produce ninguna solidificación en j=5). Estas ubicaciones en el eje de escaneo para j=3 y j=4 pueden definir entonces valores de datos de evento de fuente de energía de solidificación correspondientes. En un ejemplo, cada uno define valores de tiempo con el valor de tiempo para j=3 que define el tiempo en el que se suministra primero energía de solidificación al material solidificable y el valor de tiempo para j=4 que define el tiempo en el que se interrumpe la energía de solidificación.

Es útil utilizar el término "envoltura de construcción" para describir la distancia máxima a lo largo del eje de desplazamiento (x) y la distancia máxima a lo largo del eje de escaneo (y) en las que se puede suministrar energía de solidificación al material solidificable. La longitud del eje de escaneo (y) de la envoltura de construcción estará limitada por la longitud máxima de energía de solidificación que puede ser proporcionada por el dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de escaneo (y), pero puede ser menor que esa longitud según lo dictaminado por las dimensiones de la plataforma de construcción 44, 70, las dimensiones del recipiente para material solidificable 48, 65 u otras consideraciones. La longitud del eje de desplazamiento (x) de la envoltura de construcción estará limitada por la distancia máxima de desplazamiento del dispositivo de solidificación lineal 42, pero también puede estar limitada por consideraciones similares.

Las Figs. 5A y 5B representan una vista superior de una región de material solidificable que incluye una envoltura de construcción 102. La envoltura de construcción 102 define el área máxima de solidificación y, por lo tanto, el área máxima del objeto tridimensional en el plano x-y. Una plataforma de construcción puede definirse matemáticamente (y denominarse "plataforma de construcción virtual" 200 en las Figs. 14 y 15) mediante la definición de ubicaciones máximas en los ejes de escaneo y desplazamiento dentro del sistema de coordenadas. Por ejemplo, cuando se utilizan datos de cadena que comprenden conjuntos de valores de tiempo para definir cuándo activar o desactivar una fuente de energía de solidificación, los valores de tiempo se definirán con respecto a un valor de tiempo de referencia, que es la primera ubicación a lo largo del eje de escaneo (y) en el que puede producirse la solidificación. En última instancia, la plataforma de construcción virtual 200 se posicionará matemáticamente en un marco de referencia de generación de trayectoria 204 (descrito más adelante) que define las ubicaciones en las que el escaneo es físicamente posible en base al dispositivo de solidificación lineal 42, el recipiente 48 (Fig. 1A) o el recipiente 65 (Fig. 1B), la plataforma de construcción 70 y sus relaciones relativas entre sí. Los datos de cadena se pueden ajustar entonces para tener en cuenta la ubicación de la plataforma de construcción virtual 200 dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204.

Por ejemplo, cuando se utiliza un espejo poligonal giratorio como dispositivo de escaneo, si la fuente de energía de solidificación permanece activada, se producirán líneas de escaneo que tienen una posición mínima y máxima a lo largo del eje de escaneo (y). Estas posiciones comprenden las ubicaciones máxima y mínima en el eje de escaneo (y) del marco de referencia de generación de trayectoria 204, y la envoltura de construcción del aparato. Los datos de evento de fuente de energía de solidificación se pueden definir de modo que la fuente de energía de solidificación nunca se active antes de alcanzar una primera ubicación a lo largo del eje de escaneo. Esta ubicación comprenderá la ubicación del borde 206 de la plataforma de construcción virtual 200 dentro del marco de referencia de generación de trayectoria. La ubicación se determina determinando dónde se ubicará la plataforma de construcción virtual 200 en el bastidor de generación de trayectoria 204 y, a continuación, determinando el tiempo de escaneo requerido para llegar allí desde el borde de eje de escaneo 201 del marco de referencia de generación de trayectoria 204. Los datos de cadena definidos para la plataforma de construcción virtual 200 se pueden cambiar entonces por ese tiempo de escaneo.

Como se muestra en las Figs. 5A y 5B, en determinados casos el dispositivo de solidificación lineal 42 se puede mover a lo largo del eje de desplazamiento (x) a lo largo de una distancia total que es igual a la suma de una longitud L de eje de desplazamiento (x) de envoltura de construcción 102 y dos distancias de desfase, 5^ly 5^r. Las distancias de desfase 5l y 5r representan, respectivamente, la distancia desde la posición izquierda de fin de desplazamiento (EOT) del dispositivo de solidificación lineal 42 hasta el límite de envoltura de construcción de lado izquierdo 103 y la distancia desde la posición EOT en lado derecho hasta el límite de envoltura de construcción de lado derecho 105. En determinados ejemplos, las distancias de desfase, 5l y 5r, se proporcionan para garantizar que el dispositivo de solidificación lineal 42 tenga tiempo de lograr una velocidad sustancialmente constante en la dirección del eje de desplazamiento (x) antes de que comience cualquier solidificación del material solidificable (es decir, antes de alcanzar la envoltura de construcción 102). En determinados ejemplos, el movimiento del dispositivo de solidificación lineal 42 a una velocidad constante del eje de desplazamiento (x) evita la necesidad de medir directamente la posición del eje de desplazamiento (x) en un momento dado porque permite que un parámetro de movimiento de motor para un motor de traslación en el eje de desplazamiento de dispositivo de solidificación lineal (no mostrado) proporcione una indicación indirecta de una posición en el eje x. En un ejemplo particular adecuado para servomotores y motores paso a paso, el parámetro de movimiento de motor es una pluralidad de etapas de motor. En determinados ejemplos, 5l y 5r son iguales. También se puede proporcionar el extremo del eje de desplazamiento (x) del sensor de desplazamiento 106 para generar una señal que indique que el dispositivo de solidificación lineal 42 ha alcanzado una posición de final de desplazamiento a lo largo del eje de desplazamiento (x).

En determinados ejemplos ilustrativos, los vóxeles activos en cada ubicación en el eje de construcción (z) (k=1 a k^max) corresponden a líneas de escaneo 108 a lo largo de las cuales el dispositivo de solidificación lineal 42 puede proporcionar selectivamente energía de solidificación dentro de la envoltura de construcción 102. Ejemplos de dichas líneas de escaneo 108 se muestran mapeados en la envoltura de construcción 102 en la Fig. 5B. A cada línea de escaneo 108 se le puede asignar un índice de línea de escaneo que varía valores de 1 a n^max. La longitud máxima de cada línea de escaneo 108 está definida por la distancia entre los bordes de eje de escaneo de envoltura de construcción 104 y 107. Las líneas de escaneo están dispuestas adyacentes entre sí comenzando en un borde de eje de desplazamiento de envoltura de construcción 103 y terminando en el borde de eje de desplazamiento de envoltura de construcción 105.

Durante una operación de solidificación para cualquier capa dada de un objeto tridimensional, la energía de solidificación no se suministrará necesariamente a lo largo de todas las líneas de escaneo 108 o a lo largo de la longitud completa de cualquier línea de escaneo 108 particular. Las líneas de escaneo 108 particulares y porciones de las mismas durante las cuales se producirá el escaneo serán dictaminadas por datos de evento de fuente de energía de solidificación. La Fig. 5C proporciona una tabla que ilustra un ejemplo de datos de evento de fuente de energía de solidificación en forma de valores de pulso de CPU que se proporcionan en cadenas de datos. A cada cadena de datos se le puede asignar un valor de índice de cadena (n=1 a nmax) que corresponde únicamente a una de las líneas de escaneo 108 en la envoltura de construcción 102. En determinados ejemplos, el valor de índice de cadena es el mismo que el valor de índice de la línea de escaneo. Los índices de cadena comienzan con n=1 en el borde izquierdo 103 de la envoltura de construcción 102 y terminan en un número máximo de cadena Nmax en el borde derecho 105 de la envoltura de construcción 102.

Determinados conjuntos de cadenas de datos no tendrán ningún dato de objeto asociado a los mismos porque no corresponden a ubicaciones de eje de desplazamiento (x) donde se produce la solidificación. De acuerdo con los datos de la Fig. 5C (y en base a los datos de vóxel de la Fig. 5B), no se produce ninguna solidificación antes del índice de cadena n=20 y no se produce ninguna solidificación después del índice de cadena n+7. Por lo tanto, no hay entradas en la tabla de la Fig. 5C para las ubicaciones de eje de desplazamiento (x) en las que no se produce ninguna solidificación dentro de la envoltura de construcción 102. En determinadas implementaciones, es conveniente reducir la cantidad de memoria de ordenador necesaria para almacenar datos de cadena mediante la definición de un índice de memoria de ordenador m 110 que se utiliza para identificar de forma única solo aquellas cadenas de datos que incluyen datos de evento de fuente de energía de solidificación (es decir, solo aquellas cadenas de datos para ubicaciones a lo largo del eje de desplazamiento (x) donde se producirá realmente la solidificación).

