TW201945153A - 模具鎖修復 - Google Patents

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里卡多 金
布萊克 Ｚ 瑞菲斯
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美商戴思科塔金屬公司
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Abstract

藉由執行一逐層、二維分析以識別各二維層內之任何支撐結構或材料之無約束移除路徑且接著確保所有相鄰層存在經對準拉伸路徑來修復模具鎖，皆如本文中更具體地描述。在識別到鎖定狀況的情況下，諸如藉由將支撐結構分解成多個可獨立移除塊來應用一系列修改規則。藉由將模具鎖作為一系列相關二維幾何問題解決且針對更具挑戰性、複雜模具鎖狀況保留三維修復策略，可在運算速度及效率方面獲得實質性優勢。

Description

模具鎖修復
本發明係關於三維製造，且更具體而言係關於用於在一三維製造程序中修復模具鎖之技術。
當一列印物件之剛性支撐結構以不提供用於移除支撐件之實體拉伸路徑之一方式與物件幾何互鎖時，在三維列印中出現模具鎖。仍需要在列印物件之三維模型內自動識別及修復模具鎖狀況之技術。
藉由執行一逐層、二維分析以識別各二維層內之任何支撐結構或材料之無約束移除路徑且接著確保所有相鄰層存在經對準拉伸路徑來修復模具鎖，皆如本文中更具體地描述。在識別到鎖定狀況的情況下，諸如藉由將支撐結構分解成多個可獨立移除塊來應用一系列修改規則。藉由將模具鎖作為一系列相關二維幾何問題解決且針對更具挑戰性、複雜模具鎖狀況保留三維修復策略，可在運算速度及效率方面獲得實質性優勢。
在一個態樣中，一種本文中所揭示之方法可包含：接收一數位模型，其包含一筏、用於在該筏上製造之一物件及用於與該物件一起製造以根據一或多個設計規則提供實體支撐之一支撐件；將該數位模型劃分為由穿過該數位模型之平面水平截面形成之數個層；針對各層，識別用於在該數位模型層內分離由該支撐件之一截面形成之一支撐件層與由該物件之一截面形成之一物件層之一或多個拉伸路徑；當該支撐件層不具有用於分離該支撐件層與該物件層之拉伸路徑時或當該支撐件層垂直耦合至與該支撐件層不具有共同拉伸路徑之該支撐件之一第二層時，將該數個層之一者識別為一鎖定層；識別該支撐件之一模具鎖定區域，包含該鎖定層及任何垂直相連支撐件層；利用一或多個垂直平面將該模具鎖定區域劃分成一或多個子區域；若可水平移除該一或多個子區域，則處理排除該一或多個子區域之一剩餘數位模型以進行模具鎖修復；及若無法水平移除該一或多個子區域，則採用一或多個三維修復策略來解決該模具鎖定區域。
劃分該模具鎖定區域可包含反覆地嘗試遞增數目個平面切片，直至可水平移除該一或多個子區域或達到一臨限值。該一或多個三維修復策略可包含在自一垂直相鄰體積移除一第二模具鎖定區域之後垂直移動該模具鎖定區域。該一或多個三維修復策略可包含將該模具鎖定區域細分成數個體積子區域且搜尋用於自該物件移除該等體積子區域之三維拉伸路徑。該等體積子區域可經定大小以透過該物件中之一開口移除。該方法可進一步包含若該一或多個三維修復策略未能修復該模具鎖，則向一使用者提供一未修復模具鎖狀況之一通知。該拉伸路徑可包含一角度範圍，在該角度範圍內該支撐件之截面之一第一剛性形狀可呈一直線與該物件之一第二剛性形狀分離。識別一或多個拉伸路徑可包含測試依一預定角度範圍內之數個離散角度呈一直線之線性分離。該方法可進一步包含執行一初始檢查以判定該物件是否可沿一垂直軸與該支撐件分離。該方法可進一步包含沿一垂直軸分離觸碰該筏之支撐件之區域與未觸碰該筏之支撐件之區域及執行一檢查以判定該物件是否可沿該垂直軸與該支撐件分離。該方法可進一步包含基於該數位模型製造該物件及該支撐件。製造該物件及該支撐件可包含在該模具鎖定區域之該一或多個子區域之間製造一介面層。製造該物件及該支撐件可包含在該支撐件與該物件之間製造一介面層。該等設計規則可包含製造設計規則。該等設計規則可包含燒結設計規則。層之數目可對應於用於一積層製造程序之材料沈積層。
在一個態樣中，一種本文中所揭示之電腦程式產品可包含體現於一非暫時性電腦可讀媒體中之電腦可執行程式碼，當在一或多個運算裝置上執行時該電腦可執行程式碼執行以下步驟：接收一數位模型，其包含一筏、用於在該筏上製造之一物件及用於與該物件一起製造以根據一或多個設計規則提供實體支撐之一支撐件；將該數位模型劃分為由穿過該數位模型之平面水平截面形成之數個層；針對各層，識別用於在該數位模型層內分離由該支撐件之一截面形成之一支撐件層與由該物件之一截面形成之一物件層之一或多個拉伸路徑；當該支撐件層不具有用於分離該支撐件層與該物件層之拉伸路徑時或當該支撐件層垂直耦合至與該支撐件層不具有共同拉伸路徑之該支撐件之一第二層時，將該數個層之一者識別為一鎖定層；識別該支撐件之一模具鎖定區域，包含該鎖定層及任何垂直相連支撐件層；利用一或多個垂直平面將該模具鎖定區域劃分成一或多個子區域；若可水平移除該一或多個子區域，則處理排除該一或多個子區域之一剩餘數位模型以進行模具鎖修復；及若無法水平移除該一或多個子區域，則採用一或多個三維修復策略來解決該模具鎖定區域。
