TW201621494A - 三維物件產生技術 - Google Patents

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Abstract

依據一個實施例，提出一種用於管理三維物件由一添加式製造系統之生產的系統。該系統包含一處理器用以接收一或多個虛擬物件，用以產生該等物件在一虛擬堆積體積內部的一空間配置，用以控制一添加式製造系統而處理該虛擬堆積體積，用以回應於一請求而修改該虛擬堆積體積，及用以控制該添加式製造系統而處理該經修改的虛擬堆積體積。

Description

三維物件產生技術 參考相關申請案
本案請求PCT申請案第PCT/US2014/053405號，申請日2014年8月29日，名稱「修改表示三維物件之資料」的優先權，該案全文內容爰引於此並融入本說明書之揭示。
本發明係有關於三維物件產生技術。
發明背景
已知用於以逐層為基礎而產生三維物件的許多不同類型的添加式製造技術。然而，許多此等技術通常緩慢，甚至產生小物件也可能需耗時長時間。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種管理三維物件由一添加式製造系統之生產的方法，其包含：產生虛擬物件在一虛擬堆積體積內部之一空間配置；控制該添加式製造系統用以處理相對應於該虛擬堆積體積之一堆積材料之連續層；接收一請求用以修改該虛擬堆積體積；基於尚未被該該添加式製造系統所處理的該虛擬堆積體積之該部分而決定該請求是否可被接受，及當如此決定時，修 改該虛擬堆積體積；及基於該經修改的虛擬堆積體積控制該添加式製造系統以繼續處理該堆積材料之層。
100‧‧‧系統
102‧‧‧堆積體積管理器
103‧‧‧控制信號或資料
104‧‧‧添加式製造系統
106a-b、702、704‧‧‧虛擬物件
108、706‧‧‧虛擬堆積體積
110a-n‧‧‧截割片
112‧‧‧堆積體積
114a-n‧‧‧層
116a-e‧‧‧堆積材料
202‧‧‧處理器
204‧‧‧記憶體
206‧‧‧堆積體積管理指令
302-312‧‧‧方塊
402、404‧‧‧部分
406、708‧‧‧物件
502‧‧‧新虛擬物件
604‧‧‧未經處理部分
710‧‧‧已修改的虛擬堆積體積
rt1-3、t0-8‧‧‧時間
現在將只藉非限制性實例參考附圖描述實施例，附圖中：圖1為依據一實施例一系統100之示意圖；圖2為依據一個實施例一堆積體積管理器之方塊圖；圖3為依據一個實施例摘述一方法之流程圖；圖4為依據一個實施例一堆積體積之例示；圖5為依據一個實施例一虛擬物件之例示；圖6為依據一個實施例一虛擬堆積體積之例示；及圖7為依據一個實施例一時間線之例示。
較佳實施例之詳細說明
有些添加式製造技術在一堆積材料之一體積(後文稱作一堆積體積)內部產生三維物件。舉例言之，有些技術在一支持平台上形成一堆積材料，諸如粉狀或液體堆積材料之連續層，及然後在形成堆積材料之一接續層之前，選擇性地固化各堆積材料層之部分。藉此方式產生三維物件的添加式製造系統可包括，例如，選擇性雷射燒結(SLS)系統、立體光刻術(SLA)系統、及以粉末為基礎的三維列印系統。
為了產生三維物件，一或多個虛擬物件可空間配置於一虛擬堆積體積內部。一虛擬物件可以是例如，欲藉 添加式製造系統產生的一物件之數位模型。
該虛擬堆積體積相對應於在其內部可產生物件的一給定添加式製造系統之一堆積體積。
一添加式製造系統處理相對應於虛擬堆積體積之個別截割片的連續堆積材料層，用以在該堆積體積內部產生物件。該處理可包括例如，根據可能存在於虛擬堆積體積之相對應截割片的物件截面而選擇性地固化各堆積材料層之部分。
因此等系統在一堆積體積內部產生物件，故一旦在該堆積體積內部的全部物件已經產生時，所產生的物件可自該堆積體積移出。
取決於例如使用的添加式製造系統類型及堆積體積之大小，一給定堆積體積之處理可能耗時多個小時。據此，一旦一添加式製造系統已經開始處理一堆積體積，則該添加式製造系統實際上忙碌直到整個堆積體積皆已處理為止，或除非該堆積處理被取消。然而，取消一堆積體積的處理可能導致顯著時間損耗，且在該堆積體積內部尚未完全生成的任何物件將不完整。又復，取消一整個堆積體積的處理可能導致顯著堆積材料之損耗。