Cada conjunto de cadenas de datos ilustradas en la Fig. 5C tiene un código de inicio que está representado en notación hexadecimal por una serie de ocho letras F. De izquierda a derecha, el índice de cadena n para la cadena de datos es el siguiente. Después del índice de cadena, se proporciona una serie de valores de tiempo de solidificación. Cada valor de tiempo de solidificación define la aparición de un evento de energización de la fuente de energía de solidificación. En un ejemplo, los estados de energización están ACTIVOS o INACTIVOS. Los valores de tiempo de solidificación pueden adoptar una variedad de formas. Sin embargo, en una implementación se definen como tiempos transcurridos de un reloj de CPU en una unidad de microcontrolador utilizada para hacer funcionar el sistema para fabricar un objeto tridimensional. En un ejemplo, la CPU tiene una velocidad de reloj de 66 MHz y las unidades de tiempo son pulsos de CPU. En un ejemplo en el que la velocidad de escaneo de línea es de 1000 líneas por segundo, la longitud máxima de escaneo de cada línea en el eje de escaneo (dirección del eje-y) corresponde a 66.000 pulsos. Por lo tanto, la cadena de datos en n=20 indica que se suministrará energía de solidificación al material solidificable en 31.000 pulsos y se interrumpirá en 44.000 pulsos. La cadena de datos en n=21 indica que se suministrará energía de solidificación al material solidificable en 30.000 pulsos y se interrumpirá en 34.000 pulsos. En una forma de realización preferida, se proporciona un temporizador (tal como un temporizador de software programado en la unidad de microcontrolador) que se restablece al comienzo de cada escaneo lineal, y el comienzo de cada escaneo lineal se sincroniza con el límite de eje de escaneo de envoltura de construcción 104. Por lo tanto, los pulsos se definen con respecto a un tiempo de inicio cero cuando el temporizador se restablece, momento en que la operación de escaneo de línea se encuentra en el límite de envoltura de construcción de eje de escaneo 104. De manera alternativa, los pulsos se pueden definir con respecto a un tiempo de inicio cero, momento en que la operación de escaneo de línea se encuentra en un borde de marco de referencia de generación de trayectoria 201, como se analiza más adelante con respecto a las Figs. 13-15)

En determinados ejemplos, los sistemas 40 y 43 para fabricar un objeto tridimensional a partir de un material solidificable pueden incluir un medio legible por ordenador no transitorio (es decir, una unidad de disco duro o un medio no transitorio extraíble tal como un DVD) que tiene instrucciones ejecutables por ordenador almacenadas en el mismo. Los sistemas 40 y 43 también pueden incluir uno o más procesadores y uno o más microcontroladores. El uno o más microcontroladores están configurados para recibir instrucciones del uno o más procesadores y para activar y desactivar de forma selectiva una fuente de energía de solidificación para hacer que el dispositivo de solidificación lineal suministre de forma selectiva energía de solidificación a lo largo del eje de escaneo (y) de acuerdo con los datos de evento de fuente de energía de solidificación. Cuando son ejecutadas por uno de los procesadores, las instrucciones ejecutables por ordenador generan datos de vóxel a partir de los datos de objeto tridimensional. En ejemplos preferidos, las instrucciones ejecutables por ordenador generan además datos de evento de fuente de energía de solidificación a partir de los datos de vóxel.

Cuando se utilizan valores de tiempo como datos de evento de fuente de energía de solidificación, pueden producirse inexactitudes en el objeto de construcción determinada porque, en la práctica, la longitud de escaneo de energía de solidificación incidente sobre un material solidificable por unidad de tiempo puede variar con la posición a lo largo del eje de escaneo (y). Además, si la energía de solidificación se suministra a una región específica a lo largo de la superficie del material solidificable 50, el grado de solidificación típicamente se extenderá más allá de la región sobre la que incide la energía de solidificación. Por lo tanto, de acuerdo con las técnicas descritas en el presente documento, los datos de evento de fuente de energía de solidificación se compensan para tener en cuenta la variación en la longitud de escaneo por unidad de tiempo (lo que se denomina "tamaño de pulso" cuando se utilizan pulsos de CPU como la medición de tiempo de escaneo) y el desfase de longitud de escaneo causado por la variación relativa entre la longitud de solidificación y la longitud de escaneo.

La Fig. 6 ilustra una representación idealizada de la variación en el desfase de longitud de solidificación en función de la posición en el eje de escaneo. En la figura se representan cuatro puntos P⁰, Pⁱ, Pⁱ⁺¹y P^e, que son puntos infinitesimalmente pequeños a lo largo de la superficie expuesta de una resina solidificable y fotocurable 50 en la que incide la energía de solidificación. En el punto P⁰, el material solidificable 50 se solidifica en la forma aproximada de un rectángulo 120 que tiene una longitud de eje de escaneo de 2^sü, donde £⁰puede denominarse "desfase". El punto P⁰está en el punto central de la longitud solidificada. El punto P⁰corresponde a un valor de tiempo de eje de escaneo de T^o, que se define con respecto al valor inicial de cero de un ciclo de reloj de CPU.

En un valor de tiempo de eje de escaneo de Tⁱ, la energía de solidificación se recibe en un punto Pⁱa lo largo de la superficie del material solidificable 50 a una distancia Dⁱdel punto P^o. El material solidificable 50 se solidifica en la forma aproximada de un rectángulo 122 que tiene una longitud de 2&, donde Pⁱestá en el punto central de la longitud solidificada. En un incremento de tiempo mayor que Tⁱ, es decir, en Tⁱ⁺ⁱ, la energía de solidificación se recibe en un punto Pⁱ⁺¹a lo largo de la superficie del material solidificable. El material solidificado 50 se solidifica en la forma aproximada de un rectángulo 124 que tiene una longitud de 2&⁺¹, donde el punto Pⁱ⁺ⁱestá en el punto central. El punto Pⁱ⁺ⁱestá separado del punto Pⁱpor una distancia dⁱ⁺¹. Como indica la FIG. 6, si se recibiera energía de solidificación en estos dos puntos adyacentes, Pⁱy Pⁱ⁺¹, sus longitudes de solidificación se superpondrían debido a sus desfases £ⁱy &⁺¹.

En el tiempo de eje de escaneo T^e, la energía de solidificación se recibe en el punto P^een el material solidificable 50 y se solidifica en la forma aproximada de un rectángulo que tiene una longitud de 2^{£ e}, donde P^eestá en el punto central. Como se ilustra en la Fig. 6, si una forma se está solidificando con un punto de inicio deseado P^oen una envoltura de construcción, la activación de una fuente de energía de solidificación en el tiempo T^oproducirá un error en el objeto de construcción determinada porque el punto de inicio del objeto estará desfasado con respecto al punto P^oen una cantidad igual a £⁰. De manera similar, si una forma se está solidificando con un punto de extremo de P^e, la activación de la fuente de energía de solidificación en el tiempo T^eproducirá un error en el objeto de construcción determinada porque el punto de extremo del objeto estará desfasado con respecto al punto de extremo P^een una cantidad igual a ^{£ e}.

La Fig. 7 ilustra gráficamente un procedimiento para tener en cuenta los desfases con el fin de proporcionar una sección de objeto que tenga las dimensiones deseadas. En la FIG. 7, el rectángulo 136 es una sección rectangular solidificada 136 de material solidificable 50 que se produciría mediante la activación de una fuente de energía de solidificación de dispositivo de solidificación lineal (tal como un diodo láser) en un instante en el tiempo T^o(por ejemplo, un tiempo de referencia cero para un reloj de CPU). La longitud A-B es la longitud objetivo de un rectángulo solidificado deseado 128 a lo largo del eje de escaneo (y). El rectángulo 138 es una sección rectangular solidificada de material solidificable 50 que se produciría mediante la activación de una fuente de energía de dispositivo de solidificación lineal en un instante en el tiempo T^a(por ejemplo, un tiempo transcurrido T^acon respecto a un tiempo cero de un reloj de CPU). La distancia entre el borde de envoltura de construcción 130 y la ubicación en la que se pretende que comience 132 la solidificación es OA. En base a la velocidad de escaneo promedio del dispositivo de solidificación lineal, se puede determinar un valor de tiempo que corresponde a la distancia OA. Sin embargo, debido al desfase ^£a, si se utilizara ese valor de tiempo, el material solidificable se extendería más allá del punto 132. Por lo tanto, el valor de tiempo en el que comienza la solidificación pasa a ser el tiempo correspondiente a la ubicación del punto 132 más el desfase ^£a, lo que hace que la solidificación comience realmente en el punto 132. De manera similar, si la fuente de energía de solidificación se desactivara en un tiempo correspondiente al punto 134 con respecto al tiempo T^o, la solidificación se extendería más allá del punto 134 en el desfase ^{£ b}. Por lo tanto, la fuente de energía de solidificación se desactiva en un tiempo correspondiente a la ubicación del punto 134 menos el desfase ^{£ b}, lo que hace que la solidificación termine en el punto 134.

Las Figs. 6 y 7 ilustran un caso idealizado en el que la energía de solidificación se puede proyectar instantáneamente a un único punto a lo largo del material solidificable 50 que, a continuación, se solidifica a una longitud a lo largo del eje de escaneo. Sin embargo, en la práctica, los valores de tiempo utilizados para determinar cuándo activar y desactivar una fuente de energía de solidificación son números enteros, y el incremento de tiempo mínimo para encender y apagar la fuente de energía de solidificación es 1 unidad de tiempo, por ejemplo, 1 pulso de CPU si se utiliza un ciclo de reloj de CPU. Como resultado, habrá una longitud mínima de energía de solidificación incidente a lo largo del eje de escaneo por unidad de tiempo de escaneo. En la práctica, esta longitud mínima variará a lo largo del eje de escaneo debido al ángulo de incidencia variable y las imperfecciones en el dispositivo de escaneo lineal (por ejemplo, espejo giratorio) y los elementos ópticos (por ejemplo, lentes F-theta, colimadores, lentes cilíndricas). Por lo tanto, en los ejemplos del presente documento, los datos de evento de fuente de energía de solidificación se ajustan para tener en cuenta también esta variación en la longitud de escaneo por unidad de tiempo. De acuerdo con determinados ejemplos, se crean objetos de calibración para desarrollar una función f(t) que relaciona longitudes de escaneo por unidad de tiempo con la posición (o el tiempo de escaneo) a lo largo del eje de escaneo y que se puede utilizar para determinar el desfase en una ubicación particular en el eje de escaneo.

Con referencia a la Fig. 11A, se representa un procedimiento para formar un objeto tridimensional mediante la obtención de valores de datos de evento de fuente de energía de solidificación compensados y desfasados, que son preferentemente valores de tiempo. De acuerdo con el procedimiento, se proporciona una función f(t) que relaciona la longitud de eje de escaneo de energía de solidificación incidente por unidad de tiempo de escaneo y la longitud de eje de escaneo de solidificación por unidad de tiempo con el tiempo de escaneo. Procedimientos para generar la función f(t) se describen a continuación con referencia a la Fig. 11B.