該電腦程式產品可進一步包含執行以下步驟之程式碼：執行一初始檢查以判定該物件是否可沿一垂直軸與該支撐件分離。該電腦程式產品可進一步包含執行以下步驟之程式碼：沿一垂直軸分離觸碰該筏之支撐件之區域與未觸碰該筏之支撐件之區域及執行一檢查以判定該物件是否可沿該垂直軸與該支撐件分離。該電腦程式產品可進一步包含產生可由一三維列印機執行以製造該物件及該支撐件之指令之程式碼，包含在該物件與該支撐件之間製造一介面層及在該模具鎖定區域之該一或多個子區域之間製造一第二介面層。
相關申請案
本申請案主張2017年11月2日申請之美國臨時申請案第62/580,966號及2017年4月24日申請之美國臨時申請案第62/489,271號之優先權。前述申請案之全部內容據此以引用方式併入。
現將參考隨附圖式描述實施例。然而，前述內容可以諸多不同形式實施且不應被解釋為限於本文中闡述之所繪示實施例。
本文中所提及之所有文件之全部內容以引用方式併入。除非另有明確陳述或自內容背景清楚得知，否則對單數項之引用應被理解為包含複數項，且反之亦然。除非另有陳述或自內容背景清楚得知，否則語法連詞意欲於表達連接條款、句子、字詞及類似者之任何及所有轉折詞(disjunctive)及連接詞(conjunctive)組合。因此，術語「或」通常應被理解為意謂「及/或」等等。
除非本文中另有指示，否則本文中對值範圍之引述並非意欲於限制，而是個別地指代落入該範圍內之任何及所有值，且此一範圍內之各單獨值如同其在本文中個別地引述般併入說明書中。當伴隨一數值時，字詞「約」、「近似」或類似者應被解釋為指示如一般技術者將明白出於一所欲目的令人滿意地操作之一偏差。值之範圍及/或數值在本文中僅作為實例提供，且不對所描述實施例之範疇構成限制。本文中所提供之任何及所有實例或實例性語言(「例如」、「諸如」或類似者)之使用僅僅意欲於更好地闡明實施例且不對實施例或發明申請專利範圍之範疇構成限制。說明書中之語言不應被解釋為指示任何非主張元件係實施例之實踐所必不可少的。
在下文描述中，應理解，除非具體地相反地陳述，否則諸如「第一」、「第二」、「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「上方」、「下方」及類似者之術語係方便字詞且不應被解釋為限制性術語。
圖1展示與可燒結建構材料一起使用之一積層製造系統。系統100可包含一列印機102、一輸送機104及一後處理站106。
通常，列印機102可為本文中所描述之任何列印機或適合於利用可燒結建構材料製造之任何其他三維列印機。作為非限制性實例，列印機102可包含一熔絲製造系統、一黏合劑噴射系統、一立體微影系統、一選擇性雷射燒結系統、或可有用地適於在電腦控制下使用本文中所預期之可燒結建構材料形成一淨形狀物件之任何其他系統。
列印機102之輸出可為一物件103，該物件103係由包含任何合適粉末(例如，金屬、金屬合金、陶瓷等等以及前述組合)連同將粉末保持為由列印機102產生之一淨形狀之一黏合劑之一建構材料形成之一生坯或類似者。寬範圍之組合物可用作本文中所預期之建構材料。例如，粉末冶金材料或類似者可適合用作一熔絲製造程序或類似者中之一建構材料。作為非限制性實例，在Heaney, Donald F.等人之「Handbook of Metal Injection Molding」(2012)中描述具有用於在一熔絲製造程序中擠出之合適熱機械性質之金屬射出成型材料，其全部內容據此以引用方式併入。
輸送機104可用來將物件103自列印機102傳送至一後處理站106，該後處理站106可包含一或多個單獨處理站，其中可執行脫黏(debinding)及燒結。輸送機104可為適於實體傳送物件103之任何合適機構或裝置組合。例如，此可包含列印機側上用於自一建構平台拆離物件103之機器人及一機器視覺系統或類似者，以及後處理側上用來將物件103準確地放置於後處理站106內之機器人及一機器視覺系統或類似者。在另一態樣中，後處理站106可伺服多個列印機，使得數個物件可同時脫黏及燒結，且輸送機104可互連列印機及後處理站，使得可協調且自動地並行完成多個列印作業。在另一態樣中，可在兩個對應站之間手動傳送物件103。
後處理站106可為可用於將由列印機102自一金屬射出成型建構材料形成為一所期望淨形狀之一生坯部件轉換成一最終物件之任何系統或系統組合。後處理站106可例如包含一脫黏站，諸如用於將黏合劑材料溶解於一溶劑或類似者中之一化學脫黏站，或更一般而言經組態以自物件103之建構材料移除黏合劑系統之至少一部分之任何脫黏站。後處理站106亦可或替代地包含用於在建構材料或建構材料中之粉末材料之一燒結溫度下施加一熱燒結循環之一熱燒結站，諸如經組態以將粉末材料燒結成一緻密化物件之一燒結爐。可循序地使用後處理站106之組件來產生一最終物件。作為另一實例，一些當代射出成型材料經設計用於熱脫黏，此使可利用單個烤箱或類似裝置執行脫黏步驟及燒結步驟之一組合。通常，一燒結爐之熱規格將取決於粉末材料、黏合劑系統、粉末材料至黏合劑系統中之體積負荷、及用來製造其之生坯物件及材料之其他態樣。用於熱脫黏及燒結金屬射出成型(MIM)部件之市售燒結爐通常將以+/-攝氏5度或更好之一準確度操作，且在至少攝氏600度或自約攝氏200度至約攝氏1900度之溫度下長時間操作。任何此爐或類似加熱裝置可有用地用作如本文中所預期之後處理站106。亦可或替代地使用真空或壓力處理。在一態樣中，在將物件103放置於烤箱中之後，可將一相同或類似組合物之珠(在添加一不可燒結外部塗層之情況下)裝入烤箱中，目的係提供在燒結期間將不會與物件形成一接合之具有一熱匹配收縮速率之一般機械支撐。