現在參考圖1，顯示依據一實施例一系統100之示意圖。系統100包含一堆積體積管理器102用於管理在欲藉一添加式製造系統104生成的一堆積體積112內部之物件配置。於一個實施例中，堆積體積管理器102可產生控制信號或資料103，其可用以直接地或間接地控制添加式製造系統104。
於一個實施例中，如圖2中顯示，堆積體積管理器102包含例如透過一通訊匯流排(圖中未顯示)而耦接至一非暫態電腦可讀取記憶體204的一處理器202，諸如微處理器或微控制器。記憶體204儲存堆積體積管理指令206，其為機器可讀取指令，其當由處理器202執行時，使得該堆積體積管理器102管理一添加式製造系統之一堆積體積，如此處於各個實施例中描述。
現在將額外參考圖3之流程圖描述系統100之操作。
於302，堆積體積管理器102產生一虛擬堆積體積108。虛擬堆積體積108包括欲藉添加式製造系統104在堆積體積112內部生成的一或多個虛擬三維物件，諸如虛擬物件106a及106b。於一個實施例中，堆積體積管理器102自表示一或多個三維物件的資料產生表示一虛擬堆積體積之一空間配置的資料。
各個虛擬物件例如可以任何合宜資料格式，諸如向量資料格式界定。各個虛擬三維物件例如可從合宜電腦輔助設計(CAD)，從三維掃描器，或從任何合宜來源產生。
於一個實施例中，堆積體積管理器102可具體實施為一軟體驅動程式、或其它軟體應用程式，一使用者使用該等程式發送界定欲藉添加式製造系統104產生的一或多個物件之一三維列印工作。
於一個實施例中，堆積體積管理器可獲得欲藉添加式製造系統104產生的多個虛擬物件，諸如物件106a及106b。堆積體積管理器102可基於各種準則，決定在虛擬堆 積體積108內部的所得虛擬物件中之一或多者的空間配置。空間配置可包括各個物件在虛擬堆積體積108內部的方向性及位置。此種準則可包括，但非限制性：物件堆積最後期限；物件優先順序；物件交互相依性；一部件之特定方向性要求的結構特性；針對一部件之特定方向性的可接受幾何錯誤公差；物件之空間配置用以輔助後處理操作；及堆積體積之體積最佳化。
於一個實施例中，堆積體積管理器102可藉決定虛擬堆積體積108的體積最佳化而決定空間配置。舉例言之，堆積體積管理器102可進行物件的一或多個幾何操作，諸如旋轉、平移等而獲得有效空間配置，同時遵守適當準則諸如，但非限制性：最小物件至物件間隔；適當熱間隔(取決於採用的添加式製造技術)；及期望的強度軸。堆積體積管理器102例如可使用有限元件分析(FEA)用以輔助一部件之方向性的決定，例如符合期望的物件強度特性。
於一個實施例中，堆積體積管理器102決定何時控制添加式製造系統104而開始處理虛擬堆積體積108用以產生堆積體積112。於另一個實施例中，一使用者可決定何時堆積體積管理器102開始處理虛擬堆積體積108用以產生堆積體積112。
於方塊304，堆積體積管理器102控制添加式製造系統104而開始產生在虛擬堆積體積108內部的虛擬物件106a及106b。於一個實施例中，添加式製造系統104處理一堆積材料之相對應於虛擬堆積體積108的截割片之連續層。
於一個實施例中，堆積體積管理器102處理虛擬堆積體積108及發送相對應控制資料103給添加式製造系統104。
於一個實施例中，堆積體積管理器102可產生及發送表示虛擬堆積體積108之個別截割片110a至110n的資料，於該處各個截割片相對應於在堆積體積112內部欲藉添加式製造系統104處理的堆積材料之一層114a至114n。於一個實施例中，各個截割片110a至110n對應於堆積材料114a至114n之一單一層。於其它實施例中，多個截割片可相對應於單層堆積材料。
於一個實施例中，堆積體積管理器102可產生及發送資料給表示虛擬堆積體積108的全部截割片110a至110n之添加式製造系統104。於另一個實施例中，堆積體積管理器102可產生及發送表示虛擬堆積體積108的單一截割片之資料，且當由添加式製造系統102請求時可發送表示虛擬堆積體積108的一隨後截割片之資料。
於一個實施例中，基於添加式製造系統104的特性，控制資料103可藉堆積體積管理器102調整。