Para un punto en una superficie expuesta de un material solidificable a una distancia M a lo largo de un eje de escaneo desde un punto de referencia de eje de escaneo O, la longitud de escaneo y de la energía de solidificación incidente por unidad de tiempo en el punto M puede definirse de la siguiente manera:

₍₁₎d_{u OM}- _—^ _dtI _ly=OM

⁽²⁾ S = fw

donde, dOM es la longitud de eje de escaneo de energía de solidificación incidente ("longitud de escaneo") por unidad de tiempo a una distancia de eje de escaneo M desde el punto de referencia O;

dy/dt = tasa de cambio de la longitud de escaneo por unidad de tiempo (micras/pulso de CPU), y f(t) = función que relaciona la longitud de escaneo por unidad de tiempo con el tiempo (micras/pulso de CPU).

La distancia (o longitud) a lo largo del eje de escaneo desde un punto de referencia c0 en el que el tiempo de escaneo es Tc0 hasta un punto en el que el tiempo de escaneo es t se puede representar con la siguiente ecuación (3):

(3) F(t) = lU Tcof(t)ht

donde F(t) es la distancia (micras) de la energía de solidificación incidente desde un punto de referencia c0 en el que el tiempo de escaneo es Tc0 hasta un punto en el que el tiempo de escaneo es t;

Tc0 es el tiempo de escaneo de referencia que define el comienzo de la función escalonada f(t) en la que la energía de solidificación (por ejemplo, punto láser) se encuentra en un punto de referencia O dentro de un marco de referencia de generación de trayectoria (definido más adelante);

f(t) es una función escalonada que relaciona la longitud de escaneo por unidad de tiempo (micras/[pulso de CPU]) con el tiempo de escaneo (pulso de CPU); y

At es el incremento de tiempo (pulsos de CPU) de los escalones que definen la función escalonada f(t). La distancia deseada del eje de escaneo (o longitud objetivo) I^omdesde una posición inicial de eje de escaneo O hasta una posición M en la que se desea que comience o termine la solidificación, puede estar relacionada con un "valor de tiempo no compensado" T^m(pulsos de CPU). El valor de tiempo no compensado supone que la longitud de escaneo por unidad de tiempo permanece constante en su valor promedio du a lo largo de todo el eje de escaneo. La longitud de escaneo promedio por unidad de tiempo du y el valor de tiempo no compensado TM se pueden determinar de la siguiente manera:

^ _ s l LMAX

(4) u T ^{l m a x}

donde du = longitud de escaneo promedio/tiempo de escaneo unitario (micras/(pulso de CPU)) SLLMAX = longitud de escaneo máxima a lo largo del eje de escaneo (y) (micras); y

T^lmax= tiempo necesario para escanear la longitud de escaneo máxima (pulsos de CPU).

En casos en los que se utiliza un espejo poligonal como dispositivo de escaneo lineal, si la fuente de energía de solidificación (por ejemplo, diodo láser) permanece activo durante una revolución completa, se generará una pluralidad de líneas de escaneo que es igual a la pluralidad de facetas del espejo poligonal. La longitud de las líneas de escaneo será igual a SL^lmax.

El valor de tiempo no compensado T^mse puede determinar a partir de I^omy du de la siguiente manera:

Es deseable determinar un valor de tiempo compensado y desfasado T^mque haga que la solidificación comience en el punto M (o termine en el punto M si es el punto final de una longitud continua de solidificación). En caso de que f(t) sea una función continua, la distancia de eje de escaneo del punto M en el que comienza (o termina) la solidificación desde un punto de referencia O se puede relacionar con el valor de tiempo compensado y desfasado T de la siguiente manera:

donde Iom es la distancia (micras) desde el punto O hasta el punto M en el que comienza (o termina) la solidificación a lo largo del eje de escaneo (y);

t es el tiempo de escaneo (pulsos de CPU);

Tc0 es el tiempo de escaneo de referencia que define el comienzo de la función f(t) en la que la energía de solidificación (por ejemplo, punto láser) se encuentra en un punto de referencia O dentro de un marco de referencia de generación de trayectoria (definido más adelante); y f M = valor de tiempo compensado y desfasado que produce solidificación en el punto M; y

f(t) = función que relaciona la longitud de escaneo por unidad de tiempo con el tiempo (micras/pulso de CPU).

En caso de que f(t) sea una función discreta (escalonada), la distancia de eje de escaneo del punto M en el que comienza (o termina) la solidificación desde el punto de referencia O se puede determinar de la siguiente manera:

(7) W T ^m) = ESVcoíTOAt

f M= es el tiempo de escaneo compensado y desfasado en el que la energía de solidificación incide en el punto M.

Como se explica más adelante, el valor de tiempo compensado y desfasado f M= es una función de un valor de tiempo compensado pero no desfasado f M=, que tiene un valor de desfase correspondiente ^sm.

El valor de tiempo compensado pero no desfasado f se puede relacionar con la distancia desde el punto de referencia O hasta el punto M en el que la energía de solidificación (por ejemplo, luz láser) incide en el material solidificable:

(8) Ay(TM) = £ ” cof(t)dt

donde Ay = distancia (micras) desde el punto de referencia O hasta el punto M donde la energía de solidificación (por ejemplo, punto láser) incide en el material solidificable;

f M=, es el valor de tiempo compensado pero no desfasado en el que la energía de solidificación incide en el punto M del material solidificable;

Tc0 es el tiempo de escaneo de referencia que define el comienzo de la función escalonada f(t) en la que la energía de solidificación (por ejemplo, punto láser) se encuentra en un punto de referencia O dentro de un marco de referencia de generación de trayectoria (definido más adelante); y

f(t) = función que relaciona la longitud de escaneo por unidad de tiempo con el tiempo (micras/pulso); t es el tiempo de escaneo (pulsos de CPU).

En caso de que f(t) sea una función discreta (escalonada), el valor de tiempo compensado pero no desfasado T se puede relacionar con la distancia desde el punto de referencia O hasta el punto M en el que la energía de solidificación incide en el material solidificable:

(9) iy (T M) = E X f(t)At

Para utilizar las ecuaciones (8) o (9), es útil definir una función G que relaciona las posiciones de energía de solidificación de eje de escaneo deseadas Ay con valores de tiempo compensados (pero no desfasados) f (pulsos de CPU) y las posiciones de solidificación de eje de escaneo con valores de tiempo compensados y desfasados f . La función inversa definida por la solución de la ecuación (9) se puede utilizar para determinar un valor de tiempo compensado f (pulsos de CPU) de la siguiente manera:

(10) T = G(Tx du)

(11) G(T^xdu) = Ay-1 (T)

donde T es un valor de tiempo compensado pero no desfasado (pulsos de CPU).

Como se usa en las ecuaciones (10) y (11), G es una función inversa, definida por una solución de una ecuación, tal como las ecuaciones (6) u (8), y es en sí misma una función de un valor de tiempo no compensado T (pulsos de CPU) y de una velocidad de escaneo de eje de escaneo promedio d^u(micras/pulsos de CPU).

El desfase e es una función del valor de tiempo compensado pero no desfasado T. Una vez que se determina un desfase e en función de T, se pueden utilizar las ecuaciones 6 o 7 para determinar un valor de tiempo compensado y desfasado T de la siguiente manera;

(12B) G(Txdu ± ^e)= ^{J ó m} ^(D

donde T es un valor de tiempo compensado y desfasado (pulsos de CPU) y el valor desfasado e se suma a T x d^usi el evento de energización de fuente de energía de solidificación es una activación (ON) y se resta de T x d^usi el evento de energización de fuente de energía de solidificación es una desactivación (OFF).

Como se ilustra adicionalmente a continuación, tal como se usa en las ecuaciones 12A y 12B, G es una función inversa, definida por una solución de una ecuación (tal como las ecuaciones (6) o (7)) que relaciona una suma de longitudes de objeto de calibración depuradas y ajustadas (micras) con valores de tiempo de eje de escaneo (pulsos de CPU).

En la etapa 1020 de la Fig. 11A, la ecuación (5) se puede utilizar para calcular valores de tiempo no compensados T a partir de posiciones de solidificación deseadas l a lo largo del eje de escaneo y el tiempo de escaneo promedio d^u. Con referencia de nuevo a la Fig. 11A, en la etapa 1022 se calculan valores de tiempo compensados pero no desfasados T ¹y T ²que corresponden a cada valor de tiempo no compensado T en el que se produce, respectivamente, un evento de activación T¹o un evento de desactivación T²de fuente de energía de solidificación. En determinados ejemplos, las ecuaciones (8) o (9) se utilizan para determinar los respectivos valores de tiempo compensados pero no desfasados T ¹y T ². En la etapa 1024, valores de desfase e1 y e2 se determinan para cada evento de energización de fuente de energía de solidificación en base a sus respectivos valores de tiempo compensados pero no desfasados f ¹y ?². Como se explica más adelante, una base de datos, tal como la ejemplificada en la Tabla 300 de la Fig. 12, se puede utilizar para relacionar valores de tiempo compensados pero no desfasados T con un intervalo de eje de escaneo j y un valor de desfase e(j) dentro de ese intervalo de eje de escaneo.

En la etapa 1026, valores de tiempo compensados y desfasados E y T ²se determinan para cada evento de activación y evento de desactivación de fuente de solidificación, usando respectivamente las ecuaciones (6) o (7). En la etapa 1028, un controlador utiliza los valores de tiempo compensados y desfasados para activar y desactivar de forma selectiva una fuente de energía de solidificación, tal como un diodo láser en comunicación óptica con un dispositivo de escaneo lineal, tal como un espejo poligonal giratorio o un microespejo de escaneo lineal, formando así el objeto tridimensional.