在本描述之內容背景中，將明白，燒結可有用地包含不同類型之燒結。例如，燒結可包含施加熱以將一物件燒結至全密度或接近全密度。在另一態樣中，燒結可包含例如一燒結及滲透程序之部分燒結，其中一部分燒結部件之孔例如透過接觸及毛細作用填充一些其他材料(諸如一低熔點金屬)以增加硬度，增加抗拉強度，或以其他方式更改或改良一最終部件之性質。因此，本文中對燒結之任何引用應被理解為預期燒結及滲透，除非明確陳述不同含義或以其他方式自內容背景清楚得知。類似地，對一可燒結粉末或可燒結建構材料之引用應被理解為預期任何可燒結材料，包含可燒結及滲透以形成一最終部件之粉末。
亦將明白，可使用寬範圍之其他脫黏及燒結程序。例如，可在一化學脫黏、熱脫黏或此等之一些組合中移除黏合劑。其他脫黏程序在此項技術中亦係已知的，諸如超臨界脫黏或催化脫黏，其中之任一者亦可或替代地由後處理站106採用。例如，在一常見程序中，首先使用一化學脫黏使一生坯部件脫黏，之後在一中等高溫下(在此內容背景下，約攝氏700度至攝氏800度)進行一熱脫黏以移除有機黏合劑且在一粉末材料當中產生足夠頸部以提供足夠強度用於處置。自此階段，可將物件移動至一燒結爐以移除一黏合劑系統之任何剩餘組分且將物件緻密化成一最終部件。在另一態樣中，可使用一純熱脫黏來移除有機黏合劑。更一般而言，可有用地採用任何技術或技術組合來使一物件如本文中所預期般脫黏。
可以多種方式最佳化後處理站106以用於一辦公環境。在一個態樣中，後處理站106可包含一惰性氣體源108。惰性氣體源108可例如包含氬氣或其他惰性氣體(或對燒結材料呈惰性之其他氣體)，且可經容置於一可移除且可更換之匣中(該匣可經耦合至後處理站106以排放至後處理站106之內部中)，且接著在內容物耗盡時被移除及更換。後處理站106亦可或替代地包含用於排出可以一未過濾形式排氣至一辦公室環境中之氣體之一過濾器110，諸如一木炭過濾器或類似者。針對於其他氣體，可提供一外部排氣裝置或一氣體容器或類似者以允許在不通風區域中使用。針對可回收材料，亦可或替代地使用一封閉系統，尤其在其中環境材料係昂貴或危險之情況下。
在一個態樣中，後處理站106可經耦合至其他系統組件。例如，後處理站106可包含來自列印機102或來自列印機之一控制器之關於物件103之幾何形狀、大小、質量及其他物理特性之資訊以便產生一合適脫黏及燒結輪廓。在另一態樣中，輪廓可由控制器或其他資源獨立地產生且在輸送物件103時傳輸至後處理站106。在另一態樣中，後處理站106可監測脫黏及燒結程序且例如將關於物件103之一狀態、一完成時間、及其他處理度量及資訊之回饋提供至一智慧型電話或其他遠端裝置112。後處理站106可包含一相機114或其他監測裝置以將回饋提供至遠端裝置112，且可提供縮時動畫或類似者以依一壓縮時標圖形地展示燒結。後處理亦可或替代地包含利用熱、一熱刀、工具或類似者進行修整。後處理可包含施加一面塗層(finish coat)。
在另一態樣中，後處理站106可遠離列印機102 (例如在其中製造物件103且接著將其發送至一服務處以進行外包脫黏、燒結等等)之一服務處模型或類似者中。因此，針對下文所描述之任何支撐結構、介面層等等或更一般而言針對下文所描述之任何製造項，本發明明確地預期一對應方法：接收含有任何此等特徵(例如，下文所描述之任何特徵或結構)之一物件或項且接著執行一或多個後處理步驟，包含但不限於塑形、脫黏、燒結、修整、組裝等等。此可例如包含在一遠端處理資源處接收具有一完整無缺之黏合劑系統之一生坯部件，其中該部件可在遠端處理資源處脫黏及燒結。此亦可或替代地包含接收一半熟部件(brown part)，其中一些或所有黏合劑系統已在另一位置處之一脫黏程序中移除且該部件僅在遠端處理資源處燒結。在後一種情況下，黏合劑系統之一部分可有用地保持於該部件中，作為一骨幹黏合劑以在燒結期間保持物件之一形狀直至達成一自支撐燒結強度，或作為留在該部件中之一殘留主要黏合劑以改良裝運或其他處置期間之結構完整性。
更一般而言，本發明預期適於集中式或分佈式處理成一最終部件之步驟之任何組合及分佈，以及可能在其中使用之材料、製品及總成之任何中間形式。
圖2展示用於製造一物件之一方法。方法200更具體而言係使用可燒結材料逐層製造一物件之一一般方法。
如步驟202中所展示，方法200可開始於提供用於製造之材料。此可包含可在一基於層之製造程序(諸如熔絲製造、黏合劑噴射、立體微影等等)中有用地處置之多種材料之任一者。例如，此可包含可使用一黏合劑系統或類似者黏合在一起以在列印及隨後處理成一最終物件期間保持一物件之一淨形狀之可燒結金屬粉末。不可燒結材料或以其他方式抵抗一物件至一相鄰支撐材料之接合之材料之介面層可用來製造用於容易移除之支撐結構之一分離層。在例如美國專利第9,833,839號(以引用方式併入本文中)中描述數種合適材料，其中任一者可用於製造如本文中所預期之一物件、支撐件及介面層。更一般而言，可採用適用於在一基於層之製造系統中製造物件、支撐件及介面層之(若干)任何材料作為此方法200中之材料。亦將進一步明白，亦可或替代地使用其他非基於層之技術(包含減成技術，諸如銑削或流體噴射)，且亦可或替代地採用任何對應之合適材料作為用於製造一物件之一建構材料。
此外，一製造系統可採用額外材料，諸如支撐材料、介面層、修整材料(用於一物件之外表面)等等，其等之任一者可用作本文中所預期之系統及方法中之一製造材料。
