設置用於增材製造方法的三維物體列印屬性的方法與流程
2023-06-01 23:03:21
背景技術：
通過增材製造方法生成的三維物體可以以逐層方式形成。在增材製造的一個示例中，通過在裝置中使構造材料的層的部分固化來生成物體。在示例中，構造材料可以是粉末、流體或片材的形式。可以通過將試劑列印到構造材料的層上來獲得預期的固化和/或物理屬性。可以向層施加能量，並且其上已經施加了試劑的構造材料可以一經冷卻就聚結並且固化。在其他示例中，可以使用化學粘結劑，該化學粘結劑可以不需要施加能量來固化。例如，可以通過使用擠出的塑料或噴塗材料作為構造材料來生成三維物體，該構造材料固化形成物體。
附圖說明
為了更全面的理解，現在下文將參考附圖來描述各個實施例，在附圖中：
圖1是利用本公開的示例裝置的框圖；
圖2是根據本公開的可以採用的方法的示例的流程圖；以及
圖3是根據本公開的三維物體的示例位置分量的圖示說明。
具體實施方式
本文描述的一些實施例提供一種用於設置可以用來生產三維物體的三維物體的屬性的裝置和方法。一些實施例允許處理並且使用具有各種指定的物體屬性的任意三維內容來生成三維物體。這些物體屬性可以包括外觀屬性和/或機械屬性，如顏色、透明度、光澤度、強度、傳導性、密度、多孔性等。
在本文的一些實施例中，用子體積來表徵三維空間。子體積可以是「體素」形式，即三維像素，其中每個體素佔據離散的體積。然而，將理解的是，子體積可以是可以採取任何形狀(例如，立方體、長方體、四面體或任何其他形狀)的任何有體積的實體。在對三維物體進行數據建模時，給定位置處的子體積可以具有至少一個屬性。例如，它可以是空的，它可以具有特定的顏色，它可以表示特定材料，它可以表示特定結構屬性，等等。
在一些實施例中，對表示三維物體的數據進行處理，以設置用於生成該物體的屬性。
在一些實施例中，材料體積覆蓋表示定義列印材料數據，例如，細化列印材料(如沉積到構造材料層上的一種或多種試劑，或者在一些實施例中，構造材料本身)及其組合(如果適用的話)的量。在一些實施例中，這可以被指定為比例體積覆蓋(例如，構造材料層的x％的區域應該具有施加到其上的試劑y)。此類列印材料可以被涉及或者被選擇來提供物體屬性如，例如，顏色、透明度、柔性、彈性、硬度、表面粗糙度、多孔性、傳導性、夾層強度、密度等。
可以使用半色調技術來確定每個列印材料(例如，一滴試劑)應該施加的實際位置。
例如，物體模型數據內的子體積的集合可以具有相關聯的材料體積覆蓋(mvoc)矢量的集合。在簡單的實例中，這種矢量可以指示三維空間的x％的給定區域應該具有施加到其上的特定試劑，其中(100-x)％應該沒有施加到其上的試劑。然後材料體積覆蓋表示可以提供用於半色調過程的輸入，以生成可以供增材製造系統使用來生產三維物體的控制數據。例如，可以確定的是，為了產生指定的物體屬性，25％的構造材料層(或層的一部分)應該具有施加到其上的試劑。例如，通過將每個位置與在半色調閾值矩陣中提供的閾值進行比較，半色調過程確定試劑滴應該在何處沉積，以便提供25％的覆蓋。在另一個實例中，可以有兩種試劑，並且可以直接確定它們中的每種的體積覆蓋、它們的組合的體積覆蓋以及剩餘沒有試劑的體積的體積覆蓋。
情況可能是這樣的，在構建3d數據模型的時候，用來列印物體的列印裝置至少就其功能來說是未指定的。
參考圖1、2和3進一步描述本主題。應該注意到，說明書和附圖僅說明本主題的原理。因此要理解的是，可以策劃體現本主題的原理的各種布置(儘管本文沒有明確描述或者示出)。此外，本文敘述本主題的原理和示例的所有陳述，及其具體實施例，都旨在涵蓋其等同物。
圖1是根據本主題的實施例的裝置100。裝置100包括：獲取模塊102，以獲取表示三維物體的數據103；識別模塊104，以識別數據；處理器106，以處理數據；以及機器可讀存儲器108，以存儲數據。機器可讀存儲器108可以存儲用於通過由處理器106執行的應用程式存取的數據，並且可以包括含有用於供應用程式使用的信息的數據結構。機器可讀存儲器108可以是存儲可執行指令的任何電子、磁性、光學或其他物理存儲裝置。因此，機器可讀存儲器108可以是，例如，隨機存取存儲器(ram)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、存儲驅動、光碟等。機器可讀存儲器108可以用可執行指令來編碼。