Con el fin de implementar el procedimiento de la Fig. 11A, es necesario determinar la relación entre longitudes de escaneo reales por unidad de tiempo y posiciones (o tiempos de escaneo) a lo largo del eje de escaneo donde se desea la solidificación. La función de longitud de escaneo f(t) define esta relación. En determinados ejemplos, la función de longitud de escaneo f(t) se determina solidificando objetos de calibración en diversas ubicaciones a lo largo del eje de escaneo (y) y utilizando las dimensiones de eje de escaneo medidas de los objetos de calibración para definir la función de longitud de escaneo f(t) y para determinar valores de desfase e. Un procedimiento ejemplar para desarrollar la función f(t) se representa en la Fig. 11B.

En determinados ejemplos, se proporcionan datos de objeto tridimensional para una pluralidad de conjuntos de objetos de calibración y se utilizan para solidificar un material solidificable en los objetos de calibración. En la etapa 1030, el eje de escaneo (y) se divide en una pluralidad de intervalos de tiempo de escaneo, donde cada uno tiene un valor de índice de intervalo único j, y cada intervalo se divide adicionalmente en subintervalos, donde cada subintervalo tiene un valor de índice de subintervalo i.

En la etapa 1032 se solidifica un objeto de calibración grande que abarca cada intervalo de escaneo j=1 a k. En la etapa 1034 se solidifica un objeto de calibración pequeño en cada subintervalo i=1 a n. En determinados ejemplos preferentes, los objetos de calibración se agrupan en conjuntos, donde cada conjunto ocupa un intervalo y comprende un objeto grande y una pluralidad de objetos pequeños. Las partes de calibración pequeñas se definen preferentemente mediante conjuntos de valores de tiempo no compensados que definen un conjunto continuo e ininterrumpido de valores de tiempo no compensados a lo largo del eje de escaneo. De manera similar, las partes de calibración grandes abarcan preferentemente un intervalo continuo e ininterrumpido de valores de tiempo no compensados a lo largo del eje de escaneo. De manera ideal, las partes de calibración pequeñas resultantes aparecerían como en la Fig. 8 y abarcarían todo el conjunto de intervalos de eje de escaneo sin superposición y sin discontinuidades. Sin embargo, debido a los desfases y las variaciones en la longitud de escaneo por unidad de tiempo, normalmente no es el caso. Lo mismo sucede con las partes de calibración grandes.

Cada parte de calibración grande se define preferentemente mediante un conjunto de valores de tiempo no compensados que es continuo dentro de su intervalo y que cubre la totalidad del intervalo. De manera similar, las partes de calibración pequeñas dentro de un intervalo determinado se definen preferentemente mediante un conjunto de valores de tiempo no compensados que son continuos dentro de su intervalo y que abarcan la totalidad de ese intervalo.

Agrupaciones ejemplares de objetos de calibración pequeños y grandes en conjuntos se muestran en la Fig. 8. Con referencia a la figura, se representa una envoltura de construcción 107 en la que se representa una pluralidad de objetos de calibración pequeños 220a-c, 222a-c, 224a-c, 226a-c, 228a-c, 230a-c, 232a-c y 234a-c y objetos de calibración grandes 220d, 222d, 224d, 226d, 228d, 230d, 232d y 234d. Los objetos de calibración pequeños 220a-220c se definen mediante un intervalo continuo del eje de escaneo dentro del intervalo 1, donde cada objeto de calibración pequeño 220a-220c ocupa su propio subintervalo distinto. Por lo tanto, el objeto de calibración pequeño 220a se encuentra en el subintervalo 1 del intervalo 1, el objeto de calibración pequeño 220b se encuentra en el subintervalo 2 del intervalo 1 y el objeto de calibración pequeño 220c se encuentra en el subintervalo 3 del intervalo 1. No hay huecos en el eje de escaneo entre el borde de los objetos de calibración pequeños 220a y 220b. Tampoco hay huecos en el eje de escaneo entre el borde de los objetos de calibración pequeños 220b y 220c. El objeto de calibración grande 220d se extiende en toda la longitud del intervalo 1. Los conjuntos restantes de objetos de calibración pequeños y grandes se configuran de manera similar.

Las representaciones de los objetos de calibración pequeños y grandes en las Figs. 8 se idealizan y se utilizan para generar valores de tiempo no compensados de acuerdo con las ecuaciones (4) y (5). Cada objeto de calibración de prueba pequeño tiene una longitud ideal u objetivo l(j,i) basada en sus datos de objeto. Cada objeto de calibración grande tiene una longitud ideal L(j). La longitud de escaneo promedio por unidad de tiempo d^use puede determinar de acuerdo con la ecuación (4) como se describió anteriormente y se utiliza con la ecuación (5) y las longitudes l(j, i) y L(j) para determinar pares de valores de tiempo no compensados (Tb, Te) para cada objeto de calibración, donde el primer valor (Tb) define el tiempo en el que se activa la fuente de energía de solidificación y el segundo valor (Te) define el tiempo en el que se desactiva la fuente de energía de solidificación.

En realidad, la longitud de escaneo por unidad de tiempo d variará con la posición a lo largo del eje de escaneo (y), y en cualquier ubicación dada no será necesariamente igual a la longitud de escaneo promedio por unidad de tiempo d^u. Además, cada objeto de calibración también tendrá un desfase asociado £. Por esta razón, dentro de un intervalo de eje de escaneo dado, los objetos de calibración pequeños están separados entre sí a lo largo del eje de desplazamiento (x) y del objeto de calibración grande a lo largo del eje de desplazamiento (x) de modo que no se fusionen entre sí (véase, por ejemplo, los objetos de calibración pequeños 220a-220c y el objeto de calibración grande 220d que están separados entre sí a lo largo del eje de desplazamiento (x)). Con referencia de nuevo a la Fig. 8, entre el intervalo 7 y el intervalo k se proporcionarán varios intervalos adicionales, pero se han omitido para facilitar la ilustración. Los intervalos que se representan son meramente ejemplares. Aunque no se muestran en las figuras, se pueden proporcionar múltiples conjuntos de objetos de calibración dentro de un intervalo de eje de escaneo dado siempre que estén separados entre sí a lo largo del eje de desplazamiento (x) y separados a lo largo del eje de desplazamiento (x) del conjunto de objetos de calibración que ocupan el siguiente intervalo secuencial a lo largo del eje de escaneo (y). El uso de tales múltiples conjuntos de objetos de calibración dentro de un intervalo dado se puede utilizar para garantizar la importancia estadística de los resultados de la prueba y para tener en cuenta las fluctuaciones y anomalías en las dimensiones de objeto de prueba.

La Fig. 10A representa pares de valores de tiempo no compensados ejemplares que definen los objetos de calibración pequeños y grandes de la Fig. 8. Los pares de valores de tiempo para los siete (7) primeros intervalos de eje de escaneo de la Fig. 8 se muestran en la tabla 250 de la Fig. 10A. Cada una de las ocho posiciones de eje de desplazamiento (x) corresponde a una de las columnas 262-276 y define la posición inicial en el eje de desplazamiento (x) en la que comienza uno de los objetos de calibración. La columna 260 enumera el intervalo de eje de escaneo j = 1 a 7. Cada intervalo tiene tres filas asociadas al mismo, una para cada uno de los subintervalos que tienen un valor de índice de i=1 a 3. La columna 262 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 220a, 222a, 224a y 226a. La columna 264 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 220b, 222b, 224b y 226b. La columna 266 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 220c, 222c, 224c y 226c. La columna 268 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración grandes 220d, 222d, 224d y 226d. La columna 270 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 228a, 230a y 232a. La columna 272 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 228b, 230b y 232b. La columna 274 incluye los datos de objeto para los objetos de calibración pequeños 228c, 230c y 232c. La columna 276 incluye los datos de objeto para los objetos de prueba grandes 228d, 230d y 232d.

En cada columna 262-276 se proporcionan pares de valores de tiempo. El primer valor de tiempo en cada par define un tiempo en el que la fuente de energía de solidificación (por ejemplo, diodo láser) de un dispositivo de solidificación lineal está activada, y el segundo valor de tiempo define un tiempo en el que la fuente de energía de solidificación está desactivada. Estos valores de tiempo se configuran de modo que la solidificación se produzca de forma continua dentro de cada intervalo j, aunque con los objetos dispuestos de forma escalonada a lo largo del eje de desplazamiento (x). Por lo tanto, por ejemplo, el objeto 220a se define por el par de valores de tiempo T1, T2, lo que hace que una fuente de energía de solidificación se active en el tiempo T1 y se desactive en el tiempo T2 mientras el dispositivo de solidificación lineal está en una ubicación x1 (y durante alguna distancia posterior a lo largo del eje x de modo que el objeto tenga una anchura a lo largo del eje x). Cuando el dispositivo de solidificación lineal alcanza la ubicación x2 a lo largo del eje de desplazamiento, la fuente de energía de solidificación se activa en el tiempo T2 y se desactiva en el tiempo T3. Cuando el dispositivo de solidificación lineal alcanza la ubicación x3 a lo largo del eje de desplazamiento, la fuente de energía de solidificación se activa en el tiempo T3 y se desactiva en el tiempo T4. Cada uno de estos valores de tiempo es un valor de tiempo no compensado que se determina en base al diseño de objeto mostrado en la Fig. 8 que supone que los objetos de calibración pequeños 220a, 220b y 220c cubren la extensión completa del intervalo 1 sin ninguna discontinuidad en el eje de escaneo (hay discontinuidades en el eje de desplazamiento porque los objetos están separados entre sí a lo largo del eje de desplazamiento). Cuando el dispositivo de solidificación lineal alcanza la ubicación x4, la fuente de energía de solidificación se activa en el tiempo T1 y se desactiva en el tiempo T4 para formar el objeto de calibración grande 220d. Los otros conjuntos de objetos de calibración pequeños y grandes se configuran de manera similar para que los objetos de calibración pequeños en cada intervalo se definan mediante valores de tiempo que cubran la totalidad del intervalo y para que el objeto de calibración grande en cada intervalo cubra la totalidad del intervalo.