於方塊306，堆積體積管理器102等待接收一請求或以其它方式獲得一請求用以修改虛擬堆積體積108。若此種請求經接收，例如經由適當輸入到堆積體積管理器102，則於方塊308，堆積體積管理器102決定該項請求是否能被滿足。
修改虛擬堆積體積108的請求可具有不同形式， 及可包括，但非限制性，下列中之一或多者：一請求用以取消一物件的產生；一請求用以添加一新物件；一請求用以置換一物件；一請求用來以一個物件取代另一物件；一請求用以複製一物件；及一請求用以修改一特性，諸如顏色特性、或物件性質特性諸如強度特性、平滑度特性等。
由堆積體積管理器102決定是否用以修改虛擬堆積體積108的一請求可被滿足，可取決定請求的類型，也可取決於已經由添加式製造系統104處理的堆積體積112之層數。
舉例言之，為了滿足用以添加一物件至虛擬堆積體積108內的一請求，堆積體積管理器102必須決定堆積體積112的未經處理部分中是否有足夠空間以容納新物件。舉例言之，為了滿足用以取消一物件在堆積體積112內的產生、移動一物件、或修改一物件之特性，堆積體積管理器102必須決定在該堆積體積112內該物件是否已經產生，或至少部分產生。
於一個實施例中，堆積體積管理器102自添加式製造系統104決定目前接收處理的該層堆積體積112。如此使得堆積體積管理器102能決定已經藉添加式製造系統104處理的層數。然而，於其它實施例中，堆積體積管理器102可自添加式製造系統104獲得目前層以外的一層，接受處理的最後完成層、欲處理的下一層、或任何其它合宜層。該層也可稱作為z-計數，原因在於其表示接受處理的堆積材料之目前層於z-軸的補償值。
藉由知曉已經藉添加式製造系統104處理的堆積 體積112之層數，使得堆積體積管理器102能決定是否能滿足一請求。
圖4例示堆積體積112，其包含堆積材料116a至116e之層的部分402已經由添加式製造系統104處理。可知在堆積體積112內部，相對應於虛擬物件106a之物件406該部分已經產生，而尚無相對應於虛擬物件106b之物件產生。也可知堆積體積112之一部分404維持未經處理。
據此，若該請求係欲修改物件406，則該請求無法滿足。但若該請求係用以取消虛擬物件106b的產生，則此請求可被滿足。同理，藉由知曉各層的高度及堆積體積112的最大高度，或藉由知曉堆積體積112內部的堆積材料層數，堆積體積管理器102能夠決定堆積體積112內的可用空間量，於其中可對物件之空間配置作修改。
舉例言之，可接收一請求取消虛擬物件106b的產生，及產生圖5顯示的新物件502。
堆積體積管理器102決定(方塊308)虛擬物件106b尚未產生或部分產生，因此藉適當修改(方塊312)虛擬堆積體積108，可滿足用以取消其產生的該請求。堆積體積管理器102也決定(方塊308)新虛擬物件502可於堆積體積112的未經處理部分404產生，及因而修改(方塊312)虛擬堆積體積108其相對應於堆積體積112的部分404，如圖6顯示。因虛擬物件106a只在堆積體積部分產生，故於虛擬堆積體積108無需作修改。
如前述，堆積體積管理器102可在新虛擬物件502 上進行一或多個幾何操作，或在尚未經處理的其它虛擬物件上進行任何處理，諸如物件的旋轉、平移等以獲得有效空間配置，同時遵守任何適當準則，諸如前述該等準則用以決定是否可滿足該請求。舉例言之，堆積體積管理器102可試圖決定虛擬堆積體積108內部物件的新穎空間配置，其將允許新虛擬物件含括於其中。已經部分處理的任何物件，諸如虛擬物件106a，除了取消該物件的產生之外，可能無法被修改。
於方塊304，堆積體積管理器102例如藉發送合宜資料或控制信號而控制添加式製造系統104用以處理經修改的虛擬堆積體積108。
於一個實施例中，堆積體積管理器102指示添加式製造系統104不理會任何先前接收的控制資料，指示添加式製造系統104處理表示虛擬堆積體積108之未經處理部分604的新資料。
於一個實施例中，堆積體積管理器102可發送資料給添加式製造系統104，其表示相對應於虛擬堆積體積108之未經處理部分604的全部截割片。