圖2是根據本公開可以採用的方法的示例的流程圖，現在還將參考圖1進行描述該方法。
在框200處，獲取模塊102獲取表示待列印的三維物體的數據。該數據可以包括以表示或構成三維物體的子體積形式的、待列印的三維模型的幾何信息。子體積可以是陣列的形式，其中每個子體積位於三維物體內唯一的三維位置。
在框202處，識別模塊104識別或獲取待列印的三維物體的特徵。在一個實施例中，可以從在用戶界面(未示出)處接收的用戶輸入來識別待列印的三維物體的所識別的特徵。用戶輸入可以指示或指定特徵。所識別的特徵可以包括關於一旦三維物體已被生產或列印它即具有的屬性的信息。例如，三維物體的所識別的特徵可以包括關於彈性、重量、不透明度、延展性、柔性、顏色、傳導性、硬度、表面粗糙度、多孔性、強度和/或任何其他特徵的信息或值。在一個實施例中，識別模塊104可以識別三維物體的重量的特定值，以及三維物體的彈性的特定值。識別模塊104可以識別三維物體的不同部分或部分體積的不同特徵。例如，識別模塊104可以識別三維物體的內部的一個特徵或特徵的集合，以及三維物體的外部或表面的另一個特徵或另一個特徵的集合，等。
在框202處，識別模塊104還識別三維物體內的子體積的位置分量。該位置分量可以是子體積在三維物體內定位的深度。該深度可以定義為子體積定位處距三維物體的表面的距離。可替換地或另外，位置分量可以是子體積在三維物體內取向的角度。例如，子體積取向的角度可以是子體積的表面法線和列印方向之間的角度。
圖3提供位置分量的示例圖示說明。在圖3中，位置分量是子體積處的物體表面法線和列印方向或列印切片法線(即，針對三維物體列印層的方向)之間的角度θ。
儘管上文提供了一些位置分量的實施例，但是將理解的是，位置分量可以是任何其他的位置分量或位置分量的任意組合。
在框204處，基於所識別的特徵和位置分量，處理器106針對用於列印三維物體的子體積設置屬性數據。屬性數據可以包括材料屬性數據、結構屬性數據和/或列印屬性數據。將理解的是，屬性數據還可以包括其他類型的數據。
材料屬性數據可以包括，例如，有關材料(如構造材料和/或待沉積到構造材料上的試劑)使用的信息。例如，材料屬性數據可以包括指示材料數量、材料重量、材料密度、材料分布、材料組合(例如，構造材料和試劑的組合、構造材料本身的組合等)、材料體積覆蓋(movc)信息或矢量(如之前描述的)、顏色信息的數據和/或任何其他材料屬性數據。結構屬性數據可以包括，例如，有關材料分布的信息。例如，結構屬性數據可以包括指示結構尺寸、結構形狀、半色調信息(如算法的選擇、資源的選擇等)的數據和/或任何其他結構屬性數據。列印屬性數據可以包括，例如，有關用於列印系統的設置的信息。例如，列印屬性數據可以包括指示列印方法、列印技術、列印速度、定影溫度、設置不同的材料屬性數據和/或結構屬性數據的指令(例如，取決於所支持的材料和/或結構的可用性)的數據和/或任何其他列印屬性數據。
根據本公開，由識別模塊104識別的特徵和位置分量是屬性數據的函數。例如，處理器106可以將由識別模塊104識別的特徵和位置分量映射到屬性數據。實施例是特徵可以是特徵矢量的形式。特徵矢量可以具有如獨立特徵那樣多的維度。例如，識別模塊104可以識別指示傳導性c和彈性e的特徵。在該實施例中，子體積v可以關聯於二維特徵矢量pv＝(cv,ev)。位置分量可以以同樣的方式被映射到屬性數據。
根據本公開，屬性數據可以取決於子體積的位置分量來改變，以便提供所識別的特徵。例如，子體積的集合可以具有相同的規格，並且因此處理器106可以基於那些子體積的位置分量，通過適當地改變在該子體積中的屬性數據(例如，材料體積覆蓋movc)來提供所識別的特徵。處理器106可以改變與用於列印三維物體的三維印表機的書寫系統相關，或者與正在列印的三維物體相關的屬性數據。將理解的是，其他實施例也是可能的。