La Fig. 10B representa cadenas de datos ejemplares basadas en la Fig. 10A, que se utilizan para formar los objetos de calibración pequeños y grandes de la Fig. 8. La columna 282 enumera el índice de memoria de ordenador m para cada cadena de datos, que identifica aquellas cadenas que incluyen datos de evento de fuente de energía de solidificación en secuencia. La columna 284 enumera un valor de índice de cadena n que corresponde a la posición en el eje de desplazamiento (x) mostrada en la columna 286. La columna 288 incluye las cadenas de datos. Cada cadena de datos incluye un código de inicio hexadecimal (FFFFFF), el valor de índice de cadena n y una serie de valores de tiempo, cada uno de los cuales corresponde a un cambio en el estado de energización de la fuente de energía de solidificación. Con referencia a la primera cadena de datos correspondiente al índice de memoria m=0, la fuente de energía de solidificación se activa en el tiempo T1, se desactiva en el tiempo T2, se activa en el tiempo T6, se desactiva en el tiempo T7, se activa en el tiempo T12, se desactiva en el tiempo T13, se activa en el tiempo T18 y se desactiva en el tiempo T19. Las otras cadenas de datos se utilizan de manera similar en las otras posiciones de eje de desplazamiento (x) enumeradas en la columna 286.

Cuando los valores de tiempo de la Tabla 250 en la Fig. 10A se utilizan para solidificar objetos de calibración (etapas 1032 y 1034), las partes de producción determinada variarán dimensionalmente con respecto a las dimensiones ideales mostradas en la Fig. 8. En la etapa 1036 se miden las longitudes reales de eje de escaneo L'(j) de los objetos de calibración grandes. En la etapa 1038 se miden las longitudes reales del eje de escaneo f(j, i) de los objetos de calibración pequeños.

Un conjunto ejemplar de objetos de calibración pequeños de construcción determinada 242-246 y un objeto de calibración grande 240 se muestran en la Fig. 9. Los objetos corresponden a los objetos de calibración pequeños idealizados 220a-220c y al objeto de calibración grande idealizado 220d mostrados en la Fig. 8. El objeto de calibración pequeño 242 corresponde al subintervalo 1 del intervalo 1. Cuando la fuente de energía de solidificación se activa en el tiempo T1 y se desactiva en el tiempo T2 (a lo largo de la longitud de eje de desplazamiento Ax), el bloque rectangular resultante tendrá una longitud de eje de escaneo de f(1,1). La longitud esperada en base al intervalo de tiempo de T1 a T2 y la longitud de escaneo promedio por unidad de tiempo d^ues 1(1,1). Cada uno de los objetos de calibración pequeños 242, 244 y 246 tiene una longitud esperada t(j,i) y una longitud real f(j,i), donde i es un índice de subintervalo y j es un índice de intervalo. Los objetos solidificados son bloques rectangulares, y las longitudes reales f(j,i) se determinan utilizando calibradores u otras técnicas de medición adecuadas para medir la distancia entre las caras que son paralelas al plano x-z (es decir, perpendiculares al eje de escaneo (y)). Como se muestra en la Fig. 9, las longitudes reales de los objetos difieren de las longitudes ideales en dos veces el desfase.

Tanto la longitud de escaneo por unidad de tiempo d como el desfase e pueden variar con la posición en el eje de escaneo. Para calcular los valores para cada uno, se supone que el desfase e dentro de cada intervalo j es constante (es decir, se supone que el desfase no varía entre los subintervalos i dentro de un intervalo dado j). Sobre la base de este supuesto, se puede calcular un desfase para cada intervalo e(j) de la siguiente manera:

(13) £0') ^{= - ^ r ) a ,u ) - S h t ' ü . i ) )}

donde £(j) es el desfase (mieras) para el intervalo j;

n es el número de subintervalos dentro del intervalo j;

i es el índice de subintervalo que tiene valores de 1 a n;

f(j,i) es la longitud medida (micras) del objeto de calibración pequeño en el i-ésimo subintervalo del j-ésimo intervalo; y

L'(j) es la longitud medida (micras) del objeto de calibración grande en el intervalo j-ésimo.

Sobre la base de los resultados de la etapa 1040, en la etapa 1042 se pueden calcular longitudes ajustadas t^a(j,i) para cada objeto de calibración pequeño de la siguiente manera:

(14) ¿a(M) = ¿ '( U ) - 2 e ( j )

donde t^a(j,i) es la longitud de objeto de calibración pequeño ajustada (micras) para el i-ésimo subintervalo del jésimo intervalo;

f(j,i) es la longitud de objeto de calibración medida (micras) para el i-ésimo subintervalo del j-ésimo intervalo;

£(j) es el desfase para el j-ésimo intervalo.

La longitud de objeto de calibración pequeño ajustada t^a(j,i) tiene en cuenta la porción de la longitud de parte medida f(j,i) que difiere de la longitud de parte ideal t(j,i) debido a la variación en la longitud de escaneo por unidad de tiempo, mientras que el desfase £(j) tiene en cuenta la variación en la longitud solidificada frente a la longitud escaneada. Sin embargo, los cálculos anteriores se basan en el supuesto de que el desfase £(j) es constante a lo largo de cada intervalo de eje de escaneo j. Si esta suposición fuera completamente válida, como se muestra en la Fig. 16, cabría esperar que la suma de las longitudes medidas L'(j) de los objetos de calibración de prueba grandes dentro de un conjunto consecutivo de h intervalos de j=j^ba j^efuera igual a la suma de los objetos de calibración pequeños dentro de esos intervalos más los desfases £(j) para el primer y último intervalos, es decir:

(15) S j'jb L'(í) = £0b) £(íe) Ej¡jb2i=l^a(M )

donde t^a(j,i) es la longitud ajustada (micras) del objeto de calibración pequeño en el i-ésimo subintervalo del jésimo intervalo;

L'(j) es la longitud medida (micras) del bloque de prueba de calibración grande en el intervalo j-ésimo; j^bes el valor de índice de intervalo para el primer intervalo en una serie consecutiva de h intervalos;

j^ees el valor de índice de intervalo para el último intervalo de una serie consecutiva de h intervalos;

£(j^b) es el valor de desfase (micras) para el intervalo j=j^b;

£(j^e) es el valor de desfase (micras) para el intervalo j=j^e.

El lado izquierdo de la ecuación (14) puede denominarse "longitud esperada" L^esperadade la suma de las longitudes de los objetos de calibración grandes en los intervalos de j=j^ba j=j^e. En la etapa 1046 (Fig. 11B), la longitud esperada se calcula para los h intervalos continuos en el intervalo j=j^ba j=j^e.

El lado derecho de la ecuación (14) se puede restar del lado izquierdo para calcular un error proporcional £(j^b,j^e) en el intervalo de intervalo continuo j^ba j^e. El error proporcional se utiliza a continuación para calcular una longitud ajustada depurada t ^ra(j,i). El error proporcional en los h intervalos de eje de escaneo consecutivos se distribuye en los intervalos que se encuentran dentro de j^ba j^epara llegar a la longitud ajustada depurada t ^ra(j,i). El error proporcional se puede calcular de la siguiente manera:

donde 5(j^b,j^e) es el error en el conjunto continuo de h intervalos de j^ba j^e.

En la etapa 1048, se calcula el error proporcional £ (j^b, j^e) para el conjunto continuo de intervalos de j=j^ba j=j^e. El error proporcional para cada unidad de tiempo de escaneo (por ejemplo, pulso de CPU) se puede calcular de la siguiente manera:

8 Ofe Je )

⁽¹⁷⁾£(jb>je) [T Üel-TOe)]

donde £ (j^b, j^e) es el error proporcional (micras/[pulso de CPU]) en el conjunto continuo de h intervalos de j=j^ba j=j^e;

T(j^e) es el valor de tiempo de escaneo no compensado (pulsos de CPU) que corresponde a la posición final ideal en el eje de escaneo (por ejemplo, Fig. 8) del bloque de prueba de calibración grande en el intervalo j=j^e;

T(j^b) es el valor de tiempo de escaneo no compensado (pulsos de CPU) que corresponde a la posición inicial ideal en el eje de escaneo del bloque de prueba de calibración grande en el intervalo j=j^b.

En la etapa 1050, el error proporcional se utiliza para determinar longitudes ajustadas depuradas f ^ra(j,i) para cada objeto de calibración pequeño que se encuentra dentro del conjunto continuo de h intervalos de j^ea j^ben la etapa 1050:

( ¹⁸)

’ je)(Npeciueñ0))

donde l ^ra(j,i) es la longitud depurada y ajustada (micras) del objeto de calibración pequeño en el i-ésimo subintervalo del intervalo j;

l ^a(j,i) es la longitud ajustada (micras) del objeto de calibración pequeño en el i-ésimo subintervalo del intervalo j;

^e(j^b, j^e) es el error proporcional (micras/[pulso de CPU]) en el conjunto continuo de intervalos de j=j^ba j=j^e; N^pequeñoes el intervalo de tiempo (pulsos de CPU) desde el tiempo no compensado en el que comienza la solidificación hasta el tiempo no compensado en el que termina la solidificación para cada uno de los objetos de calibración pequeños.