如步驟204中所展示，該方法可包含製造一物件之一層。例如，此可包含物件本身之一層或一支撐結構之一層。針對一特定層(例如，在一製造系統之一特定z軸位置處)，亦可或替代地製造一介面層以在一支撐結構(或一基板，諸如一筏、托架或列印床)與一物件之間提供一不可燒結介面或類似釋放層或結構。在另一態樣中，可使用用於外表面之修整材料，諸如賦予物件表面所期望美學、結構或功能性質之材料。
如步驟210中所展示，可作出物件(及相關支撐件等)是否完整之一判定。若物件不完整，則方法200可返回至步驟204且可製造另一層。若物件完整，則方法200可進行至步驟212，其中開始後處理。
如步驟212中所展示，方法200可包含對物件進行塑形。在脫黏及燒結之前，一物件通常處於一更柔軟、更可加工狀態。雖然此所謂生坯部件可能易碎且經受破裂或類似者，但更可加工狀況例如藉由磨光或以其他方式平整基於層之製造程序之擦痕或其他人為誤差(artifact)以及偏離物件之一所欲形狀之一電腦化模型之刺、毛刺及其他表面缺陷來為表面修整提供一良好機會。在此背景下，塑形可包含手動塑形，或使用例如一電腦化銑床、研磨工具或多種刷子、研磨劑等等或(若干)任何其他大致減成技術或工具之自動塑形。在一個態樣中，一氣體(諸如二氧化碳)之一流體流可用來攜帶乾冰顆粒以平整一表面或以其他方式對其進行塑形。在後一種方法中，研磨劑(乾冰)可在正常狀況下方便地直接變相為一氣體，因此減輕對物件進行塑形之後研磨劑之清理。
如步驟214中所展示，程序200可包含對經列印物件進行脫黏。通常，脫黏可移除將含有一金屬(或陶瓷或其他)粉末之一建構材料保持由列印機賦予之一淨形狀之一黏合劑或黏合劑系統之一些或全部。眾多脫黏技術及對應黏合劑系統係此項技術中已知的，且可用作本文中所預期之建構材料中之黏合劑。作為非限制性實例，脫黏技術可包含熱脫黏、化學脫黏、催化脫黏、超臨界脫黏、蒸發等等。在一個態樣中，可使用射出成型材料。例如，具有適用於一熔絲製造程序之流變性質之一些射出成型材料經設計用於熱脫黏，此有利地允許在單個烘焙操作中或在兩個類似烘焙操作中執行脫黏及燒結。在另一態樣中，藉由在一微波烤箱中微波加熱一物件或以其它方式施加選擇性地自一生坯部件移除黏合劑系統之能量，可在一脫黏程序中快速地且有用地移除諸多黏合劑系統。利用一經適當調適之脫黏程序，黏合劑系統可包含單種黏合劑，諸如可透過一純熱脫黏移除之一黏合劑。
更一般而言，脫黏程序自一淨形狀生坯物件移除一黏合劑或黏合劑系統，因此留下可燒結成最終形式之金屬(或陶瓷或其他)粒子之一緻密結構，通常被稱為半熟部件。適於此一程序之任何材料及技術亦可或替代地用於如本文中所預期之脫黏。
如步驟216中所展示，程序200可包含將經列印且經脫黏之物件燒結成一最終形式。通常，燒結可包含藉由加熱而不液化來緻密化及形成一固體材料之任何程序。在一燒結程序中，頸部在一材料之離散粒子之間形成，且原子可跨粒子邊界擴散以熔融成一固體塊。因為燒結可在低於熔化溫度之溫度下執行，所以此有利地允許利用非常高熔點之材料(諸如鎢及鉬)來製造。
眾多燒結技術在此項技術中係已知的，且一特定技術之選擇可取決於所使用之建構材料、一材料中之粒子之大小及組合物及製成物件之所期望結構、功能或美學結果。例如，在固態(非活化)燒結中，加熱金屬粉末粒子以形成其中其等接觸之連接件(或「頸部」)。在一熱燒結循環內，此等頸部可變厚且產生一緻密部件，從而留下可例如藉由熱均壓(HIP)或類似程序封閉之小間質間隙。亦可或替代地採用其他技術。例如，固態活化燒結使用粉末粒子之間之一膜以改良粒子之間的原子之遷移率且加速頸部之形成及加厚。作為另一實例，可使用液相燒結，其中在金屬粒子周圍形成一液體。此可改良粒子之間的擴散及結合，但亦可在經燒結物件內留下損害結構完整性之較低熔點相。
將理解，脫黏及燒結導致材料損失及壓實，且所得物件可顯著小於經列印物件。然而，此等效應在聚合體中通常係線性的，且可在列印時有用地按比例放大淨形狀物件以在脫黏及燒結之後產生具有可預測尺寸之一形狀。另外，如上所述，應明白，方法200可包含將一製成物件發送至一處理設施(諸如一服務處或其他遠端或外包設施)，且方法200亦可或替代地包含在處理設施處接收製成物件且執行上文所描述之任何一或多個後製造步驟，諸如步驟212之塑形、步驟214之脫黏或步驟216之燒結。
圖3展示一模具鎖狀況。通常，可使用任何多種製造技術(諸如本文中所描述之任何技術)三維地列印一物件300。在製造必要或有幫助之情況下，可鄰近於物件300製造一支撐件302以在製造及/或後續處置期間為物件300提供支撐。可在物件300與支撐件302之間製造一介面層304以便防止物件300至支撐件302的非期望接合，然而針對特定幾何形狀，支撐件302可以不提供用於自支撐件302移除物件300之任何路徑之一方式圍封物件300。
在一典型製造程序中，一筏306亦可經製造為一基板以在列印期間接收物件300及支撐件302，且製造以逐層方式沿一垂直軸308 (通常被稱為z軸)垂直執行以在筏306上方呈現物件300之一實體實現。支撐件302之一些表面310可觸碰筏306，即，垂直向下突出以與筏306接觸，且支撐件302之其他區域312可未觸碰筏306，即，垂直向下突出以與物件300而非筏306接觸。如下文所論述，一自動模具鎖修復程序可不同地解決此等區域。
在將物件300及支撐件302例如燒結或以其他方式熱處理成實質上實心金屬塊或類似者之情況下，支撐件302之移除可強加大量後製造處理以便使物件300自支撐件302脫離，尤其是在支撐件302之幾何形狀不具有用於與物件300分離之線性拉伸路徑之情況下，即本文中通常被稱為模具鎖之一狀況。雖然可在製造之前例如在一電腦輔助設計環境或類似者中修改支撐件302之三維模型，以便將支撐件302分解成可在固化之後自物件300周圍拆卸之數個子組件，但此通常係常常手動執行之一勞動密集型程序。如下文所描述，可藉由提供模具鎖狀況之自動修復來減輕此等挑戰。