在一個實施例中，識別模塊104可以將位置分量識別為子體積的取向角度θ。所識別的取向角度θ可以是，例如，子體積處的物體表面法線相對於列印平面法線(即，之後的層沿其列印的軸線)之間的角度。這被圖示說明在圖3中。在同一實施例中，識別模塊104可以將特徵識別為rgb數據形式的顏色信息。在該實施例中，在處理方面，所識別的位置分量和特徵可以表示成[θ,rgb]。
處理器106可以將屬性函數(例如，材料體積覆蓋mvoc數據)設置為rgb顏色數據和取向角度θ兩者的函數。處理器106可以首先識別取向角度θ的數目n，需要針對其確定自定義特徵到屬性數據(在該實施例中，自定義rgb顏色到材料體積覆蓋mvoc數據)的映射。
處理器106可以從大於預期數目的角度(針對該角度列印材料體積覆蓋movc並且測量它們的顏色)開始。然後處理器106可以分析角度-顏色關係，以獲取需要直接表徵的最小數目的角度，以使能夠從那些角度準確預測中間角度的角度-顏色關係，並且可以在它們之間進行適合的插值。換言之，處理器106可以從處理器106已直接表徵角度-顏色關係的那些角度插值中間角度。
插值可以是線性插值，或者某種形式的非線性插值。例如，處理器106可以使用分段線性插值(即，最近的較小的和較大的角度之間的線性插值)，或者可以使用任何其他插值技術(如三次樣條)。處理器106可以確定使用哪種插值技術作為識別上文提到的最小數目的角度的部分。處理器106可以基於預確定水平的精確度來進行該確定，因為對角度和插值技術的選擇將會提供給定水平的精確度。
插值可以得到建立端點和函數關係的情況。例如，端點和模擬取向角度θ和顏色(rgb)數據的γ函數。在一個實施例中，情況可能是，可以使用極端角度(例如，0和180度的角度)。在該實施例中，處理器106可以應用用於在角度之間插值的非線性函數。γ函數可以被計算來最小化相對於顏色測量的誤差。
對於每個所識別的取向角度θ，處理器106可以確定單獨的特徵到屬性數據的映射(在該實施例中，單獨的rgb顏色到材料體積覆蓋mvoc數據映射)。處理器106可以經由查找表(lut)確定映射，將會在後文中對該查找表(lut)進行更詳細地描述。處理器106可以將n個三維(rgb)索引lut組合到單個四維(θ-rgb)索引lut中。
識別模塊104可以識別多於一個位置分量。例如，除了子體積的取向角度θ之外，識別模塊104可以識別三維物體內的子體積的深度。在識別模塊104將特徵識別為rgb數據形式的顏色信息的實施例中，在處理方面，所識別的位置分量和特徵可以表示成[θ,深度,rgb]。
處理器106可以處理任意組合的任何數目的所識別的位置分量和特徵。在一個實施例中，處理器106可以處理具有兩個位置分量與六個特徵組合(諸如[深度；θ；rgb；不透明度；延展性；柔性])的所識別的數據。然而，儘管本文已經提供了實施例，將理解的是，任何其他的位置分量和特徵可以被識別，並且可以以各種不同的組合被識別。
根據本公開，處理器106可以以這樣的方式設置屬性數據，使得不論子體積在三維物體內的定位如何，子體積將具有一致的特徵。
在一些實施例中，處理器106可以使目標特徵集合關聯於待列印的每個子體積(即，關聯於每個列印子體積)。處理器106採用來以該方式設置特徵的方法可以取決於特徵是如何被指定的，例如，在用戶界面處由用戶指定。例如，處理器106可以先由輸入子體積計算出目標子體積，將那些目標子體積的目標屬性集合分配給它們，並且隨後進一步再把目標子體積細分為列印子體積。然後處理器106可以識別那些列印子體積的位置分量。