Los valores de tiempo no compensados T, valores de tiempo compensados f y valores de tiempo compensados y desfasados f descritos anteriormente se definen con respecto a un tiempo cero que define el borde de eje de escaneo de una envoltura de construcción o un marco de referencia de generación de trayectoria físicos y reales. En la práctica, el área ocupada por un objeto o conjunto de objetos que se construyen es, a menudo, menor que el área definida por el marco de referencia de generación de trayectoria y se puede describir como una "plataforma de construcción virtual" 200 (Fig. 15). Si se utilizaran los valores de tiempo compensados y desfasados como se describió anteriormente hasta este punto, la plataforma de construcción virtual 200 estaría ubicada en el borde de eje de escaneo 201 del marco de referencia de generación de trayectoria 204 como se ilustra por el rectángulo sólido en la Fig. 15, ya que los valores de tiempo se definen con respecto a un valor de tiempo de cero en el que la energía de solidificación (por ejemplo, punto láser) incide en el borde de marco de referencia de generación de trayectoria 201). Como se describirá adicionalmente más adelante con referencia a las Figs. 13-15, puede ser deseable desplazar la plataforma de construcción virtual 200 dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204 de modo que cuando se construyan los objetos 202a, 202b, 202c, la plataforma de construcción virtual 200 sea simétrica alrededor del punto central del eje de escaneo (ubicado en SL^lmax/2 en la Fig. 15). Los aparatos formadores de objetos tridimensionales reales que utilizan dispositivos de solidificación lineal que comprenden un diodo láser y un espejo poligonal giratorio también tendrán un desplazamiento del eje de escaneo (identificado como DESPL en la Fig. 15) que se tiene en cuenta realizando un desfasamiento en la plataforma de construcción virtual 200. El desplazamiento de la plataforma de construcción virtual se lleva a cabo desplazando los valores de tiempo utilizados para dirigir la activación selectiva de la fuente de energía de solidificación en el dispositivo de solidificación lineal de modo que el borde de eje de escaneo de la plataforma de construcción virtual 206 se desplace con respecto al borde de eje de escaneo 201 del marco de referencia de generación de trayectoria.

Volviendo a la Fig. 11B, en la etapa 1052 se calcula un valor de tiempo inicial desplazado y centrado T^c0para la plataforma de construcción virtual desplazada y centrada 200 de la siguiente manera:

(19) Tc0 - 0,5T^lmax _Un[(0,5)SL^lmax+ ^{d e s p l ]}

donde T^lmaxes el tiempo de escaneo (pulso de CPU) requerido para escanear una línea de energía de solidificación a lo largo de la totalidad de la longitud de escaneo máxima

SL^lmaxes la longitud de escaneo máxima (micras) a lo largo del eje de escaneo; y

DESPL es un desplazamiento observado en la ubicación de eje de escaneo (y) (micras) en el que la energía de solidificación incide en el material solidificable cuando el valor de tiempo no compensado correspondiente al borde de eje de escaneo desplazado 206 (Fig. 15) se utiliza con respecto a la posición deseada del borde de eje de escaneo a lo largo del eje de escaneo.

En la etapa 1054 se calculan valores de tiempo que se utilizan para determinar los intervalos de valores de tiempo y subintervalos utilizados para definir la función escalonada f(t). Para crear los pequeños de calibración objetos de la Fig. 8, los objetos se diseñan con una longitud de eje de escaneo específica, tamaño_bar_objetivo. El incremento de tiempo para cada objeto de calibración N^pequeñose puede calcular a partir de tamaño_bar_objetivo y la velocidad de escaneo promedio d^ude la siguiente manera;

donde Npequeño es el intervalo de tiempo (pulsos de CPU) utilizado para solidificar los objetos de calibración pequeños;

tamaño_bar_objetivo es la longitud de eje de escaneo ideal (micras) de cada objeto de calibración pequeño (por ejemplo, las longitudes de eje de escaneo mostradas en la Fig. 8); y du es la velocidad de escaneo promedio a lo largo del eje de escaneo (micras/pulso de CPU).

El valor de N^pequeñodebe corresponder a la diferencia en los valores de los elementos de cada par de valores de tiempo mostrado en la Fig. 10A para los objetos de calibración pequeños (por ejemplo, T2-T1, T3-T2, etc.).

Con referencia a la Tabla 300 en la Fig. 12, se puede generar una serie de valores de tiempo de inicio (columna 306a) y finalización (columna 306b) que comienzan en T^c0, que definirán f(t). La diferencia entre cada valor de tiempo inicial y final en cada fila es N^pequeño. Estos valores de tiempo se pueden relacionar con los valores de índice j y de subíndice i de eje de escaneo mostrados en la Fig. 10A, como se ilustra en la Fig. 12. Esta relación, a su vez, permite que las longitudes de objeto de calibración pequeño depuradas y ajustadas l ^ra(j,i) para cada intervalo j y subintervalo j de eje de escaneo se relacionen con los valores de tiempo mostrados en las columnas 308a y 308b. Los valores de tiempo en las columnas 308a y 308b y las longitudes de objeto de calibración pequeño depuradas y ajustadas l ^ra(j,i) en la columna 310 definen la función escalonada f(t). Mediante el uso de procedimientos numéricos conocidos, tales como funciones proporcionadas en el lenguaje informático C++, se puede determinar la función inversa, definida por una solución a la ecuación (8), que puede denominarse G(^*). La función G(^*) es un mapeo definido por la solución de la ecuación integral (8). La regla de mapeo G :X^ G(X) se define de la siguiente manera: para un punto X (que es un parámetro en la ecuación (8), G(X) se define como la solución f ^mpara la ecuación (8).

Con referencia a una implementación ejemplar de las etapas 1022-1026 de la Fig. 11A, como se muestra en la Fig. 12, cada intervalo j tiene un valor de desfase £(j) que es constante dentro de los i subintervalos del intervalo. Usando un valor de tiempo no compensado T y la velocidad de escaneo promedio d^u, en la etapa 1022 se puede utilizar la función inversa G(Txd^u) para determinar los valores de tiempo compensados f 1 para activar la fuente de energía de solidificación y valores de tiempo compensados f ²para desactivar la fuente de energía de solidificación. Cada valor de tiempo compensado f ¹y T²se puede relacionar con un valor de desfase £(j) por medio de la Tabla 300 de la Fig. 12. Una vez que se conoce el valor de desfase £(j), la etapa 1026 de la Fig. 11A se puede llevar a cabo determinando el valor de la función inversa G(x), donde x es el valor de tiempo no compensado f veces la velocidad de escaneo promedio d^umás o menos el desfase £, es decir, determinando G(f ± £(j)), donde £(j) se utiliza para eventos de activación (ON) de fuente de energía de solidificación y -£(j) se utiliza para eventos de desactivación (OFF) de fuente de energía de solidificación.

Como se indicó anteriormente y como también se analizó en la solicitud incorporada, la solicitud de patente estadounidense n.° 14/091.683, el procedimiento para generar datos de evento de fuente de energía de solidificación (por ejemplo, valores de tiempo no compensados T) implica una etapa de conversión de los datos de objeto tridimensional desde un sistema de coordenadas de referencia a un marco de referencia de generación de trayectoria 204. La Fig. 13 es un diagrama de flujo que describe un procedimiento de ejemplo mediante el cual se puede llevar a cabo este proceso. En la presente invención, el procedimiento de la Fig. 13 se lleva a cabo para determinar un valor de tiempo de escaneo de referencia T^c0que se utiliza para generar la función escalonada f(t). En determinados ejemplos preferidos, el procedimiento de la Fig. 13 se implementa en un sistema en el que el dispositivo de solidificación lineal 42 está centrado a lo largo de la longitud de eje de escaneo de la envoltura de construcción 102 y el objeto tridimensional que se está construyendo también está centrado con respecto al punto central del eje de escaneo del dispositivo de solidificación lineal 42. Especialmente en aquellas implementaciones que utilizan tiempos de solidificación tales como valores de pulso de CPU como datos de evento de fuente de energía de solidificación, se prefiere esta configuración. Para mantener el centrado con respecto al punto central del eje de escaneo del dispositivo de solidificación lineal, el procedimiento de la Fig. 13 utiliza un "marco de referencia de generación de trayectoria" con una longitud de eje de desplazamiento (x) igual a un tamaño de escena más un margen y una longitud de eje de escaneo (y) igual a la longitud de escaneo máxima posible del dispositivo de solidificación lineal. Una "escena" es una representación gráfica de un área definida que incluye uno o más objetos tridimensionales que se construirán durante un proceso de fabricación de objetos tridimensionales dado. El tamaño de escena es el tamaño de un recuadro delimitador que abarca los objetos que componen la escena y no puede superar el tamaño de la envoltura de construcción. El procedimiento define además una "plataforma de construcción virtual" utilizada para calcular valores de datos de evento de fuente de energía de solidificación (por ejemplo, pulsos de CPU) que, en última instancia, centrarán el objeto tridimensional en el punto central del eje de escaneo (y) del dispositivo de solidificación lineal 42 y el punto central de la envoltura de construcción real 104 (es decir, el punto central entre los bordes del eje de escaneo 104 y 107 de la Fig. 5A. Por lo tanto, tal como se usa en el presente documento, el "marco de referencia de generación de trayectoria" es un sistema de coordenadas de referencia que relaciona datos de vóxel con posiciones reales en un sistema para fabricar objetos tridimensionales, tales como los ilustrados en las Figs. 1A, 1B y 8. Las posiciones reales se pueden relacionar con valores de tiempo no compensados mediante el uso de la velocidad de escaneo de eje de escaneo promedio d^uy la ecuación (4).