圖4展示用於修復模具鎖狀況之一方法之一流程圖。通常，當為一部件產生支撐件時，其等可能經歷數次初步檢查及簡單修改，之後經歷用於偵測及修復模具鎖狀況之一系統性二維策略。若此等努力失敗，則可採用數個三維修復策略，之後若模具鎖狀況使自動分解不可能，則通知使用者。除提供用於模具鎖修復之數個簡化二維運算策略以外，下文所描述之方法400可有利地將修復策略分級，使得運算上更複雜之三維修復策略被推遲至其他策略已被證明不成功。
如步驟402中所展示，方法400可包含接收一物件及一支撐結構之一數位模型。接收模型可包含在具有用於使用者互動之一使用者介面之一電腦輔助設計環境內接收模型，或藉由經組態以如本文所預期般使模具鎖修復自動化之一工具或其他程式或環境接收模型。通常，模型可包含適於連同支撐結構一起製造以在製造期間實體地支撐物件之任何物件之一模型。通常，可根據一特定製造程序之設計規則自動定位支撐結構。設計規則可包含隱式或顯式指定哪裡需要支撐以例如在列印期間支持一物件中之橋部或懸垂物之製造設計規則。設計規則亦可或替代地包含類似地指定哪裡需要支撐以防止在燒結期間一物件變形或破裂之燒結設計規則。
如上所述，在製造期間，可在模型之表面與支撐件之表面之間施加一介面層以防止在製造期間兩個表面之耦合。如上文更一般地描述，數位模型可包含：一筏；一物件，其用於在該筏上製造；及一支撐件，其用於與該物件一起製造以根據一或多個設計規則提供實體支撐；以及一介面層，其位於任何前述項之間。
如步驟404中所展示，方法400可包含對模型執行數次初始檢查以判定是否需要模具鎖修復。在一個態樣中，此可包含執行一初始檢查以判定物件是否可沿一垂直軸與支撐件分離。雖然出於運算速度及簡單性之目的當前技術有利於二維處理，但可對物件及支持件之聚合三維結構執行一初步檢查以判定是否可例如透過自支撐件直接垂直運動來簡單地移除物件，因此避免進一步模具鎖減輕。
在另一態樣中，此可包含解決模具鎖之數次簡單幾何嘗試。例如，此可包含沿一垂直軸分離觸碰筏之支撐件之區域(及在此等區域垂直上方且與此等區域相連之一體積)與未觸碰筏之支撐件之區域且執行一檢查以判定物件是否可沿垂直軸與支撐件之經修改結構分離。通常，此試圖判定是否藉由水平擱架產生模具鎖，其可藉由簡單地自支撐結構之其他區域解耦擱架下方之區域來解決。
一旦基於例如垂直三維拉伸路徑之初步檢查完成，方法400即可根據需要前進至其他模具鎖修復步驟。
如步驟406中所展示，方法400可包含將模型劃分成數個層以進行處理。例如，此可包含由穿過數位模型之平面水平截面形成之層。在一個態樣中，層之數目可對應於用於一積層製造程序之材料沈積層。使用實體沈積層可顯著簡化處理，其中已在數個層(諸如對應於立體微影截面或熔絲製造工具路徑之層)中實現一當前製造就緒模型或類似者。
如步驟408中所展示，方法400可包含識別用於在數位模型層內逐層地自物件移除支撐件之拉伸路徑。此可包含針對上文所產生之數位模型之各層，識別用於在數位模型層內將由支撐件之一截面形成之一支撐件層與由物件之一截面形成之一物件層分離之一或多個拉伸路徑。拉伸路徑可例如包含在其內支撐件之截面之一第一剛性形狀可呈一直線與物件之一第二剛性形狀分離之一角度範圍，或適於在一平面內解耦剛性二維形狀之任何其他單個線性路徑或複合路徑範圍。識別一或多個拉伸路徑亦可或替代地包含測試依一預定角度範圍或一連續角度範圍內之數個離散角度呈一直線之線性分離，或用於系統地測試線性拉伸路徑之任何其他類似策略。
如步驟410中所展示，方法400可包含識別鎖定層，例如具有防止在平面內自物件層解耦之幾何特徵之支撐件層。在一個態樣中，此可包含當支撐件層不具有用於分離支撐件層與物件層之拉伸路徑時，將數個層之一者識別為一鎖定層。此亦可或替代地包含當支撐件層垂直耦合至與支撐件層不具有共同拉伸路徑之一第二支撐件層時，將數個層之一者識別為一鎖定層。
在一個態樣中，此可包含用於可用拉伸路徑之一漸進式搜尋策略。例如，針對相對於彼平面中之物件之二維形狀之可能移動，可在八個方向(例如，沿四個軸各兩個方向)上檢查一支撐件層或更具體而言一平面中之層之二維形狀。若識別一拉伸路徑，則亦可例如以最初檢查方向之一半間隔檢查其他間質方向。因此，例如，在最初檢查四個軸且針對該等軸之一者識別一拉伸路徑之情況下，方法400可包含繞經識別拉伸路徑之軸成22.50度角進行檢查。
如步驟412中所展示，方法400可包含基於鎖定層識別鎖定體積。通常，此可包含垂直穿越物件層及支撐件層以識別無法作為一群組與物件垂直分離之相連支撐件層。在一個態樣中，此包含識別支撐件之一模具鎖定區域，包含在步驟410中識別之鎖定支撐件層之一者連同共同形成一鎖定體積之任何垂直相連支撐件層。
此亦可包含自一鎖定層向上及/或向下穿越直至識別一可移動層。接著可水平切割皆被共同鎖定之中介層集合以分離其等與其他層群組，且此等水平切片可例如經標記用於如本文中所論述之其他三維策略。在一個態樣中，可採取額外步驟來防止逐段、逐層處理。例如，在單個層(或少量相鄰層)可移除但緊鄰兩個鎖定層定位之情況下，可移除層可與鎖定層之一者或兩者相關聯以避免單獨製造單個可移除支撐件層。在此程序中，亦可形成可移動層群組，例如使得一相鄰層群組共用至少一個共同拉伸路徑以進行水平移除。此等群組可彼此水平分離以進行獨立、水平移除。