處理器106可以針對每個列印子體積，基於該子體積的目標特徵集合和位置分量來設置屬性數據(包括材料屬性數據、結構屬性數據和列印屬性數據)。在其他實施例中，處理器106可以針對預確定數目的列印子體積(例如，列印子體積的預確定的集合)，基於那些子體積的目標特徵集合和位置分量來設置屬性數據。在該實施例中，處理器106可以用隨機屬性數據、默認屬性數據分配其他子體積(例如，預確定的集合之外的那些子體積)，或者可以使它們保留為空，等。
儘管一些屬性數據在子體積水平上是可由處理器106控制的(並且因此可以設置的)，但是可以存在處理器106需要針對子體積層建立的一些屬性數據(例如，列印速度)，以及處理器106需要全局控制的一些屬性數據(例如，其上沉積試劑的粉末的選擇，或者列印床維持的溫度)。
在一些實施例中，取決於子體積的所識別的特徵和位置分量，處理器106可以針對個體子體積設置針對鄰近子體積不同的屬性數據。例如，表示三維物體的子體積可以包括表示或定義三維物體的表面的表面子體積，以及表示或定義三維物體的內部體積的內部子體積。在該實施例中，處理器106可以對針對表面子體積和針對內部子體積區別地設置屬性數據或設置不同的屬性數據。例如，在三維物體的內部和外部部分的特徵和/或子體積位置分量(如之前討論的)是不同的情況中。
在一些實施例中，處理器106可以針對三維物體的部分體積中的子體積設置屬性數據。例如，如之前討論的，識別模塊104可以識別三維物體的部分體積的特徵(例如，部分體積可能在用戶界面處已被指示)，並且隨後可以識別部分體積內的子體積的位置分量。然後處理器106可以針對該部分體積中的子體積設置屬性數據。在一些實施例中，處理器106可以針對一個部分體積中的子體積與另一個部分體積中的子體積區別地設置屬性數據或者設置不同的屬性數據(取決於那些部分體積的所識別的特徵和/或子體積位置分量)。
處理器106可以將屬性數據編碼為元組。例如，描述結構屬性數據材料屬性數據和列印屬性數據的元組可以表示成
機器可讀存儲器108可以針對子體積將屬性數據(如材料屬性數據、結構屬性數據和/或列印屬性數據)存儲為三維物體特徵和子體積位置分量的函數。機器可讀存儲器108可以被預配置有該信息。可替換地或者另外，機器可讀存儲器108可以基於通過在一段時間內使用裝置100所獲取的信息來被動地獲悉該信息。
處理器106可以針對最接近或準確地提供與具有所識別的位置分量的那些子體積相關聯的目標特徵集合的子體積從機器可讀存儲器108中讀取屬性數據。然後處理器108將用針對那些子體積讀取的屬性數據設置它們。以該方式，可以隨後用具有該屬性數據和所識別的位置分量的子體積生產或列印的三維物體將具有所識別的特徵。
作為數據存儲器的實施例，機器可讀存儲器108可以將屬性數據(如材料屬性數據、結構屬性數據和/或列印屬性數據)存儲為查找表(lut)形式的三維物體特徵和子體積位置分量的函數。lut可以將三維物體特徵和子體積位置分量映射到屬性數據。例如，lut可以將三維物體特徵和子體積位置分量映射到材料屬性數據、結構屬性數據和列印屬性數據的各種組合。
在之前提到的矢量形式中，lut可以將特徵矢量映射到描述結構屬性數據材料屬性數據和列印屬性數據的元組以數學形式，這可以表示成以類似的方式，lut可以將所識別的子體積位置分量和特徵矢量映射到屬性數據。例如，在所識別的子體積位置分量是取向角度θ，特徵矢量是rgb顏色數據，並且屬性數據是材料體積覆蓋mvoc數據的情況中，則取向角度θ和rgb顏色數據可以被映射到材料體積覆蓋mvoc數據，這可以被表示成(θ,rgb)→mvoc。以該方式，處理器106能夠找尋用於存在於機器可讀存儲器108中的特徵矢量和子體積位置分量的映射。
處理器106還可以具有用於找尋用於不存在於機器可讀存儲器108中的特徵矢量和子體積位置分量的映射的機制。例如，處理器106可以針對材料的體積分布進行四面體插值，以確定用於不存在於機器可讀存儲器108中的特徵矢量和子體積位置分量的映射。
一旦處理器106已經以上述方式中的任一種設置了子體積水平的屬性，則處理器106具有將生產具有所識別的特徵和子體積位置分量的三維物體的數據。例如，給定要列印的三維物體，處理器106可以，針對物體的每個子體積，使用子體積的所識別的位置分量和特徵來獲取和設置可以用於列印的物體屬性數據。