El uso de un marco de referencia de generación de trayectoria como se describe en el presente documento garantiza que se construyan objetos tridimensionales dentro de la envoltura de construcción 102 (Fig. 5A) del aparato particular que se utiliza para fabricar los objetos. En ejemplos preferidos, la longitud de eje de escaneo (y) del marco de referencia de generación de trayectoria es igual a la longitud máxima que la energía de solidificación podría atravesar en el eje de escaneo (y) en base a si la energía de solidificación se proyecta a lo largo de toda la longitud de cualquiera de las facetas de un espejo poligonal giratorio y se desvía hacia el plano de eje de desplazamiento/eje de escaneo. Los puntos de inicio y fin del marco de referencia de generación de trayectoria no estarán necesariamente dentro de la envoltura de construcción 104 o incluso dentro del área del plano de eje de desplazamiento/eje de escaneo donde está ubicado el material solidificable.

Como se indica con respecto a las Figs. 1A y 1B, los sistemas y aparatos adecuados para su uso con los procedimientos descritos en el presente documento incluyen una plataforma de construcción 44, 70 en la que se construye de forma progresiva un objeto tridimensional y un dispositivo de solidificación lineal 42 alineado con la plataforma de construcción 44, 70 a lo largo del eje de escaneo (y) que puede moverse a lo largo del eje de desplazamiento (x) a través de la misma región de eje de desplazamiento (x) ocupada por la plataforma de construcción 44, 70. La plataforma de construcción 44, 70 incluye la envoltura de construcción real 102 de la Fig. 5A y define un área x-y máxima sobre la cual se puede construir un objeto tridimensional.

La Fig. 14 ilustra un ejemplo ilustrativo de una plataforma de construcción virtual 200 que tiene una longitud L^vx a lo largo del eje de desplazamiento (x) y una longitud L^vy a lo largo del eje de escaneo (y). Las imágenes 202a-202c de modelos de objetos tridimensionales definidos por datos de objeto tridimensional se sitúan dentro de la plataforma de construcción virtual.

La Fig. 15 ilustra un ejemplo ilustrativo de un marco de referencia de generación de trayectoria 204. El marco de referencia de generación de trayectoria 204 tiene una longitud a lo largo del eje de escaneo (y) de SL^lmax que es la longitud máxima de línea de escaneo del dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de escaneo (y). Cuando el dispositivo de solidificación lineal 42 se instala en un aparato real para fabricar objetos tridimensionales, la ubicación y geometría del deflector de energía giratorio 120 y la longitud y posición de la abertura de alojamiento 125 se fijan en el espacio, al igual que la separación entre la superficie expuesta del material solidificable y la abertura de alojamiento de dispositivo de solidificación lineal 125. Como resultado, se define un borde de eje de escaneo 201 que representa la primera ubicación posible a lo largo del eje de escaneo en la que se podría transmitir energía de solidificación al material solidificable. En determinadas implementaciones descritas en el presente documento, el borde de eje de escaneo 104 de la envoltura de construcción 102 (y el borde correspondiente 206 de la plataforma de construcción virtual) se separará a lo largo del eje de escaneo (y) con respecto al borde de eje de escaneo 201 del marco de referencia de generación de trayectoria. Además, la longitud de la envoltura de construcción 102 a lo largo del eje de escaneo (y) (y de la longitud de la envoltura de construcción virtual) será menor que la longitud SL^lmax del eje de escaneo del marco de referencia de generación de trayectoria.

El valor de SL^lmax se puede determinar activando la fuente de energía de solidificación 126 a medida que el deflector de energía giratorio 120 gira de modo que la energía de solidificación se desvíe de toda la longitud de al menos una de las facetas 122a-122f. El marco de referencia de generación de trayectoria tiene una longitud máxima de eje de desplazamiento (x) definida por el tamaño de escena más un margen especificado. Como se indicó anteriormente, el tamaño de escena no supera, preferentemente, el tamaño de la envoltura de construcción 102 a lo largo del eje de desplazamiento (x) o de escaneo (y) para garantizar que el/los objeto(s) tridimensional(es) definido(s) dentro de la escena se construya(n) dentro de la envoltura de construcción 102. La plataforma de construcción virtual 200 se muestra en tres ubicaciones diferentes de marco de referencia de generación de trayectoria 204 (como se indica en tres recuadros dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204) en la Fig. 15. Cada recuadro muestra una posición posible diferente de la plataforma de construcción virtual 200 dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204. La plataforma de construcción virtual tiene un primer borde de eje de escaneo (y) 206 a lo largo del eje de escaneo (y) del marco de referencia de generación de trayectoria 204 y un segundo borde de eje de escaneo (y) 208 a lo largo del eje de escaneo (y) del marco de referencia de generación de trayectoria 204. Los bordes 206 y 208 están separados por una distancia fija pero se moverán a diferentes ubicaciones de eje de escaneo (y) dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204 cuando la plataforma de construcción virtual 200 se reposiciona dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204. Si la fuente de energía de solidificación 126 permanece activada a medida que el deflector de energía giratorio 120 gira, cada línea de escaneo comenzaría en el borde de eje de escaneo 201 y terminaría en una ubicación separada del borde de eje de escaneo 201 en SL^lmax. Sin embargo, en el funcionamiento real para fabricar un objeto tridimensional, las líneas de escaneo de longitud completa 108 (Fig. 5B) comienzan en el borde de eje de escaneo 104 y terminan en el borde de eje de escaneo 107 ajustando adecuadamente la activación de la fuente de energía de solidificación 126.

Con referencia de nuevo a la Fig. 13, en la etapa 1120 una plataforma de construcción virtual 200, tal como la ilustrada en la Fig. 14 se define con una longitud de eje de desplazamiento L^vx y una longitud de eje de escaneo L^vy. En determinados ejemplos, los valores de L^vx y L^vy se determinan en base a las dimensiones de la plataforma de construcción 44 y/u otras restricciones de hardware o software. En un ejemplo, un aparato está provisto de un dispositivo de solidificación lineal montado sobre una plataforma de construcción de modo que 66.000 pulsos de CPU (teóricamente) correspondan a una longitud de solidificación de eje de escaneo (y) de 250 mm. Por lo tanto, L^vy es menor que o igual a 250 mm. Sin embargo, debido a la configuración de hardware y a la construcción del dispositivo de solidificación lineal, el intervalo de trabajo de los valores de tiempo (pulsos de CPU) durante los cuales es posible la solidificación a lo largo del eje de escaneo (y) es de 5.000 a 50.000 pulsos de CPU. Este intervalo limitará L^vya un valor de aproximadamente 170 mm. L^vy se elige para aproximarse a este valor y se establece en 160 mm. La memoria de la unidad de control utilizada para conmutar la fuente de energía de solidificación también está limitada a 8 MB, lo que limita el número de eventos de fuente de energía de solidificación (por ejemplo, eventos de conmutación) por capa. La restricción de memoria afecta tanto a L^vx como a L^vy. Sin embargo, L^vx no está limitado por limitaciones mecánicas o de hardware, sino únicamente por limitación de memoria. En función de esta limitación y del valor seleccionado de L^vy, se selecciona que L^vx sea de 250 mm.

En la etapa 1122 se proporcionan datos de objeto tridimensional que definen el objeto tridimensional y se sitúan dentro de la plataforma de construcción virtual 200. Aunque esta etapa se ilustra gráficamente en la Fig. 14, se realiza matemáticamente relacionando el sistema de coordenadas de referencia que define los datos de objeto tridimensional (por ejemplo, el sistema de coordenadas de referencia de archivo STL) con el sistema de coordenadas de referencia de la plataforma de construcción virtual 200 (por ejemplo, los ejes x-y en la Fig. 14) y haciendo las conversiones x, y apropiadas de los datos de objeto tridimensional. Si los datos de objeto tridimensional se han convertido en valores de tiempo no compensados, se puede utilizar la ecuación (19).

En la etapa 1124 se define un marco de referencia de generación de trayectoria con una longitud de eje de escaneo (y) de SL^lmax y una longitud de eje de desplazamiento (x) igual al tamaño de escena más un margen. La plataforma de construcción virtual 202 se centra entonces dentro del marco de referencia de generación de trayectoria 204 en la etapa 1126. Esto se representa gráficamente en la Fig. 15 mediante el movimiento de la plataforma de construcción virtual 200, mostrada en líneas continuas en la esquina inferior izquierda del marco de referencia de generación de trayectoria 204, al centro del marco de referencia de generación de trayectoria 204 como se indica por el recuadro superior en líneas discontinuas con el texto "después del desfasamiento". En determinados ejemplos preferidos, el uso de la etapa de centrado 1126 ayuda a garantizar que el/los objeto(s) tridimensional(es) se produzca(n) dentro de la envoltura de construcción 102 (Fig. 5A).

Como se analizó anteriormente, en base a la velocidad de escaneo promedio d^uen mm/s o micras/s del dispositivo de solidificación lineal 42 a lo largo del eje de escaneo (y), se podría predecir el valor de pulso de CPU en el que se alcanzaría el borde 206 (es decir, el borde 206 para el recuadro discontinuo superior):

(21) t(206) = y(206)/du

donde t(206) es igual al tiempo de solidificación (escaneo) no compensado con respecto al inicio de una línea de escaneo en el borde de marco de referencia de generación de trayectoria 201 (pulsos de CPU); y(206) = la distancia esperada entre el borde 206 del recuadro discontinuo superior de la Fig. 14 y el borde de marco de referencia de generación de trayectoria 201 (mm o micras); y

d^u= velocidad de escaneo promedio a lo largo del eje de escaneo (y) (mm/pulso de CPU o micras/pulsos de CPU).