如步驟413中所展示，方法400可包含劃分模具鎖定區域之鎖定體積以嘗試作為較小單獨塊進行移除。例如，此可包含將鎖定體積劃分成具有穿過鎖定體積之一或多個垂直平面之一或多個子區域。此亦可或替代地包含反覆地嘗試遞增數目個平面切片直至可水平移除一或多個子區域或達到一臨限值。儘管可以一確定性方式(例如，平分且接著再次平分)部署此平面切割策略，但亦可或替代地採用其他策略。例如，平面切片可基於關於鎖定體積之個別層之經聚合拉伸路徑之資訊定位。在另一態樣中，可選擇及配置平面切片以解決常規出現之使用案例。例如，在鎖定體積之一質心處或附近相交之兩個平面將為環形或環狀形狀提供可移除支撐結構，且緩解數個其他多邊形二維鎖定狀況。
如步驟414中所展示，方法400可包含評估包含支撐結構之子區域之所得結構以判定是否已修復模具鎖狀況。例如，此可包含嘗試自物件水平移除支撐件之子區域。若可移除(例如，水平移除)一或多個子區域，則方法400可進行至步驟418以處理剩餘數位模型。若無法移除一或多個子區域，則方法400可進行至步驟416以進一步處理鎖定體積。
如步驟416中所展示，若無法水平移除一或多個子區域，則方法400可包含採用一或多個三維修復策略來解決模具鎖定區域。在一個態樣中，三維修復策略可包含在自一垂直相鄰體積移除一第二模具鎖定區域之後垂直移動模具鎖定區域。即，當垂直移除基板之一部分(諸如一筏或數位模型內之支撐材料之任何其他體積)時，此可暴露先前水平圍封但可垂直移除之支撐件(諸如一圓筒之中心內之支撐件)之區域。在此情況下，檢查支撐件之一區域之分離(例如，使用允許在製造之後移除區域之一介面層)是否暴露此等支撐結構以進行非垂直移動可能係有用的。在可能進行一些垂直運動但在垂直行進之後模具鎖定區域仍無法自一物件擺脫之情況下，可有用地採用穿過模具鎖定區域之一或多個水平切片以允許在個別地垂直行進且接著水平脫離物件之一系列水平段中移除模具鎖定區域。
在另一態樣中，三維修復策略可包含將模具鎖定區域細分成數個體積子區域且搜尋用於自物件移除體積子區域之三維拉伸路徑。在此方法中，將一模具鎖定區域簡單地細分成較小體積塊以便嘗試移除。例如，體積子區域可經定大小以透過物件中之一開口移除。更一般而言，任何規則或不規則圖案(諸如一垂直及/或一水平網格圖案)可應用於支撐材料之模具鎖定區域以嘗試提取個別體積子區域。
亦可或替代地使用其他策略。例如，針對對角線向上穿越一物件之內部支撐結構，可能必需識別層間重疊，使得可將足夠間隙添加至介面層以供整個支撐件在移除期間依一非垂直角度行進。在另一態樣中，特徵(諸如至內部空間之孔或開口)可使用數種三維處理技術有用地定位及特性化，且經圍封支撐件可經細分成可透過此等開口移除之形狀。此等及其他技術可以任何多種組合用來識別及促進一三維物件內之支撐結構的移除。雖然一些此等技術在此項技術中係已知的，但本文中所描述之方法400有利地推遲諸多此等運算上更複雜之處理挑戰(已知或以其他方式)，直至各種二維技術已應用於既有支撐件。
在此等及其他三維修復策略未能達成一模具鎖狀況之一修復之情況下，方法400可包含向一使用者提供未修復模具鎖狀況之一通知。此可包含一電腦輔助設計應用程式內之一通知、透過其他媒體發送之一電子通信、或此等之一些組合或類似者。可在一使用者介面內有用地標記或視覺突顯未修復模具鎖之區域以促進在適當時進行手動檢測及修復。在完成三維修復策略及任何其他相關處理步驟之後，方法400可進行至步驟418，其中可處理額外體積。
如步驟418中所展示，方法400可包含處理一剩餘數位模型(例如排除如上文所描述已自物件解鎖之支撐件之一或多個子區域之一數位模型)以進行模具鎖修復。因此，可根據需要重複修復步驟以確保在製造之前解決所有可能之模具鎖定支撐結構。
如步驟420中所展示，方法400可包含自數位模型製造物件及支撐件以及定位於物件與支撐件之間的介面層以在製造之後自物件拆卸及移除支撐結構。針對已如本文一般描述般細分之支撐件體積，製造可類似地包含在一模具鎖定區域之一或多個子區域之間製造一介面層，使得可在製造之後拆卸該等子區域。在另一態樣中，製造物件(及支撐件)可包含產生可由一三維列印機執行以製造物件及支撐件之指令，包含在物件與支撐件之間製造一介面層。此亦可或替代地包含產生在一模具鎖定區域之一或多個子區域(諸如上文所描述之任何子區域)之間製造一第二介面層之指令。可例如針對數種類型之列印機之任一者(包含熔絲製造列印機、立體微影列印機、黏合劑噴射列印機等等)產生合適指令。
圖5展示已經處理以修復模具鎖之一物件及支撐件。通常，一物件502 (諸如一環)可由一建構材料製造。例如，用於物件502之一頂板(未展示)之支撐件504、506可鄰近於物件502製造，且藉由一介面層508分離以防止在燒結或其他後處理期間支撐件504、506與物件502之間的接合。藉由沿如本文中所描述之一垂直軸510逐層地處理，外部支撐件504可藉由額外介面層512在數個位置分離以促進在物件502及支撐件504、506已經燒結成一最終部件之後拆卸及水平移除外部支撐件504。
另外，在已移除物件502下方之一筏(未展示)之後，可應用三維策略來辨識中央支撐件506可垂直移動(沿垂直軸510向下)以自物件502內部移除。以此方式，在物件502及支撐件504、506已經燒結或以其他方式熱處理成一最終部件(諸如一或多個剛性、緻密化金屬組件)之後，可容易地例如，手動移除物件502之所有周圍支撐件504、506。