在一個實施例中，給定要列印的三維物體，處理器106可以計算物體的表面法線。針對物體的每個子體積，處理器106可以使用表面法線的角度與針對該角度指定的列印切片法線和rgb顏色數據來從lut計算材料體積覆蓋mvoc。對於子體積的給定的rgb和θ角度(針對其指定顏色)，lut可以允許mvoc的插值(鑑於子體積相對於列印切片法線的位置，該插值得到該顏色)。然後處理器106可以進行半色調並且列印所得到的材料體積覆蓋mvoc。
處理器106可以指示裝置100使用針對子體積設置的屬性數據集合來生產或列印三維物體。處理器106可以指示裝置100在設置屬性數據之後自動生產或列印，或者可以接收指示應該開始生產或列印的用戶輸入。根據本公開，處理器106可以在過程的任何階段時，接收指示開始生產或列印的用戶輸入。例如，根據本公開，一旦處理器106已經針對表示待列印的三維物體的子體積設置了屬性數據，或者在過程期間的任何其他階段時，處理器106可以接收指示開始生產或列印的用戶輸入。處理器106可以向用於物體生產或列印的另一個裝置、設備或系統(未示出)提供數據。
本公開的實施例可以被提供為方法、系統或機器可讀指令，如軟體、硬體、固件等的任意組合。此類機器可讀指令可以被包括在其中或其上具有機器可讀程序編碼的機器可讀存儲介質上(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光存儲器等)。
參考根據本公開的實施例的方法、裝置和系統的流程圖和/或框圖來描述本公開。儘管上文描述的流程圖示出具體的執行順序，但是執行順序可以不同於所描繪的那種。關於一個流程圖描述的框可以與另一個流程圖的那些框組合。應當理解，流程圖和/或框圖中的每個流程和/或框，以及流程圖和/或框圖中的流程和/或框的組合，可以由機器可讀指令實現。
機器可讀指令可以，例如，由通用計算機、專用計算機、嵌入式處理器或其他可編程的數據處理設備的處理器執行，以實現說明書和附圖中描述的功能。例如，處理裝置或處理器(如處理器106)可以執行計算機可讀指令。因此，裝置和設備的功能模塊可以由執行存儲在存儲器中的機器可讀指令的處理器或者根據嵌入在邏輯電路中的指令進行操作的處理器來實現。術語「處理器」要被廣泛地理解為包括處理單元、中央處理單元(cpu)、專用集成電路(asic)、邏輯單元、可編程門陣列等。方法和功能模塊可以全部由單個處理器進行，或者在若干個處理器之間劃分。
此類機器可讀指令還可以存儲在機器可讀存儲器(如機器可讀存儲器108)中，該機器可讀存儲器可以引導計算機或其他可編程數據處理設備以具體模式進行操作。
此類計算機可讀指令還可以加載到計算機或其他可編程數據處理設備上，從而計算機或其他可編程數據處理設備進行一系列操作來產生計算機實現的處理，因此在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現由在流程表中的一個或多個流程和/或框圖中的一個或多個框指定的功能的手段。
另外，本文的教導可以以計算機軟體產品的形式實現，該計算機軟體產品被存儲在存儲介質中並且包括用於使計算機設備實現本公開的實施例中敘述的方法的多條指令。
儘管已經參考某些實施例描述了方法、裝置和相關方面，但是在不背離本公開的精神和範圍的情況下可以進行各種修改、變化、省略和替換。應該注意到，上文提到的實施例說明而非限制本文描述的內容，並且在不背離所附的權利要求書的範圍的情況下，本領域技術人員將能夠設計許多可替換的實施方案。例如，來自一個實施例的特徵或框可以與另一個實施例的特徵/框組合，或被其替換。
詞語「包括(comprising)」不排除權利要求中列出的那些元素之外的元素的存在，「一(a)」或「一(an)」不排除複數，並且單個處理器或其他單元可以完成權利要求書中敘述的若干個單元的功能。
任何從屬權利要求的特徵可以與獨立權利要求或其他從屬權利要求中的任一項的特徵組合。