En determinados sistemas para fabricar objetos tridimensionales, la relación de la ecuación (6) no se mantendrá debido a imperfecciones de hardware, variaciones en el tamaño del área sobre la que incide la energía de solidificación en cada valor de pulso, y otros factores. En la etapa 1128, la plataforma de construcción virtual 200 se desplaza a lo largo del eje de escaneo (y) del marco de referencia de generación de trayectoria para tener en cuenta un desplazamiento observado en el área de solidificación a lo largo del eje de escaneo (y) de la siguiente manera:

⁽22^{) t (}206^{)despi = (y (}206^{) Despl ) /d u}

donde y(206) se define como anteriormente para la ecuación (20),

Despl = un desplazamiento observado en la ubicación de eje de escaneo (y) (mm o micras) en la que debe comenzar la solidificación (por ejemplo, un borde de eje de escaneo de la plataforma de construcción 44 cuando la energía de solidificación se transmite en t(206) con respecto a y(206); y

t(206)^despl= el tiempo de solidificación (en pulsos de CPU) que hace que se reciba energía de solidificación en y(206) con respecto a un valor de tiempo de solidificación cero en el borde de marco de referencia de generación de trayectoria 201.

Por lo tanto, si la envoltura de construcción real 104 está centrada dentro del marco de referencia de generación de trayectoria del sistema para fabricar un objeto tridimensional, el desplazamiento de la plataforma de construcción virtual 200 a lo largo del eje de escaneo (y) para tener en cuenta el desplazamiento debería, en última instancia, centrar la envoltura de construcción real en el punto central del eje de escaneo del dispositivo de solidificación lineal 42. Por lo tanto, junto con la etapa de centrado 1126, la etapa de desfasamiento 1128 ayuda a garantizar que el/los objeto(s) tridimensional(es) dentro de una escena dada se construyan dentro de la envoltura de construcción 102 (Fig. 5A).

La finalización de la etapa 1128 proporciona datos de objeto tridimensional orientados dentro de una plataforma de construcción virtual 200 en una ubicación específica dentro de un marco de referencia de generación de trayectoria 204. La etapa 1128 también se puede llevar a cabo para centrar la plataforma de construcción virtual 200 usando valores de tiempo compensados y desfasados T como se describió anteriormente con respecto a la etapa 1052 de la Fig. 11B.

Con referencia a la Fig. 7, se describirá un ejemplo de uso del procedimiento de la Fig. 11 A. De acuerdo con el ejemplo, se desea solidificar una longitud 128 de material solidificable desde un punto A a un punto B a lo largo del eje de escaneo. Por lo tanto, el punto A es una ubicación en la que va a comenzar la longitud solidificada y el punto B es la ubicación en la que va a terminar la longitud solidificada.

La longitud solidificada tiene una dimensión en la página a lo largo del eje-x que no es visible y es parte de un objeto tridimensional definido por datos de vóxeles. Los puntos de eje de escaneo A y B definen distancias de eje de escaneo con respecto a un punto de referencia O. La distancia física desde el punto A al punto B según lo dictaminado por los datos de vóxel se representa como I^ab(por ejemplo, en micras o milímetros). La distancia del punto A desde el punto de referencia O se representa como I^ao(micras o milímetros), y la distancia del punto B desde el punto de referencia O se representa como I ^bo.

Usando la ecuación (5) con una velocidad de escaneo promedio du determinada de acuerdo con la ecuación (4), se calculan los valores de tiempo no compensados T^ay T ^b(TA=lAo/du y TB=lBo/du). Los valores de tiempo compensados pero no desfasados T^ay T^bse determinan usando las ecuaciones (3), (9)-(11) con la función escalonada f(t) definida por la Fig. 12. En la FIG. 12, los valores de tiempo compensados pero no desfasados corresponderán cada uno a los intervalos respectivos ja y jb. Los intervalos respectivos ja y jb pueden ser el mismo intervalo o diferentes porque se supone que los desfases son constantes dentro de todos los i= 1 a n subintervalos de un intervalo dado. Por lo tanto, los desfases s(ja) y £(jb) se pueden determinar a partir de la Figura 12. Una vez que se determinan los desfases s(ja) y £(jb), se puede utilizar la ecuación (12) para determinar el valor de tiempo compensado y desfasado para el punto A: TA=G(Txdu £(ja)). La ecuación (11) también se puede utilizar para determinar el valor de tiempo compensado y desfasado para el punto B: T^b= G(Txdu - £(jb)). Con referencia a la Fig. 7, el segmento 138 representa la longitud de solidificación obtenida cuando la solidificación se lleva a cabo en la coordenada del eje de escaneo definida por el punto A más el valor de desfase £(ja) (que se muestra como eA en la figura). Al desfasarse la ubicación en la que la fuente de energía de solidificación se activa por el valor positivo del desfase £(ja), incluso aunque la energía de solidificación incida primero en el material solidificable a una distancia de I^oa+ £(ja), el material solidificable se solidifica en el sentido negativo por la cantidad £(ja) de modo que la solidificación realmente comienza en el punto A. La longitud del segmento 138 refleja (de manera exagerada) el valor de la función de tiempo unitario/longitud de eje de escaneo f(t) en el punto A. De manera similar, al desfasarse la ubicación en la que la fuente de energía de solidificación se desactiva por el valor negativo del desfase £(jb), el material solidificable se solidifica en el sentido positivo por la cantidad £(jb) de modo que la solidificación realmente termina en el punto B. La longitud del segmento 140 en la Fig. 7 refleja (de forma exagerada) el valor de la función de tiempo unitario/longitud de eje de escaneo f(t) en el punto B.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para fabricar un objeto tridimensional, que comprende:

proporcionar datos de objeto representativos de un objeto tridimensional, donde los datos de objeto definen ubicaciones en un sistema de coordenadas de referencia donde está ubicado el objeto, comprendiendo el sistema de coordenadas de referencia un eje de desplazamiento, un eje de escaneo y un eje de construcción; convertir los datos de objeto en conjuntos de valores de tiempo no compensados T, donde cada conjunto de valores de tiempo no compensados corresponde a una ubicación a lo largo del eje de construcción, y cada valor de tiempo no compensado corresponde a una ubicación en la que comienza o termina la solidificación a lo largo del eje de escaneo;

proporcionar una función escalonada f(t) que relaciona la longitud de escaneo por unidad de tiempo de un dispositivo de solidificación lineal con valores de tiempo de eje de escaneo;

determinar un valor de tiempo compensado T para cada valor de tiempo no compensado T; y

solidificar un material solidificable atravesando un dispositivo de solidificación lineal que comprende una fuente de energía de solidificación en comunicación óptica con un dispositivo de escaneo lineal a lo largo de un eje de desplazamiento de marco de referencia de generación de trayectoria mientras se activa y desactiva de forma selectiva la fuente de energía de solidificación en instantes de tiempo en base a los valores de tiempo compensados T, donde los valores de tiempo compensados f se determinan de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

y

donde f(t) es una función escalonada que relaciona la longitud de escaneo de eje de escaneo por unidad de tiempo con el tiempo de eje de escaneo,

Tc0 es un tiempo de escaneo de referencia que define el tiempo de inicio de la función escalonada f(t) y que corresponde a un borde de eje de escaneo de plataforma de construcción virtual dentro del marco de referencia de generación de trayectoria;

Ay(T) es la distancia desde el borde de eje de escaneo hasta la ubicación en el eje de escaneo correspondiente al valor de tiempo no compensado T, y

At es el intervalo de tiempo que define la función escalonada f(t); y

determinar valores de desfase correspondientes a cada valor de tiempo compensado T a partir de una base de datos que relaciona valores de desfase e con valores de tiempo compensados T;

determinar si cada valor de tiempo compensado T corresponde a un evento de activación de fuente de energía de solidificación o a un evento de desactivación de fuente de energía de solidificación; determinar un valor de tiempo compensado y desfasado T correspondiente a cada valor de tiempo no compensado de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

^{T = G (T x d u}+ ^s)si ^Tcorresponde a un evento de activación de fuente de energía de solidificación, ^yT ^{= G ( T x d u}- s) si ^Tcorresponde a un evento de desactivación de fuente de energía de solidificación,

donde d^ues una velocidad de escaneo promedio a lo largo del eje de escaneo, y la etapa de activar y desactivar de forma selectiva una fuente de energía de solidificación en comunicación óptica con un dispositivo de escaneo lineal en instantes de tiempo en base a los valores de tiempo compensados f comprende activar de forma selectiva la fuente de energía de solidificación en valores de tiempo compensados y desfasados T que corresponden a eventos de activación de fuente de energía de solidificación y desactivar de forma selectiva la fuente de energía de solidificación en valores de tiempo compensados y desfasados T que corresponden a eventos de desactivación de fuente de energía de solidificación.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el borde de eje de escaneo es un borde de plataforma de construcción virtual, y la plataforma de construcción virtual está definida dentro del marco de referencia de generación de trayectoria.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además la etapa de determinar el valor del tiempo de escaneo de referencia T^c0de acuerdo con la siguiente ecuación:

donde SL^lmaxes una longitud de escaneo máxima a lo largo del eje de escaneo de un marco de referencia de generación de trayectoria;

d^ues una velocidad de escaneo promedio a lo largo del eje de escaneo;

T^lmaxes un tiempo de escaneo requerido para escanear una línea de energía de solidificación a lo largo de la totalidad de la longitud de escaneo máxima SL^lmax; y

DESPL es un desplazamiento observado en una ubicación de eje de escaneo de marco de referencia de generación de trayectoria en el que la energía de solidificación incide en el material solidificable cuando la fuente de energía de solidificación se activa de forma selectiva en un valor de tiempo no compensado correspondiente a una ubicación de eje de escaneo de marco de referencia de generación de trayectoria deseada del borde de eje de escaneo de plataforma de construcción virtual con respecto a la ubicación de eje de escaneo deseada del borde de eje de escaneo de plataforma de construcción virtual.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que cuando el borde de eje de escaneo de plataforma de construcción virtual se encuentra en la ubicación de eje de escaneo de marco de referencia de generación de trayectoria deseada, la plataforma de construcción virtual se centra a lo largo del eje de escaneo de marco de referencia de generación de trayectoria.