上述系統、裝置、方法、程序及類似者可用適於一特定應用之硬體、軟體或此等之任何組合來實現。硬體可包含一通用電腦及/或專用運算裝置。此包含在一或多個微處理器、微控制器、嵌入式微控制器、可程式化數位信號處理器或其他可程式化裝置或處理電路中連同內部及/或外部記憶體實現。此亦可或替代地包含一或多個特定應用積體電路、可程式化閘陣列、可程式化陣列邏輯組件、或可經組態以處理電子信號之任何其他裝置或若干裝置。將進一步明白，上文所描述之程序或裝置之一實現可包含使用可經儲存、經編譯或經解譯以在上述裝置之一者以及處理器之異質組合、處理器架構或不同硬體及軟體組合上運行之一結構化程式設計語言(諸如C)、一物件導向程式設計語言(諸如C++)或任何其他高階或低階程式設計語言(包含彙編語言、硬體描述語言、及資料庫程式設計語言及技術)產生之電腦可執行程式碼。在另一態樣中，該等方法可體現於執行其等步驟之系統中，且可以數種方式跨裝置分佈。同時，處理可跨裝置(諸如上文所描述之各種系統)分佈，或所有功能可經整合至一專用、獨立裝置或其他硬體中。在另一態樣中，用於執行與上文所描述之程序相關聯之步驟之構件可包含上文所描述之任何硬體及/或軟體。所有此等排列及組合意欲於落入本發明之範疇內。
本文中所揭示之實施例可包含電腦程式產品，包括當在一或多個運算裝置上執行時執行任何及/或所有其等步驟之電腦可執行程式碼或電腦可用程式碼。程式碼可以一非暫時性方式儲存於一電腦記憶體中，該電腦記憶體可為程序從其執行之一記憶體(諸如與一處理器相關聯之隨機存取記憶體)或一儲存裝置(諸如一磁碟機，快閃記憶體或任何其他光學、電磁、磁性、紅外或其他裝置或裝置組合)。在另一態樣中，上文所描述之任何系統及方法可體現於攜載電腦可執行程式碼及/或來自其之任何輸入或輸出之任何合適傳輸或傳播媒體中。
將明白，上文所描述之裝置、系統及方法係作為實例且非限制來闡述。在無明確相反指示之情況下，可修改、補充、省略及/或重新排序所揭示步驟而不背離本發明之範疇。眾多變動、添加、省略及其他修改對於一般技術者而言將係顯而易見的。另外，上文描述及圖式中之方法步驟之順序或呈現並非意欲於要求執行所引述步驟之此順序，除非明確要求一特定順序或以其他方式自內容背景清楚得知。
本文中所描述之實施方案之方法步驟意欲於包含致使與下文發明申請專利範圍之可專利性一致地執行此等方法步驟之任何合適方法，除非明確地提供一不同含義或以其他方式自內容背景清楚得知。因此，例如，執行步驟X包含用於致使另一方(諸如一遠端使用者、一遠端處理資源(例如，一伺服器或雲端電腦))或機器執行步驟X之任何合適方法。類似地，執行步驟X、Y及Z可包含指導或控制此等其他個人或資源之任何組合以執行步驟X、Y及Z以獲得此等步驟之益處之任何方法。因此，本文中所描述之實施方案之方法步驟意欲於包含致使一或多個其他方或實體與下文發明申請專利範圍之可專利性一致地執行步驟之任何合適方法，除非明確地提供一不同含義或以其他方式自內容背景清楚得知。此等方或實體無需受任何其他方或實體之指導或控制，且無需定位於一特定司法管轄區內。
應進一步明白，上文之方法係作為實例且非限制而提供。在無明確相反指示之情況下，可修改、補充、省略及/或重新排序所揭示步驟而不背離本發明之範疇。
將明白，上文所描述之方法及系統係作為實例且非限制而闡述。眾多變動、添加、省略及其他修改對於一般技術者而言將係顯而易見的。另外，上文描述及圖式中之方法步驟之順序或呈現並非意欲於要求執行所引述步驟之此順序，除非明確要求一特定順序或以其他方式自內容背景清楚得知。因此，雖然已展示及描述特定實施例，但對於熟習此項技術者而言將顯而易見的是，各種改變及修改可在不背離本發明之精神及範疇之情況下在形式及細節上進行且意欲於形成如由在法律允許之最廣泛意義上解譯之下文發明申請專利範圍界定之本發明之一部分。
100‧‧‧系統
102‧‧‧列印機
103‧‧‧物件
104‧‧‧輸送機
106‧‧‧後處理站
108‧‧‧惰性氣體源
110‧‧‧過濾器
112‧‧‧智慧型電話或其他遠端裝置
114‧‧‧相機
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
300‧‧‧物件
302‧‧‧支撐件
304‧‧‧介面層
306‧‧‧筏
308‧‧‧垂直軸
310‧‧‧表面
312‧‧‧區域
400‧‧‧方法
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
412‧‧‧步驟
413‧‧‧步驟
414‧‧‧步驟
416‧‧‧步驟
418‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
502‧‧‧物件
504‧‧‧外部支撐件
506‧‧‧中央支撐件
508‧‧‧介面層
510‧‧‧垂直軸
512‧‧‧額外介面層
本文中所描述之裝置、系統及方法之前述及其他目的、特徵及優點將自如隨附圖式中所繪示之其等之特定實施例之下文描述而顯而易見。圖式不一定按比例繪製，而是將重點放在繪示本文中所描述之裝置、系統及方法之原理上。
圖1展示一積層製造系統。
圖2展示用於製造一物件之一方法。
圖3展示一製成物件中之一模具鎖狀況。
圖4展示用於修復模具鎖狀況之一方法之一流程圖。
圖5繪示已經處理以修復模具鎖之一物件及支撐件。

Claims (21)