於另一個實施例中，堆積體積管理器102可發送表示虛擬堆積體積108之單一截割片的資料，且當由添加式製造系統102請求時可發送表示虛擬堆積體積108之一隨後截割片的資料。
於一更進一步實施例中，例如連同堆積體積內部的一補償值，堆積體積管理器102可發送表示只有該物件之 截割片的資料。
有些添加式製造技術，諸如選擇性雷射燒結及基於功率之三維列印系統，可能對在堆積材料之接續各層的處理間導入的延遲敏感。舉例言之，層間物件強度可與堆積材料層或堆積材料層的不同部分維持的溫度有關。據此，於一個實施例中，堆積體積管理器102不會中斷堆積體積112之層藉添加式製造系統104處理，直到已經判定修改堆積體積112的請求是否能被滿足，且隨後已經產生新控制資料或信號用以控制添加式製造系統104為止。
若處理該請求耗用的時間比添加式製造系統104處理堆積體積112中之一堆積材料層耗用的時間更長，則該請求可能須將堆積體積管理器102被處理期間已接受處理的任何堆積材料層列入考慮。例如，若該請求係有關於添加一新物件，或修改物件於堆積體積內部的空間配置，則可能屬於此種情況。
依據一個實施例，堆積體積管理器102可被用作為一添加式製造系統的動態物件佇列管理器。
額外參考圖7描述一實例景況如下。
於時間t0，堆積體積管理器102接收一請求用以建立一虛擬物件702及一虛擬物件704。虛擬物件702具有與其相關聯的資料指示其為時間rt1所需，及虛擬物件704具有與其相關聯的資料指示其為時間rt3所需。
於時間t1，堆積體積管理器102產生一虛擬堆積體積706其包括虛擬物件702及704，及於時間t2，發送表示 虛擬堆積體積706的至少一部分之資料給添加式製造系統104。於時間t3，添加式製造系統104開始處理堆積體積。
於時間t4，堆積體積管理器102接收一請求用以建立又更一物件708。虛擬物件702具有與其相關聯的資料指示其為時間rt2所需。
堆積體積管理器102判定該項請求已藉下述方式滿足，自虛擬堆積體積706去除虛擬物件704，及添加物件708至虛擬堆積體積706。
於時間t5，堆積體積管理器102修改尚未藉添加式製造系統104處理的虛擬堆積體積部分，用以產生一已修改的虛擬堆積體積710。
於時間t6，堆積體積管理器102發送表示已修改的虛擬堆積體積710之至少一部分的資料給添加式製造系統104。
於時間t7，添加式製造系統104完成堆積體積的處理，及因而相對應於虛擬物件702及708的所產生的物件可自已經處理的堆積體積移除。
於時間t8，堆積體積管理器102可產生含有虛擬物件704之一新虛擬堆積體積，使得屆其要求時間rt3其可由添加式製造系統104產生。
顯然易知如此處描述之堆積體積管理器可以無數種方式使用，及特別可藉一添加式製造系統以動態方式用在管理物件的產生。此點特別方便，原因在於其使得欲被修改的一堆積體積實質上即時藉一添加式製造系統處 理，而無需等待整個堆積體積被處理。
於所顯示的實施例中，堆積體積管理器102與添加式製造系統104分開。於一個實施例中，堆積體積管理器102可以是在本地或遠端連結的處理裝置諸如電腦伺服器上跑的一應用程式。
於另一個實施例中，堆積體積管理器102可整合添加式製造系統104。
須瞭解此處描述之實施例可以硬體、軟體、或硬體與軟體之組合之形式實現。任何此種軟體可以依電性或非依電性儲存裝置形式儲存，例如儲存裝置類似ROM，無論可抹除或可覆寫與否，或以記憶體形式儲存，例如RAM、記憶體晶片、裝置或積體電路，或在光學或磁學可讀取媒體上，諸如CD、DVD、磁碟或磁帶。須瞭解儲存裝置及儲存媒體為適合儲存一程式或多程式的機器可讀取儲存裝置實例，其當執行時具體實施此處描述之實施例。據此，有些實施例提出一程式包含用以具體實施如此處描述之系統或方法的碼及儲存此種程式之機器可讀取儲存裝置。
於本說明書(包括任何隨附之申請專利範圍、摘要說明及附圖)中揭示的全部特徵、及/或如此揭示之任何方法或製程之全部步驟可以任一項組合而加以組合，但其中至少部分此等特徵及/或步驟彼此互斥的組合除外。
除非另行明白陳述否則於本說明書(包括任何隨附之申請專利範圍、摘要說明及附圖)中揭示的各個特徵可由用於相同的、相當的或相似的目的之替代特徵置換。如 此，除非另行明白陳述否則所揭示的各個特徵只是相當的或相似的特徵之一通用系列中之一個實例。