  1. 一種用於移除一待製造物件中之幾何互鎖部件之方法，其包括： 將該物件之一三維數位模型切割成對應於一水平物件層之一第一水平二維輪廓； 將對應於該物件之一支撐結構之一三維數位模型切割成對應於一水平支撐件層之一第二水平二維輪廓； 識別用於分離該水平物件層與該水平支撐件層之一拉伸路徑，該識別包含識別一角度範圍，在該角度範圍內該水平物件層之一剛性形狀可呈一直線與該水平支撐件層之一剛性形狀分離； 識別是否存在一鎖定層，該鎖定層包括以下一者： 一不存在的用於分離該等水平物件層之一者與該等水平支撐件層之拉伸路徑；或 該第一水平支撐件層經垂直耦合至一第二水平支撐件層，且在該兩個層之間無共同拉伸路徑； 將該鎖定層及任何垂直相連支撐件層識別為一模具鎖定區域； 利用一或多個垂直平面將該模具鎖定區域劃分成一或多個子區域； 若可水平移除該一或多個子區域，則處理排除該一或多個子區域之一剩餘數位模型以進行模具鎖修復；及 若無法水平移除該一或多個子區域，則藉由將該模具鎖定區域細分成數個體積子區域且搜尋用於自該物件移除該等體積子區域之三維拉伸路徑來修復該模具鎖定區域。
  2. 如請求項1之方法，其中該識別該拉伸路徑進一步包括在該數位模型中之複數個層內逐層地識別該拉伸路徑。
  3. 如請求項1之方法，其中該三維數位模型包含一筏、在該筏上製造之該物件及用於與該物件一起製造之複數個支撐件。
  4. 一種用於移除一待製造物件中之幾何互鎖部件之方法，其包括： 將該物件之一三維數位模型切割成對應於一水平物件層之一第一水平二維輪廓； 將對應於該物件之一支撐結構之一三維數位模型切割成對應於一水平支撐件層之一第二水平二維輪廓； 識別用於分離該水平物件層與該水平支撐件層之一拉伸路徑； 識別是否存在一鎖定層，該鎖定層包括以下一者： 一不存在的用於分離該等水平物件層之一者與該等水平支撐件層之拉伸路徑；或 該第一水平支撐件層經垂直耦合至一第二水平支撐件層，且在該兩個層之間無共同拉伸路徑； 將該鎖定層及任何垂直相連支撐件層識別為一模具鎖定區域； 利用一或多個垂直平面將該模具鎖定區域劃分成一或多個子區域； 若可水平移除該一或多個子區域，則處理排除該一或多個子區域之一剩餘數位模型以進行模具鎖修復；及 若無法水平移除該一或多個子區域，則採用一或多個三維修復策略來解決該模具鎖定區域。
  5. 如請求項4之方法，其中該三維數位模型包含一筏、在該筏上製造之該物件及用於與該物件一起製造之複數個支撐件。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括執行一初始檢查以判定該物件是否可沿一垂直軸與該支撐件及該筏分離。
  7. 如請求項4之方法，其中劃分該模具鎖定區域進一步包括反覆地嘗試遞增數目個平面切片，直至可水平移除該一或多個子區域或達到一臨限值。
  8. 如請求項4之方法，其中該模具鎖定區域係一第一模具鎖定區域，該方法進一步包括： 識別一第二模具鎖定區域； 自一垂直相鄰體積移除該第二模具鎖定區域；及 垂直移動該第一模具鎖定區域。
  9. 如請求項4之方法，其中該一或多個三維修復策略包含： 將該模具鎖定區域細分成數個體積子區域；及 搜尋用於自該物件移除該等體積子區域之三維拉伸路徑。
  10. 如請求項4之方法，其進一步包括若該一或多個三維修復策略未能修復該模具鎖，則向一使用者提供一未修復模具鎖狀況之一通知。
  11. 如請求項4之方法，其進一步包括基於該數位模型製造該物件及該支撐件，包含製造該物件之該製造包含在該支撐件與該物件之間製造一介面層。
  12. 如請求項4之方法，其中該識別該拉伸路徑進一步包括識別用於在一平面內自該水平物件層解耦水平支撐件層之一線性路徑。
  13. 如請求項4之方法，其中該識別該拉伸路徑進一步包括測試該水平物件層與該水平支撐件層呈一直線之一線性分離。
  14. 一種用於移除一待製造物件中之幾何互鎖部件之方法，其包括： 將該物件之一三維數位模型切割成對應於一水平物件層之一第一水平二維輪廓； 將對應於該物件之一支撐結構之一三維數位模型切割成對應於一水平支撐件層之一第二水平二維輪廓； 識別用於分離該水平物件層與該水平支撐件層之一拉伸路徑； 識別是否存在一鎖定層； 將該鎖定層及任何垂直相連支撐件層識別為一模具鎖定區域； 利用一或多個垂直平面將該模具鎖定區域劃分成一或多個子區域； 採用一三維修復策略來解決該模具鎖定區域。
  15. 如請求項14之方法， 若可水平移除該一或多個子區域，則處理排除該一或多個子區域之一剩餘數位模型以進行模具鎖修復；及 若無法水平移除該一或多個子區域，則採用一或多個三維修復策略來解決該模具鎖定區域。
  16. 如請求項14之方法，其中該三維數位模型包含一筏、在該筏上製造之該物件及用於與該物件一起製造之複數個支撐件。
  17. 如請求項14之方法，其進一步包括執行一初始檢查以判定該物件是否可沿一垂直軸與該支撐結構分離。
  18. 如請求項14之方法，其中劃分該模具鎖定區域進一步包括反覆地嘗試遞增數目個平面切片，直至可水平移除該一或多個子區域或達到一臨限值。
  19. 如請求項14之方法，其中該一或多個三維修復策略包含在自一垂直相鄰體積移除一第二模具鎖定區域之後垂直移動該模具鎖定區域。
  20. 如請求項14之方法，其中該一或多個三維修復策略包含將該模具鎖定區域細分成數個體積子區域且搜尋用於自該物件移除該等體積子區域之三維拉伸路徑。
  21. 如請求項14之方法，其進一步包括若該一或多個三維修復策略未能修復該模具鎖，則向一使用者提供一未修復模具鎖狀況之一通知。
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