302-312‧‧‧方塊

Claims (15)

  1. 一種管理三維物件由一添加式製造系統之生產的方法，其包含：產生虛擬物件在一虛擬堆積體積內部之一空間配置；控制該添加式製造系統用以處理相對應於該虛擬堆積體積之一堆積材料之連續層；接收一請求用以修改該虛擬堆積體積；基於尚未被該添加式製造系統所處理的該虛擬堆積體積之該部分而決定該請求是否可被接受，及當如此決定時，修改該虛擬堆積體積；及基於該經修改的虛擬堆積體積控制該添加式製造系統以繼續處理該堆積材料之層。
  2. 如請求項1之方法，其中接收一請求包含接收下列中之一或多者：一請求用以取消一物件的該產生；一請求用以添加一新物件；一請求用以置換一物件；一請求用來以一個物件取代另一個物件；一請求用以複製一物件；及一請求用以修改一物件特性。
  3. 如請求項1之方法，其中決定該請求是否可被接受包含決定已經由該添加式製造系統處理的堆積材料之層之該數目。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包含自該已決定的層數而決定尚未由該添加式製造系統處理的該虛擬堆積體積 之該部分。
  5. 如請求項3之方法，其進一步包含當該所接收的請求為添加一新物件的一請求時，決定在該堆積體積之該未經處理部分有足夠空間以容納該新物件。
  6. 如請求項3之方法，其進一步包含當該所接收的請求為移動或取消一物件的一請求時，決定該物件之一部分是否已經由該添加式製造系統產生。
  7. 如請求項1之方法，其中決定該請求是否可被接受係基於與一物件相關聯的資料。
  8. 如請求項1之方法，其中決定該請求是否可被接受係基於在該虛擬堆積體積中的該新虛擬物件或任何其它虛擬物件上進行一或多個幾何操作，用以決定在准許該新虛擬物件含括於其中的該虛擬堆積體積內部的物件之一新空間配置。
  9. 如請求項1之方法，其中控制該添加式製造系統包含產生及發送表示該虛擬堆積體積之截割片的資料給該添加式製造系統，及進一步其中當決定該請求能被接受時，根據該請求修改該虛擬堆積體積，及產生及發送表示該經修改的虛擬堆積體積之截割片的經修改的資料給該添加式製造系統。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含發送該經修改的資料給該添加式製造系統而不中斷一層堆積材料的處理。
  11. 一種用於管理三維物件的產生之系統，其包含一處理器用以： 獲得一或多個虛擬物件；產生在一虛擬堆積體積內部之該等物件之一空間配置；控制一添加式製造系統以處理該虛擬堆積體積；回應於一請求而修改該虛擬堆積體積；及控制該添加式製造系統以處理該經修改的虛擬堆積體積。
  12. 如請求項11之系統，其中該處理器係用以接收一請求包含接收下列中之一或多者：一請求用以取消一物件的該產生；一請求用以添加一新物件；一請求用以置換一物件；一請求用來以一個物件取代另一個物件；一請求用以複製一物件；及一請求用以修改一物件特性。
  13. 如請求項11之系統，其中該處理器係用以決定修改該虛擬堆積體積之該請求是否能被接受，及若基於尚未由該添加式製造系統處理的該虛擬堆積體積之該部分而決定該請求能被接受，則用以修改該虛擬堆積體積。
  14. 如請求項11之系統，其中該處理器係用以產生及發送表示該虛擬堆積體積之截割片的資料給該添加式製造系統，及於該處當決定該請求能被接受時，用以根據該請求修改該虛擬堆積體積，及用以產生及發送表示該經修改的虛擬堆積體積之截割片的經修改的資料給該添加式製造系統。
  15. 一種電腦可讀取媒體於其上被儲存以處理器可瞭解的指令，其當由一處理器執行時： 產生虛擬物件在一虛擬堆積體積內部之一配置；控制一添加式製造系統以處理該虛擬堆積體積之連續截割片；接收一請求用以修改該虛擬堆積體積；基於尚未由該添加式製造系統處理的該虛擬堆積體積之該部分而決定該請求是否可被接受，及當如此決定時，修改該虛擬堆積體積；及控制該添加式製造系統以處理該虛擬堆積體積之連續截割片。
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